数控机床分类及轴类零件加工

1、平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 1 毕 业 设 计（论文） （说 明 书） 题 目：数控机床分类及轴类零件加工 姓 名： 编 号： 平顶山工业职业技术学院 年 月 日 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 2 平顶山工业职业技术学院 毕 业 设 计 （论文） 任 务 书 姓名 专业 任 务 下 达 日 期 年 月 日 设计（论文）开始日期 年 月 日 设计（论文）完成日期 年 月 日 设计（论文）题目： 数控机床分类及轴类零件加工 a编制设计 b设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系（部）主 任 年 月 日 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 3 平顶山工业职业技术学院 毕业设

2、计（论文）答辩委员会记录 机械工程 系 机电一体化 专业，学生 于 年 月 日 进行了毕业设计（论文）答辩。 设计题目： 数控机床分类及轴类零件加工 专题（论文）题目： 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答 辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。 答辩委员会 人，出席 人 答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 4 ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语 第 页 共 页 毕业设计（论文）及答辩评语： 学生姓名： 专业 年级 毕业设计（论

3、文）题目： 数控机床分类及轴类零件加工 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日 成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 5 1平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 1 摘摘 要要 数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了 其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改 造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机 床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来 了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技 术(1t)与制造

4、技术(mt)结合发展的结果。现代的 cad/cam、fms、cims、敏 捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识 是现代机电类专业学生必不可少的。 在数控加工中，从零件的设计图纸到零件成品合格交付，不仅要考虑到数 控程序的编制，还要考虑到诸如零件加工工艺路线的安排、加工机床的选择、 切削刀具的选择、零件加工中的定位装夹等一系列因素的影响，在开始编程前， 必须要对零件设计图纸和技术要求进行详细的数控加工工艺分析，以最终确定 哪些是零件的技术关键，哪些是数控加工的难点，以及数控程序编制的难易程度 。 零件的数控加工工艺分析是编制数控程序中最重要而又极其复杂的环节， 也

5、是数控加工工艺方案设计的核心工作，必须在数控加工方案制定前完成。一 个合格的编程人员对数控机床及其控制系统的功能及特点，以及影响数控加工 的每个环节都要有一个清晰、全面的了解，这样才能避免由于工艺方案考虑不 周而可能出现的产品质量问题，造成无谓的人力、物力等资源的浪费。 全面合理的数控加工工艺分析是提高数控编程质量的重要保障。 数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、 盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥 面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、 铰孔等工作。 关键词关键词：切削机床，工艺分析 论文类型：论文

6、类型：设计报告 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 2 abstract cnc numerical control technology and machinery manufacturing industry in todays important position and great benefits, show the basis of its industrial modernization in the countrys strategic role and has become the conventional mechanical manufacturing industr

7、y to enhance transformation and realization of automation, flexibility, integration an important means of production and signs. cnc technology and cnc machine tool widely used to industrial machinery manufacturing, product type and grade, and mode of production has brought a revolutionary change. cn

8、c machine tools is the most important modern processing plant equipment. its development is information technology (1t) and manufacturing technology (mt) integrated development results.modern cad / cam, fms, cims, agile manufacturing and intelligent manufacturing technology, are based on numerical c

9、ontrol technology on the. master modern cnc technology of modern electrical and mechanical knowledge is essential class students. in nc, from parts of the design drawings to finished parts qualified to deliver, not only to consider the establishment of nc program, should take into account the proces

10、sing routes such as the arrangement of parts, machine tools of choice, the choice of cutting tools, spare parts processing the positioning fixture and a series of factors, at the beginning of programming prior to the design drawings of parts to the technical requirements and detailed analysis of nc

11、machining process, to ultimately determine which parts of the technical key, which is difficult for nc machining, and ease of nc programming machining of parts of nc program in the preparation of the most important and most complex part, cnc machining process design is the core of the work must be c

12、ompleted before the nc programming. a qualified programmers on the cnc machine tools and its control system functions and characteristics, and impact of every aspect of nc you must a clear, comprehensive understanding of this to avoid youyugongyi fangankaolv products may appear ill-zhi liang problem

13、, resulting in unnecessary human and material resources, waste of resources. comprehensive and reasonable analysis of nc machining process is to improve the quality of an important guarantee for nc programming. cnc lathe is the most widely used one of cnc machine tools. cnc lathe is mainly used for

14、machining shafts, classes and other rotary parts. running through the 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 3 nc program can be done automatically inside and outside cylindrical surface, conical surface, forming surface, thread and end the processes of cutting, and can be tank cars, drilling, reaming, reaming and so

15、on. keywords: cutting machine process analysis dissertation type: design report 目目 录录 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 4 摘摘 要要.1 abstract.2 目目 录录.4 第一章第一章 数控机床的分类概述数控机床的分类概述.6 1.1 加工工艺方法分类加工工艺方法分类 .6 1.1.1金属切削类数控机床金属切削类数控机床.6 1.1.2特种加工类数控机床特种加工类数控机床.6 1.1.3板材加工类数控机床板材加工类数控机床.6 1.2 控制运动轨迹分类控制运动轨迹分类 .6 1.2.1点位控制数控

16、机床点位控制数控机床.6 1.2.2直线控制数控机床直线控制数控机床.7 1.2.3轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床.7 1.3 驱动装置的特点分类驱动装置的特点分类 .7 1.3.1开环控制数控机床开环控制数控机床.7 1.3.2闭环控制数控机床闭环控制数控机床.8 1.3.3半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床.8 1.3.4混合控制数控机床混合控制数控机床.9 第二章第二章.丰富的高速切削刀具轨迹策略丰富的高速切削刀具轨迹策略.10 2.1 确定刀具路径应满足的基本要求确定刀具路径应满足的基本要求 .10 2.2 具进给要求具进给要求 .10 2.3 加工刀具路径要求加工刀具路径要求 .

17、11 2.4 加工刀具路径要求加工刀具路径要求 .11 第三章第三章. 数控系统的未来的发展数控系统的未来的发展.12 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 5 3.1 数控系统向开放式体系结构发展数控系统向开放式体系结构发展 .12 3.2 数控系统向软数控方向发展数控系统向软数控方向发展 .12 3.3 数控系统控制性能向智能化方向发展数控系统控制性能向智能化方向发展 .13 3.4 数控系统向网络化方向发展数控系统向网络化方向发展 .14 3.5 数控系统向高可靠性方向发展数控系统向高可靠性方向发展 .14 3.6 数控系统向复合化方向发展数控系统向复合化方向发展 .14 3.7 数控

18、系统向多轴联动化方向发展数控系统向多轴联动化方向发展 .15 第四章第四章 典型轴类零件的加工典型轴类零件的加工.16 第五章第五章 数控机床故障排除方法及其注意事项数控机床故障排除方法及其注意事项.17 5.1 故障排除方法故障排除方法 .17 5.2 维修中应注意的事项维修中应注意的事项 .19 5.3 数控机床的保养维修数控机床的保养维修 .19 5.3.1数控机床的维护数控机床的维护.20 5.3.2机械部件的维护机械部件的维护.20 第六章：案例分析第六章：案例分析.22 总总 结结.24 致致 谢谢.25 参考文献参考文献.26 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 6 第一章第

19、一章. 数控机床的分类概述数控机床的分类概述 1.1 加工工艺方法分类加工工艺方法分类 1.1.1金属切削类数控机床金属切削类数控机床 与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控 铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工 工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动 都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。 在普通数控机床加装一 个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通 数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心，它是在数控铣 床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置

20、形成的，工件一次装夹后， 可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及 攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地 避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短 了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。 1.1.2特种加工类数控机床特种加工类数控机床 除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、 数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激 光加工机床等。 1.1.3板材加工类数控机床板材加工类数控机床 常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控 折弯

21、机等。近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测 量机、自动绘图机及工业机器人等. 1.2 控制运动轨迹分类控制运动轨迹分类 1.2.1点位控制数控机床点位控制数控机床 位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只 控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间 的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依 次运动。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 7 这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。 点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。 1.2.2直线控制数控机床直线控制数控机

22、床 直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐 标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内 变化。 直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制 的数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。代组合机床采用数控进 给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一 种直线控制数控机床。 数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在 一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点 位/直线控制的数控机床。 1.2.3轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够

23、对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关 的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控 制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和 位移，将工件加工成要求的轮廓形状。 常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数 控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮 廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行 插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。 现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带 来成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都

24、具有轮 廓控制功能。 1.3 驱动装置的特点分类驱动装置的特点分类 1.3.1开环控制数控机床开环控制数控机床 这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常 为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令， 经驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带 动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 8 速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流 是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控 制数控机床。 cnc 数控

25、系统 步进 电动机 开环控制系统框图 开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。但是，系统对移动部件的 实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。因此，步进电动机的失步、步 距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统 仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。 1.3.2闭环控制数控机床闭环控制数控机床 接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中， 与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际 需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环 系统的运动精度主要取决于检测装置

26、的检测精度，也与传动链的误差无关，因 此其控制精度高。图 1-3 所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中 a 为速 度传感器、c 为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工 作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过 a 将速度反 馈信号送到速度控制电路，通过 c 将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较 电路中与位移指令值相比较，用比较后得到的差值进行位置控制，直至差值为 零时为止。这类控制的数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故称为闭 环控制数控机床。 闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成 本高。 1.3.3半闭环控制数控机床半

27、闭环控制数控机床 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 9 半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角 位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动 部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。通过测速元 件 a 和光电编码盘 b 可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实 际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。由于工作台没有包 括在控制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。 半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多 将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。 1.3.4

28、混合控制数控机床混合控制数控机床 将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。混合 控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要 较高的进给速度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环 控制，机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。混合控 制系统又分为两种形式： （1）开环补偿型。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附 加一个校正电路。用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统 的误差。 （2）半闭环补偿型。它是用半闭环控制方式取得高精度控制，再用装在工 作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速

29、度与高精度的统一。 其中 a 是速度测量元件（如测速发电机），b 是角度测量元件，c 是直线位移 测量元件。 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 10 第二章第二章. 丰富的高速切削刀具轨迹策略丰富的高速切削刀具轨迹策略 以高切削速度、高进给速度和高加工精度为主要特征的高速切削技术，最 近十几年发展迅在航空航天、模具制造及精密微细加工等领域得到了广泛应用。 因此，高速加工技术的研究已成为国内外制造领域重要的研究项目之一。 2.1 确定刀具路径应满足的基本要求确定刀具路径应满足的基本要求 高速切削不仅提高了对机床、夹具、刀具和刀柄的要求，同时也要求改进 刀具路径策略，因为若路径不合理，在切削

30、过程中就会引起切削负荷的 突变， 从而给零件、机床和刀具带来冲击，破坏加工质量，损伤刀具。在高速切削中 由于切削速度和进给速度都很快，这种损害比在普通切削中要严重的多，因此， 必须研究适合高速切削的路径，将切削过程中切削负荷的突变降至最低。可以 说，高速切削机床只有有了合理的高速刀具轨迹才能真正获得最大效益。 为了消除切削过程中切削负荷的突变，刀具路径应满足以下基本要求： （1）切削是等体积切削，即切削过程中切削力恒定。 （2）尽量减少空行程。 （3）尽量减少进给速度的损失。 （4）通用的刀具路径 2.2 具进给要求具进给要求 刀具进给的要求如下： 1.进刀时采用螺旋或弧进刀，使刀具逐渐切入零

31、件，以保证切削力不发生 突变，延长刀具寿命。 2.切削速度的连续和无突变，使切削连续平稳，否则，将产生冲击。 切削时使用顺铣使切削过程稳定，不易过切，刀具磨损小，表面质量好。 3.采用小的轴向切深以保证小的切削力、少的切削热和排屑的顺畅。无切 削方向突变，即刀具轨迹是无尖角的，普通加工轨迹的尖角处用圆弧或其他曲 线来取代，从而保证切削方向的变化是逐渐的而不 是突变的。这样有两点好处： 一是现代高速机床的控制系统都有程序段前视和尖角自动减速功能，即在到达 尖角前，将自动降低进给速度，这样虽然减小了冲击，且 避免了过切，但却损 失了进给速度。轨迹是无尖角的，自然也就避免了这种情况的发生；二是在尖

32、角处切削负荷会突然加大，引起冲击。轨迹是无尖角的 时候这种问题同样不存 在。 4.采用等高线轨迹，加工余量均匀的走刀路线可取得好的效果。为采用等 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 11 高线法的刀具轨迹，刀具沿 x 或 y 轴方向平动，完成金属的切除， 这样可保 证高速加工中切削余量均匀，对加工稳定，尤其是刀具寿命的延长有利。 2.3 加工刀具路径要求加工刀具路径要求 粗加工时常用的刀具路径有三种： 1：z 向等高线层切法，即将零件分成若干层，一层一层逐层往下切，在每 层中将零件的所有区域加工完再进人下一层，在每一层均采用螺旋或圆弧进刀， 同时 采用无尖角刀具轨迹。这样有利于排屑，也避免

33、了切削力发生突变。对薄 壁件来说，更应采用这种刀具轨迹，因为这种刀具轨迹在切削过程中还能使薄 壁 保持较好的刚性。 2：插铣刀具路径。对于深度很深的腔体的粗加工可采用插铣的方法来进行， 因为腔体很深时，需要很长的刀具，这时刀具的刚性很差，按常规的切削路线 切削刀具易变形，而且也易产生振动，影响加工质量和效率，采用插铣的轨迹 正好可解决这一问题。 3：摆线刀具路径。另一种更新的粗加工刀具轨迹是摆线刀具轨迹， “摆线” 是指当一个圆沿着一条曲线作纯滚动时，圆上某一固定点的轨迹。采用 这种刀 具轨迹使刀具在切削时距某条曲线(一般是零件的轮廓线及其平移线)保持一个 恒定的半径，从而可使进给速度在加工过

34、程中可保持不变，而且这时的径向吃 刀量一般取刀具直径的 5%左右，因此刀具的冷却条件良好，刀具的寿命较长。 这对高速加工是非常有利的。 2.4 加工刀具路径要求加工刀具路径要求 加工时常用的刀具路径有： 先在陡峭面用 z 向等高线层切法加工，然后在非陡峭面采用表面轮廓轨迹 法加工； 先用表面轮廓轨迹法加工所有面，再在垂直方向上加工陡峭面。 薄壁件的精加工采用 z 向等高线层切法。 当然在加工过程中同样每一层都要尽量作到螺旋或圆弧进刀，采用无尖角 刀具轨迹。 第三章第三章. 数控系统的未来的发展数控系统的未来的发展 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 12 数控机床是机械制造业乃至整个工业生

35、产中不可缺少的复杂工具。随着微 电子急事和计算机技术的发展，数控系统的性能日趋完善，数控机床的应用领 域日趋扩大。总的发展趋势是朝着高速度化、高精度化、多功能化、小型化、 系统化、多样化、成套性和高可靠性等方向发展，以满足社会生产发展中的各 种需求。 3.1 数控系统向开放式体系结构发展数控系统向开放式体系结构发展 20 世纪 90 年代以来，由于计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快的 更新换代。世界上许多数控系统生产厂家利用 pc 机丰富的软、硬件资源开发 开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用 性、柔性、适应性、可扩展性，并可以较容易的实现智能化、网络化。近

36、几年 许多国家纷纷研究开发这种系统，如美国科学制造中心(ncms)与空军共同领导 的“下一代工作站/机床控制器体系结构”ngc，欧共体的“自动化系统中开放式 体系结构”osaca，日本的 osec 计划等。开放式体系结构可以大量采用通用 微机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。开放式体系 结构的新一代数控系统，其硬件、软件和总线规范都是对外开放的，数控系统 制造商和用户可以根据这些开放的资源进行的系统集成，同时它也为用户根据 实际需要灵活配置数控系统带来极大方便，促进了数控系统多档次、多品种的 开发和广泛应用，开发生产周期大大缩短。同时，这种数控系统可随 cpu 升级 而升级

37、，而结构可以保持不变。 3.2 数控系统向软数控方向发展数控系统向软数控方向发展 现在，实际用于工业现场的数控系统主要有以下四种类型，分别代表了数 控技术的不同发展阶段，对不同类型的数控系统进行分析后发现，数控系统不 但从封闭体系结构向开放体系结构发展，而且正在从硬数控向软数控方向发展 的趋势。 传统数控系统，如 fanuc 0 系统、mitsubishi m50 系统、sinumerik 810m/t/g 系统等。这是一种专用的封闭体系结构的数控系统。目前，这类系统 还是占领了制造业的大部分市场。但由于开放体系结构数控系统的发展，传统 数控系统的市场正在受到挑战，已逐渐减小。 “pc 嵌入

38、nc”结构的开放式数控系统，如 fanuc18i、16i 系统、 sinumerik 840d 系统、num1060 系统、ab 9/360 等数控系统。这是一些数 控系统制造商将多年来积累的数控软件技术和当今计算机丰富的软件资源相结 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 13 合开发的产品。它具有一定的开放性，但由于它的 nc 部分仍然是传统的数控 系统，用户无法介入数控系统的核心。这类系统结构复杂、功能强大，价格昂 贵。 “nc 嵌入 pc”结构的开放式数控系统它由开放体系结构运动控制卡和 pc 机共同构“nc 嵌入 pc”结构的开放式数控系统它由开放体系结构运动控制卡 和 pc 机共同

39、构成。这种运动控制卡通常选用高速 dsp 作为 cpu，具有很强的 运动控制和 plc 控制能力。它本身就是一个数控系统，可以单独使用。它开放 的函数库供用户在 windows 平台下自行开发构造所需的控制系统。因而这种 开放结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。如美国 delta tau 公司用 pmac 多轴运动控制卡构造的 pmac-nc 数控系统、日本 mazak 公司用三菱电机的 meldasmagic 64 构造的 mazatrol 640 cnc 等。 soft 型开放式数控系统这是一种最新开放体系结构的数控系统。它提 供给用户最大的选择和灵活性，它的 cnc 软件

40、全部装在计算机中，而硬件部分 仅是计算机与伺服驱动和外部 i/o 之间的标准化通用接口。就像计算机中可以 安装各种品牌的声卡和相应的驱动程序一样。用户可以在 windows nt 平台 上，利用开放的 cnc 内核，开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控 系统，与前几种数控系统相比，soft 型开放式数控系统具有最高的性能价格 比，因而最有生命力。通过软件智能替代复杂的硬件，正在成为当代数控系统 发展的重要趋势。其它型产品有美国 mdsi 公司的 open cnc、德国 power automation 公司的 pa8000 nt 等。 3.3 数控系统控制性能向智能化方向发展数控系统控

41、制性能向智能化方向发展 智能化是 21 世纪制造技术发展的一个大方向。随着人工智能在计算机领域 的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理， 不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数 自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好， 并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化 的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。 世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多，其中日本智能化数控装 置研究会针对钻削的智能加工方案具有代表性。 3.4 数控系统向网络化方向发展数控系

42、统向网络化方向发展 数控系统的网络化，主要指数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 14 进行网络连接和网络控制。数控系统一般首先面向生产现场和企业内部的局域 网，然后再经由因特网通向企业外部，这就是所谓 internet/intranet 技术。 随着网络技术的成熟和发展，最近业界又提出了数字制造的概念。数字制 造，又称“e-制造”，是机械制造企业现代化的标志之一，也是国际先进机床制 造商当今标准配置的供货方式。随着信息化技术的大量采用，越来越多的国内 用户在进口数控机床时要求具有远程通讯服务等功能。 数控系统的网络化进一步促进了柔性自动化制造技术的

43、发展，现代柔性制 造系统从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线 (fmc、fms、ftl、fml)向面(工段车间独立制造岛、fa)、体(cims、分布式 网络集成制造系统)的方向发展。柔性自动化技术以易于联网和集成为目标，同 时注重加强单元技术的开拓、完善，数控机床及其构成柔性制造系统能方便地 与 cad、cam、capp、mts 联结，向信息集成方向发展，网络系统向开放、 集成和智能化方向发展 3.5 数控系统向高可靠性方向发展数控系统向高可靠性方向发展 随着数控机床网络化应用的日趋广泛，数控系统的高可靠性已经成为数控 系统制造商追求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言，如果要求

44、在 16 小 时内连续正常工作，无故障率在 p(t)99%以上，则数控机床的平均无故障运行 时间 mtbf 就必须大于 3000 小时。我们只对某一台数控机床而言，如主机与 数控系统的失效率之比为 10:1(数控的可靠比主机高一个数量级)。此时数控系 统的 mtbf 就要大于 33333.3 小时，而其中的数控装置、主轴及驱动等的 mtbf 就必须大于 10 万小时。如果对整条生产线而言，可靠性要求还要更高。 当前国外数控装置的 mtbf 值已达 6000 小时以上，驱动装置达 30000 小 时以上，但是，可以看到距理想的目标还有差距。 3.6 数控系统向复合化方向发展数控系统向复合化方向发

45、展 在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、 换刀和主轴的升、降速上，为了尽可能降低这些无用时间，人们希望将不同的 加工功能整合在同一台机床上，因此，复合功能的机床成为近年来发展很快的 机种。 柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后，机床便能按照 数控加工程序，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以 完成一个复杂形状零件的主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 15 孔等多种加工工序。 普通的数控系统软件针对不同类型的机床使用不同的软件版本，比如 siemens 的 810m 系统和 802d

46、 系统就有车床版本和铣床版本之分。复合化的要 求促使数控系统功能的整合。目前，主流的数控系统开发商都能提供高性能的 复合机床数控系统。 3.7 数控系统向多轴联动化方向发展数控系统向多轴联动化方向发展 由于在加工自由曲面时，3 轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球 头铣刀端部参予切削，进而对工件的加工质量造成破坏性影响，而 5 轴联动控 制对球头铣刀的数控编程比较简单，并且能使球头铣刀在铣削 3 维曲面的过程 中始终保持合理的切速，从而显着改善加工表面的粗糙度和大幅度提高加工效 率，因此，各大系统开发商不遗余力地开发 5 轴、6 轴联动数控系统，随着 5 轴联动数控系统和编程软件的成熟和日

47、益普及，5 轴联动控制的加工中心和数 控铣床已经成为当前的一个开发热点。 最近，国外主要的系统开发商在 6 轴联动控制系统的研究上已经取得和很 大进展，在 6 轴联动加工中心上可以使用非旋转刀具加工任意形状的三维曲面， 且切深可以很薄，但加工效率太低一时尚难实用化。 电子技术、信息技术、网络技术、模糊控制技术的发展使新一代数控系统 技术水平大大提高，促进了数控机床产业的蓬勃发展，也促进了现代制造技术 的快速发展。数控机床性能在高速度、高精度、高可靠性和复合化、网络化、 智能化、柔性化、绿色化方面取得了长足的进步。现代制造业正在迎来一场新 的技术革命。 第四章第四章. 典型轴类零件的加工典型轴类

48、零件的加工 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 16 4.1.1 funac 数控车编程如下: o9002 n10 g50 x40 z5（设立坐标系，定义对刀点的位置） n20 m03 s400 （主轴以 400r/min 旋转） n25 g50 s1000 （主轴最大限速 1000r/min 旋转） n30 g96 s80 （恒线速度有效，线速度为 80m/min） n40 g00 x0 （刀到中心，转速升高，直到主轴到最大限速） n50 g01 z0 g98 f60 （工进接触工件） n60 g03 u24 w-24 r15 （加工 r15 圆弧段） n70 g02 x26 z-31

49、r5 （加工 r5 圆弧段） n80 g01 z-40 （加工 26 外圆） n90 x40 z5 （回对刀点） n100 g97 s300 （取消恒线速度功能，设定主轴按 300r/min 旋转） n110 m30 （主轴停、主程序结束并复位） 第五章第五章. 数控机床故障排除方法及其注意事项数控机床故障排除方法及其注意事项 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 17 由于经常参加维修任务，有些维修经验，现结合有关理论方面的阐述，在 以下列出，希望抛砖引玉。 5.1 故障排除方法故障排除方法 （1）初始化复位法：一般情况下，由于瞬时故障引起的系统报警，可用硬 件复位或开关系统电源依次来清除

50、故障，若系统工作存贮区由于掉电，拔插线 路板或电池欠压造成混乱，则必须对系统进行初始化清除，清除前应注意作好 数据拷贝记录，若初始化后故障仍无法排除，则进行硬件诊断。 （2）参数更改，程序更正法：系统参数是确定系统功能的依据，参数设定 错误就可能造成系统的故障或某功能无效。有时由于用户程序错误亦可造成故 障停机，对此可以采用系统的块搜索功能进行检查，改正所有错误，以确保其 正常运行。 （3）调节，最佳化调整法：调节是一种最简单易行的办法。通过对电位计 的调节，修正系统故障。如某厂维修中，其系统显示器画面混乱，经调节后正 常。如在某厂，其主轴在启动和制动时发生皮带打滑，原因是其主轴负载转矩 大，

51、而驱动装置的斜升时间设定过小，经调节后正常。 最佳化调整是系统地对伺服驱动系统与被拖动的机械系统实现最佳匹配的综 合调节方法，其办法很简单，用一台多线记录仪或具有存贮功能的双踪示波器， 分别观察指令和速度反馈或电流反馈的响应关系。通过调节速度调节器的比例 系数和积分时间，来使伺服系统达到即有较高的动态响应特性，而又不振荡的 最佳工作状态。在现场没有示波器或记录仪的情况下，根据经验，即调节使电 机起振，然后向反向慢慢调节，直到消除震荡即可。 （4）备件替换法：用好的备件替换诊断出坏的线路板，并做相应的初始化 启动，使机床迅速投入正常运转，然后将坏板修理或返修，这是目前最常用的 排故办法。 （5）

52、改善电源质量法：目前一般采用稳压电源，来改善电源波动。对于高 频干扰可以采用电容滤波法，通过这些预防性措施来减少电源板的故障。 （6）维修信息跟踪法：一些大的制造公司根据实际工作中由于设计缺陷造 成的偶然故障，不断修改和完善系统软件或硬件。这些修改以维修信息的形式 不断提供给维修人员。以此做为故障排除的依据，可正确彻底地排除故障。 （7）局部升温法：数控系统经过长期运行后元器件均要老化，性能变坏。 当它们尚未完全损坏时，出现的故障会变得时隐时现。这是可用热吹风或电烙 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 18 铁等对被怀疑的元器件进行局部升温，加速使其老化，以便彻底暴露故障部件。 （8）原理

53、分析法：根据数控系统的组成原理，可从逻辑上分析出各个点的 逻辑电平和特征参数，然后用万用表、逻辑笔、示波器或逻辑分析仪对其进行 测量、分析和比较。从而对故障进行定位。 （9）功能程序测试法：所谓功能程序测试法就是将数控系统的常用功能和 特殊功能，如直线定位、圆弧插补、螺纹切削、固定循环、用户宏程序等用手 工编程或自动编程方法，编制成一个功能程序测试纸带，通过纸带阅读机送入 数控系统中，然后启动数控系统使之进行运行，藉以检查车床执行这些功能的 准确性和可靠性，进而判断出故障发生的可能起因。本方法对于长期闲置的数 控车床第一次开机时的检查以及车床加工造成废品但又无报警的情况下，一时 难以确定是编程

54、错误或是操作错误，还是车床故障时的判断是一较好的方法。 图 5-1 数控机床常见的故障及排除方法 5.2 维修中应注意的事项维修中应注意的事项 从整机上取出某块线路板时，应注意记录其相对应的位置，连接的电缆号， 对于固定安装的线路板，还应按前后取下相应的压接部件及螺钉作记录。拆卸 数控机床常见故障 排除法 直 接 检 查 法 敲 支 法 自 诊 断 法 备 件 替 换 法 功能程序测试法 交差换位法 参数检查法 测量比较法 功能程序测试法 原理分析法 局部升温法 初始复位法 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 19 下的压件及螺钉应放在专门的盒内，以免丢失，装配后，盒内的东西应全部用 上，

55、否则装配不完整。 电烙铁应放在顺手的前方，远离维修线路板。烙铁头应作适当的修整，以 适应集成电路的焊接，并避免焊接时碰伤别的元器件。 测量线路间的阻值时， 应断电源，测阻值时应红黑表笔互换测量两次，以阻值大的为参考值。 线路板 上大多刷有阻焊膜，因此测量时应找到相应的焊点作为测试点，不要铲 焊膜， 有的板子全部刷有绝缘层，则只有在焊点处用刀片刮开绝缘层。不应随意切断 印刷线路。有的维修人员具有一定的家电维修经验，习惯断线检查，但数控设 备上的线路板大多是双面金属孔板或多层孔化板，印刷线路细而密，一旦切断 不易焊接，且切线时易切断相邻的线，再则有的点，在切断某一根线时，并不 能使其和线路脱离，需

56、要同时切断几根线才行。不应随意拆换元器件。有的维 修人员在没有确定故障元件的情况下只是凭感觉那一个元件坏了，就立即拆换， 这样误判率较高，拆下的元件人为损坏率也较高。拆卸元件时应使用吸锡器及 吸锡绳，切忌硬取。同一焊盘不应长时间加热及重复拆卸，以免损坏焊盘。 更 换新的器件，其引脚应作适当的处理，焊接中不应使用酸性焊油。 记录线路上 的开关，跳线位置，不应随意改变。进行两极以上的对照检查时，或互换元器 件时注意标记各板上的元件，以免错乱，致使好板亦不能工作。 查清线路板的 电源配置及种类，根据检查的需要，可分别供电或全部供电。应注意高压，有 的线路板直接接入高压，或板内有高压发生器，需适当绝缘

57、，操作时应特别注 意. 5.3 数控机床的保养维修数控机床的保养维修 首先了解数控机床系统的可靠性，衡量系统可靠性的两个基本参数是故障 频次和相关运行时间。因此，通常用“平均无故障工作时间”和“平均故障率”来 作为衡量的标准。所谓平均无故障工作时间是指系统在可修复的相邻两次故障 之间能正常工作的时间的平均值。 其次，了解数控机床的利用率低是我国机械加工行业的一个大问题，经常 可以发现许多数控机床被闲置，开动率很低。为了提高数控机床的利用率，应 该合理安排加工工序，充分做好准备工作，尽量减少数控机床的空等时间，凡 是由在数控机床上加工的，都应当在其上加工，使数控机床的开动率能达到 60%70%。

58、 数控机床的日常维护也是数控机床运行的稳定性，可靠性保证，是延长数 控机床使用寿命的手段。数控机床的日常保养和维护的项目在机床制造厂提供 的机床使用说明书中有明确的描述。一旦机床由于机械故障活着电气故障而停 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文） 20 机，导致生产的中断，加之恢复机床正常运行所需要的费用，造成的损失是可 观的。 因此在使用过程中的维护和保养也是使数控机床创造更多价值的重要手 段。 5.3.1数控机床的维护数控机床的维护 要做到正确的维护数控机床系统就要从以下几个方面做起： （1）机床维护的规章制度：根据各种部件的特点，确定各自的保养条例。 例如：cnc 系统的输入/输出单元-

59、光电阅读机的清洁，检查机械结构部件是否 润滑良好等，哪些部件需要每月检查一次或定期更换。 （2）尽量少开数控柜和强电柜的门：因为在机加工车间的空气中一般都含 有油雾、灰尘甚至金属粉末，一旦它们落在数控系统内的印制线路板或电器件 上，容易引起元器件间绝缘电阻下降，甚至导致元器件及印制线路板的损坏。 （3）定时清扫数控柜的散热通风系统：应每天检查数控柜上各个冷却风扇 工作是否正常。应视工作环境状况，每半年或每季度检查一次风道过滤器是否 有堵塞现象。 （4）定期检查和更换直流电动机电刷：20 世纪 80 年代生产的数控机床。 大多使用直流伺服系统，电动机电刷的过度磨损将会影响电动机的性能，甚至 造成

60、电动机损坏。为此，应对电动机电刷进行定期检查和更换，检查周期随机 床使用频繁度而定，一般为每半年或一年定期检查一次。 （5）经常监视数控系统用的电网电压 （6）定期更换存储器用的电池 不需电池宝石的磁泡存储器。 需要用电池保持的 cmos ram 器件，为了在数控系统不通电期间能保 持存储的内容，内部设有可充电电池维持电路。 （7）数控系统长期不用时的维护：为提高数控系统的利用率和减少数控系 统的故障，数控机床应满负荷使用，而不要长期闲置不用。 （8）备板的维护：印制线路板长期不用容易出故障，因此对所购的备板应 定期放到数控系统中通电运行一段时间，衣服那个损坏。 5.3.2机械部件的维护机械部