金工实习图文项目9

金工实习9.1特种加工数控机床磨削加工项目9数控机床与特种加工9.29.3数控机床教学目的熟悉数控车、铣床的组成及加工特点；了解电火花加工的工作原理、特点及其在模具制造中的应用；了解数控电火花线切割机床的工作原理及主要特点。项目9数控机床与特种加工教学内容数控机床的组成及加工特点；典型的特种加工数控机床的工作原理及特点。项目9数控机床与特种加工教学难点典型的特种加工数控机床的工作原理。项目9数控机床与特种加工9.1数控机床数控即数字控制（numericalcontrol，NC），在机床领域指用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。数控机床即采用了数控技术的机床。在数控机床上加工零件时，一般是先编写零件加工程序单，即用程序规定零件加工的路线和工艺参数（如主轴转速、切削速度等），数控系统根据加工程序自动控制机床运动，把零件加工出来。所以，数控机床是一种灵活性极强的、高效能的全自动化加工机床。9.1数控机床数控机床的组成9.1.1数控机床有很多种类，但任何一种数控机床都是由控制介质、数控系统、伺服系统、辅助控制系统和机床本体等若干基本部分组成的，如图9-1所示。图9-1数控机床的组成9.1数控机床控制介质1.数控系统的工作不需要操作工人直接操纵机床，但机床又必须执行人的意图，这就需要在人与机床之间建立某种联系，这种联系的中间媒介物即称为控制介质。在控制介质上存储着加工零件所需要的全部操作信息和刀具相对工件的位移信息，因此，控制介质就是将零件加工信息传送到数控装置的信息载体。9.1数控机床控制介质的形式是多种多样的，它随着数控装置类型的不同而不同，常用的有穿孔带、穿孔卡、磁带、磁盘和USB接口介质等。控制介质上记载的加工信息要经过输入装置传送给数控装置，常用的输入装置有光电纸带输入机、磁带录音机、磁盘驱动器和USB接口等。此外，还有一部分数控机床采用数码拨盘、数码插销或利用键盘直接输入程序和数据。随着CAD/CAM技术的发展，有些数控设备利用CAD/CAM软件在其他计算机上编程，然后通过计算机与数控系统通信（如局域网），将程序和数据直接传送给数控装置。9.1数控机床数控系统2.数控装置是一种控制系统，也是数控机床的中心环节。它能自动阅读输入载体上事先给定的数字并译码，使机床进给并加工零件。数控系统通常由输入装置、控制器、运算器和输出装置四部分组成，如图9-2所示。图9-2数控装置结构9.1数控机床输入装置接受由穿孔带阅读机输出的代码，经识别与译码后分别输入到各个相应的寄存器，这些指令与数据将作为控制与运算的原始数据。控制器接受输入装置的指令，通过控制器、运算器与输入装置对机床执行各种操作（如控制工作台沿某一坐标轴的运动、主轴变速和切削液的开关等），控制整机的工作循环（如控制阅读机的起动或停止、控制运算器的运算和控制输出信号等）。9.1数控机床运算器接受控制器的指令，将输入装置送来的数据进行某种运算，并不断向输出装置送出运算结果，使伺服系统执行所要求的运动。对于加工复杂零件的轮廓控制系统，运算器的重要功能是进行插补运算。所谓插补运算就是将每个程序段输入的工件轮廓上的某起点和终点的坐标数据送入运算器，经过运算之后在起点和终点之间进行“数据密化”，并按控制器的指令向输出装置送出计算结果。输出装置根据控制器的指令将运算器送来的计算结果输送到伺服系统，经过功率放大驱动相应的坐标轴，使机床完成刀具相对工件的运动。9.1数控机床目前均采用微型计算机作为数控装置。微型计算机的中央处理器（CPU）又称微处理器，是一种大规模集成电路，它将运算器、控制器集成在一块集成电路芯片中。在微型计算机中，输入与输出电路采用大规模集成电路，即所谓的I/O接口。微型计算机拥有较大容量的寄存器，并采用高密度的存储介质，如半导体存储器和磁盘存储器等。存储器可分为只读存储器（ROM）和随机存取存储器（RAM）两种类型，前者用于存放系统的控制程序，后者存放系统运行时的工作参数或用户的零件加工程序。9.1数控机床伺服系统3.伺服系统是数控系统的执行部分，由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成。伺服系统接受数控系统的指令信息，并按照指令信息的要求带动机床本体的移动部件运动或使其执行部分动作，以加工出符合要求的工件。指令信息是脉冲信息的体现，每个脉冲使机床移动部件产生的位移量叫做脉冲当量。机械加工中一般常用的脉冲当量为001mm/脉冲、0005mm/脉冲、0001mm/脉冲，目前所使用的数控系统脉冲当量一般为0001mm/脉冲。9.1数控机床伺服系统是数控机床的关键部件，它直接影响数控加工的速度、位置、精度等。开环系统的伺服机构常用步进电动机和电液脉冲马达，闭环系统常用脉宽调速直流电动机和电液伺服驱动装置等。9.1数控机床辅助控制系统4.辅助控制系统是介于数控装置和机床机械、液压部件之间的强电控制装置。它接受数控装置输出的主运动变速、刀具选择交换、辅助装置动作等指令信号，经过必要的编译、逻辑判断、功率放大后直接驱动相应的电器以及液压、气动和机械部件，以完成各种规定的动作。此外，有些开关信号经过辅助控制系统传输给数控装置进行处理。9.1数控机床机床本体5.机床本体是数控机床的主体，由机床的基础大件（如床身、底座）和各种运动部件（如工作台、床鞍、主轴等）组成，是完成各种切削加工的机械部分。9.1数控机床数控机床的加工特点9.1.2数控机床按照程序自动加工零件，而普通机床要由工人手工操作来加工零件，这是数控机床与普通机床加工零件的区别。在数控机床上加工零件只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂、要求精度高的零件。9.1数控机床数控加工是一种程序控制过程，具有以下几个特点：（1）数控加工的加工精度高，加工质量稳定可靠，加工误差一般能控制在001mm左右。数控机床的传动系统与机床结构都具有很高的刚度和热稳定性，而且提高了制造精度，特别是数控机床的自动加工方式避免了生产者的人为操作误差，同一批加工零件的尺寸一致性好，产品合格率高，加工质量十分稳定。此外，数控机床进给传动链的反向间隙与四缸螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控机床能达到比较高的加工精度。9.1数控机床（2）数控机床加工零件的适应性强，灵活性好，能加工形状复杂的零件。在数控机床上加工工件时，只需要简单的夹具，不需要制作成批的工装夹具，更不需要反复调整机床，因此特别适合单件、小批量工件及试制新产品的加工。（3）数控机床的自动化程度高，可以减轻工人的体力劳动强度。数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作键盘、装卸零件、安装刀具、完成关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到相应的改善。9.1数控机床（4）数控加工的生产率高。零件加工所需要的时间包括机动时间和辅助时间两部分。数控机床主轴转速和进给量的范围比普通机床的范围大，每一道工序都能选用最合适的切削用量；良好的结构刚性允许数控机床进行大切削用量的强力切削，有效地节省了机动时间。数控机床移动部件的快速移动和定位均采用了加速和减速措施，因而选用了很高的空行程运动速度，消耗在快进、快退和定位的时间要比一般机床少得多。此外，数控机床在更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床。9.1数控机床（5）数控加工有利于生产管理的现代化。用数控机床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化检验工作和夹具、半成品的管理工作。这些都有利于使生产管理现代化，便于实现计算机辅助制造。数控机床及其加工技术是计算机辅助制造系统的基础。目前，在机械行业中，随着市场经济的发展，产品更新周期越来越短，中、小批量的生产所占有的比例越来越大，对机械产品的精度和质量要求也在不断提高。所以，普通机床越来越难以满足加工要求。同时，由于技术水平的提高，数控机床的价格在不断下降，因此，数控机床在机械行业中的使用将越来越普遍。9.1数控机床数控机床的分类9.1.3数控机床的种类很多，功能各异，可从不同的角度对其进行分类。一般按机械运动的轨迹可分为点位控制系统数控机床、直线控制系统数控机床和连续控制系统数控机床。按伺服系统的类型可分为开环伺服系统数控机床、闭环伺服系统数控机床和半闭环伺服系统数控机床。按控制坐标可分为两坐标数控机床、三坐标数控机床和多坐标数控机床。但从用户角度考虑，按机床加工方式或能完成的主要加工工序来分类可能会更合适。目前常用的金属切削机床，如车床、铣床、磨床、钻床、镗床、齿轮加工机床，均开发了相应的数控机床。9.1数控机床数控车床及其主要结构1.数控车床主要用来加工各种形状不同的轴类与盘类、套类等回转零件，是目前应用数量最大的数控机床。为了适应右手操作的习惯，其主轴箱布置在左上部。图9-3所示为TNDCK6136型数控车床的外形及其主要结构。图9-3TNDCK6136型数控车床的外形及其主要结构1—数控系统；2—主轴箱；3—卡盘；4—机械式转塔刀架；5—刀架滑板；6—防护罩；7—床身；8—导轨9.1数控机床数控车床主要由以下几部分组成：（1）底座。底座是车床的基础，用于支撑车床的各部件、联结电气柜、支撑防护罩和安装排屑装置。（2）床身。床身固定在机床底座上，是机床的基本支撑件，在床身上安装着车床的各主要部件。床身的作用是支撑各主要部件并使它们在工作中保持准确的相对位置。（3）主轴箱。主轴箱固定在床身的左上部，在数控操作面板之后。主轴箱中的主轴通过卡盘等夹具装夹工件。主轴箱的功能是支撑并转动主轴，使主轴带动工件按照规定的转速旋转，以实现机床的主运动。9.1数控机床（4）刀架滑板。刀架滑板由纵向（Z向）滑板和横向（X向）滑板组成。纵向滑板安装在床身导轨上，沿床身实现纵向运动；横向滑板安装在纵向滑板上，沿纵向滑板上的导轨实现横向（X向）运动。刀架滑板的作用是使安装在其上的刀具在加工中实现纵向进给和横向进给运动。（5）机械式转塔刀架。机械式转塔刀架安装在机床的刀架滑板上，在它上面可以安装多把刀具，加工时可以实现自动换刀。刀架的作用主要是装夹车刀、孔加工刀具以及螺纹加工刀具，并在加工时能准确、迅速地选择刀具。9.1数控机床（6）防护罩。防护罩安装在机床底座上，用于加工时保护操作者的安全和保护环境清洁。（7）机床润滑系统。机床润滑系统的作用是为机床运动部件提供润滑和冷却。（8）机床控制系统。数控车床的控制系统主要由数控系统和机床的强电气控制系统组成。其中机床的强电气控制系统完成对机床的自动控制。（9）尾座。尾座安装在车床导轨上，并沿导轨进行纵向移动以调整位置。尾座的作用是安装顶尖支撑工件，在加工中起辅助支撑作用。9.1数控机床数控铣床及其主要结构2.数控铣削是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一。它除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外，还能铣削普通铣床不能铣削的需要二坐标至五坐标联动的各种平面轮廓和立体轮廓。适合数控铣削的主要加工对象有平面类零件、变斜角类零件以及曲面类零件。9.1数控机床XKA5750型立式数控铣床的外形如图9-4所示。工作台13由伺服电动机2带动在升降滑座15上进行纵向（X轴）左右移动，伺服电动机2带动升降滑座15进行垂直（Z轴）上下移动，滑枕8进行横向（Y轴）进给运动。用滑枕实现横向运动可获得较大的行程。机床主运动主要由交流无级变速电动机驱动，万能铣头9不仅可以将铣头主轴调到立式或者卧式位置，而且还可以在前半球面内使主轴中心线处于任意空间角度。行程限位挡铁3、14起限位保护作用。9.1数控机床图9-4XKA5750型立式数控铣床的外形1—底座；2—伺服电动机；3、14—行程限位挡铁；4—强电柜；5—床身；6—横向限位开关；7—后壳体；8—滑枕；9—万能铣头；10—电气柜；11—数控系统；12—纵向限位开关；13—工作台；15—升降滑座9.2特种加工数控机床电火花加工、电解加工、超声加工、激光加工、电子束加工等非传统加工方法总称为特种加工，主要用于加工采用一般切削加工方法难以加工（如材料性能特殊、形状复杂等）的工件。其中，电火花加工应用较为广泛，本节主要介绍电火花加工。9.2特种加工数控机床数控电火花成形加工机床9.2.1电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。随着电火花技术的发展，逐步形成电火花成形加工和电火花线切割加工两种加工方式。9.2特种加工数控机床电火花成形加工的工作原理1.图9-5所示为最简单的数控电火花成形加工机床原理图。图9-5数控电火花成形加工机床原理图9.2特种加工数控机床工具电极和工件分别接脉冲电源的负、正极，浸入工作液中，数控系统控制工具电极向工件进给，当间隙达到一定值时，两极上施加的脉冲电压将间隙中的工作液击穿，产生火花放电，在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可达9000℃以上，压力也急剧变化，从而使工件表面局部金属立刻熔化、汽化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝成金属微粒，被工作液带走。这时，在工件表面则留下一个微细的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电。9.2特种加工数控机床电火花成形加工的主要特点2.数控电火花成形加工的主要特点如下：（1）脉冲宽度可以调节，在同一台机床上能连续进行粗、中、精加工。（2）加工时工具电极与工件不接触，两者之间不存在因切削力而产生的一系列设备和工艺问题，有利于加工用通常机械切削方法难以或无法加工的复杂形状工件和具有特殊工艺要求的工件，如薄壁、窄槽、各种型孔、立体曲面等。9.2特种加工数控机床（3）脉冲放电产生的高温通道足以熔化和汽化任何材料，因此，它适合加工用传统机械加工方法难以加工的特殊材料，包括各种淬火钢、硬质合金、耐热合金等硬、脆、韧、高熔点的导电材料。（4）数控电火花成形加工能直接利用电能，便于实现自动控制。（5）数控电火花成形加工也有不足，如加工效率较低、工具电极损耗会影响尺寸加工的精度等。9.2特种加工数控机床电火花成形加工在模具制造中的应用3.模具制造行业首先大量使用电火花加工技术，最初是冲裁模的加工，后来在成形模具的加工方面也广泛使用。例如，锻模70%的工作量可由电火花加工来完成。电火花成形加工在模具制造中的应用主要有以下几个方面：（1）加工各种模具零件的型孔，如冲裁模、复合模、连续模等模具中的型孔，及拉丝模、拉深模等模具中的复杂型孔等。9.2特种加工数控机床（2）加工复杂形状的型腔，如锻模、塑料模、压铸模、橡皮模等各种模具的型腔。（3）电火花磨削，如对淬硬钢件、硬质合金件进行平面磨削、内外圆磨削、坐标孔磨削以及成形磨削等。（4）强化金属表面，如对凸模和凹模进行电火花强化处理后，可提高耐用度。（5）其他加工，如刻字、花纹，电火花攻螺纹等。9.2特种加工数控机床图9-6所示为SC400型数控电火花成形机床的外形。图9-6SC400型数控电火花成形机床的外形1—数控电源柜；2—控制台；3—工作液槽；4—底座；5—机床垫铁；6—油箱；7—主轴箱；8—床身；9—滑枕9.2特种加工数控机床SC400型数控电火花成形机床是在消化和吸收国外先进技术和经验的基础上，根据我国实际情况而设计的，采用了工业计算机控制系统、键盘输入、彩色CRT显示等，大大提高了编程自动化程序，具有造型美观、结构新颖、操作方便等优点。SC400型精密数控电火花成形机床主要由主机、油箱、数控电源柜等部分组成。主机由床身、底座、滑枕、主轴箱、工作液槽等部分组成。机床采用滑枕式结构，滑枕式结构与十字滑台结构相比较，具有较好的刚性和较大的承载能力，并且加工精度高，稳定性能好。机床X、Y、Z三个坐标采用直流伺服电动机直接驱动滚珠丝杠的形式。三个坐标导轨采用滚动导轨，具有灵敏度高、伺服性能好、加工稳定、定位精度高等优点。9.2特种加工数控机床数控电火花线切割机床9.2.2数控电火花线切割机床的工作原理1.数控电火花线切割和数控电火花成形加工的基本原理是一样的，不同的是在电火花线切割中是用连续移动的细金属导线（铜丝或钼丝）作为工具电极来代替电火花成形加工中的成形电极，利用线电极与工件之间产生的脉冲火花放电来蚀除工件材料，工作台带着工件在X、Y两坐标平面中移动，从而切割出各种平面图线。工件的形状是由数控系统控制工作台（工件）相对于电极丝的运动轨迹决定的，因此，不需要制造专用的电极就可以加工形状复杂的模具零件。9.2特种加工数控机床图9-7所示为电火花线切割原理图。图9-7电火花线切割原理图1—导向轮；2—电极丝（钼丝或铜丝）；3—工件；4—储丝筒；5—支架；6—脉冲电源；7—绝缘底板9.2特种加工数控机床9.2特种加工数控机床电火花线切割主要用于冲模、挤压模、塑料模和电火花型腔模用的电极加工等。由于电火花线切割机床的加工速度和精度的迅速提高，目前已达到可与坐标磨床相竞争的程度。例如，中小型冲模的材料为模具钢，过去用分开模和曲线磨削的方法加工，现在改用电火花线切割整体加工的方法。9.2特种加工数控机床数控电火花线切割的主要特点2.我国数控电火花线切割机床的拥有量占世界首位，技术水平与世界先进水平的差距也逐渐缩短。尤其是近年来，计算机技术和先进的电火花加工技术相结合，实现了各种复杂形状的模具和零件加工的自动化，其控制精度可达1μm，实际加工精度可达±001mm。表面粗糙度可达Ra2.5~1.25μm的数控电火花线切割机床是精密金属加工、模具制造的必备设备。9.2特种加工数控机床数控电火花线切割的主要特点如下：（1）直接利用线状的电极丝做工具电极，不需要像电火花成形加工一样的成形工具电极，可节约电极的设计、制造费用，并缩短生产准备时间，加工周期短。（2）可以加工用传统切削加工方法难以加工或无法加工的微细异形孔、窄缝和形状复杂的零件，其加工周期短、应用灵活，因而很适合于小批量零件和试制品的加工。（3）用一般切削加工方法难以加工或无法加工的材料，在电火花加工中，作为刀具的电极丝无需刃磨即可加工，可节省辅助时间和刀具费用。9.2特种加工数控机床（4）利用电蚀原理加工，加工中工具电极和工件不直接接触，没有像机械加工那样的切削力，因而工件的变形很小。电极丝、夹具不需要太高的强度，适宜于加工低刚度工件及细小零件。（5）由于电极丝比较细，切口很窄，只对工件材料进行“套料”加工，实际金属去除量很少，轮廓加工时所需余量也少，故材料的利用率很高，能有效地节约贵重材料。（6）由于采用移动的长电极丝进行加工，使单位长度电极丝损耗较小，从而对加工精度的影响比较小，特别在低速走丝电火花线切割时，电极丝一次使用，电极损耗对加工精度的影响更小。9.2特种加工数控机床（7）依靠数控系统的线径偏移补偿功能，使冲模加工的凹凸模间隙可以任意调节。依靠锥度切割功能，有可能实现凹凸模一次加工成形。（8）对于粗、半精、精加工，只需调整电源参数即可，操作方便，自动化程度高。采用乳化