在精密,、超精密機床結構設計中，材料的應用對機床性能的影響是決定性的,。通過大幅減少機械零部件質量和增加剛度和阻尼來使結構獲得優(yōu)良的靜態(tài),、動態(tài)和熱德定性能正在成為在技術和成本效益兩方面取得完笑結合的唯一途徑,。多孔金屬新紐材料擁有眾多優(yōu)點.如超輕的結構、優(yōu)秀的機械阻尼特性,、良好的熱皿控制能力以及優(yōu)良的比剛度和比強度,，隨瀚現(xiàn)代科技的發(fā)展，其制造成本也大幅降低,。多孔金屬的引人為機床復合結構設什帶來了新的挑戰(zhàn)和更多的機會 多孔金屬具有高孔隙率的特點,，其徽結構按規(guī)則程度可分為無序和有序兩大類，其中無序多孔金屬又包括開孔金屬泡沫和閉孔金屬泡沫,，其孔徑最小可至微米級甚至納米級,。通常，金屬泡沫單位體積的質,，僅是實體材料的1/10或更輕,，且不同構型的徽觀結構對材料的力學及其他物理特性有若顯著的影響。因此,，從1995年開始,，美國國防高等研究署(DARPA)和海軍研究局(ONR)共同資助哈佛大學,、劍橋大學和麻省理工學院開展有關金屬泡沫結構的大型項目，用以研究泡沫金屬的制備,、性能及應用,。德國在1999年也啟動了在政府和汽車、機床制造商支持下的由幾十所大學,、研究所參加的有關泡沫金屬材料的大型研究項目.側重于這些材料在機床,、汽車工業(yè)中的應用川。在我國,，超輕金屬泡沫的基礎研究也逐漸受到重視和發(fā)展,，并取得了相當?shù)难芯砍晒?添加相變材料的金屬泡沫復合結構可有效減輕結構的質量，并具有良好的熱態(tài)特性,，其利用相變材料(PCM)的熱特性—物質在相變階段吸收成釋放一定的相變潛熱而沮度保持不變.使構件維持在相變溫度附近,，近似恒退。
近年來,，紡織行業(yè)發(fā)展迅速,，對紡織機械提出了更高的要求。團織機是現(xiàn)代紡織機械的一個重要組成部分,。目前,，國內圈織機生產廠家能夠生產該設備上的絕大多數(shù)零件，但在加工一些關健零件的工序中,，缺少專用設備,，這樣就造成生產效率低，生產成本高,，影響了企業(yè)產品的競爭力,。支架是圓織機上的關健零件，每臺圓織機上要安裝多個支架,，支架上有一個半回弧結構要加工.如圖1所示,，所要加工的圓弧半徑為R6.類似的半圓弧還有R3, R4,RS、R7等幾種規(guī)格,。 目前,，在國內回紡機生產企業(yè)中，該半圖弧基本上是在通用銑床上加工,加工效率低,。因此,，針對該道工序開發(fā)一種全自動專用半四弧銑床，自動完成工件加工,，可縮短零件加工的輔助時間,，降低工人勞動強度，提高該道工序的加工效率,。1半圓弧專用鐵床的結構 半圓弧專用銳床主要分為5部分:床身,、主軸,、進給系統(tǒng)、送/出料系統(tǒng)和控制系統(tǒng),，如圖2所示,。2半圓弧專用鐵床的工作原理 半圓弧專用銑床的工作流程如圖3所示。從上下料到機床進給加工,，都是自動進行.不需要人工千預,。為了使機床加工穩(wěn)定不出錯.一共設工了，個判定項目,，一且有1個地方判定為似，機床就會報替停機,，直到錯誤被解除,，才能重新開機加工，否則使不能加工,。 開機前,，根據(jù)被加工零件的規(guī)格對設備進行相應的調整:更換料倉、更換夾具,、調整名向絲杠和名向絲杠等項目,。圖3專用半圈弧銑床工作流程
微量潤滑(Minimal/Mimimum Quantity Lubrica-Lion, MQL)是將壓縮空氣與極微量潤滑液混合氣化后，高速噴射到加工區(qū),，從而使刀其/切屑接觸區(qū)得到冷卻和潤滑.大大減少刀具/切屑和刀具/加工表面間的摩擦,，起到降低切削溫度、減小刀具磨損,、提高加工效率和加工表面質量的作用,。如采用傳統(tǒng)濕磨削加工，每1mm寬的砂輪就需要1L/min切削液,，而采用MQL技術通常只需要30一100 mL/h,，約為i切削的數(shù)萬分之一。由于使用潤滑液極少,，加工后的刀具,、工件和切屑都很干燥，避免了后期的處理,，清潔干凈的切屑經過壓縮后即可回收使用.完全不污染環(huán)境,。 MQL技術主要包括氣霧外部潤滑和氣霧內部冷卻兩種方式。氣霧外部潤淆方式就是將切削液送人高壓噴射系統(tǒng)并與氣體混合霧化.然后通過一個或多頭噴嘴將霧滴尺寸達毫,、徽米級的氣霧噴射到加工刀具表面,，對刀具進行冷卻和潤滑。氣霧內冷卻方式是通過主軸和刀其中的孔道直接將冷卻氣霧送至切削區(qū)域,，進行冷卻和潤滑,。根據(jù)加工需要.可將兩種潤滑方式配合使用,，以獲得******冷卻潤滑效 MQL技術以其良好的減摩潤滑性能已廣泛應用于鋁合金、高強度耐熱鋼,、認合金和高沮合金等材料的車,、銑、磨,、鉆及餃孔等多種切削加工工藝,。 DHAR等對AISI-4340鋼的MQL車削試驗表明:與干式和傳統(tǒng)澆注冷卻相比,MQL更好地低了切削溫度，通過改善了刀其和切屑的接觸環(huán)境,，維持了刀具的鋒利,，取得了相對較好的車削性能;同時MQL減少了刀具磨損、提高了刀具使用壽命,，具有更好的表面質量,。
在數(shù)控銑床銑削加工中使用立銑刀銑削平面，通常需要銑刀來回多次走,，一個來回為一個循環(huán),，可用子程序來編程。下面以30立銑刀銑削100 x 100平面為例(見圖1),，參考程序如下: 參考程序O0001;(主程序) //主程序名G54 G90 G40; //建工件坐標系,，程序初始化G0Z100; //快速定位至安全高度M3S600; //啟動主軸X一70Y一50M8;//XY向快速定位至循環(huán)起點Z2; //Z向快進至工件上方2 mmG1Z一1F200; //下刀M98P11L3; //3次調用子程序O0011G90G0Z100; //抬刀至安全高度X0Y200 //工作臺靠近操作工M30; //主程序結束O0011;(子程序) //子程序名G91 X140 ; //向右銑Y20; //向前移刀X一140; //向左銑Y20; //向前移刀至下一循環(huán)起點M99; //子程序結束并返回主程序說明: (1)銑平面下刀動作放在主程序，子程序為水平走刀動作; (2)每行銑削刀具起點,、終點宜靠近工件邊緣(X一70); (3)避免滿刀全覆蓋切削,，首末次走刀刀具邊沿縱向伸出工件大于(1/3 --1/4)刀直徑(Y -50); (4)走刀行距控制在0.50一0.90倍刀具直徑，保證平面質量( Y20)
(1)數(shù)控銑床的滾壓頭與連接桿中間采用萬向連軸節(jié)連接,，以免不同心影響滾壓效果,。 (2)滾壓過盈量根據(jù)實際試驗數(shù)據(jù)，以******效果為依據(jù)來調整滾壓頭外徑,。實際選擇的過盈量為0.04一0.06 mm, (3)滾壓前要將鐵屑清掃干凈,，內孔擦干凈，冷卻潤滑液中不能混有鐵屑,。 (4)滾壓過程中應保證充分地,、不間斷地供給冷卻液，冷卻液成分是75%的30號機油,、20%的柴油,、5%的硫化石蠟。 (5)數(shù)控銑床在滾壓過程中途不能停車,，因為停車會使塑料擠出機螺桿筒冷卻而將滾壓頭卡住,，損壞工具和加工表面，如果在加工過程中，被迫停車,，或者已經出現(xiàn)滾壓頭卡住現(xiàn)象時,，可慢慢啟動數(shù)控銑床再繼續(xù)滾壓。
隨著柔性加工技術的迅速發(fā)展,，各式立,、臥加工中心的大量普及應用，通過加工中心配套各式夾具和A,B附加軸,，使得加工中心的加工范圍不斷擴大,。同時由于加工中心是系列化的標準機床，所以有其自身參數(shù)限制,。如X,Y,Z三軸的行程,，A軸回轉范圍,B軸回轉半徑，A,B軸流體通道數(shù)目,，最重刀具,，最長刀具等。下面介紹一種安裝在臥式加工中心B軸上用于加工四缸機體前,、后端面，左,、右側面孔系的自動液壓夾具,。1夾具方案概述1.1夾具任務要求 (1)被加工工件為直列四缸機體。采用一面兩銷方式定位,，即機體底平面及其上兩個工藝銷孔,。加工內容:左、右側面和前,、后端面孔系鉆,、擴及攻絲。 (2)臥式加工中心與物流滾道為旁通式布置,，要求上,、下料采用人工方式(不允許吊裝)。 (3)夾具安裝在B軸轉臺上,，B軸旋轉范圍為0-3600,。夾具要求實現(xiàn)夾緊、檢測自動化,。1.2夾具方案 夾具總圖見圖1,。由圖1可以看出夾具主要有過渡盤、夾具體,、夾緊系統(tǒng),、定位系統(tǒng)、上下料輸送、有料檢測系統(tǒng)等組成,，工件定位采用一面兩銷方式,，主定位面采用固定3點。夾緊點與定位點位置重合,。動力部件采用液壓驅動,，主要有3組夾緊油缸、I組輸送油缸,1組中間抬起油缸,、1組側面推靠油缸,。檢測采用氣動檢測，檢測內容有夾具有料檢測,、主定位面可靠定位氣隙檢測,，夾緊到位檢測。1.3夾具的動作循環(huán) 中間油缸將上,、下滑板抬起,，輸送油缸將上滑板移動到滾道上料位，人工將工件橫向推裝到上托板,，夾具有料氣檢發(fā)令,，輸送油缸將上托板返回原位，側面推靠油缸輕推工件,，側面推靠油缸返回,，中間油缸落下(工件插銷)，夾緊工件,，主定位面氣檢合格,，夾緊到位氣檢合格，完成工件夾緊,。待加工工序內容完成,，工件松夾，進人下個循環(huán),。2夾具主要特點 這臺夾具除具有一般夾具保持加工精度,，良好的強度，剛度和結構工藝性,，排屑順暢等特點外,，還具有以下特點:2.1雙層上、下料裝置 為適應人工推裝上,、下料要求,，將上、下料裝置設計為可升降雙層滑板機構,，下滑板通過3個導向柱在夾具體上定位,，升降高度由中間油缸行程控制，中間油缸安裝在夾具體回轉中心上，活塞桿端與下滑板相連接,。中間油缸行程應滿足上滑板抬起高度高于夾緊機構松夾時的最高點,。上滑板通過直線導軌副與下滑板定位連接，上汾板水平運動由輸送油缸驅動,。2.2過渡盤設計 B軸流體通道一般以回轉軸為中心環(huán)行布置,，而夾具上對流體通道的需要是根據(jù)定位夾緊等需要排布，規(guī)則性較差,，一般通過在夾具體鉆各種輔助孔實現(xiàn)流體通道的聯(lián)系,。對于流體通道較少和夾具體結構簡單的夾具，容易實現(xiàn),。在這臺夾具上需要流體通道為11個,，并且要將3個夾緊油缸的進出油孔并聯(lián)，3個夾緊油缸夾緊到位檢測孔并聯(lián),。如此大規(guī)?？紫导庸ぴ谛螤罱Y構比較復雜的夾具體上不易實現(xiàn)。所以在夾具體和B軸轉臺間設計一1個過渡盤,，通過過渡盤內分層孔系和垂直孔系,，將B軸規(guī)則的流體通道和夾具不規(guī)則的通道需要相統(tǒng)一，使得加工制造變得容易,。夾具體與過渡盤之間采用坐標銷孔定位,，減小因增加過渡盤而引人的誤差，使夾具精度滿足加工要求,。2.3輸送定位與夾具定位的銜接 這臺夾具首先將工件定位在上滑板上，然后通過其下落將工件定位到夾具上,，因此有定位銜接問題,。工件在上滑板上采用三面定位方法定位。主定位面推裝工件的基面,、第二定位面為推裝到位的定位面,、第三定位面為圓定位銷側的輸送導向面。為方便推裝工件,，導向面距工件前,、后端面有0.5一I mm的間隙量。因此使工件在第三定位面定位狀態(tài)不良,。為此,，在工件落下定位前采用推靠油缸推靠，使其在第三定位面上良好定位,，此時第二,、三定位面與夾具定位銷中心距分別大于各自與工件銷孔中心距0.050.1 mm。夾具定位銷采用圓錐銷頭設計，工件下落時可引正工件位置,。有效保護定位銷,，提高定位銷使用壽命。3結語 這臺夾具已成功應用于生產實際,，具有操作簡單方便,、安全可靠、故障率低和精度保持能力強的特點,。對B軸安裝夾具的設計具有一定的參考價值
2.3外部件優(yōu)選措施 通過故障分析可知,，公司目前生產的臥式加工中心的很多故障是由于外購件的質量不好造成的，因此,，須建立嚴格的外購件優(yōu)選制度,，對關鍵外購件和故障率較高的外購件進行嚴格的篩選和質橄控制，降低外購件的故障發(fā)生率,。具體采取的措施主要如下: (1)建立外購件供應商信息庫,，對供應商信息進行集中管理，劃分等級并定期進行等級評定,，根據(jù)評定結果對供應商實施晉級,、降級或淘汰。 (2)針對故陣率較高的外購件(如檢側開關,、電磁閥,、油管、管接頭,、照明燈等),，對其供應商從工藝裝備、技術水平及檢測手段等方面逐一進行質量認證,，對不具備條件的供應商取消其配套關系,。 (3)對關鍵外購件和故津率較高的外購件供應商進行嚴格的質I監(jiān)份，采購部門與質量保障部門對其產品制定詳細的驗收標準,、臉證方法及臉證時間(周期)等,，每年不定期進行質f檢查，對不合格者取消其配套關系,。 (4)所有外購件在到貨后及裝配前,，均應進行嚴格的質量檢臉，合格后方可人庫及進行裝配,，對于關健外晌件和故障率較高的外購件應重點檢查,。2.4建立早期故陣試驗制度 目前，某些臥式加工中心可靠性水平偏低的原因之一是未能有效地排除早期故障,。欲提高臥式加工中心的可靠性,，除在機床設計,、制造、采購方面采取有力措施外,，在產品出廠前必須進行嚴格的早期故障試驗,，以排除機床早期故障，避免早期故障帶到用戶現(xiàn)場,。具體采取的措施主要如下: (1)建立刀庫系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)的可靠性試臉臺,，總裝前對其進行可書性試驗，確保刀庫系統(tǒng)和主軸系統(tǒng)具備較高的可靠性,。 (2)電氣柜在總裝前,，進行公路顛簸試驗，消除其松,、脫,、虛焊等隱患。
主軸及冷卻套都是高精度零件,，因此在加工工藝上，裕要從材料的選擇,、熱處理的應用,、加工方法的優(yōu)化等方面進行深人的研究，才能保證其高精度的要求,，并能很好地運用于生產實踐中,。材料及熱處理 (1)主軸的材料選用二次電渣重熔優(yōu)質氮化鋼38CrMoAIA，對材料的各種化學元素特別是鋁元家的含量要進行檢驗.以保證氮化硬度,。通過零件切片檢驗,，對零件的金相組織和均勻性進行檢查。為減小零件在加工過程中的變形,，需要預先熱處理調質,，在粗加工后高溫消力，半精加工后中溫消力,，******限度地消除加工過程中的內應力。梢磨工序之間,，為保證精度的祖定性.安排了兩次定性處理,。 氮化工序是主軸硬度得以保證的關健，因此對零件的裝爐溫度,、裝爐方式,、保沮時間、氛分解率,、退氮,、降沮及零件的出爐溫度等作了細致的規(guī)范,，氮化過程中進行3次試片抽取檢臉.確保氮化工序的質量。目前已達到以下標準:硬度HV950以上(國家標準規(guī)定HV450~HV850),，表面脆性1級(國家標準規(guī)定2級),。 (2)冷卻套材料采用優(yōu)質合金結構鋼42CrMo,為減小加工過程中的變形，采用了預先熱處理正火.在粗加工后高溫消力.半精加工后中溫消力,，然后進行淬火.以保證冷卻套表面硬度要求;精磨工序中,，采用二次油煮定性的方式，******限度消除加工時的內應力,，保證精度穩(wěn)定性,。精密加工 (1)主軸加工時易產生變形.尤其是精密磨削產生的變形會直接影響其尺寸精度及形位公差，因此在加工過程中采用多道磨工序和熱處理來保證外圓圓柱度0.001 mm,、表面粗糙度瞥的要求,。為減小精磨工序加工的變形，設計了專用工裝夾具進行了砂輪速度,。.,、工件速度氣和進給速度的匹配(理論依據(jù)見下述公式)，還進行了磨削溫度的監(jiān)控,，磨削系統(tǒng)旅振,、磨削液的優(yōu)化匹配，并器在恒溫條件下進行加工,，以保證主軸的尺寸精度,、形位精度和表面粗糙度。 (2)冷卻套外圓的磨削采用專用磨心軸裝夾使加工變形小,，專用磨心軸以中心孔為定位基準,，使基準統(tǒng)一，并對砂輪的粒度,、進給盆,、轉速做了相應的規(guī)定和優(yōu)化，確保加工質量,。
硬質合金鉆頭很硬且很脆,，極易在刃磨時產生裂紋，常見的裂紋形主要有熱裂,、振裂,、崩裂和爆裂，并以網狀裂紋為主要形式,。這種裂紋將使刀具的強度降低一半以上,，嚴重影響切削性能。根據(jù)作者在企業(yè)從事過近三年鉆頭刃磨的工作經驗,，總結出裂紋產生的原因主要有以下幾方面: (1)砂輪自銳性能差,。砂輪的自銳性能差,，被磨鈍的磨拉不能及時脫落下來，砂輪失去了應有的切削能力,，磨削條件就會變得惡劣,，砂輪與硬質合金鉆頭被磨削表面之間的摩擦加劇，磨削產生高熱量,，又 (2)砂輪校度的選擇,。砂輪粒度的大小影響鉆頭前、后刀面的表面粗糙度和切削刃的平直性,。粗粒度砂輪切削力大,，易磨破刃口，造成鋸齒形切削刃,，并且使前,、后刀面粗糙;細粒度砂輪切削力較低。能獲得較高的表面粗糙度,，但磨削效率低,。如使用so號砂輪刃磨刀具，則被刃磨部位表面粗糙度較大,，刃口有微小崩塊,，造成輕微的鋸齒形切削刃，質盆達不到要求,。 (3)振動,。硬質合金硬而脆，且忌震動,，如果鉆頭柄部太長,，使得剛性不足.或者刃磨機砂輪主軸的軸向和徑向跳動過大、刃磨過程震動不止,，都會使被磨削部位產生裂紋,。 (4)鉆頭的質址。鉆頭自身存在顯徽裂紋,、細孔或孔洞等難檢側出的內傷缺陷,，鉆頭本身結構不對稱，或者在開螺旋槽時形成了內拉應力,，以及鉆頭在工序間轉運過程中的碰撞等因家,，都會造成裂紋。 (5)磨削的技能工藝,。使用手工刃磨鉆頭時,，刃磨人員的技能水平也會對裂紋產生重大影響,。如果人工壓向砂輪的力超過98一147 N,，則相應刃磨的進給量大大增加,，使刀具被刃磨部位溫度升高，可達200-300℃,，造成熱裂現(xiàn)象,。根據(jù)某公司精密加工中心手工刃磨的多次試驗，得出以下結論:一次往復進給憊不超過0.02 -0.03 mm,，壓向砂輪的力不超過25 -30 N時,，鉆頭的被刃磨部位不會產生熱裂現(xiàn)象。此外,，砂輪的旋轉方向與刃口的磨削方向不對,，前角與后角的刃磨順序不妥，都將使刃口產生崩刃,，在鉆頭的刀尖上,、主副切削刃上、前刀面上,，都有可能產生細微的碎裂狀崩刃,。
機床靜剛度是指“切削力，與由該力所引起的刀具和工件之間相對位移的比值,。由于機床是由許多部件組成的,，各部件在切削力的作用下都要變形，這些變形都會導致刀具和工件之間的相對位移,，故位移量是綜合量,。也就是說機床剛度不能用某個零部件的剛度來評定，而是指整臺機床在切削力的作用下抵抗變形的能力,。但是在各基礎零部件中,，由于刀具本身是懸臂結構，使得主軸系統(tǒng)的靜剛度占整機靜剛度的比重較大,。因此,，主軸系統(tǒng)的精剛度可作為評定機床質最的一項重要指標，其大小將直接影響加工精度,。同時,，由于靜剛度對系統(tǒng)的杭振性、動剛度及自激振動穩(wěn)定性極限等有直接影響,，并且會影響到零件的加工效率與表面質量,，因此，測最和評估數(shù)控機床主軸系統(tǒng)睜剛度是研究機床動態(tài)特性,、改獸機床動態(tài)結構和合理選擇切削工藝參數(shù)的基礎1加工中心主軸系統(tǒng)靜剛度模型 加工中心主軸靜剛度是指刀具與工件間在切削敏感方向產生單位變形所需力的大小,。它是機床主軸系統(tǒng)抵抗外力變形的能力，是評價機床加工精度和加工效率的一個重要指標,。實際加工中,，在切削分力F x,Fy, Fz作用下,，刀具、夾頭及主軸將分別產生微小偏差,，包括位移偏差和扭轉偏差,，這些偏差在切削點處將會給加工帶來精度下降、表面粗糙度惡化等不利影響,。若能梢確側定工藝系統(tǒng)剛度,，對認識機床的加工能力.改進工藝系統(tǒng)的結構.進而提高機床加工精度和加工效率有著重要作用