数控车床应用与未来发展

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1、数控车床应用与未来发展姓名：杜建飞 班级： 11机制4 学号：115300406摘 要：随着数控加工的日益成熟越来越多的零件产品都用数控机床来加工,因此如何 改进数控加工的工艺问题就越来越重要。在数控机床上由于机床空间及机床的其他局限了数 控加工的灵活性，这样就要求我们要懂得如何改进加工工艺，提高数控机床的应用范围和加 工性能。从而达到提高生产效率和产品质量。一般数控机床的加工工艺和普通机床的加工工艺是大同小异的，只是数控机床能够通过 程序自动完成普通机床的加工动作，减轻了劳动者的劳动强度，同时能比较精准的加工出合 格的零件。由于数控加工整个加工过程都是自动完成的，因此要求我们在加工零件之前就

2、必 须把整个加工过程有一个比较合理的安排，其中不能出任何的差错，否则就会产生严重的后 果。关键词 :数控 工业化发展 刀具 机床引言高速加工技术发展迅速，在高档数控机床中得到广泛应用。应用新的机床运动学理论 和先进的驱动技术，优化机床结构，采用高性能功能部件，移动部件轻量化，减少运动惯性。 在刀具材料和结构的支持下，从单一的刀具切削高速加工，发展到机床加工全面高速化，如 数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转；快速移动速度从每分钟十几 米发展到几十米和超过百米；换刀时间从十几秒下降到10秒、3秒、1秒以下，换刀速度加 快了几倍到十几倍。应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间

3、，从而实现加工制造的 高质量和高效率.一 、数控车床的基本组成和工作原理1. 任务准备机床结构包括机床本体、CNC单元、输入/输出设备、伺服单元、驱动装置、可编程控 制器、测量反馈装置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。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。（1）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。

4、按运动方式分类：点位控制数控机床点位/直线控制数控机床连续控制数控机床 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。4. 数控车床的性能指标1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。主轴系统：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500010000r/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/mi

5、n）,是衡量 车床的重要性能指标之一。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1030m/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,

6、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，其计算公式实际脉冲当量=传动比丝杠螺距电动机每转脉冲数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

7、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。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。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

8、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520s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。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：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。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

9、保证了零件加工的一致性好，且质量稳定。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，数控机床的生产能力约为普通机床的三倍，甚至更高。数控机床的时间 利用率咼达90%，而普通机床仅为30%50%。精度咼：数控机床有较咼的加工精度， 一般在0.005mm0.1mm之间。数控机床的加工精度不受零件复杂程度的影响，机床传动链 的反向齿轮间隙和丝杠的螺距误差等都可以通过数控装置自动进行补偿。因此，数控机床的 定位精度比较高。减轻劳动强度：在输入程序并启动后，数控机床就自动地连续加工，直 至完毕。这样就简化了工

10、人的操作，使劳动强度大大降低。还有能实现复杂的运动、产生良 好的经济效益、利于生产管理现代化等特点。二 、数控车床编程与操作1. 数控车床概述数控车床作为当今使用最广泛的数控机床之一，主要用于加工轴类、盘套类等回转体零 件，能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并进行 切槽、钻、扩、铰孔等工作，而近年来研制出的数控车削中心和数控车铣中心，使得在一次 装夹中可以完成更多得加工工序，提高了加工质量和生产效率，因此特别适宜复杂形状的回 转体零件的加工。2. 数控车床的组成数控车床由床身、主轴箱、刀架进给系统、冷却润滑系统及数控系统组成。与普通车床 所不同的是数控车床的

11、进给系统与普通车床有质的区别，它没有传统的走刀箱溜板箱和挂轮 架，而是直接用伺服电机或步进电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀具，实现进给运动。数控系 统由 NC 单元及输入输出模块，操作面板组成。从机械结构上看，数控车床还没有脱离普通车床的结构形式，即由床身、主轴箱、刀架 进给系统，液压、冷却、润滑系统等部分组成。与普通车床所不同的是数控车床的进给系统 与普通车床有质的区别，它没有传统的走刀箱、溜板箱和挂轮架，而是直接用伺服电机通过 滚珠丝杠驱动溜板和刀具，实现运动，因而大大简化了进给系统的结构。由于要实现CNC, 因此，数控车床要有CNC装置电器.控制和CRT操作面板。3. 数控车床的机械构成（1

12、）主轴箱：数控车床主轴箱的构造，主轴伺服电机的旋转通过皮带轮送刀主轴箱内的 变速齿轮，以此来确定主轴的特定转速。在主轴箱的前后装有夹紧卡盘，可将工件装夹在此。（2）主轴伺服电机：主轴伺服电机有交流和直流。直流伺服电机可靠性高，容易在宽范围内 控制转矩和速度，因此被广泛使用，然而，近年来小型、高速度、更可靠的交流伺服电机作 为电机控制技术的发展成果越来越多地被人们利用起来。（3）夹紧装置：这套装置通过液压 自动控制卡爪的开/合。（4）往复拖板：在往复拖板上装有刀架，刀具可以通过拖板实现主轴 的方向定位和移动，从而同Z轴伺服电机共同完成长度方向的切削。（5）刀架：此装置可以 固定刀具和索引刀具，使

13、刀具在与主轴垂直方向上定位，并同Z轴伺服电机共同完成截面方 向的切削。（6）控制面板：控制面板包括CRT操作面板（执行NC数据的输入/输出）和机床 操作面板（执行机床的手动操作）。4. 数控系统数控车床的数控系统是由CNC装置、输入/输出设备、可编程控制器（PLC）、主轴驱动 装置和进给驱动装置以及位置测量系统等几部分组成.数控车床通过CNC装置控制机床主轴转速、各进给轴的进z给速度以及其他辅助功能。5. 数控车床的特点：（1）传动链短：数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电机驱动。伺服电机直 接与丝杠联结带动刀架运动，伺服电机与丝杠也可以按控制指令无级变速，它与主轴之间无 须再用多级齿轮

14、副来进行变速。随着电机宽调速技术的发展，目标是取消变速齿轮副，目前 还要通过一级齿轮副变几个转速范围。因此，床头箱内的结构已比传统车床简单得多。（2） 刚性高：与控制系统的高精度控制相匹配，以便为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分， 大部分采用油雾自动润滑。适应高精度的加工。（3）轻拖动：刀架移动一般采用滚珠丝杠副， 为了提高数控车床导轨的耐磨性，一般采用镶钢导轨，这样机床精度保持的时间就比较长， 也可延长使用寿命。另外，数控车床还具有加工冷却充分、防护严密等结构特点，自动运转 时都处于全封闭或半封闭状态。数控车床一般还配有自动排屑装置。三 、当前数控机床技术发展趋势精密加工技术有所突破，通

15、过机床结构优化、制造和装配的精化，数控系统和伺服控制 的精密化，高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等，从而提高机床加工 的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。加工精度平均每8 年提高 1 倍，从 1950年至2000年50年内提升100倍。目前，精密数控机床的重复定位精度可以达到Wm, 进入亚微米超精加工时代。技术集成和技术复合趋势明显，技术集成和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势 之一，如工序复合型车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合，跨加工类别技术复合 金切与激光、冲压与激光、金属烧结与镜面切削复合等，目前已由机加工复合发展到非机 加工复合，进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容，目的在于实现复杂形状零件 的全部加工及生产过程集约化管理。技术集成和复合形成了新一类机床复合加工机床， 并呈现出复合机床多样性的创新结构。参考文献】1 张耀宗.机械加工实用手册编写组.机械工业出版社，19972 李军.数控机床参考点的设定间.制造技术与机床，19943 许镇宇.机械零件.北京：高等教育出版社,19834 孔庆复.计算机辅助设计与制造.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，19945 雷宏，机械工程基础.哈尔滨：黑龙江出版社 20026 王中发.实用机械设计。北京：北京理工大学出版社 19987 唐宗军，机械制造基础。大连：机械工业出版社.1997