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影響數控加工質量的因素有哪些?

文章出處:宏康機械人氣:-發表時間:2016-08-26 00:00:00【
摘要 : 數控加工作為一種先進的加工方法, 被廣泛地用于航空工業、艦船工業以及電子工業等高精度、復雜零件的加工生產。

數控加工作為一種先進的加工方法, 被廣泛地用于航空工業、艦船工業以及電子工業等高精度、復雜零件的加工生產。在數控加工中,影響數控加工質量的因素很多,即工藝系統中的各組成部分,包括機床、刀具、夾具的制造誤差、安裝誤差以及刀具使用中的磨損等都直接影響工件的加工精度。也就是說,在加工過程中整個工藝系統會產生各種誤差,從而改變刀 具和工件在切削運動過程中的相互位置關系而影響零件的加工精度及質量。 


一、機床的合理選用環節 

數控加工在中國制造業中已經有了較長的使用時間,雖然有嚴格的數控機床操作規范、良好的機床維護保養,但是其本身的精度損失是不可避免的。為了控制產品的加工質量,我們定期對數控設備進行檢測維修,明確每臺設備的加工精度,明確每臺設備的加工任務。對于大批量成批生產的零件加工工廠,應嚴格區分粗、精加工的設備使用,因為粗加工時追求的是高速度、高的去除率、低的加工精度,精加工則相反,要求高的加工精度。而粗加工時對設備的精度損害是最嚴重的,因此我們將使用年限較長、精度 最差的設備定為專用的粗加工設備,新設備和精度好的設備定為精加工設備,做到對現有設備資源的合理搭配、明確分工,將機床對加工質量的影響降到了最低,同時又保護了昂貴的數控設備,延長了設備的壽命。


二、刀柄的合理選用環節 

當我們的機床不可改變時,與機床相關的刀柄、刀具對數控加工質量的影響又變得突出了。在任何旋轉刀具加工系統中,主軸與夾頭(或其組合體)的聯結是刀具加工性能實現的基石。

1.刀柄與機床的聯結 

目前企業常用刀柄與機床的接口主要有BT刀柄和HSK刀柄,。BT刀柄與機床主軸的接口錐柄錐度為7∶24,這種方式的刀柄只適合于低速加工,因BT刀柄與主軸只是錐面配合,當轉速太高時,由于離心力的作用會使錐面配合間隙增大,從而影響數控加工質量。當機床最高轉速達到15000 轉/分時,通常需要采用HSK型刀柄,HSK刀桿為過定位結構,提供與機床標準聯結,在機床拉力作用下,保證刀桿短錐和端面與機床緊密配合。 

2.刀柄與刀具的聯結 

對刀柄另一個重要的技術要求就是刀柄與刀具的聯結方式,包括加工時的夾持力度、徑向跳動精度和平衡質量,刀柄的徑向跳動精度要小于0.003mm。為支持機床的線性傳動,主軸、刀柄和刀具的總重量越小,對獲得優良切削效果 越有利。根據客戶各自的需求,都能夠找到一種完美的刀柄系統,因為不同的系統能夠提供不同的技術特征和優勢。 刀柄對刀桿、刀具的夾緊方式主要有4種刀柄:側固式刀柄、彈性夾緊式刀柄、液壓刀柄和熱脹冷縮刀柄等,。 

側固式刀柄的特點是簡單容易操作、快速方便、安全性極高;彈性夾緊式刀柄的特點是刀具的夾緊或松開是在刀柄材料的彈性形變范圍內實現的,不僅可以提供極高的刀柄回轉精度,而且對刀具使用壽命沒有限制;液壓刀柄特點為采用這一刀具夾緊系統,可使系統徑向跳動誤差精度和重復定位精度控制在3μm以下。由于刀柄內存在有高壓油液壓力,當刀具被夾緊時,內藏的油腔結構及高壓油的存在大大地增加了結構阻尼,可有效防止刀具和機床主軸的振動;熱脹冷縮刀柄的優點是徑向跳動誤差小,精度很高,可達到3μm以下水平,傳動扭矩大,而刀柄的設計相對比較小巧,但其缺陷在于,相比液壓刀柄或應力鎖緊式刀柄來講,其防振性能較差。 


三、刀具的準確選擇和使用環節 

硬質合金刀具應用范圍在企業越來越廣,硬質合金將代替大部分高速鋼刀具,包括鉆頭、立銑刀和絲錐等簡樸通用刀具,使這一類刀具的切削速度有很大的提高,硬質合金將在刀具材料中占主導地位,覆蓋大部分常規的加工領域。粗加工中盡可能采用大直徑的牛鼻刀,使用R2左右的硬質合金刀片,做到粗加工排屑 “多”;半精加工選用高轉速高進給R0.8左右的鑲片立銑刀,做到半精加工走刀“快”;精加工時盡量選用硬質合金刀桿和高精度球頭鏡面刀片,這樣可在保正 加工質量的同時節省選用整體合金刀具的高昂費用。精加工中所用最小刀具的半徑應小于或等于被加工零件上的內輪廓圓角半徑,尤其是在拐角加工時,應選用半徑小于拐角處圓角半徑的刀具,并以圓弧插補的方式進行加工,這樣可以避免采用直線插補而出現過切現象,做到精加工質量“好”。因此,刀具的準確選擇和使用是影響數控加工質量的重要因素。 


四、數控編程環節 

程序是數控機床惟一能夠識別的語言,它向機床發出一條一條加工指令,控制著機床的每一步驟,程序的好壞直接影響到加工的質量和效率。這就需要在全面了解機床性能、加工的每一環節以及必要的相關知識的基礎上, 通過不斷的實踐,提高編程技能,從而達到提高數控加工質量的要求。1.數控編程的步驟 

程序編制是數控加工中的一項重要工作,理想的加工程序應保證加工出符合產品圖樣要求的合格工件,同時應能使數控機床的功能得到合理的應用與充分的發揮,使數控機床安全、可靠、高效地工作,加工出高質量的產品。  

程序定型階段由主管領導審核數控編程刀路,合格后填寫數控加工程序單,繪制加工簡圖。到現場了解程序執行情況,并優化、固化數控加工程序。 

2.數控編程的關鍵問題 

(1)零件數字化模型:一般情況下依據產品設計圖,采用線框建模、特征建模和實體建模等不同方式,建立零件的幾何數字化模型。或者是采用無紙化設計制造技術,零件的幾何數字化模型直接由設計而來。 

(2)加工方案的確定:主要針對產品結構特點、質量要求選擇不同的加工方法,如:曲面加工是選擇投影加工還是放射加工。不同的加工方法對零件的表面質量影響較大。 

(3)加工參數的選擇:加工參數的選擇主要取決于工件材料、刀具形狀和材料、機床性能等因素。加工參數選擇的合理性對零件的表面質量也有較大影響。 

(4) 刀具軌跡的生成:刀具軌跡生成是復雜零件、多軸數控加工中的重要內容,有效的刀具軌跡直接決定了加工的可能性、質量與效率。刀具軌跡的生成首要目標是使所生成的刀具軌跡滿足平穩、光滑、負荷變化小、軌跡連續,切入、切出次數少,無干涉及碰撞等要求。同時,刀具軌跡還需滿足穩定性好、編程效率高和程序量小等條件。 

(5)數控加工仿真:由于零件形狀及加工環境的復雜性,要確保所生成的加工程序不存在任何質量問題十分困難,其中最主要的是加工過程中的過切、機床各部件之間的干涉碰撞等問題。特別對于高速加工,這些問題常常是致命的。因此,在加工前對加工程序進行仿真驗證是十分必要的。數控加工仿真通過軟件模擬加工環境,刀具軌跡與材料切除過程來檢驗程序,具有成本低、效率高且安全可靠等特點,是提高數控編程質量及加工質量的重要手段。 

(6)后置處理:后置處理是數控加工編程中的一項重要內容,其技術內容包括:機床運動學建模與求解、機床坐標運動變換、非線性運動誤差校驗、機床結構誤差補償及數控代碼轉換等。因此,采用正確的后置處理對于保證加工質量、效率與機床可靠運行具有重要作用。

 

五、機床操作者環節 

機床操作者是數控加工的執行人,他們對數控加工質量的控制也是很明顯的。他們在執行加工任務的過程中對機床、刀柄、刀具、加工工藝和切削參數的實時狀態最了解,他們的各項操作對數控加工影響最直接,所以機床操作者的技能和責任心也是提高數控加工質量的重要因素。 

我們知道,雖然機床等硬件設備是很關鍵的,但人才是影響數控加工質量的決定性因素,因為程序設計員和機床操作者的職業道德、技能水平以及崗位責任心決定了各種先進設備能否發揮出多大的效能。所以我們一定要重視人才的培養和引進,為數控加工質量的持續提高打下堅實的基礎。 

通過對數控加工中影響加工質量因素的分析, 為合理有效地提高數控機床的利用率提供了可行的依據。其應用可有效保證數控機床的加工精度及良好的加工效果。


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