数控回转工作台（精选六篇）
数控回转工作台 篇1
数控回转工作台作为附件, 用户可以选购且价格相对便宜。可以使用三爪自定心卡盘或四爪单动卡盘作为卡具, 装夹工件的方式灵活。可以随时根据需要拆卸或安装转台, 使用方便。但在使用中, 也常出现一些问题。
1. 加工长方形键槽变长且两端圆弧不圆滑
在回转体圆周方向上加工长方形键槽时, 用CAXA制造工程师软件, 造型后自动输出程序并用DNC功能上传机床加工, 出现长方形槽变长、两端的圆弧过渡处有不圆滑的欠切现象 (图1) 。
起初以为是自动编程中后台工艺参数设置有误, 经多次重置调整, 终未解决。故请北京数码大方科技公司工程师到现场指导, 发现软件使用、工艺编排、参数设置均无问题, 且模拟仿真加工正常。经工程师确诊, A轴正方向有误, 即回转工作台应装在主轴的右侧。重新安装调整转台后, 在相同程序下, 加工缺陷问题得以解决, 加工出的工件均合格。
笛卡尔坐标系中, 绕x轴旋转的为辅助轴A轴, 其正方向应符合右手定则, 大拇指指向x轴的正方向, 其余四指弯曲方向即为A轴的正方向。安装时必须注意, 这个方向的确定同样是假定工件不动, 指的是刀具运动的方向。那么, CAXA软件生成同样的程序, 仅一个A轴旋转方向不同, 为什么会出现明显不同的加工效果呢?经分析, 在轮廓加工中, 当刀具运动方向错误或改变时, 由于工艺系统在切削力作用下, 有可能使刀具产生滞后, 并且数控系统在数值插补中出现反向动作, 导致键槽长度方向“过切”、圆弧拐角处产生“欠程”的现象。正因为数控转台经常根据加工的需要而进行拆卸或安装, 所以使用者每次在安装这个“四轴”时, 必须按笛卡尔坐标的正方向的规定操作, 不能单凭“电源、数据线的布置位置应放在机床里侧”来臆断“四轴”的安装位置, 从而避免加工出不良品。
2. A轴所转角度不准确且无规律
回转工作台使用中出现不能“回零”, 加工中A轴所转角度不准确且无规律。初步判断是伺服电机反馈信号线接线有虚接, 查看接线端子, 各处接线牢固, 排除此判断。再查看“回零操作”的行程开关, 动作灵活有效。最后发现是分度盘轴与同步带的带轮连接有时失效, 出现了“丢转”, 从而有了上述问题。
分度盘轴与同步带是通过一个外侧带锥度的胀紧联结套联结, 这个胀套内径与分度盘轴之间是键联结, 而胀套与同步带轮是靠拉胀螺栓拉紧锥度套时产生的摩擦力来传递扭矩的, 拉胀螺栓拉紧后要卸除 (图2) 。目的在于, 超载时失去联结作用而打滑, 可以保护设备不致损坏。这正是问题的症结, 即操作者在加工中切入过深或铣削速度过快, 回转工作台扭矩超载, 使胀紧联结套失效所致。重新紧固同步带带轮, 问题解决。
数控回转工作台 篇2
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1、回转工作台可正反转、正反运行。
2、可立卧两用，承载重量大。
3、回转工作台可制作等分加工（等分：2、3、4、6、8、10......）
4、与自动化设备配套使用，形成自动加工、生产、装配、钻孔攻牙、组装。
5、采用日本东风减速电机，耐温型号，高温时同样可以保持正常运转
6、机芯机构采用马耳它十字机芯原理
7、机芯采用一组减速齿轮，两组减速机，增加了稳定性。
8、插销锁紧装置，旋转一个工位时自动锁紧，无移位，无间隙。
9、精度高，水平精度及旋转精度(0.02mm)，运行平稳、顺畅，无抖动冲过头现像。
10、气压、油压、信号或电气信号配合（电磁阀、PLC）控制回路，整套即可使用。精度正负 15 秒，（0.02 高速的精度）不会有误差生成。
11、回转工作台分度盘运动状态时，分度盘面依照工艺需求分割等份旋转，盘面无升降起
伏变化。
12、反应速度快，可与攻牙机、钻床、铆钉机、超声波、烫金、丝印、移印、CNC 数控加工或其它 工作机配合，形成自动生产、加工、组装。
13、回转工作台工作位调整简单，标准等份有 4、6、8、12、24、48 等，特殊分割可另行制造 分度 盘旋转盘面可根据工艺需要在 360°范围内，顺时针或逆时针方向依次转动。
14、负载后惯性大时，亦无移位之现象。
数控回转工作台 篇3
【关键词】回转支承；数控化；生产；加工工艺
由内圈、外圈、滚动体、油嘴、密封条等机械零部件组成的回转支承，在工程机械生产方面具有较好的应用效果。随着科学技术的发展，数字控制技术的引用，使得回转支承实现了自动化控制，将其应用到工程机械中可以发挥更大的作用[1]。笔者将基于当前科学技术水平，对如何优化、改进回转支承数控加工工艺进行研究。
一、回转支承数控化生产中的加工工艺的分析
（一）单排式回转支承加工工艺 相对来说，单排式加工工艺的回转支承应用比较广泛，其在国内外回转支承数控加工市场占比高达90%以上。目前国内所拥有的单排式加工工艺有多种，如XS系列的单排式加工工艺、X系列的单排式加工工艺等。目前采用单排式加工工艺的回转支承的国家有日本、德国、美国等，比我国回转支承数控单排式加工工艺水平更高，尤其是稳定性、实用性方面。尽管回转支承数控单排式加工工艺具有良好的应用性，但在实际应用的过程中也容易出现接触角设置不佳、孔的安装位置设定不合理等问题，导致其实用性能降低。所以，科学、合理地运用回转支承数控单排式加工工艺，应当注意按照性能指标，合理设置各个部分。
（二）数控强力车削加工工艺 数控强力车削加工工艺在具体应用的过程中，主要分为两个阶段，即数控强力车削阶段和包络法加工阶段。其中，数控强力车削在一定程度上决定产品成型质量是否会受到影响，产品使用寿命是否会受到影响。基于此，在应用数控强力车削加工工艺时一定要注意按照相关标准，合理设计滚道曲率比、内外圈滚道强力车削的数控程序，以此来保证数控强力车削规范、合理、有序的进行，为高质量、高效率的完成产品生产创造条件。
（三）间隙、变形控制中的加工工艺 回转支承数控中，反向间隙的存在会导致滚道开口减小、砂轮磨损等问题出现。而间隙、变形控制中加工工艺的推出则可以避免反向间隙或变形所引发问题的出现。之所以回转支承数控间隙、变形控制中的加工工艺能够有效控制滚道开口、砂轮磨损、热变形等情况的发生，主要是设置了一定值的数控补偿值，通过其来调节空载无切削，如此可以有效避免反向间隙的情况发生；而对于回转支承变形的孔，则是利用统计法、误差法对车床、回转支承进行多次试验、计算参数，进而得到最佳方案，合理设置回转支承、车床等方面，有效避免回转支承变形[2]。
二、回转支承数控化生产中的加工工艺的改进措施
（一）实施数控自动化模式 基于科学技术对回转支承数控加工工艺予以优化、改进，应当注重数控自动化模式的实施。通过数控自动化模式的实施（如图1所示），结合产品生产实际需求可以对回转支承数控生产予以合理调整及操作，使其科学运行，生产高质量的机械产品。数控自动化模式的应用，使回转支承数控加工迈向自动化方向，大大节约人力资源的利用，同时提高回转支承数控生产的安全性、有效性。所以，利用数控自动化模式代替手工操作是非常必要的。在此需要说明的是，企业需要对相关技术人员予以培训，使其能够合理操作、设置数控自动化模式，如此才能使数控自动化模式充分发挥作用。
图1 回转支承数控自动化模式
（二）对参数进行动态优化 回转支承数控加工的优化改进，还需要相关工作人员基于系统性理论，对回转支承相关参数进行动态优化，如负荷增益、加速度等系统参数的动态优化，如此可以适当的调整回转支承，使滚道切削、机床设置、工件加工等方面更加精准、合理，从而精准的、规范的进行产品生产，使产品达到预期生产目标[3]。
（三）增加先进检测仪器的运用 在工业领域发展良好的今天，为了能够生产出高质量、高性能的机械，在对回转支承数控加工工艺予以优化之际，还要注意增加先进仪器的应用，以便在回转支承数控加工工艺实施的过程中，对各个环节进行科学、合理的检测，保证回转支承数控加工工艺各个环节规范、合理、标准的操作，满足产品质量监督检查部门的要求，为生产高质量、高性能的机械创造条件。
（四）科学改造工艺装备 随着科学技术的发展，回转支承数控化生产越来越重要，有利于生产高质量的机械。但是为了使回转支承数控化生产水平不断提高，满足更高层次的生产需要，在进行产品生产的过程中，应当注意科学改造工艺装备，如增加数控机床份额，以便回转支承数控化生产更加精准。通过高标准要求，对工艺装备予以科学的改造，那么回转支承数控加工工艺实施效果更加，对于提升产品加工质量有很大作用。所以，相关工作人员应当注意科学改造工艺装备。
结束语
国内回转支承数控单排式加工工艺、数控强力车削加工工艺、间隙和变形控制中的加工工艺等加工工艺的应用，使得回转支承数字化生产水平提高。在科学技术不断发展的今天，为了提高回转支承的应用效果，对回转支承数控加工工艺予以优化、改进是非常必要的。笔者参考相关文献及工作经验，认为实施数控自动化模式、动态优化回转支承相关参数等措施，能够提高回转支承数控加工工艺，为精准的、规范的进行产品生产创造条件。
参考文献
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两轴数控回转工作台的实用性研究 篇4
关键词：数控回转工作台,数控机床,复杂表面加工
0 引言
数控转台是一种重要的机床附件, 它的应用为机床提供了回转坐标, 通过第四轴、第五轴驱动转台完成等分以及不等分或连续的回转加工, 使客户加工复杂曲面变成可能, 扩大了机床的加工范围。国内数控转台的中高端产品主要来自于台湾及国外, 国内数控转台近年发展也很迅速并占领大部分市场。其中二轴数控转台作为五轴联动数控机床的关键功能部件之一, 主要用于与机床设备配套完成机床各种功能, 对保证机床基本功能的充分使用、扩大机床的工艺性能和使用范围、保证加工精度、提高生产效率、减轻劳动强度等方面都起着重要作用, 因此数控转台的发展水平便成为整个机床工业技术水平的标志之一。
1 国内数控转台研制的现存问题
1.1 研制和生产成本高
由于国内对数控转台的研究和投入资金相对较少, 较难实现系统研究和规模化生产要求, 高精度的机械件、伺服电机和测量元件很多依靠进口, 使得设备生产成本高, 利润较低, 维持后期的研发和生产过程也很困难。
1.2 机械零部件的加工精度低
受到高精度加工技术、装备和产品批量的影响, 少量生产的转台机械结构精度不能满足更高的应有回转精度、小间隙和刚度要求, 所以往往只能通过购买标准部件来实现设计要求。
1.3 控制方式可靠性和灵活性差
作为相对独立的二轴回转工作台, 既有使用的独立性, 还应具备能与现有三轴数控铣床等接口的配合功能, 目前国内外对于此项研究还需改进。
1.4 多功能性还需加强
现有的转台多为单轴转台和定方向转台, 不同联接面安装或多于二轴转台技术不成熟, 所以适应加工范围还有待扩展。也就是说该产品应不仅可以适用数控设备, 还应能完成加工轴的转化, 并可作为其他普通机床的夹具来使用, 扩展其应用范围和使用价值, 具有更大的柔性和适应性。
2 二轴数控转台的研制功能
数控转台作为数控机床的关键部件, 其设计的成功与否, 将直接影响到数控机床的整机性能和生产效率, 因此, 研究数控转台的结构的动态设计过程, 对提高机床的加工精度以及加工质量起着至关重要的作用。对于新型二轴数控转台的研制, 可以给国产的转台发展方向提供新的设计方向, 补充国外产品设计缺陷, 增加产品的功能要求。使转台实现多功能化、模块化、适应性转变, 更好、更方便地结合现有数控机床控制方式, 促进国内转台的批量化生产和适用性研究, 并形成系统和系列化的研究产品。
通过研究国内外的机械加工发展需求和回转工作台工作方式研究, 确定此次产品的研发方向应定位于多功能性、应用灵活性和可靠性等方面。两轴回转工作台的研制为多功能转台产品的发展提供新的创造性思路, 主要实现以下几方面功能: (1) 实现回转轴变化的多功能调整方式, 增加转台加工适用范围; (2) 实现模块式的夹具组合方式, 适用于夹具的扩展功能和提升机械系统在使用中的刚性; (3) 研制成本较低的单片机控制方式, 采用灵活多变且接口适用的控制方法。
数控回转台主要用于数控镗床和数控铣床上, 在原有三轴基础上增加转动自由度, 并与原X、Y、Z轴联动, 实现圆周进给和分度运动。此夹具用于加工有分度要求的孔、槽和斜面, 或在加工时转动工作台, 用于加工圆弧面和圆弧槽等, 数控回转台不仅提高了加工效率, 还可完成更多的加工工艺。常见的数控回转台由于受其结构的限制, 很难进行结构的调整和功能变换, 使其应用范围受到很大限制。本次研究的组合式数控回转台, 是在数控回转台的研制基础上吸收了组合夹具的设计理念, 在结构上采用了易于夹具重新组合的结构, 组合后可实现的卧式单轴和立式单轴驱动, 也可实现双轴联动, 具有方便重新组合的特点。将此夹具安装在三个坐标直线移动的机床上, 使机床在原有的X、Y、Z移动自由度基础上, 增加了X、Z (或X、Y等) 转动自由度, 使用夹具后具有较高柔性, 扩展了原有数控机床功能及范围。
3 二轴数控转台的研制过程
3.1 夹具总体研制方案的制定
目前, 机床数控转台的研究主要包括以下方面:机械结构研究, 驱动元件研究, 控制技术研究, 检测方法研究, 可靠性与稳定性研究。通过市场调研确定数控回转台的主要参数和应用范围, 即装夹工件的种类和尺寸、适用机床及切削力指标等;确定夹具的机械结构和尺寸, 机械结构应有利于夹具的组合拆装, 以实现新的夹具功能;确定旋转自由度的组合方式, 即C、A轴组合形式和A、B轴组合形式, 采用伺服控制方式, 并应能实现与现有数控设备接口, 还可采用独立控制方式。
3.2 夹具机械结构的设计与制造
依据夹具所加工件的类型特点, 研究传动机构和支承方式, 进行设计计算, 确定所承受的切削力及力矩, 选择伺服电机型号、各旋转轴的传动比、轴承型号, 并校核夹具重要零件刚性;进行三维实体建模, 以及运动学和动力学仿真, 具体设计夹具机械结构及尺寸;进行CAD装配图和零件图设计;完成机械加工与装配过程, 保证机械装配及调试精度。
3.3 控制系统功能和控制方式的确定
完成电控箱及控制线路的设计与安装;实现数控机床与夹具的联动调试, 进行空车试验、零件加工、刚度测试和批量生产检验应重点调试和检测起始点定位精度、保证定位误差、重复定位误差指标和系统刚度。
3.4 夹具的改进研究
在转台样品安装调试基础上, 通过整体性能检测, 完成夹具的改进设计和制造批量化, 即在试加工中测量刚度和定位误差等指标, 完成加工产品的精度测量, 进行结构调整和改进;考虑降低成本和适应批量化生产要求, 从夹具结构上和控制方式上实现大规模生产方式;设置夹具的外加防护功能, 防止铁屑和油污侵入, 保证夹具长期工作的可靠性, 增强夹具的控制可靠性和实现产品化的要求。
4 新型二轴数控转台的特点
4.1 组合方式的实用性
将组合夹具的特点与传统的数控回转台结合在一起, 作为柔性化的机械制造装备, 能适应迅速更换产品的需要, 综合考虑其功能的灵活性和所加工零件类型、尺寸的广泛适应性。此次开发新型的为适应数控机床和加工中心的加工要求, 应具有高的精度和刚度, 程序控制的稳定性, 操作的方便性。此次研制的组合式数控回转台按产品级要求, 可适应多种零件加工和多种数控机床, 实现各种球、圆弧曲面等的加工。可以预计, 组合式数控回转台作为一种具有相当柔性的工艺装备, 必将获得比过去更加广泛的应用, 并推动机械制造业的进步。
4.2 复合加工的科学性
目前数控回转台已广泛应用于数控机床和加工中心上, 它的总体发展趋势是:在规格上将向两侧延伸, 即开发小型和大型转台;在性能上将大幅度提高工作台转速、转台的承载能力和柔性组合性能;在形式上继续研制两轴联动或多轴联动回转式的数控平台。大多数金属加工机床的数控进给复合加工运动, 都是以直线轴加上回转轴运动来实现的。为了应对日益增多的复杂零件加工、提高加工精度和效率, 多轴机床和复合机床在此方面进一步创新发展。本次研制产品正是实现了小型化、柔性组合性能, 除实现自身二轴联动基础上, 又向着与原设备联动方向开发。
4.3 传动精度控制的合理性
夹具传动精度是机械加工精度的重要保证, 所以应从机械传动精度、系统刚度和控制精度几方面保证起始定位误差和运动精度要求。为达到消除间隙的目的, 转台消隙方式可采用齿轮副变中心距消隙, 轮副偏心套消隙, 变螺距蜗轮蜗杆机构等。在实际研制中两轴分别采用一级减速机构, 以减少间隙产生的部位:在X轴采用了1:90传动比的可调间隙的变螺距蜗轮蜗杆机构, 以便在使用过程中克服由于机械磨损而产生的间隙变大现象, 可随时调整传动间隙;Y轴则采用了轮副偏心套消隙机构的齿轮传动方式, 选定了1:18的空心减速器, 以便于所加工的细长工件能够通过中空卡爪进行安装, 提高了夹具的应用范围。在传感器定位方面, 转台原点调整采用微动开关, 转台定位前在程序上设定减速以增加定位精度。可设定位撞块与起始位置的角度数值来设置起始原点位置, 以使转盘回归机械原点, 在两轴的旋转方向各采用三开关检测, 即两个限位开关和一个零点检测开关。
5 结语
本次研制工作解决了原有国产转台装备适用性及柔性差、制造成本高、数控接口难于对接等问题, 实现了多功能化、模块化和高精度的设计要求。在研制过程上遵循科学的方法, 并形成完整的研制资料, 十分有利于产品的推广及二次开发。开发多功能、适用性强的二轴数控转台对于传统数控加工的升级改造、三轴数控机床的加工范围提升有着重要意义。在数控转台的功能上实现转轴的适应性转化, 根据加工情况改变轴台的安装面;实现模块化及多功能装夹方式, 用户可通过改变或更换少量部件实现不同的装夹方法;完成适用性更强和成本更低的控制方式, 有利于产品的使用和推广。另外应该看到机械工艺装备、精密外购件和数控产品的研制水平始终是制约我国高精端产品研发的阻碍因素, 只有真正改善研制环境和投资水平才能实现研制的更高级目标。
参考文献
[1]吕超, 刘建华.数控转台的结构形式[J].金属加工, 2013, (13) :18-19.
回转体零件的数控加工及仿真 篇5
此次加工的零件是一个典型的回转体零件,表面的形状由直线和圆弧组成,材料为45钢,热处理后达到HRC38-43,毛坯为150mm×36mm,棒料,零件如图1所示[1],选择华中数控系统的CK6032卧式车床来加工此零件。
1 数控加工工艺性分析[2]
按零件的工艺性要求,对零件的数控加工工艺性进行全面地分析,包括零件图样分析、结构工艺性分析和安装方式的选择等。
1.1 零件的图样分析
该零件是一个典型的轴类零件,功用为支承传动零件传递扭矩或运动,承受载荷,并保证装配在其上的零件具有一定的回转精度。
1.1.1 尺寸标注
此零件(图1示)不是以同一标准标注尺寸,需将局部的分散标注改为同一基准标注。修改过的标注零件图如图2所示。
1.1.2 零件图素
图1所示,最右边的半球形与圆柱面相切,紧接着是螺纹、退刀槽、圆弧。其中,圆弧始端与节点相切,末端与圆柱面的素线相切,紧接着又是一个圆弧,相切的要素也很全面准确,最后是一个圆柱面和倒角,此零件图的几何要素完整且正确。
1.1.3 零件的技术要求
零件的技术要求主要是指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度和热处理等。由图知,尺寸精度、形状精度、位置精度都没给出,而只给出零件的粗糙度技术要求,从右往左,很全面。如图3所示。
1.2 零件的结构工艺性分析[3]
此零件的工艺结构包括为车螺纹而加工的退刀槽,为方便装配而加工的倒角,零件整体由直线和圆弧构成,结构简单合理,利于加工。车削加工是在零件悬伸状态下进行的,采用整体循环的方式,来减小工件的变形。
1.3 零件的安装方式
此次加工的零件是一个典型的回转体零件,毛坯为一棒料,结构小,质量轻,在数控车床上进行加工,因此采用人力直接将毛坯装入三爪卡盘中。
2 数控加工工艺路线设计[4]
工艺路线的拟定包括:选择、加工顺序的安排及与传统工序的衔接等,结合零件的实际情况和现有的生产条件,给出最佳的工艺路线。在此,只对加工方法及工序的划分进行说明。
2.1 加工方法的选择
此回转体零件的表面由诸多基本表面组成,包括同轴线的圆柱面、圆锥面、圆弧面、退刀槽、螺纹。对于没有粗糙度要求的表面,只需要粗车就可以了;对于粗糙度要求为3.2的表面,要经过粗车、半精车;对于表面粗糙度为1.6的表面,需要经过粗车、半精车、精车。退刀槽可以用切槽刀来加工,螺纹可以用螺纹刀来加工。其右边锥弧面部分因圆弧角为R5较小刀具无法从右向左加工,因此选择从左向右由锥面处下刀车出锥弧面。
2.2 工序的划分
按粗精加工和按刀具并用的方法,确定如下加工工序:
工序10车端面;
工序20粗车外轮廓(外轮廓循环);
工序30半精车球面和直径为20mm的圆柱面,精车半球面至R10;
工序40车退刀槽;
工序50半精车R5圆弧及其相邻30圆柱面、精车R5圆弧面;
工序60车锥弧面;
工序70车螺纹;
工序80车倒角,切断;
工序90去毛刺,清理。
3 数控加工工序设计
确定了数控加工工艺路线之后,各道工序的加工内容已基本确定,数控加工工序设计的主要任务是为每一道工序选择夹具、刀具及量具,确定定位夹紧方案、走刀路线与工步顺序、加工余量、切削用量等。下面简单的就刀具和切削用量进行说明。
3.1 刀具的选择与装刀、对刀、换刀[5]
此次加工的是轴类零件,需要车外圆,包括球面、圆柱面、锥面,所以要用到外圆车刀,但是鉴于零件的结构的特殊性,需要用到左偏刀和右偏刀;零件还包括一个退刀槽,所以要用到切槽刀;零件还包括一个外螺纹,所以要用到螺纹车刀。要加工好此零件,总共需要四把车刀,可以在刀库里面选择需要的车刀,表1简单列出了刀具的基本参数[6]。
数控车床在对刀的过程中要注意对刀点与换刀点的确定。对于车削加工,通常将对刀点选择在工件外端面的中心上。本次加工零件的对刀点就设在工件外端面中心上,对刀换刀的位置如图4所示[7]。
3.2 切削用量的确定
切削用量是指切削时各运动参数的数值。包括切削速度、进给量和被吃刀量,称为切削用量三要素。粗加工时应尽快地切除多余的金属,同时还要保证规定的刀具耐用度,对刀具耐用度的影响最大的是切削速度,影响最小的是背吃刀量;精加工时,保证零件的加工精度和表面质量,同时也要考虑到刀具的耐用度和获得较高的生产率。如表2给出了此零件加工的切削参数。
4 编制数控加工工艺规程文件[8]
编写数控加工专用技术文件是数控加工工艺设计的内容之一。这些专用技术文件是数控加工的依据,也是加工程序的具体说明。具体包括数控加工编程任务书、数控机床调整单、数控加工工序卡片、数控加工进给路线图、数控加工刀具卡片、数控加工程序单等等。限于篇幅,这里只给主程序。
主程序
%0001程序名
N1 G90绝对值编程,
G00 X80 Z100回换刀位置;
T0101一号刀,
M03 S500 F150主轴正转,进给量150mm/min
M07切削液开
G00 X38 Z0快进
G01 X0 Z0车端面
G00 X38 Z2快退
5 利用MASTER CAM模拟加工[9,10]
本次模拟加工采用Master CAM 9.0 Lathe模块,零件最终刀具路径见图5。
6 结论
本文以回转体类零件为例,分析其零件特点、设计工艺路线及工序、编制工艺规程文件、数控程序、再进行仿真加工,非常完整的介绍了零件的数控加工工艺过程。为工艺设计人员提供了设计流程,大大提高了设计人员的设计效率,并经仿真加工,提高了零件工艺设计的准确率。
参考文献
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[9]吴长德编著.MasterCAM9.0系统学习与实训[M].北京:机械工业出版社,2003,(8).
数控回转工作台 篇6
"机械零件的加工精度与机床热误差引起的制造误差息息相关，文献[1,2]的研究表明：在精密加工中，热变形所引起的制造误差占总制造误差的50%～70%。主轴系统作为机床的重要组成部件，其热变形误差是机床热误差的主要来源[3,4]。因此，主轴系统热特性的研究与分析是保证机床的制造精度关键所在。
机床工作时，在内外热源的作用下，主轴系统的组成部分形成各自的温度场，各组成部分热膨胀性能不一致会导致空间机械结构发生热变形，引起零件的加工误差。受动力学、静力学、热变形以及轴承和轴颈的加工误差等的影响，数控车床主轴瞬时回转轴线在空间位置是不断变化的。实验结果表明：精密车削的圆度误差约有30%～70%是由主轴的回转误差引起的，且机床的精度越高，所占的比例越大[5]。主轴回转精度反映了车床的动态性能，与车床所能达到的加工精度息息相关。车床加工过程中产生的主轴热变形也对主轴回转精度有较大影响，对其进行检测和补偿控制可提高加工精度[6]。随着高速高精机床的广泛应用，检测精度和效率逐渐提高，检测方法从静态检测迅速向动态、在线检测发展。轴系回转误差的测量已从单向测量转向多点测量，测量精度不断提高[7]。
测量主轴回转热误差时，实际的主轴回转轴心是不可见的，只能通过对装卡在主轴上的标准检棒外部轮廓的测量来间接获取主轴轴心的运动轨迹。这样一来，测量结果不可避免地混入了标准检棒的形状误差和安装误差。对于具有高回转精度的精密主轴，混入的形状误差或安装误差有时甚至会淹没掉微小的主轴回转误差，所以对于高精密车床主轴回转误差的测量，混入的形状误差和安装误差不能忽略，必须采取有效的方法从测量信号中分离并去除由测量系统引入的、影响测量精度的信号分量，从而获得主轴回转精度[8,9]。本文以复向量描述的主轴回转精度理论为基础，运用FFT方法对信号进行分解处理，通过分析剔除对主轴回转精度无影响的成分，提取出主轴回转精度，进而评定机床主轴热变形的回转精度并分析其加工精度。
1 主轴热误差测量原理
主轴系统的热变形包括轴向热窜动和径向热变形。测量轴向热窜动时，只需在主轴悬空端安置一个电涡流传感器进行测量即可。主轴径向热变形是二维变量，应采用双向正交法进行间接测量。测量结果包含了主轴制造和安装的误差、热变形等误差，要准确评估主轴热变形对加工精度的影响，需要从综合误差中将热变形误差分离出来。机床主轴回转精度的测量原理是：主轴电机带动主轴做回转运动时产生的径向跳动，使电涡流传感器与被测件表面间的距离发生变化，通过电涡流传感器和信号转换装置将其转换成模拟电压信号，进行定时采集。主轴回转精度对精加工零件的形状精度和表面粗糙度有很大的影响，是评价机床加工精度的重要指标，可预测机床在理想加工条件下所能达到的最小形状误差和粗糙度，也能用于机床加工补偿。
主轴热变形所引起的径向跳动量如图1所示。Oo为理想回转中心，是由主轴支承部件确定的安装中心；Or为主轴实际回转中心；Om为基准球的几何中心；Rm为基准截面的半径；e为检棒的安装偏心量；θ为检棒回转角。电动机运转一段时间后，主轴支承轴承的热变形会导致主轴系统的回转中心Or在不同的温度场下产生偏移，加之运动过程中主轴的随机跳动，使得电涡流位移传感器与被测圆柱表面间的距离发生实时改变，通过电涡流传感器和信号转换器测量得到包含误差信息的位移变化的电压值。
如图1所示，两个位移传感器检测的位移信号dx和dy分别为
式中，ecosθ、esinθ分别为偏心e在X、Y方向上的投影；rx（α）、ry（α）分别为径向运动误差r（α）在X、Y方向上的投影；Sx（θ）、Sy（θ）分别为检棒相差90°的两对应点的形状误差。
测量过程中，采用形状误差远小于回转误差的高精度检棒为基准。在高精度检棒形状误差可忽略的情况下，dx和dy是圆截面中心的位移在X、Y方向的分量。换言之，由于安装偏心的存在，由dx和dy所确定的是圆截面几何中心的轨迹，而不是回转轴心的轨迹。所以，为了尽量减小偏心对dx、dy的影响，使测量结果更能真实地反映r（α），就必须尽量减小或消除偏心量e。
2 误差运动的数学模型
径向运动误差具有周期性和径向性的特征：周期性是指圆轮廓信号具有以2π为周期变化的性质；径向性指圆形横截面的实际轮廓是一个复杂封闭的曲线轮廓，轮廓上各点的径向尺寸有差异，大小不同。被测元件径向回转运动的傅里叶级数描述为
式中，n为被测圆轮廓谐波分量的最大谐波阶数；S0为被测圆轮廓数据的直流分量，与传感器初始安装位置有关；Ai、Bi分别为沿X轴和Y轴的i阶次谐波分量的幅值。
式（3）的实际意义是，周期性的径向误差运动可分解成许多个做圆周运动的倍频分量。为了得到真正的径向运动误差，应从测量数据中除去被测元件的直流分量和偏心量e。
3 主轴热误差测量
3.1 主轴温度测量
如图2所示，测试对象为FANUC数控车床，分别在主轴电机、前法兰、主轴箱前壁等处布置磁吸式高精度温度传感器，同时采集环境温度的变化。机床在不同转速下空运行，其主轴具体运行情况如表1所示，车床主轴各部件温升曲线如图3所示。各部件温升相异，形成不同的温度场。在室温变化不大的情况下，电机发热温升较快，前法兰亦有较大温升。
3.2 主轴径向误差运动检测
如图4所示，采用双向测量法，即两传感器正交分布安装进行检测。检测试验中，用主轴带动检棒的回转来测试主轴的热误差。沿检棒轴向布置2组非接触式电涡流位移传感器（每组2个，共4个）。每组2个位移传感器沿X、Y坐标轴方向上呈正交分布安装，即图4中的S1、S2、S3、S4。主轴的回转误差信号通过这4个位移传感器采集，MX、MY分别为设置在X、Y方向的高速数据采集装置。电涡流位移传感器分辨力为25nm，数据采集仪的采样频率最高为1MHz。
因测试部位为圆柱孔，不能直接用表检测，故用一根精密检棒插入主轴锥孔内，进行动态测量，如图5所示。
3.3 主轴轴向端面热误差检测
轴向误差是一维误差，故只在检棒端面安装位移传感器进行测量即可。车床主轴的轴向窜动主要影响工件端面的几何形状精度，会产生端面相对于外圆柱面的垂直度误差，但对圆柱工件的外圆轮廓的加工没有影响。主轴的轴向热伸长量随温度场升高而加大，端面跳动量在不同转速、不同温度下呈增加趋势，其相应信号由图4中所示的S5采集。
4 热误差分离及主轴回转精度评定
测量元件的形状误差和安装偏心对主轴回转精度测量结果产生比较大的影响，所以，测量数据中不可避免地混入了形状误差和安装误差，只有有效地分离出形状误差和安装误差，才能对主轴回转精度进行准确评定。径向热变形误差可分解为不同阶次的信号，非接触测量时，测量数据主要由测量检棒的圆度误差信号、截面粗糙度的误差信号和波纹度的误差信号组成，其中，主轴圆度误差属宏观误差，为低频信号；粗糙度误差属微观信号，为高频信号；波纹度误差是介于圆度误差和表面粗糙度之间的中频信号。主轴回转误差中以周期性成分为主，并且主要由1阶、2阶、3阶和4阶的低阶谐波信号组成。因作为基准轴用的试验检棒加工精度高，所以对检棒的圆度误差可忽略不计，且热变形误差分离主要针对径向方向进行处理。
误差分离中，首先应从采集信号S（θ）中除去被测元件的直流分量A0，得到径向运动误差Sn（θ）。Sn（θ）具有周期性和径向性。周期性是指圆周工件轮廓信号的变化是以2π/i为时长、多次重复出现；径向性是指被测件的同一个横截面上的半径在不同位置处各不相同，存在差异性。所以主轴回转时在误差敏感方向上的误差运动可以看成是多个不同倍频的误差信号的叠加。
被测元件敏感方向上的回转运动Sn（θ）的傅里叶级数展开为
i=1时，S1为测量结果中包含的一阶谐波分量，是与主轴同频的圆周运动信息，由被测元件的安装偏心所致，有
其初相位θ1为
i≥2时，Si为每周圈具有i个波峰的内摆线。主轴热误差主要由两部分组成：(1)主轴支承轴承热变形导致回转中心发生的偏移，在信号中反映为直流分量的变化；(2)从测量结果中除去被测元件的偏心量就可获得热变形导致的径向运动误差：
本文误差信号的频谱分析借助于FFT方法，将时域采集到的离散误差信号变为频域信号，以便分析其误差组成。所以，数据处理时，用傅里叶级数分离检棒的安装偏心量e，也可分离出采样数据中的检棒的形状误差，从而提取出主轴回转误差，流程如图6所示。
图7所示为X、Y方向上的原始数据，其中微小的噪声数据为主轴随机跳动所致。图8为两者的频谱分析图，其中，具有最大幅值的频率接近零，对应着传感器的初始安装位置，其一阶分量为检棒的安装偏心量。图9所示为去除直流分量后X、Y方向的误差测量数据，主要由安装偏心和运动误差组成。图10所示为未分离安装偏心e情况下，在不同时刻（主轴分别以240r/min,480r/min,960r/min速度运行结束时）的径向回转误差的变化情况，尽管有温升的变化，但是偏心量基本不变，均在21μm左右。图11所示为直流分量分别在240r/min,480r/min,960r/min结束时的情况，它反映了回转中心随温度的变化而发生了偏移。
表2所示为在不同转速、不同的温度场下，基于圆图像法并采用最小二乘圆方法获得的径向热跳动量变化所产生的主轴系统回转精度。如表2所示，随着主轴系统温度的升高，热变形所引起的径向运动误差相应增大。主轴系统的温度上升愈大，其热变形愈严重。
5 结论
(1）对测量数据进行FFT谐波分析可知，不同转速下的主轴回转偏心量基本保持不变，其一阶频率与主轴回转频率一致。
(2）主轴在轴向和径向均有热变形，因此，适时地控制机床轴系的温升，可以减小机床主轴的热变形，提高其加工精度。
(3）全面分析了机床主轴回转热误差，由研究结果可以看出，车床主轴在热温升的影响下，其回转误差有加速增大的趋势。通过对实验测量数据的分析及回转误差评定研究，可以评测机床热变形对主轴回转误差的影响，获得主轴在不同的温度稳定场下，其加工精度的变化状况，为后续机床热变形补偿提供更加可靠的实验依据。
摘要：针对主轴回转热误差包含的多种误差分量,采用双向正交法测量了不同转速温度场下数控车床主轴热变形所引起的回转误差。以复向量描述主轴回转精度理论为基础,利用FFT误差分离方法,从传感器测得的信号中分离并去除检棒的安装偏心及热变形导致的回转中心的偏移量,从而得到精确的主轴回转热误差信息,进而评定数控机床主轴热变形对加工精度的影响。
关键词：主轴热变形,复向量,误差分离,回转精度评定
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