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其加工效率相当于两台三轴机床,下面对三种技术在木材加工中的应用给予简要的介绍

2019年11月22日 - 网投开户
其加工效率相当于两台三轴机床,下面对三种技术在木材加工中的应用给予简要的介绍

  木材是当今世界常用的四大材料(钢材、木材、水泥、塑料)中唯一既可再生、又可多次再用和循环回用的资源,加之性能优异、对环境友善、能耗亦低,是世界公认的绿色材料。木材工业系以木材和木质材料为原材料,经机械或化学方法加工后,其产品仍保留木材基本特性的产业。产品主要包括锯材、人造板和木制品,与经济建设和人民生活休戚相关,也是国民经济中的基础产业。

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  木材加工是联结资源与市场的纽带,其技术水平的高低是市场产品竞争的决定因素。现在世界上木材加工技术仍以开发实用技术为主,但高新技术亦不同程度地逐渐引人至各个领域。开展木材科学和加工技术应用基础的研究,以改造传统技术,使木材加工的技术水平,无论在产品产量、质量和节约原材料等方面均有质的飞跃,已成为提高木材加工技术的关键。

近年来五轴联动数控加工中心在各领域得到了越来越广泛的应用。在实际应用中,每当人们碰见异形复杂零件高效、高质量加工难题时,五轴联动技术无疑是解决这类问题的重要手段。越来越多的厂家倾向于寻找五轴设备来满足高效率、高质量的加工。但是,你真的足够了解五轴加工吗?小编跟您聊一聊五轴联动数控加工中心的前世今生!国际上把五轴联动数控技术作为一个国家生产设备自动化水平的标志。由于其特殊的地位,特别是对于航空、航天、军事工业的重要影响,以及技术上的复杂性,西方工业发达国家一直把五轴数控系统作为战略物资实行出口许可证制度,对我国实行禁运。因而,研究五轴数控加工技术对国家科技力量和综合国力的提高有重要意义。

  因此,及时了解并科学、合理、熟练地掌握各种技术在木材加工中的运用,对于木材的高效利用和今后木材加工业的发展有着极为重要的意义。下面对三种技术在木材加工中的应用给予简要的介绍。

五轴联动数控加工中心:符合数控机床发展的新方向

  一、数显技术

近几年国际、国内机床展表明,数控机床正朝着高速度、高精度、复合化的方向发展。复合化的目标是在一台机床上利用一次装夹完成大部分或全部切削加工,以保证工件的位置精度,提高加工效率。国外数控镗铣床、加工中心为适应多面体和曲面零件加工,均采用多轴加工技术,包括五轴联动功能。在加工中心上扩展五轴联动功能,可大大提高加工中心的加工能力,便于系统的进一步集成化。最近国际机床业出现了一个新概念,即万能加工,数控机床既能车削又能进行五轴铣削加工。五轴数控机床在国内外的实际应用表明,其加工效率相当于两台三轴机床,甚至可以完全省去某些大型自动化生产流水线的投资,大大节约了占地空间和工件在不同制造单元之间的周转运输的时间和花费。

  在木材加工中的应用先进的数显技术,已应用于国防、计算机、电器、精密机床等行业的产品中。但由于木材加工机床多年形成的结构简单,允许公差大、精度要求不高,安全系数小,噪音大,外观造型粗糙的“傻大粗笨”传统结构。加上多年来对木材综合利用重视不够,投人较少等诸困,数显技术在国内木材加工中的应用还不多见。

五轴联动数控加工中心:发展和推广的难点及阻力何在

  1、性能特点

显然,人们早已认识到五轴数控技术的优越性和重要性。但到目前为止,五轴数控技术的应用仍然局限于少数资金雄厚的部门,并且仍然存在尚未解决的难题。五轴数控技术为何久久未能得以广泛普及?五轴数控加工由于干涉和刀具在加工空间的位姿控制,其数控编程、数控系统和机床结构远比三轴机床复杂得多。目前,五轴数控技术在全球范围内普遍存在以下问题。

  数显木材加工机床,是将先进的数显装置安装于术工机床的关键部位的明显位置,如刨、车剖、锯剖、榫眼、切削等。以数显仪数字显示,控制加工、切削、刨削量的精度。其显示清晰醒目,操作者能一目了然,减少了目测视觉误差,能减轻操作目视疲劳和劳动强。数显仪精确,结构紧凑,有良好的自锁性,数字显示直观,读数准确,能保证加工质量,安全可靠,操作方便,有利于提高生产效率。

五轴联动数控加工中心:编程抽象、操作困难

  2、适用范圈

这是每一个传统数控编程人员都深感头疼的问题。三轴机床只有直线坐标轴,而五轴数控机床结构形式多样;同一段NC代码可以在不同的三轴数控机床上获得同样的加工效果,但某一种五轴机床的NC代码却不能适用于所有类型的五轴机床。数控编程除了直线运动之外,还要协调旋转运动的相关计算,如旋转角度行程检验、非线性误差校核、刀具旋转运动计算等,处理的信息量很大,数控编程极其抽象。

  数显术材加工机床,顾名思义,是以木材和木材制品加工利用为原料基础的加工机床。该类机床主要适用于林业、轻工、国防、建筑建材、机械、家具、交通运输、乡镇企业诸行业中。

五轴联动数控加工中心:刀具半径补偿困难

  用于专门对本材、木材综合利用,人造板和竹材等非木质工件、方料、板材的表面刨削、车旋,开榫打眼、切锯、砂磨加工,能达到规定要求的厚度、光洁度、加工精度,以保证竹木材加工利用产品如家具、木模、门窗、车厢、精密仪器包装、缝纫机台板等产品的精度和质量,提高原材料利用率。特别是大幅面工件加工,如板材、方料和各类人造板,其效果更佳,是板式家具、建筑门窗、车厢板生产的理想木工机械。

在五轴联动NC程序中,刀具长度补偿功能仍然有效,而刀具半径补偿却失效了。以圆柱铣刀进行接触成形铣削时,需要对不同直径的刀具编制不同的程序。目前流行的CNC系统均无法完成刀具半径补偿,因为ISO文件中没有提供足够的数据对刀具位置进行重新计算。用户在进行数控加工时需要频繁换刀或调整刀具的确切尺寸,按照正常的处理程序,刀具轨迹应送回CAM系统重新进行计算。从而导致整个加工过程效率十分低下。

  3、应用举例

对这个问题的最终解决方案,有赖于引入新一代CNC控制系统,该系统能够识别通用格式的工件模型文件或CAD系统文件。

  数显术材加工机械,现已从刨床,车旋系列产品在木材加工中的应用,逐步推广扩展,范围日趋宽广。现仅以孙文碧和李集成工程师等科技人员研制的、先后获得四川省行业和省政府科技进步二、三等奖和中国机床工具博览会优秀造型二等奖的数显单面木工压刨床为例,浅析如下。

五轴联动数控加工中心:购置机床需大量投资

  主要技术参数刨削宽度500mm刨削深度7mm刨削厚度10-200mm切削速度25m/s刨件长度矣250mm送料速度l、2m/min刀轴转速4500r/min电机功率5.5kW工作台规格1020x520mm外型尺寸数显刨床是在引进意大利样机基础上,结合国内木材加工利用实情而研制的。由机身、工作台、数显装置、送料机构诸部分组成。

以前五轴机床和三轴机床之间的价格悬殊很大。现在,三轴机床附加一个旋转轴基本上就是普通三轴机床的价格,这种机床可以实现多轴机床的功能。同时,五轴机床的价格也仅仅比三轴机床的价格高出30%——50%。

  机身改变了以铸件结构为主,较多采用了钢板焊接件,左右支座分段组成,电器和传动装置均安装于支座内,机座用钢板轧制焊接而成。外观造型采用大平面、小圆孤过渡,线条清晰统一,新颖美观,富有柔和惑。

除了机床本身的投资之外,还必须对CAD/CAM系统软件和后置处理器进行升级,使之适应五轴加工的要求;必须对校验程序进行升级,使之能够对整个机床进行仿真处理。

  数显装置采用“位移数显仪”,安装于机身上方的明显位置。结构紧凑,显示清晰,直观醒目,操作者能一目了然,减少了视觉误差,读数准确,明晰刨削量,有利于提高刨削件精度,避免产生废品,可提篼加工利用率。

五轴联动数控加工中心:国内五轴数控技术发展状况

  工作台由四根圆柱丝杆支承,其升降是由升降手轮带动链条链轮,使四个螺母同步转动,实现升降。该系统有良好的自锁性,升降平稳,工作可靠。变速箱采用变速比大,体积小、结构简单的行星减速机构。行星齿轮采照特种尼龙制成,重量轻,耐磨损,噪音小。

五轴联动数控机床,是电力、船舶、航空航天、高精密仪器等民用工业和军事工业等部门迫切需要的关键加工设备。西方发达国家长期对我国实行禁运。

  送料机构采用水平向力式送料系统,可进行二级变速。工件由两个夹辊送出,对工作台垂直压力很小,减小了摩擦力,送料轻松平稳,用浮动式压辊较好地解决了啃头现象。

从1999年开始,在CIMT、CCMT等国际、国内机床展览会上,首先是国内的五轴数控机床产品纷纷亮相,国内五轴数控机床的市场逐渐打开,随后国际机床巨头纷至沓来,五轴数控机床的品种和数量逐年上升:CIMT99、CCMT2000分别推出3台国产五轴联动机床;CIMT2001国际机床展览会上,北京第一机床厂和桂林机床股份有限公司分别展出了主轴转速10000r/min的五轴高速龙门加工中心,北京市机电院的主轴转速15000r/min的五轴高速立式加工中心;清华大学与昆明机床股份有限公司联合研制的XNZ63,采用标准Stewart平台结构,可实现六自由度联动;大连机床厂自行研制的串并联机床DCB—510,其数控系统由清华大学开发,该机床通过并联机构实现X、Y、Z轴直线运动,由串联机构实现A、C轴旋转运动,从而实现五轴联动,其直线快速进给速度可达80m/min。这些机床均已达到国际先进水平,体现出我国机床工业为国防尖端工业发展提供装备的实力又有突破性提高。中国机床工业的发展,利用自己研制的高、精、尖产品参与国际竞争,打破了国际技术垄断,国际机床巨头们不愿失去中国这个大有潜力可挖的市场,于是蜂拥而来,把他们的产品“送上门来”:国外展团共展出五轴加工中心8台、五轴车铣加工中心1台、五轴数控刀具磨床5台。

  在刀轴的护罩内,设置了吸尘器附件和吸音材料;在出屑处增加了消声孔板,减少了车闻尘屑和噪音污染,青莉于职工身体健康。

我国数控技术及其设备在各工业部门中的应用整体水平仍然偏低,与工业发达国家相比差距很大。为了实现发展目标,各部门迫切需要进一步大力发展数控加工技术,亟须配置大量的各类工艺设备,尤其是数控机床设备。对于数控机床设备的主要技术要求是多轴、高速、刚性好、功率大;对坐标数的需求,以三至五轴联动为主。对于关键零件形状复杂的行业,如航空、电力、船舶、模具制造业等,其生产部门对多轴机床要求比例较大,新增五轴数控机床大约占数控机床总数的70%——80%。

  5kW电动机带动传动系统运行,刀具作圆周运动,工件直线前进,完成刨削。

五轴联动数控加工中心的使用,让工件的装夹变得容易。加工时无需特殊夹具,降低了夹具的成本,避免了多次装夹,提高模具加工精度。采用五轴技术加工模具可以减少夹具的使用数量。另外,由于五轴联动数控加工中心可在加工中省去许多特殊刀具,所以降低了刀具成本。五轴联动机床在加工中能增加刀具的有效切削刃长度,减小切削力,提高刀具使用寿命,降低成本。采用五轴联动数控加工中心加工模具可以很快的完成模具加工,交货快,更好的保证模具的加工质量,使模具加工变得更加容易,并且使模具修改变得容易。五轴数控加工技术研究于国于私都有重要意义,势在必行。

  数显仪数显控制刨削量,自锁性好,加工精度高。开机前,先将刀片压紧,接通电源,空转半钟左右,转速正常后,方可送料。更换刀片时,用对刀器对刀,使刀刃保持在同一圆柱面上。装卸刀片要注意防止刀片弹出发生事故。快慢二级送料速度调整时,先转动手轮,调到所需速度位置,压下操作手柄,即可送料。托料辊调整,先松开工作台下面两个M8螺母,取出花键导板,转动花键母套,即可调妥。但要特别拄意托辊上母线与工作台的平行。工作毕,要将操作轮抬起。

  4、数显技术应用于木材加工中的前景

  数显技术在国外迅速应用于术材加工中,国内目前还不多见。投放市场以来,国内外用户在木材加工、家具、木模、门窗、人造板、车厢、包装箱等生产中已广泛使用。从信息反馈来看,一是在设计制造、原材料、配件质量等方面还存在一些问题,仍需不断完善提篼;二是在用户方面,由于技术不熟练,使用不当,影响产品质量,仍需加强技术培训,熟悉数显木工机床性能。

  但实践证明,数显技术的独特性能和先进性在生产中已充分显示出来,这是应予肯定的。我国木材加机械的传统结构将随着数显数控等先进技术的使用而迅速得到改变。

  二、2CNC技术

  1、概述

  计算机用数字化信号对工件或刀具的运动和加工过程进行控制的机床。CNC加工中心是在CNC机床基础上发展而来,一般有多套加工装置、刀具库和自动换刀装置等,能在工件一次装夹情况下将多道工序(铣削、锯切、钻削等)集中于其上进行。加工工件时刀具和工件要作相对运动,二者的运动关系取决于被加工工件的复杂程度。现在一般借助于机床的坐标系统以及刀具或工件沿坐标轴的直线运动和绕坐标轴的摆动来确定这种关系。CNC机床的数控轴数(或简称轴数)是指刀具或工件沿机床坐标轴作直线运动和绕机床坐标轴线作摆动方式的数目。一般三轴式CNC机床的刀具或工件可沿X、Y、Z轴作直线运动,五轴式CNC机床的刀具和工件除了上述直线运动外,还可绕A和B轴摆动。

  2、2CNC技术设备在木材加工中的应用

  迄今为止人们把CNC木材加工设备与CNC镂铣机、CNC钻床、CNC加工中心等固定加工式CNC机床等量齐观,这种看法不够全面。事实上CNC固定加工式机床上具有代表性的部件如:CNC控制轴、HSK电动主轴、刀具库和自动换刀装置等也越来越多地引用到连续CNC技术设备上,以大大减少非生产性装调时间和提篼生产率。因此,不能将CNC技术设备简单理解为CNC固定加工式机床,还包括CNC连续式加工设备。CNC技术应看作是提高木材加工机械加工灵便性、自动化程度和操纵简便性的手段。

  CNC固定加工式机床适用于加工品种更换频繁、形状复杂、精度要求高、生产批量不大而生产周期短的产品,因此在木材加工手工业、中小型企业以至大型企业(如:家具制造企业)都能找到用武之地。连续式CNC技术设备主要用于加工品种不常更换、批量大的产品如:建筑构件、门、窗等。

  3、高速切削(HSC)技术

  为了提高生产率,CNC木材加工设备采用高速切削(HSC)技术,即提高主轴转速。切削速度和进给速度。现在有的机器主轴转速已提高到30000
-40000r/min,同时刀具直径出现变小的趋势。因大直径刀具由于其不平衡度在高转速时离心力太大可能达到其物理极限。

  应当指出随着刀具转速的提高,机器的生产率不会按相同比例提高。因纯切削加工时间仅占整个加工过程时间的小部分,其余大部分时间用于更换刀具以及刀具主轴的升降、定位和制动等。另外,加工时在工件拐角处刀具进给速度要大大降低,每经一拐角处都要经历减速一加速过程,这也要影响生产率。因此,当刀具转速加倍时,机器生产率并不会加倍。而是随结构和功能不同仅能提高10%-90%.有的学者认为,从经济性观点出发主轴转速30000
r/min.进给速度24m/min已达到了其界限。若主轴转速超过3r/min再提高会产生一系列负面后果,如:主轴及其转动装置成本提高,刀具磨损增加,常规的排切屑设备和刀具夹紧装置可能不再适用,由刀具断裂或装夹不当引起的安全问题更加突出,现有加工中心保护屏仅能抵挡质量20g速度为70m/s的飞行物。

  4、CNC加工中心的结构

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