数控技术和装备的应用与发展gftn.docx

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1、大连水产学院毕业论文 数控技术和装备的应用与发展数控技术术和装备备的应用用与发展展摘要：当当今世界界数控技技术及装装备应用用越来越越广泛，发发展越来来越迅速速。在此此背景下下，本文文结合所所学知识识讨论了了数控机机床的使使用与维维护和数数控编程程及数控控技术智智能化的的发展。关键词：数控技技术、数数控机床床、数控控编程、机床维护、智能化制造技术术和装备备就是人人类生产产活动的的最基本本的生产产资料，而而数控技技术又是是当今先先进制造造技术和和装备最最核心的的技术。当当今世界界各国制制造业广广泛采用用数控技技术，以以提高制制造能力力和水平平，提高高对动态态多变市市场的适适应能力力和竞争争能力。数

2、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。我们接触最多的数控机床应运而生。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。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基

3、础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。1 数数控机床床1.1 数控控加工的的概念数控机机床的工工作原理理就是将将加工过过程所需需的各种种操作（如如主轴变变速、工工件的松松开与夹夹紧、进进刀与退退刀、开开车与停停车、自自动关停停冷却液液）和步步骤以及及工件的的形状尺尺寸用数数字化的的代码表表示，通通过控制制介质（如如穿孔纸纸带或磁磁盘等）将将数字信信息送入入数控装装置，数数

4、控装置置对输入入的信息息进行处处理与运运算，发发出各种种控制信信号，控控制机床床的伺服服系统或或其他驱驱动元件件，使机机床自动动加工出出所需要要的工件件。所以以，数控控加工的的关键是是加工数数据和工工艺参数数的获取取，即数数控编程程。数控控加工一一般包括括以下几几个内容容：(1) 对图图纸进行行分析，确确定需要要数控加加工的部部分；(2) 利用用图形软软件（如如CAXXA制造造工程师师）对需需要数控控加工的的部分造造型；(3) 根据据加工条条件，选选择合适适的加工工参数，生生成加工工轨迹（包包括粗加加工、半半精加工工、精加加工轨迹迹）；(4) 轨迹迹的仿真真检验；(55) 生生成G代代码；(6

5、) 传给机机床加工工。1.2 数控加加工编程程举例分分析数控车床床主要是是加工回回转体零零件，典典型的加加工表面面不外乎乎外圆柱柱、外圆圆锥、螺螺纹、圆圆弧面、切切槽等。例例如，要要加工形形状如图图所示的的零件，采采用手工工编程方方法比较较合适。由由于不同同的数控控系统其其编程指指令代码码有所不不同，因因此应根根据设备备类型进进行编程程。以西西门子8802SS数控系系统为例例，应进进行如下下操作。(1)确定加工路线按先主后次，先精后粗的加工原则确定加工路线，采用固定循环指令对外轮廓进行粗加工，再精加工，然后车退刀槽，最后加工螺纹。(2)装装夹方法法和对刀刀点的选选择采用用三爪自自定心卡卡盘自定

6、定心夹紧紧，对刀刀点选在在工件的的右端面面与回转转轴线的的交点。(3)选选择刀具具根据据加工要要求，选选用四把把刀，11号为粗粗加工外外圆车刀刀，2号号为精加加工外圆圆车刀，33号为切切槽刀，44号为车车螺纹刀刀。采用用试切法法对刀，对对刀的同同时把端端面加工工出来。(4)确定切削用量车外圆，粗车主轴转速为500r/min，进给速度为0.3mm/r，精车主轴转速为800r/min，进给速度为0.08mm/r，切槽和车螺纹时，主轴转速为300r/min，进给速度为0.1mm/r。(5)程序编编制确确定轴心心线与球球头中心心的交点点为编程程原点，零零件的加加工程序序如下：主程序序JXXCP11.M

7、PPFNN05GG90GG95GG00XX80ZZ1000（换刀刀点）N100T1DD1M033S5000M008（外外圆粗车车刀）-CNNAMEE=LL01R1105=1R1106=0.225R1108=1.55（设置置坯料切切削循环环参数）R109=7R110=2R111=0.3R112=0.08N15LCYC95（调用坯料切削循环粗加工）N20G00X80Z100M05M09N25M00N30T2D1M03S800M08（外圆精车刀）N35R105=5（设置坯料切削循环参数）N40LCYC95（调用坯料切削循环精加工）N45G00X80Z100M05M09N50M00N55T3D1M03

8、S300M08（切槽车刀，刀宽4mm）N60G00X37Z-23N65G01X26F0.1N70G01X37N75G01Z-22N80G01X25.8N85G01Z-23N90G01X37N95G00X80Z100M05M09N100M00N105T4D1M03S300M08（三角形螺纹车刀）R100=29.8R101=-3R102=29.8（设置螺纹切削循环参数）R103=-18R104=2R105=1R106=0.1R109=4R110=2R111=1.24R112=0R113=5R114=1N110LCYC97（调用螺纹切削循环）N115G00X80Z100M05M09N120M00N1

9、25T3D1M03S300M08（切断车刀，刀宽4mm）N130G00X45Z-60N135G01X0F0.1N140G00X80Z100M05M09N145M02子程序L01.SPFN05G01X0Z12N10G03X24Z0CR=12N15G01Z-3N20G01X25.8N25G01X29.8Z5N30G01Z23N35G01X33N40G01X35Z24N45G01Z33N50G02X36.725Z37.838CR=14N55G01X42Z45N60G01Z60N65G01X45N70M171.3 数控机床的特点(1) 具有高高度柔性性在数控控机床上上加工零零件，主主要取决决于加工工程

10、序，它它与普通通机床不不同，不不必制造造、更换换许多工工具、夹夹具，不不需要经经常调整整机床。因因此，数数控机床床适用于于零件频频繁更换换的场合合。也就就是适合合单件、小小批生产产及新产产品的开开发，缩缩短了生生产准备备周期，节节省了大大量工艺艺设备的的费用。(2) 加工精度高数控机床的加工精度，一般可达到0.0050.1mm，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为0.001mm），而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此，数控机床定位精度比较高。(3) 加工质量稳定、可靠加工同一批零件，在同一机床，在

11、相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。(4) 生产率率高数控控机床可可有效地地减少零零件的加加工时间间和辅助助时间，数数控机床床的主轴轴转速和和进给量量的范围围大，允允许机床床进行大大切削量量的强力力切削，数数控机床床目前正正进入高高速加工工时代，数数控机床床移动部部件的快快速移动动和定位位及高速速切削加加工，减减少了半半成品的的工序间间周转时时间，提提高了生生产效率率。(55) 改改善劳动动条件数控机机床加工工前经调调整好后后，输入入程序并并启动，机机床就能能自动连连续的进进行加工工，直至至加工结结束。操操作者主主要是程程序的输输入、编编辑

12、、装装卸零件件、刀具具准备、加加工状态态的观测测，零件件的检验验等工作作，劳动动强度极极大降低低，机床床操作者者的劳动动趋于智智力型工工作。另另外，机机床一般般是封闭闭式加工工，即清清洁，又又安全。(6) 利于生产管理现代化数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。1.4 数控机床使用中应注意的事项使用数控机床之前，应仔细阅读机床使用说明书以及其他有关资料，以便正确操作使用机床，并注意以下几点：(1

13、) 机床操作、维修人员必须是掌握相应机床专业知识的专业人员或经过技术培训的人员，且必须按安全操作规程及安全操作规定操作机床；(2) 非专业人员不得打开电柜门，打开电柜门前必须确认已经关掉了机床总电源开关。只有专业维修人员才允许打开电柜门，进行通电检修； (3) 除一些供用户使用并可以改动的参数外，其它系统参数、主轴参数、伺服参数等，用户不能私自修改，否则将给操作者带来设备、工件、人身等伤害；(4) 修改参参数后，进进行第一一次加工工时，机机床在不不装刀具具和工件件的情况况下用机机床锁住住、单程程序段等等方式进进行试运运行，确确认机床床正常后后再使用用机床；(5) 机床床的PLLC程序序是机床床

14、制造商商按机床床需要设设计的，不不需要修修改。不不正确的的修改，操操作机床床可能造造成机床床的损坏坏，甚至至伤害操操作者；(6) 建议议机床连连续运行行最多224小时时，如果果连续运运行时间间太长会会影响电电气系统统和部分分机械器器件的寿寿命，从从而会影影响机床床的精度度；(77) 机机床全部部连接器器、接头头等，不不允许带带电拔、插插操作，否否则将引引起严重重的后果果。2 数控控机床的的维护数控系系统是数数控机床床的核心心部件，因因此，数数控机床床的维护护主要是是数控系系统的维维护。数数控系统统经过一一段较长长时间的的使用，电电子元器器件性能能要老化化甚至损损坏，有有些机械械部件更更是如此此

15、，为了了尽量地地延长元元器件的的寿命和和零部件件的磨损损周期，防防止各种种故障，特特别是恶恶性事故故的发生生，就必必须对数数控系统统进行日日常的维维护。概概括起来来，要注注意以下下几个方方面。11. 制制订数控控系统日日常维护护的规章章制度根据各各种部件件特点，确确定各自自保养条条例。如如明文规规定哪些些地方需需要天天天清理（如如CNCC系统的的输入输出单单元光电阅阅读机的的清洁，检检查机械械结构部部分是否否润滑良良好等），哪哪些部件件要定期期检查或或更换（如如直流伺伺服电动动机电刷刷和换向向器应每每月检查查一次）。2. 应尽量少开数控柜和强电柜的门因为在机加工车间的空气中一般都含有油雾、灰尘

16、甚至金属粉末。一旦它们落在数控系统内的印制线路或电器件上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路的损坏。有的用户在夏天为了使数控系统超负荷长期工作，打开数控柜的门来散热，这是种绝不可取的方法，最终会导致数控系统的加速损坏。正确的方法是降低数控系统的外部环境温度。因此，应该有一种严格的规定，除非进行必要的调整和维修，不允许随便开启柜门，更不允许在使用时敞开柜门。3. 定时清扫数控柜的散热通风系统应每天检查数控系统柜上各个冷却风扇工作是否正常，应视工作环境状况，每半年或每季度检查一次风道过滤器是否有堵塞现象。如果过滤网上灰尘积聚过多，需及时清理，否则将会引起数控系统柜内温度高（一般

17、不允许超过55），造成过热报警或数控系统工作不可靠。4. 经常监视数控系统用的电网电压FANUC公司生产的数控系统，允许电网电压在额定值的85%110%的范围内波动。如果超出此范围，就会造成系统不能正常工作，甚至会引起数控系统内部电子部件损坏。5. 定定期更换换存储器器用电池池FANNUC公公司所生生产的数数控系统统内的存存储器有有两种：(1) 不需电电池保持持的磁泡泡存储器器。(2) 需要用用电池保保持的CCMOSSRRAM器器件，为为了在数数控系统统不通电电期间能能保持存存储的内内容，内内部设有有可充电电电池维维持电路路，在数数控系统统通电时时，由+5V电电源经一一个二极极管向CCMOSS

18、 RAAM供电电，并对对可充电电电池进进行充电电；当数数控系统统切断电电源时，则则改为由由电池供供电来维维持CMMOSRAAM内的的信息，在在一般情情况下，即即使电池池尚未失失效，也也应每年年更换一一次电池池，以便便确保系系统能正正常工作作。另外外，一定定要注意意，电池池的更换换应在数数控系统统供电状状态下进进行。66. 数数控系统统长期不不用时的的维护为提高高数控系系统的利利用率和和减少数数控系统统的故障障，数控控机床应应满负荷荷使用，而而不要长长期闲置置不用，由由于某种种原因，造造成数控控系统长长期闲置置不用时时，为了了避免数数控系统统损坏，需需注意以以下两点点：(11) 要要经常给给数控

19、系系统通电电，特别别是在环环境湿度度较大的的梅雨季季节更应应如此，在在机床锁锁住不动动的情况况下（即即伺服电电动机不不转时），让让数控系系统空运运行。利利用电器器元件本本身的发发热来驱驱散数控控系统内内的潮气气，保证证电子器器件性能能稳定可可靠，实实践证明明，在空空气湿度度较大的的地区，经经常通电电是降低低故障率率的一个个有效措措施。(2) 数控机机床采用用直流进进给伺服服驱动和和直流主主轴伺服服驱动的的，应将将电刷从从直流电电动机中中取出，以以免由于于化学腐腐蚀作用用，使换换向器表表面腐蚀蚀，造成成换向性性能变坏坏，甚至至使整台台电动机机损坏。3 数数控技术术向着智智能化数数控系统统方向发发

20、展3.1 数控技技术发展展趋势3.1.1性能能发展方方向(1)高高速高精精高效化化速度、精精度和效效率是机机械制造造技术的的关键性性能指标标。由于于采用了了高速CCPU芯芯片、RRISCC芯片、多多CPUU控制系系统以及及带高分分辨率绝绝对式检检测元件件的交流流数字伺伺服系统统，同时时采取了了改善机机床动态态、静态态特性等等有效措措施，机机床的高高速高精精高效化化已大大大提高。(2)柔柔性化包含两方方面：数数控系统统本身的的柔性，数数控系统统采用模模块化设设计，功功能覆盖盖面大，可可裁剪性性强，便便于满足足不同用用户的需需求；群群控系统统的柔性性，同一一群控系系统能依依据不同同生产流流程的要要

21、求，使使物料流流和信息息流自动动进行动动态调整整，从而而最大限限度地发发挥群控控系统的的效能。(3)工工艺复合合性和多多轴化以减少工工序、辅辅助时间间为主要要目的的的复合加加工，正正朝着多多轴、多多系列控控制功能能方向发发展。数数控机床床的工艺艺复合化化是指工工件在一一台机床床上一次次装夹后后，通过过自动换换刀、旋旋转主轴轴头或转转台等各各种措施施，完成成多工序序、多表表面的复复合加工工。数控控技术轴轴，西门门子8880系统统控制轴轴数可达达24轴轴。(4)实实时智能能化早期的实实时系统统通常针针对相对对简单的的理想环环境，其其作用是是如何调调度任务务，以确确保任务务在规定定期限内内完成。而而

22、人工智智能则试试图用计计算模型型实现人人类的各各种智能能行为。科科学技术术发展到到今天，实实时系统统和人工工智能相相互结合合，人工工智能正正向着具具有实时时响应的的、更现现实的领领域发展展，而实实时系统统也朝着着具有智智能行为为的、更更加复杂杂的应用用发展，由由此产生生了实时时智能控控制这一一新的领领域。在在数控技技术领域域，实时时智能控控制的研研究和应应用正沿沿着几个个主要分分支发展展：自适适应控制制、模糊糊控制、神神经网络络控制、专专家控制制、学习习控制、前前馈控制制等。例例如在数数控系统统中配备备编程专专家系统统、故障障诊断专专家系统统、参数数自动设设定和刀刀具自动动管理及及补偿等等自适

23、应应调节系系统，在在高速加加工时的的综合运运动控制制中引入入提前预预测和预预算功能能、动态态前馈功功能，在在压力、温温度、位位置、速速度控制制等方面面采用模模糊控制制，使数数控系统统的控制制性能大大大提高高，从而而达到最最佳控制制的目的的。3.1.2功能能发展方方向(1)用用户界面面图形化化用户界面面是数控控系统与与使用者者之间的的对话接接口。由由于不同同用户对对界面的的要求不不同，因因而开发发用户界界面的工工作量极极大，用用户界面面成为计计算机软软件研制制中最困困难的部部分之一一。当前前INTTERNNET、虚虚拟现实实、科学学计算可可视化及及多媒体体等技术术也对用用户界面面提出了了更高要要

24、求。图图形用户户界面极极大地方方便了非非专业用用户的使使用，人人们可以以通过窗窗口和菜菜单进行行操作，便便于蓝图图编程和和快速编编程、三三维彩色色立体动动态图形形显示、图图形模拟拟、图形形动态跟跟踪和仿仿真、不不同方向向的视图图和局部部显示比比例缩放放功能的的实现。(2)科科学计算算可视化化科学计算算可视化化可用于于高效处处理数据据和解释释数据，使使信息交交流不再再局限于于用文字字和语言言表达，而而可以直直接使用用图形、图图像、动动画等可可视信息息。可视视化技术术与虚拟拟环境技技术相结结合，进进一步拓拓宽了应应用领域域，如无无图纸设设计、虚虚拟样机机技术等等，这对对缩短产产品设计计周期、提提高

25、产品品质量、降降低产品品成本具具有重要要意义。在在数控技技术领域域，可视视化技术术可用于于CADD/CAAM，如如自动编编程设计计、参数数自动设设定、刀刀具补偿偿和刀具具管理数数据的动动态处理理和显示示以及加加工过程程的可视视化仿真真演示等等。(3)插插补和补补偿方式式多样化化多种插补补方式如如直线插插补、圆圆弧插补补、圆柱柱插补、空空间椭圆圆曲面插插补、螺螺纹插补补、极坐坐标插补补、2DD+2螺螺旋插补补、NAANO插插补、NNURBBS插补补(非均均匀有理理B样条条插补)、样条条插补(A、BB、C样样条)、多多项式插插补等。多多种补偿偿功能如如间隙补补偿、垂垂直度补补偿、象象限误差差补偿、

26、螺螺距和测测量系统统误差补补偿、与与速度相相关的前前馈补偿偿、温度度补偿、带带平滑接接近和退退出以及及相反点点计算的的刀具半半径补偿偿等。(4)内内装高性性能PLLC数控系统统内装高高性能PPLC控控制模块块，可直直接用梯梯形图或或高级语语言编程程，具有有直观的的在线调调试和在在线帮助助功能。编编程工具具中包含含用于车车床铣床床的标准准PLCC用户程程序实例例，用户户可在标标准PLLC用户户程序基基础上进进行编辑辑修改，从从而方便便地建立立自己的的应用程程序。(5)多多媒体技技术应用用多媒体技技术集计计算机、声声像和通通信技术术于一体体，使计计算机具具有综合合处理声声音、文文字、图图像和视视频

27、信息息的能力力。在数数控技术术领域，应应用多媒媒体技术术可以做做到信息息处理综综合化、智智能化，在在实时监监控系统统和生产产现场设设备的故故障诊断断、生产产过程参参数监测测等方面面有着重重大的应应用价值值。3.1.3体系系结构的的发展(1)集集成化采用高度度集成化化CPUU、RIISC芯芯片和大大规模可可编程集集成电路路FPGGA、EEPLDD、CPPLD以以及专用用集成电电路ASSIC芯芯片，可可提高数数控系统统的集成成度和软软硬件运运行速度度。应用用FPDD平板显显示技术术，可提提高显示示器性能能。平板板显示器器具有科科技含量量高、重重量轻、体体积小、功功耗低、便便于携带带等优点点，可实实

28、现超大大尺寸显显示，成成为和CCRT抗抗衡的新新兴显示示技术，是是21世世纪显示示技术的的主流。应应用先进进封装和和互连技技术，将将半导体体和表面面安装技技术融为为一体。通通过提高高集成电电路密度度、减少少互连长长度和数数量来降降低产品品价格，改改进性能能，减小小组件尺尺寸，提提高系统统的可靠靠性。(2)模模块化硬件模块块化易于于实现数数控系统统的集成成化和标标准化。根根据不同同的功能能需求，将将基本模模块如CCPU、存存储器、位位置伺服服、PLLC、输输入输出出接口、通通讯等模模块，作作成标准准的系列列化产品品，通过过积木方方式进行行功能裁裁剪和模模块数量量的增减减，构成成不同档档次的数数控

29、系统统。(3)网网络化机床联网网可进行行远程控控制和无无人化操操作。通通过机床床联网，可可在任何何一台机机床上对对其它机机床进行行编程、设设定、操操作、运运行，不不同机床床的画面面可同时时显示在在每一台台机床的的屏幕上上。(4)通通用型开开放式闭闭环控制制模式采用通用用计算机机组成总总线式、模模块化、开开放式、嵌嵌入式体体系结构构，便于于裁剪、扩扩展和升升级，可可组成不不同档次次、不同同类型、不不同集成成程度的的数控系系统。闭闭环控制制模式是是针对传传统的数数控系统统仅有的的专用型型单机封封闭式开开环控制制模式提提出的。由由于制造造过程是是一个具具有多变变量控制制和加工工工艺综综合作用用的复杂

30、杂过程，包包含诸如如加工尺尺寸、形形状、振振动、噪噪声、温温度和热热变形等等各种变变化因素素，因此此，要实实现加工工过程的的多目标标优化，必必须采用用多变量量的闭环环控制，在在实时加加工过程程中动态态调整加加工过程程变量。加加工过程程中采用用开放式式通用型型实时动动态全闭闭环控制制模式，易易于将计计算机实实时智能能技术、网网络技术术、多媒媒体技术术、CAAD/CCAM、伺伺服控制制、自适适应控制制、动态态数据管管理及动动态刀具具补偿、动动态仿真真等高新新技术融融于一体体，构成成严密的的制造过过程闭环环控制体体系，从从而实现现集成化化、智能能化、网网络化。3.2 智能能化新一一代PCCNC数数控

31、系统统当前开发发研究适适应于复复杂制造造过程的的、具有有闭环控控制体系系结构的的、智能能化新一一代PCCNC数数控系统统已成为为可能。智智能化新新一代PPCNCC数控系系统将计计算机智智能技术术、网络络技术、CCAD/CAMM、伺服服控制、自自适应控控制、动动态数据据管理及及动态刀刀具补偿偿、动态态仿真等等高新技技术融于于一体，形形成严密密的制造造过程闭闭环控制制体系。4. 结束语语本文虽然然只介绍绍了数控控机床的的使用、对一例数控车床加工零件的进行了编程分析及数控机床的发展方向，但是也具备了一定的基础性和全面性。由于数控机床可以加工普通机床无法加工的复杂曲面，加工精度高，质量容易保证，发展前

32、景十分广阔，因此掌握数控机床的使用和加工编程技术尤为重要。数控机床的发展前景必定越来越广阔，技术必定越来越先进，这就要求我们必须具备与时俱进的求知精神，不断的充实自己，让我们时刻走在时代进步的前列。参考文献献：1 中国机机床工具具工业协协会 行行业发展展部.CCIMTT20001巡礼礼J.世界界制造技技术与装装备市场场，20001(3)：18-20.2 梁训王王宣 ,周延佑佑.机床床技术发发展的新新动向J.世界制制造技术术与装备备市场，220011(3)：211-288.3 中国机机床工具具工业协协会 数数控系统统分会.CIMMT20001巡巡礼JJ.世世界制造造技术与与装备市市场，220011(5)：133-177.4 杨学桐桐，李冬冬茹，何何文立，等等距世纪纪数控机机床技术术发展战战略研究究M.北京京：国家家机械工工业局，220000.5 周德俭俭.使用用PC的的开放式式计算机机数控系系统CNCC的发展展方向.机电一一体化，119977(7)6 黄金秋秋.基于于开放式式结构的的高性能能数控系系统的研研制.制制造技术术与机床床，19998(8) - 16 -