数控车床的基本组成和工作原理

1网络教育学院继续教育学院毕业设计（论文）题目函授站（学习中心）专业级（春）层次专科学生姓名指导教师年月日2摘要世界制造业转移，中国正在逐步成为世界加工厂。美国、德国、韩国等国家已经进入工业化发展的高技术密集时代与微电子时代，钢铁、机械、化工等重工业正逐渐向发展中国家转移。我国目前经济发展已经过了发展初期，正处于重化工业发展中期。未来10年将是中国机械行业发展最佳时期。美国、德国的重化工业发展期延续了18年以上，美国、德国、韩国四国重化工业发展期平均延续了12年，我们估计中国的重化工业发展期将至少延续10年，直到2015年。因此，在未来10年中，随着中国重化工业进程的推进，中国企业规模、产品技术、质量等都将得到大幅提升，国产机械产品国际竞争力增强，逐步替代进口，并加速出口。目前，机械行业中部分子行业如船舶、铁路、集装箱及集装箱起重机制造等已经受益于国际间的产业转移，并将持续受益；电站设备、工程机械、床等将受益于产业转移，加快出口进程关键词：数控的产生、数控发展趋势、数控技术。3目录摘要...........................................(2)1.数控车床的基本组成和工作.................(5)1.1任务准备.....................................(5)1.1.1机床结构....................................(5)1.2工作原理.....................................(7)1.3数控车床的分类...............................(7)1.4数控车床的性能指标...........................(7)1.5数控车床的特点...............................(9)2.数控车床编程与操作......................(10)2.1数控车床概述................................(10)2.1.1数控车床的组...............................(11)2.1.2数控车床的机械构成..........................(11)2.1.3数控系统...................................(12)2.1.4数控车床的特点............................(12)2.1.5数控车床的分类..............................(13)2.1.6数控车床（CJK6153）的主要.....................(13)2.1.7数控车床（CJK6153）的润滑.....................(13)2.数控车床的编程方法............................(14)42.2.1设定数控车床的机床坐标系.....................(14)2.2.2设定数控车床的工件坐标系........................(14)3.数控车床加工工艺分析....................(20)3.1零件图样分析.................................(20)3.2工艺分析.....................................(21)3.3车孔的关键技术...............................(21)3.4解决排屑问题.................................(22)3.5加工方法....................................(22)4.当前数控机床技术发展趋势..............(23)4.1是精密加工技术有所突破.......................(23)4.2是技术集成和技术复合趋势明显.................(24)结束语........................................(25)参考文献......................................(26)51.数控车床的基本组成和工作原理1.1任务准备1.1.1机床结构数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器PLC及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量反馈装置组成。如下图是数控机床的组成框图。图1-1机床机构⑴机床本体数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化，这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。⑵CNC单元CNC单元是数控机床的核心，CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。CNC单元接受数字化信息，经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑处理后，将各种指令信息输出给伺服系统，伺服系统驱动执行部件作电气回路辅助装置PLC主轴伺服单元操作面板主轴驱动装置进给驱动装置测量反馈装置进给伺服单元输入/输出设备计算机数控装置机床本体6进给运动。⑶输入/输出设备输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备。在数控机床产生初期，输入装置为穿孔纸带，现已淘汰，后发展成盒式磁带，再发展成键盘、磁盘等便携式硬件，极大方便了信息输入工作，现通用DNC网络通讯串行通信的方式输入。输出指输出内部工作参数（含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等），一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。⑷伺服单元伺服单元由驱动器、驱动电机组成，并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统。它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。对于步进电机来说，每一个脉冲信号使电机转过一个角度，进而带动机床移动部件移动一个微小距离。每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统，整个机床的性能主要取决于伺服系统。⑸驱动装置驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动，通过简单的机械连接部件驱动机床，使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出图纸所要求的零件。和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置，CNC装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施，所以，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。⑹可编程控制器可编程控制器(PC，ProgrammableController)是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置，专为在工业环境下应用而设计的。由于最初研制这种装置的目的是为了解决生产设备的逻辑及开关控制，故把称它为可编程逻辑控制器(PLC，ProgrammableLogicController)。当PLC用于控制机床顺序动作时，也可称之为编程机床控制器(PMC，ProgrammableMachineController)。PLC己成为数控机床不可缺少的控制装置。CNC和PLC协调配合，共同完成对数7控机床的控制。⑺测量反馈装置测量装置也称反馈元件，包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。通常安装在机床的工作台或丝杠上，它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置，供CNC装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。1.2工作原理使用数控机床时，首先要将被加工零件图纸的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序;然后将加工程序输入到数控装置，按照程序的要求，经过数控系统信息处理、分配，使各坐标移动若干个最小位移量，实现刀具与工件的相对运动，完成零件的加工。1.3数控车床的分类数控车床的品种和规格繁多，一般可以用下面三种方法分类。⑴按控制系统分目前市面上占有率较大的有法拉克、华中、广数、西门子、三菱等。⑵按运动方式分类①点位控制数控机床②点位/直线控制数控机床③连续控制数控机床⑶按控制方式分类按控制方式分类可以分为开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床。1.4数控车床的性能指标⑴主要规格尺寸数控车床主要有床身与刀架最大回转直径、最大车削长度、最大车削直径等。⑵主轴系统8数控车床主轴采用直流或交流电动机驱动，具有较宽调速范围和较高回转精度，主轴本身刚度与抗振性比较好。现在数控机床主轴普遍达到5000～10000r／min甚至更高的转速，对提高加工质量和各种小孔加工极为有利；主轴可以通过操作面板上的转速倍率开关调整转速；在加工端面时主轴具有恒线切削速度(恒线速单位：mm/min)，是衡量车床的重要性能指标之一。⑶进给系统该系统有进给速度范围、快速(空行程)速度范围、运动分辨率(最小移动增量)、定位精度和螺距范围等主要技术参数。进给速度是影响加工质量、生产效率和刀具寿命的主要因素，直接受到数控装置运算速度、机床动特性和工艺系统刚度限制。数控机床的进给速度可达到10～30m／min其中最大进给速度为加工的最大速度，最大快进速度为不加工时移动的最快速度，进给速度可通过操作面板上的进给倍率开关调整。脉冲当量(分辨率)是CNC重要的精度指标。有其两个方面的内容，一是机床坐标轴可达到的控制精度(可以控制的最小位移增量)，表示CNC每发出一个脉冲时坐标轴移动的距离，称为实际脉冲当量或外部脉冲当量；二是内部运算的最小单位，称之为内部脉冲当量，一般内部脉冲当量比实际脉冲当量设置得要小，为的是在运算过程中不损失精度，数控系统在输出位移量之前，自动将内部脉冲当量转换成外部脉冲当量。实际脉冲当量决定于丝杠螺距、电动机每转脉冲数及机械传动链的传动比，其计算公式为电动机每转脉冲数丝杠螺距实际脉冲当量＝传动比数控机床的加工精度和表面质量取决于脉冲当量数的大小。普通数控机床的脉冲当量—，般为0.001mm，简易数控机床的脉冲当量一般为0.01mm，精密或超精密数控机床的脉冲当量一般为0.0001mm，脉冲当量越小，数控机床的加工精度和表面质量越高。定位精度和重复定位精度，定位精度是指数控机床各移动轴在确定的终点所能达到的实际位置精度，其误差称为定位误差。定位误差包括伺服系统、检测系统、进给系统等的误差，还包括移动部件导轨的几何误差等。它将直接影响零件加工的精度。9重复定位精度是指在数控机床上，反复运行同一程序代码，所得到的位置精度的一致程度。重复定位精度受伺服系统特性、进给传动环节的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响。一般情况下，重复定位精度是呈正态分布的偶然性误差，它影响一批零件加工的一致性，是一项非常重要的精度指标。一般数控机床的定位精度为0.001mm，重复定位精度为0.005mm。⑷刀具系统数控车床包括刀架工位数、工具孔直径、刀杆尺寸、换刀时间、重复定位精度各项内容。加工中心刀库容量与换刀时间直接影响其生产率，换刀时间是指自动换刀系统，将主轴上的刀具与刀库刀具进行交换所需要的时间，换刀一般可在5～20s的时间内完成。数控机床性能指标还有电机、冷却系统、机床外形尺寸、机床重量等。1.5数控车床的特点与普通车床相比，数控车床具有以下几个特点：⑴适应性强由于数控机床能实现多个坐标的联动，所以数控机床能加工形状复杂的零件，特别是对于可用数学方程式和坐标点表示的零件，加工非常方便。更换加工零件时，数控机床只需更换零件加工的NC程序。⑵加工质量稳定对于同一批零件，由于使用同一机床和刀具及同一加工程序，刀具的运动轨迹完全相同这就保证了零件加工的一致性好，且质量稳定。⑶效率高数控机床的主轴转速及进给范围比普通机床大。目前数控机床最高进给速度可达到100m/min以上，最小分辨率达0.01um。一般来说，