2015年10月28日星期三
模具制造與機床在線檢測特點有哪些
模具制造與機床在線檢測特點有哪些。激光對刀儀為驗證刀具的尺寸金屬加工提供了一個快速的自動化方法，特別在模具制造中，對檢驗長期加工後的刀具磨損，起著關鍵的作用。激光對刀儀是高速、高精度調刀和檢測刀具斷裂的有效方法，具有良好的成本效益，在工作狀態下，當刀具通過激光束分度或以正常的速度旋轉時，它能迅速地測量其長度和直徑。隨主軸速度工作的激光檢測可鑒別因主軸、刀具和刀座夾持不協調和徑向振動而引起的誤差，這一功能是采用靜態對刀系統是無法實現的。有些NC數控對刀儀可以在最高橫向行程時檢測斷裂的刀具，以進一步使非切削時間降低到最低限度。
“工藝控制方面的這些改進對於模具制造業來說是十分關鍵的。”模具專家表示，絕大部分的模具加工具有一次成型的特點，因為較高的累計誤差值會被轉移到復雜的鑄型之中，這就要求我們必須一次就完成全部加工。同時，較短的交貨期和全球性的競爭也需要有更快的加工模具。為了盡量減少操作工人等因素的干擾，這些工藝控制系統為模具制造商增加了一對監控眼睛，有利於在長期加工和第二道、第三道工序中監控機床的加工情況。
機床的加工能力，為了預防缺陷的發生，企業必須具備編輯工藝文件的能力和保證機床的工藝精度的能力。為了達到這一目的，則需要按照國家承認和接受的標准，如按照ISO 230標准或ASME B5。54標准進行檢驗。這兩種標准都要求使用球杆和激光干涉儀按照所推薦的程序檢測機床的精度。采用這些標准的目的並不是規定機床必須滿足某一精度，而是要找出機床可以達到什麼樣的精度水平。零件的書面資料規定企業的機床精度必須能生產合格的零件，並在這一地方設定精度標杆。經測試可以讓您了解您的機床能夠達到多高的水平。只要機床能夠達到那個精度標杆，就具備了工藝加工的能力。
現代的機床都具備測試和校准技術，而且也能夠提供這種技術，這樣車間能夠保證機床的精度並且正常運行。越來越多的工廠和大型車間擁有自己的激光干涉儀和電子設備，而小的工廠則可以通過各種渠道，利用商業化方式，以具有競爭性的價格通過租賃的方式獲得設備以及檢測服務。
實際上，現在可以為任何車間提供伸縮式球杆檢測器，用於機床的快速檢測，只要15min就可完成檢測任CNC加工務，以維護機床的加工精度。采用球杆檢測可以精確地評價機床的幾何精度、正圓度和粘/滑誤差、侍服增益誤配、振動、齒隙、重復精度和標尺的誤配。一些球杆軟件可以根據ISO 230-4和ASME B5。54和B5。57標准提供特定誤差的診斷，然後提供一份普通的英語清單，按照對機床精度的整體影響順序，列出各種誤差的來源。這可以使機床維修人員直接針對有問題的地方進行處理。
階段性的球杆測試跟得上機床的性能發展趨勢。預防性的維護有利於在機床偏離工藝加工能力前事先做出計劃。工業上一般趨向於按照需要，而不是按照時間來校正機床。沒有理由為維護而抽出一台正在從事生產的完好機器來進行校正。當發現有什麼不正常的情況時，還是讓檢測球杆和生產的零件來確定。檢測期間可以繼續生產。
機上探針檢測，今天標准機床所能達到的精度和重復精度已經接近過去只有CMM坐標測量機才能達到的水平。這一功能可以使機床本身在關鍵的加工工藝階段，用探針對工件進行自動檢測。一旦機床安裝了測量儀器，測量探針就變成了操作員的CNC測量計。檢測程序可作為加工工藝中的一部分進行編程，並在各個點上自動運行，檢測尺寸和位置以及提供必要的補償。這樣可免除操作人員使用千分表和塞規進行測量，並消除人為因素造成控制系統中卡具、零件和刀具偏置所引起的誤差。機上檢測已成為工藝的一個部分，這是一個經過改進的強大的工藝工具，可在最短的生產時間內，第一次就制造出合格的零件。
可用於自動地確定零件的位置，然後建立起一個工作坐標系統，機上檢測可削減設置時間，提高主軸的利用率，降低卡具的成本和消除非生產加工通行時間。在復雜的零件加工方面，原先需要45min時間調試卡具，現檢測裝置只需45s並且全部由CNC自動操作完成。在開始加工鑄件或鍛件時，檢測裝置能確定工件的形狀，可避免因空切而浪費時間，並可幫助確定最佳的刀具切入角度。工藝過程中的控制是利用檢測裝置對切削過程中的機床特性、尺寸和位置進行監控，同時驗證每一加工工序各種特點之間的精確尺寸關系，以避免發生問題。可以對測頭編程，並按程序檢測各階段的實際加工結果，然後自動實現刀具補償，特別是在粗加工或半精加工以後。
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數控電火花加工技術的發展趨勢
未來數控電火花加工技術的發展空間是十CNC加工分廣闊的。由於電火花加工過程本身的復雜性，迄今對電火花加工的機理尚未金屬加工完全弄清楚，大多研究成果是建立在大量系統的工藝實驗基礎上完成的，所以對電火花加工機理的深入研究，並以此直接指導和應用於實踐加工是數控電火花加工技術發展的根本。在現有技術水平的基礎上，不斷開發新工藝將是數控電火花加工技術發展方向。如數控電火花銑削加工是一種還不成熟的技術，值得繼續研究的新工藝。
數控電火花機床在結構設計、脈衝電源的開發方面將朝更合理、更具優勢化的方向全面發展，提高加工性能，同時考慮降低機床制造的成本。數控電火花加工在控制技術上將朝自動化、智能化方面的更高層次發展，數控電火花加工的網絡管理技術在高檔機床上已有初步應用，將逐步被推廣及應用，獲取更好的系統管理效果。總之，數控電火花加工技術以提高加工質量、提高加工效率、擴大加工範圍、降低加工成本等為目標在模具工業中不斷發展。
在模具工業技術快速發展的新形勢下，數控電火花加工技術已取得了突破性的進展，其不僅在過去及和現在的模具制造中被廣泛應用，相信在今後的模具加工中其也必將發揮重要作用。
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飛機結構件的發展趨勢及需求分析
隨著現代設計技術的發展和飛機性能提升的龍門加工需求，飛機結構件也呈現出一些新的變化，主要體現在以下幾個方面：
（1）零件向整體化、大型化發展。整體結構設計是飛機減輕重量和提高性能的主要途徑，在現代飛機設計中，整體結構件呈現出數量越來越多、零件尺寸越來越大的發展趨勢。如F-22戰機後機身整體框毛坯尺寸達到4000mm×2000mm，A350內台中CNC加工後側梁達到6000mm×1200mm。預計在未來的設計中整體框結構尺寸將超過3000mm×4500mm，梁的長CNC搪床加工度將超過7000mm。
（2）零件結構復雜化、零件制造精確化。作為主要承力部件的飛機結構件，不但要滿足與其他零件的裝配協調關系，還有自身的結構尺寸精度、零件重量等方面的要求。在飛機結構零件尺寸向更大方向發展帶來的結果是零件結構更加復雜，大型化整體結構件已經開始與周邊連接段零件融合為一體，具有台中機械加工高精度裝配孔的耳片結構等大量出現在整體構件上。另外，在零件尺寸變大的同時，零件加工的尺寸精度反而提高，緣條厚度、腹板厚度更薄，轉角半徑、底角半徑更小，槽腔深度、緣條高度更大，造成零件制造精度和制造難度大為提高，再加上大量裝配高精度孔的出現，所以精確制造將是未來飛機結構件數控加工的關鍵技術。大型飛機結構件的精密加工將是對數控機床行業的一個挑戰，提高數控機床基礎大件結構特性和熱穩定性，控制環境溫度、加工狀態等不確定因素以提高機床加工精度將是機床制造業與航空制造業共同關注的焦點。
（3）零件材料多樣化。隨著現代飛機高速、高機動性能要求的不斷提高，具有比強度高、抗腐蝕性好、耐高溫等一系列突出優點的材料在飛機設計中被大量采用，逐漸成為飛機結構件的主要材料，如鈦合金、復合材料等。從美國歷代戰機主要材料分布圖發現，現代飛機材料已經從以前的鋁合金獨霸天下變成了鋁合金、鈦合金、復合材料三分天下的局面，而且復合材料、鈦合金還有進一步擴大的趨勢，例如在A350、波音787中復合材料比例均已達到50%以上。因此加工裝備不僅要解決鋁合金飛機結構件加工，還要解決鈦合金、復合材料加工。
基於飛機結構件所呈現出的多種材料、大尺寸、高精度復雜曲面的發展趨勢，未來飛機結構件數控加工將面臨大型復雜曲面高精度五軸加工、鈦合金高效加工、復合材料綠色制造等技術難題，數控加工機床也將圍繞解決這3個問題而進行相應的研發工作。
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飛機結構件數控加工機床的發展方向
針對飛機結構件發展提出的需求，台中機械加工國外數控機台中CNC加工床行業與航空制CNC搪床加工造企業在大型高精度加工機床、鈦合金高效加工機床以及自動化數控加工系統這3個方面做了大量研究，並且已經有部分產品投入生產應用。
（1）大型高精度數控機床。傳統意義的高精度機床主要是指小型裝備，如DIXS、SIP等的坐標鏜，該類機床的行程在1000mm左右。要實現飛機大型整體結構件五軸聯動復雜曲面的高精度加工，必須在大型機床上進行，而該類機床的行程一般為2500mm×6000mm。為了實現大型機床高精度五軸加工，目前已經開始采用空間定位精度來表示機床精度。如DST提供給洛馬用於JSF/F35項目的FOGS系列高精度五軸數控銑床的空間定位精度為1。6μm/m3。大型高精度數控機床的關鍵技術主要集中在幾何精度補償、空間精度快速補償及熱變形控制等方面。為此，的SINUMERIK840Dsl推出了VCS（VolumetricCompensationSystem）通過數控系統參數實現對21項幾何誤差的補償以獲得更高的幾何精度；DST在VCS的基礎上開發了KMS補償系統，不僅能夠完成單軸線性和旋轉6項誤差與垂直度誤差的補償，還能對旋轉軸和刀具長度進行手動補償，通過4球測量、空間對角線測量等實現機床空間誤差的快速補償；在熱誤差控制方面，通過空調系統對機床各部件的溫度進行實時控制，以減少熱誤差對機床精度產生影響。
（2）鈦合金高效加工機床。飛機整體結構零件一個顯著特點就是材料利用率非常低，僅只用2%~10%，因此，提高加工效率是飛機結構件加工必需解決的問題。以高轉速、高進給為特點的高速加工機床有效解決了鋁合金整體結構件的高效加工問題；當鈦合金材料在飛機零件中的占比越來越大，其在0。05~0。4之間的相對切削加工性導致加工效率極低，因此如何實現鈦合金高效加工，提高其加工效率是數控機床行業與航空制造企業共同面臨的難題。目前，斯達拉格、DST、INGERSOLL、MCM等對此進行了大量的研究，均選擇了鈦合金臥式加工的解決方案，靜壓導軌、鑄鐵床身、大扭矩機械主軸以及可更換的大扭矩叉式銑頭、直銑頭等構成了新型的鈦合金高效加工機床，預計其粗加工效率提高60%、精加工效率提高600%。機床加工能力的提高對鈦合金加工刀具和工藝技術將提出新的要求。
（3）自動化數控加工系統。當我們還在討論單台設備加工性能的時候，以提高加工效率、控制產品質量、多功能集成為特點的自動化加工系統在飛機零件生產中悄然開始應用。洛馬的JSF/F35項目的碳纖維蒙皮加工系統將數控加工、零件檢測、零件清洗、零件烘干等集成在一個加工系統之中，操作人員在控制室裡對零件生產過程進行監控，由龍門加工系統內的物流小車自動進行零件轉運。以斯達拉格STC系列臥式加工中心為基礎的柔性生產線在英宇航和法宇航等飛機結構件生產中得到應用。自動化數控加工系統不僅有利於提高加工效率和產品質量，其相對封閉性解決了碳纖維粉塵對人體和環境的危害，是復合材料綠色制造的優秀解決方案。
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數控電火花加工技術取得的發展
1。2數控電火花加工技術日新月異的發展CNC搪床加工，至使機床生產廠家紛紛對生產技術予以了改進。目前數控電火花機床在伺服系統和脈衝電源的改進上取得了重大成果，大大的提高了數控電火花加工的質量、加工效率。
機床伺服系統的改進
精密的機床伺服系統對電火花加工具有重要的意義。日前開發出的直線電機驅動的數控電火花加工設備，使加工性能獲得明顯改善。在驅動軸上配置直線電機從而實現了高響應、平滑的驅動，提高了機械系統的穩定性，避免了動作滯後。數控電火花機床主軸采用直線電機的高速抬刀技術，使台中CNC加工加工屑的排出性能進一步提高，進而提高了加工性能，實現免衝液加工。直線電機驅動的機床，由於高響應性伺服產生的良好跟蹤性，能把加工深度誤差控制在最小限度達到高精度加工。直線伺服系統的應用在深窄、微小型腔加工方面具有明顯的技術優勢。直線電機技術將成為21世紀電火花機床伺服系統的主導。
機床脈衝電源的改進
脈衝電源對提升加工速度、降低電極損耗、確保加工精度及提高表面質量中扮演著極其重要的作用。各種脈衝電源對高速、高品位的加工作出了較大貢獻。超精加工電源用於電火花精密、微細加工中，這類電源具有極小的單個脈衝能量(納秒級脈衝寬度)，在電路上通過其它措施解決了加工速度慢、電極損耗大與低脈寬的工藝矛盾。智能型自適應電源采用微機數字化控制技術，自選加工規准，自適應調節加工中相關脈衝參數，從而達到高生產率的最佳穩定放電狀態。另外新型的脈衝電源還有節能型脈衝電源、等能量脈衝電源、各種專用輔助電源等。隨著研究和開發工作的深入，脈衝電源的性能也隨之取得更大的進步。
2數控電火花加工的操作過程
數控電火花加工技術的發展，使得加工過程的操作更為快捷。使用ATC(自動電極交換裝置)的數控電火花機床的操作過程為：機床在開機後，先回到機械原點；然後裝夾工件，將基准球固定在工作台X、Y行程範圍內任意位置；把要加工的電極裝入ATC電極庫，將基准電極插入主軸夾頭；通過手動控制完成基准電極中心對工件零點的定位；接著完成基准電極對基准球的中心定位，將基准電極的中心偏移量記憶。
使用自動編程軟件制作程序，首先輸入使用的電極號、加工深度，執行檢索加工條件；再制作測量加工電極中心偏移量的程序與加工程序組合，保存制作好的程序；最後調出程序執行即可開始加工。加工過程中自動裝入電極、自動測量加工電極中心偏移量、自動定位、開油加工、監測加工台中機械加工。整個加工過程的重要操作步驟是在編程環節，編程時加工思路一定要清晰，輸入的數值一定要准確，才能保證自動加工過程的正確執行。不具備ATC電極庫的數控電火花加工操作過程與上述是一樣的，只是加工中換電極、測量中心偏移量的步驟需由手動操作完龍門加工成。可見ATC是數控電火花加工自動化的重要工具，它的應用打破了傳統加工繁瑣的操作模式。
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數控電火花加工新工藝的應用
電火花加工工藝是實現加工目的直接手段。台中CNC加工目前已經開發出了多種電火花加工工藝，並在生產中取得了一CNC搪床加工定的經濟效益。下面介紹幾種在數控電火花加工中新應用的工藝及其優勢。
1標准化夾具實現快速精密定位
數控電火花加工為保證極高的重復定位精度且不降低加工效率，采用快速裝夾的標准化夾具。目前有瑞士的EROWA和瑞典的3R裝置可實現快速精密定位。這類裝置的原理是電極在制造時，是集電極與夾具為一體的組件在裝有同數控電火花機床上配備的工藝定位基准附件相同的加工設備上完成的。工藝定位基准附件都統一同心、同位，並且各數控機床都有坐標原點。因此電極在制造完成後，直接取下電極和夾具的組件，裝入數控電火花機床的基准附件上，無需再進行糾正調節。加工過程中如需插入一“急件”加工，同樣可以將正在加工的半成品卸下，待急件加工完後再繼續快速裝夾加工。標准化夾具，是一種快速精密定位的工藝方法，它的使用大大減少了數控電火花加工過程中的裝夾定位時間，有效地提升了企業的競爭力。
2混粉加工方法實現鏡面加工效果
在放電加工液內混入粉末添加劑，以高速獲得光澤面的加工方台中機械加工法稱之為混粉加工。該方法主要應用於復雜模具型腔，尤其是不便於進行拋光作業的復雜曲面的精密加工。可降低零件表面粗糙度值，省去手工拋光工序，提高零件的使用性能(如壽命、耐磨性、耐腐蝕性、脫模性等)。其加工原理主要是電火花工作液中加入一定比例的導電粉末，放電間隙增大，電極間的寄生電容和電流密度減少；使放電點分散、放電集中現像減少。混粉方法加工鏡面主要技術龍門加工要求有：電火花機床具有鏡面精加工電路(具有極小的單個脈衝能量)；選擇合適的粉末添加劑；進行粉末添加劑的濃度管理；利用擴散裝置來消除濃度的誤差；采用無衝液處理方式。混粉加工技術的發展，使精密型腔模具鏡面加工成為現實。
3搖動加工方法實現高精度加工
電火花加工復雜型腔時，在不同方向上的加工難度和加工面積相差很大，會引起加工屑局部集中，觸發加工不穩定、放電間隙不均勻等情況。為了保證高效率下放電間隙的一致性、維持高的穩定加工性，可以在加工過程中采用電極不斷搖動的方法。加工中采用搖動的方法可獲得側面與底面更均勻的表面粗糙度，更容易控制加工尺寸。搖動加工選用是根據被加工部位的搖動圖形、搖動量的形狀及精度的要求而定。如果在加工中不采用搖動的方法，則很難實現小間隙放電條件下的穩定加工。在精加工中很容易發現因這個原因造成的不穩定加工現像，不穩定放電使尺寸不能准確地得到控制且粗糙度不均勻。采用搖動的加工方法能能很好解決這些問題且能保證高精度、高質量的加工。
4多軸聯動加工方法實現復雜加工
近年來，隨著模具工業和計算機技術的發展，促進了多軸聯動電火花加工技術的進步。采用多軸回轉系統與多種直線運動協調組合成多種復合運動方式，以適應不同種類工件的加工要求，擴大了數控電火花加工的加工範圍，提高其在精密加工方面的比較優勢和技術效益。數控電火花加工機床可利用多軸聯動很方便地實現傳統電火花機床難以加工的復雜型腔模具或微小零件的加工，如三維螺旋面、微細齒輪、微細齒條等。目前模具企業采用數控電火花加工基本采用成型電極的軸向伺服加工，但也可以巧用多軸聯動的方法來提高加工性能，如清角部位在加工可行的情況下采用X、Y、Z三軸聯動的方法，即斜向加工，避免了因加工部位面積小而發生放電不穩定的現像。模具潛伏式膠口的加工通過對電極斜度裝夾定位的設計，也可進行斜向多軸聯動加工。
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