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第一章磨削技术的发展1.1磨削技术发展概述随着新技术的开发应用,近年来消磨的效率、精度和加工范围显著提高。特别是对于难加工材料的高效高精度加工,磨削起着极其重要的作用,各种磨削新技术、新工艺和成品层出不穷。主要在以下几个方面的发展比较突出。1.1.1高速和强力磨削一般来将,按砂轮的线速度Vs的高低,将磨削分为普通磨削(Vs45m/s)、高速磨削(45=Vs150m/s)、超高速磨削(Vs=150m/s)。由于CBN砂轮的使用,强力磨削突破传统磨削的限制,生产率成倍提高,有些零件的毛坯,不需要经过粗切加工,可直接磨削成为成品。目前,磨削速度一经达到120m/s,大切深缓进给的强力磨削也得到了广泛应用。在强力超高速磨削加工中,现有得砂轮、砂轮传统装置和磨床,限制了磨削速度,其最大值为25m/s。为了超过该限制,某些重要系统零部件需要优化。在开发设计相应得高速磨床时,应该主要考虑动力特性、传统效率和安全测试装置,平衡系统在最大速度时必须能自动运转。开发高速砂轮时,应该考虑高得强度、材料性能的各向同性和较小的轮毂重要,时极为重要因素,开发的专用高速砂轮的轮毂应该具有最小的颈向膨胀,量好的阻尼特性和良好的导热性。适合于CBN高速磨削的磨床,应该具有诸如接触检测和振动监视以及平衡监视系统,这样财能保证操作安全。高速、超高速磨削在欧洲、美国和日本等一些工业发达国家发展很快,如德国德Aachen大学、Bremm大学、美国德Connection大学等,有德在实验室完成了Vs为250m/s、350m/s、400m/s德实验。拒报道,德国Aachen大学正在进行目标为500m/s德磨削实验研究,在实用磨削方面,日本丰田工机德G250型CBN高速外圆磨床采用Ф400mm电镀CBN砂轮,线速度可达200m/s,可适用于多种工件德磨削加工[16]。1.1.2高精度磨削现代高精度磨削技术德发展,使磨削尺寸精度达到0.1~0.3μm,表面粗糙度达到0.2~0.05μ,磨削表面变质层和残余应力均很小,明显提高了加工零件的质量。同时,精密、高速进给单元的出现为高精密磨削提供了有利条件。在20世纪90年代后期,国外都普遍采用了直线伺服电机驱动技术,高动态性能的直线电机结合数字控制技术,可使磨削达到相当高的精度和速度。如德国西门子公司早CIMT’97作了直线电机120m/min高速进给表演,而该公司的直线电机最大进给速度可达200m/min,其最大推力可达6600N,最大位移为504mm。又如日本三井精机公司生产的高速工具磨床,主轴上下移动(行程25mm),采用直线电机后,可达400次/min,使原来的2倍,加工效率提高了3~4倍。1.1.3圆及椭圆等非圆表面的精密加工为了提高机电产品的性能质量、发展高新技术,现在越来越多零件的制造精度要求越来越高,形状也越来越复杂,如高精度轴承的滚动体圆度要求小于0.5μm;液浮陀螺球表面的球度要求为0.2~0.5μm;激光打印机的平面反射和录像机磁头的平面度要求为0.04μm,粗糙度为0.02μm。为了提高效率,减少阻力和降低噪声,既要精密传递运动又要密封压缩做功,螺杆压缩机包括成型螺旋曲面;管平膨胀机的叶轮、飞机螺旋桨、潜水艇的推进器等都又极其复杂空间曲面;现代汽车发动机的活塞也不使圆柱型而是要求具有椭圆鼓性的;为提高强度和适用寿命,机械轴也不再是圆柱形而是由几个段圆弧组成棱柱体;卫星天线馈源要求有方与圆光滑的过渡实体;而各类特殊刀具与磨具,其型面也极其复杂。所有这些,都要求数控机床具有高性能、高精度和稳定加工复杂形状零件表面的能力。因而要求我们设计高性能、智能化、系统化、多轴联动的新型数控系统。国内外对原形表面工件的磨削加工方法已相当成熟,能够加工精度要求再响应的外圆磨床上容易的实现。而复杂形工件的精密磨削却很难实现,以往非圆截面工件的加工组要采用机械运动合成法和硬靠模仿形加工法来实现[13]。80年代初期,国外开始研制非圆截面工件的数控加工车床,又称为无凸轮加工车床。英国的AE集团投资500万英镑于活塞自动加工线,其中最关键的设备就是加工非圆活塞的数控车床。该车床用金刚石车刀一次成形非圆截面,其主轴转速达2500r/min,生产率可达80000件/周。日本株式会社大隈铁工所研制的BL—CAM非圆数控车床,监工非圆形活塞时,主轴转速高达3000r/min。与传统的凸轮、液压仿行等加工方法相比,加工效率提高三倍以上。再加工椭圆度为0.3mm的工件时,主轴转速为3000r/min,加工精度可达+2.5um。日本泷泽铁工所研制的TPS-3000CNC车床采用了专用的电磁驱动伺服机构来完成非圆工件车削时的高速往复进给运动,以获得微米级的进给运动控制精度和较高的响应速度。该车床可加工长短径差为25mm的椭圆形工件。美国的Ingersoll公司再研制非圆截面工件无靠模数控车床中,采用了实体造型技术,使非圆截面工件的世纪、制造实现了一体化。并采用了再线检测技术以稳定地保证产品的质量,提高生产效率。美国CROSS公司相继开发的PTM-2000型非圆工件加工数控车床,使加工变椭圆形活塞时,生产率可达150件/h,加工误差小于+3.8um。在我国,对于形状简单的非圆截面工件的数控车削加工,一经有较成熟的技术及响应的设备。长沙国防科技大学于1990年初,TP801单机板开发了软靠模活塞加工装置。利用该装置再CA6250普通车床上加工活塞的实验表明:当工件直径为Φ110mm,机床转速为700r/min,纵进给量为0.2mm/r,活塞的头部与裙部,可在一次装夹中,用不同的程序加工出来,椭圆度误差为+10um。可在加工之前,用户必须事先将编制好的程序,固化在EPPOM中,此外在1998年,该大学开始对基于PC机的直接驱动微位移机构来实现非圆零件磨削技术进行了研究,并有相关论文的发表。清华大学1993年研制成功了TH-50型与TH-200型高频响大形程微进给机构,并以CM6140为基础,研制出了非圆截面精密数控车削系统。利用该车削系统车削FL912活塞时,在主轴转速为1400r/min的条件下,最大加工误差为+0.006mm。国内外对于非圆表面加工的研究开发大多是基于车削加工的,而磨削作为机械精密加工的重要方法之一,应该在非圆表面的加工方面加大研究力度,尽快研究开发出关于非圆表面的高速精密摩削的数控技术及加工工艺。1.2数控系统的回顾与发展趋势1.2.1数控系统的发展历程数控(NumericalControl简称NC)系统是一种控制系统,它能自动阅读输入载体上预先给定的数字值,并将其译码,使机床移动并加工零件。数控系统使数控机床等自动加工设备的核心和重要研究内用,它综合了计算机、自动控制、电气传动、测量技术等多项技术,解决了复杂零件的制造问题,其准确、高效的加工方式,改变了以往机械工业周期长、效率低的局面:其柔性的工作方式,能充分适应多品种、小批量的现生产方式。利用数控技术,可以大幅度缩短产品的制造周期,提高产的加工质量,加速产品的更新换代,提高产品的竞争力。数控技术的发展水平已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。自1952年美国麻省理工学院伺服机构实验室研制出第一台三坐标数控铣床以来,数控系统在制造工业,特别是在航天航空工业中被广泛地应用。随着微电子技术与计算机技术地发展,近50年来,数控系统经历了而以下来两个阶段、六个时代的发展历程。第一阶段:硬件数控系统(1952~1970)这一阶段数控系统的各种控制功能都由硬件逻辑电路完成,它分别经历了电子管时代、晶体管时代和小规模集成电路三个时代。这一阶段的数控系统功能简单,灵活性差,设计周期长,因而限制了其进一步发展和应用。第二阶段:计算机数控系统(ComputerNumericalControl简称CNC)(1970~至今)少计算机控制的系统。到1974年后随着微处理器的快速发展出现了采用微型电子计算机控制的第五代数控系统。经过几年的发展,数控系统从性能到可靠性都得到了根本性的提高。自70年代末到整个80年代,数控技术在全世界范围内得到了大规模的发展和应用。从90年代开始,微电子技术和计算机技术的发展速度突飞猛进,个人计算机PC的发展尤为突出,在软硬件以及外围器件等各个方面的进展日暮途穷新月异,计算机所有芯片的集成化程度越来越高,功能越来越强,南昌成本却越来越低,原来在大中型机上才能实现的功能现在在微型机就可以实现。在美国首先出现了在PC机平台上开以的数控系统,即PC数控系统,也就是我们现在说的第六代数控系统。第六代数控系统在功能软件上已取得较大进展,具备了交互式对话编程、三维图形动态显示/校验和实时软件精度补偿功能,并可以向机床制造厂提供二次开以手段,实现了产品的标准化和系列化。目前已经较多地用用高性能的32们乃至64们CPU,以使用足够商的运算能力以满足高速、高精度加工的需要。这代数控系统经过近10年的发展,已经出现了三种基于PC的数控系统结构:a)PC作为人机控制开放式的实现工具,但数控的内核功能仍然由专用CNC完成。它的典型代表是三菱电气公司的基于PC的64位MeldasMagic64和Allen-Bradley公司b)PC作为人机控制开放的实现工具,控制核心功能通过具有一定开放性的运动控制卡实现。其典型代表是DeltaTau公司的PMAC运动控制卡。c)包括内核控制功能在内的所有功能都通过软件实现。此种结构建立在通用的PC机平台上,和外界的通讯能过标准和接口卡实现。其典型代表产品是MDSI公司的OpinCNC。1.2.2我国数控技术发展概况看改革开入以业,我们数控技术的开发研究有了较快的发展,尤其是经过“六五”(1981~1985)规划引进国外技术、“七五”(1986~1990)规划对引进技术的消化吸收,“八五”(1990~1995)规划由国家组织科技攻关对自版权数控的七发及“九五”(1996~2000)规划国家组织产业化攻关等各个阶段实施,开发了具有我国自主版权的两个基本系统(即平台),四种数控系统用其派生产品。它们是,中华Ⅰ型(中国朱峰公司、航天数控集团公司)、蓝天Ⅰ型(中科院沈阳计算所)、华中Ⅰ型(华中科技大学)。其中,中华Ⅰ型、华中Ⅰ型是基于PC+数控卡构成硬件平台南明进行开发的。航天Ⅰ型号是利用PC机的体系结构设计与能用PC兼容的微机、加上数控通用/专用模板构成了单机数控系统,在这个基础上再与通用PC机互连,构成了典型的前/后台结构的多机系统。蓝天Ⅰ型是在原7500系列的高档数控的基础上,通过大规模可编程门阵芯片(EPLD)三次集成的,缩小设计后与通用PC互连,构成了8500系列多机系统。这些高档数控系统的开发成功使我们数控技术有了长中听进步,也给我国数控发展带来了新的机遇,如今随着芯片技术用计算机系统的高速发展,利用通用微机系统设计开入式结构的数控系统,把开发工作转到软件用算法上。上述这些数控系统,都具有多轴联动功能,联运轴数可在五轴以上,这说明我国在新一代数控系统的开发研制上,已经与国外站到了同一起跑线上,彻底的改变了我国数控机床装备的数控系统,长期以来对国外的依赖性,同进高档数控系统的开发成功,也为我国高档数控机床的发展提供了有力保障。国产数控系统不论是经济型数控,还是普用型(中档数控)用高级型(高档数控)近几年来已进入中、小批量的生产并得到广泛的应用。在我国经济型数控仍是应用面最大的系统,在10年的时间里,我国约有2万台普通机床改造成经济型数控机床。用普及型和高档型号数控系统对普通机床和传统机床,或是进口机床及技术老化的机床进行改造,在近几个来有了显著的经济效益。如:蓝天高档型数控国家工程研究中心,在批量生产的基础上,已向机床行业提供了200余套高中档为主的CNC产品与机床配套,不仅与国内多个机床厂家的加工中心、车削中心、数控车床、数控铣床等20多种数控机床配套,同进也支持完成了国家重大数控加工设备的配套及攻关。蓝天高林觉民数控系统还成功的装备了沈阳第三机床厂的“S3-FMC-01盘套类柔性制单元”、协同沈阳第一机床厂成功装备了我国第一台双过程曲轴铣
本文标题:数控磨床设计说明书
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