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数控机床科普知识.docx
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数控机床科普知识
数控机床科普知识
数字操纵机床是用数字代码形式的信息(程序指令),操纵刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床,简称数控机床。
数控机床具有广泛的适应性,加工对象改变时只需要改变输入的程序指令;加工性能比一样自动机床高,能够精确加工复杂型面,因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件,并能获得良好的经济成效。
随着数控技术的进展,采纳数控系统的机床品种日益增多,有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。
此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。
1948年,美国帕森斯公司同意美国空军托付,研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。
由于样板形状复杂多样,精度要求高,一样加工设备难以适应,因此提出运算机操纵机床的设想。
1949年,该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下,开始数控机床研究,并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床,不久即开始正式生产。
当时的数控装置采纳电子管元件,体积庞大,价格昂贵,只在航空工业等少数有专门需要的部门用来加工复杂型面零件;1959年,制成了晶体管元件和印刷电路板,使数控装置进入了第二代,体积缩小,成本有所下降;1960年以后,较为简单和经济的点位操纵数控钻床,和直线操纵数控铣床得到较快进展,使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。
1965年,显现了第三代的集成电路数控装置,不仅体积小,功率消耗少,且可靠性提高,价格进一步下降,促进了数控机床品种和产量的进展。
60年代末,先后显现了由一台运算机直截了当操纵多台机床的直截了当数控系统(简称DNC),又称群控系统;采纳小型运算机操纵的运算机数控系统(简称CNC),使数控装置进入了以小型运算机化为特点的第四代。
1974年,研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型运算机数控装置(简称MNC),这是第五代数控系统。
第五代与第三代相比,数控装置的功能扩大了一倍,而体积那么缩小为原先的1/20,价格降低了3/4,可靠性也得到极大的提高。
80年代初,随着运算机软、硬件技术的进展,显现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置;数控装置愈趋小型化,能够直截了当安装在机床上;数控机床的自动化程度进一步提高,具有自动监控刀具破旧和自动检测工件等功能。
数控机床要紧由数控装置、伺服机构和机床主体组成。
输入数控装置的程序指令记录在信息载体上,由程序读入装置接收,或由数控装置的键盘直截了当手动输入。
数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、操纵部分和输出部分等。
数控装置按所能实现的操纵功能分为点位操纵、直线操纵、连续轨迹操纵三类。
点位操纵是只操纵刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位,然后进行定点加工,而点与点之间的路径不需操纵。
采纳这类操纵的有数控钻床、数控镗床和数控坐标镗床等。
直线操纵是除操纵直线轨迹的起点和终点的准确定位外,还要操纵在这两点之间以指定的进给速度进行直线切削。
采纳这类操纵的有平面铣削用的数控铣床,以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。
连续轨迹操纵(或称轮廓操纵)能够连续操纵两个或两个以上坐标方向的联合运动。
为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓,数控装置具有插补运算的功能,使刀具的运动轨迹以最小的误差靠近规定的轮廓曲线,并和谐各坐标方向的运动速度,以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。
采纳这类操纵的有能加工曲面用的数控铣床、数控车床、数控磨床和加工中心等。
伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种类型。
开环伺服机构是由步进电机驱动线路,和步进电机组成。
每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度,通过滚珠丝杠推动工作台移动一定的距离。
这种伺服机构比较简单,工作稳固,容易把握使用,但精度和速度的提高受到限制。
半闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位置检测器组成。
位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部,利用丝杠的回转角度间接测出工作台的位置。
常用的伺服马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机和电液伺服马达。
位置检测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。
这种伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构,为大多数中小型数控机床所采纳。
闭环伺服机构的工作原理和组成与半闭环伺服机构相同,只是位置检测器安装在工作台上,可直截了当测出工作台的实际位置,故反馈精度高于半闭环操纵,但把握调试的难度较大,常用于高精度和大型数控机床。
闭环伺服机构所用伺服马达与半闭环相同,位置检测器那么用长光栅、长感应同步器或长磁栅。
为了保证机床具有专门大的工艺适应性能和连续稳固工作的能力,数控机床结构设计的特点是具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳固性和精度保持性。
进给系统的机械传动链采纳滚珠丝杠、静压丝杠和无间隙齿轮副等,以尽量减小反向间隙。
机床采纳塑料减摩导轨、滚动导轨或静压导轨,以提高运动的平稳性并使低速运动时不显现爬行现象。
由于采纳了宽调速的进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机,能够不用或少用齿轮传动和齿轮变速,这就简化了机床的传动机构。
机床布局便于排屑和工件装卸,部分数控机床带有自动排屑器和自动工件交换装置。
大部分数控机床采纳具有微处理器的可编程序操纵器,以代替强电柜中大量的继电器,提高了机床强电操纵的可靠性和灵活性。
随着微电子技术、运算机技术和软件技术的迅速进展,数控机床的操纵系统日益趋向于小型化和多功能化,具备完善的自诊断功能;可靠性也大大提高;数控系统本身将普遍实现自动编程。
以后数控机床的类型将更加多样化,多工序集中加工的数控机床品种越来越多;激光加工等技术将应用在切削加工机床上,从而扩大多工序集中的工艺范畴;数控机床的自动化程度更加提高,并具有多种监控功能,从而形成一个柔性制造单元,更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。
在铣削加工中心上铣削复杂工件时,数控立铣刀的使用应注意以下问题:
1.立铣刀的装夹
加工中心用立铣刀大多采纳弹簧夹套装夹方式,使用时处于悬臂状态。
在铣削加工过程中,有时可能显现立铣刀从刀夹中逐步伸出,甚至完全掉落,致使工件报废的现象,其缘故一样是因为刀夹内孔与立铣刀刀柄外径之间存在油膜,造成夹紧力不足所致。
立铣刀出厂时通常都涂有防锈油,假如切削时使用非水溶性切削油,刀夹内孔也会附着一层雾状油膜,当刀柄和刀夹上都存在油膜时,刀夹专门难牢固夹紧刀柄,在加工中立铣刀就容易松动掉落。
因此在立铣刀装夹前,应先将立铣刀柄部和刀夹内孔用清洗液清洗洁净,擦干后再进行装夹。
当立铣刀的直径较大时,即使刀柄和刀夹都专门清洁,依旧可能发生掉刀事故,这时应选用带削平缺口的刀柄和相应的侧面锁紧方式。
立铣刀夹紧后可能显现的另一问题是加工中立铣刀在刀夹端口处折断,其缘故一样是因为刀夹使用时刻过长,刀夹端口部已磨损成锥形所致,现在应更换新的刀夹。
2.立铣刀的振动
由于立铣刀与刀夹之间存在微小间隙,因此在加工过程中刀具有可能显现振动现象。
振动会使立铣刀圆周刃的吃刀量不平均,且切扩量比原定值增大,阻碍加工精度和刀具使用寿命。
但当加工出的沟槽宽度偏小时,也能够有目的地使刀具振动,通过增大切扩量来获得所需槽宽,但这种情形下应将立铣刀的最大振幅限制在0.02mm以下,否那么无法进行稳固的切削。
在正常加工中立铣刀的振动越小越好。
当显现刀具振动时,应考虑降低切削速度和进给速度,如两者都已降低40%后仍存在较大振动,那么应考虑减小吃刀量。
如加工系统显现共振,其缘故可能是切削速度过大、进给速度偏小、刀具系统刚性不足、工件装夹力不够以及工件形状或工件装夹方法等因素所致,现在应采取调整切削用量、增加刀具系统刚度、提高进给速度等措施。
3.立铣刀的端刃切削
在模具等工件型腔的数控铣削加工中,当被切削点为下凹部分或深腔时,需加长立铣刀的伸出量。
假如使用长刃型立铣刀,由于刀具的挠度较大,易产生振动并导致刀具折损。
因此在加工过程中,假如只需刀具端部邻近的刀刃参加切削,那么最好选用刀具总长度较长的短刃长柄型立铣刀。
在卧式数控机床上使用大直径立铣刀加工工件时,由于刀具自重所产生的变形较大,更应十分注意端刃切削容易显现的问题。
在必须使用长刃型立铣刀的情形下,那么需大幅度降低切削速度和进给速度。
4.切削参数的选用
切削速度的选择要紧取决于被加工工件的材质;进给速度的选择要紧取决于被加工工件的材质及立铣刀的直径。
国外一些刀具生产厂家的刀具样本附有刀具切削参数选用表,可供参考。
但切削参数的选用同时又受机床、刀具系统、被加工工件形状以及装夹方式等多方面因素的阻碍,应依照实际情形适当调整切削速度和进给速度。
当以刀具寿命为优先考虑因素时,可适当降低切削速度和进给速度;当切屑的离刃状况不行时,那么可适当增大切削速度。
5.切削方式的选择
采纳顺铣有利于防止刀刃损坏,可提高刀具寿命。
但有两点需要注意:
①如采纳一般机床加工,应设法排除进给机构的间隙;②当工件表面残留有铸、锻工艺形成的氧化膜或其它硬化层时,宜采纳逆铣。
6.硬质合金立铣刀的使用
高速钢立铣刀的使用范畴和使用要求较为宽泛,即使切削条件的选择略有不当,也不至显现太大问题。
而硬质合金立铣刀尽管在高速切削时具有专门好的耐磨性,但它的使用范畴不及高速钢立铣刀广泛,且切削条件必须严格符合刀具的使用要求。
数控编程有专门多软件,最常用的有PRO / E软件,UG、CATIA、CIMATRON、DELCAM等软件。
在我国的模具加工业,一样是几种软件混合使用。
取利补弊。
我们铸造模具厂是金属模具和压铸模具的加工企业。
现在使用PRO / E软件进行设计,利用事实上体参数化的功能。
而数控编程软件那么使用CIMATRON和DELCAM。
在实际工作中使用的成效比较好。
一、 数据格式的转换:
IGES是最通用的格式,出错机率比较少,即使转换成相应的图形有错误,也能修改。
不阻碍模具的编程质量。
PRO / E的文件转换成CIMATRON文件,出了这种IGES转换格式外,还有一种中性文件的转换方式,即Neutral file ,后缀为NEU。
成效要比IGES的格式要好。
DELCAM软件中的数控模块POWERMILL能直截了当读CIMATRON软件的格式,但成效不太好,被修剪的曲面有一部分被修复了。
最好使用DELCAM软件中的PX-EXCHANGE进行转换,成效要好些。
即使用IGES转换格式,数据转换成效最理想。
二、 数控编程时,另一种校正程序的方法:
程序编制好后,检验程序可用SIMULATOR和VERIFIER等方式进行。
其成效一样情形下依旧能够的。
然而在实际工作中,假如将铣刀刀具设置错误,以上两种方式都不能检查出来。
编制数控程序时,由于各种缘故,经常将铣刀的直径设错、或者有时将平头的铣刀设置成球头铣刀,即实际铣刀刀具与程序铣刀刀具不符合。
象R5的刀具设成R6,R6的刀具设成R5等。
为了幸免上述错误的发生。
通过长时刻的研究、总结。
将程序中的刀具参数,如刀具的名称,刀具的直径,平头铣刀的刀尖半径等。
都用后置处理的方法提出来,将其放到刀具路经名称中。
调用程序时可参考。
在FANUC系统中,还能够在数控程序内以括弧形式注解刀具参数,也能保证铣刀参数的正确性。
例如CIMATRON软件生成的刀具路经名称为:
1002020-x2-sxh.caor3r0.D6.0-R0.0.hei 其中1002020-x2-sxh是模具零件名、 caor3r0是程序名,其中r 3代表铣刀半径、 D6.0是刀具的直径、 R0.0是刀具的刀尖圆角、 hei是数控机床Heidenhain系统的缩写。
三 、DELCAM软件后编辑功能比较好:
DELCAM软件后编辑功能相对来说是比较好的。
能够在任意方向上裁减。
其赛车线加工方式对一些老式的机床操作系统更有用。
加工中跳刀现象比较少,节约了大量的辅助加工时刻。
且一次运算出的刀具路经,能够任意编辑,不用再重复运算。
节约了编制程序的运算时刻。
四 、CIMATRON中一种清根方法的再完善:
在CLEANUP清根方式中,将垂直区域和水平区域分别采纳不同的刀具加工。
步骤如下:
1 、在水平区域,采纳半径较大的平头带小圆弧角的刀具进行加工。
在垂直区域留下了与所用刀具半径圆弧相同的未加工区域。
采纳REMACHIN中的ONLY VERT . CONS . Z方法加工。
如图1。
最下侧的刀具路经a 。
采纳刀具半径为R10,刀尖角为R3
2 、在垂直区域,采纳半径较小的平头带小圆弧角的刀具或者用半径较小的球头刀具进行螺旋式加工。
采纳REMACHIN中的ONLY HOR Z . ON SRF . 方法加工。
如图1。
上侧的刀具路经 b。
采纳刀具半径为R5的球头刀。
3 、在垂直区域最下边与水平区域交汇处有局部区域未加工,有残留区域。
现在采纳WCUT只加工那个区域,高度采纳水平区域的高度。
即刀具路经a的加工高度。
如图1。
最下侧的刀具路经 c 。
采纳刀具半径为R5的球头刀。
此方法适合零件形状较深,可保证刀具的刚度、强度及零件加工质量。
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图 1 --清根方法的再完善
五 、实际工作中的一个实例:
铸造模具厂在加工汽车制动盘模具时,如以下图2。
使用CIMATRON软件,由于齿尖处R为R3.2使用半径R3的平头铣刀应该没什么问题。
然而使用CIMATRON软件的人都明白,当加工凹型时刀具尺寸与凹型相差专门小时,程序全然就不运行,或者运行也出错,如以下图3:
形成了不同的刀具路径。
假如将刀具半径缩小到R2.5时,加工的成效比较好,然而刀具的刚度、强度都降低了,阻碍加工效率和质量。
因此我们改用DELCAM软件。
将其用IGES格式转换到DELCAM,加工参数与CIMATRON相同。
如图4。
将图3和图4的刀具路径进行比较,从图形上看DELCAM软件加工的成效要比CIMATRON软件好得多,而且加工出来的模具确实比较好。
实际工作中可能遇到各种问题,利用软件的各自的优势互补,达到加工出合格产品的目的
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图 2 制动盘模具顶视图
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图 3 CIMATRON软件加工制动盘模具的实例
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图 4 DELCAM软件加工制动盘模具的实例
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