典型零件的工艺分析与加工与数控的发展

1、工程机械学院 典型零件的技术分析与加工与数控技术的发展 概括本文重点介绍了典型零件的工艺分析以及机械加工和数控技术的发展。数控技术和数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益显示出其在国家基础产业现代化中的战略作用，已成为传统的机械制造业。升级改造，实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。在 HYPERLINK %20%20%20%20:/ CNC加工中，从零件的设计图到成品零件合格交付，不仅要编制CNC程序，还要安排零件加工工艺路线，选择加工机台，由于零件加工中受刀具选择、定位、装夹等一系列因素的影响，在开始编程前，必须对零件设计图纸和技术要求进行详细的CNC加工工艺分析。从而最

2、终确定哪些是零件的技术关键，哪些是CNC加工的难点， CNC编程的难易程度。数控程序编制中最重要也是极其复杂的环节，也是数控加工工艺设计的核心工作，在制定数控加工方案之前必须完成。对CNC加工过程进行全面、合理的分析是提高CNC编程质量的重要保证。数控车床是应用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴、盘等旋转零件。通过CNC加工程序的运行，可自动完成外圆柱面、圆锥面、成型面、螺纹和端面的切削加工，可以开槽、钻孔、铰孔、铰孔。等待工作。目录概括数控机床分类概述1.1加工工艺分类1.1.1金属切削数控机床特殊加工数控机床1.1.3钣金加工数控机床1.2控制运动轨迹的分类1.2.1 点控数控机

3、床1.2.2直线控制数控机床1.2.3 轮廓控制数控机床1.3 驱动装置特性分类数控机床开环控制1.3.2 无限循环控制数控机床1.3.3半死环控制数控机床1.3.4混合控制数控机床第二章丰富的高速刀具路径策略2.1.1 确定刀具路径应满足的基本要求2.1.2 确定刀具提前请求2.1.3 粗加工刀具路径要求2.1.4 精加工刀具路径要求第三章数控系统发展趋势3.1.1 高速高精度加工技术与装备新趋势3.1.25轴联动加工及复合加工机床快速发展3.1.3 智能化、开放化、网络化已成为当代数控系统发展的主要趋势第 4 章 典型轴类零件的加工4.1.1 FUNAC数控车编程第五章数控机床故障排除方法

4、及注意事项5.1.1故障排除方法5.2.1维护注意事项结束语至第一章概述1.1加工工艺分类1.1.1 .金属切削数控机床与传统车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床包括数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。虽然这些数控机床有很大的区别在加工方式和具体控制方式上，机床的动作和动作均采用数字化控制，生产率高，自动化程度高。在普通数控机床上加装刀库和换刀装置，就变成了数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如，铣镗钻加工中心是在数控铣床的基础上增加大容量刀库和自动换刀装置形成的。工件一次装夹后，箱体零件可在机床的四面甚至五面中进行铣、镗

5、、钻、扩、铰、攻丝等多道工序加工，特别适用于箱体零件加工。加工中心机床能有效避免工件多次安装造成的定位误差，减少机床数量和占地面积，缩短辅助时间，大大提高生产效率和加工质量。1.1.2 .特殊加工数控机床除了切割数控机床外，数控技术还广泛应用于数控线切割机床、数控电火花机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床和数控激光切割机床。加工机等1.1.3 .钣金加工用数控机床钣金加工中常用的数控机床有数控冲床、数控剪板机、数控折弯机等。近年来，数控技术也广泛应用于其他机械设备，如数控多坐标测量机、自动绘图仪和工业机器人等。1.2控制运动轨迹的分类1 . 2.1 点控数控机床位置精确定位，在运动定位

6、过程中无需任何加工。机床的数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴的运动之间没有联系。可以同时将多个坐标移动到目标点，也可以单独依次移动每个坐标。此类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。通过点位控制数控机床的数控装置称为点数控装置。1.2.2 .直线控制数控机床直线控制数控机床可以控制刀具或工作台以适当的进给速度沿平行于坐标轴的方向直线运动和切削。进给速度可根据切削条件在一定范围内。改变 。直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。三轴直线控制数控铣床可用于平面铣削。组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头具有多轴箱体的轴向进

7、给，进行钻孔、镗孔加工。它也可以看作是一种线性控制的数控机床。数控镗铣床、加工中心等机床，各坐标方向的进给运动速度可在一定范围内调整，并具有点、线控制加工功能。这种机床应该叫做点/线控制的数控机床。1.2.3 .轮廓控制数控机床轮廓控制 数控机床可以连续控制两个或多个运动的位移和速度，使合成的平面或空间轨迹满足零件轮廓的要求。它不仅可以控制机床运动部件的起点和终点坐标，还可以控制整个加工轮廓各点的速度和位移，将工件加工成所需的轮廓形状。常用的数控车床、数控铣床、数控磨床是典型的轮廓控制数控机床。 CNC 火焰切割机、EDM 机和CNC 绘图仪也使用轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构比点/线性控制

8、系统复杂。在加工过程中，需要不断地进行插补操作，然后进行相应的速度和位移控制。目前，计算机数控设备的控制功能都是通过软件实现的，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此，现代计算机数控装置除了少数特殊的控制系统外，还具有轮廓控制功能。1.3 驱动装置特性分类1.3.1 .数控机床的开环控制这类受控数控机床在其控制系统中没有位置检测元件，伺服驱动元件通常是反应式步进电机或混合伺服步进电机。数控系统每发出一个进给指令，经过驱动电路的功率放大后，带动步进电机转动一个角度，再通过齿轮减速装置带动丝杆转动。转换为运动部件的线性位移。运动部件的运动速度和位移由输入脉冲的频率和数量决定。这类数控机床的信息流

9、是单向的，即送出进给脉冲后，不会反馈实际运动值，所以称为开环控制数控机床。开环控制系统的数控机床结构简单，成本低。但系统不监测运动部件的实际位移，无法进行纠错。因此，步进电机的失步、步距角误差、齿轮和丝杠的传动误差都会影响加工零件的精度。开环控制系统只适用于对加工精度要求不高的中小型数控机床，特别是简单经济的数控机床。1.3.2 .数控机床的无限循环控制实际位移，并将测得的实际位移值反馈给数控装置，与输入的指令位移值进行比较，差值用于控制机床。使运动部件按照实际需要的位移进行运动，最终实现运动部件的精确运动和定位。从理论上讲，无限循环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，与传动链的误差无

10、关，因此其控制精度较高。图1-3为无限循环控制数控机床的系统框图。图中A为速度传感器， C为直线位移传感器。当位移指令值送至位置比较电路时，若工作台不动，则无反馈量，指令值使伺服电机转动，速度反馈信号通过A控制电路送至速度控制电路通过C反馈工作台的实际位移，与位置比较电路中的位移指令值进行比较，利用比较后的差值来控制位置，直到差值为零。时间 。这种受控数控机床被称为无限循环控制数控机床，因为机床表包含在控制环节中。无限循环控制数控机床定位精度高，但调试维护困难，系统复杂，成本高。1.3.3 .半死循环控制数控机床在伺服电机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等） ，并

11、通过检测旋转角度螺杆的运动部件的实际位移被间接检测，然后反馈给数控装置，并纠正误差。伺服电机的转速可以通过测速元件A和光电编码盘B间接检测，从而计算出工作台的实际位移，将该值与指令值进行比较，利用差值计算实现控制.由于工作台不包括在控制回路中，故称为半无限回路控制数控机床。半无限循环控制数控系统调试更方便，稳定性好。目前，角度检测装置和伺服电机多为一体设计，结构更加紧凑。1.3.4 .混合控制数控机床结合以上三类数控机床的特点，形成了混合控制数控机床。混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度和相对较高的精度，其传动链惯性和扭矩较大。全无限循环控制，

12、机床传动链和工作台都置于控制无限循环中，无限循环调试比较复杂。混合动力控制系统分为两种形式：( 1 )开环补偿型。其基本控制选用步进电机的开环伺服机构，并增加了额外的校正电路。机械系统的误差通过安装在工作台上的线性位移测量元件的反馈信号进行校正。( 2 )半死环补偿型。它采用半死环控制方式获得高精度控制，再利用安装在工作台上的直线位移测量元件实现全死环校正，获得高速、高精度的统一。其中A是速度测量元件（如测速发电机）， B是角度测量元件， C是线性位移测量元件。2、丰富的高速刀具路径策略近几十年来，高速切削技术以高切削速度、高进给速度和高加工精度为特点，在航空航天、模具制造和精密微加工等领域得

13、到广泛应用。因此，高速加工技术的研究已成为国外制造领域的重要研究项目之一。确定刀具路径应满足的基本要求高速切削不仅增加了对机床、夹具、刀具和刀架的要求，还需要改进刀具路径策略，因为如果路径不合理，会在切削过程中造成突然的切削载荷。变化，从而给零件、机床和工具带来影响，破坏加工质量，损坏工具。在高速切削中，由于切削速度和进给量大，损伤比普通切削要严重得多。因此，有必要研究适合高速切削的路径，以减少切削过程中的切削负荷。电荷的突变被最小化。可以说，高速切削机床只有拥有合理的高速刀具路径，才能实现利益最大化。为了消除切削过程中切削载荷的突变，刀具路径应满足以下基本要求：切削是等体积切削，即切削过程中

14、切削力是恒定的。尽量减少空笔画。尽量减少进给速度的损失。常用刀具路径刀具进给要求时采用螺旋进给或圆弧进给，使刀具逐渐切入零件，以保证切削力不突变，延长刀具寿命。无突变，使切割连续顺畅，否则会产生冲击。顺铣，切削过程稳定，不易过切，刀具磨损小，表面质量好。采用较小的轴向切深，以确保低切削力、低切削热和顺畅的排屑。切削方向无突变，即刀具路径无尖角，将普通加工路径的尖角替换为圆弧或其他曲线，以保证切削方向的变化是渐进的，而不是突变的。这样做有两个好处：一是现代高速机床的控制系统具有挡前视和尖角自动减速功能，即在到达尖角前自动降低进给速度，这样虽然减少了冲击并避免了过切，但进给速度降低了。轨迹没有尖角

15、，自然避免了这种情况；二是尖角处切削负荷突然增大，造成冲击。当轨迹没有尖角时，这个问题也不存在。采用等高线轨迹，加工余量均匀的刀具路径可以达到很好的效果。为采用轮廓法的刀具路径，刀具沿X或Y轴平移完成金属的去除，可保证高速加工时切削余量均匀，加工平稳，特别是延长刀具寿命。长期优势粗加工刀具路径要求粗加工的常用刀具路径有：Z向轮廓层切割法是将零件分成若干层，逐层切割，在进入下一层之前，在每一层加工零件的所有区域。采用无尖角刀具路径的螺旋或圆弧进刀。这有助于排屑并避免切削力的突然变化。对于薄壁零件，应该使用这种刀具路径，因为这种刀具路径还可以在切削过程中保持薄壁相对刚性。切入刀具路径。 _对于深腔

16、的粗加工，可以采用插铣法，因为当腔很深时，需要较长的刀具，刀具的刚性很差。线切割刀具容易变形，也容易产生振动，影响加工质量和效率。插铣的轨迹正好可以解决这个问题。摆线刀具路径。另一个更新的粗加工刀具路径是余摆线刀具路径，“余摆线”是指圆周上的固定点的轨迹，因为它纯粹沿着曲线滚动。该刀具路径用于在切削过程中使刀具从某一曲线（通常是零件的轮廓线及其平移线）保持恒定半径，以便在加工过程中保持进给速度。另外，此时的径向切削量一般为刀具直径的5%左右，因此刀具冷却条件好，刀具寿命长。这对于高速加工非常有利。完成刀具路径要求常用的加工刀具路径有：先用Z向轮廓层切割法加工陡面，再用曲面轮廓轨迹法加工非陡面；

17、先用曲面轮廓路径法，然后在垂直方向加工陡面。薄壁零件的精加工采用Z向轮廓层切削法。当然，在加工过程中，每一层都应尽量做螺旋或圆弧进刀，并使用无尖角的刀路。三、数控系统发展趋势自麻省理工学院于1952年研制出第一台实验性数控系统以来，已经过去了半个世纪。随着电子技术和控制技术的飞速发展，今天的数控系统的功能已经非常强大。同时，加工技术及一些相关技术的发展对数控系统的发展和进步提出了新的要求。3.1.1高速高精度加工技术与装备新趋势效率和质量是先进制造技术的主体。高速高精度的加工技术可以大大提高效率，提高产品质量和档次，缩短生产周期，提高市场竞争力。为此，日本先进技术研究所将其列为现代制造五项主要

18、技术之一，国际生产工程学会（CIRP）已将其确定为21世纪的中心研究方向之一。在汽车行业领域，年产30万辆汽车的生产周期为每辆汽车40秒，多品种加工是汽车装备必须解决的关键问题之一；这些都对加工设备提出了高速、高精度、高柔性的要求。为实现高速、高精度加工，电主轴、直线电机等配套功能部件得到快速发展，应用领域进一步扩大。五轴联动和复合加工机床的快速发展采用5轴联动加工三维曲面零件，可利用刀具的最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率大大提高。一般认为，一台5轴联动机床的效率可以与两台3轴联动机床的效率相当，特别是在高速铣削立方氮化硼等超硬材料淬硬钢件时，5轴联动加工可与三轴联动相媲美。加工发

19、挥更高的效率。但过去由于5轴联动数控系统和复杂的主机结构，价格比3轴联动数控机床高出数倍。此外，编程技术难度大，制约了五轴联动机床的发展。目前，由于电主轴的出现，大大简化了五轴联动复合主轴头的结构，大大降低了制造难度和成本，缩小了数控系统的价格差距。因此，推动了复合主轴头式5轴联动机床和复合加工机床（包括5面加工机床）的发展。智能化、开放化、网络化已成为当代数控系统发展的主要趋势网络化数控设备是近两年著名国际机床博览会的新亮点。数控设备的网络化将极大地满足生产线、制造系统和制造企业对信息集成的需求，也是实现敏捷制造、虚拟企业、全球制造等新型制造模式的基础单元。典型轴类零件的加工4.1.1 FU

20、NAC数控车编程如下：O9002N10 G50 X40 Z5 （建立坐标系，定义对刀点位置）N20 M03 S400 （主轴转速400r/min）N25 G50 S1000 （主轴最高转速限制为1000r/min ）N30 G96 S80 （恒线速有效，线速80m/min ）N40 G00 X0 （刀具到达中心，速度增加，直到主轴达到最大限速）N50 G01 Z0 G98 F60 （接触工件）N60 G03 U24 W-24 R15 （加工R15圆弧段）N70 G02 X26 Z-31 R5 （加工R5圆弧段）N80 G01 Z-40 （加工26外圆）N90 X40 Z5 （回对刀点）N100

21、 G97 S300 （取消恒线速功能，设置主轴转速为300r/min ）N110 M30 （主轴停止，主程序结束并复位数控机床故障排除方法及注意事项由于经常参与维修任务，现将部分维修经验结合相关理论方面的阐述，列举如下。5.1.1故障排除方法( 1 )初始化复位方法：一般情况下，对于瞬态故障引起的系统告警，可以通过硬件复位或依次切换系统电源来清除故障。如果系统出现混乱，则必须对系统进行初始化和清除。在清除之前，应注意制作数据的副本。如果初始化后不能排除故障，则进行硬件诊断。( 2 )参数变更、程序修正法：系统参数是确定系统功能的依据，不正确的参数设置可能导致系统故障或功能无效。有时由于用户程序

22、错误也可能导致停机，这可以通过使用系统的块搜索功能进行检查，纠正所有错误，以确保其正常运行。( 3 )调整、优化调整方法：调整是最简单易行的方法之一。通过调节电位器来纠正系统故障。例如，在一次工厂维修中，系统显示画面混乱，调整后正常。例如，在某工厂，在主轴启动和制动时出现皮带打滑。原因是主轴负载转矩大，驱动装置的斜升时间设置太小，调整后正常。优化调整是一种系统地实现伺服驱动系统与被拖动机械系统最佳匹配的综合调整方法。观察指令与速度反馈或电流反馈的响应关系。通过调节调速器的比例系数和积分时间，使伺服系统达到无振荡的高动态响应特性的最佳工作状态。在现场没有示波器或记录仪的情况下，根据经验调整，使电

23、机开始振动，然后反向缓慢调整，直至振动消除。( 4 )备件更换方法：将诊断出的电路板更换为良好的备件，并做相应的初始化启动，使机床快速投入正常运行，然后对坏板进行维修或修理。这是目前最常用的故障排除方法。( 5 )改善电能质量的方法：目前一般采用稳压电源来改善供电波动。对于高频干扰，可以通过这些预防措施使用电容滤波来减少电源板故障。（ 6 ）维修信息跟踪法：一些大型制造企业根据实际工作中设计缺陷造成的意外故障，不断对系统软件或硬件进行修改和改进。这些修改以服务信息的形式不断地提供给服务人员。以此作为故障排除的依据，可以正确、彻底地排除故障。5.2.1维护注意事项从整机取出某块电路板时，应注意记

24、录相应的位置和所连接的排线数量。拆卸下来的压件和螺丝应放在专用的盒子里，以免丢失。组装完成后，盒子里的东西都要用完，否则组装不完整。烙铁应放在您面前，远离维修电路板。烙铁头应适当修整，以适应集成电路的焊接，并避免在焊接过程中撞到其他元件。测量线间电阻时，应切断电源。测量电阻时，应将红黑表笔调换两次，以电阻较大者为参考值。大部分线路板都是刷有阻焊膜的，所以测量的时候要找对应的焊点作为测试点，不要铲掉锡膜，有的板子都刷了一层绝缘层，只用刮掉绝缘层焊点处的刀片。印刷线不能随意剪断。有些维修人员有一定的家电维修经验，习惯于断线检查，但数控设备上的线路板大多是双面金属孔板或多层穿孔板。印刷电路精细而密集

25、。有时很容易将相邻的线剪断，而在某些情况下，当某条线被剪断时，无法与该线分开，需要同时剪掉几条线。不得随意更换部件。有的维修人员只是觉得元件坏了，没有确定故障元件就立即更换，所以误判率高，拆下元件的人为损坏率也高。拆卸部件时，要用吸锡装置和吸锡绳，不要用力。同一个焊盘不宜长时间反复加热拆卸，以免损坏焊盘。更换新器件时，应妥善处理其引脚，焊接时不得使用酸性焊油。记录线路上的开关、跳线位置，不得随意更改。在对两极以上进行比对检查时，或更换元件时，注意在每块板上对元件进行标记，以免混淆，造成好板不能工作。检查电路板的电源配置和类型。根据检测需要，可单独供电或全部供电。注意高压，有些电路板是直接接高压

26、的，或者板上有高压发生器，需要适当绝缘，操作时要特别注意。总结数控机床是利用数字代码形式的信息（程序指令），按照给定的工作程序、运动速度和轨迹控制刀具自动加工的机床，简称数控机床。对于CNC加工来说，无论是手动编程还是自动编程，在编程前都需要对加工零件的工艺进行分析，制定加工方案，选择合适的刀具，确定切削量，对于一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需要处理。并掌握加工过程中控制精度的方法，才能加工出合格的产品。为了更好地利用数控技术，合理编程，数控车床的编程指令含义相近，功能相近，格式参数相近。分析了更多具有复杂轨迹的命令。文中介绍了它们的异同、难点，以便合理使用。我不仅学到了很多加工技术方面的知识，还学到了课本上没有的知识。在训练过程中，我遇到了很多问题，也犯了很多错误。通过培训，我学会了虚心求教，认真观察，大胆实践。任何能力都是在实践中积累的，都会有一