数控专业毕业论文 论数控机床编程及操作加工.doc

论数控机床编程及操作加工年级大二学号姓名专业数控技术学校昆明冶金高等专科学校院系材料与机械学院指导老师邓宇翔评语指导教师签章评阅人评语评阅人签章成绩答辩委员会主任签章毕业设计任务书班级数控班学生姓名学号专业数控技术发题日期年月日完成日期年月日题目论数控机床工艺编程及操作加工题目类型工程设计技术专题研究理论研究软硬件产品开发一毕业设计任务熟练掌握数控车或自动编程软件针对自动编程的学生利用自动编程软件设计已给定数据的机械零件进行实体造型对生成的实体进行分析并进行仿真加工进行后置处理生成并校核代码了解数控技术和装备发展趋势及对策撰写字以上的毕业论文二应完成的硬件或软件实验三应交出的设计文件及实物四指导教师提供的设计资料五要求学生搜集的技术资料指出搜集资料的技术领域六设计进度安排第一部分周第二部分周第三部分周评阅及答辩周指导教师年月日审批人年月日机械学院年制目录一引言第一章绪论一课题的来源及现实意义本论文的背景及意义课题的意义二数控机床的发展趋势三数控机床的分类第二章数控加工数控机床的发展过程数控系控的特点一课题零件图二基于数控系统的数控车床进行加工零件三数控加工工艺分析与加工工艺设计详细数控加工工艺分析数控加工工艺设计四数控加工编程与操作五数控设备及相关先进设备安装第三章数控系统选用开环步进伺服系统闭环数控系统半闭环数控系统第四章数控编程一程序首句妙用的技巧二控制尺寸精度的技巧三故障排除方法四维修中应注意的事项二结论三致谢四参考文献摘要内容本设计介绍数控机床的发展背景先进的制造技术数控车床的原理和结构及在加工中的应用数控车床零件加工工艺及程序编写数控技术集传统的机械制造技术计算机技术成组技术与现代控制技术传感检测技术信息处理技术网络通讯技术液压气动技术光机电技术于一体是现代先进制造技术的基础和核心把传统制造业推进到了信息化制造时代是现代工业实现自动化柔性化集成化生产的基础是一种知识密集型和资金密集型的技术数控车床己经成为现代企业的必需品随着数控技术的不断成熟和发展及市场日益繁荣其竞争也越来越激烈人们对数控车床选择也有了更加广阔的范围对数控机床技术技术的掌握也越来越高通过本次设计达到对型数控车床型数控车床型数控车床及分别配备的系统系统系统等知识的初步了解及型数控车床和系统的应用目的关键词数控车床系统数控编程加工工艺目录一引言数控机床是综合应用计算机自动控制自动检测及精密机械等高新技术的产物是典型的机电一体化产品它的出现及所带来的巨大效益引起世界各国科技界和工业界的普遍重视发展数控机床是当前我国机械制造业技术改造的必由之路是未来工厂企业自动化的基础数控加工是机械制造业中的先进加工技术在生产企业中数控机床的使用越来越广泛我国的机械制造行业正急需大批熟悉掌握现代数控机床的编程操作故障诊断和维护等技术的应用型人才随着数控技术的发展数控机床不仅在航空造船军工等领域广泛使用而且也进入了汽车机床等民用机械制造行业目前在机械制造行业中单件小批量的生产所占的比例越来越大机械产品的精度和质量也在不断的提高所以普通机床越来越难以满足加工精密零件的需要同时由于生产水平的提高数控机床的价格在不断下降因此数控机床被广泛使用第一章绪论一课题的来源及现实意义数控机床毕业设计是机电一体化专业的学生必须要经历的一个重要的实践环节通过本环节的锻炼力争能把以前所学的知识融会贯通从而达到温故而知新的目的提高解决实际工程课题的能力根据教学要求结合自己的资料掌握状况选择数控机床工艺编程及操作加工作为毕业设计课题数控机床正在各行各业中得到广泛的应用因此研究和设计数控机床有很强的现实意义微机控制技术正在发挥出巨大的优越性课题背景及意义两年多来通过对数控专业的学习和一段时间的实习对数控机床和编程和操作有一定程度的了解和掌握已经可以进行独立的编程和操作这时就需要一次来锻炼自己检验自己的掌握程度这次设计就达到了这样的目的使自己更了解数控机床对它的结构系统等有了一定更进一步的掌握使自己的理论水平和实际操作水平更上一层楼课题的意义装备工业的技术水平和现代程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业如信息技术及其产业生物技术及其产业航空航天等国防工业产业的使能技术和最基本的装备马克思曾经说过各种经济时代的区别在于生产什么而在于怎样生产用什么劳动资料生产制造技术和装备就是人类生活的最基本的生产资料而数控又是当今先进制造技术和装备最核心和技术当今世界各国制造业广泛采用数控技术以提高制造业能力和水平提高对动态多变市场和适应能力和竞争能力此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家战略物资不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业而且在高精尖数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策总之大力发展以数控技术为核心的先进制造业技术已成为世界各发达国家加速经济发展提高综合国力和国家地位的重要途径二数控机床的发展趋势随着科学技术不断发展数控机床的发展越来越快数控机床也正朝着高性能高精度高速高柔性化和模块化方向发展高性能随着数控系统集成度的增强数控机床出实现多台集中控制甚至远距离遥控高精度数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高而精度保持性要好高速度数控机床各轴运行的速度将大大加快高柔性数控机床的柔性化将向自动化程度更高的发展方向将管理物流及各相应辅机集成柔性制造系统模块化数控机床要缩短周期和降低成本就必然向模块化方向发展这既有利于制造商又有利于客户我国近几年数控机床虽然发展较快但与国际先进水平还有一定的差距主要表现在可靠性差外观质量差产品开发周期长应变能力差为了缩短与世界水平的差距有关专家建议机床企业应在以下个方面着力研究加大力度实施质量工程提高数控机床无故障率跟踪国际水平使数控机床向高效高精方面发展加大成套设计开发能力上求突破发挥服务优势扩大市场占有率多品种制造满足不同层次的用户模块化设计缩短开发周期快速响应市场数控机床使用范围越来越大国际市场容量也越来越大但竞争也会加剧我们只紧跟先进技术进步的大方向并不断创新才能赶超世界先进水平合金钢具有较高的机械强度热处理性能好淬火性好在传递大功率要求结紧凑耐磨性好采用合金钢三数控机床的分类按加工工艺方法分类金属切削类数控机床特种加工类数控机床板材加工数控机床按控制控制运动轨迹分类点位控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床按驱动装置的特点分类开环控制数控机床闭环控制数控机床半闭环控制数控机床混合控制数控机床第二章数控加工数控机床的发展过程自从年第一台数控铣床在美国诞生以来随着电子技术计算机技术自动控制和精密测量技术的发展数控机床得到迅速的发展和更新换代数控技术的发展先后经历了电子管年晶体管年小规模集成电路年大规模集成电路及小型计算机年和微处理或计算机年等五代数控系统前三代数控系统采用专用电子线路实现硬件式数控一般成为普通数控系统简称第四代和五代系统是采用微处理器及大规模集成电路组成的软件式数控系统称为现代数控系统简称第四代和第五代由于现代数控系统的控制功能大部分由软件技术来实现因而使硬件得到进一步简化系统可靠性提高功能更加灵活和完善目前现代数控系统几乎完全取代了以往的普通数控系统随着数控技术的发展用通用微机技术开发数控系统可以得到强的力的硬件和软件支持这些软件和硬件是开放式的此时的通用微机除了具备本身的功能外还具有全功能数控系统的全部功能这是一条发展数控技术的途径当前全功能数控系控的特点有选用高速微处理器微处理器是现代数控系统的核心部件担负着运算存储和控制等多重任务其位数和运行速度直接关系到加工效率和加工精度高速位微处理器的采用使得数控系统的输入译码计算和输出等环境都在高速下进行同时提高了多轴联动进给速度和分辨率等指标配置高速功能强的可编程控制器数控系统除了对位置进行信息控制外还要对状态量进行控制数控系统中高速和强功能的可编程控制器能滿足数控机床这方面的要求同时输入输出点数和容量的增加可满足直接数字控制系统和柔性制造单元的控制要求图形显示人机对话功能及自诊断功能大多数现代数控系统采用于手能键盘配合实现程序的输入编辑修改和删除等功能具有前台操作后台编辑的功能及用户宏程序等可以有二维图形轨迹显示有的还可以实现三维彩色动态图形的显示系统具有硬件软件及机床故障自诊断功能提高了可维修性具有多种监控检测和补偿功能为了提高数控机床的效率及加工精度有些数控机床配置了各种测量装置如刀具磨损的检测机床精度及热变形的检测等于之相适应数控系统则有刀具寿命管理刀具参数补偿反向间隙及丝杠螺距误差补偿热变形补偿等功能智能化在现代数控系统中引进了自适应控制技术数控系统能检测对机床本身有影响的信息并自动连续调整有关数据以达到系统运行的最优化在有的系统中有建立了切削率的数据库及切削用量的专家系统等大多数现代数控系统都有学习及示教功能通信功能一般数控系统都有通信功能如采用串行接口与编程机微机等外设通信现代数控系统还要于其他数控系统或上级计算机通信所以除了接口外还有的等多种通信接口数控系统要单机的进入柔性制造系统进而形成计算机知集成制造系统就要求数控系统具有更高通信功能为此有的数控系统开发了符合开发系统互联七成网络模型的通信规约为自动化技术发展创造了条件标准化通用化和模块化现代数控系统的性能越来越完善功能越来越多样促使数控系统的硬件和软件结构实现标准化通用化和模块化现在不同的标准化模块可以组成各种不同的数控机床控制系统能方便的移植计算机行业或自动化领域的成果也便于现有的数控系统进一步扩展及升级开发性基于的开放式数控系统已成为数技术发展的重要方向通过制定必要的技术规范在通用基础上一方面使硬件的体系结构和功能模块具有兼容性另一方面使软件接口等技术规范化和标准化为机床制造厂或用户提供一个良好的开发环境高可靠性现代数控系统的平均无故障时间已达到以上数控系统与微机和通用机积极生产批量大小的区别其制造过程包括元件筛选印制电路板焊接和贴附生产过程及最终产品的检测和出厂前整机的考机等措施保证了数控系统有很高的可靠性一课题零件图二数控车床加工零件在灿宇实习的时候接到来料加工任务是一家齿轮厂他们要求我厂协助他们紧急生产一批轮子首先说明一下任务要求一轮子尺寸外圆直径为无上偏差下偏差为内孔直径是无下偏差上偏差要求该内孔是个通孔长度为然后就是外圆和内孔都要倒角数量件四天内要完成二初步了解毛坯毛坯直径为长度为至该材料是在锯床上锯成的所以这种毛坯存在长度可能不一致端不平等情况材料是号钢比较软吃刀量可以适当加大一些三深入了解此工件的用途及下一道工序该工件是用于齿轮上的滚子下一道工序还要在无心磨床上磨削然后再进行高频淬火四我厂现有设备五台数控车床几台沙轮一谈铣床精度极差切削能力也是十分差硬质合金刀具十把总之条件很差五基本制定加工工序先在数控车床钻孔直接用直径的钻头钻不用再车内孔原因因为工件送给总厂它要还要在无心磨床上心磨啊大一点小一点都没有问题更何况这只是一个滚子的内孔而己所以这个内孔可以大一点钻头的精度不高的钻头钻出来就是至了没什么大问题更何况还要赶时间少了一道工序就能省下不少时间呵呵最重要是我这里根本就同有内孔刀也懒得去买在小机床上用倒角器倒内孔方便下一道工序车外圆时能夹住工件倒内孔很容易速度很快没有什么问题只是有些操作工倒角太猛内孔倒得太深车外圆车外圆出了点问题因为外圆中间不能出现接刀痕所以我们不能采用车一半再调头车想来想去我只好做了一个夹具类似于死顶尖做好这个夹具这个夹具就不能再从卡盘下卸下来一旦卸下来精度就完了工件后面采用活顶尖顶住程序编写直接一刀车过去了转速为进给刚开始的时候很顺利可是过了不会就打刀打刀了我换一把再对刀再来一会儿又打断了一把刀不到半个小时就打把刀我的刀只有把再打刀就完了怎么办停工整顿思考原因我发现我的编程的循环起点定得太近有的工件长度竟然达到了为了安全起见我把循环起点定到后来我又发现工件存在没有顶紧张问题因为刀具能将工件逼停转而卡盘还能转我看操作将尾座顶得很紧啊尾座也不存松动现象这是怎么回事后我观察操作工是在主轴开动之前就顶紧工件这样是不行了必须要在卡盘转动之后才能顶紧工件也只有这样才能顶得紧工件至于为什么你就别问我了做机床多了有经验了自然就知道为什么就在差不多快要车完内孔时又打了二把刀现在只剩下一把刀了我只再来分析断刀原因原因是有的内孔倒角太深导制夹不到工件唯一的方法只有把夹具的尖给弄掉一部分可是夹具又不能卸下来怎么办呢我只好找来一具锯锯了多分钟才把夹具前面的尖锯断一部分再试一下倒角再深的工件也能顶住了好了问题搞定了最后倒外圆如期完工数控机床加工中所有工步的刀具选择走刀轨迹切削用量加工余量等都要预先确定好并编入加工程序一个合格的编程员首先应该是一个很好的工艺员他对数控机床的性能特点和应用切削规范和标准工具系统等要非常熟悉否则就无法做到全面周到地考虑加工的全过程并正确合理地编制零件的加工程序数控加工工艺分析数控加工工艺性分析涉及内容很多在此仅从数控加工的必要性可能性与方便性加以分析包括分析零件图重要尺寸与精度的分析工件的定位定位基准的选择工件的夹紧夹具设计加工余量的确定切削用量的选择冷却液的选择工序尺寸与公差的确定机械加工精度与表面精度加工所用的刀具的设计与选择刀具的材质几何角度与形状各种参数的设计制定工艺工序卡熟悉评价零件的标准与要求了解质量检验的方法并用一种典型的方法对所加工零件进行检验并分析其误差与加工不零件加工工艺分析决定零件进行数控加工的内容当某个零件采用数控加工时并不等于它所有的加工内容都要由数控加工来完成而进行数控加工的内容可能只是其中的一部分因此必须对零件图样进行仔细的工艺分析选择那些最适合最需要数控加工的内容和工序进行数控加工在选择时应结合实际生产情况立足于解决难题和提高生产率充分发挥数控加工的优势一般可按下列顺序考虑优先选择通用机床无法加工的内容进行数控加工重点选择通用机床难以加工或质量难以保证的内容进行数控加工采用通用机床加工效率较低劳动强度较大的内容在数控机床尚存富裕能力的基础上选择数控加工通常上述加工内容采用数控加工后在加工质量生产率与综合经济效益等方面都会得到明显的提高此外在选择和决定加工内容时也要考虑生产批量生产周期和工序间周转情况等总之要尽量做到优质高产低消耗要防止把数控机床降格为通用机床使用零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性良好的结构工艺性可以使零件加工容易节省工时和材料而较差的零件结构工艺性会使加工困难浪费工时和材料有时甚至无法加工因此零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸这样可以减少刀具规格和换刀次数使编程方便提高生产效率内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小所以内槽圆角半径不应太小铣削零件槽底平面时槽底圆角半径不要过大铣刀端面刃与铣削平面的最大接触直径为铣刀直径当一定时越大铣刀端面刃铣削平面的面积越小加工平面的能力就越差效率越低工艺性也越差当大到一定程度时甚至必须用球头铣刀加工这是应该尽量避免的应采用统一的基准定位在数控加工中若没有统一的定位基准则会造成因工件重复定位和基准变换所引起的定位误差以及生产率的降低如果零件上没有合适的定位基准则应在零件上设置辅助基准以保证数控加工的定位准确可靠迅速方便通过对零件的工艺分析可以深入全面地了解零件及时地对零件结构和技术要求等作必要的修改进而确定该零件是否适合在数控机床上加工适合在哪台数控机床上加工在某台机床上应完成零件的哪些工序或哪些表面的加工等数控加工工艺设计数控加工工艺设计首先需要选择定位基准再确定所有加工表面的加工方法和加工方案然后确定所有工步的加工顺序把相邻工步划为一个工序即进行工序划分最后再将需要的其他工序如普通加工工序辅助工序热处理工序等插入并衔接于数控加工工序序列之中就得到了要求零件的数控加工工艺路线定位基准的选择精基准的选择精基准的选择应从保证零件的加工精度特别是加工表面的相互位置精度来考虑同时也必须尽量使装夹方便夹具结构简单可靠精基准的选择应遵循以下原则基准重合原则即应尽可能选用设计基准作为精基准这样可以避免由于基准不重合而引起的误差基准统一原则即在加工工件的多个表面时尽可能使用同一组定位基准作为精基准这样便于保证各加工表面的相互位置精度避免基准变换所产生的误差并能简化夹具的设计与制造互为基准原则当两个加工表面相互位置精度以及它们自身的尺寸与形状精度都要求很高时可以采用互为基准的原则反复多次进行加工自为基准原则有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀在加工时就应尽量选择加工表面本身作为精基准而该表面与其他表面之间的位置精度则由先行工序保证粗基准的选择粗基准的选择主要影响不加工表面与加工表面之间的相互位置精度以及加工表面的余量分配粗基准的选择应遵循的原则是如果必须保证工件上加工表面与不加工表面之间的相互位置精度要求则应以不加工表面为粗基准如果工件上有多个不加工表面则应以其中与加工表面要求较高的表面作为粗基准若必须首先保证工件上某重要表面加工余量均匀则应选择该表面作为粗基准选作粗基准的表面应尽量平整光洁不应有飞边浇冒口等缺陷粗基准一般只使用一次数控机床加工在选择定位基准时除了遵循以上原则外还应考虑以下几点应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工为此要选择便于各个表面都能加工的定位方式如对于箱体零件宜采用一面两销的定位方式也可采用以某侧面为导向基准待工件夹紧后将导向元件拆去的定位方式如果用一次装夹完成工件上各个表面加工也可直接选用毛面作定位基准只是这时毛坯的制造精度要求更高一些加工方法和加工方案的确定加工方法的选择加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求由于获得同一精度和表面粗糙度的加工方法有许多因而在实际选择时要结合零件的结构形状尺寸大小和热处理要求等全面考虑例如对于级精度的孔采用镗削铰削磨削等加工方法均可达到精度要求但箱体上较大的孔一般采用镗削较小的孔宜选择铰削而箱体上的孔不宜采用磨削此外还应考虑生产率和经济性的要求以及现有实际生产情况等常用加工方法的经济加工精度和表面粗糙度可查阅有关工艺手册加工方案的确定确定加工方案时首先应根据表面的加工精度和表面粗糙度要求初步确定为达到这些要求所需要的最终加工方法然后再确定其前面一系列的加工方法即获得该表面的加工方案例如对于箱体上孔径不大的级精度的孔先确定最终加工方法为精铰而精铰孔前则通常要经过钻孔扩孔和粗铰等工序的加工在确定表面的加工方案时可查阅有关工艺手册加工顺序的安排零件的加工工序通常包括切削加工工序热处理工序和辅助工序如表面处理清洗和检验等这些工序的顺序直接影响到零件的加工质量生产效率和加工成本这里重点介绍切削加工工序的顺序安排原则基面先行原则用作精基准的表面应优先加工出来因为定位基准的表面越精确装夹误差就越小例如轴类零件加工时总是先加工中心孔再以中心孔为精基准加工外圆表面和端面又如箱体类零件总是先加工定位用的平面和两个定位孔再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面先粗后精原则各个表面的加工顺序按照粗加工半精加工精加工光整加工的顺序依次进行逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度先主后次原则零件的主要工作表面装配基面应先加工从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷次要表面可穿插进行放在主要表面加工到一定程度后最终精加工之前进行先面后孔原则对箱体支架类零件平面轮廓尺寸较大一般先加工平面再加工孔和其他尺寸这样安排加工顺序一方面用加工过的平面定位稳定可靠另一方面在加工过的平面上加工孔比较容易并能提高孔的加工精度特别是钻孔孔的轴线不易偏斜先近后远原则在一般情况下离对刀点近的部位先加工离对刀点远的部位后加工以便缩短刀具移动距离减少空行程时间对于车削而言先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性改善其切削条件对刀点与换刀点的确定所谓对刀就是确定工件在机床的位置也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系对刀过程一般是从各坐标方向分别进行它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点即对刀点来实现选择对刀点的原则是便于确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置在机床上容易找正加工过程中便于检查引起的加工误差小对刀点可选在工件上也可选在夹具上或机床上但必须与工件的定位基准相当于与工件坐标系有已知的准确尺寸关系这样才能确定工件坐标系与机床坐标系的关系当对刀精度要求较高时对刀点应尽量选择零件的设计基准或工艺基准上如以孔定位的工件可选孔的中心作为对刀点刀具的位置则以此孔来找正使刀位点与对刀点重合工厂常用的找正方法是将千分表装在机床主轴上然后转动机床主轴以使刀位点与对刀点一致一致性越好对刀精度越高对刀时直接或间接地使对刀点与刀位点重合所谓刀位点是指编制数控加工程序时用以确定刀具位置的基准点对于平头立铣刀面铣刀类刀具刀位点一般取为刀具轴线与刀具底端面的交点对球头铣刀刀位点为球心对于车刀镗刀类刀具刀位点为刀尖钻头则取为钻尖等对数控车床加工中心等数控机床加工过程中需要换刀时在编程时应考虑选择合适的换刀点所谓换刀点是指刀架转位换刀时的位置该点可以是某一固定点如加工中心上换刀机械手的位置是固定的也可以是任意的一点如数控车床换刀点应设在工件或夹具的外部以刀架转位时不碰工件及其他部位为准刀具走刀路线的确定走刀路线是指数控加工过程中刀具刀位点相对于被加工工件的运动轨迹设计好走刀路线是编制合理加工程序的条件之一确定走刀路线的原则是应能保证零件的加工精度和表面质量要求当铣削平面零件外轮廓时一般采用立铣刀侧刃切削刀具切入工件时应避免沿零件外廓的法向切入而应沿外廓曲线延长线的切向切入以避免在切入处产生刀具的刻痕而影响表面质量保证零件外廓曲线平滑过渡同理在切离工件时也应避免在工件的轮廓处直接退刀而应该沿零件轮廓延长线的切线逐渐切离工件铣削封闭的内轮廓表面时若内轮廓曲线允许外延则应沿切线方向切入切出若内轮廓曲线不允许外延刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入切出此时刀具的切入切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处工件的装夹与夹具的选择在数控加工时无论数控机床本身具有多高的精度如果工件因装夹不合理而产生变形或歪斜就会因此降低零件加工精度要正确装夹工件必须合理地选用数控夹具才能保证加工出高质量的产品工件装夹的基本原则数控加工时工件装夹的基本原则与普通机床相同都要根据具体情况合理选择定位基准和夹紧方案在确定定位基准与夹紧方案时应注意以下几点力求设计基准工艺基准和编程计算的基准统一尽量减少工件的装夹次数和辅助时间即尽可能在工件的一次装夹中加工出全部待加工表面避免采用占机人工调整方案以充分发挥数控机床的效能对于加工中心工件在工作台上的安放位置要兼顾各个工位的加工要考虑刀具长度及其刚度对加工质量的影响选择夹具的基本原则数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定二是要协调工件和机床坐标系的尺寸关系除此以外还要考虑以下几点在单件小批生产条件下应尽量采用组合夹具可调夹具及其他通用夹具以缩短生产准备时间提高生产率在成批生产时才考虑采用专用夹具并力求结构简单采用辅助时间短的夹具即工件的装卸要迅速方便可靠为满足数控加工精度要求夹具定位夹紧精度高夹具上各零部件应不妨碍机床对工件各表面的加工即夹具要敞开其定位夹紧机构元件不能影响加工时刀具的进给如产生碰撞等便于清扫切屑刀具的选择数控编程时正确选择刀具是数控加工工艺中的重要内容选择刀具通常考虑工件材料加工型面类型切削用量以及其他相关因素刀具选择总的原则是安装调整方便刚性好耐用度和精度高在满足加工要求的前提下尽量选择短的刀柄以提高刀具加工的刚性选取刀具时要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应生产中平面工件周边轮廓的加工常采用立铣刀铣刀半径应小于零件外部轮廓的最小曲率半径铣削平面时应选硬质合金刀片铣刀加工凸台凹槽时选普通硬质合金超细晶粒硬质合金涂层或高速钢立铣刀加工毛坯表面或粗加工孔时可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工常采用球头铣刀环形铣刀锥形铣刀和盘形铣刀在进行自由曲面加工时由于球头刀具的端部切削速度为零因此为保证加工精度切削行距一般取得很密故球头刀常用于曲面的精加工而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀因此在保证不过切的前提下无论是曲面的粗加工还是精加工都应优先选择平头刀另外刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大必须引起注意的是在大多数情况下选择好的刀具虽然增加了刀具成本但由此带来的加工质量和加工效率的提高则可以使整个加工成本大大降低在加工中心上各种刀具分别装在刀库中按程序规定随时进行选刀和换刀动作因此必须采用标准刀柄以便使钻扩镗铣削等工序用的标准刀具迅速准确地装到机床主轴或刀库中去编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸调整方法以及调整范围以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸切削用量的确定切削用量包括主轴转速切削速度背吃刀量和进给量或进给速度切削用量的大小对切削力切削功率刀具磨损加工质量和加工成本均有显著影响数控加工中选择切削用量时就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下充分发挥机床性能和刀具切削性能使切削效率最高加工成本最低合理选择切削用量的原则是粗加工时一般以提高生产率为主但也应考虑经济性和生产成本因此在工艺系统刚度允许的情况下选取较大的背吃刀量和进给量但不宜选取较高的切削速度半精加工和精加工时应在保证加工质量的前提下兼顾切削效率经济性和生产成本一般应选取较小的背吃刀量和进给量以及尽可能高的切削速度具体数值应根据机床使用说明书切削用量手册并结合实际经验加以修正确定程编误差及其控制程序编制中产生的误差主要由以下三部分组成几何建模误差这是用近似方法表达零件轮廓形状时所产生的误差例如当需要仿制已有零件而又无法考证零件外形的准确数学表达式时只能实测一组离散点的坐标值用样条曲线或曲面拟合后编程近似方程所表示的形状与原始零件之间有误差但一般情况下较难确定这个误差的大小逼近误差包括两个方面一是用直线或圆弧段逼近零件轮廓曲线或复杂刀具轨迹所产生的误差减小这个误差的最简单方法是减小逼近线段的长度但这将增加程序段数量和计算时间另一方面的误差是在三维曲面加工时采用行切加工方法对实际型面进行近似包络成形减小这个误差的最简单方法是减小走刀行距但这不仅会成倍增加程序段数量和计算时间更重要的是将成倍降低加工效率尺寸圆整误差它是指计算过程中由于计算精度而引起的误差在点位数控加工中程编误差只包含尺寸圆整误差在轮廓加工中尺寸圆整误差所占的比例较小相对于其他误差来说该项误差一般可以忽略不计对于点位加工和由直线圆弧构成的二维轮廓加工基本上不存在程编误差问题但在复杂轮廓加工特别是三维曲面加工时程编误差主要是逼近误差的合理控制是必须充分重视的问题之一四数控编程与操作在数控编程之前编程员应了解所用数控机床的规格性能数控系统所具备的功能及编程指令格式等根据零件形状尺寸及其技术要求分析零件的加工工艺选定合适的机床刀具与夹具确定合理的零件加工工艺路线工步顺序以及切削用量等工艺参数这些工作与普通机床加工零件时的编制工艺规程基本是相同的确定加工方案此时应考虑数控机床使用的合理性及经济性并充分发挥数控机床的功能工夹具的设计和选择应特别注意要迅速完成工件的定位和夹紧过程以减少辅助时间使用组合夹具生产准备周期短夹具零件可以反复使用经济效果好此外所用夹具应便于安装便于协调工件和机床坐标系之间的尺寸关系选择合理的走刀路线合理地选择走刀路线对于数控加工是很重要的应考虑以下几个方面尽量缩短走刀路线减少空走刀行程提高生产效率合理选取起刀点切入点和切入方式保证切入过程平稳没有冲击保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求保证加工过程的安全性避免刀具与非加工面的干涉有利于简化数值计算减少程序段数目和编制程序工作量选择合理的刀具根据工件材料的性能机床的加工能力加工工序的类型切削用量以及其它与加工有关的因素来选择刀具包括刀具的结构类型材料牌号几何参数确定合理的切削用量在工艺处理中必须正确确定切削用量刀位轨迹计算在编写程序时根据零件形状尺寸加工工艺路线的要求和定义的走刀路径在适当的工件坐标系上计算零件与刀具相对运动的轨迹的坐标值以获得刀位数据诸如几何元素的起点终点圆弧的圆心几何元素的交点或切点等坐标值有时还需要根据这些数据计算刀具中心轨迹的坐标值并按数控系统最小设定单位如将上述坐标值转换成相应的数字量作为编程的参数在计算刀具加工轨迹前正确选择编程原点和工件坐标系是极其重要的工件坐标系是指在数控编程时在工件上确定的基准坐标系其原点也是数控加工的对刀点工件坐标系的选择原则为所选的工件坐标系应使程序编制简单工件坐标系原点应选在容易找正并在加工过程中便于检查的位置引起的加工误差小编制或生成加工程序清单根据制定的加工路线刀具运动轨迹切削用量刀具号码刀具补偿要求及辅助动作按照机床数控系统使用的指令代码及程序格式要求编写或生成零件加工程序清单并需要进行初步的人工检查并进行反复修改一程序输入在早期的数控机床上都配备光电读带机作为加工程序输入设备因此对于大型的加工程序可以制作加工程序纸带作为控制信息介质近年来许多数控机床都采用磁盘计算机通讯技术等各种与计算机通用的程序输入方式实现加工程序的输入因此只需要在普通计算机上输入编辑好加工程序就可以直接传送到数控机床的数控系统中当程序较简单时也可以通过键盘人工直接输入到数控系统中数控加工程序正确性校验通常所编制的加工程序必须经过进一步的校验和试切削才能用于正式加工当发现错误时应分析错误的性质及其产生的原因或修改程序单或调整刀具补偿尺寸直到符合图纸规定的精度要求为止二计算机辅助数控加工编程的一般原理如图所示编程人员首先将被加工零件的几何图形及有关工艺过程用计算机能够识别的形式输入计算机利用计算机内的数控系统程序对输入信息进行翻译形成机内零件拓扑数据然后进行工艺处理如刀具选择走刀分配工艺参数选择等与刀具运动轨迹的计算生成一系列的刀具位置数据包括每次走刀运动的坐标数据和工艺参数这一过程称为主信息处理或前置处理然后按照代码规范和指定数控机床驱动控制系统的要求将主信息处理后得到的刀位文件转换为代码这一过程称之为后置处理经过后置处理便能输出适应某一具体数控机床要求的零件数控加工程序即加工程序该加工程序可以通过控制介质如磁带磁盘等或通讯接口送入机床的控制系统整个处理过程是在数控系统程序又称系统软件或编译程序的控制下进行的数控系统程序包括前置处理程序和后置处理程序两大模块每个模块又由多个子模块及子处理程序组成计算机有了这套处理程序才能识别转换和处理全过程它是系统的核心部分五数控设备的安装一一般性要求基础设计时设备厂商应该提供以下资料设备的型号转速功率规格几轮廓尺寸图等设备的重心及重心的位置设备底座外轮廓图辅助设备管道位置和坑沟孔洞尺寸以及灌浆层厚度地脚螺栓和预埋件的位置等设备的扰力和扰力力矩及其方向基础的位置及其临近建筑的基础图建筑场地的地质勘察资料及地基动力实验资料设备基础与建筑基础上部结构以及混凝土地面分开当管道与机器连接而产生较大振动时管道与建筑物连接处应该采取隔振措施当设备基础的振动对邻近的人员精密设备仪器仪表工厂生产及建筑产生有害影响时应该采取隔离措施设备基础设计不得产生有害的不均匀沉降设备地脚螺栓的设置应该符合以下要求带弯钩地脚螺栓的埋置深度不应该小于倍螺栓直径带锚板地脚螺栓的埋置深度不应该小于倍螺栓直径地脚螺栓轴线距基础边缘不应该小于倍螺栓直径预留孔边距基础边缘不应该小于当不能满足要求时应该采取加固措施预埋地脚螺栓底面下的混凝土厚度不应该小于当为预留孔时则孔底面下的混凝土净厚度不应该小于二对于数控设备还应该遵循以下的要求机床分类可按以下原则划分中小型机床是指单机重在以下的大型机床是指单机重在之间的重型机床是指单机重在之间的在进行数控设备基础设计时除了上面的一般性要求以外设备厂商还应该提供以下的资料机床的外形尺寸当基础倾斜和变形对机床加工精度有影响或计算基础配筋时尚需要机床及加工工件重力的分布情况机床移动不见或移动加工工件的重力及其移动范围重型和精密机床应该采用单独基础进行安装当进行单独基础安装时应该遵守以下规范基础平面尺寸不能小于机床支承面积的外廓尺寸并应满足安装调整和维修时所需尺寸基础的混凝土厚度应符合表金属切削机床基础的混凝土厚度表金属切削机床基础的混凝土厚度机床名称基础的混凝土厚度卧式车床立式车床铣床龙门铣床摇床龙门刨床内圆磨床无心磨床平面磨床第三章数控系统选用市场上系统厂家很多性能大同小异按控制环路分有开环闭环和半闭环系统开环步进伺服系统此类数控系统以其价格低廉维修相对简单的优点在市场上得到广泛的应用由于其存在驱动力矩小无位置反馈精度低等原因而退出数控系统的主流地位在我国经济型数控机床一般采用此类系统系统分辨率图开环步进伺服系统闭环数控系统此类数控系统装有位置反馈元件插补指令值与反馈值进行比较根据其差值进行误差修正闭环系统可以消除机械传动部分的误差给加工精度带来的影响可以达到很高的精度但是由于机械误差的非线性很容易造成系统的不稳定使系统的设计调整相对困难其主要应用于精度要求很高的超精机床图闭环数控系统半闭环数控系统半闭环控制方式其闭环环路短位置反馈元件安装在伺服电机轴端或丝杠端部用于精确控制电机的角度和速度然后通过精密滚珠丝杠等机械传动结构实现直线位移因此可获得稳定的控制特性达到较高的位置增益而不产生振荡传动链上有规律的误差可以达到补偿如螺距及间隙误差等因此半闭环控制得到广泛的应用系统分辨率市场上数控系统的类型较多主要有系列西门子系列三菱系列等根据价格合理技术先进可靠性高的原则来选择数控系统经综合考虑选用高品质高可靠高性能价格比的数控系统系统分辨率控制轴数轴可控制两台伺服电机实现向插补运动可车削端面外圆锥度圆弧面主轴接口轴可控制变频器实现主轴调速内置简化了外部接线提高整机的可靠性图形功能实现加工时刀具轨迹预览和模拟显示运行时的故障伺服波形使维修更方便通过与机相连实现加工程序的上传与下载配置主轴编码器能加工多种型式螺纹工件第四章数控编程程序输入一程序首句妙用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设定的既定位置方能进行加工找准该位置的过程如下对刀后装夹好工件毛坯主轴正转手轮基准刀平工件右端面轴不动沿轴释放刀具至点输入电脑记忆该点程序录入方式输入将工件车削出一台阶轴不动沿轴释放刀具至点停车测量车削出的工件台阶直径输入电脑记忆该点程序录入方式下输入刀具运行至编程指定的程序原点再输入电脑记忆该程序原点上述步骤中步骤即刀具定位在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处的过程繁琐一旦出现意外或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位置并重设如果是批量生产加工完一件后回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改为后问题迎刃而解其操作过程只需采用上述找过程的前五步即完成步骤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代替的实质是将工件坐标系固定在机床上不再囿于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绝对坐标输入法根据大减小小加大的原则在刀补处修改如用号切断刀切槽时工件尺寸大了而处刀补显示是则可输入减少号刀补相对坐标法如上例刀补处输入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号外圆刀加工某处轴段尺寸长了可在刀补处输入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号刀粗加工外圆之后可在刀补处输入调用精车一次停车测量后再在刀补处输入再次调用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程序编制保证尺寸精度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中除尺寸外其余均属直接按图标注尺寸经换算后而得到的编程尺寸其中及三个尺寸为分别取两极限尺寸平均值后得到的编程尺寸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号外圆刀加工图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及对此笔者采用修改程序和刀补的方法进行补救方法如下修改程序原程序中的不变改为改为这样一来各轴段均有超出名义尺寸的统一公差改刀补在号刀刀补处输入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三故障排除方法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四维修中应注意的事项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二结论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系统将会使机械更好用更便宜三致谢首先诚挚地感谢我的导师邓老师在毕业设计的这段时间里得到了他的悉心指导和帮助课题研究论文选题和论文修改的整个过程都得到了导师的精心指导和热情帮助论文的字里行间凝聚着他大量的心血和汗水导师们不仅教我治学之道更授我为人之理他们严谨的治学态度活跃的学术思想以及无私的敬业精神都给我以深刻启迪谨此表示衷心的感谢和致以崇高的敬意最后向评审本论文的专家教授学者表示衷心的感谢四参考文献黄俊半导体变流技术北京机械工业出版社年康华光电子技术基础第四版北京高等教育出版社年张惠冯英编著电源大全陕西西安交通大学出版社年李福生主编实用数控机床技术手册北京北京出版社年龚炳铮主编机电一体化技术应用实例北京机械工业出版社戴曙主编金属切削机床北京机械工业出版社年林其骏主编机床数控系统北京中国科学技术出版社年机床手册编委会机床设计手册北京机械工业出版社年陶晓杰主编伺服电机用于车床进给系统制造业自动化第期年李立强等主编控车床自动转位刀台设计制造技术与车床年黄玉美主编床总体方案的创新设计设备管理与维修年李成人等现代电机控制系统西北工业大学出版社年王永章主编机床的数字控制技术哈工大出版社年丁乃建主编数控机床的发展及在我国工程机械行业中的作用机械第卷年功能说明书北京公司梯形图编辑说明书北京公司操作说明书北京公司规格说明书北京公司附件主要技术参数项目数据项目数据床身上最大回转直径两顶尖间距离刀架上最大回转直径主轴转速级数四档自动变速主轴转速范围主轴前端部型式主轴通孔直径主轴孔前端锥度公制主轴顶尖莫氏号尾座套筒直径尾座套筒程尾座套筒前孔锥度莫氏号刀架工位数向快进速度向行程向行程主电机功率自动润滑装置轴最小增量轴最小增量验收标准简式数控卧式车床精度简式数控卧式车床技术条件