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車床數(shù)控加工基礎(chǔ)

閱讀:1899          發(fā)布時間:2010-6-21

1 數(shù)控車床外徑端面刀的快速高精度對刀法

傳統(tǒng)車床主要通過試切工件的方法對刀,即車削工件,精測車削處尺寸,計算實測值與目標值之差,按差值的大小和正負進行進刀或退刀。對于數(shù)控車床,除了少數(shù)配有對刀功能的之外,主要用對刀儀、對刀塊或試切工件對刀。用的對刀儀作機外對刀,雖然精度較高,但刀具必須連同刀夾一起對。可刀夾一般較重,拆裝較為費勁。尤其在只更換刀片時,用此法比用試切對刀還要慢。用對刀塊對刀,由于多種誤差的影響,對刀精度不高。因此,目前大多數(shù)數(shù)控車床仍用試切工件對刀。步驟的前三步與車床傳統(tǒng)對刀相同,只是把搖手把看刻度進退刀改為用按鈕輸入刀具補償值了。

試切工件對刀的優(yōu)點是費用低、精度高;缺點是費時間,而且有些刀具(如油溝槽刀)很難用此法對刀。因此在實踐中摸索出一種適用于外經(jīng)、端面刀或類似油溝槽刀的快速、高精度對刀方法。這是一種不用試切的手動對刀方法。此法可在不用對刀儀、對刀塊或?qū)Φ稑藴始那疤嵯拢言嚽袑Φ稌r間縮短60%。此法可保持試切對刀的優(yōu)點,克服試切對刀的缺點。

(1)原理。卡盤外徑可作為橫向(X向)對刀的現(xiàn)成基準,而定位塊外端面又是縱向(Z向)對刀的*基準。卡盤外徑精測一次所得的尺寸是個不變值。程序的Z向原點又常常在定位塊外端面上,所以兩個方向都免除了先試切、再精測量、zui后算出刀的補償值后再輸入的常規(guī)對刀手續(xù)。特別是縱向 由于不受試切件測量誤差的影響,所以對刀精度比試切法對刀精度高;由于不受安裝精度的影響,其對刀精度比標準件對刀法高。

(2)方法。由于車床的數(shù)控裝置分兩大類,所以方法要分兩種進行分別敘述。

①對用位置檢測器的數(shù)控車床

橫向?qū)Φ恫襟E:a將相應補償號的X向補償值清零;b精測卡盤吊環(huán)孔附近的外徑尺寸,記下此D1,值(此步只要換卡盤時作一次,以后可直接用記下的D1值);c將卡盤用手轉(zhuǎn)到吊環(huán)孔對著刀尖方向;左手將一條報紙放在刀尖與卡盤之間并不斷拉動,右手用手動操作先快后慢地將刀尖向卡盤外徑靠近,直到報紙拉不動為止,設(shè)此時光屏上X向顯示值為D2;d如果隨后的加工吃刀量小,可不考慮讓刀量。將光屏顯示值減去卡盤直徑后再減去兩倍報紙厚度就是刀的補值。報紙的平均厚度為0.08mm,局部壓縮后為0.05mm.所以,X向刀補值=D2,一D1—0.1。將計算值輸入此刀相應補償號的X位置。如果以后的加工吃刀量大,應將上述值減去經(jīng)驗讓刀量再輸入。

縱向?qū)Φ恫襟E:a將相應補償號的Z向補償值清零;b將卡盤用手轉(zhuǎn)到定位塊對著刀尖方向;c左手將一條報紙放在刀尖與定位塊端面之間,并不斷拉動。右手用手動操作先快后慢地將刀尖定位塊端面接近,直到報紙拉不動為止,設(shè)此時光屏上Z向顯示值為Z1,則Z向刀補值=Z1-0.05。再將計算值輸入此刀相應補償號的Z位置即可。如果以后加工吃刀量大,應將上述值減去經(jīng)驗讓刀量后再輸入。

②對用相對位置檢測器的數(shù)控車床

橫向?qū)Φ恫襟E:a、b、c、d四步與上述用位置檢測器的數(shù)控車床相同;e“鎖緊”機械部分,用手動操作將光屏的X顯示值搖到與(D1+0.10)值相同;f解除上述“機械鎖緊”,用手動操作,將刀架升到橫向起始位置;g將程序中G50程序段內(nèi)的X值減去此時光屏顯示的X值,這就是刀具補償值,將它輸入此刀相應補償號的X位置即可。如果以后加工的吃刀量較大,應將上述值減去經(jīng)驗讓刀量后再輸入。

縱向?qū)Φ恫襟E:a、b、c三步與前述用位置檢測器的數(shù)控車床相同;d“鎖緊”機械部分,用手動操作將光屏上的Z顯示值搖到+0.05;e解除上述“機械鎖緊”,用手動操作將刀架升到縱向起始位置;f將程序中G50程序段內(nèi)的z值減去此時光屏上顯示的Z值,就是刀具補償值,將它輸入此刀相應補償號的Z位置即可。如果以后加工的Z向吃刀量較大,應將上述值減去經(jīng)驗讓刀量再輸入。

(3)注意事項

①如果程序原點位于距定位塊端面Z處,那么前述的Z向刀補值應再加上Z值,兩種類型都是如此。

②如刀尖因卡爪原因到不了定位塊端面,Z向可用卡盤端面對刀,這時刀補值要進行一次換算。

2 用一把刀車削工件回轉(zhuǎn)中心兩邊的方法

圖1是一種遠程傳感器上用的法蘭簡圖,要車削A、B、C、D、E五個面。除A面外,其它各面尺寸精度、位置精度和表面粗糙度的要求都比較高。毛坯是鍛件。為保證精度,分粗車、精車來完成。采用安裝55。等邊菱形刀片的外圓刀,按圖示的方向安裝在刀臺上。

圖1 法蘭車削示意圖

車削方法:如按常規(guī)的方法,車A、B面用一把刀,車C、D、E面用另一把刀,這樣粗車和精車要用4把刀,而且用這種方法加工很難使B、E面之間的尺寸誤差不超過公差(0.02ram)范圍。采用一把刀車削工件回轉(zhuǎn)中心兩邊的方法,解決了上述問題。此方法是粗車、精車分別用一把刀,兩把刀除刀尖圓弧不同外,其它都相同,連走刀路線都相同。下面只介紹精車刀的車削過程。

先讓刀尖快速到達m’點,讓工件正轉(zhuǎn)(M03)的同時,再使刀尖到達切削起始點m,依次切削C、D、E面,直到f點。接著讓工件停轉(zhuǎn)(M05),同時讓刀尖到達n’點,讓工件逆轉(zhuǎn)(M04.)的同時,讓刀尖到達另一側(cè)切削起始點n,依次切削B面和A面,直到刀尖到達g點。至此,切削已全部完成,退刀、停轉(zhuǎn)和結(jié)束程序。

采用此方法,已成功地加工了萬余件,效果很好,可供車削類似的工件參考。

3 不讓拐角處出毛刺的數(shù)控車削方法

有些鋼質(zhì)工件要求拐角為直角,且不能有毛刺,采用數(shù)控車床加工,就能做到這點。

車刀刀尖放大看多呈圓弧型,見圖2。K是假想刀尖點,E、F分別是刃口圓弧與水平線和垂直線的切點。如按圖3和圖4安排切削路線,會分別在外徑和端面拐角處出毛刺。如按圖5安排,車完后工件上的毛刺與圖4基本一樣。可見,以上三種常規(guī)的車削方法均出毛刺。

 

圖2 刀尖放大圖

 #p#分頁標題#e#

圖3 先車外徑后車端面

這三種車削的共同特點:切削刃有段時間離開工件輪廓線,這就給出毛刺提供了機會。按圖5車削此部分的程序為

N4 G01 X100 F0.3:
N5 Z-50:

光看程序,似乎刀尖一直在工件輪廓線上,但程序中指令的是假想刀尖的位置。從圖5可以看到,在實際切削中,刀刃上的F點在工件上A到B點、E點在工件上C到A點間移動時,切削刃就離開了工件輪廓線。

 

圖4 先車端面后車內(nèi)徑

 

圖5 端面、外徑順著車

以先車端面后車外徑為例,看出毛刺的過程。圖6所示是刀尖向左切削,其上的E點接近A點時的狀況。這時A點上側(cè)的金屬受到刃口向下的擠壓,部分被擠到已車過的端面外側(cè),而成為毛刺。毛刺的大小和刃口鋒利的程度有關(guān)。為了不讓工件出毛刺,就采用了如圖7所示的切削路線,其程序相應改變?yōu)?

N4G01 X96.8 F0.3;
N44G03 X100 Z-1.6 K-1.6:
N5 Z-50:

這樣,切削完后角部兩側(cè)就不會有毛刺。程序雖比圖5多了一段,但刀尖移動總距離反而短,即切削時間比圖5少。這當中,為保證工件拐角處車削無毛刺的效果好,車削前應選精密級的刀片。

 

圖7 拐角無毛刺的車削

若用自動編程機編程,即使規(guī)定了端面處向上、外徑處向左的連續(xù)切削,它也只編(輸)出圖5路線的程序。要想不讓出毛刺,只有對輸出的程序作人為的修改:將N4段中的X指令值改為96.8,并加入N44段。

要作圖7的無毛刺切削,嚴格地說,在此處就不能使用刀尖R補償機能,即不能用C42指令,可用如下編程:

N3G42 x45 Z0:
N4 G01 x100F0.5:
N5 Z-50:

則執(zhí)行時仍按圖5走而不會按圖7走。如這一程序段前后的程序都使用了G42,而編程員又不想在此處去掉G42,重算其它許多處的指令值,可編如下程序:

N3G42 X45 Z0:
N4G01 X99.998 F0.3:
N44 G03 X100 Z-0.001 K-0.001:
N5 Z-50:

別看只加入了半徑為1gm這個微小的值、對車出輪廓沒有影響的圓弧,執(zhí)行時就會按圖7的路線走,就車削出拐角處無毛刺的工件。

4 防止切削凹拐角處刀具負荷驟升的方法

如圖8所示工件的精車加工,圖中的虛線與實線分別為加工前、后的輪廓。是大批量加工,要求表面不能有接刀印痕。

 

圖8 兩把刀切削同時達到示意圖

選用安裝80°等邊菱形涂層刀片的端面外徑刀。如果在單刀臺數(shù)控車床上車削,若先車I部,在zui后接近C點時,會出現(xiàn)很寬的切屑,刀片左側(cè)刃負荷驟升,對刀具和機床都不利。若這一刀在將要接觸Ⅱ部時就結(jié)束,那么第2刀車Ⅱ部時就得這樣車:向下先切到C點,再向右至少走1.5mm才能退刀,這樣切削的負荷就不會驟升了,但在外徑上就出現(xiàn)一個接刀印痕,這不允許。改用先車Ⅱ部再車I部的情況也一樣。可以采用I、Ⅱ部來回多車幾次解決,但這樣切削效率就降低了許多,小批量加工還可以,大批量加工就不合適了。也可以用35°等邊菱形刀片的外徑刀來車削,使*刀末尾的負荷不要增大太多,但35°菱形刀片的強度差,效果也不好。zui后采用雙刀臺數(shù)控車床上用下述辦法解決。用兩把相同的安裝80°等邊菱形涂層刀片的端面外徑刀,一把裝在上刀臺上,一把裝在下刀臺上。加工時,讓這兩把刀同時車削到C點,當然也同時退刀。通過分析可知,在兩把刀同時接近C點時,切削負荷不會有較大的增加,實際切削下來的切屑也沒有明顯變寬,反而切削到C點時的切屑越來越窄。

余下的問題是如何讓上、下兩把刀同時切削到C點。一種方法是用快進讓上、下刀分別到達E、D點,再用同步指令同時開始工進,上、下刀的每轉(zhuǎn)進給量指令相同值。另一種方法是上刀先在F點等待,下刀從D點開始向左切削,到切削到距C點32mm時,再用同步指令讓上刀開始工進。第三種方法是先讓上、下刀分別到達F點、D點,再在上刀臺的程序中加一個暫停程序段(G04),在這個暫停程序段和下刀臺程序的工進程序段中,分別加進相同的同步指令。如果暫停時間通過計算選得合適,上、下刀也會同時到達C點。不管用哪種方法,其效率和效果都是一樣的。不過,如果上、下刀切削要用不同的進給量時,只能采用上述第三種方法。 #p#分頁標題#e#

不要擔心兩把刀同時切削到C點會撞在一起,事實上,上、下刀分別切削工件回轉(zhuǎn)中心的兩個不同的側(cè)面。

5 縮短批量工件車削工藝流程的方法

一種需要大批量車削的密封座,毛坯為鍛件,其車完后的剖面形狀如圖10內(nèi)虛線所示。原來的工藝流程為3道粗車、1道半精車、2道精車、共6道工序。采用C7620液壓半自動車床和C7220仿形車床,加工后外徑橢圓度有時達不到圖紙0.12mm的要求。

通過分析和反復試驗,縮短了工藝流程。只用3道工序就完成全部粗、精加工,其加工精度也達到了圖紙要求,而且只使用了一臺數(shù)控車床。

 

圖9 第1工序

*道工序見圖9,卡小內(nèi)徑,用C7620半自動車床,車削A、B面和C、D倒角。第二道工序見圖10,用一臺雙刀臺數(shù)控車床,卡已經(jīng)粗車過的外徑。上刀架安裝兩把80。等邊菱形刀片的端面外徑刀,T1裝邊長16的刀片,用于F、E面和K倒角的粗車,圖10 第2工序裝邊長12的刀片,用于這3處的精車。下刀架安裝兩個自制刀座W1和W2,在各自的頭上安裝55。等邊菱形刀片的端面外徑刀,這兩把刀的型號及刀片的邊長相同。只是T3用的刀片的刀尖圓弧半徑為1.6mm,T4用的刀片的刀尖圓弧半徑為1.2mm。T3、T4分別作H、J面和L、M、N角的粗車和精車,編相應的數(shù)控加工程序后,就可以進行車削。第三道工序,使用C7620半自動車床,用彈簧卡具卡小內(nèi)徑G,并用端面F定位,精車外徑A、端面B和外角C。

 

圖10 第2工序

通過大批量生產(chǎn)實踐應用,采用上述方法把工藝流程縮短了一半,是成功的。

6 平衡加工時間提高工效的措施

在用雙刀架車床加工同一種工件,如果使用不同的工藝,效率就會相差很多。這里的核心是循環(huán)時間即加工時間的平衡問題。這當中,一是前、后兩道工序間加工時間平衡,二是每道工序上、下刀架間加工時間平衡。如果措施合理,工效可提高許多。

如圖11和圖12所示是一種軸承內(nèi)環(huán)車削時前、后兩工序。前工序中,T1、T2刀裝在上刀架,T3、T4裝在下刀架上;后工序,T1、T2、T3刀裝在上刀架上,T4、T5、T6刀裝在下刀架上。

 

圖11 軸承內(nèi)環(huán)前工序

原來按常規(guī)方法排工藝,前工序沒有圖中的T3刀,而后工序圖中多了一把T7刀(實際是前工序T3刀移過來的),即大擋邊③粗車部分放在后工序車削。那時前工序的循環(huán)時間是61s,后工序的循環(huán)時間是89s。此工件是大批量加工,前工序時問很松,后工序時間很緊,影響加工效率。*個措施是后工序移一把刀到前工序,如圖12所示。原來前工序用3把刀,即是一個刀臺裝兩把刀,另一個刀臺上裝一把刀,無論怎樣安排,上、下刀架的加工時間都無法平衡。現(xiàn)在上、下刀架各安裝兩把刀后,再合理安排切削路線,使上、下刀架差不多都同時結(jié)束切削,同時退刀。這樣使前工序的循環(huán)時間降至72s,這時后工序的循環(huán)時間是78s。

  

1.小油溝切削部和小外徑精切部 2.滾道精切部
 3.小端面粗切部 4.小外徑和滾道粗切部
 5.大油溝切削部 6.大擋邊切削部和端面精切部
 圖12 軸承內(nèi)環(huán)后工序

至此,上工序的上、下刀架切工時間是平衡了,而前、后工序的加工時間仍不平衡。觀察得知,后工序的上、下刀架加工的時間,一個結(jié)束早,一個結(jié)束晚相差很大。于是,在后工序6把刀中,3把裝在上刀架,3把裝在下刀架的前提下,做了四種切削方案,經(jīng)計算和實際切削,選擇了現(xiàn)在這個方案:使上、下刀架基本同時結(jié)束切削與退刀,循環(huán)時間也是72s。至此,不但前、后工序各自的上、下刀架加工時間達到平衡,而且前、后工序的循環(huán)時間也達到了平衡。a也可以說,這就是*方案。

如果把前、后工序組成一條生產(chǎn)線,那末這一線的循環(huán)時間由原來的89s,降為現(xiàn)在的72s,縮短了19%的加工時間,使工效明顯提高。

7 使用恒線速度切削時應注意的問題

恒線速度切削也叫固定線速度切削,它的含意是在車削非圓柱形內(nèi)、外徑時,車床主軸轉(zhuǎn)速可以連續(xù)變化,以保持實時切削位置的切削線速度不變(恒定)。中擋以上的數(shù)控車床一般都有這個功能。使用此功能不但可以提高工效,還可以提高加工表面的質(zhì)量,即切削出的端面或錐面等的表面粗糙度一致性好。這里以圖13為例說明使用此功能時應注意的問題。#p#分頁標題#e#

 

圖13 恒線速度切削圖

圖13中刀具(尖)的軌跡虛線表示快速進給,實線表示工作進給,F(xiàn)點及其尺寸是為下面的說明加進去的。

一是要注意在使用該功能前一般應限制zui高轉(zhuǎn)速.如果刀具要行進到離工件回轉(zhuǎn)中心很近,那么在恒線速度指令前必須限制zui高轉(zhuǎn)速,否則會出現(xiàn)“飛車”。本例中按我們機床的說明書及具體的安裝情況,確定zui高轉(zhuǎn)速不要超過3000r/min。根據(jù)工件材料和所用刀具的情況,切削線速度決定選擇200m/knin。下列程序是圖a示零件的實際加工程序。

0123;
N1 G50 X~Z~T0100:
N2 G97G00Xa Za S1000 M04;
N3 Xb Zb S1061 T0101 M08;
N4 G50 S3000:
N5 G96G01Xc ZcF0.2$200;
N6 G97G00Zd$746;
N7Xe
N8 G96G01 Xg$200;
N9 G97 COO Xh ZhS1500 M09;
N10 G28 U0 W0 M05;
N11 M02:

這里將3000r/min限速編入N4段內(nèi)。這個“G50S3000;”指令也可提前到前面任何位置,在本例中只要在N5段前都可以。這樣的結(jié)果是:在做端面的恒線速度切削過程中,F(xiàn)點及其之上部分是$200恒線速度切削,從F點開始轉(zhuǎn)速不再增加,即轉(zhuǎn)成恒角速度(3000r/min)切削,直到G點。如果沒有N4段的轉(zhuǎn)速限制指令,那么F點之下轉(zhuǎn)速繼續(xù)增加,到G點時理論上要達到6366r/min,這非常危險。

二是要注意這個功能一般不能用在快進(G00)程序段內(nèi)。換句話說,在G96程序段開始及之下、G97程序段之前,一般不能出現(xiàn)COO程序段。本例中,如果把N6中的G97和N8中的G96去掉,雖然錐面和端面仍可作恒線速度切削,但在執(zhí)行N7段即從D點快速到達E點過程中主軸會突然加速,從530r/min急升到909r/min。如果刀具已到達E點而主軸尚未升到909r/min,那么刀具就會在E點等待,直到主軸升到909r/min再開始切削端面。

三是算出G96起始點的主軸轉(zhuǎn)速,然后把轉(zhuǎn)速變化量分攤到前面的COO程序段中。本例中,可算得B、E點的轉(zhuǎn)速分別為1061r/min和909r/min。可見,B點前的轉(zhuǎn)速變動量為1061r/min。由于起始點到A點間距離較長,把1000r/'rain的變動量安排在A點之前,只給A、B間留61r/min變動量。N2段中的這個S值如要更,可根據(jù)上述距離與A、B間距離之比來算出。另外,可算得C點處為530r/min,這樣C到E間的轉(zhuǎn)速變動量為379r/min,由于CD與DE的長度比約為4:3,所以我們安排CD問上升216r/min,DE間上升163r/min,這樣可以減少甚至消除刀具的等待時間,進而提高加工效率。

8 圓倒角的數(shù)控車削技巧

零件的圓倒角一般有三種類型,圖14是zui常見的一種。圖中的虛線是毛坯輪廓面。具體的零件圖會給出a、b和R尺寸的數(shù)值。加工時,80。等邊菱形刀片端面外徑刀,刀片的刀尖圓弧半徑r可根據(jù)加工情況選定。這里以刀片左側(cè)的假想刀尖點為刀T的代表點。

 

圖14 zui常見的圓倒角

現(xiàn)在討論車削方案。假定先車端面、后車外徑。從A點開始,用工進向下切削端面。切完端面后,讓刀具快速到達B點,再用逆時針圓弧插補切削到C點,接著用工進向左切削外徑。根據(jù)a、b、R值求B點相對于O點坐標的順序為:先算出圓心H點的坐標,再用r經(jīng)過M點過渡就可算出B點的坐標。根據(jù)已算出的H點坐標可得出N點的坐標,然后C點的坐標就出來了。這種加工方法的優(yōu)點一是省時間,端面不用向下切削后再向上吃小量拉一刀,二是編程簡單:圓弧插補G03段內(nèi)的I為零(可省略),K為負(R+r)值,不必做幾何計算。如改成先車外徑后車端面,也可用類似上述的方法來車削。

圓倒角的第二種類型如圖15所示。圖中給出口a、b、R、a、β值,刀尖圓弧半徑r由工藝選定。為看得清楚,毛坯的外輪廓在圖中未畫出。這里選擇先車端面后車外徑。從毛坯之外的A點開始,向下切端面后,讓刀具快速到達B點。B點與端面的距離L可自定。本方案的技巧就是在于添加一條距端面L距離的這條過渡線。刀具由B工進到C,再逆時針圓弧插補走到D,再工進到E,zui后-向左切削外徑。圖中B、C、D、E相對于0點的坐標值,可用6個已知數(shù)求出,在此就不再詳述。

 

圖15 第二種圓倒角

圓倒角的第三種類型,是要求圓角分別與端面、外徑相加,如圖16所示。

 

圖16 第三種圓倒角

如果精度要求一般,可用普通級刀片按左圖所示方法加工。從毛坯外徑的A點開始,向下切端面到B。AB與0C間留一個很小的量,如0.05mm或0.1mm。再用小進給量切削到C,工進向上拉到D,再切削圓角到E,再向左切削外徑。如果圓角的精度要求高,應相應提高刀片的精度等級。如果這種圓倒角的精度要求不高,可按右圖所示的方法加工。這里的技巧是對端面與圓角的相對位置作一些工藝修正,以達到端面不用車削兩次的目的。具體切削步驟為:從毛坯外徑之外的A點開始,向下切完端面后,快退到D,再切削圓弧到E,再向左切削外徑。注意修正量L的選取。只要車削 端面后快退時不拉傷端面,L值應盡可能取得小一些。這主要取決于機床導軌的間隙和刀架的剛性,具體值可通過試切來決定。#

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