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(一)工艺路线的确定…………………………………………………………16
(二)工艺路线…………………………………………………………………16
(三)零件图……………………………………………………………………17
第九章尺寸计算与零件轮廓节点坐标的计算…………………………………18
第十章程序的编制………………………………………………………………19
(一)程序单……………………………………………………………………20
(二)工艺卡……………………………………………………………………21
结束语………………………………………………………………………………22
参考文献………………………………………………………………………………………23
前言
一.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
1.高速、高精加工技术及装备的新趋势
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。
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从EMO2001展会情况来看,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60000r/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12*!
000r/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由10μm提高到5μm,精密级加工中心则从3~5μm,提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0。
01μm)。
在可靠性方面,国外数控装置的MTBF值已达6000h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。
2.轴联动加工bsp;
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。
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。
3.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NGC(TheNextGenerationWork—Station/MachineControl)、和复合加工机床enSystemArchitectureforControlwithinAutomationSystems)、日本的OSEC(OpenSystemEnvironmentforController),中国的ONC(OpenNumericalControlSystem)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“CyberProductionCenter"
(智能生产控制中心,简称CPC);
日本大隈(Okuma)机床公司展出“ITplaza”(信息技术广场,简称IT广场);
德国西门子(Siemens)公司展出的OpenManufacturingEnvironment(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.
4。
重视新技术标准、规范的建立
(1)关于数控系统设计开发规范
如前所述,开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应国纷纷实施战略发展计划,并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定,世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定,预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。
我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。
(2)关于数控标准
数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。
数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准,即采用G,M代码描述如何(how)加工,其本质特征是面向加工过程,显然,他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。
为此,国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649(STEP-NC),其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制,能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型,从而实现整个制造过程,乃至各个工业领域产品信息的标准化.
STEP—NC的出现可能是数控技术领域的一次革命,对于数控技术的发展乃至整个制造业,将产生深远的影响。
首先,STEP—NC提出一种崭新的制造理念,传统的制造理念中,NC加工程序都集中在单个计算机上.而在新标准下,NC程序可以分散在互联网上,这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。
其次,STEP—NC数控系统还可大大减少加工图纸(约75%)、加工程序编制时间(约35%)和加工时间(约50%)。
目前,欧美国家非常重视STEP—NC的研究,欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.1~2001。
12。
31)。
参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。
美国的STEPTools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者,他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(SuperModel),其目标是用统一的规范描述所有加工过程。
目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA—NC数控系统的原型样机上进行了验证.
5.柔性化本文为互联网收集,请勿用作商业用途文档为个人收集整理,来源于网络
包含两方面:
数控系统本身的柔性,数控系统采用模块化设计,功能覆盖面大,可裁剪性强,便于满足不同用户的需求;
群控系统的柔性,同一群控系统能依据不同生产流程的要求,使物料流和信息流自动进行动态调整,从而最大限度地发挥群控系统的效能.
6.工艺复合性和多轴化
以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工,正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。
数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后,通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施,完成多工序、多表面的复合加工.数控技术轴,西门子880系统控制轴数可达24轴。
(4)实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境,其作用是如何调度任务,以确保任务在规定期限内完成。
而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。
科学技术发展到今天,实时系统和人工智能相互结合,人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展,而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展,由此产生了实时智能控制这一新的领域.在数控技术领域,实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展:
自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。
例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统,在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能,在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制,使数控系统的控制性能大大提高,从而达到最佳控制的目的。
7。
能发展方向
(1)用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口.由于不同用户对界面的要求不同,因而开发用户界面的工作量极大,用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一.当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求.图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用,人们可以通过窗口和菜单进行操作,便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现.
(2)科学计算可视化科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据,使信息交流不再局限于用文字和语言表达,而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息.可视化技术与虚拟环境技术相结合,进一步拓宽了应用领域,如无图纸设计、虚拟样机技术等,这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。
在数控技术领域,可视化技术可用于CAD/CAM,如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。
(3)插补和补偿方式多样化多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样条)、多项式插补等.多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。
(4)内装高性能PLC数控系统内装高性能PLC控制模块,可直接用梯形图或高级语言编程,具有直观的在线调试和在线帮助功能。
编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例,用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改,从而方便地建立自己的应用程序.
(5)多媒体技术应用多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体,使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。
在数控技术领域,应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化,在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。
8.体系结构的发展
(1)集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片,可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。
应用FPD平板显示技术,可提高显示器性能。
平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点,可实现超大尺寸显示,成为和CRT抗衡的新兴显示技术,是21世纪显示技术的主流。
应用先进封装和互连技术,将半导体和表面安装技术融为一体。
通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格,改进性能,减小组件尺寸,提高系统的可靠性。
(2)模块化硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。
根据不同的功能需求,将基本模块,如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块,作成标准的系列化产品,通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减,构成不同档次的数控系统。
(3)网络化机床联网可进行远程控制和无人化操作。
通过机床联网,可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行,不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上.
(4)通用型开放式闭环控制模式采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构,便于裁剪、扩展和升级,可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。
闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。
由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程,包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素,因此,要实现加工过程的多目标优化,必须采用多变量的闭环控制,在实时加工过程中动态调整加工过程变量.加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式,易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体,构成严密的制造过程闭环控制体系,从而实现集成化、智能化、网络化。
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第一章数控机床的加工特点
数控加工是指在数控机床上进行自动加工零件的一种工艺方法。
数控机床加工零件时,将编制好的零件加工数控程序,输入到数控装置中,再由数控装置控制机床主运动的变速、启停、进给运动的方向、速度和位移大小,以及其他诸如刀具选择交换、工件夹紧松开和冷却润滑的启、停等动作,使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照数控程序规定的顺序、路程和参数进行工作,从而加工出形状、尺寸与精度符合要求的零件。
一般来说,数控加工主要包括以下方面的内容:
(1)选择并确定零件的数控加工内容;
(2)对零件图进行数控加工的工艺分析;
(3)设计数控加工的工艺;
(4)编写数控加工程序单(数控编程时,需对零件图形进行数学处理;
自动编程时,需进行零件CAD、刀具路径的产生和后置处理);
(5)按程序单制作程序介质;
(6)数控程序的校验与修改;
(7)首件试加工与现场问题处理;
(8)数控加工工艺技术文件的定型与归档.
与常规加工相比,数控加工具有如下特点:
(1)适应性强数控加工是根据零件要求编制的数控程序来控制设备执行机构的各种动作,当数控工作要求改变时,只要改变数控程序软件,而不需改变机械部分和控制部分的硬件,就能适应新的工作要求。
因此,生产准备周期短,有利于机械产品的更新换代。
(2)精度高,质量稳定数控加工本身的加工精度较高,还可以利用软件进行精度校正和补偿;
数控机床加工零件是按数控程序自动进行,可以避免人为的误差。
因此,数控加工可以获得比常规加工更高的加工精度。
尤其提高了同批零件生产的一致性,产品质量稳定。
(3)生产率高数控设备上可以采用较大的运动用量,有效地节省了运动工时.还有自动换速、自动换刀和其它辅助操作自动化等功能,而且无需工序间的检验与测量,故使辅助时间大为缩短。
(4)能完成复杂型面的加工许多复杂曲线和曲面的加工,普通机床无法实现,而数控加工完全可以完成。
(5)减轻劳动强度,改善劳动条件因数控加工是自动完成,许多动作不需操作者进行,故劳动条件和劳动强度大为改善。
(6)有利于生产管理采用数控加工,有利于向计算机控制和管理生产方向发展,为实现制造和生产管理自动化创造了条件.个人收集整理,勿做商业用途文档为个人收集整理,来源于网络
第二章数控加工
(一)数控加工概述
一数控设备的工作原理与组成
1.数控设备的工作原理
操作者根据数控工作要求编制数控程序,并将数控程序记录在程序介质(如穿孔纸带、磁带、磁盘等)上。
数控程序经数控设备的输入输出接口输入到数控设备中,控制系统按数控程序控制该设备执行机构的各种动作或运动轨迹,达到规定的工作结果。
图0—1是数控设备的一般工作原理图.
2.数控设备的组成与功能
数控设备的基本结构:
主要由输入输出装置、计算机数控装置、伺服系统和受控设备等四部分组成。
(1)输入输出装置
输入输出装置主要用于零件数控程序的编译、存贮、打印和显示等。
简单的输入输出装置只包括键盘和发光二极管显示器。
一般的输入输出装置除了人机对话编程键盘和CRT外,还包括纸带、磁带或磁盘输入机、穿孔机等。
高级的输入输出装置还包括自动编程机或CAD/CAM系统。
(2)计算机数控装置
计算机数控装置是数控设备的核心。
它根据输入的程序和数据,经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后,输出各种信号和指令。
(3)伺服系统
伺服系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成,并与设备的执行部件和机械传动部件组成数控设备的进给系统.它根据数控装置发来的速度和位移指令,控制执行部件的进给速度、方向和位移。
(4)受控设备
控设备是被控制的对象,是数控设备的主体,一般都需要对它进行位移、角度和各种开关量的控制.在闭环控制的受控设备上一般都装有位置检测装置,以便将位置和各种状态信号反馈给计算机数控装置.
二数控设备的分类
数控设备的种类很多,各行业都有自己的数控设备和分类方法。
在机床行业,数控机床通常从以下不同角度进行分类.
1.按工艺用途分类
按其工艺用途可以划分为以下四大类:
(1)金属切削类指采用车、铣、镗、钻、铰、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。
它又可分为两类:
①普通数控机床普通数控机床一般指在加工工艺过程中的一个工序上实现数字控制的自动化机床,有数控车、铣、钻、镗及磨床等。
普通数控机床在自动化程度上还不够完善,刀具的更换与零件的装夹仍需人工来完成。
②数控加工中心数控加工中心MC是带有刀库和自动换刀装置的数控机床.在加工中心上,可使零件一次装夹后,实现多道工序的集中连续加工。
加工中心的类型很多,一般分为立式加工中心、卧式加工中心和车削加工中心等.加工中心由于减少了多次安装造成的定位误差,所以提高了零件各加工面的位置精度,近年来发展迅速。
(2)金属成形类指采用挤、压、冲、拉等成形工艺的数控机床,常用的有数控弯管机、数控压力机、数控冲剪机、数控折弯机、数控旋压机等.
(3)特种加工类主要有数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控激光与火焰切割机等。
(4)测量、绘图类主要有数控绘图机、数控坐标测量机、数控对刀仪等。
2.按控制运动的方式分类
(1)点位控制数控机床这类数控机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床等.
(2)点位直线控制数控机床这类机床有数控车床和数控铣床等。
(3)轮廓控制数控机床这类机床有数控车床、铣床、磨床和加工中心等。
3.按伺服系统的控制方式分类
(1)开环数控机床它没有位置检测元件,其结构较简单、成本较低、调试维修方便,但由于受步进电机的步距精度和传动机构的传动精度的影响,难于实现高精度的位置控制,进给速度也受步进电机工作频率的限制。
一般适用于中、小型经济型数控机床.
(2)半闭环控制数控机床它是将位置检测元件安装在驱动电机的端部或传动丝杆端部,间接测量执行部件的实际位置或位移。
这类控制可以获得比开环系统更高的精度,调试比较方便,因而得到广泛应用。
(3)闭环控制数控机床它是将位置检测元件直接安装在机床工作台上.由于它采用了反馈控制,可以清除包括工作台传动链在内的传动误差,因而定位精度高,速度更快。
但由于系统复杂,调试和维修较困难,成本高,一般适用于精度要求高的数控机床。
此外,按所用数控系统的档次通常把数控机床分为低档、中档、高档三类数控机床。
中档、高档数控机床一般称为全功能数控或标准型数控。
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(二)数控加工在机械制造中的地位和作用
随着科学技术和社会生产的不断发展,机械制造技术发生了深刻的变化,机械产品的结构越来越合理,其性能、精度和效率日趋提高,因此对加工机械产品的生产设备提出了高性能、高精度和高自动化的要求。
在机械产品中,单件和小批量产品占到70﹪~80﹪.由于这类产品的生产批量小、品种多,一般都采用
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