數控加工設備范文第1篇
一、數控技能大賽的競賽目標與競賽特點
1. 競賽目標
“普教有高考,職教有大賽?！痹谥新氃盒ｉ_展的技能競賽實際是學校技能型人才培養能力的競賽,數控技能競賽的成績一定程度上反映了學校在數控專業上對數控高技能型人才的培養水平,與數控專業建設有著密切聯系。
2. 競賽特點
數控技能大賽是人員的競賽。數控競賽試題容量大,知識面廣,時間少。對參賽人員的智能與技能有相當高的要求。
數控技能大賽是裝備的競賽。數控競賽試題以先進的數控加工為理念,使用先進的加工設備、先進的加工刀具、先進的工量夾具、先進的自動編程軟件等,對學校的硬件設備投入有相當高的要求。
數控技能大賽是方法的競賽。數控技能競賽試題一般以典型零件為基礎,經過命題專家改進,非常強調選手正確編制零件加工工藝的能力、協調作戰能力及對知識與技能靈活應用的能力。
二、完善數控競賽和加工工藝的結合
1. 加工工藝環節的相互配合與協作
數控銑床加工,是以普通銑床加工為基礎,發展為以數字技術控制加工的過程,表現為編制程序控制加工的全過程,代替了普通銑床的原始手工控制。因而要求指導老師熟悉零件最佳加工工藝的制訂,精通車工刀具的性能,熟悉各式工具使用制造及修磨,掌握各種形狀的測量技巧,同時要求老師熟悉各種形狀零件的程序編制,充分了解數控銑床加工性能及格式形狀加工參數,熟練控制銑床,并具備一定的排除車床故障的能力,并善于分析出現廢次品的原因,并有效控制,加以預防;訓練過程中要設計操作記錄卡片,及時矯正學生不規范的操作,做到每一動作都恰到好處,每一動作都不多余……如此繁雜的工作,需要培訓小組全體成員目標清晰,相互信任,良好溝通,在意識上取得一致的認識,任何一方面出現溝通不到位或信息誤解均可能造成整個訓練成績不理想。因此,平時就應注意培養學生的協作精神。高效的團隊具備實現理想目標所必需的技術和能力,彼此間的相互配合與協作,已成為大賽取勝的先進武器。
2. 整體輪廓,配合加工
初級的加工工藝通過一些專業知識配合完成之后,就需要相互之間的配合來進行工作,當加工的零件有了外部的形態之后,運用兩個或者是多個零件對零件進行組合。在如今的競賽當中,很多方面的題目都是關于將這些零件進行重新組合的,因此,通過對零件的曲線或者是整個結構來進行多個零件的組合是至關重要的內容。
3. 疑難結構,放棄加工
在技能競賽的加工工作進行當中,會遇到非常多的困難,這時候需要做的就是及時將一些極其困難的部分放棄,避免在賽程當中耽誤所用的時間,當然如果這些困難的部分能夠繞過去,建議必須放棄,選手可以把這段時間利用到加工其他的內容上面,獲得另外的分值,如果一味地去追求這個困難的部分,那么不僅會浪費大量的時間,還會影響到其他部分的加工。
綜上所述,在如今的數控技能相關的賽事當中,靈活并且積極地處理零件的加工工藝能夠最大程度上幫助選手制訂可用的加工方案和取得成績的最佳建議,幫助選手在競賽中發揮自己的才干和技能,取得更好的成績。
參考文獻
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[2]陳渡.高職數控技術及應用專業課程體系改革研究[J].河南職業技術師范學院學報,2006,(5).
數控加工設備范文第2篇
1 數控加工技術介紹
數控技術的推出為機械制造行業的發展提供開創了新時代, 其將現代控制技術與機械加工方式有機地集合, 為現代先進制造技術開辟新的路徑。在現代制造行業中, 數控設備的使用規模及其技術復雜性已成為制造類企業間相互競爭的重要因素。
1.1 數控加工技術加工過程分析
不同于傳統的機械式切削加工, 數控加工是在數控機床上完成, 即在數控系統編程的基礎上, 以數字化信息控制待加工零部件及刀具的走向等, 從而實現對零件的加工工程。其控制指令代碼主要通過程序員對所加工零件的材料、幾何形狀、以及刀具的選擇等信息的收集, 根據指令的規范格式完成編寫。對數控機床的控制主要包括有機床的啟停、切削用刀選型、刀具進給參數、主軸轉動的方向、速度的控制等。
1.2 數控加工工藝特點
由于數控加工是基于指令控制而實現的, 因而其加工工藝主要有以下特點:首先是數控加工的工序較為集中, 因數控機床的自動化水平較高, 其刀庫及刀架可自動切換使用, 并在程序操作下控制機床的換刀, 因而待加工零件在一次裝夾固定過程中便可完成鉆、削、銑等不同的加工方式, 使得加工工序“集成化”, 可明顯提高零件的加工效率, 并減少操作工人的工作量;其次是零件加工精度高, 由于數控加工工藝是根據程序指令執行的, 其對刀具的進給量、切削速度等工藝參數均是根據設定值而動作的, 因而可嚴格按照零件的工藝標準進行加工, 進而保證零件的加工精度。
2 零件數控加工工藝分析
2.1 零件數控加工方式的合理性
零件在進行數控加工時, 應避免將數控機床用作一般機床使用, 進而造成設備使用上的浪費情況。因在零件加工時, 并非是所有工序都需通過數控機床加工, 因而應根據零件的復雜程度、表面加工誤差等要求有選擇性地對某些工序使用數控加工方式;另外, 由于不同的數控機床間也存在功能性差異, 因而可根據加工零件的不同對零件進行分類, 從而實現對不同機床的合理使用, 實現資源優化配置的同時提高零件的加工效率。
2.2 零件加工工藝性分析
數控機床在進行零件加工時, 需遵循一些加工原則:首先是在加工過程中, 應盡量集中安排零件加工工序, 即盡可能在一次裝夾固定中完成對零件的數控加工工序, 從而降低機床的使用次數及零件裝夾次數, 減少因裝夾定位造成的誤差量;其次, 在對零件的數控加工工序進行劃分時, 在零件圖紙上要求的加工精度、表面粗糙度等參數要求的基礎上, 應遵循“先粗后精”的加工方式, 即在完成對零件粗加工后再開始半精加工、精加工等工序, 且粗、精加工間應間隔一定的時間, 使零件恢復因切削應力作用而產生的變形, 進而減少零件的加工誤差;另外零件在加工過程中應按照“先內后外、內外交叉”的原則進行加工, 并在完成內外表面的粗加工后開展精加工操作, 且加工時需主要切勿待全部完成內表面或外表面的所有加工工序后再對另一表面 (內或外表面) 進行操作。
2.3 零件走刀路線設計原則
零件的加工工序不僅需遵循上述原則, 另外在刀具走刀路線設計上, 應盡量縮短走刀距離, 以提高零件的加工效率, 并可降低刀具在運動過程中的磨損。在數控機床中, 走刀路線包括刀具從起始點運動并返回至該點所運動的全過程路徑, 即包括有對零件的切削路徑, 也有刀具非切削空行程。因而在設計時, 應合理選擇刀具的起始位置、換刀位置, 并對刀具的空行程進行合理設計, 可有效縮短零件的走刀路線。
此外, 零件的走刀路線在進行規劃時, 也應按照相關準則執行:首先一個前提條件是零件的走刀路線需確保待加工零件的表面粗糙度、加工誤差等參數滿足要求, 不能因片面追求最短走刀路線而忽略其對零件的加工效果;其次應盡量縮短走刀過程中的加工路線, 并在對零件銑削加工時應合理選擇順銑或逆銑。通常而言, 由于數控機床多使用滾珠絲杠, 其運動間隙較小, 因而使用順銑較逆銑更有優勢;另外, 若需一次裝夾完成多道加工工序時, 應選擇對零件破壞性較小的加工路線, 并根據零件的幾何形狀、加工余量、刀具的剛度等確定刀具循環走刀次數。
3 數控加工刀具的選擇
在數控加工設備中, 刀具是決定到零件加工質量的重要因素。刀具的選擇與待加工零件的形狀、表面精度要求及程序中已設定的切削用量緊密相關。針對數控車削, 其刀具主要從成型、尖形及圓弧型車刀選擇。通常成型車刀不推薦使用, 而尖形車刀的選擇要求與普車大體一致, 圓弧型車刀多應用于加工零件表面;針對數控銑床加工零件內外表面輪廓或是銑削平面時, 一般使用平底立銑刀, 其切削用量等參數需根據零件的內、外加工輪廓要求等設定。
4 結束語
在現代制造業領域中, 數控加工技術體現出精確的加工控制及高效率的加工性能, 并在零件加工上得到普遍使用, 是機械向自動化發展的主要推動力。隨著智能化控制技術及信息管理的發展, 未來的數控加工技術必會為制造業的發展開辟新的發展道路。
摘要：在制造業領域, 數控加工技術因其可控性加工及高效率生產而廣泛用于零件加工中。為更好地發揮數控加工技術水平, 本文對數控加工在操作過程中的加工工藝及設備使用進行全面剖析, 以使其更好地服務于機械產品加工。
關鍵詞：數控加工,加工工藝,零件,工藝特點
參考文獻
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數控加工設備范文第3篇
一數控實習 (實驗) 教學中存在的問題
第一, 社會上出現了一種新的機電一體化設備——數控機床, 但和普通機床相比價格較高。如果運用數控機床開展相關的數控實訓, 需要較高的費用。
第二, 由于科技發展速度不斷加快, 數控機床樣式繁多, 更新換代較快, 一般院校很難配備所有的系統, 會出現學生工作后操控的設備和在學校所學不一樣的情況, 要是不能盡快適應, 將會對自己的工作造成一定的影響。
第三, 數控機床自動運行性較好, 學生剛開始學習的時候, 由于不熟悉編程或者操作失誤會損壞機床或者刀具, 嚴重的會威脅到人身安全。為了切實解決上述問題, 筆者建議使用數控加工仿真系統代替數控機床實際操作。
二數控加工仿真系統的產生
進入信息時代, 虛擬現實理論和技術獲得很大的突破, 出現了一種計算機仿真培訓系統, 可以對實際設備的加工環境以及工作的實際狀態進行準確的模擬。在學習的過程中使用計算機仿真培訓系統, 不僅會讓學習者的素質得到有效的提升, 同時比較安全, 花費的費用相對較少。國內很多學校在教學中已經引進計算機仿真系統, 在培養數控操作人才中也得到了廣泛的應用。簡而言之, 就是借助計算機技術以及其他專門的硬件、軟件, 模擬真實的場景, 在這個仿真的場景下參與者通過交互體驗會產生一種真實的感覺, 對操作者實際工作能力的培養很有利。
三數控加工仿真系統的應用方法
1.數控加工仿真系統應用的過程
第一, 數控加工仿真系統的選用。當前市場上的數控仿真系統軟件有很多種, 如北京斐克公司VNUC數控仿真軟件、南京宇航數控仿真軟件等等。通過多方面的比較, 筆者認為北京斐克公司VNUC數控仿真軟件具有較好的性能, 其在教學輔助中具有較高的價值。該仿真軟件可以仿真數控車床、數控銑床和數控加工中心加工零件的全過程。其中主要有定義毛坯、刀具準備、基準測量等多項功能, 內存的數控系統也比較多, 涵蓋FANUC、SIEMENS等多種系統, 具有仿真多種機床、多種系統的能力。
第二, 定義毛坯及選擇刀具。在數控仿真軟件的輔助下, 和數控機床以及相關工藝知識有效地結合在一起, 選擇符合學校情況的系統類型以及機床型號;以加工零件的形狀對工件毛坯的材料和大小進行定義, 選擇合適的工件裝夾形式, 在刀具庫中選擇合適的刀具。
第三, 手工編程及零件加工。零件的尺寸、過程、參數、刀具的位置等是數控機床加工所需的信息, 這些信息在編碼的操控下執行一系列命令。數控編程對學生的思維以及專業技術要求較高。學生編制的程序通過教師的審批確認是否正確。這種教學方式需要教師逐個查閱學生編寫的程序, 內容比較煩瑣, 實際上很多在數控機床上無法通過的程序錯誤教師難以檢查出來。在數控仿真軟件中可以很好地解決該難題, 在編輯方式下的程序界面上輸入數控代碼, 然后以實際數控機床操作回到參考點, 對刀——設定刀具補償。自動運行編寫程序, 加工的全過程均可以觀看, 自主判斷程序的正確性。讓學生對知識更容易掌握, 凸顯仿真軟件在教學中的優點。
2.恰當運用數控加工仿真系統, 充分發揮其在實習教學中的作用
在實習教學中可以使用數控加工仿真系統進行數控編程和操作。教師在實習教學中要重視使用數控仿真系統的方法, 在數控教學中初期的感性訓練、訓練基本程序以及指令代碼的編寫可以在數控教學仿真軟件中完成, 而并不是采用仿真軟件進行全過程的教學活動。在數控課程中可以使用數控加工仿真系統, 作為輔助訓練學生實際操作的工具。教師要重視在教學過程中使用數控加工仿真系統的方法, 明確在教學過程中數控加工仿真系統的位置, 在教學的過程中不能輕視教師的引導作用而過分依賴數控加工仿真系統, 也不能不重視學生在教學中的感受, 教師在教學的過程中需要有辨別并科學地使用數控加工仿真系統, 以便于提升數控教學的質量和水平。同時也應該重視學生的實際加工能力, 不僅要充分運用仿真軟件, 還要有效地提升學生的操作能力和水平, 保證數控教學科學、客觀地開展并具有較強的實效性。
3.科學安排教學內容, 循序漸進地掌握數控編程與操作
進行實習的時候, 筆者建議把教學內容劃分為三個模塊。第一個模塊為基礎, 主要對FANUC數控系統的編程方法和操作技巧進行詳細的介紹和講解。該部分雖然比較基礎, 卻是教學的重點, 學生必須熟練掌握, 并活學活用。第二個模塊為提高, 對SIEMENS數控系統的編程與操作進行細致的講解, 讓學生在不同的數控系統下均具有較強的應用能力。第三個模塊為拓展, 主要對華中數控系統的編程與操作方法進行講解, 拓展學生的知識面。這三個模塊相互促進、相互影響, 讓學生的動手能力得到有效的提升, 滿足社會對綜合性人才的需求。
4.活用教學方法
和本科學生相比, 高職學生學習基礎較差, 教師教學很困難, 如果還使用傳統的教學方式, 不僅難以引起學生的興趣, 而且教學質量也難以提升。應使用先進的教學方法、手段來激發學生的學習興趣。一般而言, 從事數控教學的教師教學水平較高, 具有較強的數控能力, 可以熟練使用多種教學方式。教師在教學的過程中應以學生為主體, 教學中促進學生手腦并用, 改變學生的學習觀念, 讓其由“要我學習”變為“我要學習”。
5.正確進行教學評價
教學評價主要包括學生的自我評價、學生間的相互評價以及教師評價。在計算機上使用數控加工仿真系統進行課程的學習, 筆者建議以教師評價為主, 及時登記每次的練習成績。評價方式多種多樣, 可以是課堂測試也可以是口頭評價, 試題測試又分為兩部分:課題測試、期末測試。教師口頭評價學生的時候應注意選擇激勵的語言以及措辭, 對表現不好的學生不宜直接批評, 應該使用激勵的語言, 對做得好的部分加以鼓勵, 不好的地方委婉地表述, 并給出具體的改進措施。在課堂上進行測試應該具有一定的目的性, 題目不應該過難, 通過課堂測試教師了解到學生學習中的不足并且提高學生的學習熱情和意識。教學評價的本質是促進學生學習, 教師應該掌握科學的評價方法, 多用鼓勵性的評價方式, 不斷提升學生學習的興趣和積極性。
6.數控加工仿真系統的應用優點
使用教學仿真軟件沒有安全上的顧慮。讓學生在仿真系統上進行技能訓練, 訓練的費用能極大地降低, 如果按照50 臺計算機和50 套仿真訓練系統來計算, 花費的資金僅僅能購買一臺價值30 多萬元的數控機床, 卻可以解決50~200 位處于初學階段學生的技能訓練問題, 學生可以輕松地初始化實習進程, 保存未訓練完成的項目, 在反復的訓練中可以有效地提升自身的操作能力, 提升教學效果的同時, 實習成本也得以有效的降低。
和實際加工相比, 機床操作面板的使用與零件的加工幾乎一模一樣, 數控機床加工過程中學生可以從任意角度進行觀察, 直接觀察毛坯——成品的過程, 形象的畫面可以很好地激發學生學習的積極性和動力, 對學生學習和掌握知識極為有利, 在課堂上隨機檢查編程與操作的作業, 每次都有合理的結果, 可以培養學生濃厚的學習興趣。
四結束語
在教學中使用數控加工仿真軟件, 對學生綜合職業素質的全面提升具有很好的促進作用, 不僅使學生獨立思考以及創新的意識得到培養, 更讓學生勇于鍛煉。作為數控教師, 在教學的過程中應該摒棄傳統的教育教學理念, 充分領悟新課改精神, 踐行素質教育理念, 在思考中產生問題, 在思考中解決問題, 采用積極的措施, 很好地使用仿真軟件, 有效地提升數控教育教學質量。
參考文獻
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[2]黃寧健.數控仿真系統在中職數控教學中的應用探討[J].法制與經濟 (下旬) , 2010 (2)
數控加工設備范文第4篇
1 巧用MasterCAM 分析橢圓加工工藝
在實際應用中, 經常采用手工編程的形式, 來加工一些比較復雜的曲線、曲面, 如加工一些螺旋曲線、變截面倒圓角等。而利用CAD/CAM 軟件進行機械零件加工時, 在拿到二維的零件圖紙后, 首先進行三維零件造型, 然后根據使用的數控機床和刀具輸入正確的加工參數就可以生成正確的數控加工程序。只要造型和刀具參數正確, 就基本上能加工出正確的零件, 在電腦屏幕上看到的形狀, 就是加工出來的產品形狀了, 正是由于它的這種直觀性, 更便于制造工程師進行工藝分析, 制定出最佳的工藝方案。CAD/CAM 軟件的這種特性同樣可用來為數控手工編程服務。以橢圓加工為例, 如圖1所示。
1.1 零件加工工藝分析
如圖1所示加工的零件圖, 只考慮右邊橢圓部分的加工, 在運用MASTERCAM軟件對零件進行數控加工自動編程前, 首先要對零件進行加工工藝分析, 確定合理的加工順序, 在保證零件的表面粗糙度和加工精度的同時, 要盡量減少換刀次數, 提高加工效率, 并充分考慮零件的形狀、尺寸和加工精度, 以及零件剛度和變形等因素, 做到先粗加工后精加工, 先加工主要表面后加工次要表面, 先加工基準面后加工其他表面。在運用MASTERCAM軟件進行模擬加工后, 執行了該零件在數控車床上加工的工藝流程為:工件右端面車削, 右端橢圓輪廓循環的粗、精加工, 如圖2所示。
1.2 刀具及加工參數
刀具起始位置在工件坐標系右側 (80 , 80) 處, 精加工余量為0.5mm。所用刀具有端面車刀、93°外圓車刀。
1.3 仿真加工結果 (如圖3所示)
2 手工編寫橢圓加工宏程序
在數控加工程序中, 宏程序是指變量編制的NC程序。一般情況下, 當工件的輪廓曲線為橢圓、雙曲線、拋物線等具有一定規律的曲線時, 可以利用變量編程法進行程序的編制。宏程序對相同加工操作內容的程序編制非常有用, 只要改變變量的值, 即可以完成不同的加工和操作。用戶宏程序由于允許使用變量算術和邏輯運算及條件轉移, 使得編制相同加工操作的程序更方便、更容易, 而且采用宏程序可以在不具有非圓曲線加工功能的機床上加工非圓曲線 ( 如橢圓、拋物線、漸開線等) 。還可將相同加工操作編為通用程序, 使用時加工程序用一條簡單指令調出, 用戶宏程序和調用子程序完全一樣, 可以使加工程序簡潔, 工作效率提高。
宏程序加工橢圓的方法其實質為利用橢圓表達式 (標準方程或極坐標方程) 計算出橢圓曲線上一定數量的中間點坐標, 然后用直線插補功能逐點加工。下面以同一實例介紹FANUC系統數控車床橢圓宏程序的編制, 如圖1所示。
2.1 零件加工分析
車削橢圓回轉體零件時, 可采用直線逼近法。假設工件坐標原點在橢圓頂點上, 機床坐標系偏執值設置在T0101中。零件各級外圓采用數控系統內外圓粗加工復合循環和精加工復合循環進行車削加工。然后對橢圓輪廓進行余量切除。最后調整精車削橢圓輪廓的用戶宏程序, 對其進行精加工。
2.2 刀具及加工參數
刀具起始位置在工件坐標系右側 (80 , 80) 處, 精加工余量為0.5mm。
2.3 加工參考程序 (見表1、2)
2.4 加工零件
經過對程序和加工參數的多次修改和試切, 終于加工出了精度符合工藝要求的橢圓零件, 加工零件如圖4所示。
3 結束語
在數控手工編程中利用的是MasterCAM 軟件的造型功能和自動生成加工軌跡的功能。在屏幕上顯示零件的外形結構和加工工藝的一些特點, 使得觀察分析比較方便, 利用MasterCAM “所見即所得” 的功能特點, 找出一些規律, 分析出一些關鍵點的數據, 然后利用所掌握的數控G代碼和宏程序的指令編制出短小精悍、高效率的宏程序, 很好地解決了非圓曲面加工的工藝難點。
參考文獻
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數控加工設備范文第5篇
1 高速切削技術
1.1 高速切削的提出
1931年, 德國切削物理學家薩洛蒙 (Carl.J.Salomon) 博士提出一個假設, 即同年申請德國專利 (Machine with high cut?鄄ting speeds) 的所羅門原理:被加工材料都有一個臨界切削速度, 在切削速度達到臨界速度之前, 切削溫度和刀具磨損隨著切削速度增大而增大, 當切削速度達到普通切削速度的5~6倍時, 切削刃口的溫度開始隨切削速度增大而降低, 刀具磨損隨切削速度增大而減小。切削塑性材料時, 傳統的加工方式為“重切削”, 每一刀切削的排屑量都很大, 即吃刀大, 但進給速度低, 切削力大。實踐證明隨著切削速度的提高, 切屑形態從帶狀、片狀到碎屑狀發展, 所需單位切削力在初期呈上升趨勢, 而后急劇下降, 這說明高速切削比常規切削輕快, 兩者的機理也不同。
1.2 現代高速切削技術的概念
所羅門原理出發點是用傳統刀具進行高速度切削, 從而提高生產率。到目前為止, 其原理仍未被現代科學研究所證實。但這一原理的成功應該不只局限于此。高速切削技術是切削技術的重要發展方向之一, 從現代科學技術的角度去確切定義高速切削, 目前還沒有取得一致, 因為它是一個相對概念, 不同的加工方式, 不同的切削材料有著不同的高速切削速度和加工參數。這里包含了高速軟切削、高速硬切削、高速濕切削和高速干切削等。
事實上, 高速切削技術是一個非常龐大而復雜的系統工程, 它涵蓋了機床材料的研究及選用技術, 機床結構設計和制造技術, 高性能CNC控制系統、通訊系統, 高速、高效冷卻、高精度和大功率主軸系統, 高精度快速進給系統, 高性能刀具夾持系統, 高性能刀具材料、刀具結構設計和制造技術, 高效高精度測試測量技術, 高速切削機理, 高速切削工藝, 適合高速加工的編程軟件與編程策略等諸多相關的硬件和軟件技術。只有在這些技術充分發展的基礎上, 建立起來的高速切削技術才具有真正的意義。所以要發揮出高速切削的優越性能, 必須是CAD/CAM系統、CNC控制系統、數據通訊、機床、刀具和工藝等技術的完美組合。
1.3 高速切削技術的發展現狀與優點
該項新技術始于20世紀80年代初期, 美、德、法等國處于領先地位, 英、日、瑞士等國亦追蹤而上, 至上世紀80年代后期, 在上述國家里已形成了新興的產業, 年產值已達數十億美元, 并正在逐年上升。近期我國臺灣省亦已起步, 但大陸尚屬空白。同濟大學現代制造技術研究所已跟德國Darmstadt大學建立了項目合作關系, 并獲得初步成果。
按目前看, 工業發達國家的航空、汽車、動力機械、模具、軸承、機床等行業首先受惠于該項新技術, 使上述行業的產品質量明顯提高, 成本大幅度降低, 獲得了市場競爭優勢。超高速切削技術是未來切削加工的方向, 也是時代發展的產物。
2 高速切削的技術裝備
2.1 高速切削機床
高速機床是實現高速加工的前提和基本條件。在現代機床制造中, 機床的高速化是一個必然的發展趨勢。在要求機床高速的同時, 還要求機床具有高精度和高的靜、動剛度。
為了適應粗精加工, 輕重切削和快速移動, 同時保證高精度 (定位精度±0.005mm) , 性能良好的機床是實現高速切削的關鍵因素。其關鍵技術有以下幾項:
2.1.1 高速主軸。
高速主軸是高速切削機床的核心部件, 在很大程度上決定了機床所能達到的切削速度、加工精度和應用范圍。高速主軸單元的性能取決于主軸的設計方法、材料、結構、軸承、潤滑冷卻、動平衡、噪聲等多項相關技術, 隨著對主軸轉速要求的不斷提高, 傳統的齒輪———皮帶變速傳動系統由于本身的振動、噪音等原因已不能適應要求, 取而代之的是一種新穎的功能部件———電主軸, 它將主軸電機與機床主軸合二為一, 實現了主軸電機與機床主軸的一體化。電主軸采用了電子傳感器來控制溫度, 自帶水冷或油冷循環系統, 使主軸在高速旋轉時保持恒溫, 一般可控制在20°~25°范圍內某一設定溫度, 精度為±0.7°, 同時使用油霧潤滑、混合陶瓷軸承等新技術, 使主軸免維護、長壽命、高精度。
2.1.2 高速精密軸承。
高速軸承是高速切削機床的核心, 是決定高速主軸壽命和負載容量的最關鍵部件。
(1) 磁懸浮軸承。磁懸浮軸承是用電磁力將主軸無機械接觸地懸浮起來, 其轉速可達45000r/min, 功率為20k W, 精度高, 易實現實時診斷和在線監控, 是理想的支承元件, 但其價格較高。
(2) 液體動靜壓軸承。采用流體動、靜力相結合的辦法, 使主軸在油膜支撐中旋轉, 具有徑、軸向跳動小、剛性好、阻尼特性好, 適于粗、精加工, 壽命長的優點。但其無通用性, 維護保養較困難。
(3) 混合陶瓷軸承。用氮化硅制的滾珠與鋼制軌道相組合, 是目前在高速切削機床主軸上使用最多的支承元件, 在高速轉動時離心力小, 剛性好, 溫度低, 壽命長, 功率可達80k W, 轉速高達150000r/min, 它的標準化程度高, 便于維護, 價格低。
2.1.3 高速伺服系統。
為了實現高速切削加工, 機床不但要有高速主軸, 還要有高速的伺服系統, 這不僅是為了提高生產效率, 也是維持高速切削中刀具正常工作的必要條件。
(1) 直線電機伺服系統。直線電機是使電能直接轉變成直線機械運動的一種推力裝置, 將機床進給傳動鏈的長度縮短為零, 它的動態響應性能敏捷、傳動剛度高、精度高、加減速度大, 行程不受限制、噪音低、成本較高, 在加速度大于1g的情況下, 是伺服系統的唯一選擇。
(2) 滾珠絲杠驅動裝置。滾珠絲杠仍是高速伺服系統的主要驅動裝置, 用AC伺服電機直接驅動, 并采用液壓軸承, 進給速度可達40~60m/min, 其加速度可超過0.6g, 成本較低, 僅為直線電機的1/2.5。
2.1.4 高性能的CNC控制系統。
2.2 高速切削刀具
刀具是機械加工重要的技術裝備之一。由于離心慣性力隨著轉速升高而迅速增大, 高速主軸端部同刀柄頭部的給合在結構和尺寸方面有許多特別之處。目前基本采用HSK形式和系列, 需要根據機床主軸參數來確定刀柄參數, 使它們相符吻合。由于切削和進給速度高, HSC加工中刀具的壽命一般會降紙, 需要從刀具材料、幾何參數、懸伸長度以及切削參數、切削幾何關系、走刀路線、潤滑冷卻等各方面采取措施, 盡可能減少壽命的降低。
HSC刀具與普通刀具前后角相比, 一般HSC比普通切削的前角約小10°, 后角約大5°~8°。同時HSC刀具的切削部位應盡量短, 以提高刀具的剛性和減小刀刃的破損率。
HSC刀具需選用能適應高速切削的材料。為了獲得較高的工件加工質量及最佳壽命時間, 除硬質合金、金屬陶瓷、涂層切削材料和切削陶瓷外, 還采用了單晶體和多晶體的切削材料。這些切削材料除技術要求外, 還應滿足占有重要位置的經濟和環保性能的要求。在HSC加工中, 選用PKD (多晶體金剛石) 和CBN (立方氮化硼) 可顯著提高加工效率。
除選擇合適的刀具材料外, 在刀具設計過程中, 首先應考慮在離心力作用下刀具構件固定的可靠性, 并注意符合“平衡”的結構。需要對刀具進行最高轉速的試驗。此外, 在制造刀具時, 其良好的工藝性也是很重要的。有價值的和可靠的制造方法, 對從刀具的預處理直至刀刃的制作都具有決定性的意義, 特別是對帶有PKD或CBN刀片的刀具更是如此。
為了使在應用HSC刀具時達到最高加工質量和最佳經濟性能, 不僅應考慮刀具本身, 同時也應考慮刀具和夾緊系統的接口部分, 即主軸和刀具連接面及工件安裝的穩定性。對接口部分和接長桿而言, 特別重要的是徑向擺動精度、懸臂長度、振動性能和可換性。為了達到圓柱刀柄在精加工時對徑向擺動精度的要求, 首先選用液壓夾頭、收縮夾頭和力壓縮夾頭的連接方式, 這些夾頭和HSC接口相配時, 其徑向擺動精度可以達到0.003mm。
2.3 HSC機床的配套裝備
2.3.1 為了縮短輔助工時, 絕大多數HSC機床都配有15~30刀位以上的刀具庫和自動換刀裝置, 成為HSC加工中心;
2.3.2 冷卻潤滑系統是不可少的配套裝備, 其中包含自動對機床各部進行冷卻潤滑的功能和排屑功能;
2.3.3 電子手輪和CAD/CAM系統與高速CNC系統的接口, 是影響到機床操作控制性能的必要配套裝置;
2.3.4 能夠自動測量刀具的直徑、長度和進行破損檢測的激光或紅外線系統;
2.3.5 測頭能夠安裝到主軸上用以探測工件輪廓型面的紅外線測量裝置;
2.3.6 為了減少發生故障后, 停機等待修復的時間, 在機床臺數多、利用率高的情況下, 備用一根高速主軸。
HSC機床的安全防護裝置, 包括硬件和軟件, 要保證即使在發生刀具破裂而高速彈飛出來的極端情況下, 仍然能夠可靠地保護操作使用者的人身安全, 并且能夠預防機床部件、刀具、工件之間產生意外的干涉碰撞。
3 高速切削目前主要應用領域
3.1 大批生產領域
如汽車工業, 如美國福特汽車公司與Ingersoll公司合作研制的HVM800臥式加工中心及鏜汽缸用的單軸鏜缸機床以實際用于福特公司的生產線。
3.2 工件本身剛度不足的加工領域
如航空航天工業產品或其他某些產品, 如Ingersoll公司采用高速切削工藝所銑削的工件最薄壁厚僅為1mm。
3.3 加工復雜曲面領域
如模具工具制造。
3.4 難加工材料領域
如Ingersoll公司的“高速模塊”所用切削速度為:加工航天航空鋁合金2438m/min, 汽車鋁合金1829m/min, 鑄鐵1219m/min, 這均比常規切削速度高出幾倍到幾十倍。
摘要：高速切削技術是當前各高校研究的重要課題之一, 文章從高速切削的提出、所用裝備和應用等方面較詳細地介紹了高速切削的一些基本知識。
關鍵詞：高速切削,技術裝備
參考文獻
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