题目数控机床的工作原理及其应用(xiuhai.doc

江苏华瑞技工学校数控专业07届
毕业论文

题 目:数控机床的工作原理及其应用
姓 名: 王 东
系 别: 07届
专业班级: 07数控大专班
指导教师: 王翠芬
完成时间: 2011.5.18

目录

一 数控机床工作原理………………………………………………………………4
1.1数控机床工作原理……………………………………………………………...4
1.2数控系统的工作过程……………………………………………………………5
1.3数控系统的插补原理简介………………………………………………………5
1.4数控机床结构…………………………………………………………………….5
二 数控车床的运用…………………………………………………………………. 6
2.1数控机床优点及重要性………………………………………………………….6
2.2数控系统运用…………………………………………………………………….6
2.3数控机床编制程序……………………………………………………………….6
2.4计算机数控系统………………………………………………………………….6
2.5机床数控系统操作……………………………………………………………… 7
三 数控车应用方法技巧…………………………………………………………… . 7
3.1数控车的工艺与工装削………………………………………………………… .7
3.2程序首句妙用与控制尺寸精度的技巧…………………………………………..8
3.2.1程序首句妙用G00的技巧……………………………………………………..9
3.2.2控制尺寸精度的技巧…………………………………………………………..9
四 结束语……………………………………………………………………………..10
五 致谢词…………………………………………………………………………......10
六 结束语………………………………………………………………………….....,10

前言

随着我国综合国力的进一步增强以及加投身到社会贸组织。我国经济周全与国际接轨，并逐步成为全球打造中心，我国企业广泛应用现代化数字控制技术参与国际竞争。数字控制技术是打造实现不佣人力化，集成化的基础，是提高产物质量，提高劳动生产率不成少的物资手眼。数控技术不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和数控领域的不断扩大，它对国际民生的一些重要的行业IT,汽车，轻工，医疗等的发展起着越来越重要的作用。
此业预设让咱们结业生更好的熟悉数字控制车床，确定加工工艺，让咱们更清晰地舆解怎样确定零件的加工方案，学会分析零件为走上事情岗位打下基础。由于水平有限，论文中存在很多不足，敬请老师给予批评纠正。

【摘要】随着科学技术的发展，机电产品日趋精密复杂。产品的精度要求越来越高、更新换代的周期也越来越短，从而促进了现代制造业的发展。尤其是宇航、军工、造船、汽车和模具加工等行业，用普通机床进行加工（精度低、效率低、劳动度大）已无法满足生产要求，从而一种新型的用数字程序控制的机床应运而生。这种机床是一种综合运用了计算机技术、自动控制、精密测量和机械设计等新技术的机电一体化典型产品。数控机床是一种装有程序控制系统（数控系统）的自动化机床。该系统能够逻辑地处理具有使用号码，或其他符号编码指令（刀具移动轨迹信息）规定的程序。具体地讲，把数字化了的刀具移动轨迹的信息输入到数控装置，经过译码、运算，从而实现控制刀具与工件相对运动，加工出所需要的零件的机床，即为数控机床。
【关键字】数控 车床 刀具

　　1. 数控机床工作原理
1.1数控机床工作原理
按照零件加工的技术要求和工艺要求，编写零件的加工程序，然后将加工程序输入到数控装置，通过数控装置控制机床的主轴运动、进给运动、更换刀具，以及工件的夹紧与松开，冷却、润滑泵的开与关，使刀具、工件和其它辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合图纸要求的零件。

图1 数控机床的工作原理

图2 一段曲线的

1.2数控系统的工作过程
1) 输入：零件加工程序一般通过DNC从上一级计算机输入而来。
2)译码：译码程序将零件加工程序翻译成计算机内部能识别的语言。
3)数据处理：包括刀具半径补偿、速度计算以及辅助功能的处理。
4)插补：是在已知一条曲线的种类、起点、终点以及进给速度后，在起点和终点之间进行数据点的密化。
5)伺服输出：伺服控制程序的功能是完成本次插补周期的位置伺服计算，并将结果发送到伺服驱动接口中去。
1.3 数控系统的插补原理简介　　
什么是插补？为什么要进行插补？　　
插补：在实际加工中，用一小段直线或圆弧去逼近(拟合)零件轮廓曲线，即直线或圆弧插补。　　
插补的任务:就是根据进给速度的要求，在轮廓起点和终点之间计算出若干个中间点的坐标值

　1.4数控机床结构

数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体四个部分组成，如图所示。

数控机床的加工过程
　　 1）控制介质 控制介质以指令的形式记载各种加工信息，如零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具运动等，将这些信息输入到数控装置，控制数控机床对零件切削加工。
　　2）数控装置 数控装置是数控机床的核心，其功能是接受输入的加工信息，经过数控装置的系统软件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理，向伺服系统发出相应的脉冲，并通过伺服系统控制机床运动部件按加工程序指令运动。
　　 3）伺服系统 伺服系统由伺服电机和伺服驱动装置组成，通常所说数控系统是指数控装置与伺服系统的集成，因此说伺服系统是数控系统的执行系统。数控装置发出的速度和位移指令控制执行部件按进给速度和进给方向位移。每个进给运动的执行部件都配备一套伺服系统，有的伺服系统还有位置测量装置，直接或间接测量执行部件的实际位移量，并反馈给数控装置，对加工的误差进行补偿。
　　 4）机床本体 数控机床的本体与普通机床基本类似，不同之处是数控机床结构简单、刚性好，传动系统采用滚珠丝杠代替普通机床的丝杠和齿条传动，主轴变速系统简化了齿轮箱，普遍采用变频调速和伺服控制。

2数控车床的运用
2.1数控机床优点及重要性
数控机床发展至今已有40多年的历史，它与电子技术、特别是计算机技术的发展密切相关。将在更广泛的领域内应用。在数控机床的早期产品中，数控装置是专用的。近年来，数控装置中的逻辑电路已被计算机所取代，因而实现了控制多样化和多功能化。从复台化技术的观点来看，增强控制功能，使得操作机床自动化，不是最终目的。控制功能应达到晟佳控制和自适应控制，为此应增加诊断功能。通过传感器反馈，实现加工智能化，并保证系统的可靠性。
此外数控机床是一种高度自动化的机床。随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高，改型频繁。机械加工中，多品种、小批量加工约占80％。这样，对机床不仅要求具有高的精度和生产效率，而且还要具备“柔性”，即灵活通用，能迅速适应加工零件的变更。数控机床较好地解决了形状复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点，是一种灵活而高效的自动化机床。随着电子、自动化、计算机和精密测试等技术的发展，数控机床在机械制造业中的地位将更加重要。
2.2数控系统运用
数控系统除用来控制金属切削机床以外．还普遍用于控制诸如线切割机、冲床、气割机之类的简单机器直至机器人之类的复杂设备。在要求可靠性高、柔性强和实现机电一体化等方面对之都有广泛的需要。
2.3数控机床编制程序
数控机床的程序编制应包含以下内容：首先分析零件图样，根据零件的材料、形状尺寸、精度、表面质量、毛坯种类和热处理要求等拟定工艺方案，确定加工路线，进行数值计算得到数控机床所需输人的数据；再加上所需的工艺指令，就可以编写程序单，作为制作数控带的依据。在穿孔机上制成的数控带必须经仔细校对，以防出错。机床数控系统是一种位置控制系统，应首先输人根据加工零件具体要求缩制的零件加工程序：然后，数控系统对输入的零件程序数据段进行相应的处理，把数据段插补出理想的刀具运动轨迹，并将插补结果输出到执行部件，使刀具加工出所需要的零件。机床数控系统主要由几个部分组成：零件加工程序的输入、数据处理、插补计算和伺服机构的控制。
2.4计算机数控系统
应用计算机的数控机床是综合了现代计算机技术、自动控制技术、传感器和测量技术、机械制造技术等领域的晟新成就发展起来的，它使得机械加工达到了更高的水平。 计算机数控系统主要由硬件和软件两太部分组成。系统控制软件配合系统硬件合理地组织、管理数控系统的输入、数据处理、插补和输出信息与控制执行部件，使数控机床按照操作者的要求，有条不紊地进行加工。
2.5机床数控系统操作
机床数控系统工作时，操作者根据被加工零件的图样要求，编制零件加工程序。通常零件加工程序通过键盘手动输入，亦可由上级计算机编程器将零件加工程序直接通过输入接口输入到控制系统中。由于数控机床成本较高，目前，多用于形状复杂、精度要求高的中小批量零件加工。随着数控技术的普及及电子器件成本的降低，尤其是计算机数控系统的出现与微型计算机的迅速发展，数控机床的适用范围正在不断地扩展，加工精度不断提高，成本不断降低。

3数控车应用方法技巧
3.1数控车的工艺与工装削
数控车床加工工艺与普通车床的加工工艺类似，但由于数控车床是一次装夹，连续自动加工完成所有车削工序，因而应注意以下几个方面。

3.1.1 合理选择切削用量
对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。
切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。
进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。
用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。
最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。
然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。

3.1.2 合理选择刀具
1) 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。
2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。
3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。

3.1.3. 合理选择夹具
1) 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具；
2) 零件定位基准重合，以减少定位误差。

3.1.4. 确定加工路线
加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。
1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求；
2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。

3.1.5. 加工路线与加工余量的联系
目前，在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则需注意程序的灵活安排。

3.1.6. 夹具安装要点
目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，液压卡盘夹紧要点如下：首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。

3.2程序首句妙用与控制尺寸精度的技巧
3.2.1程序首句妙用G00的技巧
目前我们所接触到的教科书及数控车削方面的技术书籍，程序首句均为建立工件坐标系，即以G50 Xα Zβ作为程序首句。根据该指令，可设定一个坐标系，使刀具的某一点在此坐标系中的坐标值为(Xα Zβ)(本文工件坐标系原点均设定在工件右端面)。采用这种方法编写程序，对刀后，必须将刀移动到G50设定的既定位置方能进行加工，找准该位置的过程如下。
1. 对刀后，装夹好工件毛坯；
2. 主轴正转，手轮基准刀平工件右端面A；
3. Z轴不动，沿X轴释放刀具至C点，输入G50 Z0，电脑记忆该点；
4. 程序录入方式，输入G01 W-8 F50，将工件车削出一台阶；
5. X轴不动，沿Z轴释放刀具至C点，停车测量车削出的工件台阶直径γ，输入G50 Xγ，电脑记忆该点；
6. 程序录入方式下，输入G00 Xα Zβ，刀具运行至编程指定的程序原点，再输入G50 Xα Zβ，电脑记忆该程序原点。
。上述步骤中，步骤6即刀具定位在XαZβ处至关重要，否则，工件坐标系就会被修改，无法正常加工工件。有过加工经验的人都知道，上述将刀具定位到XαZβ处的过程繁琐，一旦出现意外，X或Z轴无伺服，跟踪出错，断电等情况发生，系统只能重启，重启后系统失去对G50设定的工件坐标值的记忆，“复位、回零运行”不再起作用，需重新将刀具运行至XαZβ位置并重设G50。如果是批量生产，加工完一件后，回G50起点继续加工下一件，在操作过程中稍有失误，就可能修改工件坐标系。鉴于上述程序首句使用G50建立工件坐标系的种种弊端，笔者想办法将工件坐标系固定在机床上，将程序首句G50 XαZβ改为G00 Xα Zβ后，问题迎刃而解。其操作过程只需采用上述找G50过程的前五步，即完成步骤1、2、3、4、5后，将刀具运行至安全位置，调出程序，按自动运行即可。即使发生断电等意外情况，重启系统后，在编辑方式下将光标移至能安全加工又不影响工件加工进程的程序段，按自动运行方式继续加工即可。上述程序首句用 G00代替G50的实质是将工件坐标系固定在机床上，不再囿于G50 Xα Zβ程序原点的限制，不改变工件坐标系，操作简单，可靠性强，收到了意想不到的效果。中国金属加工在线

3.2.2控制尺寸精度的技巧
（1) 修改刀补值保证尺寸精度
由于第一次对刀误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差，不能满足加工要求时，可通过修改刀补使工件达到要求尺寸，保证径向尺寸方法如下：
a. 绝对坐标输入法
根据“大减小，小加大”的原则，在刀补001～004处修改。如用2号切断刀切槽时工件尺寸大了0.1mm，而002处刀补显示是X3.8，则可输入X3.7，减少2号刀补。
b. 相对坐标法
如上例，002刀补处输入U-0.1，亦可收到同样的效果。
同理，对于轴向尺寸的控制亦如此类推。如用1号外圆刀加工某处轴段，尺寸长了0.1mm，可在001刀补处输入W0.1。
（2)半精加工消除丝杆间隙影响保证尺寸精度
对于大部分数控车床来说，使用较长时间后，由于丝杆间隙的影响，加工出的工件尺寸经常出现不稳定的现象。这时，我们可在粗加工之后，进行一次半精加工消除丝杆间隙的影响。如用1号刀G71粗加工外圆之后，可在001刀补处输入U0.3，调用G70精车一次，停车测量后，再在001刀补处输入U-0.3，再次调用G70精车一次。经过此番半精车，消除了丝杆间隙的影响，保证了尺寸精度的稳定。
（3)程序编制保证尺寸精度
a. 绝对编程保证尺寸精度
编程有绝对编程和相对编程。相对编程是指在加工轮廓曲线上，各线段的终点位置以该线段起点为坐标原点而确定的坐标系。也就是说，相对编程的坐标原点经常在变换，连续位移时必然产生累积误差，绝对编程是在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，故累积误差较相对编程小。数控车削工件时，工件径向尺寸的精度一般比轴向尺寸精度高，故在编写程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工及编写程序的方便，轴向尺寸常采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，最好采用绝对编程。
b. 数值换算保证尺寸精度
很多情况下，图样上的尺寸基准与编程所需的尺寸基准不一致，故应先将图样上的基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。如图2b中，除尺寸13.06mm外，其余均属直接按图2a标注尺寸经换算后而得到的编程尺寸。其中， φ29.95mm、φ16mm及60.07mm三个尺寸为分别取两极限尺寸平均值后得到的编程尺寸。
（4)修改程序和刀补控制尺寸
数控加工中，我们经常碰到这样一种现象：程序自动运行后，停车测量，发现工件尺寸达不到要求，尺寸变化无规律。如用1号外圆刀加工图3所示工件，经粗加工和半精加工后停车测量，各轴段径向尺寸如下：φ30.06mm、φ23.03mm及φ16.02mm。对此，笔者采用修改程序和刀补的方法进行补救，方法如下：
a. 修改程序
原程序中的X30不变，X23改为X23.03，X16改为X16.04，这样一来，各轴段均有超出名义尺寸的统一公差0.06mm；
b. 改刀补
在1号刀刀补001处输入U-0.06。
经过上述程序和刀补双管齐下的修改后，再调用精车程序，工件尺寸一般都能得到有效的保证。
数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式，实际加工中，操作者只有具备较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能，方能编制出高质量的加工程序，加工出高质量的工件。

4结 束 语

在老师的指导和提点下，通过对所学知识的掌握以及相关资料的收集，本文主要分析了数控机床技术的工作原理以及数控机床在实践过程中的要求和注意点，在让我进一步收获知识的同时也对我国的数控技术领域有了颇多的想法，我会努力把专业知识运用到以后的工作过程中，以获得更大的提高
在这份毕业论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，感谢很多为我上过课的老师，感谢他们宽进宽出的教学态度，各具特色的教学方法和全心全意替学生着想的无私精神，使得我更好的学习到了本专业的相关知识，也使得我各个学科的期末考试和历次课程设计都能顺利通过，在这里请接受我诚挚的谢意！此外学生生活即将结束，但我能无悔的说:"我曾经来过”虽然将要离开学校，走上工作岗位，但这并不代表着结束，相反的是，这是我人生历程的开始，在这里祝福学校里跟我风雨同舟的朋友们不要忘记初中，努力拼搏把！
5致谢词
感谢大学四年以来给过我帮助和关注的所有人，更加感谢给过我挫折的所有人。你们用不同的方式给了我成长，也是你们促使我在走过的大学时光里一直努力，在毕业的最后一天我走过学校的每一个角落，我停留在那些曾经有着回忆的地方，我终于还是泪流了。拥有的时候或许从来不觉得留恋，真的离开时心里却有万般的不舍。
我想说四年的生活，充实而快乐。感谢给予我帮助的老师，感谢我的同学，感谢我的室友，是你们，让我觉得生活如此美好。 就要离开华瑞技校了了。无数次抱怨她破旧偏僻，可这儿，曾经是我的家。
谨以此文，献给我敬爱的老师，挚爱的朋友，远在家里的爸爸妈妈，还有那些为六千字论文付出辛劳的日日夜夜。
最后的最后衷心的祝愿我的母校华瑞的明天更美好！

参考文献
[1] 李佳《数控机床及应用》 清华大学出版社，2001年07月
[2] 蔡兰 王霄《数控加工工艺学》化学工业出版社，2005年4月1日
[3] 于春生 韩旻《数控编程及应用》北京 高等教育出版社,2001.7
[4] 蒙斌《数控原理与数控机床-国家示范性高职院校建设规划教材》化学工业出版社，2009-08