2015年9月6日星期日
數控銑床的結構和工作原理
從20世紀60年代到90年代，數控銑床經歷了普通數控龍門加工三座標銑床、普通CNC外銑、高速CNC內銑和高速CNC外銑幾個階段，其中高速CNC內銑和高速CNC外銑在發動機曲軸、凸輪軸粗加工之中得到越來越廣泛的應用。目前世界上數控內銑或外銑的主要生產廠家有德國的HELLER 、Boehringer 和日本的小松。國內沈陽第一機床也生產曲軸內銑，但基礎還很薄弱。
（1）數控外銑機床
如圖1所示，數控外銑機床一般由床身、主軸箱、十字滑台、銑削單元、跟蹤中心架、數控系統、排屑系統、潤滑系統、油霧處理裝置等組成。數控裝置控制刀架滑台（X軸）、工件旋轉主軸（C軸）以及工作移動滑台（Z軸）聯動進行插補仿形銑削，加工所有凸輪或曲軸的主軸頸及連杆頸。
早期的數控曲軸外銑以某一組連杆頸中心為回轉中心只能加工該組連杆頸台中CNC加工，一組刀盤只能加工某一組軸頸，不適合大余量加工，余量一般不超過3mm，較適合大批量生產的轎車發動機曲軸。
90年代出現的數控曲軸高速外銑，采用工件回轉和銑刀進給伺服聯動控制技術，可以實現一次裝夾銑削完所有連杆軸頸。中心架采用跟蹤夾緊方式，保證加工過程中零件不會產生大的彎曲變形；取消了機械靠模或偏心夾具，通過編制程序可快捷地實現工件品種的轉換，具有良好的柔性。
（2）數控曲軸內銑機床
數控內銑主要有兩種不同的結構形式，其中比較有代表性的是日本小松的搖臂偏心機構和德國HELLER的數控十字滑台結構。小松采用獨創的搖臂式銑刀頭，工件固定不動，銑刀頭裝在一個滑台單元上，實現平面上的插補聯動銑削。其獨有的繞一個固定支點擺動內的結構有效地增強了曲軸加工時的剛性，可采用較大進給量並得到較好精度。
曲軸內銑加工基本原理：如圖2所示，兩端軸頸外圓為徑向定位基准，以曲柄臂側面或端面為軸向定位，用自定心卡盤夾緊，通過控制進給機構使刀盤產生復合運動，對軸頸外圓、圓角和平衡塊側面包絡加工。
博主好站推薦:
加工質量調整控制
（1）軸向尺寸控制。凸輪軸的軸向定位在止推面，由於其台中機械加工凸輪的軸向公差都比較大，一般只需要在加工幾件後在工件坐標系之中作一下調整就能得到保證。
曲軸的軸向尺寸基准在止推軸頸端面，傳統的曲軸加工工藝因為加工工序多且台中CNC加工工藝基准變換多，曲軸的工藝尺寸鏈比較復雜。隨著大量數控設備和測量系統的使用，絕大多數工序都可以實現產品基准和工藝基准的統一。因為曲軸後續工序——熱處理變形影響磨削對軸向尺寸的控制，需要對熱處理變形規律經常性進行統計分析，並依據結果調整內銑尺寸來補償掉這種變形。
（2）外圓跳動控制。凸輪粗CNC搪床加工加工前必須保證其主軸頸跳動CNC銑床加工，以六缸凸輪軸為例，中間第四主軸頸跳動應≦0。20mm，同時保證鍵槽質量，否則會造成加工後凸輪輪廓誤差大和相位不穩定。一般加工一批約30件後檢測的ADCOLE數據與產品工藝要求進行比較分析後的差異數值以極坐標的形式導入數控系統補償。
曲軸跳動誤差對曲柄半徑、相位的測量和加工都會產生影響，並影響後續磨削質量。內銑為干式加工設備，加工中產生很大的切削力和切削熱，切削時的局部溫度高達700℃，這會造成熱鍛毛坯殘余內應力的釋放，容易造成內銑後跳動誤差的突變。在一般情況下，曲軸毛坯熱處理質量能保證批次的穩定性、零件跳動誤差數據統計分析以及進行調整偏心方向獲得工藝要求的跳動誤差。
對於工件固定不動的內銑加工方式，要實現主動控制主軸頸偏心加工，以獲得符合工藝要求的跳動誤差是非常方便的。以圖8為例，通過對一批內銑加工後的跳動誤差統計，分解成X、Y 兩個方向進行補償，從而獲得批次的穩定的跳動誤差。
博主好站推薦:
數控銑床的工藝
（1）內外銑刀盤受力比較如圖5所示，設D1為銑CNC銑床加工刀盤的裝夾直徑，D2為切削直徑，外銑刀盤的D1與D2之比是遠小於1的。當然要求D台中CNC加工1盡可能大一些，這樣銑刀盤的裝卡比較牢固，機床運轉也平穩一些。在相同的每齒進給量下，內銑刀盤同時參與切削的刀齒較多，切削厚度較小，可采用較大進給量。
內銑適合於大型柴油機曲軸，尤其是對於無沉割槽且平衡塊側面需加工的曲軸。
雙刀盤數控高速外銑，速度高達350m/min，效率高，適合切削量小且比較穩定的零件，
（2） 數控銑的定位夾緊方式。凸輪軸在外銑上CNC搪床加工以頂尖定心，一側止推面做軸向定位，齒輪軸頸鍵槽為角向定位，頭尾架兩端卡盤夾緊，加工時兩個中心架跟蹤加緊做輔助支撐。
通常情況下，曲軸在銑床上的定位夾緊方式為：以頂尖定心，曲軸一側軸向定位，一側主軸頸和另一側法蘭外圓自定心夾緊，角向定位有靠近主軸頸一側的平衡塊側面和連杆頸兩種方式。
（3）數控銑的加工工藝 。一般采用數控外銑進行凸輪加工，上料後通過頭架的定位鍵（銷）進行角向定位，然後從一側順序加工進、排氣凸輪，加工時中心架跟蹤支撐在相鄰主軸頸上，以免發生大的彎曲變形。外銑在凸輪加工時，兩個刀盤都向一個方向旋轉，並台中機械加工根據凸輪輪廓型線實時進給，以保證形狀精度。
在大余量重切削情況下，一般采用內銑加工曲軸軸頸。加工總是從曲軸一側加工到另一側，先在靠近夾盤最近的主軸頸銑出中心架支撐的基准後，再依次加工主軸頸和連杆頸 。當同時加工曲軸的主軸頸和連杆頸時，兩個刀盤的旋轉方向是相反的，以達到受力平衡，有效地保證了加工精度（這一點也是外銑做不到的），兩個刀盤同時加工通過程序控制來保證動作同步，如圖7所示。
（4）銑床的銑刀盤設計。曲軸內銑、外銑及凸輪外銑床均采用刀盤成形切入法，對加工部位進行一次性加工成形。曲軸銑刀盤一般由4組刀片組成，分別對軸頸外圓、圓角、台肩及平衡塊端面進行切削。 凸輪軸銑刀一般由3組刀片組成龍門加工，分別對凸輪輪廓外圓及兩側倒角進行切削。
內銑和外銑都是采用刀盤成形切入法對軸頸或凸輪進行切削加工。因其切削為斷續、干式切削，刀具的設計除保證零件加工外形尺寸准確外，還應保證其其加工時產生的切屑形狀小，避免切屑在機床內部堆積造成局部高溫。內銑刀盤刀夾在圓周上的分布采用不等齒距形式，以防止切削過程中可能產生的周期性振動，同時注意台肩高度尺寸的設計。
博主好站推薦:
數控銑床發動機軸類零件粗加工
（1）曲軸粗加工的發展
20CNC搪床加工世紀70年代以前，采用多把車刀一次對軸頸的外圓、圓角和側面及台階進行加工，但同一零件的不同部位需多道工序才能完成軸頸和連杆頸的粗加工。多刀車削存在台中CNC加工余量大、平衡塊側面加工為斷續切削及易產生振動和打刀問題，刀具壽命低，不良率高，切削效率低。 七八十年代曲軸粗加工又出現了CNC車削、CNC外銑和CNC內銑工藝。80年代末90年代初又開CNC銑床加工發出了車拉、車－車拉工藝，該工藝具有精度高、效率台中機械加工高等優點。 90年代中期又開發出CN龍門加工C高速外銑，它對平衡塊側面需要加工的曲軸方面，比CNC車削、CNC內銑和車－車拉的生產效率高。
由於加工精度和加工效率的原因，車削一般只用於主軸頸加工。曲軸內銑和高速外銑不能加工軸向沉割槽，當曲軸有軸向沉割槽時，應采用車-車拉方法加工。當曲軸平衡塊側面需要加工時，銑削工藝大大優於車拉工藝。其具有切削速度高、工序時間短、切削力小、溫升較低、刀具壽命高、換刀少、精度高和機床柔性好等優點。
（2）凸輪軸粗加工的發展
早期凸輪軸的主軸頸一般以單刀或多刀普通車床進行粗加工，凸輪普遍采用機械靠模式車床進行單刀或多刀仿形車削來完成。單刀車削效率低；多刀車削難以保證零件質量，而且粗車過後必須安排校直、粗磨等工序，生產效率低。
多刀車削、仿形車由於切削時受力大，工件容易發生彎曲變形和振動，刀具壽命低，打刀頻繁，不良率高。粗車過後需安排校直、粗磨等工序。工件換型時需更換靠模、調整時間長，切換效率低、成本高。新工藝凸輪軸主軸頸采用數控車，凸輪則采用數控外銑進行高速銑削（合金鋼件鍛造毛坯）或CBN強力磨削（鑄鐵鑄造毛坯）。凸輪軸的粗加工經歷了單刀車削、多刀車削、CNC車削和數控高速外銑的發展歷程。
博主好站推薦:
數控銑床熱補償原理
切削熱引起零件尺寸的變化，為保證內銑加工質量的穩台中CNC加工定，必須減小切削熱對加工系統的影響。一般有兩種做法實現變形誤差的熱補償：一是在設備系統內設置很多溫度傳感器，用來監測設備的溫升變化。借助統計數據規律的分析，根據實際溫度變化實現熱補償，HELLER采用這種方式。這種方法可以獲得精確的誤差補償，提高加工質量的穩定性，控制系統復雜，具有自動溫升補償功能。當機床和刀具溫度升高時，能自動修正各CNC軸坐標位置，保證工件加工尺寸的穩定性。
另一種方法是設定設備系統溫度變化滿足雙曲線的變化規律，且加工工件產生的切削熱是要累加的CNC搪床加工。尋找到熱變形與時間的關系，建立熱量補償曲線，這樣在不增加裝置的基礎上實現加CNC銑床加工工熱補償，在滿足加工質量穩定的情況下，設備的可靠性沒有降低。小松內銑采用的就是這種方台中機械加工式。
數控高速銑床具有高效率、高精度和很好的設備柔性，廣泛應用於發動機曲軸、凸輪軸的粗加工之中。數控外銑一般用在柴油機鍛鋼凸輪軸的凸輪銑削和加工余量較小且無軸向沉割槽的鑄件轎車曲軸的主軸頸、連杆頸粗加工。數控內銑適用於毛坯精度低、加工余量較大的大型龍門加工柴油機曲軸，尤其是對於無沉割槽且平衡塊側面需加工的鋼件曲軸加工。
博主好站推薦:
订阅：
博文 (Atom)