關(guān)鍵技術(shù)
數(shù)控沖床高速加工監(jiān)測技術(shù)主要指在高速加工過程中通過傳感、分析、信號處理等，對高速數(shù)控沖床及系統(tǒng)的狀態(tài)進(jìn)行實時的主動在線監(jiān)測和控制，識別可能引起重大事故的工況，避免機(jī)床、刀具、工件及有關(guān)設(shè)施的損傷。監(jiān)測技術(shù)的成功應(yīng)用，可大大延長刀具壽命，保證產(chǎn)品質(zhì)量、提高效率、保證設(shè)備及人員安全。
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為了在越高速加工復(fù)雜零件時獲得高精度，許多CNC系統(tǒng)采用了精簡指令集系統(tǒng)(RISC) 0它可以計算系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生的預(yù)期誤差，并根據(jù)實際需要進(jìn)行修正，從而使實際軌跡精確地跟蹤編程軌跡，消除跟蹤誤差。RISC還具有控制加、減速，優(yōu)化執(zhí)行程序等功能，這種系統(tǒng)均已采用32 - 64位CPU.并帶有小型數(shù)據(jù)庫，兼有CAM功能，具有MAP3.0通信能力，采用C語言編程，具有工具監(jiān)控功能。日本FANUC公司生產(chǎn)的16/18 系列CNC系統(tǒng)，采用了64位高速RISC微處理器，可以實現(xiàn)微小線段連續(xù)高速加工、前饋控制、高精度輪廓控制及高速DNC操作。
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高速切削數(shù)控沖床優(yōu)良的力學(xué)性能，必須通過它優(yōu)良的控制性能才能夠充分發(fā)揮。數(shù)控高速切削加工要求CNC控制系統(tǒng)具有快速數(shù)據(jù)處理能力和高的功能化特性，以保證在高速切削時(特別是在4-5軸坐標(biāo)聯(lián)動加工復(fù)雜曲面時)仍具有良好的加工性能。
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刀柄是高速切削加工的一個關(guān)鍵部件，高速切削用的刀具，由于刀具旋轉(zhuǎn)速度很高，無論從保證加工精度方面考慮，還是從操作安全方面考慮，都對它的裝夾技術(shù)有很高的要求.傳統(tǒng)的刀柄與數(shù)控沖床主軸的連接方式是采用7 : 24錐柄實心刀柄(BT、ISO)，這種方法由于只是靠大錐度結(jié)合，刀具與主軸的連接剛性相對較低，當(dāng)主軸轉(zhuǎn)速超過10000r/min時，由于離心力的作用，主軸7 : 24大端會產(chǎn)生擴(kuò)張(圖忌的，使刀具軸向定位精度和連接剛性下降，振動加劇，甚至發(fā)生刀柄與主軸咬合的現(xiàn)象.主軸的膨脹還會引起刀柄及央緊機(jī)構(gòu)質(zhì)心的偏離，從而影響主軸的動平衡。要保證這種連接在高速下仍有可靠的接觸定位，需要一個很大的過盈量來抵消主軸軸端的膨脹，這樣大的過盈量需拉桿產(chǎn)生很大的預(yù)緊拉力，而拉桿產(chǎn)生這樣大的拉力一般很難，對換刀也非常不利，還會使主軸膨脹，對主軸前軸承有不良影響。分析表明，刀尖25%-50%的變形來源于7 : 24錐度連接，只有40%左右的變形源于主軸和軸承。因此，傳統(tǒng)刀具的刀柄與主軸錐孔的配合方式和配合精度，已經(jīng)不能滿足高速切削時的剛度和精度要求，因此開發(fā)新型的高速工具系統(tǒng)已成為改進(jìn)高速切削系統(tǒng)的重要組成部分。
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(1)刀體結(jié)構(gòu)
數(shù)控沖床高速鏡刀在很高的回轉(zhuǎn)速度下工作時，其刀體和可轉(zhuǎn)位刀片均受到很大的離心力作用，要求設(shè)計十分可靠的刀體結(jié)構(gòu)和刀片夾緊結(jié)構(gòu)。機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)能實現(xiàn)一個作用力的封閉連接；刀體結(jié)構(gòu)形式要求與刀片之間形成封閉連接；刀片裝卸應(yīng)盡可能容易；刀片夾緊機(jī)構(gòu)要有足夠的夾緊力。圖8-5中給出了三種刀體與刀片的安裝夾緊形式。為了調(diào)節(jié)刀具的不平衡度在刀體上徑向安裝了調(diào)整螺釘。
在高速切削中采用的平面鏡刀刀體現(xiàn)已使用鋁合金制造，其優(yōu)點是刀具重量約為鋼的60%，明顯降低了轉(zhuǎn)動慣量，使達(dá)到數(shù)控沖床主軸最高轉(zhuǎn)速的時間大為縮短，有利于刀具的更換；大尺寸刀具不容易產(chǎn)生顫動。日本住友電氣工業(yè)公司的RF型號刀體的鋁合金，其抗拉強(qiáng)度為576N/mm2，硬度150HB，是一般鋁合金的2倍。為了提高鋁合金刀體的表團(tuán)硬度，采用表面硬質(zhì)氧化膜處理，可使表面硬度達(dá)到350-400HV。
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數(shù)控沖床直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)和特點在第5章5.2.4節(jié)已進(jìn)行了講述，下面主要介紹它的分類。
數(shù)控沖床直線電機(jī)直接產(chǎn)生直線形式的機(jī)械運(yùn)動(一維或二維)。直線電機(jī)按原理分為直流直線電機(jī)、交流永磁同步直線電機(jī)、交流感應(yīng)異步直線電機(jī)、步進(jìn)式直線電機(jī)、磁阻式直線電機(jī)、壓電式直線電機(jī)和平面電機(jī)等，其中，以直流直線電機(jī)、交流永磁(同步)直線電機(jī)、交流感應(yīng)(異步)直線電機(jī)組成的高速進(jìn)給系統(tǒng)在高速機(jī)床中應(yīng)用較多。目前，實用的平面電機(jī)只限于平面步進(jìn)電機(jī)。
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數(shù)控沖床高速精密軸承的性能好壞將直接影響主軸單元的工作性能，是決定主軸壽命和負(fù)荷容的關(guān)鍵部件.隨著速度的提高，軸承的溫度升高，振動和噪聲增大，壽命減少。因此，提高數(shù)控沖床主軸轉(zhuǎn)速的前提是需要性能優(yōu)異的高速主軸軸承。
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數(shù)控沖床高速主軸單元是高速切削數(shù)控沖床最重要的部件，也是實現(xiàn)高速和超高速加工的最關(guān)鍵技術(shù)之一。要求動平衡性高，剛性好，回轉(zhuǎn)精度高，有良好的熱穩(wěn)定性，能傳遞足夠的力矩和功率，能承受高的離心力，帶有準(zhǔn)確的測淚裝置和高效的冷卻裝置。
高速主軸單元的類型主要有電主軸和氣動主軸，氣動主軸目前的研究主要是應(yīng)用于精密加工，功率較小，其最高轉(zhuǎn)速達(dá)150000r/min，輸出功率僅為30W左右。
高速電主軸的結(jié)構(gòu)的特點
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采用自動測試系統(tǒng)提高加工精度在數(shù)控沖床上往往可采用工件在線測量和刀具監(jiān)控系統(tǒng)來提高數(shù)控沖床的加工精度。
(1)采用工件在線自動測量系統(tǒng)提高零件加工精度  采用工件在線自動測量系統(tǒng)是采用工件測量系統(tǒng)對工件在安裝、加工過程中間、加工結(jié)束時，進(jìn)行工件尺寸測量的刪量系統(tǒng)。在加工中如果能對影響加工誤差的各種因素都能采取有效的補(bǔ)償，自然是很理想。但是實際加工過程中由于隨機(jī)因素眾多，要使所有誤差都具有象機(jī)床空間誤差一樣透明的可用明確的數(shù)學(xué)模型來表達(dá)，還有一些困難。因此在加工誤差的補(bǔ)償方面需另辟途徑，即把整個加工誤差作為“黑箱”來處理。它通過直接測量加工工件的最終誤差來發(fā)出修正指令，而不需了解誤差的各個組成因素間的數(shù)學(xué)關(guān)系。
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數(shù)控沖床上的帶有托板交換工件的分度工作臺用端齒盤分度結(jié)構(gòu)。
 
當(dāng)數(shù)控沖床工作臺不轉(zhuǎn)佳時，上齒盤7和下齒盤6總是啃合在一起，當(dāng)控制系統(tǒng)給出分度指令后，電磁鐵控制換向閥運(yùn)動(圖中未畫出)，使壓力油進(jìn)入油腔3，使活塞體l向上移動，并通過滾珠軸承帶動整個工作臺臺體13向上移動，臺體13的上移使得端齒盤6與7脫開，裝在工作臺13上的齒圈14與驅(qū)動齒輪15保持啃合狀態(tài)，電動機(jī)通過皮帶和一個降速比為i = 1130的減速箱 帶動齒輪15和齒圈14轉(zhuǎn)動，當(dāng)控制系統(tǒng)給出轉(zhuǎn)動指令時，驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)并帶動上齒盤7旋轉(zhuǎn)進(jìn)行分度。當(dāng)轉(zhuǎn)過所需角度后.驅(qū)動電動機(jī)停止，壓力池通過液壓閥5進(jìn)入油腔4，迫使活塞體i向下移動并帶動整個工作臺臺體13下移，使上下齒盤相啃合，可準(zhǔn)確地定位，從而實現(xiàn)了工 作臺的分度。
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