大学课程设计数控技术doc.docx
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大学课程设计数控技术doc
衡阳技师学院
学生姓名：
罗腾辉
考籍号：
年级专业：
2008级数控技师3班
指导老师及职称：
申凯罗芳芳
学院：
衡阳技师学院
湖南·衡阳
提交日期：
2011年05月
目录
摘要………………………………………………………………………………………1
关键词……………………………………………………………………………………1
第一章
1.1数控机床加工技术概述………………………………………………1
1.2数控加工地优点及发展趋势…………………………………………1
第二章数控加工工艺设计方案地确定
第三章轴类零件地加工方案地设计
3.1数控加工原理与数控加工工艺概述………………………………………3
3.2板材加工类数控机床……………………………………………………………3
3.2按控制运动轨迹分类………………………………………………………………3
3.2.1点位控制数控机床………………………………………………………………3
3.2.2直线控制数控机床………………………………………………………………4
3.2.3轮廓控制数控机床………………………………………………………………4
3.3按驱动装置地特点分类……………………………………………………………4
3.3.1开环控制数控机床………………………………………………………………4
3.3.2闭环控制数控机床………………………………………………………………5
3.3.3半闭环控制数控机床……………………………………………………………5
3.3.4混合控制数控机床………………………………………………………………6
4数控车地工艺与工装削………………………………………………………………6
4.1合理选择切削用量…………………………………………………………………6
4.2合理选择刀具………………………………………………………………………7
4.3合理选择夹具………………………………………………………………………8
4.4确定加工路线………………………………………………………………………8
4.5加工路线与加工余量地联系………………………………………………………8
4.6夹具安装要点………………………………………………………………………8
5程序首句妙用与控制尺寸精度地技巧………………………………………………8
5.1程序首句妙用G00地技巧…………………………………………………………8
5.2控制尺寸精度地技巧………………………………………………………………9
5.2.1修改刀补值保证尺寸精度………………………………………………………9
5.2.2半精加工消除丝杆间隙影响保证尺寸精度……………………………………9
5.2.3程序编制保证尺寸精度…………………………………………………………10
5.2.4修改程序和刀补控制尺寸………………………………………………………10
6数控技术………………………………………………………………………………10
6.1数控机床电气控制系统综叙………………………………………………………10
6.2数控机床运动坐标地电气控制……………………………………………………12
结论………………………………………………………………………………………14
参考文献…………………………………………………………………………………14
致谢………………………………………………………………………………………14
简析数控机床及未来地发展
学生：
廖学军
指导老师：
湖南师范大学,长沙410128
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地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10年将是中国机械行业发展最佳时期.美国、德国地重化工业发展期延续了18年以上,美国、德国、韩国四国重化工业发展期平均延续了12年,我们估计中国地重化工业发展期将至少延续10年,直到2015年.因此,在未来10年中,随着中国重化工业进程地推进,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地产业转移,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:
数控工业化发展刀具机床
1前言
近年来,随着现代制造业及数控技术地不断发展,数控机床地应用范围越来越广.制造设备地大规模数控化,不仅需要大量地数控技术高技能型人才,而且对制造业数控人才地知识结构提出了新地要求.
2数控机床地产生与发展
随着科学技术地发展,数控车床产品日趋复杂化和精密化．更新换代也越来越频繁．个性化地需求使得生产类型由大批、大量向多品种、小批里生产转换,这样相应地对数控车床产品加工地精度、效率、柔性及自动化等提出了越来越高地要求.
数控车床等机械行业传统、典型地加工方式主要有三种：
（1）采用普通通用机床地单件、小批生产.由技术工人手工操作控制机床,工艺参数基本由操作工人确定,生产效率低,产品质量不稳定．特别是一些复杂地零件加工,需依赖靠模或借助画线和样板等手工操作地方法进行加工,加上效率和精度受到很大限制.
（2）采用通用地机械自动化机床（如凸轮自动车床）地大批童生产．以专用凸轮、靠模等实体零件作为加工工艺、控制信息地载体来控制机床地自动运行.若产品更新,则需设计、更换或调整相应地信息载体零件,因此需要较长地准备周期,仅适用于大批量简单零件标准件类地加工.
（3）采用组合专用机床及其自动线地大批量生产一般以系列化地通用部件和专用化夹具、多轴箱体等组成主机本体．采用PLC实现自动或半自动控制．其加工工艺内容及参数在设备设计时就严格规定．使用中一般很难也很少更改．这种自动化高效设备需要较大地初期投资和较长地生产准备周期,只有在大批量生产条件下才会产生显著地经济效益.显然二L述三种加工方式对于当前机械制造业中占机械加工总量70%至80％地单件小批量生产地零件很难适应.
为r解决上述问题,满足多品种、小批量、复杂、高精度零件地自动化生产要求．迫切需要一种通用、灵活、能够适应产品频繁变化地柔性自动化机床．
以计算机技术为依托,1952年美国帕森斯（Parsons）公司和麻省理工学院（MIT）合作,研制成功了世界上第一台以数字计算机为基础地数字控制三坐标直线插补铣床,从而使得机械制造业进人了一个崭新时代.
第一台数控机床问世以来,随着微电子技术、白动控制技术和精密测量技术地发展,数控技术也得到了迅速发展．先后经历了电子份（1952年）、晶体管（1959年）、小规模集成电路（1965年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理机[或微型计算机（l974年）］等五代数控系统.
前只代数控系统属于专用控制计算机地硬接线（硬件）系统,一般称为NC（numericalcontrol）20世纪70年代初期．计算机技术地迅速发展使得小型计算机地价格急剧下降,从而出现了以小型计算机代替专用硬件控制计算机地第四代数控系统.这种系统不仅具有更好地经济性,而且许多功能可用编制地专用数控车床程序实现,并可将专用程序储铸在小垫计算机地存储器中．构成控制软件.这种数控系统称为CNC（computerizednumericalcontrol）即计算机书毛制系统.20世纪70年代中期．以微处理机为核心地数控系统MNC得到了迅速发展.CNC与MNC均称为软接线（软件）致控系统.NC数控系统早已经淘汰,现代教控均采用MNC数控系统．目前通常将现代数控系统称为CNC.1958年,北京机床研究所和清华大学等单位率先研制了电子管式开环伺胀驱动地数控机床.由于历史原因,迟迟未能在实用阶段上有所突破.70年代初期,我国研制地数控装置主要采用晶体管分立元器件,性能不稳定,可靠性差,只有少甘地数控机床（如专用数控铁床及非圆齿轮插齿机等）用于生产.1972年．采用集成数字电路地数控系统在清华大学研制成功,数控技术开始在车、钻、铣、健、磨及齿轮等加工领域得以推广.
从1980年开始,随着我国改革和开放政策地实施,国内一些单位从日本、美国、前西德等产家引进较先进地数控（制造）技术,并投入批量生产.
与此同时,我国许多单位开始投人经济型数控系统地研制工作.最近,我国在引进、消化和吸收国外先进数控技术地基础上,开发和生产了拥有自主知识产权地数控软硬件.现在国内常用地数控系统有广州数控、华中数控等.
3数控机床地分类
3.1按加工工艺方法分类
3.1.1．金属切削类数控机床
与传统地车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应地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,具体地控制方式也各不相同,但机床地动作和运动都是数字化控制地,具有较高地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地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地刀库和自动换刀装置形成地,工件一次装夹后,可以对箱体零件地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地加工.加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成地定位误差,减少了机床地台数和占地面积,缩短了辅助时间,大大提高了生产效率和加工质量.
3.1.2．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.
3.1.3．常见地应用于金属板材加工地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.
3.2按控制运动轨迹分类
3.2.1．点位控制数控机床
位置地精确定位,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地坐标值,不控制点与点之间地运动轨迹,因此几个坐标轴之间地运动无任何联系.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.点位控制数控机床地数控装置称为点位数控装置.
3.2.2．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地进给速度,沿着平行于坐标轴地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.
直线控制地简易数控车床,只有两个坐标轴,可加工阶梯轴.直线控制地数控铣床,有三个坐标轴,可用于平面地铣削加工.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地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,它地各个坐标方向地进给运动地速度能在一定范围内进行调整,兼有点位和直线控制加工地功能,这类机床应该称为点位/直线控制地数控机床.
3.2.3．轮廓控制数控机床
板材加工类轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动地位移及速度进行连续相关地控制,使合成地平面或空间地运动轨迹能满足零件轮廓地要求.它不仅能控制机床移动部件地起点与终点坐标,而且能控制整个加工轮廓每一点地速度和位移,将工件加工成要求地轮廓形状.
常用地数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型地轮廓控制数控机床.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.轮廓控制系统地结构要比点位/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,然后进行相应地速度与位移控制.
现在计算机数控装置地控制功能均由软件实现,增加轮廓控制功能不会带来成本地增加.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.
3.3按驱动装置地特点分类
3.3.1开环控制数控机床
这类控制地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地直线位移.移动部件地移动速度与位移量是由输入脉冲地频率与脉冲数所决定地.此类数控机床地信息流是单向地,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.
开环控制系统地数控机床结构简单,成本较低.但是,系统对移动部件地实际位移量不进行监测,也不能进行误差校正.因此,步进电动机地失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件地精度.开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高地中小型数控机床,特别是简易经济型数控机床.
3.3.2闭环控制数控机床
接对工作台地实际位移进行检测,将测量地实际位移值反馈到数控装置中,与输入地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地位移量运动,最终实现移动部件地精确运动和定位.从理论上讲,闭环系统地运动精度主要取决于检测装置地检测精度,也与传动链地误差无关,因此其控制精度高.图1-3所示地为闭环控制数控机床地系统框图.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,用比较后得到地差值进行位置控制,直至差值为零时为止.这类控制地数控机床,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.
闭环控制数控机床地定位精度高,但调试和维修都较困难,系统复杂,成本高.
3.3.3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地轴或数控机床地传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等）,通过检测丝杠地转角间接地检测移动部件地实际位移,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地转速,从而推算出工作台地实际位移量,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地调试比较方便,并且具有很好地稳定性.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.
3.3.4混合控制数控机床
将以上三类数控机床地特点结合起来,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地进给速度与相当高地精度,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.它地基本控制选用步进电动机地开环伺服机构,另外附加一个校正电路.用装在工作台地直线位移测量元件地反馈信号校正机械系统地误差.
（2）半闭环补偿型.它是用半闭环控制方式取得高精度控制,再用装在工作台上地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地统一.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.
4数控车地工艺与工装削
数控车床加工工艺与普通车床地加工工艺类似,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.
4.1.合理选择切削用量
切削用量不仅是在机床调整前必须确定地重要参数,而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要地影响.所谓“合理地”切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩）,在保证质量地前提下,获得高地生产率和低地加工成本地切削用量.
一制订切削用量时考虑地因素
切削加工生产率
在切削加工中,金属切除率与切削用量三要素ap、f、v均保持线性关系,即其中任一参数增大一倍,都可使生产率提高一倍.然而由于刀具寿命地制约,当任一参数增大时,其它二参数必须减小.因此,在制订切削用量时,三要素获得最佳组合,此时地高生产率才是合理地.
刀具寿命
切削用量三要素对刀具寿命影响地大小,按顺序为v、f、ap.因此,从保证合理地刀具寿命出发,在确定切削用量时,首先应采用尽可能大地背吃刀量；然后再选用大地进给量；最后求出切削速度.
加工表面粗糙度
精加工时,增大进给量将增大加工表面粗糙度值.因此,它是精加工时抑制生产率提高地主要因素.
二刀具寿命地选择原则
切削用量与刀具寿命有密切关系.在制定切削用量时,应首先选择合理地刀具寿命,而合理地刀具寿命则应根据优化地目标而定.一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种,前者根据单件工时最少地目标确定,后者根据工序成本最低地目标确定.
选择刀具寿命时可考虑如下几点：
根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择.复杂和精度高地刀具寿命应选得比单刃刀具高些.
对于机夹可转位刀具,由于换刀时间短,为了充分发挥其切削性能,提高生产效率,刀具寿命可选得低些,一般取15-30min.
对于装刀、换刀和调刀比较复杂地多刀机床、组合机床与自动化加工刀具,刀具寿命应选得高些,尤应保证刀具可靠性.
车间内某一工序地生产率限制了整个车间地生产率地提高时,该工序地刀具寿命要选得低些；当某工序单位时间内所分担到地全厂开支M较大时,刀具寿命也应选得低些.
大件精加工时,为保证至少完成一次走刀,避免切削时中途换刀,刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定.
三切削用量制定地步骤
背吃刀量地选择
进给量地选择
切削速度地确定
校验机床功率
四提高切削用量地途径
采用切削性能更好地新型刀具材料；
在保证工件机械性能地前提下,改善工件材料加工性；
改善冷却润滑条件；
改进刀具结构,提高刀具制造质量.
4.2.合理选择刀具
1）粗车时,要选强度高、耐用度好地刀具,以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量地要求.
2）精车时,要选精度高、耐用度好地刀具,以保证加工精度地要求.
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.
4.3.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.
4.4.确定加工路线
加工路线是指数控机床加工过程中,刀具相对零件地运动轨迹和方向.
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.
4.5.加工路线与加工余量地联系
目前,在数控车床还未达到普及使用地条件下,一般应把毛坯上过多地余量,特别是含有锻、铸硬皮层地余量安排在普通车床上加工.如必须用数控车床加工时,则需注意程序地灵活安排.
4.6.夹具安装要点
目前液压卡盘和液压夹紧油缸地连接是靠拉杆实现地,液压卡盘夹紧要点如下：
首先用搬手卸下液压油缸上地螺帽,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.
5程序首句妙用与控制尺寸精度地技巧
5.1、程序首句妙用G00地技巧
目前我们所接触到地教科书及数控车削方面地技术书籍,程序首句均为建立工件坐标系,即以G50XαZβ作为程序首句.根据该指令,可设定一个坐标系,使刀具地某一点在此坐标系中地坐标值为（XαZβ）（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设定地既定位置方能进行加工,找准该位置地过程如下.
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G50Z0,电脑记忆该点；
4.程序录入方式,输入G01W-8F50,将工件车削出一台阶；
5.X轴不动,沿Z轴释放刀具至C点,停车测量车削出地工件台阶直径γ,输入G50Xγ,电脑记忆该点；
6.程序录入方式下,输入G00XαZβ,刀具运行至编程指定地程序原点,再输入G50XαZβ,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.有过加工经验地人都知道,上述将刀具定位到XαZβ处地过程繁琐,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设定地工件坐标值地记忆,“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建立工件坐标系地种种弊端,笔者想办法将工件坐标系固定在机床上,将程序首句G50XαZβ改为G00XαZβ后,问题迎刃而过程地前五步,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地程序段,按自动运行方式继续加工即可.上述程序首句用G00代替G50地实质是将工件坐标系固定在机床上,不再囿于G50XαZβ程序原点地限制,不改变工件坐标系,操作简单,可靠性强,收到了意想不到地效果.中国金属加工在线
5.2、控制尺寸精度地技巧
5.2.1.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”地原则,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,亦可收到同样地效果.
同理,对于轴向尺寸地控制亦如此类推.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.
5.2.2.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,由于丝杆间隙地影响,加工出地工件尺寸经常出现不稳定地现象.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地影响.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,消除了丝杆间隙地影响,保证了尺寸精度地稳定.
5.2.3.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,各线段地终点位置以该线段起点为坐标原点而确定地坐标系.也就是说,相对编程地坐标原点经常在变换,连续位移时必然产生累积误差,绝对编程是在加工地全过程中,均有即坐标原点,故累积误差较相对编程小.数控车削工件时,工件径向尺寸地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地方便,轴向尺寸常采用相对编程,但对于重要地轴向尺寸,最好采用绝对编程.
b.数值换算保证尺寸精度
很多情况下,图样上地尺寸基准与编程所需地尺寸基准不一致,故应先将图样上地基准尺寸换算为编程坐标系中地尺寸.如图2b中,除尺寸13.06mm外,其余均属直接按图
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