数控加工中心论文

本文由 kimyao520 贡献 数 控 论 文 班级 班级 材控 073 姓名 姓名 王静 学号 200711518348 学号 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 15 20 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 号刀套装 T2 3 号刀套装 T3 我们知道当主轴上 T1 在加工 2 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 01 0 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 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 补指令 G40 G41 G42 刀具半径补偿指令 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 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 完成该程序段的其他功能后 主轴 进给 冷却液送进都 G41 为左补偿 G42 为右补偿 G40 为刀 G02 为顺时针圆弧插补 指令 G03 为逆时针圆弧插 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 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 数字组成 该指令用以指定程序段名 由 N 地址及其后的 该指令用以指定主轴转速 如 S1200 即为主轴 六