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厲害!看針對銑削加工的自適應控制技術!

銑削加工材料硬度達55HRC以上的淬火鋼件, 在使用較快切削速度的情況下,主軸承受的切削負載必然很大。

那麽對於銑削加工, 我們如何來合理選擇切削參數,既可以保證加工效率,同時又避免主軸在過載條件下長時間運行呢?

和上次說到的原理類似, 所有的切削工藝參數最終都可以折算為功率並最終體現在主軸電機的特性曲線上。 這裏將通過對銑削加工中的端銑法說明這壹問題。

端銑是指利用端銑刀銑削工件表面的壹種加工方式。端銑時,由分布在圓柱或圓錐面上的主切削刃擔任切削作用,而端部切削刃為副切削刃,起輔助切削作用。端銑刀具有較多的同時工作的刀刃,可以獲得更佳的加工表面粗糙度。

銑削過程:

計算銑削加工所需功率的計算思路和公式和車削基本壹樣,不過由於切屑生成的基本原理不同,計算過程會略復雜。

首先還需要再引入幾個和刀具相關的參數以便於後續的計算:

1. 首先需要計算刀具的切入角

2. 其次計算出刀具單位時間可切除掉材料的厚度,因為在切削過程中這個厚度是不斷變化的,為了方便起見,我們取切削厚度的中間值。

hm:刀具單位時間可切除掉材料的厚度中間值,單位mm

fz:刀具的每齒進給速度,單位mm/min

K:刀具的主偏角

3. 隨後我們可以來計算單位切削厚度材料所需的切削力,公式和上期講車床的時候壹樣。

4. 下壹步,我們結合切屑的截面積可以計算出刀具承受的總切削力Fc:

這樣我們就得到了對於銑削加工,完成單位體積材料切削所需切削力的公式:

5. 依據每齒進給率fz,刀具的齒數z,和主軸的轉速n,可以計算銑刀的線速度:

6. 最後我們得以計算出切削時所需要的總功率Pc:

我們使用上壹期講過的方式可以計算出軸電機需要提供的功率:

由於銑床的電機和銑床的機械之間采用直連的方式比較多,減速比i=1,所以上面的公式可以化簡成:

相關結論在工程環節的應用:

1. 計算出主軸轉速(n)和其在切削中對應的功率值(Pc)後,就可以結合主軸電機的功率特性曲線判定該數值是否合適了,這個方法和車削過程壹樣,這裏不多贅述,有興趣的讀者可以參照上壹期內容。- 點擊此處可跳轉

2. 由於銑削加工的特點:主軸轉速、進給速度都比較快(這是有別於車削加工的地方),而更高的速度就意味著更高的激振頻率。我們在工程實踐中知道:如果激勵頻率和機械系統的固有頻率相近時會加強機械的受迫振動,最終會導致工件表面出現不規律的條紋,影響表面粗糙度,而這在壹些機械加工行業(例如模具行業)中是要避免的。

所以有些國外的廠家在銑床上結合這個原理進行相關的二次開發時,除了需要考慮上述的功率因素,還需要集合機床的3D模型,利用數控系統中提供的相關功能(例如伺服驅動器優化,加加速度控制等功能)盡量避免伺服電機的工作頻率和機床的固有頻率重合,以保證更好的表面光潔度。

下圖:使用了震動抑制功能後,加工效果明顯改善

帶給客戶的價值:銑削工藝有其自身的特點,操作工在加工時遇到的工藝問題也和車床加工不同,這裏介紹的問題對於操作者以及機床的設計人員,當遇到加工效率,表面光潔度的問題時,除了從切削工藝,電機選型的角度思考之外,還可以基於振動原理背後的力學模型做進壹步分析,為解決問題提供思路。

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