数控加工中心论文.doc

数 控 论 文班级：09中职2姓名：杨瑞学号：0912005458692一、 数控加工技术简介数字控制是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称数控（NC），它是一种自动控制技术。数控机床就是采用了数控技术的机床。其工作过程是将加工零件的几何信息和工艺信息进行数字化处理，即对所有的步骤（如机床的启动或停止、主轴的变速、工件的夹紧或松夹、刀具的选择和替换、切削液的开或关等）和刀具与工件之间的相对位移以及进给速度等用数字化的代码表示。在加工前由编程人员按规定的代码将零件的图纸编制成程序，然后通过程序载体（如穿孔带、磁带、磁盘、光盘和半导体存储器等）或手工直接输入（MDI）方式将数字信息送入数控系统的计算机中进行寄存、运算和处理，最后通过驱动电路由伺服装置控制机床实现自动加工。数控机床最大的特点是当改变加工零件时，一般只需要向数控系统输入新的加工程序，而不需要对机床进行人工的调整和直接参与操作，就可以自动地完成整个加工过程。二、数控机床的组成及特点数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体等四大部分组成。数控加工的特点如下：（1） 加工精度高（2） 自动化程度高和生产率高（3） 适应性强（4） 有利于生产管理现代化（5） 减轻劳动强度，改善劳动条件三、数控机床的种类与结构数控机床可以有多种分类方式，其中最主要的分类方式是1、按照加工方式分类（1）金属切削类数控机床，如数控车床、加工中心、数控钻床、数控磨床、数控镗床等。（2）金属成型类数控机床。如数控折弯机、数控弯管机、数控回转头压力机等。（3）数控特种加工机床，如数控线（电极）切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机床等。（4）其它类型数控机床，如火焰切割机床、数控三坐标测量机等。2、按照数控系统功能水平分类（1）高档数控机床（2）中档数控机床（3）低档数控机床3、按照数控机床的功能分类（1）经济型数控机床（功能少，简单，价格便易）（2）全功能数控机床（标准型数控机床）数控机床的结构框图：各部分功能 :1 程序 编程员所编写的零件加工程序。2 输入设备 将程序，指令等输入到 CNC 中的操作设备，主要负责录入程序及参数。系统操作面板，纸带机，计算机）3 输出设备 将程序，参数，指令等输出或显示，以便操作者进行控制。4 CNC 计算机数字控制系统，整个机床的大脑，一切控制指令都是由此发出，包括插补运算，轨迹控制，位置控制，报警显示，程序显示等等。5 可程控制器 即 PLC 或 PC 机床与 CNC 之间的接口，因为 CNC 所能接收和控制的信号都是弱电信号，而机床各辅助部分均为强电信号，如冷却，润滑等，必需在之间加信号隔离转换设备，否则不仅增加系统功耗，更重要的干扰系统正常工作。6 主轴伺服 对 CNC 发出的主轴工作指令（方向，转速等）进行功率放大，驱动主轴电机旋转。7 主轴电机。8 伺服放大器 对 CNC 发出的轴控制位移指令进行功率放大，驱动各轴伺服电机旋转。9 伺服电机 驱动各轴丝杠旋转，带动工作台移动。10 位置检测 直接测量或间接测量工作台的位置，反馈到 CNC 经 CNC 内部进行比较后，输出位移指令，控制工作台作进一步的运动。四、加工中心 加工中心,简称CNC，是由机械设备与数控系统组成的使用于加工复杂形状工件的高效率自动化机床。加工中心又叫电脑锣。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。 数控加工中心是一种带有刀库并能自动更换刀具，对工件能够在一定的范围内进行多种加工操作的数控机床，又称自动换刀数控铣床。 在加工中心上加工零件的特点是：被加工零件经过一次装夹后，数控系统能控制机床按不同的工序自动选择和更换刀具；自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其它辅助功能，连续地对工件各加工面自动地进行钻孔、锪孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、铣削等多工序加工。由于加工中心能集中地、自动地完成多种工序，避免了人为的操作误差、减少了工件装夹、测量和机床的调整时间及工件周转、搬运和存放时间，大大提高了加工效率和加工精度，所以具有良好的经济效益。加工中心按主轴在空间的位置可分为立式加工中心与卧式加工中心。 数控加工中心的方法简介 在数控加工中心，目前的编程方法通常有两种：简单轮廓直线、圆弧组成的轮廓，直接用数控系统的G代码编程。复杂轮廓三维曲面轮廓，在计算机中用自动编程软件(CAD/CAM)画出三维图形，根据曲面类型设定各种相应的参数，自动生成数控加工程序。以上两种编程方法基本上能满足数控加工的要求。但加工函数方程曲线轮廓时就很困难，因为早期的铣床数控系统不具备函数运算功能，直接用G代码不能编制出函数方程曲线的加工程序，(版本较低的)CAD/CAM软件通常也不具备直接由方程输入图形的功能。所以切削函数方程曲线轮廓，目前通常使用的方法是：根据图纸要求，算出曲线上各点的坐标，再根据算出的坐标值用直线或圆弧指令代码编制程序，手工输入系统进行加工。加工中心的发展史加工中心最初是从数控铣床发展而来的。第一台加工中心是1958年由美国卡尼-特雷克公司首先研制成功的。它在数控卧式镗铣床的基础上增加了自动换刀装置，从而实现了工件一次装夹后即可进行铣削、钻削、镗削、铰削和攻丝等多种工序的集中加工。 二十世纪70年代以来，加工中心得到迅速发展，出现了可换主轴箱加工中心，它备有多个可以自动更换的装有刀具的多轴主轴箱，能对工件同时进行多孔加工。 加工中心的分类1、按加工工序分类加工中心按加工工序分类，可分为镗铣与车铣两大类。 （1）镗铣 （2）车铣 2、按控制轴数分类按控制轴数可分为： （1）三轴加工中心 （2）四轴加工中心 （3）五轴加工中心。 3、按主轴与工作台相对位置分类(1)卧式加工中心：是指主轴轴线与工作台平行设置的加工中心，主要适用于加工箱体类零件。 卧式加工中心一般具有分度转台或数控转台，可加工工件的各个侧面；也可作多个坐标的联合运动，以便加工复杂的空间曲面。 (2)立式加工中心：是指主轴轴线与工作台垂直设置的加工中心，主要适用于加工板类、盘类、模具及小 型壳体类复杂零件。 立式加工中心一般不带转台，仅作顶面加工。 此外，还有带立、卧两个主轴的复合式加工中心，和主轴能调整成卧轴或立轴的立卧可调式加工中心，它们能对工件进行五个面的加工。 (3)万能加工中心(又称多轴联动型加工中心)：是指通过加工主轴轴线与工作台回转轴线的角度可控制联动变化，完成复杂空间曲面加工的加工中心。适用于具有复杂空间曲面的叶轮转子、模具、刃具等工件的加工。 多工序集中加工的形式扩展到了其他类型数控机床，例如车削中心，它是在数控车床上配置多个自动换刀装置，能控制三个以上的坐标，除车削外，主轴可以停转或分度，而由刀具旋转进行铣削、钻削、铰孔和攻丝等工序，适于加工复杂的旋转体零件。 加工中心的优点工件在加工中心上经一次装夹后，数字控制系统能控制机床按不同工序，自动选择和更换刀具，自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助机能，依次完成工件几个面上多工序的加工。并且有多种换刀或选刀功能，从而使生产效率大大提高。 加工中心由于工序的集中和自动换刀，减少了工件的装夹、测量和机床调整等时间，使机床的切削时间达到机床开动时间的80左右(普通机床仅为1520)；同时也减少了工序之间的工件周转、搬运和存放时间，缩短了生产周期，具有明显的经济效果。加工中心适用于零件形状比较复杂、精度要求较高、产品更换频繁的中小批量生产。加工中心刀库加工中心的自动换刀装置由存放刀具的刀库和换刀机构组成。刀库种类很多，常见的有盘式和链式两类。链式刀库存放刀具的容量较大。 换刀机构在机床主轴与刀库之间交换刀具，常见的为机械手；也有不带机械手而由主轴直接与刀库交换刀具的，称无臂式换刀装置。 加工中心刀库分为圆盘式刀库及机械手刀库两种 圆盘式刀库 圆盘式刀库应该称之为固定地址换刀刀库，即每个刀位上都有编号，一般从1编到12、18、20、24等，即为刀号地址。操作者把一把刀具安装进某一刀位后，不管该刀具更换多少次，总是在该刀位内。 1. 制造成本低。主要部件是刀库体及分度盘，只要这两样零件加工精度得到保证即可，运动部件中刀库的分度使用的是非常经典的“马氏机构”，前后、上下运动主要选用气缸。装配调整比较方便，维护简单。一般机床制造厂家都能自制。 2. 每次机床开机后刀库必须“回零”，刀库在旋转时，只要挡板靠近（距离为0.3mm左右）无触点开关，数控系统就默认为1号刀。并以此为计数基准，“马氏机构”转过几次，当前就是几号刀。只要机床不关机，当前刀号就被记忆。刀具更换时，一般按最近距离旋转原则，刀号编号按逆时针方向，如果刀库数量是18，当前刀号位8，要换6号刀，按最近距离换刀原则，刀库是逆时针转。如要换10号刀，刀库是顺时针转。 机床关机后刀具记忆清零。 3. 固定地址换刀刀库换刀时间比较长国内的机床一般要8秒以上（从一次切削到另一次切削）。 4. 圆盘式刀库的总刀具数量受限制，不宜过多，一般40#刀柄的不超过24把，50#的不超过20把，大型龙门机床也有把圆盘转变为链式结构，刀具数量多达60把。 机械手刀库 机械手刀库换刀是随机地址换刀。每个刀套上无编号，它最大的优点是换刀迅速、可靠。 1. 制造成本高。刀库有一个个刀套链式组合起来，机械手换刀的动作有凸轮机构控制，零件的加工比较复杂。装配调试也比较复杂，一般由专业厂家生产，机床制造商一般不自制。 2. 刀号的计数原理。与固定地址选刀一样，它也有基准刀号：1号刀。但我们只能理解为1号刀套，而不是零件程序中的1号刀：T1。系统中有一张刀具表。它有两栏。一栏是刀套号，一栏是对应刀套号的当前程序刀号。假如我们编一个三把刀具的加工程序，刀具的放置起始是1号刀套装T1（1号刀），2号刀套装T2，3号刀套装T3，我们知道当主轴上T1在加工时，T2刀即准备好，换刀后，T1换进2号刀套，同理，在T3加工时，T2就装在3号刀套里。一个循环后，前一把刀具就安装到后一把刀具的刀套里。数控系统对刀套号及刀具号的记忆是永久的，关机后再开机刀库不用“回零”即可恢复关机前的状态。如果“回零”，那必须在刀具表中修改刀套号中相对应的刀具号。 3. 机械手刀库换刀时间一般为4秒（从一次切削到另一次切削）。 4. 刀具数量一般比圆盘刀库多，常规有18、20、30、40、60等 5. 刀库的凸轮箱要定期更换起润滑、冷却作用的齿轮油。 加工中心操作要点作为一个熟练的操作人员，必须在了解加工零件的要求、工艺路线、机床特性后，方可操纵机床完成各项加工任务。因此，整理得出以下几项操作要点： 为了简化定位与安，夹具的每个定位面相对加工中心的加工原点，都应有精确的坐标尺寸。 为保证零件安装方位与编程中所选定的工件坐标系及机床坐标系方向一致性，及定向安装。 能经短时间的拆卸，改成适合新工件的夹具。由于加工中心的辅助时间已经压缩得很短，配套夹具的装卸不能占用太多时间。 夹具应具有尽可能少的元件和较高的刚度。 夹具要尽量敞开，夹紧元件的空间位置能低则低，安装夹具不能和工步刀具轨迹发生干涉。 保证在主轴的行程范围内使工件的加工内容全部完成。 对于有交互工作台的加工中心，由于工作台的移动、上托、下托和旋转等动作，夹具设计必须防止夹具和机床的空间干涉。 尽量在一次装夹中完成所有的加工内容。当非要更换夹紧点时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏定位精度，必要时在工艺文件中说明。 夹具底面与工作台的接触，夹具的底面平面度必须保证在0.010.02mm以内，表面粗糙度不大于Ra3.2um。加工中心与数控机床与数控铣床相同的是，加工中心同样是由计算机数控系统(CNC)、伺服系统、机械本体、液压系统等各部分组成。 但加工中心又不等同于数控铣床，加工中心与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换刀具的功能，通过在刀库安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现钻、镗、铰、攻螺纹、切槽等多种加工功能。 加工中心的维护加工中心定期检查项目1、主轴在额定最高转速下运转轴承状态 测振仪 2、设备水平检测 水平仪 3、X/Y/X轴相互垂直度检测 方箱/角尺 4、X/Y/Z轴重复定位精度检测 激光干涉仪（视设备品牌可以自动补偿） 卧式加工中心5、X/Y/Z轴累计误差检测 激光干涉仪（视设备品牌可以自动补偿） 6、主轴300mm径向跳动检测 7、主轴与工作台面的垂直度检测 8、X/Y/Z轴滚珠丝杠轴承状态检测、 9、X/Y/Z轴丝杠状态检测 加工中心定期保养项目机械部份 1、 检查润滑系统，压力表状态，清洗润滑系统过滤网，更换润滑油，疏通油路， 2、 检查气路系统，清洁空气过滤网，消除压力气体的泄漏。 3、 检查液路系统，清洁过滤器、清洗油箱，更换或过滤油液。可能的情况下，更换密封件。 4、 紧固各传动部件，更换不良标准件。 5、 油脂润滑部位，按要求，加注润滑脂 6、 清洁、清洗各传动面， 7、 检查刀库、机械手状态，分析机械手磨损状态，向客户提出更换建议。 8、 修复修正外部元件的损坏件。 9、 检查防护罩状态。准确的将信息反馈给客户。 电气部份 10、清洁控制柜内电气元件，检查、紧固接线端子的紧固状态。 11、清洗、清洁数控系统控制模块、电路板，清洁风扇，空气过滤网，清洁散热装置， 12、清洁伺服电机风扇叶片。 13、清洁操作面板内部元件，电路板、风扇。检查插接件的紧固状态。 加工中心安全规则1必须遵守加工中心安全操作规程。 2工作前按规定应穿戴好防护用品，扎好袖口，不准戴围巾、戴手套、打领带、围围裙，女工发辫应挽在帽子内。 3开机前检查刀具补偿、机床零点、工件零点等是否正确。 4各按钮相对位置应符合操作要求。认真编制、输入数控程序。 5要检查设备上的防护、保险、信号、位置、机械传动部分、电气、液压、数显等系统的运行状况，在一切正常的情况下方可进行切削加工。 6加工前机床试运转，应检查润滑、机械、电气、液压、数显等系统的运行状况，在一切正常的情况下方可进行切削加工。 7机床按程序进入加工运行后，操作人员不准接触运动着的工件、刀具和传动部分，禁止隔着机床转动部分传递或拿取工具等物品。 8调整机床、装夹工件和刀具以及擦拭机床时，必须停车进行。 9工具或其它物品不许放在电器、操作柜及防护罩上。 10不准用手直接清除铁屑，应使用专门工具清扫。 11发现异常情况及报警信号，应立即停车，请有关人员检查。 12不准在机床运转时离开工作岗位，因故要离开时，将工作台放在中间位置，刀杆退回，必须停车，并切断主机电源。 五、 数控编程 程序编制是指从零件图样到制成控制介质的过程。其基本步骤如下：（1） 制定工艺过程（2） 运动轨迹的坐标值计算（3） 编写加工程序单（4） 制备控制介质（5） 程序校验和零件试切 在操作数控机床加工零件时，首先选择机床类型，再选择刀具并安装、选择毛坯并安装夹紧。接着就进行回零操作，对刀找出工件原点等。然后就可以以手动输入方式编写程序或者直接加载已经编好的程序。这样就可以加工出 所要求形状和精度的零件了。下面简单介绍在数控编程中几种常用的指令代码：1、 准备功能“G”指令它是由“G”和后面的两位数字组成。该指令主要是命令数控机床进行何种运动，为控制系统的插补运算做好准备。所以它们位于程序段中坐标数字指令的前面。常用的准备功能指令有：G00快速点定位指令G01直线插补指令G02 G03圆弧插补指令 G02为顺时针圆弧插补指令，G03为逆时针圆弧插补指令G40 G41 G42刀具半径补偿指令 G41为左补偿，G42为右补偿，G40为刀具半径补偿撤销指令G90 G91绝对坐标尺寸及增量坐标尺寸编程指令2、 辅助功能“M”指令辅助功能M指令是由字母“M”和其后的两位数字组成。该指令与数控系统的插补运算无关，主要是为了数控加工、机床操作而设定的工艺性指令及辅助功能。常用的辅助功能指令有：M00程序停止 完成该程序段的其他功能后，主轴、进给、冷却液送进都停止M02程序结束 当全部程序结束时使用该指令，它使主轴、进给、冷却液送进停止，并使机床复位M03 M04 M05分别命令主轴正转、反转和停转M06换刀指令M30程序结束并倒带M98子程序调用指令M99子程序返回到主程序指令3、 其他功能指令（1）、进给功能指令F 该指令用以指定切削进给速度，如F100即为切削进给速度100mm/min。（2）、主轴转速功能指令S 该指令用以指定主轴转速，如S1200即为主轴转速1200r/min。（3）、刀具功能指令T 该指令用以指定刀号及其补偿号。如T0101，前两位01是刀号，后两位01是刀补寄存器号。（4）、坐标功能指令 该指令用来设定机床各坐标之位移量，它一般使用X、Y、Z、U、V、W等地址符为首，其后紧跟“”、“”及一串数字。正负号代表移动的方向。（5）、程序段号功能指令N 该指令用以指定程序段名，由N地址及其后的数字组成。六、 编程操作实例实例1O1