论文数控技术的发展和应用

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1、天津轻工职业技术学院毕业设计（论文）前 言数控技术是现代制造技术的基础。它综合了计算机技术、自动控制技术、自动检测技术和精密机械等高新技术，因此广泛应用于机械制造业。数控机床替代普通机床，从而使得制造业发生了根本性的变化，并带来了巨大的经济效益。现在，数控技术的水准和普及程度，已成为衡量一个国家工业现代化水平的重要标志。现在，数控技术已被世界各国列为优先发展的关键工业技术，成为国际间科技竞争的重点。数控技术的应用将机械制造与微电子、计算机、信息处理、现代控制理论、检测及数以及光电磁等多种学科技书融为一体，使制造业成为知识、技术密集的大学范畴内的现代制造业，成为国民经济的基础工业。 数控技术是当

2、今柔性自动化和智能自动化的技术基础之一，它使传统制作工艺发生了显著的、本质的变化。随着数控技术的不断发展和应用，工艺方法和制作系统的不断更新，形成了CAD、CAM、CAPP、CAT等一系列具有化时代意义的新技术、新工艺的制造系统。本设计论文介绍了数控技术、数控机床、数控铣床。第一章介绍了数控技术的概念、特点、发展前景，使得认识到数控技术的广泛性与发展重要性；第二章介绍了数控机床的分类、组成和加工特点，从而引出数控铣床的加工方法和加工工艺，因为本设计论文主要就是设计数控铣床的编程工艺；第三章就是两个复杂工件的编程演示和练习，进一步加强对数控编程的认识与掌握。通过各方的努力和老师同学的帮助，完成了

3、大学三年的毕业设计论文，也借助于毕业设计论文，又一次温习和掌握了数控技术的各个知识与技能。关键词：数控机床，数控铣床，加工工艺，数控编程目 录第一章机床数控技术的概述31.1 机床数控技术的基本概念31.2 数控技术的特点41.3 数控技术的发展前景4第二章 数控机床82.1 数控机床的组成及各部分功能82.2 数控机床的分类102.3 数控机床加工的特点及应用范围102.3.1 数控机床加工的特点102.3.2 数控机床的应用范围112.4 数控铣床112.4.1 数控铣削加工零件工艺分析122.4.2 数控铣床编程13第三章 数控铣床加工复杂工件143.1 数控铣床加工复杂工件1143.2

4、 数控铣床加工复杂工件222谢 辞27参考文献28第一章 机床数控技术的概述1.1 机床数控技术的基本概念数字控制(简称数控Numerical Control)：利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。数控机床：用数控技术实施加工控制的机床或装备了数控系统的机床。 数控系统：数控装置、可编程序控制器主轴驱动及进给装置等部分。数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品。 数控加工过程如下图：（要实现对机床的控制，需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数。例如：进给速度、主轴转速、主轴正反转、换刀、切削液的开关等。形成加工程序，存

5、在信息载体上，由数控系统读入，通过译码，使机床动作和加工零件。）数控加工与传统加工比较 1.2 数控技术的特点数控技术具有以下特点：（1）生产率高。运用数控设备对零件进行加工，可使工序安排相对集中，而且所用辅助装置（如工夹具等）也不比较简单，这样既减少了生产准备时间，又大大缩短了产品的生产周期，并且在加工过程中减少了测量检验时间，有效地提高了生产效率。（2）加工精度高。由于采用了数字控制方式，同时在电子元器件、机械结构上采用了很多高精度的措施，因此使数控设备能达到较高的加工精度（一般在0.010.005mm之间）。另外，由于数控设备自动地完成了整个加工过程，因此消除了各种人为因素的影响，提高了

6、产品加工质量的稳定性。（3）柔性和通用性增强。数控设备特别适用于单件、小批量、轮廓复杂多样的零件加工。若被加工产品发生了变化，只需改变相应的控制程序即可实现加工。另外，随着数控软件的不断升级，硬件电路的模块化，接口电路的标准化，使得数控技术可以极大地满足不同层次用户的需求。（4）可靠性高。对于数控系统，用软件替代一定的硬件后，使系统中所需元件数量减少，硬件故障率大大降低。同时，较先进的数控系统自身具备故障诊断程序，将设备修复时间降低到了最低限度。 1.3 数控技术的发展前景目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数

7、控加工技术提出了更高的要求。为适应这种情况，数控机床正朝着以下几个方面发展。（1） 高速度与高精度化速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品的质量，特别是在超高速切削、超精密加工技术的实施中，它对机床各坐标轴位移速度和定位精度提出了更高的要求；另外，这两项技术指标又是相互制约的，也就是说要求位移速度越高，定位精度就越难提高。现代数控机床配备了高性能的数控系统及伺服系统，其位移分辨率和进给速度亦可达到1um、0.1um、0.01um。为实现更高速度、更高精度的指标，目前只要在下面几方面采取措施进行研究。 数控系统 采用位数、频率更高的微处理器，以提高系统的基本运算速度。目前

8、已由原来的8位CPU过渡到16位和32位CPU及64位CPU，主频已由原来的5MHz提高到16MHz、20MHz、32MHz，有些系统已开始采用双CPU结构。以提高通的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度。 伺服驱动系统 全数字交流伺服系统，大大提高了系统的定位精度、进给速度。所谓数字伺服系统，指的是伺服系统中的控制信息用数字量来处理。随着数字信号微处理器速度的大幅度提高，伺服系统的信息处理可完全用软件来完成，这就是当前所说的“数字伺服”。数字伺服系统利用计算机技术，在电机上有专用CPU用来实现数字控制，它一般具有下列特性。a.采用现代控制理论，通过计算机软件实现最佳最优控制。b.数字伺服

9、系统是一种离散系统，它是由采样器和保持器两个基本环节组成的。其校正环节PID控制由软件实现。计算机处理位置、速度和电流构成的三反馈全部数字化。c.数字伺服系统具有较高的动、静态精度。在检测灵敏度、时间和温度漂移以及噪声和外部干扰方面有极大的优越性。d.系统一般配有SERCOS（Serial Real-time Communication System串行实时通信系统）板。这种新的标准接口提供了数字驱动设备、I/O端口与运动/机床控制器之间的开放的数字化接口。与现场总线相比，它可以实现高速位置闭环控制，处理多个运动轴的控制，同时可以采用精确、高效的光线接口，以确保通信过程的无噪声，简化模块之间的

10、电缆连接，提高系统的可靠性。在采用全数字伺服系统的基础上，开始采用直线电动机直接驱动机床工作台的“零传动”直线伺服进给方式。直线伺服电机是为了满足数控机床向高速、超高速方向发展而开发的新型伺服系统。 机床静、动摩擦的非线性补偿控制技术机械动、静摩擦的非线性会导致机床爬行。除了在机械结构上采取措施降低摩擦外，新型的数控伺服系统具有自动补偿机械系统静、动摩擦非线性的控制功能。 高速大功率电主轴的应用 在超高速加工中，对机床主轴转速提出了极高的要求（1000075000r/min），传统的齿轮变速主传动系统已不能适应其要求。为此，比较多地采用了所谓“内装式电动机主轴”，简称“电主轴”。它是采用主轴电

11、动机与机床主轴合二为一的结构形式，即采用无外壳电动机，将其空心转子直接套装在机床主轴上，带有冷却套的定子则安装在主轴单元的壳体内，机床主轴单元的壳体就是电动机座，实现了变频电动机与机床主轴一体化。主轴电动机的轴承需要采用磁浮轴承、液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式，以适应主轴高速运转的要求。 配置高速、功能强的内装式可编程控制器（PLC） 提高可编程控制器的运行速度，来满足数控机床高速加工的速度要求。新型的PLC具有专用的CPU，基本指令执行时间可达0.2s/步，编程步数达到16000步以上。利用PLC的高速处理功能，使CNC与PLC之间有机的结合起来，满足数控机床运行中的各种实时控制要求。（

12、2） 多功能化 数控机床才一机多能，以最大限度的提高设备利用率。 前台加工、后台编辑的前后台功能，以充分提高其工作效率和机床利用率。 具有更高的通信功能，现代数控机床除具有通信口，DNC功能外，还具有网络功能。（3） 智能化 引进自适应控制技术 自适应控制AC(Adaptive Control) 技术的目的是要求在随机变化的加工过程中，通过自动调节加工过程中所测得的工作状态、特性，按照给定的评价指标自动校正自身的工作参数，以达到或接近最佳工作状态。由于在实际加工过程中，大约有30余种变量直接或间接地影响加工效果，如工件毛坯余量不均匀、材料硬度不均匀、刀具磨损、工件变形、机床热变形等。这些变量事

13、先难以预知，编制加工程序时只能依据经验数据，以致在实际加工中，很难用最佳参数进行切削。而自适应控制系统则能根据切削条件的变化，自动调节工作参数，如伺服进给参数、切削用量等，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。 采用故障自诊断、自修复功能 这主要是指利用CNC系统内装程序实现在线故障诊断，一旦出现故障时，立即采取停机等措施，并通过CRT进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。并利用“冗余”技术，自动是故障模块脱机，接通备用模块。 刀具寿命自动检测和自动换刀功能 利用红外、声发射、激光的检测手段，对刀具和工件进行检

14、测。发现工件超差、刀具磨损、破损等，进行及时报警、自动补偿或更换备用刀具，以保证产品质量。 引进模式识别技术 应用图像识别和声控技术，使机器自己辨识图样，按照自然语言命令进行加工。（4）高的可靠性数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标，它取决于数控系统和各伺服驱动单元的可靠性。为提高可靠性，目前主要采取以下几方面的措施。 提高系统硬件质量。 采用硬件结构模块化、标准化、通用化方式。 增强故障自诊断、自恢复和保护功能。除上述几方面外，数控机床的数控系统正向小型化、数控变成自动化等方向发展。第二章 数控机床2.1 数控机床的组成及各部分功能如图所示，数控机床由程序编制及程序载体、输入装置、数控

15、装置（CNC）、伺服驱动及位置检测、辅助控制装置、机床本体等几部分组成。1、程序编制及程序载体数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基础上，确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后，用由文字、数字和符号组成的标准数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行；对于形状复杂的零件，则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程（APT）或CAD/CAM设计。编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、磁带和磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型2、输入装置输入装置的作用是将程序载体（信息载体）上的数控代码传递并存入数控系统内。根据控制存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统；数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系