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数控车床应用
作者:杨迎春
摘要:随着数控加工的日益成熟越来越多的零件产品都用数控机床来加工,因此如何改进数控加工的工艺问题就越来越重要。在数控机床上由于机床空间及机床的其他局限了数控加工的灵活性,这样就要求我们要懂得如何改进加工工艺,提高数机
床的应用范围和加工性能。从而达到提高生产效率和产品质量。
数控加工作为一种高效率高精度的生产方式,尤其是形状复杂精度要求很高的模具制造行业,以及成批大量生产的零件。因此数控加工在航空业、电子行业还有其他各行业都广泛应用。然而在数控加工从零件图纸到做出合格的零件需要有一个比较严谨的工艺过程,必须合理安排加工工艺才能快速准确的加工出合格的零件来,否则不但浪费大量的时间,而且还增加劳动者的劳动强度,甚至还会加工出废品来。
一般数控机床的加工工艺和普通机床的加工工艺是大同小异的,只是数控机床能够通过程序自动完成普通机床的加工动作,减轻了劳动者的劳动强度,同时能比较精准的加工出合格的零件。由于数控加工整个加工过程都是自动完成的,因此要求我们在加工零件之前就必须把整个加工过程有一个比较合理的安排,其中不能出任何的差错,否则就会产生严重的后果。
关键词:车孔、复位、排屑
绪论
高速加工技术发展迅速,在高档数控机床中得到广泛应用。应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术,优化机床结构,采用高性能功能部件,移动部件轻量化,减少运动惯性。在***材料和结构的支持下,从单一的***切削高速加工,发展到机床加工全面高速化,如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转;快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米;换刀时间从十几秒下降到10秒、3秒、1秒以下,换刀速度加快了几倍到十几倍。应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间,从而实现加工制造的高质量和高效率。
数控车床的基本组成和工作原理
数控机床一般由输入输出设备、CNC装置(或称CNC单元)、伺服单元、驱动装置(或称执行机构)、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量反馈装置组成。如下图是数控机床的组成框图。
电气回路
辅助装置
PLC
主轴伺服单元
操作面板
主轴驱动装置
进给驱动装置
测量反馈装置
进给伺服单元
输入/输出
设备
计算机
数控
装置
机床本体
图1-1机床机构
⑴机床本体
数控机床的机床本体与传统机床相似,由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、***系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化,这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。
⑵CNC单元
CNC单元是数控机床的核心,CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。CNC单元接受数字化信息,经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后,将各种指令信息输出给伺服系统,伺服系统驱动执行部件作进给运动。
⑶输入/输出设备
输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备。在数控机床产生初期,输入装置为穿孔纸带,现已淘汰,后发展成盒式磁带,再发展成键盘、磁盘等便携式硬件,极大方便了信息输入工作,现通用DNC网络通讯串行通信的方式输入。
输出指输出内部工作参数(含机床正常、理想工作状态下的原始参数,故障诊断参数等),一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存,待工作一段时间后,再将输出与原始资料作比较、对照,可帮助判断机床工作是否维持正常。
⑷伺服单元
伺服单元由驱动器、驱动电机组成,并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。对于步进电机来说,每一个脉冲信号使电机转过一个角度,进而带动机床移动部件移动一个微小距离。每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统,整个机床的性能主要取决于伺服系统。
⑸驱动装置
驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动,通过简单的机械连接部件驱动机床,使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动,最后加工出图纸所要求的零件。和伺服单元相对应,驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。
伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统,它是机床工作的动力装置,CNC装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施,所以,伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。
⑹可编程控制器
可编程控制器(PC,ProgrammableController)是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置,专为在工业环境下应用而设计的。由于最初研制这种装置的目的是为了解决生产设备的逻辑及开关控制,故把称它为可编程逻辑控制器(PLC,ProgrammableLogicController)。当PLC用于控制机床顺序动作时,也可称之为编程机床控制器(PMC,ProgrammableMachineController)。PLC己成为数控机床不可缺少的控制装置。CNC和PLC协调配合,共同完成对数控机床的控制。
⑺测量反馈装置
测量装置也称反馈元件,包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。通常安装在机床的工作台或丝杠上,它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置,供CNC装置与指令值比较产生误差信号,以控制机床向消除该误差的方向移动。
使用数控机床时,首先要将被加工零件图纸的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序;然后将加工程序输入到数控装置,按照程序的要求,经过数控系统信息处理、分配,使各坐标移动若干个最小位移量,实现***与工件的相对运动,完成零件的加工。
数控车床的品种和规格繁多,一般可以用下面三种方法分类。
⑴按控制系统分
目前市面上占有率较大的有法拉克、华中、广数、西门子、三菱等。
⑵按运动方式分类
①点位控制数控机床
②点位/直线控制数控机床
③连续控制数控机床
⑶按控制方式分类
按控制方式分类可以分为开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床。
⑴主要规格尺寸
数控车床主要有床身与刀架最大回转直径、最大车削长度、最大车削直径等。
⑵主轴系统
数控车床主轴采用直流或交流电动机驱动,具有较宽调速范围和较高回转精度,主轴本身刚度与抗振性比较好。现在数控机床主轴普遍达到5000~10000r/min甚至更高的转速,对提高加工质量和各种小孔加工极为有利;主轴可以通过操作面板上的转速倍率开关调整转速;在加工端面时主轴具有恒线切削速度(恒线速单位:mm/min),是衡量车床的重要性能指标之一。
⑶进给系统
该系统有进给速度范围、快速(空行程)速度范围、运动分辨率(最小移动增量)、定位精度和螺距范围等主要技术参数。
进给速度是影响加工质量、生产效率和***寿命的主要因素,直接受到数控装置运算速度、机床动特性和工艺系统刚度限制。数控机床的进给速度可达到10~30m/min其中最大进给速度为加工的最大速度,最大快进速度为不加工时移动的最快速度,进给速度可通过操作面板上的进给倍率开关调整。
脉冲当量(分辨率)是CNC重要的精度指标。有其两个方面的内容,一是机床坐标轴可达到的控制精度(可以控制的最小位移增量),表示CNC每发出一个脉冲时坐标轴移动的距离,称为实际脉冲当量或外部脉冲当量;二是内部运算的最小单位,称之为内部脉冲当量,一般内部脉冲当量比实际脉冲当量设置得要小,为的是在运算过程中不损失精度,数控系统在输出位移量之前,自动将内部脉冲当量转换成外部脉冲当量。
实际脉冲当量决定于丝杠螺距、电动机每转脉冲数及机械传动链的传动比,其计算公式为
数控机床的加工精度和表面质量取决于脉冲当量数的大小。普通数控机床的脉冲当量—,,,,脉冲当量越小,数控机床的加工精度和表面质量越高。
定位精度和重复定位精度,定位精度是指数控机床各移动轴在确定的终点所能达到的实际位置精度,其误差称为定位误差。定位误差包括伺服系统、检测系统、进给系统等的误差,还包括移动部件导轨的几何误差等。它将直接影响零件加工的精度。
重复定位精度是指在数控机床上,反复运行同一程序代码,所得到的位置精度的一致程度。重复定位精度受伺服系统特性、进给传动环节的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。一般情况下,重复定位精度是呈正态分布的偶然性误差,它影响一批零件加工的一致性,是一项非常重要的精度指标。,。
⑷***系统
数控车床包括刀架工位数、工具孔直径、刀杆尺寸、换刀时间、重复定位精度各项内容。加工中心刀库容量与换刀时间直接影响其生产率,换刀时间是指自动换刀系统,将主轴上的***与刀库***进行交换所需要的时间,换刀一般可在5~20s的时间内完成。
数控机床性能指标还有电机、冷却系统、机床外形尺寸、机床重量等。
与普通车床相比,数控车床具有以下几个特点:
⑴适应性强
由于数控机床能实现多个坐标的联动,所以数控机床能加工形状复杂的零件,特别是对于可用数学方程式和坐标点表示的零件,加工非常方便。更换加工零件时,数控机床只需更换零件加工的NC程序。
⑵加工质量稳定
对于同一批零件,由于使用同一机床和***及同一加工程序,***的运动轨迹完全相同这就保证了零件加工的一致性好,且质量稳定。
⑶效率高
数控机床的主轴转速及进给范围比普通机床大。目前数控机床最高进给速度可达到100m/min以上,。一般来说,数控机床的生产能力约为普通机床的三倍,甚至更高。数控机床的时间利用率高达90%,而普通机床仅为30%~50%。
⑷精度高
数控机床有较高的加工精度,~。数控机床的加工精度不受零件复杂程度的影响,机床传动链的反向齿轮间隙和丝杠的螺距误差等都可以通过数控装置自动进行补偿。因此,数控机床的定位精度比较高。
⑸减轻劳动强度
在输入程序并启动后,数控机床就自动地连续加工,直至完毕。这样就简化了工人的操作,使劳动强度大大降低。
还有能实现复杂的运动、产生良好的经济效益、利于生产管理现代化等特点。
第二章数控车床加工工艺分析
根据图纸提供的技术要求,工件采用无缝钢管进行加工,,用车削即可达到。,在批量生产中,工艺路线大致为:
下料—热处理—车端面—车外圆—车内孔—质检
前面所述,薄壁件加工特点得知“内孔加工”工序是质量控制的关键。我们抛开外圆,,经过我们多次加工和实验,采用***新磨法,较好地解决了这一问题材。
车孔的关键技术是解决内孔车刀的刚性和排屑问题。增加内孔车刀的刚性,我采取了以下措施:
(1)尽量增加刀柄的截面积,通常内孔车刀的刀尖位于刀柄的上面,这样刀柄的截面积较少,还不到孔截面积的1/4,如图1
图3-2图3-3
若使内孔车刀的刀尖位于刀柄的中心线上,那么刀柄在孔中的截面积可大大地增加,
(2)刀柄伸出长度尽能做到同加工工件长度长5-8mm,以增加车刀刀柄刚性,减小切削过程中的振动。
主要控制切削流出方向,粗车刀要求切屑流向待加工表面(前排屑)为此。采用正刃倾角的内孔车刀,
精车时,要求切屑流向向心倾前排屑(孔心排屑)因此磨刀时要注意切削刃的磨削方向,要向前沿倾圆弧的排屑方法,如图4精车刀合金用YA6,目前的M类型,它的抗弯强度、耐磨、冲击韧度以及与钢的抗粘和温度都较好。
图3-4
刃磨时前角磨以圆以圆弧状角度10-15°-(***底线顺弧度)§-1为沿切屑刃图4B点;修光刃为R1--8°为适图4E内刃的A-A点磨成圆向外排屑。
(1)加工前必须要做一件护轴;护轴主要目的:是把车好的薄壁套内孔以原尺寸套住,用前后顶尖固定使它在不变形的情况下加工外圆,保持外圆加工质量、精度。所以,护轴的加工对加工薄壁套管的工序是关键环节。
加工护轴毛胚用45﹟碳结构圆钢;车端面、开两头B型顶尖孔,粗车外圆,留余量1mm。经热处理调质定形、。重新热处理碎火表面,硬度HRC50,再经外圆磨床磨成如图5所示,精度达要求,完工后待用。