數(shù)控車床應用畢業(yè)論文.doc

數(shù)控車床應用作者：楊迎春摘要：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)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。關鍵詞：車孔、復位、排屑目 錄摘 要 .1目 錄. 2前 言. 3第一章 數(shù)控車床的基本組成和工作原理 . 31.1 任務準備 . 3 1.1.1 機床結構 . 31.2 工作原理 . 51.3 數(shù)控車床的分類 . 51.4 數(shù)控車床的性能指標 . 51.5 數(shù)控車床的特點 . 7第二章 數(shù)控車床加工工藝分析 . 82.1 工藝分析 . 82.2 車孔的關鍵技術 . 82.3 解決排屑問題 . 92.4 加工方法 . 9總 結 . 11 參考文獻 . 11緒 論高速加工技術發(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)控機床主軸的轉速從每分鐘幾千轉發(fā)展到幾萬轉、幾十萬轉；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 板主軸驅動裝置進給驅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。CNC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)驅動執(zhí)行部件作進給運動。 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。伺服單元伺服單元由驅動器、驅動電機組成，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動系統(tǒng)，整個機床的性能主要取決于伺服系統(tǒng)。驅動裝置驅動裝置把經(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合稱為伺服驅動系統(tǒng)，它是機床工作的動力裝置，CNC裝置的指令要靠伺服驅動系統(tǒng)付諸實施，所以，伺服驅動系統(tǒng)是數(shù)控機床的重要組成部分?？删幊炭刂破骺删幊炭刂破?(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)調配合，共同完成對數(shù)控機床的控制。測量反饋裝置測量裝置也稱反饋元件，包括光柵、旋轉編碼器、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。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。按運動方式分類點位控制數(shù)控機床點位/直線控制數(shù)控機床 連續(xù)控制數(shù)控機床按控制方式分類 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)控車床的性能指標主要規(guī)格尺寸數(shù)控車床主要有床身與刀架最大回轉直徑、最大車削長度、最大車削直徑等。 主軸系統(tǒng) 數(shù)控車床主軸采用直流或交流電動機驅動，具有較寬調速范圍和較高回轉精度，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500010000rmin甚至更高的轉速，對提高加工質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速倍率開關調整轉速；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。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1030mmin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；二是內部運算的最小單位，稱之為內部脈沖當量，一般內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，自動將內部脈沖當量轉換成外部脈沖當量。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。 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520s的時間內完成。 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：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。加工質量穩(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，且質量穩(wěn)定。效率高數(shù)控機床的主軸轉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3050。精度高數(shù)控機床有較高的加工精度，一般在0.005mm0.1mm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。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)控車床加工工藝分析2.1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，內孔和外壁的表面粗糙度為Ra1.6，用車削即可達到。但內孔的圓柱度為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孔質檢 前面所述，薄壁件加工特點得知“內孔加工”工序是質量控制的關鍵。我們拋開外圓，薄壁套管就內孔切削就難保證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。2.2車孔的關鍵技術 車孔的關鍵技術是解決內孔車刀的剛性和排屑問題。增加內孔車刀的剛性，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。2.3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內刃的A-A點磨成圓向外排屑。2.4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)熱處理調質定形、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質定形，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，提高車內孔時的質量，保持尺寸?？紤]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