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一、高速切削技术和高速切削刀具
目前,切削加工仍是机械制造行业应用广泛的一种加工方法。其中,集高效、高精度和低成本于一身的高速切削加工技术已经成为机械制造领域的新秀和主要加工手段。
“高速切削”的概念首先是由德国的C.S~omom博士提出的,并于1931年4月发表了著名的切削速度与切削温度的理论。该理论的核心是:在常规的切削速度范围内,切削温度随着切削速度的增大而提高,当到达某一速度极限后,切削温度随着切削速度的提高反而降低。此后,高速切削技术的发展经历了以下4个阶段:高速切削的设想与理论探索阶段(193l—l971年),高速切削的应用探索阶段(1972-1978年),高速切削实用阶段(1979--1984年),高速切削成熟阶段(20世纪90年代至今)。高速切削加工与常规的切削加工相比具有以下优点:第一,生产效率提高3~1O倍。第二,切削力降低30%以上,尤其是径向切削分力大幅度减少,特别有利于提高薄壁件、细长件等刚性差的零件的加工精度。第三,切削热95%被切屑带走,特别适合加工容易热变形的零件。第四,高速切削时,机床的激振频率远离工艺系统的固有频率,工作平稳,振动较小,适合加工精密零件。
高速切削刀具是实现高速加工技术的关键。刀具技术是实现高速切削加工的关键技术之一,不合适的刀具会使复杂、昂贵的机床或加工系统形同虚设,完全不起作用。由于高速切削的切削速度快,而高速加工线速度主要受刀具限制,因为在目前机床所能达到的高速范围内,速度越高,刀具的磨损越快。因此,高速切削对刀具材料提出了更高的要求,除了具备普通刀具材料的一些基本性能之外,还应突出要求高速切削刀具具备高的耐热性、抗热冲击性、良好的高温力学性能及高的可靠性。高速切削技术的发展在很大程度上得益于超硬刀具材料的出现及发展。目前常用的高速切削刀具材料有:聚晶金刚石(PCD)、立方氮化硼(CBN)、陶瓷、Ti(C,N)基金属陶瓷、涂层刀具fCVD)~超细晶粒硬质合金等刀具材料。
二、高速切削刀具的发展情况
金刚石刀具材料。金刚石刀具具有硬度高、抗压强度高、导热性及耐磨性好等特性,可在高速切削中获得很高的加工精度和加工效率。金刚石刀具分为天然金刚石和人造金刚石刀具。然而,由于天然金刚石价格昂贵,加工焊接非常困难,除少数特殊用途外,很少作为切削工具应用在工业中。近年来开发了多种化学机理研磨金刚石刀具的方法和保护气钎焊金刚石技术,使天然金刚石刀具的制造过程变得比较简单,因此在超精密镜面切削的高技术应用领域,天然金刚石起到了重要作用。
立方氮化硼刀具材料。立方氮化硼(CBN)是纯人工合成的材料,是20世纪50年代末用制造金刚石相似的方法合成的第二种超材料——CBN微粉。立方氮化硼(CBN)是硬度仅次于金刚石的超硬材料。虽然CBN的硬度低于金刚石,但其氧化温度高达1360℃,且与铁磁类材料具有较低的亲和性。因此,虽然目前CBN还是以烧结体形式进行制备,但仍是适合钢类材料切削,具有高耐磨性的优良刀具材料。CBN具有高硬度、高热稳定性、高化学稳定性等优异性能,因此特别适合加工高硬度、高韧性的难加工金属材料。PCBN刀具是能够满足先进切削要求的主要刀具材料,也是国内外公认的用于硬态切削,高速切削以及干式切削加工的理想刀具材料。PCBN刀具主要用于加工淬硬钢、铸铁、高温合金以及表面喷涂材料等。国外的汽车制造业大量使用PCBN刀具切削铸铁材料。PCBN刀具已为国外主要汽车制造厂家各条生产线上使用的新一代刀具。
陶瓷刀具。与硬质合金相比,陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。因此,加工钢材时,陶瓷刀具的耐用度为硬质合金刀具的10~20倍,其红硬性比硬质合金高2~6倍,且化学稳定性、抗氧化能力等均优于硬质合金。陶瓷刀具材料的强度低、韧性差,制约了它的应用推广,而超微粉技术的发展和纳米复合材料的研究为其发展增添了新的活力。陶瓷刀具是最有发展潜力的高速切削刀具,在生产中有美好的应用前景,目前已引起世界各国的重视。在德国约70%加工铸件的工序是用陶瓷刀具完成的,而日本陶瓷刀具的年消耗量已占刀具总量的8%~l0%。
涂层刀具。涂层材料的发展,已由最初的单一TiN涂层、TiC涂层,经历了TiC-112o3-TiN复合涂层和TiCN、TiA1N等多元复合涂层的发展阶段,现在最新发展了TiN/NbN、TiN/CN,等多元复合薄膜材料,使刀具涂层的性能有了很大提高。硬质涂层材料中,工艺最成熟、应用最广泛的是TiN。(氮)化钛基硬质合金(金属陶瓷)金属陶瓷与由WC构成的硬质合金不同,主要由陶瓷颗粒、TiC和TiN、粘结剂Ni、Co、Mo等构成。金属陶瓷的硬度和红硬性高于硬质合金而低于陶瓷材料,横向断裂强度大于陶瓷材料而小于硬质合金,化学稳定性和抗氧化性好,耐剥离磨损,耐氧化和扩散,具有较低的粘结倾向和较高的刀刃强度。
三、高速切削刀具的具体应用情况
理想的刀具材料应具有较高的硬度和耐磨性,与工件有较小的化学亲和力,高的热传导系数,良好的机械性能和热稳定性能。理想的刀具使得高速硬切削能够作为代替磨削的最后成型工艺,达到工件表面粗糙度、表面完整性和工件精度的加工要求。硬质合金刀具具有良好的抗拉强度和断裂韧性,但由于较低的硬度和较差的高温稳定性,使其在高速硬切削中的应用受到一定限制。但细晶粒和超细晶粒的硬质合金由于晶粒细化后,硬质相尺寸变小,粘结相更均匀地分布在硬质相的周围,提高了硬质合金的硬度与耐磨性,在硬切削中获得较广泛应用。
陶瓷刀具和CBN刀具是在高速硬车削和端面铣削中最常用的刀具。它们所具有的高硬度和良好的高温稳定性,使其能够承受在硬切削过程中高的机械应力和热应力负荷。与陶瓷刀具相比,CBN刀具拥有更高的断裂韧性,因此更适合断续切削加工。为保证工件较高的尺寸精度和形状精度,高的热传导率和低的热膨胀系数也应是刀具材料所应具有的重要性质。因此,具有优良综合性能的CBN刀具是最适合用于高速硬切削的刀具。聚晶金刚石刀具的硬度虽然超过立方氮化硼刀具,但即使在低温下,其对黑色金属中铁的亲和力也很强,易引起化学反应,因此不能用于钢的硬切削。:
一般而言,PCD刀具适合于对铝、镁、铜等有色金属材料及其合金和非金属材料的高速加工;而CBN、陶瓷刀具、涂层硬质合金刀具适合于钢铁等黑色金属的高速加工。故在模具加工中,特别是针对淬硬性模具钢等高硬度钢材的加工,CBN刀具性能最好,其次为陶瓷刀具和涂层硬质合金。
结论
高速切削技术的问世改变了人对传统切削加工的思维和方式,极大提高了加工效率和加工质量。而高速切削与模具加工的结合,改变了传统模具加工的工序流程。高速切削刀具作为高速切削技术的关键,随着技术的不断完善,将为模具制造带来一次全新的技术革新。
参考文献
[1]韩福庆高速切削刀具材料的开发与选择[J]化学工程与装备2008
[2]周纯江叶红朝高速切削刀具相关关键技术的研究[J]机械制造2008
[3]范炳良林朝平基于高速切削刀具锥柄系统的分析与研究[J]机械设计与制造2008
[4]马向阳李长河高速切削刀具材料[J]现代零部件2008
1.1数控加工的概念及其发展
数控加工是指在机床上利用数控技术对零件进行加工的一个过程。数控加工和非数控加工的流程从整体上来说是大致相同的。但在技术上却大相径庭。采取数字信息控制加工零件的数控加工方法是针对零件种类多样、相同型号产量少、结构复杂、精度要求高等现实状况达到高效化和自动化加工的有效方法。数控加工的发展方向是高速和高精度。20世纪50年代,MIT设计了APT。APT具有程序简洁,方法灵活等优势。但也有很多不足之处如对于复杂的几何形状,无法表达几何即视感[1]。为修正APT的不足,1978年,法国达索飞机公司开发了CATIA。这个系统有效的解决了几何形状复杂、难以表达即视感的缺陷。目前,数控编程系统正向高智能化方向发展。
1.2数控加工的内容
数控加工的内容有挑选适宜在数控机床上加工的零件,对数控加工方案进行确定;详细绘制所加工零件的图纸;确定数控加工的详细流程,如具体工作的分工、工作的前后顺序、加工器具的选择与位置确定、与其他加工工作的衔接等;修正数控加工的流程;确定数控加工中的允许误差;指挥数控机床上一些工艺部分工作等。
2数控加工的工艺设计
2.1数控加工的工艺设计特点
采用数控加工的工艺设计具有加工程序简单,解放枯燥工作的劳动力等特点。改进了传统机床工艺的工序繁多,劳动强度大的弱点。如此便使数控加工工艺设计形成了自身的独特的特点。正常来讲,数控加工的内容要比传统机床加工的内容繁多。数控加工的内容非常精确、工艺设计工作十分逻辑明确。数控加工的工作效率非常高。零件在一道工序中能完成多项工作项目。而这些工作如果换成传统工艺则需要多个步骤才能做好[1]。所以,数控加工具有工作效率高的特点。将传统加工工作中的几个步骤在数控加工工艺中浓缩成更少的工作步骤,这让零件加工所需要的专业工具数量大幅下降,零件需要加工的工序和所用时间也节省出很了多,进而大大提高所加工产品的成品率和生产效率。此外,在普通机床加工时,很多具体的工艺问题如加工时各类工序如何分类和顺序如何安排、每道工序所使用工具的形状大小、如何切割、切割多少等,在实际工作中都是靠工作人员根据自己的多年工作经验和习惯慢慢锻炼成的纯熟的技巧来解决的。传统加工的工艺设计正常情况下不需要加工人员在设计工艺流程时做出过多的计划,实际工作做好就可以了。而在数控加工时,每个实际工艺问题必须事无巨细的都考虑到,而且每一个细节都必须在程序编辑时编入完全正确的加工指令,其结果也会是非常精细,这是数控加工最大的特点。
2.2数控加工的工艺设计方法
工艺设计的任务就是明确零件的什么部位需要数控加工,经过什么流程,如何确定这些流程的前后顺序等等。通常在数控加工时确定零件加工的工作步骤有如下几种方法:按所使用的工作器具确定。为了减少切换工作器具次数,节省时间,可以采取将同一种工作器具集中使用的方法来确定工作步骤。在一个工序中使用同一个工作器具的全所有步骤率先集中,统一完成后然后再使用第二种工作器具进行该种工作器具所要加工的所有步骤,以此类推。平面孔系零件一般使用点位、直线操控数控机床来加工,制定加工的工作步骤时,着重于控制加工精度、成品率和加工所需时间。旋转体类零件通常使用数控车床或磨床加工。在车床上加工时,一般加工成品冗余多,使用粗加工方法。数控车床上用到低强度加工器具加工细小凹槽的情况很频繁,因此适于斜向进刀,一般不要崩刃。平面轮廓零件一般使用数控机床加工。方法上应该着重把控切入与切出的方向。使用直线和圆弧插补功能的数控机床在加工不规则零件的曲线轮廓时,一定要用最短的直线段或圆弧段来无限逼近零件轮廓,让零件的误差在合格的基础上加工的直线段或弧段的数量最少为最佳方案[2]。立体轮廓零件:某些形状的零件被加工时,由于零件的形状和表面质量等多方面问题致使零件强度较差。机床的插补方法可以解决这一难题。在加工飞机大梁直纹曲面时,如果加工机床是三轴联动便只能使用效率较低的球头铣刀;如果机床是四轴联动,则可以使用效率比球头铣刀高的圆柱铣刀铣削。
2.3数控加工的工艺设计过程
数控加工的一般过程要经过阅读零件,工艺分析,制定工艺,数控编程,程序传输。数控加工之前应该绘制好零件的加工设计图稿。在数控机床上加工零件时,应该先按照之前绘制好的零件图稿来分析零件的结构、材质、几何形状、大小和精度要求,并采用分析结果作为确定零件数控加工工艺过程的基础。确定数控加工工艺过程,要先详细了解零件数控加工的内容和原则;之后再设计加工过程,挑选机床和加工零件所需的器具,确定零件的加工位置和装夹,确定数控加工中工作的步骤和顺序,确定每个工作步骤中具体的工作器具的使用方法及切割大小;还需要填写数控加工的工艺文件、加工程序及程序校验等。通过实际的操作经验总结,单纯的按照之前设定的数控加工程序来实际操作加工零件依然存在很多缺陷。因为人力工作可能对程序的具体步骤和原理不够明确,对编程人员的本意理解也不是很透彻,通常需要编程人员在零件加工时对加工人员进行现场的指导,这种情况对于零件数量较少的加工状况还能勉强正常工作,但对于时间长、数量大的生产情况,就会生出很多问题。所以,编程人员对数控加工程序比较复杂和不易理解的部分进行适当的补充和说明的作用是不可小觑的,尤其是要针对那些需要长时间和大批量生产零件的数控加工程序特别关键。
2.4数控加工的工艺设计应注意的问题
在数控加工中一定要注意并且预防工作所使用的器具在工作中和零件等出现不必要的摩擦,所以一定要明确的强调工作人员数控加工的工艺设计编程中的加工器具的加工路线,使加工人员在加工前就都清楚明了的知道加工路线[2]。与此同时还应该设置好夹紧零件的位置,如此便可以减少不必要的问题出现。除此之外,对于某些程序问题需要调整程序及加工器具路线和位置时必须事先告知操作人员,以防出现不必要的问题。
3结语
职业教育课程与普通教育课程两者在课程形态上有很大差异,职业教育课程相比普通教育课程具有定向性、适应性、双重性等特点。根据社会需要培养实用人才,是职业教育的根本任务,职业教育课程是为了适应特定区域、特定职业的需要而开发和实施的。当今世界,科学技术日新月异,劳动世界变化莫测,当代的职业教育课程必须及时吸收科技发展的最新成果,才能适应社会的发展需要,这就决定了职业教育课程开发必须是一个不断进行的动态过程。职业教育不是以掌握符号知识为目标的,它是为具体工作做准备的教育,它所培养的学生必须能够有效的完成工作任务,在工作中所依赖的知识大部分是实践知识,理论知识只有转化为实践知识后,才可能被应用到行动中去,职业教育课程是一种以实践知识为主的课程,实践知识学习最为有效的途径是实践过程,因此把工作实践过程设计成学习过程,就成为职业教育课程的内在要求。实施职业教育课程需要大量的实训设施和耗材、设备维修与更新、水电供应和往返实训基地的差旅费,等等。为了教给学生先进的技术知识,就必须购置现代化设备,因此,在职业教育的过程中要找到更多的节约资源的办法,这就需要学校和企业建立长久的合作关系。
2数控专业课程设置的现状
原来数控加工专业的课程主要包括包括:机械制图、计算机基础、工程力学、机械制造基础、机械设计基础、数控加工工艺及装备、数控机床、数控机床编程与加工、数控原理与系统、单片机与PLC、数控机床电气控制技术、数控机床故障诊断与维修、液压与气压传动、CAD/CAM应用软件、先进制造技术、模具设计与制造等二十多门功课,这么多的课程,学生很难懂,而且在工作的时候有很多知识用不到,这样就造成了:学校与工厂严重脱节,会的用不到,用到的不会的状况。现在该委培专业的专业课程主要包括:机械制图、金属加工与实训(钳工工艺与实训)机械基础、电工电子技术与技能、机械测量技术等,与原来的相比,减少了专业课程的开设,增加了专业技能训练的课时,把相关专业课程如:数控加工工艺及装备、数控机床、数控机床编程与加工、数控原理与系统等,参渗到技能训练中,强化了动手和解决实际问题的能力。为了培养学生的技能品性,特开设职业健康与安全、心理健康、环保教育等选修课。但是虽然针对课程改革,委培专业的专业课程设置进行了调整,但是大部分的授课的知识还是没有和企业紧密的联系一起。
3解决方法
职业教育的课程具有鲜明的个性特征,由于职业教育课程很容易过时,好多职业学校对课程的开发和设置普遍不够重视,不是沿用传统课程,就是照搬其他学校的课程,没有自己的特色,课程老化现象比较严重,在课程实施的过程中,尽量设计真是的职业环境,让学生在这样的环境中通过行动来主动构建自己的职业能力,同时职业教育必须抛弃学术性的学习方式,树立“知识即行动,行动即知识”的观念,数控等新技术的发展更迅速,所以在专业课程设置时,要与毕业生的质量紧密联系要以劳动力市场人才需求为导向。对于数控专业课程的设置,首先要根据订单企业的人才需求及就业岗位,确定职业教育目标,明确把学生的导向,制定人才培养方案的目标,对中职数控加工专业进行深入调研和剖析,找准毕业生重点培养岗位,在遵循课程设置依据及原则基础上,整合优化专业课程设置,构建了基于工作过程的课程开发体系,以工学结合为切入点,课证融合,改进了课程的评价方法,推行全面素质评价,以促进数控加工专业人才培养质量的全面提高。然后制定课程计划的目标、每门课程的目标及教师根据人才培养方案制定教学目标。
根据中心蜗杆与行星轮从动盘的啮合关系,可建立如图2所示坐标系,其中:(1)OXYZ是圆柱滚子参考坐标系,坐标系的原点在圆柱滚子的底部基圆的中心。(2)O1X1Y1Z1是中心蜗杆的参考坐标系,坐标系的原点O1在中心蜗杆的中心点上,O′1X′1Y′1Z′1是中心蜗杆的动坐标系并与中心蜗杆固连,其中坐标系原点O′1与参考标系原点O1重合,φ1是轴X1与轴X′1之间的夹角即中心蜗杆动坐标系的转角。(3)O2X2Y2Z2是行星轮从动盘的参考坐标系,坐标系的原点O2在行星轮的中心上,O′2X′2Y′2Z′2是行星轮的动坐标系并于行星轮固连,其中坐标系原点O′2与参考坐标系原点O2重合,φ2是X2轴与X′2轴之间的夹角即行星轮动坐标系的转角。如图2所示,a为中心蜗杆中心到行星轮从动盘从中心距,φ1为中心蜗杆动坐标系的转角,φ2为行星轮动坐标系的转角。在文献[2]中,利用空间共轭啮合原理与特征变换矩阵推导出中心蜗杆的理论廓面方程。设中心蜗杆角速度为ω1,行星轮角速度为ω2,R为行星轮半径,r为圆柱滚子半径,u、θ分别为圆柱齿滚子的柱面参数。
2求解中心蜗杆误差廓面方程
第1节中,推导了中心蜗杆的理论方程并建模,在中心蜗杆范成法加工过程中确定刀具扫描方程、刀具与毛坯的相对位置和相对运动就可以确定被加工中心蜗杆的误差廓面方程。在实际加工过程中,由于安装误差和各轴受力受热变形,刀具的磨损等因素,实际切削点将会偏离理想位置,由此产生加工误差。本文中采用DMU80T五轴联动数控加工中心作为加工机床,图3为其结构简图。该加工中心的配置为X、Y、Z三个平动轴加B、C两个回转轴。中心蜗杆范成法加工需要X、Z二个平动轴,B、C二个旋转轴共同参与完成。针对DMU80T五轴数控机床,建立中心蜗杆的范成法加工坐标系,如图4所示,OXYZ为中心蜗杆参考坐标系,O为从动盘转动中心,各轴的方向和机床坐标系各轴方向一致;OTXTYTZT为刀具坐标,OT为刀具的实际转动中心,R为刀具实际转动中心至理想转动中心的距离。OCXCYCZC为与中心蜗杆毛坯固联并随之转动的动坐标系。机床每根轴有6个自由度,存在6项运动误差,假设所有运动体坐标系的X轴都与实际X轴参考方向相重合,因此,实际的X轴不存在垂直度误差,B、C存在两项垂直度误差,Y轴存在一项垂直度误差。考虑在加工实际情况中,还存在刀具磨损误差、中心距误差、蜗杆毛坯体误差,故其加工误差项表如表1所示。
3中心蜗杆法向误差的计算
利用牛顿迭代法求解θ2和h的值,将其代入理论廓面方程即可得点P2的坐标(x,y,z),则蜗杆廓面的法向误差。
4实例计算
选取左旋单头中心蜗杆研究对象,其主要参数为:中心距95mm,行星轮节圆半径62mm,圆柱滚子半径8.5mm,圆柱滚子长度12.5mm,总传动比32,行星轮从动盘中心到圆柱滚子内端面距离70mm,刀具实际转动中心到理想转动中心为300mm。在利用Matlab软件编程求解计算中,选取中心蜗杆的转角θ步长为2°,滚子长度v方向步长2.5mm。(1)机床各轴运动误差对中心蜗杆廓面法向误差影响在中心蜗杆范成法加工过程中,为了分析机床各轴运动误差对蜗杆廓面法向误差的影响程度,本实例设计的方案是:让机床其中一轴的运动误差为设定值,令其它误差值为0,对各轴误差单独作用下的蜗杆廓面法向误差进行计算和对比分析。机床各轴设定的线位移误差为0.001mm,角位移误差为5.0×10-6rad,误差计算结果如图6~图10所示。(2)刀具半径磨损、中心距误差、蜗杆毛坯偏移误差以及三者的综合误差对蜗杆廓面法向误差的影响。(3)中心蜗杆在DMU80T机床加工中的综合误差,设定所有原始误差值不变,综合误差对中心蜗杆加工质量影响规律如图15所示。(4)在中心蜗杆范成法数控加工中,为了进一步对比分析同类型各误差对中心蜗杆加工精度的影响。
5结论
1加速和减速
在典型的轮廓加工中,由于被加工工件上交点、切点和间隙等的存在,切削运动的方向频繁改变。例如在编程加工工件上的直角拐角处,一个程序段中沿X轴的刀具运动,在下一程序段中得转换到沿Y轴的运动,要实现这种转换,控制器首先必须停止X轴的运动,然后再启动Y轴运动。如果没有加速,就不可能以最大进给率瞬时启动,同样如果没有减速,也不可能停止进给,这样就可能发生切削错误,尤其是在进给率非常大和角度极小的情况下。通常对一普通精度要求的工件,即使发生如此的情况,也不会影响产品的质量。但如果被加工工件的相应加工尺寸与精度要求非常严格,为避免出现上述问题,CNC系统就必须采取相应的措施。在FANUC控制器中提供了两种指令G09(准确停)、G61(准确停模式)来严格控制切削刀具的进给率,以达到产品所要求的尺寸精度。1.1准确停指令FANUC数控系统中指定G09为准确停指令,它是非模态指令,即在每个需要它的程序段中都要重复编写。通过在程序中添加G09准确停指令,则它所在程序段里的运动完全完成后,另一主轴的运动才会启动,以达到G09所在段的加工尺寸精度。1.2准确停模式指令准确停指令G61与G09的区别在于G61为模态指令,它会一直有效,直到切削模式指令G64或同组的G62(自动拐角倍率)、G63(攻螺纹模式)出现才将之取消。G61缩短了编程时间,但不会缩短循环时间。G09只有在为了加工出某特定拐角而需要减速时才会发挥出其特点,而如果一个程序中所有的拐角都需要很高的精度时,重复使用G09会使程序变得冗长,降低编程效率,从而G61的优点就显现出来了。通过使用G09或G61的设定,控制系统就能完成精度要求更高的加工质量与精度。
2恒定进给率
在数控编程时,通常的步骤是根据零件图计算轮廓每个变化点的坐标值。形成刀具轨迹中心线的刀具半径通常被忽略,因为刀具半径并不影响刀具的进给率。但在圆弧编程时,使用绘图尺寸,而不是到刀具中心线的距离,等距的刀具路径(使用刀具半径偏置后)可能比圆弧编程中的绘图尺寸大得多或小得多。因此,在圆弧程序中的进给率跟编程半径相关,而跟刀具中心的实际半径无关。当刀具半径偏置有效,且圆弧的刀具路径被刀具半径偏置时,切削的实际圆弧半径可能偏小或偏大。这决定于切削刀具运动的偏置值。有效切削半径将减小所有内圆弧的尺寸,而增大所有外圆弧的尺寸。因此当表面加工质量要求很高或当刀具半径非常大时,考虑增大或减小圆弧切削的进给率是非常必要的。补偿后的圆弧运动进给率通常取决于当前编程的直线运动进给率,已知计算直线进给率的标准公式:F1=n•Ft•Z式中,F1为直线进给率;n为主轴转速(r/min);Ft为每齿进给量;Z为切削刃的数量。根据直线进给率公式,圆弧的加工面(外圆弧或内圆弧)将影响圆弧进给率的调整,外圆弧的直线进给率应该增加,而内圆弧则应该减小。经推导,得出以下公式:(1)对外圆弧,通常将进给率向上调整到一个较大的值:Fn=F1(R+r)/R,其中Fn为外圆弧进给率,F1为直线进给率,R为工件外径,r为刀具半径。(2)对内圆弧,通常将进给率向下调整到一个较小的值:Fn=F1(R-r)/R,其中Fn为内圆弧进给率,F1为直线进给率,R为工件外径,r为刀具半径。上述修改提高了圆弧处的尺寸精度及表面质量,从而更好地满足了对于工件加工质量的要求。
3最大进给率
CNC机床的最大可编程进给率不是由控制器的生产厂家决定,而是由机床生产厂家决定的,例如,特定机床的最大进给率可能只有10000mm/min,但是CNC系统可以提供比它高数倍的进给率。这对所有的控制器都是适用的,主要是每个机床厂家生产的机床机械结构体的结构、设计强度及安全等因素决定了其进给的最大速度不能超过一个定值。同时在主要以每转进给为编程方法的CNC车床上,还有其他一些考虑因素。CNC车床的编程主轴转速(r/min)和最大快进速率,常常会限制每转最大切削进给率。如果没有认识到这一点,就很容易把每转进给量写得过高,该问题在单头螺纹加工中最为常见,因为单头螺纹加工的切削进给率可以非常高。CNC机床不能使用超出最大设计范围的进给率进行加工。当同一程序中使用了异常大的进给率和很快的主轴转速时,最好计算一下有效进给率是否超出了给定机床的最大许可进给率。最大许可进给率可以根据以下公式进行计算:Fmax=Rmax/n式中,Fmax为最大每转进给率;Rmax为X和Z轴中较小的最大进给率;n为主轴转速。通过上述公式可以计算出加工中的最大许可进给率,对加工中的安全、质量等有一个基本的度量,做到安全生产。
4进给率倍率功能
尽管进给率功能可以使用F地址指定,程序中也可以使用两种特殊的辅助功能M来设置进给率倍率的“开”和“关”。操作面板上没有进给率倍率旋钮,如果CNC操作人员决定临时增大或减少程序中的进给率,该旋钮是非常便利的。但在加工操作中,由于切削进给率必须为编程进给率,所以进给率倍率旋钮只能设定为100%,而不能是其他的任何设置。M48功能使得CNC操作人员可以随心所欲地使用进给率倍率开关,M49指令则使得进给率按照程序所编写的执行,而不管控制面板上进给率倍率旋钮的设置如何。这两种功能在不使用循环的攻螺纹和螺纹加工应用中最为常见,这些场合要求进给率与编程值完全一致。
5结语