数控技术实验报告.docx

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数控技术实验报告

一、数控机床

数控机床是数字控制机床（Computernumericalcontrolmachinetools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。

该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。

经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。

数控机床的特点

数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。

与普通机床相比，数控机床有如下特点：

　　●对加工对象的适应性强，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法；

　　●加工精度高，具有稳定的加工质量；

　　●可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；

　　●加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；

　　●机床本身精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的3~5倍）；

　　●机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；

　　●有利于生产管理的现代化数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造与管理一体化奠定了基础；

　　●对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；

●可靠性高。

数控机床的构造

数控机床一般由输入介质、人机交互设备、计算机数控装置、进给伺服驱动系统、主轴伺服驱动系统、辅助控制装置、反馈装置和适应控制装置等部分组成。

在数控加工中，数控铣削加工最为复杂，需解决的问题也最多。

除数控铣削加工之外的数控线切割、数控电火花成型、数控车削、数控磨削等的数控编程各有其特点，伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。

具体有以下部分构成：

数控机床的构造

二、数控机床的现状和发展

数控机床是由美国发明家约翰·帕森斯上个世纪发明的。

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20世纪80年代开始起步，仍处于发展阶段。

我国数控机床的发展现状

   机床产业是国民经济发展的基础，装备制造业发展的重中之重。

《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020年）》将“高档数控机床与基础制造装备”确定为16个科技重大专项之一。

通过国家相关计划的支持，我国在数控机床关键技术研究方面有了较大突破，创造了一批具有自主知识产权的研究成果和核心技术。

主要体现在以下几个方面：

（1）中高档数控机床的开发取得了较大进展，在五轴联动、复合加工、数字化设计以与高速加工等一批关键技术上取得了突破，自主开发了包括大型、五轴联动数控加工机床，精密与超精密数控机床以与一大批专门化高性能机床，并形成了一批中档数控机床产业化基地。

（2）关键功能部件的技术水平、制造质量逐年稳步提高，功能逐步完善，部分性能指标接近国际先进水平，形成了一批具有自主知识产权的功能部件。

开发出了高速主轴单元、高速滚珠丝杠、重载直线导轨、高速导轨防护装置、直线电机、数控转台、刀库与机械手、A/C轴数控铣头、高速工具系统、数字化量仪等高性能功能部件样机，其中有的品种已实现小批量生产。

   （3）中高档数控系统开发研究与应用取得一定成果。

通过自主研发或与国外开展技术合作，在中档数控系统的开发和生产上取得明显进展。

初步解决了多坐标联动、远程数据传输等技术难题；为适应数控系统的配套要求，相继开发出交流伺服驱动系统和主轴交流伺服控制系统，并形成了系列化产品

美国的数控发展史

美国政府重视机床工业，美国国防部等部门因其军事方面的需求而不断提出机床的发展方向、科研任务，并且提供充足的经费，且网罗世界人才，特别讲究“效率”和“创新”，注重基础科研。

因而在机床技术上不断创新，如1952年研制出世界第一台数控机床、1958年创制出加工中心、70年代初研制成FMS、1987年首创开放式数控系统等。

由于美国首先结合汽车、轴承生产需求，充分发展了大量大批生产自动化所需的自动线，而且电子、计算机技术在世界上领先，因此其数控机床的主机设计、制造与数控系统基础扎实，且一贯重视科研和创新，故其高性能数控机床技术在世界也一直领先。

当今美国生产宇航等使用的高性能数控机床，其存在的教训是，偏重于基础科研，忽视应用技术，且在上世纪80代政府一度放松了引导，致使数控机床产量增加缓慢，于1982年被后进的日本超过，并大量进口。

从90年代起，纠正过去偏向，数控机床技术上转向实用，产量又逐渐上升。

德国的数控发展史

德国政府一贯重视机床工业的重要战略地位，在多方面大力扶植。

，于1956年研制出第一台数控机床后，德国特别注重科学试验，理论与实际相结合，基础科研与应用技术科研并重。

企业与大学科研部门紧密合作，对数控机床的共性和特性问题进行深入的研究，在质量上精益求精。

德国的数控机床质量与性能良好、先进实用、货真价实，出口遍与世界。

尤其是大型、重型、精密数控机床。

德国特别重视数控机床主机与配套件之先进实用，其机、电、液、气、光、刀具、测量、数控系统、各种功能部件，在质量、性能上居世界前列。

如西门子公司之数控系统，均为世界闻名，竞相采用。

日本的数控发展史

日本政府对机床工业之发展异常重视，通过规划、法规（如“机振法”、“机电法”、“机信法”等）引导发展。

在重视人才与机床元部件配套上学习德国，在质量管理与数控机床技术上学习美国，甚至青出于蓝而胜于蓝。

自1958年研制出第一台数控机床后，1978年产量（7,342台）超过美国（5,688台），至今产量、出口量一直居世界首位（2001年产量46,604台，出口27,409台，占59%）。

战略上先仿后创，先生产量大而广的中档数控机床，大量出口，占去世界广大市场。

在上世纪80年****始进一步加强科研，向高性能数控机床发展。

日本FANUC公司战略正确，仿创结合，针对性地发展市场所需各种低中高档数控系统，在技术上领先，在产量上居世界第一。

该公司现有职工3,674人，科研人员超过600人，月产能力7,000套，销售额在世界市场上占50%，在国约占70%，对加速日本和世界数控机床的发展起了重大促进作用。

技术发展趋势

高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床技术发展的总趋势，近几年来，在实用化和产业化等方面取得可喜成绩。

主要表现在：

　　1．机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟，包括铣-车复合、车铣复合、车-镗-钻-齿轮加工等复合，车磨复合，成形复合加工、特种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。

“一台机床就是一个加工厂”、“一次装卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。

　　2．数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现。

如：

自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了机床的功能和品质。

　　3．机器人使柔性化组合效率更高机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用，使得柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高。

机器人与加工中心、车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光加工机床、水切割机床等组成多种形式的柔性单元和柔性生产线已经开始应用。

　　4．精密加工技术有了新进展数控金切机床的加工精度已从原来的丝级（0.01mm）提升到目前的微米级（0.001mm），有些品种已达到0.05μm左右。

超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到0.05μm左右，形状精度可达0.01μm左右。

采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级（0.001μm）。

通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制与温度、振动等动态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差、表面粗糙度等，从而进入亚微米、纳米级超精加工时代。

　5．功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用。

全数字交流伺服电机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用，极大的提高数控机床的技术水平。

三、数控机床的操作

1）斯沃数控仿真软件简介

斯沃软件技术开发的FANUC、SINUMERIK、MITSUBISHI、数控GSK、华中世纪星HNC、凯恩帝KND、大森DASEN数控车铣与加工中心仿真软件，是结合机床厂家实际加工制造经验与高校教学训练一体所开发的。

通过该软件可以使学生达到实物操作训练的目的，又可大大减少昂贵的设备投入。

斯沃数控仿真软件具有FANUC、SINUMERIK、MITSUBISHI、数控GSK、华中世纪星HNC、凯恩帝KND系统、大森DASEN编程和加工功能，学生通过在PC机上操作该软件，能在很短时间掌握各系统数控车、数控铣与加工中心的操作，可手动编程或读入CAM数控程序加工，既节省了成本和时间，从而提高学生的实际操作水平。

软件运行后其界面如下所示：

2）数控车床实验容与步骤

1.启动斯沃数控仿真软件

启动界面如下：

在左边文件框选择单机版，在右边的数控系统下拉列表中选择FANUC0iT，选择机器码加密，点击“运行”进入系统界面。

2.机床复位

此时机床操作面板的指示灯在闪动，松开急停按钮，确保此时机床处于回零模式下。

按Z向复位按键，机床Z向回到机床原点；按X向复位按键，机床X向回到机床原点；按第四轴方向复位按键，机床沿第四轴方向回到机床原点（本机床没有第四轴，故按此键机床没有动作，但是第四轴复位指示灯不再闪动）。

注意：

为了安全起见，机床回零一定要Z向先回零，然后其它方向才能回零。

3.机床参数设置

在机床复位后，需要根据情况调整机床参数。

如下所示启动菜单命令，出现“机床参数”对话框：

在“机床操作”页面下选择前置刀架，刀架位数选择“四方刀架”，在“编程”页面下确保“脉冲混合编程”选项未被选中。

单击“确定”退出对话框。

4.调整冷却液软管

如下启动菜单命令，出现“冷却液软管调整”对话框：

根据需要调整冷却液软管，另外在程序仿真加工的过程中也可以随时调整。

5.设置毛坯

在机床主窗口已经装好了一个毛坯，需要重新设置。

要求的毛坯为35号钢的Φ100×200的棒料毛坯。

启动菜单命令，出现“设置毛坯”对话框：

设置参数，其中夹具类型选择左边的“外圆装夹”类型。

对话框中的“尾架”选项如果勾选上，则零件右端将被尾架顶尖顶起，该选项适用于细长轴类零件。

点击“确定”退出对话框，现在机床主窗口的毛坯修正完毕：

毛坯默认左端面与卡盘端面平齐，如果需要修改毛坯夹紧位置，可以启动如下的菜单命令来微调：

6.添加刀具

从“刀具数据库”中选择（如果刀具库中没有，自己建立一把编号为001的90°外圆车刀，刀具名称自己定。

注意：

新建车刀时，必须输入刀具编号和刀具名称，刀具编号和刀架中的刀位号可以不一样）编号为001的外圆车刀，此时将显示刀具图形和刀片图形，点击“添加到刀盘”按钮，在弹出的菜单中选取“1号刀位”，则“机床刀库”中1号刀位出现刀具名称，点击确定，机床主窗口的刀架上出现所选刀具。

7.对刀操作（不用G50）

工件坐标系要求置于工件右端面中心。

一般数控车床试切法对刀有两种方法：

一种是采用基准刀具，则其它刀具的长度补偿值都与基准刀具相关；另一种是每把刀具独立，互不相关，每把刀具的长度补偿值只与工件坐标系相