【文章內容簡介】 位移指令值發(fā)送到位置比較電路時，若工作臺沒有移動，則沒有反饋量，指令值使得伺服電動機轉動，通過 A 將速度反饋信號送到速度控制電路，通過 C 將工作臺實際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較后得到的差值進行位置控制，直至差值為零時為止。這類控制的數(shù)控機床，因把機床工作臺納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)控制數(shù)控機床。 閉環(huán)控制數(shù)控機床的定位精度高，但調試和維修都較困難，系統(tǒng)復雜，成本高。 半閉環(huán)控制數(shù)控機床 半閉環(huán)控制數(shù)控機床是在伺服電動機的軸或 數(shù)控機床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè) 論 文 第 7 頁 置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉角間接地檢測移動部件的實際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對誤差進行修正。通過測速元件 A 和光電編碼盤 B 可間接檢測出伺服電動機的轉速，從而推算出工作臺的實際位移量，將此值與指令值進行比較，用差值來實現(xiàn)控制。由于工作臺沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機床。 半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動機設計成一體，這樣，使結構更加緊湊。 混合控制數(shù)控機床 將以上三 類數(shù)控機床的特點結合起來，就形成了混合控制數(shù)控機床?；旌峡刂茢?shù)控機床特別適用于大型或重型數(shù)控機床，因為大型或重型數(shù)控機床需要較高的進給速度與相當高的精度，其傳動鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機床傳動鏈和工作臺全部置于控制 閉環(huán)中，閉環(huán)調試比較復雜?；旌峡刂葡到y(tǒng)又分為兩種形式： （ 1）開環(huán)補償型。它的基本控制選用步進電動機的開環(huán)伺服機構，另外附加一個校正電路。用裝在工作臺的直線位移測量元件的反饋信號校正機械系統(tǒng)的誤差。 （ 2）半閉環(huán)補償型。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺上的直線 位移測量元件實現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。其中 A 是速度測量元件（如測速發(fā)電機）， B 是角度測量元件， C 是直線位移測量元件。 第 2 章 數(shù)控機床加工工藝分析 刀具材料的選擇 在金屬切削過程中，切削層金屬在刀具的作用下承受剪切滑移而塑性變形，刀具與工件、切屑之間擠壓與摩擦使刀具切削部分產(chǎn)生很高的溫度，在斷續(xù)切削加工中還會受到機械沖擊及熱沖擊的影響，加劇刀具的磨損，甚至使刀具破損，因此刀具切削部分的材料必須具備以下幾個條件。 較高的硬度和耐磨性 刀具切削部分的硬度必須高 于工件材料的硬度，刀具材料的硬度越高，其耐磨性越好。刀具平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè) 論 文 第 8 頁 材料在常溫下的硬度應在 62HRC 以上。 足夠的強度和韌性 刀具在切削過度中承受很大的壓力，有時在沖擊和振動條件下工作，要使刀具不崩刃和折斷，刀具材料必須具有足夠的強度和韌性，一般用抗彎強度表示刀具材料的強度，用沖擊值表示刀具材料的韌性。 較高的耐熱性 耐熱性指刀具材料在高溫下保持硬度、耐磨性、強度及韌性的性能，是衡量刀具材料切削性能的主要指標，這種性能也稱刀具材料紅硬性。 較好的導熱性 刀具材料的導熱系數(shù) 越大，刀具傳出的熱量越多，有利于降低刀具的切削溫度和提高刀具的耐用度。 良好的工藝性 為便于刀具的加工制造，要求刀具材料具有良好的工藝性能，如刀具材料的鍛造、軋制、焊接、切削加工和可磨削性、熱處理特性及高溫塑性變形性能，對于硬質合金和陶瓷刀具材料還要求有良好的燒結與壓力成形的性能 。 刀具材料的切削性能關系著刀具的耐用度和生產(chǎn)率，刀具材料的工藝性影響著刀具本身的制造與刃磨質量。因此刀具材料宜選擇硬度高、抗粘結性和韌性好的刀具材料。筆者在切削參數(shù)相同的條件下，對幾種材料的刀具進行了車削對比試驗， 采用 TiCTiCNTiN 復合涂層刀片的外圓車刀，耐用度比較高，工件表面質量好，生產(chǎn)率高。這是因為這種涂層硬質合金材料的刀片，具有更好的強度和韌性，又因其表面具有更高的硬度和耐磨性，更小的摩擦系數(shù)和更高的耐熱性，而成為數(shù)控車床車削不銹鋼的良好刀具材料，是加工 3Cr13 不銹鋼的外圓車刀的首選材料。由于沒有這種材料的切斷刀片，通過表 2 的對比試驗可知， YW2 硬質合金的切削性能也不錯，因此可選用 YW2 材料的刀片作為切斷刀。 平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè) 論 文 第 9 頁 刀具的幾何角度和結構的選取 數(shù)控機床和加工中心用刀具 (簡稱數(shù)控刀具 )在國外發(fā) 展很快，品種規(guī)格已形成系列。我國對數(shù)控刀具的研究開發(fā)起步較晚，數(shù)控刀具的開發(fā)與生產(chǎn)成為我國工具行業(yè)的薄弱環(huán)節(jié)，數(shù)控刀具的落后已成為影響國產(chǎn)和進口數(shù)控機床充分發(fā)揮作用的主要障礙之一。 目前國外設計數(shù)控刀具的方式基本上是通過直接調用已有的設計結果或經(jīng)過局部修改而形成新的品種或規(guī)格。而國內企業(yè) (包括中國第一汽車制造廠 )在數(shù)控刀具設計中則大多是在商用 CAD(多為 AutoCAD)軟件平臺上由設計人員進行交互式繪圖。由于交互式繪圖很難利用已有的設計結果，勞動強度大，設計效率低，難以滿足實際生產(chǎn)需要。因此，研究開發(fā)先進 的數(shù)控刀具 CAD/CAM 技術，對于提高數(shù)控刀具設計、制造的質量和效率十分必要。 在 CAD技術的發(fā)展過程中，參數(shù)化技術的出現(xiàn)是一次重要的革命。該技術以約束造型為核心，允許工程設計人員以尺寸驅動的方式實現(xiàn)對設計結果的修改，非常適合于結構類似的系列化產(chǎn)品設計。 對于良好的刀具材料，選擇合理的幾何角度則顯得尤為重要。加工不銹鋼時，刀具切削部分的幾何形狀，一般應從前角、后角方面的選擇來考慮。在選擇前角時，要考慮卷屑槽型、有無倒棱和刃傾角的正負角度大小等因素。不論何種刀具，加工不銹鋼時都必須采用較大的前角。增大刀具的 前角可減小切屑切離和清除過程中所遇到的阻力。對后角選擇要求不十分嚴格，但不宜過小，后角過小容易和工件表面產(chǎn)生嚴重摩擦，使加工表面粗糙度惡化，加速刀具磨損。并且由于強烈摩擦，增強了不銹鋼表面加工硬化的效應 T 刀具后角也不宜過大，后角過大，使刀具的楔角減小，降低了切削刃的強度，加速了刀具的磨損。通常，后角應比加工普通碳鋼時適當大些。一般車削馬氏體不銹鋼時，刀具前角 ?0 取 10176?！?20176。較為適宜。后角?0取 5176?！?8176。較合適，最大不超過 10176。 此外，刃傾角 ?s，負的刃傾角可保護刀尖，提高刀刃強度，一般選取 ?0為 10176。～ 30176。主偏角?r應根據(jù)工件的形狀、加工部位和裝刀情況來選擇。刃口表面粗糙度應為 ～ 。 在刀具結構上，對外圓車刀采用外斜式圓弧斷屑槽，靠刀尖處切屑卷曲半徑大，靠外緣處切屑卷曲半徑小，切屑翻向待加工表面而折斷，斷屑情況好。對于切斷刀，可將副偏角控制在平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè) 論 文 第 10 頁 1176。以內，這樣可以改善排屑條件、延長刀具的使用壽命。 合理選擇切削用量 切削用量對工件表面質量、刀具耐用度、加工生產(chǎn)率影響較大。而切削理論認為，切削速度V 對切削溫度和刀具耐用度的影響最大，進給量 f 次之， ap 最小，而在數(shù)控車 床上一次走刀加工的表面，其切深量 ap 是由工件尺寸與材料毛坯尺寸來決定的，一般為 0～ 3mm。難加工材料的切削速度往往比普通鋼的切削速度低得多，因為速度的提高，就會使刀具嚴重磨損，而不同的不銹鋼材料又有各自不同的最佳切削速度，這個最佳切削速度只能通過試驗或查閱有關資料確定。用硬質合金刀具進行加工時，一般推薦切削速度 V=60～ 80m/min。進給量 f對刀具耐用度影響不如切削速度大，但會影響斷屑和排屑，從而影響工件表面的拉傷、擦傷，影響加工的表面質量。被加工表面粗糙度值不高時， f 選用 ～ 。 總之 ，對于難加工材料，一般選用較低的切削速度，中等的走刀量。 選用適當?shù)睦鋮s潤滑液 越來越多的加工車間正在尋找在加工時降低冷卻液用量的方法，采用空氣 /油霧 最小量潤滑(MQL)或不用潤滑劑的干式加工。可提供非常驚人的經(jīng)濟與生態(tài)益處。但是，這些技術的優(yōu)點與局限性必須與合適應用及切削要求符合時才能得以成功應用。減少潤滑油最少量潤滑，或稱準干式潤滑，是將最少量切削液與空氣混合成為氣霧，以提供控制潤滑，減少切削邊緣區(qū)的摩擦。 MQL概念是大約 15年前為了解決下述幾方面問題而提出的即與各加工車間空氣中浮 游的切削液顆粒有關的環(huán)境侵害及職業(yè)危害問題。切削液的管理，此技術減少了購買切削液的需求及廢切削液的處理成本。此外，減少了工件、刀具及機床的清洗次數(shù)。氣霧差不多在加工過程中全部用完，因此，工件、刀具及機床仍然保持干燥。加工車間采用 MQL 技術加工部件，切屑干凈、干燥，可以立即回收利用。 MQL 混合系統(tǒng)輸送準確數(shù)量的氣霧，將氣霧的液滴直徑控制到特定的公差，保持最佳濕潤與潤滑。 MQL 流體的流速為 30ml/hr～ 500ml/hr——比泛流冷卻的用量低許多數(shù)量級。在泛流冷卻中，消耗的冷卻液用量多達 10 升 /分鐘。例如，如平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè) 論 文 第 11 頁 果 MQL 氣霧內的潤滑油液滴設定為 ～ 1181。m，則冷卻液用量不到 50ml/hr。 雖然某些 MQL 技術供應商宣稱，此技術可采用任何切削液，但是，大多數(shù)加工車間都采用高度精制的植物油或酣類潤滑油。這些高性能的油脂具有非材出色的潤滑性與自然溶解特性，而且，它們還是環(huán)保型的產(chǎn)品。此外，植物仙類切削液不會揮發(fā)，在氣霧中采用它們來冷卻切削，能夠穩(wěn)定受控地移除熱量。這有助于將刀具的溫度保持穩(wěn)定，消除刀具熱震的可能性。在要求使用硬質合金刀具的應用中，這一點非常重要，因為水基冷卻液通過水的蒸發(fā)移除大量熱，迅速移除切削時產(chǎn) 生的大量熱將會使硬質合金刀具發(fā)生熱震，并引起硬質合金刀具內鈷粘合劑的分解。 將 MQL 氣霧輸送到冷卻區(qū)有兩種方法。第一種是依靠外部 MQL 供應系統(tǒng)，其中空氣與油通過噴嘴混合與輸送至切削處。此系統(tǒng)成本低廉，可將現(xiàn)有機床改造成MQL。它不需要對機床或控制進行大量改造。然而，在某些應用中，使用這種 MQL 輸送系統(tǒng)存在一些缺點，例如，在深鉆孔中，很難將潤滑空氣 /油霧輸送至刀具 /工件界面。另一個實例是帶自動換刀裝置的機床 MQL 輸送系統(tǒng)所用的外部設備及其噴嘴，會干擾換刀裝置。 設計采用 MQL 的機床具有內部供應系統(tǒng)，通過主軸將空氣與油輸送至刀具。其中一種類型是配備一個空氣 /油混合室，通過內主軸管直接將氣霧輸送至刀具。刀具內的管道將氣霧輸送至切削區(qū)。在主軸速度高時，離心力會將氣霧中的油滴甩到主軸管的外壁上，這樣、無法將最佳量的空氣 /油氣霧輸送至刀具。 為了克服這一點，另一種設計是通過周圍空氣管道內的中心管、使油通過主軸?？諝馀c油在刀具附近的室內混合，因為空氣 /油氣霧只在小段距離受主軸旋轉的影響，刀具尖端的排出反應據(jù)說得到了改善。通過機床刀具直接進行潤滑油預先設置，這兩種設計都精確控 制每個刀具的潤滑油排出量。而且，內部 MQL 系統(tǒng)沒有外部裝置，不會對其它設備造成干擾。 內部輸送 MQL 系統(tǒng)的刀具需要特別考慮。通過刀具輸送氣霧的通道必須設計為方向突然改變盡可能少。這對大直徑刀具來說頗具挑戰(zhàn)性，囚為大直徑刀具中的氣霧流動必須改變方向，以到達其外徑與切削區(qū)。 車削不銹鋼用的冷卻潤滑液，應該具有高的冷卻性能、高的潤滑性能和較好的滲透性。 高的冷卻性能，保證能帶走大量的切削熱。不銹鋼韌性大，切削時易產(chǎn)生積屑瘤，惡化加工表面，這就要求冷卻潤滑液有較高的潤滑性能和較好的滲透性。常用的加工不銹鋼冷卻潤 滑平 頂 山工 業(yè)職業(yè) 技 術學 院 畢業(yè) 論 文 第 12 頁 液有硫化油、硫化豆油、煤油加油酸或植物油、四抓化碳加礦物油、乳化液等。 考慮到硫對機床有一定的腐蝕作用，植物油 (如豆油 ) 容易附在機床上結癡和變質。筆者選