機械畢業(yè)設(shè)計71數(shù)控機床自動化設(shè)計與加工畢業(yè)論文2011.

1 畢業(yè)論文 （設(shè)計） 題 目： 數(shù)控機床自動化設(shè)計與加工 學生姓名： 唐梓蕓 學 號： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 09 屆 2011 年 10 月 17 日 2 目 錄 摘要 3 關(guān)鍵詞 3 引言 3 第 1章 數(shù)控加工中心以及車床的組成與分類 4 1.1 緒論 4 1.2加工中心 的介紹 5 1.3加工中心的組成 6 1.4加工中心的特點及用途 7 1.4.1數(shù)控機床特點 7 1.4.2 數(shù)控機床的構(gòu)造 8 1.5車床的分類 8 1.5.1按車 床主軸位置分類 8 1.5.2按加工零件的基本類型分類 8 1.5.3按刀架數(shù)量分類 9 1.5.4按功能分類 9 1.5.5其它分類方法 9第 2章 車床自動化設(shè)計加工 10 2.1數(shù)控車床的主體 10 2.2數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng) 12 2.3數(shù)控機床控制系統(tǒng) 13 第 3 章 車床的編程 15 3.1數(shù)控車床的編程特點 15 3.2數(shù)控程序應(yīng)注意的問題 15 3.3 零件加工工藝 16 3.4程序編制 17 結(jié) 論 20 致 謝 20 參考文獻 21 3 摘要 數(shù)字控制是 20 世紀中期發(fā)展起來的一種自動控制技術(shù)，是用數(shù)字化信號進行控制的一 種方法。采用數(shù)控技術(shù)進行控制的機床，稱為數(shù)控機床。加工中心（ Machining center.簡稱 MC。）是一種備有刀庫并能自動更換刀具對工件進行多工序加工的數(shù)控機床，他是適應(yīng)省力、省時和節(jié)能的時代要求而發(fā)展起來的，它綜合了機械技術(shù)、電子技術(shù)、計算機軟件技術(shù)、氣動技術(shù)、拖動技術(shù)、現(xiàn)代控制理論、測量及傳感技術(shù)以及通訊診斷、刀具和應(yīng)用編程技術(shù)的高新技術(shù)產(chǎn)品 。 實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制的技術(shù)。它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關(guān)的開關(guān)量。 現(xiàn)在，數(shù)控技術(shù)也叫計算機數(shù)控技術(shù)，目前它是采用計 算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù) 。 采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置 。 本文主要介紹了數(shù)控加工機床的組成與分類以及實際的操作應(yīng)用，并對數(shù)控機床系統(tǒng)應(yīng)用特點、工作原理、信號通信、自動加工編程做了介紹，同時介紹了數(shù)控機床的各個系統(tǒng)的作用。通過數(shù)控機床是自動加工的實際應(yīng)用，就如何將數(shù)控機床合理、高效應(yīng)用于生產(chǎn)制造業(yè)進行了實際分析。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)控機床組成，自動加工 系統(tǒng)，自動編程加工 引言 隨著科學技術(shù)的發(fā)展，機電產(chǎn)品 日益精密復(fù)雜。機械制造業(yè)的發(fā)展規(guī)模和水平，則是反映國民經(jīng)濟實力和科學技術(shù)水平的重要標志之一 ?，F(xiàn)在機械產(chǎn)品的性能，結(jié)構(gòu)，形狀和材料的不斷的改進，精度不斷提高，生產(chǎn)類型由大批量生產(chǎn)向多品種小批量轉(zhuǎn)化。對零件加工質(zhì)量和精度要求越來越高。而數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代化加工設(shè)備的基礎(chǔ)，又是精密、高效、高可靠性、高柔性加工技術(shù)的支撐。發(fā)展先進制造技術(shù)必須以數(shù)控技術(shù)未基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)它綜合了計算機、自動控制、電機、電氣傳動、測量、監(jiān)控、機械制造等學科領(lǐng)域最新成果而形成的一門邊緣科學技術(shù)。對制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化、智能化生產(chǎn)起到舉足輕重的作用。 目前，數(shù)控機床是車削加工能較全的數(shù)控機床。它可以把車削，銑削，螺紋加工 ，鉆削 4 等集中到一臺設(shè)備上，使其具有多種工藝手段。由于產(chǎn)品的變化頻繁，在一般機械加工中，單件小批量的生產(chǎn)約占 70%以上。這樣一來采用數(shù)控車床進行加工可以大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量，保證加工零間的精度，減輕勞動強度，為新產(chǎn)品的研制和改型換代節(jié)省大量時間和費用，從而提高了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力。 第 1 章 加工中心以及車床 組成與分類 1.1 緒 論 數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，它是用數(shù)字信號控制機床運動及其加工過程。具體地說，將刀具移動軌跡等加工信息用數(shù)字化的代碼記錄在程序介質(zhì)上，然后輸 入數(shù)控系統(tǒng)，經(jīng)過譯碼、運算，發(fā)出指令，自動控制機床上的刀具與工件之間的相對運動，從而加工出形狀、尺寸與精度符合要求的零件，這種機床即為數(shù)控機床。 其加工特點有：自動化程度高，具有加工復(fù)雜零件的能力，生產(chǎn)準備周期短，加工精度 ，質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，易于建立計算機網(wǎng)絡(luò)。同時，數(shù)控機床的高速，高精度化，智能化，高可靠性和完善的自動編輯技術(shù)決定了數(shù)控機床在當今社會工業(yè)發(fā)展中的普遍應(yīng)用。 數(shù)控機床的發(fā)展中，值得一提的是加工中心。這是一種具有自動換刀裝置的數(shù)控機床，它能實現(xiàn)工件一次裝卡而進行多工序的加工。這種產(chǎn)品最初是 在 1959年 3月，由美國卡耐特雷克公司（ Keaney&TreckerCorp.）開發(fā)出來的。這種機床在刀庫中裝有絲錐、鉆頭、鉸刀、銑刀等刀具，根據(jù)穿孔帶的指令自動選擇刀具，并通過機械手將刀具裝在主軸上，對工件進行加工。它可縮短機床上零件的裝卸時間和更換刀具的時間。加工中心現(xiàn)在已經(jīng)成為數(shù)控機床中一種非常重要的品種，不僅有立式、臥式等用于箱體零件加工的鏜銑類加工中心，還有用于回轉(zhuǎn)整體零件加工的車削中心、磨削中心等。 機床是一個國家制造業(yè)水平高低的象征，其核心就是數(shù)控系統(tǒng)。就我國目前來說的技術(shù)還是不行，遠遠落后 于其他發(fā)達國家。 5 中國在加入世界貿(mào)易組織后在新一輪國際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變革中我國正逐步成為全球制造業(yè)的重要基地之一?！耙孕畔⒒瘞庸I(yè)化，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢，推動社會生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展”是國家發(fā)展戰(zhàn)略；應(yīng)用高新技術(shù)，特別是信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，促進產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級，將成為今后一段時間制造業(yè)發(fā)展的主題之一?？茖W技術(shù)領(lǐng)域中以數(shù)控技術(shù)為先導(dǎo)的先進制造技術(shù)正以前所未有的速度向前發(fā)展。 先進數(shù)控技術(shù)顯示出對經(jīng)濟發(fā)展的巨大推動作用而被世界上發(fā)達國家列為重點支持和發(fā)展與信息科學、材料科學、生命科學一起列為當今四大支柱科學技術(shù)。 我國的數(shù)控機床無論從產(chǎn)品種類、技術(shù)水平、質(zhì)量和產(chǎn)量上都取得了很大的發(fā)展，在一些關(guān)鍵技術(shù)方面也取得了重大突破。據(jù)統(tǒng)計，目前我國可供市場的數(shù)控機床有 1500 種，幾乎覆蓋了整個金屬切削機床的品種類別和主要的鍛壓機械。領(lǐng)域之廣，可與日本、德國、美國并駕齊驅(qū)。這標志著國內(nèi)數(shù)控機床已進入快速發(fā)展的時期。下面我就以數(shù)控車床為例子來談?wù)勔幌聰?shù)控機床。 1.2 加工中心的介紹 第一臺加工中心是 1958年由美國卡尼 -特雷克公司首先研制成功的。它在數(shù)控臥式鏜銑床的基礎(chǔ)上增加了自動換刀裝置，從而實現(xiàn)了工件一次裝夾后即可進行車削加工， 等多種工序的集中加工。 數(shù)控車床可分為臥式和立式兩大類。 臥式車床又有水平導(dǎo)軌和傾斜導(dǎo)軌兩種。檔次較高的數(shù)控臥車一般都采用傾斜導(dǎo)軌。按刀架數(shù)量分類，又可分為單刀架數(shù)控車床和雙刀架數(shù)控車，前者是兩坐標控制，后者是四坐標控制。雙刀架臥車多數(shù)采用傾斜導(dǎo)軌。 數(shù)控車床與普通車床一樣，也是用來加工零件旋轉(zhuǎn)表面的。一般能夠自動完成外圓柱面、圓錐面、球面以及螺紋的加工，還能加工一些復(fù)雜的回轉(zhuǎn)面，如雙曲面等。車床和普通車床的工件安裝方式基本相同，為了提高加工效率，數(shù)控車床多采用液壓、氣動和電動卡盤。 6 數(shù)控車床的外 形與普通車床相似，即由床身、主軸箱、刀架、進給系統(tǒng)壓系統(tǒng)、冷卻和潤滑系統(tǒng)等部分組成。數(shù)控車床的進給系統(tǒng)與普通車床有質(zhì)的區(qū)別，傳統(tǒng)普通車床有進給箱和交換齒輪架，而數(shù)控車床是直接用伺服電機通過滾珠絲杠驅(qū)動溜板和刀架實現(xiàn)進給運動，因而進給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)大為簡化。 1.3 加工中心的組成 （ 1）基礎(chǔ)部件 基礎(chǔ)部件是加工中心的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，它主要由床身、工作臺、立柱三大部分組成。這三部分不僅要承受加工中心的靜載荷，還要承受切削加工時產(chǎn)生的動載荷。所以要求加工中心的基礎(chǔ)部件，必須有足夠的剛度，通常這三大部件都是鑄造而成。 （ 2）主軸部件 主軸部件由主軸箱、主軸電動機、主軸和主軸軸承等零部件組成。主軸是加工中心切削加工的功率輸出部件，它的起動、停止、變速、變向等動作均由數(shù)控系統(tǒng)控制；主軸的旋轉(zhuǎn)精度和定位準確性，是影響加工中心加工精度的重要因素。 （ 3）數(shù)控系統(tǒng) 加工中心的數(shù)控系統(tǒng)由 CNC裝置、可編程序控制器、伺服驅(qū)動系統(tǒng)以及面板操作系統(tǒng)組成，它是執(zhí)行順序控制動作和加工過程的控制中心。 CNC裝置是一種位置控制系統(tǒng)，其控制過程是根據(jù)輸入的信息進行數(shù)據(jù)處理、插補運算，獲得理想的運動軌跡信息，然后輸出到執(zhí)行部件，加工出所需要的工件。 （ 4）自動換刀系統(tǒng) 換刀系統(tǒng)主要由刀庫、旋轉(zhuǎn)臺等部件組成。需要更換刀具時，數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令后，由旋轉(zhuǎn)臺從刀庫中取出相應(yīng)的刀具進行定位，然后再把開始用的刀具旋轉(zhuǎn)一個或多個角度使其不影響選用道具的加工完成整個換刀動作。 （ 5）輔助裝置 包括潤滑、冷卻、排屑、防護、渡壓、氣動和檢測系統(tǒng)等部分。這些裝置雖然不直接參與切削運動，但是加工中心不可缺少的部分。對加工中心的加工效率、加工精度和可靠性起著保障作用。 7 加工中心是典型的集高新技術(shù)于一體的機械加工設(shè)備，它的發(fā)展代表了一個國家制造業(yè)的水平，在國內(nèi)外都受到高度重視 。 1.4 加工中心的特點及用途 1.4.1 數(shù)控機床特點 （ 1）全封閉防護 所有的加工中心都有防 戶 門，加工時，將防護門關(guān)上，能有效防止人身傷害事故。 （ 2）工序集中，加工連續(xù)進行 加工中心通常具有多個進給軸（三軸以上），甚至多個主軸，聯(lián)動的軸數(shù)也較多，如三軸聯(lián)動、五軸聯(lián)動、七軸聯(lián)動等，因此能夠自動完成多個旋轉(zhuǎn)面和多個角度位置的加工，實現(xiàn)復(fù)雜零件的高精度加工。在加工中心上一次裝夾可以完成車削、鏜、鉆、擴、鉸、車螺絲等加工，工序高度集中。 （ 3） 使用多把刀具，刀具自動交換加工中心帶有刀庫和自動換刀裝置， 在加工前將需要的刀具先裝入刀庫，在加工時能夠通過程序控制自動更換刀具。 (4)使用園工作臺加工中心可實現(xiàn)一個工作臺在加工的同時，另一個工作臺完成工件的裝夾，從而大大縮短輔助時間，提高加工效率。 (5)功能強大，趨向復(fù)合加工加工中心可復(fù)合車削功能、磨削功能等，如圓工作臺可驅(qū)動工件高速旋轉(zhuǎn)，刀具做主運動不斷進給，完成車削加工，這使加工中心有更廣泛的加工范圍 。 (6)高自動化、高精度、高效率加工中心的主軸轉(zhuǎn)速、進給速度和快速定位精度高，可以通過切削參數(shù)的合理選擇，充分發(fā)揮刀具的切削性能，減少切削時間，且整個加 工過程連續(xù)，各種輔助動作快，自動化程度高，減少了輔助動作時間和停機時間，因此，加工中心的生產(chǎn)效率很高。 (7)高投入由于加工中心智能化程度高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、功能強大，因此加工中心的一次投資及日常維護保養(yǎng)費用較普通機床高出很多。 (8)在適當?shù)臈l件下才能發(fā)揮最佳效益即在使用過程中要發(fā)揮加工中心之所長，才能充分體現(xiàn)效益，這一點對加工中心的合理使用至關(guān)重要。 8 1.4.2 數(shù)控機床的構(gòu)造 （ 1） 主機 它 是數(shù)控機床的主體，包括機 床身 ，立柱，主軸， 進給機構(gòu)等機械部件。 它是用于完成各種切削加工的機械部件。 （ 2） 數(shù)控裝 置 是數(shù)控機床的核心，包括 硬件 （印刷 電路板 、 CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應(yīng)的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。 （ 3） 驅(qū)動裝置 它 是數(shù)控機床執(zhí)行機構(gòu)的 驅(qū)動 部件，包括主軸驅(qū)動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。他在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)主軸和進給驅(qū)動。當幾個進給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。 （ 4） 輔助裝置 指數(shù)控機床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。它包括 液壓 和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉(zhuǎn)臺和數(shù) 控分度頭，還包括刀具及 監(jiān)控檢測裝 置等。編程及其他 附屬設(shè)備：可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。 1.5 車床的分類 1.5.1按車床主軸位置分類 （ 1）立式數(shù)控車床 立式數(shù)控車床簡稱為數(shù)控立車，其車床主軸垂直于水平面，一個直徑很大的圓形工作臺，用來裝夾工件。這類機床主要用于加工徑向尺寸大、軸向尺寸相對較小的大型復(fù)雜零件。 （ 2）臥式數(shù)控車床 臥式數(shù)控車床又分為數(shù)控水平導(dǎo)軌臥式車床和數(shù)控傾斜導(dǎo)軌臥式車床。其傾斜導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)可以使車床具有更大的剛性，并易于排除切屑。 1.5.2按加工零件的基本類型分類 （ 1）卡盤式數(shù)控車床 這 類車床沒有尾座，適合車削盤類 (含短軸類 )零件。夾緊方式多為電動或液動控制，卡盤結(jié)構(gòu)多具有可調(diào)卡爪或不淬火卡爪 (即軟卡 9 爪 )。 （ 2）頂尖式數(shù)控車床 這類車床配有普通尾座或數(shù)控尾座，適合車削較長的零件及直徑不太大的盤類零件。 1.5.3按刀架數(shù)量分類 （ 1）單刀架數(shù)控車床 數(shù)控車床一般都配置有各種形式的單刀架，如四工位臥動轉(zhuǎn)位刀架或多工位轉(zhuǎn)塔式自動轉(zhuǎn)位刀架。 （ 2）雙刀架數(shù)控車床 這類車床的雙刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。 1.5.4按功能分類 （ 1）經(jīng)濟型數(shù)控車床 采用步進電動機和單片機對普通 車床的進給系統(tǒng)進行改造后形成的簡易型數(shù)控車床，成本較低，但自動化程度和功能都比較差，車削加工精度也不高，適用于要求不高的回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。 （ 2）普通數(shù)控車床 根據(jù)車削加工要求在結(jié)構(gòu)上進行專門設(shè)計并配備通用數(shù)控系統(tǒng)而形成的數(shù)控車床，數(shù)控系統(tǒng)功能強，自動化程度和加工精度也比較高，適用于一般回轉(zhuǎn)類零件的車削加工。這種數(shù)控車床可同時控制兩個坐標軸，即 X軸和 Z軸。 （ 3）車削加工中心 在普通數(shù)控車床的基礎(chǔ)上，增加了 C軸和動力頭，更高級的數(shù)控車床帶有刀庫，可控制 X、 Z和 C三個坐標軸，聯(lián)動控制軸可以是 (X、 Z)、(X、 C)或 (Z、 C)。由于增加了 C軸和銑削動力頭，這種數(shù)控車床的加工功能大大增強，除可以進行一般車削外可以進行徑向和軸向銑削、曲面銑削、中心線不在零件回轉(zhuǎn)中心的孔和徑向孔的鉆削等加工， 1.5.5其它分類方法 按數(shù)控系統(tǒng)的不同控制方式等指標，數(shù)控車床可以分很多種類，如直線控制數(shù)控車床，兩主軸控制數(shù)控車床等 ;按特殊或?qū)ｉT工藝性能可分為螺紋數(shù)控車床、活塞數(shù)控車床、曲軸數(shù)控車床等多種。 10 第 2 章 車床自動化設(shè)計加工 人們要想使車床按照我們的意愿自動加工出我們所需的零件，就必須要對車床進行自動化設(shè)計，使 它按照人的指令完成自動化加工。要想車床完成自動化加工就必須由車床主體、數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)三大部分組成。使這三大部分相結(jié)合起來完成自動化加工。 2.1 數(shù)控車床的主體 車床主體除了基本保持普通車床傳統(tǒng)布局形式的部分經(jīng)濟型數(shù)控車床外，目前大部分數(shù)控車床均已通過專門設(shè)計并定型生產(chǎn)。 1主軸 （ 1）主軸與主軸箱 （ 2）主軸數(shù)控車床主軸的回轉(zhuǎn)精度，直接影響到零件的加工精度；其功率大小、回轉(zhuǎn)速度影響到加工的效率；其同步運行、自動變速及定向準停等要求，影響到車床的自動化程度。 （ 3）主軸箱具有有級自動調(diào)速功能的數(shù)控車床， 其主軸箱內(nèi)的傳動機構(gòu)已經(jīng)大大簡化；具有無級自動調(diào)速 (包括定向準停 )的數(shù)控車床，起機械傳動變速和變向作用的機構(gòu)已經(jīng)不復(fù)存在了，其主軸箱也成了 軸承座 及 潤滑箱 的代名詞；對于改造式 (具有手動操作和自動控制加工雙重功能 )數(shù)控車床，則基本上保留其原有的主軸箱。 2導(dǎo)軌 數(shù)控車床的導(dǎo)軌是保證進給運動準確性的重要部件。它在很大程度上影響車床的剛度、精度及低速進給時的平穩(wěn)性，是影響零件加工質(zhì)量的重要因素之一。除部分數(shù)控車床仍沿用傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)軌 (金屬型 )外，定型生產(chǎn)的數(shù)控車床已較多地采用貼塑導(dǎo)軌。這種新型滑動導(dǎo)軌的摩擦 系數(shù)小，其耐磨性、耐腐蝕性及吸震性好，潤滑條件也比較優(yōu)越。 3.機械傳動機構(gòu) 除了部分主軸箱內(nèi)的齒輪傳動等機構(gòu)外，數(shù)控車床已在原普通車床傳動鏈的基礎(chǔ)上，作了大幅度的簡化。如取消了掛輪箱、進給箱、溜板箱及其絕大部分傳 11 動機構(gòu)，而僅保留了縱、橫進給的螺旋傳動機構(gòu)，并在驅(qū)動電動機至絲杠間增設(shè)了 (少數(shù)車床未增設(shè) )可消除其側(cè)隙的齒輪副。 （ 1）螺旋傳動機構(gòu)數(shù)控車床中的螺旋副，是將驅(qū)動電動機所輸出的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成刀架在縱、橫方向上直線運動的運動副。構(gòu)成螺旋傳動機構(gòu)的部件，一般為滾珠絲杠副。 在滾珠絲杠與螺母之間裝有連 續(xù)排列的滾珠，形成點接觸滾動摩擦副，其摩擦力很小 ,另外，自行調(diào)整其間隙大小時，難度亦較大。 因此，滾珠絲杠的驅(qū)動力矩很小。普通車床通過調(diào)整螺母或著用 NC裝置補償，能夠?qū)㈤g隙等因素引起的誤差降到最低。 可消除軸向間隙及預(yù)緊，故傳動效率及精度高，運動穩(wěn)定，動作靈敏 ,但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造技術(shù)要求較高，所以成本也較高。 （ 2）齒輪副在較多數(shù)控車床的驅(qū)動機構(gòu)中，其驅(qū)動電動機與進給絲杠間設(shè)置有一個簡單的齒輪箱（架）。齒輪副的主要作用是，保證車床進給運動的脈沖當量符合要求，避免絲杠可能產(chǎn)生的軸向竄動對驅(qū)動電動機的不利影響。 4.自動轉(zhuǎn)動刀架 除了車削中心采用隨機換刀 (帶刀庫 )的自動換刀裝置外，數(shù)控車床一般帶有固定刀位的自動轉(zhuǎn)位刀架，有的車床還帶有各種形式的雙刀架。 四方刀架： 1松開：刀架電動機與刀架內(nèi)一 蝸桿 相連，刀架電動機轉(zhuǎn)動時與蝸桿配套的渦輪轉(zhuǎn)動，此渦輪與一條 絲杠 為一體的（稱為 “ 渦輪絲杠 ” ）當絲杠轉(zhuǎn)動時會上升（與絲杠旋合的螺母與刀架是一體的，當松開時刀架不動作，所以絲杠會上升），絲杠上升后使位于絲杠上端的壓板上升即松開刀架； 2 換刀：刀架松開后，絲杠繼續(xù)轉(zhuǎn)動刀架在 摩擦力 的作用下與絲杠一起轉(zhuǎn)動即換刀； 3 定位 :在刀架的每一個刀位上有一個用 永磁鐵 做的 感應(yīng)器 ，當轉(zhuǎn)到系統(tǒng)所需的刀位時，磁感應(yīng)器發(fā)出信號，刀架電動機開始反轉(zhuǎn) 4鎖緊：刀架是用類似于棘輪的機構(gòu)裝的只能沿一個方向旋轉(zhuǎn)，當絲杠反轉(zhuǎn)時刀架不能動作，絲杠就帶著壓板向下運動將刀架鎖緊，換刀完成（電 動機的反轉(zhuǎn)時間是系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定的，不能過長不能太短，太短刀架不能鎖緊，太長電動機容易燒壞 .刀架除了采用液壓缸轉(zhuǎn) 12 位和定位銷定位之外，還可以采用電動機帶動離合器定位，以及其他轉(zhuǎn)位和定位機構(gòu) 4.檢測反饋裝置 檢測反饋裝置是數(shù)控車床的重要組成部分，對加工精度、生產(chǎn)效率和自動化程度有很大影響。檢測裝置包括位移檢測裝置和工件尺寸檢測裝置兩大類，其中工件尺寸檢測裝置又分為機內(nèi)尺寸檢測裝置和機外尺寸檢測裝置兩種。工件尺寸檢測裝置僅在少量的高檔數(shù)控車床上配用。 5.對刀裝置 除了極少數(shù)專用性質(zhì)的數(shù)控車床外，普通數(shù) 控車床幾乎都采用了各種形式的自動轉(zhuǎn)位刀架，以進行多刀車削。這樣，每把刀的刀位點在刀架上安裝的位置，或相對于車床固定原點的位置，都需要對刀、調(diào)整和測量，并以確認，以保證零件的加工質(zhì)量 。 2.2 數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng) 數(shù)控車床與普通車床的主要區(qū)別就在于是否具有數(shù)控裝置和伺服系統(tǒng)這兩大部分。如果說，數(shù)控車床的檢測裝置相當于人的眼睛，那么，數(shù)控裝置相當于人的大腦，伺服系統(tǒng)則相當于人的雙手。這樣，就不難看出這兩大部分在數(shù)控車床中所處的重要位置了。 1.數(shù)控裝置 數(shù)控裝置的核心是計算機及其軟件，它在數(shù)控車床中起“指揮”作用 ：數(shù)控裝置接收由加工程序送來的各種信息，并經(jīng)處理和調(diào)配后，向驅(qū)動機構(gòu)發(fā)出執(zhí)行命令；在執(zhí)行過程中，其驅(qū)動、檢測等機構(gòu)同時將有關(guān)信息反饋給數(shù)控裝置，以便經(jīng)處理后發(fā)出新的執(zhí)行命令。 2.伺服系統(tǒng) 在 NC機床中，利用 NC裝置的運算電路產(chǎn)生的脈沖信號控制伺服電機的驅(qū)動電路。普通車床由伺服電路驅(qū)耐伺服電機帶曲機床工作臺或刀具移動，使機床進行實際加工，這種機構(gòu)稱為伺服機構(gòu)。 13 伺服機構(gòu)的控制方式分為開環(huán)控制、半閉環(huán)控制和閉環(huán)控制。 伺服系統(tǒng)準確地執(zhí)行數(shù)控裝置發(fā)出的命令，通過驅(qū)動電路和執(zhí)行元件（如步進電機等），完成數(shù)控裝置所要 求的各種位移。 2.3 數(shù)控機床控制系統(tǒng) 一臺典型的數(shù)控機床其全部的電氣控制系統(tǒng)如圖 1.1所示。 圖 1.1 (1)數(shù)據(jù)輸入裝置將指令信息和各種應(yīng)用數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)的必要裝置。它可以是穿孔帶閱讀機 (已很少使用 )， 3.5in軟盤驅(qū)動器， CNC鍵盤 (一般輸入操作 )，數(shù)控系統(tǒng)配備的硬盤及驅(qū)動裝置 (用于大量數(shù)據(jù)的存儲保護 )、磁帶機 (較少使用 )、 PC計算機等等。 (2)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機床的中樞，它將接到的全部功能指令進行解碼、運算，然后有序地發(fā)出各種需要的運動指令和各種機床功能的控制指令，直至運動和功能結(jié)束。 數(shù)控系統(tǒng)都有很完善的自診斷能力，日常使用中更多地是要注意嚴格按規(guī)定操作，而日常的維護則主要是對硬件使用環(huán)境的保護和防止系統(tǒng)軟件的破壞。 (3)可編程邏輯控制器是機床各項功能的邏輯控制中心。它將來自 CNC的各種運動及功能指令進行邏輯排序，使它們能夠準確地、協(xié)調(diào)有序地安全運行；同時將來自機床的各種信息及工作狀態(tài)傳送給 CNC，使 CNC能及時準確地發(fā)出進一步的 14 控制指令，如此實現(xiàn)對整個機床的控制。 當代 PLC多集成于數(shù)控系統(tǒng)中，這主要是指控制軟件的集成化，而 PLC硬件則在規(guī)模較大的系 統(tǒng)中往往采取分布式結(jié)構(gòu)。 PLC與 CNC的集成是采取軟件接口實現(xiàn)的，一般系統(tǒng)都是將二者間各種通信信息分別指定其固定的存放地址，由系統(tǒng)對所有地址的信息狀態(tài)進行實時監(jiān)控，根據(jù)各接口信號的現(xiàn)時狀態(tài)加以分析判斷，據(jù)此作出進一步的控制命令，完成對運動或功能的控制。 不同廠商的 PLC有不同的 PLC語言和不同的語言表達形式，因此，力求熟悉某一機床 PLC程序的前提是先熟悉該機床的 PLC語言。 (4)主軸驅(qū)動系統(tǒng)接受來自 CNC的驅(qū)動指令，經(jīng)速度與轉(zhuǎn)矩 (功率 )調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動信號驅(qū)動主電動機轉(zhuǎn)動，同時接受速度反饋實施 速度閉環(huán)控制。 (5)進給伺服系統(tǒng)接受來自 CNC對每個運動坐標軸分別提供的速度指令，經(jīng)速度與電流 (轉(zhuǎn)矩 )調(diào)節(jié)輸出驅(qū)動信號驅(qū)動伺服電機轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)機床坐標軸運動，同時接受速度反饋信號實施速度閉環(huán)控制。 (6)電器硬件電路隨著 PLC功能的不斷強大，電器硬件電路主要任務(wù)是電源的生成與控制電路、隔離繼電器部分及各類執(zhí)行電器 (繼電器、接觸器 )，很少還有繼電器邏輯電路的存在。 (7)機床 (電器部分 )包括所有的電動機、電磁閥、制動器、各種開關(guān)等。它們是實現(xiàn)機床各種動作的執(zhí)行者和機床各種現(xiàn)實狀態(tài)的報告員。這里 可能的主要故障多數(shù)屬于電器件自身的損壞和連接電線、電纜的脫開或斷裂。 (8)速度測量通常由集裝于主軸和進給電動機中的測速機來完成。它將電動機實際轉(zhuǎn)速匹配成電壓值送回伺服驅(qū)動系統(tǒng)作為速度反饋信號，與指令速度電壓值相比較，從而實現(xiàn)速度的精確控制。 (9)位置測量較早期的機床使用直線或圓形同步感應(yīng)器或者旋轉(zhuǎn)變壓器，而現(xiàn)代機床多采用光柵尺和數(shù)字脈沖編碼器作為位置測量元件。它們對機床坐標軸在運行中的實際位置進行直接或間接的測量，將測量值反饋到 CNC并與指令位移相比較直至坐標軸到達指令位置，從而實現(xiàn)對位置的精確 控制。位置環(huán)可能出現(xiàn)的故障多為硬件故障，例如位置測量元件受到污染，導(dǎo)線連接故障等。 15 (10)外部設(shè)備一般指 PC計算機、打印機等輸出設(shè)備，多數(shù)不屬于機床的基本配置。使用中的主要問題與輸入裝置一樣，是匹配問題。 第 3章 數(shù)控車床的編程 數(shù)控機床是按照事先編制好的加工程序，自動地對被加工 零件 進行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運動軌跡、位移量、切削參數(shù) (主軸轉(zhuǎn)數(shù)、進給量、背吃刀量等 )以 及輔助功能 (換刀、主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、切削液開、關(guān)等 )，按照數(shù)控機床規(guī)定的指令 代碼 及程序格式編寫成加工程序單，再把這程序單中的內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上 (如穿孔紙帶、磁帶、磁盤、磁泡存儲器 )，然后輸入到數(shù)控機床的數(shù)控裝置中，從而指揮 機床加工 零件 。 這種從零件圖的分析到制成控制介質(zhì)的全部過程叫數(shù)控程序 再編制。 3.1數(shù) 控車床的編程特點 1、 數(shù)控車床上工件的毛坯大多為圓棒料，加工余量較大，一個表面往往需要進行多次反復(fù)的加工。如果對每一個加工循環(huán)都編寫若干個程序段，就會增加編程的工作量。為了簡化加工程序，一般情況下，數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)中都有車外圓、車端面和車螺紋等不同形式的循環(huán)功能。 2、 數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)中都有刀具補償功能。刀具補償功能為編程提供方便，編程人員可以按工件的實際輪廓編寫加工程序。在加工過程中，對于刀具位置的變化、刀具幾何形狀的變化以及刀尖的圓弧半徑的變化，都無須改變加工程序，只要將變化的尺寸或圓弧半徑 輸入到存儲器中，刀具便能自動進行補償。 3、 數(shù)控車床的編程有直徑、半徑兩種方法 。所謂直徑編程是指 X軸上的有關(guān)尺寸為直徑值，半徑編程是值、指 X軸上的有關(guān)尺寸為半徑值。 CK0630 數(shù)控車床中的編程是采用直徑編程。 4、 為了提高機床徑向尺寸的加工精度，數(shù)控系統(tǒng)在 X方向的脈沖當量應(yīng)取 Z方向的脈沖當量的一半。例如，經(jīng)濟型數(shù)控車床中， Z軸的脈沖當量為 0.01mm/P，X軸的脈沖當量取 0.005mm/P。 3.2 數(shù)控程序應(yīng)注意的問題 在運用計算機輔助加工軟件進行加工編程之前，首先必須建立需要加工的模 16 型。建立了一 個完整的需要加工的模型之后，進行編程時必須還要注意以下問題。 1 坐標系 （ 1）建模坐標系 建立加工模型的坐標系稱之為建模坐標系，一般來說，應(yīng)該只有一個建模坐標系，但有時為了在建模時方便，還可以建立一些輔助的臨時坐標系。 （ 2）加工坐標系（編程坐標系） 在加工工件時工件放置的坐標系稱之為加工坐標系。加工坐標系也就是在編程時使用的坐標系或者稱之為編程坐標系。 加工坐標系可以是前面所講的建模坐標系，也可以是輔助建模的坐標系，或者另外重新建立一個加工坐標系。在編程時，加工坐標系建議盡量采用建模坐標系。 （ 3）機床上的加工坐標系的建立 每一個完整的加工程序都會包含坐標系指令（ G54 或 G55 G59），操作者應(yīng)該將加工原點（編程原點）在機床工作臺上的位置坐標（即機械坐標）輸入到程序中指定的坐標系中。工件一旦固定，那么加工坐標系 X、 Y坐標就不會變。由于每一把刀裝夾在刀柄上，伸出的長短不一，因而每一把刀的加工 Z坐標都需要重新輸入，在加工中心采用刀庫自動換刀功能時，必須一次性將所有刀具的長度補償值輸入到相應(yīng)的補正寄存器內(nèi)。加工坐標系建立后，即使停電，也不會改變，直到再建立新的加工坐標。 2編制加工程序時要注意 ： （ 1）加工程序中必須指定加工坐標系。 （ 2）加工程序 Z軸的對刀點指定后，盡量不要改變位置。 1.必須按照數(shù)控加工工件安裝和零點設(shè)定卡見表 1-2安裝工件，安裝后工件徑向跳動不得大于 0.045mm。 2.必須應(yīng)用對刀樣板準確校正程序設(shè)定的零點。 如若零件的表面粗糙度達不到要求，則應(yīng)立即更換新刀，重新進行數(shù)控加工。 3.3 零件加工工 藝 17 1 零件工藝分析 以西門子 802S數(shù)控系統(tǒng)為例，應(yīng)進行如下操作。 圖 3.1 零件圖 (1)確定加工路線 按先主后次，先精后粗的加工原則確定加工路線，采用固定循環(huán)指令對外輪廓進行粗加工，再精加工，然后車退刀槽，最后加工螺紋。 (2)裝夾方法和對刀點的選擇 采用三爪自定心卡盤自定心夾緊，對刀點選在工件的右端面與回轉(zhuǎn)軸線的交點。 (3)選擇刀具 根據(jù)加工要求，選用四把刀， 1 號為粗加工外圓車刀， 2 號為精加工外圓車刀， 3 號為切槽刀， 4 號為車螺紋刀。采用試切法對刀，對刀的同時把端面加工出來。 （ 4)確定切削用量 車外圓，粗車主軸轉(zhuǎn)速為 500r/min，進給速度為 0.3mm/r，精車主軸轉(zhuǎn)速為800r/min，進給速度為 0.08mm/r，切槽和車螺紋時，主軸轉(zhuǎn)速為 300r/min，進給速度為 0.1mm/r。 3.4 程序編制 確定軸心線與球頭中心的交點為編程原點 ，零件的加工程序如下： 18 主程序： N05 G90 G95 G00 X80 Z100 (確定 換刀點 ) N10 T1D1 M03 S500 M08 (外圓粗車刀 ) -CNAME=“L01” R105=1 R106=0.25 R108=1.5 (設(shè)置坯料切削循環(huán)參數(shù) ) R109=7 R110=2 R111=0.3 R112=0.08 N15 LCYC95 (調(diào)用坯料切削循環(huán)粗加工 ) N20 G00 X80 Z100 M05 M09 N25 M00 N30 T2D1 M03 S800 M08 (外圓精車刀 ) N35 R105=5 (設(shè)置坯料切削循環(huán)參數(shù) ) N40 LCYC95 (調(diào)用坯料切削循環(huán)精加工 ) N45 G00 X80 Z100 M05 M09 N50 M00 N55 T3D1 M03 S300 M08 (切槽車刀，刀寬 4mm) N60 G00 X37 Z-23 N65 G01 X26 F0.1 N70 G01 X37 N75 G01 Z-22 N80 G01 X25.8 N85 G01 Z-23 N90 G01 X37 N95 G00 X80 Z100 M05 M09 N100 M00 N105 T4D1 M03 S300 M08 (三角形螺紋車刀 ) R100=29.8 R101=-3 R102=29.8 (設(shè)置螺紋切削循環(huán)參數(shù) ) R103=-18 R104=2 R105=1 R106=0.1 19 R109=4 R110=2 R111=1.24 R112=0 R113=5 R114=1 N110 LCYC97 (調(diào)用螺紋切削循環(huán) ) N115 G00X80 Z100 M05 M09 N120 M00 N125 T3D1 M03 S300 M08 (切斷車刀，刀寬 4mm) N130 G00 X45 Z-60 N135 G01 X0 F0.1 N140 G00 X80 Z100 M05 M09 N145 M02 子程序 L01.SPF N05