近年來為適應(yīng)廣告等行業(yè)發(fā)展需要，市場上開發(fā)出了一種適用于切割鋁、薄鋼板、塑料紙張、皮革、布料、有機(jī)玻璃、環(huán)氧樹脂、亞克力、毛料、塑料、橡膠等材料中，工作臺呈水平放置(圖1所示)的高速數(shù)控切割機(jī)床。這種高速數(shù)控切割加工中心機(jī)床工作臺較大且是水平設(shè)計的，在切割過程中切屑堆積在工件上，排屑困難，并且散落在地面上，影響環(huán)境衛(wèi)生和產(chǎn)品的質(zhì)量，需人工排屑又增加勞動強(qiáng)度，降低生產(chǎn)效率。本文提出易于排屑的傾斜臺面設(shè)計方案。傳統(tǒng)水平臺面高速切割機(jī)床的特點 傳統(tǒng)高速切割加工中心機(jī)床x,y方向上采用齒輪齒條傳動，z方向上采用滾珠絲杠傳動。 從其近幾年在市場上的應(yīng)用和發(fā)展來看，主要優(yōu)點為:(1)結(jié)構(gòu)簡單，功能廣泛;(2)尤其適合加工薄鋼材、鋁板、有機(jī)玻璃和塑料等板材類零件，應(yīng)用廣泛。 結(jié)合其加工條件，經(jīng)過用戶使用得出其缺點主要表現(xiàn)為: (1)切屑排除困難，一方面切削熱集中在工件表面，不利于工件精度的提高;另一方面切屑積存在工作臺上且工作臺較大，清理困難，清理加工輔助時間較長，勞動強(qiáng)度較大，降低了加工效率，而且加工場地切屑遍地，加工環(huán)境較差。 (2)裝夾工件不方便，薄鋼材、鋁板等水平人工搬運裝夾時易變形。
夾具是產(chǎn)品制造各工藝階段中十分重要的工藝裝備之一，生產(chǎn)中所使用夾具的質(zhì)量、工作效率及夾具使用的可靠性，都對產(chǎn)品的加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率有著決定性的影響。一種優(yōu)秀的夾具結(jié)構(gòu)設(shè)計，往往可以大幅度提高生產(chǎn)效率，并能極大地穩(wěn)定產(chǎn)品的加工質(zhì)量。1、問題的提出 在生產(chǎn)中，遇到一種圓柱凸輪(圖1)需加工，客戶已將凸輪的外圓和內(nèi)孔加工中心完畢，只需加工凸輪槽。凸輪的材料為40Cr鋼，生產(chǎn)數(shù)量50件，且客戶要求的交貨時間短。 加工圓柱凸輪一般采用范成法，即根據(jù)圓柱凸輪和從動件的相互運動關(guān)系，將滾子代以相同形狀和尺寸的刀具，模仿兩者之間實際工作時的相對運動關(guān)系，從而加工出符合設(shè)計要求的圓柱凸輪。用范成法加工凸輪槽需要一個移動軸和一個轉(zhuǎn)動軸的聯(lián)動，可在車削中心上進(jìn)行，但有兩個問題需解決:(1)凸輪的生產(chǎn)數(shù)量為50件，客戶要求的交貨時間短，應(yīng)如何在車削中心上實現(xiàn)快速裝卸工件以保證批量生產(chǎn)的效率呢?(2)現(xiàn)有的車削中心只有I個動力頭，同一時間只能裝1把銑刀，因此不能采用先粗精加工完一個工件，再接著加工下一個工件的方法，而應(yīng)先把工件逐一粗加工完畢后，再逐一進(jìn)行精加工。但這樣會出現(xiàn)二次裝夾的重復(fù)定位問題，應(yīng)怎樣才能保證兩次裝夾加工的起始位置是重合的呢?2、問題的分析 針對以上問題，批量加工凸輪槽不能采用通用加工中心夾具，而應(yīng)設(shè)計專用夾具，以滿足凸輪槽的生產(chǎn)要求。
故障2 故障現(xiàn)象: 一臺西班牙進(jìn)口臥式14000加工中心。機(jī)床在Y軸(垂直軸)將要移動的時候報警25050。查閱西門子報警手冊，25050為輪廓監(jiān)控報警。25050報警實際是數(shù)控系統(tǒng)監(jiān)測到反饋信號同數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的軸移動信號比較超差。經(jīng)過觀察該報警只在Y軸移動時產(chǎn)生，其他軸移動的時候機(jī)床正常。機(jī)床產(chǎn)生報警的時候Y軸驅(qū)動上沒有報警顯示。機(jī)床的各種方式均正常。 故障檢查和處理: 該機(jī)床垂直軸有電磁抱閘保證機(jī)床在失電狀態(tài)下避免下滑引起事故，故首先懷疑電磁抱閘上電沒有動作，電磁抱閘沒打開。電路見圖1。檢查結(jié)果如下: (1)用萬用表測量機(jī)床在關(guān)機(jī)狀態(tài)下Y軸電磁抱閘的電限24 Ω。阻值正常，線路正常。 (2)查看PLC的輸出A72.0在機(jī)床開機(jī)狀態(tài)是1態(tài)，PLC有輸出，狀態(tài)正常。 (3)用萬用表測量機(jī)床開機(jī)狀態(tài)Y軸電磁抱閘的繼電器KA1600輸出(機(jī)床開機(jī)電磁抱閘應(yīng)該得電)，沒有電壓顯示;測量電磁抱閘的供電電源有24V、正常，繼電器有吸合動作。懷疑繼電氣接點有問題，更換繼電器。測量電磁抱閘電壓正常。試車機(jī)床正常，故障排除。
加工中心機(jī)床剎緊可靠性決定了機(jī)械加工時零件的精度以及表面質(zhì)量。我們在試制該型轉(zhuǎn)臺過程中，發(fā)現(xiàn)原有的一套剎緊系統(tǒng)可靠性不高。工作臺面處于剎緊狀態(tài)時，施加相應(yīng)的載荷，于工作臺******外圓處支表讀數(shù)，彈性變形回復(fù)后，殘余位移仍達(dá)到0.04 mm，不符合0.02mm的設(shè)計要求。為此，我們擬增加一套剎緊系統(tǒng)以提高剎緊可靠性。1結(jié)構(gòu)原理 鑒于該型轉(zhuǎn)臺采用的是直驅(qū)電動機(jī)，導(dǎo)致轉(zhuǎn)臺內(nèi)部徑向空間狹小，且用戶限定了軸向高度。在此條件下，我們設(shè)計開發(fā)了結(jié)構(gòu)緊湊的薄壁剎緊環(huán)。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。 其工作原理為薄壁剎緊環(huán)與基體相聯(lián)接(基體固定)，薄壁剎緊環(huán)薄壁處在內(nèi)側(cè)呈圓周分布的液壓力的作用下產(chǎn)生彈性變形川，緊貼在旋轉(zhuǎn)體內(nèi)壁，產(chǎn)生摩擦力，進(jìn)而達(dá)到剎緊旋轉(zhuǎn)體的效果。2重要參數(shù)的分析 該薄壁零件在設(shè)計過程中需要確定幾個重要的參數(shù)，羅列如下。 (1)作用于薄壁處的液壓力F。該值的確定應(yīng)遵循兩個原則:①薄壁在該力的作用下處于完全彈性變形;②保證作用于旋轉(zhuǎn)體內(nèi)壁的力達(dá)到剎緊要求。 (2)薄壁厚度t。該數(shù)值在整個剎緊環(huán)的設(shè)計中處于重要地位，需尋求平衡點。該值如果較小，則薄壁變形效果越好，即剎緊能力越強(qiáng)。但同時，較小的壁厚將會增加機(jī)械加工的難度，應(yīng)力集中、熱形變等因素將會造成壁厚不均勻，影響剎緊能力。而壁厚值過大，將造成變形困難，需提供極大的液壓力F。 (3)薄壁剎緊環(huán)與旋轉(zhuǎn)體之間的間隙。該數(shù)值同樣需尋求平衡點。既不能過大，也不能過小。過大會促使薄壁剎緊環(huán)必須產(chǎn)生大變形量才能起到剎緊作用，這將使薄壁環(huán)處于頻繁的“大變形一大回復(fù)一大變形”的過程中，嚴(yán)重影響其壽命。間隙過小則對薄壁剎緊環(huán)的機(jī)械加工帶來困難，如前所說，薄壁的加工過程中會有變形、應(yīng)力集中，導(dǎo)致在沒有剎緊時，薄壁的高點已經(jīng)與旋轉(zhuǎn)體內(nèi)壁形成摩擦，降低薄壁環(huán)的使用壽命。3結(jié)論與展望 (1)本文建立了薄壁剎緊環(huán)的設(shè)計方法，計算出參數(shù)F、t以及σ的數(shù)值，并順利實施了生產(chǎn)，避免了盲目設(shè)置剎緊環(huán)及周邊結(jié)構(gòu)的參數(shù)，加快了開發(fā)進(jìn)程。到目前為止，該型轉(zhuǎn)臺剎緊系統(tǒng)可靠無故障，運行良好，并實現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)效益。 (2)對于該薄壁剎緊環(huán)加工難度大，控制節(jié)點多的問題，需進(jìn)一步研究，其加工過程中的熱變形量與切削參數(shù)的關(guān)系、應(yīng)力釋放與熱處理的關(guān)系等問題仍依賴于經(jīng)驗值，需實現(xiàn)這些問題的量化研究，形成更好的指導(dǎo)作用。
油壓卡盤可以在極短的時間內(nèi)完成工件夾持，能快速地展開各式加工作業(yè)。因此無論是自動化加工、半自動化加工、傳統(tǒng)加工中心機(jī)床改裝自動化、專用機(jī)組裝等各式應(yīng)用，油壓卡盤皆是客戶的指名******。本人在這里對中實油壓卡盤的裝配及保養(yǎng)維修方法進(jìn)行一次簡要分析。 假如油缸法蘭及連接板的距離A(圖1, 2)已經(jīng)確定，那L的尺寸將可依上表計算。 舉例:若裝配V-206, MH105，且油缸法蘭及連接板的距離A=810mm，那么拉桿的全長L=A-135=675mmo 注意:拉桿“C”部螺紋需配合活塞螺紋尺寸。螺紋C, E部位同心精度要求在0.05mm之內(nèi)。 1.2制作安裝連接板 依據(jù)主軸實際的測量值，用來數(shù)控加工中心連接板的吻合度。 由于連接板的偏差會影響到卡盤的精度.所以連接板端面的偏差必須控制在0.005mm以內(nèi)。假如連接板已經(jīng)安裝上機(jī)器后，再來加工制造結(jié)合面.將會增加精確度。 連接板在卡盤結(jié)合面的部分A值(圖3).要求標(biāo)準(zhǔn)值為A-0.01 mm以內(nèi)。 1.3卡盤的組裝順序 1.3.1將連接管組裝于楔形柱塞 將連接管組裝于楔形柱塞的螺紋內(nèi)，并鎖緊附在楔形柱塞內(nèi)的六角止動螺栓，以防止連接管松動(圖4)。 1.3.2將連接管組裝在油缸上 將拉桿旋入油缸的活塞螺紋內(nèi)，直到拉桿螺紋完全鎖入為止。 1.3.3將油缸組裝于主軸上(油缸法蘭板) 校正油缸是否有偏差及油壓管路是否正常.并將油壓壓力設(shè)定在低壓狀態(tài)(0.4-0.5Mpa,4-5Kg/cm2)作動活塞2-3次后停置于前端，然后關(guān)閉電源。 1.3.4將卡盤與拉桿連接 先將卡盤上的軟爪與防塵蓋拆下，再用裝配扳手插入卡盤中心孔內(nèi)，轉(zhuǎn)動連接管螺栓，將連接管螺絲與卡盤連接在一起上緊。 將連接管螺絲鎖入拉管時，如有不平順的情形，就必須檢查螺紋及中心有沒有傾斜等，要是強(qiáng)力鎖入，可能造成楔形柱塞損壞或影響卡持精度(圖5). 1.3.6使用裝配扳手旋轉(zhuǎn)連接管路螺絲，調(diào)整楔形柱塞的位置。 將拉桿的位置固定在往前的方向，.調(diào)整楔形柱塞的位置與防塵蓋平面距離0.5-1 m m:此時卡盤主爪位于開放的位置。 1.3.7組裝防塵蓋及檢測卡盤偏移 卡盤的外圓及端面偏移必須低于0.02 mm以內(nèi)，完成油壓卡盤裝配。
在機(jī)床導(dǎo)軌設(shè)計過程中，如需要高精度高剛性時.設(shè)計師通常采用V形或平面滑動導(dǎo)軌，但這些導(dǎo)軌的缺點是摩擦力大，為此，常采用較大的電機(jī)和復(fù)雜的伺服控制系統(tǒng)。同時，由于這些導(dǎo)軌中動、靜摩擦系數(shù)相差很大，在運動開始時驅(qū)動力要突然增大，在運動開始后驅(qū)動力要突然下降。車削中心高速化的過程中滑動導(dǎo)軌由于摩擦系數(shù)相對較大，低速運動時容易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，而逐漸被滾動導(dǎo)軌所代替，其中直線滾動導(dǎo)軌得到了廣泛的應(yīng)用，即便是載荷比較高的設(shè)備也廣泛應(yīng)用直線滾柱導(dǎo)軌來提高加工中心機(jī)床的響應(yīng)。應(yīng)用于機(jī)床的直線滾動導(dǎo)軌具備以下特點: ▲高剛性，且在各個方向上剛性相同 ▲摩擦系數(shù)較小，一般為0.001-0.005，具有適度的磨擦 ▲具有高精度，高運動直線性能 ▲壽命長,可靠性高,有良好的耐沖擊性能
使用整體硬質(zhì)合金立銑刀進(jìn)行鈦合金零件仿形銑削的主要問題是會產(chǎn)生極高的軸向切削力，從而導(dǎo)致刀具慢慢脫出。即使最強(qiáng)力的常規(guī)刀柄也不能完全防止這種夾緊力和精度逐漸減弱。 鑒于原料價格昂貴以及前期加工階段耗時頗多(約數(shù)十個小時)，制造商往往只使用保守的切削參數(shù)，這樣就不能充分利用其刀具和機(jī)床的潛力，因此，如何避免刀具從刀柄中脫出就成了一項至關(guān)重要的要求。 帶Lock鎖緊的新型夾緊系統(tǒng)為此提供了解決方案，可用于CoroMillPlura整體硬質(zhì)合金立銑刀，它在刀具柄上刻有螺旋凹槽，在夾盤內(nèi)有配套銷釘起子。銷釘使刀具定位牢固，即使在極端條件下也難以脫出，因為切削力只會將刀具更緊地壓向刀柄。 此刀柄創(chuàng)新的******好處是可將切削深度提高三倍。這顯然極大提高了生產(chǎn)效率，并有可能大幅度縮短加工時間。 而且，與韋爾登解決方案相比，該系統(tǒng)改善了縮合式夾盤典型的跳動精度。這種精度顯著提升了刀具壽命，從而進(jìn)一步節(jié)省成本并提高效率和生產(chǎn)力。 另外，新型夾緊解決方案還具有第三大優(yōu)勢—可增加切削速度，使欽合金加工的穩(wěn)固性和切削參數(shù)更上一層樓。 總結(jié) 拉力較大是欽合金立銑加工中的一個主要問題。創(chuàng)新刀柄技術(shù)避免了刀具脫出，并使提高切削深度、減小跳動，加快切削速度成為了可能。
在精密機(jī)床的設(shè)計中，加工中心機(jī)床產(chǎn)品本身是具有多尺度特征的。對任何一臺精密加工中心機(jī)床，都可以從宏觀尺度、介觀尺度、微觀尺度來區(qū)分機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動部件及控制系統(tǒng)等。在當(dāng)代設(shè)計中，圖中9大區(qū)域每一塊都有很多熱點問題為技術(shù)人員、專家學(xué)者們研究。并隨著基礎(chǔ)理論的應(yīng)用研究、仿真技術(shù)的發(fā)展和各模塊研究的日益成熟，這些正是本文建立機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計的統(tǒng)一表述模型基礎(chǔ)。即通過“部件一系統(tǒng)一集成一應(yīng)用”實現(xiàn)超精密加工中心機(jī)床系統(tǒng)多尺度設(shè)計，形成超精密加工機(jī)床的集成設(shè)計理論體系。 為了達(dá)到最好的集成效果，多尺度集成分析平臺分為機(jī)械結(jié)構(gòu)、驅(qū)動部件和控制系統(tǒng)3個模塊，各模塊之間的數(shù)據(jù)通過集成的方法進(jìn)行傳遞。下面將使用機(jī)械結(jié)構(gòu)模塊介紹多尺度分析方法。機(jī)械結(jié)構(gòu)中的多尺度 1、動力分析模塊 現(xiàn)階段機(jī)床機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計中，為達(dá)到良好的動態(tài)性能，通?？梢圆捎枚喾N微結(jié)構(gòu)，目前應(yīng)用較多的是浮動導(dǎo)軌的氣孔結(jié)構(gòu)。本文使用本實驗室已有機(jī)床與改進(jìn)氣浮導(dǎo)軌微結(jié)構(gòu)機(jī)床進(jìn)行仿真對比來闡述微結(jié)構(gòu)對宏觀性能的影響。機(jī)械結(jié)構(gòu)多尺度模型如圖2所示。2、動力分析流程 如圖3所示，動力分析是以機(jī)床為載體，以外力為激勵，計算剛度和響應(yīng)，并從中取得動態(tài)性能較好的優(yōu)化解。優(yōu)化時可直接使用優(yōu)化軟件。
結(jié)構(gòu)特點:1、高精高剛性結(jié)構(gòu):機(jī)床門型結(jié)構(gòu)與工作臺全支撐。2、首創(chuàng)高剛性方形滑枕專利技術(shù)。3、模塊化設(shè)計:主軸箱高速/高低速/低速功能可選擇。創(chuàng)新點:1、首創(chuàng)GLF小龍門替代C型大型立式加工中心。2、在GLF系列小龍門上的方滑枕，剛性提高1倍以上。3、工作臺100%全支撐動特性優(yōu)良，工作精度提高。應(yīng)用范圍:1、是大型立式加工中心的技術(shù)升級產(chǎn)品。2、適用于模架類等大中型零件高精高效加工。有益效果:1、生產(chǎn)效率比立式加工中心提高30%以上。2、替代進(jìn)口大型立式加工中心。
三坐標(biāo)數(shù)控銑床原為一臺電液伺服的數(shù)控銑床，采用的是FANUC-OMD系統(tǒng)。在我公司的生產(chǎn)任務(wù)中曾經(jīng)發(fā)揮了巨大的作用。隨著使用年限的增加，在使用過程中逐漸暴露出故障率高、加工精度低、維護(hù)保養(yǎng)不方便等問題。特別是該數(shù)控銑床的機(jī)床操作控制面板，在經(jīng)過一段時間的使用后，面板上的按鍵標(biāo)示已經(jīng)被磨損掉，不能正確地判斷其對應(yīng)的功能;同時，有部分按鍵已經(jīng)損壞，不能進(jìn)行功能操作;少數(shù)的按鍵操作也不靈敏，這給操作員工帶來極大的不便。由于原廠家在設(shè)計該控制面板時采用每個按鍵對應(yīng)到數(shù)控系統(tǒng)的PMC一個輸人端口(X地址)，每個指示燈都需要數(shù)控系統(tǒng)的PMC一個輸出端口(Y地址)來驅(qū)動的工作方式，使其懸掛操作站與機(jī)床電氣控制柜之間的連接線較多，且非常復(fù)雜，容易造成人為失誤。同時占用了大量的PMC輸人/輸出端口數(shù)量，使得FANUC系統(tǒng)PMC的端口可用資源大大減少，負(fù)荷變大，降低了數(shù)控系統(tǒng)的利用率和機(jī)床使用的可靠性。 通過查找資料，我們了解到目前國內(nèi)的數(shù)控設(shè)備在機(jī)床操作面板的控制方面絕大多數(shù)采用FANUC系統(tǒng)所配套的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床操作面板，或使用數(shù)控銑床原有的電路結(jié)構(gòu)形式，即點對點，線連線。這樣使機(jī)床操作面板要么成本提高，要么結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高。為此我們決定采用在諸多領(lǐng)域得到極為廣泛應(yīng)用的MCS-51系列中的AT89S52單片機(jī)作為核心，利用單片機(jī)高可靠性、高性價比的特點，通過軟件的編碼處理，完成按鍵與FANUC數(shù)控系統(tǒng)PMC之間的實時通訊，同時PMC輸出相應(yīng)編碼信號送人指示燈處理電路實現(xiàn)機(jī)床操作面板的控制，替代FANUC系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)床操作面板的所有功能，從而完成操作站機(jī)床操作面板的設(shè)計改造。
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