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毕业设计论文 丙烯酸五溴苄酯的合成及其对聚双环戊二烯的&&&&
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毕业设计论文 丙烯酸五溴苄酯的合成及其对聚双环戊二烯的页数：25字数：11483摘 要聚双环戊二烯（PDCPD）具有高模量、高抗冲性和高抗蠕变性，特别适用于反应注射成型制造大型且结构复杂的构件。但是它的阻燃性不好，限制了在某些领域的应用。阻燃剂是用以提高材料抗燃性，即阻止材料被引燃及抑制火焰传播的助剂，主要用于合成及天然高分子材料，使之具有难燃性、自熄性和消烟性等特点。因此，本论文采用丙烯酸五溴苄酯与双环戊二烯（DCPD）同步聚合的方法实现PDCPD的阻燃。首先，进行了五溴甲苯与五溴苄基溴的合成，探索了反应温度对五溴苄基溴产率的影响，并对产物五溴苄基溴进行红外表征。然后，以制得的五溴苄基溴为原料，在一定条件下与丙烯酸进行酯化反应制备丙烯酸五溴苄酯。探索了反应温度对酯化反应的影响，并对产物丙烯酸五溴苄酯进行红外表征。最后，对丙烯酸五溴苄酯与双环戊二烯同步聚合制备出了阻燃性PDCPD高分子材料，并测定氧指数（OI）测定。结果表明，加入丙烯酸五溴苄酯的聚合物比纯聚双环戊而的阻燃性要好。关键词：阻燃剂，五溴甲苯，五溴苄基溴，丙烯酸五溴苄酯，双环戊二烯 Synthesis of Pentabromobenzyl Acrylate and Its Flame Retardance Application to PolydicyclopenadieneABSTRACTThe PDCPD has a high modulus, high impact resistance and high creep resistance but its flame retardants is too bad to limit its the applications in some areas. Flame retardant (FR) is a kind of additive which can enhance the materials flame resistance，and it is mainly used for nature or synthesized polymers which make the polymer have many characteristics such as flame retardance, fire resistant, self-extinguish ability, smoke abatement and so on．But most of the flame retardant are&&small molecule materials so that they are incompatible with polymer and have harmful effect on physical and mechanical properties and processing properties of matrix material．In this paper, Pentabromobenzyl acrylate was chosen to be as a flame retardant for PDCPD.Pentabromobenzyl acrylate is a very good flame retardant for PDCPD, its double bond can be polymerize with DCPD, so it has a good compatibility with the PDCPD. Because of the flame retardant components can not migrate out the matrix, it can enhance effectively the materials flame resistance. pentabromotoluene, brominated pentabromobenzyl was first synthesized, and investigated the effects of reaction temperature on the yield. Then, pentabromobenzyl acrylate was synthesized by brominated pentabromobenzyl reacted with acryloyl chloride. Products were characterized with infrared spectrometer. Last, the pentabromobenzyl acrylate and DCPD were polymerized synchronously to prepare a flame resistance PDCPD, and was tested with oxygen index (OI). The results showed that the flame resistance of polymer blends which contain pentabromobenzyl acrylate is better than that of pure PDCPD.KEY WORDS: Flame Retardant, Pentabromobenzyl Acrylate, Pentabromotoluene, Pentdienecyclopentadiene 目 录第1章 前 言 1§1.1 引言 1§1.2 PDCPD阻燃剂国内发展概况 1§1.3 聚丙烯酸五溴苄酯简介 2§1.3.1 阻燃剂聚丙烯酸五溴苄酯 2§1.3.2 聚丙烯酸五溴苄酯结构 3§1.3.3 聚丙烯酸五溴苄酯合成方法 3§1.3.4 中间体五溴甲苯简介 5§1.3.5 中间体五溴苄基溴简介 5§1.3.6 单体丙烯酸五溴苄酯 6§1.4 本课题的研究意义 6第2章 实验部分 7§2.1 实验原材料及基本配方 7§2.2 实验设备及仪器 8§2.3 实验步骤 8§2.3.1 五溴甲苯的制备 8§2.3.2 五溴苄基溴的制备 9§2.3.3 丙烯酸五溴苄酯的制备 9§2.3.4 丙烯酸五溴苄酯与DCPD的共聚合 9§2.4 PDCPD阻燃性能测定 10§2.5 红外光谱表征 10§2.6 氧指数测试 10第3章 结果与讨论 12§3.1 五溴甲苯的合成与表征 12§3.1.1 五溴甲苯的合成方法 12§3.1.2 五溴甲苯的表征 13§3.2 五溴苄基溴的合成 14§3.2.1 影响五溴苄基溴产率的因素 14§3.2.2 五溴苄基溴的表征 17§3.3 丙烯酸五溴苄酯的合成与表征 18§3.3.1 丙烯酸五溴苄酯的合成 18§3.3.2 丙烯酸五溴苄酯的表征 19§3.4 聚丙烯酸五溴苄酯的合成 20§3.4.1 丙烯酸五溴苄酯与DCPD的聚合同步反应 20§3.5 性能测试 21§3.5.1 阻燃性测定 21§3.6 结论 22参考文献 23致 谢 24 第1章 前 言§1.1 引言随着高分子科学的不断发展，高分子合成材料与国民经济的发展和人民生活息息相关，目前己广泛应用于交通运输、建筑材料、电子电器、日用家具、室内装修等各个领域，成为钢铁、木材、水泥等传统材料的一种可选择替代品，在国民经济建设和人民生活中发挥着巨大作用。聚双环戊二烯（PDCPD）是一种性能优异，具有广泛应用前景的新型工程塑料。它是由双环戊二烯（DCPD）开环易位聚合（ROMP）而成的一种热固型高分子化合物。由于其同时具有高弹性模量、高冲击强度以及较高的热稳定性，其应用范围非常广泛。又因为这种聚合反应体系非常符合反应注射成型的条件，因此，特别适合用于制造汽车、农用机械外观零件、船舶构件，尤其是大型结构部件。另外，该材料在电信、运动娱乐器材及家庭用品方面也有广泛的用途。尽管PDCPD具有优异的物理机械性能和良好的化学稳定性，PDCPD是由含大量的不饱和双键的烃类聚合而成，十分易燃，一旦点燃后将会持续燃烧释放出大量烟雾，属易燃材料，并且燃烧时产生大量熔滴，导致火焰传播，从而限制了PDCPD在诸多领域的应用。§1.2 PDCPD阻燃剂国内发展概况针对PDCPD材料的阻燃研究，可以拓宽其应用领域，提高与其它几大工程塑料的竞争能力，同时也适应社会发展的需求。对于PDCPD的阻燃研究已有很多文献报道。如（1）用含卤素的聚合环烯烃作为共聚单体反应型阻燃剂，从而将卤素引入到聚合物中；（2）添加含卤素的低分子化合物阻燃剂如十溴二苯醚；（3）添加含卤素的聚合物型阻燃剂如聚溴苯乙烯等；（4）后卤化技术对PDCPD进行处理。对于添加型阻燃剂存在着与PDCPD相容性的问题，易迁出、易起霜，大多不适用于聚双环戊二烯RIM 工艺。1986年美国Hercules公司研制出适用于聚双环戊二烯的固体型阻燃剂—磷杂氮烯化合物。1988年美国Hercules公司提出适用于聚双环戊二烯的固体型磷基阻燃剂，含有红磷和溴代芳族化合物(如十溴二苯醚)。1990年日本帝人公司提出由双环戊二烯单体制得的RIM制品具有好的挠曲性和阻燃性能，所添加的阻燃剂为卤化链烷烃(如氯化石蜡)。卤化链烷烃可由卤素通入到链烷烃中卤化制得，含有大量的卤素可明显地增加聚双环戊二烯的阻燃性能，同时还起着增塑剂作用，改善制品的抗冲击强度。l990年日本帝人公司在双环戊二烯单体中添加活化剂、氯磺酰化聚乙烯得到的聚双环戊二烯具有较高的冲击强度和良好的阻燃性能。1990年美国Hercules公司提出将PDCPD制品进行卤素后处理或卤化氢后处理，由此增强了聚双环戊二烯制品的阻燃性能，解决了制品的易燃问题。这种方法同添加阻燃剂引入卤素的方法完全不同，主要是由于PDCPD的结构含有活泼的C=C不饱和双键，易于同卤素原子进行加成反应，因而通过对模塑制品卤化后处理，增强了制品的阻燃性能。1988年日本帝人公司研制出聚双环戊二烯的反应型阻燃剂—卤代降冰片烯，含有卤素并具有可置换共聚的环烯烃结构，是由卤代乙烯同双环戊二烯通过Dieb-Alder反应制得。由双环戊二烯和卤代降冰片烯阻燃剂共聚得到的模塑制品具有优异的阻燃性能。1990年日本帝人公司由双环戊二烯—降冰片烯羧酸卤代烷基酯共聚合，得到PDCPD具有良好的阻燃性能。§1.3 聚丙烯酸五溴苄酯简介§1.3.1 阻燃剂聚丙烯酸五溴苄酯聚丙烯酸五溴苄酯（PBB-AA）是美国溴化学品公司推出的一种高分子量的溴系阻燃剂，为白色易流动粉末，不溶于一般有机溶剂。该阻燃剂带有五溴苄基支链，其溴含量高于70%，丙烯酸部分由诸多优点：与被阻燃材料相容性好、加工性好，起到加工助剂的作用；增强阻燃材料的耐候性和热稳定性；使阻燃材料具有耐疲劳、耐曲饶及抗白化作用，且能提高冲击强度；使材料具有优良的耐化学药品性合电气性能：使用中不起霜。它与高聚物及增强材料能很好相容。在基材中不迁移，不起霜。因此，它一般用于热塑性工程塑料，尤其可用于增强体系。鉴于丙烯酸五溴苄酯具有可聚合的活性双键，采用特殊方法可与PDCPD同步聚合可形成互穿网络型的阻燃高分子材料，且有可能提高PDCPD的力学性能。因此，本论文采用丙烯酸五溴苄酯进行PDCPD的阻燃研究。§1.3.2 聚丙烯酸五溴苄酯结构聚丙烯酸五溴苄脂（PBB-PA）分子式为（C10H5O2Br5）n，相对分子量约50000，是添加型阻燃剂。其主链结构与聚丙烯酸无异，侧链为有带五个溴的苄基支链，结构如下： §1.3.3 聚丙烯酸五溴苄酯合成方法聚丙烯酸五溴苄脂合成主要以甲苯、溴素（或含溴化合物）、丙烯酸为原料，在一定条件下反应逐步制得。首先甲苯与溴反应制得五溴甲苯，五溴甲苯与溴素（或含溴化合物）反应得到五溴苄基溴，五溴苄基溴进一步与丙烯酸反应制得丙烯酸五溴苄脂单体，最后丙烯酸五溴苄脂在引发剂作用下发生聚合反应生成聚丙烯酸五溴苄脂。反应路线如下： && §1.3.4 中间体五溴甲苯简介五溴甲苯为白色或灰白色的粉状物，熔点290℃，不溶于水、醇类，微溶于个卤代烃，理论含溴量为82%，是国外开发较早的一种含羞阻燃剂，如Lammex 5BT。它的性能与六溴苯相似，因其熔点比六溴苯稍低，环上有1个甲基，它与树脂的相容性比六溴苯要好，所以有时它所表现的性能优于六溴苯。在许多领域可以代替六溴苯或十溴二苯醚使用，且成本比十溴二苯醚要低许多。制取方法与六溴苯、十溴二苯醚相似，甲苯在三氯化铝等催化剂存在下与溴素等溴化剂反应而得。反应分为溶剂法和非溶剂法两种：溶剂法是指反应在以卤代烃为溶剂的介质中进行；非溶剂法是以过量的液溴为溶剂。§1.3.5 中间体五溴苄基溴简介五溴苄基溴（PBB）是一个重要的中间体，它的某些衍生物是性能非常优异的阻燃剂，而五溴苄基溴是由五溴甲苯制备的，因此，五溴苄基溴类阻燃剂的开发无疑为五溴甲苯这一老产品的更新换代找到了一条合适的出路。五溴苄基溴分子量大，溴含量高，本身可以作为某些材料的添加型阻燃剂，更重要的是分子中的苄基溴具有较高的活性，易于其他基团反应。作为中间原料，五溴苄基溴可以广泛地用来制备一系列新型阻燃剂，这类阻燃剂的突出性能表现在阻燃效率高、热稳定性及化学稳定性好。五溴苄基溴可在溶剂如四氯化碳和引发剂过氧化苯甲酰作用下，由五溴甲苯和N-溴代丁二酰亚胺（NBS）反应制得；也可用溴作溴化剂，在紫外光照射下反应制备，两发收率都较高，可达80-86%。反应式分别为：
§1.3.6 单体丙烯酸五溴苄酯丙烯酸五溴苄脂分子式为C10H5O2Br5，相对分子质量556.69，理论溴含量71.77%，外观为近白色粉末，熔点120-125℃。丙烯酸五溴苄脂本身就是一种好的阻燃剂，其双键部位与高聚物有很好的相容性，使阻燃成分在基材中无迁移，不起霜，直接键合在高分子上的溴元素又起到充分的阻燃作用，不但大幅提高了氧指数，而且还增强了阻燃聚丙烯的耐热性和化学稳定性。另外，五溴苄脂基团有优异的抗紫外光性能，从而赋予被阻燃塑料新的特性和作用。§1.4 本课题的研究意义聚双环戊二烯（PDCPD）具有高模量、高抗冲性和高抗蠕变性，特别适用于反应注射成型制造大型且结构复杂的构件。但是它的易燃性，一旦点燃后将会连续燃烧，且燃烧时产生大量烟雾与粉尘，致使火焰传播与危害人的生命，从而限制了其在电子、电器、交通、装饰材料等诸多领域的应用。为了拓宽PDCPD 的应用领域，本文针对PDCPD 易燃烧，发烟量大且产生大量的滴落物，极易传播火焰等性能缺陷，提出了提高其阻燃能力的途径，研制出综合性能较好的阻燃PDCPD材料。丙烯酸五溴苄酯是一种活性阻燃剂，即含有的双键可以和双环戊二烯同步聚合得到一种互穿网络聚合物，因此，在增强PDCP的同时还可以提高PDCPD的力学性能。这对于研究聚合机理也具有重要意义。第2章 实验部分§2.1 实验原材料及基本配方表2-1实验原材料及配合剂原料及名称 级别 生产厂家甲苯 分析纯 天津市江天化工技术有限公司氯仿 分析纯 烟台市双双化工有限公司四氯化碳 分析纯 天津市风船化学试剂科技有限公司氢氧化钠 分析纯 天津市风船化学试剂科技有限公司偶氮二异丁氰 分析纯 天津市科密欧化学试剂开发中心乙二醇单甲醚 分析纯 天津市津宇精细化工厂亚硫酸氢钠 分析纯 天津市化学试剂三厂对苯二酚 分析纯 北京市北郊化工厂铁粉 分析纯 天津市科密欧科技有限公司三氯化铝 分析纯 上海美兴化工有限公司无水碳酸钠 分析纯 天津市天河化学试剂厂过氧化二苯甲酰 化学纯 湖南湘中精细化学品厂丙酮 分析纯 烟台市双双化工有限公司丙烯酸 化学纯 上海山浦化工有限公司正丁醇 分析纯 天津市科密欧科技有限公司§2.2 实验设备及仪器表2-2实验主要仪器仪器 厂家 型号电子天平 高分子科学与纳米技术重点实验室 真空干燥箱 上海福玛实验设备有限公司 DZX-3(6020B)旋片真空泵 浙江黄磊宁溪医疗器械有限公司 ZXZ-2电热鼓风干燥箱 北京科伟永兴仪器有限公司 101-2型数控超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司 KQ-300DE型循环水多用真空泵 郑州杜浦仪器厂 SHB-3接触调压器 中国人民电器集团公司 TDGC-3温度控制器 余姚市明兴制冷配件厂 XMK-5旋转蒸发器 巩义市宇翔仪器有限公司 RE-5299恒温加热磁力搅拌器 杭州仪表电机有限公司 78HW-1§2.3 实验步骤§2.3.1 五溴甲苯的制备在三口瓶中加入0.5g三氯化铝、0.5g铁粉、34ml氯仿、14.4ml溴，搅拌均匀。另将5.8ml甲苯和10ml氯仿混合盛于滴液漏斗中，在搅拌下于常温下将该混合物滴加完毕，滴加时间约45分钟，然后继续搅拌20分钟，最后升高温度至75-78℃；继续反应3h至反应无气体产生。蒸出并回收溶剂，洗去多余溴素和催化剂，得到五溴甲苯。加入正丁醇，在搅拌下使块状五溴甲苯分散开，然后离心分离出五溴甲苯，其合成路线如下： §2.3.2 五溴苄基溴的制备五溴苄基溴采用双氧水和双引发剂体系法合成，方法如下：在装有冷凝管、搅拌器的三口瓶中加入23.2g五溴甲苯、1.4g过氧化二苯甲酰（BPO）、1.8g偶氮二异丁氰（AIBN）、11g双氧水和67ml四氯化碳，在紫光灯照射下搅拌，加热至55℃左右，约60分钟滴完1.8ml溴和15ml四氯化碳的混合液，最后升温至80℃左右。继续反应3小时左右，蒸出溶剂，最后洗去多余的溴素，得到五溴苄基溴。§2.3.3 丙烯酸五溴苄酯的制备在三口烧瓶中加入47.5g乙二醇单甲醚、3.72g碳酸钠、0.27g对苯二酚，在常温下，通入氮气，通过恒压漏斗滴加6.2g丙烯酸和16.5g乙二醇单甲醚的混合液，约1小时滴完，然后直接把19.95g五溴苄基溴通入三口烧瓶中并加热至100℃左右，反应3小时后得到产品。§2.3.4 丙烯酸五溴苄酯与DCPD的共聚合主催化剂制备：在250ml三口烧瓶中加入一定量的对叔丁基苯酚，抽真空，充氮气，重复四次，转移相应量的WCl6于烧瓶中，然后用注射器注入50ml甲苯，在70℃下剧烈搅拌15-20h制得深紫色钨酚络合物，放在阴凉干燥处保存待用。辅催化剂制备：在40℃下，将烷基铝溶液和双环戊二烯单体按体积比1:1配成溶液，得辅催化剂，同样放在阴凉干燥处待用。丙烯酸五溴苄酯与DCPD的聚合：用量筒取一定体积的DCPD液化料，转移到干燥的瓶中，按照1%，2%，3%，4%，5%的百分含量向其中加入丙烯酸五溴苄酯，置于超声波清洗器中，使丙烯酸五溴苄酯和引发剂均匀悬浮于DCPD液化料中，真空抽排并用氮气置换，保证瓶内为无氧环境，最后加入DCPD双组分催化剂迅速混合并剧烈搅拌后注入模具中，反应结束后打开模具。§2.4 PDCPD阻燃性能测定把含有丙烯酸五溴苄酯质量分别为1%、2%、3%、4%、5%的聚双环戊二烯进行氧指数测定。结果丙烯酸五溴苄酯含量为5%的样品OI=19.5,纯PDCPD样品OI=17.0。可见，含丙烯酸五溴苄酯样品的阻燃性比纯PDCPD的阻燃性好，但效果不太明显。§2.5 红外光谱表征用红外光(0.5～1000um)照射有机化合物时，分子吸收红外光使分子中键的振动从低能态向高能态跃迁，将这个过程记录下来就得到红外光谱图。有机化合物中的官能团可以吸收特定波长的红外光，因此，红外吸收光谱可以用来鉴别化合物中存在的官能团。红外区位于可见区和微波区之间，波长位于0．5(500)-1000um(106nm)。其中0.6-2.5um称为近红外区；2．5～15．4um称为中红外区；大于50um的红外区为远红外区。一般来说，中红外区最能深刻地反映分子结构的各种特性，对解决分子结构和化学组成中的各种问题最为有效，因而该区域是红外光谱中应用最广泛的一部分。合成产物五溴甲苯、五溴苄基溴、丙烯酸五溴苄酯和聚丙烯酸五溴苄酯的红外分析采用压片法在红外光谱仪上进行。§2.6 氧指数测试采用HC-2型氧指数测试仪测试，该仪器包括一玻璃燃烧筒、试样夹、流量和测试控制系统。燃烧筒底部填充一层玻璃珠用以平衡气流，其上有一金属网，用以承接试样燃烧时的滴落物。测试是根据GBl0707-89中规定裁样、测试。
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毕业论文 一，我国数控系统的发展史 1.我国从1958年起，由一批科研院所，高等学校和少数机床厂起步进行数控系统的研制和开发。由于受到当时国产电子元器件水平低，部门经济等的制约，未能取得较大的发展。 2.在改革开放后，我国数控技术才逐步取得实质性的发展。经过“六五"(81----85年)的引进国外技术，“七五”(86------90年)的消化吸收和“八五”(91~一-95年)国家组织的科技攻关，才使得我国的数控技术有了质的飞跃，当时通过国家攻关验收和鉴定的产品包括北京珠峰公司的中华I型，华中数控公司的华中I型和沈阳高档数控国家工程研究中心的蓝天I型，以及其他通过“国家机床质量监督测试中心”测试合格的国产数控系统如南京四开公司的产品。 3.我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50%，库存超过4个月。从1 9 9 5年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1 9 9 9年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。 三，数控车的工艺与工装削 阅读：133 数控车床加工的工艺与普通车床的加工工艺类似，但由于数控车床是一次装夹，连续自动加工完成所有车削工序，因而应注意以下几个方面。 1. 合理选择切削用量 对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。 切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。 进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。 用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。 最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。 然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。 2. 合理选择刀具 1) 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。 2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。 3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。 3. 合理选择夹具 1) 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具； 2) 零件定位基准重合，以减少定位误差。 4. 确定加工路线 加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。 1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求； 2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。 5. 加工路线与加工余量的联系 目前，在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则需注意程序的灵活安排。 6. 夹具安装要点 目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，如图1。液压卡盘夹紧要点如下：首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。 四，进行有效合理的车削加工 阅读：102 有效节省加工时间 Index公司的G200车削中心集成化加工单元具有模块化、大功率双主轴、四轴联动的功能，从而使加工时间进一步缩短。与其他借助于工作轴进行装夹的概念相反，该产品运用集成智能加工单元可以使工件自动装夹到位并进行加工。换言之，自动装夹时，不会影响另一主轴的加工，这一特点可以缩短大约10％的加工时间。 此外，四轴加工非常迅速，可以同时有两把刀具进行加工。当机床是成对投入使用的时候，效率的提高更为明显。也就是说，常规车削和硬车可以并行设置两台机床。 常规车削和硬车之间的不同点仅仅在于刀架和集中恒温冷却液系统。但与常规加工不同的是：常规加工可用两个刀架和一个尾架进行加工；而硬车时只能使用一个刀架。在两种类型的机床上都可进行干式硬加工，只是工艺方案的制造者需要精心设计平衡的节拍时间，而Index机床提供的模块结构使其具有更强的灵活性。 以高精度提高生产率 随着生产效率的不断提高，用户对于精度也提出了很高的要求。采用G200车削中心进行加工时，冷启动后最多需要加工4个工件，就可以达到±6mm的公差。加工过程中，精度通常保持在2mm。所以Index公司提供给客户的是高精度、高效率的完整方案，而提供这种高精度的方案，需要精心选择主轴、轴承等功能部件。 G200车削中心在德国宝马Landshut公司汽车制造厂的应用中取得了良好的效果。该厂不仅生产发动机，而且还生产由轻金属铸造而成的零部件、车内塑料装饰件和转向轴。质量监督人员认为，其加工精度非常精确：连续公差带为±15mm，轴承座公差为±6.5mm。 此外，加工的万向节使用了Index公司全自动智能加工单元。首批的两台车削中心用来进行工件打号之前的预加工，加工后进行在线测量，然后通过传送带送出进行滚齿、清洗和淬火处理。最后一道工序中，采用了第二个Index加工系统。由两台G200车削中心对转向节的轴承座进行硬车。在机床内完成在线测量，然后送至卸料单元。集成的加工单元完全融合到车间的布局之中，符合人类工程学要求，占地面积大大减少，并且只需两名员工看管制造单元即可。 五，数控车削加工中妙用G00及保证尺寸精度的技巧 数控车削加工技术已广泛应用于机械制造行业，如何高效、合理、按质按量完成工件的加工，每个从事该行业的工程技术人员或多或少都有自己的经验。笔者从事数控教学、培训及加工工作多年，积累了一定的经验与技巧，现以广州数控设备厂生产的GSK980T系列机床为例，介绍几例数控车削加工技巧。 一、程序首句妙用G00的技巧 目前我们所接触到的教科书及数控车削方面的技术书籍，程序首句均为建立工件坐标系，即以G50 Xα Zβ作为程序首句。根据该指令，可设定一个坐标系，使刀具的某一点在此坐标系中的坐标值为(Xα Zβ)(本文工件坐标系原点均设定在工件右端面)。采用这种方法编写程序，对刀后，必须将刀移动到G50设定的既定位置方能进行加工，找准该位置的过程如下。 1. 对刀后，装夹好工件毛坯； 2. 主轴正转，手轮基准刀平工件右端面A； 3. Z轴不动，沿X轴释放刀具至C点，输入G50 Z0，电脑记忆该点； 4. 程序录入方式，输入G01 W-8 F50，将工件车削出一台阶； 5. X轴不动，沿Z轴释放刀具至C点，停车测量车削出的工件台阶直径γ，输入G50 Xγ，电脑记忆该点； 6. 程序录入方式下，输入G00 Xα Zβ，刀具运行至编程指定的程序原点，再输入G50 Xα Zβ，电脑记忆该程序原点。 上述步骤中，步骤6即刀具定位在XαZβ处至关重要，否则，工件坐标系就会被修改，无法正常加工工件。有过加工经验的人都知道，上述将刀具定位到XαZβ处的过程繁琐，一旦出现意外，X或Z轴无伺服，跟踪出错，断电等情况发生，系统只能重启，重启后系统失去对G50设定的工件坐标值的记忆，“复位、回零运行”不再起作用，需重新将刀具运行至XαZβ位置并重设G50。如果是批量生产，加工完一件后，回G50起点继续加工下一件，在操作过程中稍有失误，就可能修改工件坐标系。鉴于上述程序首句使用G50建立工件坐标系的种种弊端，笔者想办法将工件坐标系固定在机床上，将程序首句G50 XαZβ改为G00 Xα Zβ后，问题迎刃而解。其操作过程只需采用上述找G50过程的前五步，即完成步骤1、2、3、4、5后，将刀具运行至安全位置，调出程序，按自动运行即可。即使发生断电等意外情况，重启系统后，在编辑方式下将光标移至能安全加工又不影响工件加工进程的程序段，按自动运行方式继续加工即可。上述程序首句用 G00代替G50的实质是将工件坐标系固定在机床上，不再囿于G50 Xα Zβ程序原点的限制，不改变工件坐标系，操作简单，可靠性强，收到了意想不到的效果。中国金属加工在线 二、控制尺寸精度的技巧 1. 修改刀补值保证尺寸精度 由于第一次对刀误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差，不能满足加工要求时，可通过修改刀补使工件达到要求尺寸，保证径向尺寸方法如下： a. 绝对坐标输入法 根据“大减小，小加大”的原则，在刀补001～004处修改。如用2号切断刀切槽时工件尺寸大了0.1mm，而002处刀补显示是X3.8，则可输入X3.7，减少2号刀补。 b. 相对坐标法 如上例，002刀补处输入U-0.1，亦可收到同样的效果。 同理，对于轴向尺寸的控制亦如此类推。如用1号外圆刀加工某处轴段，尺寸长了0.1mm，可在001刀补处输入W0.1。 2. 半精加工消除丝杆间隙影响保证尺寸精度 对于大部分数控车床来说，使用较长时间后，由于丝杆间隙的影响，加工出的工件尺寸经常出现不稳定的现象。这时，我们可在粗加工之后，进行一次半精加工消除丝杆间隙的影响。如用1号刀G71粗加工外圆之后，可在001刀补处输入U0.3，调用G70精车一次，停车测量后，再在001刀补处输入U-0.3，再次调用G70精车一次。经过此番半精车，消除了丝杆间隙的影响，保证了尺寸精度的稳定。 3. 程序编制保证尺寸精度 a. 绝对编程保证尺寸精度 编程有绝对编程和相对编程。相对编程是指在加工轮廓曲线上，各线段的终点位置以该线段起点为坐标原点而确定的坐标系。也就是说，相对编程的坐标原点经常在变换，连续位移时必然产生累积误差，绝对编程是在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，故累积误差较相对编程小。数控车削工件时，工件径向尺寸的精度一般比轴向尺寸精度高，故在编写程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工及编写程序的方便，轴向尺寸常采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，最好采用绝对编程。 b. 数值换算保证尺寸精度 很多情况下，图样上的尺寸基准与编程所需的尺寸基准不一致，故应先将图样上的基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。如图2b中，除尺寸13.06mm外，其余均属直接按图2a标注尺寸经换算后而得到的编程尺寸。其中， φ29.95mm、φ16mm及60.07mm三个尺寸为分别取两极限尺寸平均值后得到的编程尺寸。 4. 修改程序和刀补控制尺寸 数控加工中，我们经常碰到这样一种现象：程序自动运行后，停车测量，发现工件尺寸达不到要求，尺寸变化无规律。如用1号外圆刀加工图3所示工件，经粗加工和半精加工后停车测量，各轴段径向尺寸如下：φ30.06mm、φ23.03mm及φ16.02mm。对此，笔者采用修改程序和刀补的方法进行补救，方法如下： a. 修改程序 原程序中的X30不变，X23改为X23.03，X16改为X16.04，这样一来，各轴段均有超出名义尺寸的统一公差0.06mm； b. 改刀补 在1号刀刀补001处输入U-0.06。 经过上述程序和刀补双管齐下的修改后，再调用精车程序，工件尺寸一般都能得到有效的保证。 数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式，实际加工中，操作者只有具备较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能，方能编制出高质量的加工程序，加工出高质量的工件。 六，数控机床故障排除方法及其注意事项 由于经常参加维修任务，有些维修经验，现结合有关理论方面的阐述，在以下列出，希望抛砖引玉。 一、故障排除方法 （1）初始化复位法：一般情况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故障，若系统工作存贮区由于掉电，拔插线路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意作好数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。 （2）参数更改，程序更正法：系统参数是确定系统功能的依据，参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。有时由于用户程序错误亦可造成故障停机，对此可以采用系统的块搜索功能进行检查，改正所有错误，以确保其正常运行。 （3）调节，最佳化调整法：调节是一种最简单易行的办法。通过对电位计的调节，修正系统故障。如某厂维修中，其系统显示器画面混乱，经调节后正常。如在某厂，其主轴在启动和制动时发生皮带打滑，原因是其主轴负载转矩大，而驱动装置的斜升时间设定过小，经调节后正常。 最佳化调整是系统地对伺服驱动系统与被拖动的机械系统实现最佳匹配的综合调节方法，其办法很简单，用一台多线记录仪或具有存贮功能的双踪示波器，分别观察指令和速度反馈或电流反馈的响应关系。通过调节速度调节器的比例系数和积分时间，来使伺服系统达到即有较高的动态响应特性，而又不振荡的最佳工作状态。在现场没有示波器或记录仪的情况下，根据经验，即调节使电机起振，然后向反向慢慢调节，直到消除震荡即可。 （4）备件替换法：用好的备件替换诊断出坏的线路板，并做相应的初始化启动，使机床迅速投入正常运转，然后将坏板修理或返修，这是目前最常用的排故办法。 （5）改善电源质量法：目前一般采用稳压电源，来改善电源波动。对于高频干扰可以采用电容滤波法，通过这些预防性措施来减少电源板的故障。 （6）维修信息跟踪法：一些大的制造公司根据实际工作中由于设计缺陷造成的偶然故障，不断修改和完善系统软件或硬件。这些修改以维修信息的形式不断提供给维修人员。以此做为故障排除的依据，可正确彻底地排除故障。 二、维修中应注意的事项 （1）从整机上取出某块线路板时，应注意记录其相对应的位置，连接的电缆号，对于固定安装的线路板，还应按前后取下相应的压接部件及螺钉作记录。拆卸下的压件及螺钉应放在专门的盒内，以免丢失，装配后，盒内的东西应全部用上，否则装配不完整。 （2）电烙铁应放在顺手的前方，远离维修线路板。烙铁头应作适当的修整，以适应集成电路的焊接，并避免焊接时碰伤别的元器件。 （3）测量线路间的阻值时，应断电源，测阻值时应红黑表笔互换测量两次，以阻值大的为参考值。 （4）线路板上大多刷有阻焊膜，因此测量时应找到相应的焊点作为测试点，不要铲除焊膜，有的板子全部刷有绝缘层，则只有在焊点处用刀片刮开绝缘层。 （5）不应随意切断印刷线路。有的维修人员具有一定的家电维修经验，习惯断线检查，但数控设备上的线路板大多是双面金属孔板或多层孔化板，印刷线路细而密，一旦切断不易焊接，且切线时易切断相邻的线，再则有的点，在切断某一根线时，并不能使其和线路脱离，需要同时切断几根线才行。 （6）不应随意拆换元器件。有的维修人员在没有确定故障元件的情况下只是凭感觉那一个元件坏了，就立即拆换，这样误判率较高，拆下的元件人为损坏率也较高。 （7）拆卸元件时应使用吸锡器及吸锡绳，切忌硬取。同一焊盘不应长时间加热及重复拆卸，以免损坏焊盘。 （8）更换新的器件，其引脚应作适当的处理，焊接中不应使用酸性焊油。 （9）记录线路上的开关，跳线位置，不应随意改变。进行两极以上的对照检查时，或互换元器件时注意标记各板上的元件，以免错乱，致使好板亦不能工作。 （10）查清线路板的电源配置及种类，根据检查的需要，可分别供电或全部供电。应注意高压，有的线路板直接接入高压，或板内有高压发生器，需适当绝缘，操作时应特别注意。 最后，我觉得：维修不可墨守陈规，生搬理论的东西，一定要结合当时当地的实际情况，开阔思路，逐步分析，逐个排除，直至找到真正的故障原因。 综上所述，数控技术的发展是与现代计算机技术、电子技术发展同步的，同时也是根据生产发展的需要而发展的。现在数控技术已经成熟，发展将更深更广更快。未来的CNC系统将会使机械更好用，更便宜。
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普通铣床的数控改造设计摘要:目前,在机械加工工业中,还有许多普通机床,如果改用微机控制、实现机电一体化的改造,成本低、周期短,适合我国国情。文中介绍了采用MTC—1M铣床数控装置改造X52A型立式铣床,改造后的铣床不但适应小批量、多品种、复杂零件的加工,而且提高加工精度和生产率。关键词:普通铣床微机控制改造
M T C—1 M是三坐标轴联动的铣床用多C P U数控装置。该装置除了有一般数控功能之外,还具有子程序和参数编程,特别是镜像功能,很适合具有对称轮廓工件的数控加工编程。因此采用M T C—1 M铣床数控装置改造X 5 2 A型立式铣床,改造后的铣床适应小批量、多品种、复杂零件的加工。1控制原理对机床的控制过程是由单片机单板机按照输入的加工程序进行插补运算,产生进给,由软件实现脉冲分配,输出一系列脉冲,经功率放大、驱动刀架、纵横轴运动的步进电机,实现刀具按规定的轮廓线轨迹运动。微机进行插补运算的速度较快,可以让单板机每完成一次插补、进给,就执行一次延时程序,由延时程序控制进给速度(图1)。
2数控系统的硬件设计与分析要能控制三个坐标轴的运动,其中至少需同时控制两轴联动完成圆弧插补;为了在加工中可使用不同尺寸的刀具,数控装置应具有刀具的半径和长度的补偿功能,以便数控加工中按轮廓编制程序而能适应刀具尺寸的变化。为了适应将来发展的需要,数控装置应具备通讯接口。因此确定选用M T C—1 M铣床数控装置。此外,它还具有示教、录返和用R S 2 3 2 C通讯的功能。该数控装置还可以控制主轴转速,但由于主轴所需调速范围小,调速机会也不多,而且主轴电机功率较大,如采用调速装置将会增加不少投资,所以改造中未采用数控装置调速,而仍保留原机床上的手动机械换挡方式对主轴实行变速。由于采用现成的M T C—1 M数控装置,在选配时要考虑功能需求,与伺服单元的配接,其它的输入／出控制信号及控制能力。在配接时要考虑接口的数量及参数,必要时要设计信号变换电路,在设计参考点信号的电路时,采用了光电隔离;另外为了在接近开关及其电源、引线等发生故障时,能有一定的保护,设计了逻辑检测电路。此逻辑检测电路的作用是当发生元件损坏,断线或短路时发出信号,产生紧急停机的作用。为了能用一般的8位微处理器芯片完成插补运算．,而且还要监控键盘,对显示屏幕的不断刷新等,系统采用了多C P U结构。多C P U结构是数控系统为了适应功能强、速度快、分辨力高而发展起来的很有生命力的结构型式。数控系统硬件框图如图2所示。
该数控装置采用三个C P U,分别是中央C P U,显示和键盘管理C P U以及插补和输入／输出C P U。中央C P U起主要控制作用,负责数控程序的编辑,数控程序段的译码预处理,刀具半径补偿的计算,机器和刀具参数编辑,诊断处理,键信号监控处理等,并且要协调另两个C P U的同步工作。显示C P U主要功能是按照中央C P U送来的显示命令和显示内容,组成相应的显示页面,负责产生C R T显示器所需要的视频扫描信号,控制显示器按规定的显示方式显示有关信息。此外,扫描键盘,将接收的键盘和开关信号经译码送给中央C P U进行相应处理。插补C P U主要进行插补运算,发生伺服驱动所需的控制信号,接收测量反馈信号,实现速度和位置控制。此外,对输入／输出信号进行控制,并完成R S 2 3 2 C通讯功能。插补C P U接收中央C P U送来的程序段信息和其它命令,并返回插补完成情况及出错信号。3 X52A型立式铣床传动系统改造方案设计与分析X 5 2 A立式铣床,其原传动系统图如图
3所示。主轴转动由电机1经变速齿轮驱动,其主轴的升降用手柄5经锥齿轮副3、丝杠2手动操作。工作台的X轴(纵轴)和Y轴(横轴)均通过离合器6和离合器7,由进给电机10通过变速齿轮驱动杠副4和8机动进给。工作台的升降由电机10通过离合器9将运动传给丝杠副1 1实现。为实现复杂零件的自动铣削加工,可以将工作台升降、工作台X、Y轴的进给运动改为微机控制实现三轴控制。能自动铣削空间曲面零件,方案的改造设计思路说明如下。为保留原机床的半自动功能,应对原系统作尽可能少的改动,即一旦控制系统出了问题,机床还可以使用,以免影响生产。为此可进行以下改动:(1)保留原机床主轴运动系统;(2)保留机床工作台X、Y轴进给系统,脱开离合器5、6去掉手轮,将滑动丝杠副换为滚珠丝杠副(也可用原有丝杠副),并改装减速齿轮箱、减速齿轮、步进电机;(3)主轴升降垂直进给运动:拆去原手动锥齿轮副4及丝杠副2,更换成滚珠丝杠副或采用原丝杠副并将丝杠上的锥齿轮改为圆柱齿轮,由于安装电机受到一级减速齿轮中心距尺寸的限制故可安装一个中间轮(椭轮),设计并安装减速箱,将电机安装在减速箱的偏心套上。为了调整齿轮传动间隙,可将椭轮轴作成偏心轴以调整与丝杠轴上齿轮的啮合间隙。调整偏心套又可调整电机输出轴上的齿轮与中间轴齿轮之间的传动间隙4改造中应注意的问题(1)改造前,要对改造的机床进行全面的检查和修理,使其恢复原有的精度或尽量高的精度。这样才能保证在实施数控改造后,机床的精度不致降低。(2)改造前,应尽可能保留机床的原有功能,特别是手动功能,如此可为操作人员提供方便的加工条件。(3)原有铣床的传动链终端一般为T型丝杠,它的传动精度高,运动阻力大,若进行改造中更换为滚珠丝杠则效果更好。
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