(最新整理)先进制造技术(英文版第三版)唐一平,第五章翻译

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2、。p655数控数控(nc）是一种控制运动的方法通过直接插入代码指令的机器部件，以数字和字母，进入系统.系统自动解释这些数据并将其转换成输出信号。这些信号，反过来，控制各种例如机器的部件，通过旋转主轴和关闭，改变工具,移动工件或工具沿着特定路径，或转向切削液的开和关。为了感谢机床数字控制的重要性,让我们简要回顾一个过程如何如工历来是开展。在研究一部分的工作图纸，操作员设置合适的工艺参数（如切削速度，切削深度进给，切削液，等等）,确定加工操作顺序要执行，夹在工件夹具的工件（如卡盘或夹头），并与部分的收益。根据零件的形状和规定的尺寸精度，这方法需要熟练的操作人员.后面的加工过程可能依赖于特定的操作；

3、由于人类的可能性错误，甚至部分由同一操作者产生可能不完全相同。零件的质量，因此，依赖于特定的操作或（甚至同一运营商)在一周或一天的时间一天。因为增加关注提高产品质量和降低制造成本，这种变异（和对产品质量的影响）不再可接受的。这种情况可以通过数值控制消除加工操作。数值控制的重要性可以通过进一步的说明下面的例子.假设几个孔被钻的一部分图5所示位置.1。p66在加工这部分传统手工方法,操作者位置钻头相对于工件，使用参考点通过三种方法显示在图中给出.然后操作员进行钻孔。让我们先假设100个部分,都有形状和尺寸精度的同时，也要钻.显然，这操作将是乏味的,因为操作者必须经过相同的动作反复。此外，概率高,各

4、种原因,一些零件加工将与众不同。现在让我们假设这个生产运行过程中，这些组成部分的顺序是改变了，和十的部分现在需要不同位置的孔。的机械师现在必须重新定位工作台;此操作将时间消费是错误的.这样的操作可以由数控机床很容易进行能够生产部分多次准确地处理不同的部分（通过加载不同的部分程序,将描述后）.在数值控制操作下，有关的所有方面的数据加工操作，如位置，速度，饲料，和切削液，可以存储在磁性介质上，随着时间变化从磁带到硬盘。的数控控制概念，具体信息可以向这些存储设备到机床的控制面板.对输入信息的基础上，继电器和其他设备（硬p67控制）可以采用以获得所需的机器设置。复杂操作（如将有不同的轮廓，在一部分或开

5、模铣床）可以很容易地进行。数控已经对制造业各方面的重大影响操作。数控机床是现在广泛使用的小中量生产（通常是500件或更少）的各种各样的部分，在小商店和大型制造设施。老的机器通常可以加装数控.5。1历史在数值控制的基本概念，显然是实现在19世纪早期,当穿孔金属板卡被用来自动控制织机的动作。针由感应卡中孔的存在或不存在的活性.这发明后自动钢琴（钢琴），其中钥匙是由流动的空气通过孔活性在穿孔辊穿孔纸。对数控机床的运动原理最初设想是在40年代由美国人在他企图机复杂的直升机桨叶。第一个原型数控机床建于1952在麻省理工学院。这是一个垂直轴，两轴仿形铣床加装伺服电机，和加工执行的操作包括端铣和面铣上厚厚的

6、一层铝合金板数值数据被输入进纸带生成的数字计算机，另一种是在相同的开发时间在麻省理工学院。在实验中,部分被加工成功，准确，并多次在没有操作员干预。此成功的基础上，对机床工具行业开始设计，建设，销售数控机床工具。后来，这些机器都配备了计算机数值控制（cnc)产生了更大的灵活性，准确性，通用性强,易于操作.p685。2计算机数字控制在数控发展的下一个步骤,控制硬件（安装在数控机床上）转换到本地计算机用软件控制.两种类型的计算机系统被开发出来：直接数值控制，和计算机数值控制。在直接数字控制(dnc），最初的设想和在上世纪60年代，几台机器的直接控制,一步一步，由一个中央计算机主机。在这个系统中，运营

7、商已经进入中央计算机通过远程终端。这样，录音带的处理在每台机器上的一个单独的计算机需要被淘汰。随着dnc，所有机器在制造设备的状态监测从中央计算机评估。然而，有一个关键的dnc缺点：如果计算机关闭时，所有的机器都不起作用。dnc最近的定义（现在意义的分布式计算控制）包括中央计算机作为控制系统中的应用在一些个人电脑数值控制机器车载微机。该系统提供了大量的内存和计算能力，提供了灵活性,同时克服直接的缺点数值控制。计算机数控（cnc）是一个系统的控制微型计算机是一台机器或设备的一个组成部分(车载电脑）。该项目的一部分，可以通过远程站点的准备程序员,它可能包含了制图信息软件包和加工模拟，为了确保部分程

8、序的bug。机器操作员可以，但是，容易和手动程序计算机。操作员可以修改程序直接，准备不同的零件程序，并将程序。由于利用小型计算机有一个大的内存，p69微处理器（s），和程序的编辑功能,数控系统广泛今天使用的。低成本可编程控制器的可用性也起到了在数控制造厂成功实施的重要作用.在传统的数控系统数控机床的一些优点如下：（1）增加刀灵活性的机器可以产生一个特定的部分，然后其他不同形状的零件，以降低成本。（2）高精度电脑具有较高的采样率和更快的操作。（3)多样化的编辑和调试程序，编程,策划和印刷部分的形状是简单的。数控机床的5。3项原则的基本元素，一个典型的数控机床操作显示图。在数值控制功能元件和组件包

9、括以下。（1)数据输入:数字信息的读取和存储在磁带读者或在计算机内存。（2)数据处理:程序读入机控制单元处理。p70(3)数据欧印ut：这个信息翻译成命令（通常脉冲命令）给伺服电机（fig。5.3)。然后移动的伺服电机表(即工件安装）的特定位置，通过线性或旋转运动，由步进电机，丝杠，等类似的装置。控制电路的类型。数控机床可以控制通过两类型:开环和闭环电路。在开环系统（fig.5.3（一）)，信号通过控制器发送给伺服电机，但运动和工作台的最终位置不检查的准确性.闭环系统（fig.5.3（b）)配备各种传感器，传感器和计数器，精确测量工作台的位置.通过反馈控制，工作台的位置比较信号.表运动终止时，

10、适当的坐标达到.闭环系统是更复杂和更昂贵开环系统。数控机床中的位置测量可以通过直接或间接的方法。直接测量系统，传感装置读取刻度尺在机台或滑直线运动（fig。5。4（一）)。本系统是更准确,因为规模建成机，和间隙（相邻两啮合齿轮齿之间的游戏)机制不显著p71在间接测量系统，旋转编码器或解析器（图5。4（b）。中（c）)转换成旋转运动的平移运动。在这个系统中,侧隙可显著影响测量精度。位置反馈机制，利用各种传感器，主要是根据磁光电原理。5.4种类型的控制系统有数控控制系统的两个基本类型:点对点和轮廓。（1）在一个点对点的系统,也被称为定位，对各轴机分别被丝杠驱动，一个氏取决于类型的以不同的速度运行。

11、该机最初在最大速度以减少非生产时间，但在刀具方法数据定义的位置.因此，在一个操作钻床等（或打孔），定位和切割发生顺序（fig.5。5（一）。在钻或冲孔缩回，工具上迅速移动到另一个位置，并重复上述操作。路径从一个位置到另一个是重要的只有一点：它必须是选择减少旅行时间，提高效率。点对点系统p72主要用于钻孔，冲孔，直铣操作。(2）在一个轮廓系统（也被称为连续路径系统),其定位和操作都沿着指定的路径，但在进行不同的速度.因为这个工具是它沿着规定的路径（fig。5.5（b）,运动和速度的精确控制和同步是重要的。轮廓系统通常用于车床，铣床机，研磨机,焊接机械，加工中心。插值。沿路径运动(插值）发生一个增

12、量的几种基本方法（fig.5.6）。实际的例子路径钻，镗,铣操作示于图5。7冲压.在所有的插值，路径控制,刀具的旋转中心。对于不同类型的刀具补偿，对不同直径的工具，或在加工过程中，可以在数控程序的刀具磨损。p73（一)线性插值，从开始到结束在一条直线上移动的工具（fig。5。6（一），在两或三轴。理论上,所有类型的配置文件，可以用这种方法生产的，做点小的增量(fig。5.6(b）.然而,大量的数据必须经过处理才能。(b）在圆弧插补（fig。5.6（c）,为路径所需要的输入是结束点的坐标，对圆心和半径的坐标,并沿圆弧方向的工具.（c)在抛物线插值法和三次插值，路径近似曲线的数学方程，利用高阶。这

13、种方法是有效的，是特别有用的五轴机床开模操作板汽车体形成.这些方法也可用于工业机器人的运动.5。5精度的数值控制数控机床中的定位准确度被定义为机器可以定位到某一坐标系统。数控机床通常有至少3微米定位精度（0。0001。）。重复性（重复动作的位置一致性p74该机在相同的操作条件下)通常在8nm（0。0003。)。分辨率（机器的各部件运动的最小增量）通常是2.5(。im（0。0001。）。机床的刚度及其在齿轮和丝杠的间隙尺寸精度的重要.虽然在旧机器，反弹已与特殊化妆电路消除间隙(即工具总是接近工件上的特定位置，从同一方向)，在现代机械间隙采用预加载滚珠丝杠消除。同时，指挥信号的快速响应要求，摩擦和

14、惯性被最小化，例如,通过减少机器的运动部件的质量。5.6数控的优点和局限性数值控制具有以下传统机床控制方式相比的优点：操作灵活性提高，以及能够产生具有良好的尺寸精度，形状复杂的重复性好，减少废品损失，生产速率高，生产效率高，产品质量高。模具成本降低，因为不需要模板和其他装置。机器的调整是很容易的与微机和数字读数。更多的操作间可以进行的设置,和设置时间和加工少，相比传统的方法。此外,便利的设计变更，并减少库存。编写程序可以迅速,他们可以随时调用，利用微处理器。少工作涉及。快速原型制作是可能的（见10节）。操作人员的技能要求是小于一个合格的机械师，和运营商有更多的时间去工作区的其他任务。p75nc

15、的主要限制是设备相关的高初始成本，程序和计算机时间的需要和成本，以及特殊的维护,需要训练有素的人员。由于数控机床是复杂的系统，故障可以是昂贵的，所以预防性保养是必不可少的.然而，这些限制往往容易受到整体经济优势的数控。5.7编程数控一个数控程序由一个序列的方向，使数控机床进行操作，加工是最常见的过程。数控编程可以由内部编程部门完成的，是在车间完成的，或是从外部购买.该计划包含了指示和命令.几何指令涉及到刀具与工件之间的相对运动。处理指令关注的主轴转速,进给，切削刀具,切削液，所以on。111旅行指令涉及到插值型和对刀具或工作台的运动速度。开关指示关注/关闭冷却剂的位置，方向或主轴旋转，工具的变

16、化,工件进给，夹紧的缺乏，等等。手工编程包括首先计算刀具,工件的尺寸关系，工作台，对部分工程图纸的基础上(包括cad）,制造业要执行的操作，以及它们的顺序。然后准备节目单，详细介绍了必要的信息来进行具体的操作.该项目的一部分，然后在这些信息的基础上制备。手工编程可以通过人的知识geable关于特定的制造工艺和能够理解,阅读，并改变部分项目。因为他们熟悉机床和工艺能力,熟练的机械师能（有一些培训规划）也做手工编程.然而，涉及的工作是乏味的,p76费时,又不经济;因此，手工编程大多采用简单的点对点应用。计算机辅助编程涉及特殊符号编程语言，确定角点的坐标，边缘，和表面的部分。编程语言是与计算机进行通

17、信的一种手段；它涉及到使用象征性符号.程序员描述这种语言被加工的零件，和计算机化的描述命令为数控机床。几种语言，具有不同的功能和应用,是市售的。使用类似英语的语句的第一语言（称为apt，自动编程工具）是在上世纪50年代后期发展起来的。这种语言，在其各种扩展形式，仍然是最广泛使用的点对点和连续路径编程。复杂零件加工使用基于图形的现在,计算机辅助加工程序.一个刀具路径在图形环境,类似于cad程序主要创建.本机代码（显示）是由程序自动生成。生产之前，应验证的程序,可以通过观看模拟监视器上或用廉价的材料制作的部分过程(如铝，木材,蜡，或塑料），而不是为完成部分指定的实际材料。计算机辅助编程具有如下优点

18、超过手工方法:（1）使用符号语言（几个程序现在可）。（2）减少编程时间。编程是能够容纳大量的机械特性和过程变量有关的数据，如功率，转速，进给,刀具形状，刀具形状补偿变化由于刀具磨损，变形，和冷却液的使用。（3）减少人为错误的可能性，可以手工编程中出现。（4)查看加工顺序在屏幕上进行调试的能力。p77(5）简单的转换能力，要么加工序列或从一台机器到另一个。（6)较低的成本，因为减少编程时间。使用的编程语言（编译器)高质量不仅结果也允许加工指令的快速发展.此外,模拟可以运行在远程计算机终端，确保项目预期的功能。这种方法可避免昂贵的机器调试procedures。121职业特定nc编程语言的选择主要取

19、决于以下几个因素：（1)在制造工厂的人员的专业水平。（2)复杂的部分。（3）型设备和电脑可用。（4）时间和参与规划成本.5.8加工中心加工中心被定义为多功能数控机床自动换刀功能和旋转工具杂志。因为他们在上世纪50年代后期的介绍,他们已成为最常见的切割机.提高生产力和多样性是加工中心的主要优点。能力进行钻孔,车削，铣削，钻孔,扩孔，轮廓，和线程操作一台机器上消除多个机床的需要，从而降低资本设备和劳动力需求.一个相对不熟练的操作员可以经常参加两个加工中心,有时更。大多数工件可在一个单一的加工中心完成，往往与一个安装程序。额外的储蓄导致减少物料搬运成本,夹具，和空间需求。大量的时间花在机器移动工作机

20、保存，和吞吐量是多faster.131也,在制品库存,由通常出现在几台机器工件打滑表示,在只有一个机器工作取代.p78大多数加工中心保持密切的，不断重复的公差，从而获得更高质量的零件,以及降低检验成本和报废。特别是,加工特征对工件几个面关系更容易保持在公差.从一个工件的生产切换到另一个可以很快完成.实际加工时，加工中心可以比单用更好的两次或更多次,手动操作机床。从300%到500或更多的人在每小时生产率提高的估计，特别是在需要很多工具和频繁转换的应用。而加工中心比其他许多机床较高的初始成本,每年的投资收益一直保守估计约30%。小,紧凑车型现在可以让这些机器适用甚至小商店工作。精度可以保持和机器

21、的可靠性和控制的不断完善。fig-5.8是两个不同的加工中心（mc）的说明。类型，结构，和执行的操作加工中心，车削中心一样，分为垂直或水平。立式加工中心继续被广泛接受和使用,主要用于平板部分和三轴加工的地方是在一个单独的部分的脸如模具工作要求.卧式加工中心p79也得到了广泛的认可和应用,尤其是大型和重型零件,方方正正的,因为它们本身容易和方便的托盘传送时使用的一个单元或柔性制造系统的应用。优势和立式加工中心、卧式加工中心的缺点,可以看到在图在fig。5。9。通用加工中心最近的事态发展，并配备有立式和卧式主轴。他们有不同的特点，能加工工件的所有表面。加工中心的创新和发展带来了以下改进：提高灵活性和可靠性.增加饲料，速度，和整体的机械结构和刚度.p80降低负载,更换刀具等非切削时间。大mclj（机器控制单元)能力和兼容性系统。减少操作人员的介入.改进安全特性、低噪音.这些改进,通过提高生产力的要求和机床供应商之间的激烈竞争下，造成了一部分饥饿的机床能机工件严格公差的精确和一致的。主轴头的改进先进的容纳五分之一轴(及以上)的运动,大大提高了加工中心的通用性。重点对新设计的俯仰和横滚运动的主轴头的权利。运动的附加轴是有必要的,特别是在较大的加工中心,在工件不易移动,工具必须倾斜和转向机固定阻尼部分。但主轴头移动超过三个主轴也是