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高速加工定义.docx
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高速加工定义
高速加工定义
现今模具业流行谈论高速铣床对模具加工影响,高速加工论说甚多,尤其在中国市场,模具行业飞速发展,对于能加快模具生产之机床,需求极高,因此高速铣床理论成为热点所在,而各大机床生产商争先推出各种号称世界第一高速铣床,众说纷纭,有些机床生产商说其主轴转速世界最快每分钟达60,000转以上,又有些机床生产商说其机床刚性好、精度高,必定达到高速加工效果,更有些说其机床结构与众不同,采用人造大理石能减低震动,必可迎合高速加工要求,除此之外等更多听闻,有些不负责任机床供货商,向客户推荐其机床适合任何类型模具加工,只需更换高速主轴或低速高扭矩主轴便可,此等荒诞论说,正如有一汽车销售员向阁下推销一部全能汽车,只要阁下更换高速发动机,此汽车便可变成法拉利跑车,更换高扭矩发动机,即可成为货车,但阁下会相信此等论说,而购买此车吗?
可知跑车与轿车,轿车与货车分别之大众所皆知,不论外观,风阻系数,控制系统,车体结构,车轴距离,方向盘,避震系统,车体与地面距离,转档系统,加速率,剎车系统,甚至舒适程度等,都有不同规格要求,是否单单更换发动机,便可适应不同使用需要,答案肯定不是,实质使用需要,在研究开发时,设计师早有定案计划,按不同要求,设计出甚么样的车辆,适合何种用途,不是单靠发动机解决问题.所以高速铣床设计正如设计汽车,应用在模具,模架或镗孔之机床在设计上绝对不一样,机床整体设计非常重要,客户需根据本身产品,才决定购买那种机床才是明智之举.模具业在中国市场已进入去弱留强阶段,产品市场生命周期短,模具生产周期至为重要,如手机模具,从过去90天生产周期到现在15-21天试模,由此可见现在模具生产已不只追求精度及光洁度那么简单,必须加上效率。
Roeders公司以其200年模具制造经验,在1989年德国Roeders首先完成世界第一台高速加工中心,并提供技术数据予瑞士Mikron合作生产高速加工中心,直至1994年双方因维修服务问题终止合作,Roeders开始生产自己品牌高速机床,提供优质支持服务予世界广大客户。
Roeders机床在中国増长迅速,自1998年第一台Roeders机床进入中国市场,现已有60多台Roeders机床在为中国模具业服务。
那么到底高速加工概念是甚么?
如何能达到高速加工效果?
本文尝试以深入浅出方法加以叙述.
高速加工概念大概分为下列7点:
•机床
•软件
•编程
•刀具
•刀把
•夹具
•维修、技术支持及人员培训.
•高速机床要求大致可分为下列7点
高速、高扭矩之主轴:
主轴速度需达36,000rpm以上,驱动电机功率必需在14kw以上,在高速加工概念中,小直径刀具应用尤其重要,减少电火花和抛光加工=减低生产成本,现今刀具发展一日千里,刀具直径少至R0.15mm品牌比比皆是,尽量使用直径细小刀具作深腔或清角加工,减少电火花加工,对于提高模具生产效率有着极大帮助,从前需要加工电极,再拿到电火花机床加工,生产周期需2-3天加上电火花机床效率奇低快则一天半天,要求特高之模具还要多做几个电极,往往需要7天以上才能完成一套精密模具,深腔、清角加工,费时费力,故使用高转速主轴,小直径刀具在模具加工中非常重要.但很多机床供货商往往为求完成指标,制造虚假测试报告,声称其16,000转主轴用R0.3刀具,走600mm进给速度,用几分钟完成HRC50甚至HRC60车灯模具精加工,很多客户在一知半解情况下或崇尚名牌心理,购买此类机床,然后发觉货不对板,后悔莫及只有当交学费的阿Q精神自我安慰,因为他们购买机床时连R0.3刀具也从未看过或接触过,可知R0.3刀具刀锋多少,只要算一算线速度,没有30,000转以上主轴完全达不到期望之光洁度及速度.盲目相信名牌机床测试报告,相信切削深度的理论,而忽略了光是机床是不能扭转物理定律的,而误中圈套。
现在的机械加工工艺要求的主轴转速越来越高,高转速也越来越成为衡量一个产品水平的标志,成为商家竞争的焦点,谁先采用了更高转速的主轴,谁便在激烈的竞争中拥有了一张硬牌。
趋势就是:
以专业厂家生产的高质量的电主轴取代各机床厂家自己生产的传统主轴
但是只有高速主轴是不足以应付高速加工要求,可知模具不单靠精加工就能完成任务,粗加工对模具加工也占着重要位置,故在兼顾高速,同时亦需考虑主轴扭矩,,主轴电机需有14kw功率,在5,000–30,000rpm时,需达到4.5Nm~13Nm扭矩,而在36,0000-42,000rpm时仍可保持2.5Nm~4Nm扭矩,使不同直径刀具应用更有弹性,模具尽量在高速加工机床一次成形,减少因不同机床的应用,浪费装夹时间。
轻巧、坚固全铸铁龙门架机床结构:
高速切削机床,机架设计都有同一个特征,就是龙门架式设计,Z轴挂在Y轴上,成十字架式设计,而X轴在机床上以独立方向移动,工件只在一个轴向移动,各运动轴惯量相等,设计紧凑精密,确保刚性高,能在高动态性下保持高精度加工,然而“十字架”式设计常被人批评刚性不好,机床寿命短,他们认为Z轴必须放在Y轴的机床平台上滑动,才是刚性最好,但这些批评,只显示他们对高速切削理解不深,因为他们连高速加工基本理论也搞不清楚,因高速加工概念有着一个非常重要的理论称之为*零*切削,零切削概念是以高转速配合高进给速度,对工件进行切削加工,理论上当高转速及高进给速度达到普通加工的十倍以上时,所有刀具与工件磨擦而产生之热量都被切削时产生废削带走,故加工深度,切削量与传统机床切削方法有很多不同此处,在此本文先不详述,待第三部份“编程”时详加分析,因此高速加工能达到高光洁度效果,当然刀具是重要一环,没有适当刀具及刀把配合,所有理论均不能成立,现在回头再说机床部份,为甚么说这么多理论?
因为要说明“十字架“式机床对高速加工之重要性,因只有十字架式机床才可在高进给速度时保持高加速率速,因在实际模具加工时,CNC切削不可能祇是A点到B点之间的移动,编程上我们因模具光洁度及精度要求,需由多点串连,没有高加速率,就没有高速加工,因十字架设计Z轴重量大约只有500–700kg,如果Z轴在Y轴平台移动,Z轴重量就达到1500kg–2000kg,要多大駆动马达才能达至0.75g以上高加速率要求,基本上是Missionimpossible(不可能任务),本人再用简单比喻,希望读者能更易理解,铣削加工像削苹果,高速加工是用水果刀削,水果刀轻便灵活,速度快,削出来苹果表面比较光滑,传统机床是以菜刀削苹果,菜刀笨重,削出来苹果表面比较粗燥,所以高速机床对加速率一直追求完美,而批评十字架式机床设计,或对本文有关<零>切削概念有所怀疑之士,欢迎随时致函与本人查证,但查证前先参考此公式:
E=mc2,如不知道公式从那来,敬请不要致函.
此外全铸铁机床,不但刚性高,兼有温差同步膨胀的好处,不会因不同物料的温差膨胀系数不同而导致机床精度误差。
有些客户买了混合材质机床,如人造大理石+铸铁的机床后,发觉机床归零有偏差,就是因为两种材料膨胀系数不一致所致,对于高速加工中心这种高精度的设备来说,这种误差是致命的,因为加工过程中一定会产生热量的,目前来说谁也不能把这些热量完全吸收掉!
-- 作者:
lgdelux
-- 发布时间:
2004-6-2717:
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49
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c).高性能CNC控制系统:
高速加工追求高精度和高光洁度,要达到这个目标,除了机床本身的精度之外,还要求NC程序的精度要比普通加工高很多,一般在十倍以上,大家都知道,在计算机辅助制造中,CAM软件一般采用点逼进法来加工圆弧,样条曲线等非直线外形,精度要求越高,就要求越多的点来逼近,这样产生的NC程序往往多达十几兆至几十兆.这就要求机床的控制系统有非常高的数据处理能力,要有在1秒钟内处理5000~10000条数据的能力,这样的数据量工控机是望尘莫及的,所以我们经常会看到有的机床在转弯位和尖角位停顿甚至死机。
有的厂商便采用专用的软件来优化数据,和机床捆绑销售,且不论会使用户增加投资。
数据经过优化之后,加工的速度是上去了,但精度确降低了,同时,产品上该是尖角的地方也变成了圆角,因为尖角的数据往往最容易被优化掉。
工控机的弊病,要有丰富的经验和很专业的技术人员才能熟练的驾驭,而PC开发的控制系统直观,条理性好,只要你接触过电脑,经过两三天的培训,即可熟练的操作。
此外PC计算机有着硬件维护容易,升级便宜简易之优点,不会有今天买明天落后的情况,试问10年前计PC之CPU机速度与今天PC速度已相差20多倍,可笑是现今很多机床工控计算机仍使用Pentium133Mhz,如何配合现今编程要求?
有些机床供货商说PC计算机没有工控机稳定,这些自相矛盾的说话,你会相信吗?
试问贵司所用之编程计算机是否工控机,有没有不稳定或编程精度出现问题?
答案是:
好像没有或者是很少,实际上只要在PC计算机加上防尘、防油处理,PC计算机与工控机基本上没有分别,只是PC运算速度比工控机快得多,而两者最大分别在于使用控制平台不一样而已,Roeders机床控制平台使用Windows2000,升级简单、快捷、便宜(基本上免费)上网下载便可,而工控机使用自身开发平台,升级困难、昂贵、有时候系统出问题等几年音讯全无,对客户影响深远,由此可以预见,高速加工中心的控制系统必然要向PC发展。
d).高精度、快速的驱动系统:
高速切削是高切削速度、高进给率和小切削量的组合,进给速度为传统的10倍以上,这首先要求机床的驱动系统和控制系统之间的数据传输要快,因为光是控制系统处理数据的能力强是不够的,机床要实现普通机床10倍以上的进给速度,需要驱动系统处理数据的能力快百倍以上,普通机床的数据传输均使用串口、并口、或同轴电缆,它们的传输速率远远达不到这个要求,所以有些高端机床使用光纤传输,这样不但速度快,稳定性也大幅度提高。
其次,高速加工程序由于数据密集,点到点之间,各轴经常在微距状态下高频率工作,这不仅要求伺服系统反应极其灵敏,更对伺服电机提出了更高的要求,随着电机技术的发展,先进的直线电动机已经问世,并成功应用于CNC机床。
先进的直线电动机驱动使CNC机床不再有质量惯性、超前、滞后和振动等问题,加快了伺服响应速度,更提高了伺服控制精度和机床加工精度。
不仅能使机床在f=60m/min以上进给速度下进行高速加工,而且快速移动速度达f=120m/min,加速度达2g,提高了零件的加工精度。
而滚珠導軌配合更是高速加
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