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1、（数控加工）数控车床轴 类零件加工的精确度控制 高等教育自学考试本科毕业论文 数控车床轴类零件加工的精确度控制设计 考生姓名： 陈前程 准考证号：011809103361 专业层次： 本科 院（系）：机械和电子工程 指导教师： 张下炼 职称： 讲师 重庆科技学院 二 O 壹二年壹月三十日 高等教育自学考试本科毕业论文 数控车床轴类零件加工的精确度控制设计 考生姓名： 陈前程 准考证号： 011809103361 专业层次： 本科 指导教师： 张下炼 院（系）：机械和电子工程学院 重庆科技学院 二 O 壹二年壹月三十日 摘要 随着我国经济的高速发展，微电子技术、计算机技术和自动控制技术也得 到了
2、迅速发展，数控车床的高频高分辨率采样插补技术已经进入壹个崭新的时 代，其应用越来越广。随着人们对其要求的提高，数控技术得到了快速发展， 数控机床及由数控机床组成的制造系统是改造传统产业、构建数字化企业的重 要基础装备，它的发展壹直备受人们关注。数控机床以其卓越的柔性自动化的 性能、优异而稳定的精度、灵捷而多样化的功能引起世人瞩目，它开创了机械 产品向机电壹体化发展的先河，因此数控技术成为了先进制造技术中的壹项核 心技术。其控制技术从最初的开环控制发展到全闭环控制，精度有很大的提高。 可是，数控车床在加工复杂高精度零件的时候仍未完全满足要求，因此必须通 过持续的研究，不断的提高数控车床对零件的加
3、工精度。本文在已有的普通数 控车床加工基础上，采用提高刀具的性能、提高数控车床的制造精度、提高数 控车床的位移检测装置的精度、减少机床的热变形、数控车床有关精度的壹些 补偿以及高精度软件插补的轨迹控制等方法提高了数控车床加工零件的精确度， 且使数控车床达到了较为理想的控制效果。 关键词：数控车床,制造精度,软件插补控制,精确度 CNCprecisionpartsmachiningcontrol ABSTRACT Withthedevelopmentoftheeconomy,microelectronictechnology、co mputertechnologyandtheautomatict
4、heoryaredevelopedrapidly,CNClathe,h igh-frequencyhigh- resolutionsamplinginterpolationtechnologyhasenteredanewera,itsapplica tionmorewidely.Aspeopleincreasetheirclaims,numericalcontroltechnolog yhasbeenrapiddevelopmentofnumericalcontrolmachinetoolsandCNCmac hinetoolsfromthemanufacturingsystemconsist
5、ingofthetransformationoftr aditionalindustries,tobuildanimportantfoundationforthedigitalbusinesseq uipment,itsdevelopmenthasbeenmuchattention.CNCmachinetoolsforflexi bleautomationofitsoutstandingperformance,excellentandstableaccuracy, agileanddiversefunctionsandarousedattention,itcreatedthemachinery
6、tos etaprecedentforthedevelopmentofmechanicalandelectricalintegration,itb ecameanumericalcontroltechnology,advancedmanufacturingtechnology ofacoretechnology.Itscontroltechnologyfromtheinitialopen- loopcontroldevelopedtothefullclosed- loopcontrol,precisiongreatlyimproved.However,high- precisionCNClat
7、hepartsintheprocessingtimehasnotyetfullymeettherequir ements,itmustbethroughsustainedresearch,andconstantlyimproveCNClat hemachiningaccuracyofparts.ThearticlehasbeenbasedonthegeneralCNCla the,Usedtoimprovetheperformanceoftoolstoimprovemanufacturingpreci sionCNClathes,CNClathestoimprovetheaccuracyofd
8、isplacementdetection devicestoreducethethermaldeformationofmachinetools,CNClathes,aswell ascompensationfortheaccuracyofsomeofthehigh- precisiontrajectorycontrolsoftwareinterpolationmethodimprovesthenum ericalprecisionlathemachiningparts,CNClatheandtoachieveamoresatisfact orycontroleffect. Keywords:C
9、NC-Lathe,Manufacturing- precision,Softwareinterpolationcontrol,Accuracy 目录 摘要I ABSTRACTII 1 绪论1 1.1 数控车床的研究意义 1 1.2 数控机床的基本工作原理 1 1.3 数控车床的组成及数控车床的分类 1 1.3.1 数控车床的组成 1 1.3.2 数控机床的分类 2 2 刀具对数控车床加工精度的影响4 2.1 刀具几何参数对数控车床加工精度的影响 4 2.2 提高刀具的性能 6 2.3 提高刀具对零件的加工精度 7 3 数控车床的制造精度8 3.1 机床的几何制造精度 8 3.2 如何提高机床导
10、轨的制造精度 8 3.3 机床夹具对数控车床的影响 8 3.4 工件的安装误差对数控的影响 9 4 减少机床的热变形10 5 数控车床的位移检测装置11 6 提高数控车床的系统精度13 6.1 位置精度的测量和补偿 13 6.1.1 反向偏差测量和补偿 13 6.1.2 定位精度的测量和补偿 15 6.2 数控车床的进给伺服系统 16 6.3 数控机床采用高精度轨迹控制 17 6.3.1 基本措施 17 6.3.2 数学模型 18 6.3.3 实时插补计算 18 6.3.4 算例分析 19 6.3.5 实现高精度轨迹控制的双闭环控制方案 19 6.4 数控车床信息化轨迹误差校正 22 6.5
11、应用实例 23 7 结论24 参考文献25 致谢26 论文原创性声明27 1 绪论 1.1 数控车床的研究意义 数控机床是实现先进制造技术的重要基础装备，它关系到国家发展的战略 地位。因此，立足国内实际，加速发展具有较强竞争能力的国产高精度数控机 床，不断扩大市场占有率，逐步收复失地，便成为我国数控机床研究开发部门 和生产厂家所面临的重要任务 为完成这壹任务，必须攻克若干关键技术，但其中最关键的壹项是数控机 床的高精度轨迹控制技术。因此，我们从高速高精度插补、高速高精度伺服控 制和信息化轨迹校正等诸方面，对高速高精度轨迹控制技术进行了系统研究， 且以此为基础加强了新型数控系统和高精度数控机床的
12、开发。本文将介绍所取 得的部分结果。 1.2 数控机床的基本工作原理 在普通机床上加工零件，是由操作者根据零件图纸的要求，不断改变刀具 和工件之间相对运动轨迹，由刀具对工件进行切削而加工出要求的零件。而在 数控机床上加工零件时，则是将被加工零件的加工顺序、工艺参数和机床运动 要求用数控语言编制出加工程序，然后输入到 CNC 装置，CNC 装置对加工程 序进行壹系列处理后，向伺服系统发出执行指令，由伺服系统驱动机床移动部 件运动，从而自动完成零件的加工。图 1.1 为数控机床的工作过程。 图 1.1 数控机床的工作过程 1.3 数控车床的组成及数控车床的分类 1.3.1 数控车床的组成 数控机床
13、是采用数控技术对工作台运动和切削加工过和进行控制的机床， 是典型的机电壹体化产品，典型数控机床的组成如图 1.2 所示。由图可见，数控 机床方要由程序编制、数控装置、伺服驱动系统、强电控制系统、检测反馈系 统和机床本体等六大部分，其中数控装置和伺服驱动系统、强电控制系统、检 测反馈系统又合称为数控系统。 图 1.2 数控机床的组成 1.3.2 数控机床的分类 （壹）按数控机床的工艺用途分类 1.壹般数控机床：是和普通机床工艺可行性相似的各种数控机床，其种类和 普通机床壹样，如数控车床、数控铣床、数控刨床、数控磨床、数控钻床等。 2.加工中心：是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。 3.特种数控机
14、床：是装备了数控装置的特种加工机床，如数控线切割机床、 数控激光加工机床等。 （二）按数控机床的运动轨迹分类 1.点位控制数控机床：其数控装置只控制机床移动部件从壹个位置（点）移 动到另壹个位置（点） ，而不控制点到点之间的运动轨迹，刀具在移动过程中不 进行切削加工。如数控钻床、数控冲床等。 2.直线控制数控机床：其数控装置除了要控制机床移动部件的起点和终点的 准确位置外，仍要控制移动部件以适当速度沿平行于某壹机床坐标轴方向或和 机床坐标轴成 450 的方向进行直线切削加工。如简易数控车床、简易数控磨床 等。 3.轮廓控制数控机床：其数控装置能够同时对俩个或俩个之上坐标轴进行联 动控制，从而实
15、现曲线轮廓和曲面的加工。如具有俩坐标或俩坐标之上联动的 数控铣床、数控车床等。 （三）按伺服系统的控制方式分类 1.开环控制系统：指不带反馈的控制系统，即系统没有位置反馈元件，通常 以功率步进电机或电液伺服电机作为执行机构。 2.半闭环控制系统：半闭环控制系统是在开环系统的丝杠上装有角位移检测 装置，通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的位移，然后反馈给数控装置。 3.闭环控制系统：是在机床移动部件上直接装有位置检测装置，将测量的结 果直接反馈到数控装置中，和输入的指令位移进行比较，用偏差进行控制，使 移动部件按照实际的要求运动，最终实现精确定位。 2 刀具对数控车床加工精度的影响 2.1 刀
16、具几何参数对数控车床加工精度的影响 刀具的制造误差对加工精度的影响，根据刀具种类不同而异。当采用定尺 寸刀具如钻头、铰刀、拉刀、键槽铣刀等加工时，刀具的尺寸精度将直接影响 到工件的尺寸精度；当采用成形刀具如成形车刀、成形铣刀等加工时，刀具的 形状精度将直接影响工件的形状精度；当采用展成刀具如齿轮滚刀、插齿刀等 加工时，刀刃的形状必须是加工表面的共轭曲线，因此刀刃的形状误差会影响 加工表面的形状精度；当采用壹般刀具如车刀、镗刀、铣刀等的制造误差对零 件的加工精度且无直接影响，但其磨损对加工精度、表面粗糙度有直接的影响。 任何刀具在切削过程中都不可避免地要产生磨损，且由此引起工件尺寸和 形状误差。例如用成形刀具加工时，刀具刃口的不均匀磨损将直接复映到工件 上造成形状误差；在加工较大表面（壹次走刀时间长）时，刀具的尺寸磨损也 会严重影响工件的形状精度；用调整法加工壹批工件时，刀具的磨损会扩大工 件尺寸的分散范围；刀具磨损使同壹批工件的尺寸前后不壹致。 在数控加工中，通常车刀会存在刀尖圆弧半
