數(shù)控技術畢業(yè)設計（論文）數(shù)控車床的基本應用

1、許昌職業(yè)技術學院畢業(yè)論文姓 名： 學 號： 專 業(yè)：數(shù)控技術與應用論文題目：數(shù)控車床的基本應用指導教師： 職 稱： 2011年 04月 20日目 錄第一章 數(shù)控機床的產(chǎn)生第二章 數(shù)控機床的發(fā)展2.1數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展12.2機床的發(fā)展趨勢2第三章 數(shù)控機床的分類3.1按加工工藝方法分類43.1.1金屬切削類數(shù)控機床43.1.2特種加工類數(shù)控機床43.1.3板材加工類數(shù)控機床43.2按控制運動軌跡分類53.1.2點位控制數(shù)控機床53.2.2直線控制數(shù)控機床53.2.3輪廓控制數(shù)控機床53.3按驅動裝置的特點分類63.3.1開環(huán)控制數(shù)控機床63.3.2閉環(huán)控制數(shù)控機床73.3.3半閉環(huán)控制數(shù)控機床73

2、.3.4混合控制數(shù)控機床7第四章 數(shù)控車的工藝與工裝削4.1合理選擇切削用量94.2合理選擇刀具94.3合理選擇夾具104.4確定加工路線104.5 加工路線與加工余量的聯(lián)系104.6夾具安裝要點10第五章 程序首句妙用與控制尺寸精度的技巧5.1程序首句妙用g00的技巧115.2控制尺寸精度的技巧125.2.1修改刀補值保證尺寸精度125.2.2半精加工消除絲桿間隙影響保證尺寸精度125.2.3程序編制保證尺寸精度125.2.4修改程序和刀補控制尺寸13第六章 數(shù)控技術6.1數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)綜述146.2數(shù)控機床運動坐標的電氣控制16結語致謝數(shù)控車床的基本應用摘 要世界制造業(yè)轉移，中國正在

3、逐步成為世界加工廠。美國、德國、韓國等國家已經(jīng)進入工業(yè)化發(fā)展的高技術密集時代與微電子時代，鋼鐵、機械、化工等重工業(yè)正逐漸向發(fā)展中國家轉移。我國目前經(jīng)濟發(fā)展已經(jīng)過了發(fā)展初期，正處于重化工業(yè)發(fā)展中期。 未來10年將是中國機械行業(yè)發(fā)展最佳時期。美國、德國的重化工業(yè)發(fā)展期延續(xù)了18年以上，美國、德國、韓國四國重化工業(yè)發(fā)展期平均延續(xù)了12年，我們估計中國的重化工業(yè)發(fā)展期將至少延續(xù)10年，直到2015年。因此，在未來10年中，隨著中國重化工業(yè)進程的推進，中國企業(yè)規(guī)模、產(chǎn)品技術、質量等都將得到大幅提升，國產(chǎn)機械產(chǎn)品國際競爭力增強，逐步替代進口，并加速出口。目前，機械行業(yè)中部分子行業(yè)如船舶、鐵路、集裝箱及集裝

4、箱起重機制造等已經(jīng)受益于國際間的產(chǎn)業(yè)轉移，并將持續(xù)受益；電站設備、工程機械、床等將受益于產(chǎn)業(yè)轉移，加快出口進程關鍵詞 : 數(shù)控 ；工業(yè)化發(fā)展 ；刀具 ；機床第一章 數(shù)控機床的產(chǎn)生隨著科學技術的發(fā)展，機械產(chǎn)品結構越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類型由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉化。因此，對機械產(chǎn)品的加工相應得提出了高精度、高柔性與高度自動化的要求。數(shù)字控制機床就是為了解決單件、小批量、特別是復雜型面零件加工的自動化并保證質量要求而產(chǎn)生的。第一臺數(shù)控機床是1952年美國parsons公司與麻省理工學院（mit）合作研制的三坐標數(shù)控銑床，它綜合應用了電子隨著科學技術的發(fā)展

5、，機械產(chǎn)品結構越來越合理，其性能、精度和效率日趨提高更新?lián)Q代頻繁，生產(chǎn)類型由大批大量生產(chǎn)向多品種小批量生產(chǎn)轉化。因此，對機械產(chǎn)品的加工相應得提出了高精度、高柔性與高度自動化的要求。數(shù)字控制機床就是為了解決單件、小批量、特別是復雜型面零件加工的自動化并保證質量要求而產(chǎn)生的。計算機、自動控制、伺服驅動、精密檢測與新型機械結構等多方面的技術成果，可用于加工復雜曲面零件。 數(shù)控機床的發(fā)展先后經(jīng)歷了電子管（1952年）、晶體管（1959年）、小規(guī)摸集成電路（1965年）、大規(guī)模集成電路及小型計算機（1970年）和微處理機或微型機算機（1974年）等五代數(shù)控系統(tǒng)。第二章 數(shù)控機床的發(fā)展2.1 數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)

6、展從年第一臺數(shù)控機床問世后，數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)先后經(jīng)歷了兩個階段和六代的發(fā)展，其六代是指電子管、晶體管、集成電路、小型計算機、微處理器和基于工控機的通用cnc系統(tǒng)。其中前三代為第一階段，稱作為硬件連接數(shù)控，簡稱系統(tǒng)；后三代為第二階段，乘坐計算機軟件數(shù)控，簡稱系統(tǒng)。2.2 機床的發(fā)展趨勢數(shù)控機床總的發(fā)展趨勢是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。 （1）工序集中 20世紀50年代末期，在一般數(shù)控機床的基礎上開發(fā)了數(shù)控加工中心，即自備刀具庫的自動換刀數(shù)控機床。在加工中心機床上，工件一次裝夾后，機床的機械手可以自動更換刀具，連續(xù)的對工件進行多種工序加工。目前，加工中心機床的刀具庫容量可達

7、到100多把刀具，自動換刀裝置的換刀時間僅需0.52秒。加工中心機床使工序集中在一臺機床上完成，減少了由于工序分散，工件多次安裝引起的定位誤差，提高了加工精度，同時也減少了機床的臺數(shù)與占地面積，壓縮了半成品的庫存量，減少了工序間的輔助時間，有效的提高了數(shù)控機床的生產(chǎn)效率和數(shù)控加工的經(jīng)濟效益。（2）高速、高效、高精度 高速、高效、高精度是機械加工的目標，數(shù)控機床因其價格昂貴，在上述三方面的發(fā)展也就更為突出。（3）方便使用數(shù)控機床制造廠把建立友好的人機界面、提高數(shù)控機床的可靠性作為提高競爭能力的主要方面。1）加工編程方便 手工編程和自動編程已經(jīng)使用了幾十年，有了長足的發(fā)展，在手工編程方面，開發(fā)了多

8、種加工循環(huán)、參數(shù)編程和除直線、圓弧以外的各種插補功能，cad/cam的研究發(fā)展，從技術上來講可以替代手工編程。但是一套適用的cad/cam軟件加上計算機硬件，投資較大，學習、掌握時間較長，對大多數(shù)的簡單工件很不經(jīng)濟。近年來，發(fā)展起來的圖形交互式編程系統(tǒng)（wop，又稱面向車間編程），很受用戶歡迎。這種編程方式不使用g、m代碼，而是借助圖形菜單，輸入整個圖形塊以及相應參數(shù)作為加工指令，形成加工程序，與傳統(tǒng)加工時的思維方式類似。圖形交互編程方法在制定標準后，有可能成為各種型號的數(shù)控機床統(tǒng)一的編程方法。2）使用方法數(shù)控機床普遍采用彩色crt進行人機對話、圖形顯示和圖形模擬的。有的數(shù)控機床將采用說明書、

9、編程指南、潤滑指南等存入系統(tǒng)共使用者調閱。第三章 數(shù)控機床的分類3.1 按加工工藝方法分類 3.1.1金屬切削類數(shù)控機床 與傳統(tǒng)的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對應的數(shù)控機床有數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控鉆床、數(shù)控磨床、數(shù)控齒輪加工機床等。盡管這些數(shù)控機床在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機床的動作和運動都是數(shù)字化控制的，具有較高的生產(chǎn)率和自動化程度。 在普通數(shù)控機床加裝一個刀庫和換刀裝置就成為數(shù)控加工中心機床。加工中心機床進一步提高了普通數(shù)控機床的自動化程度和生產(chǎn)效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是在數(shù)控銑床基礎上增加了一個容量較大的刀庫和自動換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可

10、以對箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進行銑、鏜、鉆、擴、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心機床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機床的臺數(shù)和占地面積，縮短了輔助時間，大大提高了生產(chǎn)效率和加工質量。 3.1.2特種加工類數(shù)控機床 除了切削加工數(shù)控機床以外，數(shù)控技術也大量用于數(shù)控電火花線切割機床、數(shù)控電火花成型機床、數(shù)控等離子弧切割機床、數(shù)控火焰切割機床以及數(shù)控激光加工機床等。 3.1.3板材加工類數(shù)控機床 常見的應用于金屬板材加工的數(shù)控機床有數(shù)控壓力機、數(shù)控剪板機和數(shù)控折彎機等。 近年來，其它機械設備中也大量采用了數(shù)控技術，如數(shù)控多坐標測量機、自動

11、繪圖機及工業(yè)機器人等。 3.2 按控制運動軌跡分類 3.2.1點位控制數(shù)控機床 位置的精確定位，在移動和定位過程中不進行任何加工。機床數(shù)控系統(tǒng)只控制行程終點的坐標值，不控制點與點之間的運動軌跡，因此幾個坐標軸之間的運動無任何聯(lián)系。可以幾個坐標同時向目標點運動，也可以各個坐標單獨依次運動。 這類數(shù)控機床主要有數(shù)控坐標鏜床、數(shù)控鉆床、數(shù)控沖床、數(shù)控點焊機等。點位控制數(shù)控機床的數(shù)控裝置稱為點位數(shù)控裝置。 3.2.2直線控制數(shù)控機床 直線控制數(shù)控機床可控制刀具或工作臺以適當?shù)倪M給速度，沿著平行于坐標軸的方向進行直線移動和切削加工，進給速度根據(jù)切削條件可在一定范圍內變化。 直線控制的簡易數(shù)控車床，只有兩

12、個坐標軸，可加工階梯軸。直線控制的數(shù)控銑床，有三個坐標軸，可用于平面的銑削加工。現(xiàn)代組合機床采用數(shù)控進給伺服系統(tǒng)，驅動動力頭帶有多軸箱的軸向進給進行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制數(shù)控機床。 數(shù)控鏜銑床、加工中心等機床，它的各個坐標方向的進給運動的速度能在一定范圍內進行調整，兼有點位和直線控制加工的功能，這類機床應該稱為點位/直線控制的數(shù)控機床。 3.3.3輪廓控制數(shù)控機床 輪廓控制數(shù)控機床能夠對兩個或兩個以上運動的位移及速度進行連續(xù)相關的控制，使合成的平面或空間的運動軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機床移動部件的起點與終點坐標，而且能控制整個加工輪廓每一點的速度和位移，將工件加工成要求

13、的輪廓形狀。 常用的數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床就是典型的輪廓控制數(shù)控機床。數(shù)控火焰切割機、電火花加工機床以及數(shù)控繪圖機等也采用了輪廓控制系統(tǒng)。輪廓控制系統(tǒng)的結構要比點位/直線控系統(tǒng)更為復雜，在加工過程中需要不斷進行插補運算，然后進行相應的速度與位移控制。 現(xiàn)在計算機數(shù)控裝置的控制功能均由軟件實現(xiàn)，增加輪廓控制功能不會帶來成本的增加。因此，除少數(shù)專用控制系統(tǒng)外，現(xiàn)代計算機數(shù)控裝置都具有輪廓控制功能。 3.3 按驅動裝置的特點分類3.3.1開環(huán)控制數(shù)控機床 這類控制的數(shù)控機床是其控制系統(tǒng)沒有位置檢測元件，伺服驅動部件通常為反應式步進電動機或混合式伺服步進電動機。數(shù)控系統(tǒng)每發(fā)出一個進給指令，經(jīng)驅動

14、電路功率放大后，驅動步進電機旋轉一個角度，再經(jīng)過齒輪減速裝置帶動絲杠旋轉，通過絲杠螺母機構轉換為移動部件的直線位移。移動部件的移動速度與位移量是由輸入脈沖的頻率與脈沖數(shù)所決定的。此類數(shù)控機床的信息流是單向的，即進給脈沖發(fā)出去后，實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數(shù)控機床。 開環(huán)控制系統(tǒng)的數(shù)控機床結構簡單，成本較低。但是，系統(tǒng)對移動部件的實際位移量不進行監(jiān)測，也不能進行誤差校正。因此，步進電動機的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)控制系統(tǒng)僅適用于加工精度要求不很高的中小型數(shù)控機床，特別是簡易經(jīng)濟型數(shù)控機床。 3.3.2閉環(huán)控制數(shù)控機床 接對工作臺的實際位移

15、進行檢測，將測量的實際位移值反饋到數(shù)控裝置中，與輸入的指令位移值進行比較，用差值對機床進行控制，使移動部件按照實際需要的位移量運動，最終實現(xiàn)移動部件的精確運動和定位。從理論上講，閉環(huán)系統(tǒng)的運動精度主要取決于檢測裝置的檢測精度，也與傳動鏈的誤差無關，因此其控制精度高。圖1-3所示的為閉環(huán)控制數(shù)控機床的系統(tǒng)框圖。圖中a為速度傳感器、c為直線位移傳感器。當位移指令值發(fā)送到位置比較電路時，若工作臺沒有移動，則沒有反饋量，指令值使得伺服電動機轉動，通過a將速度反饋信號送到速度控制電路，通過c將工作臺實際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較后得到的差值進行位置控制，直至差值為零時為止

16、。這類控制的數(shù)控機床，因把機床工作臺納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)控制數(shù)控機床。 閉環(huán)控制數(shù)控機床的定位精度高，但調試和維修都較困難，系統(tǒng)復雜，成本高。 3.3.3半閉環(huán)控制數(shù)控機床 半閉環(huán)控制數(shù)控機床是在伺服電動機的軸或數(shù)控機床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉角間接地檢測移動部件的實際位移，然后反饋到數(shù)控裝置中去，并對誤差進行修正。通過測速元件a和光電編碼盤b可間接檢測出伺服電動機的轉速，從而推算出工作臺的實際位移量，將此值與指令值進行比較，用差值來實現(xiàn)控制。由于工作臺沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數(shù)控機床。 半閉環(huán)控制數(shù)控系統(tǒng)的調試比較方便，并且

17、具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動機設計成一體，這樣，使結構更加緊湊。 3.3.4混合控制數(shù)控機床 將以上三類數(shù)控機床的特點結合起來，就形成了混合控制數(shù)控機床。混合控制數(shù)控機床特別適用于大型或重型數(shù)控機床，因為大型或重型數(shù)控機床需要較高的進給速度與相當高的精度，其傳動鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機床傳動鏈和工作臺全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調試比較復雜?；旌峡刂葡到y(tǒng)又分為兩種形式： （1）開環(huán)補償型。它的基本控制選用步進電動機的開環(huán)伺服機構，另外附加一個校正電路。用裝在工作臺的直線位移測量元件的反饋信號校正機械系統(tǒng)的誤差。 （2）半閉環(huán)補償型。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精

18、度控制，再用裝在工作臺上的直線位移測量元件實現(xiàn)全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統(tǒng)一。其中a是速度測量元件（如測速發(fā)電機），b是角度測量元件，c是直線位移測量元件。 第四章 數(shù)控車的工藝與工裝削數(shù)控車床加工工藝與普通車床的加工工藝類似，但由于數(shù)控車床是一次裝夾，連續(xù)自動加工完成所有車削工序，因而應注意以下幾個方面。4.1. 合理選擇切削用量對于高效率的金屬切削加工來說，被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這些決定著加工時間、刀具壽命和加工質量。經(jīng)濟有效的加工方式必然是合理的選擇了切削條件。切削條件的三要素：切削速度、進給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會上升，會

19、產(chǎn)生機械的、化學的、熱的磨損。切削速度提高20%，刀具壽命會減少1/2。進給條件與刀具后面磨損關系在極小的范圍內產(chǎn)生。但進給量大，切削溫度上升，后面磨損大。它比切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進給量大，但在微小切深切削時，被切削材料產(chǎn)生硬化層，同樣會影響刀具的壽命。用戶要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進給量、切深等選擇使用的切削速度。最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎上選定的。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達到壽命才是理想的條件。然而，在實際作業(yè)中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質量、切削噪聲、加工熱量等有關。在確定加工條件時，需要根據(jù)實際情

20、況進行研究。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說，可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。4.2. 合理選擇刀具1) 粗車時，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大背吃刀量、大進給量的要求。2) 精車時，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。3) 為減少換刀時間和方便對刀，應盡量采用機夾刀和機夾刀片。4.3. 合理選擇夾具1) 盡量選用通用夾具裝夾工件，避免采用專用夾具；2) 零件定位基準重合，以減少定位誤差。4.4. 確定加工路線加工路線是指數(shù)控機床加工過程中，刀具相對零件的運動軌跡和方向。1) 應能保證加工精度和表面粗糙要求；2) 應盡量縮短加工路線，減少刀具空行程時間。4.5

21、. 加工路線與加工余量的聯(lián)系目前，在數(shù)控車床還未達到普及使用的條件下，一般應把毛坯上過多的余量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。如必須用數(shù)控車床加工時，則需注意程序的靈活安排。4.6. 夾具安裝要點目前液壓卡盤和液壓夾緊油缸的連接是靠拉桿實現(xiàn)的，液壓卡盤夾緊要點如下：首先用搬手卸下液壓油缸上的螺帽，卸下拉管，并從主軸后端抽出，再用搬手卸下卡盤固定螺釘，即可卸下卡盤。第五章 程序首句妙用與控制尺寸精度的技巧5.1、程序首句妙用g00的技巧目前我們所接觸到的教科書及數(shù)控車削方面的技術書籍，程序首句均為建立工件坐標系，即以g50 x z作為程序首句。根據(jù)該指令，可設定一個坐標系，使

22、刀具的某一點在此坐標系中的坐標值為(x z)(本文工件坐標系原點均設定在工件右端面)。采用這種方法編寫程序，對刀后，必須將刀移動到g50設定的既定位置方能進行加工，找準該位置的過程如下。1. 對刀后，裝夾好工件毛坯；2. 主軸正轉，手輪基準刀平工件右端面a；3. z軸不動，沿x軸釋放刀具至c點，輸入g50 z0，電腦記憶該點；4. 程序錄入方式，輸入g01 w-8 f50，將工件車削出一臺階；5. x軸不動，沿z軸釋放刀具至c點，停車測量車削出的工件臺階直徑，輸入g50 x，電腦記憶該點；6. 程序錄入方式下，輸入g00 x z，刀具運行至編程指定的程序原點，再輸入g50 x z，電腦記憶該程

23、序原點。上述步驟中，步驟6即刀具定位在xz處至關重要，否則，工件坐標系就會被修改，無法正常加工工件。有過加工經(jīng)驗的人都知道，上述將刀具定位到xz處的過程繁瑣，一旦出現(xiàn)意外，x或z軸無伺服，跟蹤出錯，斷電等情況發(fā)生，系統(tǒng)只能重啟，重啟后系統(tǒng)失去對g50設定的工件坐標值的記憶，“復位、回零運行”不再起作用，需重新將刀具運行至xz位置并重設g50。如果是批量生產(chǎn)，加工完一件后，回g50起點繼續(xù)加工下一件，在操作過程中稍有失誤，就可能修改工件坐標系。鑒于上述程序首句使用g50建立工件坐標系的種種弊端，筆者想辦法將工件坐標系固定在機床上，將程序首句g50 xz改為g00 x z后，問題迎刃而解。其操作過

24、程只需采用上述找g50過程的前五步，即完成步驟1、2、3、4、5后，將刀具運行至安全位置，調出程序，按自動運行即可。即使發(fā)生斷電等意外情況，重啟系統(tǒng)后，在編輯方式下將光標移至能安全加工又不影響工件加工進程的程序段，按自動運行方式繼續(xù)加工即可。上述程序首句用 g00代替g50的實質是將工件坐標系固定在機床上，不再囿于g50 x z程序原點的限制，不改變工件坐標系，操作簡單，可靠性強，收到了意想不到的效果。中國金屬加工在線5.2、控制尺寸精度的技巧5.2.1. 修改刀補值保證尺寸精度由于第一次對刀誤差或者其他原因造成工件誤差超出工件公差，不能滿足加工要求時，可通過修改刀補使工件達到要求尺寸，保證徑

25、向尺寸方法如下：a. 絕對坐標輸入法根據(jù)“大減小，小加大”的原則，在刀補001004處修改。如用2號切斷刀切槽時工件尺寸大了0.1mm，而002處刀補顯示是x3.8，則可輸入x3.7，減少2號刀補。b. 相對坐標法如上例，002刀補處輸入u-0.1，亦可收到同樣的效果。同理，對于軸向尺寸的控制亦如此類推。如用1號外圓刀加工某處軸段，尺寸長了0.1mm，可在001刀補處輸入w0.1。5.2.2. 半精加工消除絲桿間隙影響保證尺寸精度對于大部分數(shù)控車床來說，使用較長時間后，由于絲桿間隙的影響，加工出的工件尺寸經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。這時，我們可在粗加工之后，進行一次半精加工消除絲桿間隙的影響。如用1

26、號刀g71粗加工外圓之后，可在001刀補處輸入u0.3，調用g70精車一次，停車測量后，再在001刀補處輸入u-0.3，再次調用g70精車一次。經(jīng)過此番半精車，消除了絲桿間隙的影響，保證了尺寸精度的穩(wěn)定。5.2.3. 程序編制保證尺寸精度a. 絕對編程保證尺寸精度編程有絕對編程和相對編程。相對編程是指在加工輪廓曲線上，各線段的終點位置以該線段起點為坐標原點而確定的坐標系。也就是說，相對編程的坐標原點經(jīng)常在變換，連續(xù)位移時必然產(chǎn)生累積誤差，絕對編程是在加工的全過程中，均有相對統(tǒng)一的基準點，即坐標原點，故累積誤差較相對編程小。數(shù)控車削工件時，工件徑向尺寸的精度一般比軸向尺寸精度高，故在編寫程序時，

27、徑向尺寸最好采用絕對編程，考慮到加工及編寫程序的方便，軸向尺寸常采用相對編程，但對于重要的軸向尺寸，最好采用絕對編程。b. 數(shù)值換算保證尺寸精度很多情況下，圖樣上的尺寸基準與編程所需的尺寸基準不一致，故應先將圖樣上的基準尺寸換算為編程坐標系中的尺寸。如圖2b中，除尺寸13.06mm外，其余均屬直接按圖2a標注尺寸經(jīng)換算后而得到的編程尺寸。其中， 29.95mm、16mm及60.07mm三個尺寸為分別取兩極限尺寸平均值后得到的編程尺寸。5.2.4. 修改程序和刀補控制尺寸數(shù)控加工中，我們經(jīng)常碰到這樣一種現(xiàn)象：程序自動運行后，停車測量，發(fā)現(xiàn)工件尺寸達不到要求，尺寸變化無規(guī)律。如用1號外圓刀加工圖3

28、所示工件，經(jīng)粗加工和半精加工后停車測量，各軸段徑向尺寸如下：30.06mm、23.03mm及16.02mm。對此，筆者采用修改程序和刀補的方法進行補救，方法如下：a. 修改程序原程序中的x30不變，x23改為x23.03，x16改為x16.04，這樣一來，各軸段均有超出名義尺寸的統(tǒng)一公差0.06mm；b. 改刀補在1號刀刀補001處輸入u-0.06。經(jīng)過上述程序和刀補雙管齊下的修改后，再調用精車程序，工件尺寸一般都能得到有效的保證。數(shù)控車削加工是基于數(shù)控程序的自動化加工方式，實際加工中，操作者只有具備較強的程序指令運用能力和豐富的實踐技能，方能編制出高質量的加工程序，加工出高質量的工件。第六章

29、 數(shù)控技術6.1 數(shù)控機床電氣控制系統(tǒng)綜述(1)數(shù)據(jù)輸入裝置將指令信息和各種應用數(shù)據(jù)輸入數(shù)控系統(tǒng)的必要裝置。它可以是穿孔帶閱讀機(已很少使用)，3.5in軟盤驅動器，cnc鍵盤(一般輸入操作)，數(shù)控系統(tǒng)配備的硬盤及驅動裝置(用于大量數(shù)據(jù)的存儲保護)、磁帶機(較少使用)、pc計算機等等。(2)數(shù)控系統(tǒng)數(shù)控機床的中樞，它將接到的全部功能指令進行解碼、運算，然后有序地發(fā)出各種需要的運動指令和各種機床功能的控制指令，直至運動和功能結束。數(shù)控系統(tǒng)都有很完善的自診斷能力，日常使用中更多地是要注意嚴格按規(guī)定操作，而日常的維護則主要是對硬件使用環(huán)境的保護和防止系統(tǒng)軟件的破壞。(3)可編程邏輯控制器是機床各項功

30、能的邏輯控制中心。它將來自cnc的各種運動及功能指令進行邏輯排序，使它們能夠準確地、協(xié)調有序地安全運行；同時將來自機床的各種信息及工作狀態(tài)傳送給cnc，使cnc能及時準確地發(fā)出進一步的控制指令，如此實現(xiàn)對整個機床的控制。當代plc多集成于數(shù)控系統(tǒng)中，這主要是指控制軟件的集成化，而plc硬件則在規(guī)模較大的系統(tǒng)中往往采取分布式結構。plc與cnc的集成是采取軟件接口實現(xiàn)的，一般系統(tǒng)都是將二者間各種通信信息分別指定其固定的存放地址，由系統(tǒng)對所有地址的信息狀態(tài)進行實時監(jiān)控，根據(jù)各接口信號的現(xiàn)時狀態(tài)加以分析判斷，據(jù)此作出進一步的控制命令，完成對運動或功能的控制。不同廠商的plc有不同的plc語言和不同的

31、語言表達形式，因此，力求熟悉某一機床plc程序的前提是先熟悉該機床的plc語言。(4)主軸驅動系統(tǒng)接受來自cnc的驅動指令，經(jīng)速度與轉矩(功率)調節(jié)輸出驅動信號驅動主電動機轉動，同時接受速度反饋實施速度閉環(huán)控制。它還通過plc將主軸的各種現(xiàn)實工作狀態(tài)通告cnc用以完成對主軸的各項功能控制。主軸驅動系統(tǒng)自身有許多參數(shù)設定，這些參數(shù)直接影響主軸的轉動特性，其中有些不可丟失或改變的，例如指示電動機規(guī)格的參數(shù)等，有些是可根據(jù)運行狀態(tài)加以調改的，例 如零漂等。通常cnc中也設有主軸相關的機床數(shù)據(jù)，并且與主軸驅動系統(tǒng)的參數(shù)作用相同，因此要注意二者取一，切勿沖突。(5)進給伺服系統(tǒng)接受來自cnc對每個運動坐

32、標軸分別提供的速度指令，經(jīng)速度與電流(轉矩)調節(jié)輸出驅動信號驅動伺服電機轉動，實現(xiàn)機床坐標軸運動，同時接受速度反饋信號實施速度閉環(huán)控制。它也通過plc與cnc通信，通報現(xiàn)時工作狀態(tài)并接受cnc的控制。進給伺服系統(tǒng)速度調節(jié)器的正確調節(jié)是最重要的，應該在位置開環(huán)的條件下作最佳化調節(jié)，既不過沖又要保持一定的硬特性。它受機床坐標軸機械特性的制約，一旦導軌和機械傳動鏈 的狀態(tài)發(fā)生變化，就需重調速度環(huán)調節(jié)器。(6)電器硬件電路隨著plc功能的不斷強大，電器硬件電路主要任務是電源的生成與控制電路、隔離繼電器部分及各類執(zhí)行電器(繼電器、接觸器)，很少還有繼電器邏輯電路的存在。但是一些進口機床柜中還有使用自含一

33、定邏輯控制的專用組合型繼電器的情況，一旦這類元件出現(xiàn)故障，除了更換之外，還可以將其去除而由plc邏輯取而代之，但是這不僅需要對該專用電器的工作原理有清楚的了解，還要對機床的plc語言與程序深入掌握才行。(7)機床(電器部分)包括所有的電動機、電磁閥、制動器、各種開關等。它們是實現(xiàn)機床 各種動作的執(zhí)行者和機床各種現(xiàn)實狀態(tài)的報告員。這里可能的主要故障多數(shù)屬于電器件自身的損壞和連接電線、電纜的脫開或斷裂。(8)速度測量通常由集裝于主軸和進給電動機中的測速機來完成。它將電動機實際轉速匹配成電壓值送回伺服驅動系統(tǒng)作為速度反饋信號，與指令速度電壓值相比較，從而實現(xiàn)速度的精確控制。這里應注意測速反饋電壓的匹

34、配聯(lián)接，并且不要拆卸測速機。由此引起的速度失控多是由于測速反饋線接反或者斷線所致。(9)位置測量較早期的機床使用直線或圓形同步感應器或者旋轉變壓器，而現(xiàn)代機床多采 用光柵尺和數(shù)字脈沖編碼器作為位置測量元件。它們對機床坐標軸在運行中的實際位置進行直接或間接的測量，將測量值反饋到cnc并與指令位移相比較直至坐標軸到達指令位置，從而實現(xiàn)對位置的精確控制。位置環(huán)可能出現(xiàn)的故障多為硬件故障，例如位置測量元件受到污染，導線連接故障等。(10)外部設備一般指pc計算機、打印機等輸出設備，多數(shù)不屬于機床的基本配置。使用中的主要問題與輸入裝置一樣，是匹配問題。6.2.數(shù)控機床運動坐標的電氣控制數(shù)控機床一個運動坐

35、標的電氣控制由電流(轉矩)控制環(huán)、速度控制環(huán)和位置控制環(huán)串聯(lián)組成 。(1)電流環(huán)是為伺服電機提供轉矩的電路。一般情況下它與電動機的匹配調節(jié)已由制造者作好了或者指定了相應的匹配參數(shù)，其反饋信號也在伺服系統(tǒng)內聯(lián)接完成，因此不需接線與調整。(2)速度環(huán)是控制電動機轉速亦即坐標軸運行速度的電路。速度調節(jié)器是比例積分(pi)調節(jié)器，其p、i調整值完全取決于所驅動坐標軸的負載大小和機械傳動系統(tǒng)(導軌、傳動機構)的傳動剛度與傳動間隙等機械特性，一旦這些特性發(fā)生明顯變化時，首先需要對機械傳動系統(tǒng)進行修復工作，然后重新調整速度環(huán)pi調節(jié)器。速度環(huán)的最佳調節(jié)是在位置環(huán)開環(huán)的條件下才能完成的，這對于水平運動的坐標軸

36、和轉動坐標軸較容易進行，而對于垂向運動坐標軸則位置開環(huán)時會自動下落而發(fā)生危險，可以采取先摘下電動機空載調整，然后再裝好電動機與位置環(huán)一起調整或者直接帶位置環(huán)一起調整，這時需要有一定的經(jīng)驗和細心。速度環(huán)的反饋環(huán)節(jié)見前面“速度測量”一節(jié)。(3)位置環(huán)是控制各坐標軸按指令位置精確定位的控制環(huán)節(jié)。位置環(huán)將最終影響坐標軸的位置精度及工作精度。這其中有兩方面的工作：一是位置測量元件的精度與cnc系統(tǒng)脈沖當量的匹配問題。測量元件單位移動距離發(fā)出的脈 沖數(shù)目經(jīng)過外部倍頻電路和/或cnc內部倍頻系數(shù)的倍頻后要與數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的分辨率相符。例如位置測量元件10脈沖/mm，數(shù)控系統(tǒng)分辨率即脈沖當量為0.001mm，則

37、測量元件送出的脈沖必須經(jīng)過100倍頻方可匹配。二是位置環(huán)增益系數(shù)kv值的正確設定與調節(jié)。通常kv值是作為機床數(shù)據(jù)設置的，數(shù)控系統(tǒng)中對各個坐標軸分別指定了kv值的設置地址和數(shù)值單位。在速度環(huán)最佳化調節(jié)后kv值的設定則成為反映機床性能好壞、影響最終精度的重要因素。kv值是機床運動坐標自身性能優(yōu)劣的直接表現(xiàn)而并非可以任意放大。關于kv值的設置要注意兩個問題，首先要滿足下列公式：kv=v/式中v坐標運行速度，m/min跟蹤誤差，mm注意，不同的數(shù)控系統(tǒng)采用的單位可能不同，設置時要注意數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的單位。例如，坐標運行速度的單位是m/min，則kv值單位為m/(mmmin)，若v的單位為mm/s，則kv

38、的單位應為mm/(mms)。其次要滿足各聯(lián)動坐標軸的kv值必須相同，以保證合成運動時的精度。通常是以kv值最低的坐標軸為準。位置反饋(參見上節(jié)“位置測量”)有三種情況：一種是沒有位置測量元件，為位置開環(huán)控制即無位置反饋，步進電機驅動一般即為開環(huán)；一種是半閉環(huán)控制，即位置測量元件不在坐標軸最終運動部件上，也就是說還有部分傳動環(huán)節(jié)在位置閉環(huán)控制之外，這種情況要求環(huán)外傳動部分應有相當?shù)膫鲃觿偠群蛡鲃泳?，加入反向間隙補償和螺距誤差補償之后，可以得到很高的位置控制精度；第三種是全閉環(huán)控制，即位置測量元件安裝在坐標軸的最終運動部件上，理論上這種控制的位置精度情況最好，但是它對整個機械傳動系統(tǒng)的要求更高而不是低，如若不然，則會嚴重影響兩坐標的動態(tài)精度，而使得機床只能在降低速度環(huán)和位置精度的情況下工作。影響全閉環(huán)控制精度的另一個重要問題是測量元件的精確安裝問題，千萬不可輕視。(4)前饋控制與反饋相反，它是將指令值取出部分預加到后面的調節(jié)電路，其主要作用是減小跟蹤誤差以提高動態(tài)響應特性從而提高位置控制精度。因為多數(shù)機床沒有設此功能，故本文不詳述，只是要注意，前饋的加入必須是在上述三個控制環(huán)均最佳調試完畢后方可進行。壓縮了半成品的庫存量，減少了工序間的輔助時間，有效的提高了數(shù)控機床的生產(chǎn)效率和數(shù)控加工的經(jīng)濟效益。（2）高速、高效、高精度 高速、高效、高精度是機械加工的目標