数控专业毕业论文 论数控机床的发展趋势及应用.doc

论数控机床的发展趋势及应用题目数控机床发展及应用学生所在单位黄石广播电视大学阳新分校姓名教育层次专科学号专业数控技术指导教师分校引言现代数控技术集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制造技术的基础它的发展和应用开创了制造业的新时代使世界制造业的格局发生了巨大的变化数控技术是提高产品质量提高劳动生产率必不可少的物质手段它的广泛使用给机械制造业生产方式产业结构管理方式带来深刻的变化它的关联效益和辐射能力更是难以估计数控技术是制造业实现自动化柔性化集成化生产的基础现代的等都是建立在数控技术之上数控技术是国际商业贸易的重要构成发达国家把数控机床视为具有高技术附加值高利润的重要出口产品世界贸易额逐年增加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因此数控技术是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志实现加工机床及生产过程数控化是当今制造业的发展方向机械制造的竞争其实质是数控的竞争摘要世界制造业转移中国正在逐步成为世界加工厂美国德国韩国等国家已经进入工业化发展的高技术密集时代与微电子时代钢铁机械化工等重工业正逐渐向发展中国家转移我国目前经济发展已经过了发展初期正处于重化工业发展中期未来年将是中国机械行业发展最佳时期美国德国的重化工业发展期延续了年以上美国德国韩国四国重化工业发展期平均延续了年我们估计中国的重化工业发展期将至少延续年直到年因此在未来年中随着中国重化工业进程的推进中国企业规模产品技术质量等都将得到大幅提升国产机械产品国际竞争力增强逐步替代进口并加速出口目前机械行业中部分子行业如船舶铁路集装箱及集装箱起重机制造等已经受益于国际间的产业转移并将持续受益电站设备工程机械床等将受益于产业转移加快出口进程关键词历史机床刀具发展趋势应用数控的历史数控英文名字简称技术是指用数字文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制因此数控也称为计算机数控简称国外一般都称为很少再用这个概念了它所控制的通常是位置角度速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现年穿孔的金属薄片互换式数据载体问世世纪末以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明年美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输奠定了现代计算机包括计算机数字控制系统的基础数控技术是与机床控制密切结合发展起来的年第一台数控机床问世成为世界机械工业史上一件划时代的事件推动了自动化的发展现在数控技术也叫计算机数控技术目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置使输入数据的存贮处理运算逻辑判断等各种控制机能的实现均可通过计算机软件来完成车铣刨磨镗钻电火花剪板折弯激光切割等等都是机械加工方法所谓机械加工就是把金属毛坯零件加工成所需要的形状包含尺寸精度和几何精度两个方面能完成以上功能的设备都称为机床数控机床就是在普通机床上发展过来的数控的意思就是数字控制给机床装上数控系统后机床就成了数控机床当然普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单例如从铣床发展到加工中心机床结构发生变化最主要的是加了刀库大幅度提高了精度加工中心最主要的功能是铣镗钻的功能我们一般所说的数控设备主要是指数控车床和加工中心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按控制运动轨迹分类点位控制数控机床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按驱动装置的特点分类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所示的为闭环控制数控机床的系统框图图中为速度传感器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将速度反馈信号送到速度控制电路通过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和光电编码盘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是速度测量元件如测速发电机是角度测量元件是直线位移测量元件数控机床运动坐标的电气控制数控机床一个运动坐标的电气控制由电流转矩控制环速度控制环和位置控制环串联组成电流环是为伺服电机提供转矩的电路一般情况下它与电动机的匹配调节已由制造者作好了或者指定了相应的匹配参数其反馈信号也在伺服系统内联接完成因此不需接线与调整速度环是控制电动机转速亦即坐标轴运行速度的电路速度调节器是比例积分调节器其调整值完全取决于所驱动坐标轴的负载大小和机械传动系统导轨传动机构的传动刚度与传动间隙等机械特性一旦这些特性发生明显变化时首先需要对机械传动系统进行修复工作然后重新调整速度环调节器速度环的最佳调节是在位置环开环的条件下才能完成的这对于水平运动的坐标轴和转动坐标轴较容易进行而对于垂向运动坐标轴则位置开环时会自动下落而发生危险可以采取先摘下电动机空载调整然后再装好电动机与位置环一起调整或者直接带位置环一起调整这时需要有一定的经验和细心速度环的反馈环节见前面速度测量一节位置环是控制各坐标轴按指令位置精确定位的控制环节位置环将最终影响坐标轴的位置精度及工作精度这其中有两方面的工作一是位置测量元件的精度与系统脉冲当量的匹配问题测量元件单位移动距离发出的脉冲数目经过外部倍频电路和或内部倍频系数的倍频后要与数控系统规定的分辨率相符例如位置测量元件脉冲数控系统分辨率即脉冲当量为则测量元件送出的脉冲必须经过倍频方可匹配二是位置环增益系数值的正确设定与调节通常值是作为机床数据设置的数控系统中对各个坐标轴分别指定了值的设置地址和数值单位在速度环最佳化调节后值的设定则成为反映机床性能好坏影响最终精度的重要因素值是机床运动坐标自身性能优劣的直接表现而并非可以任意放大关于值的设置要注意两个问题首先要满足下列公式式中坐标运行速度跟踪误差注意不同的数控系统采用的单位可能不同设置时要注意数控系统规定的单位例如坐标运行速度的单位是则值单位为若的单位为则的单位应为其次要满足各联动坐标轴的值必须相同以保证合成运动时的精度通常是以值最低的坐标轴为准位置反馈参见上节位置测量有三种情况一种是没有位置测量元件为位置开环控制即无位置反馈步进电机驱动一般即为开环一种是半闭环控制即位置测量元件不在坐标轴最终运动部件上也就是说还有部分传动环节在位置闭环控制之外这种情况要求环外传动部分应有相当的传动刚度和传动精度加入反向间隙补偿和螺距误差补偿之后可以得到很高的位置控制精度第三种是全闭环控制即位置测量元件安装在坐标轴的最终运动部件上理论上这种控制的位置精度情况最好但是它对整个机械传动系统的要求更高而不是低如若不然则会严重影响两坐标的动态精度而使得机床只能在降低速度环和位置精度的情况下工作影响全闭环控制精度的另一个重要问题是测量元件的精确安装问题千万不可轻视前馈控制与反馈相反它是将指令值取出部分预加到后面的调节电路其主要作用是减小跟踪误差以提高动态响应特性从而提高位置控制精度因为多数机床没有设此功能故本文不详述只是要注意前馈的加入必须是在上述三个控制环均最佳调试完毕后方可进行数控机床的伺服系统数控机床一般由控制系统伺服驱动系统和反馈检测系统部分组成数控机床对位置系统要求的伺服性能包括定位速度和轮廓切削进给速度定位精度和轮廓切削精度精加工的表面粗糙度在外界干扰下的稳定性这些要求主要取决于伺服系统的静态动态特性对闭环系统来说总希望系统有较高的动态精度即当系统有一个较小的位置误差时机床移动部件会迅速反应下面就位置控制系统影响数控机床加工要求的几个方面进行论述加工精度精度是机床必须保证的一项性能指标位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度因此位置精度是一个极为重要的指标为了保证有足够的位置精度一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小另一方面是对位置检测元件提出精度的要求因为在闭环控制系统中对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用可以说数控机床的加工精度主要由检测系统的精度决定位移检测系统能够测量的最小位移量称做分辨率分辨率不仅取决于检测元件本身也取决于测量线路在设计数控机床尤其是高精度或大中型数控机床时必须精心选用检测元件所选择的测量系统的分辨率或脉冲当量一般要求比加工精度高一个数量级总之高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证例如数控机床中常用的直线感应同步器的精度已可达即灵敏度为重复精度而圆型感应同步器的精度可达灵敏度重复精度开环放大倍数在典型的二阶系统中阻尼系数速度稳态误差其中为开环放大倍数工程上多称作开环增益显然系统的开环放大倍数是影响伺服系统的静态动态指标的重要参数之一一般情况下数控机床伺服机构的放大倍数取为通常把范围的伺服系统称为低放大倍数或软伺服系统多用于点位控制而把的系统称为高放大倍数或硬伺服系统应用于轮廓加工系统假若为了不影响加工零件的表面粗糙度和精度希望阶跃响应不产生振荡即要求是取值大一些开环放大倍数就小一些若从系统的快速性出发希望选择小一些即希望开环放大倍数增加些同时值的增大对系统的稳态精度也能有所提高因此对值的选取是必需综合考虑的问题换句话说并非系统的放大倍数愈高愈好当输入速度突变时高放大倍数可能导致输出剧烈的变动机械装置要受到较大的冲击有的还可能引起系统的稳定性问题这是因为在高阶系统中系统稳定性对值有取值范围的要求低放大倍数系统也有一定的优点例如系统调整比较容易结构简单对扰动不敏感加工的表面粗糙度好提高可靠性数控机床是一种高精度高效率的自动化设备如果发生故障其损失就更大所以提高数控机床的可靠性就显得尤为重要可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一其定义为产品在规定条件下和规定时间内完成规定功能的概率对数控机床来说它的规定条件是指其环境条件工作条件及工作方式等例如温度湿度振动电源干扰强度和操作规程等这里的功能主要指数控机床的使用功能例如数控机床的各种机能伺服性能等平均故障失效间隔时间是指发生故障经修理或更换零件还能继续工作的可修复设备或系统从一次故障到下一次故障的平均时间数控机床常用它作为可靠性的定量指标由于数控装置采用微机后其可靠性大大提高所以伺服系统的可靠性就相对突出它的故障主要来自伺服元件及机械传动部分数控加工刀具的种类数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类模块化刀具是发展方向发展模块化刀具的主要优点减少换刀停机时间提高生产加工时间加快换刀及安装时间提高小批量生产的经济性提高刀具的标准化和合理化的程度提高刀具的管理及柔性加工的水平扩大刀具的利用率充分发挥刀具的性能有效地消除刀具测量工作的中断现象可采用线外预调事实上由于模块刀具的发展数控刀具已形成了三大系统即车削刀具系统钻削刀具系统和镗铣刀具系统从结构上可分为整体式镶嵌式可分为焊接式和机夹式机夹式根据刀体结构不同分为可转位和不转位减振式当刀具的工作臂长与直径之比较大时为了减少刀具的振动提高加工精度多采用此类刀具内冷式切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部特殊型式如复合刀具可逆攻螺纹刀具等从制造所采用的材料上可分为高速钢刀具高速钢通常是型坯材料韧性较硬质合金好硬度耐磨性和红硬性较硬质合金差不适于切削硬度较高的材料也不适于进行高速切削高速钢刀具使用前需生产者自行刃磨且刃磨方便适于各种特殊需要的非标准刀具硬质合金刀具硬质合金刀片切削性能优异在数控车削中被广泛使用硬质合金刀片有标准规格系列产品具体技术参数和切削性能由刀具生产厂家提供硬质合金刀片按国际标准分为三大类类类类类适于加工钢长屑可锻铸铁相当于我国的类类适于加工奥氏体不锈钢铸铁高锰钢合金铸铁等相当于我国的类类适于加工耐热合金和钛合金类适于加工铸铁冷硬铸铁短屑可锻铸铁非钛合金相当于我国的类类适于加工铝非铁合金类适于加工淬硬材料陶瓷刀具立方氮化硼刀具金刚石从切削工艺上可分为车削刀具分外圆内孔外螺纹内螺纹切槽切端面切端面环槽切断等数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具机夹可转位刀具的刀片和刀体都有标准刀片材料采用硬质合金涂层硬质合金以及高速钢数控车床机夹可转位刀具类型有外圆刀具外螺纹刀具内圆刀具内螺纹刀具切断刀具孔加工刀具包括中心孔钻头镗刀丝锥等机夹可转位刀具夹固不重磨刀片时通常采用螺钉螺钉压板杠销或楔块等结构常规车削刀具为长条形方刀体或圆柱刀杆方形刀体一般用槽形刀架螺钉紧固方式固定圆柱刀杆是用套筒螺钉紧固方式固定它们与机床刀盘之间的联接是通过槽形刀架和套筒接杆来联接的在模块化车削工具系统中刀盘的联接以齿条式柄体联接为多而刀头与刀体的联接是插入快换式系统它既可以用于外圆车削又可用于内孔镗削也适用于车削中心的自动换刀系统数控车床使用的刀具从切削方式上分为三类圆表面切削刀具端面切削刀具和中心孔类刀具钻削刀具分小孔短孔深孔攻螺纹铰孔等钻削刀具可用于数控车床车削中心又可用于数控镗铣床和加工中心因此它的结构和联接形式有多种有直柄直柄螺钉紧定锥柄螺纹联接模块式联接圆锥或圆柱联接等多种镗削刀具分粗镗精镗等刀具镗刀从结构上可分为整体式镗刀柄模块式镗刀柄和镗头类从加工工艺要求上可分为粗镗刀和精镗刀铣削刀具分面铣立铣三面刃铣等刀具面铣刀也叫端铣刀面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃端部切削刃为副切削刃面铣刀多制成套式镶齿结构和刀片机夹可转位结构刀齿材料为高速钢或硬质合金刀体为立铣刀立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃它们可同时进行切削也可单独进行切削结构有整体式和机夹式等高速钢和硬质合金是铣刀工作部分的常用材料模具铣刀模具铣刀由立铣刀发展而成可分为圆锥形立铣刀圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种其柄部有直柄削平型直柄和莫氏锥柄它的结构特点是球头或端面上布满切削刃圆周刃与球头刃圆弧连接可以作径向和轴向进给铣刀工作部分用高速钢或硬质合金制造键槽铣刀鼓形铣刀成形铣刀特殊型刀具特殊型刀具有带柄自紧夹头强力弹簧夹头刀柄可逆式自动反向攻螺纹夹头刀柄增速夹头刀柄复合刀具和接杆类等一刀具的选用与其使用刀具的选用与其使用条件式件材料和尺寸断屑及刀具和刀片的生产供应等许多因素有关如选用适当不但能使机床发挥出应有的效率同时能提高加工质量降低生产成本而且刀具的结构形式有时对工艺方案的拟定也起着决定性影响因此必须慎重对待综合考虑一般选择原则如下为了提高刀具的耐用度和可靠性应尽量选用各种高性能高效率长寿命的刀具材料制成的刀具如使用各种超硬材料人造聚晶金刚石金刚石压层刀片立方氮化硼硬质合金复合片等高性能复合陶瓷涂层刀具硬质合金层压刀片是一种耐磨性强度及冲击韧性等综合性能较好的硬质合金刀片它是在韧性较好的合金基础上再压一层厚度为含和等稀有金属碳化物的刀片和各种超硬高速钢等必须指出基于目前我国现实防情况有些新型刀片还处于过渡试制阶段性能不够稳定所以通用型高速钢和与硬质合金仍是我国制造数控刀具与自动线刀具的主要材料但应尽量选用涂层牌号而且使用之前刀片须经过严格检验以避免一把刀具损坏而造成停机甚至使整条自动线不能工作应选用机夹可转位刀具的结构现行的可转位车刀国家标准中的规定的刀具品种因其刀尖位置精度要求较低刀尖到侧基面允差和刀尖高度允差为一刀尖到后基面允差为一因此只适用于普通车床及带有快换刀夹的数控车床这是因为刀具上刀尖位置过大的制造误差可通过快换刀夹和刀具一起在机外预调时得到补偿如要求刀具不经过预调使用如使用圆盘形或圆锥形刀架则应选用精密级可转位车刀的刀尖位置精度可达方向和方向换刀后经过试切补偿修正可满足一般车削加下精度的要求由于带沉孔和后角刀片的刀具结构简单通常只需用一个沉头螺钉就可直接将刀片压紧在车刀刀杆上它具有夹紧元件少制造方便断屑可靠刀头部分尺寸小刀头上无凸出部分切屑流出不受阻碍等优点因此应优先采用这可广泛用于制造各种小尺寸的外圆车刀和端面车刀内孔镗刀和镗刀头可转位钻头叫转位铣刀和三面铣刀等刀具上为了集中工序提高生产率及保证加工精度应尽可能采用复合刀具其中以孔加工复合刀具的使用最为普遍精加工孔时可采用镗孔或铰孔工艺由于镗刀结构简单刃磨和调整方便因此只要在镗杆刚性足够的条件下应尽量采用镗刀尤其是孔径在大于的孔过小的孔不宜用镗刀加工不然由于镗杆过细会引起振动而影响加工精度和表面粗糙度应尽量采用各种高效刀具如高刚性麻花钻钻扩四刃钻硬质合金单刃铰刀精密微调镗刀波形刃立铣刀和热管式刀具等几种高效率数控自动线刀具在数控机床和自动线上为提高钻头耐用度和生产率国外大量使用高刚性麻花钻这种钻头在如下特点螺旋角大可增大到一以降低切削力钻芯厚度厚可将钻芯厚度由标准钻的提高到为钻头直径以提高钻头的强度与刚性采用新的容屑槽形状钻头的刚性与容屑是两个相互矛盾的问题如用增加钻芯厚度的方法来提高刚性容屑的断面就要减小这样会使排屑困难所以必须采用新的容屑槽形状由于铰孔比镗钻孔更能保证孔的位置和形状精度所以数控机床和自动线上广泛使用尺寸可微调和镶装刃头的各种镗刀杆二刀具安全使用请不要在不合适的切削条件下使用请将产品目录中所记载的切削条件表内的参数作为新的加工工作开始时的大致标准因为切削而出现异常的震动或响声时请调整切削条件请不要使用磨损严重有缺口的刀具连续地使用磨损严重有缺口的刀具会引起破损在装上刀具之前请先确认刀具的损伤情况并在合适的时候更换刀具或重新研磨请不要进行反向使用刀具通常是在向右旋转的状态下使用如为向左旋转则会在包装上加以提示故请予确认数控机床如何正确选用刀具及编程数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容它不仅影响数控机床的加工效率而且直接影响加工质量技术的发展使得在数控加工中直接利用的设计数据成为可能特别是系统微机与数控机床的联接使得设计工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成一般不需要输出专门的工艺文件目前许多软件包都提供自动编程功能这些软件一般是在编程界面中提示工艺规划的有关问题如刀具选择加工路径规划切削用量设定等编程人员只要设置了有关的参数就可以自动生成程序并传输至数控机床完成加工因此数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的这与普通机床加工形成鲜明的对比同时也要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则在编程时充分考虑数控加工的特点能够正确选择刀刃具及切削用量一数控加工刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的应根据机床的加工能力工件材料的性能加工工序切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄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较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模具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采用顶端密距故球头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只要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上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镗扩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目前我国的加工中心采用工具系统其刀柄有直柄种规格和锥柄种规格种共包括种不同用途的刀柄在经济型数控机床的加工过程中由于刀具的刃磨测量和更换多为人工手动进行占用辅助时间较长因此必须合理安排刀具的排列顺序一般应遵循以下原则尽量减少刀具数量一把刀具装夹后应完成其所能进行的所有加工步骤粗精加工的刀具应分开使用即使是相同尺寸规格的刀具先铣后钻先进行曲面精加工后进行二维轮廓精加工在可能的情况下应尽可能利用数控机床的自动换刀功能以提高生产效率等二数控刀具的特点数控刀具与普通机床上所用的刀具相比有许多不同的要求主要有以下特点刚性好尤其是粗加工刀具精度高抗振及热变形小互换性好便于快速换刀寿命高切削性能稳定可靠刀具的尺寸便于调整以减少换刀调整时间刀具应能可靠地断屑或卷屑以利于切屑的排除系列化标准化以利于编程和刀具管理三加工过程中切削用量的确定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具体要考虑以下几个因素切削深度在机床工件和刀具刚度允许的情况下就等于加工余量这是提高生产率的一个有效措施为了保证零件的加工精度和表面粗糙度一般应留一定的余量进行精加工数控机床的精加工余量可略小于普通机床切削宽度一般与刀具直径成正比与切削深度成反比经济型数控机床的加工过程中一般的取值范围为切削速度提高也是提高生产率的一个措施但与刀具耐用度的关系比较密切随着的增大刀具耐用度急剧下降故的选择主要取决于刀具耐用度另外切削速度与加工材料也有很大关系例如用立铣刀铣削合金刚时可采用左右而用同样的立铣刀铣削铝合金时可选以上主轴转速主轴转速一般根据切削速度来选定计算公式为数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调倍率开关可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整进给速度应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择的增加也可以提高生产效率加工表面粗糙度要求低时可选择得大些在加工过程中也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制随着数控机床在生产实际中的广泛应用量化生产线的形成数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一在数控程序的编制过程中要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量因此编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则从而保证零件的加工质量和加工效率充分发挥数控机床的优点提高企业的经济效益和生产水平数控机床发展趋势高速高精密化世纪年代以来欧美日各国数控机床特别是高速加工中心的开发应用新一代的高速数控机床加快机床高速化的发展步伐主轴转速高速主轴单元内装式主轴电机主轴转速高速且高加减速度的进给运动部件快移速度切削进给速度高达高性能数控和伺服系统以及数控工具系统都出现了新的突破达到了新的技术水平运算速度微处理器的迅速发展为数控系统向高速高精度方向发展提供了保障开发出已发展到位以及位的数控系统频率提高到几百兆赫上千兆赫由于运算速度的极大提高使得当分辨率为时在以上在分辨率为时在有的到以上换刀速度目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在左右高的已达德国公司将刀库设计成篮子样式以主轴为轴心刀具在圆周布置其刀到刀的换刀时间仅采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度并通过仿真预测机床的加工精度以保证机床的定位精度和重复定位精度使其性能长期稳定能够在不同运行条件下完成多种加工任务并保证零件的加工质量小线段插补进给速度达到随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高机床用户对机床加工精度的要求也越来越高为了满足用户的需要近多年来普通级数控机床的加工精度已由提高到精密级加工中心的加工精度则从提高到数控机床设计化数控机床的设计时一项要求较高综合性强工作量打的工作故应用技术就更有必要更迫切结构设计模块化任何一类机床都是若干基础件标准件和功能部件组成的尽管在同一类机床中有规格大小和立卧等形式之分但大体上功能部件都是相似的为便于发展同系列和跨系列变形品种满足用户的市场需要现在许多机床生产厂家都在发展自己产品的模块化结构设计数控机床功能多样化随着计算机技术的飞速发展数控机床的功能越来越多具体体现在用户界面图形化科学计算可视化插补和补偿方式多样化内装高性能数控系统多媒体技术应用智能化网络化柔性化集成化随着人工智能技术的发展为了满足制造业生产柔性化制造自动化的发展需求数控机床的智能化程度在不断提高具体体现在以下几个方面为追求加工效率和加工质量方面的智能化如自适应控制工艺参数自动生成高驱动性能及使用连接方便方面的智能化如前馈控制电动机参数的自适应运算自动识别负载自动选定模型自整定等故障自诊断与自修复技术根据已有的故障信息应用现代智能方法实现故障的快速准确定位简化编程简化操作方面的智能化如智能化的自动编程智能化的人机界面等数控系统在制造过程中加工检测一体化是实现快速制造快速检测和快速响应的有效途径将测量建模加工机器操作四者即融合在一个系统中实现信息共享促进测量建模加工装夹操作的一体化数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是从点数控单机加工中心和数控复合加工机床线向面工段车间独立制造岛体分布式网络集成制造系统的方向发展另一方面向注重应用性和经济性方向发展复合化复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的多种要素加工根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类工艺复合型机床如镗铣钻复合加工中心车铣复合车削中心铣镗钻车复合复合加工中心等工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等采用复合机床进行加工减少了工件装卸更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差提高了零件加工精度缩短了产品制造周期提高了生产效率和制造商的市场反应能力相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势加工过程的复合化也导致了机床向模块化多轴化发展德国公司最新推出的车削加工中心是模块化结构该加工中心能够完成车削铣削钻削滚齿磨削激光热处理等多种工序可完成复杂零件的全部加工随着现代机械加工要求的不断提高大量的多轴联动数控机床越来越受到各大企业的欢迎在年中国国际机床展览会上国内外制造商展出了形式各异的多轴加工机床包括双主轴双刀架轴控制等以及可实现轴联动的五轴高速门式加工中心五轴联动高速铣削中心等驱动并联化并联运动机床克服了传统机床串联机构移动部件质量大系统刚度低刀具只能沿固定导轨进给作业自由度偏低设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷在机床主轴一般为动平台与机座一般为静平台之间采用多杆并联联接机构驱动通过控制杆系中杆的长度使杆系支撑的平台获得相应自由度的运动可实现多坐标联动数控加工装配和测量多种功能更能满足复杂特种零件的加工具有现代机器人的模块化程度高重量轻和速度快等优点并联机床作为一种新型的加工设备已成为当前机床技术的一个重要研究方向受到了国际机床行业的高度重视被认为是自发明数控技术以来在机床行业中最有意义的进步和世纪新一代数控加工设备极端化大型化和微型化国防航空航天事业的发展和能源等基础产业装备的大型化需要大型且性能良好的数控机床的支撑而超精密加工技术和微纳米技术是世纪的战略技术需发展能适应微小型尺寸和微纳米加工精度的新型制造工艺和装备所以微型机床包括微切削加工车铣磨机床微电加工机床微激光加工机床和微型压力机等的需求量正在逐渐增大数控标准的建立国际上正在研究和制定一种新的系统标准以提供一种不依赖于具体系统的中性机制能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型从而实现整个制造过程乃至各个工业领域产品信息的标准化标准化的编程语言既方便用户使用又降低了和操作效率直接有关的劳动消耗信息交互网络化对于面临激烈竞争的企业来说使数控机床具有双向高速的联网通讯功能以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的既可以实现网络资源共享又能实现数控机床的远程监视控制培训教学管理还可实现数控装备的数字化服务数控机床故障的远程诊断维护等例如日本公司推出新一代的加工中心配备了一个称为信息塔的外部设备包括计算机手机机外和机内摄像头等能够实现语音图形视像和文本的通信故障报警显示在线帮助排除故障等功能是独立的自主管理的制造单元新型功能部件为了提高数控机床各方面的性能具有高精度和高可靠性的新型功能部件的应用成为必然具有代表性的新型功能部件包括电主轴高频电主轴是高频电动机与主轴部件的集成具有体积小转速高可无级调速等一系列优点在各种新型数控机床中已经获得广泛的应用电动机近年来直线电动机的应用日益广泛虽然其价格高于传统的伺服系统但由于负载变化扰动热变形补偿隔磁和防护等关键技术的应用机械传动结构得到简化机床的动态性能有了提高如西门子公司生产的系列三相交流永磁式同步直线电动机已开始广泛应用于高速铣床加工中心磨床并联机床以及动态性能和运动精度要求高的机床等德国公司的卧式加工中心三向驱动均采用两个直线电动机珠丝杆电滚珠丝杆是伺服电动机与滚珠丝杆的集成可以大大简化数控机床的结构具有传动环节少结构紧凑等一系列优点过程绿色化随着日趋严格的环境与资源约束制造加工的绿色化越来越重要而中国的资源环境问题尤为突出因此近年来不用或少用冷却液实现干切削半干切削节能环保的机床不断出现并在不断发展当中在世纪绿色制造的大趋势将使各种节能环保机床加速发展占领更多的世界市场媒体技术的应用多媒体技术集计算机声像和通信技术于一体使计算机具有综合处理声音文字图像和视频信息的能力因此也对用户界面提出了图形化的要求合理的人性化的用户界面极大地方便了非专业用户的使用人们可以通过窗口和菜单进行操作便于蓝图编程和快速编程三维彩色立体动态图形显示图形模拟图形动态跟踪和仿真不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现除此以外在数控技术领域应用多媒体技术可以做到信息处理综合化智能化应用于实时监控系统和生产现场设备的故障诊断生产过程参数监测等因此有着重大的应用价值我国数控机床行业现状及前景随着电子信息技术的发展世界机床业已进入了以数字化制造技术为核心的机电一体化时代其中数控机床就是代表产品之一数控机床是制造业的加工母机和国民经济的重要基础它为国民经济各个部门提供装备和手段具有无限放大的经济与社会效应目前欧美日等工业化国家已先后完成了数控机床产业化进程而中国从世纪年代开始起步仍处于发展阶段十五期间中国数控机床行业实现了超高速发展其产量年为台年台年台年台年产量是年的倍平均年增长年国产数控机床产量台接近万台大关是九五末期的倍十五期间中国机床行业发展迅猛的主要原因是市场需求旺盛固定资产投资增速快汽车和机械制造行业发展迅猛外商投资企业增长速度加快所致年中国数控金切机床产量达到台同比增长增幅高于金切机床产量增幅个百分点进而使金切机床产值数控化率达到同比增加个百分点此外数控机床在外贸出口方面亦业绩骄人全年实现出口额亿美元同比增长高于全部金属加工机床出口额增幅个百分点年中国数控金切机床产量达台数控金属成形机床产量达台国产数控机床拥有量约万台进口约万台年月中国数控机床产量达台比年同比增长长期以来国产数控机床始终处于低档迅速膨胀中档进展缓慢高档依靠进口的局面特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口技术受制于人究其原因国内本土数控机床企业大多处于粗放型阶段在产品设计水平质量精度性能等方面与国外先进水平相比落后了年在高精尖技术方面的差距则达到了年同时中国在应用技术及技术集成方面的能力也还比较低相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后国产的数控机床还没有形成品牌效应同时中国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训服务网络等支撑体系市场营销能力和经营管理水平也不高更重要原因是缺乏自主创新能力完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少制约了数控机床产业的发展国外公司在中国数控系统销量中的以上是普及型数控系统如果我们能在普及型数控系统产品快速产业化上取得突破中国数控系统产业就有望从根本上实现战略反击同时还要建立起比较完备的高档数控系统的自主创新体系提高中国的自主设计开发和成套生产能力创建国产自主品牌产品提高中国高档数控系统总体技术水平十一五期间中国数控机床产业将步入快速发展期中国数控机床行业面临千载难逢的大好发展机遇根据中国数控车床年消费数量通过模型拟合预计年数控车床销售数量将达万台年均增长率为根据中国加工中心年消费增长模型预计年加工中心消费数量将达万台较年年均增长率结语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世纪我国数控技术与产业的发展至关重要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参考文献王志平主编数控机床及应用北京高等教育出版社王爱玲现代数控机床第版国防工业出版社张建钢胡大泽主编数控技术武昌华中科技大学出版社