数控专业数控机床毕业设计论文

数控专业数控机床毕业设计论文内容摘要：

开环控制数控机床 这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。 数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。 移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。 此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。 开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。 但是 ，系统对移动部件的实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。 因此，步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。 开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。 闭环控制数控机床 接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动， 13 13 / 34 最终实现移动部件的精确运动和定位。 从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，也与 传动链的误差无关，因此其控制精度高。 图 13所示的为闭环控制数控机床的系统框图。 图中 A为速度传感器、 C 为直线位移传感器。 当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过 A将速度反馈信号送到速度控制电路，通过 C将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与位移指令值相比较，用比较后得到的差值进行位置控制，直至差值为零时为止。 这类控制的数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故称为闭环控制数控机床。 闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂 ，成本高。 半闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。 通过测速元件 A 和光电编码盘 B可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。 由于工作台没有包括在控制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。 半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。 目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。 混合控制数控机床 将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。 混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环控制，机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。 混合控制系统又分为两种形式： 14 14 / 34 （ 1）开环补偿型。 它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附加一个校正电路。 用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械 系统的误差。 （ 2）半闭环补偿型。 它是用半闭环控制方式取得高精度控制，再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速度与高精度的统一。 其中 A是速度测量元件（如测速发电机）， B 是角度测量元件， C是直线位移测量元件。 15 15 / 34 第四 章 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。 . 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。 . 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。 . 合理选择夹具 16 16 / 34 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。 . 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。 . 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。 . 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。 17 17 / 34 第五章 程序首句妙用与控制尺寸精度的技巧 、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 W8 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 Xα Zβ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 Xα Zβ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 Xα Zβ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 Xα Zβ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 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 18 18 / 34 加工在线 、控制尺寸精度的技巧 . 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 ，而 002 处刀补显示是 ，则可输入 ，减少 2号刀补。 b. 相对坐标法 如上例， 002 刀补处输入 ，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，可在 001 刀补处输入。 . 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 ，调用 G70精车一次，停车测量后，再在 001 刀补处输入 ，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。 . 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 19 19 / 34 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 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， φ 、φ 16mm 及 三个尺寸为分别取两极限尺寸平均值后得到的编程尺寸。 . 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：φ 、φ 及φ。 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 ， X16 改为 ，这样一来，各轴段均有超出名义尺寸的统一公差 ； b. 改刀补 在 1 号刀刀补 001处输入。 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。 20 20 / 34 第六章 数控技术 数控机床电气控制系统综述 (1)数据输入装置将指令信息和各种应用数据输入数控系统的必要装置。 它可以是穿孔带阅读机 (已很少使用 )， 软盘驱动器， CNC 键盘 (一般输入操作 )，数控系统配备的硬盘及驱动装置 (用于大量数据的存储保护 )、磁带机 (较少使用 )、 PC 计算机等等。 (2)数控系统数控机床的中枢，它将接到的全部功能指令进行解码、运算，然后有序地发出各种需要的运动指令和各种机床功能的控制指令，直至运动和功能结束。 数控系统都有很完善的自诊断能力，日常使用中更多地是要注意严格按规定操作，而日常的维护则主要是对硬件使用环境的保护和防止系统软件的破坏。 (3)可编程逻辑控制器是机床各项功能的逻辑控制中心。 它将来自 CNC 的各种运动及功能指令进行逻辑排序，使它们能够准确地、协调有序地安全运行；同时将来自机床的各种信息及工作状态传送给 CNC，使 CNC 能及时准确地发出进一步的控制指令，如此实现对整个机床的控制。 当代 PLC多集成于数控系统中，这主要是指控制软件的集成化，而 PLC 硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。 PLC 与 CNC 的集成是采取软件接口实现的，一般系统都是将二者间各种通信信息分别指定其固定的存放地址，由系统对所有地址的信息状态进行实时监控，根据各接口信号的现时状态加以分析判断，据此作出进一步的控制命令，完成对运动或功能的控制。 不同厂商的 PLC 有不同的 PLC 语言和不同的语言表达形式，因此 ，力求熟悉某一机床 PLC 程序的前提是先熟悉该机床的 PLC语言。 (4)主轴驱动系统接受来自 CNC 的驱动指令，经速度与转矩 (功率 )调节输出驱动信号驱动主电动机转动，同时接受速度反馈实施速度闭环控制。 它还通过 PLC 将主轴的各种现实工作状态通告 CNC 用以完成对主轴的各项功能控制。 主轴驱动系统自身有许多参数设定，这些参数直接影响主轴的转动特性，其中有些不可丢失或改变的，例如指示电动机规格的参数等，有些是可根据运行状态加以调改的， 21 21 / 34 例 如零漂等。 通常 CNC 中也设有主轴相关的机床数据，并且与主轴驱动系统的参数 作用相同，因此要注意二者取一，切勿冲突。 (5)进给伺服系统接受来自 CNC 对每个运动坐标轴分别提供的速度指令，经速度与电流 (转矩 )调节输出驱动信号驱动伺服电机转动，实现机床坐标轴运动，同时接受速度反馈信号实施速度闭环控制。 它也通过 PLC 与 CNC通信，通报现时工作状态并接受 CNC的控制。 进给伺服系统速度调节器的正确调节是最重要的，应该在位置开环的条件下作最佳。