数控机床加工与操作方法.docx

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数控机床加工与操作方法

数控机床加工与操作方法

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摘要

数控技术是现代制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，离开了数控技术，先进制造技术就成了无本之木。

数控技术的广泛使用给机械制造业生产方式、生产结构、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。

数控技术及数控装备已成为关系国家战略和体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低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，已经成为当今制造业的发展方向。

本论文主要介绍数控机床的定义，数控机床初学者的要求，机床加工前的准备工作，

数控机床的程序指令，数控机床对刀操作方法，数控机床的工作原理和结构，加工特点，机床加工几何精度要求，

数控机床的优点和缺点，数控机床与计算机实现自动技术，机床维修和生产安全要求。

摘要I

目录II

一、数控技术的概念与特点1

二、数控机床加工前的准备要求2

2.1数控技术常用术语大全4

2.2数控机床工作原理和结构简介7

2.3数控机床加工特点8

2.4数控车床是怎样操作的10

三、数控机床产生几何误差的因素14

3.1普遍认为数控机床的几何误差由以下几方面原因引起14

3.2几何误差补偿技术15

四、计算机数控系统16

五、数控机床的分类与发展18

5.1数控机床分类18

5.2数控机床发展19

六、数控机床维修中应注意的事项20

七、数控加工安全规则21

结论22

致谢23

参考文献24

一、数控加工技术概念与特点

简单的说就是利用数字化控制系统在加工机床上完成整个零件的加工。

这一类的机床称为数控机床。

这是一种现代化的加工手段。

同时数控加工技术也成为一个国家制造业发展的标志。

利用数控加工技术可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工，而且加工的准确性和精度都可以得到很好的保证。

总体上说，和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下特点（既有优缺点）：

（一）数控机床优点

1、加工效率高。

利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。

而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。

2、加工精度高。

同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。

3、劳动强度低。

由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，不像传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。

所以劳动强度很低。

4、适应能力强。

数控加工系统就像计算机一样，可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。

5、工作环境好。

数控加工机床是机械控制、强电控制、弱电控制为一体高科技产物，对机床的运行温度、湿度及环境都有较高的要求。

（二）数控机床的缺点

数控机床的主要缺点如下：

价格较高，设备首次投资大；对操作、维修人员的技术要求较高；加工复杂形状的零件时,手工编程的工作量大。

二、数控机床零件加工前的准备要求

1.机床位置环境要求

机床的位置应远离振源、应避免阳光直接照射和热辐射的影响，避免潮湿和气流的影响。

如机床附近有振源，则机床四周应设置防振沟。

否则将直接影响机床的加工精度及稳定性，将使电子元件接触不良，发生故障，影响机床的可靠性。

2.电源要求

一般数控车床安装在机加工车间，不仅环境温度变化大，使用条件差，而且各种机电设备多，致使电网波动大。

因此，安装数控车床的位置，需要电源电压有严格控制。

电源电压波动必须在允许范围内，并且保持相对稳定。

否则会影响数控系统的正常工作。

3.温度条件

数控车床的环境温度低于30摄氏度，相对温度小于80%。

一般来说，数控电控箱内部设有排风扇或冷风机，以保持电子元件，特别是中央处理器工作温度恒定或温度差变化很小。

过高的温度和湿度将导致控制系统元件寿命降低，并导致故障增多。

温度和湿度的增高，灰尘增多会在集成电路板产生粘结，并导致短路。

4.按说明书的规定使用机床

用户在使用机床时，不允许随意改变控制系统内制造厂设定的参数。

这些参数的设定直接关系到机床各部件动态特征。

只有间隙补偿参数数值可根据实际情况予以调整。

用户不能随意更换机床附件，如使用超出说明书规定的液压卡盘。

制造厂在设置附件时，充分考虑各项环节参数的匹配。

盲目更换造成各项环节参数的不匹配，甚至造成估计不到的事故。

使用液压卡盘、液压刀架、液压尾座、液压油缸的压力，都应在许用应力范围内，不允许任意提高。

数控车削的工艺与工装

数控车床加工的工艺与普通车床的加工工艺类似，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。

1.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。

2.合理选择刀具

1）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。

2）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。

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。

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.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。

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。

5.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。

6.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1。

液压卡盘夹紧要点如下：

首先用扳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

2.1、数控技术常用术语大全

所选用的数控术语主要参考国际标准ISO2806和中华人民共和国国家标准GB8129—1987以及近年新出现的一些数控词汇  

1）计算机数值控制（ComputerizedNumericalControl,CNC）用计算机控制加工功能，实现数值控制。

2）轴（Axis）机床的部件可以沿着其作直线移动或回转运动的基准方向。

3）机床坐标系（MachineCoordinateSystern）固定于机床上，以机床零点为基准的笛卡尔坐标系。

4）机床坐标原点（MachineCoordinateOrigin）机床坐标系的原点。

5）工件坐标系（WorkpieceCoordinateSystem）固定于工件上的笛卡尔坐标系。

6）工件坐标原点（Wrok-piexeCoordinateOrigin）工件坐标系原点。

7）机床零点（Machinezero）由机床制造商规定的机床原点。

8）参考位置（ReferencePosition）机床启动用的沿着坐标轴上的一个固定点，它可以用机床坐标原点为参考基准。

9）绝对尺寸（AbsoluteDimension）／绝对坐标值（AbsoluteCoordinates）距一坐标系原点的直线距离或角度。

10）增量尺寸（IncrementalDimension）／增量坐标值（IncrementalCoordinates）在一序列点的增量中，各点距前一点的距离或角度值。

11）最小输人增量（LeastInputIncrement）在加工程序中可以输人的最小增量单位。

12）命令增量（LeastcommandIncrement）从数值控制装置发出的命令坐标轴移动的最小增量单位。

13）插补（InterPolation）在所需的路径或轮廓线上的两个已知点间根据某一数学函数（例如：

直线，圆弧或高阶函数）确定其多个中间点的位置坐标值的运算过程。

14）直线插补（LlneInterpolation）这是一种插补方式，在此方式中，两点间的插补沿着直线的点群来逼近，沿此直线控制刀具的运动。

15）圆弧插补（Circula:

Interpolation）这是一种插补方式，在此方式中，根据两端点间的插补数字信息，计算出逼近实际圆弧的点群，控制刀具沿这些点运动，加工出圆弧曲线。

16）顺时针圆弧（ClockwiseArc）刀具参考点围绕轨迹中心，按负角度方向旋转所形成的轨迹．方向旋转所形成的轨迹．

17）逆时针圆弧（CounterclockwiseArc）刀具参考点围绕轨迹中心，按正角度方向旋转所形成的轨迹。

18）手工零件编程（ManualPartPrograrnmiog）手工进行零件加工程序的编制。

19）计算机零件编程（CornputerPartprograrnrnlng）用计算机和适当的通用处理程序以及后置处理程序准备零件程序得到加工程序。

20）绝对编程（AbsolutePrograrnming）用表示绝对尺寸的控制字进行编程。

21）增量编程（Incrementprogramming）用表示增量尺寸的控制字进行编程。

22）宇符（Character）用于表示组织或控制数据的一组元素符号。

23）控制字符（ControlCharacter）出现于特定的信息文本中，表示某一控制功能的字符。

24）地址（Address）一个控制字开始的字符或一组字符，用以辨认其后的数据。

25）程序段格式（BlockFormat）字、字符和数据在一个程序段中的安排。

26）指令码（InstructionCode）/机器码（MachineCode）计算机指令代码，机器语言，用来表示指令集中的指令的代码。

27）程序号（ProgramNumber）以号码识别加工程序时，在每一程序的前端指定的编号.

28）程序名（PrograoName）以名称识别加工程序时，为每一程序指定的名称。

29）指令方式（CommandMode）指令的工作方式。

30）程序段（Block）程序中为了实现某种操作的一组指令的集合．

31）零件程序（PartProgram）在自动加工中，为了使自动操作有效按某种语言或某种格式书写的顺序指令集。

零件程序是写在输人介质上的加工程序，也可以是为计算机准备的输人，经处理后得到加工程序。

32）加工程序（MachineProgram）在自动加工控制系统中，按自动控制语言和格式书写的顺序指令集。

这些指令记录在适当的输人介质上，完全能实现直接的操作。

33）程序结束（EndofProgram）指出工件加工结束的辅助功能

34）数据结束（EndofData）程序段的所有命令执行完后，使主轴功能和其他功能（例如冷却功能）均被删除的辅助功能。

35）程序暂停（ProgromStop）程序段的所有命令执行完后，删除主轴功能和其他功能，并终止其后的数据处理的辅助功能.

36）准备功能（PreparatoryFunctton）使机床或控制系统建立加工功能方式的命令．

37）辅助功能（MiscellaneouSFunction）控制机床或系统的开关功能的一种命令。

38）刀具功能（ToolFunetion）依据相应的格式规范，识别或调人刀具。

39）进给功能（FeedFunction）定义进给速度技术规范的命令。

40）主轴速度功能（SpindleSpeedFunction）定义主轴速度技术规范的命令。

41）进给保持（FeedHold）在加工程序执行期问，暂时中断进给的功能。

42）刀具轨迹（ToolPath）切削刀具上规定点所走过的轨迹。

43）零点偏置（ZeroOffset）数控系统的一种特征．它容许数控测量系统的原点在指定范围内相对于机床零点移动，但其永久零点则存在数控系统中。

44）刀具偏置（ToolOffset）在一个加工程序的全部或指定部分，施加于机床坐标轴上的相对位移．该轴的位移方向由偏置值的正负来确定.

45）刀具长度偏置（ToolLengthOffset）在刀具长度方向卜的偏晋

46）刀具半径偏置（ToolRadlusOffseO）刀具在两个坐标方向的刀具偏置。

47）刀具半径补偿（CutterCompensation）垂直于刀具轨迹的位移，用来修正实际的刀具半径与编程的刀具半径的差异

48）刀具轨迹进给速度（ToolPathFeedrate）刀具上的基准点沿着刀具轨迹相对于工件移动时的速度，其单位通常用每分钟或每转的移动量来表示。

49）固定循环（FixedCycle,CannedCycle）预先设定的一些操作命令，根据这些操作命令使机床坐标轴运动，主轴工作，从而完成固定的加工动作。

例如，钻孔、铿削、攻丝以及这些加工的复合动作。

50）子程序（Subprogram）加工程序的一部分，子程序可由适当的加工控制命令调用而生效

51）工序单（Planningsheet）在编制零件的加工工序前为其准备的零件加工过程表。

52）执行程序（ExecutlveProgram）在CNC系统中，建立运行能力的指令集合

53）倍率（Override）使操作者在加工期间能够修改速度的编程值（例如，进给率、主轴转速等）的手工控制功能。

54）伺服机构（Servo-Mwchanisnt）这是一种伺服系统，其中被控量为机械位置或机械位置对时间的导数.

55）误差（Error）计算值、观察值或实际值与真值、给定值或理论值之差

56）分辨率（Resolution）两个相邻的离散量之间可以分辨的最小间隔．

2.2、数控机床工作原理和结构简介

1.数控机床工作原理

　　按照零件加工的技术要求和工艺要求，编写零件的加工程序，然后将加工程序输入到数控装置，通过数控装置控制机床的主轴运动、进给运动、更换刀具，以及工件的夹紧与松开，冷却、润滑泵的开与关，使刀具、工件和其它辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合图纸要求的零件。

2.数控机床结构

数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体四个部分组成。

数控机床的加工过程

　　1）控制介质控制介质以指令的形式记载各种加工信息，如零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具运动等，将这些信息输入到数控装置，控制数控机床对零件切削加工。

　　2）数控装置数控装置是数控机床的核心，其功能是接受输入的加工信息，经过数控装置的系统软件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理，向伺服系统发出相应的脉冲，并通过伺服系统控制机床运动部件按加工程序指令运动。

　　3）伺服系统伺服系统由伺服电机和伺服驱动装置组成，通常所说数控系统是指数控装置与伺服系统的集成，因此说伺服系统是数控系统的执行系统。

数控装置发出的速度和位移指令控制执行部件按进给速度和进给方向位移。

每个进给运动的执行部件都配备一套伺服系统，有的伺服系统还有位置测量装置，直接或间接测量执行部件的实际位移量，并反馈给数控装置，对加工的误差进行补偿。

　　4）机床本体数控机床的本体与普通机床基本类似，不同之处是数控机床结构简单、刚性好，传动系统采用滚珠丝杠代替普通机床的丝杠和齿条传动，主轴变速系统了齿轮箱，普遍采用变频调速和伺服控制。

2.3、数控机床加工特点

数控机床已越来越多的应用于现代制造业，并发挥出普通机床无法比拟的优势，数控机床主要有以下几特点：

1.传动链短，与普通机床相比主轴驱动不再是电机——皮带——齿轮副机构变速，而是采用横向和纵向进给分别由两台伺服电机驱动运动完成，不再使用挂轮、离合器等传统部件，传动链大大缩短。

2.刚性高，为了与数控系统的高精度相匹配，数控机床的刚性高，以便适应高精度的加工要求。

3.轻拖动，刀架（工作台）移动采用滚珠丝杠副，摩擦小，移动轻便。

丝杠两端的支承式专用轴承，其压力角比普通轴承大，在出厂时便选配好；数控机床的润滑部分采用油雾自动润滑，这些措施都使得数控机床移动轻便。

二、数控机床加工特点

1.自动化程度高，可以减轻操作者的体力劳动强度。

数控加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中，主要是观察和监督机床运行。

但是，由于数控机床的技术含量高，操作者的脑力劳动相应提高。

2.加工零件精度高、质量稳定。

数控机床的定位精度和重复定位精度都很高，较容易保证一批零件尺寸的一致性，只要工艺设计和程序正确合理，加之精心操作，就可以保证零件获得较高的加工精度，也便于对加工过程实行质量控制。

3.生产效率高。

数控机床加工是能再一次装夹中加工多个加工表面，一般只检测首件，所以可以省区普通机床加工时的不少中间工序，如划线、尺寸检测等，减少了辅助时间，而且由于数控加工出的零件质量稳定，为后续工序带来方便，其综合效率明显提高。

4.便于新产品研制和改型。

数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备，通过编制加工程序就可把形状复杂和精度要求较高的零件加工出来，当产品改型，更改设计时，只要改变程序，而不需要重新设计工装。

所以，数控加工能大大缩短产品研制周期，为新产品的研制开发、产品的改进、改型提供了捷径。

5.可向更高级的制造系统发展。

数控机床及其加工技术是计算机辅助制造的基础。

6.初始投资较大。

这是由于数控机床设备费用高，首次加工准备周期较长，维修成本高等因素造成。

7.维修要求高。

数控机床是技术密集型的机电一体化的典型产品，需要维修人员既懂机械，又要懂微电子维修方面的知识，同时还要配备较好的维修装备。

三、适合数控机床加工的零件

1.最适合多品种中小批量零件。

随着数控机床制造成本的逐步下降，现在不管是国内还是国外，加工大批量零件的情况也已经出现。

加工很小批量和单件生产时，如能缩短程序的调试时间和工装的准备时间也是可以选用的。

2.精度要求高的零件。

有于数控机床的刚性好，制造精度高，对刀精确，能方便的进行尺寸补偿，所以能加工尺寸精度要求高的零件。

3.表面粗糙度值小的零件。

在工件和刀具的材料、精加工余量及刀具角度一定的情况下，表面粗糙度取决于切削速度和进给速度。

普通机床是恒定转速，直径不同切削速度就不同，像数控车床具有恒线速切削功能，车端面、不同直径外圆时可以用相同的线速度，保证表面粗糙度值既小且一致。

在加工表面粗糙度不同的表面时，粗糙度小的表面选用小的进给速度，粗糙度大的表面选用大些的进给速度，可变性很好，这点在普通机床很难做到。

4.轮廓形状复杂的零件。

任意平面曲线都可以用直线或圆弧来逼近，数控机床具有圆弧插补功能，可以加工各种复杂轮廓的零件。

四、数控机床的管理使用

数控机床的使用好坏既需要操作者的精心使用，又必须依靠科学的管理，完善的管理制度、科学的生产模式是提高生产效率的有效手段。

1.建立健全完善的管理制度，有效控制、监督数控机床相关人员的工作，使机床的操作、运行全过程受控。

2.加强技术人员、技术工人管理人员的培训。

数控加工的培训是一向长期的工作，是一个不断提高的过程。

通过培训工艺人员可以编制更加简化的数控加工工艺、简化程序、缩短加工时间；技术工人可以提高操作技能；管理人员可以更加了解数控设备的特点、过程控制，以现代生产管理理念实施管理。

3.科学组织生产。

改进停工待料，生产能力不平衡问题，提高数控机床的开工率，合理安排生产节拍，合理分配生产任务。

利用零件加工的相似性，将待加工零件进行分类，从而在工艺编制、生产计划及调度中合理安排，提高设备生产能力的平衡度。

科学的生产批次将极大限度的降低机床调整时间比例、工装准备时间比例，可提高批量效率。

4.为了发挥数控机床的价值，操作者必须正确的掌握数控机床操作原则。

按机床操作规程正确操作机床；按工艺和程序要求加工零件；加工前协调零件、刀具、压板等尺寸避免干涉和碰撞；提高技术素质，减少装刀、找正等非加工时间；正确维护保养各种辅具确保精度可靠。

2.4、数控车床是怎样操作的

1.手工编程操作

　将编制的加工程序输入数控系统，具体的操作方法是：

先通过机械操作面板启动数控机床，接着由CRT/MDI面板输入加工程序，然后运行加工程序。

1）启动数控机床操作

①机床启动按钮ON

②程序锁定按钮OFF

2）编辑操作

①选择MDI方式或EDIT方式

②按（PRGRM）健

③输入程序名　键入程序地址符、程序号字符后按（INSRT）键。

④键入程序段

⑤键入程序段号、操作指令代码后按（INPUT）键。

3）运行程序操作

①程序锁定按钮ON

②选择自动循环方式

2.调用程序操作

　调用已储存在数控系统中的加工程序，具体的操作方法先通过机械操作面板启动数控机床，接着调用系统内的加工程序，然后运行程序。

1）启动数控机床操作

①机床启动按钮ON

②程序锁定按钮OFF

2）调用程序操作

①选择MDI方式或EDIT方式

②按（PRGRM）键

③调用程序　键入程序地址符、程序号字符后按（INPUT）键。

3）运行程序操作

①程序锁定按钮ON

②选择自动循环方式

③按自动循环按钮

3.数控车床对刀操作

数控车床对刀方法有三种：

试切削对刀法、机械对刀法和光学对刀法。

1数控车床对刀方法

试切削对刀法对刀原理

　假设刀架在外圆刀所处位置换上切割刀，虽然刀架没有移动，刀具的坐标位置也没有发生变化，但两把刀尖不在同一位置上，如果不消除这种换刀后产生的刀尖位置误差，势必造成换刀后的切削加工误差。

2数控车床对刀原理

换刀后刀尖位置误差的计算：

　　ΔX=X1-X2

　　　　　　　　　　　　　　ΔZ=Z1-Z2

　根据对刀原理，数控系统记录了换刀后产生的刀尖位置误差ΔX、ΔZ，如果用刀具位置补偿的方法确定换刀后的刀尖坐标位置，这样能保证刀具对工件的切削加工精度。

基准刀对刀操作

①用外圆车刀切削工件端面，向数控系统输入刀尖位置的Z坐标。

②用外圆车刀切削工件外圆，测量工件的外圆直径，向数控系统输入该工件的外圆直径测量值，即刀尖位置的X坐标。

3基准刀对刀操作

一般刀对刀操作

　用切割刀的刀尖对准工件端面和侧母线的交点，向数控系统输入切割刀刀尖所在位置的Z坐标和X坐标。

这样，数控系统记录了两把刀尖在同一位置上的不同坐标值，计算出换刀后一般刀与基准刀的刀尖位置偏差，并通过数控系统刀具位置偏差补偿来消除换刀后的刀尖位置偏差。

4对刀操作

刀位偏置值的修改与应用

　如果车削工件外圆后，工件的外圆直径大了0.30mm。

对此，我们可不用修改程序，而通过修改刀位偏置值来解决，即在X方向把刀具位置的偏置值减小0.30mm，这样方便地解决了切削加工中产生的加工误差。

三、数控机床产生几何误差的因素

3.1、普遍认为数控机床的几何误差由以下几方面原因引起

1.1机床