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从模拟镗头到数字镗头

日期:2014-11-27 11:32:06 浏览次数:

想一想数控加工设备的数字化界面,以及加工时操作人员与机床设备的人机交互。机床操作者利用小键盘和计算机来运行加工程序,并用数字量具和坐标测量机来测量零件。根据定义,CAD/CAM工作是以数字化方式来完成的。机床数控系统采用的是数字显示屏。大多数刀具预调仪(即使是没有视觉测量系统的简易型预调仪)的显示屏都是数显屏。孔径量规(无论是气动量规还是三点接触式量规)都是数字式量规。虽然一些老前辈偶尔还会炫耀一下内径千分尺的用法,但为了提高测量速度和精度,大多数测量设备都已实现了数字化。

数字已成为金属切削加工的通用语言。数字化的主要优势是具有更高的精度。数字读数不会产生主观误差。而正是这一优势使数字镗头应运而生。虽然近十年来,数字镗头已发展成为一项成熟技术,但迄今为止,仍然远远没有普及应用。

通过在镗头上增加一个能清晰显示镗孔直径增量变化的数字显示窗(DRO),数字镗头就能弥合数字测量技术与现有镗刀系统之间的技术差距。因此,当操作人员对被加工孔进行测量,并在其测量装置的DRO上读出孔径偏小0.01mm时,他只需将镗头数显窗清零,并将数字显示的直径读数值调节到“+0.01mm”即可。

对于公差要求极为严格的镗削加工,模拟式孔径微调系统的缺点是人为出错的几率相对较高(尤其是当调节孔径的拨盘细分值达到0.013mm时)。此外,当需要对该细分值作进一步细分时,游标尺标记系统会使孔径的调节复杂化。此时,为了实现孔径的微调,操作人员并不只是将拨盘从一个细分值拨到另一个细分值,而是必须同时跟踪两套不同的标记系统,这样很容易出错。

当然,使用数字镗头时,操作人员也有可能将读数值中0的个数搞错(如将0.0005误看成0.005),但出现这种失误的几率要远远小于在没有读数窗的模拟镗头上通过拨盘标记调节孔径时出错的几率。

不过,模拟镗头技术还不会就此 寿终正寝,因为对于大部分精度要求较低或中等精度要求的镗削加工来说,模拟镗头仍然非常有效。总体来看,目前只有极少数加工车间迫切需要向数字镗头升级转型,而大多数加工车间还需要很长时间才会步其后尘,因为数字镗头的成本要比模拟镗头高60—80%。

尽管如此,随着老式镗头到了需要更换的报废期,以及更多操作人员逐渐习惯了数字镗头调节孔径的优点,在一些数字镗头的优势特别明显的加工领域,最终将会出现向全部采用数字镗头转型的转折点。但是,这种变化并不会仅仅因为这是行业发展方向而很快发生。

 

                              图1 在金属切削和机械加工中,数字已成为真正的共同语言,这一事实迟早会对数字镗头的选用产生影响

数字镗头的优势

显而易见,数字镗头比模拟镗头更易于使用。对于公差要求非常严格的镗削加工,数字镗头清晰显示切削刃实际位移量的能力意味着操作者无需因担心回程误差而不断进行精度校验。虽然将度盘螺钉或调节环转动到某个特定刻度的套筒螺钉调节方式精度相当高,而且仍然具有可行性,但如果对镗头维护不当,也有可能产生回程误差。

回程误差是指孔径调节输入量与镗刀座实际输出量之差。操作者在一个已磨损或使用不正常的模拟镗头上转动调节环或拨盘时,有可能在刀具预调仪上看不到镗刀切削刃有任何直径变化——即使调节环已转动了几个位点,或拨盘已转过了几个刻度。

虽然刀具预调仪对于镗刀的初始设置必不可少,但镗削加工往往还需要通过试切进行调试,这种精确调试是将镗刀装到机床主轴上完成的。如果镗头存在回程误差,操作者就要对在机床主轴上调试镗刀的结果保持警惕。这种在机调试方式比较耗费时间,如果镗杆在机床主轴上的夹持位置与其在预调仪主轴上的夹持位置不完全一致,调试精度也可能会大打折扣。

由于数字镗头系统是直接测量镗刀座的位移量,因此调节输入机构本身对其没有太大影响,操作者总是能从数显屏上获得真实的直径读数值。它无需测量通过调节环或拨盘输入的刀座名义位置——数显屏显示的是刀座的真实位移距离。

 

                                   图2 Kaiser310 EWD系列数字镗头的测量系统能显示刀座的精密直线运动,可实现0.001mm的孔径调节

不会影响易用性

如果一个加工车间正在考虑用数字镗头替换模拟镗头,最好选择那些无需更换任何附件就能实现简单互换的数字镗头。不过,仍然需要进行技术咨询,以确保这种镗头适合自己车间的加工条件。如果用户在更换数字镗头时不是采用直接互换方式,还需要进行额外编程或修改程序,就可能有违提高易用性的初衷。

例如,大昭和精机(BIG Kaiser Precision Tooling)公司的112 EWD310 EWD318 EWD型数字镗头都有与其对应的模拟镗头,它们具有相同的镗削范围、切削参数和内冷却功能。因此,操作者只需进行很少编程(或完全无需编程),就能将模拟镗头更换为数字镗头。这三个系列数字镗头所使用的附件(如镗杆和刀夹)都与其对应的模拟镗头完全相同。

 

 

 

 

 

图3 Kaiser新推出的112 EWD 2-54系列数字精镗头有一个内置数显屏,使操作者能快速调节孔径。该镗头与EWN 2-50XL系列模拟镗头采用相同的附件,也具有内冷却功能,并能在最高20,000r/min的主轴转速下工作

数字镗头可使操作者在调节孔径时更有把握,调整速度也更快。在进行0.10mm0.13mm的孔径调节时,与在镗头拨盘上进行细分计数相比,在数显屏上直接读取调节值要简单和容易得多。

数字镗头的投资回报不仅来自于在主轴上调节孔径时可以节省时间,而且还来自于调整精度的提高,它有助于防止因调节出错而导致零件报废。迄今为止,一些对精度要求严苛的高端零件加工车间对数字镗头最感兴趣。

尽管数字镗头具有明显的优势,但该技术还远未普及。不过,随着制造业和加工技术的数字化程度不断提高,终将实现数字镗头从只有少数领先车间使用到成为常规主流产品的转变。来源: 工具技术


 

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