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1、数控机床论文摘要数控论文数控机床论文摘要数控论文第一章数控技术和 PRO/E 软件技术 1.1 数控技术 1.1.1 数控技术的发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化使制造业成为工业化的象征而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大他对国计民生的一些重要行业 it、汽车、轻工、医疗等的发展起着越来越重要的作用因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看其主要研究热点有以下几个方面。 一、高速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率提高产品的质量和档次缩短生产周期和提高市场
2、竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为 5 大现代制造技术之一国际生产工程学会 cirp 将其确定为 21 世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域年产 30 万辆的生产节拍是 40 秒/辆而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一在航空和宇航工业领域其加工的零部件多为薄壁和薄筋刚度很差材料为铝或铝合金只有在高切削速度和切削力很小的情况下才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 从 emo2001 展会情
3、况来看高速加工中心进给速度可达 80m/min 甚至更高空运行速度可达 100m/min 左右。目前世界上许多汽车厂包括我国的上海通用汽车公司已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国 cincinnati 公司的hypermach 机床进给速度最大达 60m/min 快速为 100m/min 加速度达2g 主轴转速已达 60 000r/min。加工一薄壁飞机零件只用 30min 而同样的零件在一般高速铣床加工需 3h 在普通铣床加工需 8h 德国dmg 公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达 12000r/mm 和1g。 在加工精度方面近 10 年来普通级数控机床的加工精度已
4、由10m 提高到 5m 精密级加工中心则从 35m 提高到 11.5m 并且超精密加工精度已开始进入纳米级 0.01m。 在可靠性方面国外数控装置的 mtbf 值已达 6 000h 以上伺服系统的 mtbf 值达到 30000h以上表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展应用领域进一步扩大。 二、 5 轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用 5 轴联动对三维曲面零件的加工可用刀具最佳几何形状进行切削不仅光洁度高而且效率也大幅度提高。一般认为 1 台 5 轴联动机床的效率可以等于 2 台 3 轴联动机床特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行
5、高速铣削淬硬钢零件时 5 轴联动加工可比 3 轴联动加工发挥更高的效益。但过去因 5 轴联动数控系统、主机结构复杂等原因其价格要比3 轴联动数控机床高出数倍加之编程技术难度较大制约了 5 轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现使得实现 5 轴联动加工的复合主轴头结构大为简化其制造难度和成本大幅度降低数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型 5 轴联动机床和复合加工机床含 5 面加工机床的发展。 在 emo2001 展会上新日本工机的 5 面加工机床采用复合主轴头可实现 4 个垂直平面的加工和任意角度的加工使得 5 面加工和 5 轴加工可在同一台机床上实现还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。
6、德国 dmg 公司展出 dmuvoution 系列加工中心可在一次装夹下 5 面加工和 5 轴联动加工可由 cnc 系统控制或 cad/cam直接或间接控制。 三、 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统智能化的内容包括在数控系统中的各个方面为追求加工效率和加工质量方面的智能化如加工过程的自适应控制工艺参数自动生成为提高驱动性能及使用连接方便的智能化如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等简化编程、简化操作方面的智能化如智能化的自动编程、智能化的人机界面等还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维
7、修等。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究如美国的 ngcthe next generation work-station/machine control、欧共体的 osacaopen system architecture for control within automation systems、日本的 osecopen system environment for controller 中国的oncopen numerical control system 等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就
8、是数控系统的开发可以在统一的运行平台上面向机床厂家和最终用户通过改变、增加或剪裁结构对象数控功能形成系列化并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相
9、关的新概念和样机如在 emo2001 展中日本山崎马扎克 mazak 公司展出的“cyberproduction center”智能生产控制中心简称 cpc 日本大隈 okuma 机床公司展出“it plaza”信息技术广场简称 it 广场德国西门子 siemens 公司展出的 open manufacturing environment 开放制造环境简称 ome 等反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 1.2 FANUC 数控系统数控加工中心机床基础知识 在这一节中我们了解 FANUC 数控加工中心作的一些基础知识。由于内容的要求我们只作简要的讲解。 1.2.1 坐标系/对刀点/换刀点
10、 坐标系主要坐标系分为机床坐标系和工件坐标系前者由厂家设定工件坐标系又叫编程坐标系用来确定工件各要素的位置。 刀点主要分为对刀点和换刀点前者刀具相对工件运动的起点又叫程序起点或起刀点。后者是换刀的位置点在加工中心有换刀的程序在加工零件的时候我们只要调刀就可以执行。 1.2.2 常用基本指令 在校徽的加工过程中我们要用到这些基本指令进给功能字 F 用于指定切削的进给速度。主轴转速功能字 S 用于指定主轴转速。 刀具功能字 T 用于指定加工时所用刀具的编号。辅助功能字 M 用于指定数控机床辅助装置的开关动作。准备功能 G 指令用于刀具的运动路线 。如下表 1.1 是 G 代码表。 表 1.1 G
11、功能字含义表 FANUCOM 系统 G00 快速移动点定位 G70 粗加工循环 G01 直线插补 G71 外圆粗切循环 G02 顺时针圆弧插补 G72 端面粗切循环 G03 逆时针圆弧插补 G73 封闭切削循环 G04 暂停 G74 深孔钻循环 G17 XY 平面选择 G75 外径切槽循环 G18 ZX 平面选择 G76 复合螺纹切削循环 G19 YZ 平面选择 G80 撤消固定循环 G32 螺纹切削 G81 定点钻孔循环 G40 刀具补偿注销 G90 绝对值编程 G41 刀具半径补偿左 G91 增量值编程 G42 刀具半径补偿右 G92 螺纹切削循环 G43 刀具长度补偿正 G94 每分钟进
12、给量 G44 刀具长度补偿负 G95 每转进给量 G49 刀具长度补偿注销 G96 恒线速控制 G50 主轴最高转速限制 G97 恒线速取消 G54G59 加工坐标系设定 G98 返回起始平面 GG65 用户宏指令 G99 返回 R 平面 1.2.3 编程方式 在编程的过程中有两种编程方式一种是手工编程另一种是数控自动编程自动数控编程又分为图形数控自动变成、语言数控自动编程和语音数控自动编程三种。手工编程的特点是耗费时间长容易出现错误无法胜任复杂形状零件的编程。国外资料统计手工编程时间与机床实际加工时间平均比是 30/1。2030 机床不能开动的原因是由于手工编程的时间较长引起的。在这节我们以
13、 FANUC 系统的编程知识来讲解在这个设计中我们是以图形数控自动编程来展开的。 手工编程过程总结程序的输入打开程序保护锁按下 PROG 键 方式开关选择到编辑状态 DIR 检查内存占用情况输入 OXXXX 按 INSERT 键报警的话说明该文件名存按 RESET 复位重新输入文件名。当我们建立了文件名后文件名要单独占一行每行的结束要用“”按 EOB 在按 INSERT 插入如果顺序号没有出来我们可以把顺序号的功能打开按 OFFSET SETTING 键选择 SETTING 移动光标键下面有个顺序号参数是“0”说明没有顺序号所以我们将它改为“1”打如 INPUT 注意只有在 MDI 方式下才能
14、改参数否则要报警进行程序的输入。程序比较长的时候我们可以将程序号的间隔调小操作如下MDI 方式下按 OFFSET SETTING 键按 PAGE 找到“10”所在的参数号将“10”改为“5”按 INPUT 键。程序输入完后我们可以进行程序的修改替换在键盘缓冲区输入要替换的字符按下 ALTER 键删除删除单个字符光标移动到要删除的字符按 DELETE 删除一段将光标移动到要删除的那一段上程序输入完了后锁上。程序的检索例如检索 O313 按下面步骤进行操作方式在编辑状态下按 PRGRM 进入程序画面输入查找的程序号 O313按箭头向下的光标键找 O313 程序号。程序的删除例如删除 O313 按下
15、面步骤进行操作方式在编辑状态下打开程序保护锁按 PRGRM 进入程序画面输入删除的程序号 O313按箭头向下的光标键找 O313 程序号键入删除的程序号 O313按DELET操作完毕、锁上程序保护锁按功能软件上的 LID 查看O313 程序是否在程序例表中。 1.2.4 对刀 对刀的方法直接影响工件的加工精度。所以对于不同的加工零件我们要选择不同的对刀方法。 X 和 Y 向对刀对于圆柱孔或圆柱面零件时 1 我们采用杠杆百分表或千分表对刀这种对刀方法精度高但是比较麻烦。 2 采用寻边器对刀对于精度不太高比较直观。 X 和 Y 向对刀当对刀点为互相垂直直线的交点时 1 采用刀具试切对刀。2 采用寻
16、边器对刀精度高。 在 Z 向对刀 Z 向对刀数据与刀具在刀柄上的装夹长度及工件坐标系的 Z 向零点位置有关它确定工件坐标系的零点在机床坐标系中的位置。加工中心采用长度补偿来做。为了损伤工件表面在本设计中我们采用采用对刀杆对刀。移动机床将刀杆分别从 X、Y 慢慢靠近工件若 X 方向显示的是 X1Y 方向显示的是 Y1。再反方向得到 X2Y2 则分别记下此数据。我们采用 G54 坐标系记下 X、Y 的值按 POS 键输入到G54 坐标系中。程序原点 X、Y 的计算方法如下 XX1X2/2 YY1Y2/2 Z轴偏值将株洲移动到工件的上表面并与工件有微量的切削纪录此值。按 SYSTEMSFF/SET偏值把 Z 轴的工件坐标值输入到对应的刀号的刀偏表长度补偿中。把计算的结果输入工件偏置画面中的 G54 中。1.2.5 刀具长度补偿设置 加工中心上使用的刀具很多每把刀具的长度和到 Z 坐标零点的距离都不相同 这些距离的差值就是刀具的长度补偿值在加工时要分别进行设置并记录在刀具明细表中以供机床操作人员使用。一般有两种方法 1、机内设置 这种方法不用事先
