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直线电动机高速进给单元的关键技术

 

高速加工是一项新兴的先进制造技术。为了实现高速加工，除了要有高速主轴，还必须同时大大提高进给系统的速度和加速度，才能使加工得以正常进行。传统数控进给系统采用的是“旋转伺服电动机+滚珠丝杠”的传动方式。目前普通丝杠的最大进给速度为40m/min，最大直线加速度为0.5g。而一些高精密滚珠丝杠的最大速度已达60m/min，最大加速度达1.0g。但这种传动方式存在传动误差、摩擦磨损、惯量大、弹性变形引起爬行、反向死区等问题，在运动速度要求较高的场合，要达到更高的性能已非常困难。近年来，随着加工效率和质量要求的提高以及直线电动机技术的进步，出现了一种新型的直线电动机伺服驱动进给方式。它取消了从电动机到工作台间的一切中间传动环节，被称作为“零传动”。同滚珠丝杠传动方式相比较，直线电动机驱动方式具有进给速度高、加速度大、启动推力大、刚度和定位精度高、行程长度不受限制等优点。自1993年德国Ex-Cell-O公司第一次将直线电动机用于加工中心以来，这种新型的高速进给单元已引起世界各国的普遍关注。美、德、日、英等工业发达国家对直线电动机产品进行了深入的研究与开发，采用直线电动机驱动的高速加工中心已成为 21世纪机床的发展方向之一。我国对直线电动机的研究已经起步，但同国外的差距还很大。本文结合我校自行研制的GD-3型直线电动机高速进给单元，介绍了如何确定直线电动机高速进给单元的设计参数、结构形式，并重点讨论了影响直线电动机高速进给系统性能的几个关键问题。

1 直线电动机高速进给单元的设计

直线电动机高速进给单元主要由直线电动机、工作台、滚动导轨、反馈测量系统、防护系统等五部分组成。图1为我校超高速加工与机床研究室研制的GD-3型感应式交流直线电动机驱动的高速数控进给单元的横截面图。进给单元应按要求的额定进给速度、额定推力和加速度来设计或选用直线电动机，并根据其应用场合确定进给单元的结构形式，在设计过程中，还要考虑直线电动机的防磁、散热和防护等问题。

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1.工作台 2.防护罩 3、12.导轨 4.床身 5、8.辅助导轨 6、14.冷却板 7.次级 9.测量系统 10.光栅尺 11.拖链 13.初级

2008/3/14 | 直线,电动机,高速,进给,单元,关键,技术 | PDF
北人模切机与狼共舞

     商品经济的蓬勃发展促进了包装印刷的极大繁荣，使得模切机抓住了良好的发展机遇。如今的模切市场，内有上海亚华、天津长荣、唐山玉印、胜利伟业，外有瑞士博斯特、德国海德堡……竞争十分激烈。在严峻的市场考验下，北人模切机“与狼共舞”，不断探索自己的生存之道。

　　一、市场策略：准确定位是北人模切机进入市场的通行证
　　近年来，随着国内精品印刷、包装印刷、商务办公用品和文化用品印刷等的快速发展，国内印刷与包装市场显现出对中高档模切机的巨大需求潜力。

2008/3/14 | 数控机床 | PDF
SIEMENS半径参数值TC_DP6在参数编程的应用

 

摘要：本文结合生产加工中（SIEMENS）R参数程序的应用，以加工实例来说明$TC_DP6在程序中如何赋予刀具半径补偿值的具体使用方法。在R编程中将半径值设为一个变量值然后使用$TC_DP6指令将不断变化中的半径值输入CNC储存器中。采用这种半径变量的程序就可以通过手工的方法编制出一些平时无法编制出的轮廓循环加工和规则的曲面。

关键词：$TC_DP6、刀具半径变量、R参数编程

2008/3/14 | 半径,数值,参数,编程,应用 | PDF
单元化制造系统中动态组织结构研究

 

成形车刀是主要加工回转体零件内、外成形面的专用工具。其切削刃形状根据所加工零件的轮廓形状设计，并由它将零件的轮廓形状一次加工成形。
特大型深沟球轴承沟道一般采用普通的沟成形车刀加工，沟道曲率半径R在25mm以下时较易满足套圈对车加工工序质量的要求，而对于R>25mm的沟道，由于加工中成形车刀工作刀刃加宽，切削阻力大而使成形车刀产生自激振动，切削力大也易使刀架、轴承及其他结合件之间产生间隙，降低机床工艺系统的刚度，引起切削状态的波动，显然成形车刀已无法完成正常的切削运动。为了解决这一生产中的难题，经过反复试验和设计，研制出特大型深沟球轴承沟道用转刀，如下图所示，为了既能加工外圈沟道又能加工内圈沟道，设计出了对称分布的可装夹两个方向车刀的刀夹齿轮。
2008/3/14 | 合金,铁粉,金属,金刚石,复合材料,性能,影响 | PDF
高速切削技术的发展与展望
2008/3/14 | 高速,切削,技术,发展,展望 | PDF
基于VB的数控图形仿真系统开发

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1.螺钉M12 2.刀夹齿轴 3.盖子 4.齿轮 5.刀体 6.下挡块 7.上挡块 8.销子 9.手柄 10.端盖 11.螺钉M6 12.双面齿条 13.压盖 14.螺钉M8 15.螺杆 16.联接螺钉

2008/3/14 | 元化,制造,系统,动态,组织,结构,研究 | PDF
缩短实施周期提高ERP实施成功率

　企业实施ERP系统到底需要多长时间，这是企业选型中经常关心的一个问题。从上世纪80年代初MRPII引进中国，90年代ERP开始在中国遍地开花，已经经历了将近20年的风风雨雨，其间有不少项目由于实施周期过长，把企业搞的筋疲力尽，最后不了了之。无庸置疑，ERP实施周期过长在很大程度上影响了实施成功率。

　　 在一次关于ERP的专题研讨会上，国家"863"计划先进制造与自动化领域专家委员会主任孙家广院士一针见血的指出，要提高ERP实施成功率，一定要下大力气压缩实施周期。通过研究许多ERP项目的实施经历，实施周期过长存在如下诸多弊端：

2008/3/14 | 缩短,实施,周期,提高,成功率 | PDF
CAPP概念框架及实用化系统的开发策略

 

1、CAPP概念框架

2008/3/14 | 概念,框架,实用化,系统,开发,策略 | PDF
合金化铁粉对金属/金刚石复合材料性能的影响

以铁磷及铁铜预合金粉末的形式加入铁，提高金属基体以及金刚石/金属复合材料的强度，提高对金刚石的把持力和耐磨性。 1、实验方法 采用小于75μm目的还原铁粉和鞍钢粉材厂生产的铁铜预合金粉末（Fe-7.2Cu-0.8Sn-0.05其他）及铁磷预合金粉末（Fe-0.51P-0.15C）为基础粉末，按下列配方表配制基体成分：（体积分数）%

组别 Fe Fe-P Fe-Cu Cu Ni Co Sn WC A4
1 31.5   30 16.5 7.5 7.1 6 1.4
2 31.5   30 16.5 7.5 7.1 6 1.4
3     34.7 27.1 16.5 7.5 6.8 6 1.4
注：A4为自制母预合金粉末 采用热压法制备样品，设备为直热式热压机，石墨模具，热压在空气中进行。温度850-870℃，保温时间4-6min，热压压力为35Mpa。 采用HR-150A硬度计测定基体的硬度；在WE-10A液压式万能材料实验机上测定三点抗弯强度，试样尺寸为5×5×40mm；采用阿基米德法测量试样密度；用自制磨损实验机测试基体耐磨性。 结果如下：
基体材料 相对密度：% 抗弯强度：MPa 硬度：HRC 磨损率： 复合材料强度：MPa
1 97.9 1182 26.2 2.17 994
2 99.6 1567 21.8 1.25 1169
3 99.6 1320 20.6 1.15 997
2、结论与分析 2.1预合金粉末能够提高金属基体密度、强度、耐磨性。 a、  Fe-Cu预合金粉末内存在的Cu、Sn成分，当热压温度高于其熔点时，在合金化的铁粉内部将生成液相，这有利于热压材料的致密化，使其密度达到99.6%。另外，由于铜的作用是强化铁素体，使用合金化的粉末有利于合金元素的均匀化，充分发挥铜的固溶强化作用，使基体的抗弯强度提高。 b、  以Fe-P预合金粉末为基础粉时，一方面，由于磷与铁的原子半径相差较大，形成间隙式固溶体起固溶强化作用。另一方面，磷的加入稳定了α-Fe相，铁在α-Fe相中高的扩散系数增加了烧结的致密化程度，使其密度达到99.6%。密度增加导致强度增加。 c、  由于Fe基预合金粉末的加入提高了基体的相对密度，使其更接近理论密度值，而基体的耐磨性与空隙度有关，密度低，空隙度就大，颗粒间的连接减弱，表面粗糙，耐磨性就低。因此，提高了基体的相对密度的同时，就提高了耐磨性。 2.2基础粉末粒度对基体硬度的影响：降低颗粒尺寸有利于增加材料的硬度 采用还原铁粉基体的显微组织细小，WC颗粒较为弥散的分散在铁粉周围，而使用Fe-Cu预合金粉的试样显微组织粗大，WC颗粒呈团聚状。因此，采用还原铁粉基体的试样中，WC的弥散强化作用明显，表现为宏观硬度高；而Fe-Cu预合金粉的颗粒粗，WC颗粒呈团聚状，弥散强化作用差，表现为宏观硬度低。

 

切削加工是机械加工应用最广泛的加工方法之一，而高速是它的重要发展方向，其中包括高速软切削、高速硬切削、高速干切削、大进给切削等。高速切削能够大幅度提高生产效率和单位时间内材料切除率，改善加工表面质量降低加工费用。

高速切削的概念与高速切削技术

高速切削是一个相对概念，如何定义，目前尚无共识。而且由于不同的加工方式、不同工件有不同的高速切削范围，因而也很难就高速切削的速度范围给出一个确切的定义。
高速切削技术是在机床结构及材料、机床设计制造技术、高速主轴系统、快速进给系统、高性能CNC控制系统、高性能刀夹系统、高性能刀具材料及刀具设计制造技术、高效高精度测量测试技术、高速切削机理、高速切削工艺等诸多相关硬件与软件技术均得到充分发展的基础之上综合而成的。因此，高速切削加工是一个复杂的系统工程，涉及机床、刀具、工件、加工工艺过程参数及切削机理等诸多方面。

2 高速切削技术国外发展现状

从德国 Carl. J. Salomon博士提出高速切削概念，并于同年申请了专利以来，高速切削技术的发展经历了高速切削的理论探索阶段、高速切削应用探索阶段、高速切削的初步应用阶段、高速切削的较成熟阶段等四个阶段，现已在生产中得到推广应用。特别是20世纪80年代以来各工业发达国家相继投入大量人力、财力，研究开发高速切削技术及相关技术，发展迅速。
国外近几年来高速加工机床发展迅速，美国、法国、德国、日本、瑞士、英国、加拿大、意大利等国家相继开发了各自的高速切削机床。高速主轴是高速切削技术最重要的关键技术，通常采用主轴、电动机一体化的电主轴部件，实现无中间环节的直接传动，主轴支承一般使用陶瓷轴承、静压轴承、动压轴承、空气轴承以及油0气润滑、喷射润滑等技术，也有使用磁力轴承的。进给系统则开始采用直线电动机或小导程大尺寸高质量的滚珠丝杠或大导程多头丝杠，以提供更高的进给速度和更好的加、减速特性，最大加速度可达2～10g。CNC控制系统则使用多片32位或64位CPU，以满足高速切削加工对系统快速数据处理能力的要求，并采用前馈和大量超前程序段处理功能，以保证高速加工时的插补精度。采用强力高压、高效的冷却系统以解决极热切屑问题。采用温控循环水(或其它介质)来冷却主轴电动机、主轴轴承、直线电动机、液压油箱、电气柜，有的甚至冷却主轴箱、横梁、床身等大构件。采取更完备的安全保障措施保证机床操作者及机床周围现场人员的安全，避免机床、刀具、工件及有关设施的损伤；识别和避免可能引起重大事故的工况；保证产品产量与质量。
研究工件的材料特性对加工方法的影响，一些难加工材料如镍基合金、钛合金和纤维增强塑料等，在高速条件下变得易于切削。另外，不同材料最佳切削速度也不同，工件材料还是选择刀具及加工参数的重要依据，一般在高速加工中，宜采用高转速、中小切深、快进给、多行程，但是在高速加工的工艺参数选择方面，目前国际上没有面向生产实用的数据库可以参考。
高速切削机理的研究主要包括高速切削过程中的切屑成形机理、切削力、切削热变化规律及刀具磨损机理对加工效率、加工精度和加工表面完整性的影响规律。目前对铝合金的高速切削机理研究，已取得了较为成熟的结论，并已用于指导铝合金的高速切削生产实践。但对黑色金属及难加工材料的高速切削加工机理研究尚在探索阶段，其高速切削工艺规范还很不完善，是目前高速切削生产中的难点，也是切削加工领域研究的焦点。另外，高速切削已进入铰孔、攻丝等的应用中，其机理也都在不断研究之中。就目前而言，对高速切削时的切削力、切削温度、刀具磨损与刀具寿命、加工表面质量与加工精度的变化规律还需要做更加深入的研究和探讨。

3 高速切削技术国内发展现状

高速切削在国内的研究及应用起步较晚，但进入20世纪90年代以来已普遍引起关注。目前全国大约有300多万台机床，大部分还是通用机床，数控机床包括经济型在内大致占10%左右，在航空、航天、汽车、模具、机床和工程机械等行业进口数控机床和加工中心占了较大比例。现在国内10000～15000r/min的立式加工中心和18000r/min的卧式加工中心已开发成功并生产问世，生产的高速数字化仿形铣床最高转速达到了40000r/min， 3500～4000r/min的数控车床和车削中心已成批生产，8000r/min的数控车床也已问世。高速机床的高档数控系统和开放式数控系统正在深入研究中，但目前主要还是依赖进口。目前国内正逐步开始推广应用高速切削技术，主要是应用在航空航天、模具和汽车工业，加工铝合金和铸铁较多，但采用的刀具以进口为主。
国内刀具材料目前仍以高速钢、硬质合金刀具为主，先进刀具材料(如涂层硬质合金、金属陶瓷、陶瓷刀具、CBN和PCD刀具等)虽有一定基础，但应用范围不够广泛。总的来说，切削速度普遍偏低，切削水平和加工效率较低。高速切削基础理论研究起步较晚，80年代以来，国内对陶瓷刀具高速硬切削时的切屑形成、切削温度、切削力、刀具磨损与破损、刀具寿命和加工表面质量等规律进行了系统研究，并已在生产中得到较多应用。自90年代以来，对高速切削铝合金、钢、铸铁、高温合金、钛合金等的切削力、切削温度、刀具磨损与破损和刀具寿命进行了一定研究和探讨，但还没有进行全面系统的研究。对切削加工过程的监控技术研究较多，但投入生产使用的较少。
附表 各种加工方法的高速切削速度范围
加工方式 切削速度(m/min)
车削 700～7000
铣削 300～6000
钻削 200～1100
拉削 30～75
铰削 20～500
磨削 5000～10000

4 高速切削的应用

由于高速切削机床和刀具技术及相关技术的迅速进步，高速切削技术已应用于航空、航天、汽车、模具、机床等行业中，车、铣、镗、钻、拉、铰、攻丝、磨削铝合金、钢、铸铁、钛合金、镍基合金、铅、铜及铜合金、纤维增强的合成树脂等几乎所有传统切削能加工的材料，以及传统切削很难加工的材料。刀具材料主要使用碳素工具钢、超高速钢、硬质合金、涂层刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼、天然金刚石、人工金刚石、聚晶金刚石等。
目前国际上高速切削加工技术主要应用于汽车工业、工件本身或刀具系统刚性不足的加工领域及加工复杂曲面的领域。不同加工方式、不同工件材料有不同的高速切削范围。不同加工方式高速切削线速度的范围见附表，附图所示为几种常见工件材料高速铣削时的速度范围。
高速切削还在进一步发展中，预计铣削加工铝的切削速度可达到10000m/min，加工铸铁可达到5000m/min，加工普通钢也将达到 2500m/min；钻削加工铝切削转速可达到30000r/min，加工铸铁达到20000r/min，加工普通钢达到10000r/min。

5 高速切削存在的问题及发展展望

高速切削是切削加工发展的主要方向之一，它除依赖于数控技术、微电子技术、新材料和新颖构件等基础技术的发展外，自身亦存在着一系列亟待攻克的技术问题，如刀具磨损严重，高速切削刀具切入切出时破损问题，高速切削用刀具材料价格昂贵，铣、镗等回转刀具及主轴需要动平衡，刀具夹持要牢靠安全，主轴系统昂贵且寿命短，而且所用高速加工机床及其控制系统价格昂贵，使得高速切削的一次性投入较大，这些问题制约着高速切削的进一步推广应用。高速切削发展趋势和未来研究方向归纳起来主要有：(1)新一代高速大功率机床的开发与研制；(2)高速切削动态特性及稳定性的研究；(3)高速切削机理的深入研究；(4)新一代抗热振性好、耐磨性好、寿命长的刀具材料的研制及适宜于高速切削的刀具结构的研究；(5)进一步拓宽高速切削工件材料及其高速切削工艺范围；(6)开发适用于高速切削加工状态的监控技术；(7)建立高速切削数据库，开发适于高速切削加工的编程技术以进一步推广高速切削加工技术；(8)基于高速切削工艺，开发推广干式(准干式)切削绿色制造技术；(9)基于高速切削，开发推广高能加工技术。

6 结语

发展先进制造技术，振兴我国制造业，迎接新世纪的挑战乃是建立强大工业国家的根本。高速切削技术是先进的制造技术，有广阔的应用前景。推广应用高速切削技术不但可以大幅度提高机械加工的效率、质量，降低成本，而且可以带动一系列高新技术产业的发展。加强高速切削技术的基础研究，建立高速切削数据库、高速切削安全技术标准，提高机床和工具行业的开发创新能力，加快高速切削刀具系统、高速切削机床系统的研究开发与产业化，已是当务之急。

 数控机床的应用越来越广泛，数控加工的整个过程是通过NC加工程序来控制的。无论手工编程或是自动编程所得到的程序都会存在一定的错误，传统方法常采用试切法来验证程序是否正确。若能对NC程序进行仿真，在计算机屏幕上以图形方式模拟NC加工过程，查出程序中的错误并加以修改，可以节省大量费用和时间。因此，采用NC图形仿真系统进行NC代码效验，提高了编程效率。

1 开发平台

  1. 操作系统本系统在PC机上运行，选用当今流行的Windows98或与之兼容的WindowsNT作为软件开发和运行的操作系统。
  2. 开发工具本软件采用Microsoft公司的通用软件开发平台Visual Basic，该软件支持可视化编程和面向对象技术。

2 界面设计

界面是用户与应用程序进行交互时的可视部分，在VB程序设计中，利用窗体设计器进行窗体设计可以得到很好的界面。NC图形仿真系统的界面主要包括：标题栏、菜单栏、工具栏、NC程序编辑区和绘图区，可分别通过VB程序中的菜单编辑器，Toolbar与Imagelist控件、Richtextbox等控件进行创建，绘图区用picture-scale()函数建立。
  1. 菜单介绍。菜单项“文件”主要包括打开、创建、保存、另存、打印子菜单，完成对NC加工程序的输入及输出。“编辑”主要包括修改、删除、插入、列表等，可对NC加工程序进行编辑。点击“运行”菜单，出现对话框，询问控制机型及图形输出是工件轮廓还是刀心轨迹(同时输入刀具半径)，点击确定后便在绘图区绘图。菜单项“设置”主要包括字体、颜色设置，用于NC程序字体选择及轮廓图形、刀心轨迹的区分。菜单项“查看”则主要包括放大、缩小，可对图形中的细节进行查看。
  2. 工具栏。工具栏给用户提供了一个直观的图形界面，用户可通过它直接使用应用程序中最常见的功能和命令。

3 图形仿真程序总体设计

NC加工程序通过“文件”菜单输入到计算机后，经过编辑即可选择运行：在有关信息输入后，进入图形仿真程序。其主流程如图1所示。

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图1 图形仿真程序总体设计流程图

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2008/3/14 | 基于,数控,图形,仿真,系统,开发 | PDF
机床电气改造

承接国内外各类机床的电气安装、调试与维修以及设备的数控改造。本人在从事机床大修和改造的过程中，不断采用目前国际先进的设备和装置对传统机床进行电气改造，并取得了良好的成效．尤其在对龙门刨床、龙门镗铣床、镗床、落地镗床、立车等大中型机床的电气和数控改造中积累了丰富的经验。
如有设备困难，请与我联系，谢谢！
联系人：圣 凯     电话：15901815931（上海）

2008/3/14 | 机床,电气,改造 | PDF
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