【任务分解】

任务一　数控铣床/加工中心概述

一、数控铣床/加工中心分类

① 按主轴在空间所处的状态,分为立式铣床/加工中心(见图1⁃1)和卧式铣床/加工中心(见图1⁃2)。

立式铣床/加工中心的主要特征是铣床主轴轴线与工作台台面垂直。因主轴按竖立方式布置,所以称为立式。

铣削时,铣刀安装在与主轴相连接的刀轴上,随主轴做旋转运动,被切削零件装夹在工作台上,对铣刀做相对运动完成铣削。立式铣床/加工中心加工范围很广,通常在立铣上可以应用端铣刀、立铣刀、特形铣刀等,可铣削各种沟槽和外表面。另外,利用机床附件,如回转工作台、分度头,还可以加工圆弧、曲线外形、齿轮、螺旋槽、离合器零件等较复杂的零件。当生产批量较大时,在立式铣床上采用硬质合金刀具进行高速铣削,可以大大提高生产效率。

卧式铣床/加工中心主要特征是铣床主轴轴线与工作台台面平行。因主轴按横卧方式布置,所以称为卧式。

铣削时,将铣刀安装在与主轴相连接的刀轴上,铣刀随主轴做旋转运动,被加工零件安装在工作台台面上与铣刀做相对进给运动,从而完成切削工作。

卧式铣床/加工中心可以加工沟槽、平面、特形面、螺旋槽等。卧式万能铣床还带有较多附件,应用范围广泛。

② 按铣床/加工中心立柱的数量,分为单柱式和双柱式(龙门式)。

龙门铣床(见图1⁃3)是无升降台铣床的一种类型,属于大型铣床。铣削动力安装在龙门导轨上,可做横向和升降运动;工作台安装在固定床身上,仅做纵向移动。龙门铣床根据铣削动力头的数量分别有单轴、双轴、四轴等多种形式。

龙门铣床铣削时,若同时安装多把铣刀,可铣削零件的几个表面,工作效率高,适宜加工大型箱体类零件表面,如机床床身表面等。

③ 按加工中心运动坐标数和同时控制的坐标数,分为三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动、六轴五联动等。三轴、四轴是指加工中心具有的运动坐标数,联动是指控制系统可以同时控制运动的坐标数,从而实现刀具相对工件的位置和速度控制。

④ 按工作台的数量和功能,分为单工作台加工中心、双工作台加工中心和多工作台加工中心。

⑤ 按加工精度,分为普通加工中心和高精度加工中心。普通加工中心,分辨率为1μm,最大进给速度15~25m/min,定位精度10μm左右。高精度加工中心,分辨率为0.1μm,最大进给速度为15~100m/min,定位精度为2μm左右。介于2~10μm之间的,以±5μm较多,可称精密级。

二、数控铣床与加工中心的组成

数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的,其结构与普通铣床有些相似,但也有很大区别。一般由主轴部件、数控系统、主轴传动系统、进给伺服系统、冷却润滑系统几大部分组成。加工中心在此基础上,还有自动换刀装置。立式加工中心结构如图1⁃4所示。

(1)主轴部件

由主轴箱、主轴电动机、主轴和主轴轴承等组成。主轴的启动、停止等动作和转速均由数控系统控制。刀具装在主轴上,对工件进行切削。主轴部件是切削加工的功率输出部件,是加工中心的关键部件,其结构的好坏,对加工中心的性能有很大的影响。

(2)进给伺服系统

进给伺服系统由进给电动机、进给执行机构组成,按照程序设定的进给速度实现刀具和工件之间的相对运动,包括直线进给运动和旋转运动。

(3)数控系统

数控系统由CNC装置、可编程序控制器、伺服驱动装置以及电动机等部分组成,是加工中心执行顺序控制动作和控制加工过程的中心。

(4)辅助装置

辅助装置包括液压、气动、润滑、冷却系统,以及排屑和防护等装置。

(5)机床基础件

机床基础件由床身、立柱和工作台等大件组成,是加工中心结构中的基础部件。这些大件有铸铁件,也有焊接的钢结构件。机床基础件要承受加工中心的静载荷以及在加工时的切削负载,因此必须具备更高的静动刚度,它们也是加工中心中质量和体积最大的部件。

(6)自动换刀装置(ATC)

加工中心与一般数控铣床的显著区别是具有对零件进行多工序加工的能力,有一套自动换刀装置。

自动换刀装置应能满足以下要求:换刀时间短;刀具重复定位精度高;识刀、选刀可靠,换刀动作简单。

三、加工中心的刀库形式

加工中心具有多种多样的自动换刀装置形式。除利用刀库进行换刀外,还有自动更换主轴箱、自动更换刀库等形式。其中利用刀库实现换刀,是目前加工中心较多使用的换刀方式。由于有了刀库,机床只要一个固定主轴夹持刀具,有利于提高主轴刚度。独立的刀库,大大增加了刀具的储存数量,有利于扩大机床的功能,并能较好地隔离各种影响加工精度的因素。

由于加工中心上自动换刀次数比较频繁,故对自动换刀装置的技术要求十分严格。

带刀库的自动换刀系统的换刀装置由刀库、选刀机构、刀具交换机构及

刀具在主轴上的自动装卸机构四部分组成。刀库可装在机床的立柱上(见图2⁃16)、主轴箱上或工作台上。当刀库容量大及刀具较重时,也可装在机床之外,作为一个独立部件;如刀库远离主轴,常常要附加运输装置,来完成刀库与主轴之间刀具的运输。

带刀库的自动换刀系统换刀过程比较复杂,首先把加工过程中要用的全部刀具分别安装在标准的刀柄上,在机外进行尺寸预调整后,再插入刀库中。换刀时,根据选刀指令先在刀库中选刀,由刀具交换装置从刀库和主轴上取出刀具,进行刀具交换,然后将新刀具装入主轴,同时将用过的刀具放回刀库。这种换刀装置和转塔主轴头相比,由于机床主轴箱内只有一根主轴,在结构上可以增强主轴的刚性,有利于精密加工和重切削加工;可采用大容量的刀库,以实现复杂零件的多工序加工,从而提高机床的适应性和加工效率。但换刀过程的动作较多,同时,影响换刀工作可靠性的因素也较多。

加工中心的刀库是用来储存加工刀具及辅助工具的,是自动换刀装置中最主要的部件之一。由于多数加工中心的取送刀具位置都是在刀库中某一固定刀位,因此刀库还需要有使刀具运动的机构。刀库中刀具的定位机构用以保证要更换的每一把刀具或刀套都能准确地停在换刀位置上。一般采用电动机或液压系统为刀库转动提供动力。

根据刀库所需要的容量和取刀的方式,可以将刀库设计成多种形式。加工中心刀库的形式很多,结构也各不相同,最常用的有鼓盘式刀库、链式刀库和格子盒式刀库。

1.鼓盘式刀库

鼓盘式刀库结构紧凑、简单,在钻削中心上应用较多。一般存放刀具不超过32支。在鼓盘式刀库中,刀具可以沿着轴向、径向、斜向放置,轴向安装最为紧凑。但为了换刀时刀具与主轴同向,有的刀库中的刀具需在换刀位置作90°翻转。在刀库容量较大时,为在存取方便的同时保持结构紧凑,可采取弹仓式结构,目前大量的刀库安装在机床立柱的顶面或侧面。在刀库容量较大时,也有安装在单独的地基上,以隔离刀库转动造成的振动。

鼓盘式刀库的刀具轴线与鼓盘轴线平行时,刀具环形排列,分径向、轴向两种取刀方式,其刀座结构不同。图1⁃6(a)为径向取刀形式,图1⁃6(b)为轴向取刀形式。这种鼓盘式刀库结构简单,应用较多,适用于刀库容量较小的情况。为增加刀库空间利用率,可采用双环或多环排列刀具的形式。但鼓直径增大,转动惯量就增加,选刀时间也较长。

图1⁃6(c)所示为刀具径向安装在刀库上的结构,图1⁃6(d)所示为刀具轴线与鼓盘轴线成一定角度布置的结构。

2.链式刀库

在环形链条上装有许多刀座,刀座的孔中装夹各种刀具,链条由链轮驱动。链式刀库通常刀具容量比盘式的要大,结构也比较灵活和紧凑,链

式刀库适用于刀库容量较大的场合,常为轴向换刀。链环可根据机床的布局配置成各种形状,也可将换刀位置刀座凸出以利于换刀。链式刀库有单环链式和多环链式等几种,如图1⁃7(a)、(b)所示。当链条较长时,可以增加支承链轮的数目,使链条折叠回绕,提高空间利用率,如图1⁃7(c)所示。

3.格子盒式刀库

(1)固定型格子盒式刀库　图1⁃8所示为固定型格子盒式刀库。刀具分几排直线排列,由纵横向移动的取刀机械手完成选刀运动,将选取的刀具送到固定的换刀位置刀座上,由换刀机械手交换刀具。由于刀具排列密集,空间利用率高,刀库容量大。

(2)非固定型格子盒式刀库　图1⁃9所示为非固定型格子盒式刀库。可换主轴箱的加工中心刀库由多个刀匣组成,可直线运动,刀匣可以从刀库中垂直提出。

四、加工中心的刀库换刀方式

刀库换刀按换刀过程中有无机械手参与分为机械手换刀和无机械手换刀两种情况。有机械手的系统在刀库配置、与主轴的相对位置及刀具数量上都比较灵活,换刀时间短。无机械手方式结构简单,只是换刀时间较长。

1.无机械手换刀

无机械手交换刀具方式是利用刀库与机床主轴的相对运动来实现刀具交换,要么刀具库直接移到主轴位置,要么主轴直接移至刀具库。该换刀方式结构简单、紧凑,成本低,换刀的可靠性较高。由于交换刀具时机床不工作,所以不会影响加工精度,但会影响机床的生产率。其次受刀库尺寸限制,装刀数量不能太多。这种换刀方式常用于小型加工中心。

XH754型卧式加工中心就是采用这种换刀方式。图1⁃10所示为XH754型卧式加工中心换刀过程。

具体过程如表1⁃2所示。

无机械手换刀方式中,刀库夹爪既起着刀套的作用,又起着手爪的作用。图1⁃11所示为无机械手换刀方式的刀库夹爪图。

2.机械手换刀

采用机械手进行刀具交换方式在加工中心中应用最为广泛。机械手的作用是当主轴上的刀具完成一个工步后,把这一工步的刀具送回刀库,并把下一工步所需要的刀具从刀库中取出来装入主轴继续进行加工。机械手换刀迅速可靠,准确协调。

不同的加工中心的刀库与主轴的相对位置不同,各种加工中心所使用的换刀机械手的结构形式也是多种多样的,因此换刀运动也有所不同。下面以TH65100卧式镗铣加工中心为例说明采用机械手换刀的工作原理。

该机床采用的是链式刀库,位于机床立柱左侧。由于刀库中存放刀具的轴线与主轴的轴线垂直,故而机械手需要有三个自由度。机械手沿主轴轴线的插拔刀动作由液压缸来实现;90°的摆动送刀运动及180°的换刀动作分别由液压马达实现。其换刀分解动作如图1⁃12所示。

具体过程如表1⁃3所示。

VP1050换刀机械手如图1⁃13所示。这是一种带刀套的机械手换刀。套筒1由汽缸带动做垂直方向运动,实现对刀库中刀具的抓刀,滑座2由汽缸作用在两条圆柱导轨上水平移动,用于将刀库刀夹上的刀具(或换刀臂上的刀具)移到换刀臂上(或移到刀库刀夹上)。换刀臂可以上升、下降及180°旋转实现主轴换刀。换刀臂的上下运动由汽缸实现,回转运动由齿轮齿条机构实现。换刀过程如下。

① 取刀　套筒1下降(套进刀把)→滑座2前移至换刀臂(将刀具从刀库中移到换刀臂)→换刀臂3刀号更新(换刀臂的刀号登记为刀链的刀号,此过程在数控系统内部由PLC程序完成,用于刀库的自动管理)→套筒1上升(套筒脱离刀把)→滑座2移进刀库(恢复初始预备状态)。

② 换刀　主轴6运动至还(换)刀参考点(运动顺序为先Z轴,后X轴,将刀柄送入换刀臂外侧爪)→主轴抓刀爪7松开→换刀臂3下降(从主轴上取下刀具)→换刀臂3旋转(刀具转至刀库侧)→换刀臂3上升(换刀臂刀爪与刀库刀爪对齐)→滑座2前移(套筒1对正刀柄)→套筒1下降(套进刀柄)→滑座2移进刀库(刀具从换刀臂移进刀库)→换刀臂3刀号设置为0(换刀臂刀号为空白,由数控系统PLC完成)→套筒上升(脱离刀把)→换刀完成。

五、数控铣削对象

铣削是被广泛应用的一种切削加工方法,是在铣床上利用铣刀的旋转(主运动)和零件的移动(进给运动)来加工零件的。铣削加工可以在卧式铣床、立式铣床、龙门铣床、工具铣床以及各种专用铣床上进行,对于单件小批量生产的中小型零件,以卧式铣床和立式铣床最为常用。在切削加工中,铣床的工作量仅次于车床。

铣削加工的范围比较广泛,可以加工平面、台阶面、沟槽和成形面等,如图1⁃14所示。此外,还可以进行孔加工和分度工作。铣削后平面的尺寸公差等级可达IT9~IT6,表面粗糙度Ra可达3.2~1.6μm。

数控铣削主要适合于下列几类零件的加工。

1.平面类零件

平面类零件是指加工面平行或垂直于水平面,以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件,这类加工面可展开为平面。

如图1⁃15所示,三个零件均为平面类零件。其中,曲线轮廓面A垂直于水平面,可采用圆柱立铣刀加工。凸台侧面B与水平面成一定角度,这类加工面可以采用专用的角度成形铣刀来加工。对于斜面C,当零件尺寸不大时,可用斜板垫平后加工;当零件尺寸很大,斜面坡度又较小时,也常用行切加工法加工,这时会在加工面上留下进刀时的刀锋残留痕迹,最后可钳工修理清除。

2.直纹曲面类零件

直纹曲面类零件是指由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。如图1⁃16所示,零件的加工面就是一种直纹曲面,当直纹曲面从截面A至截面B变化时,其与水平面间的夹角从3°10'均匀变化为2°32',从截面B到截面C时,又均匀变化为1°20',最后到截面D,斜角均匀变化为0°。直纹曲面类零件的加工面不能展开为平面。

当采用四坐标或五坐标数控铣床加工直纹曲面类零件时,加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条直线。这类零件也可在三坐标数控铣床上采用行切加工法实现近似加工。

3.立体曲面类零件

加工面为空间曲面的零件称为立体曲面类零件。这类零件的加工面不能展成平面,一般使用球头铣刀切削,加工面与铣刀始终为点接触,若采用其他刀具加工,容易产生干涉而铣伤邻近表面。加工立体曲面类零件一般使用三坐标数控铣床,采用以下两种加工方法。

(1)行切加工法

采用三坐标数控铣床进行二轴半坐标控制加工,即行切加工法。如图1⁃17(a)所示,球头铣刀沿XZ平面的曲线进行直线插补加工,当一段曲线加工完后,沿Y方向进给ΔY,再加工相邻的另一曲线,如此依次用平面曲线来逼近整个曲面。相邻两曲线间的距离ΔY应根据表面粗糙度的要求及球头铣刀的半径选取。球头铣刀的球半径应尽可能选得大一些,以增加刀具刚度,提高散热性,降低表面粗糙度值。加工凹圆弧时的铣刀球头半径必须小于被加工曲面的最小曲率半径。

(2)三坐标联动加工

采用三坐标数控铣床三轴联动加工,即进行空间直线插补。如图1⁃17(b)所示,半球形零件可用行切加工法加工,也可用三坐标联动的方法加工。这时,数控铣床用X、Y、Z三坐标联动的空间直线插补,实现球面加工。

六、数控机床的发展趋势

随着微电子技术和计算机技术的发展,数控系统的性能日益完善,数控技术的应用领域日益扩大;不同的应用领域对数控技术提出了新的使用要求,又促进了数控技术的发展。数控机床总的发展趋势可以归纳为以下几个方面。

(1)高速高精度

数控机床的高速化指主轴转速和进给速度的提高,高速度既可以提高机床的金属切除率,减少辅助时间,又能改善切屑形成过程,减少刀具的每转进给量,有助于提高加工精度。

产品的加工精度直接决定了它的使用性能、寿命、能耗和噪声等,因此,数控机床的高精度化是市场需求和技术发展的必然结果。

(2)智能化

数控系统和数控装备的智能化,不仅有助于减轻操作者的劳动强度,而且能够提高数控加工的质量和效率,因而智能化是数控技术发展的重要方向之一。智能化主要体现在以下几个方面。

① 智能化适应控制　通常的数控系统只能按照预先编好的程序工作,考虑到加工过程中的不确定因素,如毛坯尺寸和硬度的变化、刀具的磨损状态变化等,编程中一般采用比较保守的切削用量,从而降低了加工效率。具备自适应控制功能的数控系统可以在加工过程中随时测量主轴转矩、功率、切削力、切削温度、刀具磨损等参数,并根据测量结果,实时调整主轴转速和进给量的大小,确保加工过程处于最佳状态。

② 智能化编程　有了高性能的数控机床以后,高质量、高效率地编制零件加工程序就成了提高数控加工效率的关键问题。

③ 智能化加工过程监控和故障诊断　将人工智能技术和现代传感器技术与数控技术相结合,开发具有人工智能的在线监控和故障诊断系统。对加工过程的一些关键环节和因素如刀具磨损状态、主轴运行状态等进行智能化监控,对数控系统或数控机床的故障进行自动诊断,并自动或指导维修人员快速排除故障。

④ 智能寻位加工　通过模仿人类智能的途径,主动感知工件信息、自动分析求解工件的实际状态,并根据工件的实际状态进行位姿自适应加工,从而消除对精密夹具的依赖,有效缩短生产周期,增强企业对市场动态变化的快速响应能力。

(3)开放式数控系统

传统的计算机数控系统是专用的封闭计算机系统,即系统的功能模块和模块间的接口都是专用的。封闭系统的缺点是,不同厂家生产的数控系统不兼容,一旦出现故障,往往要找生产厂家来维修,很不方便;而且难以升级换代,一般要落后于通用计算机技术的发展。开放式系统就是系统设计模块化、模块间的接口标准化。

(4)网络数控技术

与信息技术融合的网络化通信和网络化控制也是数控技术发展的重要方向。数控技术的网络化,主要体现在两方面:数控机床与智能制造生产线中上层管理计算机的联网技术;是基于现场总线网络的数控机床内部功能模块(伺服系统、主轴单元、PLC、机床传感器等)间的网络化通信技术。

(5)提高数控系统的可靠性

数控机床由于增加了数控装置和伺服系统,使用了大量的电气、液压、气动元件和机电装置,出现故障的概率远高于普通机床,因此可靠性是数控机床用户最为关注的问题,可靠性的提高也是数控技术要解决的重要课题之一。数控系统的可靠性一般用平均无故障时间(MTBF)来衡量,现代数控系统的平均无故障时间可达到10000~36000h。提高数控系统的可靠性可以通过提高线路的集成度、精简外部连线、提高元器件的抗干扰能力、提高零部件的标准化程度等措施来实现。

(6)实现数控装备的复合化

数控装备复合化是在一台机床上尽可能地实现从毛坯到产品的全部机械加工内容。复合加工设备包括:跨加工类别的工艺复合数控机床,如车铣加工中心和铣削⁃激光加工复合机床等;多面多轴联动的工序复合机床,如并联机床。复合加工机床能够提高工序的集成度,缩短加工过程链,提高多品种、单件小批量产品的生产效率。这是因为复合数控机床减少了在不同机床间进行工序转换而引起的等待时间及多次上下料的时间,通常这些时间占到零件整个生产周期的40%~60%。

(7)CAD/CAM/CNC一体化,实现数字化制造

数字化制造简单地说就是用数字的方式来存储、管理和传递制造过程中的所有信息。CAD/CAM/CNC一体化是实现数字化制造的基础,而基于PC的数控系统可以在两个方面加快这一进程:一是许多CAD/CAM软件可以在以PC为平台的数控系统中直接运行,使得零件的设计、编程和加工控制可以由同一台PC完成,对于一些特殊的零件还可以设计专门的CAD/CAM/CNC一体化系统,从而实现物理上的CAD/CAM/CNC一体化;二是PC本身具有联网功能,可以通过网络与CAD/CAM计算机进行高速信息交换,使得PC数控系统可以直接获取设计和加工信息,从而实现逻辑上的CAD/CAM/CNC一体化。

任务二　刀具、刀柄安装和装卸训练

在数控铣床/加工中心上,要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等,选择刚性好、耐用度高的刀具。常见的数控铣床/加工中心刀具有面铣刀、立铣刀、球头铣刀、

环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀、键槽铣刀和模具铣刀等。

数控铣床/加工中心用的刀具通过刀柄与机床主轴连接,如图1⁃18所示。刀柄是刀具在主轴上的定位和装夹机构;刀体用于支撑刀片,并与刀片仪器固定于刀柄上;刀片是刀具的铣削刃,是刀具中的耗材;相关附件包括接杆、弹簧夹头、刀座、平衡块(精镗刀用)以及紧固用特殊螺钉等。数控铣床用的刀柄、刀体和相关附件是成系列的。铣床的工艺能力强大,其刀具种类也较多,一般分为铣削类、镗削类、钻削类等。

一、数控铣床(加工中心)用刀柄系统

数控铣床(加工中心)用刀柄系统有三部分组成,即刀柄、拉钉和夹头(或中间模块)。

数控铣刀通过刀柄与数控铣床(加工中心)主轴连接,其强度、刚性、耐磨性、制造精度以及夹紧力等对加工有直接的影响。

1.刀柄分类和应用场合

加工中心常用刀柄类型及其应用场合见表1⁃4。

2.拉钉

加工中心拉钉(见图1⁃19)的尺寸也已标准化,ISO或GB规定了A型和B型两种形式的拉钉,其中A型拉钉用于不带钢球的拉紧装置,而B型拉钉用于带钢球的拉紧装置。刀柄及拉钉的具体尺寸可查阅有关标准的规定。

3.弹簧夹头及中间模块

弹簧夹头有两种,即ER弹簧夹头[见图1⁃20(a)]和KM弹簧夹头[见图1⁃20(b)]。其中ER弹簧夹头的夹紧力较小,适用于切削力较小的场合;KM弹簧夹头的夹紧力较大,适用于强力铣削。

中间模块(见图1⁃21)是刀柄和道具之间的中间连接装置,通过中间模块的使用,提高了刀柄的通用性能。例如,镗刀、丝锥与刀柄的连接就经常使用中间模块。

二、刀柄与主轴连接

加工中心的主轴和刀柄之间通常采用锥度配合。锥度配合特点是定心性好,间隙或过盈可以方便地调整等。

锥度C=(D-d)/L,如图1⁃22所示。

刀柄的分类也主要有两种分类。按与加工中心主轴的连接方式分类:分为7∶24锥度刀柄和1∶10锥度刀柄;按刀柄与刀具的连接方式分类:分为侧固式刀柄、弹簧夹套式刀柄、液压刀柄、热胀刀柄等。

1.7∶24锥度刀柄

(1)定位原理

7∶24锥度刀柄通过长锥面限制X、Y方向的移动及转动、Z方向的移动共5个自由度,通过拉力F与锥面产生的摩擦力限制Z轴的转动(如图1⁃23、图1⁃24所示),从而实现刀柄的完全定位。此定位方式刀柄端面与主轴端面有间隙,如BT系列刀柄。

(2)特点

① 优点

a.不自锁,可以实现快速装卸刀具。

b.刀柄的锥体在拉杆轴向拉力的作用下,可紧紧地与主轴的内锥面接触。

c.7∶24锥度的刀柄在制造时只要将锥角加工到高精度即可保证连接的精度,所以成本相应比较低,而且使用可靠。

② 缺点

a.单独的锥面定位。7∶24锥度刀柄连接锥度较大,锥柄较长,导致换刀行程长,换刀时间慢,且刀柄重量增加,机床损耗功率增大。

b.在高速旋转时,由于离心力的作用,主轴前端锥孔会发生膨胀,膨胀量的大小随着旋转半径与转速的增大而增大,见图1⁃25,但是与之配合的7∶24锥度刀柄由于是实心的,所以膨胀量较小。如:在离主轴中心r=0.02m处,一质量为m=100g的质点,在机床主轴转速为n=12000r/min时,所受到的离心力为F=3158.3N。

所以有:刀柄旋转时,在拉杆拉力的作用下,刀柄向内位移,轴向精度低;刀具总的刚度会降低,导致刀具前端径向跳动大,加工位置的表面质量、位置精度都差;每次换刀后刀柄的径向尺寸都可能发生改变,存在着重复定位精度不稳定的问题;不适合高速切削。

2.1∶10锥度刀柄

(1)1∶10锥度刀柄两面定位原理

1∶10锥度刀柄(图1⁃26),锥度部分为中空,当机床拉紧刀柄时,刀柄端面与主轴端面紧密贴合,同时刀柄锥面发生弹性形变,紧密贴合,形成过定位,限制刀柄X、Y方向的移动与转动、Z方向的移动5个自由度,另通过主轴的拉力,锥面之间、端面与端面之间产生的摩擦力限制Z轴的转动(图1⁃27),如HSK系列刀柄。

(2)特点

① 优点

a.1∶10锥度刀柄的结构形式与常用的7∶24锥度刀柄不同,它是一种新型的高速锥形刀柄,在拉紧力作用下,端面定位防止刀柄的轴向窜动,轴向重复定位精度高达1μm;同时端面紧紧贴合,产生很大的静摩擦力,对主轴锥孔受离心力变大有很好的抑制作用,其径向跳动不超过5μm,具有高的轴向及径向精度。

b.1∶10刀柄锥柄长度短(约为标准7∶24锥柄长度的1/2)、重量轻(柄部空心,见图1⁃28),因此可减少换刀时间,有利于机床的小型化。

c.由于1∶10刀柄是双面贴合(图1⁃29),其具有更大的动、静径向刚度,刀具系统不易产生振动,加工精度高,刀具也不易磨损。同时也非常适合在高转速下使用,可使用于60000r/min的主轴转速。

d.有较好的动平衡性:在高速切削加工条件下,微小质量的不平衡都会造成巨大的离心力,在加工过程中引起机床的剧烈振动。

② 缺点

a.结构复杂,制造精度要求高,成本高(刀柄价格是普通标准7∶24刀柄的1.5~2倍)。

b.1∶10刀柄是通过锥面变形来实现两面定位的,当刀柄处于高速旋转时,变形、应力都会更加严重,从而使得可靠性下降。

三、刀柄与刃具连接方式

刀柄与刃具的连接必须在保证精度的前提下牢固可靠。连接方式有很多,常用的一般有以下几种刀柄。

1.侧固式刀柄

侧固式刀柄,就是使用专用螺钉从侧面顶紧刃具,使刃具与刀柄牢固连接,见图1⁃30。根据刃具的不同,又可分为单侧固、双侧固、斜侧固,如图1⁃31。装夹直径25mm以上刀具,建议使用双侧固方式。

侧固式刀柄的优缺点如下。

① 侧固式刀柄的优点:装夹方便;传递转矩大;使用内冷不需附件。

② 侧固式刀柄的缺点:装夹精度不高;刀柄动平衡不好;通用性不好。

侧固式刀柄一般用于粗加工、转速不高的加工或重切削加工等,如螺纹底孔的加工、粗钻加工等。

2.弹簧夹套式刀柄

弹簧夹套式刀柄是通过旋紧螺母,使用弹簧夹套压紧刃具的连接方式,见图1⁃32、图1⁃33。

弹簧夹套式刀柄的特点如下。

① 最常用的是ER弹簧夹头,其使用方便,价格便宜,通用性好,但夹持力不强。

② 在夹持力大的场合,可选用各种强力弹性夹头刀柄。

③ 弹簧夹套式刀柄结构简单、夹持精度高,应用广泛。

因为弹簧夹套式刀柄夹持力有限,主要用于夹持柄径相对较小的钻头、立铣刀、绞刀、丝锥等直柄刀具(图1⁃34)。

3.液压式刀柄

液压式刀柄(图1⁃35、图1⁃36)是通过旋进螺钉,液压油使刀柄内腔形变,达到压紧刃具的目的。

刀具使用变径套连接

如果同一个刀柄要夹持不同直径的刃具,可使用变径套,如图1⁃37所示。但这会增大刃具的夹持误差。

液压式刀柄的优点:装夹精度高;装夹方便。

液压式刀柄的缺点:价格高;维护不便、易漏油;夹紧力不强、刚度低。

液压式刀柄的部分缺点可以通过以下方式解决:如图1⁃38所示,可以设计两处变形点,从而增加夹持力与夹持刚性;通过一体式刀柄设计,可解决维护不便、易漏油的问题,如图1⁃39所示。

4.热胀式刀柄

热胀式刀柄是通过加热刀柄夹持部分,使夹持孔扩张,装进刃具之后,夹持部分冷却,从而固定刃具。图1⁃40为热胀装置,图1⁃41为热胀式刀柄。

① 优点:动平衡好,适合于高速加工;重复定位精度高,一般在0.002mm以内。

② 缺点:需要额外的热胀装置;装夹操作不便;刀柄寿命受限;刀柄的柔性差。

5.刀柄与刃具连接方式的对比(见表1⁃5)

四、刀具装卸

由于数控铣床没有刀具库,因此在加工零件时往往要用同一个刀柄装不同尺寸的刀具,这样就要进行刀具的更换。

1.手动在主轴上装卸刀柄的方法

① 确认刀具和刀柄的重量不超过机床规定的许用最大重量。

② 清洁刀柄锥面和主轴锥孔。

③ 左手握住刀柄,将刀柄的键槽对准主轴端面键垂直伸到主轴内,不可倾斜。

④ 右手按下换刀按钮,压缩空气从主轴内吹出以清洁主轴和刀柄,按住此按钮,然后左手往上托一下,直到刀柄锥面与主轴锥孔完全贴合后,松开按钮,刀柄即被自动夹紧,确认夹紧后方可松手。

⑤ 刀柄装上后,用手转动主轴检查刀柄是否正确装夹。

⑥ 卸刀柄时,先用左手握住刀柄,再用右手按换刀按钮,待夹头松开后,左手取出刀具组,右手松开刀柄,松开、夹紧键。用左手托住刀具组时用力不可过小,以免松开夹头后刀具组往下掉而损坏刀具、刀具冲击工作台面而损坏台面。

2.在手动换刀过程中应注意的问题

① 应选择有足够刚度的刀具及刀柄,同时在装配刀具时保持合理的悬伸长度,以避免刀具在加工过程中产生变形。

② 卸刀柄时,必须要有足够的动作空间,刀柄不能与工作台上的工件、夹具发生干涉。

③ 换刀过程中严禁主轴运转。

3.锥柄刀具的更换

① 用卸刀具的方法,把锥柄刀具卸下。

② 把锥柄刀具组放在锁刀座上(如果没有就放在台虎钳上,使刀柄缺口与台虎钳钳口面相对,轻轻拧紧台虎钳),用扳手把拉钉拧下。

③ 用内六角扳手把内六角吊紧螺钉拧松,用细长圆棒一端与内六角吊紧螺钉头接触(在台虎钳上操作时,拧松台虎钳,取下刀具组,把台虎钳的钳口拧小,使刀柄缺口的下端面与台虎钳钳口的上平面接触),另一端用锤子轻轻敲击,使锥柄锥面与刀柄体分离,然后继续用内六角扳手把内六角吊紧螺钉拧下,取出锥柄刀具。

④ 把需要更换的锥柄刀具插入刀柄体锥孔内,用内六角扳手把内六角吊紧螺钉拧紧,然后把拉钉拧到刀柄体上,并拧紧。

对于斜柄钻夹头等装卸,取下刀具组后,按普通机床中关于刀具的装卸方法进行。

五、自动换刀装置(ATC)的操作

机床在自动运行中,ATC换刀的操作是靠执行换刀程序自动完成的。当手动操作机床时,ATC的换刀是由人工操作完成或用单节程式(MDI)工作方式完成。

1.刀库装刀的操作

刀库手动操作相关键如下:

刀库正转键　

刀库反转键　

注意:刀库正转反转只能在手动、手轮、增量寸动方式下进行。

刀库旋转时,一定要在刀库定位后再按刀库正、反转键,否则会导致刀库混乱。

往刀库上装刀:刀夹上的键槽与刀库上的键要相配才能装紧(注:刀装好后,一定要左右旋转刀夹,看是否装紧)。

从刀库上卸刀:两手平稳分别握住刀具的上下端往外平拉。

2.往主轴装卸刀的操作

立柱上有一个主轴刀具的松开与夹紧按钮(即手动换刀键),在手动、手轮、增量寸动方式下用来装卸刀。

往主轴装刀:把刀柄送入主轴锥孔(注意要让刀夹上的键槽与主轴上的键相配)。

按下手动换刀键,可自动把刀具“夹紧”在主轴上(注意要往下拽一下刀具,看是否装牢了)。

从主轴卸刀:用手拿牢主轴上的刀具(不准手托),以免掉落损坏刀具或机床工作台面。

按手动换刀键,停几秒,可实现“松开”主轴上的刀具。

3.MDI方式下的ATC操作——自动换刀

在单节程式(MDI)方式下,可完成自动换刀动作。

(1)方法

将操作方式旋钮旋至“单节程式”方式→F4(执行加工)→F3(MDI输入)→在对话框中输入“TM6”→F1(确定)或“ENTER”键→按下循环启动键。

(2)自动换刀执行过程

向刀库中放刀:主轴定位;刀库推进至主轴,将主轴上刀具装至刀库上。

取刀:主轴提起;刀库旋转,以将要换的刀转至换刀位处;主轴下降,换上新刀;刀库退回。

(3)刀库混乱的处理

① 用手动方式将刀库的一号刀位旋转至对正主轴中心。

② 将操作方式旋钮旋至“原点复归”。

③ 按住刀库正转键(约5s),至屏幕上所显示的刀号变为T1。

④ 执行换1号刀的操作:将操作方式旋钮旋至“单节程式”方式→F4(执行加工)→F3(MDI输入)→在对话框中输入“T1M6”→F1(确定)或“ENTER”键→按下循环启动键。

⑤ 这时屏幕右下角会出现“执行加工中”后即消失,代表此主轴的刀号是1号刀。

⑥ 连续更换另一把刀,看是否呼叫2号,即换成2号刀。如果是,则刀库混乱调整完毕。

(4)注意事项

① 按刀库正、反转键时,一定要待刀库旋转到位后再按,否则会导致刀库混乱。

② 屏幕上显示的刀号,对应的刀库位上千万不能装有刀。

③ 刀库混乱后调整时,切记1号刀库位不能装有刀。

④ 在刀库混乱后调整中,将屏幕当前刀号强制变为“T1”后,切记要执行换1号刀的动作。

任务三　常见夹具及工件装夹训练

在铣床上加工零件时,为了在零件上加工出符合工艺规程和技术要求的表面,零件在加工前需要在铣床上占有一个正确的位置,即定位。在加工过程中,零件受到切削力、重力、振动、离心力、惯性力等作用,所以还需采用一定的机构,让零件在加工过程中一直保持在这个确定的位置上,即夹紧。在铣床上使零件占有正确的加工位置并使其在加工过程中始终保持不变的工艺装备称为铣床夹具。最常用的铣床夹具有机用平口虎钳和工艺压板。

一、机用平口虎钳规格和正确安装工件

1.机用平口虎钳的结构和规格

机用平口虎钳是铣床上常用的装夹零件的夹具。铣削零件的平面、台阶、斜面和铣削轴类零件的键槽等,都可以用机用平口虎钳装夹零件。机用平口虎钳的结构如图1⁃42所示。

机械平口虎钳规格是按钳口的宽度划分的。

机用平口虎钳的钳口可以制成多种形式,如图1⁃43所示,更换不同形式的钳口可扩大机床用平口虎钳的使用范围。

用机用平口虎钳装夹工件如图1⁃44所示。

机用平口虎钳的虎钳体与回转底盘由铸铁制成,使用回转底盘时,各贴合面之间应保持清洁,否则会影响虎钳的定位精度。在使用回转盘上的刻度前,应首先找正固定钳口与工作台某一进给方向平行(见图1⁃45),然后在调整中使用回转刻度。

2.机用平口虎钳的安装和校正方法

由于铣削振动等因素影响,机用平口虎钳各紧固螺钉,如固定钳口和活动钳口的紧固螺钉、活动座的压板紧固螺钉、丝杠的固定板和螺母的紧固螺钉以及定位键的紧固螺钉等在工作时会松动,应注意检查和及时紧固。

在对机用平口虎钳进行夹紧操作时,应使用定制的机用平口虎钳扳手,在限定的力臂范围内用手扳紧施力;不得使用自制加长手柄、加套管接长力臂或用重物敲击手柄,否则可能造成虎钳传动部分损坏,如丝杠弯曲、螺母过早磨损或损坏,严重些会使螺母内螺纹崩牙、丝杠固定端产生裂纹等,甚至还会损坏虎钳活动座和虎钳体。

准确校正平口虎钳,才能够保证加工零件相对位置精度的准确。平口虎钳的校正方法如下。

① 利用划针盘或大头针对机用平口虎钳进行粗找正。找一个大头针,在其后面涂抹少量黄油后黏在刀头上,然后将机用平口虎钳的固定钳口靠向大头针的尖部,使大头针或划针头离固定钳口1mm左右,然后用手慢慢摇动纵向工作台,注意观察大头针针尖和固定钳口面之间的距离是否均匀,如果不均匀,松开平口虎钳两侧的紧固螺钉进行调整,直到缝隙较均匀为止。

② 利用百分表精确找正。校正时,将磁性表座吸附在横梁导轨面上或立铣头主轴部分,安装百分表,使表的测量杆与固定钳口平面垂直,测量触头触到钳口平面,测量杆压缩0.3~0.5mm,纵向移动工作台,观察百分表读数,在固定钳口全长内一致,则固定钳口与工作台进给方向平行,这样才能在加工时获得一个好的位置精度。

③ 固定钳口与工作台进给方向平行校正好后,用相同的方法,升降工作台,校正固定钳口与工作台平面的垂直度。

3.工件在机用平口虎钳上的安装

利用机用平口虎钳装夹的零件尺寸一般不能超过钳口的宽度,所加工的部位不得与钳口发生干涉。机用平口虎钳安装好后,把零件放入钳口内,并在零件的下面垫上比零件窄、厚度适当且加工精度较高的等高垫块,然后把零件夹紧(对于高度方向尺寸较大的零件,不需要加等高垫块而直接装入机用平口虎钳)。

机用平口虎钳正确的安装与错误的安装对比见图1⁃46。

在安装过程中,要注意以下事项。

① 要将平口钳周边及装夹部位清洁干净。

② 等高垫块要擦拭干净。

③ 夹紧工件前应用木榔头或橡皮锤敲击工件上表面,以保证夹紧可靠,如图1⁃47所示。不能用铁块等硬物敲击工件上表面。

④ 工件应当紧固在钳口比较中间的位置,并使工件加工部位最低处高于钳口顶面(避免加工时刀具撞到或铣刀虎钳),装夹高度以铣削尺寸高出钳口平面3~5mm为宜。

⑤ 夹紧时不能用铁块等硬物敲击夹紧扳手。

⑥ 拖表使工件长度方向与X轴平行后,将虎钳锁紧在工作台。

也可以先通过拖表使钳口与X轴平行,然后将虎钳锁紧在工作台上,再把工件装夹在虎钳上。如果必要可再对工件拖表检查长度方向与X轴是否平行。

⑦ 必要时拖表检查工件宽度方向与Y轴是否平行。

⑧ 必要时拖表检查工件顶面与工作台是否平行。

二、组合压板安装工件

找正装夹是按工件的有关表面作为找正依据,用百分表逐个找正工件相对于机床和刀具的位置,然后把工件夹紧。利用靠棒确定工件在工作台中的位置,将机器坐标值置于G54坐标系中(或其他坐标系),以确定工件坐标零点。

用专用夹具装夹是靠夹具来保证工件相对于刀具及机床所需的位置,并使其夹紧。工件在夹具中的正确定位,是通过工件上的定位基准面与夹具上的定位元件相接触而实现的,不再需要找正便可将工件夹紧。夹具预先在机床上已调整好位置,因此工件通过夹具相对于机床也就有了正确位置。这种装夹方法在成批生产中应用广泛。

1.直接在工作台上安装工件的找正安装

组合压板安装工件的方法如图1⁃48所示。将工件直接压在工作台面上,也可在工件下面垫上厚度适当且精度较高的等高垫块后再将其压紧。

① 根据加工零件的高度,调节好工作台的位置。

② 在工作台面上放上两块等高垫铁(垫铁一般与Y轴平行放置,其位置、尺寸大小应不影响工件的切削,且位置尽可能相距远一些),放上工件(由于数控铣床在X轴方向的运行范围比在Y轴方向的运行范围大,所以编程、装夹时零件纵向一般与X轴平行),把双头螺柱的一端拧入T形螺母(2个)内,把T形螺母插入工作台面的T形槽内,双头螺柱的另一端套上压板(压板一端压在工件上,另一端放在与工件上表面平行或稍微高的垫铁上),放上垫圈,拧入螺母,到用手拧不动为止。上述是对零件进行挖槽类加工时的装夹,如果是加工外轮廓,则先插好带双头螺柱的T形螺母(1个),在工作台面上放上两块等高垫铁,再放上工件,套上压板,放上垫圈,拧入螺母,到用手拧不动为止。

③ 伸出主轴套筒,装上带百分表的磁性表座,使百分表触头与工件的前侧面(即靠近人的侧面)接触,移动X轴,观察百分表的指针晃动情况(同样只要观察触头与工件侧面接近两端时的情况即可),根据晃动情况用紫铜棒轻敲工件侧面,调整好后,拧紧螺母,然后再移动X轴,观察百分表指针的晃动情况,用紫铜棒敲击工件侧面作微量调整,直至满足要求为止,最后彻底拧紧螺母。

④ 取下磁性表座,装入刀具组,调节工作台的位置。

⑤ 对刀操作。

2.使用压板时注意事项

① 必须将工作台面和工件底面擦干净,不能拖拉粗糙的铸件、锻件等,以免划伤台面。

② 压板的位置要安排妥当,要压在工件刚性最好的地方,不得与刀具发生干涉,夹紧力的大小也要适当,以免产生变形,如图1⁃49所示。

③ 支承块高度要与工件相同或略高于工件,压板螺栓必须尽量靠近工件,并且螺栓到工件的距离应小于螺栓到支承块的距离,以便增大压紧力。螺母必须拧紧,否则会因压力不够而使工件移动,以致损坏工件、机床和刀具,甚至发生意外事故,如图1⁃50所示。

3.操作方法

① 用压板将工件轻轻夹持在机床的工作台上。

② 将磁力表座吸到主轴上。

③ 装好百分表,将测量杆垂直于要找正的表面(以工件上某个表面作为找正的基准面),并有0.3~1mm的压缩量。

④ 用手轮方式移动工作台,观察指针的变化,找出最高点和最低点,用铜锤轻敲工件,直至找正在公差之内。

⑤ 找正后,旋紧螺母,再用百分表校正,直至符合要求。

4.特点

① 定位精度与所用量具的测量精度和操作者的技术水平有关。

② 只适用于单件小批生产以及在不便使用夹具夹持的情况下。

③ 定位精度在0.005~0.02mm之间。

5.工件安装与找正注意事项

在工件安装与找正过程中,要注意以下事项。

① 工件的外轮廓不能影响机床的正常运动,且工件所有加工部位一定要落在机床的工作行程之内。

② 工件的安装方向应与工件编程时坐标方向相同,谨防加工坐标的转向。

③ 工件上对刀点位置尽量避免有装夹辅具,减小工件安装对对刀的影响。

④ 工件上的找正长边尽量与机床工作台的纵向一致,以便于工件的找正。

⑤ 工件的压紧螺钉位置,不能影响刀具的切入与切出;压紧螺钉的高度尽量低,防止刀具从任意位置快速到达加工安全高度时与压紧螺钉相撞。

三、精密夹具和组合夹具

1.精密夹具板

对于除底面以外的其他表面均需要加工的情况,一般的装夹方式就无法满足,此时可采用精密夹具板的装夹方式。

精密夹具板具有较高的平面度、平行度和较小的表面粗糙度值,可根据加工零件尺寸大小选择不同的型号或系列,如图1⁃51所示。有些零件在装夹后必须同时完成整个表面、外形、形腔及孔的加工才能保证其精度要求时,必须采用HP、HH、HM系列精密夹具板安装。

装夹前必须在零件底平面合适的位置加工出深度适宜的工艺螺钉孔(在加工模具零件时,其工艺螺钉孔位置应考虑到今后模具安装时能被利用)。利用内六角螺钉将零件锁紧在精密夹具板上(在加工贯通的形腔及通孔时,必须在零件与精密夹具板之间合适的位置放入等高垫块),然后再将精密夹具板安装在工作台面上。

一些零件在使用组合压板装夹,工作台面上的T形槽不能满足安装要求时,需要用HT、HL、HC系列精密夹具板安装。利用组合压板将零件装夹在精密夹具板上,然后再将精密夹具板安装在工作台面上,这些精密夹具板还适用于零件尺寸较小时的多件一次性装夹加工。

2.精密夹具筒安装零件

在加工表面相互垂直度要求较高的零件时,多采用精密夹具筒安装。精密夹具筒具有较高的平面度、垂直度、平行度和较小的表面粗糙度值。精密夹具筒的结构如图1⁃52所示。

3.用组合夹具安装零件

组合夹具是由一套结构已经标准化、尺寸已经规格化的通用元件与组合元件所构成,可以按零件的加工需要组成各种功用的夹具。组合夹具有孔系组合夹具和槽系组合夹具之分。图1⁃53所示为孔系组合夹具;图1⁃54所示为槽系组合夹具及其组装过程。

组合夹具具有标准化、系列化、通用化的特点,具有组合性、可调性、模拟性、柔性、应急性和经济性,使用寿命长,能适应产品加工中的周期短、成本低等要求,比较适合在加工中心上应用。

在加工中心上应用组合夹具,有下列优点。

① 节约夹具的设计制造成本;

② 缩短生产准备周期;

③ 节约钢材;

④ 提高企业工艺装备系数。

但是,由于组合夹具是由各种通用标准元件组合而成的,各元件间相互配合环节较多,夹具精度、刚性仍比不上专用夹具,尤其是元件连接的接合面刚度,对加工精度影响较大。通常,采用组合夹具时其加工尺寸精度只能达到IT8~IT9级,这就使得组合夹具在应用范围上受到一定限制。此外,使用组合夹具首次投资大,总体显得笨重,还有排屑不便等不足。对中、小批量,单件(如新产品试制)等或加工精度要求不是很高的零件,在加工中心上加工时,应尽可能选择组合夹具。

任务四　常用量具及正确使用

在零件加工过程中,经常要对零件的尺寸进行测量,常用的量具有钢直尺、游标卡尺、万能角度尺、车刀量角台等。

一、钢直尺

钢直尺是最简单的长度量具,它的长度有150mm,300mm,500mm和1000mm四种规格。图1⁃55是常用的150mm钢直尺。

钢直尺用于测量零件的长度尺寸(图1⁃56)。由于钢直尺的刻线间距为1mm,而刻线本身的宽度就有0.1~0.2mm,所以测量时读数误差比较大。钢直尺只能读出准确的毫米数,即它的最小读数值为1mm,比1mm小的数值,只能估计而得。

如果用钢直尺直接去测量零件的直径尺寸(轴径或孔径),则测量精度更差。其原因除了钢直尺本身的读数误差比较大以外,还由于钢直尺无法正好放在零件直径的正确位置。可以利用钢直尺和内外卡钳配合来进行。零件直径尺寸的测量

二、塞尺

1.塞尺的定义

塞尺又称测微片或厚薄规,是用于检验间隙的测量器具之一,横截面为直角三角形,在斜边上有刻度,利用锐角正弦直接将短边的长度表示在斜边上,这样就可以直接读出间隙的大小了。

2.塞尺的测量范围

塞尺由一组具有不同厚度级差的薄钢片组成的量规,见图1⁃57。塞尺用于测量间隙尺寸。在检验被测尺寸是否合格时,可以用通止法判断,也可由检验者根据塞尺与被测表面配合的松紧程度来判断。塞尺一般用不锈钢制造,最薄的为0.02mm,最厚的为3mm。0.02~0.1mm间,各钢片厚度级差为0.01mm;0.1~1mm间,各钢片的厚度级差一般为0.05mm;1mm以上的,钢片的厚度级差为1mm。除了公制以外,也有英制的塞尺。

3.塞尺的使用方法

① 用干净的布将塞尺测量表面擦拭干净,不能在塞尺沾有油污或金属屑末的情况下测量,否则将影响测量结果的准确性。

② 将塞尺插入被测间隙中,来回拉动塞尺,感到稍有阻力,说明该间隙值接近塞尺上所标出的数值;如果拉动时阻力过大或过小,则说明该间隙值小于或大于塞尺上所标出的数值。

③ 进行间隙的测量和调整时,先选择符合间隙规定的塞尺插入被测间隙中,然后一边调整,一边拉动塞尺,直到感觉稍有阻力时即拧紧锁紧螺母,此时塞尺所标出的数值即为被测间隙值。

4.塞尺的使用注意事项

① 不允许在测量过程中剧烈弯折塞尺,或大力将塞尺强插入被检测间隙,否则会损坏塞尺的测量表面或零件表面的精度。

② 使用完后,应将塞尺擦拭干净,并涂上一薄层工业凡士林,然后将塞尺折回夹框内,以防锈蚀、弯曲、变形而损坏。

③ 存放时,不能将塞尺放在重物下面,以免损坏塞尺。

三、游标卡尺

应用游标读数原理制成的量具有;游标卡尺,高度游标卡尺、深度游标卡尺、游标量角尺(如万能量角尺)和齿厚游标卡尺等,用以测量零件的外径、内径、长度、宽度、厚度、高度、深度、角度以及齿轮的齿厚等,应用范围非常广泛。常用的有游标卡尺、高度游标卡尺、深度游标卡尺、游标量角尺(如万能量角尺)等。

1.游标卡尺的结构

游标卡尺是一种常用的量具,具有结构简单、使用方便、精度中等和测量的尺寸范围大等特点,可以用它来测量零件的外径、内径、长度、宽度、厚度、深度和孔距等,应用范围很广。

游标卡尺有三种。

① 测量范围为0~125mm的游标卡尺,制成带有刀口形的上、下量爪和带有深度尺的形式,如图1⁃58。

② 测量范围为0~200mm和0~300mm的游标卡尺,可制成带有内、外测量面的下量爪和带有刀口形的上量爪的形式,如图1⁃59。

③ 测量范围为0~200mm和0~300mm的游标卡尺,还可制成只带有内外测量面的下量爪的形式,如图1⁃60。而测量范围大于300mm的游标卡尺,只有仅带有下量爪的形式。

2.游标卡尺主要由下列几部分组成

① 具有固定量爪的尺身,如图1⁃59中的1所示。尺身上有主尺刻度,如图1⁃59中的6所示。主尺上的刻线间距为1mm。主尺的长度决定了游标卡尺的测量范围。

② 具有活动量爪的尺框,如图1⁃59中的3所示。尺框上有游标,如图1⁃59中的8所示,游标卡尺的游标读数值可制成为0.1mm、0.05mm和0.02mm三种。游标读数值,就是指使用这种游标卡尺测量零件尺寸时,卡尺上能够读出的最小数值。

③ 在0~125mm的游标卡尺上,还带有测量深度的深度尺,如图1⁃58中的5所示。深度尺固定在尺框的背面,能随着尺框在尺身的导向凹槽中移动。测量深度时,应把尺身尾部的端面靠紧在零件的测量基准平面上。

④ 测量范围等于和大于200mm的游标卡尺,带有随尺框作微动调整的微动装置,如图1⁃59中的5所示。使用时,先用紧固螺钉4把微动装置5固定在尺身上,再转动微动螺母7,活动量爪就能随同尺框3作微量的前进或后退。微动装置的作用,是使游标卡尺在测量时用力均匀,便于调整测量压力,减少测量误差。

目前我国生产的游标卡尺的测量范围及其游标读数值见表1⁃6。

以上所介绍的各种游标卡尺都存在一个共同的问题,就是读数不很清晰,容易读错,有时不得不借放大镜将读数部分放大。现有游标卡尺采用无视差结构,使游标刻线与主尺刻线处在同一平面上,消除了在读数时因视线倾斜而产生的视差;有的卡尺装有测微表成为带表卡尺(图1⁃61),便于读数准确,提高了测量精度;更有一种带有数字显示装置的游标卡尺(图1⁃62),这种游标卡尺在零件表面上量得尺寸时,就直接用数字显示出来,使用极为方便。

带表卡尺的规格见表1⁃7。数字显示游标卡尺的规格见表1⁃8。

四、百分尺和千分尺

除游标卡尺外,还有百分尺和千分尺。它们的测量精度比游标卡尺高,并且测量比较灵活,因此,当加工精度要求较高时多被应用。百分尺的读数值为0.01mm,千分尺的读数值为0.001mm。工厂习惯上把百分尺和千分尺统称为百分尺或分厘卡。目前车间里大量用的是读数值为0.01mm的百分尺,现介绍这种百分尺为主,并适当介绍千分尺的使用知识。

百分尺的种类很多,机械加工车间常用的有:外径百分尺、内径百分尺、深度百分尺以及螺纹百分尺和公法线百分尺等,并分别测量或检验零件的外径、内径、深度、厚度以及螺纹的中径和齿轮的公法线长度等。

1.外径百分尺的结构

各种百分尺的结构大同小异,常用外径百分尺是用以测量或检验零件的外径、凸肩厚度以及板厚或壁厚等(测量孔壁厚度的百分尺,其量面呈球弧形)。百分尺由尺架、测微头、测力装置和制动器等组成。图1⁃63是测量范围为0~25mm的外径百分尺。

2.百分尺的测量范围

百分尺测微螺杆的移动量为25mm,所以百分尺的测量范围一般为25mm。为了使百分尺能测量更大范围的长度尺寸,以满足工业生产的需要,百分尺的尺架做成各种尺寸,形成不同测量范围的百分尺。目前,国产百分尺测量范围的尺寸(mm)分段为:0~25;25~50;50~75;75~100;100~125;125~150;150~175;175~200;200~225;225~250;250~275;275~300;300~325;325~350;350~375;375~400;400~425;425~450;450~475;475~500;500~600;600~700;700~800;800~900;900~1000。

测量上限大于300mm的百分尺,也可把固定测砧做成可调式的或可换测砧,从而使此百分尺的测量范围为100mm。

测量上限大于1000mm的百分尺,也可将测量范围制成为500mm,目前国产最大的百分尺为2500~3000mm的百分尺。

五、万能角度尺

万能角度尺是用来测量精密零件内外角度或进行角度划线的角度量具,有游标量角器、万能角度尺等几种。

万能角度尺的读数机构,如图1⁃64所示。是由刻有基本角度刻线的尺座1,和固定在扇形板6上的游标3组成。扇形板可在尺座上回转移动(有制动器5),形成了和游标卡尺相似的游标读数机构。万能角度尺尺座上的刻度线每格1°。由于游标上刻有30格,所占的总角度为29°,因此,两者每格刻线的度数差是

1°-==2'

即万能角度尺的精度为2'。

万能角度尺的读数方法,和游标卡尺相同,先读出游标零线前的角度值,再从游标上读出角度“分”的数值,两者相加就是被测零件的角度数值。

在万能角度尺上,基尺4是固定在尺座上的,角尺2是用卡块7固定在扇形板上,可移动的直尺8是用卡块固定在角尺上的。若把角尺2拆下,也可把直尺8固定在扇形板上。由于角尺2和直尺8可以移动和拆换,万能角度尺可以测量0°~320°的任何角度。

任务五　操作面板结构组成和基本操作

目前,虽然数控操作系统种类繁多,但大部分的操作系统都是由两部分组成,即MDI面板和控制面板。MDI面板主要用来程序的输入,控制面板主要完成机床运行方式的转换从而对刀具参数进行设定。因此,初学者可以避开烦琐的功能介绍,先学习程序的录入和刀具参数的设定,快速进入加工阶段,在加工过程中丰富和加深对操作系统的认识。下面以FANUC 0i的操作面板为例进行说明。

一、操作面板结构组成

FANUC 0i铣床系统面板与其他系统的面板结构基本相同。如图1⁃65所示,FANUC 0i系统面板主要包括液晶显示器、MDI面板、“急停”按钮、功能键和机床控制面板。MDI面板和机床控制面板是各系统最常用的部分。

① 液晶显示器。显示器位于面板的左上角,主要显示软件的操作界面,以及显示加工时所需要的相关数据。

② MDI键盘。MDI键盘主要作为系统的输入设备,完成程序输入、参数修改等工作。MDI键盘区的各按键的功能见表1⁃9。

③ “急停”按钮。在操作过程中,初学者通常对程序的正确性、合理性了解不够,因此在操作过程中或多或少会出现问题,因此操作人员在加工过程中尽量将手靠近“急停”按钮,出现问题时可紧急按下此按钮,以免发生不必要的危险。

④ 功能键。功能键没有确定的功能内容,由于其功能是随着显示器显示内容的变化而改变的,因此通常称作软键。

⑤ 机床控制面板。机床控制面板是用手动操作控制机床工作状态的,主要包括自动、单段、手动、增量、回零等操作。机床控制面板中各按键、旋钮的功能见表1⁃10。

二、操作面板基本操作

1.电源通/断

(1)系统通电步骤

① 在通电之前,首先检查机床的外观是否正常。

② 如果正常,先将总电源合上。

③ 再将机床上的电源开关旋至“ON”的位置。

④ 按下机床控制系统面板上的绿色启动按钮,数控系统启动,数秒后显示屏亮,显示有关位置和指令信息,此时机床通电完成。

(2)系统断电步骤

① 在加工结束之后,按下红色按钮,数控系统即刻断电。

② 将机床的电源开关旋至“OFF”处。

③ 断开总电源开关即可。

2.手动操作

(1)回零

采用增量式测量的数控机床开机后,都必须做回零操作,即返回参考点操作。通过该操作建立起机床坐标系。采用绝对测量方式的数控机床开机后,不必做回零操作。

首先检查各轴坐标读数,确保各轴离机械原点100mm以上,否则,不能进行原点回归,系统出现报警,如果距离不够,则需要在手动模式下移动机床各轴,使得满足以上要求,回零步骤如下。

① 按下回零按钮。

② 按下Z向移动按钮。

③ 再按下手动正向进给按钮。

④ 分别按下和相应的手动正向按钮。

⑤ 当机床原点指示灯亮后,表示回零成功。

(2)手动连续进给

在手动操作模式下,持续按下操作面板上的进给轴及其方向选择按钮,会使刀具沿着所选方向连续移动。同时按下快速按钮,使各轴实现快速移动。

(3)手轮进给

在手轮进给方式中,刀具或工作台可以通过旋转手摇脉冲发生器实现微量移动。使用手轮进给轴选择旋钮,选择要移动的轴,手摇脉冲发生器旋转一个刻度时,刀具移动的最小距离与最小输入增量相等。手摇脉冲发生器旋转一个刻度时,刀具移动的距离可以放大1倍、10倍、100倍。

操作步骤如下。

① 按下手轮方式选择按钮。

② 旋转手摇脉冲发生器上的移动轴旋钮和倍率旋钮,使之处于相应的位置。

③ 以手轮转向对应的移动方向来旋转手轮,手轮旋转360°,刀具移动的距离相当于100个刻度的对应值。

(4)自动运行

用编程程序运行CNC机床,称为自动运行。自动运行分为存储器运行、MDI运行、DNC运行、程序再启动、利用存储卡进行DNC运行等。

① 存储器运行。程序事先存储到存储器中。当选择了这些程序中的一个,并按下机床操作面板上的循环启动按钮后,启动自动运行。在自动运行中,机床控制面板上的进给保持按钮被按下后,自动运行被临时终止,当再次按下循环启动按钮后,自动运行又重新进行。

当MDI面板上的复位键被按下后,自动运行被终止,并且进入复位状态。

运行步骤:在按下和编辑键后,显示程序屏幕,输入程序号,按下软键〔O搜索〕,打开所要运行的程序;按下机床控制面板上的循环启动按钮便可启动自动运行。

② MDI运行。在MDI运行方式中,通过MDI面板,可以编制最多10行的程序,程序格式和通常程序一样,在MDI方式中编制的程序不能被存储,MDI运行是用于简单的测试操作。

MDI运行操作步骤:按下MDI方式按钮,按下MDI操作面板上的功能键,屏幕显示如1⁃66所示,界面中自动加入程序号“O0000”;用通常的程序编辑方式,编制一个要执行的程序,在程序段的结尾处加上“M99”,用以在程序执行完毕后,将控制返回到程序头。

为了执行程序,需将光标移到程序头(从中间点启动也是可以的),之后按下循环启动按钮,程序启动运行。

当执行程序结束语句(M02或M30)或者执行ER(%)后,程序自动清除并结束运行。通过指令M99,控制自动回到程序的开头。

在中途停止或结束MDI操作的方法如下。

a.停止MDI操作。按下操作面板上的进给保持按钮,进给保持按钮指示灯亮,程序暂停。再次按下循环启动按钮,机床的运行被重新启动。

b.结束MDI操作。按下MDI面板上的复位按钮,自动运行结束,并进入复位状态。

3.程序管理操作

(1)程序的创建

按下编辑按钮,然后按下程序按钮,屏幕将显示程序内容页面。输入以字母“O”开头后接4位数字的程序编号(如“O0010”),按插入按钮,即可创建由该程序编号命名的程序。

(2)程序的录入

当创建程序完成后,系统自动进入程序录入状态,此时可按字母、数字键,然后按插入键,即可将字母、数字插入到当前程序的光标之后。

当输入有误,在未按插入键之前,可以按键,删除错误输入。

当输入完成一段程序后,按分号键后,再按插入键,则之后输入的内容自动换行。

(3)程序的修改

① 程序字的插入。按和用于翻页,按方位键移动光标。将光标移到所需位置,点击MDI键盘上的数字/字母键,将代码输入到缓冲区内,按键,把缓冲区的内容插入到光标所在代码后面。

② 删除字符。先将光标移到需删除字符的位置处,按键,删除光标所在的代码。

③ 字符替换。先将光标移到需替换字符的位置处,将替换后的字符通过MDI键盘输入到缓冲区内,按键,把缓冲区内的内容替代光标所在处的代码。

④ 字符查找。输入需要搜索的字母或代码,然后按CURSOR的向下键,开始在当前数控程序中光标所在位置后搜索。(代码可以是一个字母或一个完整的代码,例如“N0010”“M”等。)如果此数控程序中有所搜索的代码,则光标停留在找到的代码处;如果此数控程序中光标所在位置后没有所搜索的代码,则光标停留在原处。

(4)程序的删除

按下编辑按钮,然后按下程序按钮,屏幕将显示程序内容页面,然后利用软件LIB查看已有程序列表,利用MDI键盘键入要删除的程序编号(如“O0010”),按键,程序即被删除。

删除全部数控程序:利用MDI键盘输入“O9999”,按键,全部数控程序即可被删除。

(5)打开或切换不同的程序

按下程序按钮键,在编辑模式下,键入要打开或切换的程序编号,然后,按CURSOR向下键,或在软件上输入“O”然后按“搜索”键,即可打开或切换。

4.刀补值的输入

在程序输入完成后,要进行刀补值的输入。

按下MDI操作面板上的设置/偏置键,CRT将进入

参数补偿设置界面,如图1⁃67所示。

对应不同刀号在形状(H)一列中输入长度补偿值,在形状(D)一列中输入刀具半径补偿值。可将刀具在长度和半径方向的磨损量输入摩耗(H)和摩耗(D)中,以修正刀具的磨损,也可在精加工时,通过调整摩耗量来保证精加工的尺寸精度。

5.程序的检查调试

在实际加工之前要对录入的程序进行全面检查,以检查机床是否按编好的加工程序进行工作。检查调试的方法主要利用机床锁住功能进行图形模拟、空运行和单段运行。

(1)图形模拟

同时按下机床操作面板上的机床锁住按钮和MDI操作面板上的图形模拟按钮,机床进入图形模拟状态。此时,在自动运行模式下按循环启动按钮,刀具、工作台不再移动,但显示器上沿每一轴的运动位移在变化,即在显示器上显示出了刀具运动的轨迹。通过这种操作,可检查程序的运动轨迹是否正确。

(2)空运行

在自动运行模式下,按下空运行按钮,机床进入空运行状态,刀具按参数指定的速度快速移动,而与程序中指令的进给速度无关。该功能可快速检查刀具运动轨迹是否正确。

在此状态下,刀具的移动速度很快,因此,应在机床未装工件或将刀具抬高一定高度的情况下进行。将工件抬高一定的高度,可在机床坐标系设置界面中,将公共坐标系(EXT)的Z轴中输入“100.000”,如图1⁃68所示。

(3)单段运行

按下单段运行按钮,机床进入单段运行方式。在单段运行方式下,按下循环启动按钮后,刀具在执行完程序中的一段程序后停止,再次按下循环启动按钮,执行完下一段程序后,刀具再次停止。通过单段运行方式,使程序一段一段地执行,以此来检查程序是否正确。

任务六　机床坐标系和对刀操作训练

对刀的目的是确定出工件坐标系原点在机床坐标系中的位置,即将对刀后的数据输入到G54~G59坐标系中,在程序中调用该坐标系。G54~G59是该原点在机床坐标系的坐标值,它储存在机床内,无论停电、关机或者换班后,它都能保持不变。同时,通过对刀可以确定加工刀具和基准刀具的刀补,即通过对刀确定出加工刀具与基准刀具在Z轴方向上的长度差,以确定其长度补偿值。

刀点和换刀点的选择主要根据加工操作的实际情况,考虑在保证加工精度的同时,使操作简便。

一、坐标系

为便于编程时描述机床的运动,简化程序的编制方法及保证记录数据的互换性,数控机床的坐标和运动方向都已标准化。

1.坐标系的确定原则

① 刀具相对于静止的工件而运动的原则,即总是把工件看成是静止的,刀具作加工所需的运动。

② 标准坐标系(机床坐标系)的规定:在数控机床上,机床的运动是由数控装置来控制的,为了确定机床上的成形运动和辅助运动,必须先确定机床上运动的方向和运动的距离,这就需要机床坐标系来实现。

标准的机床坐标系采用右手笛卡儿直角坐标系。它用右手的大拇指表示X轴,食指表示Y轴,中指表示Z轴,三个坐标轴相互垂直,即规定了它们之间的位置关系。如图1⁃69所示。这三个坐标轴与机床的各主要导轨平行。A、B、C分别是绕X轴、Y轴、Z轴旋转的角度坐标,其方向遵从右手螺旋定则,即右手的大拇指指向直角坐标的正方向,其余四指的绕向为角度坐标的正方向。

③ 运动方向　数控机床的某一部件运动的正方向,是增大工件与刀具之间距离的方向。

2.坐标轴的确定方法

(1)Z坐标的确定

Z坐标是由传递切削力的主轴所规定的,其坐标轴平行于机床的主轴。

(2)X坐标的确定

X坐标一般是水平的,平行于工件的装夹平面,是刀具或工件定位平面内运动的主要坐标。对卧式铣(镗)床或加工中心来说,从主要的刀具主轴方向看工件时,X轴正方向向右;对单立柱的立式铣(镗)床或加工中心来说,从主要的刀具主轴看立柱时,X轴的正方向向右;对双立柱(龙门式)铣(镗)床或加工中心来说,从主要的刀具主轴看左侧立柱看时,X轴正方向向右。

(3)Y坐标的确定

确定了X、Z坐标后,Y坐标可以通过右手笛卡儿直角坐标系来确定。

图1⁃70是立式数控铣床和卧式数控铣(镗)床的坐标示意图,读者可以参考以上坐标轴的确定规则自己判断。

3.机床坐标系

确定了坐标轴的方位,还必须确定原点的位置,才能确定一个坐标系。数控加工中涉及三个坐标系,分别是机床坐标系、加工坐标系和编程坐标系,对同一台机床来说,这三个坐标系的坐标轴都相互平行,只是原点位置不同。机床坐标系的原点设在机床上的一个固定位置,它在机床装配、安装、调整好后就确定下来了,是数控加工运动的基准参考点。在数控铣床或加工中心上,它的位置取在X、Y、Z三个坐标轴正方向的极限位置,通过机床运动部件的行程开关和挡铁来确定。数控机床每次开机后都要通过回零运动,使各坐标方向的行程开关和挡铁接触,使坐标值置零,以建立机床坐标系。

4.编程坐标系

编程人员在编程时,需要把零件的尺寸转换为刀具运动的坐标,这就要在零件图样上确定一个坐标原点,这个坐标原点就是编程原点,它所决定的坐标系就是编程坐标系。其位置没有统一的规定,确定原则是以利于坐标计算为准,同时尽量做到基准统一,即使编程原点与设计基准、工艺基准统一。

5.工件坐标系

工件坐标系实际上是编程坐标系从图纸上往零件上的转化,编程坐标系是在纸上确定的,工件坐标系是在工件上确定的。如果把图纸蒙在工件上,两者应该重合。数控程序中的坐标值都是按编程坐标计算的,零件在机床上安装好后,刀具与编程坐标系之间没有任何关系,如何知道程序中的坐标所对应的点在工件上什么位置呢?这就需要确定编程原点在

机床坐标系中的位置,通过工件坐标系把编程坐标系与机床坐标系联系起来,刀具就能准确地定位了。

如图1⁃71(b)所示的工件,编程坐标系原点取在O₃点,工件装到工作台上后,如图1⁃71(a)所示,通过回零操作,把机床坐标系原点建立在O₁点,要使刀具正确加工零件,必须把工件坐标系原点建立在图示的O₂点,O₂点在机床坐标系中的位置通过对刀获得。假设通过对刀,得到O₂点与O₁点间的距离为X方向100mm,Y方向50mm,Z方向40mm,则可通过G54指令或G92指令把加工坐标系原点建立在O₂点,即指明了编程坐标系在机床坐标系中的位置。

二、对刀点的选择

在加工时,要正确执行加工程序,必须确定零件在机床坐标中的确切位置。对刀点是零件在机床上定位装夹后,设置在零件坐标系中,用于确定零件坐标与机床坐标系空间位置关系的参考点。在工艺设计和程序编制时,应以操作简单、对刀误差小为原则,合理设置对刀点。

对刀点可以设置在零件上,也可以设置在夹具上,但都必须在编程坐标系中有确定的位置,如图1⁃72所示的x₁和y₁。

对刀点可以与编程原点重合,也可以不重合,这主要取决于加工精度和对刀的方便性。当对刀点与编程原点重合时,x₁=0,y₁=0。

为了保证零件的加工精度要求,对刀点应尽可能选在零件的设计基准或工艺基准上。以零件上孔的中心点或两条相互垂直的轮廓边的交点作为对刀点较为合适,但应根据加工精度对这些孔或轮廓面提出相应的精度要求,并在对刀之前准备好。有时零件上没有合适的部位,也可以加工出工艺孔用来对刀。

确定对刀点在机床坐标系中位置的操作称为对刀。对刀的准确程度将直接影响零件加工的位置精度,因此,对刀是数控机床操作中的一项重要且关键的工作。对刀操作一定要仔细,对刀方法一定要与零件的加工精度要求相适应,生产中常使用一些对刀辅助工具,如塞尺、寻边器和对刀仪等,具体在后面详细介绍。

无论采用哪种工具,利用机床的坐标显示确定对刀点在机床坐标系中的位置,从而确定零件坐标系在机床坐标系中的位置。简单地说,对刀就是告诉机床工作台在什么地方。

三、对刀方法

根据工件表面是否已经被加工,可将对刀分为试切法对刀和借助于仪器或量具对刀两种方法。

1.试切法对刀

试切法对刀适用于尚需加工的毛坯表面或加工精度要求较低的场合。具体操作步骤如下。

① 首先启动主轴。按下按钮机床操作面板上的MDI按钮和数控操作面板上的程序按钮,输入“M03 S800”,然后按下循环启动按钮,主轴开始正转。

② 按下手动操作按钮,然后通过操作按钮,将刀具移动到工件附近,并在X轴方向上使刀具离开工件一段距离,Z轴方向上使刀具移动到工件表面以下,然后换用手轮将刀具慢慢移向工件的左表面,当刀具稍稍切到工件时,停止X方向的移动。此时,按下数控操作面板上的位置功能键,显示出机床的机械坐标值,并记录该数值。

将刀具离开工件左边一定距离,抬刀,移至工件的右侧,再下刀,在工件的右表面再进行一次试切,并记录下该处的机械坐标值。将两处的机械坐标值相加再除以2,就得到该工件的中心坐标的机械坐标值,将所得的值输入到G54的X坐标中即可。

也可通过测量得到X的坐标值。当刀具在工件左边试切后,将相对坐标值中的X值归零,然后再在工件右边试切一次。此时,得到X轴的相对坐标值,将该值除以2,就得到了工件在X轴上的中点相对坐标值,此时,将刀具抬起,移向工件中点,当到达工件该相对坐标值时,停止移动。将光标移动到G54的X坐标上,输入“X0”,按下“测量”软键,X的机械坐标值就输入到G54的X坐标中。

③ 用同样方法分别试切工件的前后表面,可到工件的Y坐标值。

④ X、Y轴对好后,再对Z轴。将刀具移向工件上表面,在工件上表面上试切一下,此时,Z轴方向不动,读取Z向的机械坐标值,输入到G54的Z坐标中。或者输入“Z0”,然后按软键“测量”即可。

以上坐标系是建立在工件的中心,但在实际加工时,通常为了编程的方便和检查尺寸便利等原因,将坐标系建立在某个特定的位置。此时,同样用中心先对好位置,再移到指定的偏心位置,并把此处的机械坐标值输入G54中,即可完成坐标系的建立。为避免出错,最好将中心位置的相对坐标系设置为零,然后再进行移动。

如果工件坐标系设置在工件的某个角上,则在X、Y方向对刀时,只需试切相应的一个表面即可。但此时应注意在输入相应的机械坐标值时,应加上或减去刀具的半径值。

2.借助仪器或量具对刀

在实际加工中,一些较精密零件的加工精度往往控制在几微米之内,试切对刀法不能满足精度要求;有的工件表面已经进行了精加工,不能对工件表面进行切削,无法采用试切对刀方法,因而常借助仪器和量具进行对刀。

(1)使用光电式寻边器对刀

光电式寻边器如图1⁃73所示。

将光电寻边器安装到刀柄上,然后装到到主轴上,利用手轮控制,使光电寻边器以较慢的速度移向工件的测量表面,当顶端的圆球接触到工件的某一对刀表面时,整个机床、寻边器和工件之间便形成一条闭合的电路,光电寻边器上的指示灯亮,并发出声音。其具体操作步骤、数值记录和录入与试切法对刀的原理相同,所不同的是这种对刀方法对工件没有破坏作用,并且利用了光电信号,提高了对刀精度。

(2)机械式偏心寻边器对刀

机械式偏心寻边器如图1⁃74所示。

其结构分为上下两段,中间有孔,内有弹簧,通过弹簧拉力将上下两段紧密结合到一起。

将寻边器安装到刀柄上,并装到主轴上,让主轴以200~400r/min的转速转动,此时,在离心力作用下,寻边器上下两部分是偏心的,当用寻边器的下部分去碰工件的某个表面时,在接触力的作用下,寻边器的上下两部分将逐渐趋向于同心,同心时的坐标值即为对刀值。具体操作步骤、数值记录和录入与试切对刀法相同。

上述两种方法只适用于X向和Y向的对刀,Z向可采用对刀块对刀。仪器的灵敏度在0.005mm之内,因而,对刀精度可以控制在0.005mm之内。使用机械式偏心寻边器时,主轴转速不宜过高。转速过高,离心力变大,会使寻边器内的弹簧拉长而损坏。

3.使用对刀块或Z轴设定器进行Z向对刀

X向和Y向可采用以上方法对刀,Z向可采用对刀块对刀、Z轴设定器对刀。对刀块通常是高度为100mm的长方体,用热变形系数较小,耐磨、耐蚀的材料制成,Z轴设定器又分为光电式和指针式两种,如图1⁃75和图1⁃76所示。

利用对刀块进行Z向对刀时,主轴不转,当刀具移到对刀块附近时,改用手轮控制,沿Z轴一点点向下移动。每次移动后,将对刀块移向刀具和工件之间,如果对刀块能够在刀具和工件之间轻松穿过,说明间隙太大,如果不能穿过,则间隙过小。反复调试,直到对刀块在刀具和工件之间能够穿过,且感觉对刀块与刀具及工件有一定摩擦阻力时,间隙合适。然后读出此时的Z轴的机械坐标值,减去“100”后,输入图1⁃68的Z坐标中,Z向对刀完成。Z轴设定器对刀方法和对刀块一样,精度更高。

除去以上方法外,还可利用塞尺对刀。对于圆柱形坯料,有的还可借助百分表对刀。

任务七　安全操作规程和日常保养维护

数控铣床/加工中心操作规程是保证操作人员人身安全和设备安全的重要措施,操作人员必须严格按照操作规程进行正确操作。

一、安全操作基本注意事项

① 进入实训场地,要穿好工作服,戴好工作帽及防护镜,不允许戴手套操作,禁止穿凉鞋、拖鞋、裙子等。

② 学生必须在教师指导下进行机床操作,同一铣床两人以上实习时,只能由一人操作控制面板。

③ 操作铣床/加工中心时,思想要集中,操作人员不允许擅自离开,必须停机后方可离开。

④ 不得移动或损坏安装在机床上的警告标牌。

⑤ 机床加工时,不可调整刀具、测量工件尺寸或靠近旋转的刀具和工件。

⑥ 首次加工运行程序前,必须经过指导教师检查并同意方可进行加工。

⑦ 工作场地要保持整洁,刀具、工具、量具要分别放在规定位置,机床床面上禁止放任何物品。

二、加工前的注意事项

① 查看工作现场是否存在可能造成安全的因素,若存在应及时排除。

② 按数控铣床/加工中心启动顺序开机,查看机床是否显示报警信息。

③ 数控铣床/加工中心通电后,CNC单元尚未出现位置显示和报警画面之前,不要碰MDI面板上的任何按键。开机完成后,检查各开关、按钮和按键是否正常、灵活,数控铣床/加工中心有无异常现象。

④ 检查液压系统、润滑系统油标是否正常,检查冷却液容量是否正常,按规定加好润滑油和冷却液。

⑤ 各坐标轴手动回参考点。回参考点时要注意,不要和机床上的工件、夹具等发生碰撞。若某轴在回参考点前已处于参考点位置附近,必须先将该轴手动移动到距离参考点100mm以外的位置,再进行回参考点操作。

⑥ 为使机床达到热平衡状态,必须使数控铣床空运转15min以上。

⑦ 按照要求正确安装刀具,并检查刀具运动是否正常,通过对刀,正确输入刀具补偿值,并认真核对。

⑧ 数控加工程序输入完毕后,应认真校对,确保无误。并进行模拟加工。

⑨ 正确测量和计算工作坐标系,并对所得结果进行验证。

⑩ 手轮进给和手动连续进给操作时,必须检查各种开关所选择的位置是否正确。弄清正负方向,认准按键,然后再进行操作。

三、加工中的注意事项

① 首次试切加工,应采用单段运行方式进行加工。

② 自动运行开始时,快速倍率、进给倍率开关置于最低挡,切入工件后再加大倍率。

③ 在运行数控加工程序中,要重点注意数控系统上的坐标显示。

④ 禁止用手接触刀具和切屑,切屑必须用毛刷来清理。

四、加工完成后的注意事项

① 清除切屑,擦拭机床,整理工作现场。

② 在手动方式下,将各坐标轴置于数控机床行程的中间位置。

③ 按关机顺序关闭数控铣床和总电源。

④ 将刀具、量具、工具放在指定位置。

五、日常维护和保养

数控铣床和加工中心是集机、电、液于一体,自动化程度高、结构复杂且价格昂贵的先进设备,为充分发挥其效益,必须做好日常性的维护和保养工作,使数控系统少出故障,即设法提高系统的平均无故障时间。数控铣床和加工中心。主要的维护和保养工作如下。

① 数控铣床和加工中心操作人员应熟悉所用设备的机械、数控装置、液压、气动等部分以及规定的使用环境(加工条件)等,并要严格按机床及数控系统使用说明手册的要求正确合理使用,尽量避免因操作不当而引起故障。例如,对操作人员,必须了解机床的行程大小、主轴的转速范围、主轴驱动电动机的功率、工作台面大小、工作台承载能力大小、机动进给时的速度、ATC所允许的最大刀具尺寸、最大刀具重量等。

② 在操作前必须确认主轴润滑油和导轨润滑油是否符合要求。如果润滑油不足,应按要求的牌号、型号适当补充。同时,要确认气压压力是否正常。

③ 如果数控装置的空气过滤器灰尘积累过多,会使柜内冷却空气流通不畅,引起柜内温度过高而使系统不能可靠工作。因此,应根据周围环境状况,定期检查清扫。电气柜内电路板和电气件上有灰尘、油污时,也应及时清扫。

④ 定期检查电气部件,检查各插头、插座、电缆、各继电器的触点是否出现接触不良、短线和短路等故障,并及时排除。

⑤ 定期更换存储器电池。零件程序、偏置数据和系统参数存在控制单元的CMOS存储器中,分离型绝对脉冲编码器的当前位置信息等内容,在关机时靠电池供电保持,当电池电压降到一定值时,可能会造成参数丢失,因此,要定期检查电池电压。更换电池时一定要在数控系统通电状态下进行。

⑥ 长期不用的数控机床的保养。在数控系统长期闲置不用时,应经定期给数控系统通电,在机床锁住的情况下,使其空运行。在空气湿度较大的梅雨季节应该天天通电,利用电气元件本身发热驱走数控电气柜内的潮气,以保证电子元器件的性能稳定可靠。

日常检查要求汇总于表1⁃11。