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原标题:数控复合加工机床的发展

浏览次数:87 时间:2020-04-06

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太仓数控机床制造机床设备厂家

工质量好、效率高、成本低历来是机床用户对机床产品的基本要求,同时也是机床产品研发的主要目标和方向。为了在日趋激烈的市场竞争中求得生存并发展,机床的设计与制造者们一直在为此作出不懈的努力。 机床的加工质量问题,主要取决于机床设备的结构刚度,几何精度,运动精度和定位精度,当然还有环境条件的控制与保证。因此,它需要通过研发精密、高精密乃至超精密的加工技术和机床来解决。 生产效率主要是由零件从毛坯到成品的制作周期来衡量。零件的制作周期包含直接用于改变零件材料的性、状所需的时间和非加工时间两大部分组成。为了减少切削加工时间,首先需要提高切削速度和进给速度。为此,人们研发了高速切削技术与机床,而为了缩短非加工时间,人们则要研发更多的技术措施和装备,包括机械自动化、数控柔性化的机床与生产线和现在正处于蓬勃发展的数控复合加工机床等。 加工成本包括直接成本和间接成本。为了降低成本,这里牵涉的问题就很多了,既有技术方面的问题,也有组织管理方面的问题,所以需要进行更为综合的研究来解决。 本文不拟,也不可能讨论上述所有的问题,只想就数控复合加工机床的发展作些简要的介绍并谈点笔者的看法。 组合加工机床的出现和数控复合加工机床的兴起 一般情况下,一个机械零件的生产,从毛坯到成品,中间都要经过采用某些加工艺方法的多工序加工过程。由于不同的工艺方法有着不同的加工原理和特点,不同的加工工序有着不同的加工目的和要求,因此它们各自用着不同的加工设备来实现,故在传统的制造中,一个零件的制造往往就需要有多种、多台不同的的加工设备来完成。这不仅增加了设备的台数和生产厂房的占地面积,从而增加了企业的投入,而且由于生产过程中工件需在工艺和工序设备间等待、转移、检查和重新定位装夹等,既影响加工精度,也增加了不少非加工时间。有专家分析,这部分非加工时间将占到零件生产总周期的70%~95%左右,从而大大地制约了生产效率的提高。 为了提高生产效率,减少非加工时间,人们早就有了尽可能多地把一些加工原理和要求相近或相似的加工工序,乃至不同的工艺过程集中到一台或少数几台设备上来实现。这种一次装夹后对零件进行复合加工的想法,在机械自动化生产过程中出现的组合加工机床和多刀半自动六角车床等,就是其最初的体现。因为组合机床是以一些通用部件为基础,配以根据具体零件的加工要求专门设计的夹具,多轴箱和部分刀具集装而成,它可以对某一特定加工件,如汽车发动机壳体、箱盖或变速箱体等,实现一次装夹完成全部或大部分加工工序,包括铣平面、钻孔、镗孔、铰孔、攻螺纹等;而多刀半自动转塔车床,根据被加工工件的工序要求,在其转塔刀架上装上所需的切削刀具后,也即可实现一次装夹对某一特定的轴或盘、套件进行全部或大部分工序的加工,如车削内、外圆柱面、端面、沟槽、倒角、加工内外螺纹等。因此,组合机床和多刀半自动转塔车床都体现了集中工序进行复合加工的理念,大大地减少了非加工时间,从而显著地提高了生产率。但是,这些机床均属于刚性自动化范畴,当加工对象变换时,设备也必须更换或重新调整配置,所需的时间和资金投入都较大,因此只宜用于单一品种零件的中、大批量生产,而不适合用于多品种零件的单件和小批量生产。 随着数控机床的出现和数控技术的日益发展与性能的提高,大大增强了数控机床的柔性自动化能力,加上机电产品个性化的发展,市场对多品种小批量生产的需求日益增多,从而为数控机床加工复合化的发展提供了广阔的天地。事实上,早在数控机床问世后不久,1958年第一台镗铣类加工中心的出现,复合加工就已成为数控机床的重要技术发展方向之一了,时至今日,已经出现了许多种类的数控复合加工机床,以适应当今市场对多品种小批量零件进行高效低成本生产的需求。 数控复合加工机床的门类及其代表性产品 数控复合加工机床是以现代柔性自动化的数控机床为基础,以组合机床和多刀半自动转塔机床的“集中工序、一次装夹实现多工序复合加工”的理念为指导发展起来的新一类数控机床。当工件在其上一次装夹后,通过对加工所需工具的自动更换,便能自动地按数控程序依次进行同一工艺方法中的多个工序或不同工艺方法中的多种工序的加工,从而减少非加工时间,缩短加工周期,达到提高生产效率的目的。因此,数控复合加工机床从其加工的复合性来分,可分为工序复合型和工艺复合型两大类。前者如一般的镗铣加工中心、车削中心、磨削中心等,在一台机床上只能完成同一工艺方法的多个工序加工;而后者则如车-铣复合中心、车-磨复合中心、车削-激光加工中心等,在一台机床上不仅可以完成同一工艺方法的多个工序,而且可以完成多种不同工艺方法的多个工序。如车-铣复合中心,既可完成车削的多种工序,又能完成铣、钻、镗、攻丝等工艺的多种工序,好似把一台数控车床和一台中小型加工中心复合在一起。 如果从数控复合加工机床的加工对象、机床结构的配置方式和功能特点等特徵来分,数控复合加工机床的门类就很多了。比如按加工对象分,就有面向回转体件加工的、棱柱体件加工的和复杂形体件加工的。这里不拟就门类详加讨论,下面仅对一些常见常用和具有代表性的几种数控复合加工机床作简要介绍。 1. 镗铣加工中心:以普通数控铣、镗床为基础,配以相应的刀库和自动换刀装置等功能部件及控制系统发展而成,如一般3轴联动控制的立式、卧式和龙门式镗铣型加工中心,图1是美国哈斯公司生产的立式加工中心,它以加工棱柱体零件为主要对象,工件在其上一次装夹后,通过机械手按加工程序从刀库上选取并更换主轴上的刀具,便可对工件的水平面进行1-3维铣削加工,如铣平面、铣轮廓、铣型腔曲面,以及钻孔、镗孔、攻丝等加工工序。这是最常见常用、也是最普通的棱柱体加工用的数控复合加工机床,但这种机床的工艺能力有限,如工件的一次装夹只能在垂直于主轴的一个面内进行加工,对箱体件上垂直于此面的其他平面则不能加工,更不能对工件上处于任意空间位置的平面进行加工。与此类似,3轴联动的卧式加工中心虽然可以通过工作台的转位加工箱体件的4个侧面,但却不能加工箱体件的顶面。

来源网络发布时间:2019-07-20 08:06:01

图1 美国哈斯公司生产的立式加工中心

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2. 五面加工和五轴联动加工中心:为了克服普通镗铣加工中心存在的上述工艺局限性,人们在以普通镗铣加工中心为基础,将原来固定指向的主轴头换成可以立、卧自动转换的主轴头和采用可回转分度的工作台,这样的机床就可以在工件一次装夹的条件下,获得5面甚至更多面的加工能力,成为5面乃至多面加工中心。如果将普通镗铣加工中心的主轴换成具有数控单摆或双摆功能的电主轴,或在工作台上配上具有C轴或C和B轴转动功能的数控回转工作台,当然还有相应的5轴联动控制的数控系统,则机床就发展成为五轴联动的加工中心。图2为米克朗公司生产的5轴联动立式加工中心。其三个直线轴分配在主轴头和工作台上,两个回转轴则由回转工作台来完成。

一、我所理解的数控机床的控制原理。数控机床是一种高度自动化的机床,在加工工艺与加工表面形成方法上,与普通机床是基本相同的,两者最根本的不同点在于实现自动化控制的原理与方法上。数控机床是用数字化的信息来实现自动控制的,将与加工零件有关的信息工件与刀具相对运动轨迹的尺寸参数、切削加工的工艺参数及各种辅助操作等,用规定的文字、数字和符号组成的代码,按一定的格式编写成加工程序单,再将加工程序输入到数控装置中,由数控装置经过分析处理后,发出各种与程序相对应的信号和指令控制机床进行自动加工。该数字控制的原理与过程通过上述数控机床的各个组成部分来完成。

图2 米克朗公司的五轴联动立式加工中心

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5面或多面加工中心与普通加工中心的功能区别主要在于:它不仅能在直垂于主轴的平面内完成普通加工中心所能完成的全部加工工序,还能在与该平面相互垂直的其他平面内完成同样的加工任务。而5轴联动加工中心则既具有多面加工中心的全部加工功能和能力,还具有对工件上任意空间位置的表面进行铣、镗、钻的加工的能力。所以它的工艺范围更广,能力更强。 . 车削中心:通常是以普通数控车床为基础,配以一个或多个具有多刀位的转塔刀架发展而成,加工对象主要是轴类和盘套类等回转体零件。由于回转体件中约有一半左右的零件,除主要需车削加工外,还需部分的铣削、钻削和攻丝等加工,因此为了在一台车床上一次装夹便可对回转体件进行全部或大部分的加工,车削中心的转塔刀架上,除了装有车削刀具外,还能装上铣刀、钻头和丝锥等旋转的动力刀具,而且机床主轴具有数控精确分度的C轴功能和C与Z轴或和C与X轴联动的功能。这样一台车削中心不仅可以像普通数控车床那样能对回转体件的内外表面、端面进行车削加工,还可以利用C-Z轴联动功能车螺纹,利用C轴分度功能和刀架的X或Y轴控制以及其上的动力旋转刀具进行偏离回转体件中心线的钻孔和铣削,从而大大地扩展了数控车床复合加工的能力。图3是SPINNER公司车削中心。但是,对于单主轴的车削中心而言,无论其工艺能力如何扩大,也无法解决回转体件一次装夹下的背面二次加工问题,这正是单主轴车削中心存在的不足和开发新型车削中心的原因所在。

铣出圆柱面上有明显铣刀振纹反映该机床插补速度不稳定;铣出的圆度有明显椭圆误差,反映插补运动的两个可控轴系统增益不匹配;在圆形表面上每一可控轴运动换方向的点位上有停刀点痕迹(在连续切削运动中,在某一位置停止进给运动刀具就会在加工表面上形成一小段多切去金属的痕迹)时,反映该轴正反向间隙没有调整好。太仓数控机床制造机床设备厂家太仓数控机床制造机床设备厂家式加工中心和卧式加工中心,是加工中心的常见分类。立式和卧式的基本功能相似,都是以铣削为主。但是两者又存在区别,不少客户朋友在采购时不知如何对比从而进行挑选。太仓数控机床制造机床设备厂家太仓数控机床制造机床设备厂家

图3 Spinner公司的车削中心

二、在实际零件加工中,总结的数控机床的特点。数控机床在机械制造业中午到了日益广泛的应用,其特点如下:

4. 双主轴车削中心:为了克服单主轴车削中心存在的不足,机床的设计制造者采取了在单主轴车削中心的基础上,增添一个与原主轴在轴线上对置的副主轴和一个多刀位的副转塔刀架,使机床成为双主轴双刀架的车削中心。正副两主轴同步同向旋转并都具有C轴控制的功能,副主轴还能沿轴向Z移动,以拾取在正主轴上完成右端加工的零件。副主轴拾取完工件退至适当位置后即由副刀架上的刀具对其左端进行加工。正、副两个刀架分别位于正、副主轴的上、下方,并可分别单独编程工作,因此双主轴、双刀架车削中心就能对回转体件实现一次装夹完成全面加工。

能适应不同零件的自动加工。数控机床是按照被加工零件的数控程序进行自动加工的。当改变加工零件时,只要改变数控程序,不必更换凸轮、靠模、样板或钻模等专用工艺装备。因此,它的生产准备周期短,有利于机械产品的更新换代。

图4 双主轴车削中心

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