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哈斯數控機床刀具及夾具的設置與管理

時間:2009年02月17日瀏覽:648次收藏分享:

  第一部分:工件夾具  
  首先應注意:在將任何類型的工件夾具放置在機床工作臺上之前,應確保工作臺清潔,沒有任何切屑或者其他碎屑。夾具與機床之間的切屑以及其他碎屑對二者都會造成損壞。
    卡在夾具與工作臺之間的金屬屑可能導致夾具搖晃,所加工的部件也會產生較大誤差。同時應確保工作臺上安裝的所有裝置保持清潔。   
  必須使用鏜磨油石打磨定位表面。由此可確保定位表面不會存在任何可能損壞工作臺的毛刺、勾縫。如果預備將工件夾具保留在工作臺上,應涂抹少量防銹油或者WD-40?, 避免工作臺和工件夾具生銹、腐蝕。  
  在設置哈斯CNC銑床時首先需要確定如何在機床上固定工件。銑削加工操作中有三種基本類型的工件夾具:臺鉗、夾鉗以及卡盤。在機床上固定工件的最常用方法為銑床臺鉗。為了精確加工,在設置臺鉗時必須使夾緊表面平行于X或Y軸。該操作可通過指示器實現。按照下面的簡單程序可快速、輕松測量銑床臺鉗。  
  1.在工作臺上安裝銑床臺鉗,將T形螺母以及螺栓放置到位。  
  2.緊固臺鉗右側的螺栓,只需稍稍擰緊左側的螺栓。  
  3.將磁性底座放在Z軸頭部底端的任意位置。為了確保顯示讀數精確,磁性底座應安裝在頭部的堅固部位。緩進機床軸,使指示器頭部到達臺鉗右側,位于希望測量的夾緊表面上。查看指示器的頭部,使其表盤顯示讀數,并設置零位。
  4.在整個夾緊表面上緩緩移動指示器,在臺鉗左側停止。確定臺鉗需要移動的方向,輕敲臺鉗直至指示器返回零點。注:右側螺栓緊固,臺鉗將圍繞該點旋轉。使指示器慢慢返回臺鉗右側,復位零點。慢慢返回左側,輕敲臺鉗,直至指示器顯示零點。現在應已非常接近平行位置。重復上述步驟,直至指示器在整個表面保持零點。
  5.在整個臺鉗卡爪上顯示均勻讀數后,首先緊固左側螺栓,然后緊固右側螺栓。
最后在整個表面移動指示器,確保仍然平行于機床行程。   
  提示:使用軟錘或香檳錘將夾具或臺鉗輕敲到位。使用球形斧錘或其他硬質物體可能損壞夾具。   
  確保在銑床臺鉗中定位工件時,將工件放在臺鉗中央。不應將工件的大部份懸掛在臺鉗側面。這會導致移動卡爪扭曲工件,從而大大降低夾緊力。如果您試圖在懸掛工件中鉆孔,Z軸推力可能導致工件的鉆孔點下壓,而工件的另一側上抬。如果需要在臺鉗中的工件上鉆通孔,請使用階梯形卡爪。階梯形卡爪可懸空固定工件,并離開臺鉗底部。由此可在工件下方留出間隙,以免在鉆通孔時鉆入臺鉗。如果只有硬質鋼卡爪,沒有階梯形卡爪,可在臺鉗中使用一組平行桿,固定工件,使其離開臺鉗底部。必須檢驗平行桿是否為相同尺寸,以確保工件設置平穩。  
  提示:大多數高精度銑床臺鉗都在定位表面上配有鍵槽及鍵。由于所有哈斯銑床都配有高精度T形槽,與X軸對正,因此可使用臺鉗上的鍵在T形槽內定位臺鉗。由此可確保臺鉗垂直于工作臺。如果您的臺鉗沒有配置鍵,則可使用臺鉗底板(在底部配有鍵或合銷),以便定位T形槽。在頂部,可加工一系列孔,以便將底板連接在機床工作臺上,螺紋孔可用于將臺鉗連接在底板上。在T形槽內定位底板,并用螺栓固定在工作臺上。在底板上安裝臺鉗,按照上述方法檢查平行度。現在,每次使用臺鉗時,只需在T形槽內定位底板,使用螺栓固定即可。在高精度加工中,仍然必須檢查平行度,并進行少量調整。  
  在使用夾鉗通過向下壓力固定部件時,必須確保夾鉗降低以接觸部件,返回時升高。大多數下壓夾鉗使用螺旋千斤頂或者與夾鉗上的鋸齒嚙合的鋸齒塊,來支撐夾鉗末端,即與接觸部件相對的一端。夾鉗的鋸齒端必須高于夾鉗接觸端。否則,夾鉗將接觸部件的邊緣,而非頂部。這會大大降低用于固定部件的夾緊力,并可能在部件頂部表面與側面結合處造成凹陷。如果使用螺旋千斤頂式的夾鉗,應確保螺旋千斤頂沒有直接靠在銑床工作臺上。必須使用較厚的墊片或者其他材料保護銑床工作臺。  
  提示:在生產中使用夾鉗時,應定期檢查螺旋千斤頂調整情況,以確保夾鉗螺旋千斤頂一端高于接觸端。在任何情況下,固定螺栓應盡可能靠近被夾緊的工件,以便傳遞最大夾緊壓力。  
  在需要夾緊圓柱表面時,使用安裝在機床工作臺上的3爪卡盤可能最為適合。
  提示:如果已經完成圓柱表面的加工,應在卡盤上安裝一套軟卡爪。使用端銑刀加工卡爪,直至達到希望夾緊的表面的準確直徑。應記住在加工卡爪時,必須夾緊卡盤。最好使用一塊棒料或六角螺母-只要保證卡爪緊固,并給刀具留有空間,以便切削至所需深度。
    如果您正在加工銑床臺鉗上的軟卡爪也可如此操作。臺鉗必須在執行任何加工操作之前夾緊。   
  第二部分:設置偏置   
  在許多場合下,CNC程序員都在程序中將Z軸零點設置在原料的頂部。但通常原料表面并不平坦,而且并不完全平行于任何軸。
  提示:如果你需要從原料頂部設置刀具長度偏移,而且需要獲得精確的刀具長度值,應在原料上輕輕過刀。這樣就可從平坦、清潔的表面測量刀具。您也可從用于固定部件的夾具開始設置刀具長度偏移,然后逐漸增加Z軸工件坐標偏移值,直至正值,并等于部件厚度為止。  
  在設置刀具長度偏移時,朝Z軸零點向下緩進刀具。在接近時,在刀具和工件之間插入一張紙。小心向下移動刀具直至部件頂部-盡可能靠近,但紙張仍可移動。在手輪緩進模式中切換至最小增量。在逐漸向下緩慢移動的過程中來回抽紙。您將開始感受到紙張上的拉力。按下OFSET按鍵,然后按下PAGE UP,直至到達對應設置刀具的CLNT (LENGTH) (RADIUS)頁面。  
  將光標置于GEOMETRY欄,然后向下移至正在設置的刀具編號。按下TOOL OFSET MESUR。控制設備將讀取屏幕底部記錄的Z軸絕對機床位置,并將其作為對應刀具編號的刀具長度輸入。  
  提示:在設置TLO (刀具長度偏移)時,如果按下TOOL OFSET MESUR按鈕是按下狀態,應記錄Z軸的絕對機床位置。否則,控制設備中的設置64應關閉。  
  在設置工件坐標偏移時,您必須準確的定位X軸與Y軸零點。記住,您正在測量的是主軸中心線與工件上或者夾具上的某個位置。如果測量的是工件或者夾具的邊緣,那么最常用的工具是邊緣探測器。
  邊緣探測器由兩個同心圓筒構成,用彈簧連接在一起。在使用時,將邊緣探測器放置在套爪卡盤內,稍稍偏移兩半,以便在旋轉時產生擺動。然后將部件緩緩推入邊緣探測器的擺動端。邊緣探測器將向上對中,然后突然失去同心度。
此時,沿著Z軸正向緩緩移動邊緣探測器,升高至工件上方。現在,緩進正在定位的軸,移動距離等于邊緣探測器的半徑。確保您正處于標有"WORK ZERO OFFSET"的頁面中,且光標位于G CODE (G54, 等等)欄的正確行上。使光標跨過正確的軸,按下PART ZERO SET按鈕,并確認輸入正確的欄。
  提示:如果您正在從工件設置TLO,只需要設置X和Y軸的工件坐標偏移。Z軸工件坐標偏移可通過刀具長度偏移補償。  
  提示:在使用邊緣探測器時,1000-1500 rpm的主軸轉速比較適合。  
  如果你需要找到某個孔或圓形部件的中心線,Indicol是一種很有用的工具。這是一種千分表的固定裝置。配有C形夾,可將Indicol連接至機床主軸中的刀架。Indicol還有兩個或三個可調節臂,以及末端的一個夾鉗,用于固定千分表。可調節臂可用于定位指示器,使旋轉直徑與孔徑相同。  
  為了找到孔的中心線,將指示器頭部定位在孔上方,然后手動旋轉刀架。可檢查指示器頭部的旋轉直徑是否與孔徑大致相同,確定當前位置的偏心度。調節X 和Y 軸,在將指示器向下移入孔中之前,盡可能靠近。一旦靠近,緩緩下降Z軸,使指示器頭部進入孔中,調節臂,使指示器顯示讀數。旋轉指示器,使其接觸四個象限中某個象限的表面(X+, X-, Y+,或者Y-)。現在,設置指示器零點,并旋轉180度。指示器的移動距離是軸的調整距離的二倍。如果您的指示器在負向上移動0.016,則軸在正向上的緩進距離為0.008。   
  現在,指示器旋轉90度,然后復位零點。指示器旋轉180度,找到其他軸需要調整的距離以及方向。記住,為了找到孔的中心線,指示器移動的距離是軸緩進距離的二倍。對于較小的孔徑,這個操作程序比較困難,但非常精確。在每一個軸中,您可找到孔的精確的中心線,誤差不超過0.0001英寸。
  提示:在查找孔以及圓形部件的中心線時,同軸指示器可節省大量時間。該指示器安裝在套爪卡盤內,在主軸旋轉過程中使用。制造商聲稱這些指示器可用于高達800 rpm的轉速,但是50到100 rpm范圍比較理想;如果主軸轉速過高,很難分辨哪一根軸需要調節。固定臂可在主軸旋轉過程中使指示器表面保持靜止。每一次旋轉主軸,指示器表盤都將顯示其偏心度。您只需在觀察指示器的運動時緩進機床軸即可。即使指示器的偏心度高達0.250英寸也可啟動旋轉,而且在幾秒內即可完成調節,因此節省了時間。
  第三部分:刀架  
  選擇適當的刀架與選擇適當的刀具同等重要。對于所有加工場合,應盡可能選擇最短的刀架。此外,刀具在刀架中的設置應盡可能增加距離。
    這樣可增加刀架對刀具的夾持力,并減少振動。主軸頭部與刀尖的距離越短,整個裝置的剛性就越好。在切削時,增加剛性意味著振動更少。哈斯自動化機械公司建議轉速高達10,000 rpm或者更高的刀架的平衡應符合G2.5或者更高要求(在最高轉速下)。您可使用預平衡的刀架,但在刀架中安裝刀具時應再次平衡。
    刀架中的刀具應被提供充分的支撐,只有少部分沒有支撐
  提示:平衡刀架只會改善加工狀況。可延長主軸以及刀具的使用壽命,還可改善部件表面質量以及尺寸精度。如果安裝刀具的刀架平衡不符合G2.5規范要求,可能產生較差的工件表面質量,并損壞主軸。  
  提示:如果要求主軸轉速超過10,000 rpm,而且必須平衡刀架,那么不應使用配有固定螺絲的端銑刀架。由于固定螺絲產生單向夾緊力,因此端銑刀架無法使刀具正常運轉(與主軸同心)。最適合高速應用的刀架為收縮配合刀架,套爪卡盤(配有平衡螺母),以及夾頭或者液壓夾頭。這些刀架可在刀具上產生均勻的夾緊力,因此TIR 幾乎為零。  
  提示:對于高速加工,圓柄刀具不應帶有Weldon平面。Weldon平面會由于重量分布不均勻導致失去平衡。從刀架中延伸出的刀具長度應盡可能短。   
  第四部分:切削刀具   
  在選擇切削刀具時,首先應考慮需要執行的操作。這里簡單介紹了銑削操作中最常用的基本刀具。
  鉆頭   
  鉆頭用于在工件上加工圓柱形孔。鉆孔可以是通孔或者盲孔。盲孔是指沒有完全貫穿工件的孔。通常,工程圖紙上都會規定某個鉆孔需要鉆至“外徑深度”。這表示孔徑必須為規定深度,不考慮鉆頭的斜角頭部。在測量刀具長度偏移時,所測量的是鉆頭及其頭部的長度。那么鉆孔的深度應該達到多少才能獲得正確的外徑深度?您需要知道鉆尖的長度。
  提示:鉆尖的長度取決于刀鋒角以及鉆頭直徑。鉆頭直徑乘以某個常量即可得到鉆尖的長度;常量的值取決于鉆尖角度(大多數標準高速鋼鉆頭的鉆尖角為118度)。   
  對于鉆尖角為: 118度 135度 141度   
  鉆頭直徑乘以: 0.3 0.207 0.177   
  使用這些常量可計算鉆尖長度,誤差只有千分之幾英寸。  
  中心鉆   
  中心鉆是一種小型鉆頭,配有引導點。用于加工小徑孔,孔壁帶有錐度。  
  如果孔的位置必須保持較小公差,應首先使用中心鉆,然后使用麻花鉆光整孔。中心鉆孔錐形壁面可保持麻花鉆在開始鉆入工件時對正。   
  提示:許多機床都使用這種經驗方法:如果中心鉆孔的直徑公差不重要,應盡可能增加鉆孔深度。在0.375英寸直徑以下,使用標準60度中心鉆孔加工的孔徑將接近鉆孔深度。對于較大的中心鉆 – 0.375英寸或者更大 – 深度與直徑比例更大,因此偏差可能達到0.080至0.100英寸。  
  擴孔鉆   
  擴孔鉆用于去除鉆孔中的少量材料。擴孔鉆可使孔徑公差達到極小范圍,并可獲得極高的表面質量。首先應鉆孔,在孔壁面保留0.005至0.015英寸余量,然后由擴孔鉆清除。
  提示:在擴孔時,孔的尺寸以及位置精度的最佳狀態是按照下列步驟操作:首先鉆孔,然后鏜孔,最后擴孔。  
  提示:擴孔的余量取決于孔徑。一般情況下:   
  對于孔徑小于1/2"的孔   
  對于孔徑大于1/2"的孔   
  直徑余量低于0.0150"   
  直徑余量0.030"
  工件材料的類型以及孔的加工方法都會影響加工余量。  
  提示:在使用G85 (鏜入,鏜出) 固定循環進出擴孔鉆時,可加工出精度最高,最均勻的表面。許多人都試圖使用G81 (鉆孔)固定循環節省時間,該循環將刀送入后,快速退出。其加工速度超過G85,但通常會在孔的圓柱形表面上產生螺旋痕跡。盡管這種痕跡非常輕微,而且不會影響孔的尺寸,但某些客戶會因為孔的外觀而拒絕接受。
  絲錐   
  絲錐用于在鉆孔內加工螺紋。   
  注:在使用銑床攻絲時必須特別小心。   
  提示:如果您使用可執行剛性攻絲的機床,進給速度(英寸每分)=螺距×轉/分。
此外,攻絲尺寸不得超過1.5 x絲錐的外徑。如果接觸長度超過緊固件直徑的1.5倍,螺紋連接的強度將不再增加。如果您需要增加螺紋深度,首先使用機床攻絲,然后手動攻絲至最終深度。如果深度超過1.5 x孔徑,絲錐斷裂的可能性會大大增加。切屑控制較為困難。在盲孔攻絲時,必須盡可能鉆至最大深度,以免在絲錐下方擠壓切屑。使用螺旋槽絲錐可將切屑帶出螺紋孔。為了進一步減少攻絲的困難,應確保所有需要攻絲的孔內沒有切屑,并使用專用于所加工材料的攻絲液。   
  提示:螺孔鉆尺寸為特定絲錐規定的孔徑。對于75%有效螺紋而言,用于確定正確鉆孔尺寸的公式為:   
  D – 1/N,其中   
  D = 絲錐外徑   
  N = 每英寸的螺紋圈數   
  75%螺紋深度的螺紋孔,強度只比100%螺紋深度的螺紋孔低5%,且切削力只需1/3。  
  端銑刀   
  端銑刀的形狀類似于鉆頭,但底部平坦。主要用于刀具側面切削,加工工件的輪廓。  
  提示:在使用刀具補償功能(G41 以及 G42)編程,進行端銑刀輪廓切削或者型腔刀具軌跡時,調節加工部位尺寸非常靈活。使用刀具補償功能可調節原料的切削量。端銑刀磨損時,少量偏移調節可確保每一個部件都有相同的尺寸。您還可使用不同尺寸的刀頭,讓機床沿著原來設置的刀具路徑切削出相同的部件尺寸。   
  圓鼻端銑刀   
  圓鼻端銑刀與普通的端銑刀相同,但在凹槽與端銑刀底部相交的彎角處有一半徑。該半徑最大可達到刀具直徑的一半。
  提示:圓鼻端銑刀在加工壁面與底面之間的圓角時非常有效。而且可提高端銑刀的強度。在加工硬質材料時,標準端銑刀的尖角容易碎裂,而且磨損速度比圓鼻端銑刀更快。圓鼻端銑刀的半徑在切入工件時更為緩和。
  球銑刀   
  球銑刀是一種圓角半徑正好等于刀具直徑一半的圓鼻端銑刀。這使得刀尖的形狀正好為球形。還可像端銑刀一樣用刀具的側面切削。   
  提示:球銑刀的主要用途是加工放樣曲面。
刀具的球形輪廓能夠沿著任何起伏表面移動,并可沿著刀具的“球狀末端”切削任何位置。由于球能夠在表面上滾動,因此球銑刀可用于切削任何此類表面。   
  嵌齒端銑刀   
  嵌齒端銑刀與標準端銑刀相同,但配有可更換的硬質合金刀片。   
  提示:嵌齒端銑刀用于在更高速度下切削硬質合金之外的金屬。這種刀具的直徑范圍很廣,能夠實現更大深度的切削。這一點非常有用,但在使用這些刀具時,最好計算切削所需的功率。在哈斯控制設備上,這只是小菜一碟:在前面板上有一個按鈕標有“HELP/CALC”。按下該按鈕可打開幫助菜單,再次按下可打開計算器功能。使用PAGE UP/PAGE DOWN按鍵可在下列三個頁面之間滾動:三角學幫助,圓形內插幫助,以及銑削幫助。每一個頁面在左上角都有一個簡單的計算器。在銑削幫助頁面上,可求解三個方程:   
  1. SFM = (刀具直徑[英寸]) * RPM * 3.14159 /12   
  2. (切屑載荷[英寸]) = (進給速度[英寸/分]) /RPM /槽數   
  3. (進給速度[英寸/分]) = RPM /(螺距)   
  在使用這三個方程時,您可輸入已知參數,控制設備將計算并顯示剩余的未知數。在計算切削所需功率時,必須輸入RPM,進給速度,槽數,切削深度,切削寬度并從菜單中選擇某一材料。如果更改上面的任一數值,計算器都會自動更新切削所需功率。  
  選擇刀具時下一步需要考慮的是切削的材料。在金屬加工行業中最常見的切削材料可分為兩類:不含鐵與含鐵材料。不含鐵材料包括鋁和鋁合金、銅和銅合金、鎂合金、鎳與鎳合金、鈦與鈦合金。普通的含鐵材料包括碳鋼、合金鋼、不銹鋼、工具鋼,以及含鐵鑄造材料例如鑄鐵。不含鐵金屬比較軟,容易切削,但鎳與鈦除外。含鐵金屬通常較硬,難于切削。   
  在選擇刀具時,刀具材料是最重要的考慮因素。大部分上述刀具都采用三種基本材料:高速鋼、硬質合金以及硬質合金嵌齒。幾乎所有這些基本刀具材料都可用于切削各種材料。區別只在性能。高速鋼刀具的硬度非常高,但耐磨性較差。硬質合金的耐磨性非常好,但容易碎裂。硬質合金適合在較高轉速和進給速度下切削材料,但價格更貴。硬質合金嵌齒刀具非常適合大批量生產場合,因為每一個嵌齒上都有多個切削邊。某個切削邊磨損后,您可分度至另一個切削邊,在所有切削邊都已用過之后,只需更換嵌齒,而非整個刀具。


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