机械加工中数控机床的应用与发展方向Word文档下载推荐.doc
- 文档编号:3654768
- 上传时间:2023-05-02
- 格式:DOC
- 页数:17
- 大小:162.50KB
机械加工中数控机床的应用与发展方向Word文档下载推荐.doc
《机械加工中数控机床的应用与发展方向Word文档下载推荐.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《机械加工中数控机床的应用与发展方向Word文档下载推荐.doc(17页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
加工柔性好,加工精度高,生产率高,减轻操作者劳动强度、改善劳动条件,有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。
数控机床是一种高度机电一体化的产品,适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。
数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。
进入21世纪,我国经济与国际全面接轨,进入了一个蓬勃发展的新时期。
机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机,也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力,加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。
随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步,数控机床的应用范围还在不断扩大,并且不断发展以更适应生产加工的需要。
本文简要分析了数控机床高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等发展趋势,并提出了我国数控机床发展中存在的一些问题。
1数控机床的概述
1.1数控机床简介
数控机床是用数字代码形式的信息(程序指令),控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床,简称数控机床。
数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。
输入数控装置的程序指令记录在信息载体上,由程序读入装置接收,或由数控装置的键盘直接手动输入。
数控机床具有广泛的适应性,加工对象改变时只需要改变输入的程序指令;
加工性能比一般自动机床高,可以精确加工复杂型面,因而适合于加工中小批量、改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件,并能获得良好的经济效果。
随着数控技术的发展,采用数控系统的机床品种日益增多,有车床、铣床、镗床、钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。
此外还有能自动换刀、一次装卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。
1.2数控机床产生
随着生产和科学技术的飞速发展,社会对机械产品多样化的要求日益强烈,产品更新越来越快,多品种、中小批量生产的比重明显增加,同时随着汽车工业和轻工业消费品的高速增长,机械产品的结构日趋复杂,其精度日趋提高,性能不断改善,激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短,传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化、高效和高质量复杂零件加工要求。
因此,对制造机械产品的生产设备——机床,必然会相应地提出高效率、高精度和高自动化的要求。
在机械产品中,单件与小批量产品占到70%——80%。
这类产品的生产不仅对机床提出了“三高”要求,而且还要求机床应具有较强的适应产品变化的能力。
特别是一些由曲线、曲面组成的复杂零件,若采用通用机床加工,只能借助画线和样板用手工操作的方法来加工,或利用靠模和仿型机床来加工,其加工精度和生产效率都受到了很大的限制。
数控机床就是为了解决单件、小批量,特别是高精度、复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。
1947年美国PARSONS公司为了精确制造直升飞机机翼、浆叶和框架,开始探讨用三坐标曲线数据控制机床运动,并进行实验加工飞机零件。
1952年麻省理工学院(MIT)伺服机构研究所用实验室制造的控制装置与辛辛那提(CincinnatiHydrotel)公司的立式铣床成功的实现了三轴联动数控运动,实现控制铣刀连续空间曲面加工,它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面的技术成果,是一种新型的机床,可用于加工复杂曲面零件。
该铣床的研制成功是机械制造行业中的一次技术革命,使机械制造业的发展进入了一个崭新的阶段,揭开了数控加工技术的序幕。
2数控机床的组成与工作原理、特点
(|.{6~Vxd1.2.12.1数控机床的组成
数控机床是利用数控技术,准确地按照事先编制好饿程序,自动加工出所需工件的机电一体化设备。
在现代机械制造中,特别是在航空、造船、国防、汽车模具及计算机工业中得到广泛应用。
数控机床通常是有程序载体、CNC装置、伺服系统、检测与反馈装置、辅助装置、机床本体组成,如图2-1所示。
图2-1数控机床的组成框图
1.程序载体
图2-2程序载体组成图
如图2-2,数控机床是按照输入的零件加工程序运行的。
零件加工程序中包括机床上刀具和零件的相对运动轨迹、工艺参数(如进给量,主轴转速等)和辅助运动等。
将零件加工程序以一定的格式和代码存储在一种载体上,这种载体称为程序载体。
目前加工程序的执行方式按数控机床控制系统的内存空间大小分为两种方式:
一种是采用CNC方式,即先将加工程序输入机床,然后调出来执行;
另一种是采用DNC方式,即将机床与计算机连接,机床的内存作为存储缓冲区,加工程序由计算机一边传送,机床一边执行。
2.CNC装置(又称计算机数控装置)
图2-3CNC装置组成图
如图2-3所示,CNC装置是CNC系统的核心,主要包括微处理器(CPU)、存储器、局部总线、外围逻辑电路和输入/输出控制等,如图2-3。
CNC装置的功能是接受从输入装置送来的脉冲信号,并将信号通过数控装置的系统软件或逻辑电路的编译、运算和逻辑处理后,输出各种信号和控制指令。
在这些控制指令中,除了送给伺服系统的位置和速度指令外,还送给辅助装置的机床辅助动作指令。
最终控制机床的各部分,使其按照规定的、有序的动作执行。
3.伺服系统
图2-4伺服系统的组成图
如图2-4,伺服系统是CNC装置和机床本体的联系环节,它的作用是把来自CNC装置的微弱指令信号解调、转换、放大后驱动伺服电机,通过执行部件驱动机床移动部件的运动,使工作台精确定位或使刀具和工件及主轴按规定的轨迹运动,最后加工出符合图样要求的零件。
它的伺服精度和动态响应是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素。
伺服系统包括驱动装置和执行装置两大部分,数控机床的驱动装置包括主轴伺服单元(转速控制)、进给驱动单元(位置和速度控制)、回转工作台和刀库伺服系统控制装置以及它们相应的伺服电机等。
常用的伺服电机有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机。
伺服电动机是系统的执行元件,驱动控制系统则是伺服电机的动力源。
数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令,再经过驱动系统的功率放大后,驱动电动机运转,通过机械传动装置带动工作台和刀架运动。
4.检测与反馈装置
检测与反馈装置有利于提高数控机床加工精度。
它的作用:
将机床导轨和主轴移动的位移量、移动速度等参数检测出来,通过模数转换变成数字信号,并反馈到数控装置中,数控装置根据反馈回来的信息进行判断并发出相应的指令,纠正所产生的误差。
常用的检测装置有编码器、感应同步器、光栅、磁栅、霍尔检测元件等。
5.辅助装置
图2-5辅助装置图
如图2-5所示,辅助装置是把计算机送来的辅助控制指令(M,S,T等)经机床接口转换成强电信号,用来控制主轴电动机启停和变速、冷却液的开关及分度工作台的转位和自动换刀等动作。
它主要包括储备刀具的刀库、自动换刀装置、自动托盘交换装置、工件的夹紧机构、回转工作台以及液压、气动、冷却、润滑、排屑装置等。
6.机床本体
数控机床的本体是指其机械结构实体。
它是实现加工零件的执行部件,主要由主运动部件(主轴、主运动传动机构)、进给运动部件(工作台、拖板及相应的传动机构)、支承件(床身、立柱等)以及辅助装置等组成。
与传统的普通机床相比较,数控机床的整体布局、外观造型、传动机构、工具系统及操作机构等方面打都发生了很大的变化。
归纳起来包括以下几个方面的变化:
(1)采用高性能的主轴及伺服传动系统,具有传递功率大、刚度高、抗振性好及热变形小等优点。
(2)采用高效传动部件及进给传动系统,具有传动链短、结构简单、传动效率高、传动精度高等特点,一般采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副、贴塑导轨副等。
(3)数控机床机械结构具有很高的静、动态刚度,较好的抗震性、阻尼精度及耐磨性等。
(4)在加工中心上一般具有完善的自动换刀装置ATC、自动托盘交换装置APC、工件夹紧放松机构和刀具管理系统。
(5)采用全封闭高速防护罩。
由于数控机床是自动完成加工,为了操作安全等,一般采用移动门结构的全封闭高速防护罩,对机床上的零件进行全封闭加工。
2.2数控机床的工作原理
由数控机床的操作过程和数控机床的组成可以知道,其工作原理如下:
(1)根据零件加工图样进行工艺分析,拟定加工工艺方案,确定加工工艺过程、工艺参数和刀具位移数据。
(2)用规定的程序代码和格式编写零件加工程序,或用CAD/CAM软件直接生成零件的加工程序。
(3)把零件加工程序输入或传输到数控系统。
(4)数控系统对加工程序进行译码与运算,发出相应的命令,通过伺服系统驱动机床的各个运动部件,并控制刀具与工件的相对运动,最后加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。
2.3数控机床的特点
2.3.1数控机床的加工特点
数控机床的加工特点(即优势与不足),主要有以下几个方面:
1.加工精度高、质量稳定
数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的,脉冲当量普遍达到0.001mm,且传动链之间的间隙得到了有效补偿。
同时数控机床的传动装置于床身结构具有很高的刚度和热稳定性,容易保证零件尺寸的一致性。
因此数控机床不仅具有较高的加工精度,而且质量稳定。
2.生产效率高、经济效益好
数控机床加工零件粗加工时可以进行大切削用量的强力切削,移动部件的空行程时间短,工件装夹时间短,更换零件时几乎不需要调整机床,有效地缩短了加工时间。
同时,由于数控机床对市场需求响应快,生产效率高,使总成本下降,可获得良好的经济效益。
3.对加工对象的适应性强
数控机床改变加工零件时,只需改变加工程序,特别适合于单件、小批量、加工难度和精度要求较高的零件的加工。
4.自动化程度高,劳动强度低
数控机床是自动进行的,工件加工过程中不需要人工干预,且自动化程度较高,大大改善了操作者的劳动强度。
5.有利于现代化管理
数控机床使用数字信息与标准代码处、传递信息,使用了计算机控制方法,为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础。
6.具有很强的通信功能
数控机床通常具有RS-232接口,有的还备有DNC接口,可与CAD/CAM软件的设计与制造相组合。
高档机床还可与MAP (制造自动化协议)相连,接入工厂的通信网络,适应于FMS、CIMS的应用要求。
当然,数控机床在应用中也有不足之处:
(1)初期投资大。
(2)维护费用高
(3)对操作者的技能水平及管理人员的素质要求较高。
因此,应合理地选择与使用数控机床,提高经济效益。
2.3.2数控机床的结构特点
为了保证高精度、高效率的加工,数控机床的结构应具有以下特点:
1.高刚度和高抗振性
由于数控机床经常在高速和连续重载切削条件下工作,所以要求机床的床身、工作台、主轴、立柱、刀架等主要部件均需有很高的刚度,工作中应无变形和振动。
例如,床身各部分合理分布加强筋,以承受重载与重切削力;
工作台与拖板应具有足够的刚性,以承受工件重量,并使工作平稳;
主轴在高速下运转,应具有较高的径向扭矩和轴向推力;
立柱在床身上移动时应平稳,且能承受大的切削力;
刀架在切削过程中应平稳而无振动等。
2.高灵敏性
数控机床在加工过程中,要求运动部件具有高的灵敏度。
导轨部件通常采用滚动导轨、塑料导轨、静压导轨等,以减少摩擦力,在低速运动时无爬行现象。
由电动机驱动,经滚珠丝杠或静压丝杠带动数控机床的工作台、刀架等部件的移动,主轴既要在高刚度、高速下回转,又要有高灵敏度,因而多数采用滚动轴承和静压轴承。
3.热变形小
为保证部件的运动精度,要求机床的主轴、工作台、刀架等运动部件的发热量要小,以防止产生热变形。
为此,立柱一般采用采取双壁框式结构,在提高刚度的同时使零件结构对称,防止因热变形而产生倾斜偏移。
通常采用恒温冷却装置,减少主轴轴承在运转中和那个产生的热量。
为减少电动机运转发热的影响,在电动机上安装有散热装置和热管消热装置。
4.高精度保持性
在高速、强力切削下满载工作时,为保证机床长期具有稳定的加工精度,要求数控机床具有较高的精度保持性。
除了应正确选择有关零件的材料,以防止使用中变形和快速磨损外,还要采取一些工艺性措施,如淬火、磨削导轨、粘贴抗磨塑料导轨等,以提高运动部件的耐磨性。
5.高可靠性
数控机床应能在高负荷下长时间无故障地连续工作,因而对机床部件和控制系统的可靠性提出了很高的要求。
柔性制造系统中的数控系统可在24小时运转中实现无人管理,可靠性显得更为重要。
为此除保证运动部件不出故障外,频繁动作的刀库、换刀机构、托盘、工件交换装置等部件,必须保证能长期而可靠地工作。
6.工艺复合化和功能集成化
所谓“工艺复合化”,简单地说,就是“一次装夹、多工序加工”。
“功能集成化”主要是指数控机床的自动换刀机构和自动托盘交换装置的功能集成化。
随着数控机床向柔性化和无人化发展,功能集成化的水平更高的体现在工件自动定位、校内对刀、刀具破损监控、机床与工件精度检测和补偿等功能上。
由于生产率发展的需要,数控机床的机械结构随着数控技术的发展,两者相互促进,相互推动,发展了不少不同于普通机床的、完全新颖的机械结构和部件。
3数控机床在加工领域中的应用
3.1数控机床的应用范围
数控机床具有普通机床不具备的许多优点,数控机床的应用范围正在不断扩大,但是目前它并不能完全代替普通机床,也不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。
数控机床最适合加工具有以下特点的工件:
1.单件、多品种、小批量的生产零件。
2.形状复杂,加工精度较高的零件。
3.需进行多种工序集中加工的零件。
4.价格昂贵、不允许报废的零件。
5.需要频繁改型的零件。
6.需要最少生产周期的急零件。
7.批量、高精度、高要求的工件。
当零件不太复杂、生产批量不大时,宜采用普通机床;
随着零件复杂程度的提高,数控机床就显得更为适用了。
同时,在多品种、小批量(100件以下)生产时,使用数控机床可获得较好的经济效益,零件批量的增大,对所选用的数控机床是不利的。
数控机床的应用范围
1.数控车床:
包括主轴、溜板、刀架等。
数控系统包括显示器、控制面板、强电控制等。
数控车床一般具有两轴联动功能,Z轴是与主轴平行方向的运动轴,X轴是在水平面内与主轴垂直方向的运动轴。
远离工件方向为轴的正向。
另外在最新的车铣加工中心,还增加了一个C轴,可用于工件的分度功能,在刀架中安放铣刀,对工件进行铣加工。
刀具超过12把称为加工中心。
数控车床主要用来加工轴类零件的内外圆柱面,圆锥面、螺纹表面、成形回转体面等。
对于盘类零件可以进行钻孔、扩孔、绞孔、镗孔等。
机床还可以完成车端面、切槽、倒角等加工。
2.数控铣床:
适于加工三维复杂曲面,在汽车、航空航天、模具等行业被广泛采用。
可分为数控立式铣床、数控卧式铣床、数控仿形铣床等。
3.加工中心:
一般认为带有自动刀具交换装置(ATC)的数控镗铣床,称为加工中心。
可以进行铣、镗、钻、扩、铰、攻丝等多种工序加工。
不能包括磨削功能,因为微细的磨粒可能进入机床导轨,从而破坏机床的精度。
而磨床上有特殊的保护措施。
加工中心可分为立式加工中心、卧式加工中心。
立式的主轴是垂直方向的,卧式的主轴是水平方向的。
4.数控钻床:
分为立式钻床和卧式钻床。
主要完成钻孔、攻丝功能,同时也可以完成简单的铣削功能。
刀库可以存放多种刀具。
5.数控磨床:
用在高硬度、高精度加工表面。
平面磨床、内圆磨床、轮廓磨床等。
随着自动砂轮补偿技术、自动砂轮修整技术和磨削固定循环技术的发展,数控磨床的功能越来越强。
6.数控电火花成形机床:
(EDMMachine)
特种加工方法,利用两个不同极性的电极在绝缘体中产生放电现象,去除材料进而完成加工,适用于形状复杂的模具、难加工材料。
7.数控线切割机床:
原理与电火花成形机床一样,就是电极是电机丝,加工液一般是去离子水。
3.2数控机床的选用原则
数控机床的先进性、复杂性和发展的迅速性,以及品种型号、档次的多样性,而且价格又相对比较昂贵,就决定了选用数控机床的复杂性、难度和慎重性。
所以,在选用数控机床时,应由领导和专业技术人员共同进行深入细致地调研,或委托有经验的数控专家组成的咨询中介机构进行咨询或代理,以便正确地选用数控机床。
选用数控机床要根据加工对象的工艺要求、企业经济环境和使用环境等诸多因素进行具体分析,可考虑以下几个原则:
1.生产上适用
主要指所选用的数控机床功能必须适应被加工零件的形状尺寸、尺寸精度和生产节拍等要求。
形状尺寸适应性——所选用的数控机床必须能适应被加工零件合理群组的形状尺寸要求。
加工精度适应性——所选择的数控机床必须满足被加工零件群组的精度要求,在能确保零件群组的加工精度基础上注意不一味追求不必要的高精度。
生产节拍适应性——根据加工对象的批量和节拍要求来决定数控机床的选择,并注意上下工序间的节拍协调一致,及外部机床的配置、编程、操作、维修等支撑环境。
技术上先进
在选用数控机床时,应充分考虑到技术的发展,具有适当的前瞻性,保证设备在技术水平上的先进性,不一味追求低价格,避免出现新购设备在使用不长时间后即面临淘汰的尴尬
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 机械 加工 数控机床 应用 发展方向