加工中心提供了广泛的可能操作,但这种适应性需要始终保持灵活性并执行成功的测量。

市场上的大多数加工中心都具有数控 (CNC) 功能,并且用于多个目的。许多人可以在单个设置中执行铣削、钻孔、镗孔、攻丝和铰孔等操作组合。加工中心一般分为三种类型:卧式三轴、立式三轴和五轴机床(存在四轴和六轴机床,但不太常见)。卧式和立式三轴机床的主要区别在于主轴的倾角,卧式机床的主轴平行于机床工作台表面,立式机床的主轴垂直于表面,尽管个别结构差异很大以支持不同的应用程序。

mms-mer-3-19-20-okuma-edited.jpg

三轴机床在三个 CNC 可控平面上移动。对于立式加工中心,X轴控制左右运动,平行于工件夹持面;Y 轴控制前后运动,垂直于 X 轴和 Z 轴;Z轴控制上下运动。大多数机器使用固定主轴和移动工作台,或固定工作台和移动主轴。主轴旋转从不被视为轴。

五轴(以及四轴和六轴)机器引入了额外的轴,使工作台或主轴头能够旋转和枢转。A轴涉及X轴旋转,而B轴与Y轴配对,C轴与Z轴配对。

主轴适配

面铣刀、立铣刀和槽铣刀等旋转切削刀具需要高度的安装精度和刚度,以实现最佳的刀具寿命和生产率。这些工具可以直接安装到主轴面上,也可以通过中间锥形柄适配器安装,通常称为刀架。这些适配器的示例包括立铣刀适配器、壳铣刀适配器、短轴心轴和筒夹夹头。

大多数适配器系统使用通过螺纹拉杆或拉杆固定在机器主轴中的锥形柄,该拉杆抓住适配器背面的保持旋钮。适配器通常由安装在主轴面上的键驱动。适配器尺寸通常表示机器刚度,较大的适配器表示更高的连接刚度。固定旋钮往往因每个机床制造商和主轴尺寸而异,因此用户必须注意使用正确的旋钮。

标准锥度的比例为 7:24(转换为每英尺 3.500 英寸,每米 291.663 毫米;或 8 度,17 分 50 秒)。这种锥度的不同名称包括陡峭、美国标准或 ISO 锥度。7:24 的比例使角度足够大,以实现自释放功能,虽然一些国家标准已经发展为将适配器与主轴配合,但都试图与这种锥度兼容。大锥度在加工时只需要锥度本身就可以满足高精度的要求,使得使用它的零件制造起来相对简单且成本低廉。

大锥度适配器被固定在主轴深处,以减少主轴表面的刀具悬垂。这些锥形支架相对容易拆卸,因为它们不会锁定到位或卡在主轴中。然而,锥形表面还必须相对于主轴定位适配器并将其牢固地夹紧到位。由于确保连续面和锥面接触所需的高加工精度会付出代价,因此这些适配器可能会在高转速下面临不平衡和径向定位问题。

其他常见的锥度系统包括 Brown 和 Sharpe、Morse 和 Jarno 锥度。这些和陡峭的锥度通常被称为“自保持”锥度,因为它们的角度足够小,可以仅通过摩擦将刀柄固定到位,同时确保工具在套筒内旋转。

适配器系统

CAT V 系统及其 BT 和 DIN 69871 区域等效适配器直接安装到主轴中,拉杆抓住适配器背面的固定旋钮。该系统的特点是法兰,机器的换刀装置使用法兰从换刀器或刀库中拾取刀具,以便在适当的锥形主轴孔中使用。这些适配器的后部带有螺纹,因此单个支架可以使用各种固定旋钮来适应不同的机器夹具。BT 和 DIN 69871 不能与 CAT V 互换,因为前两者使用公制尺寸,而后者使用英制尺寸。

与 CAT V 系统不同,国家机床制造商标准 (NMTB) 锥形柄适配器要求机器拉杆直接拧入适配器的背面,而不是固定旋钮。也没有换刀槽,因此这些适配器不适用于带有自动换刀装置的机床中心。

HSK(空心柄凯格尔)系统适配器最适合高速操作。HSK 刀柄比普通的陡锥刀柄更短、更紧凑。HSK 系统还使用比例较浅的空心锥度,为 1:10(每英尺 1.2 英寸;每米 100 毫米;或 2 度 51 分 53 秒)。HSK 使用六种不同的刀柄配置,用字母 AF 表示。AD 专注于相对较低的机器速度,而 E 和 F 处理高速切割。大多数机床制造商都提供带有 HSK 主轴的加工中心。

液压和热缩配合适配器分别使用液压和热收缩,以精确居中切削刀具并最大限度地减少跳动。两者的大锥度和 HSK 版本都可以在工具表面周围均匀地施加压力,以充当精确的夹头并使工具对中过程自动化。

液压刀架有一个充满油的膨胀钢套。转动刀架中的驱动螺钉可将流体压力增加至每平方英寸 15 吨。套筒的壁凸出到它们的弹性极限以夹紧刀柄,然后在释放压力时放松到它们的原始尺寸。收缩配合适配器的直径略小于它们所夹持的切削工具的直径。感应加热系统使适配器膨胀到足以使刀柄滑入其中。当夹持轴冷却时,它会以高达 10,000 磅的夹持力夹持刀柄。

一些铣刀直接安装在主轴面上,主轴上的驱动键和螺纹螺栓安装孔与刀具上的键槽和螺栓孔图案相匹配。在主轴锥度中插入定心塞后,用户可以直接将刀具安装在所谓的平背安装中。由于这种方法不会从主轴端面延伸或悬伸,因此可以保证最大的刚性。

斗山 DHF 8000 五轴卧式加工中心的新闻图片

工具平衡

标准适配器和工具通常在主轴转速高达 8,000 rpm 时令人满意。在更快的速度下,特别平衡的工具对于高公差和表面光洁度至关重要。

不平衡是工具的质量乘以它的偏心率(这是从工具的旋转中心到其真实质心的距离)。偏心率以微米为单位,工具质量以千克为单位,因此不平衡以克-毫米为单位。ISO 16084 是设定刀具和刀柄平衡目标的标准。

要评估流程中的不平衡,用户可以使用平衡到各种不同值的工具一次执行一项试运行。这种评估可能从 10 g-mm 的不平衡开始,然后通过一系列越来越平衡的工具进行,直到达到适当的公差或精度,并且表面光洁度无法进一步改善。

加工中心的精度和重复性

尽管准确性和可重复性都至关重要,但这些规格可能特别难以确定,因为不同的制造商使用不同的定义。一般来说,精度有三个标准:单向正向、单向反向和双向(这是两者的平均值)。可重复性——即在整个数据点范围内测试的准确样本之间的距离——通常有四个标准:正向可重复性、反向可重复性、双向可重复性和散射。“丢失运动”,也称为“平均反向误差”,是在比较具有向前和向后可重复性的标记时发现的与中心的差异。数据收集通常重复过程七次,然后创建结果的钟形曲线,计算标准偏差和平均值。

不同的制造商也使用不同的精度和可重复性标准。大多数标准输出总值,尽管许多建筑商使用较小的 ± 值做广告。即使只考虑标准本身,由于计算的差异输出不同的结果,它们之间的比较也没有多大用处。六种常见标准是 NMBTA(主要在美国使用,也是唯一使用双向数据进行统计计算的标准)、ISO 230-3-1988(在欧洲使用)、BSI BS 4656 Part 16(在英国使用)、VDI/ GDQ 3441(在德国使用)、JIS B 6336-1986(在日本使用)和 ASME B5.54-92(另一个美国标准)。

刀具测量和设置

测量刀具的长度、直径和轮廓可以减少可变性并优化加工过程。传统上,工具设置是使用工具设置量具离线执行的,该工具设置量具手动或通过条形码验证工具的尺寸。该过程对于确定工件刀具偏移是可靠的,但不能转换刀架、牵引杆和主轴将如何在刀具之间对齐。因此,刀具和主轴之间完美的重复性是罕见的。

激光测量系统可以在主轴转动时对刀具进行动态测量。通常一刀切的非接触式激光束几乎没有污染风险,使用不到一瓦,并且不需要特殊的眼睛保护。高精度光电光束在断裂时被激活,输出传输到机器的 CNC 或 PLC,板载软件将光束接触点与控制工具数据表中的已知值进行比较和协调。测量程序本身是一个内置在测量软件中的自动宏。激光系统兼容小至 0.012 英寸(0.3 毫米)的直径,精度在几微米以内。

在光学板上操作的 Hass EC-400 卧式加工中心的图像

旋转和线性编码器

机床使用线性和旋转编码器来测量自己的运动并保持在目标上。编码器触点有三种类型 - 光电(也称为光学)、磁性和机械 - 但光电编码器触点是最常见的。

旋转编码器测量旋转运动驱动器,但主轴和循环滚珠丝杠也可以使它们能够测量线性运动。旋转编码器可以是增量的或绝对的。

增量旋转编码器的输出信号由测量“增量”的电子计数器评估。对于一般长度测量应用——尤其是使用循环滚珠丝杠作为刻度的滑动运动测量——采用数字化电子设备的轴编码器是标准配置。

绝对旋转编码器从编码盘的模式中获取角度位置值,该模式在电源打开后立即提供值。格雷编码器和使用自然二进制的编码器是最常见的,许多现代计算机程序使用二进制系统来支持高速。

直线编码器可以达到亚微米范围的结果,这对于半导体行业和超精密机械尤其有用。这些编码器将位移信息直接传输到数字读数器、NC 控制器或外围设备,并有利于光电系统。

线性标尺可以封闭或暴露。封闭式直线光栅尺有一个扫描单元,它安装在一个小托架上,由滚珠轴承沿着玻璃光栅尺引导。密封唇保护秤不受污染。它们通常用于机床和切削型机器,以及恶劣环境中的机器。

暴露的线性标尺也有一个玻璃标尺和扫描单元,但是这两个组件在物理上是分开的。扫描单元与标尺之间没有接触或摩擦,安装更容易,移动速度更快。应用包括坐标测量机、平移台和物料搬运设备。

线性编码器的一些变体使用金属标尺而不是玻璃,最大长度可达 30 米,而不是玻璃标尺的三个。特别值得注意的是利用干涉扫描原理的编码器,该原理利用了光波的独特衍射。该系统具有非常高的分辨率和精度,对扫描仪和标尺之间的间隙具有很大的公差,并显示出出色的可重复性。与小于或等于一米的短距离激光设置相比,它更适合钢工件的热膨胀。

Tags: none

我有个想法