（机械制造及其自动化专业论文）车铣数控加工精度分布规律的研究.pdf

， r ， j 独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的。论文中取 得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人己经发表或撰 写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的材料。与我 一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 并表示谢意。 学位论文作者签名：糊 日 期：川8 耳) ，同工尸日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者和指导教师完全了解东北大学有关保留、使用学位 论文的规定：即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印 件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人同意东北大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索、交流。 ( 如作者和导师不同意网上交流，请在下方签名；否则视为同意。) 学位论文作者签名：导师签名： 签字日期：签字日期： 气j 一 1 r v 一 1， - j 东北大学硕士学位论文摘要 车铣数控加工精度分布规律的研究 摘要 随着科学技术的发展，对产品质量的要求越来越高，机械产品日益向高速、高 效、精密、轻量化和自动化方向发展，产品结构日益趋于复杂，对其工作性能的要 求也逐渐提高。相对于传统机械加工技术来说，数控加工技术因其具有高精度、易 于实现控制、高柔性等特点，日益成为机械制造业发展的主流。数控加工采用计算 机数控装置，加工精度可以通过软件进行校正及补偿。另外，数控机床的装夹、切 削条件及冷却等方面得到了改善，使得零件加工表面可以获得更高的精度和更高的 表面质量。 然而，实际生产加工过程中，由于环境、设备、操作等因素的影响，机械零件 往往很难实现预期达到的精度水平。要保证高精度的加工要求，就需考察各因素对 加工精度所产生的影响，在改变加工工艺技术指标参数的条件下，加工精度又呈现 怎样的分布规律。只有掌握了这些，我们才能在实际生产加工过程中对造成加工误 差的各因素进行有目的的控制和补偿。研究加工精度的目的，就是研究如何把各种 误差控制在规定的公差范围之内，掌握各种因素对加工精度的影响规律，从而寻找 降低加工误差，提高加工精度的措施。 本文以数控车床和数控铣床为研究设备，针对数控车削加工和数控铣削加工的 特点，结合单因素对比和正交试验方案，分别设计在两类机床加工的一系列零件， 通过对两批零件尺寸精度、几何形状和相对位置精度以及表面质量的检测，运用数 理统计的理念，进行基于m a t l a b 的数据统计分析，得到数控加工精度的整体分布 规律，分析在试验条件范围内，因素水平变动对各项精度所产生影响的显著性差异， 并得到最佳加工条件组合方案。 保证和提高了加工精度，实际上也就是限制和降低了加工误差，保证零件产品 的使用性能要求、提高零件制造质量的同时，也可以降低生产成本。本文从数控加 工精度及其影响因素的理论分析角度出发，通过数控车削和数控铣削实际加工实验 方案论证，对数控加工精度影响因素、分布规律以及影响因素的显著性效应做初步 的研究，旨在通过本文的分析结果，为以后数控加工指标参数的制定和实际生产加 工提供一定的理论和实践依据。 关键词：数控车削；数控铣削；加工精度t 影响因素：统计分析 l弋j 龟 a j ，籼j j 、 j r e s e a r c ho nt h ed i s t r i b u t i o nr u l eo ft h en u m e r i c a l c o n t r o lt u r n i n ga n dm i l l i n gp r e c i s i o n a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to ft e c h n o l o g y , t h er e q u e s ta b o u tp r o d u c t sq u a l i t yi sg e t t i n g h i g h e ra n dh i g h e r m e c h a n i c a lp r o d u c t sa r ed e v e l o p i n gt ot h ed i r e c t i o n sa sh i g hs p e e d ， h i g he f f e c t ，p r e c i s e ，l i g h t w e i g h ta n da u t o m a t i o n t h ep r o d u c ts t r u c t u r et e n dt ob em o r e c o m p l e xa n dt h er e q u i r e m e n tt ot h eo p e r a t i n gp e r f o r m a n c ea l s ob eg r a d u a l l ye n h a n c e d r e l a t i v et ot r a d i t i o n a lm e c h a n i c a lm a c h i n i n gt e c h n i q u e ，n u m e r i c a lc o n t r o lt e c h n i q u e h a sb e c o m et h em a i n s t r e a mo ft h em a c h i n e - b u i l d i n gi n d u s t r yd e v e l o p m e n tf o ri t s c h a r a c t e r sa sh i g ha c c u r a c y , e a s yt oc o n t r o l ，h i g hf l e x i b i l i t ya n ds oo n t h en u m e r i c a l c o n t r o lp r o c e s s i n gu s e st h ec o m p u t e rn u m e r i c a lc o n t r o li n s t a l l m e n t ，a n dt h ew o r k i n g a c c u r a c yc a nb ep r o o f e da n dc o m p e n s a t e dt h r o u g ht h es o f t w a r e i na d d i t i o n ，t h e c o m p o n e n t sp r o c e s s i n gs u r f a c ec o u l do b t a i nah i g h e rp r e c i s i o na n dt h eh i g h e rs u r f a c e q u a l i t yf o rt h ef i x i n g , c u t t i n ga n dc o o l i n g c o n d i t i o no ft h en u m e r i c a l l y c o n t r o l l e d m a c h i n et o o lw a si m p r o v e d h o w e v e r , i nt h ea c t u a lp r o d u c i n gp r o c e s s ，t h em e c h a n i c a la c c e s s o r i e sa r eo f t e n d i f f i c u l tt oo b t a i nt h ep r e c i s i o nl e v e lw h i c hw a sa n t i c i p a t e da c h i e v ef o rm a n yf a c t o r s i n f l u e n c ea se n v i r o n m e n t ，e q u i p m e n t ，o p e r a t i o na n ds oo n t og u a r a n t e et h eh i g h p r e c i s i o nr e q u e s t ，w em u s ti n s p e c tt h ei n f l u e n c et h a tv a r i o u sf a c t o r sp r o d u c e dt ot h e w o r k i n ga c c u r a c y a n dh o wi st h ed i s t r i b u t i o nr u l eo ft h ep r o c e s s i n gp r e c i s i o n i nt h e c a s eo fc h a n g i n gt h em a c h i n i n gt e c h n i c a lp a r a m e t e r o n l yt ok n o wt h e s e ，w ec a nm a k e s o m ec o n t r o la n dc o m p e n s a t i o nt ot h ef a c t o r sw h i c hc a u s ep r o c e s s i n ge r r o ri nt h e a c t u a lm a c h i n i n gp r o c e s s t h ep u r p o s et os t u d yt h em a c h i n i n gp r e c i s i o ni st os t u d y h o wt oc e n t r e lv a r i o u se r r o r si nt h es t a t e dt o l e r a n c ei n t e r v a l ，m a s t e rt h ei n f l u e n tr u l e t h a ta l lk i n d so ff a c t o r sm a d et ot h em a c h i n i n gp r e c i s i o n ，a n df i n dt h em e t h o dt o r e d u c et h ep r o c e s s i n ge r r o ra n di n c r e a s et h ew o r k i n ga c c u r a c y t h i sa r t i c l et a k e st h en u m e r i c a lc e n t r e ll a t h ea n dt h en u m e r i c a lc o n t r o lm i l l i n g m a c h i n ea st h er e s e a r c hi n s t r u m e n t ，a i ma tt h ec h a r a c t e r so ft h en u m e r i c a ic e n t r e l t u r n i n g a n d m i l l i n g ，c o m b i n e w i t ht h e s i n g l e f a c t o rc o n t r a s ta n do r t h o g o n a l e x p e r i m e n t a t i o ns c h e m e ，a n dd e s i g nas e r i e so fa c c e s s o r i e sw h i c h w e r ep r o c e s s e db y t h i st w ok i n d so fm a c h i n et o o l s a c c o r d i n gt ot h em e a s u r er e s u l t sa b o u tt h es i z e p r e c i s i o n ，g e o m e t r i c a ls h a p ea n dr e l a t i v ep o s i t i o np r e c i s i o na sw e l la ss u r f a c eq u a l i t y ， - v - j f u s i n gt h ei d e ao fm a t h e m a t i c a ls t a t i s t i ct oc a r r y o nt h ed a t as t a t i s t i c a la n a l y s i sb a s e do n t h em a t l a b a i mt og e tt h ed i s t r i b u t i o n r u l eo ft h en u m e r i c a lc o n t r o lw o r k i n g a c c u r a c y ，t oa n a l y z et h ed i s t i n c td i f f e r e n c eo f t h ei n f l u e n c et h a tt h ef a c t o rl e v e lc h a n g e m a k e st 0t h ep r e c i s i o ni nt h er a n g eo ft h ee x p e r i m e n tc o n d i t i o n ，a n dt o o b t a i nt h eb e s t m a c h i n i n gc o n d i t i o nc o m b i n a t i o n i nf a c t t og u a r a n t e ea n di n c r e a s et h ew o r k i n ga c c u r a c yi st or e s t r i c ta n d r e d u c e t h em a c h i n i n ge r r o le n s u r i n ga n de n h a n c i n gt h eo p e r a t i o n a lp e r f o r m a n c er e q u e s t a n d m a n u f a c t u r eq u a l i t yo ft h ec o m p o n e n tp r o d u c t sc a n a l s or e d u c i n gt h ep r o d u c t l o nc o s t t h i sa r t i c l cm a k e st h et h e o r e t i c a la n a l y s i s a b o u tt h en u m e r i c a lc o n t r o lw o r k i n g a c c u r a c va n di n f l u e n c i n gf a c t o r s ，d o e s t h ea r g u m e n t a t i o nt h r o u g h t h en u m e r l c a l c o n t r o lt u r n i n ga n dn u m e r i c a lc o n t r o lm i l l i n ga c t u a lp r o c e s s i n gt e s t i n g a n d m a k e s s o m ep r e l i m i n a r yr e s e a r c ho nt h en u m e r i c a l c o n t r o lw o r k i n ga c c u r a c yl n f l u e n c l n g f a c t o r s t h cd i s t r i b u t i o nr u l ea sw e l la si n f l u e n c i n gf a c t o r s s i g n i f i c a n c ee f f e c t ，f o rt h e p u r p o s et op r o v i d es o m ea c a d e m i ca n dp r a c t i c a lb a s i st ot h el a t e rn u m e r l c a i c o n t r o l d r o c e s s i n gp a r a m e t e r f o r m u l a t i o na n d t h ea c t u a l m a c h i n i n g w i t ht h i sa r t i c l e s a n a l y z i n gr e s u l t s k e yw o r d s ：n u m e r i c a lc o n t r o lt u r n i n g ，n u m e r i c a lc o n t r o lm i l l i n g ，m a c h i n i n g p r e c i s i o n ， i n f l u e n tf a c t o r s ，s t a t i s t i ca n a l y z i n g - v 1 0 东北大学硕士学位论文 目录 目录 独创性声明。i 摘要i i i a b s t r a c t 、， 第1 章引言1 1 1 数控加工技术1 1 1 1 数控加工内容及特点1 1 1 2 国内外数控技术的产生及现状2 1 1 3 数控技术的发展趋势4 1 2 课题的来源依据和研究意义5 1 2 1 课题的来源依据。5 1 2 2 课题研究意义6 1 3 课题研究的主要内容7 第2 章切削加工精度及其影响因素。9 2 1 机械加工精度9 2 1 1 机械加工精度的概念9 2 1 2 获得加工精度的方法9 2 2 机械加工精度影响因素1 0 2 2 1 原理误差1 1 2 2 2 工艺系统几何误差1 1 2 2 3 工艺系统的受力变形1 3 2 2 4 工艺系统热变形1 4 2 3 机械加工精度的综合分析。1 6 2 4 机械加工表面质量。1 8 2 4 1 表面质量的含义1 8 2 4 2 影响机械加工表面质量的因素1 9 2 4 3 提高机械加工表面质量的措施。1 9 第3 章车铣数控加工实验设计。2 1 3 1 试验方案设计。2 1 3 1 1 试验方案设计的基本原则2 1 3 1 2 效应比较性试验方案的设计方法。2 1 3 1 3 试验方法设计的目的2 2 3 1 4 正交试验设计2 2 3 2 数控车削加工2 4 3 2 1 车削加工的运动和切削用量2 4 东北大学硕士学位论文目录 3 2 2 车削加工的工艺范围2 5 3 2 3 车刀类型。2 5 3 2 4 车削加工的工艺特点2 6 3 2 5 数控车削方法的选择2 6 3 2 6 切削用量的选择一2 7 3 3 数控车削加工试验设计。2 8 3 3 1 数控车削技术路线设计2 8 3 3 2 数控车削加工路线设计。3 0 3 4 数控铣削加工3 1 3 4 1 数控铣削加工的特点3 2 3 4 2 铣削时的运动与铣削用量3 2 3 4 3 铣削加工工艺范围3 3 3 4 4 铣削加工的工艺特点3 3 3 4 5 铣削用量的合理选择3 3 3 4 6 铣削方式的类别3 4 3 5 数控铣削加工试验设计3 5 3 5 1 数控铣削技术路线设计3 5 3 5 2 数控铣削加工路线设计3 7 第4 章切削件精度测量和数据处理3 9 4 1 几何量测量技术3 9 4 1 1 测量和检验3 9 4 1 2 测量过程3 9 4 1 3 测量方法的种类及其特点4 0 4 1 4 测量精度4 1 4 2 数控车削加工件精度检测4 1 4 2 1 尺寸精度检测4 1 4 2 2 形状和位置精度检测4 2 4 2 3 粗糙度检测4 2 4 3 数控铣削加工件精度检测4 3 4 3 1 尺寸精度检测。4 3 4 3 2 形状和位置精度检测“ 4 3 3 粗糙度检测4 4 4 4 测量数据处理4 5 第5 章数控) j am 精度分析评定。4 9 5 1 假设检验基本思想4 9 5 2 基于m a t l a b 的数据分析评定方法5 0 5 3 数控车削加工实验数据分析5 1 5 3 1 径向尺寸精度分析。5 2 5 3 2 轴向尺寸精度分析5 5 5 3 3 轴线直线度分析5 7 5 3 4 径向圆跳动分析5 8 5 3 5 圆度分析6 0 东北大学硕士学位论文目录 5 3 6 圆柱度分析6 1 5 3 7 粗糙度分析6 3 5 3 8 数控车削加工精度分析小结6 5 5 4 数控铣削试验数据分析6 6 5 4 1 尺寸精度分析。6 6 5 4 2 平面度分析6 7 5 4 3 平行度分析6 8 5 4 4 素线直线度分析6 9 5 4 5 粗糙度分析7 0 5 4 6 数控铣削加工精度分析小结7 1 第6 章结论和建议。7 3 6 1 结论7 3 6 2 建议7 3 参考文献7 5 致j 射7 9 附录二。8 1 东北大学硕士学位论文笫1 章引言 第1 章引言 随着科学技术的迅速发展，机械产品的结构、零件的形状不断改进，对零件质 量和加工精度的要求越来越高。由于产品改型频繁，且对精度要求高，为了提高生 产效率，降低成本，保证产品质量，要求产品不仅有较好的通用性和灵活性，而且 应实现加工过程的自动化。相对于传统机床加工来说，数控机床技术的发展大大提 高了工业生产设备的加工水平，其具有提高零件的加工精度、生产效率、可以一机 多用以及可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲线的零件加工等特 点。因为数控机床是按照预定的加工程序自动进行加工，没有操作者的人为误差； 同时，加工精度还可以利用软件来进行校正及补偿，理论上可以得到相当高的加工 精度。但是，在实际生产中，由于生产条件、指标参数等方面的影响，往往得不到 预期的效果。研究加工精度的目的，就是研究如何把各种误差控制在规定的公差范 围之内，掌握各种因素对加工精度的影响规律，从而寻找降低加工误差，提高加工 精度的措施。 1 1 数控加工技术 数控加工技术( n u m e r i c a lc o n t r o lm a c h i n i n gt e c h n o l o g y ) 是指高效、优质地实现 产品零件特别是复杂形状零件的加工技术，是自动化、柔性化、敏捷化和数字化制 造加工的基础与关键技术i 。数控加工以其柔性好，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等 特点，数控系统已经得到了广泛的应用。数控系统装备的机床大大提高了加工精度、 速度和效率。速度和精度是数控系统的2 个重要技术指标，直接关系到加工效率和 产品质量。随着数控加工技术和社会经济的发展，数控机床得到了广泛应用。数控 机床是以数控系统为代表的新技术对传统机械制造产业的渗透形成的机电一体化产 品，其技术范围覆盖很多领域：( 1 ) 机械制造技术：( 2 ) 信息处理、加工、传输技术； ( 3 ) 自动控制技术；( 4 ) 伺服驱动技术：( 5 ) 传感器技术：( 6 ) 软件技术等。 1 1 1 数控加工内容及特点 数控加工，就是在对工件材料进行加工前，事先在计算机上编写好程序，再将 这些程序输入到使用计算机程序控制的机床进行指令性加工，或者直接在这种使用 计算机程序控制的机床控制面板上编写指令进行加工。加工的全过程包括走刀、换 刀、变速、变向、停车等，都是自动完成的【2 1 。一般来说，数控加工主要包括以下 几个方面的内容【3 】： ( 1 ) 选择并确定适合于数控加工的零件及内容； 东北大学硕士学位论文第1 章引言 ( 2 ) 对零件图纸进行数控加工的工艺分析； ( 3 ) 数控加工的工艺设计； ( 4 ) 对零件图样的数学处理； ( 5 ) 编写加工程序单( 自动编程时为源程序，由计算机自动生成目标程序加 工程序) ； ( 6 ) 按编程单制作控制介质； ( 7 ) 程序的校验与修改； ( 8 ) 首件试加工与现场问题处理； ( 9 ) 数控加工工艺技术文件的定型与归档。 数控加工的特点： ( 1 ) 自动化程度高。数控加工过程是按输入程序自动完成的，可以减轻工人的 劳动强度。同时对操作者的知识结构和文化程度要求相应提高。 ( 2 ) 数控加工零件的一致性好，质量稳定。由于数控机床本身的定位精度和重 复定位精度都很高，很容易保证零件尺寸的一致性，也减少了通用机床加工中人为 因素造成的失误，数控加工不但可以保证零件获得较高的加工精度，而且质量稳定， 也便于对加工过程实行质量控制【4 1 。 ( 3 ) 生产效率高。由于数控机床加工时能在一次装夹中加工出很多待加工的部 位既省去了通用机床加工时原有的不少中间工序( 如划线、装夹、检验等) ，缩短 了辅助时间，同时也为后继工序( 如装配等) 带来了方便。其综合效率比通用机床明 显提高。 ( 4 ) 适应性强。由于数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备，就可以通过编 制程序把形状复杂和精度要求高的零件加工出来，故当设计更改时，可以通过改变 相应的程序来实现，一般不需要重新设计制造上装，因此，数控加工能大大缩短产 品研制周期，给新产品的研制开发，产品的改进、改型提供了很好的手段。 ( 5 ) 便于实现计算机辅助制造。计算机辅助设计与制造( c a d c a m ) 成为航空 航天、汽车、船舶及其它机械工业实现现代化的必由之路。而将用计算机辅助设计 出来的产品图纸及数据变为实际产品的最有效的途径，就是采取计算机辅助制造技 术直接制造出零部件。数控机床及其加工技术正是计算机辅助制造系统的基础【5 l 。 1 1 2 国内外数控技术的产生及现状 1 9 5 2 年，美国研制成功世界上第1 台三坐标数控铣床，标志着数控技术的诞生。 该机床的数控装置是基于电子管和继电器的机床数控装置，因此，该数控系统被称 为电子管数控系统，即第1 代数控系统。到2 0 世纪5 0 年代末，有固定布线的晶体 管元器件电路所组成的第2 代数控系统晶体管数控系统研制成功。随着集成电 路技术的发展，数控技术也进一步发展，1 9 6 5 年出现了第3 代数控系统集成电 东北大学硕士学位论文第1 章引言 路数控系统，它的实用性、柔性、易维修性有了一定程度的改善。计算机技术的发 展，使得计算机被引入数控系统成为可能。1 9 7 0 年，第4 代数控系统小型计算 机数控系统出现了，它使得数控系统柔性、实用性、易维修性、环境要求及对任意 机床的适应性方面都获得了质的改善。1 9 7 4 年，第5 代数控系统微型计算机系 统诞生。由于微电子技术和计算机技术的不断发展，数控技术日新月异，数控系统 不断更新，发展迅速。现在，基于p c ( p c - - b a s e d ) 的第6 代数控系统开放式数 控系统已经出现并逐渐完善成熟【6 l 。 中国的数控技术起步于1 9 5 8 年，近5 0 年的发展历程大致可分为3 个阶段：第 一阶段从1 9 5 8 年到1 9 7 9 年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁 和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五 、 “七五 期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体 系阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的 改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。 第三阶段是在国家的“八五 的后期和“九五 期间，即实施产业化的研究，进入 市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控设备的产业化取得了实质性进步。在“九 五一末期，国产数控机床的国内市场占有率达5 0 ，配国产数控系统( 普及型) 也 达到了1 0 。 中国通过引进技术、消化吸收和科技攻关、开发自主版权数控系统两个阶段， 已为数控机床的产业化奠定了良好的技术基础。数控机床新开发了1 3 0 0 个品种，已 有一定的覆盖面。新开发的国产数控机床产品大部分达到了八十年代的中期水平， 部分达到了国际九十年代水平，为国家重点建设提供了一批高水平的数控机床。 影响中国数控产业发展的关键技术取得了重大突破：在数控系统方面，首先解 决了结构性的初步转换。其次，提高了数控系统的可靠性指标，这一指标使国产数 控系统达到国际先进水平，基本解决了国内用户生产企业的高标准要求，再次，解 决了多坐标联动的技术难题。从过去的三坐标联动达到了最多可达八坐标联动，打 破了国外对中国的技术“限制 。同时，中国国产数控系统已具备批量生产能力， 市场品牌也在逐步树立。 在数控机床方面，首先解决了可靠性指标的认定方法问题。“八五 末期中国 数控机床的m t b f 只有2 0 0 小时，经过这几年的努力，现在已达到4 0 0 小时( 国外 5 0 0 小时) 。加工中心主轴转速为1 0 0 0 0 r m i n ，解决了由于这一关键技术指标低， 造成大量国外数控机床进口的问题。目前，这一技术的相关产品已小批量生产，如 内装式电主轴等。坐标进给速度达到4 0 m m i n ，达到了国际水平。加工中心换刀速 度达到1 5 3 秒，也接近了世界先进水平。 进入2 1 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 - 3 东北大学硕士学位论文第1 章引言 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1 7 1 。 1 1 3 数控技术的发展趋势 随着数控技术的不断进步，应用领域已不仅局限于传统制造业，应用领域扩大， 对国计民生的一些重要行业( i t 、汽车、轻工、医疗等) 的发展起着越来越重要的作 用。目前世界上数控技术主要向以下几个方面发展【引。 ( 1 ) 数控技术向高速高精度方向发展 速度和精度是数控系统的2 个重要技术指标，直接关系到加工效率和产品质量。 近年来，高速数控加工已成为国际制造业最热门的话题之一。据有关资料介绍，国 外高档数控机床主轴转速最高已达1 0 0 0 0 0r r a i n ，快速进给最快已达2 0 0 m r a i n ，进 给速度达到6 0 m m i n ，加速度达0 5 - 2 9 ，换刀时间为0 6 l s ；在精度方面，普通 数控机床的加工精度已由0 0 1 m m 提高到0 0 0 5 r a m ，超精度加工已达0 0 1l lm ，进 入到纳米级。国产高速数控机床主轴转速大都在1 0 0 0 0r m i n 以上，最高达到4 0 0 0 0 r m i n ，换刀时间为1 5 s ：在精度方面，普通数控机床已达到0 0 1 r a m ，超精密加工 也进入到纳米级，如：北京机床研究所生产的n a m w 8 0 0 纳米型数控车床，分辨率 为5 r i m ，尺寸精度已达1 0 n m 。 ( 2 ) 向多轴联动和功能复合方向发 一机多能的数控系统，可以最大限度的提高设备利用率，加工精度和效率。同 时，数控系统向多轴联动方向发展。多轴联动的数控机床是国民经济建设和国防尖 端科技的主要设备，通常被作为战略物资。目前，国外已经在研究6 轴以上联动的 数控机床；我国也已有多家企业能够生产5 轴联动的数控机床。 ( 3 ) 智能化 数控系统应用高科技的重要目标就是智能化。主要体现在以下几个方面：( a ) 在 数控系统中引入自适应控f l ；l j ( a d a p t i v ec o n t r 0 1 ) 技术，多种参数进行自动测量，使得 在保证产品质量的前提下，加工成本最低或生产率最高：( b ) 附加人机对话和自动编 程功能；( c ) 增设设备故障自诊断功能；( d ) 引进模式识别技术，应用图像识别和声控 技术，使机器自己识别图样，按照自然语音命令加工。 ( 4 ) 提高可靠性 数控系统比较贵重，为了满足长时问无人操作的需要，要求数控系统和数控装 置必须有较高的可靠性。国外，数控系统的m t b f 已在3 0 0 0 0 h 以上，最高已达到 8 0 0 0 0 h ：国内，数控系统的m t b f 大都在1 0 0 0 0 h 以上。 ( 5 ) 小型化 蓬勃发展的机电一体化设备，对数控系统提出了小型化的要求。数控系统小型 4 东北大学硕士学位论文第1 章引言 化，将极大的缩小系统的占用空间，这样，就能方便的将机电装置揉合为一体。 ( 6 ) 向网络化方向发展 网络化数控装备是近几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。数控技术向网络化方向发展， 使得制造业可以利用广泛分布的i n t e r n e t 网络，将分散在不同地理位置，具有不同 i 制造资源的企业动态连接起来，从而不受距离和时间的限制，完成产品的设计与加 工。 ( 7 ) 向开放式系统发展 数控系统开放化已成为数控系统的未来之路。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、数控系统功能库及数控系统功能软件开发 工具等是研究的核心。目前，国内外开放式数控系统的研究计划有：( a ) 美国的 n e g ( n e x tg e n e r a t i o n m a c h i n ec o n t r o l l e r ) 计划；( b ) 欧盟的o s a c a ( o p e ns y s t e m a r c h i t e c t u r ef o rc o n t r o l w i t h i na u t o m a t i o ns y s t e m ) 计划；( c ) 日本的o s e c ( o p e ns y s t e m e n v i r o n m e n tf o rc o n t r o l l e r ) 计划；( d ) q a 国的o n c ( o p e nn u m e r i c a lc o n t r o ls y s t e m ) 等。督 ( 8 ) 重视标准化工作 数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。传统的数控编程一直沿用i s 0 6 9 8 3 标准的g ，m 代码，本质是描述加工过程，在一定程度上限制数控系统开放性和智“ 能化发展。为此，国际上正在研究和制定一种本质为面向对象的数控编程标准作为 新的c n c 系统标准即s t e p - - n c ( s t e p - - c o m p l i a n td a t ei n t e r f a c ef o rn u m e r i c a l c o n t r 0 1 ) 标准( i s 0 1 4 6 4 9 ) 【9 1 ，以便提供一种不依赖于具体系统的中性机制，描述产品，渺 整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程和各个工业领域产品信息 标准，取代在数控机床中广泛使用的i s 0 6 9 8 3 标准。 s t e p n c 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。该标准的推出，将使c a d c a m c n c 之间实现真正 的无缝连接，使网络化设计制造成为现实，将真正意义上的开放式数控系统得以实 现。 1 2 课题的来源依据和研究意义 1 2 1 课题的来源依据 本课题是在近年来数控技术广泛应用，对数控加工产品质量的要求也在逐步提 高的情况下，要保证高精度的加工需要和表面质量，就需考察各项加工工艺参数所 带来的影响以及加工精度的分布规律情况如何。随着数控技术的发展，数控加工精 度在逐年得到提高，但在实际生产中，各种因素对加工精度究竟产生什么样的影响， 东北大学硕士学位论文第1 章引言 在改变加工技术指标参数的情况下，加工精度的分布规律如何，只有掌握了这些， 我们才能在实际加工过程中有目标的对造成加工误差的各种因素进行补偿。近年来， 国内外的专家学者对于加工精度的影响因素、提高数控加工精度的方法以及改善数 控加工设备方面都作了大量的研究，但多集中在影响数控机床零件加工精度的因素 与补偿措施、刀具的几何参数、磨损、刀具刃形，切削速度、进给量、振动以及工 件材料等方面的理论研究，实际量化的实践论证还比较匮乏，在这种情况下提出了 本课题，旨在为以后数控加工具体指标参数的制定提供一定的依据。 机械产品的质量与组成该机械产品的零件的制造质量密切相关，而零件的制造 质量是保证产品制造质量的基础，其包括零件的加工精度和表面质量两部分。在传 统的手动机械加工中，要实现一定的如形状、尺寸等零件特征要求，其加工过程都 需要经过人操作机械而实现，很难满足复杂零件对加工的要求。特别是对于多品种、 少批量的零件来讲，效率低、精度差。而数控加工则采用计算机数控装置，将数字 化的加工信息通过计算机的运行处理，来实现加工过程的自动控制，加工过程不需 要人工干预，加工精度还可以通过软件进行校正及补偿，而且，数控机床使用的执 行机构及监测装置具有很高的灵敏度和分辨率，所以，数控机