数控车床应用与未来发展.docx
《数控车床应用与未来发展.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控车床应用与未来发展.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
数控车床应用与未来发展
毕业论文
论文题目：
数控车床应用与未来发展
学生姓名：
**
学号：
**
指导教师：
***
专业班级：
16级机电一体化1班
院系名称：
成人教育学院
2016年11月05日
摘要..............................................................（3）
前言..............................................................（4）
第一章数控车床的基本组成和工作原理..............................（5）
1.1任务准备.....................................................（5）
1.1.1机床结构.................................................（5）
1.2工作原理.....................................................（7）
1.3数控车床的分类...............................................（8）
1.4数控车床的性能指标...........................................（8）
1.5数控车床的特点..............................................（10）
第二章数控车床编程与操作.......................................（11）
2.1数控车床概述................................................（11）
2.1.1数控车床的组成..........................................（11）
2.1.2数控车床的机械构成......................................（12）
2.1.3数控系统................................................（13）
2.1.4数控车床的特点...........................................（13）
2.1.5数控车床的分类..........................................（14）
2.1.6数控车床（CJK6153）的主要技术指标.......................（14）
2.1.7数控车床（CJK6153）的润滑与冷却...........................（17）
2.2数控车床的编程方法..........................................（17）
2.2.1设定数控车床的机床坐标系................................（17）
2.2.2设定数控车床的工件坐标系................................（18）
第三章数控车床加工工艺分析.....................................（23）
3.1零件图样分析...............................................（23）
3.2工艺分析....................................................（23）
3.3车孔的关键技术..............................................（24）
3.4解决排屑问题................................................（24）
3.5加工方法....................................................（25）
第四章当前数控机床技术发展趋势.................................（28）
4.1是精密加工技术有所突破......................................（28）
4.2是技术集成和技术复合趋势明显................................（28）
结束语...........................................................（29）参考文献.........................................................（30）
摘要
在机械工程领域，由于微电子技术和计算机技术的迅速发展及其向机械工业的渗透所形成的机电一体化，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展阶段。
随着数控加工的日益成熟越来越多的零件产品都用数控机床来加工,因此如何改进数控加工的工艺问题就越来越重要。
在数控机床上由于机床空间及机床的其他局限了数控加工的灵活性，这样就要求我们要懂得如何改进加工工艺，提高数控机床的应用范围和加工性能。
从而达到提高生产效率和产品质量。
数控加工作为一种高效率高精度的生产方式，尤其是形状复杂精度要求很高的模具制造行业，以及成批大量生产的零件。
因此数控加工在航空业、电子行业还有其他各行业都广泛应用。
然而在数控加工从零件图纸到做出合格的零件需要有一个比较严谨的工艺过程，必须合理安排加工工艺才能快速准确的加工出合格的零件来，否则不但浪费大量的时间，而且还增加劳动者的劳动强度，甚至还会加工出废品来。
一般数控机床的加工工艺和普通机床的加工工艺是大同小异的，只是数控机床能够通过程序自动完成普通机床的加工动作，减轻了劳动者的劳动强度，同时能比较精准的加工出合格的零件。
由于数控加工整个加工过程都是自动完成的，因此要求我们在加工零件之前就必须把整个加工过程有一个比较合理的安排，其中不能出任何的差错，否则就会产生严重的后果。
前言
高速加工技术发展迅速，在高档数控机床中得到广泛应用。
应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术，优化机床结构，采用高性能功能部件，移动部件轻量化，减少运动惯性。
在刀具材料和结构的支持下，从单一的刀具切削高速加工，发展到机床加工全面高速化，如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转；快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米；换刀时间从十几秒下降到10秒、3秒、1秒以下，换刀速度加快了几倍到十几倍。
应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间，从而实现加工制造的高质量和高效率。
数控车床是实现装备制造业现代化的基础装备，以其高速、高效、高精度、高可靠性，以及柔性化、网络化、智能化的卓越性能开创了机械产品向机电一体化发展的先河。
随着数控机床的飞速发展，对数控人才的需求也越来越大。
数控编程是数控技术的核心，是充分发挥数控机床效率的关键，是连接数控机床与数控加工工艺的纽带，同时也是利用CAD/CAM软件进行自动编程加工的基础。
学好数控编程技术对充分利用数控机床的功能与效率起着举足轻重的作用。
通过两年多来对数控专业知识的学习和一段时间的实习，在一定程度上积累相关验和方法，毕业论文是高等院校毕业生提交的一篇论文，是大学生完成学业的标志性作业，是对学习成果的综合性总结和检阅，是我系工科学生从事工程设计的最初尝试，是在教师指导下所取得的实际成果的文字记录，也是检验学生对知识的长我程度，分析问题和解决问题基本能力的一份综合答卷。
第一章数控车床的基本组成和工作原理
1.1任务准备
1.1.1机床结构
数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量反馈装置组成。
如下图是数控机床的组成框图。
图1-1机床机构
⑴机床本体
数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。
但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化，这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。
⑵CNC单元
CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。
CNC单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作进给运动。
⑶输入/输出设备
输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备。
在数控机床产生初期，输入装置为穿孔纸带，现已淘汰，后发展成盒式磁带，再发展成键盘、磁盘等便携式硬件，极大方便了信息输入工作，现通用DNC网络通讯串行通信的方式输入。
输出指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等），一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。
⑷伺服单元
伺服单元由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。
它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。
对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。
每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。
⑸驱动装置
驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动，通过简单的机械连接部件驱动机床，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出图纸所要求的零件。
和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。
伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置，CNC装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施，所以，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。
⑹可编程控制器
可编程控制器（PC，ProgrammableController）是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，专为在工业环境下应用而设计的。
由于最初研制这种装置的目的是为了解决生产设备的逻辑及开关控制，故把称它为可编程逻辑控制器（PLC，ProgrammableLogicController）。
当PLC用于控制机床顺序动作时，也可称之为编程机床控制器（PMC，ProgrammableMachineController）。
PLC己成为数控机床不可缺少的控制装置。
CNC和PLC协调配合，共同完成对数控机床的控制。
⑺测量反馈装置
测量装置也称反馈元件，包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。
通常安装在机床的工作台或丝杠上，它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置，供CNC装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。
1.2工作原理
无论是普通车床加工还是数控车床加工,在加工前都要对所加工的零件进行工艺过程分析,拟定加工方案,确定加工线路和加工内容,选择合适的刀具和切削用量,设计合适的夹具及装夹方法。
特别是在数控车床加工中,加工工艺的制定则比普通车床显得更为重要,也要更为详细,因为在普通车床加工中,制定了工艺卡,操作者按加工工艺进行操作,在加工中如遇到某些问题,（如在加工内孔时,铁屑堵塞,可停机清理）,可灵活进行调整处理,不会受太大影响,而数控车床则不同。
数控车床受控于程序指令,加工过程都是自动进行加工的,每一个数据、加工路线、刀具、切削用量的不合理,都会造成工作量的成倍增加,甚至要重来,这样就要对零件的加工从装夹到加工完毕每一工步都十分清晰,要细化每一工步的切削变化、切削用量、走刀线路等较细致的问题。
加工工艺设计是对工件加工前的前期准备工作,它必须在程序编制工作以前完成,只有在确定了工艺设计方案后,编程才有依据并通过首件加工来检验、修正。
工艺方面考虑不周是造成数控加工出错的主要原因之一,因此,编程人员一定注意先将工艺设计做好,对一些拿捏不定的数据（如切削用量,刀具切削效果等）,可进行必要的测试,匆匆忙忙就进行编程往往会顾此失彼。
数控车床在加工工艺上与普通车床加工工艺原理上基本相同,但由于数控车床与之相比,在加工性能、控制方式也有其优势、缺点,因而又有其特点。
首先,数控车床加工工序比普通车床加工的工序内容要复杂。
数控车床通常安排较复杂的工序或是在普通车床上加工难以控制的工序,如圆弧面连接、锥度螺纹、台阶螺纹、内弧面等,这样,在工艺处理方面难度相对增大。
其次,数控车床加工程序的编制要比普通车床的工艺规程编制复杂。
这是因为在普通车床加工中,许多加工工艺不必考虑的问题（如排屑、换刀、定位装夹）,在数控加工工艺中都不能忽视,普通车床这些问题在加工中可由操作者根据情况随时调整,而数控车床在加工中调整则较繁锁。
1.3数控车床的分类
数控车床的品种和规格繁多，一般可以用下面三种方法分类。
⑴按控制系统分
目前市面上占有率较大的有法拉克、华中、广数、西门子、三菱等。
⑵按运动方式分类
①点位控制数控机床
②点位/直线控制数控机床
③连续控制数控机床
⑶按控制方式分类
按控制方式分类可以分为开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床。
1.4数控车床的性能指标
⑴主要规格尺寸
数控车床主要有床身与刀架最大回转直径、最大车削长度、最大车削直径等。
⑵主轴系统
数控车床主轴采用直流或交流电动机驱动，具有较宽调速范围和较高回转精度，主轴本身刚度与抗振性比较好。
现在数控机床主轴普遍达到5000～10000r／min甚至更高的转速，对提高加工质量和各种小孔加工极为有利；主轴可以通过操作面板上的转速倍率开关调整转速；在加工端面时主轴具有恒线切削速度（恒线速单位：
mm/min），是衡量车床的重要性能指标之一。
⑶进给系统
该系统有进给速度范围、快速（空行程）速度范围、运动分辨率（最小移动增量）、定位精度和螺距范围等主要技术参数。
进给速度是影响加工质量、生产效率和刀具寿命的主要因素，直接受到数控装置运算速度、机床动特性和工艺系统刚度限制。
数控机床的进给速度可达到10～30m／min其中最大进给速度为加工的最大速度，最大快进速度为不加工时移动的最快速度，进给速度可通过操作面板上的进给倍率开关调整。
脉冲当量（分辨率）是CNC重要的精度指标。
有其两个方面的内容，一是机床坐标轴可达到的控制精度（可以控制的最小位移增量），表示CNC每发出一个脉冲时坐标轴移动的距离，称为实际脉冲当量或外部脉冲当量；二是内部运算的最小单位，称之为内部脉冲当量，一般内部脉冲当量比实际脉冲当量设置得要小，为的是在运算过程中不损失精度，数控系统在输出位移量之前，自动将内部脉冲当量转换成外部脉冲当量。
实际脉冲当量决定于丝杠螺距、电动机每转脉冲数及机械传动链的传动比，其计算公式为
数控机床的加工精度和表面质量取决于脉冲当量数的大小。
普通数控机床的脉冲当量—，般为0.001mm，简易数控机床的脉冲当量一般为0.01mm，精密或超精密数控机床的脉冲当量一般为0.0001mm，脉冲当量越小，数控机床的加工精度和表面质量越高。
定位精度和重复定位精度，定位精度是指数控机床各移动轴在确定的终点所能达到的实际位置精度，其误差称为定位误差。
定位误差包括伺服系统、检测系统、进给系统等的误差，还包括移动部件导轨的几何误差等。
它将直接影响零件加工的精度。
重复定位精度是指在数控机床上，反复运行同一程序代码，所得到的位置精度的一致程度。
重复定位精度受伺服系统特性、进给传动环节的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。
一般情况下，重复定位精度是呈正态分布的偶然性误差，它影响一批零件加工的一致性，是一项非常重要的精度指标。
一般数控机床的定位精度为0.001mm，重复定位精度为
0.005mm。
⑷刀具系统
数控车床包括刀架工位数、工具孔直径、刀杆尺寸、换刀时间、重复定位精度各项内容。
加工中心刀库容量与换刀时间直接影响其生产率，换刀时间是指自动换刀系统，将主轴上的刀具与刀库刀具进行交换所需要的时间，换刀一般可在5～20s的时间内完成。
数控机床性能指标还有电机、冷却系统、机床外形尺寸、机床重量等。
1.5数控车床的特点
与普通车床相比，数控车床具有以下几个特点：
⑴适应性强
由于数控机床能实现多个坐标的联动，所以数控机床能加工形状复杂的零件，特别是对于可用数学方程式和坐标点表示的零件，加工非常方便。
更换加工零件时，数控机床只需更换零件加工的NC程序。
⑵加工质量稳定
对于同一批零件，由于使用同一机床和刀具及同一加工程序，刀具的运动轨迹完全相同这就保证了零件加工的一致性好，且质量稳定。
⑶效率高
数控机床的主轴转速及进给范围比普通机床大。
目前数控机床最高进给速度可达到100m/min以上，最小分辨率达0.01um。
一般来说，数控机床的生产能力约为普通机床的三倍，甚至更高。
数控机床的时间利用率高达90％，而普通机床仅为30％～50％。
⑷精度高
数控机床有较高的加工精度，一般在0.005mm～0.1mm之间。
数控机床的加工精度不受零件复杂程度的影响，机床传动链的反向齿轮间隙和丝杠的螺距误差等都可以通过数控装置自动进行补偿。
因此，数控机床的定位精度比较高。
⑸减轻劳动强度
在输入程序并启动后，数控机床就自动地连续加工，直至完毕。
这样就简化了工人的操作，使劳动强度大大降低。
还有能实现复杂的运动、产生良好的经济效益、利于生产管理现代化等特点。
第二章数控车床编程与操作
2.1数控车床概述
数控技术是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，数控技术是为了解决复杂型面零件加工的自动化而产生的，美国帕森斯（Parsons）公司在研制加工直升机叶片轮廓检验用样板的机床时，首先提出了应用电子计算机控制机床加工样板曲线的设想，1952年试制成功第一台三坐标立式数控铣床，1958年我国开始研制数控机床，1975年研制出第一台加工中心，在数控技术领域。
它已开始在各个领域普及，并且它所带来的巨大效益已引起了世界各国科技与工业届的普遍重视。
2.1.1数控车床的组成
数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）及电气控制装置、辅助装置、机床本体、测量反馈装置等组成。
数控机床主要有三大部分组成机床主体、数控装置、伺服机构。
1．机床本体
数控车床由于切削用量大、连续加工发热量大等因素对加工精度有一定影响，加工中又是自动控制，不能像在普通车床那样由人工进行调整、补偿，所以其设计要求比普通机床更严格，制造要求更精密，采用了许多新结构，以加强刚性、减小热变形、提高加工精度。
2．数控装置
数控装置是数控系统的核心，主要包括微处理器CPU、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与数控系统的其他组成部分联系的各种接口等。
数控机床的数控系统完全由软件处理输入信息，可处理逻辑电路难以处理的复杂信息，使数字控制系统的性能大大提高。
3．输入/输出设备
键盘、磁盘机等是数控机床的典型输入设备。
除此以外，还可以用串行通信的方式输入。
4．伺服单元
伺服单元是数控装置和机床本体的联系环节，它将来自数控装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。
根据接收指令的不同，伺服单元有数字式和模拟式之分，而模拟式伺服单元按电源种类又可分为直流伺服单元和交流伺服单元。
5．驱动装置
驱动装置把经放大的指令信号转变为机械运动，通过机械传动部件驱动机床主轴、刀架、工作台等精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出图纸所要求的零件。
和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。
伺服单元和驱动装置合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置，数控装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施。
所以，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。
从某种意义上说，数控机床功能的强弱主要取决于数控装置，而数控机床性能的好坏主要取决于伺服驱动系统。
2.1.2数控车床的机械构成
由于数控机床主轴驱动、进给驱动和CNC技术的发展，数控机床的机械结构已从初期对通用机床局部结构的改进，逐步发展到形成数控机床的独特机械结构。
数控机床的机械结构主要由下列部分组成：
（1）机床的基础件，又称为机床大件，通常是指床身、底座、立柱、横梁、滑座和工作台等。
（2）主传动系统。
（3）进给运动传动系统。
（4）实现主轴回转、定位的装置。
（5）实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置，如液压、气动、润滑、冷却、排屑、防护等。
（6）刀架或自动换刀装置（ATC）。
（7）工作台交换装置（APC）。
（8）特殊功能装置，如刀具破损监控、精度检查和监控装置。
（9）各种反馈装置和元件。
2.1.3数控系统
数控车床的数控系统是由CNC装置、输入/输出设备、可编程控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给驱动装置以及位置测量系统等几部分组成,如图2-4所示。
图2-4CNC系统构成
数控车床通过CNC装置控制机床主轴转速、各进给轴的进z给速度以及其他辅助功能。
2.1.4数控车床的特点
（1）传动链短
数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电机驱动。
伺服电机直接与丝杠联结带动刀架运动，伺服电机与丝杠也可以按控制指令无级变速，它与主轴之间无须再用多级齿轮副来进行变速。
随着电机宽调速技术的发展，目标是取消变速齿轮副，目前还要通过一级齿轮副变几个转速范围。
因此，床头箱内的结构已比传统车床简单得多。
（2）刚性高
与控制系统的高精度控制相匹配，以便为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用油雾自动润滑。
适应高精度的加工。
（3）轻拖动
刀架移动一般采用滚珠丝杠副，
为了提高数控车床导轨的耐磨性，一般采用镶钢导轨，这样机床精度保持的时间就比较长，也可延长使用寿命。
另外，数控车床还具有加工冷却充分、防护严密等结构特点，自动运转时都处于全封闭或半封闭状态。
数控车床一般还配有自动排屑装置。
2.1.5数控车床的分类
数控车床品种繁多，按数控系统功能和机械构成可分为简易数控车床（经济型数控车床）、多功能数控车床和数控车削中心。
（1）简易数控车床（经济型数控车床）。
是低档次数控车床，一般是用单板机或单片机进行控制，机械部分是在普通车床的基础上改进设计的。
（2）多功能数控车床。
也称全功能型数控车床，由专门的数控系统控制，具备数控车床的各种结构特点。
（3）数控车削中心。
在数控车床的基础上增加其他的附加坐标轴。
2.1.6数控车床（CJK6153）的主要技术指标。
科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了通用性和灵活性的要求。
数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。
数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。
它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。
数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。
因此，如何更好的
升级会员 