数控专业毕业论文 数控机床与应用.doc

1数控机床与应用摘要大力发展以数控技术为核心的先进制造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数控加工工艺设计的主要任务是制订加工工艺规程也是数控机床加工前的准备工作工艺规程是规定零件走刀路线刀具尺寸以及机床的运动过程因此是编程人员对数控机床的性能制造工艺过程和操作方法具有指导性的工艺文件数控机床加工的程序是数控机床的指令性文件数控机床加工程序不仅要包括零件的工艺过程而且还要包括切削用量的选择运动方式刀具系统切削规范以及工件的装夹方法工艺规程定得合理与否对程序编制机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响因此应遵循一般的工艺原则并结合数控机床的特点认真而详细地制订数控加工工艺本设计结合一具体零件进行了零件图分析加工设备刀具工装的选择切削速度进给量背吃刀量等参数的选择制订了零件的数控加工工艺根据所选择机床的指令系统编写了零件的加工程序关键词数控机床加工工艺数控编程2目录第一章数控机床概述11数控机床概述312数控系统的发展与趋势3第二章数控机床编程的基本原理与编程步骤数控机床编程的基本原理步骤5数控机床编程5数控加工工艺分析的一般步骤与方法7第三章数控机床的分类31按加工工艺方法分类11311金属切削类数控机床11312特种加工类数控机床11313板材加工类数控机床1132按控制运动轨迹分类11321点位控制数控机床11322直线控制数控机床12323轮廓控制数控机床1233按驱动装置的特点分类13331开环控制数控机床13332闭环控制数控机床14333半闭环控制数控机床14334混合控制数控机床14第四章机床的选用数控铣床的选用数控车床的选用17第五章数控机床的应用范围数控机床的应用范围19总结3第一章数控铣床概述数控机床概述数控机床的产生在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量单件与小批量生产的零件批量在10100件约占机械加工总量的80以上尤其是在造船航天航空机床重型机械以及国防工业更是如此为了满足多品种小批量的自动化生产迫切需要一种灵活的通用的能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的它为单件小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段根据国家标准对机床数字控制的定义用数字控制的装置简称数控装置在运行过程中不断地引入数字数据从而对某一生产过程实现自动控制叫数字控制简称数控用计算机控制加工功能称计算机数控computerizednumerical缩写数控机床即使采用了数控技术的机床或者说装备了数控系统的机床从应用来说数控机床就是将加工过程所需的各种操作如主轴变速松加工件进刀与退刀开车与停车选择刀具供给切削液等和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机计算机对输入的信息进行处理与运算发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件是机床自动加工出所需要的零件数控系统的发展与趋势从年第一台数控机床问世后数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展其六代是指电子管晶体管集成电路小型计算机微处理器和基于工控机的通用CNC系统其中前三代为第一阶段称作为硬件连接数控简称系统后三代为第二阶段乘坐计算机软件数控简称系统数控机床总的发展趋势是工序集中高速高效高精度以及方便使用提高可靠性等1工序集中20世纪50年代末期在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心即自备刀具库的自动换刀数控机床在加工中心机床上工件一次装夹后机床的机械4手可以自动更换刀具连续的对工件进行多种工序加工目前加工中心机床的刀具库容量可达到100多把刀具自动换刀装置的换刀时间仅需052秒加工中心机床使工序集中在一台机床上完成减少了由于工序分散工件多次安装引起的定位误差提高了加工精度同时也减少了机床的台数与占地面积压缩了半成品的库存量减少了工序间的辅助时间有效的提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益2高速高效高精度高速高效高精度是机械加工的目标数控机床因其价格昂贵在上述三方面的发展也就更为突出3方便使用数控机床制造厂把建立友好的人机界面提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面1加工编程方便手工编程和自动编程已经使用了几十年有了长足的发展在手工编程方面开发了多种加工循环参数编程和除直线圆弧以外的各种插补功能CADCAM的研究发展从技术上来讲可以替代手工编程但是一套适用的CADCAM软件加上计算机硬件投资较大学习掌握时间较长对大多数的简单工件很不经济近年来发展起来的图形交互式编程系统WOP又称面向车间编程很受用户欢迎这种编程方式不使用GM代码而是借助图形菜单输入整个图形块以及相应参数作为加工指令形成加工程序与传统加工时的思维方式类似图形交互编程方法在制定标准后有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法2使用方法数控机床普遍采用彩色CRT进行人机对话图形显示和图形模拟的有的数控机床将采用说明书编程指南润滑指南等存入系统共使用者调阅第二章数控机床编程的基本原理与编程步骤5编程的基本原理坐标系根据标准坐标系的规定机床使用右手顺时针直角坐标系机床中的运动是指刀具和工件间的相对运动机床坐标系数控铣床类机床中坐标系如何建立取决于机床的类型坐标系原点即为机床零点也是所有坐标轴坐标基准机床零点可通过在各坐标轴移动范围内设置的参考点来确定参考点与机床零点可以重合也可以不重合这一般由机床生产厂家设定工件坐标系为了便于在编程时对工件的几何要素位置进行描述编程人员必须在零件图上选择建立一个过渡坐标系即工件坐标系也称为编程坐标系该坐标系原点即工件原点或编程原点数控铣床加工工件坐标系可以有编程人员自由选择原则上应尽量使编程简单尺寸换算少引起的加工误差小等一般情况下尺寸集中标注或坐标标注的零件编程原点应尽可能选在尺寸标注基准上对称或同心零件编程原点应尽可能选在对称中心线或圆心上向原点位置一般置于工件上表面工件装夹加工工件时工件必须定位并夹紧在机床上保证工件坐标系坐标轴平行于机床坐标系坐标轴由此在每个坐标轴上产生机床原点与工件原点的坐标偏移量该值作为可设定零点偏移量输入到给定的区域即偏值寄存器如中当程序运行时此值可以用一个对应的编程指令如进行选择调用从而确定工件在机床上的装夹位置当前工件坐标系在对一些复杂零件进行几何描述时如其中的某些结构要素如果选择一个新的原点编程比使用原工件原点更方便则可以利用可编程零点偏置进行坐标转换重新确定一个新的零点新的零点以原工件零点为基准进行偏置使用可编程零点偏置后形成的一个新的实际工件坐标系即为当前工件坐标系工件坐标系也可通过旋转进行转换形成新的当前工件坐标系数控机床编程步骤分析零件图样和工艺要求分析零件图样和工艺要求的目的是为了确定加工方法制定加工计划以及确认与生产组织有关的问题此步骤的内容包括确定该零件应安排在哪类或哪台机床上进行加工采用何种装夹具或何种装卡位方法确定采用何种刀具或采用多少把刀进行加工确定加工路线即选择对刀点程序起点又称加工起点加工起点常与对刀点重合走刀路线程序终点程序终点常与程序起点重合确定切削深度和宽度进给速度主轴转速等切削参数确定加工过程中是否需要提供冷却液是否需要换刀何时换刀等数值计算6根据零件图样几何尺寸计算零件轮廓数据或根据零件图样和走刀路线计算刀具中心或刀尖运行轨迹数据数值计算的最终目的是为了获得数控机床编程所需要的所有相关位置坐标数据编写加工程序单常用数控机床编程指令一组有规定次序的代码符号可以作为一个信息单元存贮传递和操作坐标字用来设定机床各坐标的位移量由坐标地址符及数字组成一般以等字母开头后面紧跟或及一串数字准备功能字简称功能指定机床的运动方式为数控系统的插补运算作准备由准备功能地址符和两位数字所组成功能的代号已标准化见表一些多功能机床已有数字大于的指令见表常用指令坐标定位与插补坐标平面选择固定循环加工刀具补偿绝对坐标及增量坐标等辅助功能字用于机床加工操作时的工艺性指令以地址符为首其后跟二位数字常用指令主轴的转向与启停冷却液的开与停程序停止等进给功能字指定刀具相对工件的运动速度进给功能字以地址符为首后跟一串字代码单位对数控车床还可为三位数代码法后跟三位数字第一位为进给速度的整数位数加后二位是进给速度的前二位有效数字如指定为二位数代码法后跟二位数字规定了与相对应的速度表除与外数字代码由向递增时速度按等比关系上升公比为一位数代码法对速度档较少的机床后跟一位数字即来对应十种预定的速度直接指定法在后按照预定的单位直接写上要求的进给速度主轴速度功能字指定主轴旋转速度以地址符为首后跟一串数字单位它与进给功能字的指定方法一样刀具功能字用以选择替换的刀具以地址符为首其后一般跟二位数字该数代表刀具的编号模态指令和非模态指令指令和指令均有模态和非模态指令之分模态指令也称续效指令一经程序段中指定便一直有效直到出现同组另一指令或被其他指令取消时才失效非模态指令非续效指令仅在出现的程序段中有效下一段程序需要时必须重写如在完成上述两个步骤之后即可根据已确定的加工方案或计划及数值计算获得的数据按照数控系统要求的程序格式和代码格式编写加工程序等编程者除应了解所用数控机床及系统的功能熟悉程序指令外还应具备与机械加工有关的工艺知识才能编制出正确实用的加工程序制作控制介质输入程序信息7程序单完成后编程者或机床操作者可以通过机床的操作面板在方式下直接将程序信息键入系统程序存储器中也可以根据系统输入输出装置的不同先将程序单的程序制作成或转移至某种控制介质上控制介质大多采用穿孔带也可以是磁带磁盘等信息载体利用穿孔带阅读机或磁带机磁盘驱动器等输入输出装置可将控制介质上的程序信息输入到系统程序存储器中程序检验编制好的程序在正式用于生产加工前必须进行程序运行检查在某些情况下还需做零件试加工检查根据检查结果对程序进行修改和调整检查修改再检查再修改这往往要经过多次反复直到获得完全满足加工要求的程序为止上述编程步骤中的各项工作主要由人工完成这样的编程方式称为手式编程在各机械制造行业中均有大量仅由直线圆弧等几何元素构成的形状并不复杂的零件需要加工这些零件的数值计算较为简单程序段数不多程序检验也容易实现因而可采用手工编程方式完成编程工作由于手工编程不需要特别配置专门的编程设备不同文化程度的人均可掌握和运用因此在国内外手工编程仍然是一种运用十分普遍的编程方法数控加工工艺分析的一般步骤与方法一机床的合理选用在数控机床上加工零件时一般有两种情况第一种情况有零件图样和毛坯要选择适合加工该零件的数控机床第二种情况已经有了数控机床要选择适合在该机床上加工的零件无论哪种情况考虑的因素主要有毛坯的材料和类零件轮廓形状复杂程度尺寸大小加工精度零件数量热处理要求等概括起来有三点要保证加工零件的技术要求加工出合格的产品有利于提高生产率尽可能降低生产成本加工费用二数控加工零件工艺性分析数控加工工艺性分析涉及面很广在此仅从数控加工的可能性和方便性两方面加以分析一零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点在数控加工零件图上应以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸这种标注方法既便于编程也便于尺寸之间的相互协调在保持设计基准工艺基准检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便由于零件设计人员一般在尺寸标注中较多地考虑装配等使用特性方面而不得不采用局部分散的标注方法这样就会给工序安排与数控加工带来许多不便由于数控加工精度和重复定位精度都很高不会因产生较大的积累误差而破坏使用特性因此可将局部的分散标注法改为同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸的标注法构成零件轮廓的几何元素的条件应充分在手工编程时要计算基点或节点坐标在自动编程时要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义因此在分析零件图时要分析几何元素的给定条件是否充分如圆弧与直线圆弧与圆弧在图样上相切但根据图上给出的尺寸在计算相切条件时变成了相交或相离状态由于构成零件几何元素条件的不充分使编程时无法下手遇到这种情况时应与零件设计者协商解决二零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点8零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生产效益提高内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小因而内槽圆角半径不应过小零件工艺性的好坏与被加工轮廓的高低转接圆弧半径的大小等有关零件铣削底平面时槽底圆角半径不应过大应采用统一的基准定位在数控加工中若没有统一基准定位会因工件的重新安装而导致加工后的两个面上轮廓位置及尺寸不协调现象因此要避免上述问题的产生保证两次装夹加工后其相对位置的准确性应采用统一的基准定位零件上最好有合适的孔作为定位基准孔若没有要设置工艺孔作为定位基准孔如在毛坯上增加工艺凸耳或在后续工序要铣去的余量上设置工艺孔若无法制出工艺孔时最起码也要用经过精加工的表面作为统一基准以减少两次装夹产生的误差此外还应分析零件所要求的加工精度尺寸公差等是否可以得到保证有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等三加工方法的选择与加工方案的确定一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级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多因而在实际选择时要结合零件的形状尺寸大小和热处理要求等全面考虑二加工方案确定的原则零件上比较精密表面的加工常常是通过粗加工半精加工和精加工逐步达到的对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案确定加工方案时首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求初步确定为达到这些要求所需要的加工方法例如对于孔径不大的级精度的孔最终加工方法取精铰时则精铰孔前通常要经过钻孔扩孔和粗铰孔等加工四工序与工步的划分一工序的划分在数控机床上加工零件工序可以比较集中在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序首先应根据零件图样考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工哪一部分在其他机床上加工即对零件的加工工序进行划分一般工序划分有以下几种方式二工步的划分工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量对不同的表面进行加工为了便于分析和描述较复杂的工序在工序内又细分为工步下面以加工中心为例来说明工步划分的原则同一表面按粗加工半精加工精加工依次完成或全部加工表面按先粗后精加工分开进行对于既有铣面又有镗孔的零件可先铣面后镗孔按此方法划分工步可以提高孔的精度因为铣削时切削力较大工件易发生变形先铣面后镗孔使其有一段时间恢复减少由变形引起的对孔的精度的影响按刀具划分工步某些机床工作台回转时间比换刀时间短可采用按刀具划分工步以减少换刀次数提高加工效率9总之工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点技术要求等情况综合考虑五零件的安装与夹具的选择一定位安装的基本原则力求设计工艺与编程计算的基准统一尽量减少装夹次数尽可能在一次定位装夹后加工出全部待加工表面避免采用占机人工调整式加工方案以充分发挥数控机床的效能二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零件和机床坐标系的尺寸关系除此之外还要考虑以下四点当零件加工批量不大时应尽量采用组合夹具可调式夹具及其他通用夹具以缩短生产准备时间节省生产费用在成批生产时才考虑采用专用夹具并力求结构简单零件的装卸要快速方便可靠以缩短机床的停顿时间夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工即夹具要开敞其定位夹紧机构元件不能影响加工中的走刀如产生碰撞等六刀具的选择与切削用量的确定一刀具的选择刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一它不仅影响机床的加工效率而且直接影响加工质量编程时选择刀具通常要考虑机床的加工能力工序内容工件材料等因素与传统的加工方法相比数控加工对刀具的要求更高不仅要求精度高刚度好耐用度高而且要求尺寸稳定安装调整方便这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具并优选刀具参数选取刀具时要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应生产中平面零件周边轮廓的加工常采用立铣刀铣削平面时应选硬质合金刀片铣刀加工凸台凹槽时选高速钢立铣刀加工毛坯表面或粗加工孔时可选镶硬质合金的玉米铣刀选择立铣刀加工时刀具的有关参数推荐按经验数据选取曲面加工常采用球头铣刀但加工曲面较平坦部位时刀具以球头顶端刃切削切削条件较差因而应采用环形刀在单件或小批量生产中为取代多坐标联动机床常采用鼓形刀或锥形刀来加工飞机上一些变斜角零件加镶齿盘铣刀适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面其效率比用球头铣刀高近十倍并可获得好的加工精度在加工中心上各种刀具分别装在刀库上按程序规定随时进行选刀和换刀工作因此必须有一套连接普通刀具的接杆以便使钻镗扩铰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上去作为编程人员应了解机床上所用刀杆的结构尺寸以及调整方法调整范围以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸目前我国的加工中心采用工具系统其柄部有直柄三种规格和锥柄四种规格两种共包括种不同用途的刀二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进给量对于不同的加工方法需要选择不同的切削用量并应编入程序单内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10加工成本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加工成本具体数值应根据机床说明书切削用量手册并结合经验而定七对刀点与换刀点的确定在编程时应正确地选择对刀点和换刀点的位置对刀点就是在数控机床上加工零件时刀具相对于工件运动的起点由于程序段从该点开始执行所以对刀点又称为程序起点或起刀点对刀点的选择原则是便于用数字处理和简化程序编制在机床上找正容易加工中便于检查引起的加工误差小加工过程中需要换刀时应规定换刀点所谓换刀点是佰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机床其换刀机械手的位置是固定的也可以是任意的一点如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它部件为准其设定值可用实际测量方法或计算确定八加工路线的确定在数控加工中刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线编程时加工路线的确定原则主要有以下几点加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度且效率较高使数值计算简单以减少编程工作量应使加工路线最短这样既可减少程序段又可减少空刀时间转度等情况确定是一次走刀还是多次走刀来完成加工以及在铣削加工中是采用顺铣还是采用逆铣等铣削平面零件时一般采用立铣刀侧刃进行切削为减少接刀痕迹保证零件表面质量对刀具的切入和切出程序需要精心设计铣削外表面轮廓时铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切向切入和切出零件表面而不应沿法向直接切入零件以避免加工表面产生划痕保证零件轮廓光滑铣削内轮廓表面时切入和切出无法外延这时铣刀可沿零件轮廓的法线方向切入和切出并将其切入切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处加工过程中工件刀具夹具机床系统平衡弹性变形的状态下进给停顿时切削力减小会改变系统的平衡状态刀具会在进给停顿处的零件表面留下划痕因此在轮廓加工中应避免进给停顿曲面时常用球头刀采用行切法进行加工所谓行切法是指刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的而行间的距离是按零件加工精度的要求确定的11第三章数控机床的分类31按加工工艺方法分类311金属切削类数控机床与传统的车铣钻磨齿轮加工相对应的数控机床有数控车床数控铣床数控钻床数控磨床数控齿轮加工机床等尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别具体的控制方式也各不相同但机床的动作和运动都是数字化控制的具有较高的生产率和自动化程度在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率例如铣镗钻加工中心它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的工件一次装夹后可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣镗钻扩铰以及攻螺纹等多工序加工特别适合箱体类零件的加工加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差减少了机床的台数和占地面积缩短了辅助时间大大提高了生产效率和加工质量312特种加工类数控机床除了切削加工数控机床以外数控技术也大量用于数控电火花线切割机床数控电火花成型机床数控等离子弧切割机床数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等313板材加工类数控机床常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机数控剪板机和数控折弯机等近年来其它机械设备中也大量采用了数控技术如数控多坐标测量机自动绘图机及工业机器人等32按控制运动轨迹分类321点位控制数控机床12位置的精确定位在移动和定位过程中不进行任何加工机床数控系统只控制行程终点的坐标值不控制点与点之间的运动轨迹因此几个坐标轴之间的运动无任何联系可以几个坐标同时向目标点运动也可以各个坐标单独依次运动这类数控机床主要有数控坐标镗床数控钻床数控冲床数控点焊机等点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置322直线控制数控机床直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工进给速度根据切削条件可在一定范围内变化直线控制的简易数控车床只有两个坐标轴可加工阶梯轴直线控制的数控铣床有三个坐标轴可用于平面的铣削加工现代组合机床采用数控进给伺服系统驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工它也可算是一种直线控制数控机床数控镗铣床加工中心等机床它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整兼有点位和直线控制加工的功能这类机床应该称为点位直线控制的数控机床323轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移将工件加工成要求的轮廓形状常用的数控车床数控铣床数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床数控火焰切割机电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统轮廓控制系统的结构要比点位直线控系统更为复杂在加工过程中需要不断进行插补运算然后进行相应的速度与位移控制现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现增加轮廓控制功能不会带来成本的增加因13此除少数专用控制系统外现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能33按驱动装置的特点分类331开环控制数控机床这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机数控系统每发出一个进给指令经驱动电路功率放大后驱动步进电机旋转一个角度再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的此类数控机床的信息流是单向的即进给脉冲发出去后实际移动值不再反馈回来所以称为开环控制数控机床开环控制系统的数控机床结构简单成本较低但是系统对移动部件的实际位移量不进行监测也不能进行误差校正因此步进电动机的失步步距角误差齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床特别是简易经济型数控机床332闭环控制数控机床接对工作台的实际位移进行检测将测量的实际位移值反馈到数控装置中与输入的指令位移值进行比较用差值对机床进行控制使移动部件按照实际需要的位移量运动最终实现移动部件的精确运动和定位从理论上讲闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度也与传动链的误差无关因此其控制精度高图13所示的为闭环控制数控机床的系统框图图中A为速度传感器C为直线位移传感器当位移指令值发送到位置比较电路时若工作台没有移动则没有反馈量指令值使得伺服电动机转动通过A将速度反馈信号送到速度控制电路通过C将工作台实际位移量反馈回去在位置比较电路中与位移指令值相比较用比较后得到的差值进行位置控制直至差值为零时为止这类控制的数控机床因把机床工作台纳入了控制环节故称为闭环控制数控机床闭环控制数控机床的定位精度高但调试和维修都较困难系统复杂成本高14333半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置如光电编码器等通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移然后反馈到数控装置中去并对误差进行修正通过测速元件A和光电编码盘B可间接检测出伺服电动机的转速从而推算出工作台的实际位移量将此值与指令值进行比较用差值来实现控制由于工作台没有包括在控制回路中因而称为半闭环控制数控机床半闭环控制数控系统的调试比较方便并且具有很好的稳定性目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体这样使结构更加紧凑334混合控制数控机床将以上三类数控机床的特点结合起来就形成了混合控制数控机床混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与相当高的精度其传动链惯量与力矩大如果只采用全闭环控制机床传动链和工作台全部置于控制闭环中闭环调试比较复杂混合控制系统又分为两种形式1开环补偿型它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构另外附加一个校正电路用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差2半闭环补偿型它是用半闭环控制方式取得高精度控制再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正以获得高速度与高精度的统一其中A是速度测量元件如测速发电机B是角度测量元件C是直线位移测量元件15第四章机床的选用数控铣床的选用根据被加工零件的尺寸选用规格较小的升降台式数控铣床其工作台宽度多在以下它最适宜中小零件的加工和复杂形面的轮廓铣削任务规格较大的如龙门式铣床工作台在以上用来解决大尺寸复杂零件的加工需要根据加工零件的精度要求选用我国已制定了数控铣床的精度标准其中数控立式铣床升降台铣床已有专业标准标准规定其直线运动坐标的定位精度为重复定位精度为铣圆精实际上机床出厂精度均有相当的储备量比国家标准的允差值大约压缩左右因此从精度选择来看一般的数控铣床即可满足大多数零件的加工需要对于精度要求比较高的零件则应考虑选用精密型的数控铣床根据加工零件的加工特点来选择对于加工部位是框形平面或不等高的各级台阶那么选用点位直线系统的数控铣床即可如果加工部位是曲面轮廓应根据曲面的几何形状决定选择两坐标联动和三坐标联动的系统也可根据零件加工要求在一般的数控铣床的基础上增加数控分度头或数控回转工作台这时机床的系统为四坐标的数控系统可以加工螺旋槽叶片零件等根据零件的批量或其他要求选择对于大批量的用户可采用专用铣床如果是中小批量而又是经常周期性重复投产的话那么采用数控铣床是非常合适的因为第一批量中准备好多工夹具程序等可以存储起来重复使用从长远考虑自动化程度高的铣床代替普通铣床减轻劳动者的劳动量提高生产率的趋势是不可避免的数控铣床编程的必备基础知识由于数控铣床配置的数控系统不同使用的指令在定义和功能上有一定的差异但其基本功能和编程方法还是相同的数控铣床的主要功能16点位控制功能数控铣床的点位控制主要用于工件的孔加工如中心钻定位钻孔扩孔锪孔铰孔和镗孔等各种孔加工操作连续控制功能通过数控铣床的直线插补圆弧插补或复杂的曲线插补运动铣削加工工件的平面和曲面刀具半径补偿功能如果直接按工件轮廓线编程在加工工件内轮廓时实际轮廓线将大了一个刀具半径值在加工工件外轮廓时实际轮廓线又小了一个刀具半径值使用刀具半径补偿的方法数控系统自动计算刀具中心轨迹使刀具中心偏离工件轮廓一个刀具半径值从而加工出符合图纸要求的轮廓利用刀具半径补偿的功能改变刀具半径补偿量还可以补偿刀具磨损量和加工误差实现对工件的粗加工和精加工刀具长度补偿功能改变刀具长度的补偿量可以补偿刀具换刀后的长度偏差值还可以改变切削加工的平面位置控制刀具的轴向定位精度固定循环加工功能应用固定循环加工指令可以简化加工程序减少编程的工作量子程序功能如果加工工件形状相同或相似部分把其编写成子程序由主程序调用这样简化程序结构引用子程序的功能使加工程序模块化按加工过程的工序分成若干个模块分别编写成子程序由主程序调用完成对工件的加工这种模块式的程序便于加工调试优化加工工艺特殊功能在数控铣床上配置仿形软件和仿形装置用传感器对实物扫描及采集数据经过数据处理后自动生成程序进而实现对工件的仿形加工实现反向加工工程总之配置一定的软件和硬件之后能够扩大数控铣床的使用功能数控铣床加工范围平面加工数控机床铣削平面可以分为对工件的水平面加工对工件的正平面加工和对工件的侧平面加工只要使用两轴半控制的数控铣床就能完成这样平面的铣削加工曲面加工如果铣削复杂的曲面则需要使用三轴甚至更多轴联动的数控铣床数控铣床的装备夹具数控铣床的通用夹具主要有平口钳磁性吸盘和压板装置对于加工中大批量或形状复杂的工件则要设计组合夹具如果使用气动和液压夹具通过程序控制夹具实现对工件的自动装缷则能进一步提高工作效率和降低劳动强度刀具常用的铣削刀具有立铣刀端面铣刀成形铣刀和孔加工刀具数控车床的选用数控车床车削中心是一种高精度高效率的自动化机床它具有广泛的加工艺性能可加工直线圆柱斜线圆柱圆弧和各种螺纹具有直线插补圆弧插补各种补偿功17能并在复杂零件的批量生产中发挥了良好的经济效果合理选用数控车床应遵循如下原则选用原则前期准备确定典型零件的工艺要求加工工件的批量拟定数控车床应具有的功能是做好前期准备合理选用数控车床的前提条件满足典型零件的工艺要求典型零件的工艺要求主要是零件的结构尺寸加工范围和精度要求根据精度要求即工件的尺寸精度定位精度和表面粗糙度的要求来选择数控车床的控制精度根据可靠性来选择可靠性是提高产品质量和生产效率的保证数控机床的可靠性是指机床在规定条件下执行其功能时长时间稳定运行而不出故障即平均无故障时间长即使出了故障短时间内能恢复重新投入使用选择结构合理制造精良并已批量生产的机床一般用户越多数控系统的可靠性越高机床附件及刀具选购机床随机附件备件及其供应能力刀具对已投产数控车床车削中心来说是十分重要的选择机床需仔细考虑刀具和附件的配套性注重控制系统的同一性生产厂家一般选择同一厂商的产品至少应选购同一厂商的控制系统这给维修工作带来极大的便利教学单位由于需要学生见多识广选用不同的系统配备各种仿真软件是明智的选择根据性能价格比来选择做到功能精度不闲置不浪费不要选择和自己需要无关的功能机床的防护需要时机床可配备全封闭或半封闭的防护装置自动排屑装置在选择数控车床车削中心时应综合考虑上述各项原则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刀具寿命会减少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如下表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18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合理选择刀具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合理选择夹具尽量选用通用夹具装夹工件避免采用专用夹具零件定位基准重合以减少定位误差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应能保证加工精度和表面粗糙要求应尽量缩短加工路线减少刀具空行程时间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刀具上的修光刃指的是在刀具刀刃后面副偏角方向磨出的一小段与刀尖平行的刀刃主要用于刀刃切削后进行一次二次切削相当于精加工过程去处毛刺等伤痕目的是提高工件的表面粗糙度多应用于进行精加工的刀具上19第五章数控机床的应用范围数控机床的应用范围数控车床包括主轴溜板刀架等数控系统包括显示器控制面板强电控制等数控车床一般具有两轴联动功能轴是与主轴平行方向的运动轴轴是在水平面内与主轴垂直方向的运动轴远离工件方向为轴的正向另外在最新的车铣加工中心还增加了一个轴可用于工件的分度功能在刀架中安放铣刀对工件进行铣加工刀具超过把称为加工中心数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆柱面圆锥面螺纹表面成形回转体面等对于盘类零件可以进行钻孔扩孔绞孔镗孔等机床还可以完成车端面切槽倒角等加工数控铣床适于加工三维复杂曲面在汽车航空航天模具等行业被广泛采用可分为数控立式铣床数控卧式铣床数控仿形铣床等加工中心一般认为带有自动刀具交换装置的数控镗铣床称为加工中心可以进行铣镗钻扩铰攻丝等多种工序加工不能包括磨削功能因为微细的磨粒可能进入机床导轨从而破坏机床的精度而磨床上有特殊的保护措施加工中心可分为立式加工中心卧式加工中心立式的主轴是垂直方向的卧式的主轴是水平方向的数控钻床分为立式钻床和卧式钻床主要完成钻孔攻丝功能同时也可以完成简单的铣削功能刀库可以存放多种刀具数控磨床用在高硬度高精度加工表面平面磨床内圆磨床轮廓磨床等随着自动砂轮补偿技术自动砂轮修整技术和磨削固定循环技术的发展数控磨床的功能越来越强数控电火花成形机床特种加工方法利用两个不同极性的电极在绝缘体中产生放电现象去除材料进而完成加工适用于形状复杂的模具难加工材料数控线切割机床原理与电火花成形机床一样就是电极是电机丝加工液一般是去离子水20总结随着计算机技术的飞速发展数控机床在我国机械加工行业中得到越来越广泛的应用它不仅解决了普通机床难以解决的许多加工难题而且提高了加工精度和生产效率同时也对加工工艺和刀具设计提出了许多新的更高的要求制定符合中国国情的总体发展战略确立与国际接轨的发展道路对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要本文在对数控技术和产业发展趋势的分析对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨提出了以科技创新为先导以商品化为主干以管理和营销为重点以技术支持和服务为后盾坚持可持续发展道路的总体发展战略在此基础上研究了发展新型数控系统数控功能部件数控机床整机等的具体技术途径我们衷心希望我国科技界产业界和教育界通力合作把握好知识经济给我们带来的难得机遇迎接竞争全球化带来的严峻挑战为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗21参考文献邓广敏主编加工中心操作工北京化学工业出版社吴长德系统学习与实训北京机械工业出版社李斌主编数控加工技术北京高等教育出版社孙竹主编加工中心编程与操作北京机械工业出版社王爱玲主编现代数控编程技术及应用北京国防工业出版社于华主编数控机床的编程及实例北京机械工业出版社李佳主编数控机床及应用北京清华大学出版社杜君文主编数控技术天津天津大学出版社王先逵主编机械制造工艺北京机械工业出版社刘瑞新等应用教程北京机械工业出版社孙祖和设计与制造范例解析北京机械工业出版社张导成等三维应用北京机械工业出版社李华志主编数控加工工艺及装备北京清华大学出版社余英良主编数控加工编程及操作北京高等教育出版社周虹主编数控加工工艺与编程北京人民邮电出版社北京第一机床厂职工技术协会数控机床及加工中心编程与操作北京机械工业出版社