数控磨床改造—零件加工程序设计毕业论文.doc

湖北汽车工业学院毕业设计论文数控磨床改造零件加工程序设计湖北汽车工业学院湖北十堰湖北汽车工业学院毕业设计论文目录引言第章数控系统发展简史第章数控磨床数控改造的必要性数控外圆端面磨床的现状数控磨床存在的主要问题数控磨床的改造方案第章数控外圆磨床的编程数控编程的定义数控磨床的主要技术参数机床的控制功能准备功能指令进给功能指令主轴速度功能指令刀具功能指令辅助功能指令加工程序的编写格式第章的坐标系和刀补第章加工零件分析第章程序设计对刀程序定程磨削程序量仪磨削程序第章编程实例第章数控技术的展望致谢参考文献湖北汽车工业学院毕业设计论文引言目前中国在世界上是机床消费第一大国并正在由制造大国向制造强国发展数控机床是制造业的关键设备数控维修和数控改造正成为制造业的新兴产业其产生和发展有着深刻的社会背景和经济背景我国现有数以万计的陈旧落后机床这些是机床大修和数控改造行业赖以生存的现实基础之一世纪进口的大量二手数控设备已进入维修和改造的高峰期机床及数控设备造价高昂显著的经济效益是数控改造行业发展的动力一般改造的费用仅为购置新设备费用的左右通过数控改造可以进一步满足用户对设备的工艺需求以获取更大的效益第章数控系统发展简史年诞生了世界上第一台电子计算机这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具它与人类在农业工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比起了质的飞跃为人类进入信息社会奠定了基础年后即在年计算机技术应用到了机床上在美国诞生了第一台数控机床从此传统机床产生了质的变化近半个世纪以来数控系统经历了两个阶段和六代的发展数控阶段年早期计算机的运算速度低对当时的科学计算和数据处理影响还不大但不能适应机床实时控制的要求人们不得不采用数字逻辑电路搭成一台机床专用计算机作为数控系统被称为硬件连接数控简称为数控湖北汽车工业学院毕业设计论文计算机数控阶段年现在到年通用小型计算机业已出现并成批生产于是将它移植过来作为数控系统的核心部件从此进入了计算机数控阶段把计算机前面应有的通用两个字省略了到年美国公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件运算器和控制器采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上称之为微处理器又可称为中央处理单元简称到年微处理器被应用于数控系统这是因为小型计算机功能太强控制一台机床能力有富裕故当时曾用于控制多台机床称之为群控不如采用微处理器经济合理而且当时的小型机可用性也不理想早期的微处理器速度和功能虽还不够高但可以通过多处理器结构来解决由于微处理器是通用计算机的核心部件故仍称为计算机数控到了年机个人计算机国内习惯称微机的性能已发展到很高的阶段可以满足作为数控系统核心部件的要求数控系统从此进入了基于的阶段总之计算机数控阶段也经历了三代即年的第四代小型计算机年的第五代微处理器和年的第六代基于国外称为第章数控外圆端面磨床数控改造的必要性数控外圆端面磨床的现状是东风汽车变速箱有限公司年开始陆续从上海机床厂引进的数控外圆端面磨床共台当时采用的数控系统是大隈磨床系统由于此系统在当时已经老化备件购买十分困难而且此系统是模拟系统是数控系统的第二代产品技术落后结构复杂系统使用极不稳定当时台机床只有台能勉强运行基于此该公司于年起对台机床陆续用全功能数字系统进行了改造其中先期台采用数控系统后期台采用数控系统改造完成后台机床全部投入正常使用从根本上解决了原来长期存在的故障率高生产效率低开动率低等问题极大湖北汽车工业学院毕业设计论文地挖掘了设备潜能在随后的几年生产过程中有效地解决了我公司轴类零件加工的瓶颈问题数控外圆端面磨床存在的主要问题经过这几年的使用系统也出现一定程度的老化公司的系列现在也显露出一些问题造成机床运行不稳定故障率也相对较高特别是公司生产的系统在数控技术飞速发展并日臻完善的今天已被淘汰并停止生产不仅备件采购周期长而且价格相对较高在很大程度上影响该公司生产任务的完成制约该公司的其它工作通过装备部数控班在现场的实际调查存在以下几个严重而急需解决的问题原点飘移频繁发生如果机床停电小时以上机床发生原点飘移机床停电小时机床发生原点飘移概率为以上飘移量为左右为保证设备及人员安全防止撞车事故减少废品机床操作人员每天上班的第一件事情就是重新对工件原点进行修正大约耗时分钟不仅影响生产效率还存在严重安全隐患系统老化故障率较高维修费用高备件采购周期长机床一旦出现大的故障停机时间极长严重影响生产的正常进行如在年月发生故障由于备件问题停机一年多现已停机个多月有时出现无缘故报警也查不出报警原因有时出现执行零件程序进入死机状态有进给指令但没有进给位移中断反复修砂轮后可恢复正常而此故障又无法查明原因数控磨床的改造方案针对以上问题和设备实际状况我们拟采用数控系统改造装备系统的将拆卸的系统作为备件改造具体方案采用系统对此机床进行改造对机械部分进行大修恢复机床精度湖北汽车工业学院毕业设计论文电气系统重新设计改造头架改为变频调速保证磨削的粗糙度增加主轴断电保压装置保证主轴在突然断电的情况下不会因失压而损坏改原来的油缸驱动轴向对刀为伺服电机运动轴向对刀增强机床轴向对刀的柔性与准确性简化机构减少故障点第章数控外圆磨床的编程数控编程的定义在普通机床上加工零件时由工艺员根据零件图样制订零件的加工工艺规程在工艺规程中规定了所使用的机床和刀具工件和刀具的装夹方法加工顺序和尺寸切削参数内容然后由机床操作者按工艺规程进行加工在数控机床上加工零件时首先要进行程序编制将加工零件的加工顺序工件与刀具相对运动轨迹的尺寸数据工艺参数主轴运动和伺服进给运动速度背吃刀量等以及辅助操作换刀切削液启停工件夹紧松开等等加工信息用数控系统规定的文字数字符号组成的代码按一定的格式编写成加工程序并将程序的信息通过控制介质键盘个人计算机等输入到数控系统由数控系统控制机床动作进行自动加工从零件图样到编制零件加工程序和制作控制介质的全部过程称为程序编制数控机床程序编制的方法有手工编程自动编程和软件编程三种手工编程由人工完成零件图样分析工艺处理数值计算书写程序清单直到程序的输入和检验适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件但是非常费时且编制复杂零件时容易出错自动编程使用计算机或程编机完成零件程序的编制过程对于复杂的零件很方便软件编程利用软件实现造型及图像自动编程最为典型的软件是其湖北汽车工业学院毕业设计论文可以完成铣削二坐标三坐标四坐标和五坐标车削线切割的编程此类软件虽然功能单一但简单易学价格较低是目前中小企业的选择数控磨床的主要技术参数外圆磨床一般加工的是轴类零件在加工过程中砂轮和工件之间的相互运动主要是砂轮沿工件轴向和径向运动一般把砂轮工作台沿工件轴向定为轴径向为轴通过对轴和轴的控制数控外圆磨床可以对轴类零件实现直线及圆锥圆弧的各种曲线加工也可以加工圆柱面端面和梯形轴下列表格是的主要规格表主要规格项目单位数值工作台面上的回转直径两顶尖间距离砂轮架进给相对工件中心线的角度磨削直径顶尖间工件重量最大砂轮外径内径宽度最大机床使用线速度注必须订购线速度砂轮砂轮架全行程方向快速行程方向根据订货要求快速趋进速度方向最小位移单位方向脉冲湖北汽车工业学院毕业设计论文工作台全行程项目单位数值快速趋进速度最小位移单位脉冲转角头架顶尖锥度莫氏号头架主轴转速尾架顶尖锥度莫氏号尾架行程电气装置砂轮架主轴电机头架主轴电机液压用直接式电机附变量叶片泵磨削冷却水泵电机砂轮架主轴润滑油泵电机砂轮架进给电机伺服工作台进给电机伺服油箱容量液压导轨润滑湖北汽车工业学院毕业设计论文砂轮主轴润滑磨削液项目单位数值占地面积长宽总重量机床的控制功能数控磨床的各个部件的控制由数控系统完成用户在零件加工程序中可以通过指令实现对磨床各部件的控制在数控编程中使用指令指令指令指令以及指令代码描述数控磨床的运动方式加工种类主轴启动停止冷却液开启关闭等辅助功能以及实现进给速度主轴转速等准备功能指令准备功能指令用来规定刀具和工件的相对运动轨迹即指令插补功能机床坐标系坐标平面刀具补偿坐标偏置等多种加工操作指令由字母及其后面的两位数字组成从到共个代码如表表准备功能指令指令代码组功能描述轴定位直线插补圆弧插补螺旋线插补正转圆弧插补螺旋线插补反转暂停准确停止预读控制超前读多个程序段圆柱插补预读控制湖北汽车工业学院毕业设计论文准确停止可编程序数据输入可编程序数据输入方式取消极坐标指令取消极坐标指令平面选择平面选择平面选择英寸输入毫米输入存储行程检测功能接通存储行程检测功能断开返回参考点检测返回参考点从参考点返回返回第参考点跳转功能蠕纹切削自动刀具长度测量拐角偏置圆弧插补刀具半径补偿取消刀具半径补偿左侧刀具半径补偿右侧法线方向控制取消方式法线方向控制左侧接通法线方向控制右侧接通正向刀具长度补偿负向刀具长度补偿刀具位置偏置加湖北汽车工业学院毕业设计论文刀具位置偏置减刀具位置偏置加倍刀具位置偏置减倍刀具长度补偿取消比例缩放取消比例缩放有效可编程序镜像取消可编程序镜像有效局部坐标系设定选择机床坐标系选择工件坐标系选择附加工件坐标系选择工件坐标系选择工件坐标系选择工件坐标系选择工件坐标系选择工件坐标系单方向定位准确停止方式自动拐角倍率攻螺纹方式切削方式宏程序调用宏程序模态调用宏程序模态调用取消坐标旋转有效坐标旋转取消深孔钻循环左旋攻螺纹循环湖北汽车工业学院毕业设计论文精镗循环固定循环取消外部操作功能取消钻孔循环锪镗循环或外部操作功能钻孔循环或反镗循环深孔钻循环攻螺纹循环镗孔循环镗孔循环背镗循环镗孔循环镗孔循环绝对值编程增量值编程设定工件坐标系或最大主轴速度钳制工件坐标系预置每分钟进给每转进给恒周速控制切削速度恒周速控制取消切削速度固定循环返回到初始点固定循环返回到点跟在地址后面的数字决定了该程序段指令的意义代码分为非模态代码和模态代码在表中被标记的指令代码为模态代码它在同组其他代码前一直有效也就是说一经在一个程序段中指定便保持有效到以后的程序段中出现同组的另一代码时才失效在某一程序段中一经应用某一模态代码其后面的程序段中可以不再指令和书写这一功能代码而没有标记的指令代码为非模态代码只在书写它的程序段中有效进给功能指令湖北汽车工业学院毕业设计论文进给功能指令主要用于控制刀具的进给遵度进给功能分为两种快速移动速度当指定定位指令时刀具以系统在参数号中所设定的快速移动速度进行移动切削速度刀具以加工程序中所编制的切削进给速度进行移动也可以使用机床操作面板上的倍率旋钮开关对快速移动速度或切削进给速度实施倍率控制如图所示主轴速度功能指令主轴速度功能指令主要用于控制主轴速度去满足不同的加工要求当在地址后指定一个数值时该信号被送到机床去控制主轴旋转速度一个程序段中只能包含一个代码在现字节画面中也能够监控到当前程序段所使用的主轴速度刀具功能指令刀具功能指令在数控系统主要的作用有两个一个是刀具选择功能在地址后指定一个数值用以选择机床上的刀具在一个程序段中只能包含一个代码当移动指令和代码在同一程序段指定时指令的执行有两种可能移动指令和功能指令同时执行或移动指令执行完成后再执行功能指令另一个功能是刀具寿命管理功能也就是说将刀具分成许多组对每组中的刀具设定好刀具寿命使用的时间和次数当累计每组刀具使用的刀具寿命到达时在同组中以预定的顺序选择和使用下一把刀具在指定刀具偏置补偿值时代码分别为代码刀具长度偏置和代码刀具半径补偿辅助功能指令辅助功能指令主要分为两种一个是代码用于指定分度工作台定位另一个湖北汽车工业学院毕业设计论文是代码当地址之后指定数值时该信号会送到机床机床根据代码信号去控制机床的各个动作如主轴起动主轴停止程序结束交换刀具切削液喷淋等当移动指令和辅助功能在同一程序段中指定时指令的执行有两种可能移动指令和辅助功能同时执行或移动指令执行完成后再执行辅助功能指令哪个代码对应哪个机床功能这是由机床制造厂家所设定的在机床的使用说明书上会有关于代码的详细说明而表中的代码的意义已由数控系统所定义代码描述程序停机在包含的程序段执行之后自动运行停止选择停机与类似在包含的程序段执行之后自动运行停止程序结束自动运行停止并且装置复位子程序调用用于调用子程序子程序结束使控制返回到主程序调用于程序用于在外部输入输出功能中调用文件的子程序一般情况下一个程序段中只能包含一个指令但是在参数号第七位的设定为时一个程序段中一次最多可以指定三个指令加工程序的编写格式一个程序段由一个以上的代码组成代码由地址和数值组成正号或负号可以放在数值的前面地址是用字母表示地址决定了跟在地址后面的数字的意义相同的地址会因准备功能指令的不同而有所差异以下是构成单个程序段的基本要素下表列出了在程序段中出现的地址所对应的主要功能功能地址描述湖北汽车工业学院毕业设计论文程序号程序号顺序号顺序号准备功能指定移动方式尺寸字坐标轴移动指令圆弧中心的坐标圆弧半径进给功能每分钟进给速度每转进给速度主轴速度功能主轴速度刀具功能刀具编号辅助功能机床动作的控制主要是工作台分度控制偏置号偏置号暂停暂停时间程序号指定子程序号重复次数子程序重复次数参数固定循环参数第章的坐标系和刀补坐标系在完成了程序设计与参数设定后就可以把这些软件下载到系统快闪内存中这时系统就具备了运转的基本条件现在就可以开始调试机床了在进行机床调试前必须先确定各种加工运动所处的坐标系及各坐标系之间的关系刀补与坐标补偿等本机床有三套坐标系绝对位置坐标系工件坐标系砂轮修整坐标系它们的关系如下图湖北汽车工业学院毕业设计论文绝对坐标系原点是任意确定的把轴轴开到合适的位置然后进行虚拟回原点操作虚拟回原点的这一点就是机床机械坐标系原点机械坐标系原点是系统的参考点其他所有的坐标系原点都是根据它来确定的工件坐标系原点是工件加工时的参考点确定工件坐标系原点一定要便于零件程序编制便于加工直观如下图从工艺图上可知端面加工的基准面是端面所以轴原点定在端面上轴定在轴的中心线上这样编程时轴的坐标值就是外径与端面的加工工艺值砂轮修整坐标系原点是以两只金刚笔的笔尖的坐标平行线的交点来确定的这样便于修整程序的编制工件坐标系的设定方法找一标准工件用对刀仪对刀将系统复位然后将砂轮架靠近工件端面当出现火花后停止进给并记录此时轴坐标值将轴坐标值送进工件坐标系将砂轮架靠近工件外园当出现火花后停止进给并记录此时轴的坐标值进行如下计算将计算后的坐标值和送进工件坐标系至此工件坐标系设定完毕砂轮修整坐标系的设定方法将砂轮的外园和端面分别靠近金刚笔当出现火花后停止进给记录下此时的和轴的坐标值将和轴坐标值送进工件坐标系至此砂轮修整坐标系设定完毕湖北汽车工业学院毕业设计论文设定工件坐标系与砂轮修整坐标系时要注意用连续运动方式因为只有连续运动方式才能实现双轴联动刀补与坐标补偿砂轮在磨削的过程中有磨损砂轮修整时有修整量机械进给机构有往复误差这些势必会影响加工尺寸与精度那么怎么消除这些误差呢这就需要合理地设定刀补与坐标补偿刀补不改变坐标原点只是在原来的插补指令上增加小小的一点偏移它适合于小的补偿量在这里我们把砂轮磨损与机械往复误差的补偿用刀补来完成而把砂轮修整的修整量用坐标偏移来改变刀补磨削第一个外园面时它的尺寸靠仪表来保证假设仪表测量的值绝对准确则仪表发讯时轴理论上的坐标值应该是仪表发讯时宏参记录下当时的轴坐标值通过换算得出轴坐标值这个值是轴的实际坐标值这两个值的差便是刀补值用这个值来更改刀补偏值表并在其他的轴径磨削中激活这个刀补就可以消除误差保证无仪表测量面的加工精度程序如下坐标补偿我们补偿砂轮修整量采用的方法是坐标补偿所谓坐标补偿就是通过改变坐标原点来补偿误差的方法本系统固化有坐标补偿的程序只需把坐标补偿语言编入零件程序运行零件程序时就可以进行坐标补偿的坐标补偿程序如下第章编程实例加工零件湖北汽车工业学院毕业设计论文如图所示是汽车变速器第二轴材料热处理渗碳淬火硬度加工内容磨外圆磨外圆磨外圆磨外圆磨削工艺按加工内容的次序逐级磨削各级外圆的磨削余量为端面的磨削余量为各级磨削都分为粗磨精磨超精磨和无进给磨削四阶段砂轮线速度为工件转速见加工程序使用砂轮单斜边砂轮使用磨削液加工程序加工程序中参数的设置主要包括加工的终点尺寸磨削余量工件转速主轴转速和进给转速等粗磨进给速度是设置有速度和磨削量两种参数速度为磨削时的进给速度磨削量是指单位时间内磨削掉的金属体积精磨和超精磨的进给分别为粗磨速度的和磨削程序主程序关防护门零件夹紧主轴选择砂轮偏转角度砂轮线速度湖北汽车工业学院毕业设计论文修整砂轮调用工件轴向定位下面一段程序是外圆轴肩的程序外圆端面同时磨削砂轮在两个方向同时进给零件加工实际是由子程序根据设置的参数控制完成的方向终点尺寸方向终点尺寸起始点方向起始点方向速度磨除速度工件转速线速度无进给磨削时间调用用在线检测下面一段程序是磨外圆的程序只有方向进给方向终点尺寸方向终点尺寸起始点方向起始点方向精磨超精磨切换点微米速度磨除速度工件转速线速度无进给磨削时间调用无在线检测分别是磨外圆和磨外圆的子程序与磨外圆的程序基本一致最后都调用相同子程序略略湖北汽车工业学院毕业设计论文松开工件开门程序结束砂轮修整子程序砂轮修整程序中关键部分是修整后的补偿子程序主轴选择砂轮偏转角度砂轮平衡两次修整之间零件加工数修整次数砂轮线速度每次修整的修整器补偿每次修整的修整器补偿计算方向修整量开冷却液砂轮修整略调用修整量补偿计算调用修整结束关冷却液子程序结束第章数控技术的展望超高速切削超精密加工等技术的应用以及柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟对数控加工技术提出了更高的要求当今数控机床正在朝着以下几个方向发展高速度高精度化速度和精度是数控机床的两个重要指标在高速度下实现高精度直接关系到加工效率和产品质量数控系统正朝着高位数高频率的处理器的方湖北汽车工业学院毕业设计论文向发展光纤通信技术的大量运用可提高系统的基本运算速度同时采用超大规模的集成电路和多微处理器结构以提高系统的数据处理能力即提高插补运算的速度和精度为适应超高速加工的要求数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为一的结构形式电主轴实现了变频电动机与机床主轴一体化主轴电动机的轴承采用磁浮轴承液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式目前陶瓷刀具和金刚石涂层刀具已开始得到应用多功能化配有自动换刀机构刀库容量可达把以上的各类加工中心能在同一台机床上同时实现铣削镗削钻削车削铰孔扩孔攻螺纹等多种工序加工从而实现最大的柔性加工现代数控机床还采用了多主轴多面体切削即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工数控系统由于采用了多结构和分级中断控制方式即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制实现所谓的前台加工后台编辑为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要求数控系统具有远距离串行接口甚至可以联网实现数控机床之间的数据通信也可以直接对多台数控机床进行控制智能化现代数控机床将引进自适应控制技术根据切削条件的变化自动调节工作参数使加工过程能保持最佳工作状态从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率具有自诊断自修复功能在整个工作状态中系统随时对数控系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断检查一旦出现故障立即采用停机等措施并进行故障报警提示发生故障的部位原因等还可以自动使故障模块脱机并接通备用模块以确保无人化工作环境的要求为实现更高的故障诊断要求其发展趋势是采用人工智能专家诊断系统数控编程自动化随着计算机应用技术的发展目前图形交互式自动编程已得到较多的应用是数控技术发展的新趋势它是利用绘制的零件加工图样再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理从而自动生成零件加工程序以实现与的集成随着技术的发展当前又出现了集成的全自动编程方式它与系统编程的最大区别是其编程所需的加工工艺参数不必由人工给出而直接从系统内的数据库获得可靠性最大化数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标数控系统将采用更高集成度的电路芯片利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路以减少元器件的数量提高可靠性通过硬件功能软件化以适应各种控制功能的要求同时湖北汽车工业学院毕业设计论文采用硬件结构机床本体的模块化标准化和通用化及系列化使得既提高硬件生产批量又便于组织生产和质量把关还通过自动运行启动诊断在线诊断离线诊断等多种诊断程序实现对系统内硬件软件和各种外部设备进行故障诊断和报警利用报警提示及时排除故障利用容错技术对重要部件采用冗余设计以实现故障自恢复利用各种测试监控技术当发生超程刀损干扰断电等各种意外时自动进行相应的保护控制系统小型化数控系统小型化便于将机电装置结合为一体刚主要采用超人规模集成元件多层印制电路板采用三维安装方法使电子元器件得以高密度安装较大规模缩小系统的占用空间而利用新型的彩色液晶薄型显示器替代传统的阴极射线管发热量大大减少体积减小了三分之二使数控操作系统进步小型化高度集成模块化的发展方向提供了现实可能这样可以方便地将它安装在机床设备上更便于对数控机床的操作使用并且大大降低了故障率为数控机床的长时间高强度的运行打下了坚实的基础致谢在论文完成之际谨向在毕业实践和书写论文过程中所有培养关心帮助过我的领导老师和同学表示我最衷心的感谢特别是我的校方指导老师赵冬霞和厂方指导老师陈军以及彭攀同学给予了我很大的建议和帮助谢谢大家参考文献湖北汽车工业学院毕业设计论文磨床精密与改造孙恭寿汤锡铨等编著机械工业出版社数控磨床故障诊断与维修技巧牛志斌韦刚编著机械工业出版社制造技术与机床现代磨削技术李伯民赵波主编机械工业出版社数控化改造李诚人编著清华大学出版社高级磨工技术与实例韩鸿鸾隋学圃主编凤凰出版传媒集团江苏科学技术出版社数控机床加工程序编制顾京主编机械工业出版社维修说明书公司内部资料使用手册公司内部资料公司内部资料数控机床电气控制廖兆荣主编高等教育出版社