機電一體化畢業(yè)論文(數(shù)控車床)

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銅陵職業(yè)技術學院 09機電一體化 汪 明 數(shù)控車床應用與未來發(fā)展 摘 要 隨著數(shù)控加工的日益成熟越來越多的零件產(chǎn)品都用數(shù)控機床來加工,因此如何改進數(shù)控加工的工藝問題就越來越重要。在數(shù)控機床上由于機床空間及機床的其他局限了數(shù)控加工的靈活性，這樣就要求我們要懂得如何改進加工工藝，提高數(shù)控機床的應用范圍和加工性能。從而達到提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。 數(shù)控加工作為一種高效率高精度的生產(chǎn)方式，尤其是形狀復雜精度要求很高的模具制造行業(yè)，以及成批大量生產(chǎn)的零件。因此數(shù)控加工在航空業(yè)、電子行業(yè)還有其他各行業(yè)都廣泛應用。然而在數(shù)控加工從零件圖紙到做出合格的零件需要有一個比較嚴謹?shù)墓に囘^程，必須合理安排加工工藝才能快速準確的加工出合格的零件來，否則不但浪費大量的時間，而且還增加勞動者的勞動強度，甚至還會加工出廢品來。 一般數(shù)控機床的加工工藝和普通機床的加工工藝是大同小異的，只是數(shù)控機床能夠通過程序自動完成普通機床的加工動作，減輕了勞動者的勞動強度，同時能比較精準的加工出合格的零件。由于數(shù)控加工整個加工過程都是自動完成的，因此要求我們在加工零件之前就必須把整個加工過程有一個比較合理的安排，其中不能出任何的差錯，否則就會產(chǎn)生嚴重的后果。 目 錄 摘要..............................................................(1) 前言..............................................................(3) 第一章 數(shù)控車床的基本組成和工作原理..............................(5) 1.1 任務準備.....................................................(5) 1.1.1 機床結構.................................................(6) 1.2 工作原理.....................................................(8) 1.3 數(shù)控車床的分類...............................................(7) 1.4 數(shù)控車床的性能指標...........................................(8) 1.5 數(shù)控車床的特點..............................................(10) 第二章 數(shù)控車床編程與操作.......................................(13) 2.1 數(shù)控車床概述................................................(13) 2.1.1數(shù)控車床的組............................................ (13) 2.1.2數(shù)控車床的機械構成...................................... (13) 2.1.3數(shù)控系統(tǒng)................................................ (14) 2.1.4數(shù)控車床的特點...........................................(15) 2.1.5數(shù)控車床的分類.......................................... (15) 2.1.6數(shù)控車床（CJK6153）的主要技術........................... (15) 2.1.7數(shù)控車床（CJK6153）的潤滑............................... (16) 2.2 數(shù)控車床的編程方法..........................................(17) 2.2.1設定數(shù)控車床的機床坐標系................................ (18) 2.2.2設定數(shù)控車床的工件坐標系................................ (19) 第三章 數(shù)控車床加工工藝分析.....................................(23) 3.1 零件圖樣分析......................................... ...... (23) 3.2 工藝分析....................................................(24) 3.3 車孔的關鍵技術..............................................(24) 3.4 解決排屑問題................................................(25) 3.5 加工方法....................................................(25) 第四章 當前數(shù)控機床技術發(fā)展趨勢.................................(29) 4.1 是精密加工技術有所突破......................................(29) 4.2 是技術集成和技術復合趨勢明顯................................(29) 結束語...........................................................(31) 參考文獻.........................................................(33) 致謝.............................................................(35) 前 言 高速加工技術發(fā)展迅速，在高檔數(shù)控機床中得到廣泛應用。應用新的機床運動學理論和先進的驅(qū)動技術，優(yōu)化機床結構，采用高性能功能部件，移動部件輕量化，減少運動慣性。在刀具材料和結構的支持下，從單一的刀具切削高速加工，發(fā)展到機床加工全面高速化，如數(shù)控機床主軸的轉(zhuǎn)速從每分鐘幾千轉(zhuǎn)發(fā)展到幾萬轉(zhuǎn)、幾十萬轉(zhuǎn)；快速移動速度從每分鐘十幾米發(fā)展到幾十米和超過百米；換刀時間從十幾秒下降到10秒、3秒、1秒以下，換刀速度加快了幾倍到十幾倍。應用高速加工技術達到縮短切削時間和輔助時間，從而實現(xiàn)加工制造的高質(zhì)量和高效率。 第一章 數(shù)控車床的基本組成和工作原理 1.1任務準備 1.1.1 機床結構 數(shù)控機床一般由輸入輸出設備、CNC裝置（或稱CNC單元）、伺服單元、驅(qū)動裝置（或稱執(zhí)行機構）、可編程控制器PLC及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量反饋裝置組成。如下圖是數(shù)控機床的組成框圖。 電 氣 回 路 輔 助 裝 置 PLC 主軸伺服單元 操 作 面 板 主軸驅(qū)動裝置 進給驅(qū)動裝置 測量反饋裝置 進給伺服單元 輸入/輸出 設 備 計算機 數(shù) 控 裝 置 機 床 本 體 圖1-1機床機構 ⑴機床本體 數(shù)控機床的機床本體與傳統(tǒng)機床相似，由主軸傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣動系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數(shù)控機床在整體布局、外觀造型、傳動系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結構以及操作機構等方面都已發(fā)生了很大的變化，這種變化的目的是為了滿足數(shù)控機床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機床的特點。 ⑵CNC單元 CNC單元是數(shù)控機床的核心，CNC單元由信息的輸入、處理和輸出三個部分組成。CNC單元接受數(shù)字化信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的控制軟件和邏輯電路進行譯碼、插補、邏輯處理后，將各種指令信息輸出給伺服系統(tǒng)，伺服系統(tǒng)驅(qū)動執(zhí)行部件作進給運動。 ⑶輸入/輸出設備 輸入裝置將各種加工信息傳遞于計算機的外部設備。在數(shù)控機床產(chǎn)生初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現(xiàn)已淘汰，后發(fā)展成盒式磁帶，再發(fā)展成鍵盤、磁盤等便攜式硬件，極大方便了信息輸入工作，現(xiàn)通用DNC網(wǎng)絡通訊串行通信的方式輸入。 輸出指輸出內(nèi)部工作參數(shù)（含機床正常、理想工作狀態(tài)下的原始參數(shù)，故障診斷參數(shù)等），一般在機床剛工作狀態(tài)需輸出這些參數(shù)作記錄保存，待工作一段時間后，再將輸出與原始資料作比較、對照，可幫助判斷機床工作是否維持正常。 ⑷伺服單元 伺服單元由驅(qū)動器、驅(qū)動電機組成，并與機床上的執(zhí)行部件和機械傳動部件組成數(shù)控機床的進給系統(tǒng)。它的作用是把來自數(shù)控裝置的脈沖信號轉(zhuǎn)換成機床移動部件的運動。對于步進電機來說，每一個脈沖信號使電機轉(zhuǎn)過一個角度，進而帶動機床移動部件移動一個微小距離。每個進給運動的執(zhí)行部件都有相應的伺服驅(qū)動系統(tǒng)，整個機床的性能主要取決于伺服系統(tǒng)。 ⑸驅(qū)動裝置 驅(qū)動裝置把經(jīng)放大的指令信號變?yōu)闄C械運動，通過簡單的機械連接部件驅(qū)動機床，使工作臺精確定位或按規(guī)定的軌跡作嚴格的相對運動， 最后加工出圖紙所要求的零件。和伺服單元相對應，驅(qū)動裝置有步進電機、直流伺服電機和交流伺服電機等。 伺服單元和驅(qū)動裝置可合稱為伺服驅(qū)動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置，CNC裝置的指令要靠伺服驅(qū)動系統(tǒng)付諸實施，所以，伺服驅(qū)動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分。 ⑹可編程控制器 可編程控制器 (PC，Programmable Controller) 是一種以微處理器為基礎的通用型自動控制裝置，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計的。由于最初研制這種裝置的目的是為了解決生產(chǎn)設備的邏輯及開關控制， 故把稱它為可編程邏輯控制器( PLC， Programmable Logic Controller)。當PLC用于控制機床順序動作時，也可稱之為編程機床控制器( PMC， Programmable Machine Controller )。PLC己成為數(shù)控機床不可缺少的控制裝置。CNC和PLC協(xié)調(diào)配合，共同完成對數(shù)控機床的控制。 ⑺測量反饋裝置 測量裝置也稱反饋元件，包括光柵、旋轉(zhuǎn)編碼器、激光測距儀、磁柵等。通常安裝在機床的工作臺或絲杠上，它把機床工作臺的實際位移轉(zhuǎn)變成電信號反饋給CNC裝置，供CNC裝置與指令值比較產(chǎn)生誤差信號，以控制機床向消除該誤差的方向移動。 1.2工作原理 使用數(shù)控機床時，首先要將被加工零件圖紙的幾何信息和工藝信息用規(guī)定的代碼和格式編寫成加工程序; 然后將加工程序輸入到數(shù)控裝置，按照程序的要求，經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)信息處理、 分配，使各坐標移動若干個最小位移量，實現(xiàn)刀具與工件的相對運動，完成零件的加工。 1.3數(shù)控車床的分類 數(shù)控車床的品種和規(guī)格繁多，一般可以用下面三種方法分類。 ⑴按控制系統(tǒng)分 目前市面上占有率較大的有法拉克、華中、廣數(shù)、西門子、三菱等。 ⑵按運動方式分類 ①點位控制數(shù)控機床 ②點位/直線控制數(shù)控機床 ③連續(xù)控制數(shù)控機床 ⑶按控制方式分類 按控制方式分類可以分為開環(huán)控制數(shù)控機床、閉環(huán)控制數(shù)控機床和半閉環(huán)控制數(shù)控機床。 1.4數(shù)控車床的性能指標 ⑴主要規(guī)格尺寸 數(shù)控車床主要有床身與刀架最大回轉(zhuǎn)直徑、最大車削長度、最大車削直徑等。 ⑵主軸系統(tǒng) 數(shù)控車床主軸采用直流或交流電動機驅(qū)動，具有較寬調(diào)速范圍和較高回轉(zhuǎn)精度，主軸本身剛度與抗振性比較好?，F(xiàn)在數(shù)控機床主軸普遍達到5000～10000r／min甚至更高的轉(zhuǎn)速，對提高加工質(zhì)量和各種小孔加工極為有利；主軸可以通過操作面板上的轉(zhuǎn)速倍率開關調(diào)整轉(zhuǎn)速；在加工端面時主軸具有恒線切削速度(恒線速單位：mm/min)，是衡量車床的重要性能指標之一。 ⑶進給系統(tǒng) 該系統(tǒng)有進給速度范圍、快速(空行程)速度范圍、運動分辨率(最小移動增量)、定位精度和螺距范圍等主要技術參數(shù)。 進給速度是影響加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率和刀具壽命的主要因素，直接受到數(shù)控裝置運算速度、機床動特性和工藝系統(tǒng)剛度限制。數(shù)控機床的進給速度可達到10～30m／min其中最大進給速度為加工的最大速度，最大快進速度為不加工時移動的最快速度，進給速度可通過操作面板上的進給倍率開關調(diào)整。 脈沖當量(分辨率)是CNC重要的精度指標。有其兩個方面的內(nèi)容，一是機床坐標軸可達到的控制精度(可以控制的最小位移增量)，表示CNC每發(fā)出一個脈沖時坐標軸移動的距離，稱為實際脈沖當量或外部脈沖當量；二是內(nèi)部運算的最小單位，稱之為內(nèi)部脈沖當量，一般內(nèi)部脈沖當量比實際脈沖當量設置得要小，為的是在運算過程中不損失精度，數(shù)控系統(tǒng)在輸出位移量之前，自動將內(nèi)部脈沖當量轉(zhuǎn)換成外部脈沖當量。 實際脈沖當量決定于絲杠螺距、電動機每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)及機械傳動鏈的傳動比，其計算公式為 數(shù)控機床的加工精度和表面質(zhì)量取決于脈沖當量數(shù)的大小。普通數(shù)控機床的脈沖當量—，般為0.001mm，簡易數(shù)控機床的脈沖當量一般為0.01mm，精密或超精密數(shù)控機床的脈沖當量一般為0.0001mm，脈沖當量越小，數(shù)控機床的加工精度和表面質(zhì)量越高。 定位精度和重復定位精度，定位精度是指數(shù)控機床各移動軸在確定的終點所能達到的實際位置精度，其誤差稱為定位誤差。定位誤差包括伺服系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、進給系統(tǒng)等的誤差，還包括移動部件導軌的幾何誤差等。它將直接影響零件加工的精度。 　　重復定位精度是指在數(shù)控機床上，反復運行同一程序代碼，所得到的位置精度的一致程度。重復定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進給傳動環(huán)節(jié)的間隙與剛性以及摩擦特性等因素的影響。一般情況下，重復定位精度是呈正態(tài)分布的偶然性誤差，它影響一批零件加工的一致性，是一項非常重要的精度指標。一般數(shù)控機床的定位精度為0.001mm，重復定位精度為0.005mm。 ⑷刀具系統(tǒng) 數(shù)控車床包括刀架工位數(shù)、工具孔直徑、刀桿尺寸、換刀時間、重復定位精度各項內(nèi)容。加工中心刀庫容量與換刀時間直接影響其生產(chǎn)率，換刀時間是指自動換刀系統(tǒng)，將主軸上的刀具與刀庫刀具進行交換所需要的時間，換刀一般可在5～20s的時間內(nèi)完成。 數(shù)控機床性能指標還有電機、冷卻系統(tǒng)、機床外形尺寸、機床重量等。 1.5數(shù)控車床的特點 與普通車床相比，數(shù)控車床具有以下幾個特點： ⑴適應性強 由于數(shù)控機床能實現(xiàn)多個坐標的聯(lián)動，所以數(shù)控機床能加工形狀復雜的零件，特別是對于可用數(shù)學方程式和坐標點表示的零件，加工非常方便。更換加工零件時，數(shù)控機床只需更換零件加工的NC程序。 ⑵加工質(zhì)量穩(wěn)定 對于同一批零件，由于使用同一機床和刀具及同一加工程序，刀具的運動軌跡完全相同這就保證了零件加工的一致性好，且質(zhì)量穩(wěn)定。 ⑶效率高 數(shù)控機床的主軸轉(zhuǎn)速及進給范圍比普通機床大。目前數(shù)控機床最高進給速度可達到100m/min以上，最小分辨率達0.01um。一般來說，數(shù)控機床的生產(chǎn)能力約為普通機床的三倍，甚至更高。數(shù)控機床的時間利用率高達90％，而普通機床僅為30％～50％。 ⑷精度高 數(shù)控機床有較高的加工精度，一般在0.005mm～0.1mm之間。數(shù)控機床的加工精度不受零件復雜程度的影響，機床傳動鏈的反向齒輪間隙和絲杠的螺距誤差等都可以通過數(shù)控裝置自動進行補償。因此，數(shù)控機床的定位精度比較高。 ⑸減輕勞動強度 在輸入程序并啟動后，數(shù)控機床就自動地連續(xù)加工，直至完畢。這樣就簡化了工人的操作，使勞動強度大大降低。 還有能實現(xiàn)復雜的運動、產(chǎn)生良好的經(jīng)濟效益、利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化等特點。 第二章 數(shù)控車床編程與操作 2.1數(shù)控車床概述 數(shù)控車床作為當今使用最廣泛的數(shù)控機床之一，主要用于加工軸類、盤套類等回轉(zhuǎn)體零件，能夠通過程序控制自動完成內(nèi)外圓柱面、錐面、圓弧、螺紋等工序的切削加工，并進行切槽、鉆、擴、鉸孔等工作，而近年來研制出的數(shù)控車削中心和數(shù)控車銑中心，使得在一次裝夾中可以完成更多得加工工序，提高了加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，因此特別適宜復雜形狀的回轉(zhuǎn)體零件的加工。 2.1.1數(shù)控車床的組成 數(shù)控車床由床身、主軸箱、刀架進給系統(tǒng)、冷卻潤滑系統(tǒng)及數(shù)控系統(tǒng)組成。與普通車床所不同的是數(shù)控車床的進給系統(tǒng)與普通車床有質(zhì)的區(qū)別，它沒有傳統(tǒng)的走刀箱溜板箱和掛輪架，而是直接用伺服電機或步進電機通過滾珠絲杠驅(qū)動溜板和刀具，實現(xiàn)進給運動。數(shù)控系統(tǒng)由NC單元及輸入輸出模塊，操作面板組成。 從機械結構上看，數(shù)控車床還沒有脫離普通車床的結構形式，即由床身、主軸箱、刀架進給系統(tǒng)，液壓、冷卻、潤滑系統(tǒng)等部分組成。與普通車床所不同的是數(shù)控車床的進給系統(tǒng)與普通車床有質(zhì)的區(qū)別，它沒有傳統(tǒng)的走刀箱、溜板箱和掛輪架，而是直接用伺服電機通過滾珠絲杠驅(qū)動溜板和刀具，實現(xiàn)運動，因而大大簡化了進給系統(tǒng)的結構。由于要實現(xiàn)CNC，因此，數(shù)控車床要有CNC裝置電器.控制和CRT操作面板。。 2.1.2數(shù)控車床的機械構成 (1)主軸箱 數(shù)控車床主軸箱的構造，主軸伺服電機的旋轉(zhuǎn)通過皮帶輪送刀主軸箱內(nèi)的變速齒輪，以此來確定主軸的特定轉(zhuǎn)速。在主軸箱的前后裝有夾緊卡盤，可將工件裝夾在此。 (2)主軸伺服電機 主軸伺服電機有交流和直流。直流伺服電機可靠性高，容易在寬范圍內(nèi)控制轉(zhuǎn)矩和速度，因此被廣泛使用，然而，近年來小型、高速度、更可靠的交流伺服電機作為電機控制技術的發(fā)展成果越來越多地被人們利用起來。 (3)夾緊裝置 這套裝置通過液壓自動控制卡爪的開/合。 (4)往復拖板 在往復拖板上裝有刀架，刀具可以通過拖板實現(xiàn)主軸的方向定位和移動，從而同Z軸伺服電機共同完成長度方向的切削。 (5)刀架 此裝置可以固定刀具和索引刀具，使刀具在與主軸垂直方向上定位，并同Z軸伺服電機共同完成截面方向的切削。 (6)控制面板 控制面板包括CRT操作面板（執(zhí)行NC數(shù)據(jù)的輸入/輸出）和機床操作面板（執(zhí)行機床的手動操作）。 2.1.3數(shù)控系統(tǒng) 數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)是由CNC裝置、輸入/輸出設備、可編程控制器（PLC）、主軸驅(qū)動裝置和進給驅(qū)動裝置以及位置測量系統(tǒng)等幾部分組成,如圖2-4所示。 圖2-4 CNC系統(tǒng)構成 數(shù)控車床通過CNC裝置控制機床主軸轉(zhuǎn)速、各進給軸的進z給速度以及其他輔助功能。 2.1.4數(shù)控車床的特點 （1）傳動鏈短 數(shù)控車床刀架的兩個方向運動分別由兩臺伺服電機驅(qū)動。伺服電機直接與絲杠聯(lián)結帶動刀架運動，伺服電機與絲杠也可以按控制指令無級變速，它與主軸之間無須再用多級齒輪副來進行變速。隨著電機寬調(diào)速技術的發(fā)展，目標是取消變速齒輪副，目前還要通過一級齒輪副變幾個轉(zhuǎn)速范圍。因此，床頭箱內(nèi)的結構已比傳統(tǒng)車床簡單得多。 （2）剛性高 與控制系統(tǒng)的高精度控制相匹配，以便為了拖動輕便，數(shù)控車床的潤滑都比較充分，大部分采用油霧自動潤滑。適應高精度的加工。 （3）輕拖動 刀架移動一般采用滾珠絲杠副， 為了提高數(shù)控車床導軌的耐磨性，一般采用鑲鋼導軌，這樣機床精度保持的時間就比較長，也可延長使用壽命。另外，數(shù)控車床還具有加工冷卻充分、防護嚴密等結構特點，自動運轉(zhuǎn)時都處于全封閉或半封閉狀態(tài)。數(shù)控車床一般還配有自動排屑裝置。 2.1.5數(shù)控車床的分類 數(shù)控車床品種繁多，按數(shù)控系統(tǒng)功能和機械構成可分為簡易數(shù)控車床（經(jīng)濟型數(shù)控車床）、多功能數(shù)控車床和數(shù)控車削中心。 (1）簡易數(shù)控車床（經(jīng)濟型數(shù)控車床）。是低檔次數(shù)控車床，一般是用單板機或單片機進行控制，機械部分是在普通車床的基礎上改進設計的。 (2）多功能數(shù)控車床。也稱全功能型數(shù)控車床，由專門的數(shù)控系統(tǒng)控制，具備數(shù)控車床的各種結構特點。 (3)數(shù)控車削中心。在數(shù)控車床的基礎上增加其他的附加坐標軸。 2.1.6數(shù)控車床（CJK6153）的主要技術規(guī)格。 床身最大工具回轉(zhuǎn)直徑：ф530mm?；遄畲蠊ぜ剞D(zhuǎn)直徑：ф280mm，機床頂尖距1000mm，刀架最大X向行程：260mm，刀架最大Z向行程：1000mm。手動4級變頻調(diào)速25~2000轉(zhuǎn)/分。 2.1.7數(shù)控車床（CJK6153）的潤滑與冷卻 該機床的潤滑分床頭箱的潤格及其它部件的潤滑兩個部分。有齒輪變速的床頭箱均采用油潤滑，由擺線泵進行強迫潤滑，擺線泵吸油時，先通過精制過濾器，再進過磁性濾清器而后送到各潤滑部件或經(jīng)分油器對主軸軸承及所有其它運轉(zhuǎn)零件進行強迫潤滑和噴油潤滑。機床上其它部件的潤滑，如尾架、道軌及絲杠螺母等均采用油潤滑，采用間歇潤滑泵對X軸、Z軸的各導軌潤滑面及滾珠絲杠螺母、尾架套筒外圓等部位進行自動間歇式潤滑。在呈透明狀態(tài)的油箱內(nèi)，帶有一個液位報警開關，當箱內(nèi)油液低于規(guī)定值時，機床會發(fā)出潤滑報警。 該機床冷卻系統(tǒng)采用泵冷卻。冷卻裝置的日常維修主要是冷卻水的補給更換及過濾器的清洗。在冷卻箱內(nèi)未灌入冷卻液前，嚴禁啟動冷卻泵，以免使冷卻泵燒壞。當冷卻水減少時，應及時補給。冷卻水發(fā)生污染變質(zhì)時，應全部更換，冷卻液應注意選擇防銹性能好的，以免機床生銹。 2.2數(shù)控車床的編程方法 要學好數(shù)控車床的編程，必須了解數(shù)控車床的操作要點，現(xiàn)有教材大多沒把數(shù)控車床的操作與編程作為一個整體來講。 2.2.1設定數(shù)控車床的機床坐標系 機床坐標系是機床固有的坐標系，是制造和調(diào)整機床的基礎，也是設置工件坐標系的基礎。機床坐標系在出廠前已經(jīng)調(diào)整好，一般不允許隨意變動。參考點也是機床上的一個固定不變的極限點，其位置由機械擋塊或行程開關來確定。通過回機械零點來確認機床坐標系?；貦C械零點前先要開機，數(shù)控車床開機前先要熟悉數(shù)控車床的面板。面板的形式同數(shù)控系統(tǒng)密切相關。數(shù)控車床的開機有難有易。對于配圖產(chǎn)系統(tǒng)的車床。開機大都比較簡單，一般打開電源后，直接啟動數(shù)控系統(tǒng)即可。開機后，通過回零，使工作臺回到機床原點（或參考點，該點為與機床原點有一固定距離的點）。數(shù)控車床的回零（回參考點）步驟為：開關置于“回零”位置。按手動軸進給方向鍵+X、+Z至回零指示燈亮。開機后必須先回零（回參考點），若不作此項工作，則螺距誤差補償、背隙補償?shù)裙δ軐o法實現(xiàn)。設定機床機械原點同編程中的G54指令直接有關。 2.2.2設定數(shù)控車床的工件坐標系 工件坐標系是編程時使用的坐標系，又稱編程坐標系，該坐標系是人為設定的。建立工件坐標系是數(shù)控車床加工前的必不可少的一步。不同的系統(tǒng)，其方法各不相同。 實驗：1.西門子802S系統(tǒng)工件坐標系的建立方法 （1）轉(zhuǎn)動刀架至基準刀（如1號刀）。 （2）在MDA狀態(tài)下，輸入T1D0，使刀補為0。 （3）機床回參考點。 （4）用試切法確定工件坐標原點。先切削試件的端面。Z方向不動。若該點即為Z方向原點，則在參數(shù)下的零點偏置于目錄的G54中，輸入該點的Z向機械坐標值A的負值，即Z=-A。若Z向原點在端面的左邊處，則在G54中輸入Z=-（A+），回車即可。同理試切外圓，X方向不動。Z方向退刀，記下X方向的機床坐標A，量直徑，得到半徑R，在G54的X中輸入X=-（A+R），回車即可。 實驗：2.廣數(shù)GSK980T系統(tǒng)工件坐標系的建立方法 （1）用手動方式，試切端面。 （2）在Z軸不動的情況下，沿X軸退刀，且停止主軸旋轉(zhuǎn)。3.測量端面與工件坐標系零點間的距離Z。然后在錄入方式下輸入G50 Z ，運行該句即可。4.同理，用手動方式車外圓，在X軸不動的情況下沿Z軸退刀，且停止主軸旋轉(zhuǎn)，測量工件直徑X，在錄入方式下輸入G50X，運行該句即可。 實驗：3.廣數(shù)GSK928TC工件坐標系的建立方法 （1）車外圓，沿Z向退刀，測得直徑，按InputX輸入直徑值，回車即可。 （2）車端面，沿X向退刀，測得端面與工件坐標系原點間的距離，按InputＺ輸入該距離值，回車即可。 實驗：4.確定基準刀在工件坐標系中的位置 確定了工件坐標系后，可用G50指令確定第1把刀（基準刀）在工件坐標系中的位置。 實驗：5.確定其它刀在工件坐標系中的位置 加工一個零件常需要幾把不同的刀具，由于刀具安裝及刀具本身的偏差，每把刀轉(zhuǎn)到切削位置時，其刀尖所處的位置并不重合，為使用戶在編程時無需考慮刀具間的偏差，需確定其它刀在工件坐標系中的位置，這需要通過對刀來實現(xiàn)。不同的系統(tǒng)，其對刀方法各不相同。 1）西門子802S系統(tǒng)的對刀方法 （1）選用某一把刀為基準刀，按參數(shù)鍵下和刀具補償按鈕，再按新刀具按鈕，輸入基準刀的刀號及刀沿（補）號。如基準刀為1號刀，選用1號刀沿（補），則刀具為T1D1。 （2）調(diào)用對刀窗口，用基準刀車外圓，Z向退刀，在對刀窗口的X軸零偏處輸入0（因是基準刀），按計算鍵后確認。 （3）調(diào)用其它各把刀具，確定刀號和刀沿（補）號，車外圓輸入直徑，車端面。輸入臺階深度的負值。計算、確定即可。 2）廣數(shù)GSK980T系統(tǒng)的對刀方法 （1）用基準刀試切工件，設定基準坐標系：試切端面X向退刀，進入錄入方式，按程序按鈕。輸入G50 Z0，即把該端面作為Z向基準面。然后按設置鍵，設置偏置號（基準刀+100），輸入Z=0，試切外圓，Z向退刀，測得外圓直徑，進入錄入方式，按程序按鈕。輸入G50X，然后按設置鍵，設置偏號，基準刀偏置號+100，X=。 （2）調(diào)用其它各把刀具，車外圓，Z向退刀。測得外圓直徑，將所測得的值設到一偏置號中，該偏置為刀號+100，如刀號為2，則偏置號為202，在此處輸入X=。同理車臺階，X向退刀，測得臺階深度，在偏置號處輸入Z=-。 3）廣數(shù)GSK928TC系統(tǒng)的對刀方法 （1）用基準刀試切工件，用input建立對刀坐標系，該坐標系的Z向原點，一般設在工件的右端，即把試切的端面作為Z向零點。 （2）調(diào)用其它各刀，如2號刀，用T20調(diào)用，然后試切外圓Z向退刀，測得直徑，然后按I鍵。輸入。試切臺階，X向退刀，測得臺階深度為，然后按K鍵，輸入-，刀補即設置完畢。 4）坐標軸的方向 無論那種坐標系都規(guī)定與車床主軸軸線平行的方向為Z軸，從卡盤中心至尾座頂尖中心的方向為正方向。在水平面內(nèi)與車床主軸軸線垂直的方向為X軸，遠離主軸旋轉(zhuǎn)中心的方向為正方向。 5）直徑或半徑尺寸編程 被加工零件的徑向尺寸在圖紙標注和加工測量時，一般用直徑值表示，所以采用直徑尺寸編程更為方便。 6）一般編程方法 (1)確定第一把刀的位置 G50 X Z 該指令確定了第一把刀的位置，此時需把第一把刀移動到工坐標為X Z的位置。 (2)返回參考點 G26（G28）：X Z軸同時返回參考點，G27：X軸返回參考點，G29：Z軸返回參考點。 (3)快速定位 G00 X Z 快速定位到指定點。 （4）直線插補 G01 X Z F 該指令用于車外圓及端面。F為進給速度，其單位為mm/min (用G94或G98指定)或mm/r(用G95或G99指定)。 （5）圓弧插補 G02（03） X Z I K F 該指令用于車順圓或逆圓周。X Z為圓弧終點坐標，I K為圓心相對于起點的坐標，F(xiàn)為進給速度。 （6）螺紋切削 G33（32） X Z P（E） I K 該指令用于螺紋切削，X Z為螺紋終點坐標，P為公制螺紋導程(0.25-100mm)，E為英制螺紋導程(100-4牙/英寸)，I K為退尾數(shù)據(jù)。螺紋切削時主軸轉(zhuǎn)速不能太高，一般NP≤3000，N為主軸轉(zhuǎn)速（rpm）,P為公制螺紋導程(mm)。 （7） 延時或暫停 G04 X，X為暫停秒數(shù)，該指令一般用于切槽，可保持槽底光滑。 （8）主軸轉(zhuǎn)速設定 M03（04） S 該指令用于主軸順時針或逆時針轉(zhuǎn)，主軸轉(zhuǎn)速為S，其單位為m/min (用G96指定)或r/min(用G97指定)。M05表示主軸停止。 （9）程序結束 M02（在此處結束）或M30（結束后返回程序首句）。 7）刀具補償 編程時，認為車刀刀尖是一個點，而實際上為了提高刀具壽命和工件表面質(zhì)量，車刀刀尖常磨成一個半徑不大的圓弧，為提高工件的加工精度，編制圓頭刀程序時，需要對刀具半徑進行補償。大多數(shù)數(shù)控車床都具有刀具半徑自動補償功能（G41，G42），這類數(shù)控車床可直接按工件輪廓尺寸編程。 8）絕對坐標與增量坐標 X 、Z表示絕對坐標，U、W表示相對坐標。 9）公制與英制尺寸設定 公制尺寸設定指令G21，英制尺寸設定指令G20，系統(tǒng)上電后，機床處在G21狀態(tài)。 10）圓弧順逆的判斷 數(shù)控車床是兩坐標的機床，只有X軸和Z軸，應按右手定則的方法將Y軸也加上去來考慮。判斷時讓Y軸的正向指向自己，（即沿Y軸的負方向看去），站在這樣的位置就可正確判斷X-Z平面上圓弧的順逆時針。 數(shù)控車床編程實例1 編制圖4-1所示工件的數(shù)控加工程序，要求切斷，1#外圓刀，2#切槽刀，切槽刀寬度4mm，毛坯直徑32mm 圖2-5 1）首先根據(jù)圖紙要求按先主后次的加工原則，確定工藝路線 （1）粗加工外圓與端面。 （2）精加工外圓與端面。 （3）切斷。 2）選擇刀具,對刀，確定工件原點 根據(jù)加工要求需選用2把刀具，T01號刀車外圓與端面，T02號刀切斷。用碰刀法對刀以確定工件原點，此例中工件原點位于最左面。 3）確定切削用量 （1）加工外圓與端面，主軸轉(zhuǎn)速 630rpm, 進給速度150mm/min。 （2）切斷，主軸轉(zhuǎn)速 315rpm, 進給速度150mm/min。 4）編制加工程序 N10 G50 X50 Z150 確定起刀點 N20 M03 S630 主軸正轉(zhuǎn) N30 T11 選用1號刀，1號刀補 N40 G00 X35 Z57.5 準備加工右端面 N50 G01 X-1 F150 加工右端面 N60 G00 X32 Z60 準備開始進行外圓循環(huán) N70 G90 X28 Z20 F150 開始進行外圓循環(huán) N80 X26 N90 X24 N100 X22 N110 X21 φ20圓先車削至φ2１ N120 G01 X0 Z57.5 F150 結束外圓循環(huán)并定位至半圓R7.5的起切點 N130 G02 X15 Z50 I0 K-7.5 F150 車削半圓R7.5 N140 G01 X15 Z42 F150 車削φ15圓 N150 X16 倒角起點 N160 X20 Z40 倒角 N170 Z20 車削φ20圓 N180 G03 X30 Z15 I10 K0 F150 車削圓弧R5 N190 G01 X30 Z2 F150 車削φ30圓 N200 X26 Z0 倒角 N210 G0 X50 Z150 回起刀點 N220 T10 取消1號刀補 N230 T22 換2號刀 N235 M03 S315 N240 G0 X33 Z-4 定位至切斷點 N250 G01 X-1 F150 切斷 N260 G0 X50 Z150 回起刀點 N270 T20 取消2號刀補 N280 M05 主軸停止 N290 M02 程序結束 第三章 數(shù)控車床加工工藝分析 3.1零件圖樣分析 因為薄壁加工比較困難，尤其是內(nèi)孔的加工，由于在切削過程中，薄壁受切削力的作用，容易產(chǎn)生變形。從而導致出現(xiàn)橢圓或中間小，兩頭大的“腰形”現(xiàn)象。另外薄壁套管由于加工時散熱性差，極易產(chǎn)生熱變形，使尺寸和形位誤差。達不到圖紙要求，需解決的重要問題，是如何減小切削力對工件變形的影響。薄壁零件的加工是車削中比較棘手的問題，原因是薄壁零件剛性差，強度弱，在加工中極容易變形，使零件的形位誤差增大，不易保證零件的加工質(zhì)量?？衫脭?shù)控車床高加工精度及高生產(chǎn)效率的特點，并充分地考慮工藝問題對零件加工質(zhì)量的影響，為此對工件的裝夾、刀具幾何參數(shù)、程序的編制等方 面進行試驗，有效地克服薄壁零件加工過程中出現(xiàn)的變形，保證了加工精度,為今后更好的加工薄壁零件提供了好的依據(jù)及借鑒。 無論用什么形式加工零件，首先都必須從查看零件圖開始。由圖看見該薄壁零件加工，容易產(chǎn)生變形，這里不僅裝夾不方便，而且所要加工的部位也那難以加工，需要設計一專用薄壁套管、護軸。 圖3-1 3.2工藝分析 根據(jù)圖紙?zhí)峁┑募夹g要求，工件采用無縫鋼管進行加工，內(nèi)孔和外壁的表面粗糙度為Ra1.6，用車削即可達到。但內(nèi)孔的圓柱度為0.03對于薄壁零件來講要求比較高，在批量生產(chǎn)中，工藝路線大致為： 下料—熱處理—車端面—車外圓—車內(nèi)孔—質(zhì)檢 前面所述，薄壁件加工特點得知“內(nèi)孔加工”工序是質(zhì)量控制的關鍵。我們拋開外圓，薄壁套管就內(nèi)孔切削就難保證0.03mm的圓柱，經(jīng)過我們多次加工和實驗，采用刀具新磨法，較好地解決了這一問題材。 3.3車孔的關鍵技術 車孔的關鍵技術是解決內(nèi)孔車刀的剛性和排屑問題。增加內(nèi)孔車刀的剛性，我采取了以下措施： （1）盡量增加刀柄的截面積，通常內(nèi)孔車刀的刀尖位于刀柄的上面，這樣刀柄的截面積較少，還不到孔截面積的1/4，如圖1 圖3-2 圖3-3 若使內(nèi)孔車刀的刀尖位于刀柄的中心線上，那么刀柄在孔中的截面積可大大地增加， （2）刀柄伸出長度盡能做到同加工工件長度長5-8mm，以增加車刀刀柄剛性，減小切削過程中的振動。 3.4解決排屑問題 主要控制切削流出方向，粗車刀要求切屑流向待加工表面（前排屑）為此。采用正刃傾角的內(nèi)孔車刀， 精車時，要求切屑流向向心傾前排屑（孔心排屑）因此磨刀時要注意切削刃的磨削方向，要向前沿傾圓弧的排屑方法，如圖4精車刀合金用YA6,目前的M類型，它的抗彎強度、耐磨、沖擊韌度以及與鋼的抗粘和溫度都較好。 圖3-4 刃磨時前角磨以圓以圓弧狀角度10-15后角根據(jù)加工圓弧離壁0.5-0.8mm（刀具底線順弧度）如圖4.c切削刃角k向為0.5-1為沿切屑刃圖4B點；修光刃為R1-1.5副后角磨成7-8為適圖4E內(nèi)刃的A-A點磨成圓向外排屑。 3.5加工方法 (1)加工前必須要做一件護軸；護軸主要目的：是把車好的薄壁套內(nèi)孔以原尺寸套住，用前后頂尖固定使它在不變形的情況下加工外圓，保持外圓加工質(zhì)量、精度。所以，護軸的加工對加工薄壁套管的工序是關鍵環(huán)節(jié)。 加工護軸毛胚用45﹟碳結構圓鋼；車端面、開兩頭B型頂尖孔，粗車外圓，留余量1mm。經(jīng)熱處理調(diào)質(zhì)定形、再精車留0.2mm余量研磨。重新熱處理碎火表面，硬度HRC50，再經(jīng)外圓磨床磨成如圖5所示，精度達要求，完工后待用。 圖3-5 （2)為能使工件一次性加工完畢，毛胚留夾位和切斷余量。 （3）先把毛胚作熱處理調(diào)質(zhì)定形，硬度為HRC28-30（可加工范圍的硬度）。 (4)車刀采用C620，首先把前頂尖放進主軸錐位固定，為防止夾薄壁套時的工件變形，增加一個開環(huán)厚套如圖6 圖3-6 為保持批量生產(chǎn)，薄壁套管外圓的一頭經(jīng)加工為統(tǒng)一尺寸d，t的尺是軸向夾位，個薄壁套管壓緊，提高車內(nèi)孔時的質(zhì)量，保持尺寸。考慮到有切削熱產(chǎn)生，工件膨脹尺寸難掌握。需要澆注充分的切削液，減少工件的熱變形。 （5）用自動定心三爪卡盤將工件夾牢，車端面，粗車內(nèi)圓。留余量0.1-0.2mm精車，換上精車刀把要切削余量加工到護軸滿過度配合和粗糙度的要求。卸下內(nèi)孔車刀，插入護軸至前頂尖，用尾座頂尖按長度要求夾緊，換外圓車刀粗車外圓，再精車達圖紙要求。經(jīng)檢驗合格，用切斷刀按長度要求尺寸切斷。為使工件斷開時的切口平整，刀刃口要斜磨，使工件端面平整；護軸磨小的一段就是為了切斷留有空隙而磨小，護軸為減少工件變形，防止振動，以及切斷時掉下碰傷原故。 結論 以上方法加工薄壁套管，解決了變形或造成尺寸誤差和形狀誤差而達不到要求的問題，實踐證明加工效率較高、較快。易于操作，并且適合加工較長的薄壁零件，尺寸易掌握，次性完工，批量生產(chǎn)也較實際。 第四章 當前數(shù)控機床技術發(fā)展趨勢 4.1是精密加工技術有所突破 通過機床結構優(yōu)化、制造和裝配的精化，數(shù)控系統(tǒng)和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和溫度、振動誤差補償技術的應用等，從而提高機床加工的幾何精度、運動精度，減少形位誤差、表面粗糙度。加工精度平均每8年提高1倍，從1950年至2000年50年內(nèi)提升100倍。目前，精密數(shù)控機床的重復定位精度可以達到1m，進入亞微米超精加工時代。 4.2是技術集成和技術復合趨勢明顯 技術集成和技術復合是數(shù)控機床技術最活躍的發(fā)展趨勢之一，如工序復合型——車、銑、鉆、鏜、磨、齒輪加工技術復合，跨加工類別技術復合——金切與激光、沖壓與激光、金屬燒結與鏡面切削復合等，目前已由機加工復合發(fā)展到非機加工復合，進而發(fā)展到零件制造和管理信息及應用軟件的兼容，目的在于實現(xiàn)復雜形狀零件的全部加工及生產(chǎn)過程集約化管理。技術集成和復合形成了新一類機床——復合加工機床，并呈現(xiàn)出復合機床多樣性的創(chuàng)新結構。 結 束 語 制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，確立與國際接軌的發(fā)展道路，對21世紀我國數(shù)控技術與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關重要。本文在對數(shù)控技術和發(fā)展趨勢的分析，對我國數(shù)控領域存在的問題進行研究的基礎上。對基礎數(shù)控加工工藝的介紹，數(shù)控車床技術上的指導，對數(shù)控車床再加工零件中的所遇到問題加以解釋。在此基礎上，研究了發(fā)展新型數(shù)控系統(tǒng)、數(shù)控機床整機的具體技術途徑。 我們衷心希望，我國科技界、產(chǎn)業(yè)界和教育界通力合作，把握好知識經(jīng)濟給我們帶來難得機遇，迎接競爭全球化帶來的嚴峻挑戰(zhàn)，為在21實際是我國數(shù)控技術和產(chǎn)業(yè)走向世界的前列，使我國經(jīng)濟保持強勁的發(fā)展勢頭而共同努力奮斗！ 參 考 文 獻 [1] 張耀宗.機械加工實用手冊編寫組.機械工業(yè)出版社，1997 [2] 李軍.數(shù)控機床參考點的設定間.制造技術與機床，1994 [3] 許鎮(zhèn)宇.機械零件.北京：高等教育出版社,1983 [4] 孔慶復.計算機輔助設計與制造.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，1994 [5] 雷宏，機械工程基礎.哈爾濱：黑龍江出版社2002 [6] 王中發(fā).實用機械設計。北京：北京理工大學出版社1998 [7] 唐宗軍，機械制造基礎。大連：機械工業(yè)出版社.1997 致 謝 時光匆匆如流水，轉(zhuǎn)眼便是大學畢業(yè)時節(jié)，隨著論文的終結，意味這我生命中最純美的學生時代即將結束，盡管百般不舍，這一天終究會在熙熙攘攘的喧嘩中決絕的來臨。 感謝胡長升老師的關心，指導和教誨。胡長升導師追求真理、獻身科學、嚴以律己、寬己待人的崇高品質(zhì)對學生將是永遠的鞭策。 老師淵博的學識、敏銳的思維、民主而嚴謹?shù)淖黠L，是學生收益匪淺，終身難忘。學生在這次實驗中學到很多。感謝老師 感謝學校實驗室在課題研究中所給予的幫助。 感謝我的學友和朋友對我的關心和幫助。