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数控加工技术的基础知识

点击次数:   更新时间:17/04/04 13:15:04     来源:www.bigidearegistry.com关闭分    享:

 编程的具体步骤说明如下:  1.分析图样、确定工艺过程  在数控机床上加工零件,工艺人员拿到的原始资料是零件图。根据零件图,可以对零件的形状、尺寸精度、表面粗糙度、工件材料、毛坯种类和热处理状况等进行分析,然后选择机床、刀具,确定定位夹紧装置、加工方法、加工顺序及切削用量的大小。在确定工艺过程中,应充分考虑所用数控机床的指令功能,充分发挥机床的效能,做到加工路线合理、走刀次数少和加工工时短等。此外,还应填写有关的工艺技术文件,如数控加工工序卡片、数控刀具卡片、走刀路线图等。  2.计算刀具轨迹的坐标值  根据零件图的几何尺寸及设定的编程坐标系,计算出刀具中心的运动轨迹,得到全部刀位数据。一般数控系统具有直线插补和圆弧插补的功能,对于形状比较简单的平面形零件(如直线和圆弧组成的零件)的轮廓加工,只需要计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心(或圆弧的半径)、两几何元素的交点或切点的坐标值。如果数控系统无刀具补偿功能,则要计算刀具中心的运动轨迹坐标值。对于形状复杂的零件(如由非圆曲线、曲面组成的零件),需要用直线段(或圆弧段)逼近实际的曲线或曲面,根据所要求的加工精度计算出其节点的坐标值。  3.编写零件加工程序  根据加工路线计算出刀具运动轨迹数据和已确定的工艺参数及辅助动作,编程人员可以按照所用数控系统规定的功能指令及程序段格式,逐段编写出零件的加工程序。编写时应注意:第一,程序书写的规范性,应便于表达和交流;第二,在对所用数控机床的性能与指令充分熟悉的基础上,各指令使用的技巧、程序段编写的技巧。  4.将程序输入数控机床  将加工程序输入数控机床的方式有:光电阅读机、键盘、磁盘、磁带、存储卡、连接上级计算机的DNC接口及网络等。目前常用的方法是通过键盘直接将加工程序输入(MDI方式)到数控机床程序存储器中或通过计算机与数控系统的通讯接口将加工程序传送到数控机床的程序存储器中,由机床操作者根据零件加工需要进行调用。现在一些新型数控机床已经配置大容量存储卡存储加工程序,当作数控机床程序存储器使用,因此数控程序可以事先存入存储卡中。  5.程序校验与首件试切  数控程序必须经过校验和试切才能正式加工。在有图形模拟功能的数控机床上,可以进行图形模拟加工,检查刀具轨迹的正确性,对无此功能的数控机床可进行空运行检验。但这些方法只能检验出刀具运动轨迹是否正确,不能查出对刀误差、由于刀具调整不当或因某些计算误差引起的加工误差及零件的加工精度,所以有必要经过零件加工的首件试切的这一重要步骤。当发现有加工误差或不符合图纸要求时,应分析误差产生的原因,以便修改加工程序或采取刀具尺寸补偿等措施,直到加工出合乎图样要求的零件为止。随着数控加工技术的发展,可采用先进的数控加工仿真方法对数控加工程序进行校核。  数控加工程序指令代码  在数控机床加工程序中,我国和国际上都广泛使用准备功能G指令、辅助功能M指令、进给功能F指令、刀具功能T指令和主轴转速功能S指令等5种指令代码来描述加工工艺过程和数控机床的各种运动特征。  1.准备功能字G。  准备功能字的地址符是G,又称G功能或G指令。它是建立机床或控制数控系统工作方式的一种命令,一般用来规定刀具和工件的相对运动轨迹(即插补功能)、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿和坐标偏置等多种加工操作,以及厂家自定义的多种固定循环指令和宏指令调用等。它由地址符G及其后的两位数字或三位数字组成。一个数控系统的G代码多少可衡量其功能的强弱。  2.主轴转速功能字S   主轴转速功能字的地址符是S,所以又称S功能或S指令。它由主轴转速地址符S及数字组成,数字表示主轴转数,其单位按系统说明书的规定。现在一般数控系统主轴已采用主轴控制单元,能使用直接指定方式,即可用地址符S的后续数字直接指定主轴转数。例如,若要求1200r/min,则编程指令为S1200。  3.进给功能字F   进给功能字的地址符是F,所以又称F功能或F指令。它由进给地址符F及数字组成,数字表示切削时所指定的刀具中心运动的进给速度。这个数字的单位取决于每个系统所采用的进给速度的指定方式。现在一般数控系统都能使用直接指定方式,即可用地址符F的后续数字直接指定进给速度。对于车床系统,可分为每分钟进给和主轴每转进给两种方式表示,一般分别用G94、G95规定;对于铣床系统,一般只用每分钟进给方式表示。  F地址在螺纹切削程序段中还常用来指定螺纹导程。  4.刀具功能T   刀具功能字的地址符是T,所以又称T功能或T指令。它用以指定切削时使用的刀具的刀号及刀具自动补偿时编组号。其自动补偿的内容有:刀具对刀后的刀位偏差、刀具长度及刀具半径补偿。  在编程中,其指令格式因数控系统不同而异,主要格式有以下两种:  (1) 采用T指令编程  由刀具功能地址符T和数字组成。T后面的数字用来指定刀具号和刀具补偿号。  (2) 采用T、D指令编程  使用T功能指令选择刀具号,使用D功能选择相关的刀具偏置量。  5.辅助功能(简称M功能)  辅助功能字的地址符是M,所以又称M功能或M指令。它由辅助功能地址符M和两位数字组成,主要用于表示数控程序停止、主轴启动及顺和逆、主轴停止、换刀、程序结束并返回、冷却液开与关等功能的指令、各种进给操作时的辅助动作及其状态。辅助功能指令也有M00~M99,共计100种,我国JB/T3208-1999标准对M指令的功能进行了定义。  需要说明的是,数控机床的指令在国际上有很多标准,并不完全一致。而随着数控加工技术的发展、不断改进和创新,其系统功能更加强大和使用上会更加方便。在不同数控系统之间,功能指令字也会更加丰富,程序格式上的差异也会一定存在。  数控加工工艺  机械加工工艺过程是指用材料去除方法改变毛坯的形状、尺寸和表面质量,使其成为达到设计要求的过程。数控机床的加工工艺与普通机床的加工工艺有许多相同之处,遵循的原则基本一致。也有许多不同,最大的不同表现在切削刀具轨迹的控制方式上。同时由于数控机床本身自动化程度较高,设备费用较高,因此数控机床加工相应形成了自己的特点:  1.数控加工的工艺内容设计十分具体  在使用通用机床加工时,许多具体的工艺问题,如工艺中各工步的划分与安排,刀具的几何形状,走刀路线及切削用量等,在很大程度上都是由操作工人根据自己的实践经验和习惯自行考虑和决定的,一般无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定。而在数控机床加工时,上述这些具体工艺问题,不仅成为数控工艺设计时必须考虑的内容,而且还必须做出正确的选择并编入加工程序中。  2.数控加工的工艺设计非常严密  数控机床虽然自动化程度较高,但自适应性差。它不能像通用机床加工时可以根据加工过程中出现的问题比较灵活的适时的进行人为的调整。即使现代数控机床在自适应调整方面作出了不少努力与改进,但其自由程度也不大。比如,数控机床加工螺纹孔时,它不知道孔中是否已经挤满了切屑,是否需要退一下刀,或先清理一下切屑再进刀。所以,在数控加工的工艺设计中,必须注意加工过程中的每一个细节,计算和编程时,都要力求正确无误。  3.数控加工的操作程序化相当严格  由于数控加工自动化程度高、可多轴联动,便于工序集中安排。但数控机床价格昂贵,操作技术要求高,所加工的对象也都是一些形状比较复杂、价值也比较高的零件,稍有不慎损坏了零件或损坏了机床、刀具,都会造成较大损失。因此对数控机床加工操作的基本步骤的程序化要求相当严格。从工艺设计→编写程序→校验程序→零件加工的每一步都不能忽视,其中程序校验更是重要的一环。在实际工作中,由于一个小数点或一个符号的差错而酿成重大机床事故和质量事故的例子也屡见不鲜。  4.数控加工机床的合理应用  根据数控加工的特点,正确选择加工方法和加工对象,充分发挥数控机床加工的优点,取得良好的经济效益是我们在进行工艺设计中必须考虑的一个重要问题。数控加工工艺的应用有很大的灵活性,对同一个加工内容,可能有多种工艺方案,必须针对具体问题进行具体分析。一方面,选择加工方法和对象时要考虑到数控机床与系统的性能指标,能够实现加工且能保证加工精度、满足技术质量要求;另一方面,有时还要在基本不改变工件原有性能的前提下,对其形状、尺寸、结构等做一些必要的、适应数控机床加工的修改。  一种零件的加工工艺过程并不是固定不变的,零件加工过程要满足零件图样的技术要求,同时又受到加工批量、设备条件、工艺水平等因素的制约。从生产水平发展和数控加工技术水平提高的角度上来看,数控加工工艺的设计工作也是在不断提高和改进。近年来,随着数控机床加工技术的迅速发展,金属切削加工理论也在不断丰富和完善。例如数控高速加工技术的发展,就使得工艺路线设计理念发生了很大的变化。  近二十年来,随着计算机技术的发展,计算机辅助设计(CAD)与计算机辅助制造(CAM)逐渐走向成熟,受到工业界的高度重视。CAD/CAM集成系统是在产品设计与制造领域引起革命性变革的系统,它的应用是现代制造业中能发挥最大效益的亮点之一。  自动编程的概念  采用计算机代替手工编制数控加工程序的过程称为“计算机自动编程”,也称作计算机辅助编程,简称“自动编程”。它是利用通用计算机和相应前置、后置处理软件,对工件源程序或CAD图形进行处理,以得到加工程序的一种方法。自动编程是计算机技术在机械制造业中的一个主要应用领域。  根据编程信息的输入与计算机对信息的处理方式不同,分为以自动编程语言为基础的自动编程方法和以计算机绘图为基础的自动编程方法。从自动编程的发展历史进程来看,很早就发展了以自动编程语言为基础的自动编程方法,以计算机绘图为基础的自动编程方法则相对发展较晚,这主要是由于计算机图形技术发展相对落后。  1.APT系统  最早出现的是APT系统,使用APT系统,编程人员仍然要从事繁琐的预编程工作。但是由于使用计算机代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算工作,并省去了编写程序清单的工作量,因此可将编制数控程序的效率提高数十倍。为了国际间的交流与使用的需要,ISO组织在APT的基础上制定了ISO4342-85《数控语言》标准,供各成员国参考使用。  2.CAD/CAM集成系统的数控编程  目前CAD/CAM系统集成技术已经很成熟,一体化集成形式的CAD/CAM系统已成为数控加工自动编程的主流,其大大减少了编程出错率,提高了编程效率和编程可靠性。通常对于简单的加工零件可一次调试成功。  自动编程所用的零件图,是由设计者根据使用要求而设计的。在CAD/CAM集成系统中,它可由CAD软件产生,可以采用人机交互方式对零件的几何模型进行绘制、编辑和修改,从而得到零件的几何模型,不需要数控编程者再次进行几何造型。然后对机床和刀具进行定义和选择,确定刀具相对于零件表面的运动方式、切削加工参数,便能生成刀具轨迹。CAD/CAM系统的自动编程还具有加工轨迹的仿真功能,以用于验证走刀轨迹和加工程序的正确性。使用这类软件对加工程序的生成和修改都非常方便,大大提高了编程效率。对于大型的较为复杂的零件的编程时间,大约为APT编程的几分之一,经济效益十分明显。现在的自动编程方法一般是指CAD/CAM系统的自动编程。狭义的CAM就是指这种自动编程。  自动编程技术优于手工编程,这是不容置疑的。但是,并不等于说凡是数控加工编程必选自动编程。数控编程方法的选择,必须考虑被加工零件形状的复杂程度、数值计算的难度和工作量的大小、现有设备条件(计算机、编程系统等)以及时间和费用等诸多因素。一般说来,加工形状简单的零件,例如点位加工或直线切削零件,用手工编程所需的时间和费用与计算机自动编程所需的时间和费用相差不大,这时采用手工编程比较合适。否则,不妨考虑选择自动编程。  3.CAD/CAM集成系统自动编程的主要特点  与手工编程相比,自动编程具有以下主要特点:  (1) 数学处理能力强  对轮廓形状不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件,特别是空间曲面零件,以及几何要素虽不复杂,但程序量很大的零件,计算工作相当繁琐,采用手工编制程序的方法是难以完成的。例如,对一般二次曲线廓形,手工编程必须采取直线或圆弧逼近的方法,算出各节点的坐标值,其中列算式、解方程,虽说能借助计算器进行计算,但工作量之大是难以想象的。而自动编程借助于系统软件强大的数学处理能力,计算机能自动计算出加工该曲线的刀具轨迹,快速而又准确。自动编程系统还能处理手工编程难以胜任的二次曲面和特殊曲面。  (2) 快速、自动生成数控程序  对非圆曲线的轮廓加工,手工编程即使解决了节点坐标的计算,也往往因为节点数过多,程序段很大而使编程工作又慢又容易出错。自动编程的优点之一,就是在完成计算刀具运动轨迹之后,后置处理程序能在极短的时间内自动生成数控加工程序,且该数控加工程序不会出现语法错误。当然自动生成数控加工程序的速度还取决于计算机硬件的档次,档次越高,速度越快。  (3) 后置处理程序灵活多变  由于数控系统的指令形式不尽相同,机床的辅助功能也不一样,伺服系统的特性也有差别。因此,同一个零件在不同的数控机床上加工,数控加工程序也应该是不一样的。但在前置处理过程中,大量的数学处理,轨迹计算却是一致的。这就是说,前置处理可以通用化,只要稍微改变一下后置处理程序,就能自动生成适用于不同数控机床的数控程序来。后置处理相比前置处理,工作量要小得多,程序简单得多,因而它灵活多变。对于不同的数控机床,取用不同的后置处理程序,等于完成了一个新的自动编程系统,极大地扩展了自动编程系统的使用范围。  (4) 程序自检、纠错能力强  复杂零件的数控加工程序往往很长,要一次编程成功,不出一点错误是不现实的。手工编程时,可能出现书写有错误,算式有问题,也可能程序格式出错,靠人工检查一个个的错误是困难的,费时又费力。采用自动编程,程序有错主要是原始数据不正确而导致刀具运动轨迹有误,或刀具与工件干涉,或刀具与机床相撞,等等。自动编程能够通过系统先进的、完善的诊断功能,在计算机屏幕上对数控加工程序进行动态模拟,连续、逼真地显示刀具加工轨迹和零件加工轮廓,发现问题能及时对数控加工程序中产生错误的位置及类型进行修改,快速又方便。现在,往往在前置处理阶段计算出刀具运动轨迹以后立即进行动态模拟检查,确定无误以后再进入后置处理阶段,生成正确的数控加工程序来。  (5) 便于实现与数控系统的通讯  自动编程系统可以利用计算机和数控系统的通讯接口,实现自动编程系统和数控系统间的通讯。自动编程系统生成的数控加工程序,可直接输入数控系统,控制数控机床进行加工。如果数控程序很长,而数控系统的程序存储器容量有限,不足以一次容纳整个数控加工程序,编程系统可以做到边输入,边加工。自动编程系统的通讯功能进一步提高了编程效率,缩短了生产周期。  CAD/CAM集成系统  目前,国内外CAD/CAM集成系统软件种类很多,其软件功能、面向用户的接口方式有所不同,所以编程的具体过程及编程过程中所使用的指令也不尽相同。但从总体上讲,其编程的基本原理及基本步骤大体上是一样的。  20世纪90年代中期以后,CAD/CAM集成系统向集成化(integration)、智能化(intelligence)、网络化(network)、并行化(concurrent)和虚拟化(virtual)方向迅速发展,我国的数控加工编程同时经历了从手工编程到使用CAD/CAM集成系统自动编程的过程。  CAD/CAM集成系统软件是实现数控自动编程必不可少的应用软件,目前,在国内市场上销售比较成熟的这类软件有十几种,既有国外的也由国内自主开发的,这些软件在功能、价格、适用范围等方面有很大差别。下面列举一些典型的CAD/CAM集成系统软件:  (1).UG系统  UG系统是美国UGS(Unigraphics Solutions)公司推出的软件。它最早由美国麦道航空公司研制开发,从二维绘图、数控加工编程、曲面造型等功能发展起来。经过多年发展,该系统本身以复杂曲面造型和数控加工功能见长,还具有管理复杂产品装配,进行多种设计方案的对比分析和优化等功能。其庞大的模块群为企业提供了从产品设计、产品分析、加工装配、检验,到过程管理、虚拟运作等全系列的技术支持。目前,该软件在国际CAD/CAM/CAE市场上占有较大的份额,是目前市场上数控加工编程能力最强的CAD/CAM集成系统之一。  (2).Pro/Engineer 系统  Pro/Engineer是美国PTC公司研制和开发的软件,它开创了三维CAD/CAM参数化的先河。该软件具有基于特征、全参数、全相关和单一数据库的特点,可用于设计和加工复杂零件。另外,它还具有零件装配、机构仿真、有限元分析、逆向工程、同步工程等功能。Pro/Engineer广泛应用于模具、工业设计、汽车、航天、玩具等行业,并在国际CAD/CAM/CAE市场上占有较大的份额。  (3).CATIA系统  CATIA系统是IBM公司推出的产品,是最早实现曲面造型的软件,它开创了三维设计的新时代。它的出现,首次实现了计算机完整描述产品零件的主要信息,使CAM技术的开发有了现实的基础。目前,CATIA系统已发展成从产品设计、产品分析、加工、装配和检验,到过程管理、虚拟运作等众多功能的大型CAD/CAM/CAE软件。该系统主要编程功能与APT-IV/SS相同,并在很多方面突破了APT-IV/SS的限制,有了较大的改进。  (4).CIMATRON 系统  CIMATRON系统是以色列Cimatron公司提供的CAD/CAM软件,是较早在微机平台上实现三维CAD/CAM的全功能系统。它具有三维造型、生成工程图、数控加工等功能,具有各种通用和专用的数据接口及产品数据管理(PDM)功能。该软件较早在我国得到全面汉化,已积累了一定的应用经验。  (5).MasterCAM   MasterCAM是由美国CNC software公司推出的基于PC平台上的CAD/CAM软件,它具有很强的加工功能,尤其在对复杂曲面自动生成加工代码方面,具有独到的优势。由于MasterCAM主要针对数控加工,零件设计造型功能不强,但对计算机硬件的要求不高,且操作灵活、易学易用、价格较低,受到中小企业的欢迎。  (6).CAXA制造工程师  CAXA制造工程师是由我国北航海尔软件有限公司自主研制开发的基于微机平台,面向机械制造业的全中文三维CAD/CAM软件。它采用原创Windows菜单和交互方式,全中文界面,便于轻松地学习和操作。它即具有线框造型、曲面造型和实体造型的设计功能,较强的三维曲面拟合能力,又具有生成2~5轴的加工代码的数控加工功能,可用于加工具有复杂三维曲面的零件。其特点是易学易用,价格较低,已在国内众多企业和大专院校得到广泛的应用。  CAD/CAM技术是科技领域中的前沿课题之一,也是当今的尖端技术――集成化制造系统核心技术的基础。它具有高智能、高效益、知识密集、更新速度快、综合性强等特点。近几年来,上述CAD/CAM系统的版本升级速度非常快,CAD/CAM技术的发展和应用水平已成为衡量一个国家科技和工业现代水平的重要标志之一。  1931年德国物理学家萨罗蒙最早提出了高速切削的理论。该理论提出:在常规切削速度范围内,切削温度随着切削速度的提高而升高,但切削速度提高到一定值后,切削温度不但不会升高反而会降低,且该切削速度与工件材料的种类有关。对于每一种工件材料都存在一个速度范围,在该速度范围内,由于切削温度过高,刀具材料无法承受,切削加工不可能进行,要是能越过这个速度范围,高速切削将成为可能,从而大幅度地提高生产效率。  高速切削加工技术  自20世纪60年代起,人们对高速加工的机理研究和应用方面做了许多探索。高速切削加工技术历经了理论探索、应用探索、初步应用和较成熟应用等四个阶段。近几年随着高强度、高熔点、高耐磨性刀具材料的推出和超高速电主轴的成功应用,为高速切削加工技术的推广创造了条件。它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征,在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得越来越广泛的使用,并以取得了重大的技术经济效益。有资料统计,高速切削加工与常规切削加工相比:加工时间可减少约60%,切削速度是常规切削速度的5~10倍,材料去除率提高3~5倍,刀具耐用度提高70%。  目前高速切削加工技术逐步在制造业推广应用,但要给高速切削下一个确切的定义还比较困难,高速切削加工的切削速度范围较难给出。高速切削加工是一个相对的概念,它与加工材料、加工方式、刀具、切削参数等有很大的关系。  高速切削加工的优势  高速切削加工之所以得到制造业越来越广泛的应用,是因为它相对于传统加工方式具有显著的优越性,具体说来有以下特点:  1.提高生产率  高速切削加工中主轴转速和进给速度的提高,可以提高材料的去除率。与传统加工技术相比,高速切削加工主轴转速高,切削进给速度高,切削量小,但在单位时间内的材料切除量却增加了数倍。同时,高速切削加工可加工淬硬零件,许多零件一次装夹可完成粗、半精和精加工等全部工序,对复杂型面加工也可以直接达到零件表面质量要求,进而大大提高加工生产率。  2.改善加工精度和表面质量  高速切削加工的精度很高。高速切削加工机床必须具备高刚性和高精度等性能,同时由于切削力低,工件热变形小,切削深度小,而进给速度较快,加工表面粗糙度很小,切削铝合金时可达Ra0.4~0.6,切削钢件时可达Ra0.2~0.4。  3.减少切削产生的热量  在高速切削加工中,切削过程产生的热量大部分被切屑带走,而不是传到工件中去,因此,工件温升低,热变形、热膨胀小,可以有效的减少工件的热变形。  4.减小切削力  由于高速切削采用较浅的切削深度和较窄的切削宽度,因此与常规切削相比切削力可至少减小30%以上。这对于加工刚性较差的零件来说可减少加工变形,使一些薄壁类精细零件的切削加工成为可能。  5.部分代替某些工艺  常规切削加工不能加工淬火后的材料,淬火变形必须进行人工修整或通过放电加工解决。高速切削加工则可以直接加工淬火后的材料,在很多情况下可完全省去电火花加工、手工磨削等工序,消除了放电加工所带来的表面硬化问题,减少或免除了人工光整加工,缩短工艺路线。  高速切削加工实现的要求  高速切削加工主要由两个特点:一是主轴转速较高,一般情况下主轴转速在10 000~60 000 r/min;二是高速进给,进给速度一般在每分钟几米甚至几十米以上。由于进给速度很大,机床主轴的惯性就成为高速加工时最不能忽视的要素,在机床和控制系统的选配过程中都要予以充分的考虑,否则,使用不当不仅会缩短设备的使用寿命,而且会影响加工质量。因此,高速切削加工技术对机床、刀具、控制系统、编程、工艺流程、设计系统等都提出了更高的要求,所以不能沿用老一套数控加工的思路。  1.高速加工对机床的要求  由于高速加工的特点,高速加工机床必须满足以下几个条件:首先,机床的功率必须足够大,以满足在加工时对机床功率速度变化的需求;其次,是必须配给结构紧凑的高速主轴,高速进给丝杠;再次,机床必须配备实心的台架、刚性的龙门框架且基体材料应对机床的结构振动衰减作用较大,这种结构对机床的结构振动衰减作用可有效消除加工中的振动,提高机床的稳定性;最后,是对伺服电机的要求,采用直接驱动的线性马达可提高加工质量并极大简化了结构,而且很容易达到高的线速度且能提供恒定的速率,使速度的变化不超过0.01%,从而使工件获得最佳的表面质量和更长的刀具寿命。  2.高速加工对数控系统的要求  对于高速切削加工的数控系统,必须有高速、高精度的插补系统、快速响应数控系统和高精度的伺服系统;必须具备程序预读、转角自动减速、优化插补、可适用于通用计算机平台等功能。  3.高速加工对主轴的要求  由于主轴的转速较高,为减少主轴的轴向窜动和径向圆跳动,对主轴的结构和轴承提出了较高的要求,整体制造法可以极大的减少主轴在高速回转时产生的误差。通过选用高精度的轴承,可有效提高主轴的动平衡性,从而减少工件的加工误差。近年来,超高速电主轴制造技术的突破,对高速切削加工的应用起到了重要的作用。  4.高速加工对刀具的要求  高速切削加工中刀具的选择非常重要,选择刀具主要从两个方面考虑,一是高速旋转状态下的刀具动平衡状态,另一个是如何确保刀具的寿命。为保证高速旋转状态下刀具能够绕轴线稳定旋转,目前采用两种办法:一是采用带有动平衡装置的刀具,此类刀具在刀套里面安装了机械滑块或采用流体动平衡设计;另一种就是采用整体刀具,刀套与刀体合为一体,以确保刀体与刀套安装过程中间隙最小。从整体使用性能来看,整体刀具在这一方面是最理想的。但是,由于刀套与刀体是一体的,一旦刀体报废,刀套也就一起报废了,因此费用较高。  高速加工对刀具的总体要求是平衡、材料先进、制造精度高、安全、易排屑和多用途。  5.高速加工对切削参数的要求  高速切削加工中,在主轴转速一定的情况下,首先要注意对切削深度的控制,包括刀具的轴向切削深度和刀具的径向切削深度。切削深度的控制对于能否加工出一个合格零件以及延长刀具的使用寿命起到非常关键的作用,因此应保持稳定的切深和比较小波动范围的切宽。一般情况下,高速加工的切削参数宜采用更高的切削速度,精加工时更少的加工余量,更密的刀位轨迹及更小的切深,以求得到高精度和降低零件表面的粗糙度值。  6.高速加工对加工编程的要求  为了避免高速加工过程中机床惯性的影响,理论上只要在切削过程中不改变进给方向就可以了,但是实际上这是不可能实现的,改变进给方向不可避免的经常使用,这就给编写加工程序出了一个难题。因此,需要选择合适的走刀方法来解决这一问题,以生成安全、有效和精确的刀具路径和理想的曲面精度。一般是尽量在空走刀的时候换向,在改变进给方向之前降低进给速度。另外,只要有可能尽量保持切削条件的恒定性也是非常重要的。因为,不同刀具载荷能够引起刀具产生偏差,这会降低工件精度,曲面精度和刀具寿命。  7.高速加工对CAM软件的要求  在高速加工中,加工程序的编制往往需要借助于CAM软件来实现的。高速加工的一些理念也许容易被人们接受,但是如何在CAM软件环境下,把这些理念落实到编程过程中,不仅需要掌握CAM软件常用的功能,同时需要注意软件中的一些特殊参数的设置。当前流行的很多CAM软件并不是专门为高速切削加工定制的,在实现某些工艺要求时,需要了解所用的CAM软件的功能。一般认为,CAM系统除应当具有对高速切削加工过程的分析功能外,还应有自动特征识别功能、具有很高的计算编程速度、能够对刀具干涉进行检验、具有进给速率优化处理功能、具有符合加工要求的丰富的加工策略、应能保持刀具轨迹的平稳、具有自动识别粗加工剩余材料的功能和具有高速、精确的模拟加工等功能。  高速切削加工工艺规划  安全、高效和高质量是高速切削的主要目标。高速加工按目的分为两种情况:以实现单位时间最大去除量为目的的高速加工和以实现单位时间最大加工表面为目的的高速加工。前者用于粗加工,后者用于精加工。以铣削加工为例,对于一个高速铣削加工任务来说,要把粗加工、半精加工和精加工作为一个整体考虑,设计出一个合理的加工方案。从总体上达到高效率和高质量的要求,充分发挥高速铣削的优势,这就是高速铣削工艺设计的原则。  1.粗加工  粗加工的目标是追求单位时间的最大切除量,表面质量和轮廓精度要求不高,重要的是让机床平稳的工作,避免切削方向和载荷急剧变化。  为了防止切削时速度矢量方向的突然改变,在刀具轨迹拐角处需要增加圆弧过渡,避免出现尖锐拐角。所有进刀、退刀、步距和非切削运动的过渡也都尽可能圆滑。如在平面铣削时,可采用螺旋或倾斜方式的垂直进退刀运动、圆弧方式的水平进退刀运动;而在曲面轮廓铣削中,使用切圆弧的进退刀运动等。  2.半精加工  半精加工的目的是把前道工序加工后的残留加工面变得平滑,同时去除拐角处的多余材料,在工件加工表面上留下一层比较均匀的余量,为精加工的高速切削做准备。半精加工应沿着粗加工后的棱状轮廓进行铣削,以便使切入过程稳定,并减少切削力波动对刀具的不利影响。另外,半精加工时刀具的切削应尽量连续,避免频繁的进退刀。  3.精加工  精加工的目的是按照零件的设计要求,达到较好的表面质量和轮廓精度。精加工的刀位轨迹紧贴零件表面,要求平稳、圆滑,没有剧烈的方向改变。同时,精加工中需要对工艺参数进行优化。  高速切削加工是当今制造业中一项快速发展的技术,高速切削加工正成为一种新的切削加工理念,被认为是21世纪机械加工工艺中最重要的手段。高速切削加工虽然具备很多优点,但其加工成本较高的缺点也是显而易见的。为了降低成本,就需要对工件的整个加工流程进行合理的安排。在高速切削加工中,机床、夹具、刀具、数控系统及软件等只是必要装备,加工工艺方法及参数设定等因素才是直接影响加工是否成功的重要因素。这些因素需要经验的积累及反复实践和总结,才能真正发挥出高速切削加工的优势。

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