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數控銑床操作入門日立機

數控銑床形式多樣,不同類型的數控銑床在組成上雖有所差別,但卻有許多相似之處。下面以XK5040A型數控立式升降臺銑床為例介紹其組成情況。

Ⅺ鋸040A型數控立式升降臺銑床配有Ⅳ四3MA數控系統,采用全數字交流伺服驅動。

該機床由6個主要部分組成.即床身部分,銑頭部分,工作臺部分,橫進給部分,升降臺部分,冷卻、潤滑部分。

(1)床身

床身內部布局合理,具有良好的剛性,底座上設有4個調節螺栓,便於機床進行水平調整,切削液儲液襤設在機床座內部。

(2)銑頭部分

銑頭部分由有級(或無級)變速箱和銑頭兩個部件組成。銑頭主軸支承在高精度軸承上.保證主軸具有高回轉精度和良好的剛性;主軸裝有快速換刀螺母,前端錐采用1$0505錐度;主軸采用機械無級變速,其調節範圍寬,傳動平穩,操作方便。剎車機構能使主軸迅速制動,可節省輔助時間,剎車時通過制動手柄撐開止動環使主軸立即制動。啟動主電動機時,應註意松開主軸制動手柄。銑頭部件還裝有伺服電機、內齒帶輪、滾珠絲杠副及主軸套簡,它們形成垂直方向(z方向)進給傳動鏈,使主軸作垂向直線運動。

(3)工作臺

工作臺與床鞍支承在升降臺較寬的水平導軌上,工作臺的縱向進給是由安裝在工作臺右端的伺服電機驅動的。通過內齒帶輪帶動精密滾珠絲杠剮,從而使工作臺獲得縱向進給。工作臺左端裝有手輪和刻度盤,以便進行手動操作。床鞍的縱橫向導軌面均采用了TuRcllEB貼塑面,從而提高了導軌的耐磨性、運動的平穩性和精度的保持性,消除了低速爬行現象。

(4)升降臺(橫向進路部分)

升降臺前方裝有交流伺服電機.驅動床鞍作橫向進給運動,其傳動原理與工作臺的縱向進給相同。此外.在橫向滾珠絲杠前端還裝有進給手輪,可實現手動進給。升降臺左側裝有鎖緊手柄,軸的前端裝有長手柄,可帶動錐齒輪及升降臺絲桿旋轉,從而獲得升降臺的升降運動。

(5)冷郜與潤滑裝王

①冷卻系統。機床的冷卻系統是由冷卻泵、出水管、回水管、開關及噴嘴等組成,冷卻泵安裝在機床底座的內腔裏,冷卻泵將切削液從底座內儲液池打至出水管,然後經噴嘴噴出,對切削區進行冷卻。

②潤滑系統及方式。潤滑系統是由手動潤捐油泵、分油器、節流閥、油管等組成。機床采用周期潤滑方式,用手動潤滑油泵,通過分油器對主軸套筒、縱橫向導軌及三向滾珠絲桿進行潤滑,以提高機床的使用壽命。

數控銑床機械結構

從數字控制技術特點看.由於效控機床采用了伺服電機,應用數字技術實現了對機床執行部件工作順序和運動位移的直接控制,傳統機床的變速箱結構被取消或部分取消了,因而機械結構也大大簡化了。數字控制還要求機械系統有較高的傳動剛度和無傳動間隙,以確保控制指令的執行和控制品質的實現。同時.由於計算機水平和控制能力的不斷提高,同壹臺機床上允許更多功能部件同時執行所需要的各種輔助功能已成為可能,因而數控機床的機械結掏比傳統機床具有更高的集成化功能要求。

從制造技術發展的要求看,隨著新材料和新工藝的出現,以及市場競爭對低成本的要求,金屬切削加工正朝著切削速度和精度越來越高、生產效率越來越高和系統越來越可靠的方向發展。這就要求在傳統機床基礎上發展起來的數控機床精度更高.驅動功率更太,機械機構動’靜、熱態剛度更好,工作更可靠,能實現長時同連續運行和盡可能少的停機時間。

典型數控銑床的機械結構主要由基礎件、主傳動系統、進給傳動系統、回轉工作臺及其他機械功能附件等幾部分組成。

基礎件

數控銑床的基礎件通常是指床身、立柱、橫梁、工作臺、底座等結構件,其尺寸較大(俗稱大件),井構成了機床的基本框架。其他部件附著在基礎件上,有的部件還需要沿著基礎件運動。由於基礎件起著支撐和導向的作用,因而對基礎件的本要求是剛度好。

變頻器主要特點

1、夾具

數控機床主要用於加工形狀復雜的零件,但所使用夾具的結構往往並不復雜。數控銑床夾具的選用可首先根據生產零件的批量來確定。對單件、小批量、工作量較大的模具加工來說,壹般可直接在機床工作臺面上通過調整實現定位與夾緊,然後通過加工坐標系的設定來確定零件的位置。

對有壹定批量的零件來說,可選用結構較簡單的夾具。例如,凸輪零件的凸輪曲面時,可采用凸輪夾具。其中,兩個定位銷3、5與定位塊4組成壹面兩銷的六點定位,壓板6與夾緊螺母7實現夾緊。  

2、刀具

數控銑床上所采用的刀具要根據被加工零件的材料、幾何形狀、表面質量要求、熱處理狀態、切削性能及加工余量等,選擇剛性好、耐用度高的刀具。

(1)銑刀類型選擇

根據被加工零件的幾何形狀,選擇刀具的類型有:

1)加工曲面類零件時,為了保證刀具切削刃與加工輪廓在切削點相切,而避免刀刃與工件輪廓發生幹涉,壹般采用球頭刀,粗加工用兩刃銑刀,半精加工和精加工用四刃銑刀。

2)銑大的平面時:為了提高生產效率和提高加工表面粗糙度,壹般采用刀片鑲嵌式盤形銑刀。

3)銑小平面或臺階面時壹般采用通用銑刀。

4)銑鍵槽時,為了保證槽的尺寸精度、壹般用兩刃鍵槽銑刀。

5)孔加工時,可采用鉆頭、鏜刀等孔加工類刀具。

(2)銑刀結構選擇

銑刀壹般由刀片、定位元件、夾緊元件和刀體組成。由於刀片在刀體上有多種定位與夾緊方式,刀片定位元件的結構又有不同類型,因此銑刀的結構形式有多種,分類方法也較多。選用時,主要可根據刀片排列方式。刀片排列方式可分為平裝結構和立裝結構兩大類。

1)平裝結構(刀片徑向排列)

平裝結構銑刀的刀體結構工藝性好,容易加工,並可采用無孔刀片(刀片價格較低,可重磨)。由於需要夾緊元件,刀片的壹部分被覆蓋,容屑空間較小,且在切削力方向上的硬質合金截面較小,故平裝結構的銑刀壹般用於輕型和中量型的銑削加工。

2)立裝結構(刀片切向排列)

立裝結構銑刀的刀片只用壹個螺釘固定在刀槽上,結構簡單,轉位方便。雖然刀具零件較少,但刀體的加工難度較大,壹般需用五坐標加工中心進行加工。由於刀片采用切削力夾緊,夾緊力隨切削力的增大而增大,因此可省去夾緊元件,增大了容屑空間。由於刀片切向安裝,在切削力方向的硬質合金截面較大,因而可進行大切深、大走刀量切削,這種銑刀適用於重型和中量型的銑削加工。

(3)銑刀角度的選擇

銑刀的角度有前角、後角、主偏角、副偏角、刃傾角等。為滿足不同的加工需要,有多種角度組合型式。各種角度中最主要的是主偏角和前角(制造廠的產品樣本中對刀具的主偏角和前角壹般都有明確說明)。

1)主偏角Kr

主偏角為切削刃與切削平面的夾角。銑刀的主偏角有90°、88°、75°、70°、60°、45°等幾種。

主偏角對徑向切削力和切削深度影響很大。徑向切削力的大小直接影響切削功率和刀具的抗振性能。銑刀的主偏角越小,其徑向切削力越小,抗振性也越好,但切削深度也隨之減小。

90°主偏角在銑削帶凸肩的平面時選用,壹般不用於純平面加工。該類刀具通用性好(即可加工臺階面,又可加工平面),在單件、小批量加工中選用。由於該類刀具的徑向切削力等於切削力,進給抗力大,易振動,因而要求機床具有較大功率和足夠的剛性。在加工帶凸肩的平面時,也可選用88°主偏角的銑刀,較之90°主偏角銑刀,其切削性能有壹定改善。

60°~75°主偏角適用於平面銑削的粗加工。由於徑向切削力明顯減小(特別是60°時),其抗振性有較大改善,切削平穩、輕快,在平面加工中應優先選用。75°主偏角銑刀為通用型刀具,適用範圍較廣;60°主偏角銑刀主要用於鏜銑床、加工中心上的粗銑和半精銑加工。

45°主偏角此類銑刀的徑向切削力大幅度減小,約等於軸向切削力,切削載荷分布在較長的切削刃上,具有很好的抗振性,適用於鏜銑床主軸懸伸較長的加工場合。用該類刀具加工平面時,刀片破損率低,耐用度高;在加工鑄鐵件時,工件邊緣不易產生崩刃。

2)前角γ

銑刀的前角可分解為徑向前角γf和軸向前角γp,徑向前角γf主要影響切削功率;軸向前角γp則影響切屑的形成和軸向力的方向,當γp為正值時切屑即飛離加工面。  

  

常用的前角組合形式如下:

雙負前角雙負前角的銑刀通常均采用方形(或長方形)無後角的刀片,刀具切削刃多(壹般為8個),且強度高、抗沖擊性好,適用於鑄鋼、鑄鐵的粗加工。由於切屑收縮比大,需要較大的切削力,因此要求機床具有較大功率和較高剛性。由於軸向前角為負值,切屑不能自動流出,當切削韌性材料時易出現積屑瘤和刀具振動。

凡能采用雙負前角刀具加工時建議優先選用雙負前角銑刀,以便充分利用和節省刀片。當采用雙正前角銑刀產生崩刃(即沖擊載荷大)時,在機床允許的條件下亦應優先選用雙負前角銑刀。

雙正前角雙正前角銑刀采用帶有後角的刀片,這種銑刀楔角小,具有鋒利的切削刃。由於切屑收縮比小,所耗切削功率較小,切屑成螺旋狀排出,不易形成積屑瘤。這種銑刀最宜用於軟材料和不銹鋼、耐熱鋼等材料的切削加工。對於剛性差(如主軸懸伸較長的鏜銑床)、功率小的機床和加工焊接結構件時,也應優先選用雙正前角銑刀。

正負前角(軸向正前角、徑向負前角)這種銑刀綜合了雙正前角和雙負前角銑刀的優點,軸向正前角有利於切屑的形成和排出;徑向負前角可提高刀刃強度,改善抗沖擊性能。此種銑刀切削平穩,排屑順利,金屬切除率高,適用於大余量銑削加工。瓦爾特公司的切向布齒重切削銑刀F2265就是采用軸向正前角、徑向負前角結構的銑刀。

(4)銑刀的齒數(齒距)選擇

銑刀齒數多,可提高生產效率,但受容屑空間、刀齒強度、機床功率及剛性等的限制,不同直徑的銑刀的齒數均有相應規定。為滿足不同用戶的需要,同壹直徑的銑刀壹般有粗齒、中齒、密齒三種類型。

粗齒銑刀適用於普通機床的大余量粗加工和軟材料或切削寬度較大的銑削加工;當機床功率較小時,為使切削穩定,也常選用粗齒銑刀。

中齒銑刀系通用系列,使用範圍廣泛,具有較高的金屬切除率和切削穩定性。

密齒銑刀主要用於鑄鐵、鋁合金和有色金屬的大進給速度切削加工。在專業化生產(如流水線加工)中,為充分利用設備功率和滿足生產節奏要求,也常選用密齒銑刀(此時多為專用非標銑刀)。

為防止工藝系統出現***振,使切削平穩,還有壹種不等分齒距銑刀。如WALTER公司的NOVEX系列銑刀均采用了不等分齒距技術。在鑄鋼、鑄鐵件的大余量粗加工中建議優先選用不等分齒距的銑刀。

銑刀直徑的選擇

銑刀直徑的選用視產品及生產批量的不同差異較大,刀具直徑的選用主要取決於設備的規格和工件的加工尺寸。

1)平面銑刀

選擇平面銑刀直徑時主要需考慮刀具所需功率應在機床功率範圍之內,也可將機床主軸直徑作為選取的依據。平面銑刀直徑可按D=1.5d(d為主軸直徑)選取。在批量生產時,也可按工件切削寬度的1.6倍選擇刀具直徑。

2)立銑刀

立銑刀直徑的選擇主要應考慮工件加工尺寸的要求,並保證刀具所需功率在機床額定功率範圍以內。如系小直徑立銑刀,則應主要考慮機床的最高轉數能否達到刀具的最低切削速度(60m/min)。

3)槽銑刀

槽銑刀的直徑和寬度應根據加工工件尺寸選擇,並保證其切削功率在機床允許的功率範圍之內。

銑刀的最大切削深度

不同系列的可轉位面銑刀有不同的最大切削深度。最大切削深度越大的刀具所用刀片的尺寸越大,價格也越高,因此從節約費用、降低成本的角度考慮,選擇刀具時壹般應按加工的最大余量和刀具的最大切削深度選擇合適的規格。當然,還需要考慮機床的額定功率和剛性應能滿足刀具使用最大切削深度時的需要。

刀片牌號的選擇

合理選擇刀片硬質合金牌號的主要依據是被加工材料的性能和硬質合金的性能。壹般選用銑刀時,可按刀具制造廠提供加工的材料及加工條件,來配備相應牌號的硬質合金刀片。

由於各廠生產的同類用途硬質合金的成份及性能各不相同,硬質合金牌號的表示方法也不同,為方便用戶,國際標準化組織規定,切削加工用硬質合金按其排屑類型和被加工材料分為三大類:P類、M類和K類。根據被加工材料及適用的加工條件,每大類中又分為若幹組,用兩位阿拉伯數字表示,每類中數字越大,其耐磨性越低、韌性越高。P類合金(包括金屬陶瓷)用於加工產生長切屑的金屬材料,如鋼、鑄鋼、可鍛鑄鐵、不銹鋼、耐熱鋼等。其中,組號越大,則可選用越大的進給量和切削深度,而切削速度則應越小。

M類合金用於加工產生長切屑和短切屑的黑色金屬或有色金屬,如鋼、鑄鋼、奧氏體不銹鋼、耐熱鋼、可鍛鑄鐵、合金鑄鐵等。其中,組號越大,則可選用越大的進給量和切削深度,而切削速度則應越小。

K類合金用於加工產生短切屑的黑色金屬、有色金屬及非金屬材料,如鑄鐵、鋁合金、銅合金、塑料、硬膠木等。其中,組號越大,則可選用越大的進給量和切削深度,而切削速度則應越小。

P01P05P10P15P20P25P30P40P50

M10M20M30M40?

K01K10K20K30K40

進給量?

背吃刀量?

切削速度?

P、M、K類合金切削用量的選擇

各廠生產的硬質合金雖然有各自編制的牌號,但都有對應國際標準的分類號,選用十分方便。

數控銑床的選用

尺寸選用

規格較小的升降臺式數控銑床,其工作臺寬度多在400mm以下,它最適宜中小零件的加工和復雜形面的輪廓銑削任務。規格較大的如龍門式銑床,工作臺在500—600mm以上,用來解決大尺寸復雜零件的加工需要。

精度要求選用

我國已制定了數控銑床的精度標準,其中數控立式銑床升降臺銑床已有專業標準。標準規定其直線運動坐標的定位精度為0.04/300mm,重復定位精度為0.025mm,銑圓精0.035mm。實際上,機床出廠精度均有相當的儲備量,比國家標準的允差值大約壓縮20%左右。因此,從精度選擇來看,壹般的數控銑床即可滿足大多數零件的加工需要。對於精度要求比較高的零件,則應考慮選用精密型的數控銑床。

加工特點選擇

對於加工部位是框形平面或不等高的各級臺階,那麽選用點位---直線系統的數控銑床即可。

如果加工部位是曲面輪廓,應根據曲面的幾何形狀決定選擇兩坐標聯動和三坐標聯動的系統。

也可根據零件加工要求,在壹般的數控銑床的基礎上,增加數控分度頭或數控回轉工作臺,這時機床的系統為四坐標的數控系統,可以加工螺旋槽、葉片零件等。

要求選擇

對於大批量的,用戶可采用專用銑床。如果是中小批量而又是經常周期性重復投產的話,那麽采用數控銑床是非常合適的,因為第壹批量中準備好多工夾具、程序等可以存儲起來重復使用。從長遠考慮,自動化程度高的銑床代替普通銑床,減輕勞動者的勞動量提高生產率的趨勢是不可避免的。

編程基礎知識

由於數控銑床配置的數控系統不同,使用的指令在定義和功能上有壹定的差異,但其基本功能和編程方法還是相同的。1.數控銑床的主要功能

1)點位控制功能數控銑床的點位控制主要用於工件的孔加工,如中心鉆定位、鉆孔、擴孔、鍃孔、鉸孔和鏜孔等各種孔加工操作。

2)連續控制功能通過數控銑床的直線插補、圓弧插補或復雜的曲線插補運動,銑削加工工件的平面和曲面。

3)刀具半徑補償功能

如果直接按工件輪廓線編程,在加工工件內輪廓時,實際輪廓線將大了壹個刀具半徑值;在加工工件外輪廓時,實際輪廓線又小了壹個刀具半徑值。使用刀具半徑補償的方法,數控系統自動計算刀具中心軌跡,使刀具中心偏離工件輪廓壹個刀具半徑值,從而加工出符合圖紙要求的輪廓。利用刀具半徑補償的功能,改變刀具半徑補償量,還可以補償刀具磨損量和加工誤差,實現對工件的粗加工和精加工。

4)刀具長度補償功能改變刀具長度的補償量,可以補償刀具換刀後的長度偏差值,還可以改變切削加工的平面位置,控制刀具的軸向定位精度。

5)固定循環加工功能應用固定循環加工指令,可以簡化加工程序,減少編程的工作量。

6)子程序功能如果加工工件形狀相同或相似部分,把其編寫成子程序,由主程序調用,這樣簡化程序結構。引用子程序的功能使加工程序模塊化,按加工過程的工序分成若幹個模塊,分別編寫成子程序,由主程序調用,完成對工件的加工。這種模塊式的程序便於加工調試,優化加工工藝。

7)特殊功能在數控銑床上配置仿形軟件和仿形裝置,用傳感器對實物掃描及采集數據,經過數據處理後自動生成NC程序,進而實現對工件的仿形加工,實現反向加工工程。總之,配置壹定的軟件和硬件之後,能夠擴大數控銑床的使用功能。

2.數控銑床加工範圍

1)平面加工數控機床銑削平面可以分為對工件的水平面(XY)加工,對工件的正平面(XZ)加工和對工件的側平面(YZ)加工。只要使用兩軸半控制的數控銑床就能完成這樣平面的銑削加工。

2)曲面加工如果銑削復雜的曲面則需要使用三軸甚至更多軸聯動的數控銑床。

3.數控銑床的裝備

1)夾具數控銑床的通用夾具主要有平口鉗、磁性吸盤和壓板裝置。對於加工中、大批量或形狀復雜的工件則要設計組合夾具,如果使用氣動和液壓夾具,通過程序控制夾具,實現對工件的自動裝缷,則能進壹步提高工作效率和降低勞動強度。

2)刀具常用的銑削刀具有立銑刀、端面銑刀、成形銑刀和孔加工刀具。

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