數控專業數控機床畢業設計論文(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 開環控制數控機床 這類控制的數控機床是其控制系統沒有位置檢測元件，伺服驅動部件通常為反應式步進電動機或混合式伺服步進電動機。數控系統每發出一個進給指令，經驅動電路功率放大后，驅動步進電機旋轉一個角度，再經過齒輪減速裝置帶動絲杠旋轉，通過絲杠螺母機構轉換為移動部件的直線位移。移動部件的移動速度與位移量是由輸入脈沖的頻率與脈沖數所決定的。此類數控機床的信息流是單向的，即進給脈沖發出去后，實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環控制數控機床。 開環控制系統的數控機床結構簡單，成本較低。但是 ，系統對移動部件的實際位移量不進行監測，也不能進行誤差校正。因此，步進電動機的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動誤差都將影響被加工零件的精度。開環控制系統僅適用于加工精度要求不很高的中小型數控機床，特別是簡易經濟型數控機床。 閉環控制數控機床 接對工作臺的實際位移進行檢測，將測量的實際位移值反饋到數控裝置中，與輸入的指令位移值進行比較，用差值對機床進行控制，使移動部件按照實際需要的位移量運動， 13 13 / 34 最終實現移動部件的精確運動和定位。從理論上講，閉環系統的運動精度主要取決于檢測裝置的檢測精度，也與 傳動鏈的誤差無關，因此其控制精度高。圖 13所示的為閉環控制數控機床的系統框圖。圖中 A為速度傳感器、 C 為直線位移傳感器。當位移指令值發送到位置比較電路時，若工作臺沒有移動，則沒有反饋量，指令值使得伺服電動機轉動，通過 A將速度反饋信號送到速度控制電路，通過 C將工作臺實際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較后得到的差值進行位置控制，直至差值為零時為止。這類控制的數控機床，因把機床工作臺納入了控制環節，故稱為閉環控制數控機床。 閉環控制數控機床的定位精度高，但調試和維修都較困難，系統復雜 ，成本高。 半閉環控制數控機床 半閉環控制數控機床是在伺服電動機的軸或數控機床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉角間接地檢測移動部件的實際位移，然后反饋到數控裝置中去，并對誤差進行修正。通過測速元件 A 和光電編碼盤 B可間接檢測出伺服電動機的轉速，從而推算出工作臺的實際位移量，將此值與指令值進行比較，用差值來實現控制。由于工作臺沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環控制數控機床。 半閉環控制數控系統的調試比較方便，并且具有很好的穩定性。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動機設計成一體，這樣，使結構更加緊湊。 混合控制數控機床 將以上三類數控機床的特點結合起來，就形成了混合控制數控機床。混合控制數控機床特別適用于大型或重型數控機床，因為大型或重型數控機床需要較高的進給速度與相當高的精度，其傳動鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環控制，機床傳動鏈和工作臺全部置于控制閉環中，閉環調試比較復雜。混合控制系統又分為兩種形式： 14 14 / 34 （ 1）開環補償型。它的基本控制選用步進電動機的開環伺服機構，另外附加一個校正電路。用裝在工作臺的直線位移測量元件的反饋信號校正機械 系統的誤差。 （ 2）半閉環補償型。它是用半閉環控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺上的直線位移測量元件實現全閉環修正，以獲得高速度與高精度的統一。其中 A是速度測量元件（如測速發電機）， B 是角度測量元件， C是直線位移測量元件。 15 15 / 34 第四 章 數控車的工藝與工裝削 數 控車床加工 工藝與普通車床的加工工藝類似，但由于數控車床是一次裝夾，連續自動加工完成所有車削工序，因而應注意以下幾個方面。 . 合理選擇切削用量 對于高效率的金屬切削加工來說，被加工材料、切削工具、切削 條件是三大要素。這些決定著加工時間、刀具壽命和加工質量。經濟有效的加工方式必然是合理的選擇了切削條件。 切削條件的三要素：切削速度、進給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會上升，會產生機械的、化學的、熱的磨損。切削速度提高 20%，刀具壽命會減少 1/2。 進給條件與刀具后面磨損關系在極小的范圍內產生。但進給量大，切削溫度上升，后面磨損大。它比切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進給量大，但在微小切深切削時，被切削材料產生硬化層，同樣會影響刀具的壽命。 用戶要根據被 加工的材料、硬度、切削狀態、材料種類、進給量、切深等選擇使用的切削速度。 最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎上選定的。有規則的、穩定的磨損達到壽命才是理想的條件。 然而，在實際作業中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質量、切削噪聲、加工熱量等有關。在確定加工條件時，需要根據實際情況進行研究。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說，可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。 . 合理選擇刀具 1) 粗車時，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大背吃刀量、大進給量的要求。 2) 精車時， 要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。 3) 為減少換刀時間和方便對刀，應盡量采用機夾刀和機夾刀片。 . 合理選擇夾具 16 16 / 34 1) 盡量選用通用夾具裝夾工件，避免采用專用夾具； 2) 零件定位基準重合，以減少定位誤差。 . 確定加工路線 加工路線是指數控機床加工過程中，刀具相對零件的運動軌跡和方向。 1) 應能保證加工精度和表面粗糙要求； 2) 應盡量縮短加工路線，減少刀具空行程時間。 . 加工路線與加工余量的聯系 目前，在數控車床還未達到普及使用的條件下，一般應把毛坯上過多的 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。如必須用數控車床加工時，則需注意程序的靈活安排。 . 夾具安裝要點 目前液壓卡盤和液壓夾緊油缸的連接是靠拉桿實現的，液壓卡盤夾緊要點如下：首先用搬手卸下液壓油缸上的螺帽，卸下拉管，并從主軸后端抽出，再用搬手卸下卡盤固定螺釘，即可卸下卡盤。 17 17 / 34 第五章 程序首句妙用與控制尺寸精度的技巧 、程序首句妙用 G00的技巧 目前我們所接觸到的教科書及數控車削方面的技術書籍，程序首句均為建立工件坐標系，即以 G50 Xα Zβ作為程序首句 。根據該指令，可設定一個坐標系，使刀具的某一點在此坐標系中的坐標值為 (Xα Zβ )(本文工件坐標系原點均設定在工件右端面 )。采用這種方法編寫程序，對刀后，必須將刀移動到 G50設定的既定位置方能進行加工，找準該位置的過程如下。 1. 對刀后，裝夾好工件毛坯； 2. 主軸正轉，手輪基準刀平工件右端面 A； 3. Z 軸不動，沿 X 軸釋放刀具至 C點，輸入 G50 Z0，電腦記憶該點； 4. 程序錄入方式，輸入 G01 W8 F50，將工件車削出一臺階； 5. X 軸不動，沿 Z 軸釋放刀具至 C 點，停車測量車削出的工件臺階直徑γ ，輸入G50 Xγ，電腦記憶該點； 6. 程序錄入方式下，輸入 G00 Xα Zβ，刀具運行至編程指定的程序原點，再輸入G50 Xα Zβ，電腦記憶該程序原點。 。上述步驟中，步驟 6即刀具定位在 Xα Zβ處至關重要，否則，工件坐標系就會被修改，無法正常加工工件。有過加工經驗的人都知道，上述將刀具定位到 Xα Zβ處的過程繁瑣，一旦出現意外， X或 Z軸無伺服，跟蹤出錯，斷電等情況發生，系統只能重啟，重啟后系統失去對 G50 設定的工件坐標值的記憶，“復位、回零運行”不再起作用，需重新將刀具運行至 Xα Zβ位置并重設 G50。如 果是批量生產，加工完一件后，回 G50 起點繼續加工下一件，在操作過程中稍有失誤，就可能修改工件坐標系。鑒于上述程序首句使用 G50 建立工件坐標系的種種弊端，筆者想辦法將工件坐標系固定在機床上，將程序首句 G50 Xα Zβ改為 G00 Xα Zβ后，問題迎刃而解。其操作過程只需采用上述找 G50過程的前五步，即完成步驟 5 后，將刀具運行至安全位置，調出程序，按自動運行即可。即使發生斷電等意外情況，重啟系統后，在編輯方式下將光標移至能安全加工又不影響工件加工進程的程序段，按自動運行方式繼續加工即可。上述程序 首句用 G00 代替 G50 的實質是將工件坐標系固定在機床上，不再囿于 G50 Xα Zβ程序原點的限制，不改變工件坐標系，操作簡單，可靠性強，收到了意想不到的效果。中國金屬 18 18 / 34 加工在線 、控制尺寸精度的技巧 . 修改刀補值保證尺寸精度 由于第一次對刀誤差或者其他原因造成工件誤差超出工件公差，不能滿足加工要求時，可通過修改刀補使工件達到要求尺寸，保證徑向尺寸方法如下： a. 絕對坐標輸入法 根據“大減小，小加大”的原則，在刀補 001～ 004 處修改。如用 2 號切斷刀切槽時工件尺寸大了 ，而 002 處刀補顯示是 ，則可輸入 ，減少 2號刀補。 b. 相對坐標法 如上例， 002 刀補處輸入 ，亦可收到同樣的效果。 同理，對于軸向尺寸的控制亦如此類推。如用 1 號外圓刀加工某處軸段，尺寸長了，可在 001 刀補處輸入 。 . 半精加工消除絲桿間隙影響保證尺寸精度 對于大部分數控車床來說，使用較長時間后，由于絲桿間隙的影響，加工出的工件尺寸經常出現不穩定的現象。這時，我們可在粗加工之后，進行一次半精加工消除絲桿間隙的影響。如用 1 號刀 G71 粗加工外圓之后，可在 001 刀補處輸入 ，調用 G70精車一次，停車測量后，再在 001 刀補處輸入 ，再次調用 G70 精車一次。經過此番半精車，消除了絲桿間隙的影響，保證了尺寸精度的穩定。 . 程序編制保證尺寸精度 a. 絕對編程保證尺寸精度 編程有絕對編程和相對編程。相對編程是指在加工輪廓曲線上，各線段的終點位置以該線段起點為坐標原點而確定的坐標系。也就是說，相對編程的坐標原點經常在變換，連續位移時必然產生累積誤差，絕對編程是在加工的全過程中，均有相對統一的基準點，即坐標原點，故累積誤差較相對編程小。數控車削工件時，工件徑向 尺寸的精度一般比軸向尺寸精度高，故在編寫程序時，徑向尺寸最好采用絕對編程，考慮到加工及編寫程序的方便，軸向尺寸常采用相對編程，但對于重要的軸向尺寸，最好采用絕對編程。 b. 數值換算保證尺寸精度 19 19 / 34 很多情況下，圖樣上的尺寸基準與編程所需的尺寸基準不一致，故應先將圖樣上的基準尺寸換算為編程坐標系中的尺寸。如圖 2b 中，除尺寸 外，其余均屬直接按圖2a 標注尺寸經換算后而得到的編程尺寸。其中， φ 、φ 16mm 及 三個尺寸為分別取兩極限尺寸平均值后得到的編程尺寸。 . 修 改程序和刀補控制尺寸 數控加工中，我們經常碰到這樣一種現象：程序自動運行后，停車測量，發現工件尺寸達不到要求，尺寸變化無規律。如用 1號外圓刀加工圖 3 所示工件，經粗加工和半精加工后停車測量，各軸段徑向尺寸如下：φ 、φ 及φ 。對此，筆者采用修改程序和刀補的方法進行補救，方法如下： a. 修改程序 原程序中的 X30 不變， X23 改為 ， X16 改為 ，這樣一來，各軸段均有超出名義尺寸的統一公差 ； b. 改刀補 在 1 號刀刀補 001處輸入 。 經過上述程序和刀補雙管齊下的修改后，再調用精車程序，工件尺寸一般都能得到有效的保證。 數控車削加工是基于數控程序的自動化加工方式，實際加工中，操作者只有具備較強的程序指令運用能力和豐富的實踐技能，方能編制出高質量的加工程序，加工出高質量的工件。 20 20 / 34 第六章 數控技術 數控機床電氣控制系統綜述 (1)數據輸入裝置將指令信息和各種應用數據輸入數控系統的必要裝置。它可以是穿孔帶閱讀機 (已很少使用 )， 軟盤驅動器， CNC 鍵盤 (一般輸入操作 )，數控系統配備的硬盤及驅動裝置 (用于大量數據的存儲保護 )、磁帶機 (較少使用 )、 PC 計算機等等。 (2)數控系統數控機床的中樞，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，直至運動和功能結束。 數控系統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定操作，而日常的維護則主要是對硬件使用環境的保護和防止系統軟件的破壞。 (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、協調有序地安全運行；同時將來自機床的各種信息及工作狀態傳送給 CNC，使 CNC 能及時準確地發出進一步的控制指令，如此實現對整個機床的控制。 當代 PLC多集成于數控系統中，這主要是指控制軟件的集成化，而 PLC 硬件則在規模較大的系統中往往采取分布式結構。 PLC 與 CNC 的集成是采取軟件接口實現的，一般系統都是將二者間各種通信信息分別指定其固定的存放地址，由系統對所有地址的信息狀態進行實時監控，根據各接口信號的現時狀態加以分析判斷，據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)主軸驅動系統接受來自 CNC 的驅動指令，經速度與轉矩 (功率 )調節輸出驅動信號驅動主電動機轉動，同時接受速度反饋實施速度閉環控制。它還通過 PLC 將主軸的各種現實工作狀態通告 CNC 用以完成對主軸的各項功能控制。 主軸驅動系統自身有許多參數設定，這些參數直接影響主軸的轉動特性，其中有些不可丟失或改變的，例如指示電動機規格的參數等，有些是可根據運行狀態加以調改的， 21 21 / 34 例 如零漂等。通常 CNC 中也設有主軸相關的機床數據，并且與主軸驅動系統的參數 作用相同，因此要注意二者取一，切勿沖突。 (5)進給伺服系統接受來自 CNC 對每個運動坐標軸分別提供的速度指令，經速度與電流 (轉矩 )調節輸出驅動信號驅動伺服電機轉動，實現機床坐標軸運動，同時接受速度反饋信號實施速度閉環控制。它也通過 PLC 與 CNC通信，通報現時工作狀態并接受 CNC的控制。 進給伺服系統速度調節器的正確調節是最重要的，應該在位置開環的條件下作最佳