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2017年5月19日

我國重型數控機床的發展 - 加工中心

重型精工機床主要用于大型、特大型精密零件加工，是為國防軍工、航空航天、船舶、能源（火電、水電、核電、風力發電）、交通運輸（鐵路、汽車）、冶金、工程機械等主要工業支柱產業以及國家重點工程項目服務。目前，中國自主開發研制的重型機床和超重型機床產品基本滿足了一些國家重點工程需要，并多次創造出極限規格的世界之最。　　如中國已經制造出加工直徑25m的超重型精工立式銑車床，鏜桿直徑320mm的落地式銑鏜床，加工寬度為10m以上的精工龍門鏜銑床，回轉直徑在5000mm以上的精工重型臥式車床等一批具有自主知識產權，而且技術水平已經接近世界先進水平的重型機床系列產品。發展中的國內外重型精工機床面對其他品種機床市場在金融危機下的快速下跌，重型機床市場幾乎沒有受到影響，這個誘因使許多機床廠家紛紛轉向市場較好的大重型機床市場。原因就是在重型機床領域，國際競爭力相對并不激烈，使國內重型機床企業在一些產品市場順利實現了替代進口。（1）重型龍門加工中心發展趨勢是高功率、大扭矩、高復合型以及復雜孔面加工能力。　　在世界范圍內看，代表重型龍門加工中心最高水平的是德國瓦德里希·科堡公司的產品，北一機床采用的就是德國瓦德里希·科堡的技術。希斯（SCHIESS）與科堡機床相比較，無論在功率、扭矩、規格上基本相當，但希斯公司的機床主軸轉速高，精度保持性好，在技術上屬于世界領先水平。與國內外其他產品相比較，國外重切削能力較強，加工精度高，并且具有很多技術優勢，比如橫梁加工仿形技術，Z軸滑枕長度補償技術，龍門框架X軸移動雙電動機，三電動機甚至四電動機同步技術等。（2）落地銑鏜床國內的生產廠家主要有：昆明機床廠、齊齊哈爾二機床廠、濟南第二機床廠、武漢重型機械廠等。國外的落地銑鏜床生產廠家主要有：意大利的PAMA公司、德國希斯、意大利的INNSEBERARDI公司、捷克的SKODA公司等。（3）精工龍門移動式和臺式車銑加工中心國外主要生產商有德國科堡、意大利皮特卡納奇、美國吉根、德國沙爾曼公司等，這些公司都具有多年生產重大型機床的經驗。　　國內開發研究尚屬初期階段，技術還不夠成熟。目前，國內的機床均不同程度地存在著承載能力低、精度不高、低負荷等缺點。（4）重型精工車床精工單柱移動立式銑車床是武重為加工三峽工程水輪機的關鍵設備，代表了中國超重型機床的生產能力和水平，標志著我國自主知識產權產品達到世界先進水平，成為世界上少數幾個超重型機床供應國之一。也為設計、制造更多的銑車復合機床系列打下了基礎。　　此外，齊重精工設計制造的精工重型臥式車床是為哈爾濱電機廠提供的三峽工程配套設備，加工直徑4.3m,加工長度18m,最大承重250t,機床可實現工件自動測量，機內對刀。在加工三峽機組水輪機轉子時，一次裝夾重達200t的工件，完成對工件的全部加工。該機床的研制成功，標志著重型臥式車床制造能力邁上新臺階。中國重型精工機床的優點及進步近兩年，中國重型精工機床發展最快，如重型精工龍門鏜銑床，重型落地鏜銑床，重型立、臥式車床等的年產量和市場消費量已居世界第一。　　重型機床發展之快速是我國電力、船舶、石化和礦山等重型設備制造大量需求直接拉動的反映。一批新產品如精工雙龍門鏜銑床、龍門車銑復合加工機床、動梁可交換工作臺可換銑頭五面體龍門加工中心等研制成功；關鍵技術，如靜壓導軌和靜壓軸承技術、同步控制和運動補償技術、五軸聯動技術、大功率雙擺角銑頭和重型回轉工作臺的技術攻關相繼突破，標志著中國重型機床發展達到新的高度。北京第一機床廠開始制造國內單機產值最大（8700萬元/臺）的超重型精工龍門鏜銑床，目前一批世界之最的超重型機床陸續投入研制，將引導我國進入世界重型機床制造強國之列。　　武漢重型機床集團制成XKD型超重型精工雙龍門鏜銑床，并投入自用。該機床為雙龍門移動式，4銑頭，龍門寬度6.8m,加工長度57m.雙龍門移動式4銑頭結構屬于國內首創。齊重精工裝備有限公司試制成功BVDM315×5MC型立式銑鉆中心，該機床采用雙柱龍門框架結構，雙刀架雙24刀庫，中心主軸出水功能，轉速達到5000r/min,靜壓導軌回轉工作臺C軸功能，工作臺直徑3150mm,定位精度5″，最大加工直徑3150mm,工件重20t,該機床用于大型風電軸承加工，填補國內空白。齊齊哈爾二機床集團公司試制成功XK2127型五軸精工動梁龍門鏜銑床。該機床采用長跨距重載滾珠絲杠及輔助裝置，全自動附件交換裝置，主軸浮動夾刀裝置，橫梁液壓比例平衡等新技術，工作臺8000mm×3000mm,主軸轉速5~2000r/min,伺服電動機功率24kW,可實現多軸控制，五軸聯動。　　沈陽機床（集團）有限責任公司研制成功GMC2060u橋式龍門五軸加工中心。機床在X向雙向驅動的同步控制及調整技術、五坐標聯動誤差補償技術、機床總體結構和拓撲優化有所突破，在高速、高精度和高剛度方面有所進展。該機床在軍工業廣泛應用。大連機床集團有限責任公司制成VX32~60動梁可交換工作臺可換頭五面體龍門加工中心，采用滾動直線導軌、電主軸和精工雙擺角銑頭。機床在關鍵技術設計制造上有新突破。大連光洋科技工程有限公司將攜帶本公司具有自主知識產權的高精度五軸立式機床參加在歐洲各地舉辦的14個機床展會。　　繼今年7月末該公司首次向德國克努特公司出口一臺高精度五軸立式機床后，德國公司再次向大連光洋購買了三臺高端精工機床。據了解,德國公司還欲申請大連光洋在歐洲的獨家代理銷售權，并制訂了面向全歐洲的銷售計劃。這是中國企業首次向西方發達國家銷售高檔精工機床，標志著今后德國機床將由大連光洋生產的“中機”制造。中國研制的全世界精度最高的立式磨床～～～我國全世界第一個制造出亞納米級精度機床，重點是這一段：成為繼美、德之后第三個掌握高精度光學零件制造加工技術的國家，也是目前世界上唯一同時具有磁流變和離子束拋光裝備研發能力的國家。中國精度全世界上最高的大型精工卷板機，這玩意雖然不是機床，但技術與機床相通的地方極多，而且屬于戰略級的超級機器，其水平高低直接決定了潛艇的制造工藝，美日所有潛艇使用的卷板機都是瑞典和瑞士的，主要是瑞典的，而世界上能把卷板機做到極致的國家，就是中國和瑞典倆國家，而包括卷板機在內的擁有全部完整極限制造領域，戰略級超級機器體系的國家，全世界上，獨我國一家，別無分店！秦川機床集團公司2008年開發出VTM260型龍門式銑車復合加工中心，機床具有七軸五聯動功能，復合化程度較高，可一次裝夾實現車、銑鏜、鉆、攻螺紋和車螺紋等功能。國內重型精工機床與國外同類產品的差距盡管中國重型機床行業在最近幾年來有了長足進步，取得可喜的發展。但在高檔重型精工機床還是依靠進口，其中德國和意大利的產品代表著世界先進水平。國內產品與國外產品在結構上的差別并不大，采用的新技術也相差無幾，但在先進技術應用和制造工藝水平上與世界先進國家還有一定差距。新產品開發能力和制造周期還滿足不了國內用戶需要，零部件制造精度和整機精度保持性、可靠性尚需很大提高，尤其是在與重型機床配套的精工系統、功能部件，如刀庫、機械手和兩坐標銑頭等部件，還需要境外廠家配套滿足。國內重型機床制造企業的制造能力很強，但大而不精，其主要原因還是加工設備落后，精工化率很低，尤其是缺乏高精水平的加工設備。同時，國內企業普遍存在自主創新能力不足，因為重型機床單件小批量的市場需求特點，決定了對技術創新的要求更高。國內重型精工機床產品與發達國家著名企業相比仍存在一定差距，產品水平的差距主要體現在：（1）主軸轉速國外先進水平已發展到最高達3000~4000r/min,而國內主要徘徊在800~1500r/min.　　（2）快速進給國外先進水平達20000~30000mm/min,而國內主要在6000~10000mm/min.　　（3）精度國外先進水平定位精度0.015/1000mm,重復定位精度0.003~0.007mm;國內產品定位精度0.025/1000mm,重復定位精度0.01~0.015mm.　　（4）其他機床的可靠性、精度的穩定性、復合多功能、柔性化、智能化方面不如國外廠家，外觀質量也有差距。國內廠家盡管技術略遜于國外先進水平，但在制造能力和價格上有很大的優勢，尤其是超重型機床已達到當代國際先進水平。我們相信，中國重型機床制造隨著科技進步與艱苦奮斗的努力，一定會逐步縮小差距。

2017年5月19日

怎樣選用數控加工中心 - 加工中心

1．被加工對象的選定確定選購對象之前，首先要明確準備加工的對象。一般來說，具備下列特點的零件適合在加工中心加工：多工序集約型工件指在一個工件上需要用許多把刀具進行加工。定位繁瑣的工件例如有一定位孔距精度要求的多孔加工，利用機床定位精度高的特點，很方便實施。重復生產型的工件適合加工單件小批量生產。小批量指在1-100件，每批數量不多，但又需要重復生產。另外，即使工件形狀尺寸不同，但又是相似工件，易于實現成組加工(gt)工藝的零件。復雜形狀的零件模具、航空零件等復雜形狀工件，能借助自動程序編制技術在加工中心上加工各種異形零件。箱體類、板類零件在臥式加工中心上利用回轉工作臺，對箱體零件進行多面加工，如主軸箱體、泵體、閥體、內燃機缸體等。如果連頂面也要一次裝夾中加工，可選用五面體加工中心。立式加工中心適合加工箱蓋缸蓋、平面凸輪等。龍門加工中心用于加工大型箱體、板類零件，如內燃機車缸體、加工中心立柱、床身、印刷墻板機等。2．機床規格的選定根據確定的加工工件的大小尺寸，相應確定所需機床的工作臺尺寸和三個直線坐標系的行程。工作臺尺寸應保證工件在其上面能順利裝夾工件，加工尺寸則必須在各坐標行程內，此外還要考慮換刀空間和各坐標干涉區的限制。3．機床精度的選定加工中心的精度分類為普通型和精密型，其主要精度項目見下表：用戶根據工件的加工精度要求，選用相應精度等級的機床，批量生產的零件，實際加工出的精度數值可能是定位精度的1.5-2倍。普通型機床批量加工8級精度工件，精密機床加工精度可達5-6級，但要有恒溫等工藝條件，所以精密型機床使用嚴格，價格高。4．刀庫容量的選定加工中心的制造廠家對同一種規格的機床，通常都設2-3種不同容量刀庫，例如臥式加工中心刀庫容量有30、60、80等，立式加工中心有16、24、32把容量的刀庫。用戶在選定時，可以根據被加工工件的工藝分析結果來確定所需數量，通常以需要一個零件在一次裝夾中所需刀具數來確定刀庫的容量，因為換另一零件加工時，需要重新安排刀具，否則刀具管理復雜并容易出錯。從統計數據來看立式加工中心選用20把刀左右的刀庫，臥式加工中心則選用40把刀左右的刀庫為宜。當然要根據實際需要最后確定。用于柔性制造單元(fmc)或柔性制造系統(fms)的加工中心機床，其刀庫容量應選大容量刀庫，甚至配置可交換刀庫。5．機床選擇功能及附件的選定選定加工中心機床時，除了基本功能和基本件以外，還有提供用戶根據自身要求選用的功能和附件，稱選擇功能、選擇附件(任選附件)。隨著精工技術的發展，可供選擇的內容越來越多，其構成價格在主機中所占的比例也越來越大，所以不明確目的大量選用附件也是不經濟的，所謂“有備無患”的訂購指導思想實質上是浪費。因此選訂時要全面分析，還要適當考慮長遠因素。選擇功能主要對于精工系統而言，對那種價格增加不多，但對使用帶來許多方便的功能，應適當配置齊全一點，而對可以多臺機床公用的附件，就可以考慮一機多用，但必須考慮接口是通用的。6．加工節拍與機床臺數估算根據已經選定的工件，然后分析工藝路線，在這個工藝路線中選出準備在加工中心上加工的工序，對這些工序作工時節拍估算。根據現用工藝參數，估算每道工序的切削時間，而輔助時間通常取切削時間的10%-20%。另外中小型加工中心的每次換刀時間約需10-20秒，這樣單工序時間為：t單序=t切+t輔+(10-20s)=t切+(10%-20%)t切+(10-20s)有了單工序時間就不難計算出年產量。一年300個工作日，機床開動率按75%-85%計算，如果計算結果產量達不到目標值，但相差不多、修改工藝參數；如果差距很大，應考慮增加機床臺數配置。加工中心的調試與驗收一．加工中心的調試機床調試的目的是考核機床安裝是否穩固，各傳動、操縱、控制等系統是否正常和靈敏可靠。調試試運行工作依以下步驟進行：按說明書的要求給個潤滑點加油，給液壓油箱灌入合乎要求的液壓油，接通氣源。通電，各部件分別供電或各部件一次通電試驗后，再全面供電。觀察各部件有無報警、手動各部件觀察是否正常，各安全裝置是否起作用。即使機床的各個環節都能操作和運動起來。灌漿，機床初步運轉后，粗調機床的幾何精度，調整經過拆裝的主要運動部件和主機的相對位置。將機械手、刀庫、交換工作臺、位置找正等。這些工作做好后，即可用快干水泥灌死主機和各附件的地腳螺栓，將各地腳螺栓預留孔灌平。調試，準備好各種檢測工具，如精密水平儀、標準方尺、平行方管等。精調機床的水平，使機床的幾何精度達到允許誤差的范圍內，采用多點墊支撐，在自由狀態下將床身調成水平，保證床身調整后的穩定性。用手動操縱方式調整機械手相對于主軸的位置，使用調整心棒。安裝最大重量刀柄時，要進行多次刀庫到主軸位置的自動交換，做到準確無誤，不撞擊。．將工作臺運動到交換位置，調整托盤站與交換工作臺的相對位置，達到工作臺自動交換動作平穩，并安裝工作臺最大負載，進行多次交換。檢查精工系統和可編程控制器plc裝置的設定參數是否符合隨機資料中的規定數據，然后試驗各主要操作功能、安全措施、常用指令的執行情況等。檢查附件的工作狀況，如機床的照明、冷卻防護罩、各種護板等。一臺加工中心安裝調試完畢后，由于其功能繁多，在安裝后，可在一定負載下經過長時間的自動運行，比較全面的檢查機床的功能是否齊全和穩定。運行的時間可每天8小時連續運行2到3天或每24小時連續運行1到2天。連續運行可運用考機程序。二．加工中心的驗收加工中心的驗收是一項復雜的檢測技術工作。它包括對機床的機、電、液、氣各部分的綜合性能檢測及機床靜、動態精度的檢測。在我國有專門的機構，即國家機床產品質量檢測中心。用戶的驗收工作可依照該機構的驗收方法進行，也可請上述機構進行驗收。主要集中在兩個方面：加工中心幾何精度檢查加工中心的幾何精度是組裝后幾何形狀誤差，其檢查內容如下：工作臺的平面度各坐標方向移動的相互垂直度x軸方向移動歲工作臺面的平行度y軸方向移動歲工作臺面的平行度x軸方向移動對工作臺上下型槽側面的平行度主軸的軸向竄動主軸孔的徑向跳動主軸箱沿z坐標方向移動對主軸軸心線的平行度主軸回轉軸心線對工作臺面的垂直度主軸箱在z坐標方向移動的直線度常用的檢測工具有：精密水平儀、直角尺、精密方箱、平尺、平行光管、千分表或測微儀、高精度主軸心棒及剛性好的千分表桿。每項幾何精度按照加工中心的驗收條件的規定進行檢測。注意：檢測工具的等級必須比所測的幾何精度高一等級。同時，必須在機床稍有預熱的狀態下進行，在機床通電后，主軸按中等轉速回轉15 分鐘以后再進行檢驗。機床性能驗收根據《金屬切削機床實驗規范總則》規定的試驗項目如下：對機床做全面性能試驗必須高精度的檢測儀器。在具體的機床驗收時，各驗收內容可按照機床廠標準和行業標準進行。加工中心操作要點作為一個熟練的操作人員，必須在了解加工零件的要求、工藝路線、機床特性后，方可操縱機床完成各項加工任務。因此，整理幾項操作要點供參考：為了簡化定位與安，夾具的每個定位面相對加工中心的加工原點，都應有精確的坐標尺寸。為保證零件安裝方位與編程中所選定的工件坐標系及機床坐標系方向一致性，及定向安裝。能經短時間的拆卸，改成適合新工件的夾具。由于加工中心的輔助時間已經壓縮得很短，配套夾具的裝卸不能占用太多時間。夾具應具有盡可能少的元件和較高的剛度。夾具要盡量敞開，夾緊元件的空間位置能低則低，安裝夾具不能和工步刀具軌跡發生干涉。保證在主軸的行程范圍內使工件的加工內容全部完成。對于有交互工作臺的加工中心，由于工作臺的移動、上托、下托和旋轉等動作，夾具設計必須防止夾具和機床的空間干涉。盡量在一次裝夾中完成所有的加工內容。當非要更換夾緊點時，要特別注意不能因更換夾緊點而破壞定位精度，必要時在工藝文件中說明。夾具底面與工作臺的接觸，夾具的底面平面度必須保證在0.01-0.02mm以內，表面粗糙度不大于ra3.2μm。加工中心的生產管理技術加工中心的使用是一項具有一定規模的復雜的技術工程。它涉及到生產管理、技術管理、人才培訓等一系列工作。各項工作都應遵行一定的原則運行。這個原則就是充分發揮加工中心效益的保證系統。因此，重視使用技術是一方面，重視管理技術又是必不可少的另一方面。我國各機械制造廠中已把加工中心作為高效率自動化裝備，作為重點設備。但在設備管理上卻參差不齊。在加工中心的管理上，必須提倡加工中心的生產特點和它所需配合的各環節的生產節拍。不能將普通機床的管理方法移到精工機床上，在管理上應注意以下幾點：充分發揮機床的全部功能在機床投入使用時，為了充分發揮機床具有的全部功能，應必須認真閱讀使用說明書，深刻理解機床的各種功能及其能力。根據本廠加工零件的性質，合理安排加工的對象、工序，選擇相應的配套件和附件。對易損件安排好備件。設置精工工段將精工機床集中在一個專門的部門，工藝技術準備、生產管理準備由工廠技術部門統一進行。生產車間設有專門的技術人員。避免單臺精工機床分散在個車間，只加工少量關鍵零件，造成大量生產時間閑置的局面。設置專門的工段，便于維修的管理。合理安排生產節拍、技術準備周期在向加工中心安排生產任務時，應先將工藝部門的工藝文件、加工工序、工具卡片準備齊全，再送加工零件到加工位置上。以免操作者停機去找工具、修改程序、組裝夾具而造成長時間停機。選擇合適的規章制度如精工機床管理制度、安全操作規程、精工機床使用規定、精工機床保養、點檢制度等。同時，要及時向制造和設計部門反饋信息。重視技術隊伍的建設對一臺包括多種技術成果的復雜設備，完全掌握使用需要一個訓練有素的技術班子，包括工藝、操作、機電維修等，人員的培養要有一個過程，領導管理設備的部門對此要有全面認識。工裝夾具的應用在多品種小批量的生產過程中，工件的安裝、拆卸和清洗、托板的自動交換、切屑的排出等在整個制造過程中是頻繁發生的。為了提高加工中心的加工效率，在加工設備上搞高速化和高性能化是一方面，縮短安裝時間，降低消耗是另一重要方面。夾具在制造廠來說屬于工裝部分，它是保證零件準確定位、有效加工的必要手段。對于加工中心來說，要求夾具定位精度高、、裝卸方便，適于粗加工、精加工和各種多工序復合加工的形式。國內加工中心的使用尚處于初期階段，夾具設計采用手工設計方式較多，備有cad/cam系統的還較少。下面僅就加工中心常見的裝夾定位的使用方式作一介紹：加工中心加工定位基準的選擇在確定工藝方案之前，合理地選擇定位基準對保證加工中心的加工精度，提高加工中心的應用效率有著決定性的意義。在選擇定位基準時要全面考慮各個工位的加工情況，達到下面三個目的：所選基準應能保證工件定位準確，裝卸方便、迅速，夾緊可靠，且夾具結構簡單。所選定的基準與加工部位的各個尺寸計算簡單。保證各項加工精度。確定零件夾具在加工中心上，夾具的任務不僅是夾緊工件，而且還要以各個方向的定位面為參考基準，確定工件編程的原點。加工中心的高柔性要求其夾具比普通機床結構更緊湊、簡單，夾緊動作更迅速、準確，盡量減少輔助時間。在加工機床上，要想合理應用好夾具，首先要對加工中心的加工特點有比較深刻的理解和掌握，同時還要考慮加工零件的精度、批量大小、制造周期和制造成本。根據加工中心機床特點和加工需要，目前常用的夾具類型有專用夾具、組合夾具、可調夾具和成組夾具。一般的選擇順序是單件生產中盡量用虎鉗、壓板螺釘等通用夾具，批量生產時優先考慮組合夾具，其次考慮可調夾具，最后選用專用夾具和成組夾具。在選擇時要綜合考慮各種因素，選擇最經濟的、最合理的夾具形式。加工中心夾具設計及組裝時應注意的問題為了簡化定位與安，夾具的每個定位面相對加工中心的加工原點，都應有精確的坐標尺寸。為保證零件安裝方位與編程中所選定的工件坐標系及機床坐標系方向一致性，及定向安裝。能經短時間的拆卸，改成適合新工件的夾具。由于加工中心的輔助時間已經壓縮的很短，配套夾具的裝卸不能占用太多時間。夾具應具有盡可能少的元件和較高的剛度。夾具要盡量敞開，夾緊元件的空間位置能低則低，安裝夾具不能和工步刀具軌跡發生干涉。保證在主軸的行程范圍內使工件的加工內容全部完成。對于有交互工作臺的加工中心，由于工作臺的移動、上托、下托和旋轉等動作，夾具設計必須防止夾具和機床的空間干涉。盡量在一次裝夾中完成所有的加工內容。當非要更換夾緊點時，要特別注意不能因更換夾緊點而破壞定位精度，必要時在工藝文件中說明。夾具底面與工作臺的接觸，夾具的底面平面度必須保證在0.01-0.02mm以內，表面粗糙度不大于ra3.2μm。

2017年5月19日

PLC在加工中心自動換刀過程中的編程技巧 - 加工中心

一個完善的PLC程序不僅能使機床正常運行，還要讓人看起來一目了然，既為自己調試提供方便，還能幫助維修人員查找故障和分析原因。下面就XH756B系列臥式加工中心配SIEMENS802D精工系統時，在自動換刀過程中機械手的編程技巧作一介紹。首先簡單介紹一下刀具交換裝置的基本情況，刀庫是可正反向旋轉的鏈式刀庫、裝在刀具交換裝置上的機械手用個步驟將刀庫中的刀具交換到主軸，并將主軸刀具還回刀庫對應的刀套中。為盡量縮短換刀時間，我們采用刀具預選與零件加工同時進行的方式來壓縮換刀時間。機械手動作順序如下：步驟1：平移縮回，抓刀庫中預選的刀具：步驟2：拔刀伸出，拔出刀套中的刀具：步驟3：平移伸出，離開刀庫側抓刀位置：步驟4：拔刀縮回，機械手縮回：步驟5：搖臂伸出，搖臂轉向主軸側：步驟6：平移伸出，抓主軸刀具：步驟7：拔刀伸出，拔出主軸中的刀具：步驟8：換刀正轉或反轉，刀具交換：步驟9：拔刀縮回，將預選刀具插入主軸：步驟10：平移縮回，機械手離開主軸：步驟11：搖臂縮回，搖臂轉向刀庫側：步驟12：拔刀伸出，準備將主軸刀具送回刀庫：步驟13：平移縮回，機械手移向刀庫：步驟14：拔刀縮回，將主軸刀具插入刀庫：步驟15：平移伸出，離開刀庫側抓刀位置。以上15個步驟可分為如下4個階段：第1階段：抓新刀。Txx代碼控制刀庫按就近方向轉動到編程刀具所在的位置，到位且有刀庫定位I信號后啟動機械手，經過步驟1→步驟2→步驟3→>步驟4將編程刀具抓在手上等待換刀。第2階段：換刀。M06啟動換刀固定循環“TOOL”。“TOOL”控制各坐標移動到換刀位置，并用M90通知PLC啟動換刀，PLC用M90信號請求NC“讀入禁止”并啟動機械手換刀步驟5→步驟6→步驟7→步驟8→步驟9→步驟10→步驟11，同時用步驟5的到位信號控制刀庫轉到主軸刀號的位置。第3階段：還刀。步驟5啟動的刀庫旋轉停止且有刀庫定位I信號后，啟動機械手步驟12→步驟13→步驟14→步驟15，將主軸刀具還到刀庫中并將記憶主軸刀號的存儲器更新。步驟1完成后，取消“讀入禁止”，激活刀具參數，加工程序和機械手還同時進行。第4階段：抓預選新刀。在M06的下一段緊跟下道工序要用的刀具號Txx，刀庫在完成還刀動作后可在零件加工的同時啟動機械手步驟1→步驟2→步驟3→步驟4，將下道工序所用的刀具預選抓到機械手上，等待M06啟動后面的換刀動作，這樣大大縮短了刀具交換的時間，提高了工作效率。

2017年5月19日

航空發動機的葉片加工 ? - 加工中心

航空發動機是飛機的心臟，其制造精度的高低對于航空發動機的使用性能有著極為重要的影響，其中航空發動機葉片由于屬于薄壁類零件，其在加工的過程中容易受到切削力及材料的影響而導致航空發動機葉片出現一定的變形從而影響航空發動機葉片的加工精度>通過使用材料力學與有限元分析法找出航空發動機葉片在加工過程中變形的規律，并在此基礎上對產生的葉片變形進行二次造型以提高航空發動機葉片的加工精度：1. 導致航空發動機葉片加工變形的因素分析航空發動機葉片屬于薄壁類零件，在航空發動機葉片的加工過程中會造成其加工變形的影響因素眾多，這些影響因素相互影響相互制約工作共同影響航空發動機葉片的加工精度。現今在航空發動機葉片的加工變形的原因分析中多考慮的是加工中的彈性變形對航空發動機葉片加工所造成的影響。而在航空發動機葉片的加工過程中，采用精工補償的方式來對航空發動機葉片進行加工時，毛坯件剛度不足所導致的航空發動機葉片加工變形是影響航空發動機葉片加工精度的主要影響因素：在對航空發動機葉片進行銑削加工時，加工所產生的銑削力會使得航空發動機葉片毛坯件產生一定的彈性變形，而當刀具完成了對于因切削力而導致變形的葉片部分時，葉片會彈性恢復，從而導致實際切削量偏少從而使得加工后的航空發動機葉片壁厚過大的加工誤差，因此，在航空發動機葉片加工時因葉片變形會導致讓刀而導致切削量較小從而造成超差。因此，通過分析航空發動機葉片加工時由于切削力而導致的航空發動機葉片變形的規律并在精工加工過程中予以相應的加工補償以確保加工后工件彈性恢復后能夠形成符合公差要求的弧面,，在分析航空發動機葉片加工過程中、因切削力所導致的切削加工變形可以使用材料力學和有限元分析法來對相應的變形量進行分析航空發動機葉片屬于自由曲面，因此其截面形狀極為復雜，因此在分析由于切削力所導致的變形量的計算上所使用的慣性積、慣性矩等的參數不能僅僅通過采用簡單的代數運算算出，需要在分析航空發動機葉片參數的基礎上采用數值積分的方式予以計算在對葉片受力分析建立模型的過程中、假定刀具切削過程中所產生的切削力的大小保持不變、且航空發動機葉片在加工過程中所產生的變形主要是由彎曲和扭轉兩個主要因素所造成的，在分析航空發動機葉片沿長度方向的加工彎曲變形時，應忽略夾具對葉片所造成的影響。在刀具的加工過程中，刀具切削所產生的切削力會垂直于葉片表面形成向下的切削力，從而導致航空發動機葉片產生彎曲和扭轉，因此假定造成航空發動機葉片變形的力主要是由于刀具所產生的垂直于航空發動機葉片表面的一個向下的作用力，此作用力會導致葉片變形并造成讓刀從而影響航空發動機葉片的加工精度。通過對航空發動機葉片加工過裎中的受力變形進行建模分析可以推出航空發動機葉片的最大彎曲變形發生在航空發動機葉片葉身中間靠近頂尖端的部位，約在航空發動機葉片長度接近60%的部位在切削力產生_個彎曲變形的同時也會在航空發動機葉片上產生一個扭轉的作用力，其中扭轉變形的特點是在航空發動機葉片截面的中間區域變形不大而在航空發動機葉片的緣頭區域則會劇烈的增大。其中，航空發動機葉片的變形量主要與葉片的寬度有關，通過對航空發動機葉片的彎曲與扭轉受力變形進行綜合分析可以看出：航空發動機葉片從葉片的根部、葉尖直至航空發動機葉片的最大彎曲變形處這一彎曲變形量呈現出線性分布的特點，而航空發動機葉片的扭轉變形則主要產生于葉尖端緣頭處在航空發動機葉片的截面內，從中部指向緣頭區域，航空發動機葉片的扭轉變形以二次曲線規律增大：通過對航空發動機葉片受力變形使用有限元進行建模分析驗證，確保航空發動機葉片的加工變形量與分析結果相一致：2. 航空發動機葉片加工變形的解決措施在航空發動機葉片的加工質量會受到切削力、刀具、毛坯件的質量等多種因素的影響，同時在完成了對于航空發動機葉片的加工變形后由于加工應力的釋放會導致航空發動機葉片產生一定的彎扭變形> 為解決加工所帶來的加工誤差，需要在總結分析航空發動機葉片加工過程中變形規律的基礎上對航空發動機葉片進行二次造型以提高航空發動機葉片的加工精度。在對航空發動機葉片進行加工的過程中對彎扭變形后的葉片模型作為目標實體進行加工，從而使得葉片在加工前具有一定的反應變形用以抵消航空發動機葉片加工過程中由于切削力和熱應力而導致的葉片變形，從而確保航空發動機葉片的加工精度。

2017年5月19日

凱恩帝KND系統：參數修改 - 加工中心

二 . 凱恩帝KND系統：1.參數修改：先選擇“錄入”模式，按“索引”按鍵，在“第一頁”里，打開程序開關（按數值按鍵4），在“設置”里，“參數設置”--打開參數設置開關；修改K參數和D數據時，需要在“錄入”模式下和打開“程序開關”。 2. 軟限位檢查：按機床行程檢查機床軟限位是否有效，確定機床軟限位有效后，方可進行回零或其他操作。 #0610-1.2.3.4---機床正限位，#0611-1.2.3.4---機床負限位 3. 機床原點：軟限位檢查確定無誤后，方可進行回零操作。在選擇“回零”模式，按各軸正向按鍵，機床回零（確定機床倍率開關不為0）。機床原點的設定：將機床停到原點位置，在伺服驅動器上按住“TU2”，直到變成“數字”。 4. 刀庫調整；調試換刀之前，必須重新確定刀庫換刀點和主軸定位位置是否正確（為了安全，先斷開控制刀庫電機斷路器）。換刀參數: #0511-3 第三軸第二參考點 , 主軸定位---在主軸驅動器上執行“TU5”,直到顯示“FINISH” 排刀：將刀庫回到“1號”刀杯，“診斷”---“PC參數”--“刀庫TL”里數據改為一一對應；在“D數據”里--D7位刀庫總刀數，D18-D26的數據都改為0（改不了的可以不改）D27=1后，在“錄入”模式下，執行“T1”,斷電重啟。調試刀庫需要移動Z軸時，只有在手輪模式下可以移動。 5.四軸調整； M10 四軸夾緊，M11 四軸松開。按鍵控制：F4按鍵。6. 機床剛性：伺服驅動器參數PA-05位置環增益，PA-09速度環增益或PA55剛性等級（4~6）。注意: 修改位置環增益和速度環增益時，三軸必須修改成一樣的參數值，否者會影響機床精度。 7.機床反向間隙：參數 #2625 8. 氣壓和潤滑油：K9.1為氣壓低報警高低電平轉換，K9.3為潤滑油報警高低電平轉換。正常情況下K9=00001111。

2017年5月19日

數控系統插補的方法和原理 - 加工中心

精工系統插補的方法和原理精工機床上進行加工的各種工件，大部分由直線和圓弧構成。因此，大多數精工裝置都具有直線和圓弧的插補功能。對于非圓弧曲線輪廓軌跡，可以用微小的直線段或圓弧段來擬合。插補的任務就是要按照進給速度的要求，在輪廓起點和終點之間計算出若干中間控制點的坐標值。由于每個中間點計算的時間直接影響精工裝置的控制速度，而插補中間點的計算精度又影響整個精工系統的精度，所以插補算法對整個精工系統的性能至關重要，也就是說精工裝置控制軟件的核心是插補。插補的方法和原理很多，根據精工系統輸出到伺服驅動裝置的信號的不同，插補方法可歸納為脈沖增量插補和數據采樣插補兩種類型。一、脈沖增量插補這類插補算法是以脈沖形式輸出，每次插補運算一次，最多給每一軸一個進給脈沖。把每次插補運算產生的指令脈沖輸出到伺服系統，以驅動工作臺運動。一個脈沖產生的進給軸移動量叫脈沖當量，用δ表示。脈沖當量是脈沖分配計算的基本單位，根據加工的精度選擇，普通機床取δ＝0.01mm，較為精密的機床取δ＝1μm或0.1μm 。插補誤差不得大于一個脈沖當量。這種方法控制精度和進給速度低，主要運用于以步進電動機為驅動裝置的開環控制系統中。二、數據采樣插補數據采樣插補又稱時間標量插補或數字增量插補。這類插補算法的特點是精工裝置產生的不是單個脈沖，而是數字量。插補運算分兩步完成。第一步為粗插補，它是在給定起點和終點的曲線之間插入若干個點，即用若干條微小直線段來擬合給定曲線，每一微小直線段的長度△L都相等，且與給定進給速度有關。粗插補時每一微小直線段的長度△L與進給速度F和插補T周期有關，即△L＝FT。圖1 數據采樣插補第二步為精插補，它是在粗插補算出的每一微小直線上再作“數據點的密化”工作。這一步相當于對直線的脈沖增量插補。數據采樣插補方法適用于閉環、半閉環的直流或交流伺服電動機為驅動裝置的位置采樣控制系統中。

2017年5月19日

?數控加工中心在線檢測 - 加工中心

精工加工中心在線檢測如何提升加工中心的制造質量意義是很大的。而精工機床、加工中心所具備的在線檢測功能就是一種十分有效的手段，能有效地提高工件的制造質量。隨著轎車制造業的生產模式從大批量單一品種漸漸演變成中小批量多品種，加工中心在相關企業中的應用日趨增多，尤其是用于動力總成系中那些復雜零件的加工，如發動機中的缸體、缸蓋，變速器中的殼體等。鑒于這些零件不但形狀復雜、工藝要求高，一旦出現廢品就會造成很大損失，因此，如何提升加工中心的制造質量意義是很大的。而隨機檢測功能的設置就是一種十分有效的手段。隨機量儀的基本組成及主要功能 1.系統的組成量儀主要由接觸式測頭、信號接收器和輸出電纜(或接口裝置)組成，根據傳送信號的性質，又分為紅外線和無線電等兩種。兩者的差別在于后一種的信號傳送能力更強，不但距離遠，在受到物體阻擋的情況下也不受影響。圖1給出了一種典型系統的工作過程：接觸式測頭的檢測結果以紅外信號方式發送到安裝在加工中心內的接收器，接收器通過輸出電纜(或經過接口裝置)再將信號傳送到機床控制系統。而測頭作為紅外信號發送器，可在360°范圍內發送信號，圖1中的接口裝置可對信號數據進行處理后將其傳送到加工中心的精工系統。但在多數情況下，檢測程序還是由機床廠商按實際需求編制后，根據輸入的信號實現相應的功能。 2.主要功能測頭就象刀具一樣，平時存放在加工中心的刀庫中，依照不同的要求，在一道加工工序之前或之后調出，再按程序執行自動檢測，從而實現某種功能。概括地說，通過隨機檢測主要可以達到以下目的：刀具狀態的檢測有別于存放在機床刀庫中的測頭，此時是利用設置在機床工作臺面上的測量裝置(測頭)，對刀庫中的刀具按事先設定的尺寸進行對刀測量，同時也能進行刀具破損或安裝型號正確與否的識別。在這種應用場合，檢測信號是采用前述電纜傳送方式輸入接口裝置，或直接與機床精工系統連接。對刀測量裝置有接觸式和非接觸(光學)式兩種，圖2是接觸式的一個示例。圖2 隨機量儀的對刀檢測·確定加工狀態：工件找正、參數設定和補償所謂“找正”，是指為了保證工件的正確安裝、定位而采取的相應措施。至于存在“不正”，則既有夾具方面的原因，也有工件自身因素的影響。無疑，加工狀態的找正是確保工件加工質量的基礎。另外，由于受到溫度變化和刀具磨損等漸變因素的作用，加工狀態的穩定性也會發生改變，影響到制成品的質量，故在必要時也需采取補償措施。隨機檢測在期間也發揮了重要的作用。工件的自動檢測在一道工序完畢后，或對所有工序都已完成后的工件進行自動測量，即直接在機床上實施對制成品的檢驗，是隨機檢測的又一種功能。此時，相當于把一臺坐標測量機移到了機床上，顯然，這能大大減少脫機測量的輔助時間，降低質量成本。事實上，現今這種在機測量功能也確已十分強大，除了可進行各種幾何元素的快速檢測外，利用專門開發的軟件還能完成脫機編程，通過在電腦中模擬，還可避免干涉、碰撞等現象的發生。應用實例加工中心多年前在國內機械制造業，包括汽車行業已有所應用，但裝備隨機檢測系統則還是近十年來才出現的現象。由于能顯著提高制造質量、工作效率和降低差錯，在企業、特別是汽車發動機、變速器等工廠的應用日趨增多。以下一些來自生產實際的示例提供了充分的說明。例1：溫度補償和刀具磨損補償 10 年前，某發動機廠正在驗收一條柔性缸蓋自動生產線，在對其中二臺加工中心幾項關鍵線性尺寸參數進行設備能力評定時，發現機器能力指數都能滿足要求。但當執行過程能力評價時，即對延續二班或更長時間的抽檢數據進行統計分析時，就出現分散性較大，過程能力指數Cp.Cpk值偏低的情況。經剖析可能引起的原因，確認是溫度變化造成的，顯然，不采取補償措施就難以消除由此引起的誤差。最后，通過給機床添加了隨機檢測功能，終于徹底解決了問題。方法是：在刀庫中配一觸發式測頭，根據預先設定的頻次(如1次/10件)，如同一把刀具般地取出，打在安裝工件的夾具上的某一固定位置。由于正確地判斷出這一位置的變化與受控關鍵尺寸之間存在著線性相關，因此就可以根據測得值的變化來調整進刀量，從而有效地實施了補償。同樣地，進行溫度補償或刀具磨損補償也可采用另一種方法。不久前，南方一汽車發動機廠為了確保加工缸蓋上平面后的尺寸精度，采取了將隨機量儀的測頭打在銑削完畢后的工件表面上，按每10件1 次的間隔進行測量。若發現有較大偏差，即根據設定的補償方式自動調整加工參量。一般來說，受溫度變化或刀具磨損的影響而帶來的波動呈現規律性，據此可確定相應的補償方式。圖 3所示的加工中心擁有一個碩大的、稱為“交換器”的轉臺，在其直徑方向安裝了兩個“托盤”，其實是兩個用于裝夾工件的回轉工作臺，可背向安裝兩個缸蓋罩殼。兩個工作臺所處位置總是對應機床前、后部的“上下料”和“加工”工位，即當一組工件處于加工工位被順序進行加工時，操作工則在上下料工位從事工序完畢后的卸料和再次上料。“交換器”和“托盤”的回轉精度很高，但前者在交換兩個工作臺位置時，必須先由舉升機構將整個轉臺抬起，然后轉動180°，再落入一依靠錐面匹配的定位裝置。由于工作環境惡劣，難免會有冷卻液帶入的鋁屑、雜物等粘附在定位面上，由此會造成轉臺的微量偏斜，并傳遞到工作臺（“托盤”）和其上的夾具。從圖3可見，被加工的缸蓋罩殼是直立裝夾的，故受偏斜帶來的影響就更大。若不對這一項引起誤差的因素進行監控，將不利于保證工件的質量，為此，安排了隨機檢測的環節，用于夾具的找正。方法是在工作臺上夾具的上部設一基準塊，當工作臺置于機床的加工工位時，在對工件實施切削加工前，動力頭先調出測頭，打在基準塊的小平面上(見圖3所示)，通過與預先的設定值相比較來判斷夾具的狀態，當出現超出允許范圍的偏差時，即通知操作人員或機修人員進行處理。例3：工件找正被加工工件是一種新穎汽車發動機上的大型鋁鑄件——鏈輪罩殼，在這臺機床的眾多工序中，對其中4個孔的加工是極為重要的。圖4中，從左至右顯示了這些孔，其中第4個，也是最右側一個正所處在待測(相當于“加工”)位置。為了確保孔的加工質量，在工藝上就必須使刀具的回轉中心與工件毛坯孔的中心保持一致。但從圖中可見，四個孔呈輻射、散布狀，孔徑和中心高又相差很大。在這種情況下，如果仍執行一成不變的加工程序，那么即使是裝夾中的細微差別，或是鑄件自身的一些差異，都會影響孔的制造質量。為此，利用機床的隨機檢測系統在加工前先逐個對每個毛坯孔進行測量。方法是通過在圓周的上下、左右共打4點來精確地確定孔中心的坐標位置，據此，再有針對性地執行各個孔的加工，顯然，經過“工件找正”之后，各孔的制造質量就有了充分保證。此外，在找正的同時，還可以得到鑄孔的毛坯余量，若進一步利用變量編程，還可以實現毛坯余量的自動分配，這樣就既能保證孔加工過程中切削力不會過大，以免損傷機床和刀具，又能提高刀具的耐用度，以使工作效率達到最高。利用隨機量儀進行機內對刀，以及在加工前對夾具、工件實施“找正”，或在加工后通過隨機檢測進行溫度、刀具磨損的補償，凡此種種，不但保證了零件的加工質量，而且能有效地提高生產過程運行的質量水平。

2017年5月19日

非金屬加工 - 加工中心

對木材、塑料、橡膠、玻璃、大理石、花崗石等非金屬材料的切削加工,雖與金屬材料的切削類似,但所用刀具、設備和切削用量等各有特點。木材制品的切削加工主要在各種木工機床上進行,其方法主要有:鋸切、刨切、車削、銑削、鉆削和砂光等。木材的鋸切通常采用木工圓鋸機或木工帶鋸機(見木工鋸機)。兩者都可用不同鋸齒形狀的刀具(鋸片或鋸帶)進行截料、剖料或切榫。帶鋸切的鋸縫較窄,窄帶鋸切還能切割曲面和不規則的形狀。刨削通常用木工平刨床或木工壓刨床(見木工刨床)。兩者都可用旋轉的刨刀刨削平面或型面,其中壓刨床加工可得到較高的尺寸精度。當表面的光潔程度要求較高時可用木工精光刨。木料的外圓一般在木工車床上車削。木料的開榫、開槽、刻模和各種型面的加工,可用成形銑刀在木工銑床上銑削。鉆孔可用木工鉆頭、麻花鉆頭或扁鉆,在臺鉆或木工鉆床上進行。小孔也可用手電鉆加工。木料表面的精整可用木工砂光機。平面砂光可用帶式砂光機；各種型面的砂光可用滾筒式砂光機；端面砂光和邊角倒棱可用盤式砂光機。也可用木工車床或木工鉆床砂光。木料加工的切削速度比金屬切削高得多,所以刀具的刃口都較薄而鋒利,進給量也較大。如鋸切速度常達40～60m/s；車削或刨削時,刀具前角常達30°～35°,切削速度達60～100m/s,故出屑量很大。切削時一般不用切削液,干切下來的大量木屑可用抽風機吸走。高速旋轉的木工機床一般都設有機動進給和安全防護裝置,但不少木材的切削加工仍需用手動進給,因此必須特別注意操作安全。塑料切削加工塑料的剛度比金屬差,易彎曲變形,尤其是熱塑性塑料導熱性差,易升溫軟化。故切削塑料時,宜用高速鋼或硬質合金刀具,選用小的進給量(0.1～0.5mm/轉)和高的切削速度,并用壓縮空氣冷卻。若刀具鋒利,角度合適(一般前角為10°～30°,后角為5°～15°),可產生帶狀切屑,易于帶走熱量。若短屑和粉塵太多則會使刀具變鈍并污染機床,這時需要對機床上外露的零件和導軌進行保護。切削賽璐珞時,容易著火,必須用水冷卻。車削酚醛塑料、氨基塑料和膠布板等熱固性塑料時,宜用硬質合金刀具,切削速度宜用80～150m/min；車削聚氯乙烯或尼龍、電木等熱塑性塑料時,切削速度可達200～600m/min。銑削塑料時,采用高速鋼刀具,切削速度一般為35～100m/min；采用硬質合金刀具,切削速度可提高2～3倍。塑料鉆孔可用螺旋角較大的麻花鉆頭,孔徑大于30mm時,可用套料鉆。采用高速鋼鉆頭時,常用切削速度為40～80m/min。由于塑料有膨縮性,鉆孔時所用鉆頭直徑應比要求的孔徑加大0.05～0.1mm。鉆孔時,塑料下面要墊硬木板,以阻止鉆頭出口處孔壁周圍的塑料碎落。刨削和插削的切削速度低,一般不宜用于切削塑料,但也可用木工刨床進行整平和倒棱等工作。攻絲時可采用溝槽較寬的高速鋼絲錐,并用油潤滑；外螺紋可用螺紋梳刀切削。對尼龍、電木和膠木等熱固性塑料,可以用組織疏松的白剛玉或碳化硅砂輪磨削,也可用砂布(紙)砂光,但需用水冷卻。由于熱塑性塑料的磨屑容易堵塞砂輪,一般不宜磨削。

2017年5月19日

?幾種金剛石加工方法 - 加工中心

采用傳統的機械研磨方法制造金剛石刀具時，因研磨線速度高，局部壓力大，對刀具表面及刃口沖擊劇烈，不可避免地會導致刀具表面產生微小溝紋和較厚的加工變質層，且刀刃鋸齒度較大，從而限制了刀具質量的進一步提高。試驗表明，采用機械方法研磨金剛石的表面粗糙度極限值約為3nm，刀刃鋸齒度最小只能達到幾十納米的數量級，表面加工變質層厚度約為200nm。隨著超精密加工技術的不斷發展以及加工精度的不斷提高，對金剛石刀具的精度及質量要求也更為苛刻。研究還發現，刀具表面變質層厚度將直接影響刀具的壽命與零件的加工質量。因此，開發新型的金剛石刀具加工方法無疑是突破機械研磨方法對刀具質量限制的有效途徑。此外，如高精度輪廓儀、隧道掃描顯微鏡、原子力顯微鏡等儀器中使用的金剛石探針的前端球頂圓弧半徑要求達到或小于1～2μm，精度要求高于0.1μm；加工光通信用光柵表面的微細溝紋時，需要使用刀尖圓弧半徑為0.1～3μm，并具有相當高的尺寸與形狀精度的金剛石雕刻刀具。對于此類特殊要求，采用傳統的機械研磨方法或者無法達到，或者加工成本極高，因此也迫切需要開發新型的金剛石工具加工方法。下面介紹近年來出現的四種較為典型的金剛石工具加工方法。2 離子束濺蝕法離子束濺蝕法是利用高能離子的轟擊作用直接對被加工工件進行物理濺蝕，以實現原子級的微細加工。采用擴散泵使加工室達到10-5torr的真空，然后充入壓力為5×10-4torr的工作氣體(如氬氣)。鎢陰極與環狀陽極之間的電壓為40V，可保證電極間的持續放電。永久磁鐵產生的軸向磁場為熱激發電子形成一個螺旋形長通道，可最大程度地使氬氣電離為等離子體。由等離子體中釋放出的離子束通過雙層柵極聚焦系統(其中內柵起隔離作用，外柵用于離子束的加速)，由此形成具有強方向性及低散射能的簇射離子束。被加工的金剛石安裝在一個傾斜角可調的回轉工作臺上，距柵極約5mm。通過改變回轉軸的傾角范圍和回轉速度，可得到不同的加工形狀及加工精度。加工速率及質量與離子束能量、工件表面電流密度及離子束相對于被加工表面的夾角有關。離子束濺蝕法最適于加工關鍵尺寸小于1μm的微小金剛石工具，并可達到很高的形狀精度。3 真空等離子化學拋光法真空等離子化學拋光法的加工原理如圖2所示。轉動的磨盤被中間的高真空區分為左右兩部分。左邊為沉積區，采用真空等離子物理氣相沉積法在磨盤表面鍍上一層細晶粒氧化硅；右邊為研磨區，金剛石表面處于活化狀態的碳原子通過與磨盤上的氧化硅發生分子級化學反應而形成磨削作用。反應生成的一氧化碳或二氧化碳氣體被真空泵抽出反應室。該方法的研磨速度為1～3000μm3/s，約每秒0.25～750個原子層，可研磨出極高質量的刃口。該方法最先被美國刀刃技術公司用于研磨超精密金剛石鏡面切削刀具，該刀具可廣泛用于加工各種納米級精度的超精表面。4 無損傷機械化學拋光法該方法是在NaoH溶液中加入適量的細金剛石粉和更細微(達納米級)的硅粉，帶強負靜電的細微硅粉會吸附在粒度大得多的單個金剛石微粒上形成具有硅吸附層的金剛石磨料，然后將其涂敷在多孔的鑄鐵磨盤上對被加工金剛石進行研磨。研磨時，吸附在金剛石微粒上的硅粉一方面可阻止金剛石微粒對被加工金剛石表面的直接沖擊，保護金剛石表面不會產生深度損傷，另一方面可與被加工金剛石表面發生反應并通過其微弱的磨削作用將反應層去除。該方法的磨削速度非常低，僅為每分鐘一個原子層。5 熱化學拋光法在溫度為800℃時，若使金剛石表面與鐵接觸，金剛石晶體中的碳原子能夠擺脫自身晶格的約束，擴散到鐵晶體晶格中去。熱化學拋光法即是運用此機理對金剛石表面進行研磨加工。研磨時，在氫氣氣氛中將鐵質研磨盤加熱到800℃，使被加工金剛石表面與鐵質研磨盤接觸并相對滑動，金剛石晶格中的碳原子就會擴散到鐵晶體晶格中，達到磨削金剛石的目的。進入鐵晶格中的碳又與氫氣反應生成甲烷并隨氣流散發到空氣中。該方法的磨削速度為每秒40～2000個原子層。利用該方法刻蝕金剛石，還可在其表面加工出圖案和花紋，制成各種精美的金剛石工藝品。6 結語上述加工方法具有以下共同特點：對被加工金剛石表面無沖擊，避免了機械加工方法造成的表面沖擊溝痕，使被加工表面異常光潔，其表面粗糙度可達1nm。被加工金剛石表面與研磨盤之間的接觸力非常小，易于研磨出高質量的刀刃。被加工金剛石表面的損傷與變質層較磨削速度很低，只適用于精磨加工后的超精密拋光。此外，采用機械方法加工制成的金剛石刀具用于鏡面切削時，通常存在一個“磨合期”，即需要經過一段時間的切削過程，刀具才能達到最佳加工效果。究其原因，是由于刀刃圓弧實際是由一些不規則的折線組成。研究文獻表明，化學研磨方法可得到比機械加工方法光滑得多的刀具刃口圓弧(如圖3所示)，制成的刀具在使用過程中可消除“磨合期”，且工件表面加工質量得以大幅度提高。

2017年5月19日

加工鈦合金刀具選用 ? - 加工中心

由于鈦合金具有比重小，比強度與熱強度高，熱穩定性和抗腐蝕性好，可以顯著地減輕產品重量，提高推重比、結構的抗熱能力和可靠性，所以在航空、航天、石油、化工、造船等部門得到廣泛應用，幾年來，由于產品結構要求，我們在鈦合金的切削加工工藝上進行了一些探索，下面就此作一介紹。鈦合金簡介鈦合金是同素異構體，在低于882℃時呈密排六方晶體，稱為α鈦，在882℃呈體心六方晶體，稱為p鈦，隨著添加其它合金元素的種類、數量不同，相變、溫度及相分含量也逐漸改變，從而得到不同的鈦合金，室溫下可分為α、（α+β）、β型三種?基本組織，各組織對應的典型牌號有α鈦：TA6―TA8；α+β：TCl―TCll；β鈦；TBl―TB3。 (1)影響鈦合金切削加工性的因素鈦及鈦合金的切削加工，從切削的刀具耐用度、加工表面的質量及切屑形成和排屑的難易程度等方面來衡量，鈦及鈦合金屬難加工材料。鈦及鈦合金的切削加工性比奧氏體不銹鋼還差，退火或固溶處理的鈦合金切削加工性優于高溫合金，而經時效處理后的鈦合金切削加工性和高溫合金差不多。鈦合金切削加工性差主要有以下原因：①導熱、導溫系數小，切削溫度高。鈦合金的導熱系數平均是工業純鈦的一半，導溫系數分別為鐵和鋁的1／4和1／16，因此在相同的切削條件下，鈦合金的切削溫度比45鋼高1倍以上。 ②切削變形系數小，單位面積上的切削力大。鈦合金的切削變形系數小于1或接近1，鈦合金切屑被主切削刃切離后，立即向上翻卷，使切屑與刀具前刀面接觸減少，刀具單位面積上所承受的壓力要比一般鋼材大得多，切削溫度急劇上升、③化學活性大。鈦合金在300℃以上高溫下極易與刀具材料“親和”，產生嚴重的粘刀現象o (2)刀具材料的選擇切削加工鈦合金的刀具材料，要求抗變強度高、硬度高、韌性好、熱硬性好、耐磨性好，還要散熱好，決不能用含鈦的刀具材料，因為含鈦的刀具材料在高溫下很容易與鈦合金親和，加劇刀具磨損。切削刀具要求刀面表面光潔，刃口鋒利。對多刃刀具，應控制切削刃的跳動量。綜合因素探討影響鈦合金切削加工的因素很多，要依據實際零件加工情況從各個方面進行綜合分析，找出最佳途徑。下面介紹一下在加工TA7、TC4材料零件中采取的幾點措施。 (1)切削機床、夾具的選擇切削加工鈦合金應選擇剛性好、功率大、具有大的變速范圍和進給范圍的機床，以便于調整切削參數。切削加工前認真調整機床導軌間隙，或單獨使用某一方向進給加工時，最好將另一方向的螺母鎖緊，減少機床振動；夾具剛性要好，使用圓工作臺時，應將其間隙調好，螺母鎖緊。 (2)切削用量、刀具幾何參數選擇切削加工鈦合金時，應重點考慮鈦合金切削時會產生較高溫度的因素，由于切削溫度高，刀具磨損加快。切削溫度一般取值為：硬質合金刀具切削溫度應控制在600―800℃，高速鋼刀具切削溫度控制在450―560℃的范圍內，還要嚴格控制切削用量，特別是切削速度不能高。在實際加工中要根據具體材料和不同加工工序進行選擇，并使用充足的切削液，提高切削效率。