1、浅谈数控机床加工与操作方法郑州工业安全职业学院毕业论文（设计）题目： 浅谈数控机床加工与操作方法 姓 名 系 别 机电工程系 专 业 数控技术 班 级 121班 指导教师 2015年 05月 04日内容摘要 数控技术是现代制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，离开了数控技术，先进制造技术就成了无本之木。数控技术的广泛使用给机械制造业生产方式、生产结构、管理方式带来深刻的变化，它的关联效益和辐射能力更是难以估计。数控技术及数控装备已成为关系国家战略和体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的发
2、展方向。 本论文主要介绍数控机床的定义，数控机床初学者的要求，机床加工前的准备工作， 数控机床的程序指令，数控机床对刀操作方法，数控机床的工作原理和结构，加工特点，机床加工几何精度要求， 数控机床的优点和缺点，数控机床与计算机实现自动技术，机床维修和生产安全要求。 关键词：数控技术概念；加工方法；分类；刀具补偿；毕业论文（设计）成绩评定表学生姓名朱雷宇学号12054165班级名称数控技术12-1毕业论文（设计）课题名称浅谈数控机床加工与操作方法 指导教师评语（应包括选题是否恰当、是否理论联系实际、论点是否正确、论证是否充分、语言是否通顺、结构是否合理、行文是否规范）：成 绩：指导教师签名： 年
3、 月 日系学术委员会意见（同意给优、良、及格、不及格等次） 系主任签名： 年 月 日内容摘要 .1 目 录 .2 一、数控技术的概念与特点 .3二、数控机床加工前的准备要求 .42.1数控机床的初学者要求.5 数控技术常用术语大全 .7 2.3数控机床工作原理和结构简介 .102.4 数控机床加工特点 .11 2.5 数控机床的操作方法 .14 2.6 数控车床是怎样操作的 .18 三、数控机床产生几何误差的因素 .20 3.1 普遍认为数控机床的几何误差由以下几方面原因引起 .20 3.2几何误差补偿技术 .21 四、计算机数控系统 .22 五、数控机床的分类与发展 .24 5.1数控机床分
4、类 .24 5.2数控机床发展 .24 六、数控机床维修中应注意的事项 .25 七、数控加工安全规则 .26 结论 .26 致谢 .27 参考文献 . .28 一、数控加工技术概念与特点 简单的说就是利用数字化控制系统在加工机床上完成整个零件的加工。这一类的机床称为数控机床。这是一种现代化的加工手段。同时数控加工技术也成为一个国家制造业发展的标志。利用数控加工技术可以完成很多以前不能完成的曲面零件的加工，而且加工的准确性和精度都可以得到很好的保证。总体上说，和传统的机械加工手段相比数控加工技术具有以下特点（既有优缺点）： （一）数控机床优点 1、加工效率高。利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲
5、面。而加工过程是由计算机控制，所以零件的互换性强，加工的速度快。2、加工精度高。 同传统的加工设备相比，数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。 3、劳动强度低。 由于采用了自动控制方式，也就是说加工的全部过程是由数控系统完成，不像传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备的运行状态。所以劳动强度很低。 4、适应能力强。 数控加工系统就像计算机一样，可以通过调整部分参数达到修改或改变其运作方式，因此加工的范围可以得到很大的扩展。 5、工作环境好。 数控加工机床是机械控制、强电控制、弱电控制为一体高科技产物，对机床的运行温度、湿度及
6、环境都有较高的要求。 6、就业容易、待遇高。 由于我国处于数控加工技术的大力发展阶段，大量的数控机床和先进的加工手段的快速引进，却没有大量熟练数控技术操作的人员参与，因此造成该行业严重缺乏人才。 （二）数控机床的缺点 数控机床的主要缺点如下：价格较高，设备首次投资大；对操作、维修人员的技术要求较高；加工复杂形状的零件时,手工编程的工作量大。 二、数控机床零件加工前的准备要求 1. 机床位置环境要求 机床的位置应远离振源、应避免阳光直接照射和热辐射的影响，避免潮湿和气流的影响。如机床附近有振源，则机床四周应设置防振沟。否则将直接影响机床的加工精度及稳定性，将使电子元件接触不良，发生故障，影响机床
7、的可靠性。 2. 电源要求 一般数控车床安装在机加工车间，不仅环境温度变化大，使用条件差，而且各种机电设备多，致使电网波动大。因此，安装数控车床的位置，需要电源电压有严格控制。电源电压波动必须在允许范围内，并且保持相对稳定。否则会影响数控系统的正常工作。 3. 温度条件 数控车床的环境温度低于30摄氏度，相对温度小于80%。一般来说，数控电控箱内部设有排风扇或冷风机，以保持电子元件，特别是中央处理器工作温度恒定或温度差变化很小。过高的温度和湿度将导致控制系统元件寿命降低，并导致故障增多。温度和湿度的增高，灰尘增多会在集成电路板产生粘结，并导致短路。 4. 按说明书的规定使用机床 用户在使用机床
8、时，不允许随意改变控制系统内制造厂设定的参数。这些参数的设定直接关系到机床各部件动态特征。只有间隙补偿参数数值可根据实际情况予以调整。 用户不能随意更换机床附件，如使用超出说明书规定的液压卡盘。制造厂在设置附件时，充分考虑各项环节参数的匹配。盲目更换造成各项环节参数的不匹配，甚至造成估计不到的事故。 使用液压卡盘、液压刀架、液压尾座、液压油缸的压力，都应在许用应力范围内，不允许任意提高。 数控车削的工艺与工装 数控车床加工的工艺与普通车床的加工工艺类似，但由于数控车床是一次装夹，连续自动加工完成所有车削工序，因而应注意以下几个方面。 1.合理选择切削用量 对于高效率的金属切削加工来说，被加工材
9、料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。 进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。 用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。
10、 最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。 2. 合理选择刀具 1) 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。 2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。 3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。 3. 合理选择夹具 1）尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专
11、用夹具； 2) 零件定位基准重合，以减少定位误差。 4. 确定加工路线 加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求； 2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。 5. 加工路线与加工余量的联系 目前，在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则需注意程序的灵活安排。 6. 夹具安装要点 目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，如图1。液压卡盘夹紧要点如下：首先用扳手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下卡盘固定
12、螺钉，即可卸下卡盘。 刀具上的 修光刃 指的是在刀具刀刃后面副偏角方向磨出的一小段与刀尖平行的刀刃 主要用于刀刃切削后进行一次二次切削 相当于精加工过程 去处毛刺等伤痕 目的是提高工件的表面粗糙度 多应用于进行精加工的刀具上 2.1、数控机床的初学者要求 对于数控机床操作初学者，经常发生碰撞。常听别人说，不碰机床，就学不会机床操作，这一种非常错误有害认识。机床碰撞对机床精度很大损害，对于不同类型机床影响也不一样。一般来说，对于刚性不强机床影响较大，对于刚性较强龙门结构机床，同等撞击力下影响较小。如果机床悬臂式得结构，以及机床主轴装一回转轴上机床结构，一旦机床发生碰撞话，对机床精度影响致命。所以
13、对于高精度数控机床来说，碰撞绝对要杜绝。只要操作者细心掌握一定防碰撞方法，碰撞完全可以预防避免。 以下几点心得或许对数控机床初学者预防碰撞有所帮助。 碰撞发生最主要原因：一对刀具或者砂轮 直径长度输入错误；二对工件尺寸其他相关几何尺寸输入错误以及工件初始位置定位错误；三机床工件坐标系设置错误，或者机床零点加工过程被重置，而产生变化。机床碰撞大多发生机床快速移动过程，这时候发生碰撞危害也最大，应绝对避免。所以操作者要特别要注意机床执行程序初始阶段机床更换刀具或砂轮时候，此时一旦程序编辑错误，刀具或砂轮直径长度输入错误，那么就很容易发生碰撞。程序结束阶段，各数控轴退刀动作顺序错误，那么也可能发生碰
14、撞。为了避免上述碰撞，第一次使用刀具砂轮时，要仔细进行对刀，不能轻视该问题。为了避免碰撞，操作者操作机床时，要充分五官功能，观察机床有无异常动作，有无火花，有无噪音异常响动，有无震动，有无焦味。发现异常情况应立即停止程序，待机床问题解决后，机床才能继续工作。同时操作之前，操作者应该接受机床操作安全培训，每类机床应有安全操作规程，操作人员应经系统操作安全培训，持有培训合格上岗证后才能上机床工作。工作前，应知道灭火器位置，并且操作者要掌握灭火器方法，机床气压开关位置，机床输入电源开关位置，液压工作站位置，都因掌握应急关闭方法，对于使用冷却油磨床应将灭火器放置机床三米之内。 总之，掌握数控机床操作技
15、巧一个循序渐进过程，并不能一蹴而就。它建立掌握了机床基本操作、基础机械加工知识基础编程知识之上。数控机床操作技巧也不一成不变。它需要操作者成分发挥想象力动手能力有机组合，具有创新性劳动。 2.2、数控技术常用术语大全 所选用的数控术语主要参考国际标准ISO 2806和中华人民共和国国家标准GB 81291987 以及近年新出现的一些数控词汇 1）计算机数值控制 （Computerized Numerical Control, CNC） 用计算机控制加工功能，实现数值控制。 2）轴（Axis）机床的部件可以沿着其作直线移动或回转运动的基准方向。 3）机床坐标系（ Machine Coordina
16、te Systern ）固定于机床上，以机床零点为基准的笛卡尔坐标系。 4）机床坐标原点（ Machine Coordinate Origin ）机床坐标系的原点。 5）工件坐标系（ Workpiece Coordinate System ）固定于工件上的笛卡尔坐标系。 6）工件坐标原点（ Wrok-piexe Coordinate Origin）工件坐标系原点。 7）机床零点（ Machine zero ）由机床制造商规定的机床原点。 8）参考位置（ Reference Position ）机床启动用的沿着坐标轴上的一个固定点，它可以用机床坐标原点为参考基准。9）绝对尺寸（Absolute
17、Dimension)绝对坐标值（Absolute Coordinates）距一坐标系原点的直线距离或角度。 10）增量尺寸（ Incremental Dimension ) 增量坐标值（Incremental Coordinates）在一序列点的增量中，各点距前一点的距离或角度值。 11）最小输人增量（Least Input Increment） 在加工程序中可以输人的最小增量单位。 12）命令增量（Least command Increment）从数值控制装置发出的命令坐标轴移动的最小增量单位。 13）插补 （InterPolation）在所需的路径或轮廓线上的两个已知点间根据某一数学函数（
18、例如：直线，圆弧或高阶函数）确定其多个中间点的位置坐标值的运算过程。 14）直线插补（Llne Interpolation）这是一种插补方式，在此方式中，两点间的插补沿着直线的点群来逼近，沿此直线控制刀具的运动。 15）圆弧插补（Circula : Interpolation）这是一种插补方式，在此方式中，根据两端点间的插补数字信息，计算出逼近实际圆弧的点群，控制刀具沿这些点运动，加工出圆弧曲线。 16）顺时针圆弧（Clockwise Arc）刀具参考点围绕轨迹中心，按负角度方向旋转所形成的轨迹方向旋转所形成的轨迹。 17）逆时针圆弧（Counterclockwise Arc）刀具参考点围绕轨
19、迹中心，按正角度方向旋转所形成的轨迹。 18）手工零件编程（Manual Part Prograrnmiog）手工进行零件加工程序的编制。 19）计算机零件编程（Cornputer Part prograrnrnlng）用计算机和适当的通用处理程序以及后置处理程序准备零件程序得到加工程序。 20）绝对编程（Absolute Prograrnming）用表示绝对尺寸的控制字进行编程。 21）增量编程（Increment programming）用表示增量尺寸的控制字进行编程。 22）宇符（Character）用于表示组织或控制数据的一组元素符号。23）控制字符（Control Character
20、）出现于特定的信息文本中，表示某一控制功能的字符。 24）地址（Address）一个控制字开始的字符或一组字符，用以辨认其后的数据。 25）程序段格式（Block Format）字、字符和数据在一个程序段中的安排。 26）指令码（Instruction Code) /机器码（Machine Code）计算机指令代码，机器语言，用来表示指令集中的指令的代码。 27）程序号（Program Number）以号码识别加工程序时，在每一程序的前端指定的编号。28）程序名（Prograo Name）以名称识别加工程序时，为每一程序指定的名称。 29）指令方式（Command Mode）指令的工作方式。
21、30）程序段（Block）程序中为了实现某种操作的一组指令的集合。 31）零件程序（P art Program）在自动加工中，为了使自动操作有效按某种语言或某种格式书写的顺序指令集。零件程序是写在输人介质上的加工程序，也可以是为计算机准备的输人，经处理后得到加工程序。 32）加工程序（Machine Program）在自动加工控制系统中，按自动控制语言和格式书写的顺序指令集。这些指令记录在适当的输人介质上，完全能实现直接的操作。 33）程序结束（End of Program）指出工件加工结束的辅助功能。34）数据结束（End of Data）程序段的所有命令执行完后，使主轴功能和其他功能（例如
22、冷却功能）均被删除的辅助功能。 35）程序暂停（Progrom Stop）程序段的所有命令执行完后，删除主轴功能和其他功能，并终止其后的数据处理的辅助功能。36）准备功能（Preparatory Functton）使机床或控制系统建立加工功能方式的命令。37）辅助功能（MiscellaneouS Function）控制机床或系统的开关功能的一种命令。 38）刀具功能（Tool Funetion）依据相应的格式规范，识别或调人刀具。 39）进给功能（Feed Function）定义进给速度技术规范的命令。 40）主轴速度功能（Spindle Speed Function）定义主轴速度技术规范的命
23、令。 41）进给保持（Feed Hold）在加工程序执行期问，暂时中断进给的功能。42）刀具轨迹（Tool Path）切削刀具上规定点所走过的轨迹。 43）零点偏置（Zero Offset）数控系统的一种特征它容许数控测量系统的原点在指定范围内相对于机床零点移动，但其永久零点则存在数控系统中。 44）刀具偏置（Tool Offset）在一个加工程序的全部或指定部分，施加于机床坐标轴上的相对位移该轴的位移方向由偏置值的正负来确定。 45）刀具长度偏置（Tool Length Offset）在刀具长度方向卜的偏晋。46）刀具半径偏置（Tool Radlus OffseO）刀具在两个坐标方向的刀具偏
24、置。 47）刀具半径补偿（Cutter Compensation）垂直于刀具轨迹的位移，用来修正实际的刀具半径与编程的刀具半径的差异。48）刀具轨迹进给速度（Tool Path Feedrate）刀具上的基准点沿着刀具轨迹相对于工件移动时的速度，其单位通常用每分钟或每转的移动量来表示。 49）固定循环（Fixed Cycle , Canned Cycle）预先设定的一些操作命令，根据这些操作命令使机床坐标轴运动，主轴工作，从而完成固定的加工动作。例如，钻孔、铿削、攻丝以及这些加工的复合动作。 50）子程序（Subprogram）加工程序的一部分，子程序可由适当的加工控制命令调用而生效。 51）
25、工序单（Planning sheet）在编制零件的加工工序前为其准备的零件加工过程表。 52）执行程序（Executlve Program）在 CNC 系统中，建立运行能力的指令集合。53）倍率（Override）使操作者在加工期间能够修改速度的编程值（例如，进给率、主轴转速等）的手工控制功能。 54）伺服机构（Servo-Mwchanisnt）这是一种伺服系统，其中被控量为机械位置或机械位置对时间的导数。 55）误差（Error）计算值、观察值或实际值与真值、给定值或理论值之差。56）分辨率（Resolution）两个相邻的离散量之间可以分辨的最小间隔。 2.3、数控机床工作原理和结构简介
26、1. 数控机床工作原理 按照零件加工的技术要求和工艺要求，编写零件的加工程序，然后将加工程序输入到数控装置，通过数控装置控制机床的主轴运动、进给运动、更换刀具，以及工件的夹紧与松开，冷却、润滑泵的开与关，使刀具、工件和其它辅助装置严格按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数进行工作，从而加工出符合图纸要求的零件。 2. 数控机床结构 数控机床主要由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体四个部分组成，如图所示。 数控机床的加工过程 1）控制介质 控制介质以指令的形式记载各种加工信息，如零件加工的工艺过程、工艺参数和刀具运动等，将这些信息输入到数控装置，控制数控机床对零件切削加工。 2）数控装置 数控装
27、置是数控机床的核心，其功能是接受输入的加工信息，经过数控装置的系统软件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理，向伺服系统发出相应的脉冲，并通过伺服系统控制机床运动部件按加工程序指令运动。 3）伺服系统 伺服系统由伺服电机和伺服驱动装置组成，通常所说数控系统是指数控装置与伺服系统的集成，因此说伺服系统是数控系统的执行系统。数控装置发出的速度和位移指令控制执行部件按进给速度和进给方向位移。每个进给运动的执行部件都配备一套伺服系统，有的伺服系统还有位置测量装置，直接或间接测量执行部件的实际位移量，并反馈给数控装置，对加工的误差进行补偿。 4）机床本体 数控机床的本体与普通机床基本类似，不同之处是数控机床
28、结构简单、刚性好，传动系统采用滚珠丝杠代替普通机床的丝杠和齿条传动，主轴变速系统了齿轮箱，普遍采用变频调速和伺服控制。 2.4、数控机床加工特点 数控机床已越来越多的应用于现代制造业，并发挥出普通机床无法比拟的优势，数控机床主要有以下几特点： 1.传动链短，与普通机床相比主轴驱动不再是电机皮带齿轮副机构变速，而是采用横向和纵向进给分别由两台伺服电机驱动运动完成，不再使用挂轮、离合器等传统部件，传动链大大缩短。 2.刚性高，为了与数控系统的高精度相匹配，数控机床的刚性高，以便适应高精度的加工要求。 3.轻拖动，刀架（工作台）移动采用滚珠丝杠副，摩擦小，移动轻便。丝杠两端的支承式专用轴承，其压力角比普通轴承大，在出厂时便选配好；数控机床的润滑部分采用油雾自动润滑，这些措施都使得数控机床移动轻便。 二、数控机床加工特点 1.自动化程度高，可以减轻操作者的体力劳动强度。数控加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中， 主要是观察和监督机床运行。但是，由于数控机床的技术含量高，操作者的脑力劳动相应提高。 2.加工零件精度高、质量稳定。数控机床的定位精度和重复定位精度都很高，较容易保证一批零件尺寸的一致性，只要工艺
