数控专业数控技术的应用.doc
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1、 摘 要数控技术是当今世界制造业中的先进技术之一,它涉及到计算机辅助设计和制造技术,计算机模拟及仿真加工技术,机床仿真及后置处理,机械加工工艺,装夹定位技术与夹具设计与制造技术,金属切削理论,以及毛坯制造技术等多方面的关键技术。数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益,显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用。数控技术是发展数控机床和先进制造技术的最关键技术,并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志,应用数控技术是提高制造业的产品质量和劳动生产率必不可少的重要手段。数控机床作为数控技术实施的重要装备,成为提高加工产品质量,提高加工效率的
2、有效保证和关键。数控技术及数控机床的广泛应用,给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。制造业快速发展和产业结构调整,使我国从传统的机械制造转变为现代的数控制造,数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术,都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。 本次论文内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并通过一定的实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法。关键词: 数控技术 机械制造 加工工艺 编程20
3、目 录第一章 数控技术概论1.1 数控技术21.2 数控加工特点及应用范围31.3 数控机床的工作原理和结构31.4 机床的分类41.5 机床加工原理61.6 数控加工技术主要应用对象6 第二章 数控加工工艺概述2.1 数控加工工艺的基本特点72.2 数控加工工艺的主要内容7第三章 数控编程3.1 数控编程的基本概念103.2 数控车床常用基本编程指令10第四章 典型零件加工实例4.1 加工工艺分析154.2 制定加工工艺卡164.3 编写加工程序17结束语致谢参考文献 第一章 数控技术概论装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业
4、和尖端工业(如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别,不在于生产什么,而在于怎样生产,用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料,而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资,不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业,而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之,大力发展以数控技术为核心的先
5、进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。1.1 数控技数控技术,简称数控(Numerical Control)。它是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施加工控制的机床,或者说装备了数控系统的机床称为数控(NC)机床。数控系统包括:数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分.数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品。要实现对机床的控制,需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技
6、术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,其技术范围覆盖很多领域:(1)机械制造技术;(2)信息处理、加工、传输技术;(3)自动控制技术;(4)伺服驱动技术;(5)传感器技术;(6)软件技术等。 所谓数控加工,主要是指用记录在媒体上的数字信息对机床实施控制,使它自动地执行规定的加工任务。数控加工可以保证产品达到较高的加工精度和稳定的加工质量;操作过程容易实现自动化,生产率高;可以严格控制零件的形状和尺寸精度。当零件形状越复杂,加工精度要求越高,设计更改越频繁,生产批量越小的情况下,数控加工的优越性就越容易得到发挥。数控加工系统在现代机械产品中占有举足轻重的地位
7、,得到了广泛的应用。 数控系统是指利用数控技术实现自动控制的系统,而数控机床则是采用数控系统纹等加工方法进行自动控制的机床。其操作命令以数字或数字代码即指令形式来描述,其工作过程按照指令的控制程序自动进行。数控车床与普通车床一样,也是用来加工轴类和回转体零件的。由于数控车床是自动内外圆柱面、园弧面、端面、螺纹等工序的切削加工,所以数控车床特别适合加工形状复杂、精度要求高的轴类或盘类零件。数控铣削除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外,还能铣削普通铣床不能铣削的2-5坐标联动的各种平面轮廓和立体轮廓。具体的说,可以进行铣削、镗削.、钻削,以及攻螺纹等。 1.2数控机床的特点及应用范围1.2.
8、1 数控机床的加工特点1)加工精度高目前数控机床的脉冲当量普遍达到了0001 mm,而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿。数控机床的加工精度由过去的 001 mm提高到 0005 mrn。定位精度 90年代初中期已达到0.002mm0005 mm。2)对加工对象的适应性强 在数控机床上改变加工零件时,只需重新编制(更换)程序,输入新的程序后就能实现对新零件的加工。3)自动化程度高,劳动强度低4)生产效率高5)良好的经济效益6)有利于现代化管理1.2.2 数控机床的应用范围数控机床最适合加工具有以下特点的零件:(1)多品种小批量生产的零件;(2)形状结构比较复杂的零件;
9、(3)精度要求高的零件;(4)需要频繁改型的零件;(5)价格昂贵,不允许报废的关键零件;(6)需要生产周期短的急需零件;(7)批量较大,精度要求高的零件。1.3机床工作原理和结构1.3.1 数控机床的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。 1.3.2 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,如图所示。数控
10、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
11、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,主轴变速系统简化了齿轮箱,普遍采用变频调速和伺服控制。1.4机床的分类数控设备的种类很多,各行业都有自己的数控设备和分类方法。在机床行业,数控机床通常从以下不同角度进行分类。1.4.1 按工艺用途分类(1)金属切削类 指采用车、铣、镗、钻、铰、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。它又可分为两类: 普通数控机床 数控加工中心(2)金属成形类 指采用挤、压、
12、冲、等成形工艺的数控机床,常用的有数控弯管机、数控压力机、数控冲剪机、数控折弯机、数控旋压机等。(3)特种加工类 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。 。(4)测量、绘图类 主要有数控绘图机、数控坐标测量机、数控对刀仪等。1.4.2 按运动轨迹分类(1)点位控制数控机床 点位控制数控机床的特点是机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位,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的坐标值,不控制点与点之间的运动轨迹,因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以
13、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。 这类数控机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床等。(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的进给速度,沿着平行于坐标轴的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。这类机床有数控车床和数控铣床、加工中心等。(3)轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制,使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标,而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移,将工件加工成要求的轮廓形状 这类机床有数控车床、铣床、磨床和
14、加工中心等。 1.4.3 按伺服系统类型分类(1)开环数控机床这类控制的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的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的,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。 (2)闭环控制数控机床接对工作台的实际位移进行检测,将测量的实际位移值反馈到数控装置中,与输入的指令位移值进行比较,用差
15、值对机床进行控制,使移动部件按照实际需要的位移量运动,最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲,闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度,也与传动链的误差无关,因此其控制精度高。这类控制的数控机床,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。 闭环控制数控机床的定位精度高,但调试和维修都较困难,系统复杂,成本高。 (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的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置(如光电编码器等),通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移,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
16、的转速,从而推算出工作台的实际位移量,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的调试比较方便,并且具有很好的稳定性。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。 1.4.4按数控装置类型分类(1)硬件式数控机床(NC)数控装置中的输入运算、插补运算以及控制功能均由集成电路或晶体管等器件完成。(2)软件式数控机床(CNC)数控系统中直接引入计算机,主要功能均由软件来实现1.5机床的加工原理在数控机床上加工零件时,要事先根据零件加工图样的要求确定零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具参数,再按规定
17、编写零件数控加工程序,然后通过手动数据输入(MDIManual Data Input)方式或与计算通信等方式将数据加工程序送到数控系统,在数控系统控制软件的支持下,经过分析处理与计算后发出相应的指令,通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动,从而控制机床进行零件的自动加工。1.6数控加工技术的主要应用对象 数控加工技术是一种可编程的柔性加工方法,但其设备费用相对较高,故目前数控加工主要应用于加工零件形状比较复杂.精度要求较高.以及产品更换频繁.生产周期要求短的场合。具体地说,下面这些类型的零件最适宜与数控加工:(1)形状复杂.加工精度要求高或用数学方法定义的复杂曲线.曲面轮廓。(2)公差带小.互换性
18、高.要求精确复制的零件。(3)用通用机床加工时,要求设计制造复杂的专用工装或需很长调整时间的零件。(4)价值高的零件。(5)小批量生产的零件。(6)钻.镗.铰.攻螺纹几铣削加工联合进行的零件。第二章 数控加工工艺概述零件的数控加工工艺分析是编制数控程序中最重要而又极其复杂的环节,也是数控加工工艺方案设计的核心工作,必须在数控加工方案制定前完成。 零件工艺性分析也是数控规划的第一步,在此基础上,方可确定零件数控加工所需的数控机床、加工刀具、工艺装备、切削用量、数控加工工艺路线,从而获得最佳的加工工艺方案,最终满足零件工程图纸和有关技术文件的要求2.1 数控加工工艺的基本特点数控加工工艺是伴随着数
19、控机床的产生,不断发展和逐步完善起来的一门应用技术,将传统的加工工艺、计算机数控技术、计算机辅助设计和辅助制造技术有机地结合在一起,。普通加工工艺是数控加工工艺的基础和技术保障,由于数控加工采用计算机对机械加工过程进行自动化控制,使得数控加工工艺具有如下特点。1数控加工工艺远比普通机械加工工艺复杂2数控加工工艺设计要有严密的条理性3数控加工工艺的继承性较 4数控加工工艺必须经过实际验证才能指导生产2.2 数控加工工艺的主要内容零件的数控加工工艺分析是编制数控程序中最重要而又极其复杂的环节,也是数控加工工艺方案设计的核心工作,必须在数控加工方案制定前完成。一个合格的编程人员对数控机床及其控制系统
20、的功能及特点,以及影响数控加工的每个环节都要有一个清晰、全面的了解,这样才能避免由于工艺方案考虑不周而可能出现的产品质量问题,造成无谓的人力、物力等资源的浪费。 全面合理的数控加工工艺分析是提高数控编程质量的重要保障。 在数控加工中,从零件的设计图纸到零件成品合格交付,不仅要考虑到数控程序的编制,还要考虑到诸如零件加工工艺路线的安排、加工机床的选择、切削刀具的选择、零件加工中的定位装夹等一系列因素的影响,在开始编程前,必须要对零件设计图纸和技术要求进行详细的数控加工工艺分析,以最终确定哪些是零件的技术关键,哪些是数控加工的难点,以及数控程序编制的难易程度。 零件工艺性分析也是数控规划的第一步,
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