数控机床分类及轴类零件加工.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流数控机床分类及轴类零件加工.精品文档.毕 业 论 文题 目 数控机床分类及轴类零件加工专 业 数控设备应用与维护 班 级 07数控(1)班 学 生 董家朋 指导教师 杜启新 包头钢铁职业技术学院二 0 0 九 年摘 要此次论文针对典型零件的工艺分析与加工及数控的发展。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,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。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
2、化。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。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。零件的数控加工工
3、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。 数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行,可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工,并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。 关键词:切
4、削机床 工艺分析 目 录第一章. 数控机床的分类概述11.1加工工艺方法分类11.1.1金属切削类数控机床11.1.2特种加工类数控机床11.1.3板材加工数控机床11.2控制控制运动轨迹分类11.2.1点位控制数控机床11.2.2直线控制数控机床11.2.3轮廓控制数控机床21.3驱动装置的特点分类21.3.1开环控制数控机床21.3.2闭环控制数控机床21.3.3半闭环控制数控机床31.3.4混合控制数控机床3第二章. 丰富的高速切削刀具轨迹策略321. 1确定刀具路径应满足的基本要求32. 1. 2确定刀具进到要求4213粗加工刀具路径要求4214精加工刀具路径要求4第三章. 数控系统的
5、未来的发展53.1.1数控系统向开放式体系结构发展53.1.2 数控系统向软数控方向发展53.1.3数控系统控制性能向智能化方向发展63.1.4数控系统向网络化方向发展63.1.5数控系统向高可靠性方向发展63.1.6:数控系统向复合化方向发展73.1.7数控系统向多轴联动化方向发展7第四章 典型轴类零件的加工4.1.1 FUNAC数控车编程8第五章 数控机床故障排除方法及其注意事项5.1.1 故障排除方法95.2.1 维修中应注意的事项10结束语11致谢12参考文献13第一章 概述1.1 加工工艺方法分类 1.1.1金属切削类数控机床 与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车
6、床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别,具体的控制方式也各不相同,但机床的动作和运动都是数字化控制的,具有较高的生产率和自动化程度。 在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心,它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的,工件一次装夹后,可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工,特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差,减少了机
7、床的台数和占地面积,缩短了辅助时间,大大提高了生产效率和加工质量。 1.1.2特种加工类数控机床 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。 1.1.3板材加工类数控机床 常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。近年来,其它机械设备中也大量采用了数控技术,如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。 1.2 控制运动轨迹分类 12.1点位控制数控机床 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
8、运动轨迹,因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以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。 这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。 1.2.2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。 直线控制的简易数控车床,只有两个坐标轴,可加工阶梯轴。直线控制的数控铣床,有三个坐标轴,可用于平面的铣削加工。代组合机床采用数控进给伺服系统,驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工,它也可算是一种直线控制数控机
9、床。 数控镗铣床、加工中心等机床,它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整,兼有点位和直线控制加工的功能,这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。 1.2.3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。 常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为
10、复杂,在加工过程中需要不断进行插补运算,然后进行相应的速度与位移控制。 现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现,增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此,除少数专用控制系统外,现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。 1.3 驱动装置的特点分类 1.3.1开环控制数控机床 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
11、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。 开环控制系统的数控机床结构简单,成本较低。但是,系统对移动部件的实际位移量不进行监测,也不能进行误差校正。因此,步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床,特别是简易经济型数控机床。 1.3.2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
12、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。图1-3所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中A为速度传感器、C为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时,若工作台没有移动,则没有反馈量,指令值使得伺服电动机转动,通过A将速度反馈信号送到速度控制电路,通过C将工作台实际位移量反馈回去,在位置比较电路中与位移指令值相比较,用比较后得到的差值进行位置控制,直至差值为零时为止。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。 1.3.3半闭环控制数控机床 半闭环
13、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。 1.3.4混合控制数控机床 将以上三类数控机床的特点结合起来,就形成了混合控制数控机床。混合控制数
14、控机床特别适用于大型或重型数控机床,因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与相当高的精度,其传动链惯量与力矩大,如果只采用全闭环控制,机床传动链和工作台全部置于控制闭环中,闭环调试比较复杂。混合控制系统又分为两种形式: (1)开环补偿型。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构,另外附加一个校正电路。用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差。 (2)半闭环补偿型。它是用半闭环控制方式取得高精度控制,再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正,以获得高速度与高精度的统一。其中A是速度测量元件(如测速发电机),B是角度测量元件,C是直线位移测量元件。二.丰富的高速切削刀具
15、轨迹策略以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的高速切削技术,最近十几年发展迅在航空航天、模具制造及精密微细加工等领域得到了广泛应用。因此,高速加工技术的研究已成为国内外制造领域重要的研究项目之一。 2.1.1 确定刀具路径应满足的基本要求 高速切削不仅提高了对机床、夹具、刀具和刀柄的要求,同时也要求改进刀具路径策略,因为若路径不合理,在切削过程中就会引起切削负荷的 突变,从而给零件、机床和刀具带来冲击,破坏加工质量,损伤刀具。在高速切削中由于切削速度和进给速度都很快,这种损害比在普通切削中要严重的多,因此, 必须研究适合高速切削的路径,将切削过程中切削负荷的突变降至最低。可以说,高速
16、切削机床只有有了合理的高速刀具轨迹才能真正获得最大效益。 为了消除切削过程中切削负荷的突变,刀具路径应满足以下基本要求: 切削是等体积切削,即切削过程中切削力恒定。 尽量减少空行程。 尽量减少进给速度的损失。 通用的刀具路径2.1.2 刀具进给要求进刀时采用螺旋或弧进刀,使刀具逐渐切入零件,以保证切削力不发生突变,延长刀具寿命。 切削速度的连续和无突变,使切削连续平稳,否则,将产生冲击。 切削时使用顺铣使切削过程稳定,不易过切,刀具磨损小,表面质量好。 采用小的轴向切深以保证小的切削力、少的切削热和排屑的顺畅。无切削方向突变,即刀具轨迹是无尖角的,普通加工轨迹的尖角处用圆弧或其他曲线来取代,从
17、而保证切削方向的变化是逐渐的而不 是突变的。这样有两点好处:一是现代高速机床的控制系统都有程序段前视和尖角自动减速功能,即在到达尖角前,将自动降低进给速度,这样虽然减小了冲击,且 避免了过切,但却损失了进给速度。轨迹是无尖角的,自然也就避免了这种情况的发生;二是在尖角处切削负荷会突然加大,引起冲击。轨迹是无尖角的 时候这种问题同样不存在。 采用等高线轨迹,加工余量均匀的走刀路线可取得好的效果。为采用等高线法的刀具轨迹,刀具沿X或Y轴方向平动,完成金属的切除, 这样可保证高速加工中切削余量均匀,对加工稳定,尤其是刀具寿命的延长有利2.1.3 粗加工刀具路径要求粗加工时常用的刀具路径有: Z向等高
18、线层切法,即将零件分成若干层,一层一层逐层往下切,在每层中将零件的所有区域加工完再进人下一层,在每一层均采用螺旋或圆弧进刀,同时 采用无尖角刀具轨迹。这样有利于排屑,也避免了切削力发生突变。对薄壁件来说,更应采用这种刀具轨迹,因为这种刀具轨迹在切削过程中还能使薄壁 保持较好的刚性。 插铣刀具路径。对于深度很深的腔体的粗加工可采用插铣的方法来进行,因为腔体很深时,需要很长的刀具,这时刀具的刚性很差,按常规的切削路线切削刀具易变形,而且也易产生振动,影响加工质量和效率,采用插铣的轨迹正好可解决这一问题。 摆线刀具路径。另一种更新的粗加工刀具轨迹是摆线刀具轨迹,“摆线”是指当一个圆沿着一条曲线作纯滚
19、动时,圆上某一固定点的轨迹。采用 这种刀具轨迹使刀具在切削时距某条曲线(一般是零件的轮廓线及其平移线)保持一个恒定的半径,从而可使进给速度在加工过程中可保持不变,而且这时的径向吃刀量一般取刀具直径的5%左右,因此刀具的冷却条件良好,刀具的寿命较长。这对高速加工是非常有利的。2.1.4 精加工刀具路径要求加工时常用的刀具路径有: 先在陡峭面用Z向等高线层切法加工,然后在非陡峭面采用表面轮廓轨迹法加工; 先用表面轮廓轨迹法加工所有面,再在垂直方向上加工陡峭面。 薄壁件的精加工采用Z向等高线层切法。 当然在加工过程中同样每一层都要尽量作到螺旋或圆弧进刀,采用无尖角刀具轨迹三. 数控系统的未来的发展3
20、.1.1数控系统向开放式体系结构发展20世纪90年代以来,由于计算机技术的飞速发展,推动数控技术更快的更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软、硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性,并可以较容易的实现智能化、网络化。近几年许多国家纷纷研究开发这种系统,如美国科学制造中心(NCMS)与空军共同领导的“下一代工作站/机床控制器体系结构”NGC,欧共体的“自动化系统中开放式体系结构”OSACA,日本的OSEC计划等。开放式体系结构可以大量采用通用微机技术,使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。开放式体系结构
21、的新一代数控系统,其硬件、软件和总线规范都是对外开放的,数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源进行的系统集成,同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便,促进了数控系统多档次、多品种的开发和广泛应用,开发生产周期大大缩短。同时,这种数控系统可随CPU升级而升级,而结构可以保持不变。3.1.2数控系统向软数控方向发展现在,实际用于工业现场的数控系统主要有以下四种类型,分别代表了数控技术的不同发展阶段,对不同类型的数控系统进行分析后发现,数控系统不但从封闭体系结构向开放体系结构发展,而且正在从硬数控向软数控方向发展的趋势。 传统数控系统,如FANUC 0系统、MITSUBISHI
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