数控车床加工方案

数控车床加工方案

设计调查报告

实习单位天津天钢联合特钢有限公司

班级及专业2022春机械设计制造及其自动化

报告人

指导老师

完成时间2016-9-30

天津广播电视高校

—%数控机床的介绍

1.数控机床的产生

依据我国标准GB/T8129-1997,对机床数字掌握的定义：用数

字掌握的装置（简称数控装置），在运行过程中，不断地引入数字数据，从而对

某一生产过程实现自动掌握，叫数字掌握，简称数控。

为了满意多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种敏捷的，通用的，能

够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生与进

展起来的。它为单件、小批量生产的精密简单零件供应了自动化的加工手段。

2.数控系统的进展

从1952年第一台数控机床问世后，数控系统已经先后经受了两个阶段和

六代的进展，其六代是指电子管、晶体管、集成可路、小型计算机、微处理器和

基于工控PC机的通用CNC系统。其中前三代为第一阶段，称作为硬件连接数控,

简称NC系统；后三代为其次阶段，乘坐计算机软件数控，简称CNC系统。

3.机床的进展趋势

数控机床经过几十年的飞速进展，逐步实现了工序集中、高速、高效、高精

度及操作上便利、牢靠等目标。数控机床的本体设施的设计制造达到了较高的水

平，数控机床的进展更多地集中在数控系统方面。

1）数控系统开放话的趋势

开放式数控系统正在逐步得到进展和应用。传统的数控系统采纳专用计算机

系统，主要存在以下问题。

（1）传统数控系统非标准化，具有封闭性。不同的生产厂家生产的系统之

间互不兼容。而且传统数控系统人机界面不敏捷，系统的培训和维护费用昂扬。

一旦数控系统消失问题，只能由生产厂家专人修理，修理费用非常昂贵。用户企

业购买成本大，使用、维护费用高，降低了数控机床的性价比，增加了企业的负

担。

（2）数控系统使用的计算机专用系统的技术无法借用当今更新快速的PC技

术，同时缺乏统一，有效和高速的通道与其他掌樨设施和网络设旃进行万.联，用

户无法实现网络化、信息化管理。

（3）由于数控系统功能被系统生产厂家固定，无法重新定义和扩展，因此,

无法满意机床制造厂及购买者对数控机床功能的共性化的生产和使用需求。

为克服传统数控系统的缺点，数控系统正朝着开放式数控系统的方向进展。

更好地采用PC的软件、硬件资源，己成为各国数控设施生产厂家进展CNC系统

非常重要的一种方法。

2）数控系统小型化

随着微电子技术的进展，大规模集成电路的集成度越来越高，体积越来越小。

数控设施产生厂采纳超大规模集成电路，并采纳表面安装工艺，实现三维立体装

配，将整个CNC装置做得很小，以适应机械制造业机电一体化的要求。

3）数控系统优化人机交互方式的趋势

为了使操作者简单把握数控机床的操作，数控设施生产厂努力滴改善人机接

口，简化编程，尽量采纳对话方式，使用户使用便利。

4）数控系统产品配套性的提高

数控系统性能的好坏除了主要受CNC的性能影响外，还与数控系统的主轴、

进给驱动装置，以及与其相关的检测反馈元件的性能有亲密关系。假如系统的组

成都能很好地匹配，既可以使用户获得很好的使用效果。为了达到最佳使用效果,

数控设施生产厂越来越重视数控系统的配套。

5）数控系统的智能化趋势

随着工业技术的进展，制造行业要求制造过程更快、更简单，以适应生产需

要。20世纪80年月初期，数控技术发达的我国就已经开头讨论智能型数控系统。

目前，智能闭环加工技术正在被数控系统所采纳。这种技术采用传感器获得实时

的信息，以增加制造者取得最佳产品的力量。

4数控机床分类

1）金属切削类数控机床

与传统的车、铳、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铳

床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。在一般数控机床加装一个刀库

和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了一般数控机床

二、数控机床在钢铁企业中的应用

螺纹钢生产企业在轧制螺纹钢时，采用轧辐上的月牙槽轧出螺纹钢凸棱，同

时螺纹钢的规格、等级等字符信息也必需在轧辑上加工出来。

目前，国内外轧辑制造普遍采纳卧式铳床进行改造，用飞刀法切削月牙槽，

然后用电极法（如电火花）进行文字信息的加工。这种方法有两大缺点：（1）小规

格的月牙槽加工困难。由于轧辐坚硬，刀杆直径较小，经常会消失刀杆折断、刀

头损坏。（2）效率低下。用飞刀法加工月牙槽时，需依据螺纹钢的不同规格选用

不同挂轮；用电极法加工文字信息时，需做电极，同时需将轧辐周转到另一台加

工设施上，而且电火花加工时间较长。因而，传统方法制作轧辐是钢铁企业的一

个瓶颈。采用数控技术设计的XI（9350专用铳床，用模拟轨迹法铳削月牙槽，用

编程法铳削字符信息，全部加工在一台机床、一次装夹中完成，达到了便利、快

捷、高质量的效果。

1机床结构及原理

轧制螺纹钢时使用的轧辑外形如图1所示。

数控月牙槽铳床的结构如图2所示。

整个机床为四轴三联动结构。X辅为摆头，带动刀具作左右摇摆；Y轴为头

架主轴，带动轧辐作回转运动；Z轴为拖板，带动刀具作横向运动；A轴为拖板,

作纵向运动。X,Y,Z轴三轴联动，依据所建立的数学模型使刀具沿图1中月牙

槽圆弧段运动，从而铳削出月牙槽。X,Y轴二轴联动。用编程法铳削字符信息。

A轴周期性进给，将刀具转换到下一个轧轴的圆周槽内。其原理如图3所示。

机床原理图

2数控系统的选用

XK9350数控月牙槽铳床加工对象硬度较高，所需切削力较大，加工时洗刀

需尽量保持运动平稳，要求系统有较好的动态特性。经试验对比，选用了三菱

50M系统和M耐2中惯量电机，很好地满意了加工要求。

3刀具

刀具是铳削月牙槽的关键之一。依据月牙槽外形的要求，铳刀头必需为指状

（如图3所示）。从理论上讲，其刀尖部位速度为0,因此对刀具要求很高。笔者

与国内某材料讨论所合作，开发了一种合金铳刀，特地与机床配套铳削轧辑。

4月牙槽专用铁削指令的设计

该机床是用来铳削月牙槽的专用设施，其刀具轨迹为空间曲线，机床在铳削

月牙槽时所使用的机床轴为1个直线轴(z轴)、2个旋转轴(X,Y轴)。不同于一

般的通用数控机床，其编程不直观，也很简单。为此，推导出月牙槽的数学模型

z二f(R,x,y)(其中R为螺纹钢半径)，并依此开发出了月牙槽切削专用指令，其

形式为：G82R(R)X(45°)Y(Y)F(F)此指令的格式和使用方法与标准的数控指

令一样，极大地便利了用户的使用。

三、成果推广

采用数控技术开发的XK9350数控月牙槽铳床，实现了一台机床加工月牙槽

和字符的功能。该机床的加工范围为：铳削螺纹钢直径为6〜