技術(shù)文章
高速數(shù)控加工技術(shù)研究及運用
閱讀:128 發(fā)布時間:2020-8-12伯特利數(shù)控 加工中心 鉆攻中心
前言:
1前言
數(shù)控技術(shù)通過提高生產(chǎn)過程的科學(xué)性和智能性給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來深刻變化,改變了*制造業(yè)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)格局,推動制造業(yè)的優(yōu)化和發(fā)展,隨著數(shù)控應(yīng)用領(lǐng)域的不斷發(fā)展,為滿足用戶的生產(chǎn)需求,具有高速髙效,高柔性、高生產(chǎn)率、多功能的高速數(shù)控技術(shù)應(yīng)運而生,成為現(xiàn)代*數(shù)控技術(shù)基本發(fā)展趨勢,使數(shù)控技術(shù)進(jìn)入新的發(fā)展階段。
2高速加工工藝的發(fā)展
高速切削(HSM或HSC)技術(shù)在上個世紀(jì)30年代己經(jīng)被提出,由于技術(shù)條件限制,直到20世紀(jì)90年代,該技術(shù)才逐漸應(yīng)用與實際生產(chǎn)過程中。在20世紀(jì)70年代后,在顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)利益驅(qū)使下,發(fā)達(dá)國家對高速加工技術(shù)的逐步重視,高速切削技術(shù)及相關(guān)技術(shù)得到進(jìn)一步發(fā)展。目前國外的高速加工中心生產(chǎn)技術(shù)已基本成熟,我國高速加工中心研究工作雖然起步較晚,但是已經(jīng)取得了顯著成果,如北京第一加工中心廠研制的VRA400立式加工中心,主軸高轉(zhuǎn)速達(dá)到20000r/min,快速進(jìn)給45m/min,換刀時間達(dá)到3.4s,己經(jīng)達(dá)到*行列。
3高速數(shù)控的關(guān)鍵技術(shù)
髙速數(shù)控技術(shù)是多種技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物,髙速數(shù)控加工中心技術(shù)包括:高速主軸及其控制系統(tǒng),具有快速響應(yīng)功能的伺服進(jìn)給系統(tǒng),適用于髙速切削狀態(tài)的精簡CNC控制系統(tǒng)和特殊加工中心機械結(jié)構(gòu)等技術(shù)。高速加工加工中心不僅要求主軸具有較高的轉(zhuǎn)速,同時也需較髙的進(jìn)給速度和進(jìn)給加速度與主軸配合,以保證加工產(chǎn)品的高精度。
3. 1高速電主軸技術(shù)
高速加工中心主軸是高速加工中心中重要的核心部件,它的性能直接決定了髙速加工髙精度曲面的加工質(zhì)量及主軸的壽命和主軸負(fù)載容量,高速電主軸(HSES)或復(fù)合電主軸一般采用電機和主軸一體化設(shè)計,即將電機的轉(zhuǎn)子直接設(shè)計為加工中心的主軸,主軸單元的殼體設(shè)計為電機座,實現(xiàn)電機與加工中心主軸“零傳動”設(shè)計理念。采用輕結(jié)構(gòu)、良好的動平衡,高強度剛度和較好的熱控制是電主軸設(shè)計的核心。
超高速軸承技術(shù)是髙速電主軸的核心部件,目前超髙速軸承主要采用滾動軸承,氣浮軸承,液體靜*承,和磁懸浮軸承幾種形式。若采用滾動軸承形式,存在軸承間摩擦,影響主軸轉(zhuǎn)速,在長期使用過程中會出現(xiàn)軸承磨損現(xiàn)象,直接導(dǎo)致主軸精度,因而須采取液壓補償系統(tǒng)對軸承實施預(yù)加載荷自動補償,通過主軸內(nèi)動平衡單元對高速主軸運動特性的檢測,對其變化曲線調(diào)節(jié)預(yù)加載荷的大小,并通過調(diào)節(jié)后軸承的位置保持預(yù)加載荷的值。非接觸式軸承主要有流體軸承和磁懸浮軸承兩種形式,在運轉(zhuǎn)過程中,主軸只與流體或空氣接觸,大大減小了軸承間摩擦阻力。由于主軸與流體或空氣摩擦系數(shù)很小,因而主軸便可擁有較高轉(zhuǎn)速-但這種軸承也有其自身缺點,如軸承承載能力較低,適用于工件形狀要求較高,所需承載能力不大的場合。
3.2高速加工進(jìn)給技術(shù)
高速加工進(jìn)給系統(tǒng)也是高速加工加工中心重要組成部分,高速機床既要求進(jìn)給系統(tǒng)有高速度,又要求在瞬時達(dá)到高速,瞬時準(zhǔn)停,還需進(jìn)給系統(tǒng)具有大的加減速度及定位精度。電主軸的高轉(zhuǎn)速需高速加工進(jìn)給技術(shù)配合完成加工制造過程,否則高速加工過程中主軸無法展現(xiàn)高速加工優(yōu)勢,也將降低了加工效率。
目前廣泛使用的進(jìn)給方法有兩種:一是采用回轉(zhuǎn)伺服電機通過帶動滾珠絲杠的間接傳動方式,可通過提高進(jìn)給伺服電機轉(zhuǎn)速,同時加滾珠絲杠副導(dǎo)程的方法提高進(jìn)給速度,使其滿足要求。二是采用直線電機直接驅(qū)動方式,將電機到滾珠絲杠副之間的中間環(huán)節(jié)省去,有效縮短加工中心進(jìn)給傳動長度,此傳動方式稱為“直接驅(qū)動”或“零傳動”。
3-3高速加工對數(shù)控系統(tǒng)的要求
高速加工技術(shù)要求其控制系統(tǒng)具有快速高效的數(shù)據(jù)處理能力和較高的功能化特性,以保證高速切削高精度復(fù)雜曲面具有良好的加工特性。
高速加工技術(shù)對數(shù)控系統(tǒng)具有以下要求:
(1) 高速加工中心須選擇具有高速傳輸?shù)男畔魉头绞剑哂休^高處理能力的CPU組件,具有預(yù)讀單節(jié)及NURBS功能的系統(tǒng)控制器。
(2) 系統(tǒng)具有超前路徑加減速優(yōu)化的預(yù)處理能力。高速切削過程中,數(shù)控系統(tǒng)需超前將待執(zhí)行動作進(jìn)行預(yù)處理,并通過程序預(yù)處理緩沖區(qū)內(nèi)容,通過速度之間對比,對當(dāng)前進(jìn)給速度及切削速度進(jìn)行合理調(diào)節(jié),是整機在高速切削過程中保證加工精度。
(3) 高速加工技術(shù)要求數(shù)控系統(tǒng)對高速采樣截尾誤差需有精確測評,且具有高速采樣插補功能,以保證數(shù)控系統(tǒng)在高速切削過程中系統(tǒng)的平穩(wěn)性及高精度加工特性。對誤差準(zhǔn)確評估及插補功能是對加工質(zhì)量的有效保證,至關(guān)重要。
4高速數(shù)控技術(shù)在*制造技術(shù)中的應(yīng)用與展望
目前,高速加工技術(shù)在制造業(yè)得以廣泛應(yīng)用,其主要原因是超高速加工切削變形小,高精高效,工件表面質(zhì)量好等優(yōu)勢,高速加工的應(yīng)用場合主要包括:大批生產(chǎn)領(lǐng)域:如汽車工業(yè);難加工材料領(lǐng)域:如飛機制造工業(yè);模具刀具工業(yè)領(lǐng)域;超精密微細(xì)切削加工領(lǐng)域:如光學(xué)和精密儀器加工等。
髙速加工技術(shù)雖然已經(jīng)有很髙提升,但隨著各項技術(shù)的不斷更新和技術(shù)難題的不斷攻克,高速加工技術(shù)也將迎來新的發(fā)展階段。
(1) 隨著計算機技術(shù)成熟,將給髙速數(shù)控數(shù)控產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的生機。積極運用計算機技術(shù)發(fā)展的新成果開發(fā)高速數(shù)控技術(shù)新產(chǎn)品,不斷滿足市場需求。
(2) 完善高速加工中心的驅(qū)動和控制等技術(shù),開發(fā)快速髙效新系統(tǒng)及實用的編程軟件,以滿足生產(chǎn)過程的需要。
(3) 提高高速數(shù)控加工中心的自我保護(hù),自我檢測和遠(yuǎn)程監(jiān)控等技術(shù)的應(yīng)用,降低安全風(fēng)險,簡化數(shù)控加工中心檢修流程,提髙生產(chǎn)
效率。