广数系统

广数系统（共4篇）

广数系统 篇1

我国加入世贸组织后，很多企业为了能够成为制造业的龙头企业，纷纷购置了进口的五轴机床（如MIKRON、DMG等品牌五轴机床设备）。但由于国内的多轴加工技术相当落后，具体表现在多轴加工工艺、后置处理的开发，从而无法发挥五轴设备高速加工的性能。完善多轴机床后置处理程序的开发已慢慢的开始发展中，但很多的技术资源还要通过国外，所以就算公司已购置了多轴加工的软件，但还要支付后置的开发费用。因此企业迫切的需要开发通用后置处理，使得NC程式的标准化、企业化管理。从而让五轴机床设备更安全、更高效地使用。

文章针对广州数控设备厂的GSK25I五轴联动控制系统、烟台的可倾台等零部件。由于GSK25I是广州数控设备有限公司最新推出的产品，有很多技术都需要完善与攻关，其中开发后置处理工作尤为重要。

1 PM POST[1]后处理的编写

PMpost是英国DELCAM公司后处理编写软件，它能根据机床的特性，定制后处理器；并把POWERMILL产生的刀具路径转换为三轴、五轴机床的使用。

1.1 机床结构与技术参数及控制系统类型

(1）机床结构如图1、图2所示。在机床结构方面，应注意约定工件不动、刀具运动，在此前提下来看B轴和C轴的摆动，此时符合笛卡尔坐标系（直角坐标系）下的右手定则，而工作台B轴和C轴的实际转动方向是与右手定则相反的，如图3所示。由此得出下面结论：围绕X直线轴转动的轴称为A，矢量方向为（1,0,0）；围绕Y直线轴转动的轴称为B，矢量方向为（0,1,0）；围绕Z直线轴转动的轴称为C，矢量方向为（0,0,1）。

(2）机床参数（如上图所示）X轴行程800mm,Y轴行程650mm,Z轴行程550mm,B轴行程-5～90°，C轴行程0～360°（不连续），工作台面：600×600，主轴转速（r/min):0～6000rpm，快速进给：8000(mm/min）。

(3）控制系统为GSK25I操作简单、人机对话较灵活，可以控制三个直线轴、两个转动轴，采用ISO代码编程。启动PMPOST后置软件、打开样板文件（选择FANUC.PMOPT[2]，因为GSK25I与该系统编程的语言相类似）。切换到编辑界面、按机床的特点设置相关的参数如图4。

1.2 操作步骤

(1）相关参数设置，(1)设置全局参数如最大行号、行号的增量、输出的单位、小数隔开符号、程序的扩展名等；(2)设置坐标控制参数，由于GSK25I不具备RTCP功能，因此在PROFILE选项里选择“Multi-Axis machine without RTCP”。还有对刀点选项选择“Tool Tip”;(3)设定最大进给速度为8000MM/MIN，最大切削进给速度4000MM/MIN;(4)设定圆弧输出的方式，如圆弧的最大、最小半径，以及圆弧平面等；(5)设定钻孔循环参数、选上多轴钻孔选项。

(2）设置机床结构、行程、偏置距离等参数如图5所示。(1)定义机床结构：在Kinematic Model[3]选项里选择5-Axis Table Table（双工作台型的五轴机）；(2)定义行程、转动轴：分别按机床实际行程设定X、Y、Z、B、C五个轴的行程。特别要注意的是在转动轴里需指定B(0,1,0）、C(0,0,1），分别点击EDIT，在prefix选项里输入B、C;(3)设置机床偏置参数：由于可倾台的第四轴转轴与第五轴回转工作台台面存在偏心距所以需在B轴输入实际偏心距z-97.78MM。

(3）设置可倾轴（B）超程时所采取的策略。因为当五轴联动加工超过-5度时，机床必需首先采取Z轴抬刀，然后BC回转，再XY定位，最后Z重新下刀一系列动作。否则将有可能发生机床的碰撞、工件过切等现象。进入Multi-Axis Configuration，在at angular limit里选择Retract And Reconfigure。如图6所示。

(4）定义快速与线性移动。在多轴机床快速下刀定位时，必需考虑到机床的安全性，应先移动转动轴然后移动直线轴。设置如图7所示。

(5）设定程序头、程序尾的一些辅助功能以及钻孔功能（略），最后存盘退出。

2 广数25I系统后置的验证

2.1 五轴加工中心程序的编制

启动PM，导入测试零件，用R3球刀在工件铣出一条角度从0到180、深度为了0.5的小槽、采用参考线多轴加工方式编写测试刀轨。

2.2 NC在模拟防真软件的验证

Vericut是美国CGTech公司开发的一款集数控加工仿真、干涉校验、工时工况分析、代码优化等多种功能于一体的软件。已广泛应用于航空、模具制造等行业，其最大特点是可仿真各种CNC系统下的刀位文件及CAD/CAM后置处理的NC程序。Vericut分以下几步去完成：(1)建立机床模型：装配时要注意部件之间的运动联接之间的关系；(2)选择控制系统文件（本例机床的操作系统是FANUC，因为GSK21M的NC代码格式与FUNUC相似）；(3)建立刀具库；(4)设定加工坐标系；(5)添加加工程序（NC程序）。调入测试程式在VERICUT上模拟切削加工，如图8所示；(6)经过VERICUT的坐标模拟没问题后，再上机床试加工，注意观察NC的轴向是否与机床方向一致，坐标位置是否正确。

3 结束语

文章通过研究开发广州数控25I多轴数控系统后置处理，解决了企业与学校的软件自动编程问题。同时，也积累了多轴后置处理软件的开发，将为后续的进口数控系统的后处理开发起到借鉴作用。

摘要：文章针对广州某技工学校组装型号为广数25I系统的加工中心,阐述运用PowerMill里的PMPOST制定适合该设备后置处理的开发思路;并且通过VERICUT模拟仿真得以验证,最终投入生产与教学使用。

关键词：广数25I系统,PowerMill,PMPOST,VERICUT

参考文献

[1]张磊.Siemens PLM应用指导系列丛书:UG NX6后处理技术培训教程[M].北京:清华大学出版社.2009.

[2]汤振宁.高级数控培训丛书:UG五轴数控编程实例详解[M].北京:化学工业出版社.2013.

[3]谢龙汉.UGNX8.0数控编程[M].北京:清华大学出版社.2013.

广数机器人专用伺服电机技术分析 篇2

交流伺服电机用于自动控制系统中作为执行元件,其任务是将加在电机控制绕组上的电信号转换为轴上的机械角位移或转速,广泛应用于小功率随动系统中。为了满足自动控制系统的要求,伺服电机必须具有宽广的调速范围、线性的机械 特性,能快速响应,且无惯性自转现象。机器人所用伺 服电机性能的优劣,直接影响到机器人动作位置的精准度。

1伺服电机理论

1.1伺服电机基本原理

伺服电机是一种交流永磁同步电机,其定子绕组通入三相正弦电,在气隙中产生旋转磁场。转子由永磁体产生磁场。定子磁场和转子磁场相互作用,形成扭矩,转子随定子磁场同 步旋转,即转子转速与定子磁场转速相同。电机反电 动势、定子绕组压降、直轴磁路回路、交轴磁路回路、定子漏抗压降共同组成了电机电流回路。

1.2SPM 和 IPM 伺服电机的差别

SPM(永磁体表贴式)电机d轴和q轴磁路对称,Ld=Lq。而IPM(永磁体内嵌式)电机d轴和q轴磁路不对称,Ld<Lq。

由于IPM电机d轴和q轴磁路不平衡,有磁阻转矩,所以在弱磁时,d轴电流在降低转子永磁体磁通的同时还能提供一定的转矩补偿,所以IPM电机比较适用于弱磁调速场合(如电主轴、电动汽车、主轴转台等恒功率负载场合),而SPM不能。也有一些公司使用IPM作为伺服电机方案,主要目的是节省伺服电机和驱动器模块的成本,如FANUC。SPM电机一般使用Id=0的控制方式,即没有去磁电流(图1)。

U—外施相电压有效值I1—定子相电流有效值X1—定子漏抗R1—定子绕组相电阻E0—永磁气隙基波磁场所产生的每相空载反电动势有效值If—永磁体的等效励磁电流Ψf—永磁体产生的磁链

Id=0控制时,电流无d轴分量,只有q轴分量,即电流与反电动势E0同向,这时功率因数主要取决于反电动势E0与交轴压降的比值。对于SPM电机,一般是不允许有Id电流的。

1.3伺服电机的转矩、转速

(1)如图2所示,伺服电机运行受到电流极限圆即驱动器电流模块的限制。如想电机输出扭矩,则需要驱动器配合有相应的电流模块。电流极限圆方程:

(2)如图2所示,伺服电机同时受 到电压极限椭圆 即变频器 母线电压限制。在 设计时需 要注意,在运行的 转速区间内,应使电机 电压不超过驱动 器母线逆 变后的电压,同时要考 虑驱动器逆变模 块元器件 的饱和压降、所配 套的变压器压 降等因素,要留有一定余 量。电压极限椭圆方程:

只有同时满足以上两点电机才能正常运行,如驱动器模块不够大、电机电压(反电动势)设计过高、母线电压降低,都会导致无法运行。

2伺服电机设计的关键技术

2.1转矩波动

转矩波动是衡量电机性能的重要标准之一,转矩波动较大会造成电机运行不稳定、转速不稳定且不易控制,体现为机 床加工工件表面纹路不平滑。转矩波动主要取决于齿槽转矩 和纹波转矩。

(1)齿槽转矩。由于电机铁芯开槽,当转子转动时,磁路中的磁阻将发生变化,导致磁场能量发生变化,从而产生磁阻 转矩,使电机的转矩随齿槽而发生变化。齿槽转矩产生的原因有齿槽效应、磁路不对称、定转子不同轴、工艺槽影响磁路等。抑制齿槽转矩的方法通 常有直接 法、抵消法、极槽 配合、无槽设计。每种方法都有一定的拐点,即该种方法下的最 佳值,但每种方法都会对电机的其他性能产生影响。所以,设计时也会利用多重方法联合的方式来削弱齿槽转矩,同时兼顾电机其他性能。(2)纹波转矩。纹波转矩为电机反电动势和驱动器输出电流共同作用,其中的谐波分量产生的转矩波动。所以需要电机的反电动势和驱动器电流也尽可能正弦,才能降低纹波转矩。

2.2动态时间响应参数

(1)电气时间常数L/R,影响电流环。同样的定子、转子、磁瓦选取不同的绕组匝数,保证槽满率相同,此时电气时间 常数略有不同。匝数小的电气时间常数略小于匝数多的,但相差不是很大。(2)机械时间常数Tm=2π×J×n/(60×Tst),影响速度环。由于电气时间常数的值远远小于机械时间常数,所以影响伺服电机的主要因素为机械时间常数。机械时间常数 取决于电机转子转动惯性、电机启动转矩。原则上电机的转子惯量越小,同样启动转矩下,动态性能越好。如电机在 使用设备上,则惯量为整套系统的惯量(电机+负载)。电机转子的惯量设计,要考虑到使用设备惯量与电机的惯量比要求,一般较小的电机为15倍惯量比,如40电机。稍大一些 的电机,惯量比要求小一些,机床用电机一般在5倍以内,常使用中惯量电机。

3与国外品牌伺服电机的对比

国外伺服电机品牌主要分为欧系和日系,欧系主要有西门子、AMK等,日系主要有安川、FANUC、三洋、松下等。欧系侧重于高速电机,其多采用 多槽的分 布绕组,相对高档;日系除FANUC外,多采用多极少槽的集中绕组方案,以经济型为主。

国外电机的优势:(1)齿槽转矩较小:方案优化较合理,工艺能保证较好的同轴度。(2)振动噪音较小:通过分段错极、无槽口等方案来优化磁场波形,同轴度较好。(3)温升低:日本多数电机均采用灌胶和塑封等工艺,使得定子散热条件较 好、温升较低。(4)稳速精度较高:在各个转速、不同负载下使用均能保持转速稳定。(5)动态响应好:配合配套的驱动器,动态性能较好,在摆动测试和机床加工工件时较为明显。

提高自主品牌电机品质的方案:(1)多研究国外电机,全方位地测试、解剖、分析其电磁方案、结构方案及工艺。(2)多对自主研发的电机进行测试、分析,与国外电机进行对比,找到不足之处。(3)设计时应通过反复计算、仿真、对比、分析及讨论再最终确定方案。(4)不断改善工艺,突破传统工艺的束缚,研究工作效率高、尺寸精度高的工艺方案。

4对驱动器配合的需求

伺服电机和伺服驱动不能是单独的两个元件,要紧密联系在一起,相互配合,才能真正发挥彼此的性能。

电流加载角度的问题:以广数的伺服电机为例,均为SPM电机,配合的控制方式为Id=0,需要电流严格加载在电机交轴磁路上,否则会引起电机温升过高、永磁体退磁。主 要原因如下:(1)SPM电机d轴电流不产生任何转矩,只增加总电流及铜耗,使绕组温升增高。(2)多极少槽配合的电机,由于定子逆向磁场的作用,转子相对 温度会高 一些。而由于 绕组温升 较高,会有更多的热量传到转子上,永磁体温度较 高。而永磁体在高温时矫顽力较差,如此时有去磁磁场作用,则会造成 不可逆退磁。

电流谐波的问题:电流谐波会引起电 机的转矩 波动、振动及噪声,使伺服电机运行不稳定,所以应尽可能减少电流 中的谐波。

对驱动器动态响应的要求:伺服系统 是一个位 置环、速度环、电流环组成的系统,其中电流环为速度环的内环,它会影响到速度环的性能,如FANUC的4代HRV技术。如果电流环影响频率较高,可对速度环、位置环设置较高的 增益值。目前很多公司的驱动产品都在样本里标注速度响应,如安川为1.6kHz,迈信EP100为≥250 Hz,EP1、EP1C、EP2为≥300 Hz。这就要求伺服驱动 对此项性 能的研究 更加深入,以改进性 能参数。

5结语

综上所述,伺服驱动和电机是一个整 体,不可单独 分离开来谈性能好坏。公司应更重视驱动器的开发研制,提升伺服的性能和品质,使其不仅仅应用于机器人行业,而是更好地 应用于自动控制系统的各个领域。

摘要：就广数机器人专用伺服电机进行技术分析,以期使更多的人了解伺服电机的特性、应用情况等。

广数系统 篇3

众所周知, 我国是一个塑料制品消费大国。在过去的数十年里, 液压式注塑机曾扮演了非常重要的角色。但是, 在如今能源日渐匮乏、生态环境越发恶化的年代, 液压式注塑机能源消耗高的问题受到人们越来越多的关注与重视, 绿色、节能、环保的伺服电动注塑机的开发己经成为一个十分紧迫和重要的议题。

1 广数精密全电动注塑机概述

广数精密全电动注塑机 (如图1) 是公司经过长时间机械设计及产品制造方面的技术沉积, 依托公司强大的技术团队及先进、齐全的科研设备开发出来的全新一代精密注塑机, 其设备性能指标能达到国内领先、并接近国外同类型设备的技术水平。该设备所需要的GSK控制系统以及重要部件--伺服电机, 都是由公司相关技术研发人员自主研制的, 改变了以往核心技术受制于他人的状况, 从而突出了设备成本方面的竞争优势, 具备其他公司没有的先决条件。

广数精密全电动注塑机具备精度高、能源省、噪音低、生产周期短、速度控制范围广、响应性好、成本节约等多重优点, 主要应用在医疗、光学、电子等行业, 满足其高精度塑料制品对注塑机的要求, 符合国际注塑机的发展趋向。

来源:广州数控 (GSK) 公司网页

2 与传统液压注塑机的比较优势

跟传统的液压注塑机相比较, 广数精密全电动注塑机的最大优势在于采用了伺服电机进行电气控制。

由于创新地采用了伺服电机, 广数精密全电动注塑机每一个注塑成型环节都可以长时间进行高精度控制, 不但比传统的液压驱动节省五至七成的耗电量, 而且还节省了液压油以及冷却水的成本。

在注射速度方面, 传统的液压式注塑机利用蓄能器技术能够达到较快的注射速度, 但是由于受到液压阀及蓄能器动作特性的限制, 不能达到较低的注射速度。而伺服电机的速度控制特性比较好, 从极低到极高的速度都可以加以控制, 具有较广泛的速度适应范围。

来源:全电动注塑机控制系统.百度文库

图2所示的是传统液压式注塑机液压伺服系统与广数精密全电动注塑机电气伺服系统的对比图。从图中可看出, 广数精密全电动注塑机电气伺服系统里的伺服电动机相当于传统液压传动装置里的动力源油泵, 而且还直接起着液压伺服阀以及执行元件 (即油缸) 的作用, 因此其注射速度相应较快, 精度也较高。

3 广数精密全电动注塑机的电气控制

3.1 工作原理

广数精密全电动注塑机采用的是公司自主研究开发的GSK6000控制系统, 该系统集注塑行业先进生产工艺控制方法之大成, 实现高效、节能以及环保的三大注塑理念。

广数精密全电动注塑机的工作原理是充分利用塑料热塑性, 通过伺服电机控制塑料的加热融化及其流入模腔的速度, 再经过保压及冷却阶段即可成型为形状各异的塑料制品。在加工产品的时候, 首先计量加料, 经过加热使原料熔融塑化, 然后施加高压注射到合好的模具里面, 再经过一段时间的保压和冷却后开模, 最后顶出制品即可完成整个产品注塑成型的过程。

来源:全电动注塑机控制系统.百度文库1-模具开合伺服电机;2-溶胶伺服电机;3-射胶伺服电机;4-调模变频伺服电机;5-顶出伺服电机;6-螺旋加热器;7-射台移动伺服电机

3.2 伺服单元的特性要求

广数精密全电动注塑机的注射性能在非常大的程度上依赖于伺服控制系统精密、稳定的特性, 要求伺服系统具备如下四方面特性。

3.2.1 精度高。

为保证制品可以满足精密注射成型的要求, 伺服控制系统必须具备高质量以及高稳定性, 务求令射胶等动作具备非常高的精度。所以, 不但要求伺服单元在位置控制方面定位精度高, 而且要求在速度控制方面提供高精度调速。

3.2.2 响应快。

为使结构复杂的制品注塑成型, 常需进行多级注射。要确保执行机构根据预设要求严格切换成形参数, 不但要求伺服控制系统定位精度高, 同时也要求其具备快速响应的良好特性, 能够很快地响应跟踪指令信号。

3.2.3 调速范围广。

无论是注射过程还是锁模过程, 执行机构都被要求在比较广的速度范围内运作。例如在驱动模板进行合模的过程中, 为保护模具的安全, 锁模机构需要从移模阶段的高速度切换到即将闭紧模具时的低速度, 由此要求驱动锁模机构运行的伺服单元能够提供一个较广的调速范围, 以实现最高转速与最低转速的转换。

3.2.4 低速转矩大。

注塑机低速运转时要求进给伺服系统具备较大的转矩输出。

为满足以上特性要求, 广数精密全电动注塑机对伺服系统的执行元件———伺服电机也提出了相应的几点要求: (1) 要求伺服电机在全部转速范围之内都可以平滑地运转, 转矩的波动要小, 特别是低速运转的时候仍然要保持平稳的速度且无爬行的现象; (2) 要求伺服电机具备相应的过载能力, 以满足系统低速以及大转矩两方面的特性要求; (3) 要求伺服电机要有较小的转动惯量、较大的堵转转矩、尽量小的机电时间常数以及尽可能小的启动电压, 以满足系统快速响应的特性要求; (4) 要求伺服电机可以承受得起频繁的启动、制动以及反转。

3.3 动作控制

为了获得高质量的注塑产品, 广数精密全电动注塑机在注塑的过程中, 使用伺服电机来实现对每个运动机构动作的顺序及过程控制, 以确保注塑机能够依照工序要求完成制品生产流程。

广数精密全电动注塑机的注射装置是实现塑化计量、注射以及保压补缩三项功能的关键部件, 其结构设计和控制方式决定着制品的质量, 能满足两个基本要求:一是在限定的时间里, 提供设定数量、组分以及温度均匀的熔料;二是按照塑料性能以及制品的结构情况, 提供适合的注射速度及注射压力, 把熔料注入模腔。

注塑的所有运动过程都是由广数精密全电动注塑机的六台伺服电机通过动作配合去驱动完成的。图3所示为其主要部件结构图。与注射螺杆同轴并且连接紧密的电机叫做射胶伺服电机, 起到通过传功装置实现注射螺杆向前注射运动的作用。跟注射螺杆平行的电机叫做溶胶伺服电机, 其作用主要是实现螺杆转动使粒状原料往前传送。用于平移整个射台的电机叫做射台移动伺服电机, 由该电机驱动完成射台的往复运动。

来源:全电动注塑机控制系统.百度文库

广数精密全电动注塑机以伺服电机作为驱动装置, 其控制系统的硬件框架如图4所示, 主要组成有人机界面、运动控制器、逻辑控制器、伺服驱动、温度控制单元以及传感器六大部分。工艺程序控制基于传感器的位置、温度、压力及速度等信息来进行, 为达到高精密的注塑工艺建立了多个闭环环节。对于射出螺杆移动速度的控制, 是将安装在伺服电机后的编码器信号作为输入的信号, 相比于在控制器内设定速度指令来说实现了半闭环控制。对于射出压力的控制, 是通过测定螺杆后的压力传感器信息来形成射出压力的全闭环控制。而对于超低速位置的控制, 则是以光栅尺去实现闭环的控制。

广数精密全电动注塑机动作控制系统的关键在于温度、压力等传感器信号的高速处理。工艺程序控制装置以及伺服电机驱动系统之间采用的是数字接口, 两者间只互相传递数字信号, 抗干扰能力特别强、因此能够实现高精度、微细量的稳定控制。

4 结束语

伴随着新型合成材料的大量涌现, 高精度注塑制品的使用范围的不断扩大, 以及人们环保意识的日渐加强, 用户对注塑机的要求越来越提高。广数精密全电动注塑机在各种新型注塑机当中较具代表性, 并随着计算机技术的进一步发展, 将来会朝着更加简便化、更加智能化的方向发展, 同时会对其自主研发的GSK控制系统及伺服电机提出更高的要求。

参考文献

[1]广州数控.广州数控全电动注塑机国内领先[J].塑料制造, 2012.

[2]全电动注塑机工作原理[EB/OL].百度文库.http://wenku.baidu.com/view/a03f607a168884868762d62f.html.

[3]全电动注塑机控制系统[EB/OL].百度文库.http://wenku.baidu.com/view/61986be3b8f67c1cfad6b87a.html.

广数系统 篇4

1.泵体2.叶轮3.泵头4.机械密封5.防护板6.轴7.放气螺栓8.O形圈9.螺堵

泵轴将电动机的转矩传给叶轮,是传递动力的主要部件。泵轴的加工效果直接影响到水泵与电动机的整体同轴度,进而影响到泵和电机的运行状态和寿命。某型号管道循环离心泵如图1所示,其相应的泵轴零件图如图2所示。工厂采用的数控车床为广数GSK980T车床,配备普通三爪卡盘。在加工中有两个较突出的问题。

1.1 泵轴材料难加工

管道循环泵泵轴使用2Cr13不锈钢材料,属马氏体不锈钢,硬度不高,切削时塑性变形大,切削力大,加工硬化严重。导热系数低,约为45钢的1/2～1/4[1],造成切削区切削热集中,容易出现烧刀现象。而且刀具材料的亲合性较大,切屑很容易粘附在刀具上形成积屑瘤,既加剧刀具的磨损,又影响加工表面粗糙度;由于切屑不易卷曲和折断,也会损伤已加工表面,影响工件的质量,属于难加工材料[2]。而泵轴外圆的粗糙度要求达到Ra1.6。要满足这个加工要求,就需要合理选择刀具材料、刀具形式,以及切削参数。

1.2 泵轴外圆加工精度要求高

泵轴ɸ22mm和ɸ28mm的两个外圆要求达到7级精度,以ɸ19mm内孔中心线为基准,其径向圆跳动要求在0.025mm之内。这两个外圆加工要求一次装夹,一般性的做法是直接用广数980T车床配备的自定心三爪卡盘夹持泵轴大端。但这种装夹方法存在以下两方面问题:一方面,因泵轴大端外圆表面没有公差要求,精度较低,会造成以此自定心的中心线偏差,进而造成以中心线为基准的准22mm和准28mm外圆的径向圆跳动偏差。这就要求选择较高精度的零件装夹面,设计制作出合理的装夹工具。另一方面,采用普通三爪卡盘硬爪加工零件,容易产生“三角形”变形,装夹印痕不易消除,定位精度不高,零件同轴度难以保证等问题[3]。这些问题在ɸ22mm和ɸ28mm的两个外圆的加工中是不允许出现的。这就要求对广数GSK980T车床卡盘做相应改进。

2 泵轴材料不利因素的解决

2.1 刀具材料的选用

由于2Cr13不锈钢切削加工时,具有切削力大、切削温度高等特点,要求刀具材料具有较高的耐磨性和耐热性。硬质合金强度高、导热性好,适宜用于2Cr13不锈钢的切削。常用的硬质合金材料分钨钴钛类和钨钴类,相较而言,钨钴类合金坚韧性好,切屑不容易和刀刃粘连,刃磨易掌握,导热系数较大,主要采用YG532、YG6、YG813等牌号的硬质合金刀具进行车削车削加工。

2.2 刀具形式的选择

泵轴的材料属于难加工材料。由于加工过程中加工余量的变化,切削用量无法进行及时调节,导致卷屑、打刀等问题产生。即使不打刀,刀具正常磨损后进行换刀并对刀也很浪费时间。但改用机夹式硬质合金可转位刀片,当刀具磨损或打刀时,仅需松开螺钉,取下刀片换用第二个切削刃或换上另一块刀片再装上即可。机夹可转位车刀与焊接式刀具相比,刀刃的空间位置相对刀体固定不变,省去了拆刀、装刀、对准刀尖高度位置和对准径向前后的刻度位置所需要的辅助时间,同时刀具耐用度高、节省大量刀杆材料、断屑稳定可靠、提升了生产效率。

2.3 切削参数的选择

合理选择切削参数,对提高刀具的耐用度和工件的加工质量非常重要。车削2Cr13不锈钢时,刀具前角宜取10°～20°,后角比车削普通碳钢的后角大一些,一般选取6°～10°。车削不锈钢的硬化倾向性强,易产生振动,振动又会使加工硬化严重,因此主偏角宜大,以减小径向力,一般宜取45°～90°。由于不锈钢的性能特点,加工时应选用比普通碳素钢较低的切削用量。通常,粗车时,切削速度v=35～79m/min,进给量f=0.2～0.6mm/r,吃刀深度t=2～6mm;精车时,切削速度v=90～100m/min,进给量f=0.07～0.2mm/r,吃刀深度t=0.2～0.8mm[2]。

3 形位误差的控制

3.1 巧妙的工件装夹方法

可采用一夹一顶装夹,但关键在于“夹”。注意到泵与电机的连接采取电机轴套入ɸ19的泵轴内孔中,以键连接,并以三个螺钉紧固的形式,如图1所示。加工前可预先设计制作与电机轴等径等精度的带键槽的心棒,装好键,插入泵轴准19的内孔中,并在泵轴的两个M6的螺纹孔中插入内六角螺钉紧固,形成由卡盘夹紧心棒,心棒固定泵轴的装夹形式,如图3所示。这样,要控制ɸ22mm和ɸ28mm的两个外圆径向圆跳动小于0.025mm,就要首先保证夹持泵轴的心棒圆跳动不大于0.01mm。而控制了该形位公差,因心棒与电机轴的一致性,实际上也是在加工时就巧妙地确定和控制了泵轴和电机轴的同轴度。

1.液压卡盘2.心棒3.加工工件4.5号精车刀5.1号粗车刀6.顶尖7.紧固螺丝

3.2 卡盘的改装

我厂使用的广数GSK980T车床配备的普通三爪卡盘,很难将心棒的跳动夹持在0.01mm之内。较为经济的方法是将普通三爪卡盘改装成液压高速动力卡盘,因它在生产厂已通过了严格平衡,具有高转速(极限转速可达4000～6000r/min)、高夹紧力(最大推拉力为2000～8000N)、高精度、调爪方便、通孔、使用寿命长等优点[4]。还可使用软爪夹持工件,操作者可车削软爪夹持弧面,保证机床主轴与心棒基准的统一,以获得理想的夹持精度。使用合格的软爪,能保证零件的加工面与装夹面的定位精度达到0.01～0.05mm[5]。

1.软爪2.T型螺母3.卡爪座4.卡盘体5.支撑板6.软爪外端面7.软爪内端面

软爪在卡盘上的安装结构如图4所示[6],车削时先在液压卡盘软爪内侧夹持一个与心棒夹持面直径相同的圆形支撑板5来支撑软爪,注意控制支撑板的跳动。然后用内孔车刀车削爪子的夹持面,使直径比心棒夹持端大0.05-0.30mm,夹持面粗糙度达到Ra1.6,并保证机床主轴与心棒基准的统一。接着安装心棒,把卡盘的液压值调到最大,左手扶住卡盘,右手拿住心棒,在爪子即将夹牢心棒时,左手逆时针方向转动卡盘,右手将心棒顺时针转动着往里推,直到心棒夹牢。夹好后将百分表放在机床导轨上测量心棒的圆跳动,注意对心棒从外往里多测量几个位置。若测量出的圆跳动大于0.01mm,就将张开卡盘重新调整,直至满足要求。

4 结语

离心泵泵轴采用2Cr13不锈钢材料,属于难加工材料,粗糙度不好控制,同时存在着同轴度控制问题。通过选择合理的刀具材料、刀具形式和切削参数来克服零件材料的不利因素。设置心棒巧妙夹持工件,并将广数GSK980T车床三爪卡盘改装成液压卡盘,车削液压卡盘软爪的夹持面,保证机床主轴与心棒基准的统一,进而保证心棒和泵轴的形位公差。

参考文献

[1]赵亮培.不锈钢切削加工中刀具切削参数的合理选择[J].工具技术,2010,44(4):66-67.

[2]张素芳.2Cr13不锈钢的车削加工[J].机械管理开发,2002(5):30.

[3]张胜海,曲春久,三爪卡盘软爪的设计制造与测量[J].机械工艺师,2006(5):36-37.

[4]张立荣,沈海燕.螺纹轴加工工艺设计编程及仿真[J].煤矿机械,2009,30(10):104-106.

[5]吴光平,软爪的设计及加工[J].机电元件,2010(4):26-29.