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[原创] JDHMS技术手册————北京精雕的参考文章

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发表于 2015-1-27 13:16:57 | 显示全部楼层 |阅读模式
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1JDHMS的市场应用分析
新的设备投入到它适合的领域,就会落叶生根,遍地开花,枝繁叶茂。那么JDHMS的市场到底在那儿,如何开发呢?我认为,我们需要注重下面这些环节。
1.1JDHMS可以适用的行业
经过人们前期观望、尝试,雕铣加工逐渐被加工行业认可。这种加工主要集中在下面几个方面:
1)  注塑模具的划线,线宽在1-4毫米之间,深度宽度比例不超过5。
2)  注塑模具的残料清角,用1-3毫米刀具清除6毫米刀具剩余的材料。
3)  模具突出部分的细小形状,加工中心已经预留了加工位置。
4)  小型注塑模具的雕铣加工,这类没有6毫米以上的刀具的加工位置,或者很少。
5)  中小型模具的精加工。其实加工中心已经完成了精加工,但加工的表面质量没有雕铣加工的高。
6)  灯具的精加工,加工车灯的表面反光图案;
7)  工业模型加工,加工范围为500X400X80左右;
8)  鞋模加工,可以加工金属材料的鞋模;
总之,雕铣机用雕刻机的价格,高速加工中心的品质正好迎合了黄岩、余姚等模具城的需求。

! ]. k% W* I. m

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何老师 + 2 + 10 + 12 很给力!

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 楼主| 发表于 2015-1-27 13:17:22 | 显示全部楼层
1.2、JDHMS加工能力的认识8 ^& {  X( p# J2 o) l
1)        JDHMS不能当作小型数控铣床' I! M2 ?" ^% V7 W5 ^) f
JDHMS虽然具有铣加工能力,但这种能力和铣床相比差之甚远。在使用这类设备时,重点还是雕刻加工能力(3毫米以下刀具)。$ o" v& x5 \0 J' D
在推广这种设备时,需要明示客户这种区别,引导客户正确认识雕铣设备,不能鼓吹开粗能力,不要将设备的粗加工能力作为雕铣设备的关键指标。- _8 ?& D5 O# p8 V$ m* D4 a. Z
JDHMS的粗加工能力比较强,但和铣床必起来根本不在一个数量级。下面是一个加工45号钢的切削削率的对比表。4 t5 K: R7 e- k$ o$ X% m
设备类型        最大切削效率        刀具直径范围        正常工作范围
0 D+ O! h& w* n1 u( c雕铣机        1.2 cm3/min(3毫米刀具)        0.2~6.0        0.2~3.0
( \! ^1 d: ?8 j, @小型铣床        24.0 cm3/min(10毫米刀具)        3.0~20.0        6.0~20
. B  l) M$ \3 q. _. y4 X
. r1 E+ B% V2 v6 ?# h0 V9 X1 ?
 楼主| 发表于 2015-1-27 13:17:56 | 显示全部楼层
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加工铜的切削削率的对比表。
# j; T& X; d( u9 m* d1 {设备类型        切削效率        刀具直径范围        正常工作范围* X  ~! m) d9 ~9 b0 P1 z
雕铣机        4.8 cm3/min(4毫米刀具)        0.2~6.0        0.2~4.0
- ?4 w* {  @/ z( ]; }4 g% r1 Y小型铣床        30.0 cm3/min(10毫米刀具)        3.0~20.0        6.0~20- n% m6 U$ X: p

  j2 H; S7 e( a& l* \( E7 t加工ABS工程塑料切削削率的对比表。
. P0 v" u+ S5 B3 \( L# Q% j设备类型        切削效率        刀具直径范围        正常工作范围2 i" r. a. u! T/ D: B+ H
雕铣机        21.0 cm3/min(6毫米刀具)        0.2~8.0        0.2~6.0& N: }' ?7 ?0 y
小型铣床        60.0 cm3/min(10毫米刀具)        3.0~20.0        6.0~20$ P; D- S; a7 l3 @% V7 j
 楼主| 发表于 2015-1-27 13:18:05 | 显示全部楼层
8 {% Z9 _5 L- a& }& N3 F! M

" s$ Q/ O% F7 M4 N2)        JDHMS可以看作是经济的高速铣类设备# b8 @& N, \9 s3 P" [& k5 `+ r
在模具加工领域,我们和高速铣承担的任务基本接近。主要是小刀具高转速精加工。有人认为高速铣可以进行粗加工。实际的情况并非如此。因为目前还没有一种设备能够在大范围粗加工的同时,又能保持精加工的性能。
! Q8 e8 ^: w  U3 [- S/ M: R- n9 n据称DMG(世界知名的机床制造商)在某地的一个销售中心销售了10台高速铣床后,销售人员自己也不敢卖这种机床了。因为销售人员在介绍机床时认为这种机床可以粗加工,结果那些模具制造厂真将它当作开粗、半精加工、精加工一体的机床,不久这些机床的性能急剧下降,使用者怨声迭起。* q! U& L6 A9 \* \
我们在作市场的时候,一定要心中有数,不能盲目满足用户的要求,而要逐步引导用户,将雕铣机带入一个正确的轨道。不要夸大设备能力,不要吊高客户的期望值,否则,我们将会面临“吸引了几个客户,丢掉了整个市场”的被动局面。4 o5 k+ Q" f+ A% y4 a% v' o$ ~
3)         JDHMS的最大卖点是加工精度高
  v( }3 B7 G% C精雕在行业中被任何的主要原因是“精雕的设备能出精活”。这是我们公司多年处心积虑追求的“精品策略”。在JDHMS上,我们继续要坚持这种策略。在宣传设备时,我们不贬低自己的粗加工能力,但宣传设备的精度。如果设备精度从0.03提高到0.02,看似数量变化不大,但精度提高了50%,设备的设计和制造难度会上一个台阶。JDHMS在加强机床刚性的同时,秉承了精雕设备最大的优点“加工精度高”。高精度体现在下面这些方面:
, P( T5 ~. Y1 D! v8 o3 n. |a.        小刀具加工断刀概率低
, u3 n- W1 N8 `* c/ ]b.        零件的尺寸精度,工件的一致性好
# v$ K1 B8 B8 E/ q2 ec.        直侧面和曲面的表面粗糙度2 c  M# A! N! X2 [0 h0 x4 l
d.        机床运行的稳定性好,故障率低;
( S3 w2 c2 `3 t4 u1 U0 |& F$ n5 u4)        JDHMS的粗加工效率是JDPMS的3倍. f+ m( Q% A% f- @* V
        JDHMS的开粗能力虽然不能和铣床相比,但在同类设备中,其开粗能力并不比他们弱,而在精雕系列雕刻机中,它是开粗能力最强的设备,在保证刀具耐用度的前提下,它的加工45号的开粗效率是JDPMS的3倍。JDHMS的效率可以达到1.2 cm3/min,而JDPMS的效率一般为0.4 cm3/min。
$ N( b; p2 v$ V/ P- X: c! E
 楼主| 发表于 2015-1-27 13:18:20 | 显示全部楼层
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1.3、我们还需要开发一种这样的设备
* Y2 p# P' \' n% J. f" o$ H目前从事雕铣机开发的厂家很多,但大多说是跟风生产的设备,他们对设备的加工用途并不清楚,对设备的性能都有夸大的成分。许多人不了解雕铣机的参数,以为它是一台能雕能铣的设备。实际上,雕铣的铣加工能力还是很弱,尤其是它的高速主轴和设备刚性不允许它提供很好的切削效率。如何解决既能粗加工和精细雕刻加工之间的关系呢?我想我们应该开发一种介于雕刻机和中型加工中心之间的小型铣床。这种设备的用途是铣加工,而不是雕刻加工,需要满足以下参数:
+ ]6 N; t6 {' C4 O* D& I* Z: ]1)        加工幅面600 x 500 x 300 ;
+ T) U1 q" {1 `5 E* g2 J5 ~6 j/ e2)        主轴功率在5~10KW ;% J% f- v* b8 s9 {2 x" t8 G7 w
3)        主轴转速在2000~8000转,主要在5000转加工;1 a/ w* j  n7 q5 O! s6 Q
4)        加工的刀具直径直径范围是2~10毫米,以6毫米为主;
4 p. H" X0 L5 l5 m7 `: r5)        机床的刚性在500N的左右力下,机床刚性可以保持在0.02毫米;7 l9 b, l+ ^: p, k/ f6 P( \: x
6)        加工45号钢的效率可以达到4.8厘米3/分钟; ) ~; ]+ q% |) u; X; `& U4 K5 t
主要用于以下行业:2 v, E" |2 W0 n5 G7 e
1)        鞋底钢模、铝模的粗加工和半精加工;, E  P5 n3 }4 ?6 J' C5 n
2)        金属字牌的粗加工和半精加工;6 ?+ m8 E/ ?. B9 g
3)        中小型冲压模具的粗加工和半精加工,如镜框模具;
  p# N( M9 U; P9 S4 `4)        玩具模具的粗加工和半精加工;
5 ~1 q" F. p8 s7 A! t- m* _目前南京四开已经生产出了类似的设备,命名为雕铣床。它的实现方法是采用双主轴结构。真正的使用模式是一台粗加工,一台或多台精加工。
3 |% ], @0 C6 e1 S8 Q& _. ~7 @- H7 l4 t9 f; |  \
 楼主| 发表于 2015-1-27 13:18:46 | 显示全部楼层
2、机床刚性分析
/ K; I/ m8 a& {7 l' [8 `
% j7 U; z+ y' I" k5 I* z2 {2.1、JDHMS的刚性数据5 H1 _; e. U1 y+ h
机床的刚性好,切削量就可以增大,切削效率可以提高,刀具的耐用度也能提高。根据实际测试,JDHMS在100N力的作用下,机床的变形量为:
1 u# K) m9 T0 k- C6 C. X
& y, w; r( x) ]6 Q  S测量指标        变形量        说明8 ~0 D5 u! d) o" X  m/ I) e
主轴轴承变形        0.005毫米        不随Z轴行程变化而变化
% \+ R6 A* Z6 y# ]; X: r! r主轴跳动        根部0.01毫米,30毫米位置0.02毫米        螺母不要过紧,否则30毫米跳动将超过0.035毫米。
0 Q: b0 {5 k5 Q$ [; k. e& j( i跳动不随受力的变化而变化。/ I5 c9 U! E: }0 J
Z=0位置指机头偏摆变形        0.005毫米        Y向X向的变形接近,不包括主轴变形- y! `& p& E6 i9 D
Z=25位置指机头偏摆变形        0.010毫米        Y向X向的变形接近,不包括主轴变形; U! ^- R. W+ Y' z$ V+ W
Z=155位置指机头偏摆变形        0.020毫米        Y向X向的变形接近,不包括主轴变形
/ t! G6 n2 T1 m% a. f
 楼主| 发表于 2015-1-27 13:19:10 | 显示全部楼层
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2.2、JDHMS的刚性的刚性分析$ a0 V  e' [, i& b1 Q& t
JDHMS的刚性是目前几种雕刻机型号中刚性最强的。但在刚性方面仍然有需要加强的地方。下面我们从影响刚性的几个要素分析JDHMS机床的刚性的加强措施:) Q4 \+ F$ H; n; t% F
1)        机床的整体结构刚性。JDHMS机床底座采用整体铸造,减振效果好,立柱和横梁采用钢结构,整体的结构刚性也比较好。% @  ]  U1 T+ h# V7 I! X8 \- n6 ?
2)        机床的运动机构刚性。JDHMS的Y轴的导轨间距和直线轴承的间距大,刚性也比较好。而X轴Z轴的运动连接间距较小,相对刚性要弱一些;连接部件的刚性也是机床的刚性的重要因素。
* s8 D3 ?3 {6 G6 M       增大间距,可以增大力臂,减小弯曲变形。间距和变形量基本成线性关系。我们以X轴间距的变化为例,分析一下这种变形。! [+ q3 j% \* }
机头的结构示意图如下:
* y* v9 E' @9 g         5 k" X. w0 U1 w' Y+ ]
" M: e% V2 M$ c. Z
  按照这个比例关系,端部受力为P,如果将滑块的距离增大达到300,同样的受力下,B位置的受力是原来的7/9,而在B位置相同变形的情况下,端部的变形是原有变形的11/15。所以 合计变形将是原来的0.57。0 E) G' `' F/ y5 l+ K
   用类似的方法,我们可以估算出滑块间距和其他轴的变形。
) x, Z) A* N/ J, \" m. H+ O3)        连接部件的刚性。连接部件包括连接的轴承和螺钉。型号和预紧力是影响刚性的重要因素。/ e$ ^$ N5 m; m- V+ {( }- b4 G
如果减小连接位置的变形,也能减小连接部位的受力变形。这种变形和最终的加工变形也是线性关系。
+ t' e6 q: m: ?JDHMS机床的机头和导轨之间的连接件数太多,降低了机床的刚性,使得加工振动不能很好的传递到横梁上去,如果采用整体结构,机头的刚性将强不少。' b3 [; I4 p6 f+ Q
4)        主轴电机的刚性,主要包括主轴轴承的刚性和刀具夹持(筒夹)的刚性。* {( A( l9 O5 }" |3 s: A
JDHMS的主轴刚性较好。但夹持的跳动较大,在使用过程中,需要注意合理装刀,不要使用太大的力紧刀具。* |# N4 x% @/ F5 n: h3 l
 楼主| 发表于 2015-1-27 13:19:53 | 显示全部楼层
2.3、机床刚性对刀具耐用度的影响4 W1 [. n9 ~1 J6 I& r/ f$ j
所有的刚性最后都体现到刀具的变形上,它对刀具耐用度的影响包括下面几个方面:
! U5 g0 B( m, c0 ~( q" u* E; d/ v1)        刀具根部疲劳断裂。
2 Z9 G/ R0 A* u# b1 z- L# w( c        刀具变形增大,刀具在高速运动过程,在刀具根部出现应力集中,容易造成刀具的疲劳断裂。1 B5 Q! @: w2 O. _' q

0 s1 v1 H1 C; _& v2)        刀具刃部的疲劳破损。3 t7 P6 \2 V( {6 a/ \1 {
切削过程中刀具刃部存在着交替的切削、空行过程,刀具刃部容易出现疲劳破损,加快磨损,当机床的刚性比较弱时,这种疲劳破损的速度将加快。 0 u" U2 U# M2 ], B( a1 X
3)        刀具后刀面的磨损。
6 t) V! B. X/ f$ u当机床刚性比较弱时,切削过程中材料与刀具后刀面的接触宽度增大,产生大量的热量,降低刀具的耐用度。而且当刀具的后刀面和已加工表面摩擦时,发出很大的声音,感觉切削十分费力。- S- C. ]0 Q8 H' P$ S* D
5 ?) R: D  `7 ]. x
如果加工过程中机床变形反映刀刀具上超过的0.02毫米,刀具的磨损速度将十分迅速。如果低于0.01毫米,机床在切钢时才能体现出良好的性能,刀具使用寿命将大幅增加。原因是:0 w$ @4 U# k5 U9 x  `
小刀具铣加工的转速在10000转/分钟左右,正常的速度在0.1~1.0之间,如果双刃刀具在0.4米走刀的过程中,每齿每转进给量在0.02毫米。如果变形超过0.02毫米,加工切削过程的让刀将十分严重,已经切削的加工面有可能摩擦到后刀面,加工声音刺耳,刀具寿命快速减少。
. K9 B% Y1 u- ~3 ~: _/ v" _* ^
 楼主| 发表于 2015-1-27 13:20:06 | 显示全部楼层
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2.4、如何利用机床刚性3 E& H' s& I  X0 W8 q4 Z$ J
从机床的刚性分析我们可以的得到下面这些方法:
  z4 W; x. @0 u9 R6 z6 w1)        尽量将工件抬高,能用二次台面的最好使用二次台面。 JDHMS的Z轴采用滑块不同动,导轨运动的形式,所以,机床在顶部的刚性最好。9 q4 i& p* Z8 `) e* N
2)        工件距离Z轴比较大时,将切削量降低一半进行切削。道理与1)中的相同,机床在根部的变形是中间的一倍,而一般试验提供的切削参数都是在机床中间高度的参数(Z=100)。3 [; b. I- @8 F6 n6 {
3)        刀具尽量装短一点,它可以减小主轴电机变形的影响,也能减小刀具的跳动。
# |, z& Q% P- ]/ m$ n$ K4)        刀具的夹持不是越紧越好。刀具上的过紧时,刀具跳动增大,刀具耐用度降低。与此同时,JDHMS的刀具存在保护电机的作用,如果刀具上的过紧,误操作的容易损坏主轴电机,相反,如果夹持力比较适中,既能抱死刀具又能保护主轴。
" M3 j( `; w6 _7 b3 [5)        丝杠运动过程中交替出现受拉和受压两种状态,受压状态下,丝杠会出现失稳现象,而拉力作用的稳定性要好的多。所以在选择行切走刀时,尽量选择180度方向,这样的稳定性要好一些,切削过程也比较平稳(顺铣时采用推,逆铣时采用拉)。
4 N6 Y7 f; p" _8 h$ c+ K; j% I
 楼主| 发表于 2015-1-27 13:20:35 | 显示全部楼层
3、主轴电机的力学性能和耐用度分析0 t. u7 ?7 [" q' S3 G# A4 G
3.1、电机功率及其力学性能
+ r- d) x! O! U# e5 |5 \JDHMS选择的是开源D120D20雕刻电主轴,曲线如下,
$ N! A: [" \& F8 o  F6 ?6 H 5 B9 R$ D4 Z  @' F9 `" R' v
电机的功率传输比一般在0.7~0.85之间,为了安全,我们取小值0.7计算。由此可以算出电机的最大输出扭矩是:% Y2 l* b$ N5 C3 G
P max= 最大功率(2200) * 传输比(0.7)= 1540(w)
1 Y7 e2 u! s8 V3 p5 E3 F0 EWmax = 最大转速(20000)  /  60  * 每转角度(pi * 2)= 2093 
* N- F( a5 x9 p# }, JMmax = 最大输出功率( 1540 ) / 最大角速度(2093)*1000 = 737 mm * N& {# m8 a5 p* a( @3 i6 N/ u  ^
从该图我们可以获得常用转速的技术参数如下:, M) u# |. r, V) n( l/ o$ f- I" q
/ c/ j0 F8 }9 R. U4 w/ V
电机转速
, G# X2 G9 w" K, A' W$ c0 S6 Y4 ^& ^5 i(rpn)        扭矩0 `( b6 z/ @( P7 X5 C4 H5 t: I$ |
(mm*N)        电机功率
# @  U; J4 O1 H/ k1 w7 ]. x! V! _(W)        输出功率(0.7)4 E. Y7 u6 m6 Z. Q
(W)        输出扭矩(0.7)8 U! R; r* H1 ]4 g& n
(mm*N)        刀具+ a, i8 L: H: |( ?
直径        切削力Fz0 U6 ]8 g! n2 v6 V, s
(N)
* V8 G4 U' g5 Z. C' Z- \4 y, v20000        1050.422        2200        1540        735.30        1        1470.59$ c$ J7 K, {- }4 ^# \
18000        1050.422        1980        1386        735.30        2        735.30+ U, i: W' A7 V1 o9 O7 l
15000        1050.422        1650        1155        735.30        3        490.20
: D' }% ?6 D) p2 L7 T' O" z) C12000        1050.422        1320        924        735.30        4        367.65
7 i; O* n' P* S+ @) q  y/ F0 d10000        1050.422        1100        770        735.30        5        294.128 B" \& i5 X8 {" c+ S4 z. _4 N
9000        1050.422        990        693        735.30        6        245.10
! P/ z, D5 c) \  `$ H+ k, K# [8000        1050.422        880        616        735.30        7        210.082 h( ]- j2 e1 t5 Y9 z( g
7000        1050.422        770        539        735.30        8        183.821 m8 J# H, L2 w% K0 r
6000        1050.422        660        462        735.30        10        147.06
- M  d! w) t. s7 {( h! m4 S& W
4 ?3 u3 X9 l; T' o% {在考虑电机输出切削力的同时,我们还需要考虑电机本身可以承受的切削力。切削力最后需要转换到轴承上,切削力的大小直接影响轴承的变形和耐用度。
. `, n+ o/ V) v  M- X实际测试看,电机轴承的在100N受力的变形量为0.005毫米。最大受力不能超过200N,变形不能超过0.010毫米。由此可见,使用6毫米以上刀具加工时,我们需要考虑主轴的切削力是否足够,而在使用6毫米以下刀具加工时,我们需要考虑主轴的刚性。
9 g: V% W7 c& j& t/ t
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