CNC雕刻与数控铣床的结合加工策略.docx

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1、CNC雕刻与数控铣床的结合加工策略fenghy导语：第三届伺服与运动控制论坛论文集，CNC雕刻与数控铣床的结合加工策略李文建CNC电脑雕刻及数控铣与加工中心在机械加工中都有各自的上风，将CNC雕刻和数控铣相结合，充分发挥各自的上风，互相取长补短无疑是一种明智的选择。基于利弊比照，本文讨论一种将CNC雕刻与数控铣床组合应用的结合加工策略。CNC雕刻机最近几年在国内有较大的开展，在国外早就有了雕铣机CNCEngravingAndMillingMachine。确切地讲，雕是铣的一局部，传统的数控铣床、CNC加工中心功率大，加工效率高，机床稳定性较好，但加工铜、铝等软质材料时存在着加工外表光洁度低、加

2、工效率不高等缺点，而高速CNC加工中心固然可以克制以上的缺点，但价格昂贵，一般的厂家难以承受。和传统的CNC数控设备相比，CNC电脑雕刻机有着转速高、加工软质材料效率高、外表光洁度高、性价比高等优点，雕刻加工是饱含着人类高智能和高技能的工匠型劳动，现代雕刻制造技术正经历着从手工雕刻向CNC雕刻的变革。将CNC雕刻和数控铣相结合，充分发挥各自的上风，互相取长补短无疑是一种明智的选择，这就是CNC雕刻与数控铣床的结合加工策略，以下对相关技术关键略作讨论。2CNC电脑雕刻及数控铣与加工中心的比照2.1机械局部机床机械由两个局部构成:工作台，主轴滑板等为挪动局部;床身、底座，立柱等为非挪动局部。2.1

3、.1数控铣、CNC加工中心对数控铣与CNC加工中心的非挪动局部和挪动局部刚性要求高，因此能进展重切削。但由于挪动局部同样庞大，牺牲了机床灵敏性，对于细小的切削和快速进给就显得力不从心。2.1.2CNC雕铣机雕铣机的非挪动局部刚性要求也要尽可能地好，而挪动局部的刚性那么要以灵敏为前题，要设计得尽可能地轻巧一些，同时保持一定的刚性。如此设计的CNC雕刻机就可以进展比拟细小的精加工，加工精度较高，对于软金属可以进展高速加工，但由于挪动局部的刚性较差，所以不可能进展重切削。怎样从机械构造上解决挪动局部重量轻、刚性又好的矛盾，其关键在于机械构造设计，可采用以下的技术措施：1采用超宽的立柱和横梁，由于龙门

4、式的构造有极好的对称性和极佳的刚性，它是高速切削设备的首选构造。与传统的C型床身构造相比，龙门架形式的床身刚性较高，受力平均，工件只在一个轴向挪动，各运动轴及相对惯性低，设计紧凑精细，可确保高刚性，高精度及高动态特性。机床的横梁可采用倾斜30度构造，使主轴鞍座的的重心向前方挪动，并且使横梁的导轨间距尽量加大，如此可大大进步主轴的稳定性和刚性。由于立柱的质量远远大于主轴等挪动部件的质量，所以为机床的高速运动和主轴的高速运转及负荷切削提供了坚实的保障。2底座采用铸铁整体铸造，采用上下筋配合的网状箱型架构，或者直接采用蜂巢相接的内六角网状构造，确保底座有足够的重量以增加机床的稳定性，如此高刚性的底座

5、设计可确保对固定工作台和立柱以及鞍座、主轴等挪动部件的刚性支持，使机床动态加工的稳定性最好，全行程范围内完全支撑立柱，使加工产生的变形量最小。3其挪动局部与数控铣显着的不同之处在于加宽了导轨与导轨之间的间隔，以克制不良力矩的影响。4由于机床的刚性主要用于克制挪动局部在高速挪动时对非挪动局部的强大冲击，所以导轨、丝杆要求粗一些，以及加强连接局部的刚性。最后，为了适应高速和负荷切削的双重要求，X/Y/Z三轴都采用伺服电机加高精度弹性联轴节连接高精度滚珠丝杠副，所有导轨和丝杠均采用高等级低摩擦系数、高淬硬层的优质产品，这样既保证了重载下机床的刚性，又保证了高速运动的精度，确保机床在长期连续高速加工状

6、态下的低磨损和精度保持性，可节省用户的维护保养费用。5对数控铣和CNC加工中心，由于要求输出低转速大扭矩，需要采用主轴变速箱的减速比来提升扭力，所以转速低是不可防止的，一般数控铣和CNC加工中心的最高转速6000r/min，不大可能用很小半径的刀具。但对于CNC雕刻机来讲，主轴通常在2000030000r/min才可工作，回转精度一般2左右，不然断刀现象会很严重，所以一定要用电主轴或者气动主轴，即电机和主轴是一体的，且主轴的固定板一般都采用合金铝等轻质材料。对于高速切削设备来讲，要求内藏式电主轴，而且在低转速时也要用一定的扭矩，要有油水冷却机来保持主轴工作温度恒定，主轴功率要在7.58kW以上

7、，转速要超过25000r/min。2.2数控系统数控铣与CNC加工中心对数控系统要求速度一般，主轴转速06000r/min左右。而雕铣机要求高速的数控系统以及极好的伺服电机特性，主轴转速300040000r/min左右。直接支持MasterCAM等多种CAD/CAM软件生成的G代码。数控系统同时具有如下功能：1自动对刀功能：自动寻中心、边角、深度，精度极高，解决模具找正的难题；2自动/手动加工：支持ISO标准的G指令；3增量进给和进给倍率在线调整功能：该操纵可以准确设定进给速度；4用户数据输入MDI功能：用户可以在线输AG指令并立即执行；5单步形式:用户可以把要执行的加工任务设置为单步形式;6

8、高速平滑速度连接特性:自适应地决定当前指令与下一条指令间的衔接速度。不仅大大进步了加工效率，而且改善了加工性能，可消除留在加工外表的速度接刀痕；7三维模拟显示功能:通过简单的操纵可以从各个角度观察三维加工结果;8仿真功能:可以对加工程序进展快速仿真加工，能在极短的时间内完成，同时检查加工程序是否出错，加工结果是否满足，并能准确地计算出实际加工所需要的时间。2.3编程软件1多样的二维设计目前很多雕刻软件，都提供了强大的图形创立、编辑、排版功能，准确绘图和艺术绘图功能，强大的文字处理功能。具有多种任意曲线的艺术文字排列效果，字型和尺寸任意调整、编辑；强大的节点编修功能，可以快速随意地修整轮廓的部分

9、外形。2灵敏的三维设计浮雕雕刻软件提供了方便、快捷地由二维图形产生三维模型的强大功能，由二维曲线构造强烈艺术效果的艺术浮雕、复杂曲面，并将艺术浮雕与曲面造型完美结合，使之产生形态复杂的雕刻产品。还可直接输出二维、三维刀具途径，刀具途径中提供了粗加工、半精加工、精加工及刀具途径的仿真等功能。3强大的CAD造型设计CAD/CAM模具设计与制造软件是目前机械加工行业广为使用且相当成功的软件，不仅具有准确绘制二维和三维图形的功能，还可由此产生曲面、实体模型等强大功能，而且具有对图形、曲面、实体模型直接编制刀具途径，通过模拟刀具途径验证NC程序，由计算机输入CNC雕刻机和数控机床完成工件加工的强大功能。

10、4方便的数据交换功能软件之间可直接进展二、三维数据的转化。CNC雕刻机与CNC加工中心和数控铣一样，其加工根底是计算机辅助设计数据，这是雕刻CAD功能的关键所在。目前国内外比拟先进的电脑雕刻软件的功能各有所长，从软件的角度上讲，数控铣、CNC加工中心和CNC雕刻机都可以使用标准的CAD/CAM软件，CAD/CAM软件先进展产品的3D图形设计，然后根据产品的特点设计拟定数控加工工艺，输入加工参数，生成刀具途径，再生成加工程序并输送到数控机床的控制系统进展自动化加工。CNC四轴电脑雕刻机如图1所示。2.4刀库自动换刀和全自动对刀加工中心是为了完成多种工序于自动状态的数控设备，主要用于一些固定的大批

11、量的消费作业。但对于模具行业和小批量消费单位，千万不要动不动就上加工中心，很多厂家买加工中心当数控铣来使用。使用刀库对数控系统来讲很简单，但主轴和刀库、空压机以及各种刀柄等会增加本钱，而且编程、调整刀库也要花费相应的时间。所以，对于消费同一品种而工件数目少的加工尽量不要使用加工中心，由于本钱高、效率低。可使用全自动对刀系统，刀往上一装，一个按钮，机床自动对刀，直接加工，误差在0.0010.0003mm内，与自动换时间相比，慢不了很多。假如是加工中心，但无自动对刀装置的机床与不带刀库，但有自动对刀装置的机床相比，理论中的效率后者远高于前者。对于国内的制造业，十分是模具消费企业来讲，一般都是单件消

12、费，而且劳动力资源充足，所以，对于小批量工业零件的加工，要充分考虑资金的利用价值，不要动辄采用加工中心设备，更何况国内厂家的刀库系统还存在不少问题，图2为某加工中心视图。IMG=图1CNC四轴电脑雕刻机/uploadpic/THESIS/2007/11/20071114100651814665.jpg/IMG图1CNC四轴电脑雕刻机IMG=图2加工中心/uploadpic/THESIS/2007/11/2007111410105423432P.jpg/IMG图2加工中心3结合加工策略的应用随着消费程度的不断进步，CNC高速机床也得到模具制造商们的青睐，高速切削的本质就是把刀具的行走的长度在短时

13、间内走完，由于其自身优良的特性，可以大幅度地进步加工效率，进而可以降低消费本钱。高速CNC加工中心的转速可达40000r/min，但高速机的使用目前存在很多问题，首先是高速加工经历问题，很多编程人员在高速机眼前不知道怎样采用切削用量，对切削用量的认识，往往凭借的是经历和感觉，而这些经历和感觉是在低速CNC机床积累的。所以，面对高速机时就找不到感觉了。其次还要考虑加工工件的材料和硬度，材料越硬，切削用量相应取小值。所用刀具的性能也很重要，由于所选择的刀具决定了能用的转速，决定了机床的加工是普通加工还是高速加工。所以，只有选用了高速刀，才能给出相应的高速，进展高速加工。而不同公司的刀具参数也是大相

14、径庭的，所以编程人员需要加工刀具的相关技术资料。和普通低速CNC机床相比，由于机床的功率是一定的，主轴转速越快，其所能承受的切削力将越小，所以高速机加工时，吃刀量相应要小。只有将机床、刀具、加工材料、加工性质等结合起来才能探索出最正确的切削用量，产生最正确的消费效率。针对这种情况，经权衡利弊后可采用以下的加工工艺：由于目前国内合适重切削的机床很多，加工费也廉价，刀具也廉价。而一般的工件加工量大，精度要求不高。鉴于这种情况，可以用仿形铣或者数控铣把大局部切削量完成重切削，剩下23mm的加工余量，可把剩余的切削量在高速CNC雕刻机上快速完成。转入高速切削后，由于加工对象已接近成形，所以第一刀的切削

15、量很均匀，可采用进口的刀具，刀具虽贵，但加工时间短，切削量不大，所以性能价格比率很好。对于小型模具，加工余量不大，那么可把全部的加工任务都在CNC电脑雕刻机上完成。4完毕语目前，数控技术的迅速开展，而CAD/CAM软件的开展速度远胜于机床的CNC的开展速度，应用先进的Pro/ENGINEER、MasterCAM等软件进展CAD/CAM设计加工，各取所长，并将最终的CAM程序传输给电脑雕刻机执行，可将CNC雕刻和CNC数控加工有机地结合起来。数控铣和CNC加工中心主要用于完成较大铣削量的工件的加工；而CNC雕刻机主要用于完成铣削量较小而且工件有较高的外表光洁度或者软金属的加工，结合加工策略的应用将使CNC雕刻成为模具加工不可缺少的加工手段，有着广泛的应用前景。0