畢 業(yè) 設 計外 文 翻 譯學 生 姓 名學 院 名 稱專 業(yè) 名 稱指 導 教 師2012 年 5 月 26 日高速機床的高精密加工摘要目的：現代機床加工精密產品的三維加工的磨削速度超過 20000 轉每分鐘。硬加工和柔性加工的差異對機床的概念有影響。剛度和硬度的特性和變量是影響加工零件的精度和質量的原因。設計/方法/途徑：本文介紹了一些有趣的具有不同概念的現代機床如：DCG (Drive in Centre of Gravity - Mori Seiki), LAF (Look Ahead Function on machine - Sodick),高速為 20000-60000 轉每分鐘，線性驅動等。從想法到加工零件的轉變方式將會被演示。結果：為了達到高精度，滿足機床上許多需要的功能是必須的。結果表明加工零件也取決于加工材料（硬度、結構、晶體尺寸） 。研究局限性/含義：工程師的工作是準備與 CAD-CAM 軟件相關的最優(yōu)的數控程序。在提到的所有因素后加工和測量工件。創(chuàng)意/價值：對比預測的測量結果，讓我們知道事實和對高精度產品的決定。關鍵詞：制造與加工；加工；高速機床；精密加工；精密產品；柔性加工；硬加工1 簡介現代機床的一些細節(jié)包括超模塊，如旋轉工作臺、精密高轉速主軸、棒料庫、刀具庫、工件庫、激光零點測量系統(tǒng)、診斷過程的切削力測力機、頻率傳感器、聲響傳感器等[1]。加工時為了連接所有的模塊，機床的計算機必須是最優(yōu)秀的。計算機中的軟件如神經網絡、遺傳算法、遺傳編程、預測功能，這些都是用來保證加工過程中的最優(yōu)切削參數[2]、[3]。世界各地的許多切削機床的制造商提供了機床空載時的精度水平。為了獲得高精密產品，我們需要高水平性能的車床。性能越好，車床的價格也越高。頂級機床的價格是 500000 到 1000000 歐元，它的價格超過了三軸機床。帶有驅動工具的三軸銑床和車床價格低于 400000 歐元。小型舊機床的傳統(tǒng)加工—沒有現代化的高速，在個體制造業(yè)或刀具制造業(yè)也是非常有用。上面提到的機床價格低于 200000 歐元。它們大部分不能達到高速區(qū)，高速區(qū)是由更多的元素定義的，這將在這篇文章的下面章節(jié)給出。3D 凹印拋光對獲得較低的表面粗糙度是一項非常特殊的工作。這一工作耗時的主要方面是操作。那是因為它的自動化與驅動拋光的刀具和減少特殊切削技術的選擇有關。所以確保選擇球頭銑刀、低切削深度、小進給量和很高的速度是必要的。因為技術是重要的軟件和控制器，所以在自學控制器的基礎上，它包括了復雜的優(yōu)化的切削條件的大量知識[4,5]。自動進給最小化在使用 3D磨具靠近表面加工和拋光時是很有用的。2 現代切削機床的內容我們所提到的模塊也是有適應性。旋轉工作臺在工件自動夾緊裝置的情況下是更有效的。我們已經實現設計和工藝[6]。圖 1 給出了夾緊裝置上相關液壓控制的概念原理圖。下圖給出了機床電源,動力裝置和空氣和液壓介質的控制系統(tǒng)。圖 1 銑床上介質流從信號源到工作板的原理展示切削機床擁有高生產率，那是因為它享有現代傳統(tǒng)系統(tǒng)的 60 支座床身等級作為臥式和立式切削機床的新概念，如圖 2。配有驅動刀具和雙側主軸切削機床的生產率也高。由于增加軸 Z1、Z 2和軸 C1、C 2，生產率比常規(guī)車床的生產率提高 5-7 倍。立式車床也是集成化加工的新概念，與臥式車床相比，它的原理晶片有更好的運轉。圖 2 是工件在主軸的下面。這也有可能是相對的，主軸在上面，切削刀具在旋轉器和串聯刀具夾緊系統(tǒng)上移動。想這樣的機床會更精確、更精密、更高效。圖 2 有兩個旋轉臺、輔助軸承和 Y 軸的臥式車床和立式車床圖 3 穩(wěn)健的水平加工中心穩(wěn)健的水平加工中心，如圖 3 所示的多軸機床的模塊和結構的粗糙概念。B 軸稱為水平調節(jié)控制軸 4。它能夠加工三維工件的復雜形狀。因為急需要機床，所以我們有必要為機械加工準備有效的編程工程師。來自低等教育的普通管理工人不但不能提供最優(yōu)的加工時間，而且還會提高生產成本。最新車床的床身低于 60 度。如圖 4，圖 5 這樣的角度給切削力組件的假設提供了最優(yōu)解。振動是有限的，芯片流同樣也是有規(guī)定的。下面的原理圖介紹了兩個主軸、兩個旋轉臺和驅動刀具。在相反面加工的同時切削力會得到補償。圖 4 擁有兩個旋轉臺和輔助軸承的臥式車床的基本結構圖 5 擁有兩個旋轉臺和相對主軸的臥式車床的基本結構最后的模型是多軸機床。該車床基本上包含了所有可能的模塊和軸。由于主軸的左右兩面，我們可以在沒有后勤保證體系、雙向定位和夾緊的條件下在同一臺機床上完成產品的加工。銑床主軸生產的形狀復雜的產品與 7 臺不同機床的傳統(tǒng)生產不一樣。圖 6 多軸加工中心現代機床的工作原理和控制器的收集模塊如圖 7 所示，傳統(tǒng)的控制是數控，然后是計算機數控，最新的是中央處理器單元。所有的片段都與高速互聯網總線連接相連。高功率的電機是交流的數字伺服電機。圖 7 帶有 CPU 技術的 CNC 控制的現代機床的控制原理3 精密加工；理論和原理精加工可以通過更多的方法完成，如傳統(tǒng)精細切削、光滑加工、滾動和后處理。傳統(tǒng)的方法是由鋒利的切削刃和小的進給率加工的。光滑加工是在切割刃切割較大半徑 R的現代加工方法，進給率大，去除率 8 倍大。如圖 8 所示，通過觀察加工的時間來獲得所需的表面粗糙度是非常重要的。圖 8 表面粗糙度和加工時間的對應圖刀具材料對工件表面粗糙度有很重要的影響。特別是鍍膜的類型如 TiN,TiCN,TiALN將較少刀具的磨損，如圖 9。為了使刀具磨損最小，刀具的壽命要達到切削刃的標準。柔性切削加工會引起較好的滑動現象、更好的摩擦學接觸和更好的表面粗糙度。如用所提到的硬質合金刀具，表面粗糙度會顯著降低。圖 9 不同鍍膜的硬質合金材料的銑刀的刀具壽命球頭銑刀是精加工中最理想的切削刀具。那種尖頭銑刀可以使切削工件的硬度達到62HRc。刀具生產商們可以生產直徑為 0.5 毫米帶有兩個出屑槽的刀具。這些刀具的每個切削刃都很鋒利，而且還有非常精確的切削角。如圖 10 所示，當超過加工時間后切削刃將會磨損。正常的理論磨損是在刀具的出屑槽，但是在刀具的中間部分，也就是刀具的中心部分也會有一些破損[9]。原因是切削速度越小，積削瘤對磨損也有影響[10]。刀具磨損和刀具的使用壽命取決于使用刀具的材料和刀具在加工表面上運行的次數。鍍膜為 TiALN 或 TiN 的 W 或 VB 處的刀具磨損是最好的，如圖 11。圖 10 球頭銑刀上的不同磨損形狀圖 11 基于中間磨損的刀具磨損圖表我們進行較多的實驗后，得到精密加工的最優(yōu)解是：多層鍍膜后的最后一層鍍膜是TiN[12]，這樣刀具就會有較低的摩擦系數。如圖 12 所示，刀具磨損是最小的。通常情況切削參數定義為 a=0.1mm,f=0.05mm 切削速度 v=150-200m/min。只有 20000 到 40000 轉每分鐘的高速機床才有可能獲得較小刀具直徑。圖 12 切削刃的刀具磨損圖 13 告訴我們銑刀的圓頭尖端上自由表面的刀具磨損是較大的。切削刃損壞在銑刀圓頭尖端是可以看見的。出現這樣的情況就是機床參數的錯誤決定。在這種情況下，原因是進給率太高。為獲得更大的材料去除量只考慮增大進給率是不正確的。進給率必須保持很小。只有在更高的切削速度下我們才能獲得更大的材料去除量。圖 13 切削刃上的磨損4 拋光加工表面的最后一步是拋光。它只有在幾何形狀要求的公差不超過 2 微米時有用。拋光不但費時，而且需要手工驅動拋光刀具。使用這種方法拋光時，拋光的時間會縮短，因為拋光段上的振動能量會幫助拋光。如圖 14 用模具進行閉合表面的最后精加工。結合精密研磨，拋光的時間從 16 小時縮短到 3 小時。圖 14 用驅動刀具對工件手動拋光使用不同的人造鉆石拋光凝膠也會縮短拋光時間。不同的凝膠用于不同的材料。拋光表面的硬度和粗糙度要求不同的人造鉆石尺寸。凝膠的流動性和粘性同樣影響拋光的時間，如圖 15。圖 15 人造鉆石拋光凝膠如上所述，拋光刀具的振動能量是有用的。圖 16 是擁有超聲波頻率的拋光裝置。這意味著從 14 到 21 赫茲，當工人不集中于他的工作時，這樣的運動對表面是有危害的。在另一種情況下裝置上的力較小時，表面會由于預熱過高而損壞，這也是引起表面層再結晶的原因。圖 16 超生波設備下的工件的手動/驅動/拋光5 機床 Sodick 的精密性和性能的案例研究機床的案例的研究是在模具工件產品上進行的。圖 17 是原理運動圖，這對產品獲得所需的形狀是必需的。作為第一次設計 CAD 的程序之一，輸入設計是新的或者舊的部分會有所改變。如果那樣，逆向工程將是數控編程快速編寫的正確方法。計算機輔助設計是建立在 CAM 軟件上的數控編程。故障是噴流的后置處理，這樣每臺機床的控制器就小多了。圖 18 是許多現代模塊集成的現代化車床的案例。工件庫在加工中心的左邊，較強的控制系統(tǒng)在加工中心的右邊，最右邊是刀具庫。圖 17CAD-CAM 測略模式的流程圖圖 18 高速加工中心 Sodick MC430L正如我們前面所提到的許多現代模塊包括 SODICK 機械加工中心。其中的一個很有趣的解釋是因為高的進給速度對柔性加工很重要。這些特征保證了線性驅動電機。異步電動機的原理是基礎，它是從線性形狀的旋轉發(fā)展來的。永久磁鐵位于磁鐵板中的線性轉子處。電動機的外殼部分與電力和控制系統(tǒng)相連。這樣的話我們可以對移動區(qū)域的每一點精確而快速的定位。所有的三軸都有各自的線性驅動系統(tǒng)。轉臺由 Y,X 軸驅動，Z 軸是主軸的進給系統(tǒng)。 下一個試驗是對所需部分的加工。一些重要的形狀、尺寸和公差是在計算機輔助設計上的設計圖上設計的。圖 19 是有趣的表面光柵，作為產品的特殊表面設計它越來越現代化。三維設計展現了藥片的不同形狀。加工產品需要許多相似的形狀，所以我們必須優(yōu)化切削技術。機床上的程序可以使刀具快速換刀，這種情況我們可以描述為切削操作。刀具換刀系統(tǒng)為藥片的小孔設計選擇球片刀具。主軸在刀具庫、零點檢測系統(tǒng)和加工工件之間以快速的進給速度移動。為實現刀具直徑的最佳切削速度所需的主軸上的切削工藝參數是 28 轉每分鐘。加工的進給速度是 800-2300 毫米每分鐘，進給速度大小取決于精密加工的要求。一些加工表面的細節(jié)如圖 20 和 21。圖 21 所示的麻點形狀是很好的精密加工，在這種情況下，就不再需要手動拋光了，因為粗糙度值 Ra=0.2 微米。最后必須應用加工拋光來獲得較好的表面粗糙度質量。用不同的切削參數和沒有磨損的刀具可以使表面粗糙度值為 0.5 微米。通常在這之后就不需要手工拋光了。圖 20 加工表面的細節(jié)用光柵制藥是有趣的。鋁模型的設計用于藥片包裝。圖 21 加工表面的細節(jié)生產機床的各廠家將機床特性作為機床的質量證書。尺寸的精密性很有可能控制機床所有的軸。我們會測量銑床主軸相對于轉臺間的垂直度。因為是微米測量，所以我們用最好最精確的測量設備。機床生產商保證 X 和 Y 軸的值為 0.007 毫米。通過測量SODICK，X 軸的值為 0.004 毫米。在實驗室 LABOD-盧布爾雅那大學的機械工程學院，我們得到了更好的結果：X,Y 兩軸都是 0.002 毫米。圖 22 是提到的所有值的表格。圖 19 測試產品案例研究的設計圖 22 銑床主軸和轉臺間的垂直度6 總結現代的各類生產都基于切削技術參數的自我系統(tǒng)優(yōu)化。首先是在策略金字塔上最頂層的精密高速機床。加工時間的減少對模具是必須的，模具加工是由擁有精密加工和拋光的現代高速銑床得到的。與傳統(tǒng)加工方法相比，閉模表面的調整時間大約減少 15%。軟件測量的正確值0.05 毫米比刀具的正確值大。這樣的話最好用五軸機床。閉模和快速產品（短周期的鋁合金鑄模）的較小公差要求額外的模具功能，如真空封閉雕刻。通過試驗和測量的偏差，我們將會額外的擴大技術數據庫。隨著越來越多和越好數據，我們可能使用 CAM 編程更加簡短的手工加工來適應閉模表面加工。在汽車業(yè)中，部分材料的選擇和發(fā)展能夠在特定的力學性能和維修中遇到熱量的條件下繼續(xù)操作，與此同時維持它們的切削加工性能的特點能夠保證使用材料的經濟性。在切削刃處測試材料的加工會產生高溫，這將損害刀具材料的性能。市面上能買到的刀具材料只能用在速度小的條件下。更高級的刀具材料如 CBN 能夠在較高的切削速度的條件下生產高質量的零件。就像所有的刀具材料都一樣，在切削表面產生的極限溫度和壓力的條件下，它們的刀具壽命是有限的。因為所有的刀具材料在高速切削的條件下都會失去它們的硬度，所以為最小化刀具-工件和刀具-晶片接口產生的溫度制定特定的技術是必需的。在機械加工工藝的優(yōu)化中，必須考慮加工零件的客戶的需求。在汽車零件的加工中，表面質量、公差和生產率是客戶制定的要求，其中加工零件的表面質量的主要體現是表面粗糙度和毛刺外觀。提高使用刀具的性能不但非常困難、昂貴，而且 CBN 刀具的圖層所含有的 TiALN 和TiN 對有效的切削技術有很大的影響。未來，在高速條件下通過適當刀具材料、加工技術和刀具幾何形狀的合理選擇，對軟、硬材料的加工可以得到提高。