CNC電腦雕刻機及其與數控銑床和加工中心的聯合應用策略(一)

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tags: cnc電腦雕刻機    時間:2014-03-12 03:21:04
CNC電腦雕刻機及其與數控銑床和加工中心的聯合應用策略(一)簡介
雕刻加工是飽含著人類高智能和高技能的工匠型勞動,當代雕刻製造技術正經歷著從手工雕刻向CNC雕刻的變革。本文較為詳盡地講述了CNC電腦雕刻機和數控銑、加工……
CNC電腦雕刻機及其與數控銑床和加工中心的聯合應用策略(一)正文

雕刻加工是飽含著人類高智能和高技能的工匠型勞動,當代雕刻製造技術正經歷著從手工雕刻向CNC雕刻的變革。本文較為詳盡地講述了CNC電腦雕刻機和數控銑、加工中心的機器結構、控制系統、應用軟體等方面的關係,並介紹了運用MasterCAM等軟體進行CAM編程,在電腦雕刻機加工模具型芯的工藝。


CNC電腦雕刻機最近幾年在國內有較大的發展,在國外很早就有雕銑機的名詞(CNC Engraving And Milling Machine)。嚴格地講,雕是銑的一部分,傳統的數控銑床、CNC加工中心功率大,加工效率高,機床穩定性較好,但加工銅、鋁等軟質材料時存在著加工表面光潔度低、加工效率不高等缺點,而高速CNC加工中心雖然可以克服以上的缺點,但價格昂貴,一般的廠家難以承受。和傳統的CNC數控設備相比,CNC電腦雕刻機有著轉速高、加工軟質材料效率高、表面光潔度高、性價比高等優點。


一、CNC電腦雕刻機與數控銑、加工中心的對比


1.機械部分


通用機床的機械一般都分為兩個部分:即移動部分和非移動部分,工作台,主軸滑板等為移動部分,床身、底座,立柱等為非移動部分。


(1)數控銑、CNC加工中心


數控銑、CNC加工中心的非移動部分和移動部分剛性都要求非常高,因此能進行重切削。但由於移動部分同樣龐大,犧牲了機床靈活性,對於細小的切削和快速進給就顯得力不從心。


(2)CNC電腦雕銑機


雕銑機的非移動部分剛性要求也要儘可能地好,而移動部分的剛性則要以靈活為前題,要設計得儘可能地輕巧一些,同時保持一定的剛性。如此設計CNC電腦雕刻機就可以進行比較細小的精加工,加工精度較高,對於軟金屬可以進行高速加工,但由於移動部分的剛性較差,所以不可能進行重切削。所以如何從機械結構上解決移動部分重量又輕、剛性又好的矛盾,關鍵在於機械結構上的功夫。這裡可採用以下的方法:


1)設計採用超寬的立柱和橫樑,因為龍門式的結構有極好的對稱性和極佳的剛性,它是高速切削設備的首選結構。與傳統的C型床身結構相比,龍門架形式的床身剛性較高,受力平均,工件只在一個軸向移動,各運動軸及相對慣性低,設計緊湊精密,確保高剛性,高精度及高動態特性。機床的橫樑可採用傾斜30度結構,使主軸鞍座的的重心向後方移動,並且使得橫樑的導軌間距盡量加大,如此大大提高主軸的穩定性和剛性。由於立柱的質量遠遠大於主軸等移動部件的質量,所以為機床的高速運動和主軸的高速運轉及負荷切削提供了堅實的保障。


2)底座採用鑄鐵整體鑄造而成,採用高低筋配合的網狀箱型架構,或直接採用蜂巢的相接的內六角網狀結構,底座必須有一定的重量以增加機床的穩定性,如此高剛性的底座設計可確保對固定工作台和立柱以及鞍座、主軸等移動部件的剛性支持,使機床動態加工的穩定性最好,全行程範圍內完全支撐立柱,使加工產生的變形量最小。


3)對於移動部分有與數控銑顯著的不同之處是加寬了很多導軌與導軌之間的距離,以克服不良力矩的問題。


4)由於機床的剛性主要用於克服移動部分在高速移動時對非移動部分的強大衝擊,所以導軌、絲桿要求粗一些,以及加強連接部分剛性,最後,為了適應高速和負荷切削的雙重要求,X/Y/Z三軸都採用伺服電機加高精度彈性聯軸節連接高精度滾珠絲杠副,所有導軌和絲杠均採用高等級低摩擦係數、高淬硬層的優質產品,既保證了重載下機床的剛性,又保證了高速運動的精度,確保機床在長期連續高速加工狀態下的低磨損和精度保持性,節省用戶的維護保養費用。


5)對於數控銑和CNC加工中心,因為要求輸出低轉速大扭矩,所以一定需要主軸變速箱的減速比來提升扭力,所以轉速低是不可避免的,一般數控銑和CNC加工中心的最高轉速6000r/min,所以不大可能用很小半徑的刀具。但對於CNC雕刻機來說,主軸通常在2~3萬r/min才可工作,迴轉精度一般2μ左右,不然斷刀現象會很嚴重,所以一定要用電主軸或氣動主軸,即電機和主軸是一體的,且主軸的固定板一般都採用合金鋁等輕質材料。對於高速切削設備來講,要求內藏式電主軸,而且在低轉速時也要用一定的扭矩,要有油水冷卻機來保持主軸工作溫度恆定,主軸功率要在7.5~8kW以上,轉速要超過25000r/min。


2.數控部分


數控銑、CNC加工中心對數控系統要求速度一般,主軸轉速0~6000r/min左右。而雕銑機要求高速的數控系統以及極好的伺服電機特性,主軸轉速3000~40000r/min左右。現在的高速數控系統,操作平台一般為Windows、其性能都有很大提高,不僅加工高速、平穩,而且可與國內外各種雕刻機、加工中心兼容使用編程軟體,直接支持MasterCAM等多種CAD/CAM軟體生成的G代碼。數控系統同時具有如下功能:


(1)自動對刀功能:自動尋中心、邊角、深度。精度極高,解決模具找正的難題。


(2)自動/手動加工:支持ISO標準的G指令,也支持通過機床輸入設備,如手持設備等操縱機床,同時內嵌地支持通過計算機輸入設備,如鍵盤、滑鼠完成手動操作。

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