閥的組合設計與數控加工畢業論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 (4)刀具長度補償功能此功能可以自動補償刀具的長短，以適應加工中對刀具長度尺寸調整的要求。(5)比例及鏡像加工功能比例功能可將編好的加工程序按指定比例改變坐標值來執行。鏡像加工又稱軸對稱加工，如果一個零件的形狀關于坐標軸對稱，那么只要編出一個或兩個象限的程序，而其余象限的輪廓就可以通過鏡像加工來實現。(6)旋轉功能該功能可將編好的加工程序在加工平面內旋轉任意角度來執行。(7)子程序調用功能有些零件需要在不同的位置上重復加工同樣的輪廓形狀，將這一輪廓形狀的加工程序作為子程序，在需要的位置上重復調用，就可以完成對該零件的加工。(8)宏程序功能17該功能可用一個總指令代表實現某一功能的一系列指令，并能對變量進行運算，使程序更具靈活性和方便性。 數控銑床的加工范圍銑削加工是機械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面銑削和輪廓銑削，也可以對零件進行鉆、擴、鉸、鏜、鍃加工及螺紋加工等。數控銑削主要適合于下列幾類零件的加工。平面累零件是指加工面平行或垂直于水平，以及加工面于水平面的夾角為一定值的零件，這類加工面可展開為平面。如圖 41 所示的三個零件均為平面類零件。其中，曲線輪廓面 a 垂直于水平面，可采用圓柱立銑刀加工。凸臺側面 b 與水平面成一定角度，這類加工面可以采用專用的角度成型銑刀來加工。對于斜面 c，當工件尺寸不大時，可用斜板墊平后加工；當工件尺寸很大，斜面坡度又較小時，也常用行切加工法加工，這時會在加工面上留下進刀時的刀鋒殘留痕跡，要用鉗修方法加以清除。圖 41 平面類零件直紋曲面類零件是指由直線依某種規律移動產生的曲面類零件。如圖 42 所示零件的加工就是一種直紋曲面，當直紋曲面從截面（1）至截面(2)變化時，其與水平面間的夾角從 30 度 10 分均勻變化為 2 度 32 分，從截面（2）到截面（3）時，有均勻變化為 1 度 20 分，最后到截面（4） ，斜角均勻變化為 0 度。直紋曲面類零件的加工面不能展開為平面。當采用四坐標或五坐標數控銑床加工直紋曲面類零件時，加工面與銑刀圓周接觸的瞬間為一條直線。這類零件也可以在三坐標數控銑床上采用行加工法實現近似加工。18圖 42 直紋曲面類零件加工面為空間的零件稱為立體曲面類零件。這類零件的加工面不能展成平面，一般使用球頭銑刀切削，加工面與銑刀始終為點接觸，若采用其他刀具加工，易于產生干涉而銑傷臨近表面。加工立體曲面類零件一般使用三坐標數控銑床，采用以下兩種加工方法。(1)行切法加工采用三坐標數控銑床進行二軸半坐標控制加工，即行切法加工。如圖 43 所示，球頭銑刀沿 XY 平面的曲線進行直線插補加工，當一段曲線加工完后，沿 X 方向進給⊿X 再加工相鄰的另一曲面，如此依次用平面曲線來逼近整個曲面，相鄰兩曲線間的距離⊿X 應根據表面粗糙度的要求及球頭銑刀的半徑選取。球頭銑刀的球半徑應盡可能選得大一些，以增加道具剛度，提高散熱性，降低表面粗糙度值。加工凹圓弧時的銑刀球頭半徑必須小于被加工曲面的最小曲率半徑。圖 43 行切加工法(2)三坐標聯動加工采用三坐標數控銑床三聯動加工，即進行空間直線插補。如半球形，也可以用三坐標聯動的方法加工。這里，數控銑床用 X、Y、Z 三坐標聯動的空間直線插補，實現球面加工。 19圖 44 三坐標聯動加工法 數控機床的分類及工作原理 數控機床的分類(1)點位控制系統 點位控制系統是指數控系統只控制刀具或機床工作臺，從一點淮確地移動到另一點，而點與點之間運動的軌跡不需要嚴格控制的系統。為了減少移動部件的運動與定位時間，一般先以快速移動到終點附近位置，然后以低速準確移動到終點定位位置，以保證良好的定位精度。移動過程中刀具不進行切削。使用這類控制系統的主要有數控坐標鏜床、數控鉆床、數控沖床等。(2)點位直線控制系統點位直線控制系統是指數控系統不僅控制刀具或工作臺從一個點準確地移動到下一個點，而且保證在兩點之間的運動軌跡是一條直線的控制系統。刀具移動過程可以進行切削。應用這類控制系統的有數控車床、數控鉆床和數控銑床等。(3)輪廓控制系統 輪廓控制系統也稱連續切削控制系統，是指數控系統能夠對兩個或兩個以上的坐標軸同時進行嚴格連續控制的系統。它不僅能控制移動部件從一個點淮確地移動到另一個點，而且還能控制整個加工過程每一點的速度與位移量，將零件加工成一定的輪廓形狀。應用這類控制系統的有數控銑床、數控車床、數控齒輪加工機床和加工中心等。(1)開環控制數控機床開環控制系統的特征是系統中沒有檢測反饋裝置，指令信息單方向傳送，并且指令發出后，不再反饋回來，故稱開環控制。受步進電動機的步距精度和工作頻率以及傳動機構的傳動精度影響，開環系統的20速度和精度都較低。但由于開環控制結構簡單，調試方便，容易維修，成本較低，仍被廣泛應用于經濟型數控機床上。(2)半閉環控制數控機床半閉環控制數控機床不是直接檢測工作臺的位移量，而是采用轉角位移檢測元件，測出伺服電動機或絲杠的轉角，推算出工作臺的實際位移量，反饋到計算機中進行位置比較，用比較的差值進行控制。由于反饋環內沒有包含工作臺，故稱半閉環控制。半閉環控制精度較閉環控制差，但穩定性好，成本較低，調試維修也較容易，兼顧了開環控制和閉環控制兩者的特點，因此應用比較普通。(3)閉環控制數控機床閉環控制系統的特點是，利用安裝在工作臺上的檢測元件將工作臺實際位移量反饋到計算機中，與所要求的位置指令進行比較，用比較的差值進行控制，直到差值消除為止。可見，閉環控制系統可以消除機械傳動部件的各種誤差和工件加工過程中產生的干擾的影響，從而使加工精度大大提高。速度檢測元件的作用是將伺服電動機的實際轉速變換成電信號送到速度控制電路中，進行反饋校正，保證電動機轉速保持恒定不變。常用速度檢測元件是測速電動機。閉環控制的特點是加工精度高，移動速度快。這類數控機床采用直流伺服電動機或交流伺服電動機作為驅動元件，電動機的控制電路比較復雜，檢測元件價格昂貴。因而調試和維修比較復雜，成本高。按工藝用途分類，數控機床可分為數控鉆床、車床、銑床、鏜床、磨床和齒輪加工機床等，還有壓床、沖床、彎管機、電火花切割機、火焰切割機等。加工中心是帶有刀庫及自動換刀裝置的數控機床，它可以在一臺機床上實現多種加工。工件一次裝夾，可完成多種加工，既節省輔助工時，又提高加工精度。加工中心特別適用于箱體、殼體的加工。車削加工中心可以完成所有回轉體零件的加工。 數控機床的結構及各部件工作原理數控機床由程序編制及程序載體、輸入裝置、數控裝置（CNC）、伺服驅動及位置檢測、輔助控制裝置、機床本體等幾部分組成。 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。21編制程序的工作可由人工進行；對于形狀復雜的零件，則要在專用的編程機或通用計算機上進行自動編程（APT）或 CAD/CAM 設計。編好的數控程序，存放在便于輸入到數控裝置的一種存儲載體上，它可以是穿孔紙帶、磁帶和磁盤等，采用哪一種存儲載體，取決于數控裝置的設計類型。輸入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入數控系統內。根據控制存儲介質的不同，輸入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入數控系統；數控加工程序還可由編程計算機用 RS232C 或采用網絡通信方式傳送到數控系統中。零件加工程序輸入過程有兩種不同的方式：一種是邊讀入邊加工（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入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。 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形狀和尺寸的要求進行運動，即按圖形軌跡移動。但輸入的零件加工程序只能是各線段軌跡的起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，也就是在線段的起點和終點坐標值之間進行“數據點的密化” ，求出一系列中間點的坐標值，并向相應坐標輸出脈沖信號，控制各坐標軸（即進給運動的各執行元件）的進給速度、進給方向和進給位移量等。 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。驅動裝置包括控制器（含功率放大器）和執行機構兩大部分。目前大都采用直流或交流伺服電動機作為執行機構。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，經反饋系統輸入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。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22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。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。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作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。 數控插補原理插補原理：在實際加工中，被加工工件的輪廓形狀千差萬別，嚴格說來，為了滿足幾何尺寸精度的要求，刀具中心軌跡應該準確地依照工件的輪廓形狀來生成，對于簡單的曲線數控系統可以比較容易實現，但對于較復雜的形狀，若直接生成會使算法變得很復雜，計算機的工作量也相應地大大增加，因此，實際應用中，常采用一小段直線或圓弧去進行擬合就可滿足精度要求(也有需要拋物線和高次曲線擬合的情況)，這種擬合方法就是“插補” ，實質上插補就是數據密化的過程。 插補的任務是根據進給速度的要求，在輪廓起點和終點之間計算出若干個中間點的坐標值，每個中間點計算所需時間直接影響系統的控制速度，而插補中間點坐標值的計算精度又影響到數控系統的控制精度，因此，插補算法是整個數控系統控制的核心。插補算法經過幾十年的發展，不斷成熟，種類很多。一般說來，從產生的數學模型來分，主要有直線插補、二次曲線插補等；從插補計算輸出的數值形式來分，主要有脈沖增量插補(也稱為基準脈沖插補)和數據采樣插補。脈沖增量插補和數據采樣插補都有個自的特點，本文根據應用場合的不同分別開發出了脈沖增量插補和數據采樣插補。數字積分插補是脈沖增量插補的一種。下面將首先闡述一下脈沖增量插補的工作原理。脈沖增量插補是行程標量插補，每次插補結束產生一個行程增量，以脈沖的方式輸出。這種插補算法主要應用在開環數控系統中，在插補計算過程中不斷向各坐標軸發出互相協調的進給脈沖，驅動電機運動。一個脈沖所產生的坐標軸移動量叫做脈沖當量。脈沖當量是脈沖分配的基本單位，按機床設計的加工精度選定，普通精度的機23床一般取脈沖當量為：，較精密的機床取 1 或 。采用脈沖增量插補算法的數控系統，其坐標軸進給速度主要受插補程序運行時間的限制，一般為 1~3m/min。脈沖增量插補主要有逐點比較法、數據積分插補法等。逐點比較法最初稱為區域判別法，或代數運算法，或醉步式近似法。這種方法的原理是：計算機在控制加工過程中，能逐點地計算和判別加工偏差，以控制坐標進給，按規定圖形加工出所需要的工件，用步進電機或電液脈沖馬達拖動機床，其進給方式是步進式的，插補器控制機床。逐點比較法既可以實現直線插補也可以實現圓弧等插補，它的特點是運算直觀，插補誤差小于一個脈沖當量，輸出脈沖均勻，速度變化小，調節方便，因此在兩個坐標開環的CNC 系統中應用比較普遍。但這種方法不能實現多軸聯動，其應用范圍受到了很大限制。數字積分法插補原理:前面提到過數字積分法插補是脈沖增量插補的一種，它是用數字積分的方法計算刀具沿各坐標軸的移動量，從而使刀具沿著設定的曲線運動。實現數字積分插補計算的裝置稱為數字積分器，或數字微分器(Digital Differential Analyzer, DDA)，數字積分器可以用軟件來實現。數字積分器具有運算速度快，脈沖分配均勻，可以實現一次、二次曲線的插補和各種函數運算，而且易于實現多坐標聯動，但傳統的 DDA 插補法也有速度調節不方便，插補精度需要采取一定措施才能滿足要求的缺點，不過目前 CNC 數控系統中多采用軟件實現 DDA 插補時，可以很容易克服以上缺點，所以 DDA 插補是目前使用范圍很廣的一種插補方法。被積函數寄存器用以存放坐標值 f(t)，累加器也稱余數寄存器用于存放坐標的累加值。每當 Δt 出現一