數(shù)控機(jī)床在加工中分為哪幾類？
2020-07-16
隨著我國(guó)機(jī)床制造業(yè)的提高，數(shù)控機(jī)床已投放到各零配件加工和自動(dòng)化生產(chǎn)線中。是未來(lái)各大智能工廠不可缺少的連接設(shè)備。由于數(shù)控機(jī)床的品種很多，有金削設(shè)備鈑金設(shè)備兩大類。同時(shí)根據(jù)其控制原理、功能和組成部分，從不同的角度進(jìn)行了分類，下面我們從實(shí)際零件加工中的功能體現(xiàn)給予分類：
一、零件孔系加工中以點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床。點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床、數(shù)控沖床及三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)等，印制電路板鉆孔機(jī)是最簡(jiǎn)單的點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床。點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床用于加工平面內(nèi)的孔系，它控制加工平面內(nèi)的兩具坐標(biāo)軸（一個(gè)坐標(biāo)軸就是一個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）帶動(dòng)刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從一個(gè)坐標(biāo)公交車（一個(gè)坐標(biāo)軸就是一個(gè)方向的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)）帶動(dòng)刀具與工件相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從一個(gè)坐標(biāo)位置（坐標(biāo)點(diǎn)）快速移動(dòng)到下一個(gè)坐標(biāo)位置，然后控制第三個(gè)坐標(biāo)軸進(jìn)行切削加工。該類機(jī)床要求坐位置有較高的定位精度，為了提高生產(chǎn)效率，機(jī)床采用設(shè)定的最高進(jìn)給速度進(jìn)行定位運(yùn)動(dòng)，在接近定位點(diǎn)前進(jìn)分級(jí)或連續(xù)降速，以便低速趨近終點(diǎn)，從而減少運(yùn)動(dòng)部件的慣性過(guò)沖和由此引起的定位誤差。在定位移動(dòng)過(guò)程中，數(shù)控機(jī)床不進(jìn)行削加工，對(duì)運(yùn)動(dòng)軌跡沒(méi)有任何要求。
二、在切削加工中應(yīng)于最多直線控制數(shù)控機(jī)床。直線控制數(shù)控機(jī)床可控制刀具或工作臺(tái)適當(dāng)?shù)倪M(jìn)給速度，沿平行于坐標(biāo)軸的方向進(jìn)行直線移動(dòng)和切削加工，進(jìn)給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內(nèi)調(diào)整。直線控制的簡(jiǎn)易數(shù)控車床，只有兩個(gè)坐標(biāo)軸，可用于加工臺(tái)階軸。直線控制的數(shù)控銑床有三個(gè)坐標(biāo)軸，可用于平面的銑削加工?，F(xiàn)代組合機(jī)床采用數(shù)控進(jìn)給伺服系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭帶著多個(gè)軸箱沿軸向進(jìn)給，進(jìn)行切削加工，它也可以算作一種直線控制的數(shù)控機(jī)床。
三、曲線和輪廓控制的復(fù)雜零件的數(shù)控機(jī)床。輪廓控制數(shù)控機(jī)床分為平面輪廓加工的數(shù)控機(jī)床和空間輪廓加工的數(shù)控機(jī)床。平面輪廓加工的數(shù)控機(jī)床有車削曲面零件的數(shù)控車床和銑削曲面輪廓的數(shù)控銑床，其加工零件的輪廓形狀。零件的輪廓可以由直線、圓弧或任意平面曲線（如拋物線、阿基米德螺旋線等）組成。不管零配件輪廓由何種線段組成，加工時(shí)通常用小段直線來(lái)逼近曲線輪廓。在數(shù)控銑床上用圓柱銑刀銑削輪廓面時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)控制刀具中心相對(duì)工件在單位時(shí)間內(nèi)，同時(shí)在兩個(gè)坐標(biāo)軸方向上移動(dòng)△xi、△y1i,刀具中對(duì)工件的合成位移△Li,則由輪廓曲線的等距線上的點(diǎn)I'移到點(diǎn)J',從而在工件上加工出一小段直線IJ,來(lái)逼近輪廓曲線上的IJ圓弧。連續(xù)控制兩個(gè)相對(duì)位移分量△xi、△yi,便可加工出多段小直線組成的折線來(lái)逼近曲線輪廓。進(jìn)給分量△xi、△yi,由合成進(jìn)給速度單位時(shí)間、輪廓曲線的數(shù)學(xué)公式y(tǒng)=f(x)、刀具半徑R及加工余量δ確定的刀具中心對(duì)零件輪廓的偏移量(D=R+6)等條件確定，并由數(shù)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)計(jì)算獲得。這樣的運(yùn)算稱為插補(bǔ)運(yùn)算和刀具半徑補(bǔ)償運(yùn)算。
用計(jì)算所得的兩個(gè)位移分量分別指令兩個(gè)坐標(biāo)軸同時(shí)運(yùn)動(dòng)，這種控制方式稱為兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制。用半徑為R的圓弧切削刃車刀車削曲面零件時(shí)，同樣也要進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算與刀具半徑補(bǔ)償運(yùn)算。用半徑R=0的切削刃車刀進(jìn)行加工時(shí)，可根據(jù)工件的輪廓直接運(yùn)算，不需考慮刀具中心偏移的問(wèn)題，故無(wú)須進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償?shù)倪\(yùn)算，只做插補(bǔ)運(yùn)算。能夠進(jìn)行兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制的數(shù)控機(jī)床，一般也能夠進(jìn)行點(diǎn)位和直線控制。
具形狀的不同有以下幾種加工方法
①在三坐標(biāo)控制兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的機(jī)床上，用“行切法”進(jìn)行加工。也有將這種方法稱為兩軸半控制的，即X、Y、Z三軸中任意兩軸做插補(bǔ)運(yùn)動(dòng)，第三軸做周期性進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，刀具采用球頭銑刀，如圖1.6所示。在Y向分為若干段，球頭銑刀沿ZX平面的曲線進(jìn)行插補(bǔ)加工，當(dāng)一段加工完后，進(jìn)給△y,再加工另一相鄰曲線，如此依次用平面曲線來(lái)逼近整個(gè)中△y根據(jù)表面粗糙度的要求及刀頭的半徑選取，球頭銑刀的球半徑應(yīng)盡可能選得大一些，以減小表面粗糙度Ra值，增加刀具剛度和散熱性能。但在加工凹面時(shí)，球頭半徑必須小于被加工曲面的最小曲率半徑，以免產(chǎn)生切削刃干涉。
②三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工。內(nèi)循環(huán)滾珠螺母的回珠器其滾道母線SS'為一條空間曲線，它可用空間直線去逼近，可在有空間直線插補(bǔ)功能的三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)床上加工。但是編程計(jì)算較復(fù)雜，其加工程序可采用自動(dòng)編程系統(tǒng)來(lái)編制。
③四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工。所示的飛機(jī)大梁其加工表面是直紋扭曲面若用三坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)機(jī)床和球頭銑刀加工，不但生產(chǎn)率低，而且零件表面的表面粗糙度也很差。以采用圓柱銑刀周邊切削方式，在四坐標(biāo)機(jī)床上加工，除三個(gè)移動(dòng)坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)外，為保刀具與工件型面在全長(zhǎng)上始終貼合，刀具還應(yīng)繞O1(或O2)做擺動(dòng)聯(lián)動(dòng)。此擺動(dòng)聯(lián)動(dòng)導(dǎo)致直線移動(dòng)坐標(biāo)要有附加的補(bǔ)償移動(dòng)，其附加運(yùn)動(dòng)量與擺心的位置有關(guān)，也需在編程時(shí)進(jìn)行計(jì)算。加工程序要決定四個(gè)坐標(biāo)軸的位移指令，以控制四軸聯(lián)動(dòng)加工，因此編程相當(dāng)復(fù)雜的。
四坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工
④五坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)加工。所有的空間輪廓幾乎都可以用球頭銑刀按“行切法”進(jìn)行加工。對(duì)于一些大型的曲面輪廓，零件尺寸和曲面的曲率半徑都比較大，改用面銑刀進(jìn)行加工，可以提高生產(chǎn)率、減少加工的殘留量(減小表面粗糙度Ra值),如圖1.9所示。用面銑刀加工時(shí)，刀具的端面與工件輪廓在切削點(diǎn)處的切平面重合(加工凸面),或者與切平面成某一夾角(加工凹面),亦即刀具軸線與工件輪廓的法線平行或成某一夾角(該夾角可以避免產(chǎn)生切削刃干涉)。
加工時(shí)，切削點(diǎn)P(X,Y,Z)處的坐標(biāo)與法線n的方向角θ是不斷變化的，故刀具刀位點(diǎn)O的坐標(biāo)與刀具軸線的方向角也要做相應(yīng)的變化。目前的數(shù)控機(jī)床在編制加工程序時(shí)都是根據(jù)零件曲面輪廓的數(shù)學(xué)模型，計(jì)算出每一個(gè)切削點(diǎn)對(duì)應(yīng)的刀位點(diǎn)O的坐標(biāo)與方向角(即刀位數(shù)據(jù)),通過(guò)程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)，以控制刀具。刀位點(diǎn)的坐標(biāo)位置以由三個(gè)直線進(jìn)給坐標(biāo)軸來(lái)實(shí)現(xiàn)，刀具軸線的方向角則可以由任意兩個(gè)繞坐標(biāo)軸旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)角合成實(shí)現(xiàn)。因此，用面銑刀加工空間曲面輪廓時(shí)，需控制五個(gè)坐標(biāo)軸(三個(gè)直線坐標(biāo)軸和兩個(gè)圓周進(jìn)給坐標(biāo)軸)進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。五軸聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床是功能最全、控制最復(fù)雜的一種數(shù)控機(jī)床，五軸聯(lián)動(dòng)加工的程序編制也是最復(fù)雜的，應(yīng)使用自動(dòng)編程系統(tǒng)來(lái)編制。
上述分類主要是基于數(shù)控機(jī)床的加工功能。如果從控制軸數(shù)和聯(lián)動(dòng)軸數(shù)的角度來(lái)分類，數(shù)控機(jī)床可分為兩軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床、三軸控制兩軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床、三軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控床及五軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控機(jī)床等。
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