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海尔学院（机电学院）毕业项目设计书 海尔学院（机电学院）毕 业 项 目 设 计 书项目名称： 数控机床的加工与操作专业名称： 机电一体化 姓 名： 张倩 学 号： 201029058530 班 级： 机电10-5 指导教师： 高健 2013年4月 目 录前言21、 数控技术的概念与特点32、 数控机床加工前的准备要求42.1数控机床加工前的准备42.2数控机床工作原理和结构简介52.3数控机床加工特点52.4数控车床是怎样操作的63、 数控机床产生几何误差的因素73.1 普遍认为数控机床的几何误差由以下几方面原因引的73.2几何误差补偿技术7四数控机床维修中应注意的事项8五数控加工安全规则8结 论 9 参 考 文 献9前言： 数控技术是现代制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，离开了数控技术，先进制造技术就成了无本之木。数控技术的广泛使用给机械制造业生产方式、生产结构、管理方式带来深刻的变化，它的关联效益和辐射能力更是难以估计。数控技术及数控装备已成为关系国家战略和体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的发展方向。 本论文主要介绍数控机床的定义，数控机床初学者的要求，机床加工前的准备工作， 数控机床对刀操作方法，数控机床的工作原理和结构，加工特点，机床加工几何精度要求， 数控机床的优点和缺点，数控机床与计算机实现自动技术，机床维修和生产安全要求。 1、 数控技术的概念与特点数控加工技术概念与特点 简单的说就是利用数字化控制系统在加工机床上完成整个零件的加工。这一类的机床称为数控机床。这是一种现代化的加工手段。同时数控加工技术也成为一个国家制造业发展的标志。利用数控加工技术可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工，而且加工的准确性和精度都可以得到很好的保证。总体上说，和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下特点（既有优缺点）： （一）数控机床优点 1、加工效率高。 利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。 2、加工精度高。 同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。 3、劳动强度低。 由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，不像传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。所以劳动强度很低。 4、适应能力强。 数控加工系统就像计算机一样，可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。 5、工作环境好。 数控加工机床是机械控制、强电控制、弱电控制为一体高科技产物，对机床的运行温度、湿度及环境都有较高的要求。 (二)数控机床的缺点 数控机床的主要缺点如下：价格较高，设备首次投资大；对操作、维修数控机床的主要缺点如下：价格较高，设备首次投资大；对操作、维修人员的技术要求较高；加工复杂形状的零件时,手工编程的工作量大。 二、数控机床加工前的准备要求数控机床加工前的准备1. 机床位置环境要求 机床的位置应远离振源、应避免阳光直接照射和热辐射的影响，避免潮湿和气流的影响。如机床附近有振源，则机床四周应设置防振沟。否则将直接影响机床的加工精度及稳定性，将使电子元件接触不良，发生故障，影响机床的可靠性。 2. 电源要求 一般数控车床安装在机加工车间，不仅环境温度变化大，使用条件差，而且各种机电设备多，致使电网波动大。因此，安装数控车床的位置，需要电源电压有严格控制。电源电压波动必须在允许范围内，并且保持相对稳定。否则会影响数控系统的正常工作。 3. 温度条件 数控车床的环境温度低于30摄氏度，相对温度小于80%。一般来说，数控电控箱内部设有排风扇或冷风机，以保持电子元件，特别是中央处理器工作温度恒定或温度差变化很小。过高的温度和湿度将导致控制系统元件寿命降低，并导致故障增多。温度和湿度的增高，灰尘增多会在集成电路板产生粘结，并导致短路。 4. 按说明书的规定使用机床 用户在使用机床时，不允许随意改变控制系统内制造厂设定的参数。这些参数的设定直接关系到机床各部件动态特征。只有间隙补偿参数数值可根据实际情况予以调整。 用户不能随意更换机床附件，如使用超出说明书规定的液压卡盘。制造厂在设置附件时，充分考虑各项环节参数的匹配。盲目更换造成各项环节参数的不匹配，甚至造成估计不到的事故。 使用液压卡盘、液压刀架、液压尾座、液压油缸的压力，都应在许用应力范围内，不允许任意提高。 数控车削的工艺与工装 数控车床加工的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。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。 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. 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。 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。 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。 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，如图1。液压卡盘夹紧要点如下：首先用扳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。 刀具上的 修光刃 指的是在刀具刀刃后面副偏角方向磨出的一小段与刀尖平行的刀刃 主要用于刀刃切削后进行一次二次切削 相当于精加工过程 去处毛刺等伤痕 目的是提高工件的表面粗糙度 多应用于进行精加工的刀具上 。数控机床工作原理和结构简介 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。 2. 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。 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，主轴变速系统了齿轮箱，普遍采用变频调速和伺服控制。数控机床加工特点1.自动化程度高，可以减轻操作者的体力劳动强度。数控加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中， 主要是观察和监督机床运行。但是，由于数控机床的技术含量高，操作者的脑力劳动相应提高2.加工零件精度高、质量稳定。数控机床的定位精度和重复定位精度都很高，较容易保证一批零件尺寸的一致性，只要工艺设计和程序正确合理，加之精心操作，就可以保证零件获得较高的加工精度，也便于对加工过程实行质量控制。 3.生产效率高。数控机床加工是能再一次装夹中加工多个加工表面，一般只检测首件，所以可以省区普通机床加工时的不少中间工序，如划线、尺寸检测等，减少了辅助时间，而且由于数控加工出的零件质量稳定，为后续工序带来方便，其综合效率明显提高。 4.便于新产品研制和改型。数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备，通过编制加工程序就可把形状复杂和精度要求较高的零件加工出来，当产品改型，更改设计时，只要改变程序，而不需要重新设计工装。所以，数控加工能大大缩短产品研制周期，为新产品的研制开发、产品的改进、改型提供了捷径。 5.可向更高级的制造系统发展。数控机床及其加工技术是计算机辅助制造的基础。 6.初始投资较大。这是由于数控机床设备费用高，首次加工准备周期较长，维修成本高等因素造成。 7.维修要求高。数控机床是技术密集型的机电一体化的典型产品，需要维修人员既懂机械，又要懂微电子维修方面的知识，同时还要配备较好的维修装备。数控车床是怎样操作的1. 手工编程操作 将编制的加工程序输入数控系统，具体的操作方法是：先通过机械操作面板启动数控机床，接着由CRT/MDI面板输入加工程序，然后运行加工程序。 1）启动数控机床操作 机床启动按钮ON 程序锁定按钮OFF 2）编辑操作 选择MDI方式或EDIT方式 按（PRGRM）健 输入程序名 键入程序地址符、程序号字符后按（INSRT）键。 键入程序段 键入程序段号、操作指令代码后按（INPUT）键。 3）运行程序操作 程序锁定按钮ON 选择自动循环方式 2. 调用程序操作 调用已储存在数控系统中的加工程序，具体的操作方法先通过机械操作面板启动数控机床，接着调用系统内的加工程序，然后运行程序。 1）启动数控机床操作 机床启动按钮ON 程序锁定按钮OFF 2）调用程序操作 选择MDI方式或EDIT方式3.1】 数控车床对刀方法 试切削对刀法对刀原理 假设刀架在外圆刀所处位置换上切割刀，虽然刀架没有移动，刀具的坐标位置也没有发生变化，但两把刀尖不在同一位置上，如果不消除这种换刀后产生的刀尖位置误差，势必造成换刀后的切削加工误差。 2】数控车床对刀原理 换刀后刀尖位置误差的计算： X=X1-X2 Z=Z1-Z2 根据对刀原理，数控系统记录了换刀后产生的刀尖位置误差X、Z，如果用刀具位置补偿的方法确定换刀后的刀尖坐标位置，这样能保证刀具对工件的切削加工精度。 基准刀对刀操作 用外圆车刀切削工件端面，向数控系统输入刀尖位置的Z坐标。 用外圆车刀切削工件外圆，测量工件的外圆直径，向数控系统输入该工件的外圆直径测量值，即刀尖位置的X坐标。 3】 基准刀对刀操作 一般刀对刀操作 用切割刀的刀尖对准工件端面和侧母线的交点，向数控系统输入切割刀刀尖所在位置的Z坐标和X坐标。这样，数控系统记录了两把刀尖在同一位置上的不同坐标值，计算出换刀后一般刀与基准刀的刀尖位置偏差，并通过数控系统刀具位置偏差补偿来消除换刀后的刀尖位置偏差。 4 】对刀操作 刀位偏置值的修改与应用 如果车削工件外圆后，工件的外圆直径大了0.30mm。对此，我们可不用修改程序，而通过修改刀位偏置值来解决，即在X方向把刀具位置的偏置值减小0.30mm，这样 方便地解决了切削加工中产生的加工误差。 三数控机床产生几何误差的因素普遍认为数控机床的几何误差由以下几方面原因引的1.1 机床的原始制机床的原始制机床的原始制机床的原始制造误差造误差造误差造误差 是指由组成机床各部件工作表面的几何形状、表面质量、相互之间的位置误差所引起的机床运动误差,是数控机床几何误差产生的主要原因。 1.2 机床的控制系统误差机床的控制系统误差机床的控制系统误差机床的控制系统误差 包括机床轴系的伺服误差(轮廓跟随误差),数控插补算法误差。 1.3 热变形误差热变形误差热变形误差热变形误差 由于机床的内部热源和环境热扰动导致机床的结构热变形而产生的误差。 1.4切削负荷造成工艺系统变形所导致的误差切削负荷造成工艺系统变形所导致的误差切削负荷造成工艺系统变形所导致的误差切削负荷造成工艺系统变形所导致的误差 包括机床、刀具、工件和夹具变形所导致的误差。这种误差又称为“让刀”,它造成加工零件的形状畸变,尤其当加工薄壁工件或使用细长刀具时,这一误差更为严重。 1.5 机床的振动误差机床的振动误差机床的振动误差机床的振动误差 在切削加工时,数控机床由于工艺的柔性和工序的多变,其运行状态有更大的可能性落入不稳定区域,从而激起强烈的颤振。导致加工工件的表面质量恶化和几何形状误差。 1.6 检测系统的测试误差检测系统的测试误差检测系统的测试误差检测系统的测试误差 包括以下几个方面: (1)由于测量传感器的制造误差及其在机床上的安装误差引起的测量传感器反馈系统本身的误差; (2)由于机床零件和机构误差以及在使用中的变形导致测量传感器出现的误差。 1.7 外界干扰误差外界干扰误差外界干扰误差外界干扰误差 由于环境和运行工况的变化所引起的随机误差。 1.8 其它误差其它误差其它误差其它误差 如编程和操作错误带来的误差。 上面的误差可按照误差的特点和性质,归为两大类:即系统误差和随机误差。 数控机床的系统误差是机床本身固有的误差,具有可重复性。数控机床的几何误差是其主要组成部分,也具有可重复性。利用该特性,可对其进行“离线测量”,可采用“离线检测开环补偿”的技术来加以修正和补偿,使其减小,达到机床精度强化的目的。 随机误差具有随机性,必须采用“在线检测闭环补偿”的方法来消除随机误差对机床加工精度的影响,该方法对测量仪器、测量环境要求严格,难于推广。 几何误差补偿技术 针对误差的不同类型,实施误差补偿可分为两大类。随机误差补偿要求“在线测量”,把误差检测装置直接安装在机床上,在机床工作的同时,实时地测出相应位置的误差值,用此误差值实时的对加工指令进行修正。随机误差补偿对机床的误差性质没有要求,能够同时对机床的随机误差和系统误差进行补偿。但需要一整套完整的高精度测量装置和其它相关的设备,成本太高,经济效益不好。 进行了温度的在线测量和补偿,未能达到实际应用。系统误差补偿是用相应的仪器预先对机床进行检测,即通过“离线测量”得到机床工作空间指令位置的误差值,把它们作为机床坐标的函数。机床工作时,根据加工点的坐标,调出相应的误差值以进行修正。要求机床的稳定性要好,保证机床误差的确定性,以便于修正,经补偿后的机床精度取决于机床的重复性和环境条件变化。数控机床在正常情况下,重复精度远高于其空间综合误差,故系统误差的补偿可有效的提高机床的精度,甚至可以提高机床的精度等级。四数控机床维修中应注意的事项 (1)从整机上取出某块线路板时，应注意记录其相对应的位置，连接的电缆号，对于固定安装的线路板，还应按前后取下相应的压接部件及螺钉作记录。拆卸下的压件及螺钉应放在专门的盒内，以免丢失，装配后，盒内的东西应全部用上，否则装配不完整。 (2)电烙铁应放在顺手的前方，远离维修线路板。烙铁头应作适当的修整，以适应集成电路的焊接，并避免焊接时碰伤别的元器件。 (3)测量线路间的阻值时，应断电源，测阻值时应红黑表笔互换测量两次，以阻值大的为参考值。 (4)线路板上大多刷有阻焊膜，因此测量时应找到相应的焊点作为测试点，不要铲除焊膜，有的板子全部刷有绝缘层，则只有在焊点处用刀片刮开绝缘层。 (5)不应随意切断印刷线路。有的维修人员具有一定的家电维修经验，习惯断线检查，但数控设备上的线路板大多是双面金属孔板或多层孔化板，印刷线路细而密，一旦切断不易焊接，且切线时易切断相邻的线，再则有的点，在切断某一根线时，并不能使其和线路脱离，需要同时切断几根线才行。 (6)不应随意拆换元器件。有的维修人员在没有确定故障元件的情况下只是凭感觉那一个元件坏了，就立即拆换，这样误判率较高，拆下的元件人为损坏率也较高。进口泵 阀门 (7)拆卸元件时应使用吸锡器及吸锡绳，切忌硬取。同一焊盘不应长时间加热及重复拆卸，以免损坏焊盘。 (8)更换新的器件，其引脚应作适当的处理，焊接