加工中心在葉片生產(chǎn)上的應(yīng)用

前言

    加工中心是機(jī)械設(shè)備與數(shù)控系統(tǒng)組成的適用子復(fù)雜零件加工的高效自動(dòng)化機(jī)床。由于它具有自動(dòng)換刀裝置，工件經(jīng)一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機(jī)床按不同工序自動(dòng)選擇和更換刀具，自動(dòng)改變機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給量和刀具相對(duì)工件的運(yùn)動(dòng)軌跡及其它輔助功能，依次完成工件幾個(gè)面上的多工序加工。這種多工序集中加工的方式，可減少工件裝夾、測(cè)量、機(jī)床調(diào)整、工件周轉(zhuǎn)等許多非加工時(shí)間，使機(jī)床的切削利用率高于普通機(jī)床3-4倍，從而大大降低操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，且加工精度高，因此具有良好的經(jīng)濟(jì)效果。由此可見加工中心的應(yīng)用趨勢(shì)勢(shì)不可擋。

    上海汽輪機(jī)有限公司近幾年已陸續(xù)引進(jìn)四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控臥式加工中心和四軸聯(lián)動(dòng)數(shù)控立式加工中心。此設(shè)備的應(yīng)用，使葉片制造水平上升到一個(gè)新的層次，提供了一個(gè)新的開發(fā)方向。



1 加工中心的工作原理



首先把工藝員手工編制或計(jì)算機(jī)自動(dòng)編制好的程序存儲(chǔ)在信息載體(如磁盤等)上，將信息載體送到輸人裝置讀出信息并送人數(shù)控裝置，經(jīng)過一系列運(yùn)算處理變成脈沖信號(hào)。有的脈沖信號(hào)被送到機(jī)床的伺服系統(tǒng)，經(jīng)過轉(zhuǎn)換和放大，再經(jīng)過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)有關(guān)部件按程序規(guī)定的軌跡做相關(guān)運(yùn)動(dòng)，有的脈沖信號(hào)被送到可編程控制器中，順序控制機(jī)床的其內(nèi)輔助動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)刀具的自動(dòng)交換。



2 加工中心的基本結(jié)構(gòu)



1) 數(shù)控系統(tǒng)



由CNC裝置、何服趨動(dòng)裝置、可編程序控制器等組成，是加工中心執(zhí)行順序動(dòng)作和完成加工過程的控制中心。



CNC裝置由中央處理器，輸人輸出接口組成，其主要特點(diǎn)是輸人存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)的加工，差補(bǔ)運(yùn)算等控制功能都通過軟件來完成，增加了許多邏輯電路難以實(shí)現(xiàn)的功能。計(jì)算機(jī)和其它裝置之間可通過接口設(shè)備連接，當(dāng)控制對(duì)象或功能改變時(shí)，只需改變軟件和接口。伺服趨動(dòng)裝置的作用是把某些來自CNC裝置的脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為機(jī)床移動(dòng)部件的運(yùn)動(dòng)；其性能是決定機(jī)床的加工精度，表面質(zhì)量，生產(chǎn)效率的主要因素之一。其中的檢測(cè)裝置用來完成機(jī)床運(yùn)動(dòng)部件的頭際位移量的測(cè)最，并反饋給數(shù)控裝置�？删幊绦蚩刂破骺刂期厔�(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)刀具的選則和交換。



2) 機(jī)械本體



結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，梢度高，剛性好。包括基礎(chǔ)部件、主軸部件、自動(dòng)換刀裝置等。



基礎(chǔ)部件由床身立柱和工作臺(tái)組成，為加工中心重量和休積最大的部件，是加工中心的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。要求承受加工中心的靜載荷以及加工時(shí)的切削負(fù)載，因此剛性要求高。主軸部件是加工中心的關(guān)鍵部件，由主軸箱、電機(jī)、主軸和軸承等組成。其啟動(dòng)停止轉(zhuǎn)速等均由數(shù)控系統(tǒng)控制，并通過裝在主軸上的刀具參與切削運(yùn)動(dòng)，是切削加工的功率輸出部件，其結(jié)構(gòu)的好壞，對(duì)加工中心的性能有很大影響。自動(dòng)換刀裝置由刀庫(kù)、機(jī)械手、馭動(dòng)機(jī)構(gòu)等部件組成。刀庫(kù)是存放加工過程中所要使用的全部刀具的裝置，當(dāng)需要換刀時(shí)根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的指令由機(jī)械手或別的方式將刀具從刀庫(kù)取出裝入主軸孔中。



3) 輔助系統(tǒng)



包括潤(rùn)滑、冷卻、排屑、防護(hù)、液壓等，雖不直接參與切削運(yùn)動(dòng)，但對(duì)加工中心的加工效率，加工精度和可靠性起到保障作用，是加工中心中不可缺少的部分。



臥式加工中心為日本只菱生產(chǎn)的四軸聯(lián)動(dòng)雙工作臺(tái)加工中心。工作臺(tái)尺寸為500×500mm配有兩個(gè)自動(dòng)交換工件的托盤。一個(gè)托盤用來安裝工件，在工作臺(tái)上加工；另一個(gè)則位廠工作臺(tái)外用來拆卸安裝工件。當(dāng)完成一個(gè)托盤上的工件加工后，便自動(dòng)交換托盤，進(jìn)行新零件的加工，這樣可以減少輔助時(shí)間，提高效率。



立式加工中心為臺(tái)灣協(xié)鴻生產(chǎn)的四軸聯(lián)動(dòng)加工中心。狹長(zhǎng)的工作臺(tái)配有f320mmm立式數(shù)控圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)工作臺(tái)和可帶頂針的尾座，主軸錐度采用ISO50，三軸導(dǎo)軌全部為滑動(dòng)導(dǎo)軟，這樣的結(jié)合增強(qiáng)了機(jī)床的強(qiáng)度和剛性。



3 加上中心的基本概念及編程基礎(chǔ)



1) 加工中心的坐標(biāo)系統(tǒng)



Z坐標(biāo)— 傳遞切削動(dòng)力的主軸所在位置一般即為Z坐標(biāo)，增大刀具和工件距離的方向?yàn)閆軸正向;X坐標(biāo)—水平方向一般為X坐標(biāo)，當(dāng)Z坐標(biāo)水平時(shí)，從刀具主軸向工件看， X正向指向右方，當(dāng)Z坐標(biāo)垂直時(shí)，對(duì)于單柱機(jī)床，從刀具主軸向立柱看時(shí)，X正向指向右方;Y坐標(biāo)— 根據(jù)X和Z坐標(biāo)，按照右手笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)來確定。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)A、B、C相應(yīng)的表示其軸線平行于X、Y、Z坐標(biāo)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。正向的A、B、C相應(yīng)的表示在X、 Y、Z坐標(biāo)正方向上按照右螺旋前進(jìn)的方向。



機(jī)床坐標(biāo)系是機(jī)床的基本坐標(biāo)系，不能隨意改變；工作坐標(biāo)系是以工作中的某一點(diǎn)建立的坐標(biāo)系。



臥式加工中心為四軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，即X、Y、Z、B4個(gè)方向，立式加工中心也為四軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng)，即X、Y、Z、A4個(gè)方向。



2) 數(shù)控系統(tǒng)的控制方式



點(diǎn)位控制:從某一位置向另一位置移動(dòng)時(shí)，不管中間移動(dòng)軌跡如何，只要刀具最后能準(zhǔn)確到達(dá)目標(biāo)位置即可，用于快速定位。直線控制用于平行于坐標(biāo)軸的直線加工，也可用于加工45。的斜線用于平面加工。輪廓控制:加工時(shí)需要控制刀具每個(gè)位置的X,玖Z坐標(biāo)的切削方向和進(jìn)給速度，用于型面加工。

3) 編程基礎(chǔ)知識(shí)



準(zhǔn)備功能G：用來指定機(jī)床的動(dòng)作方式。主軸功能S：用來指定機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速。進(jìn)給功能F：用來指定坐標(biāo)軸的進(jìn)給速度。刀具功能T：用來選擇刀具。輔助功能M：用來指定機(jī)床輔助動(dòng)作及狀態(tài)。根據(jù)兩種機(jī)床編程的區(qū)別編制轉(zhuǎn)換程序，增強(qiáng)程序通用性。



4 加工中心在葉片生產(chǎn)中的應(yīng)用



臥式加工中心主要用于葉片中間體及圍帶的加工。立式加工中心除用于葉片中問體及圍帶的加工外，還用于葉片型面的粗、精加工及模段葉片的基面加工。



夾具設(shè)計(jì):由于集中了葉片的多工序加工，在_玖裝夾中既有粗銑又有精銑還有鉆孔等，應(yīng)要求夾具能承受大切削力，還要滿足定位精度要求。由于粗精加工為連續(xù)過程，要求夾緊力大且不能使零件變形。由于設(shè)備帶有防護(hù)罩內(nèi)部空間有限，而夾具一般又須旋轉(zhuǎn)，因此夾具要盡可能小些，避免與刀具及設(shè)備相互干涉。夾具必須拆卸方便，以免增加輔助時(shí)間。同時(shí)注意夾具與工作臺(tái)的連接方式，日本臥式工作臺(tái)上只有螺孔，為了工作方便，設(shè)計(jì)了帶T型槽的機(jī)床附件。立式加工中心除水平工作臺(tái)帶有T型槽外，立式轉(zhuǎn)盤也帶有T型槽及轉(zhuǎn)臺(tái)中心定位孔。



加工方鋼毛坯中間體時(shí)，背徑向面定位，內(nèi)徑向面火緊，進(jìn)汽側(cè)定位，出汽側(cè)夾緊，長(zhǎng)度適宜時(shí)可將中間體及圍帶部分均露于加工處，夾具連接于轉(zhuǎn)盤上，利用轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)進(jìn)行加工。加工葉片型面時(shí)，在立式轉(zhuǎn)盤上安裝葉根定位夾具，在圍帶處按裝頂針做為輔助支撐。加工模段葉片的基面時(shí)，采用三頂針定位，雙頂針座安于立式轉(zhuǎn)盤上，另一頂針可根據(jù)葉片長(zhǎng)短進(jìn)行移動(dòng)并可固定在工作臺(tái)上支于圍帶處。



刀具選擇:刀柄采用HSK短錐結(jié)構(gòu)，其短錐部分與端面均和主軸接觸，剛性好、定位精度高；由合金工具鋼制成，并經(jīng)過特殊的熱處理，具有很強(qiáng)的韌性及強(qiáng)度。裝夾刀排的結(jié)構(gòu)分為側(cè)固式，夾頭式等多種型式。刀片一般用進(jìn)口刀片，具有較大的切削力。如中間體的精加工用以色列的長(zhǎng)方形可轉(zhuǎn)位端銑刀，韌性好且鋒利，截面為長(zhǎng)方形，有二個(gè)切削刃，大前角并具有螺旋角，材質(zhì)為IC328，切深為3～4 mm,F=250 mm/min,，s=800 r/min，刀盤直徑32mm，5齒。型面粗加工用以色列的蝶形可轉(zhuǎn)位面銑刀，耐沖擊力強(qiáng)，截面為八角型，有8個(gè)切削刃，材質(zhì)為IC928，切深為3～4mm，F(xiàn)=800 mm/min, s=600 r/min，刀盤直徑63mm，5齒。型面精加工用以色列的可轉(zhuǎn)位球頭立銑刀，剛性好且鋒利，截面為半圓形，較大前角，材質(zhì)為IC328，切深為2～4mm，F(xiàn)=800～1000 mm/min, s=2000～30000 r/mm，刀盤直徑12mm，2齒或直徑20mm，2齒。



5 經(jīng)濟(jì)效益分析及展望



采用加工中心加工時(shí)，將原來的多工序多次裝夾變?yōu)橐淮窝b夾，工序基準(zhǔn)統(tǒng)一，減少加工時(shí)間，節(jié)省工裝，機(jī)床精度高，產(chǎn)品合格率達(dá)100%，而一些相關(guān)的輔助費(fèi)用如：人員費(fèi)用，機(jī)床維修費(fèi)用等也隨之降低�？梢娂庸ぶ行脑诩庸べ|(zhì)量，提高生產(chǎn)率，降低成本等方面具有良好的經(jīng)濟(jì)性。



臥式加工中心一般比立式加工中心貴一倍左右，而所需工時(shí)也比立式加工中心多，因此同樣的生產(chǎn)采用立式加工中心比較經(jīng)濟(jì)，但立式加工中心加工范圍不如臥式加工中心加工范圍廣泛。因此生產(chǎn)部門可根據(jù)具體情況購(gòu)買設(shè)備。合理的配置可使葉片生產(chǎn)能力大大提高，同時(shí)也為今后發(fā)展葉片柔性系統(tǒng)(FMS)做準(zhǔn)備。