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1、 数控加工工艺系统 一数控机床概述 1 1数控机床的特点 一 数控机床的加工特点 适应性强 精度高 质量稳定 生产效率高 能实现复杂的运动 良好的经济效益 有利于生产管理的现代化 二 数控机床的使用特点 1 数控机床对操作维修人员的要求对操作人员 具有一定的工艺知识和操作经验 熟悉数控机床结构特点 工作原理 熟练操作计算机 需通过程序编制的专业考核 对维修人员 了解数控机床的机械结构 懂得数控机床的电气原理及电子电路 具有较宽的机 电 气 液专业知识 需进行专业培训 2 数控机床对夹具和刀具的要求对夹具要求 定位可靠 良好的冷却排屑性能 单件生产 采用通用夹具 批量生产 使用专用夹具 对刀具要
2、求 较高的精度 耐用度 几何尺寸稳定 变化小 能实现机外预调和快速换刀 加工高精度孔时要经试切削确定其尺寸 刀具的柄部应满足柄部标准的规定 很好地控制切屑地折断和排出 具有良好的冷却功能 1 2组成和工作原理 数控机床由程序编制及程序载体 输入装置 数控装置 伺服驱动及位置检测 辅助控制装置 机床本体等几部分组成 1 3数控机床的分类 1 按加工类型分类 金属切削类数控机床金属切削类数控机床有数控车床 数控铣床 数控钻床 数控镗床 数控磨床 数控镗铣床等 加工中心MC是带有刀库和自动换刀装置的数控机床 特种加工类数控机床数控特种加工机床有数控电火花线切割机床 数控电火花加工机床 数控激光加工机
3、床等 板材加工类数控机床金属成形类数控机床有数控折弯机 数控弯管机和数控压力机等 2 按驱动装置的特点分类 开环控制数控机床 闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床 3 按加工路线分类数控机床按其刀具与工件相对运动的方式 可以分为点位控制 直线控制和轮廓控制 1 点位控制 刀具与工件相对运动时 只控制从一点运动到另一点的准确性 而不考虑两点之间的运动路径和方向 多应用于数控钻床 数控冲床 数控坐标镗床和数控点焊机等 2 直线控制 刀具与工件相对运动时 除控制从起点到终点的准确定位外 还要保证平行坐标轴的直线切削运动 由于只作直线进给运动 因此不能加工复杂的工件轮廓 用于简易数控车床 数控铣床 数
4、控磨床 3 轮廓控制 刀具与工作相对运动时 能对两个或两个以上坐标轴的运动同时进行控制 因此可以加工平面曲线轮廓或空间曲面轮廓 有数控车床 数控铣床 数控磨床 加工中心等 4 按可控制联动的坐标轴分类可控制联动的坐标轴 是指数控装置控制几个伺服电动机 同时驱动机床移动部件运动的坐标轴数目 1 两坐标联动 数控机床能同时控制两个坐标轴联动 如图1 22所示 即数控装置同时控制X和Z方向运动 可用于加工各种曲线轮廓的回转体类零件 或机床本身有X Y Z三个方向的运动 数控装置中只能同时控制两个坐标 如图1 23所示 实现两个坐标轴联动 但在加工中能实现坐标平面的变换 用于加工图1 24 a 所示的
5、零件沟槽 2 三坐标联动 能同时控制三个坐标轴联动 可用于加工曲面零件 如图1 24 b 所示 3 两轴半坐标联动 数控机床本身有三个坐标能作三个方向的运动 但只能同时控制两个坐标 而第三个坐标只能作等距周期移动 可加工空间曲面 如图1 24 c 所示零件 数控装置在ZX坐标平面内控制X Z两坐标联动 加工垂直面内的轮廓表面 控制Y坐标作定期等距移动 即可加工出零件的空间曲面 4 多坐标联动 能同时控制四个以上坐标轴联动 多坐标数控机床的结构复杂 精度要求高 程序编制复杂 主要应用于加工形状复杂的零件 五轴联动铣床加工曲面形状零件 如图1 24 d 所示 图1 24空间平面和曲面的数控加工 a
6、 零件沟槽面加工 b 三坐标联动曲面加工 c 两坐标联动加工曲面 d 五轴联动 5 按数控装置的类型分类 1 硬件数控 早期的数控装置基本上都属于硬件数控 NC 类型 主要由固化的数字逻辑电路处理数字信息 于20世纪60年代投入使用 由于其功能少 线路复杂和可靠性低等缺点已经淘汰 2 计算机数控 用计算机处理数字信息的计算机数控 CNC 系统 于20世纪70年代初期投入使用 随着微电子技术的迅速发展 微处理器功能越来越强 价格越来越低 现在数控系统的主流是微机数控系统 MNC 6 按数控系统的功能水平分类数控系统一般分为高级型 普及型和经济型三个档次 数控系统并没有确切的档次界限 其参考评价指
7、标包括 CPU性能 分辨率 进给速度 联动轴数 伺服水平 通信功能和人机对话界面等 1 高级型数控系统该档次的数控系统采用32位或更高性能的CPU 联动轴数在5轴以上 分辨率 0 1 m 进给速度 24m min 分辨率为1 m时 或 10m min 分辨率为0 1 m 2 普及型数控系统该档次的数控系统采用16位或更高性能的CPU 联动轴数在5轴以下 分辨率在1 m以内 进给速度 24m min 3 经济型数控系统该档次的数控系统采用8位CPU或单片机控制 联动轴数在3轴以下 分辨率为0 01 进给速度在6 8m min 1 4数控机床的发展趋势 1 高可靠性 提高元器件和系统的可靠性 采用
8、抗干扰技术 提高数控系统对环境的适应能力 使数控系统模块化 通用化和标准化 提高自诊断及保护功能2 高柔性化柔性 指机床适应加工对象变化的能力3 高精度化 利用数控系统的补偿功能 采用高分辨率 高响应性的绝对位置传感技术 提高数控机床机械本体结构刚性和热稳定性4 高速度化机械方面 提高切削速度和减少辅助时间数控系统 CPU5 复合化工序复合化功能复合化6 制造系统自动化 加工单元 柔性制造单元 柔性制造系统 FMS 二数控机床的自动换刀装置 2 1自动换刀装置的形式 一 回转刀架换刀 二 更换主轴换刀 三 带刀库的自动换刀系统 一 回转刀架换刀 数控车床的回转刀架 1 刀架抬起 2 刀架转位
9、3 刀架压紧 4 转位液压缸复位 二 更换主轴换刀 换主轴换刀 三 带刀库的自动换刀系统 刀库与机床为整体式 刀库与机床为分体式 2 2刀库 一 刀库的功能 二 刀库的形式 三 刀库的容量 二 刀库的形式 直线刀库 a圆盘刀具 bcdefg链式刀库 hI其它刀库 jk 三 刀库的容量 加工工件与刀具数量的关系 2 3刀具系统及刀具选择 一 刀具系统 二 刀具的选择方式 三 刀具识别装置 二 刀具的选择方式 1 顺序选择刀具 2 任意选择刀具 a 刀具编码方式 b 刀座编码方式 c 刀具和刀座编码方式 刀具编码的结构 刀座编码的结构 三 刀具识别装置 1 接触式刀具识别装置 2 非接触式刀具识别
10、装置 a 非接触式磁性识别法 b 非接触式光电识别法 接触式刀具识别装置的原理 非接触式磁性识别原理图 光导纤维刀具识别原理图 2 4刀具交换装置 一 刀具交换方式 1 无机械手换刀 2 机械手换刀 二 自动换刀动作顺序 钩刀机械手的换刀过程 三 自动换刀特殊机构 1 主轴准停机构2 主轴内部刀具自动夹紧松开机构 三主运动及进给运动 3 1主轴驱动及其结构 一 数控机床对主传动的要求1 数控机床要有宽的调速范围 静刚度 2 尽可能实现无级变速 3 加工中心要求主轴具有高精度的准停控制 4 旋转精度和运动精度 耐磨性 热变形等 二 主传动的调速方式1 带有二级齿轮变速2 带传动的主传动3 有主轴
11、电动机直接驱动 三 主轴的支撑 3 2机床进给传动机构 一 数控机床对进给运动的要求 减少运动件的磨擦阻力 丝杠和导轨结构的滚动化是减少摩擦的重要措施之一 提高传动精度和刚度 油的压缩刚度很低 必须限制油缸的最大行程 减少运动惯量 稳定性好 寿命长 低速下不产生爬行 适应外加载荷的变化而不发生共振 使用维修方便 二 进给传动机构 联轴器 减速机构 a 齿轮传动机构b 同步齿形带 三 转换装置 滚珠丝杠螺母副 提高进给系统的灵敏度 定位精度和防止爬行 a 滚珠丝杠的工作原理 b 轴向间隙的消除 c 滚珠丝杠的支撑 d 滚珠丝杠的保护 制动装置 齿侧间隙补偿机构 键连接间隙补偿机构 四 导向装置
12、对机床导轨的要求a 导向精度高b 耐磨性好c 足够的刚度d 低速运动平稳性e 结构简单 工艺性好 四数控机床刀具 4 1 数控加工工艺系统的组成 数控加工工艺系统是由数控机床 夹具 刀具和工件等组成 4 2 数控刀具的主要种类 1 数控加工刀具的种类数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类 模块化刀具是发展方向 模块化刀具优点 减少换刀停机时间 提高生产加工时间 加快换刀及安装时间 提高小批量生产的经济性 提高刀具的标准化和合理化的程度 提高刀具的管理及柔性加工的水平 扩大刀具的利用率 充分发挥刀具的性能 有效地消除刀具测量工作的中断现象 可采用线外预调 从结构上可分为 整体式 镶嵌式可分
13、为焊接式和机夹式 减振式当刀具的工作臂长与直径之比较大时 为了减少刀具的振动 提高加工精度 多采用此类刀具 内冷式切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部 特殊型式如复合刀具等 从制造所采用的材料上可分为 高速钢刀具 高速钢通常是型坯材料 韧性较硬质合金好 硬度 耐磨性和红硬性较硬质合金差 不适于切削硬度较高的材料 也不适于进行高速切削 高速钢刀具使用前需生产者自行刃磨 且刃磨方便 适于各种特殊需要的非标准刀具 硬质合金刀具 硬质合金刀片切削性能优异 在数控车削中被广泛使用 硬质合金刀片有标准规格系列产品 陶瓷刀具 立方氮化硼刀具 金刚石刀具 从切削工艺上可分为 车削刀具 分外圆 内孔 外
14、螺纹 内螺纹 切槽 切端面 切端面环槽 切断等 从切削方式上分为三类 圆表面切削刀具 端面切削刀具和中心孔类刀具 钻削刀具分小孔 短孔 深孔 攻螺纹 铰孔等 镗削刀具分粗镗 精镗等刀具 铣削刀具分面铣 立铣 三面刃铣等刀具 面铣刀 也叫端铣刀 面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃 端部切削刃为副切削刃 立铣刀立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀 立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃 它们可同时进行切削 也可单独进行切削 模具铣刀模具铣刀由立铣刀发展而成 可分为圆锥形立铣刀 圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种 它的结构特点是球头或端面上布满切削刃 圆周刃与球头刃圆弧连接 可以作径向和轴向进给 键
15、槽铣刀 成形铣刀 2 数控加工刀具的特点为了达到高效 多能 快换 经济的目的 数控加工刀具与普通金属切削刀具相比应具有以下特点 刀片及刀柄高度的通用化 规格化 系列化 刀片或刀具的耐用度及经济寿命指标的合理性 刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化 典型化 刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料之间应相匹配 刀具应具有较高的精度 包括刀具的形状精度 刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度 刀片及刀柄的转位及拆装的重复精度 刀柄的强度要高 刚性及耐磨性要好 刀片 刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化 数控机床上用的刀具应满足安装调整方便 刚性好 精度高 耐用度好等要求 五数控机床夹具 5 1类型和特点 应
16、用机床夹具 有利于保证工件的加工精度 稳定产品质量 有利于提高劳动生产率和降低成本 有利于改善工人劳动条件 保证安全生产 有利于扩大机床工艺范围 实现 一机多用 一 机床夹具的类型夹具是一种装夹工件的工艺装备 它广泛地应用于机械制造过程的切削加工 热处理 装配 焊接和检测等工艺过程中 在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具 在现代生产中 机床夹具是一种不可缺少的工艺装备 它直接影响着工件加工的精度 劳动生产率和产品的制造成本等 按夹具的使用特点分类根据夹具在不同生产类型中的通用特性 机床夹具可分为通用夹具 专用夹具 可调夹具 组合夹具和拼装夹具五大类 通用夹具已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具 称为通用夹具 其结构 尺寸已规格化 而且具有一定通用性 如三爪自定心卡盘 四爪单动卡盘 台虎钳 万能分度头 顶尖 中心架和磁力工作台等 这类夹具适应性强 可用于装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件 这些夹具已作为机床附件由专门工厂制造供应 只需选购即可 其缺点是夹具的精度不高 生产率也较低 且较难装夹形状复杂的工件 故一般适用于单件小批量生产中 专用夹具专为某一工件的某道工序设计制造的夹
