數(shù)控機(jī)床的組成、工作原理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

1、1、 前言數(shù)控技術(shù)集傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、成組技術(shù)與現(xiàn)代控制技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù) 、信息處理技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、液壓氣動(dòng)技術(shù)、光機(jī)電技術(shù)于一體，是現(xiàn)代先進(jìn)制造技術(shù)的基礎(chǔ)和核心。把傳統(tǒng)制造業(yè)推進(jìn)到了信息化制造時(shí)代，是現(xiàn)代工業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、柔性化、集成化生產(chǎn)的基礎(chǔ)，是一種知識(shí)密集型和資金密集型的技術(shù)。數(shù)控車床己經(jīng)成為現(xiàn)代企業(yè)的必需品。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷成熟和發(fā)展及市場(chǎng)日益繁榮，其競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈，人們對(duì)數(shù)控車床選擇也有了更加廣闊的范圍，對(duì)的數(shù)控機(jī)床技術(shù)的掌握也越來越高。本設(shè)計(jì)著重對(duì)MJ-520型數(shù)控車床構(gòu)造及性能做初步了解及FANUC-0TE系統(tǒng)程序的編制及加工工藝的應(yīng)用做細(xì)致的介紹。數(shù)控加

2、工是機(jī)械制造業(yè)中的先進(jìn)加工技術(shù)，在生產(chǎn)企業(yè)中，數(shù)控機(jī)床的使用越來越廣泛。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控機(jī)床不僅在航空、造船、軍工等領(lǐng)域廣泛使用，而且也進(jìn)入了汽車、機(jī)床等民用機(jī)械制造行業(yè)。目前，在機(jī)械制造行業(yè)中，單件小批量的生產(chǎn)所占的比例越來越大，機(jī)械產(chǎn)品的精度和質(zhì)量也在不斷的提高。因此，數(shù)控機(jī)床被廣泛使用。2、課題的現(xiàn)實(shí)意義數(shù)控機(jī)床正在各行各業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。因此研究和設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)床有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。微機(jī)控制技術(shù)正在發(fā)揮出巨大的優(yōu)越性。根據(jù)教學(xué)要求，結(jié)合自己的資料掌握狀況，選擇數(shù)控機(jī)床工藝編程及操作加工作為畢業(yè)設(shè)計(jì)課題。畢業(yè)設(shè)計(jì)是學(xué)生必須要經(jīng)歷的一個(gè)重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)。通過本環(huán)節(jié)的鍛煉力爭(zhēng)能把以前所學(xué)的

3、知識(shí)融會(huì)貫通，從而達(dá)到溫故而知新的目的，提高解決實(shí)際工程課題的能力。3、 數(shù)控編程的概念眾所周知，在普通機(jī)床上加工零件時(shí)，一般是由工藝人員按照設(shè)計(jì)圖樣事先制定好零件的加工工藝規(guī)程。在工藝規(guī)程中制定出零件的加工工序、切削用量、機(jī)床的規(guī)格及刀具夾具等內(nèi)容。操作人員按工藝規(guī)程的各個(gè)步驟操作機(jī)床，加工出圖樣所給定的零件。也就是說零件的加工過程是由人來完成的。例如開車、停車、改變主軸轉(zhuǎn)速、改變進(jìn)給方向和速度、切削液的開、關(guān)等都是由工人手工操作的。再有凸輪控制的自動(dòng)車床或由仿形機(jī)床加工零件時(shí)，雖然不需要人對(duì)它進(jìn)行操作，但必須根據(jù)零件的特點(diǎn)及工藝要求，設(shè)計(jì)出凸輪的運(yùn)動(dòng)曲線或靠模，由凸輪或靠?？刂茩C(jī)床運(yùn)動(dòng)，最

4、后加工出零件。在這個(gè)加工過程中，雖然避免了操作者直接操縱機(jī)床，但每一個(gè)凸輪機(jī)構(gòu)或靠模，只能加工一種零件。當(dāng)改變加工零件時(shí)，就要更換凸輪、靠模。因此，只能用于大批量、專業(yè)化生產(chǎn)中。數(shù)控機(jī)床和以上兩種機(jī)床是不一樣的。它是按照事先便好的加工程序，自動(dòng)的對(duì)被加工零件進(jìn)行加工。我們把零件的加工工藝路線、工業(yè)參數(shù)、刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡、位移量、切削參數(shù)（主軸轉(zhuǎn)數(shù)、進(jìn)給量、背吃刀量等）以及輔助功能（換刀、主軸正傳、反轉(zhuǎn)、切削液開、關(guān)等），按照數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單，然后輸入到數(shù)控機(jī)床的系統(tǒng)中，從而指揮機(jī)床加工零件。這種從零件圖的分析到制成控制介質(zhì)的全部過程叫做數(shù)控程序的編制。從以上分析可

5、以看出，數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床加工零件的區(qū)別在于數(shù)控機(jī)床是按照程序自動(dòng)加工零件，而普通機(jī)床要由人來操作，我們只要改變控制機(jī)床動(dòng)作的程序就可以達(dá)到加工不同零件的目的。因此，數(shù)控機(jī)床特別是用于加工小批量且行裝復(fù)雜、要求精度高的零件。從外觀看，數(shù)控機(jī)床都有CRT屏幕，我們可以從屏幕上看到加工程序、各種工藝參數(shù)等內(nèi)容。從內(nèi)部結(jié)構(gòu)看，數(shù)控機(jī)床沒有變速箱，它的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)都是由直流或交流無機(jī)變速伺服電動(dòng)機(jī)來完成的。另外，數(shù)控機(jī)床一般都有工件測(cè)量系統(tǒng)，在加工過程中，可以減少對(duì)工件進(jìn)行人工測(cè)量的次數(shù)。數(shù)字控制是用數(shù)字、字母和其他控制字符進(jìn)行編程，來實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備自動(dòng)化的一種形式。號(hào)碼，字母和符號(hào)是為特定的工作環(huán)

6、境或工作而設(shè)定的一種適當(dāng)?shù)膬?nèi)編碼。根據(jù)程序指示的改變，機(jī)械的加工也隨之改變方式。更易改寫程序的優(yōu)越性使NC系統(tǒng)更適合加工微小體積的產(chǎn)品。與更換生產(chǎn)設(shè)備相比，通過編輯新的程序來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的加工要容易得多。4、數(shù)控機(jī)床的組成和工作原理數(shù)控機(jī)床由程序編制及程序載體、輸入裝置、數(shù)控裝置（CNC）、伺服驅(qū)動(dòng)及位置檢測(cè)、輔助控制裝置、機(jī)床本體等幾部分組成。數(shù)控機(jī)床的床體與傳統(tǒng)機(jī)床相似，由主軸傳動(dòng)裝置、進(jìn)給傳動(dòng)裝置、床身、工作臺(tái)以及輔助運(yùn)動(dòng)裝置、液壓氣動(dòng)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻裝置等組成。但數(shù)控機(jī)床在整體布局、外觀造型、傳動(dòng)系統(tǒng)、刀具系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及操作機(jī)構(gòu)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(jī)

7、床的要求和充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)。5、數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與傳統(tǒng)車床相比，數(shù)控車床的結(jié)構(gòu)有以下特點(diǎn)：5.1、由于數(shù)控車床刀架的兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)分別由兩臺(tái)伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以它的傳動(dòng)鏈短。不必使用掛輪、光杠等傳動(dòng)部件，用伺服電動(dòng)機(jī)直接與絲杠聯(lián)結(jié)帶動(dòng)刀架運(yùn)動(dòng)。伺服電動(dòng)機(jī)絲杠間也可以用同步皮帶副或齒輪副聯(lián)結(jié)。5.2、多功能數(shù)控車床是采用直流或交流主軸控制單元來驅(qū)動(dòng)主軸，按控制指令作無級(jí)變速，主軸之間不必用多級(jí)齒輪副來進(jìn)行變速。為擴(kuò)大變速范圍，現(xiàn)在一般還要通過一級(jí)齒輪副，以實(shí)現(xiàn)分段無級(jí)調(diào)速，即使這樣，床頭箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)已比傳統(tǒng)車床簡單得多。數(shù)控車床的另一個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是剛度大，這是為了與控制系統(tǒng)的高精度控制相匹配，

8、以便適應(yīng)高精度的加工。5.3、數(shù)控車床的第三個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是輕拖動(dòng)。刀架移動(dòng)一般采用滾珠絲杠副。滾珠絲杠副是數(shù)控車床的關(guān)鍵機(jī)械部件之一，滾珠絲杠兩端安裝的滾動(dòng)軸承是專用鈾承，它的壓力角比常用的向心推力球輛承要大得多。這種專用軸承配對(duì)安裝，是選配的，最好在軸承出廠時(shí)就是成對(duì)的。5.4、為了拖動(dòng)輕便，數(shù)控車床的潤滑都比較充分，大部分采用油霧自動(dòng)潤滑。5.5、由于數(shù)控機(jī)床的價(jià)格較高、控制系統(tǒng)的壽命較長，所以數(shù)控車床的滑動(dòng)導(dǎo)軌也要求耐磨性好。數(shù)控車床一般采用鑲鋼導(dǎo)軌，這樣機(jī)床精度保持的時(shí)間就比較長，其使用壽命也可延長許多。5.6、數(shù)控車床還具有加工冷卻充分、防護(hù)較嚴(yán)密等特點(diǎn)，自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)一般都處于全封閉或半

9、封閉狀態(tài)。5.7、數(shù)控車床一般還配有自動(dòng)排屑裝置。6、數(shù)控機(jī)床選擇首先應(yīng)根據(jù)被加工工件的尺寸，技術(shù)要求進(jìn)行工藝分析，根據(jù)工件加工數(shù)量并考慮工件加工各項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，合理選用數(shù)控機(jī)床。若被加工件是圓柱形，圓錐形，各種成型回轉(zhuǎn)表面，螺紋以及各種盤類工件并進(jìn)行鉆 、擴(kuò)、 鏜孔加工，可選用MJ-520數(shù)控車床及FANUC-0TE系統(tǒng)。6.1、MJ-520數(shù)控車床 （FANUC-0TE系統(tǒng)）的組成及操作MJ-520數(shù)控車床由濟(jì)南第一機(jī)床廠生產(chǎn)，配置FANUC-0TE系統(tǒng)，是一種全功能型的數(shù)控車床。MJ520型數(shù)控車床的外形圖。 6.1.1、主傳動(dòng)系統(tǒng) 數(shù)控車床主運(yùn)動(dòng)要求速度在一定范圍內(nèi)可調(diào)，有足夠的驅(qū)動(dòng)

10、功率，主軸回轉(zhuǎn)軸心線的位置準(zhǔn)確穩(wěn)定，并有足夠的剛性與抗振性。6.1.2、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)是用數(shù)字控制X、Z坐標(biāo)軸的直接對(duì)象，工件最后的尺寸精度和輪廓精度都直接受進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此，數(shù)控車床的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)應(yīng)充分注意減少摩擦力，提高傳動(dòng)精度和剛度，消除傳動(dòng)間隙以及減少運(yùn)動(dòng)件的慣量等。為使全功能型數(shù)控車床進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)要求高精度、快速響應(yīng)、低速大轉(zhuǎn)矩，一般采用交、直流伺服進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置，通過滾珠絲杠螺母副帶動(dòng)刀架移動(dòng)。刀架的快速移動(dòng)和進(jìn)給移動(dòng)為同一條傳動(dòng)路線。6.1.3、自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和工作效率。回

11、轉(zhuǎn)式刀架上回轉(zhuǎn)頭各刀座用于安裝或支持各種不同用途的刀具，通過回轉(zhuǎn)頭的旋轉(zhuǎn)分度和定位，實(shí)現(xiàn)機(jī)床的自動(dòng)換刀。回轉(zhuǎn)刀架分度準(zhǔn)確，定位可靠，重復(fù)定位精度高，轉(zhuǎn)位速度快，夾緊性好，可以保證數(shù)控車床的高精度和高效率。按照回轉(zhuǎn)刀架的回轉(zhuǎn)軸相對(duì)于機(jī)床主軸的位置，可分為立式和臥式回轉(zhuǎn)刀架。6.2、MJ-520數(shù)控車床的主要功能6.2.1、主要用來加工軸類零件的內(nèi)外圓柱面、圓錐面、螺紋表面、成型回轉(zhuǎn)體表面。對(duì)于盤類零件可進(jìn)行鉆孔、擴(kuò)孔、鉸孔、鏜孔等加工。機(jī)床還可以完成車端面、切槽、倒角等加工。6.2.2、車床加工工件的毛坯多為圓棒料或鑄鍛件，加工余量較大，一個(gè)表面需要進(jìn)行多次反復(fù)的加工。如果對(duì)每個(gè)加工循環(huán)都編寫若

12、干個(gè)程序段就要大大增加編程的工作量。因此，為了簡化編程，機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)中備有車外圓、車端面、車螺紋等不同形式的循環(huán)功能。6.2.3、在一個(gè)程序段中可以采用絕對(duì)值編程，也可以采用增量值編程，還可以采用絕對(duì)值編程與增量值編程的混合編程。6.2.4、在數(shù)控車床的控制系統(tǒng)中，都有刀具的補(bǔ)償功能。刀具的補(bǔ)償功能為編程提供了方便。在加工過程中，對(duì)刀具位置的變化、刀具幾何形狀的變化、刀尖的圓弧半徑，編程人員可以按照工件的實(shí)際輪廓 編制程序，無需改變程序，只要將變化的尺寸或圓弧半徑輸入到存儲(chǔ)器中，刀具便能自動(dòng)補(bǔ)償。6.2.5、為了提高機(jī)床徑向尺寸加工精度，數(shù)控系統(tǒng)X向的脈沖當(dāng)量取Z向脈沖當(dāng)量的一半。6.3、

13、機(jī)床的主要參數(shù)：允許最大工件回轉(zhuǎn)直徑 500最大切削直徑 310最大切削長度 650主軸轉(zhuǎn)數(shù)范圍 353500r/min（連續(xù)無級(jí)） 其中恒扭距范圍 35437 r/min 其中恒功率范圍 4373500 r/min主軸通孔直徑 80拉管通孔直徑 65刀架有效行程 X軸：182 Z軸：675快速移動(dòng)速度 X軸：10m/min Z 軸：15m/min安裝刀具數(shù) 10把刀具規(guī)格 車刀25×25；鏜刀1245選刀方式 刀盤就近轉(zhuǎn)位分度時(shí)間 單步：0.8s；180°：2.2s尾座套筒直徑 90尾座套筒行程 130主軸交流伺服電動(dòng)機(jī) 連續(xù)11kW；30min超載15kW進(jìn)給交流伺服電

14、動(dòng)機(jī) X軸:0.9kW;Z軸：1.8kW機(jī)床外形尺寸（長×寬×高） 2995×1667×17966.4、數(shù)控系統(tǒng)的操作面板 MJ520機(jī)床操作面板6.5、數(shù)控系統(tǒng)的主要技術(shù)規(guī)格： 機(jī)床配置的FANUC-0TE系統(tǒng)的主要技術(shù)規(guī)格見表-1 表1 FANUC-0TE系統(tǒng)基本規(guī)格序號(hào)名稱規(guī)格1控制軸數(shù)X軸、Z軸，手動(dòng)方式同時(shí)僅一軸2最小設(shè)定單位X軸、Z軸0.0010.0001in3最小移動(dòng)單位X軸0.00050.00005in Z軸0.0010.0001in 4最大編程尺寸 ±9999.999 ±9999.999in 5定位執(zhí)行G00指令時(shí)機(jī)

15、床快速運(yùn)動(dòng)并減速停止在終點(diǎn)6直線插補(bǔ) G017全象限圓弧插補(bǔ)G02(順圓),G03(逆圓)8快速倍率LOW,25,50,1009手搖輪連續(xù)進(jìn)給每次僅一軸10切削進(jìn)給率G98指令每分鐘進(jìn)給量(/min)G99指令每轉(zhuǎn)進(jìn)給量(/r)11進(jìn)給倍率從0150范圍內(nèi)以10遞增12自動(dòng)加/減速快速移動(dòng)時(shí)依比例加/減速,切削時(shí)依指數(shù)加/減速13暫停G04(09999.999s)14空運(yùn)行空運(yùn)行時(shí)為連續(xù)進(jìn)給15進(jìn)給保持在自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)下暫停X軸、Z軸進(jìn)給,按程序啟動(dòng)按鈕可以恢復(fù)自動(dòng)運(yùn)行16主軸速度命令主軸轉(zhuǎn)速由地址S和4位數(shù)字指令指定17刀具功能由地址T和2位數(shù)刀具編號(hào)2位數(shù)刀具補(bǔ)償號(hào)組成18輔助功能由地址M和

16、兩位數(shù)字組成,每個(gè)程序段只能指令一個(gè)M碼19坐標(biāo)系統(tǒng)設(shè)定G5020絕對(duì)值/增量值混合編程絕對(duì)值編程和增量值編程可在同一程序段中使用21程序號(hào)O4位數(shù)字(EIA標(biāo)準(zhǔn)),:4位數(shù)字(ISO標(biāo)準(zhǔn))22序列號(hào)查找使用MDI和CRT查找程序中的順序號(hào)23程序號(hào)查找使用MDI和CRT查找0或(:)后面4位數(shù)字的程序號(hào)24讀出器/穿孔機(jī)接口PPR便攜式紙帶讀出器25紙帶讀出器250字符/s(50Hz),300字符/s(60Hz)26紙帶代碼EIA(RS-244A),ISO(R-40)27程序跳段將機(jī)床上該功能開關(guān)置于“ON”位置時(shí),跳過程序中帶“/”的程序段28單步程序執(zhí)行使程序一段一段的執(zhí)行29程序保護(hù)存

17、儲(chǔ)器內(nèi)的程序不能修改30工作程序的存儲(chǔ)和編輯80m/264ft31可寄存程序63個(gè)32緊急停止按下緊急停止按鈕,所有指令停止,機(jī)床也停止運(yùn)動(dòng)33機(jī)床鎖定僅滑板不能移動(dòng)34可編程控制器PMC-L型35顯示語言英文36環(huán)境條件環(huán)境溫度:運(yùn)行045;運(yùn)輸和保管2060相對(duì)濕度:低于757、編程要點(diǎn)7.1、坐標(biāo)系的設(shè)定工件安裝在卡盤上，機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系一般是不重合的。為了便于編程，必須首先設(shè)定工作坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系不重合。1、 機(jī)床坐標(biāo)系。MJ-50數(shù)控機(jī)床的機(jī)床坐標(biāo)系及機(jī)床參考點(diǎn)與機(jī)床原點(diǎn)的相對(duì)位置如下圖。 數(shù)控機(jī)床開機(jī)時(shí)，必須先確定機(jī)床參考點(diǎn)，只有機(jī)床參考點(diǎn)確定以后，車刀移動(dòng)有依據(jù)

18、，否則，不僅編程無基準(zhǔn)，還會(huì)發(fā)生碰撞事故。機(jī)床參考點(diǎn)的位置由設(shè)置在機(jī)床X向.，Z向滑板上的擋塊通過行程開關(guān)來確定。當(dāng)?shù)都芊祷貦C(jī)床參考點(diǎn)時(shí)，裝在X向和Z向滑板上的兩擋塊分別壓下對(duì)應(yīng)的開關(guān)，向數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出信號(hào)，停止滑板運(yùn)動(dòng)，即完成了返回機(jī)床參考點(diǎn)的操作。在機(jī)床通電之后，刀架返回參考點(diǎn)之前，不論刀架處于什么位置，此時(shí)CRT屏幕上顯示的X，Z坐標(biāo)值均為0。當(dāng)完成了返回機(jī)床參考點(diǎn)的操作后，CRT屏幕上立即顯示出刀架中心在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，即建立機(jī)床坐標(biāo)系。機(jī)床參考點(diǎn)在以下三種情況下必須設(shè)定:（1） 機(jī)床關(guān)機(jī)以后重新接通電源開關(guān)。（2） 機(jī)床解除急停狀態(tài)。（3） 機(jī)床解除超程報(bào)警信號(hào)。 在以上三種情況

19、下，數(shù)控系統(tǒng)失去對(duì)機(jī)床參考點(diǎn)的記憶，以此必須進(jìn)行返回機(jī)床參考點(diǎn)的操作。2 、工作坐標(biāo)系的設(shè)定。當(dāng)采用絕對(duì)值編程時(shí)，必須首先設(shè)定工作坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系不重合。工作坐標(biāo)系是用于確定工件幾何圖形上各幾何要素的位置而建立的坐標(biāo)系，是在編程時(shí)使用的，工作坐標(biāo)系的原點(diǎn)就是工作原點(diǎn)，是人為設(shè)置的。數(shù)控車床工作原點(diǎn)一般設(shè)在主軸中心線與工件左端面或右端面的交點(diǎn)處。設(shè)定工件坐標(biāo)系就是以工件原點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，確定刀具起始點(diǎn)的坐標(biāo)值。工件坐標(biāo)系設(shè)定后，CRT屏幕上顯示的是車刀刀尖相對(duì)于工件原點(diǎn)的坐標(biāo)系。編程時(shí)，工件各尺寸的坐標(biāo)值是相對(duì)于工件原點(diǎn)而言的，因此，數(shù)控車床的工件原點(diǎn)又是程序原點(diǎn)。 工件原點(diǎn)設(shè)定在工件

20、左端面的中心還是右端面的中心，主要是考慮工件圖樣上的尺寸能夠方便地?fù)Q算成坐標(biāo)值，以便與編程。車床刀架的換刀點(diǎn)是指刀架轉(zhuǎn)位換刀時(shí)所在的位置。換刀點(diǎn)是任意一點(diǎn)，可以和刀具起始點(diǎn)重合。它的設(shè)定原則是：刀架轉(zhuǎn)位時(shí)不碰撞工件和機(jī)床上其他部件。換刀點(diǎn)的坐標(biāo)值一般用實(shí)測(cè)的方法來設(shè)定。8、FANUC系統(tǒng)編程及加工 FANUC系統(tǒng)操作面板8.1、數(shù)控車床編程加工方案確定8.1.1確定加工方案的原則 加工方案又稱工藝方案，數(shù)控機(jī)床的加工方案包括制定工序、工步及走刀路線等內(nèi)容。 在數(shù)控機(jī)床加工過程中，由于加工對(duì)象復(fù)雜多樣，特別是輪廓曲線的形狀及位置千變?nèi)f化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影響，在對(duì)具體零件制定

21、加工方案時(shí)，應(yīng)該進(jìn)行具體分析和區(qū)別對(duì)待，靈活處理。只有這樣，才能使所制定的加工方案合理，從而達(dá)到質(zhì)量優(yōu)、效率高和成本低的目的。  制定加工方案的一般原則為：先粗后精，先近后遠(yuǎn)，先內(nèi)后外，程序段最少，走刀路線最短以及特殊情況特殊處理。1.1先粗后精     為了提高生產(chǎn)效率并保證零件的精加工質(zhì)量，在切削加工時(shí)，應(yīng)先安排粗加工工序，在較短的時(shí)間內(nèi)，將精加工前大量的加工余量去掉，同時(shí)盡量滿足精加工的余量均勻性要求。      當(dāng)粗加工工序安排完后，應(yīng)接著安排換刀后進(jìn)行的半精加工和精加工。其中，安排半精加工的目的

22、是，當(dāng)粗加工后所留余量的均勻性滿足不了精加工要求時(shí)，則可安排半精加工作為過渡性工序，以便使精加工余量小而均勻。     在安排可以一刀或多刀進(jìn)行的精加工工序時(shí)，其零件的最終輪廓應(yīng)由最后一刀連續(xù)加工而成。這時(shí)，加工刀具的進(jìn)退刀位置要考慮妥當(dāng)，盡量不要在連續(xù)的輪廓中安排切人和切出或換刀及停頓，以免因切削力突然變化而造成彈性變形，致使光滑連接輪廓上產(chǎn)生表面劃傷、形狀突變或滯留刀痕等疵病。   1.2先近后遠(yuǎn)     這里所說的遠(yuǎn)與近，是按加工部位相對(duì)于對(duì)刀點(diǎn)的距離大小而言的。在一般情況下，特

23、別是在粗加工時(shí)，通常安排離對(duì)刀點(diǎn)近的部位先加工，離對(duì)刀點(diǎn)遠(yuǎn)的部位后加工，以便縮短刀具移動(dòng)距離，減少空行程時(shí)間。對(duì)于車削加工，先近后遠(yuǎn)有利于保持毛坯件或半成品件的剛性，改善其切削條件。   1.3先內(nèi)后外     對(duì)既要加工內(nèi)表面(內(nèi)型、腔)，又要加工外表面的零件，在制定其加工方案時(shí)，通常應(yīng)安排先加工內(nèi)型和內(nèi)腔，后加工外表面。這是因?yàn)榭刂苾?nèi)表面的尺寸和形狀較困難，刀具剛性相應(yīng)較差，刀尖(刃)的耐用度易受切削熱影響而降低，以及在加工中清除切屑較困難等。1.4走刀路線最短   確定走刀路線的工作重點(diǎn)，主要用于確定粗加工及

24、空行程的走刀路線，因精加工切削過程的走刀路線基本上都是沿其零件輪廓順序進(jìn)行的。     走刀路線泛指刀具從對(duì)刀點(diǎn)(或機(jī)床固定原點(diǎn))開始運(yùn)動(dòng)起，直至返回該點(diǎn)并結(jié)束加工程序所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、切出等非切削空行程。     在保證加工質(zhì)量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路線，不僅可以節(jié)省整個(gè)加工過程的執(zhí)行時(shí)間，還能減少一些不必要的刀具消耗及機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)滑動(dòng)部件的磨損等。     優(yōu)化工藝方案除了依靠大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)外，還應(yīng)善于分析，必要時(shí)可輔以一些簡單計(jì)算。

25、     上述原則并不是一成不變的，對(duì)于某些特殊情況，則需要采取靈活可變的方案。如有的工件就必須先精加工后粗加工，才能保證其加工精度與質(zhì)量。這些都有賴于編程者實(shí)際加工經(jīng)驗(yàn)的不斷積累與學(xué)習(xí)。8.2、加工路線與加工余量的關(guān)系     在數(shù)控車床還未達(dá)到普及使用的條件下，一般應(yīng)把毛坯件上過多的余量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。如必須用數(shù)控車床加工時(shí)，則要注意程序的靈活安排。安排一些子程序?qū)τ嗔窟^多的部位先作一定的切削加工。對(duì)大余量毛坯進(jìn)行階梯切削時(shí)的加工路線。8.3、車螺紋時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速 &

26、#160;  數(shù)控車床加工螺紋時(shí)，因其傳動(dòng)鏈的改變，原則上其轉(zhuǎn)速只要能保證主軸每轉(zhuǎn)一周時(shí)，刀具沿主進(jìn)給軸(多為Z軸)方向位移一個(gè)螺距即可，不應(yīng)受到限制。但數(shù)控車床加工螺紋時(shí)，會(huì)受到以下幾方面的影響：   8.3.1、螺紋加工程序段中指令的螺距(導(dǎo)程)值，相當(dāng)于以進(jìn)給量（mm/r）表示的進(jìn)給速度F，如果將機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速選擇過高，其換算后的進(jìn)給速度(mm/min)則必定大大超過正常值； 8.3.2、刀具在其位移的始/終，都將受到伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)升/降頻率和數(shù)控裝置插補(bǔ)運(yùn)算速度的約束，由于升/降頻特性滿足不了加工需要等原因，則可能因主進(jìn)給運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生出的“超前”和“滯后”而導(dǎo)致

27、部分螺牙的螺距不符合要求； 8. 3.3、車削螺紋必須通過主軸的同步運(yùn)行功能而實(shí)現(xiàn)，即車削螺紋需要有主軸脈沖發(fā)生器(編碼器)。當(dāng)其主軸轉(zhuǎn)速選擇過高，通過編碼器發(fā)出的定位脈沖(即主軸每轉(zhuǎn)一周時(shí)所發(fā)出的一個(gè)基準(zhǔn)脈沖信號(hào))將可能因“過沖”(特別是當(dāng)編碼器的質(zhì)量不穩(wěn)定時(shí))而導(dǎo)致工件螺紋產(chǎn)生亂扣。     因此，車螺紋時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速的確定應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則：    1.在保證生產(chǎn)效率和正常切削的情況下，宜選擇較低的主軸轉(zhuǎn)速；2.當(dāng)螺紋加工程序段中的導(dǎo)入長度1和切出長度2考慮比較充裕，即螺紋進(jìn)給距離超過圖樣上規(guī)定螺紋的長度較大時(shí)，可選擇適

28、當(dāng)高一些的主軸轉(zhuǎn)速；    3.當(dāng)編碼器所規(guī)定的允許工作轉(zhuǎn)速超過機(jī)床所規(guī)定主軸的最大轉(zhuǎn)速時(shí)，則可選擇盡量高一些的主軸轉(zhuǎn)速；    4.通常情況下，車螺紋時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速(n螺)應(yīng)按其機(jī)床或數(shù)控系統(tǒng)說明書中規(guī)定的計(jì)算式進(jìn)行確定，其計(jì)算式多為： n螺n允L(rmin)  式中n允編碼器允許的最高工作轉(zhuǎn)速(rmin)； L工件螺紋的螺距(或?qū)С?，mm)。8.4、數(shù)控車床的編程特點(diǎn)8.4.1、在一個(gè)程序段中，根據(jù)圖樣上標(biāo)注的尺寸，可以采用絕對(duì)值編程、增量值編程或二者混合編程。8.4.2、由于被加工零件的徑向尺寸在圖樣

29、上和測(cè)量時(shí)，都是以直徑值表示。所以直徑方向用絕對(duì)值編程時(shí)，X以直徑值表示，用增量值編程時(shí)，以徑向?qū)嶋H位移量的二倍值表示，并附上方向符號(hào)(正向可以省略)。8.4.3、為提高工件的徑向尺寸精度，X向的脈沖當(dāng)量取Z向的一半。8.4.4、由于車削加工常用棒料或鍛料作為毛坯，加工余量較大，所以為簡化編程，數(shù)控裝置常具備不同形式的固定循環(huán)，可進(jìn)行多次重復(fù)循環(huán)切削。8.4.5、編程時(shí)，常認(rèn)為車刀刀尖是一個(gè)點(diǎn)，而實(shí)際上為了提高刀具壽命和工件表面質(zhì)量，車刀刀尖常磨成一個(gè)半徑不大的圓弧，因此為提高工件的加工精度，當(dāng)編制圓頭刀程序時(shí)，需要對(duì)刀具半徑進(jìn)行補(bǔ)償。大多數(shù)數(shù)控車床都具有刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償功能(G41、G42)

30、這類數(shù)控車床可直接按工件輪廓尺寸編程。對(duì)不具備刀具半徑自動(dòng)補(bǔ)償功能的數(shù)控車床，編程時(shí)，需先計(jì)算補(bǔ)償量。表02準(zhǔn) 備 功 能序號(hào)代碼組別功能1234G00G01G02G0301010101快速定位直線插補(bǔ)圓弧插補(bǔ)順時(shí)針圓弧插補(bǔ)逆時(shí)針56G04G100000暫停數(shù)據(jù)設(shè)定78G20G210606英制輸入米制輸入910G25G260808主軸速度波動(dòng)檢測(cè)斷主軸速度波動(dòng)檢測(cè)通1112G27G280000參考點(diǎn)返回檢查參考點(diǎn)返回13G3201螺紋切削141516G40G41G42070707取消刀尖半徑補(bǔ)償?shù)都獍霃阶笱a(bǔ)償?shù)都獍霃接已a(bǔ)償1718G50G650000坐標(biāo)系設(shè)定，主軸最大速度設(shè)定調(diào)用宏指令192

31、02122232425G70G71G72G73G74G75G7600000000000000精車循環(huán)外圓粗車循環(huán)端面粗車循環(huán)固定形狀粗車循環(huán)端面鉆孔循環(huán)外圓車槽循環(huán)多頭螺紋循環(huán)262728G90G92G94010101外圓切削循環(huán)螺紋切削循環(huán)端面切削循環(huán)29303132G96G97G98G99主軸橫線速控制取消主軸橫線速控制每分鐘進(jìn)給每轉(zhuǎn)進(jìn)給 表03輔 助 功 能序號(hào)代碼功能1M00程序停止2M01選擇停止3M02程序結(jié)束4M03主軸正轉(zhuǎn)5M04主軸反轉(zhuǎn)6M05主軸停止7M08冷卻液開8M09冷卻液關(guān)9M23切削螺紋10M24切削螺紋不倒角11M25誤差檢測(cè)12M26誤差檢測(cè)取消13M30復(fù)位

32、并返回程序開始14M98調(diào)用子程序15M99返回主程序9、零件工藝分析 軸類工件的毛坯有鑄件，鍛件和圓棒料，最常見的是圓棒料。粗加工時(shí)，根據(jù)圖樣尺寸，盡可能先將其車成階臺(tái)軸，再用適當(dāng)?shù)姆椒ūM快去除余量較大的部分（如圓弧部分，圓錐部分），并采取大切削深度，大走刀量，適當(dāng)?shù)那邢魉俣瓤焖偃コ嗔?。精車余量?yīng)視情況分別選取，一般有熱處理要求或較長的工件，余量應(yīng)在23mm，若只是一次安裝，余量應(yīng)在0.51mm之間。表04切削用量加工內(nèi)容主軸轉(zhuǎn)速S進(jìn)給速度F(/r)(r/min)(m/min)粗車2800150 0.25精車2800 150 0.25切槽80080 0.08切螺紋(牙深K=2.598)80

33、0 1.20.2 本設(shè)計(jì)所要加工的零件圖 9.1、工藝毛坯為直徑60的棒料。該零件需要加工的有外圓、外槽、螺紋和圓弧，外形結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，圓弧連接較多，加工時(shí)注意刀具的選擇，分粗加工、精加工兩道工序完成加工，夾緊方式采用通用三爪卡盤。根據(jù)零件的尺寸標(biāo)注特點(diǎn)及基準(zhǔn)統(tǒng)一的原則，編程原點(diǎn)選擇零件右端點(diǎn)的中心。該工件的大外圓直徑56需要加工，所以采用預(yù)設(shè)工藝夾頭裝夾的方法，一夾一頂車削工件。9.1.1、確定工件的裝夾方式及加工工藝路線以工件左端面及工藝夾頭為安裝基準(zhǔn)，夾于車床卡盤上，以零件的左端面中心為工件坐標(biāo)系原點(diǎn)。該工件加工工藝路線為：1、 粗加工工藝路線 粗車外圓各部分，留精車余量。2、 精加工工藝

34、路線 精車右端面精車螺紋外圓精車26外圓精車錐面精車36外圓精車R25圓弧精車S50圓弧精車R15圓弧精車34外圓精車錐面精車56外圓。 車M30×1.5螺紋。9.1.2、刀具選擇 根據(jù)加工要求，選外圓粗、精車刀和螺紋車刀各一把。其中1號(hào)刀為外圓粗車刀。2號(hào)刀為外圓精車刀，3號(hào)刀為螺紋車刀。注意選擇換刀點(diǎn)以刀具不碰到工件為原則。9.1.3、 填寫加工工藝卡片各工序所用刀具及切削用量見表加工工藝卡片9.2、加工程序N10 M03 T0101 S400；N02 G00 X60.0 Z10.0；N30 G73 P40 Q170 I30.0 K9.0 D7 U1.0 W1.0 F0.15；

35、粗車復(fù)合固定循環(huán)N40 G00 X24.8；N50 G01 Z1.0 F0.1； 倒角起點(diǎn)N60 X29.8 W-2.0； 倒角N70 Z-18.0； 精車螺紋外圓N80 X25.90 Z-20.0； 倒角N90 Z-25.0； 精車26外圓N100 X35.99 W-10.0； 精車錐面N110 W-10.0； 精車36外圓N120 G02 X21.0 W-23.05 R25.0； 精車R25圓弧N130 G03 X21.15 Z-99.42 R25.0； 精車S50圓弧N140 G02 X33.99 Z-108.0 R15.0； 精車R15圓弧N150 G01 W-5.0； 精車34外圓N

36、160 X55.985 Z-156.0； 精車錐面 N170 Z-165.0； 精車56外圓N180 G00 X100.0 Z50.0； 退刀N190 T0202 S800； 換精車刀N200 G70 P70 Q200； 精車循環(huán)N210 G00 X100.0 Z50.0 M09； 退刀N220 T0303 S400； 換螺紋車刀N230 G00 X35.0 Z10.0；N240 G92 X29.2 Z-22.0 F1.5； 加工螺紋N250 X28.7；N260 X28.3；N270 X28.05；N280 G00 X100.0 Z100.0 T0300； 退刀N290 M05；N300 M

37、30； 程序結(jié)束并返回10、數(shù)控車床發(fā)展趨勢(shì)智能化數(shù)控系統(tǒng)10.1、國內(nèi)外數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展概況 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達(dá)國家投入巨資，對(duì)現(xiàn)代制造技術(shù)進(jìn)行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現(xiàn)代制造系統(tǒng)中，數(shù)控技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù)，它集微電子、計(jì)算機(jī)、信息處理、自動(dòng)檢測(cè)、自動(dòng)控制等高新技術(shù)于一體，具有高精度、高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)，對(duì)制造業(yè)實(shí)現(xiàn)柔性自動(dòng)化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。 長期以來，我國的數(shù)控系統(tǒng)為傳統(tǒng)的封閉式體系結(jié)構(gòu)，CNC只能作為非智能的機(jī)床運(yùn)動(dòng)控制器。在實(shí)際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動(dòng)編程系統(tǒng)進(jìn)行編制。CAD/CAM和CNC之

38、間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，無法在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下根據(jù)外部干擾和隨機(jī)因素實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機(jī)修正CAD/CAM中的設(shè)定量，因而影響CNC的工作效率和產(chǎn)品加工質(zhì)量。由此可見，傳統(tǒng)CNC系統(tǒng)的這種固定程序控制模式和封閉式體系結(jié)構(gòu)，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展。因此，已不適應(yīng)日益復(fù)雜的制造過程，對(duì)數(shù)控技術(shù)實(shí)行變革勢(shì)在必行。10.2、數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)10.2.1、性能發(fā)展方向 高速高精高效化速度、精度和效率是機(jī)械制造技術(shù)的關(guān)鍵性能指標(biāo)。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統(tǒng)以及帶高分辨率絕對(duì)式檢測(cè)元件的交流數(shù)字伺服系統(tǒng)，同時(shí)采取了改善機(jī)床動(dòng)態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機(jī)床的高

39、速高精高效化已大大提高。柔性化包含兩方面：數(shù)控系統(tǒng)本身的柔性，數(shù)控系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，功能覆蓋面大，可裁剪性強(qiáng)，便于滿足不同用戶的需求；群控系統(tǒng)的柔性，同一群控系統(tǒng)能依據(jù)不同生產(chǎn)流程的要求，使物料流和信息流自動(dòng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統(tǒng)的效能。工藝復(fù)合性和多軸化以減少工序、輔助時(shí)間為主要目的的復(fù)合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床的工藝復(fù)合化是指工件在一臺(tái)機(jī)床上一次裝夾后，通過自動(dòng)換刀、旋轉(zhuǎn)主軸頭或轉(zhuǎn)臺(tái)等各種措施，完成多工序、多表面的復(fù)合加工。數(shù)控技術(shù)軸，西門子880系統(tǒng)控制軸數(shù)可達(dá)24軸。10.2.2、功能發(fā)展方向用戶界面圖形化用戶界面是數(shù)控系統(tǒng)與使用者之間的對(duì)

40、話接口。由于不同用戶對(duì)界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計(jì)算機(jī)軟件研制中最困難的部分之一。當(dāng)前INTERNET、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化及多媒體等技術(shù)也對(duì)用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進(jìn)行操作，便于藍(lán)圖編程和快速編程、三維彩色立體動(dòng)態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動(dòng)態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn) 科學(xué)計(jì)算可視化科學(xué)計(jì)算可視化可用于高效處理數(shù)據(jù)和解釋數(shù)據(jù)，使信息交流不再局限于用文字和語言表達(dá)，而可以直接使用圖形、圖像、動(dòng)畫等可視信息?？梢暬夹g(shù)與虛擬環(huán)境技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)一步拓寬了應(yīng)用領(lǐng)域，如無圖紙?jiān)O(shè)計(jì)、虛擬樣機(jī)技術(shù)等，這對(duì)縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期、提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低產(chǎn)品成本具有重要意義。在數(shù)控技術(shù)領(lǐng)域，可視化