數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用和發(fā)展論文(編輯修改稿)

　

【文章內(nèi)容簡介】 按控制方式分類可以分為開環(huán)控制數(shù)控機(jī)床、閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床和半閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控車床的性能指標(biāo) ⑴主要規(guī)格尺寸 數(shù)控車床主要有床身與刀架最大回轉(zhuǎn)直徑、最大車削長度、最大車削直徑等。 ⑵主軸系統(tǒng) 數(shù)控車床主軸采用直流或交流電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，具有較寬調(diào)速范圍和較高回轉(zhuǎn)精度，主軸本身剛度與抗振性比較好。現(xiàn)在數(shù)控機(jī)床主軸普遍達(dá)到5000～10000r／min甚至更高的轉(zhuǎn)速，對(duì)提高加工質(zhì)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(zhuǎn)速倍率開關(guān)調(diào)整轉(zhuǎn)速；在加工端面時(shí)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(biāo)之一。 3 給系統(tǒng) 該系統(tǒng)有進(jìn)給速度范圍、快速(空行程)速度范圍、運(yùn)動(dòng)分辨率(最小移動(dòng)增量)、定位精度和螺距范圍等主要技術(shù)參數(shù)。 進(jìn)給速度是影響加工質(zhì)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(yùn)算速度、機(jī)床動(dòng)特性和工藝系統(tǒng)剛度限制。數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度可達(dá)到10～30m／min其中最大進(jìn)給速度為加工的最大速度，最大快進(jìn)速度為不加工時(shí)3移動(dòng)的最快速度，進(jìn)給速度可通過操作面板上的進(jìn)給倍率開關(guān)調(diào)整。 脈沖當(dāng)量(分辨率)是CNC重要的精度指標(biāo)。有其兩個(gè)方面的內(nèi)容，一是機(jī)床坐標(biāo)軸可達(dá)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(gè)脈沖時(shí)坐標(biāo)軸移動(dòng)的距離，稱為實(shí)際脈沖當(dāng)量或外部脈沖當(dāng)量；二是內(nèi)部運(yùn)算的最小單位，稱之為內(nèi)部脈沖當(dāng)量，一般內(nèi)部脈沖當(dāng)量比實(shí)際脈沖當(dāng)量設(shè)置得要小，為的是在運(yùn)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(dòng)將內(nèi)部脈沖當(dāng)量轉(zhuǎn)換成外部脈沖當(dāng)量。 實(shí)際脈沖當(dāng)量決定于絲杠螺距、電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)及機(jī)械傳動(dòng)鏈的傳動(dòng)比，其計(jì)算公式為： 實(shí)際脈沖當(dāng)量＝傳動(dòng)比*絲杠螺距電動(dòng)機(jī)每轉(zhuǎn)脈沖數(shù) 數(shù)控機(jī)床的加工精度和表面質(zhì)量取決于脈沖當(dāng)量數(shù)的大小。普通數(shù)控機(jī)床的脈沖當(dāng)量—，，脈沖當(dāng)量越小，數(shù)控機(jī)床的加工精度和表面質(zhì)量越高。 定位精度和重復(fù)定位精度，定位精度是指數(shù)控機(jī)床各移動(dòng)軸在確定的終點(diǎn)所能達(dá)到的實(shí)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(cè)系統(tǒng)、進(jìn)給系統(tǒng)等的誤差，還包括移動(dòng)部件導(dǎo)軌的幾何誤差等。它將直接影響零件加工的精度。 重復(fù)定位精度是指在數(shù)控機(jī)床上，反復(fù)運(yùn)行同一程序代碼，所得到的位置精度的一致程度。重復(fù)定位精度受伺服系統(tǒng)特性、進(jìn)給傳動(dòng)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(fù)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(xiàng)非常重要的精度指標(biāo)。，重復(fù)定位精度為177。 4 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(shí)間、重復(fù)定位精度各項(xiàng)內(nèi)容。加工中心刀庫容量與換刀時(shí)間直接影響其生產(chǎn)率，換刀時(shí)間是指自動(dòng)換刀系統(tǒng)，將主軸上的刀具與刀庫刀具進(jìn)行交換所需要的時(shí)間，換刀一般可在5～20s的時(shí)間內(nèi)完成。 數(shù)控機(jī)床性能指標(biāo)還有電機(jī)、冷卻系統(tǒng)、機(jī)床外形尺寸、機(jī)床重量等。4 數(shù)控車床的特點(diǎn) 與普通車床相比，數(shù)控車床具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：1 應(yīng)性強(qiáng) 由于數(shù)控機(jī)床能實(shí)現(xiàn)多個(gè)坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，所以數(shù)控機(jī)床能加工形狀復(fù)雜的零件，特別是對(duì)于可用數(shù)學(xué)方程式和坐標(biāo)點(diǎn)表示的零件，加工非常方便。更換加工零件時(shí)，數(shù)控機(jī)床只需更換零件加工的NC程序。 2 工質(zhì)量穩(wěn)定 對(duì)于同一批零件，由于使用同一機(jī)床和刀具及同一加工程序，刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡完全相同這就保證了零件加工的一致性好，且質(zhì)量穩(wěn)定。3 率高 數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速及進(jìn)給范圍比普通機(jī)床大。目前數(shù)控機(jī)床最高進(jìn)給速度可達(dá)到100m/min以上。一般來說，數(shù)控機(jī)床的生產(chǎn)能力約為普通機(jī)床的三倍，甚至更高。數(shù)控機(jī)床的時(shí)間利用率高達(dá)90％，而普通機(jī)床僅為30％～50％。 ⑷精度高 數(shù)控機(jī)床有較高的加工精度，～。數(shù)控機(jī)床的加工精度不受零件復(fù)雜程度的影響，機(jī)床傳動(dòng)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(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。因此，數(shù)控機(jī)床的定位精度比較高。 ⑸減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 在輸入程序并啟動(dòng)后，數(shù)控機(jī)床就自動(dòng)地連續(xù)加工，直至完畢。這樣就簡化了工人的操作，使勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低。 還有能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)、產(chǎn)生良好的經(jīng)濟(jì)效益、利于生產(chǎn)管理現(xiàn)代化等特點(diǎn)。第二章 數(shù)控車床編程與操作 數(shù)控車床概述 數(shù)控車床作為當(dāng)今使用最廣泛的數(shù)控機(jī)床之一，主要用于加工軸類、盤套5類等回轉(zhuǎn)體零件，能夠通過程序控制自動(dòng)完成內(nèi)外圓柱面、錐面、圓弧、螺紋等工序的切削加工，并進(jìn)行切槽、鉆、擴(kuò)、鉸孔等工作，而近年來研制出的數(shù)控車削中心和數(shù)控車銑中心，使得在一次裝夾中可以完成更多得加工工序，提高了加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，因此特別適宜復(fù)雜形狀的回轉(zhuǎn)體零件的加工。 數(shù)控車床由床身、主軸箱、刀架進(jìn)給系統(tǒng)、冷卻潤滑系統(tǒng)及數(shù)控系統(tǒng)組成。與普通車床所不同的是數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)與普通車床有質(zhì)的區(qū)別，它沒有傳統(tǒng)的走刀箱溜板箱和掛輪架，而是直接用伺服電機(jī)或步進(jìn)電機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)溜 板和刀具，實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。數(shù)控系統(tǒng)由NC單元及輸入輸出模塊，操作面板組成。 從機(jī)械結(jié)構(gòu)上看，數(shù)控車床還沒有脫離普通車床的結(jié)構(gòu)形式，即由床身、主軸箱、刀架進(jìn)給系統(tǒng)，液壓、冷卻、潤滑系統(tǒng)等部分組成。與普通車床所不同的是數(shù)控車床的進(jìn)給系統(tǒng)與普通車床有質(zhì)的區(qū)別，它沒有傳統(tǒng)的走刀箱、溜板箱和掛輪架，而是直接用伺服電機(jī)通過滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)溜板和刀具，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)，因而大大簡化了進(jìn)給系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。由于要實(shí)現(xiàn)CNC，因此。 (1)主軸箱 數(shù)控車床主軸箱的構(gòu)造，主軸伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)通過皮帶輪送刀主軸箱內(nèi)的變速齒輪，以此來確定主軸的特定轉(zhuǎn)速。在主軸箱的前后裝有夾緊卡盤，可將工件 裝夾在此。 (2)主軸伺服電機(jī) 主軸伺服電機(jī)有交流和直流。直流伺服電機(jī)可靠性高，容易在寬范圍內(nèi)控制轉(zhuǎn)矩和速度，因此被廣泛使用，然而，近年來小型、高速度、更可靠的交流伺服電機(jī)作為電機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展成果越來越多地被人們利用起來。 (3)夾緊裝置 這套裝置通過液壓自動(dòng)控制卡爪的開/合。6 (4)往復(fù)拖板 在往復(fù)拖板上裝有刀架，刀具可以通過拖板實(shí)現(xiàn)主軸的方向定位和移動(dòng)，從而同Z軸伺服電機(jī)共同完成長度方向的切削。 (5)刀架 此裝置可以固定刀具和索引刀具，使刀具在與主軸垂直方向上定位，并同Z軸伺服電機(jī)共同完成截面方向的切削。 (6)控制面板 控制面板包括CRT操作面板（執(zhí)行NC數(shù)據(jù)的輸入/輸出）和機(jī)床操作面板（執(zhí)行機(jī)床的手動(dòng)操作）。 數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)是由CNC裝置、輸入/輸出設(shè)備、可編程控制器（PLC）、主軸驅(qū)動(dòng)裝置和進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置以及位置測(cè)量系統(tǒng)等幾部分組成。數(shù)控車床通過CNC裝置控制機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速、各進(jìn)給軸的進(jìn)z給速度以及其他輔助功能。 （1）傳動(dòng)鏈短 數(shù)控車床刀架的兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)分別由兩臺(tái)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。伺服電機(jī)直接與絲杠聯(lián)結(jié)帶動(dòng)刀架運(yùn)動(dòng)，伺服電機(jī)與絲杠也可以按控制指令無級(jí)變速，它與主軸之間無須再用多級(jí)齒輪副來進(jìn)行變速。隨著電機(jī)寬調(diào)速技術(shù)的發(fā)展，目標(biāo)是取消變速齒輪副，目前還要通過一級(jí)齒輪副變幾個(gè)轉(zhuǎn)速范圍。因此，床頭箱內(nèi)的結(jié)構(gòu)已比傳統(tǒng)車床簡單得多。 （2）剛性高 與控制系統(tǒng)的高精度控制相匹配，以便為了拖動(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。適應(yīng)高精度的加工。（3）輕拖動(dòng) 7刀架移動(dòng)一般采用滾珠絲杠副， 為了提高數(shù)控車床導(dǎo)軌的耐磨性，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，也可延長使用壽命。另外，數(shù)控車床還具有加工冷卻充分、防護(hù)嚴(yán)密等結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)都處于全封閉或半封閉狀態(tài)。數(shù)控車床一般還配有自動(dòng)排屑裝置。 數(shù)控車床品種繁多，按數(shù)控系統(tǒng)功能和機(jī)械構(gòu)成可分為簡易數(shù)控車床（經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床）、多功能數(shù)控車床和數(shù)控車削中心。 (1）簡易數(shù)控車床（經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床）。是低檔次數(shù)控車床，一般是用單板機(jī)或單片機(jī)進(jìn)行控制，機(jī)械部分是在普通車床的基礎(chǔ)上改進(jìn)設(shè)計(jì)的。 (2）多功能數(shù)控車床。也稱全功能型數(shù)控車床