【結(jié)合案例淺析機械加工中的數(shù)控車床工作過程7400字（論文）】

結(jié)合案例淺析機械加工中的數(shù)控車床工作過程摘要通過教學(xué)與實驗,本文已對機器人制造中的數(shù)控車床方面展開了深入研究。目前數(shù)控車床工藝已應(yīng)用于工廠、企業(yè)加工等各個領(lǐng)域,有關(guān)產(chǎn)品多以主軸、盤、節(jié)套類零部件居多,適合于加工成小批量、高性能、加工程序復(fù)雜多變的零部件的工藝類型,并對轉(zhuǎn)軸類零部件的加工圖樣展開了分解、編程等描述。圖樣采用AutoCAD設(shè)計軟件制造,并具有一定的規(guī)格標(biāo)識。盡管該零件構(gòu)造簡單,但也體現(xiàn)了數(shù)控車床的生產(chǎn)特性和車削用量大的部分工藝范圍。關(guān)鍵字:加工中心;數(shù)控車床;車削;加工中心;編程。目錄TOC\o"1-3"\u摘要 I第1章前言 51.1研究背景 51.2研究意義 61.3數(shù)控機床的相關(guān)介紹 61.3.1數(shù)控加工技術(shù)簡介 61.3.2數(shù)控機床的組成及特點 7第2章數(shù)控加工中心的概述 72.1數(shù)控加工中心的組成 72.2數(shù)控加工中心的分類 82.2.1按加工工序分類 82.2.2按控制軸數(shù)分類 92.2.3按主軸與工作臺相對位置分類 9第3章數(shù)控加工中心的刀具及編程 93.1數(shù)控加工中心編程特點 93.2數(shù)控工藝中零件的裝夾和刀具使用結(jié)論 103.2.1零件的裝夾 103.2.2刀具的選擇 113.3FANUC立式加工中心換刀指令 123.4FANUC系統(tǒng)常用指令的綜合應(yīng)用 153.5宏程序的應(yīng)用 183.5.1變量 183.5.2分支和循環(huán)語句 18第4章結(jié)論 21參考文獻 22致謝 23第1章前言1.1研究背景隨著我國制造業(yè)向著產(chǎn)業(yè)鏈高端發(fā)展，機械制造化和自動化科學(xué)技術(shù)在國家戰(zhàn)略中有著越來越重要的地位，其在推動時代進步和科學(xué)及時的發(fā)展方面有著不可替代的位置。由于在機械制造化和自動化科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域聚集了越來越多的資本，從而使得我國我國許多傳統(tǒng)行業(yè)有了進行根本性轉(zhuǎn)化的可能性，我國的各行各業(yè)在開始在此過程中不斷探索和嘗試新的生產(chǎn)方式和管理模式。在中國現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)體系中,數(shù)控系統(tǒng)技術(shù)是關(guān)鍵技術(shù),它融入了微電子、計算機科學(xué)、數(shù)據(jù)處理、手動測量、控制等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)于一身,具備了精確度、工作效率、柔性智能等技術(shù)特征,對中國制造業(yè)實施高柔性自動化、集成、高智能化,起了至關(guān)重要的影響。綜上所述,我國自動化更新?lián)Q代太慢,發(fā)展過程較長。目前,當(dāng)前我國的機械工程系正進行著根本性改造,從專用型封閉式開環(huán)控制系統(tǒng)方式向使用開放型的動態(tài)全閉環(huán)控制方式轉(zhuǎn)變。在系統(tǒng)化技術(shù)基礎(chǔ)上,數(shù)控機床進行了超薄型、超技術(shù)進步。尤其是在自動化平臺上,整合了計算機技術(shù)、多媒體、模煳推理、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等各領(lǐng)域信息技術(shù),數(shù)控機床進行了高精、高速和高效管理,在運行中能夠自行校正、調(diào)整和補償多種數(shù)據(jù),因此對于本專業(yè)的學(xué)生而言掌握機械制造化和自動化科學(xué)技術(shù)是必須學(xué)習(xí)和掌握的知識。1.2研究意義長期以來,由于傳統(tǒng)數(shù)控系統(tǒng)多采用普通的封閉式結(jié)構(gòu),因此CNC僅可當(dāng)作非智能的機械操作控制器應(yīng)用。加工過程變量由經(jīng)驗工人采用定參數(shù)方式事先確定,而加工過程在現(xiàn)場生產(chǎn)中采用手動方式,或采用CAD/CAM以及自動控制程序系統(tǒng)來編程。由于CAD/CAM與CNC相比并不是反饋控制過程,且在整體生產(chǎn)流程中的工件確定、刀具選擇、機床頻率、進給速度、工件位置、切割力度、步長和加工余量,既不能根據(jù)現(xiàn)場情況,通過外界影響和隨機因素實現(xiàn)即時的動態(tài)改變,也不能利用反饋控制過程隨時改變CAD/CAM中的設(shè)計定量,從而大大降低了CNC的生產(chǎn)制造能力與效率。由此可見,過去CNC技術(shù)的固定程序控制系統(tǒng)和封閉式的生產(chǎn)結(jié)構(gòu),嚴(yán)重制約著現(xiàn)代CNC和多變量智能控制技術(shù)的發(fā)展,并不適合于日益復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境,所以,大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為基礎(chǔ)的現(xiàn)代化生產(chǎn)技術(shù),已成為一個大國促進經(jīng)濟社會發(fā)展、增強綜合競爭力和國家影響力的重要途徑。1.3數(shù)控機床的相關(guān)介紹1.3.1數(shù)控加工技術(shù)簡介數(shù)控加工技術(shù)是指利用現(xiàn)代數(shù)字化信息技術(shù)對加工機械運動狀態(tài)進行實施操作和監(jiān)控的一類技術(shù)，通常又被稱之為數(shù)控系統(tǒng)信息技術(shù)(CNC),是一門自動管理技術(shù)。尤其是機床設(shè)計制造水平快速重復(fù)，對夾具和功能要求的需求增加，越來越多的專業(yè)人士和科學(xué)家加入研究團隊。馬江東等利用“廣義顯示原理”，將智能化概念引入夾具設(shè)計，開發(fā)了基于“自頂向下”概念的夾具設(shè)計軟件。套筒零件的夾具設(shè)計方案與傳統(tǒng)的設(shè)計方法有很大不同，可以有效提高此類零件的生產(chǎn)效率。薄壁零件是專門為普通零件設(shè)計的。使用特殊的夾具將主軸的錐度與錐孔的位置對齊，以處理薄的外圓。夾子可靠方便，能有效減少和預(yù)防。薄壁零件的變形。龍雄輝等討論了在壁面零件加工過程中夾具設(shè)計對零件加工質(zhì)量的影響，并在分析數(shù)控車床零件的制造過程中提出了解決方案?，F(xiàn)階段，我國在夾具設(shè)計研發(fā)方面取得了一些進展，但很多企業(yè)還在少量使用專用夾具或習(xí)慣使用專用夾具，適用于定位要求高的復(fù)雜異形零件。數(shù)控車床最大的優(yōu)點便是在改變機械加工零部件結(jié)構(gòu)時,通常人只要求透過向數(shù)控系統(tǒng)注入新的機械加工程式就能夠自行實現(xiàn)整體控制。1.3.2數(shù)控機床的組成及特點數(shù)控系統(tǒng)主要由數(shù)控介質(zhì)、數(shù)控裝置、伺服控制系統(tǒng),以及設(shè)備本身等四個方面所組成。數(shù)控加工的特性主要包括:加工精度高、表面質(zhì)量良好等。數(shù)控設(shè)備的分類可以按照加工工藝方法、控制運動軌跡等，按加工工藝方法分類可以分為金屬切削、特種加工類、板材加工類數(shù)控等。按控制運動軌跡分類可以分為點位控制、直線控制和輪廓控制等等。第2章數(shù)控加工中心的概述2.1數(shù)控加工中心的組成數(shù)控加工中心電氣控制系統(tǒng)主要有六個電機和相關(guān)配件組成，六個電機分別是主軸旋轉(zhuǎn)電機、刀具冷卻電機、刀庫換刀電機、加工X軸進給電機、加工Y軸進給電機和主軸Z軸進給電機。數(shù)控加工中心控制系統(tǒng)主要由可編程控制器PLC精準(zhǔn)控制刀具，將木板材料加工成所需要的三角形，本系統(tǒng)對提高一些零件加工企業(yè)生產(chǎn)，以及管理自動化水平都有著很大的幫助,同時又提高了數(shù)控機床零件生產(chǎn)效率、機床的使用壽命和質(zhì)量,從而減少了企業(yè)零件的質(zhì)量的波動。本系統(tǒng)設(shè)計效果圖如圖2.1所示。圖2.1數(shù)控加工中心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)架構(gòu)示意圖數(shù)控加工中心的控制系統(tǒng)需要更加精準(zhǔn)、快速、高效的工藝要求，以及更加精準(zhǔn)的、穩(wěn)定的控制方式，而為工業(yè)領(lǐng)域設(shè)計的PLC的能力非常符合本次系統(tǒng)，所以專門選它作為整個數(shù)控加工中心系統(tǒng)的主要控制單元。由于PLC在運動控制方面有著很高的天賦，所以用來完成整個數(shù)控加工中心系統(tǒng)的所有設(shè)備的控制與運行。因為伺服電機和步進電機在速度控制方面，以及位置控制方面都非常精確穩(wěn)定，所以這次我選擇了使用步進電機作為數(shù)控加工中心裝置的Y軸和X軸；為了可以良好的固定加工的零件，我選擇專門設(shè)計的零件放在氣缸上面。為了防止零件加工時產(chǎn)生的木屑亂飛，我還特意設(shè)計了一個安全門裝置，當(dāng)數(shù)控加工中心準(zhǔn)備對工件加工時，安全門裝置自動關(guān)閉。定位氣缸開始對所需加工的零件進行加工。當(dāng)工作臺檢測到加工工件之后，木材的定位氣缸立即動作，加工工件將木材精確定位和固定。隨后數(shù)控加工中心系統(tǒng)開始對工件進行加工。安全門防止切削飛出。數(shù)控加工中心系統(tǒng)準(zhǔn)備開始對工件進行加工時，系統(tǒng)運用它的監(jiān)視的功能，來對整個系統(tǒng)的加工的狀態(tài)進行實時的監(jiān)控。而且為了保護設(shè)備的安全，我們采用限位開關(guān)作為數(shù)控加工中心的伺服電機和步進電機的防止極限位保護裝置，用信號指示燈展示數(shù)控加工中心的運行到什么階段。2.2數(shù)控加工中心的分類2.2.1按加工工序分類加工中心按加工工序分類，可分為鏜銑與車銑兩大類。生產(chǎn)設(shè)備按生產(chǎn)過程劃分,可分成鏜鉆和車銑二大類。2.2.2按控制軸數(shù)分類按控制軸數(shù)可分為：（1）三軸加工中心（2）四軸加工中心（3）五軸加工中心2.2.3按主軸與工作臺相對位置分類(1)臥式機械加工中心:主要在主要軸軸上與工作桌平行指定的機械加工中心，主要用于機械加工箱的部件。臥式刀具中通常包括一個圓形小桌子和一個數(shù)字控制圓形工作站，可在刀子的不同方面進行處理;它還可以作為一個多坐標(biāo)的運動運行，從而形成復(fù)雜的空間曲線。(2)立式加工中心:一個機械加工設(shè)施，垂直安裝機器軸心和工作平臺，主要用于生產(chǎn)磁盤、磁盤和小型包裝等復(fù)雜部件。垂直處理中心通常沒有轉(zhuǎn)軸，而只在頂部表面安裝。垂直處理中心通常沒有轉(zhuǎn)軸，而只在頂部表面安裝。此外，還有一個安裝安裝和反制機械機械機械加工中心，包括一個安裝了軸或立方軸的機械加工中心五個鑄件部分。(3)萬能機械加工中心(又稱多軸聯(lián)合型機械加工中央):是一個機械處理裝置，使用機械機械業(yè)務(wù)主軸的連接控制和轉(zhuǎn)軸軸心的工作角度，以進行快速處理。適合制造齒輪旋轉(zhuǎn)、模具和不同軌道的空間切割。第3章數(shù)控加工中心的刀具及編程3.1數(shù)控加工中心編程特點(1)在作出適當(dāng)?shù)募夹g(shù)決定后進行生產(chǎn)工藝。(2)手工或手刀可根據(jù)大小等具體情況使用。(3)必須撥出足夠的空間來換刀。(3)為提高機械效率，應(yīng)盡可能使用飛機外預(yù)先準(zhǔn)備好機械潤滑油并將測試標(biāo)準(zhǔn)納入刀片以便利操作人員在實施方案之前修改刀子補償參數(shù)。(5)對于所準(zhǔn)備的工藝，必須仔細(xì)檢查，并在生產(chǎn)過程中對試驗進行管制。(6)在每一項行動中，應(yīng)盡可能在單獨的次級程序中組織流程，并按流程的順序?qū)Τ绦虻母鱾€部分進行編號或安放。(7)最大限度地利用機床或數(shù)字機器的技術(shù)管理系統(tǒng)在鏡像、波動、固定循環(huán)和微觀管理方面的能力以減少混合行動的工作量。(8)適當(dāng)準(zhǔn)備更換程序，并注意為第一刀的特殊程序。3.2數(shù)控工藝中零件的裝夾和刀具使用結(jié)論3.2.1零件的裝夾（1）基準(zhǔn)的選擇基準(zhǔn)選擇是制定工藝規(guī)范的重要組成部分。錨點的正確選擇和零件的質(zhì)量存在密切關(guān)系，因而很有必要進行優(yōu)化設(shè)置?；鶞?zhǔn)選擇的合理與否會直接影響到零件的質(zhì)量和效率。否則很難保證鞋碼尺寸，很多零件也無法滿足加工要求。粗基面會明顯的影響到加工余量分布情況，在設(shè)置時需要基于一定標(biāo)準(zhǔn)和原則，具體包括：相關(guān)要求原則、平衡原則、定位準(zhǔn)確，夾持可靠，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便、不要重用近似標(biāo)準(zhǔn)原則。選擇精基準(zhǔn)時，最重要的因素是工件的位置精度和夾持。選擇粗略的基準(zhǔn)一般來說，應(yīng)該遵循的原則主要如下：①基準(zhǔn)匹配②統(tǒng)一基準(zhǔn)③自籌資金原則④相互對標(biāo)在選擇精度標(biāo)尺時，必須注意如何減少工件定位誤差和裝夾次數(shù)，且有效的簡化結(jié)構(gòu)，為實現(xiàn)加工目標(biāo)提供支持和保障，便于工件裝夾。（2）夾具的選用在設(shè)計中心，不僅加裝備件，而且還應(yīng)使用定位標(biāo)準(zhǔn)作為制定部件設(shè)計原則的參考。機床夾具用于準(zhǔn)確定位工件并在切削過程中牢固地固定住工件，它是加工零件的重要工具。其主要作用是穩(wěn)定工件的相對位置，提高加工的精度，增加生產(chǎn)的總體進度，降低工作難度，最大限度地發(fā)揮機床的技術(shù)性能?？ü康姆N類很多，根據(jù)卡箍的范圍可分為通用卡箍、組卡箍、特殊卡箍和復(fù)合卡箍。根據(jù)夾鉗的供電方式，可分為手動型、電動型、磁鐵型、氣動型、液壓型、真空型等。對于相對少量的生產(chǎn)，可以使用相對常見的器具。為了增高總體生產(chǎn)能力，條件允許可以使用組合機床。生產(chǎn)大批量的產(chǎn)品，則需要利用相應(yīng)的夾具來增加生產(chǎn)能力，夾具精度必須與工藝所需要求相匹配。外殼生產(chǎn)是小批量生產(chǎn)。需要特殊裝置來提高加工過程中的生產(chǎn)率。為此，專門為生產(chǎn)線的工藝研發(fā)了一套夾具。由于外殼生產(chǎn)量較少，我們可以選用手動型專用夾具，既簡單又可以降低難度和節(jié)約所需成本。（3）零件的夾緊基于夾具的力源進行劃分，可將其劃分為不同類型，如手動、氣動、液壓夾具、電動夾具等不同類型，其各有一定適用范圍。該夾具選擇手動手柄。零件的夾緊需要考慮一下幾個問題，首先是夾持力的作用方向：1）夾持力的有效方向不得影響工件的定位精度和可靠性。2）夾持力的方向應(yīng)與工件最大剛度的方向相匹配，以減少工件的變形。3)夾持力的方向應(yīng)盡量減小所需的夾持力。其次是夾持力的作用點：1）夾持力的作用點必須能保證工件的穩(wěn)定定位，使工件不移位或變形。2)夾持力的作用點應(yīng)有助于減小夾緊變形。3）夾持力的作用點應(yīng)和的加工表面盡可能的接近，這樣可以起到更好的夾持作用。夾具對減少加工振動有重要意義。根據(jù)以上論述可知，夾持力的方向垂直于孔30的軸線，夾持力的表面代表零件的側(cè)面。結(jié)合零件的形狀，夾具零件需要壓緊光滑的表面并移動手柄以壓縮螺釘。再次是夾持力大小夾持力的大小在很大程度上與提供穩(wěn)定可靠的定位有關(guān)，這和夾緊裝置的尺寸存在密切關(guān)系。一般條件下夾持力過小，則不滿足穩(wěn)定性要求，加工時工件會產(chǎn)生不同程度的振動，相應(yīng)的定位目的也無法實現(xiàn)；相反情況下則會導(dǎo)致夾緊變形，這樣會影響到加工質(zhì)量。根據(jù)以上論述可知，應(yīng)該控制夾持力的大小適當(dāng)。具體分析可知此參數(shù)主要取決于切削阻力P和工作重量G，但必要時還必須考慮離心力和慣性力的影響。此外，夾持力也和系統(tǒng)的剛性存在相關(guān)性。在加工過程中切削阻力持續(xù)的改變，也使得夾持力無法進行準(zhǔn)確的計算。3.2.2刀具的選擇加工中心對刀具的要求:(1)具有優(yōu)異的切削性能:經(jīng)受過高速切割和無縫加工并且加工性能平穩(wěn)。(2)有較高的精確度:刀的刀具的精確度為刀具和刺刀位置的精確度與裝夾裝置的定位精確度。(3)擁有完備的工具體系:滿足多種刀具的工藝要求。加工過程中使用的加工方法，加工表面尺寸和對應(yīng)的材料，加工時的精度要求以及總體的生產(chǎn)速度、成本決定相應(yīng)的刀具。挑選時，只要有可能都利用常用的標(biāo)準(zhǔn)器具，可以根據(jù)自己的需要使用高效復(fù)合工具和其他特殊工具。齒輪箱始終使用加工過程手冊中的標(biāo)準(zhǔn)工具完成。泵殼體加工刀具采用面銑刀，而面銑刀是CNC加工并使用直柄立銑刀。根據(jù)孔的大小選擇鉆孔工具，錐柄麻花鉆主要用于鉆孔。工具材料一般采用碳素工具鋼、高速鋼、硬質(zhì)合金等，典型高速鋼的淬火硬度可達(dá)（63-67）HRC，紅硬性可達(dá)550-650。允許切削速度Vc是合金工具鋼的1～2倍，是制造各種復(fù)雜刀具的主要材料。硬質(zhì)合金的耐熱性遠(yuǎn)高于高速鋼，約為800～1000℃，允許切削速度約為高速鋼的4～10倍。雖然硬度高，但彎曲強度為1.1～1.5GPa，是高速鋼的一半，沖擊強度是高速鋼的1/25～不到1/10。綜上所述，優(yōu)質(zhì)合金用于面銑材料，高速鋼用于扭矩鉆、鉸刀、锪孔和鉆頭絲錐，以及用于梯形孔鉆削的刀尖材料。使用的鉆頭也非常堅硬，由優(yōu)質(zhì)合金制成。3.3FANUC立式加工中心換刀指令經(jīng)過程序設(shè)計和進行上述編程而使數(shù)控機床得以完成的能力,我們稱為可編程功能。編入方案的能力通常有兩種功能:刀道控制系統(tǒng)和不同軸的移動，如縱向和弧形同化、階段配對、偏移和轉(zhuǎn)換、選擇長度單位、穩(wěn)定和添加物以及反饋等，所以我們可以根據(jù)伺服驅(qū)動器反饋的信號和理論上的信號進行對比，從而對我們設(shè)計的路徑校正。在上述的輔助工具能力中,Txx用來選夾具,而Sxxxx則用來調(diào)節(jié)機床速度。而其它操作則由字母M和二個數(shù)字所構(gòu)成的M代碼來實現(xiàn)。（1）準(zhǔn)備功能本機床使用的所有準(zhǔn)備功能見表1：在圖一中我們可以發(fā)現(xiàn),G程序被分成了很多不同的一組,這也就是大多數(shù)的G程序都是模態(tài)的,所以稱為模態(tài)G程序,是說這種G程序并不是僅在當(dāng)前的程序塊中起效果,而是在今后的程序模塊中起繼續(xù)效果,直至當(dāng)前程序中還存在著另一種同組的G程序為止。即使同一組的模態(tài)G程序可以控制同一對象但產(chǎn)生了不同的效果,它們之間也是不相適應(yīng)的因為它只適用于它所屬的方案單位。當(dāng)數(shù)控加工中心系統(tǒng)突然發(fā)生急停事件，緊急按下急停按鈕時(SA3被切斷)，則系統(tǒng)會立即停止。待急停事件結(jié)束之后，急?；謴?fù)后，再按下循環(huán)啟動按鈕，則電機回復(fù)到之前狀態(tài)繼續(xù)運行。當(dāng)系統(tǒng)遇到一些其他不正常的情況的處理方式，如果當(dāng)數(shù)控加工中心的X軸的伺服進給電機出現(xiàn)超越行程的行為,伺服電機會自動鎖住，并且報警，觸摸屏自動彈出的緊急報警彈窗“報警畫面，設(shè)備越程”，緊急情況處理完畢之后自動解除報警后，則伺服電機重新回到原點C位置的初始狀態(tài)。（2）輔助功能這一功能可以通過s程序案或通過t程序方案的刀選擇方案實現(xiàn)核心調(diào)整，而其他功能可以通過方案m實現(xiàn)，客戶可以使用該方案(表2):通常情形下,每個程序段內(nèi)最多可能包含一個M程序。3.4FANUC系統(tǒng)常用命令的綜合使用實例:加工如圖3-1所要求的汽車零部件。毛坯為φ棒料,工件一般不切割。（表2）：一般情況下，一個程序段中最多可以有一個M代碼。3.4FANUC系統(tǒng)常用指令的綜合應(yīng)用實例：加工如圖3-1所示的零件。毛坯為φ52mm棒料，工件不切斷。3.5宏程序的應(yīng)用利用子程序編程則能夠重復(fù)相同的操作,并且減少了程式的編寫操作量,數(shù)控加工中心系統(tǒng)的控制程序要求數(shù)控加工刀具裝置能夠快速、精準(zhǔn)的完成零件的加工。當(dāng)系統(tǒng)啟動按鈕被按下時，需要在觸摸屏上輸入相應(yīng)的三角形邊長和加工數(shù)量，隨后工作平臺檢測有無加工工件，如果系統(tǒng)檢測到有加工工件，那么定位氣缸動作，換刀電機開始動作，換到相應(yīng)的刀具，對工件進行加工，X軸和Y軸可以同時動作。3.5.1變量一種常用的零件加工方法是G碼,并可以用數(shù)字值描述移動的位置,如:G01X100.0。通過使用用戶宏,不僅可以直接使用數(shù)據(jù)值還可以使用變量號。在使用了變量號之后,變量值既可以直接用程序更改,也可以用MDI模板更改。#2=0#1=#2+10G01X#1F3003.5.2分支和循環(huán)語句在一個編程中,控制過程可以用GOTO、或IF語句改變。有三個分支循環(huán)語句如下;GOTO語句（無條件分支）；IF語句（條件分支：IF,,then,,）；WHILE語句（循環(huán)語句while，，）。條件表示:每一個條件表示都必須要含有一條運算符,將這個運算符插在二個變量的某個常量中間,而且必須用方括號括出來,如:[表示操作符表示]。例子1:在一個十mm的正方形面板上,鉆等距等寬的一百個小孔。范例2:在一張經(jīng)過適當(dāng)處理的金屬面面上打孔,打一百個點,每行十多個字,共十行。第一行每一點的長度是上一點的長度加一。同理,第一列每一點和上一點長度加一。第4章結(jié)論隨著當(dāng)前高精密技術(shù)