机床加工与机械加工

机床加工与机械加工（精选十篇）

机床加工与机械加工 篇1

高速加工机床是基于现代刀具、材料的发展，为满足航空、航天、汽车和模具等行业的发展需要而在数控铣床、加工中心的基础上发展起来的的高效、高性能加工机床。因此，它的基本特征不仅是切削速度高(是常规切削速度的5-10倍)，进给/快移速度快(达40m/min至180m/min),加减速大(现多为1g至2g)，而且还包含刀具或工件交换时间短(在数秒至1秒内)以及常常具有多轴联动功能等特点。

1 高速加工机床的优点

高速加工机床具有诸多优点，第一，生产率高，材料去除率是常规切削加工机床的3～6倍，从而可大大缩短零件的加工时间和制造周期;第二，切削力比常规速度时少30%～50%和约30%以上的切削热将被切削所带走，所以工件温升和变形少，有利于进行薄壁件的切削和提高加工精度;第三，由于切削速度高，切削过程中产生的强迫振动频率一般远离了机床工艺系统的固有频率，故切削过程更平稳，有利于提高加工表面的质量和刀具寿命，免掉许多费时费工的人工顺序作业;第四，许多机电产品所用的零部件，无论是单件或批量需求的，都可以在相应的高速加工机床上进行多工序复合加工甚至一次装夹实现全部加工。因此，高速加工机床自20世纪80年代中期出现以来，便受到人们普遍的重视。随着有关技术，如高速电主轴，直线电机，功能强，性能好的数控伺服系统等的快速发展和日益完善，高速加工机床的生产与应用已变得很普遍。

2 高速加工对机床结构的基本要求和设计原则

由于高速加工中的切削速度、进给速度和加速度都大，因此机床的发热量、运动部件的惯量也大，容易导致机床结构过量温升，热变形和产生冲击振动，最终会影响到加工精度、质量乃至机床和刀具的工作寿命和可靠性[1]。因此，高速加工对机床结构要求，静刚度高、动刚度高和热刚度高，同时，运动部件要轻量化，即要尽量减少传动系统的惯量。根据这些要求，机床结构设计应采取的原则措施如下：

2.1 提高结构的静刚度

为了提高结构的静刚度，首先是选择弹性模量大的材料;其次是根据受力的性质(拉、压或扭)和条件(力的大小、方向和作用点)选择合理的结构截面形状、尺寸、筋壁布置和机床的总体布局;第三，结构件间的接合面要平整，面积大小要适当，接触点在接合面上的分布要均匀，连接要牢固等;第四，尽量采用箱型和整体型结构。

2.2 提高结构的动刚度

为了提高结构的动刚度，首先是在保证静刚度的前提下，选择阻尼系数大的材料;其次，通过模型实验或模型分析合理设计和调整结构的质量分布和结构结合面的刚度值，以改变结构系统本身的固有振动频率，使其远离切削过程中所产生的强迫振动频率，避免产生共振的可能性[2];第三，有意采用能增加附加阻尼的结构设计;第四，直线运动部件的支承导轨面间距离要尽可能宽阔，驱动力的作用线要居中并尽可能靠近运动部件的重心，传动链中应无反向间隙，以保证运动平稳、无反击。

2.3 提高结构的热刚度

为了提高结构的热刚度，原则上首先应采用热容量大、热胀系数小的材料和热胀系数相近的材料作为结构材料;其次是根据机床上的热源和温度场的分布情况，尽量采用热对称和方便散热或强迫冷却的结构。

2.4 减少运动部件的重量和传动系统的惯量

为了减少运动部件的重量和传动系统的惯量，第一，选用比重较小的材料，如铝合金和复合材料等，作为运动部件的结构材料;第二，在保证刚度和承载能力的前提下，尽量去除多余的材料;第三，采用直接转动，简化传动系统，缩短传动链，以提高机床的运动品质。

3 高速电主轴单元

高速加工的典型应用是以小直径的硬质合金铣刀来对各种材料的模具、模型和铝合金件进行铣削，机床主轴转速是根据现代刀具材料所能达到的经济合理切削速度范围和按此速度及不同的铣刀直径所计算得到的刀具/主轴转速来确定。可见除切削钛或镍合金时，由于刀具所能达到的合理切削速度较低(300m/min一下)，刀具主轴最高转速可在10000r/min以下外，其他材料的切削所要求的刀具/主轴最高速度都在10000r/min以上，甚至要求达到50000r/min至80000r/min。如此高的主轴转速，采用一般机床用的主传动结构(电机加皮带轮和齿轮转动)方式是不得能实现的，一般都需采用由变频调速电机和机床主轴集成在一起的所谓“电主轴”直接驱动来实现。电主轴是通过交流变频调速和矢量控制来实现主轴的宽调速的。它的优点不仅是简化了主转动结构，减少主转动系统的转动惯量，而且降低了功耗，提高了实现更高主轴速度和加减速度的能力，从而也可实现定角度的快速准仃(C轴控制)功能，这对高速加工机床是十分重要的。

4 高速进给系统

高速进给系统是高速加工机床极其重要的组成部分，对它的设计，首先要求能提供高速切削时所要求的高的进给/快已速度和加减速度;其次，是应具有所要求的调速宽度和所具有的跟踪精度;另外，还应有很好承受动、静载荷的能力和刚度，从而保证高速加工应有的效率和质量。决定高速进给系统上述性能要求的因素主要有三方面：进给运动的传动方式、各轴进给运动间的相互结构联系和数控伺服控制系统。

4.1 进给运动的传动方式

目前，广为应用的进给运动的传动方式主要有两种：一种是回转伺服电机通过滚珠丝杠的间接传动，另一种是采用直接电机直接驱动。通过滚珠丝杠间接传动方式的优点是技术成熟，结构相对简单，加速度运动受运动部件载荷变化的影响较小。但是普通传动油的丝杠滚珠，由于存在惯性大，导程小，又受到临界转速限制等，其所能提供的进给/快移速度只有10～20m/min,满足不了高速加工的要求，因此，高速加工用的进给滚珠丝杠普遍采取如下的改进措施。加大丝杠的导程和增加螺纹的头数，前者为提高丝杠每转的进给量(及进给速度)，后者则为弥补丝杠导成增大后所带来的轴向刚度和承载能力的下降。将实心丝杠改为空心的，这既是为减少丝杠的重量和惯量，一是为便于对丝杠采取通水内冷，以利于提高丝杠转速，提高进给/快移速度和加速的能力，减少热影响;改进回珠器和滚道的设计制造质量使滚珠的循环更流畅，摩擦损耗更少;采用滚珠丝杠固定，螺母与联结在移动部件上的伺服电机集成在一起完成旋转和移动，从而避开了丝杠收临界转速的限制等。

4.2 各轴进给运动的相互结构联系

如同一般加工机床一样，高速加工机床一般都有两个以上，多至五个进给运动轴，这些运动轴之间的相互结构联系，目前存在着串联、并联和混联三种型式。

串联结构是传统机床普遍采用的型式，其特点是各运动轴的布局采用苗卡尔直角坐标系，机床床身、立柱、溜板、工作台/转台和主轴箱部件分别通过相应的导轨支承面串联在一起的，各轴运动均可单独的独立进行，由于是串联，各运动部件的重量往往都比较大，且不一致，需特殊调整方可保持各轴加速度特性的一致性;进给系统的结构件不仅受拉、压力，而且受弯、扭力矩的作用，变形复杂，后运动部件受到先运动部件的牵动和速度，加工误差由各轴运动误差线性迭加而成，且受导轨精度的影响等，这些都是串联结构的缺点。然而由于串联结构较传统，有长期设计、制造和应用的经验，技术较成熟，故迄今仍为大多数高速加工机床所采用。但串联结构中还有着不同的各运动轴的相互走和配置方式，其所获得的应用效果是不一样的，设计时应以高速加工的特点及其对机床结构设计的要求出发来确定。

并联结构的典型代表是Stewart平台式的虚拟轴机床。它的特点是运动部件是一个由伺服电机分别控制的六根可自由伸缩的杆子所至承的动平台，该平台可同时作六个自由度的运功，但没有像串联结构那样的物理上固定的X,Y,Z轴和相应的运动支承导轨，而且任何一轴运动都必须由六根可伸缩杆的协同运动来完成。一般刀具主轴图就安装在该平台上，工作则固定在机床的机架上，此外就不再有溜板、导轨等支承件了。与传统串联结构的机床相比，并联结构型式的机床主要有如下优点：(1)运动部件重量轻，惯量小，更有利于实现讲给运动高得速度和加速度;(2)刀具主轴头可同时实现五轴联动，结构简单，且主要的六根伸缩杆具有相同的结构和驱动方式，便于模块化、标准化和系列化生产;(3)伸缩杆的两端分别由球铰和虎克铰链与相关件连接，使杆子只受拉、压力，不受弯扭力作用，刚度高，并易于通过预加载荷来提高整个进给系统的综合刚度;(4)理论精度高,因为它不像串联结构那样,各轴运动误差有可能被累积和放大,故并联结构的进给运动的综合误差一般不会大于6根伸缩杆运动误差的平均值。并联结构的缺点是:(1)在同一台机床上,其进给的行程随着各伸缩杆的伸出长度和动平台的位姿角变化而变化,故由行程所决定的可加工空间是非规则形,不方便应用;(2)因受球铰和虎克铰转角的限制,带主轴头的动平台所能倾斜的角度较小(一般只有±40)，从而影响了机床的可加工范围;(3)运动编程较复杂,而且在任一轴向上的简单直线运动,也要有六根杆的协调伸缩运动才能完成等。由于有这些问题的存在,并联结构的应用,目前尚不十分广泛,还有待于进一步研究和发展。

混联结构是在一台机床上同时采用有串联和并联结构型式的进给运动的结构联结,通常的做法是:三个移动坐标仍采用并联结构来完成,主轴加工时所需的另外两个转动坐标则由串联到固定工作台上的回转和可倾斜的工作台或由串联到并联结构的动平台上的旋转和摆动主轴头来实现。但是此时的并联结构的六根伸缩杆改成了三副定长杆,除杆的一端仍通过球铰与动平台相联外,杆的另一端则通过球铰成组地与滑座联结,滑座由伺服电机控制的滚珠丝杠(或直线电机)驱动在机床导轨上移动,从而改变动平台(主轴头)在三维空间中的位置,即X,Y,Z轴的运动行程。这样既克服了纯并联结构存在的加工空间不规则和动平台可倾角度过小的缺点,而且也减少了三套伺服驱动电机和滚珠丝杠,简化了结构,降低了成本，这应是并联机床结构改进的一个方向。

4.3 数控伺服控制系统

数控伺服控制系统是保证实现高速加工的核心技术装置，对它的要求是:既能实现所需的高进给速度和加减速度的控制，又要保证所需的轨迹跟踪精度和加工质量[3]。因此，数控伺服系统首先应具有很高的运算速度(即更短的单个程序段的处理时间)和数控存储及传输的能力，以处理大量的插补和控制数据;其次，数控伺服系统应具有强大的前瞻功能，以保持最佳的进给速度，最佳的路径变换，识别拐角，及时调整，保证规定的动态精度曲线，使加工速度不超过机床的运行特性范围;第三，数控伺服系统应具有有效的速度、加速度稳定功能和自适应加工轮廓变化的能力，因为加工平滑轮廓和非平滑轮廓时，施加在机床驱动系统上的力量不一样，因此系统必需具有自调节能力，以保证机床永不过载，又能保持最佳的加工效率和质量;第四，数控伺服系统的系统力求开放性，控制逻辑开放和数控内核开放，以使机床生产厂和用户可以集成自己的人机界面，设计高效，高可靠性的控制逻辑和专有的坐标变换及补偿控制软件等;第五，数控伺服系统应有足够的分辨率和多轴联动控制的功能，以保证高清、高速、高效加工的实现[4]。

综上所述，高速加工机床是基于现代刀具、材料的发展，为满足航空、航天、汽车和模具等行业的发展需要发展起来的，其生产率高，切削速度快，切削过程平稳，适合单件或批量生产中进行多工序复合加工甚至一次装夹实现全部加工等特点。因此，在设计与应用高速机床时，第一，要考虑高速加工对机床结构的基本要求和设计原则;其次，要考虑高速进给系统的性能要求，同时，还要重视既能实现所需的高进给速度和加减速度的控制，又要保证所需的轨迹跟踪精度和加工质量的数控伺服控制系统。即通过对高速机床设计方案和加工工艺方法进行综合分析与评估，才是设计和应用高速加工机床的关键。

参考文献

[1]杨明健.金属切削机床[M].北京:清华大学出版社,2004.

[2]陈婵娟.现代数控机床结构及设计[M].北京:化学工业出版社,出2006.

[3]文怀兴,夏田.数控机床数控设计[M].北京:化学工业出版社,2011.

机床加工与机械加工 篇2

但是在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批生产的零件约占机械加工总量的百分之八十以上。

P2 数控系统经历了采用电子管、晶体管、集成电路；计算技数控（CNC)

计算机数控系统的优点

1柔性好2功能强3可靠性高4易于实现机电一体化5经济性好 数控系统和数控机床的发展

1高速、高精度化2提高数控系统的可靠性（提高数控系统的可靠性，可大大降低数控机床的故障率。新型数控系统大量使用大规模和超大规模的集成电路。

P3 柔性制造单元FMC、柔性制造系统FMS

P4 所谓柔性是指------几种不同的工件

P7 数控机床的优点：1对加工对象改型的适应性---------6有利于生产管理的现代化

P9 数控机床的组成：程序载体-------机床机械部分构成数控机床工作原理1----6

P12 数控机床的分类（一二三，以及下面的小点）

P17 第一段

P32 第三段以及第四段第一句

P37 第二段 第三段（调速范围----------可频繁的停及换向）

P37 第一段

P58 开环闭环以及数控机床对检测的要求1-----4

P58 表格

P62 第一句

P74 1234

P75 数控机床的总体布局 12345678910

P88对主传系统的要求12345调速方法1234

P133 机床导轨的作用是起导向与支承作用，导轨的基本作用12345P134导轨的基本类型

P139 数控机床对刀具的要求123456789

（经济性与切削性的可预测性）

P146 涂层刀具是在----------难容金属化合物而获得。

P152 自动换刀装置主要有转塔式自动换刀和刀库式自动换刀；转塔式又分为回转刀架式和转塔头式。

P165 数控夹具的要求1234 数控加工工艺的概念（第一段）数控加工工艺的主要内容12345678

数控机床加工技术的发展与优势 篇3

[关键词]数控机床 加工技术 发展 优势

《数控加工技术》在高职学校教学课程中是目前比较重要的一个学科，同时他也是高职专科学校机械设备专业的主要教学课程，这门课程对学生当前的就业形势非常有实际效果，众多企业和电力部门都比较倾向于这门学科的毕业生，因此在就业上数控技术的毕业生相对来说是比较占优势的。通过对数控机床技术的研究，很多学者发现机床数控化能够提升和加速工业加工技术的基础和根本保证。国内装备工业高端化进程，对中高端数控机床的需求量也在持续上涨。过去一年中，机床数控率升到36%。机床数控化是提升工业加工技术的基础。国内装备工业高端化进程，对中高端数控机床的需求量也在持续上涨。

什么是数控技术？简单一点来说就是通过数字来控制和操控某项指令的技术，简称数控，是指利用数字化的代码构成的程序对控制对象的工作过程实现自动控制的一种方法。我们通常说的数控系统其实就是通过数字控制技术形成的自动控制这样的系统为数控系统。所以现在我们可以知道了什么是数控机床，那么顾名思义他就是在机床上安装了数控系统的设备，便于对机床的控制，我们把这样的机床叫做数控机床。

职业高中《数控加工技术》课程教学内容是比较新的教学内容，其根据科学技术的发展变化和更新也是非常快的，但是我们在教学中学生学习的方式是根深蒂固的，传统的学习方式也是一直影响着我们，教学方式和方法的创新，教学模式的构建都影响着教学效果，所以，我们在进行该课程教学之前一定要了解数控技术的优点和其发展进程，这样有助于我们更好地完成教学内容和提升学生的学习水平。

一、当前数控机床技术具有的优点

1.灵活性比较强。对于CNC（数控机床技术）系统，因其具有较大的修改和变更空间，我们在改变控制能力的时候只需要调整控制程序即可，这样就能够达到我们想要的控制效果，因此我们说数控机床技术能够灵活地完成我们的工作任务，其具有良好的灵活性。

2.准确性和可靠性高。我们把预定的程序一次性添加到我们的应用存储器中，通过软件的整合，同时又有硬件设备的强大功能性，我们就可以设定我们想要的工作结果，这里只要我们的程序指令没有问题，我们的操作结果就是准确的和可靠的，从而避免出现故障和错误率。

3.易于实现多功能复杂程序控制。

4.具有自诊断功能。我们在输入既定的程序以后，在设备工作的过程中，如果一旦出现错误指令，系统会自动提示和自我调整，从而起到自我诊断功能。

二、数控技工技术的发展

1952年美国帕森斯和麻省理工学院共同合作，研制出了第一台三坐标直线插补连续控制的立式数控铣床。从此数控机床进行了前所未有的变革。

1.机床加工的尺度特征向极端方向发展

随着科学技术的发展，微电子技术的进入，我们的数控技术的加工精密度也发生了前所有的变化，出现了更为高水平的重要指标。这种精度的体现已经从原来的尺度上来比较了，而是从形状精度和表面的粗糙程度来比较的，这种体现更多的体现在微结构的加工技术方面。这样我们就可以总结出这样的结论，机床加工的精准度已经在二方面有了更大的变化：一方面，我们体现再物件的形状尺度向精准方向发展；另一方面，是整体形状向我们想要的大尺寸方向进攻，取得了良好的研究成果和应用价值。

当今的科技发展的速度是非常快的，我们工业生产在科技创新的带动和驱动下，大量需要精准和带有微结构的加工零件是必需在数控机床技术下才能够完成的，因此新的加工要求就是精密机床设备的研发和应用。我们知道现在微结构零件在生活的各个方面应用的非常广泛和有更高的利用价值。所以我们说微结构的出现将把数控机床技术引领到一个新的工业领域。与此同时，新的研发的光学技术的加入，使微加工技术更能够准确无误。比如纳米压印复制工艺技术就得到了非常好的发展应用。

2.机床设备向智能制造要求发展方向努力

科学技术的发展必然使技术更新达到日新月异，智能化技术的发展是一个较大的发展空间，这就要求机床的数控技术必须符合智能化制造技术的要求。目前从国际和国内的职能制造技术的发展情况来分析，其主要标准是要求必须具备各种配置的高可高性能，这是作为智能制造加工的最基本的组成部分，也就是说机床性能在更高环境的标准必须体现出其更大的要求标准。这样才能完成更加精准的部件加工。以前的智能制造系统能够工作72小时，随着技术的变革，现在智能制造系统在连续工作的性能上能够达到可以连续720小时运行，这种长时间的不间断的工作大大提高了效率，因此，能够长时间不间断高可靠性运行的机床设备成为另外一个发展趋势。随着我们生活的需要和科技术的发展，数控技术的发展会越来越好，越来越先进，越来越能适应我们人类的生活需要，比如多功能复合化趋势、可重构趋势、低能耗环保趋势等。

教育与科学技术的发展是分不开的，两者是相辅相成的，教育能够更好把先进的技术带给学生们同时又能研发出需要的技术标准。我们在探讨数控机床的技术革新问题上有了重大的突破，实现了数控技术的实践应用性能，这一点十分重要。因此也会对数控技术的研发起到人才的推动作用，相信在今后的电子时代，数控技术会发挥它的重要价值和社会影响力。

参考文献：

[1]陶晓.数控机床的电气维修技术及发展趋势探讨[J].黑龙江科技信息，2007，（12）.

[2]盛伯浩，唐华.数控机床技术发展浅析[J].航空制造技术，2002，（6）.

数控机床加工技术的发展与优势 篇4

什么是数控技术? 简单一点来说就是通过数字来控制和操控某项指令的技术, 简称数控, 是指利用数字化的代码构成的程序对控制对象的工作过程实现自动控制的一种方法。我们通常说的数控系统其实就是通过数字控制技术形成的自动控制这样的系统为数控系统。所以现在我们可以知道了什么是数控机床, 那么顾名思义他就是在机床上安装了数控系统的设备, 便于对机床的控制, 我们把这样的机床叫做数控机床。

职业高中《数控加工技术》课程教学内容是比较新的教学内容, 其根据科学技术的发展变化和更新也是非常快的, 但是我们在教学中学生学习的方式是根深蒂固的, 传统的学习方式也是一直影响着我们, 教学方式和方法的创新, 教学模式的构建都影响着教学效果, 所以, 我们在进行该课程教学之前一定要了解数控技术的优点和其发展进程, 这样有助于我们更好地完成教学内容和提升学生的学习水平。

一、当前数控机床技术具有的优点

1. 灵活性比较强。对于CNC ( 数控机床技术) 系统, 因其具有较大的修改和变更空间, 我们在改变控制能力的时候只需要调整控制程序即可, 这样就能够达到我们想要的控制效果, 因此我们说数控机床技术能够灵活地完成我们的工作任务, 其具有良好的灵活性。

2. 准确性和可靠性高。我们把预定的程序一次性添加到我们的应用存储器中, 通过软件的整合, 同时又有硬件设备的强大功能性, 我们就可以设定我们想要的工作结果, 这里只要我们的程序指令没有问题, 我们的操作结果就是准确的和可靠的, 从而避免出现故障和错误率。

3. 易于实现多功能复杂程序控制。

4. 具有自诊断功能。我们在输入既定的程序以后, 在设备工作的过程中, 如果一旦出现错误指令, 系统会自动提示和自我调整, 从而起到自我诊断功能。

二、数控技工技术的发展

1952年美国帕森斯和麻省理工学院共同合作, 研制出了第一台三坐标直线插补连续控制的立式数控铣床。从此数控机床进行了前所未有的变革。

1. 机床加工的尺度特征向极端方向发展

随着科学技术的发展, 微电子技术的进入, 我们的数控技术的加工精密度也发生了前所有的变化, 出现了更为高水平的重要指标。这种精度的体现已经从原来的尺度上来比较了, 而是从形状精度和表面的粗糙程度来比较的, 这种体现更多的体现在微结构的加工技术方面。这样我们就可以总结出这样的结论, 机床加工的精准度已经在二方面有了更大的变化: 一方面, 我们体现再物件的形状尺度向精准方向发展; 另一方面, 是整体形状向我们想要的大尺寸方向进攻, 取得了良好的研究成果和应用价值。

当今的科技发展的速度是非常快的, 我们工业生产在科技创新的带动和驱动下, 大量需要精准和带有微结构的加工零件是必需在数控机床技术下才能够完成的, 因此新的加工要求就是精密机床设备的研发和应用。我们知道现在微结构零件在生活的各个方面应用的非常广泛和有更高的利用价值。所以我们说微结构的出现将把数控机床技术引领到一个新的工业领域。与此同时, 新的研发的光学技术的加入, 使微加工技术更能够准确无误。比如纳米压印复制工艺技术就得到了非常好的发展应用。

2. 机床设备向智能制造要求发展方向努力

科学技术的发展必然使技术更新达到日新月异, 智能化技术的发展是一个较大的发展空间, 这就要求机床的数控技术必须符合智能化制造技术的要求。目前从国际和国内的职能制造技术的发展情况来分析, 其主要标准是要求必须具备各种配置的高可高性能, 这是作为智能制造加工的最基本的组成部分, 也就是说机床性能在更高环境的标准必须体现出其更大的要求标准。这样才能完成更加精准的部件加工。以前的智能制造系统能够工作72小时, 随着技术的变革, 现在智能制造系统在连续工作的性能上能够达到可以连续720小时运行, 这种长时间的不间断的工作大大提高了效率, 因此, 能够长时间不间断高可靠性运行的机床设备成为另外一个发展趋势。随着我们生活的需要和科技术的发展, 数控技术的发展会越来越好, 越来越先进, 越来越能适应我们人类的生活需要, 比如多功能复合化趋势、可重构趋势、低能耗环保趋势等。

教育与科学技术的发展是分不开的, 两者是相辅相成的, 教育能够更好把先进的技术带给学生们同时又能研发出需要的技术标准。我们在探讨数控机床的技术革新问题上有了重大的突破, 实现了数控技术的实践应用性能, 这一点十分重要。因此也会对数控技术的研发起到人才的推动作用, 相信在今后的电子时代, 数控技术会发挥它的重要价值和社会影响力。

摘要：数控机床是一门非常实用的应用型学科。随着社会快速发展, 数控机床加工技术发展迅速。因为, 本文通过对数控机床加工技术上的发展和优势多方面进行全方位的素描, 来探讨数控机床的教学模式。

关键词：数控机床,加工技术,发展,优势

参考文献

[1]陶晓.数控机床的电气维修技术及发展趋势探讨[J].黑龙江科技信息, 2007, (12) .

[2]盛伯浩, 唐华.数控机床技术发展浅析[J].航空制造技术, 2002, (6) .

数控机床机械加工技术研究论文 篇5

1数控机床的应用范围和要求

1.1数控机床的使用范围

数控机床的使用范围很广泛，可生产品种多且批量小的零件，也可应用于形状特殊结构复杂或者经常更改形状的产品，甚至对一些购买时价格贵且不能随便报废的产品也是可以使用数控机床的，这样更能保证产品的质量和效率。在一些需要批量大，对精度的要求又比较高的产品使用现代化的机电一体数控机床效果更好[2]。

1.2数控机床的使用要求

数控技术的机械加工机床分析 篇6

随着我国经济的飞速发展，科技水平显著提高，机械制造领域呈现出蓬勃发展的态势。在对一个国家科技经济发展水平进行评价是，机械加工技术水平是一项重要指标，而随着数控技术的发展和应用，又标志着国家经济发展水平迈上了一个新台阶。因此，大力发展数控技术，对于机械加工行业乃至整个国家的经济水平的发展都具有推动作用。数控技术历经多年的发展，已经得到广泛的推广和应用，在多个行业领域应用都取得了良好的效果。特别是在机械制造领域，数控技术的应用为此领域的发展无疑注入了更为强大的推动力，受到越来多的行业、越来越多的人们的关注和研究。为了能够在机械制造领域中将数控技术的效能得到理想的发挥，使科学技术充分转化为生产力，本文对数控技术的机械加工机床从基本原理出发，对其应用进行研究和分析。

1、数控技术的基本原理

1.1数控技术的含义

数控技术是通过对采集的数字信息进行分析和控制，实现对机械加工设备的基本运行和加工程序的数字化控制，实现机械加工设备自动化运行。数控技术是多种先机技术的集成，以机械制造技术、传感器技术、机电技术、网络信息技术以及通信技术为关键技术支撑。其工作流程为在设备运行工作之前首先对其加工步骤进行编程，设计程序指令，准备工作完成后设备开始工作，在其工作运行的过程中通过程序指令对设备的加工操作加以控制。数控技术的应用是机械加工在灵活性方面得到明显的提升，减轻了人工操作的工作量，也减少了人为操作带来的失误，大大提高了机械设备的加工质量和效率。

1.2数控技术的工作原理

计算机系统是数控技术的主要装置，其所具有的功能模块和接口单元能够与数控机床所具有的各项功能相互适应、相互匹配。对机床在运行过程中可通过计算网络来对工作台进行定位，实现对机床的远程操作和控制。数控技术在应用过程中，首先要注意对工件所处的位置进行必要的固定处理，以保证事先编号的程序能够实现正常的运行，特别是刀具给定速度的设定一定要科学合理。数控技术装置具有插补功能，要将其有效利用，通过深入设备将需要的数据信息输入后，在将每一个坐标轴的移动分量向其各自对应的驱动电源进线传输，以保证机床的切削加工能够按照预先编制的路径准确运行。数控技术装置在运行工作的过程中会将收到的数据信号快速的向控制装置反馈，由计算机的中央处理器对收到的数据信息进行分析，再由控制系统根据数据分析结构发出控制指令，从而实现机床各个部件保持有序的加工运行。数控系统根据零件轮廓线型的有限的数据信息量，保证能够正常处理每一项数据质量，实现精确高质量的加工。

2、数控技术在机械制造领域中的应用

2.1在机床设备中的应用

数控技术在机床设备中应用是现代机械加工领域实现机电一体化的重要标志，显著的提高机床的加工质量和加工效率。数控技术通过计算机系统对机床的中心系统发出控制质量，机床根据接收到的控制指令完成各种加工动作，从而使机床的自动化加工。数控技术根据目标零件的几何信息和加工工艺信息进行数字化处理，通过单片机程序来实现对加工质量的控制，保证加工的产品符合生产的要求。在机械加工机床上将数控技术加以应用，使机电一体化加工得以实现，同时使机械制造行业领域具有了多元化控制的能力，是机械加工的范围进一步扩大，能够满足更为复杂零件加工制造的需求，推动了机械加工行业的前进步伐。

2.2数控技术在工业生产中的应用

在工业生产领域，数控机械被应用在机械设备生产线上，以计算机技术为主要技术支撑，通过计算机中输入的生产信息对生产程序进行设计编程。数控技术的应用有效的解放了人工操作，减少了人力的投入，取而代之为机械化操作，既降低了工人的劳动强度，又减少了人为操作的失误率，使人工操作难以完成的任务通过机械化操作得以完成。数控技术较之人工操作加工加工质量更高，加工效率呈多倍增长，生产成本减少，经济效益增加。另外，如果机械设备突然发生故障，传感系统和自动化检测系统可及时的将故障信息发送给计算机中心系统，及时中断机械的加工运行，既避免了故障的扩大化，也保证了操作人员的人身安全。

2.3在机械加工系统中的应用

随着机械加工设备的更新换代，其控制系统也相应的不断升级，各大制造商开始在机壳的基础制造中引进焊件。数控气割技术的应用，使很多棘手的问题得到了良好的处理，如能够使压缩接触面积更加均匀，更好的实现密封，使产品内外环凹凸曲面的加工精度问题得到灵活的解决。在机械浮动油封的生产过程中应用数控技术，也同样取得了良好的效果。现代机械加工设备结合数孔机床编程技术，可通过预先编制的程序实现自动化机械加工，使加工产品无论在质量上还是精度上都满足产品的要求。

3、提高数控技术生产效率的有效措施

3.1提高自动化程度 一般来说自动化程度越高，越有利于加工效率的提高，因此，提高自动化程度，可使数控机床更好更快的生产。通过对柔性制造单元、柔性生产线以及复合加工等技术的充分利用，能够使生产加工在实现自动化的同时更具有连续性，从而使生产效率得到大幅度的提高。

3.2优化加工过程 对加工过程进行优化，可大大缩短生产加工的准备时间，利用先进的机械设备、铣削刀具，自动进给系统以及先进的制造执行系统，可是设备的开动率得到有效的提升，同时还能够保证设备的完整性，实现数控机床高效、持续运行。

3.3优化加工设计与加工工艺 优化数控机床的加工设计与工艺有利于提高其生产加工效率。可在保证生产加工质量的前提下，缩短加工时间，保质保量的完成加工任务。可使用性能和速度较高的数控机床或较为先进的刀具，利用计算机进行数控机床的仿真模拟，优化对数控加工程序的控制，提高主轴的加工效率和数控机床的切削效率。

综上所述，国家经济的发展促进了各行业领域的发展进步，各种复杂零件的需求量的大幅度增加，使机械制造加工行业的生产压力加大。面对机遇与挑战并存的局面，应用数控技术无疑为机械加工机床注入了新的动力。随着各种先进技术的开发升级，数控技术也朝着多样化和多元化的方向发展，数控程度越来越高，从最初的一台控制发展到多台控制，自动化程度，自动控制技术成为核心技术得到更为充分的利用。应用数控技术的机械加工机床的发展前景非常广阔。我们要把握数控技术的原理，分析其在机械制造领域中的应用，潜心专研数控机床增效的途径，发展创新，使数控技术与机械制造越来越好的结合。

机床加工与机械加工 篇7

关键词：数控机床,加工精度异常,故障诊断

生产中经常会遇到数控机床加工精度异常的故障。此类故障隐蔽性强、诊断难度大。导致此类故障的原因主要有五个方面:a.机床进给单位被改动或变化。b.机床各轴的零点偏置 (NULL OFFSET) 异常。c.轴向的反向间隙 (BACKLASH) 异常。d.电机运行状态异常, 即电气及控制部分故障。e.机械故障, 如丝杆、轴承、轴联器等部件。此外, 加工程序的编制、刀具的选择及人为因素, 也可能导致加工精度异常。

1 系统参数发生变化或改动

系统参数主要包括机床进给单位、零点偏置、反向间隙等等。例如SIEMENS、FANUC数控系统, 其进给单位有公制和英制两种。机床修理过程中某些处理, 常常影响到零点偏置和间隙的变化, 故障处理完毕应作适时地调整和修改;另一方面, 由于机械磨损严重或连结松动也可能造成参数实测值的变化, 需对参数做相应的修改才能满足机床加工精度的要求。

2 机械故障导致的加工精度异常

THK46100卧式加工中心, 采用FANUC 18i数控系统。一次在铣削零件的过程中, 突然发现Z轴进给异常, 造成至少1mm的切削误差量 (Z向过切) 。调查中了解到:故障是突然发生的。机床在点动、MDI操作方式下各轴运行正常, 且回参考点正常;无任何报警提示, 电气控制部分硬故障的可能性排除。分析认为, 主要应对以下几方面逐一进行检查。

2.1 检查机床精度异常时正运行的加工程序段, 特别是刀具长度补偿、加工坐标系 (G54~G59) 的校对及计算。

2.2 在点动方式下, 反复运动Z轴, 经过视、触、听对其运动状态诊断, 发现Z向运动声音异常, 特别是快速点动, 噪声更加明显。

由此判断, 机械方面可能存在隐患。

2.3 检查机床Z轴精度。

用手脉发生器移动Z轴, (将手脉倍率定为1×100的挡位, 即每变化一步, 电机进给0.1mm) , 配合百分表观察Z轴的运动情况。在单向运动精度保持正常后作为起始点的正向运动, 手脉每变化一步, 机床Z轴运动的实际距离d=d1=d2=d3…=0.1mm, 说明电机运行良好, 定位精度良好。而返回机床实际运动位移的变化上, 可以分为四个阶段: (1) 机床运动距离d1>d=0.1mm (斜率大于1) ; (2) 表现出为d=0.1mm>d2>d3 (斜率小于1) ; (3) 机床机构实际未移动, 表现出最标准的反向间隙; (4) 机床运动距离与手脉给定值相等 (斜率等于1) (1) , 恢复到机床的正常运动。

无论怎样对反向间隙 (参数1851) 进行补偿, 其表现出的特征是:除第 (3) 阶段能够补偿外, 其他各段变化仍然存在, 特别是第 (1) 阶段严重影响到机床的加工精度。补偿中发现, 间隙补偿越大, 第 (1) 段的移动距离也越大。

分析上述检查认为存在几点可能原因:一是电机有异常;二是机械方面有故障;三是存在一定的间隙。为了进一步诊断故障, 将电机和丝杠完全脱开, 分别对电机和机械部分进行检查。电机运行正常;在对机械部分诊断中发现, 用手盘动丝杠时, 返回运动初始有非常明显的空缺感。而正常情况下, 应能感觉到轴承有序而平滑的移动。经拆检发现其轴承确已受损, 且有一颗滚珠脱落。更换后机床恢复正常。

3 机床电气参数未优化电机运行异常

DIXI400加工中心, 配置FANUC 15数控系统。在加工过程中, 发现X轴精度异常。检查发现X轴存在一定间隙, 且电机启动时存在不稳定现象。用手触摸X轴电机时感觉电机抖动比较严重, 启停时不太明显, JOG方式下较明显。

分析认为, 故障原因有两点, 一是机械反向间隙较大;二是X轴电机工作异常。利用FANUC系统的参数功能, 对电机进行调试。首先对存在的间隙进行了补偿;调整伺服增益参数及N脉冲抑制功能参数, X轴电机的抖动消除, 机床加工精度恢复正常。

4 机床位置环异常或控制逻辑不妥

THK46100加工中心, 数控系统为FANUC 18i, 全闭环控制方式。加工过程中, 发现该机床Y轴精度异常, 精度误差最小在0.006mm左右, 最大误差可达到1.400mm。检查中, 机床已经按照要求设置了G54工件坐标系。在MDI方式下, 以G54坐标系运行一段程序即“G90 G54 Y80 F100;M30;”, 待机床运行结束后显示器上显示的机械坐标值为“-1046.605”, 记录下该值。然后在手动方式下, 将机床Y轴点动到其他任意位置, 再次在MDI方式下执行上面的语句, 待机床停止后, 发现此时机床机械坐标数显值为“-1046.992”, 同第一次执行后的数显示值相比相差了0.387mm。按照同样的方法, 将Y轴点动到不同的位置, 反复执行该语句, 数显的示值不定。用百分表对Y轴进行检测, 发现机械位置实际误差同数显显示出的误差基本一致, 从而认为故障原因为Y轴重复定位误差过大。对Y轴的反向间隙及定位精度进行仔细检查, 重新作补偿, 均无效果。因此怀疑光栅尺及系统参数等有问题, 但为什么产生如此大的误差, 却未出现相应的报警信息呢?进一步检查发现, 该轴为垂直方向的轴, 当Y轴松开时, 主轴箱向下掉, 造成了超差。

机床加工与机械加工 篇8

根据方钻杆的行业标准SY/T6509-2000可以得知其具体的尺寸,所以机床整体的布置形式为铣头移动而床身不动,这样既不需要太大的动力,也不必占用过大的空间。同时用双刀对工件进行相向运动切削可增大切削效率。铣头的传动机构能够提供足够的扭矩,而且两个铣刀可以同时相向运动,但箱体的结构比较复杂,所以这样的布置方式给铣头的设计增加了难度。

设计方面的难度增大往往会导致在实际加工过程中振动、噪声甚至是加工的尺寸偏差。故此,对铣头的有限元分析十分必要。

针对以上分析,将铣头箱体的前六阶固有频率和振型与加工工件时的振动频率进行对比,根据分析出来的数据可以对铣头进行优化设计,因此铣头的动态分析是很有意义的。

2 铣削系统的设计

方钻杆机床的高效切削系统是复杂的动态系统,由于切削速度、切削量、进给量的提高,系统的动态特性及切削稳定性成为影响和制约质量、生产效率和成本乃至整个加工系统可靠性和安全性的至关重要的因素。高效切削加工所具有的诸多优点是以高速和机床可靠的条件下的稳定切削过程的实现为前提的。而目前,由于加工企业缺乏分析切削稳定性的方法,致使巨资购买的先进高效加工机床或加工中心只能以略高于普通机床的切削速度运行,高效加工设备性能得不到充分利用,不能获得最大的经济和社会效益,造成巨大的浪费[1]。

2.1 铣削系统参数的确定

切削的工件硬度为285~314HBS,故此铣削系统需要较大的铣削力;同时为提高切削效率要选用多齿端面铣刀。

端面铣刀D=(1.4~1.6)B

式中,D-端面铣刀直径,mm;B-铣削宽度,mm。

根据铣削工件的最大宽度并通过公式选择刀盘直径为200mm。为了提高切削效率,应尽量选用较多的齿数。铣刀的齿数可分为粗齿、中齿和细齿,其中粗齿端铣刀适用于钢件的粗铣;中齿端铣刀适用于铣削带有断续表面的铸件或对钢件的连续表面进行粗铣及精铣;细齿端铣刀适宜于在机床功率足够的情况下对铸件进行粗铣或精铣,所以可以确定铣刀齿数为12。

多刀齿、大直径的铣刀就对切削工艺提出了一定的要求。如果切削三要素制定的不合理,可能导致刀具磨损过快甚至打刀。所以将主轴转数设计为350r/min,其切削速度为220m/min;进给速度为230mm/min。

2.2 铣头模态分析

从图1中可以看出铣头箱体的结构比较复杂,铣头箱体设计的不合理就会造成机床的振动,这是我们不想看到的。故此,对箱体进行分析是十分必要的。

对主轴模态分析时可以对模型进行如下分析:由于右侧为安装面,且可以上下移动(如图1所示),所以将右侧面的轴向、左右两面进行约束,上下为自由状态。定义3种单元类型:(1)平面类型Plane40;(2)实体单元类型Solid 45;(3)选用Combin14弹簧单元对轴承刚度定义[4]。密度为7000kg/m3,弹性模量为1.3×105MPa,泊松比为0.25。选择自由网格划分。

加载约束:铣头箱体的约束为刀盘的铣削力,其加载位置及形式如图2所示,其中F1为刀具1的切削力2856N;F2为刀具2的切削力为2856N;G1为铣头、滑鞍和跟刀架的自重49000N;M3为G1对床身所形成的弯矩31360N·m。

振动可以用各阶固有振型的线性组合来表示,其中低阶固有振型要比高阶固有振型对轴的振动影响大,越是低阶影响就越大,因此低阶振型对轴的动态特性起决定作用。表1为铣头箱体的前四阶固有频率及振型描述。

从表1中可以得到,前四阶频率在75.3~121.5Hz之间,变形量随着频率的升高而降低,同时振型以上下振动变形为主。盘铣刀的铣削频率为70Hz,从数据分析与铣削频率对比可知,铣刀的启动频率并没有与铣头箱体的振动频率相干涉产生共振。

3 结论

根据以上对铣头箱体的分析可以得知,盘铣刀的铣削频率为70Hz,分析得到的第一阶固有频率为75.3Hz,两者相差较小,但机床在启动时可以很快逃离第一阶固有频率,并不会对加工造成影响。铣头箱体设计结构合理,同时满足功能要求,有效地避开共振区,能够保证加工精度。

摘要：以加工方钻杆专用机床的铣头为研究对象,设计并分析其机械结构是否满足加工工件的需要。具体介绍铣头设计过程及结构布置形式,同时对其铣头结构进行有限元分析,建立铣头结构三维模型。对其模态分析后,得出了其铣头箱体的前六阶固有频率和振型,与铣头切削时的振动频率进行比较。分析结果为评定方钻杆机床的动态特性提供了依据,并且为具有与其相似结构的铣头提供了理论基础。

关键词：方钻杆,有限元分析,振型,固有频率

参考文献

[1]韩博.方钻杆机床装备与切削稳定性研究[D].沈阳:沈阳工业大学,2009.

[2]王勖成.有限单元法[M].北京:清华大学出版社,2003.

机床加工与机械加工 篇9

项目教学就是在教学过程中, 将教学内容分成相对完整独立的项目, 以任务的形式交由学生处理, 充分发挥学生的独立思考、解决问题的能力和实践动手操作能力。

以任务为驱动来组织安排课程内容, 在特定的时间段独立完成任务, 完成效果是评价教学效果的重要因素之一。任务包括: 任务的确定、组织计划、内容安排、任务实施、任务检查与自我评价。

以实践为主强化技能操作, 提高学生动手能力。改变传统的教学模式。学与做充分结合, 根据实际的零件加工难易程度, 安排教学过程。

2 项目教学实践

2. 1 以学生为中心, 教师为辅

传统的教学模式是以教师为中心、讲授式的授课, 不管学生听懂与否、会与不会, 使学生缺乏独立的思考习惯, 渐渐失去学习的信心。

教师应转变角色, 以学生为中心, 不再进行课堂上灌输式授课, 而是根据中职学生的特点和整体水平以项目化的教学理念来设计教学内容。同时, 在教学中, 教师也应充分了解和尊重学生的个体差异, 因情而异, 因人而异, 为学生创造有利的主动学习、自主学习的环境, 激发和提高学生独立思考能力。

2. 2 以任务为中心, 工作式的学习过程

按照零件的加工难易程度安排若干项目任务。每个任务对应一个零件加工的具体过程。教学过程中, 让学生经历零件加工的完整过程, 并在不同生产环境中, 反复强化和提高学生的工作能力。

2. 3 产品式的考评, 企业化的管理

数控机床编程与加工课程操作性强, 课程的考核不再是教师主观的评论, 要以学生加工零件的完成情况为标准, 以企业产品质量检测来评价学生完成产品加工的情况, 包括教师品评、学习小组品评和自我品评三个部分。

教学中引进企业化的管理, 制定相关的规章制度, 加强对学生的管理, 做到安全生产、文明生产。学生进入实训车间和生产企业应遵守生产管理制度、安全规程。在教学过程中, 应特别强调职业素质养成的重要性, 培养其安全意识、责任意识、生产行为规范的意识。

3 项目教学步骤

3. 1 确定项目、小组划分

以工作流程将每个任务按资讯、计划、决策、实施、检查与评价六个步骤实施课程教学。学生按企业班组管理方式, 分组接受任务后, 从分析产品图样入手, 确定合理的工艺方案, 制定正确的走刀路线, 选择适合的刀具, 确定切削用量, 编写数控程序, 进行仿真加工验证程序和工艺, 进行数控加工, 生产出合格零件。

3. 2 教学情景设置

教师要为学生创建当前所学习内容与生产实践基本接近的环境。提出问题, 布置任务, 引导学生进入学习情景。

针对确定工艺方案、编制加工程序、零件仿真与验证、零件加工与检测五个主要过程, 为学生安排相应零件加工课程, 其中数控机床编程与零件加工的重点工作流程是: 制定工艺方案、编制加工程序、使用数控机床加工零件。

3. 3 操作示范

数控编程与零件加工过程中, 操作者可能接受各种各样的零件加工任务。教师应围绕当前任务, 做恰当的示范操作, 举一反三, 引导和启发学生学习知识点、重点、难点。

3. 4 独立探索

学生独立思考, 对知识点进行理解和消化, 从生产和实训中发现问题并找到解决问题的方法。

3. 5 协作学习

开展小组讨论、交流, 小组间各组员分工协作, 共同完成项目任务。

3. 6 自学

应有意识地引导学生自学并积极反馈自学过程中出现的问题, 通过自学经历及体会, 提出解决办法。鼓励学生遇到问题上网搜索解决办法, 从网络上获取大量的信息资源。

3. 7 个别辅导

对于个别学习态度认真, 但是学习效果不是很好的同学, 进行个别辅导。可以通过了解学生心理状态, 针对具体情况进行辅导。

3. 8 头脑风暴

将学生进行分组, 每组给出一个问题, 让学生提出自己的观点, 然后各自提出对其他同学观点的不同意见, 每个同学都有为自己辩解及说明的机会。也可以每两个同学为一组, 针对学习的知识点, 两同学轮流大声地讲给对方听, 充分体验听者和讲者两者的角色转换。锻炼学生讲演和表达的能力, 激发他们的学习热情。

3. 9 项目实训

项目实训实现了理论与实践的教学统一, 教师在引导学生学习一个项目所纳入的知识点后, 实际加工过程是整个项目实施的必要步骤。学生在深入调研、方案论证的基础上, 独立填写计划单、决策单、材料和设备以及工、量具清单等工作, 提高学生的独立思考、动手实践、文档写作等工作岗位上实际的能力培养。

生产性实训能够为学生顶岗实习需要打下独立工作的基础, 实训中, 教师只是代班师傅的角色, 学生必须独立接受零件加工任务。如何阅读图纸、在哪些资料的帮助下才能完成工艺分析、需要借助什么工具才能完成程序编制、加工操作中刀具如何选择、注意事项等问题的解决, 则真正体现学生的职业能力是否达到要求, 是否为将来走上生产企业做好准备。

4 阶梯轴的编程与加工教学内容设计

下面以阶梯轴的编程与加工为例, 具体讲述项目教学法的实施过程, 见下表。

5 课程教学资源安排

5. 1 “双师”教师指导, 多途径的资源

师资的配置要确保既能为学生提供良好的教学指导, 又能为学生提供实训支持, 以“双师”素质或“双师”结构的教学团队完成教学指导任务。

课程的资源建设应该能够为学生提供自主学习的支持条件, 通过网络资源、电子课件、视频等方式, 构建课程的立体学习资源。

5. 2 教材建设

注重教材建设, 采用自编教材, 为学生提供实用的操作性强的教材, 每个项目都要编写实训指导书、习题、试卷样题库等多种学习资料, 充实课堂教学及实践教学。同时, 应为学生提供参考书目录、数控技术网站、论坛等自主选择学习资料的资源。

5. 3 多媒体建设

要注重电子多媒体教室与多媒体课件的建设工作, 充分发挥利用媒体资源, 采用仿真系统等功能, 为学生提供全方位的视听体验, 提高教学效果, 提高学生对知识的感知能力。

5. 4 实习基地建设

要充分发挥学校实训基地设备的有利条件, 实行理、教一体化教学, 将课堂教学搬进实训车间。加强课内实践、专题训练等提高学生动手操作能力。同时, 也要建立相关企业实训基地、技术人才实训基地等, 给学生提供现场学习与体验的机会。

6 结论

在职教改革的大形势下, 职教人不断地进行职教的改革与创新, 涌现出众多新的教学方法。项目教学法也是其中之一。本着创新、实用、能干、提高技能的原则, 尝试把“项目教学法”引进到数控加工课程中。通过项目化的学习, 让学生对数控机床的编程和操作有很好的掌握, 达到知识、技能和素质目标的全面培养和提升, 为学生走上工作岗位打下良好的理论和实践基础。

参考文献

[1]余英良.数控加工编程及操作[M].北京:高等教育出版社, 2005.

[2]顾京.数控加工编程及操作[M].北京:高等教育出版社, 2003.

[3]宋放之.数控工艺员培训教程[M].北京:清华大学出版社, 2003.

[4]卢斌.UG6.0数控编程与加工[M].北京:清华大学出版社, 2008.

[5]FANUC0i数控系统车床编程手册[Z].2010.

机床加工与机械加工 篇10

本文以某一叶轮部件的加工为例, 对其待加工的自由曲面通过数控编程软件进行编程, 以后置信息为基础对机床进行结构配置上的优化, 以提高叶轮的加工精度, 保证叶轮的加工质量。

1 待加工叶轮概况

1.1 基本加工要求

本文研究的待加工叶轮的结构比较复杂, 要求有一级叶片两个, 二级叶片四个。轮毂进口处和出口出的直径要求分别为6m m和11m m, 进口叶片和出口叶片的高度分别为4.2m m和2.4m m, 两个相邻叶片之间的最小距离为2.7m m。因为一级的两个叶片有很大的扭角, 这为加工带来了很大的难度。

1.2 加工流程

叶轮的加工是在五轴数控机床上使用一个毛坯进行叶片与轮毂的一次加工而成。首先是流道的粗加工, 通过机床的控制面板对主轴的转速和进给速度进行控制和调整。然后在均匀的余量下进行叶轮流道的精加工, 采用硬质合金的球头铣刀进行加工, 以保证表面有良好的加工质量。叶轮叶片和圆角的精加工, 将二者同时进行, 通过圆角达到叶片和流道过渡的平滑。

2 叶轮加工后置信息的提取

后置信息文件中包含了机床运动的所有信息, 如:五轴的位移和进给速度信息、刀具信息、加工精度信息、转速信息等等。其中机床五轴的位移和进给速度信息为有效程序段。

后置信息提取流程如下图1所示:

首先将后置信息的结构建立起来, 包括结构体的所有变量, 如:五轴的各自位移量和进给速度等各个变量。后置信息是逐行进行读取的, 然后以空格为分隔符对信息进行逐一分解。程序有效性的判断是按照分解后的字符串中的第二个字符串作为主要参考依据的, 然后继续以空格作为分隔符对有效程序段进行进一步的分解。以分解后得到的信息中的字母作为依据对其后面的数值信息的分类进行判断, 然后在与其所对应的结构体变量中存储进去。

3 五轴数控机床整体结构配置优化

本文研究的叶轮加工, 采用的是双摇篮式五轴机床, 对于机床的结构和配置的优化, 从运动力学的角度出发, 着重对运动链进行重构, 使机床在运动的时候将惯性力减小, 达到轻量化设计的目标, 将机床的动力学性能提高。根据机床结构特点, 在整个运动链条中, Y轴离工件的距离是最远的, 在Y轴运动的时候机床的X轴和Z轴跟着一起运动, 得出:My=mx+my+mz, 根据此公式, 同理可以推断出Mx=mx+mz, Mz=mz。在将转动轴所带来的影响忽略不计的情况下, Mx、My、Mz分别为X轴的等效移动质量、Y轴的等效移动质量和Z轴的等效移动质量。

根据各移动轴的实际质量参数、各轴的移动等效质量以及各轴的最大加速度对各轴的惯性力最大值进行计算, 其中J轴的惯性力最大值用Fjmax表示, J轴的等效移动质量用Mj表示, J轴的移动最大加速度用ajmax来表示。其计算关系式为:Fjmax=Mjajmax 1)

然后, 再以各轴的等效移动质量、加权加速度为条件对各个轴的加权惯性力进行计算, 其计算公式如下:Fjq=Mjajq 2)

通过计算得出, 机床在运行过程中, 最大惯性力是运行状态最差的表示, 加权惯性力是整个运行状态的表示。机床在运行时, Y轴上存在最大的惯性力, Z轴最小, 同样Y轴上的加权惯性力也是最大的, 相比较而言, Z轴的惯性力和加权惯性力都是要比X轴和Y轴要小的多。从机床结构上可知, 两种惯性力最小的Z轴却在运动链结构的最后处, 遂对Z轴进行调整, 使其处于运动链的最前处。

经过对机床结构优化后的运动力学的计算, 得出经过运动链的优化调整, 机床整体的最大惯性力和加权惯性力都有大幅度的减小, 机床性能明显得到提高, 机床结构更加合理化。

4 结语

本文提出的对五轴机床整体结构配置优化的方法, 是以叶轮加工后置信息为主要依据, 在此基础上计算机床整体结构的最大惯性力和加权惯性力。通过对机床轴运动链的调整, 将结构进行合理的配置和优化, 使机床整体的最大惯性力和加权惯性力有了大幅度的减少, 达到了结构优化的目的, 从而提高了叶轮加工的精度, 保证了加工质量。

参考文献

[1]李湉.航空发动机整体叶轮加工与修复关键技术研究[D].北京:北京航空航天大学, 2011.