數控銑加工基礎知識

tags:    時間:2014-03-11 14:32:27
數控銑加工基礎知識簡介
    數控銑加工基礎知識 1.數控銑床的分類 自從工業革命以來,機床工業發生了翻天覆地的變化。大多數人了解的是銑床、車床和鑽床,也就是所說的普通機床,這些設備……
數控銑加工基礎知識正文
    

數控銑加工基礎知識

1.數控銑床的分類

自從工業革命以來,機床工業發生了翻天覆地的變化。大多數人了解的是銑床、車床和鑽床,也就是所說的普通機床,這些設備通過技術工人操作手輪移動刀架使刀具沿正確的方向走刀到零件所加工的位置。普通機床需要通過接受過較長時間的專業培訓並且具有一定操作技能的操作者在具備一定條件的環境下才能加工出高質量的零件。相對來說,普通設備的加工效率較低,成本較高。


今天,數控設備在相當多的領域已經完全或逐漸取代了普通設備,與普通機床不同,數控機床加工零件的過程完全自動地進行,加工過程中人工不能干預。因此,首先必須將所要加工件的全部信息,包括工藝過程、刀具運動軌跡及走刀方向、位移量、工藝參數(主軸轉速、進給量、切削深度)以及輔助動作(換刀、變速、冷卻、夾緊、鬆開)等,按加工順序採用標準或規定的程序指令編寫出正確的數控加工程序,然後輸入到數控設備的控制系統中,隨後控制系統按數控程序的要求控制數控機床對零件進行加工。所謂數控編程,一般指包括零件圖樣分析、工藝分析與設計、圖形數學處理、編寫並輸入程序清單、程序校驗的全部工作過程。數控編程可分為手工編程和自動編程兩種方式。


數控銑床可進行鑽孔、鏜孔、攻螺紋、輪廓銑削、平面銑削、平面型腔銑削及空間三維複雜型面的銑削加工。加工中心、柔性加工單元是在數控銑床的基礎上產生和發展起來的,其主要加工方式也是銑加工方式。


數控銑床可按通用銑床的分類方法分為以下3類:


(1)數控立式銑床


數控立式銑床主軸軸線垂直於水平面,這種銑床占數控銑床的大多數,應用範圍也最廣。目前三坐標數控立式銑床占數控銑床的大多數,一般可進行三軸聯動加工。


(2)卧式數控銑床


卧式數控銑床的主軸軸線平行於水平面。為了擴大加工範圍和擴充功能,卧式數控銑床通常採用增加數控轉檯或萬能數控轉檯的方式來實現四軸和五軸聯動加工。這樣既可以加工工件側面的連續迴轉輪廓,又可以實現在一次裝夾中通過轉檯改變零件的加工位置也就是通常所說的工位,進行多個位置或工作面的加工。


(3)立卧兩用轉換銑床


這類銑床的主軸可以進行轉換,可在同一台數控銑床上進行立式加工和卧式加工,同時具備立、卧式銑床的功能。


2.數控銑床的主要加工對象

(1)平面類零件


平面類零件的特點表現在加工表面既可以平行水平面,又可以垂直於水平面,也可以與水平面的夾角成定角;目前在數控銑床上加工的絕大多數零件屬於平面類零件,平面類零件是數控銑削加工中最簡單的一類零件,一般只需要用三坐標數控銑床的兩軸聯動或三軸聯動即可加工。在加工過程中,加工面與刀具為面接觸,粗、精加工都可採用端銑刀或牛鼻刀。


(2)曲面類零件


曲面類零件的特點是加工表面為空間曲面,在加工過程中,加工面與銑刀始終為點接觸。表面精加工多採用球頭銑刀進行。


3.數控銑床的坐標系

為了描述點在平面和空間中的位置,首先需要定義一個確定方向和相對位置的坐標系,數控機床的坐標系採用右手直角笛卡兒坐標系。它規定直角坐標X、Y、Z三個坐標軸的正方向用右手法則判定,圍繞各坐標軸的旋轉軸A、B、C的正方向用右手螺旋法則判定。數控加工採用的是空間三維坐標系,三維坐標系是在二維即平面坐標系的基礎上增加了一個垂直方向的軸,通常稱之為Z軸,為平行於機床主軸的坐標軸。


(1)建立加工坐標系的步驟


為了在數控設備上加工零件,首先需要確定工件在機床上的位置,因此,必須建立一個與加工零件相關的坐標系,雖然數控設備的優勢在於允許或者機床上、或者工件上、或者夾具上的任何位置都可以作為數控編程的零點而建立坐標系,但最佳的解決方案選擇既簡單又方便定位的位置,這樣操作者通過按控制面板上的幾個按鈕就可以完成建立加工坐標系了。具體操作可以簡單的定義為以下幾個步驟:


① 根據數控編程坐標系或加工坐標系確定零件坐標系的位置和坐標軸的方向。


② 利用零件和夾具上定位面建立加工坐標系。


③ 校正加工坐標系,通過校正加工坐標系,使建立的加工坐標系滿足數控加工的要求。


(2)建立加工坐標系的要素


幾何元素點、線、面對找正和校正加工坐標系非常有用,一個關鍵的因素是可以確定零件和夾具上的特徵位置,進而確定加工坐標系的位置。在實際操作中,零件和夾具上的定位面、定位孔等經常作為找正和校正加工坐標系的主要手段,這主要基於通過簡單的幾何運算就可以將機床坐標系和零件坐標系聯繫起來。以下是建立加工坐標系的三個要素。


① 確定坐標平面:選擇和找正定位面確定工作平面的方向和位置。


② 確定坐標軸方向:平移或旋轉所測量的元素作為方向矢量確定加工坐標系的坐標軸方向,旋轉元素需垂直於已找正的元素。這控制著軸線相對於工作平面的旋轉定位。


③ 確定坐標系原點:作為定義X、Y、Z坐標軸的原點或零點。


4.數控銑床的零點

數控程序的刀位點位置和刀位矢量確定依賴於加工坐標系的位置,所以,在加工零件前必須確定加工坐標系或編程坐標系的準確位置。


在普通設備上加工工件時,操作技師通常使用刀具的刃邊或刃口來確定工件的邊緣位置作為加工的零點,然後用機床刻度盤的刻度值或者數字顯示器顯示的讀數通過簡單的數學運算來確定工作坐標系的零點,所有的位置都以此點作為參考點,這也就是加工坐標系的由來。


數控銑床和普通銑床的工作原理是一樣的:加工前必須確定工件在機床上的位置,或者用刻度盤值或者用位置數字顯示器的數值給零件定位。然後,操作者通過按數控機床控制面板上的按鈕來建立加工坐標系,也就是通常所說的零點。只不過零點的位置確定通過數控設備控制系統內部的運算來完成。


在數控銑床上建立工件的加工坐標系,是為了確定工件在加工坐標系中的準確位置,首先應該了解兩個零點的概念,它們分別是機床坐標系原點和加工坐標系原點。


數控銑床都有一個參考點,也就是通常所說的機床坐標系原點或機床的初始位置,是由機床製造商設置在機床上的一個固定基準位置點,通過限位開關或感測器來建立。作用是使機床與控制系統同步,建立測量機床運動的起始點。從實際意義上講,機床零點是固定不變的,通常在機床的右上方。當機床啟動后,機床必須執行返回到機床零點的固定循環程序即初始化程序,然後將機床參考點和機床原點之間的偏置值自動存儲在機床控制單元MCU(Machine Control Unit)中。

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