毕业论文---数控车床的发展趋势.doc

黑龙江林业职业技术学院毕业论文题目名称： 数控车床的发展趋势 学生班级： 07 级数控技术（一）班 实学生： 学 号： 系/专 业： 机电工程系/数控专业 目 录第一章 数控机床的产生第二章 数控加工工艺2.1 零件装夹方法的确与夹具选择2.2加工顺序的安排第三章 数控车床的发展3.1 数控系统的发展3.2 机床的发展趋势结语 致谢 第一章 数控机床的产生 在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在10100件）约占机械加工总量的80%以上。尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防工业更是如此。为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。根据国家标准，对机床数字控制的定义：用数字控制的装置（简称数控装置），在运行过程中，不断地引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。用计算机控制加工功能，称计算机数控（computerized numerical ，缩写）。数控机床即使采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，是机床自动加工出所需要的零件。 第二章 数控加工工艺2.1 零件装夹方法的确与夹具选择零件装夹方法的确与夹具选择，数控机床上被加工零件的装夹方法与一般机床上一样，也要合理选择定位基准和夹紧方案。在选择精基准时，也要遵循“基准统一”和“基准重合”等原则，除此之外，还应考虑一几点：1) 听尽量在一次定位夹紧中完成所有能加工的各表面的加工，为此要选择便于各个表面都可被加工的定位方式。如对箱体零件，宜采用一面两销的定位方式，也可采用以某侧面为导向基准，带工件夹紧后将导向元件拆去的定位方式。 2）对于工件一次装夹可完成工件上各个表面的加工，也可直接选用毛面作定位基准，只是这时毛坯的制造精度要求要高一些。 3）对于加工中心，工件在工作台上的安放位置的确定要兼顾各个工位的加工，要考虑刀具长度及其刚度对加工质量的影响。如进行单工位单面加工，应将工件靠工作台一侧放置在工作台的正中位置。这样可减少刀杆伸出长度，提高具刚度。 4）数控加工中使用的夹具，其结构大多比较简单，并应尽可能选用由通用元件拼装的组合可调节夹具，以缩短生产准备周期。为了简化定位、编程和对刀，保证工件能在正确的位置上按程序加工，必须协调工件、夹具与机床坐标系之间的尺寸关系。2.2加工顺序的安排加工顺序的安排，除了因按照“先面后孔”“先粗后精”等基本原则安排加工顺序外，还应注意遵循以下原则：1）为了件少换刀次数和时间，通常应按刀具集中工序。即在一次装夹中，用同一把刀具加工完工件上所有需要压该刀具加工的各个部位后，在换下一把刀具进行加工。对于加工中心，若换刀时间较工作台转位时间，则应采用相同工位集中加工完毕所有可以加工的待加工表面，然后在转动工作台去加工其他表面。 2）对于同轴度要求很高的孔系，应在一次定位后（同一工位下），通过顺序连续换刀，顺序连续加工完该孔系的全部孔后，在加工其他坐标位置的孔，以消除重复定位误差的影响，提高孔系的同轴度。 （3）对刀点和换刀点的确定，对刀点是数控加工时刀具相对于工件运动的起点。由于程序也是从这一点开始执行，所以对刀点也称作程序起点或起刀点。编程时应首先考虑对刀点位置的选择。 加工精度要求不高时，可直接用工件上或夹具上的某些表面作对刀面；加工精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的零件，取孔的轴心作为对刀点就比较合适。 对刀点必须与工件的定位基准有一定坐标关系，这样才能确定机床标系与工件坐标系之间的关系。对刀点的选择应便于坐标值的计算，并使对刀方便。 对刀时，应是使对刀点与刀位点重合。所谓刀位点，对于平底立铣刀是指刀具轴线与刀具底面的交点；对于球头铣刀是指球头部分的球心；对于车刀是指刀尖；对于钻头是指钻尖；对于线电极切割机床，则是指线电极轴心与零件面的焦点。 加工过程中需换刀时，应规定换刀点，换刀点的位置应根据换刀时不得碰伤工件、夹具以及机床的原则而设定。第三章 数控机床的发展3.1 数控系统的发展从年第一台数控机床问世后，数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展，其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控机的通用cnc系统。其中前三代为第一阶段，称作为硬件连接数控，简称系统；后三代为第二阶段，乘坐计算机软件数控，简称系统。3.2 机床的发展趋势1、控制系统的高性能 （1)高精、高速加工 整个信息流都必须高速而不畸变 分析数控及相关技术的发展和市场的需求，现代数控技术显现出以下明显趋势： 1、控制系统的高性能 （1)高精、高速加工 整个信息流都必须高速而不畸变地流动和转化成刀具或工作台运动，才能在高速时加工出高精度的机械零件。 数控系统占用空间小、处理速度快、控制精度高。 应用数字滤波器技术，消除机械谐振，提高伺服系统的位置增益。 前馈控制，补偿由于伺服滞后产生的误差。 前瞻控制（look ahead），程序执行前对运动数据进行计算、处理，并进行多段缓冲。 减少电动机和控制单元的大小，提高反馈编码器的分辨率。 纳米插补技术。 加速度控制，在加工曲面很大，形状很尖的工件时，减少机械冲击。 （2）五轴加工功能和复杂加工功能的机床用数控系统 复杂的五轴加工，包括旋转加工，待处理的信息大大增加，因此，在许多场合下，数控系统需要增加risc芯片的处理器进行预处理。五轴联动可以使用刀具最佳状态进行加工，其主要功能有： 轴间刀具补偿，即使改变刀具的方向，仍然可以按刀具方向进行补偿。 刀具中心控制，即使改变刀具的方向，刀具中心点的运动仍受控制。 三维刀具半径补偿，在垂直于倾斜刀具的平面可进行刀具半径补偿和刀具前沿偏置。 三维圆弧插补，可以指定在倾斜平面内的圆弧。 倾斜面加工指令：可以编制用来加工倾斜平面的加工程序，此外，可以使刀具垂直于倾斜面的方式控制旋转轴。 三维手动进给，可以以手动进给的方式，使刀具朝着沿倾斜面的方向和倾斜刀具的方向移动。 复杂的加工功能可以通过采用“学习控制” 、“自适应”控制等来改善伺服系统控制和数控系统本身的软件解决。 （3）复合数控机床用数控系统 为了提高生产率，数控复合加工机床的开发和研制已为数控机床的一种发展趋势，对其数控系统应增加以下功能： 螺锥线功能 螺旋线功能 三维圆弧功能 刀具中心点控制 2、控制系统的开放性 为了满足机床技术的发展，要求数控系统透明以使机床制造商和最终用户可以自由的执行自己的思想。这就产生了开放结构的数控系统。1987年美国空军在政府支持下，发表了著名的“ngc（下一代控制器）”的计划，其重要内容之一，便是提出了“开放系统体系结构标准规（sosas）”。90年代开始在美国空军的支持下，美国国家标准技术研究院提出了“emc(增强型机床控制器)” ；由通用、福特和克莱斯勒三大汽车公司提出了“omac（开放模块体系结构控制器）”，它相似于欧洲的“osaca（对于自动化系统的开放体系结构）”，等等。ieee“开放系统技术委员会”定义“开放”的概念为：开放系统所执行的应用可以运行于多家制造者不同平台；并可以与其他系统的应用相互操作而显现与用户交互的协同（ieee 1003.0）。它具有（1）移植性；（2）扩展性；（3）互操作性；（4）缩放性。 开放式数控系统现阶段存在有以下2种形式： （1）基于pc的cnc系统：这种系统以pc机为平台，开发数控系统的功能，通过伺服卡传送数据，控制坐标轴电机的运动。但由于受pc平台的制约,可靠性稍差，但具有较强的开放性。 （2）pc嵌入式：cnc+pc主板，把一块pc主板插入传统的cnc机器中；pc板主要运行非实时控制，cnc主要运行以坐标轴运动为主的实时控制。这种系统现为主流趋势。 3、e -制造和stepnc标准 在信息化技术蓬勃发展的推动下，制造业正面临着一个以提升竞争能力为目标的构建全企业数字化时代。作为主要制造装备的数控机床及其组成的制造系统也将积极地向数字制造业迈进。它将成为一个信息集成和快速实施的制造单元，其主要特征归结为3f（柔性化、联盟化、新颖化）、3i（集成化、信息化和智能化）和3s（系统化、软件化和个性化）。 数字制造泛指在机床生产过程中，用数字技术进行控制、通讯和管理。因此，制造业迫切需要综合性的信息交换技术来实现各种计算机辅助（cax）系统之间的有效集成。为此，国际标准化组织（iso）工业自动化系统与集成技术委员会（tc184）下属的sc4开发了产品数据交换标准step（standard for the exchange of product model data, iso10303）来适应这个要求，这使制造业出现了整个企业过程链利用标准数据的可能。由于数控机床及的数据格式不同，这就要求不同的cax系统通过标准的中性文件来进行数据交换，将step标准研究扩展到数控加工领域，为stepnc 的标准研究，1995年，iso/tc184/sc1/wg7开始制订新标准。“cnc控制器用的数据模型”亦称（stepnc）。它是nc的数据从cad/cam到cnc的数据模型。它解决了现行的nc程序缺乏通用性及移植性的问题。实现step-nc的数控系统，与因特网结合在一起，非常容易实现利用网络传递信息，进行全球的cad/cam与cnc一体化的加工制造。这将使装备制造业水平有一个质的飞跃。结论我是数控技术专业的大四学生。现