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高端精密制造的CNC數控加工技術
[2024-01-30]

高端精密制造的CNC數控加工技術


數控技術的應用使傳統的制造業發生了質的變化,尤其是近年來.微電子技術和計算機技術的發展給數控技術帶來了新的活力。數控技術和數控裝備是各個國家工業現代化的重要基礎。

數控機床是現代制造業的主流設備,精密加工的必備裝備,是體現現代機床技術水平、現代機械制造業工藝水平的重要標志,是關系國計民生、國防尖端建設的戰略物資。因此世界上各工業發達國家均采取重大措施來發展自己的數控技術及其產業。

CNC 數控加工

CNC 是英文 Computer Numberical Control 的縮寫,意思是“計算機數據控制”,簡單地說就是“數控加工”,在珠江三角洲地區,人們稱為“電腦鑼”。

數控加工是當今機械制造中的先進加工技術,是一種具有高效率、高精度與高柔性特點的自動化加工方法。它是將要加工工件的數控程序輸入給機床,機床在這些數據的控制下自動加工出符合人們意愿的工件,以制造出美妙的產品。


數控加工技術可有效解決像模具這樣復雜、精密、小批多變的加工問題,充分適應了現代化生產的需要。大力發展數控加工技術已成為我國加速發展經濟、提高自主創新能力的重要途徑。目前我國數控機床使用越來越普遍,能熟練掌握數控機床編程,是充分發揮其功能的重要途徑。

數控機床是典型的機電一體化產品,它集微電子技術、計算機技術、測量技術、傳感器技術、自動控制技術及人工智能技術等多種先進技術于一體,并與機械加工工藝緊密結合,是新一代的機械制造技術裝備。

CNC 數控機床的組成

數控機床集機床、計算機、電動機及拖動、動控制、檢測等技術為一體的自動化設備。數控機床的基本組成包括控制介質、數控裝置、伺服系統、反饋裝置及機床本體,如圖

1、控制介質

控制介質是儲存數控加工所需要的全部動作刀具相對于工件位置信息的媒介物,它記載著零件的加工程序,因此,控制介質就是指將零件加工信息傳送到數控裝置去的信息載體??刂平橘|有多種形式,它隨著數控裝置類型的不同而不同,常用的有穿孔帶、穿孔卡、磁帶、磁盤等。隨著數控技術的發展,穿孔帶、穿孔卡趨于淘汰,而利用 CAD/CAM 軟件在計算機編程,然后通過計算機與數控系統通信,將程序和數據直接傳送給數控裝置的方法應用越來越廣泛。

2、數控裝置

數控裝置是數控機床的核心,人們喻為“中樞系統”?,F代數控機床都采用計算機數控裝置 CNC。數控裝置包括輸入裝置及中央處理器(CPU)和輸出裝置等構成數控裝置能完成信息的輸入、存儲、變換、插補運算以及實現各種控制功能。

3、伺服系統

伺服系統是接收數控裝置的指令、驅動機床執行機構運動的驅動部件。包括主軸驅動單元、進給驅動單元、主軸電機和進給電機等。工作時,伺服系統接受數控系統的指令信息,并按照指令信息的要求與位置、速度反饋信號相比較后,帶動機床的移動部件或執行部件動作,加工出符合圖紙要求的零件。

4、反饋裝置

反饋裝置是由測量元件和相應的電路組成,其作用是檢測速度和位移,并將信息反饋回來,構成閉環控制。一些精度要求不高的數控機床,沒有反饋裝置,則稱為開環系統。

5、機床本體

機床本體是數控機床的實體,是完成實際切削加工的機械部分,它包括床身、底座、工作臺、床鞍、主軸等。

CNC 加工工藝的特點

CNC 數控加工工藝也遵守機械加工切削規律,與普通機床的加工工藝大體相同。由于它是把計算機控制技術應用于機械加工之中的一種自動化加工,因而具有加工效率高、精度高等特點,加工工藝有其獨特之處,工序較為復雜,工步安排較為詳盡周密。

CNC 數控加工工藝包括刀具的選擇、切削參數的確定及走刀工藝路線的設計等內容。CNC 數控加工工藝是數控編程的基礎及核心,只有工藝合理,才能編出高效率和高質量的數控程序。衡量數控程序好壞的標準是:最少的加工時間、最小的刀具損耗及加工出最佳效果的工件。

數控加工工序是工件整體加工工藝的一部分,甚至是一道工序。它要與其他前后工序相互配合,才能最終滿足整體機器或模具的裝配要求,這樣才能加工出合格的零件。

數控加工工序一般分為粗加工、中粗清角加工、半精加工及精加工等工步。

CNC 的數控編程

數控編程是從零件圖紙到獲得數控加工程序的全過程。它的主要任務是計算加工走刀中的刀位點(cutter location point 簡稱 CL 點)。刀位點一般取為刀具軸線與刀具表面的交點,多軸加工中還要給出刀軸矢量。

數控機床是根據工件圖樣要求及加工工藝過程,將所用刀具及各部件的移動量、速度和動作先后順序、主軸轉速、主軸旋轉方向、刀頭夾緊、刀頭松開及冷卻等操作,以規定的數控代碼形式編成程序單,輸入到機床專用計算機中。然后,數控系統根據輸入的指令進行編譯、運算和邏輯處理后,輸出各種信號和指令,控制各部分根據規定的位移和有順序的動作,加工出各種不同形狀的工件。因此,程序的編制對于數控機床效能的發揮影響極大。

數控機床必須把代表各種不同功能的指令代碼以程序的形式輸入數控裝置,由數控裝置進行運算處理,然后發出脈沖信號來控制數控機床的各個運動部件的操作,從而完成零件的切削加工。

目前數控程序有兩個標準:國際標準化組織的 ISO 和美國電子工業協會的 EIA。我國采用 ISO 代碼。

隨著技術的進步,3D 的數控編程一般很少采用手工編程,而使用商品化的 CAD/CAM 軟件。

CAD/CAM 是計算機輔助編程系統的核心,主要功能有數據的輸入 / 輸出、加工軌跡的計算及編輯、工藝參數設置、加工仿真、數控程序后處理和數據管理等。

目前,在我國深受用戶喜歡的、數控編程功能強大的軟件有 Mastercam、UG、Cimatron、PowerMILL、CAXA 等。各軟件對于數控編程的原理、圖形處理方法及加工方法都大同小異,但各有特點。

CNC 數控加工零件的步驟

1、分析零件圖,了解工件的大致情況(幾何形狀,工件材料,工藝要求等)

2、確定零件的數控加工工藝(加工的內容,加工的路線)

3、進行必要的數值計算(基點、節點的坐標計算)

4、編寫程序單(不同機床會有所不同,遵守使用手冊)

5、程序校驗(將程序輸入機床,并進行圖形模擬,驗證編程的正確)

6、對工件進行加工(好的過程控制能很好的節約時間和提高加工質量)

7、工件驗收和質量誤差分析(對工件進行檢驗,合格流入下一道。不合格則通過質量分析找出產生誤差原因和糾正方法)。


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