【结合案例浅析机械加工中的数控车床工作过程7400字（论文）】

结合案例浅析机械加工中的数控车床工作过程摘要通过教学与实验,本文已对机器人制造中的数控车床方面展开了深入研究。目前数控车床工艺已应用于工厂、企业加工等各个领域,有关产品多以主轴、盘、节套类零部件居多,适合于加工成小批量、高性能、加工程序复杂多变的零部件的工艺类型,并对转轴类零部件的加工图样展开了分解、编程等描述。图样采用AutoCAD设计软件制造,并具有一定的规格标识。尽管该零件构造简单,但也体现了数控车床的生产特性和车削用量大的部分工艺范围。关键字:加工中心;数控车床;车削;加工中心;编程。目录TOC\o"1-3"\u摘要 I第1章前言 51.1研究背景 51.2研究意义 61.3数控机床的相关介绍 61.3.1数控加工技术简介 61.3.2数控机床的组成及特点 7第2章数控加工中心的概述 72.1数控加工中心的组成 72.2数控加工中心的分类 82.2.1按加工工序分类 82.2.2按控制轴数分类 92.2.3按主轴与工作台相对位置分类 9第3章数控加工中心的刀具及编程 93.1数控加工中心编程特点 93.2数控工艺中零件的装夹和刀具使用结论 103.2.1零件的装夹 103.2.2刀具的选择 113.3FANUC立式加工中心换刀指令 123.4FANUC系统常用指令的综合应用 153.5宏程序的应用 183.5.1变量 183.5.2分支和循环语句 18第4章结论 21参考文献 22致谢 23第1章前言1.1研究背景随着我国制造业向着产业链高端发展，机械制造化和自动化科学技术在国家战略中有着越来越重要的地位，其在推动时代进步和科学及时的发展方面有着不可替代的位置。由于在机械制造化和自动化科学技术领域聚集了越来越多的资本，从而使得我国我国许多传统行业有了进行根本性转化的可能性，我国的各行各业在开始在此过程中不断探索和尝试新的生产方式和管理模式。在中国现代工业生产体系中,数控系统技术是关键技术,它融入了微电子、计算机科学、数据处理、手动测量、控制等现代科学技术于一身,具备了精确度、工作效率、柔性智能等技术特征,对中国制造业实施高柔性自动化、集成、高智能化,起了至关重要的影响。综上所述,我国自动化更新换代太慢,发展过程较长。目前,当前我国的机械工程系正进行着根本性改造,从专用型封闭式开环控制系统方式向使用开放型的动态全闭环控制方式转变。在系统化技术基础上,数控机床进行了超薄型、超技术进步。尤其是在自动化平台上,整合了计算机技术、多媒体、模煳推理、神经网络等各领域信息技术,数控机床进行了高精、高速和高效管理,在运行中能够自行校正、调整和补偿多种数据,因此对于本专业的学生而言掌握机械制造化和自动化科学技术是必须学习和掌握的知识。1.2研究意义长期以来,由于传统数控系统多采用普通的封闭式结构,因此CNC仅可当作非智能的机械操作控制器应用。加工过程变量由经验工人采用定参数方式事先确定,而加工过程在现场生产中采用手动方式,或采用CAD/CAM以及自动控制程序系统来编程。由于CAD/CAM与CNC相比并不是反馈控制过程,且在整体生产流程中的工件确定、刀具选择、机床频率、进给速度、工件位置、切割力度、步长和加工余量,既不能根据现场情况,通过外界影响和随机因素实现即时的动态改变,也不能利用反馈控制过程随时改变CAD/CAM中的设计定量,从而大大降低了CNC的生产制造能力与效率。由此可见,过去CNC技术的固定程序控制系统和封闭式的生产结构,严重制约着现代CNC和多变量智能控制技术的发展,并不适合于日益复杂的生产环境,所以,大力发展以数控技术为基础的现代化生产技术,已成为一个大国促进经济社会发展、增强综合竞争力和国家影响力的重要途径。1.3数控机床的相关介绍1.3.1数控加工技术简介数控加工技术是指利用现代数字化信息技术对加工机械运动状态进行实施操作和监控的一类技术，通常又被称之为数控系统信息技术(CNC),是一门自动管理技术。尤其是机床设计制造水平快速重复，对夹具和功能要求的需求增加，越来越多的专业人士和科学家加入研究团队。马江东等利用“广义显示原理”，将智能化概念引入夹具设计，开发了基于“自顶向下”概念的夹具设计软件。套筒零件的夹具设计方案与传统的设计方法有很大不同，可以有效提高此类零件的生产效率。薄壁零件是专门为普通零件设计的。使用特殊的夹具将主轴的锥度与锥孔的位置对齐，以处理薄的外圆。夹子可靠方便，能有效减少和预防。薄壁零件的变形。龙雄辉等讨论了在壁面零件加工过程中夹具设计对零件加工质量的影响，并在分析数控车床零件的制造过程中提出了解决方案。现阶段，我国在夹具设计研发方面取得了一些进展，但很多企业还在少量使用专用夹具或习惯使用专用夹具，适用于定位要求高的复杂异形零件。数控车床最大的优点便是在改变机械加工零部件结构时,通常人只要求透过向数控系统注入新的机械加工程式就能够自行实现整体控制。1.3.2数控机床的组成及特点数控系统主要由数控介质、数控装置、伺服控制系统,以及设备本身等四个方面所组成。数控加工的特性主要包括:加工精度高、表面质量良好等。数控设备的分类可以按照加工工艺方法、控制运动轨迹等，按加工工艺方法分类可以分为金属切削、特种加工类、板材加工类数控等。按控制运动轨迹分类可以分为点位控制、直线控制和轮廓控制等等。第2章数控加工中心的概述2.1数控加工中心的组成数控加工中心电气控制系统主要有六个电机和相关配件组成，六个电机分别是主轴旋转电机、刀具冷却电机、刀库换刀电机、加工X轴进给电机、加工Y轴进给电机和主轴Z轴进给电机。数控加工中心控制系统主要由可编程控制器PLC精准控制刀具，将木板材料加工成所需要的三角形，本系统对提高一些零件加工企业生产，以及管理自动化水平都有着很大的帮助,同时又提高了数控机床零件生产效率、机床的使用寿命和质量,从而减少了企业零件的质量的波动。本系统设计效果图如图2.1所示。图2.1数控加工中心系统结构架构示意图数控加工中心的控制系统需要更加精准、快速、高效的工艺要求，以及更加精准的、稳定的控制方式，而为工业领域设计的PLC的能力非常符合本次系统，所以专门选它作为整个数控加工中心系统的主要控制单元。由于PLC在运动控制方面有着很高的天赋，所以用来完成整个数控加工中心系统的所有设备的控制与运行。因为伺服电机和步进电机在速度控制方面，以及位置控制方面都非常精确稳定，所以这次我选择了使用步进电机作为数控加工中心装置的Y轴和X轴；为了可以良好的固定加工的零件，我选择专门设计的零件放在气缸上面。为了防止零件加工时产生的木屑乱飞，我还特意设计了一个安全门装置，当数控加工中心准备对工件加工时，安全门装置自动关闭。定位气缸开始对所需加工的零件进行加工。当工作台检测到加工工件之后，木材的定位气缸立即动作，加工工件将木材精确定位和固定。随后数控加工中心系统开始对工件进行加工。安全门防止切削飞出。数控加工中心系统准备开始对工件进行加工时，系统运用它的监视的功能，来对整个系统的加工的状态进行实时的监控。而且为了保护设备的安全，我们采用限位开关作为数控加工中心的伺服电机和步进电机的防止极限位保护装置，用信号指示灯展示数控加工中心的运行到什么阶段。2.2数控加工中心的分类2.2.1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。生产设备按生产过程划分,可分成镗钻和车铣二大类。2.2.2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2.2.3按主轴与工作台相对位置分类(1)卧式机械加工中心:主要在主要轴轴上与工作桌平行指定的机械加工中心，主要用于机械加工箱的部件。卧式刀具中通常包括一个圆形小桌子和一个数字控制圆形工作站，可在刀子的不同方面进行处理;它还可以作为一个多坐标的运动运行，从而形成复杂的空间曲线。(2)立式加工中心:一个机械加工设施，垂直安装机器轴心和工作平台，主要用于生产磁盘、磁盘和小型包装等复杂部件。垂直处理中心通常没有转轴，而只在顶部表面安装。垂直处理中心通常没有转轴，而只在顶部表面安装。此外，还有一个安装安装和反制机械机械机械加工中心，包括一个安装了轴或立方轴的机械加工中心五个铸件部分。(3)万能机械加工中心(又称多轴联合型机械加工中央):是一个机械处理装置，使用机械机械业务主轴的连接控制和转轴轴心的工作角度，以进行快速处理。适合制造齿轮旋转、模具和不同轨道的空间切割。第3章数控加工中心的刀具及编程3.1数控加工中心编程特点(1)在作出适当的技术决定后进行生产工艺。(2)手工或手刀可根据大小等具体情况使用。(3)必须拨出足够的空间来换刀。(3)为提高机械效率，应尽可能使用飞机外预先准备好机械润滑油并将测试标准纳入刀片以便利操作人员在实施方案之前修改刀子补偿参数。(5)对于所准备的工艺，必须仔细检查，并在生产过程中对试验进行管制。(6)在每一项行动中，应尽可能在单独的次级程序中组织流程，并按流程的顺序对程序的各个部分进行编号或安放。(7)最大限度地利用机床或数字机器的技术管理系统在镜像、波动、固定循环和微观管理方面的能力以减少混合行动的工作量。(8)适当准备更换程序，并注意为第一刀的特殊程序。3.2数控工艺中零件的装夹和刀具使用结论3.2.1零件的装夹（1）基准的选择基准选择是制定工艺规范的重要组成部分。锚点的正确选择和零件的质量存在密切关系，因而很有必要进行优化设置。基准选择的合理与否会直接影响到零件的质量和效率。否则很难保证鞋码尺寸，很多零件也无法满足加工要求。粗基面会明显的影响到加工余量分布情况，在设置时需要基于一定标准和原则，具体包括：相关要求原则、平衡原则、定位准确，夹持可靠，结构简单，操作方便、不要重用近似标准原则。选择精基准时，最重要的因素是工件的位置精度和夹持。选择粗略的基准一般来说，应该遵循的原则主要如下：①基准匹配②统一基准③自筹资金原则④相互对标在选择精度标尺时，必须注意如何减少工件定位误差和装夹次数，且有效的简化结构，为实现加工目标提供支持和保障，便于工件装夹。（2）夹具的选用在设计中心，不仅加装备件，而且还应使用定位标准作为制定部件设计原则的参考。机床夹具用于准确定位工件并在切削过程中牢固地固定住工件，它是加工零件的重要工具。其主要作用是稳定工件的相对位置，提高加工的精度，增加生产的总体进度，降低工作难度，最大限度地发挥机床的技术性能。卡箍的种类很多，根据卡箍的范围可分为通用卡箍、组卡箍、特殊卡箍和复合卡箍。根据夹钳的供电方式，可分为手动型、电动型、磁铁型、气动型、液压型、真空型等。对于相对少量的生产，可以使用相对常见的器具。为了增高总体生产能力，条件允许可以使用组合机床。生产大批量的产品，则需要利用相应的夹具来增加生产能力，夹具精度必须与工艺所需要求相匹配。外壳生产是小批量生产。需要特殊装置来提高加工过程中的生产率。为此，专门为生产线的工艺研发了一套夹具。由于外壳生产量较少，我们可以选用手动型专用夹具，既简单又可以降低难度和节约所需成本。（3）零件的夹紧基于夹具的力源进行划分，可将其划分为不同类型，如手动、气动、液压夹具、电动夹具等不同类型，其各有一定适用范围。该夹具选择手动手柄。零件的夹紧需要考虑一下几个问题，首先是夹持力的作用方向：1）夹持力的有效方向不得影响工件的定位精度和可靠性。2）夹持力的方向应与工件最大刚度的方向相匹配，以减少工件的变形。3)夹持力的方向应尽量减小所需的夹持力。其次是夹持力的作用点：1）夹持力的作用点必须能保证工件的稳定定位，使工件不移位或变形。2)夹持力的作用点应有助于减小夹紧变形。3）夹持力的作用点应和的加工表面尽可能的接近，这样可以起到更好的夹持作用。夹具对减少加工振动有重要意义。根据以上论述可知，夹持力的方向垂直于孔30的轴线，夹持力的表面代表零件的侧面。结合零件的形状，夹具零件需要压紧光滑的表面并移动手柄以压缩螺钉。再次是夹持力大小夹持力的大小在很大程度上与提供稳定可靠的定位有关，这和夹紧装置的尺寸存在密切关系。一般条件下夹持力过小，则不满足稳定性要求，加工时工件会产生不同程度的振动，相应的定位目的也无法实现；相反情况下则会导致夹紧变形，这样会影响到加工质量。根据以上论述可知，应该控制夹持力的大小适当。具体分析可知此参数主要取决于切削阻力P和工作重量G，但必要时还必须考虑离心力和惯性力的影响。此外，夹持力也和系统的刚性存在相关性。在加工过程中切削阻力持续的改变，也使得夹持力无法进行准确的计算。3.2.2刀具的选择加工中心对刀具的要求:(1)具有优异的切削性能:经受过高速切割和无缝加工并且加工性能平稳。(2)有较高的精确度:刀的刀具的精确度为刀具和刺刀位置的精确度与装夹装置的定位精确度。(3)拥有完备的工具体系:满足多种刀具的工艺要求。加工过程中使用的加工方法，加工表面尺寸和对应的材料，加工时的精度要求以及总体的生产速度、成本决定相应的刀具。挑选时，只要有可能都利用常用的标准器具，可以根据自己的需要使用高效复合工具和其他特殊工具。齿轮箱始终使用加工过程手册中的标准工具完成。泵壳体加工刀具采用面铣刀，而面铣刀是CNC加工并使用直柄立铣刀。根据孔的大小选择钻孔工具，锥柄麻花钻主要用于钻孔。工具材料一般采用碳素工具钢、高速钢、硬质合金等，典型高速钢的淬火硬度可达（63-67）HRC，红硬性可达550-650。允许切削速度Vc是合金工具钢的1～2倍，是制造各种复杂刀具的主要材料。硬质合金的耐热性远高于高速钢，约为800～1000℃，允许切削速度约为高速钢的4～10倍。虽然硬度高，但弯曲强度为1.1～1.5GPa，是高速钢的一半，冲击强度是高速钢的1/25～不到1/10。综上所述，优质合金用于面铣材料，高速钢用于扭矩钻、铰刀、锪孔和钻头丝锥，以及用于梯形孔钻削的刀尖材料。使用的钻头也非常坚硬，由优质合金制成。3.3FANUC立式加工中心换刀指令经过程序设计和进行上述编程而使数控机床得以完成的能力,我们称为可编程功能。编入方案的能力通常有两种功能:刀道控制系统和不同轴的移动，如纵向和弧形同化、阶段配对、偏移和转换、选择长度单位、稳定和添加物以及反馈等，所以我们可以根据伺服驱动器反馈的信号和理论上的信号进行对比，从而对我们设计的路径校正。在上述的辅助工具能力中,Txx用来选夹具,而Sxxxx则用来调节机床速度。而其它操作则由字母M和二个数字所构成的M代码来实现。（1）准备功能本机床使用的所有准备功能见表1：在图一中我们可以发现,G程序被分成了很多不同的一组,这也就是大多数的G程序都是模态的,所以称为模态G程序,是说这种G程序并不是仅在当前的程序块中起效果,而是在今后的程序模块中起继续效果,直至当前程序中还存在着另一种同组的G程序为止。即使同一组的模态G程序可以控制同一对象但产生了不同的效果,它们之间也是不相适应的因为它只适用于它所属的方案单位。当数控加工中心系统突然发生急停事件，紧急按下急停按钮时(SA3被切断)，则系统会立即停止。待急停事件结束之后，急停恢复后，再按下循环启动按钮，则电机回复到之前状态继续运行。当系统遇到一些其他不正常的情况的处理方式，如果当数控加工中心的X轴的伺服进给电机出现超越行程的行为,伺服电机会自动锁住，并且报警，触摸屏自动弹出的紧急报警弹窗“报警画面，设备越程”，紧急情况处理完毕之后自动解除报警后，则伺服电机重新回到原点C位置的初始状态。（2）辅助功能这一功能可以通过s程序案或通过t程序方案的刀选择方案实现核心调整，而其他功能可以通过方案m实现，客户可以使用该方案(表2):通常情形下,每个程序段内最多可能包含一个M程序。3.4FANUC系统常用命令的综合使用实例:加工如图3-1所要求的汽车零部件。毛坯为φ棒料,工件一般不切割。（表2）：一般情况下，一个程序段中最多可以有一个M代码。3.4FANUC系统常用指令的综合应用实例：加工如图3-1所示的零件。毛坯为φ52mm棒料，工件不切断。3.5宏程序的应用利用子程序编程则能够重复相同的操作,并且减少了程式的编写操作量,数控加工中心系统的控制程序要求数控加工刀具装置能够快速、精准的完成零件的加工。当系统启动按钮被按下时，需要在触摸屏上输入相应的三角形边长和加工数量，随后工作平台检测有无加工工件，如果系统检测到有加工工件，那么定位气缸动作，换刀电机开始动作，换到相应的刀具，对工件进行加工，X轴和Y轴可以同时动作。3.5.1变量一种常用的零件加工方法是G码,并可以用数字值描述移动的位置,如:G01X100.0。通过使用用户宏,不仅可以直接使用数据值还可以使用变量号。在使用了变量号之后,变量值既可以直接用程序更改,也可以用MDI模板更改。#2=0#1=#2+10G01X#1F3003.5.2分支和循环语句在一个编程中,控制过程可以用GOTO、或IF语句改变。有三个分支循环语句如下;GOTO语句（无条件分支）；IF语句（条件分支：IF,,then,,）；WHILE语句（循环语句while，，）。条件表示:每一个条件表示都必须要含有一条运算符,将这个运算符插在二个变量的某个常量中间,而且必须用方括号括出来,如:[表示操作符表示]。例子1:在一个十mm的正方形面板上,钻等距等宽的一百个小孔。范例2:在一张经过适当处理的金属面面上打孔,打一百个点,每行十多个字,共十行。第一行每一点的长度是上一点的长度加一。同理,第一列每一点和上一点长度加一。第4章结论随着当前高精密技术