高速数控技术应用研究

高速数控技术应用研究（精选十篇）

高速数控技术应用研究 篇1

第一阶段:NC阶段。此阶段主要包括电子管时代、中小规模集成电路时代及晶体管时代。

第二阶段:CNC阶段。在此阶段,第四代数控系统出现并开始应用。将计算机用于数控系统是第四代数控系统发展过程的一个主要标志和特点。第五代数控系统出现于1974年,也属于CNC阶段的产物。此系统的运行原理在于数控系统中应用微处理器,因此计算机专用性成为此系统的一个显著特点。迄今为止,第五代数控系统仍然是生产中普遍使用的一个数控系统,具有一定的市场。第五代数控系统的代表是德国西门子810系统和日本的FANUC-O系统。

第三阶段:ONC阶段。此阶段始于20世纪90年代,出现了新的数控系统。同时,在美国首先出现了基于PC机平台开发的系统,即开发式数控系统,即数控系统发展的第六代。兼容性和开放性是第六代数控系统的两个特点,而PC技术和Win操作平台是第六代数控系统的技术特点。它的技术支持源于大量的应用软件开发公司和大量的硬件板卡厂商。

2 高速数控技术的发展现状

20世纪90年代,我国对数控技术的发展和应用越发重视,开始建立关于数控技术研究的基地,并不断培养专业的数控技术人员,使我国数控产业开始具有了一个初步的模型。这也体现了我国对数控技术的基本掌握。数控技术通过几十年的发展,大大提升了可靠性和稳定性,但对数控技术的应用还存在一定问题。这些问题的存在严重影响我国数控技术的发展,必须重视这些问题并运用有效措施给以解决,才能促进我国高速数控技术的发展,使其服务于越来越广泛的行业。

当前,国外的数控技术研发速度较快,且取得了显著成效。数控技术的发展逐步呈现出PC化、网络化、数字化及智能化特点。数控技术的数字化符合社会的发展需要,且使数控技术朝着更简单、更易被操作的方向发展。PC化能够更好地满足社会发展需求,促使开发性数控技术成为未来的发展方向。随着网络化的不断进步和发展,数控技术的网络性也越来越强,数控技术领域的交流变得更加便捷和明了。数控技术的智能化也有利于数控技术的发展。它大大提高了数控技术的智能性,让数控技术朝着更加先进的方向发展。

3 高速数控技术的应用

3.1 高速高效加工模具电极技术

高速高效加工模具电极主要用来加工石墨、铜等材料。它的表面质量好、电极精度高,尤其是对于加工薄壁、复杂形状的零件有很大的帮助。运用高速高效加工模具电极进行加工,可以使零件精度高、变形小,有利于更好地避免表面损伤。

3.2 锻模加工技术

高速数控技术也应用于锻模加工方面。高速高效的加工锻模,使其表面质量好、刀具寿命长,同时还能够缩短加工的周期,降低加工的成本,使加工过后的锻模模具使用性能变好,延长其使用寿命。

3.3 代替EDM的高速加工技术

代替EDM而使用高速数控技术,可以不用对模具进行抛光,能够降低成本,极大缩短了加工周期,改变了模具的加工方式。

3.4 数控凸轮轴磨床的数控系统

数控凸轮轴磨床数控系统是我国首次应用旋转零传动技术的数控系统。它简化了主电机到机床主轴之间的中间环节,并将主传动链长度缩减为0,大大提升了加工精度。此数控系统的应用对于进一步促进我国数控技术发展起到了良好的辅助作用。

3.5日本的FANUC新系统和德国西门子840Di数控系统

日本的FANUC系统的控制器具有PC机及个人计算机功能。它的出现大大解决了第五代数控技术系统的不兼容性和封闭性的问题。数字伺服控制器位置指令主要是以纳米为单位,大大提升了加工平滑性。而德国的西门子840Di数控系统具有更灵活的开放式数控系统,对于CNC控制功能及HMI功能均可以在PC处理器上运行处理,省去了传统控制系统中的NC处理单位,可靠性更高,应用领域更广,也更智能化。

3.6 网络化技术

网络化技术分为内部网络和外部网络。内部网络主要是指数控系统内的CNC单元与I/O逻辑控制、伺服驱动等通过现场总线进行网络连接。通过确定统一的互联标准,确保互换性。为了保证互换性,可以应用SERCOS网络结构协议,以适用于高速伺服控制。外部网络主要是指数控系统与系统外的其他控制系统或者是与外部计算机相连接,通过网络实现对设备的远程控制,从而进行相应的远程诊断、维修和技术服务,以提高机床生产率。基于多品种小批量的条件实现机床联网,可以将切削的时间从25%提升到65%。网络化技术作为高速控制技术中的新技术,在未来的应用范围也将越发广泛。

4 高速数控技术的未来发展

4.1 高精度化

科学技术的不断发展,要求高速数控技术向着高精度化的方向发展。数控技术应用于航空航天领域。

4.2 高速化

数控技术的高速化有利于数控技术的良好发展,充分发挥数控系统的性能,提高数控技术的加工效率。高速化在数控技术方面的应用,能够降低成本、提高零件加工的精度和质量。

4.3 网络化

计算机的快速发展也在数控技术方面起到了显著作用,使数控技术向着网络化的方向发展。数控技术的网络化发展更有利于加强各企业之间的联系。

4.4 高柔性化

提高数控技术的高柔性化,能提高设备的利用率和产品质量,使其在激烈的市场竞争中满足人们对数控产品更高的要求。

4.5 环保化

随着近几年人们环保意识的增强,保护环境的各种措施应在各个方面都应该被实施。同时,人们在社会日常生活中对环境的保护,也推动了数控技术向着环保化方向发展。

5 结束语

数控技术在制造业方面具有重要作用,可以提高制造业的信息化水平和市场竞争力,促进制造业的发展,进而促进国民经济的发展。对于出现的一些问题,要采取一些有利措施一一改进和提高,逐步提高数控技术的创新能力,使数控技术与国际水平接轨,从而使高速数控技术能够应用于更多领域,带来更多的便利和效益。

参考文献

[1]周祖德,龙毅宏.嵌入式网络数控技术与系统[J].机械工程学报,2015,(5):1-7.

[2]陆启建,刘明灯.数控技术的新进展[J].制造技术与机床,2012,(5):5-7.

数控高速切削工艺技术及应用的探索 篇2

【关键词】高速切削；参数优化；机床；刀具；工艺技术

数控高速切削技术已经在航空航天和汽车制造等众多领域得到广泛的发展和应用。当今科技突飞的工业信息时代，高速切削技术已成为切削加工的主流，对机械制造业来说是一场深刻的技术革命。数控高速切削工艺技术参数是数控切削加工过程中的基本控制量。实现数控高速切削加工工艺参数的优化，不仅有利于企业提高生产技术水平和经济效益，还将进一步推动数控加工技术的发展。

高速切削概念最早是德国物理学家萨洛蒙（Carl Salomon）通过切削实验而提出来的。迄今尚未有一个确切的界定。一种划分是比常规切削速度和进给速度高出5～10倍的切削加工。也有认为主轴转速高于8000r/min即为高速切削。对不同的材料和加工工艺，高速切削速度也不同。当切削速度对钢材达到380m/min以上、铸铁700m/min以上、铜材1000m/min以上、铝材1100m/min以上、塑料1150m/min以上时，被定为是高速切削。从加工工艺上：车削700～7000m/min，铣削300～6000m/min，钻削200～1100m/min，磨削5000～10000m/min被定为高速切削。具有：切削力小、工件热变形小、材料切除率高、工艺系统振动小，可实现高精度、低粗糙度加工以及可加工难加工材料的特点。

数控高速切削加工是一个复杂的系统工程，高速切削加工的机理和相关理论至今仍不完善，其涉及到切削机理、切削机床、刀具、工艺参数等诸多工艺技术，这些是实现高速切削加工离不开的关键技术，着重从以下方面来探索研究。

1、新型高速切削刀具及其材料

高速切削技术发展的一个重要障碍就是刀具材料的耐高温和耐磨损问题，切削速度越高切削温度也就越高，现有的大部分刀具是无法达到这个要求的，为了解决这些问题，高速切削的刀具制造技术发生了巨大的变化。新材料，新工艺不断出现，刀具材料也发展到陶瓷刀具、CBN刀具和金刚石刀具。为了提高刀具的综合性能，发展了刀具涂层技术和烧结压层技术。对用于金属切削的刀具材料来说，一般有硬度、韧性、强度、热硬性、导热性等指标，其中硬度和韧性是一对极其重要的指标，理想的刀具材料当然是硬度、韧性兼备。

2、高速切削工艺及参数优化

安全、高效和高质量是高速切削的主要目的，可分为两种情况：以实现单位时间最大材料去除量和最大加工表面积。前者用于粗加工，后者用于精加工。在粗加工后，怎样获得余量比较均匀的半成品，为精加工创造条件。另外，在粗加工和半精加工时，如何选用刀具和设置切削参数，采用先进的走刀方法等这些都是要考虑的重要问题。对高速切削加工任务来说，要把粗加工、半精加工和精加工作为一个整体考虑，设计出合理的加工方案，从总体上达到高效率和高质量的要求，充分发挥高速切削的优势，这就是高速切削工艺设计的原则。

1）切削方式的选择。在高速切削加工中，应尽量选用顺铣加工，因为在顺铣时，刀具刚切入工件产生的切削厚度最大，随后逐渐减小。在逆铣时，刀具刚切入工件时产生的切削厚度为最小，随后逐渐增厚，这样增加了刀具与工件的摩擦，在刀刃上产生大量的热量，所以在逆铣时产生的热量比顺铣时多很多，径向力也大大增加。同时在顺铣中，刀刃主要受压应力，而在逆铣中刀刃受拉应力，受力状态较恶劣，减低了刀具的使用寿命。

2）走刀方式的选择。对带有敞口型腔的区域，尽量从材料的外面走刀，以实时分析材料的切削状况。而对没有型腔的封闭区域，采用螺旋进到方式，在局部区域切入。针对高速加工时应尽量采用轮廓的切向进、退刀方式以保证刀路轨迹的平滑。在对曲面进行加工时，刀具可是Z向垂直进、退刀，曲面法向的进、退刀，曲面正向与反向的进、退刀和斜向或螺旋式进、退刀等。在实际加工中，用户可以采用曲面的切向进刀或更好的螺旋式进刀。而且螺旋式进刀切入材料时，如果加工区域是上大下小，螺旋半径会随之减小以进刀到指定的深度。尽量减少刀具的急速换向。由于之字形模式主要应用于传统加工，在高速切削加工中主要选择回路或单一路径切削。

3、新型机床及其技术发展的新动向

高速加工机床主轴转速高、功率大、快速行程速度高等会导致机床运动副之间发生急剧的摩擦和发热；高的运动加速度也会对机床产生巨大的动载荷等等这些都会影响产品的质量、效率、机床寿命。“零传动理论”的提出大大简化了机床的传动与结构，提高了机床的动态灵敏度、加工精度和可靠性。电主轴是实现高速机床主运动系统“零传动”的典型结构，它是将主轴和电动机集成在一起的结构，取消了主传动链中的一切中间环节，可将主轴转速提高到每分数万转；直线电动机的高速进给单元则是高速机床进给系统实现“零传动”的典型代表，主要优点有：速度高、加速度大、定位精度高、行程不受限制。

轴联动加工机床的兴起：一台5轴联动机床的效率可以等于两台3轴联动机床，当前由于电主轴的出现，可以使得复合主轴的结构大为简化，制造难度大幅度降低。并联加串联机床的出现：瑞典Neos Robotics公司采用三杆结构，解决3个自由度的问题，另外两个自由度采用成熟的传统串联机构来解决。该公司生产的Tricept845加工中心，对并联机床已有实用价值。高速虚拟轴机床的发展：其基本结构是一个活动平台、一个固定平台和六根长度可变的连杆。活动平台上装有主轴和刀具，固定平台上安装工件，六根杆实际是六个滚珠丝杠副，可产生六自由度的空间运动，使刀具在工件上加工出复杂的三维曲面。

高速切削加工的问世，加快了汽车、模具、航空、精密机械等产品的更新换代速度，引起了这些行业制造技术及提升，加快了社会的进步。工业制造业要发展，企业必须不断的开发、应用现代高速切削加工技术。在二十一世纪全球化制造的市场环境下，高速加工必将在各类制造企业中得到广泛的应用。

参考文献

[1]张伯霖.《高速切削技术及应用》.机械工业出版社，2002

[2]艾兴.《高速切削加工技术》.国防工业出版社，2003

[3]王西彬.《高速切削刀具的研究》.机械工艺师，1998

浅谈高速数控技术的应用研究 篇3

关键词：高速,数控技术,应用研究

一、前言

高速数控技术在许多工业发达国家中占有的重要的地位, 从而可以促进制造业的发展, 从而可以促进国民经济的发展。在世界第三次产业革命中, 数控机床是非常重要的内容。数在机电工业中, 数控机床不仅仅是一个基础装备, 而且在汽车、石化、电子和现代医疗装备等产业中起着一个非常重要的作用。

二、高速数控技术的发展现状

1. 国外数控技术的发展现状

国外的数控技术经过不断的研究和改进, 取得了非常大的进步。近几年, 国外的数控技术向着PC化、数字化、网络化、智能化的趋势发展。第一, 数控技术的PC化, 能够满足整个社会和人们的需求, 从而使得数控技术向着开放式的方向发展。第二, 数控技术的数字化, 数字化的发展趋势适应了社会的发展, 并且使得数控技术变得更加简单, 从而能够很容易的被人们操作。第三, 数控技术的网络化, 随着网络技术的不断发展, 这使得数控技术的交流变得更加便捷。第四, 数控技术的智能化, 这样可以大大提高数控技术的智能性, 从而有利于数控技术的操作。

2. 国内数控技术的发展现状

在上个世纪五十年代末, 我国经过不断的研发、引进等几个阶段, 到了九十年代我国基本上掌握了数控技术。在我国国内, 我国建立了一些数控技术研发的基地, 并且培养了一批优秀的数控技术专业人员, 这使得我国数控产业有一个初步的模型。数控技术经历了几十年的发展, 它的稳定性和可靠性得到了一定的保障。但是我国的数控技术却存在一定的问题, 主要表现在以下几个方面。首先, 数控技术创新的不足。我国的数控技术过分依赖于国外技术, 我国的数控技术只是按照固定的模式进行不断的发展, 并没有打破固有的模式进行创新, 从而推动了我国数控技术的不断发展。其次, 我国数控技术的创新环境不足。我国数控技术在强烈的竞争面前, 缺乏创新意识, 这就使得我国的数控技术仍然停留在原地。再次, 我国数控技术的网络化程度不够。在我国数控技术中, 我国主要采用NC程序进行传送, 没有将网络技术应用到数控技术中。最后, 数控技术的开放性不够。由于我国数控技术缺乏一定的开放性, 这就使得我国的数控技术不能吸收新的技术。

三、高速数控技术的发展阶段

1. 第一个阶段

数控技术发展的第一个阶段叫做NC阶段, 这个阶段主要包括电子管时代、晶体管时代和中小规模集成电路时代。

2. 第二个阶段

数控技术发展的第二个阶段叫做CNC阶段。1970年, 出现了第四代数控系统, 在第四代数控系统主要是将计算机用于数控系统。1974年, 出现了第五代数控系统, 在第五代数控系统中主要是将微处理器运用到数控系统。第五代数控系统一直沿用到现在, 具有一定的市场。

3. 第三个阶段

数控系统的第三个阶段被称为ONC阶段。从20世纪90年代开始, 慢慢出现了第六代数控系统。美国首次将在PC机平台上开发的数控系统, 从而使得数控系统具有开放性。

四、高速数控技术的发展趋势

1. 向着高速化的方向发展

为了推动数控技术的良好发展, 这就要求高速数控技术向着高速化的方向发展。在高速化方向发展的过程中, 要充分发挥数控系统刀具材料的性能, 并且要提高数控系统的加工效率。数控技术的高速化发展趋势能够减低加工成本, 提高零件加工的质量和精度。

2. 向着高精度化的方向发展

随着科学技术的不断发展, 数控技术向着高精化的方向发展。如果数控技术应用到航天航空领域中, 这就要求数控技术要高精度化。如果缺乏高精度化, 这就不能保证产品的安全性。数控系统的精度化使得数控系统能够适应了社会主义市场经济的发展。

3. 向着高柔性化的方向发展

近几年, 随着市场竞争力的逐渐增强, 人们的数控产品的要求有了更高的要求。提高数控系统的高柔性, 能够大大提高设备的利用率, 从而可以提高产品的质量。

4. 向着网络化的方向发展

随着计算机的快速发展, 数控技术向着网络化的方向发展。数控技术的网络化能够实现无人化的操作, 而且有利于远程监控和远程诊断, 从而可以加强企业之间的联系。

5. 向着集成化的方向发展

在数控系统中, 要采用高度集成化的中央处理器、芯片和集成电路等, 这样有利于提高数控系统的集成度, 并且可以使得软件与硬件的运行速度不同于以前。数控系统的集成化, 可以大大增加数控的科技含量。在数控系统中, 要不断引进先进的技术, 改进数控系统的机构, 提高数控系统的可靠性和稳定性。

6. 向着环保化的方向发展

近几年, 人们的环保意识逐渐增强。“保护环境”成为一项重要的任务。为了能够很好的保护环境, 这就要人们在日常生活中加强对环境的保护, 这就推动数控技术向着环保化的方向发展。数控技术的环保化, 这就要求数控系统在无冷却液、无润滑液和无气味等方面要有一个更大的提高。

五、结束语

数控技术在机械行业中占有重要的地位。数控技术在机械行业的具体应用, 从而大大推动了我国机械行业的发展。为了能够推动机械制造业的不断发展, 要不断提高高速数控技术, 发现数控技术的问题与不足, 并且要不断改进数控技术, 从而提高数控技术的质量。数控技术在机械行业中的运用, 能够提高机械制造业的竞争力。数控技术的不断发展, 不仅仅能够很好地服务于人们的日常生活, 而且能够推动整个社会的发展。

参考文献

[1]周祖德, 龙毅宏.嵌入式网络数控技术与系统[J].机械工程学报, 2007 (5) .

[2]陆启建, 刘明灯.数控技术的新进展[J].制造技术与机床, 2002 (5) .

[3]吴茂涛, 孙二刚.数控技术的发展现状与趋势研究[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2012 (26) .

数控机床精度评估技术研究 篇4

关键词：数控机床；精度评估技术；轨迹插补技术；运动控制技术；误差补偿技术

中图分类号：TG502文献标识码：A文章编号：1009-2374（2014）23-0072-02

一个国家的加工制造技术水平很大程度上体现在其加工制造技术上，这也是国家科技水平的一个体现。在全球化的竞争中，要想在国际市场上能够取胜就要提高加工制造技术水平，拥有先进的制造业。工业国制造业的发展是从粗到精，从精密到超精密发展的。当前，各个国家的加工制造业也已经开始向高速、高精度和智能化加工方向发展。从近几年的加工制造情况来看，各种新的制造技术为提高零件的精度和质量提供了有力的技术支撑。数控机床加工精度作为机床技能衡量的一个主要指标，在数控机床中十分重要。加工制造行业的生产部门对于高精度和高质量的追求也是很高。随着各种高精度测量仪器的出现，测量方法也得到了更新。数控机床精度评估技术也得到了发展。本文在论述数控机床特点以及数控机床精度关键技术的基础上对其精度评估技术进行研究。

1数控机床的特点

普通数控机床的效率和精度并不高，和高档的数控机床相比，有些功能是普通機床所无法具备的。高档的数控机床一般有拥有以下五个特点。

1.1加工精度高

高档的数控机床有着较高的加工精度而且其加工的质量也十分的稳定。而且，而对于同批的零件加工时，高档数控机床同样可以保持一致加工。在零件的特点和数控机床的特点基础上能够对加工的程序预先编制，再按照这些编制的程序进行加工，而且这个加工的过程是不需要借助外界的力量自动完成的。在其加工的过程中，零件的精度很高。

1.2效益高

使用高档数控机床，有着较高的精度而且其效率也高。高档数控机床能够很快地生产出高精度的零件，而且在其加工中自动化使得人工的工作量大大地降低了而且因为其本身出现的故障率较低，因而在一定程度上能够减少生产的成本。

1.3生产效率高

数控机床的机床刚性较好，对于其切削的用量也可以适当地加以调节。另外，数控机床还能够自动地对主轴的速度进行调节，自动更换刀具以及其他的操作，这些工序都能由其自动地完成，进而使得工序操作的时间也大大地减少了。

1.4高自动化程序

在熟悉零件特点和数控机床特点的基础上，编制一些程序，人工仅仅需要做少量的工作，而且这个过程只要由数控机床按照编制的程序来完成即可。这就实现了数控机床的自动化操作。

1.5适应能力强

对于不同的加工零件，数控机床都能够适应。如果需要加工的零件有所改变时只要根据其特点对数控加工程序重新编制就能继续自动对其进行加工了。

2数控机床精度评估技术设计

2.1传感器的选择

在选择传感器时要对其灵敏度、精度以及频率等加以考虑。由森社电子公司生产的霍尔电流传感器具有这些特点，可靠、稳定、高精度。

2.2采集卡选择

选择的采集卡要具备即插即用、可编程计数器的数字输入和输出的功能。可使用LabView采集程序，该程序能够生成能够执行的文件。例如，可以设置采样的频率、存储路径等等，在加工之前运行程序可以从传感器中采集数据生成文档，然后储存在数控机床的硬盘中。

2.3数据处理

原始信号处理：对于已经采集好的振动信号在经过放大和滤波处理后提出信息。在对信号进行处理后和传感器的信息进行融合，这样就能够获取信号特征量，进而建立特征量和精度模型实现数控机床的精度评估。

特征提取：通过均方根频率以及频率标准差等方法对传感器中采集的信号进行特征提取。均方根频率主要是通过对谱信号的频带变化进行描述来计算。频率方差是对功率谱中能量的分布情况的体现。

信息融合结果：处理信号特征后对传感器的均方根差频率以及频率的标准差加以计算，最后进行融合。

3数控机床精度的关键技术

3.1轨迹插补技术

轨迹插补技术是数控机床系统中的一个关键技术，该技术是通过对零部件的尺寸，同时根据精度和工业要求，在刀具转折点中插入中间点。这个过程过中插入中间点的算法就是插补算法。通过使用这种方法，能够从数控机床系统中获取中间点，由中间点控制坐标轴的运动，进而获取运动轨迹。高档数控系统不仅有直线和圆弧的插补功能，而且还有其他复杂线型的功能，诸如抛物线和螺旋线等等。数控机床系统的插补技术是要按照进给速度对零件起点和终点间的坐标值进行计算。插补算法有两种类型，一种是脉冲增量插补法，另一种是数据采样插补法。前者的算法比较简单，主要是通过分配脉冲，控制机床坐标轴运动进行计算的。后者是在数据加工的基础上，对零件进行分割，然后输出对应的数据来实现坐标轴的进给。

3.2运动控制技术

数控机床运动控制有以下几种形式：

3.2.1开环控制。此种控制中缺乏传感器，其进行加工的精度主要是由执行机构来决定的。这种控制方式所产生的信号是单向的，而且其不具有稳定性。不过，采用这种控制方式，也有一定的优点，诸如，反应快、维修方便。因为其精度有限，所以在一般小型的数控机床比较适用。

3.2.2半闭环控制。数控机床的本体没有包含在控制的回路当中，这样的控制方式就是半闭环控制。半闭环控制是在间接测量出测量元件的转速下，推算机床的运动量然后通过差值来进行控制的。这种控制方式精度较低且不便于调试。

3.2.3全闭环控制。全闭环控制主要是把反馈来的信号输送到控制回路中来形成速度反馈。然后由机床本例反馈回去，通过比较差值加以控制，最后达到对机床本体的精确定位。这种控制方式的精度较高，而且速度也快，稳定性也高。

3.3误差补偿技术

仅仅依赖于前两种技术还无法实现数控机床系统的高精度加工，这是因为数控机床系统在加工时还会受机械、电气、环境等影响。数控机床加工时产生的误差主要来自于以下几点：机床本体制造误差、控制系统误差、切削负荷造成的误差等。误差补偿技术的步骤有以下几步：（1）依据数控机床建立误差模型；（2）制定测量的方式，同时确定和标定模型误差的参数；（3）对误差的数据库以及数控系统进行融合。

4结语

数控机床中的精度是其的一个重要指标，根据数控机床具有的高精度、高效率和高效益的特点，提出了数控机床精度的几个关键技术：轨迹插补技术、运动控制技术和误差补偿技术。并对数控机床精度评估技术设计作了论述，对传感器、采集卡的选择进行了研究，同时对数据的处理也作了分析。由于笔者能力有限，在论述中有不足之处还望加以理解。

参考文献

[1]闫秦川，刘祥斌．数控机床精度测量技术的探索与研究[J]．中国水运（下月），2011，（6）．

[2]庞继红，张根保，周宏明，李峰平，李沛，付培红．基于粗糙集的数控机床精度设计质量特性反向映射研究[J]．机械工程学报，2012，（5）．

[3]孙名佳．数控机床智能化技术研究[A]．2012年全国地方机械工程学会学术年会论文集（《机械》2012增刊）[C]．全国各省、区、直辖市机械工程学会，2012．

[4]刘阔．数控机床性能测试技术研究[A]．2012年全国地方机械工程学会学术年会论文集（《机械》2012增刊）[C]．全国各省、区、直辖市机械工程学会，2012．

试论数控高速加工技术综述 篇5

关键词：数控技术,数控高速加工,数控加工技术

在数控机床上, 实现高速切削技术是在数控切削方面的必然方向, 同时也很大程度上提高了工作的效率, 同时也节省了大量的时间。高速切削技术的实现, 其中包括了其使用的刀具, 以及相关的加工技术以及起运作的刀削机理, 等多方面的运作原理。笔者将在文章中对高速切削的技术的探究方向, 和对将来对高速切削技术长远发展前景眺望。

1 高速加工的技术优势

在数控方面实现高速加工切削技术, 是对其切削技术方面的一项重要意义上的突破, 他不仅改变了传统意义上的切削速度慢和工作效率低等相关缺点, 同时也完成了向着新的技术领域方向的迈进。根据所查的信息显示, 在发达国家所进行的高速加工实验过程中, 已经成功对其的切削速度进行的相关测试, 在所测试的结果中显示, 其切削速度有一定的限值, 如果其切削速度超过这个值的话, 那么所进行切削的温度不但不会升高, 反而会降低, 经过相关分析儿得知, 在其进行切削过程中所发出的热量, 会在工件的位置被带走。所得到的测试结果说明了在很多状况下, 切削的工件的温度一般都不会超出三摄氏度。同时, 在一定的金属切除率下, 其不论切削的速度有多么快, 其现实中的切削力也不会发生多大变化。

通过进行适合的高速加工之后, 切削加工的实现对我国神舟九号的制造中, 起着很重要的作用。进行高速加工中, 高速的特性就决定了其本身具有一个协调式的系统, 也是多种技术结合的产物, 所以广大相应厂商对其进行大力的研发工作。并不断的推出新的技术。

2 数控高速加工的发展现状

数控高速的加工技术, 和在其他的数控技术方面进行有序的协调结合, 组成了一套属于自己的生产流线, 刀具、机床等相关设备大规模的进行了使用, 一些工序的管理监督、技术等相关体系为企业所用, 在我国多项比较大型的行业已经加入了对其使用的过程中, 结合不同的技术进行了很大程度上的应用, 与其它发达国家相比, 所产生这方面的差距不仅体现在技术上的方面, 也体现在相关政策上, 国家支持的程度上, 我国在其政策上的支持较少, 在一定程度上得不到重视, 对其的认知程度不够深, 所以在这方面我国无法形成较高程度上的技术水平, 在汽车产业的生产过程中, 此种生产方式是属于工艺离散类型的制造行业, 在高速加工技术中, 其主要作用对象在数控机床和刀具等相关应用, 现在在我国已经对其实行引入加工中心、铣床主轴对其应用的是速度要小于等于每分钟八千转速。同时也有少部分要达到每分钟一千一百转速, 所进行的快进速度的要求要小于等于每分钟四十米, 同时对很多相关材料, 都有着不同程度上的要求, 其中以刀具的硬度来讲, 就需要对其使用的材料进行要求。刀具一般都会用超细的硬质合金等相对硬度都比较高的材料进行制作。所用到的超硬刀具相对来说还是比较少的, 加上机床的主轴的转速达不到, 所以很大程度上进入不了高速切削操作, 例如在进行铣削的加工过程中, 所需要进行加工合成的工件中, 铝合金所需要的切削速度为每分钟要达到一千米、进给的所需要的速度为每分钟要达到十五米, 一个齿的所进的刀量为零点三五毫米, 车削切削的所需要的速度为每分钟七百米。在其进行铸铁的过程中, 其所用的切削速度为每分钟五百米, 进给的所需要的速度为每分钟十米, 一个齿的所进的刀量为零点三毫米。综上所述, 在数控方面其设备的充分使用上只占到了百分之二十左右。大概在十五期间, 这些行业在数控加工的技术上得到更好的应用以及更好的进步。

3 数控高速加工机床的关键技术

3.1 高速主轴

高速主轴是高速切削最关键零件之一。高速主轴转速极高, 主轴零件在离心力作用下产生振动和变形, 高速运转摩擦和大功率内装电机产生的热会引起高温和变形, 所以必须严格控制。为此对高速主轴提出如下性能要求: (1) 高转速和高转速范围; (2) 足够的刚性和较高的回转精度; (3) 良好的热稳定性; (4) 大功率; (5) 先进的润滑和冷却系统; (6) 可靠的主轴监测系统。

3.2 快速进给系统

高速切削时, 为了保持刀具每齿进给量基本不变, 随着主轴转速的提高, 进给速度也必须大幅度地提高。在高速加工机床上主要采用如下措施: (1) 采用新型直线滚动导轨; (2) 高速进给机构采用小螺距大尺寸高质量滚珠丝杠或粗螺距多头滚珠丝杠, 其目的是在不降低精度的前提下获得较高的进给速度和进给加减速度; (3) 高速进给伺服系统已发展为数字化、智能化和软件化, 高速切削机床已开始采用全数字交流伺服电机和控制技术; (4) 为了尽量减少工作台重量但又不损失刚度, 高速进给机构通常采用碳纤维增强复合材料; (5) 为提高进给速度, 更先进、更高速的直线电机已经发展起来。直线电机消除了机械传动系统的间隙、弹性变形等问题, 减少了传动摩擦力, 几乎没有反向间隙。

3.3 高速切削刀具技术

3.3.1 刀具材料。

高速切削加工要求刀具材料与被加工材料的化学亲合力要小, 并具有优异的机械性能和热稳定性, 抗冲击、耐磨损。目前在高速切削中常用的刀具材料有单涂层或多涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼 (CBN) 、聚晶金刚石等。

3.3.2 高速切削刀具结构。

高转速引起的离心力在高速切削中会使抗弯强度和断裂韧性都较低的刀片发生断裂, 除损伤工件外, 对操作者和机床会带来危险。因此, 高速切削刀具除了满足静平衡外还必须满足动平衡要求。动平衡一般对小直径刀具要求不严, 对大直径刀具或盘类刀具要求严格。

3.3.3 高速切削刀具几何参数。

高速切削刀具刀刃的形状正向着高刚性、复合化、多刃化和表面超精加工方向发展。刀具几何参数对加工质量、刀具耐用度有很大的影响, 一般高速切削刀具的前角平均比传统加工刀具小10b, 后角约大5b~8b。

3.4 高速切削工艺

高速切削具有加工效率高、加工精度高、单件加工成本低等优点。高速切削作为一种新的切削方式, 目前尚没有完整的加工参数表可供选择, 也没有较多的加工实例可供参考, 还没有建立起实用化的高速切削数据库, 在高速加工的工艺参数优化方面, 也还需要做大量的工作。

4 结语

根据目前世界数控技术的现状, 高速加工技术已经站在了世界制造业技术的顶端。从宏观角度上看, 高速数控加工的产生不是偶然的, 而是在追逐经济利益的驱使下对生产技术进行改进, 同时, 科技的进步也使得这一目的能够变为现实。因此, 在突破传统工艺后, 数控技术的高速加工技术便应运而生了, 而且伴随着我国经济的飞跃以及国民生产总值的提高, 这一技术的应用越来越广泛, 越来越普及。并实现了从单纯的实验技术转变为跨专业的综合性系统生产技术, 以其高精度的高速加工吸引众多高科技的行业的目光, 例如航空航天工程、汽车行业以及高精需求的模具制造行业等。

参考文献

[1]宾鸿赞.加工过程数控[M].武汉:华中科技大学出版社, 2004.[1]宾鸿赞.加工过程数控[M].武汉:华中科技大学出版社, 2004.

[2]朱晓春.数控技术[M].北京:机械工业出版社, 2004.[2]朱晓春.数控技术[M].北京:机械工业出版社, 2004.

高速数控加工去毛刺方法研究 篇6

金属机械加工时所产生的毛刺对零件是十分不利的。金属切削毛刺特指在加工过程中, 工件两个或多个表面交接过渡处会出现的许多毛边、尖毛等不在期望内的金属, 是切屑与工件脱离时残留下来的的变形金属。

毛刺的存在直接影响工件的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度, 使得工件超差、甚至影响装配[1]。

2 去除毛刺工艺方法

2.1 被动去毛刺工艺

通常, 首先加工完零件, 然后利用被动的工艺去除毛刺, 使零件边缘符合要求。如:水加压去毛刺、超声波去毛刺、电化学去毛刺、激光去毛刺、抛光等[2,3]。

被动去毛刺方法一般能使零件达到令人满意的效果, 但是被动去毛刺工艺所花费大量时间和精力, 是生产过程中不希望被大量运用的手段。更有甚者, 在去毛刺的过程中会使零件产生损坏, 严重影响零件的使用寿命, 已经不能达到现代加工工艺发展的要求。

2.2 主动控制毛刺工艺

主动控制毛刺工艺, 要求先了解毛刺成形的机理, 对待加工零件的材料以及尺寸优化加工工艺流程[2]。例如, 选择合适的刀具种类、刀具切削参数、对工件预先进行处理、优化工艺路线等[3]。

与传统的被动去毛刺方法对比, 主动控制毛刺方法能够最大限度地减少人为因素引入的误差, 能够很好地保证工件的加工品质与效率。然而主控控制毛刺工艺方法对工程技术人员的经验和意识提出了较高的要求, 且对机床刀具等硬件设备有一定的要求。

主动控制毛刺的方法有:

2.2.1 附加工件

在加工零件使, 工件终端处的刚度越高, 所产生的毛刺尺寸越小。因此, 可在工件终端处附近并行放置附件, 从而提高零件的支持刚度, 减小变形, 使毛刺尺寸得到有效控制。

2.2.2 改变切削方式

毛刺的尺寸和形状受切削方式影响是十分明显的。所以, 可根据实际生产条件和金属特性, 尽量使较小的毛刺在非基准面、非工作面上形成。

2.2.3 调整切削参数

我们可以根据工件的加工质量要求, 改变切削条件, 调整有关参数, 从而达到有效地抑制切削毛刺, 确保加工质量和切削效率的不断提高[3,4]。

3 某弹簧类零件加工举例

3.1 零件的加工特点

工件属于特殊的轴套类零件。传统的轴套类工件可采用车削的方法加工, 此工件螺旋槽两端的结构形式使得仅靠单独的车削不能完成此工件的加工, 还要配合复杂的铣削加工来完成;工件的材料去除量和结构形式决定了工件切削完成后变形量较大, 切削加工时必须减小对工件所施加的应力;弹簧类零件的特殊性决定零件的加工必须是先加工出螺旋槽, 再去除内孔余量, 传统的钻、铣加工会在螺旋槽的顶部和根部产生毛刺, 而根部的毛刺用人工的方法去除有一定的困难, 所以应在源头上避免毛刺的产生。图2为零件局部截图。

3.2 加工方法

传统的工艺方法是:粗车外圆、内孔→热处理→二次粗车、精车外圆 (留磨量) →去毛刺→磨外圆 (留少量余量) →镗内孔 (工艺孔) →车端面、倒角→铣槽→去毛刺→铣螺旋槽→去毛刺→去除内孔余量→镗内孔→磨外圆→钻、铰其余各孔→修正→其他工艺→检测→成品;

采用高速切削的工艺方法是:粗车外圆、内孔→热处理→高速精车外圆→四轴高速切削螺旋槽曲面及径向孔→三轴加工中心铣轴向槽、孔→线切割去除内孔余量 (电加工不产生毛刺) →其它处理工艺→检测→成品。

3.3 加工效果分析

传统工艺采用多次车削、磨削工序来减小变形, 引起的工件尺寸精度的变化, 这样不仅所用的设备较多而且中间还用多次人工去毛刺的工序, 且毛刺产生在很难去除的地方, 去除难度较大。

采用高速切削的加工工艺, 切削力小, 使得工件的变形量小, 可一次加工成型, 无需多次加工工序, 且在加工过程中能够有效减小毛刺, 甚至可以省略钳工修配的工序, 因而可以节省加工时间, 提高生产效率和零件的表面质量。

4 结论

通过实际加工证明, 基于高速数控加工的工艺方法能够缩短工件的加工周期, 提高加工效率和质量, 并且能有效控制加工过程中切削毛刺的产生。

摘要：在金属切削过程中产生的毛刺直接影响工件的形位精度、尺寸精度以及表面粗糙度。使工件超差甚至出现废品。因此, 去毛刺显得尤为重要。本文以高速数控加工方法为依托, 进行毛刺去除方法的研究。

关键词：毛刺,高速数控,复杂零件

参考文献

[1]徐伟.论高速数控加工在飞机零件制造中的应用[J].世界制造技术与装备市场, 2009.

[2]任延华, 张研.航空机载设备精密件的去毛刺方法[J].航空精密制造技术, 2005.

[3]王敏.机械零件去毛刺工艺[J].凿岩机械气动工具, 2006.

高速切削技术在数控加工中的应用 篇7

高速切削技术是指采用超硬材料的刀具,在保证加工质量和加工精度的前提下,用自动化高速切削设备,高效、高速切除材料的加工技术。高速切削加工相对于小进给、低转速、大扭矩的传统切削加工,具有高进给、高转速、小切削负荷的特点。随着高速、超高速切削机理、大功率高速主轴单元、高加/减速直线进给电动机、高速主轴轴承、超硬耐磨长寿命刀具材料和高性能的控制系统等一系列技术领域中的关键技术初步得到解决,已使得高速、超高速加工从理论研究进入到具体实施的阶段。

1 高速切削技术的特点

1.1 生产效率显著提高

由于主轴转速和进给的高速化,使单位时间内工件材料的切出率提高3~5倍,加工时间减少了50%,加工效率提高,从而缩短了产品的制造周期,提高了产品的市场竞争力。特别适合汽车、飞机、模具等的制造。

1.2 加工变形减小

由于切削力可减少30%以上,工件的加工变形减小,切削热还来不及传给工件,因而工件基本保持冷态,热变形小,有利于加工精度的提高。特别适合于加工细长易热变的工件。

1.3 改善表面粗糙度

在保证生产效率的同时,可采用较小的进给量,从而减小了加工表面的粗糙度值。又由于切削力的降低,转速的提高使切削系统的工作频率远离机床的低阶固有频率,而工件的表面粗糙度对低阶频率最为敏感,由此降低了表面粗糙度值。高速切削加工获得的表面质量可达磨削水平,因此可省去铣削后的精加工工序。

1.4 提高精度,减少工夹具成本

高速切削可加工淬硬零件(可达HRC60),在一次装夹过程中可完成粗、半精及精加工工序,对复杂型面可直接加工达到零件的表面质量要求,这样,就可省略常规加工的电加工、手工修磨等工序,缩短了工艺路线,加工能耗低,节省制造资源。

2 高速切削的关键技术

高速切削是一项复杂的系统工程。高速切削不只是切削速度的提高,它的发展涉及到机床、刀具、工艺和材料等诸多领域的技术配合和技术创新。

2.1 高速切削机床

高速机床是实现高速加工的前提和基本条件,高速切削要求机床具有高主轴转速、高动态的进给驱动,大的功率,主轴和床身良好的刚性,优良的吸振特性和隔热性能,快速可靠的CNC控制性能,可靠的安全防护等。

2.1.1 高速主轴

高速主轴是高速切削机床的核心部件,在很大程度上决定了机床所能达到的切削速度、加工精度和应用范围。高速主轴单元的性能取决于主轴的设计方法、材料、结构、轴承、润滑冷却、动平衡、噪声等多项相关技术。目前高速切削机床的主轴主要是电主轴,其主要特征是采用内装变频电动机的主轴部件,把电机转子与主轴连成一体,无需任何机械连接,改变供电频率,就可改变主轴转速,改变输入电流的相序,可改变主轴的旋向。电主轴采用了电子传感器来控制温度,自带水冷或油冷循环系统,使主轴在高速旋转时保持恒温。同时使用精密陶瓷轴承、油气润滑、内部循环冷却的密封结构。

2.1.2 高速进给系统

为了实现高速切削加工,机床不但要有高速主轴,还要有高速的进给系统,这不仅是为了提高生产效率,也是维持高速切削中刀具正常工作的必要条件。高速进给系统除要求进给速度要高,还必须有很大的进给加/减速度,这是由于大多数高速机床加工零件的工作行程范围只有几十到几百mm,在这样短的行程中要提供极大的加/减速度来保证在瞬间达到高速和在高速行程中瞬间准停,以实现平稳切削。

进给速度及进给加/减速度的提高,一种方法是采用中空甚至带有冷却的大导程滚珠丝杠副,从而使进给速度达到40~90m/min,进给加/减速度达到1-2g左右;另一种是采用直线电机技术来替代目前机床中常用的滚珠丝杠技术,将直线电动机所产生的力直接作用于移动部件,使机床的进给传动链的长度缩为零,以减少传动系统的惯性矩,提高系统的运动速度、加速度和精度,避免振动的产生,使进给速度达到150~200m/min,加速度达到2~10g。

2.1.3 高性能的CNC控制系统

为了在高速加工复杂零件时获得高精度,对CNC系统的要求主要是处理速度快、控制精度高。一是采用前馈控制,适当控制进给率和采用恰当的加减速曲线以减少加减速滞后所产生的误差,提高加工精度;二是采用加/减预插补,使机床具有很高的运算速度及数据存贮与传输的能力。三是采用开放的人机界面、开放的数控内核和控制逻辑,用户和机床生产厂可以二次开发自己的人机界面,设计高可靠性、高效的控制逻辑及补偿控制软件;四是采用多轴联动控制和足够高的分辨率的CNC控制系统。

2.1.4 高稳定性的机床支撑部件

高速切削加工机床在高速切削状态下,一方面,产生的切削力作用在床体上;另一方面,因速度很高,还会产生较大的附加惯性力作用在床体上。因而机床床尤其对动态特性有很高的要求。一些机床公司的研发部门在设计过程中,还采用模态分析和有限元结构计算,优化了结构,使机床支撑部件更加稳定可靠。如瑞士米克朗公司开发的5轴联动HSMU系列高速加工机床,采用了新型的人造大理石材料做床身,形成整体的封闭O形结构,使机床具有良好的吸振性和刚性。

2.1.5 高效的机床安全防护技术

高速切削机床普遍采用高强度透明材料制成的观察窗、全封闭式安全门罩等非常完备的安全保障措施,来保证机床操作者及机床现场人员的安全,避免机床、刀具等有关设施受到损伤。同时应用高速加工检测技术,对高速机床与系统状态进行实时主动的在线监测和控制,以识别可能引起重大事故的工况、避免机床、刀具及有关设施的损伤。

2.2 高速切削刀具

刀具技术是实现高速切削的重要保证。高速切削刀具是实现高速加工技术的关键,正确选择刀具材料和设计刀具系统对于提高加工质量、延长刀具寿命和降低加工成本都起着重要作用。

2.2.1 高速切削刀具材料

由于高速切削的切削速度快,而高速加工线速度主要受刀具限制,在目前机床所能达到的高速范围内,速度越高,刀具的磨损越快。因此,高速切削对刀具材料提出了更高的要求,除了具备普通刀具材料的一些基本性能之外,还应突出要求高速切削刀具具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能及高的可靠性。目前常用的高速切削的刀具材料主要有:陶瓷刀具、金属陶瓷刀具、涂层刀具、立方氯化硼(CBN)刀具及聚晶金刚石(PCD)刀具、性能优异的高速钢和硬质合金复杂刀具等。

2.2.2 高速切削刀具系统

由于高速切削时,主轴、刀具、刀柄在高速旋转情况下,较小的偏心会产生较大的离心力,因此,高速加工刀具与机床的连接一般采用锥面和主轴端面同时接触的HSK空心刀柄,以确保高速旋转刀具的安全性和轴向加工精度。高速旋转时,刀具的不平衡会造成主轴系统产生一个附加的径向载荷,其大小与转速的平方成正比。因此,高速切削的刀具在使用前必须经过精密动平

第33卷第2期2011-2(上)【111】

衡测试,以免工作时发生振动。

2.3 高速切削工艺

高速切削工艺是进行高速切削加工的关键,常规切削的高效率来自低转速、缓进给、大切深、单行程;而高速切削则是高转速、快进给、中切深、多行程的加工工艺。因此,高速切削工艺和常规切削工艺相比较有很大不同。

2.3.1 高速切削加工的走刀方式

对于带有敞口型腔的区域,应尽量从材料的外面走刀,以实时分析材料的切削状况。对于没有型腔的封闭区域,宜采用螺旋进刀方式,在局部区域进行切入。高速切削加工中,由于机床加速的局限性,容易造成时间的浪费,急停或急动则会破坏表面精度,且有可能因为过切而产生拉刀或在外拐角处咬边。所以应尽量减少刀具的急速换向,选择单一路径切削模式进行顺铣,不中断切削过程和刀具路径,尽量减少刀具的切入切出次数,以获得相对稳定的切削过程。

2.3.2 专门的CAD/CAM编程策略

CAD/CAM编程原则是尽可能保持恒定的刀具载荷,把进结速率变化降到最低,使程序处理速度最大化。主要方法有:一是尽可能减少程序块,以提高程序处理的速度;二是在程序段中加人一些圆弧过渡段,以尽可能减少速度的急剧变化;三是粗加工不是进行简单的去除材料,而是注意保证本工序和后续工序加工余量均匀,以尽可能减少铣削负荷的变化;四是宜多采用分层顺铣方式;并且切入和切出尽量采用连续的螺旋和圆弧轨迹进行切向进刀,以保证恒定的切削条件;五是应充分利用数控系统提供的仿真验证的功能。

3 高速切削技术应用

3.1 在航空工业的中的应用

飞机制造业是最早采用高速铣削的行业。飞机上的一些零件为了提高可靠性和降低成本,将原来由多个铆接或焊接而成的部件,改用整体实心材料制造,即在整体上“掏空”加工以形成多筋薄壁构件,其金属切除量相当大。采用高速切削加工技术,加工时间可缩短到原来的几分之一。

3.2 在模具加工中的应用

模具型腔加工过去一直为电加工所垄断,但其加工效率低。而高速加工切削力小,可铣淬硬60HRC的模具钢,加工表面粗糙度值又很小,浅腔大曲率半径的模具完全可用高速铣削来代替电加工;对深腔小曲率的,可用高速铣削加工作为粗加工和半精加工,电加工只作为精加工。这样可使生产效率大大提高,周期缩短。

3.3 在汽车工业加工中的应用

汽车发动机的箱体、气缸盖多用组合机床加工。国外汽车工业及上海大众、上海通用公司,凡技术变化较快的汽车零件,如:气缸盖的气门数目及参数经常变化,现一律用高速加工中心来加工。

3.4 Ni基高温合金

Ni基高温合金和Ti合金常用来制造发动机零件,因它们很难加工,一般采用很低的切削速度。如采用高速加工,则可大幅度提高生产效率、减小刀具磨损、提高零件的表面质量。

3.5 扩展应用领域

硬切削,常规切削加工不能加工淬火后的材料,而高速切削可以加工淬硬工件,使复杂曲面零件可以通过高速铣削一次装夹完成从粗加工到精加工的等全部工序,甚至能省略电加工和手工抛光工序,大大缩短制造周期。干式切削也是高速切削扩展的领域,高速干切削就是在切削加工过程中不使用任何切削液的工艺方法,是一种从源头上控制污染的绿色切削和清洁制造工艺,它消除了切削液的使用对外部系统造成的负面影响。此外,高速切削加工也可用于快速成形、光学精密零件和仪器仪表的加工。

4 结束语

高速切削技术是世界范围内倍受关注的前沿技术,它将极大地促进加工的效率提高和产品品质的改善。高速加工是一个系统工程,他要求从软件、硬件及设备方面的全方位的改革,但由于其具有传统加工无可比拟的优势,将是今后数控加工技术必然的发展方向。

摘要：高速切削加工是数控加工发展的一个重要方向,本文阐述了高速切削加工的特点、分析了高速切削加工的关键技术(包括机床、刀具、工艺),介绍了高速切削加工的应用领域。

关键词：高速切削,关键技术,数控加工

参考文献

[1]丁杰,等.高速切削加工技术在数控机床中的应用[J].机械设计与制造,2007,(12):155-156.

[2]翟斌,等.高速切削在模具数控加工中的技术应用[J].机械设计与制造,2007,(6):185-187.

[3]周华,等.高速切削机床的关键技术及其应用[J].现代制造工程,2008,(8):124-127.

高速数控技术应用研究 篇8

1.1 高速切削的概念及其发展

高速切削, 即在常规切削速度的基础上, 进行速度成倍增加的一种切削加工。在传统的工件加工过程中, 有超过一半的时间花费在上下料、测量构图、机床调整以及切刀更换等准备工作上, 真正用于切削的有效时间很少。随着现代科学技术的发展和数控机床的应用, 实现了工件加工的自动化, 减少了准备时间, 极大的提高了单位时间内的生产效率。以数控机床为主要设备的切削技术, 其实质就是以加快空行程动作速度来增加零部件的生产效率, 那么在此基础上, 只要保证了工件质量不变, 最大限度的提高切削速度变成为了优化工作方案的直接办法。高速切削技术的出现弥补了这一缺陷, 迅速成为数控机床工件加工的新技术。需要注意的是, 这里所提的的“高速”并不单纯的是一个技术指标, 而且也是经济指标, 即在保证加工质量的同时, 实现生产效率的最大化, 质量的保证是前提, 效率保证是目标。

1.2 高速切削技术的工作机理

首先, 高速切削的切削速度要比常规切削快5-10倍, 这样才能保证切削速度足够快, 使的所要加工的工件来不及发生形变或形变范围保持在生产标准以内。其次, 高速切削所带来的工件形变除了与切削速度有关外, 与切削刀具的热量也有很大关系。研究表明, 当热量足够高是, 切割过程中会出现一定程度的材料软化现象, 减少切屑流受到的外部阻力, 从而使剪切角减小, 实现高速薄切屑。在整个高速切削过程中, 切割所产生的能力大都以热能的形势散发, 而且切屑受到与热能产生成正相关关系。

2 高速切削技术所具有的优点

2.1 切削速率快

高速切削设备的刀刃较短, 切削深度较浅, 有利于保证在高速切削作业时刀齿不被损害, 主轴转速高, 进料速度也相对较快, 这就保证了在单位切削时间内, 切除量大大增加, 显著提高了切削效率。运用高速切削技术进行工件加工和制造, 能够在一次工装过程中完成工件密实、工件成型等一系列流程。此外, 由于切削过程速度快, 使得切削表面能够达到磨削水平, 减少了后期的抛光、磨平以及精加工等环节的工作量。

2.2 加工质量高

切削速度的大幅度增加, 能够有效缩短走刀行距, 实现了加工部件尺寸的精确性和切削表面的光滑程度。由于切削采用竖向压力技术, 因此工件承受的横向切削力相对较小 (约是竖向切削力的70%) , 在这种情况下, 可以完成工件型腔内的薄壁和加工工作, 这对于传统的切削技术是无法完成的。由于切削产生的热量基本上都被切屑带走, 所以加工工件本身的温度上升并不明显, 从而有效防止因刀片过热引起工件表面发生形变的问题。

3 高速切削加工中相关部件的选择

在高速切削加工的操作中, 需要进行相关部件的选择, 因为适宜的、有效的部件不仅能够提高生产效率, 而且还能够极大地减少机械配件的磨损, 延长机械配件的使用年限, 因此选择恰当的切削工具对切削工作是十分必要的。

3.1 刀柄的选择

3.1.1 ER弹性夹套。

ER弹性夹套由于性价比和切削精度较高, 因此适用于高速切削加工。ER弹性夹套的优势主要表现在:ER弹性夹套的同心性较好, 因此可以能够加速旋转向心力;ER弹性夹套的直径小, 因此夹套的夹力较大;ER弹性夹套的使用需要平衡螺帽的协助, 从而增强ER弹性刀柄的稳定性和平衡性。

3.1.2 热缩式刀柄。

热缩式刀具采用的是新型的设计理念和技术, 虽然热缩式刀柄对刀具具有一定的限制性, 但是热缩式刀柄具备以下特点:向心性较好, 热缩式刀柄的直径相对较小, 因此使得热缩式刀具的离心力低;热缩式刀柄的材质均匀, 平衡度高, 而且还具有加热系统。热缩式刀具的特点决定了其实用性。

3.1.3 强力铣夹刀柄。

强力铣夹刀柄的使用范围具有一定的局限性, 其适用于大直径的刀具。强力铣夹刀柄的优点主要表现在同心力和同心性较高, 刀柄的夹紧力度较大, 因此, 在高速切削过程中, 强力铣夹刀柄是确保大直径刀具发挥切削功能的重要保证。

3.2 刀具材料的选择

3.2.1 涂层材料刀具。

涂层刀具中的涂层材料主要分为两大类, 一类为硬涂料, 如常见的Ti C、Ti N等涂层刀具, 这两种涂料具有很强的抗磨损能力;另一类为软涂料, 如常见的WS等涂层刀具, 这类刀具的的摩擦因数较低, 因此能够降低切削的力度。采用软涂层刀具能够加强工件表面的光滑度, 延长刀具的使用年限。

3.2.2 陶瓷材料刀具。

陶瓷材料刀具具有较高的硬度和耐磨能力, 因此, 陶瓷材料刀具适用于硬度较高的材料;陶瓷材料刀具的抗高温性能较好, 因此, 适用于高温下的工件切削;陶瓷材料道具还具有良好的抗粘结性能, 因此, 在切削的过程中不易引发粘连, 可见陶瓷材料刀具的化学性能较好, 稳定性较高。

3.2.3 金刚石刀具。

金刚石是自然界中硬度最高、导热系数最好的物质, 因此, 金刚石刀具同样具有很高的硬度, 在进行高速切削时, 金刚石刀具的磨损力度较小。但是, 由于经济性较差, 焊接工作十分困难, 金刚石刀具的实用性较低。

4 高速切削加工技术在数控机床应用中的发展趋势

4.1 高速切削加工技术在数控机床中的应用趋于高精度化

高速切削加工技术在数控机床中的应用充分利用了计算机辅助功能, 因此, 提高了切削技术的加工精度和自动化水平。计算机辅助功能的引入不仅能够提高数控系统的性能, 还能够对数控系统进行事前控制、事中控制和事后控制, 为提高切削加工技术在数控机床应用的准确性创造了必要的条件。

4.2 高速切削加工技术在数控机床中的应用趋于绿色化

随着切削加工技术的应用, 大量的冷却液不断的应用于制造加工中, 这样不仅加大了制造成本, 而且还对环境造成了严重的污染。所谓绿色切削是指利用尽可能少的刀具材料、时间和技术来减少对环境的污染, 从而实现资源消耗的最小化和环境污染的最低化。在环保意识不断增强的前提下, 高速切削技术在数控机床中的应用也逐渐趋于绿色化。

参考文献

[1]丁杰, 赵杰, 张振金.高速切削加工技术在数控机床中的应用[J].机械设计与制造, 2013 (6) :134-135.

[2]李小静.高速切削刀具在数控加工中的应用[J].陶瓷研究与职业教育, 2014 (9) :44-46.

数控技术及未来发展趋势研究 篇9

摘 要：装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术和设备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的最基本的装备。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控装备的智能化、数字化将是制造业信息化发展的必然趋势。

关键词：数控技术;未来趋势;智能化;数字化

1.数控技术与数控装备

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术。数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖：机械制造技术;信息处理、加工、传输技术;自动控制技术;伺服驱动技术;传感器技术;软件技术等多个领域。

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，对国计民生的一些重要行业，如IT、汽车、轻工、医疗等的发展起着越来越重要的作用。

效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。

2.数控技术的应用现状

在轿车工业领域，年产30万辆的是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一;在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。目前，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h。

在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级。在可靠性方面，国外数控装置的值已达6000h以上，伺服系统的MTBF值达到3000。

为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展。采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。

当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。

3.数控技术发展趋势

21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面，为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。

为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对进行研究。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库。

高速数控技术应用研究 篇10

关键词：数控转塔冲床,定位精度,电机频率响应,速度环控制,1/2PI控制,位置增益切换

0引言

冲头采用数控伺服驱动系统控制的数控伺服转塔冲床由于冲压频次提高,各轴送进速度加快,在工作效率明显提高的同时也带来机床精度调试的困难。在驱动系统调试过程中我们充分利用了系统具有的各种高速定位调整方法,应用FANUC系统的伺服软件SERVO GUIDE,通过波形图分析、数据测试,最终获得比较理想的参数,把伺服转塔冲床做到真正意义上的高速高精设备。

1高速定位精度调整的方法和技术分析

1.1电机频率响应的调整和应用

机床在装配完毕后的机械性能特性亦即电机的负载情况直接影响到机床的加工精度,通过SERVOGUIDE软件测试电机频率响应曲线,可初步分析各轴的负载特性,找出在整个频率范围内不符合要求的点,如各个共振点,添加相应的滤波器消除共振,得到比较理想的频率响应曲线,为进一步调试驱动参数做好准备。

整个频率范围包括低频区和高频区,把小于200Hz的区域视为低频区,大于200Hz的区域视为高频区。良好的频率响应表现为以下几点:1响应带宽(即幅频曲线上0d B区间)要足够宽,主要通过调整伺服位置环增益(PRM 1825)、速度环增益(PRM 2021)参数来实现,使之越宽越好;2在响应带宽内的最大幅值应低于10d B;3在高频附近的幅值应低于-20d B。

调试过程中低频的滤波可通过伺服调整画面的滤波器选项调整或者通过机械装配调整,一般共振在高频段,通过设置中心频率、带宽、阻尼,观察波形在高频段降大于-20db的波形中心取作中心频率,根据大于-20db的波形宽度设定带宽,阻尼设定范围为(0-100),设置数值越小曲线衰减越明显。

下面以一台数控冲床的X轴频率测试举例说明。

图1a是对X轴电机测得的频率响应曲线,由图可见在425Hz的高频区振幅超出-20db,在此处添加滤波器后再次测得的频率响应曲线如图1b所示。

通常在一个轴的不同位置测频率响应曲线,可加2~3个滤波器消除共振。

在调整后的频率响应下,适当增加速度环增益会使位置误差减小,提高轴的精度。图2a为增加速度环增益前的位置误差波形图,图2b为增加后的误差波形图,可明显看出增加后误差减小,精度提高。

1.2速度环控制方式设定

速度环控制方式分为IP控制和PI控制,IP控制(2003#3=0)适合高速定位控制,PI控制(2003#3=1)更适合高精度控制。应用中视具体需求设定此参数。

下面举例说明A轴PI控制和IP控制的速度反馈情况。

如图3所示的PI控制对于指令的启动速度较快,但是稳定时间变长,通常适合于高精加工;图4的IP控制到达目标位置的时间缩短,但是轴到位时易出现波动。所以用IP控制会提高冲头的冲压频次,但相应可能导致轴到位时不稳定。

如果送料轴选用IP控制,那么在高速定位的同时可能会影响到精度,位置误差会增大。故速度环控制方式的选择需要根据具体的工件加工工艺要求设定。

1.3速度环比例高速处理功能

开启速度环比例高速处理功能(2017#7=1),可以提高速度环路的指令跟踪性,提高伺服刚性。

比较图5和图2b,其中图2b为开启速度环比例高速处理功能的波形误差图,可明显看出未开启的波形差。实测X轴精度、速度略有变差,电机发出异响,无法承受高速度环增益,电机性能变差。

1.4位置增益切换功能

如图6所示,开启位置增益切换功能可变功能2015#0=1,同时设定位置增益切换有效速度2028,可使在小于等于此速度下的位置增益增大2倍,有助于在定位结束时缩 短定位时间,达到快速平稳定位。

如图7所示为X轴未开启切换功能误差波形图。比较图7和图2b,其中图2b为X轴开启了位置增益切换功能,设定50转/分为切换点,可以看到定位迟缓,精度较差。

1.51/2PI控制

设置2203#2=1,开启此功能,可以设置更高的速度环增益。

通常为了提高高速高精加工、高速定位以及超精密定位等伺服性能,保持速度环路的高度稳定,尽可能较高地设定速度环路增益会收到显著效果,这种情况下需要提高电流环路的响应特性。

电流环路1/2PI功能是可以提高电流环路的响应性的一种功能。

比较图8和图2b,图8未开启此功能,速度环增益设值为150,得到的误差比较大。图2b开启了此功能,速度环增益可以设值为300,误差明显变小。

1.6开启低速时积分功能

2015#1为1时此功能有效。

通过在低速区设定某个速度值,用此功能可以实现在所设低速区内增加相应的积分功能,通过对低速时的速度环路积分器进行计算,就可在保持低速时和停止时的定位特性的同时,实现高响应特性,减小震荡,减小定位误差。

图9表示了在定位运动中积分有效和无效的范围,图10是测得的关闭此功能的X轴定位的误差波形图。可以看出相比开启此功能的图2b所示误差增大,停止时间也长。

2结束语