您好,歡迎訪問山東有為數控機械有限公司官方網站!

 

服務咨詢熱線:

0531-88918999、0531-85710118

模具刃磨機、激光雕刻機、數控開料機

 

咨詢熱線:0531-88918999

網站首頁          關于我們          產品展示          服務中心          新聞資訊          聯系我們

山東有為數控機械有限公司  版權所有  魯ICP備11025249號 網站建設:中企動力 濟南二分

>
>
>
數控加工的兩個車輪:數控刀具和數字化量儀

數控加工的兩個車輪:數控刀具和數字化量儀

所屬分類:行業新聞
來源:
發布時間: 2019/04/22 15:07
數控切削加工技術是先進制造技術、特別是先進切削加工制造技術中的一個主要發展領域。數控切削加工機床、數控系統、數控刀具和夾具、工件以及測量系統這五大要素構成了數控切削加工系統??梢赃@樣來比喻:數控刀具和數字化精密測量儀器是數控切削技術發展的兩個車輪。數控加工技術尤其是數控切削加工技術和數控機床的發展,不能脫離數控刀具和精密測量技術和儀器的發展,它們相互依存、相互促進、息息相關。先進的切削加工技術和數控刀具以及先進的數字化測量技術和儀器、裝備及服務推動著數字化制造技術尤其是數字化切削加工技術的發展,裝備與服務還推動著數控機床、數控制造裝備的發展。
數控刀具的發展
 
高速、高效、復合、高精度、高可靠性及環保是先進切削技術的發展趨勢,也是對數控刀具提出的要求。數控刀具制造技術的發展主要集中在如下幾個方面:刀具材料制造技術、刀具涂層制造技術、刀具結構設計制造技術、連接數控刀具和數控機床的工具系統制造技術以及切削數據庫等相關軟件技術。
(1)數控刀具材料“對癥下藥”,重視超硬超細材料的開發
切削刀具材料是決定刀具切削性能尤其是刀具切削效率和可靠性的基礎?!皩ΠY下藥”,針對工件的特點(材料性能、加工余量、批量、要求等)開發匹配的特定刀具材質是當今的一個發展趨勢。鈷高速鋼、粉末冶金高速鋼、硬質合金(包括超細顆粒硬質合金)以及陶瓷、金屬陶瓷等材料在數控刀具上得到了迅速推廣和廣泛應用。尤其是數控刀具、可轉位不重磨刀片用硬質合金牌號近年來發展迅速,占主要份額。亞微米級超細顆粒硬質合金材料顯著提高了刀具的切削機械性能(強度、硬度)。對于復雜成型數控齒輪刀具,鈷高速鋼和粉末高速鋼則大有取代傳統高速鋼的趨勢。隨著有色金屬材料、有機復合材料甚至木材等切削加工需求的增加,尤其是汽車(氣缸體、氣缸蓋、活塞等)、航空航天、軍工、家具制造業的發展,硅鋁合金、鋁鎂合金、復合蜂窩材料零件以及淬硬工件的加工,推動了聚晶金剛石(PCD)、立方氮化硼(CBN)等超硬刀具材料制造技術的進步。環保要求的提倡,干切削技術和微量冷液卻、低溫氣冷卻技術應運而生,對切削刀具材料(及涂層)的抗高溫性能提出了新要求——優良的高溫紅硬性、高溫抗粘合性、高溫摩擦性能等對實施干切削數控刀具的使用性能至關重要。
(2)數控刀具涂層發展迅速,新涂層層出不窮
刀具涂層是決定刀具切削性能尤其是刀具切削效率和可靠性的另一項關鍵技術,符合節約型發展的要求:切削效率顯著提高,刀具性能明顯改善、使用壽命成倍增加,既節省了資源,又降低了成本。近年來,刀具涂層技術發展空前迅猛,新的涂層裝備和涂層材料層出不窮。在傳統的TiN、TiC、TiCN、Al2O3涂層的基礎上,發展了高溫紅硬性更好的TiAlN、TiBN、TiAlBN、CrN、CrC、SN2等新涂層,以及可改善自潤滑性能的軟涂層MoS2。金剛石涂層、類金剛石涂層DCL以及CBN涂層等也得到了快速的發展。納米涂層結構在同樣的涂層情況下可顯著提高涂層性能,備受重視。
目前。切削刀具的涂層工藝主要采用化學涂層(CVD)和物理涂層(PVD)二大類。由于物理涂層工作溫度低,對刀具基體強度影響小,保持刀具幾何精度和刃口切削性能好,因此使用較多。成都工具研究所的熱陰極離子鍍技術和設備、西安理工大學和英國合作生產的閉合場非平衡磁控濺射離子鍍及設備,以及德國CemeCon公司的高電離濺射涂層技術和設備,部分反映了當今涂層技術及裝備的現狀和發展趨勢,在高速鋼復雜成型刀具以及硬質合金數控刀具的涂層應用上獲得了很好效果。近年來,上海工具廠和貴陽工具廠分別引進了新型涂層設備,哈一工和PVT、漢江工具和BALZERS也分別成立了聯合涂層中心,以及多家國外公司在國內開設的刀具涂層服務中心推動了國產復雜成型刀具、數控刀具及刀片涂層質量的迅速提高,向國際先進水平進一步靠攏。
需要提及的是,要重視工件材料與切削刀具基體和涂層的優化配置。株洲硬質合金廠及株洲鉆石切削刀具公司近年投資數億元,通過引進技術,在硬質合金新材料牌號、涂層技術及設備、可轉位數控刀片和整體硬質合金數控刀具的開發和生產方面取得了明顯成效。
(3)數控刀具和工具系統滿足高速、復合切削的要求
數控刀具和可轉位數控刀片結構及幾何參數的創新優化設計,如新型精密成型的斷屑槽型的開發,有效的改善了刀具的切削性能。近年來,數控組合刀具和復合刀具的開發步伐加快。如波狀切削刃粗切滾刀和精切滾刀組合、齒輪滾刀和去毛刺刀具組合均使滾削加工效率得到了提高。為了適應CNC復合車銑加工中心的要求,在工件一次安裝中完成平面、圓柱面、孔以及螺紋切削加工的要求,開發了滿足車銑自動換刀的新型數控刀柄。株洲鉆石投資引進技術、上工和SU的合作都將進一步提高我國數控刀具和齒輪刀具的設計制造水平。
工具系統將數控刀具與數控機床主軸精密牢固連接,決定刀具的夾持精度,傳遞刀具的切削運動和動力。對于高速高效加工,傳統的采用單面(錐面)約束夾緊、帶有7∶24錐度的工具系統已經不能滿足要求,而HSK工具系統(帶有1∶10錐面)得到了推廣應用。它采用雙面(錐面和端平面)約束夾緊原理,接觸剛度和傳遞扭矩大大提高,近年在國內的推廣也有所進展,但主要是與進口機床配套使用,其主要原因在于機床主軸和工具系統的制造中基準的建立和傳遞、計量檢測裝備和手段的配備問題。日本大昭和精機開發了帶有7∶24錐的雙面(錐面和端平面)約束夾緊工具系統,不僅可達到與HSK相似的效果,還能與傳統7∶24錐柄刀具互換。最近哈爾濱量具刃具廠收購了德國KELCH公司,吸納了先進的數控工具系統成套制造技術(設計、加工制造、檢測、工作基準規等),此舉將推動并加快我國數控工具系統和數控刀具開發制造的進程。
(4)數控刀具測量儀器
為確保高切削性能、高精度、形狀和結構復雜的數控刀具的質量,數控刀具檢測儀器得到重視。如德國Zoller公司的Saturn系列CCD數控刀具預調儀、Schenck公司的TooldyneSV數控刀具動平衡檢測儀等發展迅速,國外高端新產品不斷進入市場。德國BLUM公司和英國RENISHAW公司的非接觸式在機數控刀具檢測儀,采用了噴氣裝置,能在數控機床加工過程中,在刀具快速回轉時在機床上精密檢測并設置刀具的長度、半徑、徑向跳動,也可監控刀具刃口形狀誤差和破損。此外還能測量并補償因溫度變化造成的刀具相對位置誤差,提高了機床的加工精度。
(5)數控刀具閉環制造系統
將測量技術和裝備集成于數控刀具的機械加工制造過程中,推動了數控刀具數字化制造技術的發展。德國WALTER公司的數控刀具閉環制造系統和Klingelnberg公司的弧錐齒輪刀具閉環制造系統就是這項數控刀具先進制造技術的實例。系統通過計算機通訊,可實現從CAD、CAM、CAI到CAM再加工直至質量達到要求,實現數控刀具“零廢品”制造。數控刀具整個制造系統信息實現了集成和融合。
數控刀具切削數據庫集成于數控機床,也是數控切削技術發展的一個重要內容。我國已開始探索起步。實現該技術的關鍵是數據的可行性和實用性。成都工具研究所在網上開通的金屬切削數據庫查詢服務工作集成了工具所從“六五”以來的相關研究成果。隨著切削技術的發展,尤其是高速、高效、難加工材料切削技術的發展,數據庫應適應發展需要,不斷更新、補充和提高。
 
對于數控切削加工系統而言,必須重視數控刀具制造技術的發展,重視切削機理、數控刀具的設計、材料、制造工藝、刃口強化技術、表面強化技術、數控刀具檢測技術直至數控刀具切削數據庫等數控刀具制造全過程的技術發展和質量管理。采用先進信息技術,將數控刀具制造閉環系統中各個環節(包括應用)的信息進行集成、分析、診斷、反饋,以提高制造質量和水平,這對于數控刀具制造技術的發展至關重要,對于數控切削加工技術的發展也至關重要。
 
數字化精密量儀的發展
數字化測量技術是數字化制造技術中的關鍵技術之一。開發亞微米、納米級高精度測量儀器,提高環境適應能力,增強魯棒性,使精密測量裝備從計量室進入生產現場,集成、融入加工機床和制造系統,形成先進的數字化閉環制造系統,是當今精密測量技術的發展趨勢。
 
(1)數字化精密測量儀器的新動向——進入生產現場,非接觸掃描測量倍受重視
三坐標測量機作為精密測量儀器的基本型主導產品,繼續在機械制造業中得到重視和發展。以三坐標測量機為代表的精密測量儀器進入車間、服務于生產現場是發展的一個重要趨勢。例如,LEITZ公司的精密三坐標測量機在車間用于測量大型齒輪就是一例。將數字化測量系統集成到數控加工機床上是另一個發展趨勢。例如,秦川機床廠的CNC成型齒輪磨床集成了在機齒輪測量系統。與光學/激光非接觸式掃描測量技術相結合,實現多功能、多種傳感器的集成和融合,使坐標測量技術的應用更加豐富,更適用于生產現場。
①汽車大型覆蓋件的非接觸掃描測量精確而快速
配備有光學/激光式非接觸掃描傳感器的水平臂三坐標測量機實現了對汽車大型覆蓋件的快速精密檢測。德國ZEISS公司和瑞典HEXAGON集團等世界著名三坐標測量機制造廠在該領域進行了開發。瑞典HEXAGON集團所屬DEA公司的PRIMA C1系列水平臂測量機在CW43L型連續伺服關節測座上,可配備觸發式測頭、連續掃描測頭、光學或激光掃描測頭等多種測頭,以適應不同測量環境和任務的要求。德國ZEISS公司的PROR Premium坐標測量機配備有EagleEye導航系統和可控測座,能夠在汽車車身大型覆蓋件尤其是車身分總成的質量過程控制中,對工件的幾何參數、表面和邊緣的特征點、間隙和貼合性等實施高速精密測量。
 
②帶激光掃描測量系統的便攜式柔性關節臂測量機功能增強
美國CIMCORE公司推出了配備有先進激光掃描測量系統的關節臂測量機。該儀器采用碳纖維材料制造,重量輕而剛性好,其中INFINITE系列的還具有無線通訊功能。儀器采用PC-DMIS軟件,測量功能強。配上管件測量系統附件,還可實現對管件的長度、彎曲度、回彈等多種數據的測量和比較。測量范圍為1.2m的儀器點測重復精度達0.010mm,空間精度達0.015mm。用于反求工程時,不僅測量速度快,而且可實現測量過程的實時顯示和補漏測量數據的無縫拼接。該儀器可用于三坐標測量、三維造型、產品測繪、反求工程、現場測量以及模具設計制造等涉及到設計、制造、過程檢測、在線檢測以及產品最終檢測等測量工作。美國FARO技術公司的FaroARM系列便攜式三坐標測量臂具備類似的技術指標和性能。我國西安愛德華測量機公司2005年也公開展示了自主開發的柔性關節臂測量機的樣機。
 
③軸類零件光電非接觸測量儀器發展迅速
 
汽車制造業的需求大大推進了軸類精密零件非接觸測量技術的發展。瑞士TESA公司的TESA Scan系列軸類零件快速掃描測量儀采用2個線陣CCD組件,通過工件的回轉和軸向移動對工件進行投影掃描,可實現對軸類零件位置誤差和形狀誤差的精確檢測、對截面形狀和輪廓度的評估比較以及統計質量分析,還能對零件的局部(如過渡曲線、微小溝槽等)進行放大測量。由于工件立柱可以傾斜,因而能對螺紋、蝸桿、絲桿等進行全參數精度的精確測量,這是該儀器PLUS系列的一大特色。儀器在直徑方向上的分辨力為0.0003mm,精度2+(0.01D)μm,重復性0.001mm。德國SCHNEIDER的WMM系列軸類及工具測量儀操作簡單、測量速度高,特別適用于車間檢查站。儀器采用高分辨力的Matrix攝像頭,可以快速獲取測量數據。儀器數顯分辨力為0.0001mm,長度測量不確定度為E2=(2.0+L/200)μm(L單位為mm)。
④中小尺寸平面類精密零件的二維、三維非接觸測量儀器應用廣泛
 
帶CCD數字攝像頭、激光測頭、觸發測頭的多傳感測頭光學坐標測量儀器得到了快速發展。除德國MAHR公司的MARVISION系列三維光學坐標測量機、瑞士TESA公司的三坐標成像測量系統TESA VISIO、德國SCHNEIDER公司的SKM系列3D多測頭坐標測量機等典型產品外,美國OGP公司等著名廠商也有相應產品展示。日本三豐公司CNC視像測量系統系列產品中的SV350-pro型測量機采用了自制的超高精度、高分辨力、低膨脹玻璃光柵基準尺,儀器分辨力0.01μm,X、Y軸測量精度為(0.3+L/1000)μm,Z軸測量精度為(1+2L/1000)μm。三豐公司的Hyper MF型測量顯微鏡的X、Y軸測量精度超過日本標準規定的0級,達±(0.9+3L/1000)μm,儀器分辨力0.01μm,是用于精密模具、精密切削刀具以及超小半導體電子元件(如芯片和集成電路等)精密檢測的理想選擇。國內西安愛德華、東莞萬濠、蘇州怡信、深圳鑫磊以及北京天地宇等公司也開發了類似產品。貴陽新天光電公司近年注重新品開發,2004年成功推出了JX13C圖像處理萬能工具顯微鏡,采用金屬光柵和高分辨力的CCD攝像頭,儀器測量精度達到(1.0+L/100)μm,采用半導體激光導向快速確定測量位置。JX15A/B型視頻測量顯微鏡同樣采用了CCD數字成像技術,將采集到的被測工件圖像送入計算機進行處理,進行相應幾何精度的檢測,產品技術指標和水平上了一個檔次。深圳智泰公司VMT系列的3D影像量測儀,在CCD視覺測量系統上配備上高精度觸發式測頭,實現了多功能測量。
 
(2)數控機床精度檢測用激光測量技術的新進展
 
為確保數控切削加工的質量,除了在加工過程中和加工完成后對數控切削加工系統(包括工件在內)進行可行的監控檢測外,在加工前對數控機床的精度和性能進行檢測,以便確切了解掌握機床質量現狀,進而進行必要的調整補償,使其達到最佳運行性能,是一項非常重要的質量控制措施。
 
眾所周知,國外著名廠商Renishaw、API及HP等公司生產的激光干涉儀測量系統和球桿儀等在數控機床的幾何精度和運動精度的檢測和監控中,無論在機床制造廠還是機床使用廠,都得到了廣泛的應用。Renishaw公司的金牌M10激光干涉測量系統,配備了高精度、高靈敏度的溫度、氣壓、濕度傳感器及EC10環境補償裝置,在工作環境下測量精度得到進一步提高;API公司的Rmtea六維激光測量系統可同時測量6個數控機床精度項目的誤差,縮短了檢測時間,為生產現場數控機床的檢測和診斷提供了更為快速高效的精密測量手段。成都工具研究所的MJS系列雙頻激光干涉儀,分辨力0.01μm,測量軟件覆蓋了我國和世界主要工業國的數控機床精度標準評定方法和指標,動態采樣功能可用于自動補償。
 
美國光動(Optodyne)公司近年推出的基于體對角線的激光矢量測量技術是快速測量和補償數控機床、加工中心三維空間位置誤差的一個新途徑。該技術由美國光動公司發明并獲得專利,它遵循了ASME B5.54(1)和ISO0230-6(2)機床測量標準中對體對角線誤差測量的要求。對于構成(X,Y,Z)直角坐標系的三軸機床的21項幾何誤差,采用傳統激光干涉儀等來進行檢測相當費時?;诜植襟w對角線矢量測量原理,光動公司采用專利的激光多普勒位移測量儀,借助大平面反射鏡完成四條對角線空間位置誤差的測量,獲得12組數據。通過計算確定機床12項基本誤差(3項位移誤差,6項直線度誤差和3項垂直度誤差),最終得到數控機床三維空間位置(定位)誤差。該公司曾介紹了在加工中心上進行實際測量和補償的應用實例,借此表明該測量新技術在數控加工機床的精度檢測和精度補償上的可行性。對該項測量技術的認識、推廣應用的實際效果和前景值得行業關注。
 
結束語
 
數字化制造技術是先進制造技術的基礎。在數字化制造技術的基礎上,通過計算機技術、通訊技術將數控機床、數控刀具、數控測量儀器和加工對象(工件)以及相應的信息集成融合在一起,構成了的一個數字化閉環切削加工系統??梢哉J為這是CIMS理念中的一種具體實施形式。CIMS應該具有多樣性,即具有不同水平和不同層次。從近年數控刀具閉環制造系統和圓柱齒輪、錐齒輪制造閉環系統的發展,可以得到啟示:應結合實際,大處著眼,小處著手。專項(產品)數字化閉環制造系統也許是當前CIMS領域的一條切實可行的發展途徑。
 
要提高我國機床工具行業的技術水平,增強競爭力,根本途徑就是提高自主創新能力,發展具有自主知識產權的產品和技術。從近幾屆我國舉辦的國際機床展覽會來看,我國精密工具行業的創新意識不斷加強,創新能力不斷提高,創新技術成果和產品不斷出現。但是,我國精密工具制造行業的發展相比于我國機床制造行業數控機床的發展,無論在規模上還是技術先進程度上都差距較大,遠遠不能滿足和適應先進制造行業如轎車制造業、航空航天制造業、微電子制造業等的需求。工具行業需要緊跟機床制造行業,加強合作,加快發展。
娱网棋牌安卓版下载 甘肃快3电视走势图 天津福彩快乐十分开奖结果查询 幸运农场快乐十分预测 广西11选5走势图表 江西多乐彩历史开奖 中国中车股票行情 安徽快三今日推荐号码 nba投注网 极速时时彩开奖结果呢 北京快乐28规则