1、數控機床的應用技術剖析題 目：數控機床應用技術姓 名：專 業：許昌職業技術學院年 月 日目 錄第一章 摘要3第二章 數控機床的發展史32.1世界數控機床發展：32.2我國數控機床發展概況：4第三章 數控機床的基本結構53.1程序編制及程序載體53.2輸進裝置63.3數控裝置63.4驅動裝置和位置檢測裝置73.5輔助控制裝置73.6機床本體7第四章 數控機床的分類84.1按加工工藝分類84.2按機床運動的控制軌跡分類8第五章 數控機床的組成95.1控制介質95.2輸入裝置95.3數控裝置105.5輔助控制裝置105.6機廉本體11第六章 數控系統的功能116.1控制軸數和聯動軸數116.3編程單

2、元與坐標移動分布規律126.4最大指夸值126.5插補功能126.6固定循環加工功能126.7進給功能136.8主軸速度功能136.1.0補償琦能136.1.1字符圖形顯示功能146.1.2程序編制功能146.1.3輸入、輸出和通信功能146.1.4自診斷功能14第七章 數控系統的優點157.1靈活性157.2通用性157.3豐富的數控功能157.4提高系統的可靠性157.5使用維修方便15第八章 零件的工藝分析168.1分析圖樣168.2加工設備的選用16第九章 零件的工藝設計和夾具的選擇179.1加工方法的選擇以下是幾種常見的平面加工方法179.2確定加工順序和工序18第十章 總結18第十

3、一章 參考文獻19第一章 摘要世界制造轉移，中國正在逐步成為世界工廠。在美國、德國、韓國等國家已經進入工業發展的高技術密集時代與微電子時代。我國目前經濟的發展已經過了發展初期，正處于重化工業發展中期。在未來10年將是中國機械行業發展最佳時期。隨著中國重工業進程的推進，中國企業規模、產品及技術、質量都將得到大幅提升，國產機械產品國際競爭力隨著電子技術和自動化技術的發展，數控技術的應用越來越廣泛。以微處理器為基礎，以大規模集成電路為標志的數控設備，已在我國批量生產、大量引進和推廣應用，它們給機械制造業的發展創造了條件，并帶來很大的效益。但同時，由于它們的先進性、復雜性和智能化高的特點，在維修理論、

4、技術和手段上都發生了飛躍的變化，也在其維修理論、技術和手段上帶來了很大的變化。在許多行業中，這些設備均處于關鍵的工作崗位，若在出現故障后不及時維修排除故障，就會造成較大的經濟損失。我們現有的維修狀況和水平，與國外進口設備的設計與制造技術水平還存在很大的差距，并且在數控機床電氣維修技術方面我國還沒有形成一套成熟的、完整的理論體系，這就給數控機床的維修與診斷帶來了很多的不便，因此，一篇講座形式的文章不可能把已經形成了一門專門學科的數控機床電氣維修技術理論完整地表述出來，本文僅是將許多前輩的經驗總結加以適當的歸納整理，以求對該學科理論的發展及工程技術人員的實踐有所裨益。第二章 數控機床的發展史2.1

5、世界數控機床發展：1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類自己造了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農業，工業社會中創造的那些只是增強體力勞動的工具相比，起了質的飛躍，為人類進信息社會奠定了基礎。6年后，即在1 952年，計算機技術應用于機床上，從而一種新型的用數字程序控制的機床應運而生。這種機床是一種綜合運用了計算機技術、自動控制、精密測景和機械設計等新技術的機電體化典型產品。數控機床是一種裝有程序控制系統(數控系統)的自動化機床。從1952年美國麻省理工學院研制出第一臺試驗性數控系統，到現在已走過了50多年的歷程。前三代數控裝置屬于采用專用控制計算機的硬件數控裝置，一般稱

6、為NC數控系統。到20世紀80年代，總體發展趨勢是：數控裝置由NC向CNC發展；廣泛采用32位CPU組成多微處理器系統；提高系統的集成度，縮小體積，采用模塊化結構，便于裁剪、擴展和功能升級，滿足不同類型數控機床的需要；驅動裝置向交流、數字化方向發展；CNC裝置向人T智能化方向發展；采用新型的自動編程系統；增強通信功能；數控系統的可靠性不斷提高。2.2我國數控機床發展概況：我國于1958年研制第一臺數控機床發展過程大致可分為三大階段： a.第一階段由于我國基礎理論研究滯后，相關工業基礎薄弱，特別是電子技術落后數控系統沒有突破，雖然我國起步不晚，但發展不快，20世紀6070年代，由于文革等因索，我

7、國與發達國家差距開始拉大。20世紀70年代國家組織數控機床攻關，取得一定成效，相繼推出一些數控機床品種，但從整體來看我國數控機床產業尚處于起步階段。b.第二階段從日、德、美、西先后引進數控系統技術，從日、美、德、意、英、法、瑞、匈、奧、韓等國及臺灣地區引進數控機床先進技術和合作、合資生產，解頭了可靠性、穩定性問題，數控機床開始正式生產和使用，并逐步向前發展。c.第三階段國家從科技攻關和技術改造兩方面對數控機床產韭進行了重點扶持，并加快了國產數控系統的開發。普及型數控系統開發成功為數控機床商品化和規模化生產奠定了基礎。一些數控機床主機廠組建床身、箱體、主軸、軸套等成組單元，廠內組織專業化生產，生

8、產水平進一步提高。CAD(1APPCAM開始應用，開發能力、工藝水平和產品質量進一步提高，奠定了產業化基礎。第三章 數控機床的基本結構3.1程序編制及程序載體數控程序是數控機床自動加工零件的工作指令。在對加工零件進行工藝分析的基礎上，確定零件坐標系在機床坐標系上的相對位置，即零件在機床上的安裝位置；刀具與零件相對運動的尺寸參數；零件加工的工藝路線、切削加工的工藝參數以及輔助裝置的動作等。得到零件的所有運動、尺寸、工藝參數等加工信息后，用由文字、數字和符號組成的標準數控代碼，按規定的方法和格式，編制零件加工的數控程序單。編制程序的工作可由人工進行；對于外形復雜的零件，則要在專用的編程機或通用計算

9、機上進行自動編程（APT）或CAD/CAM設計。3.2輸進裝置輸進裝置的作用是將程序載體（信息載體）上的數控代碼傳遞并存進數控系統內。根據控制存儲介質的不同，輸進裝置可以是光電閱讀機、磁帶機或軟盤驅動器等。數控機床加工程序也可通過鍵盤用手工方式直接輸進數控系統；數控加工程序還可由編程計算機用RS232C或采用網絡通訊方式傳送到數控系統中。零件加工程序輸進過程有兩種不同的方式：一種是邊讀進邊加工（數控系統內存較小時），另一種是一次將零件加工程序全部讀進數控裝置內部的存儲器，加工時再從內部存儲器中逐段逐段調出進行加工。3.3數控裝置數控裝置是數控機床的核心。數控裝置從內部存儲器中取出或接受輸進裝置

10、送來的一段或幾段數控加工程序，經過數控裝置的邏輯電路或系統軟件進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種控制信息和指令，控制機床各部分的工作，使其進行規定的有序運動和動作。零件的輪廓圖形往往由直線、圓弧或其他非圓弧曲線組成，刀具在加工過程中必須按零件外形和尺寸的要求進行運動，即按圖形軌跡移動。但輸進的零件加工程序只能是各線段軌跡的出發點和終點坐標值等數據，不能滿足要求，因此要進行軌跡插補，也就是在線段的出發點和終點坐標值之間進行“數據點的密化”。 3.4驅動裝置和位置檢測裝置驅動裝置接受來自數控裝置的指令信息，經功率放大后，嚴格按照指令信息的要求驅動機床移動部件，以加工出符合圖樣要求的零件。因此，它

11、的伺服精度和動態響應性能是影響數控機床加工精度、表面質量和生產率的重要因素之一。位置檢測裝置將數控機床各坐標軸的實際位移量檢測出來，經反饋系統輸進到機床的數控裝置之后，數控裝置將反饋回來的實際位移量值與設定值進行比較，控制驅動裝置按照指令設定值運動。3.5輔助控制裝置輔助控制裝置的主要作用是接收數控裝置輸出的開關量指令信號，經過編譯、邏輯判別和運動，再經功率放大后驅動相應的電器，帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規定的開關量動作。這些控制包括主軸運動部件的變速、換向和啟停指令，刀具的選擇和交換指令，冷卻、潤滑裝置的啟動停止，工件和機床部件的松開、夾緊，分度工作臺轉位分度等開關輔助動作

12、。由于可編程邏輯控制器（PLC）具有響應快，性能可靠，易于使用、編程和修改程序并可直接啟動機床開關等特點，現已廣泛用作數控機床的輔助控制裝置。3.6機床本體數控機床的機床本體與傳統機床相似，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、潤滑系統、冷卻裝置等組成。但數控機床在整體布局、外觀造型、傳動系統、刀具系統的結構以及操縱機構等方面都已發生了很大的變化。這種變化的目的是為了滿足數控機床的要求和充分發揮數控機床的特點。第四章 數控機床的分類一般可根據功能和結構，按下面2種原則進行分類。4.1按加工工藝分類指采用車、撞、鉸、鉆、磨、刨等各種切削工藝的數控機床。在普通數

13、控機床上加刀庫和自動換刀裝置就成為數控加工中心，如鏜銑加工中心、車削中心、鉆削中心等。加工中心機床進一步提高了普通數控機床的自動化程度和生產效率。a.金屬成型類(板材加工類)指采用擠、沖、壓、拉等成型工藝的數控機床，常用的有數控壓力機、數控折彎機、數控彎管機撒控旋壓機等。b.特種加工主要有數控電火花線切割機，數控電火花成型機、數控火焰切割機、數控激光加工機等。4.2按機床運動的控制軌跡分類a.點位控制的數控機床點位控制只要求控制機床的移動部件從一點移動到另一點的準確定位，在移動過程中不進行加工各坐標軸之間的運動是不相關的，可以是幾個坐標同時向目標點運動，也可以是各坐標依次運動。為了實現既快精確

14、的定位，兩點問位穆的移動一般采取先快速移動，然后慢速趨近定位點，以保證定位精度。具有點位控制功能的機床主要有數控鉆床、數控鏜床、數控沖床等。b.點住直線控制數控機床直線控制數控機床也稱為平行控制數控機床，其特點是除了控制點與點之間的準確定位外，還要控制兩相關點之間的移動速度和路線(軌跡)，但其運動路線只是與機床坐標軸平行的直線，或兩軸同時移動時構成的斜線，在移位的過程中刀具能以指定的進給速度進行切削，一般只能加工矩形、臺階形零件。有直線控制功能的機床主要有比較簡單的數控車床、數控銑床、數控磨床等。這種機床的數控系統也稱為直線控鑭數控系統。c.輪廓控制數控機床輪廓控制數控機床也稱連續控制數控機床

15、-其控制特點是能夠對兩個或兩個以上的運動坐標的位移和速度同時進行控制。為了滿足刀具i昔工件輪廓的相對運動軌跡符合工件加工輪廓的要求，必須將各坐標運動的位移控制和速度控制按照規定的比例關系精確地協調起來，從而控制各坐標軸的聯動位移量與要求的輪廓相符合；在運動過程中刀具對工件表面進行連續切削，可以進行各種直線、圜弧、曲線的加工。這類機床主要有數控車床、數控銑床、數控線切割機床、加丁中心等其相應的數控裝置稱為輪廓控制數控系統。第五章 數控機床的組成一般由數控系統、伺服系統(包含伺服電機和檢測反饋裝置)、強電控制柜、機床本體和各類輔助裝置組成。5.1控制介質控制介質稱信息載體，是聯系人與數控機床之間的

16、中間媒介物質。反映了數控加工中的全部信息。數控機床的加工程序可以存儲在控制 質上。常用的控制介質有穿孔紙帶、磁帶和磁盤等。5.2輸入裝置輸裝置的作用是將程序載體(信息載體)上的數控代碼傳遞并存人 數控系統內。5.3數控裝置數控裝置是數控機床的核心，其作用是：從內部存儲器中取出或接受輸入裝置送來的一段或幾段數控加工程序，經過數控裝置的邏輯電路或 統軟件進行編譯，運算處理后，輸出幾種控制信息和指令，控制機床各部分的工作，使其進行規定的有序運動和動作。5.4伺服單元和驅動裝置伺服單元是CAN和機床本體的聯系環節，它把來自CNC裝置的微弱指令信號放大成控制驅動裝置的大功率信號。根據接收指令的不同，伺服

17、單元有脈沖式和模擬式之分，而模擬式伺服單元按電源種類可分為直流伺服單元和交流伺服單元。伺服單元還包括位置檢測裝置。位置檢測裝置將數控機床各坐標軸的實際位移檢測出來，經反饋系統反饋到機床的數控系統中。驅動裝置把經放大的指令信號變為機械運動，通過簡單的機械連接部件驅動機床，使工作臺精確定位或接規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。伺服單元和驅動裝置可臺稱為伺服驅動系統，它是機床工作的動力裝置。CNC裝置的指令要靠伺服驅動系統付諸實施，所以，伺服驅動系統是數控機床的重要組成部分。從某種意義上說，數控機床功能的強弱主

18、要取決于CNC裝置，而數控機床性能的好壞主要取決于伺服驅動系統。5.5輔助控制裝置輔助控制裝置的主要作用是接收數控裝置輸出的開關量指令信號，經過翻譯、邏輯判斷和運算，再經功率放大后驅動相應的電器，帶動機床的機械、液壓、氣動等輔助裝置完成指令規定的開關量動作。這些控制包括主軸運動部件的變速、換向和啟停指令刀具的選擇和交換指令冷卻、潤骨裝置的啟停，工件和機床部件的松開和夾緊，分度工作臺的轉位分度等開關輔助動作。當今數控機床已廣泛采用可編程控制器作為輔助控制裝置。5.6機廉本體數控機床的本體指其機械結構宴體。它與傳統的普通機床相似，但數控機床在整體布局、外觀造型、傳動機構、工具系統及操作機構等方面都

19、發生了很大的變化。歸納起來主要有以下幾個方面：a.采用高性能主軸及主傳動部件。b.進給傳動采用高效傳動件。一般采用滾珠絲杠副、直線滾動導軌副等。具有完善的刀具自動交換和管理系統。c.機床本身具有很高的動、靜剛度.d.采用全封閉罩殼。由于數控機床是自動完成加工的，為了操作安全等因素，一般采用移動門結構的全封閉罩殼對機床的加工部件進行全第六章 數控系統的功能CNC裝置采用微型計算機，應用軟件可以實現很多功能。數控裝置的功能通常包括基本功能和選擇功能。基本功能是數控系統必備的功能-選擇功能是供用戶根據機床特點和用途進行選擇的功能。cNc裝置的功能主要反映在準備功能G指令代碼和輔助功能M指令代碼上。根

20、據數控機床的類型、用途、檔次的高低，cNc裝置的功能有很大的不同，以下介紹其主要功能。6.1控制軸數和聯動軸數CNC裝置能控制的軸數以及能同時控制(即聯動)的軸數是其主要性 能之一。控制軸有移動軸和回轉軸，有基車軸和附加軸。聯動軸可以完成輪廓軌跡加工。控制軸數越多，特別是同時控制軸數越多，CNC裝置的功能越強，同時CNC裝置就越復雜，編制程序也越困難。6.2點住與連續移動功能 點位移動系統用于定位式的加工機床，如鉆床、沖床；連續(或稱輪廓)系統用于刀具 軌跡連續形式的加工機床，如車床、銑床、復雜型面的加工中心等。連續控制系統必須有兩個以上進給坐標具有聯動功能。6.3編程單元與坐標移動分布規律多

21、數系統編程單位與坐標移動分辨率一致。對于直線移動坐標，大部分系統為O001mm；近幾年開發的系統，可達0 1咿。對于回轉坐標，大部分系統為o。01。有的系統允許編程單位與坐標移動分辨率不一致。6.4最大指夸值最大指令值是各種指令允許的最大輸人值。使用時需要根據機床的實際情況，在允許范圍內使用。6.5插補功能現代的CNC裝置一般通過軟件進行插補，特別是數據采樣插補是當前的主要方法。插補計算實時性很強，現在有采用高速微處理器的一級插補，以及粗插補和精插補分開的二級插補。一般數控裝置都有直線和圓弧插樸高檔數控裝置還具有拋物線插樸、螺旋線插補、極坐標插補、正弦插樸、樣條插補等。6.6固定循環加工功能用

22、數控機床加工零件，一些典型的加工工序，如鉆孔、攻絲、鏜孔、深孔鉆削、切螺紋等，所需完成的動作循環十分典型，將這些典型動作預先編好程序并存儲在內存中。用G代碼進行指定就形成了固定循環指令，使用固定循環指令可以簡化編程。6.7進給功能進給功能用F指令直接指定各軸的進給速度。a.切自4進給速度一般進給量為lm mmin100 mrain。在選用系統時，該指標應和坐標軸移動的分辨率結合起來考慮。 b.同步進給速度為主軸每轉一轉時連給軸的進給量，單位為rrm。只有主軸上裝有位置編碼器(一般為脈沖編碼器)的機床才能指定同步進給速度。c.快速進給速度一般為進給速度的最高速度，它通過參數設定，用G00指定快速

23、進給速度。還可通過操作面板上的快速倍率開關分擋。d.進給倍率操作面板上設置了進給倍率開關，倍率可在o20。之間變化，每擋間隔lO。使用倍率開關不用修改程序就可以改變進給速度。 6.8主軸速度功能 a.主軸轉速的編碼方式一般用S代碼和2位或4位勢表示，單位rrain或nllnmin。b.恒定線速度功能對保證車床或磨床加工工件端面質量很有意義。c.主軸定向準停功能使主軸在周向的某一位置準確停止，有自動換刀功能的機床必須選取有這一功能的CNC裝置。6.9刀具功能這項功能包括：能選取的刀具數量和種類；刀具的編碼方式；自動換刀的方式，即固定刀位換刀還是隨機換刀。6.1.0補償琦能a.刀具長度補償、刀具半

24、徑補償和刀尖圓弧補償。這些功能可以補償刀具磨損以及換刀時對準正確位置。b.工藝量的補償包括坐標軸的反向間隙補償、進給傳動件的傳動誤差補償(如絲杠螺距誤差補償)、進給齒條齒距誤差補償、機件的溫度變形誤差補償等。6.1.1字符圖形顯示功能NC裝置可配置單色或彩色CRT，通過軟件和接口實現字符和圖形顯示。它可以顯示程序、參數個種補償量、坐標位置故障信息、人機對話編程菜單、零件圖形、動態刀具軌跡等。6.1.2程序編制功能a.手工編程用CNC系統配置的鍵盤按零件圖紙，遵循系統的指令規則輔零件加工程序。編程時機床不能加工因而耗費機時t只適用于簡單零件。b.背景(后臺)編程也叫在線編程在機床加工過程中進行編

25、程t因此不占機時。這種CNC裝置中內部有專門用于編程的CPU。c.自動編程CNC裝置內有自動騙程語言系統，由專門的CPU來管理編程。6.1.3輸入、輸出和通信功能一般的CNC裝置可以接多種輸、輸出外設，實現程序和參數的輸、輸出和存儲。在沒有背景編程和機內計算機輔助編程的情況下，為了節省機時，采取外部編程。其程序存儲在磁盤上。存儲在磁盤上的程序可以直接調數控裝置，也可直接通過通信的方式傳送到數控裝置。多數采用串行方式傳送信息，所以通常與CNC裝置的RS 232(、接口連接。6.1.4自診斷功能CNC裝置中設置了各種診斷程序，可以防止故障的發生或擴大。在故障出現后可迅速查明故障類型及部位，以減少故

26、障停機時間。 不同的CNC裝置設置的診斷程序不同，可以包含在系統程序中，在系統運行過程中進行檢查和診斷，也可作為服務性程序-在系統運行前或故障停機后進行診斷，查找故障部位。有的CNC裝置可以進行遠程通信診斷。總之，CNC數控裝置的功能多種多樣，而且隨著技術的發展功能越來越豐富。第七章 數控系統的優點7.1靈活性CNC裝置以固定接線的硬件結構來實現特定的邏輯電路功能，只要改變相應控制軟件就可改變和擴展其功能t以滿足用戶的不同需要。7.2通用性 CNC裝置硬件結構有多種形式，模塊化硬件結構使系統易于擴展，模塊化軟件能滿足各類數控機床(如車床、銑床、加工中心等)的不同控制要求；標準化的用戶接口，統一

27、的用戶界面，既方便系統的維護方便用戶的培訓。7.3豐富的數控功能利用計算機的高速數據處理能力，使CNC裝置能方便地實現許多復雜的數控功能，如二次曲線插補功能、曲面直接插樸功能、各類固定循環、函數和子程序調用、動態圖形顯示、刀具半徑和長度補償功能等。7.4提高系統的可靠性用戶的零件CNC程序在加工前一次送人系統的存儲器，經檢查后系統調用執行，避免了紙帶輸機故障引起的零件程序的錯誤；許多功能由軟件實現硬件所需元器件數目就大為減少，整個系統的可靠性得到改善。7.5使用維修方便CNC裝置有診斷程序，當數控系統出現故障時，能顯示出故障信息，使操作和維修人員能了解故障部位。第八章 零件的工藝分析8.1分析

28、圖樣1）尺寸標注方法分析2）零件圖的完整性與正確性分析3）零件技術要求分析4）零件材料分析有機玻璃屬于高分子聚合物，由聚甲基丙烯酸甲酯聚合而成，英釋名叫“亞克力”。代號是PMA。密度是1.191.20g/cm3，硬度相當于鋁，沒有固定熔點，在90攝氏度開始軟化，在104攝氏度呈熔融狀態。透明度高為92，透過的紫外線多達73，與普通玻璃相比，機械強度、韌性是普通玻璃的10倍以上，重量僅1/2，抗碎裂性是1218倍，有突出的耐候性、耐老化性，溶于三氯甲烷（氯仿），用油性記號筆在上面畫線不易脫落。8.2加工設備的選用在這里我們選擇的是VMC1100B數控加工中心機床，技術參數如下表2.1表2.1VM

29、C1100B行程 Unit 參數X軸行程 mm 1100Y軸行程 mm 560Z軸行程 mm 575主軸端面至工作臺面距離 mm 200-775工作臺中心至立柱導軌面距離 mm 590工作臺面積 mm 5501200工作臺最大承重 kg 800T型槽槽寬 mm 418H8主軸轉速 rpm 8000主軸孔錐度 - BT-40(7:24)x、y軸快速位移 m/min 24z軸快速位移 m/min 18進給速度范圍 m/min 115刀具數 pcs 24刀具最大外徑/相鄰無刀 mm 100/180刀具最大長度 mm 300換刀時間(刀-刀) sec 1.8主軸電機 kw 11/15X/Y/Z電機 k

30、w 3/3/4定位精度x mm 0.032定位精度y、z mm 0.025重復定位精度x mm 0.018重復定位精度y、z mm 0.015機床總高 mm 3162占地面積(長寬) mm 33403065機床重量(毛重) kg 8200第九章 零件的工藝設計和夾具的選擇9.1加工方法的選擇以下是幾種常見的平面加工方法由于在數控加工中心上加工零件，加工精度是很高的。所以我們根據加工的要求選擇方法省去了半精加工和精加工，粗銑直接就可以達到我們的要求了。加工工序的劃分：（1）：按所用刀具進行劃分（2）：按安裝次數劃分（3）：按粗、精加工劃分（4）：按加工部位劃分在本設計中我們采用的是粗、精加工來劃分，所以我們劃分為一個階段即粗加工階段。9.2確定加工順序和工序量以及剛性和耐用度等