數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造讀書報(bào)告
數(shù)控技術(shù)
-------------《數(shù)字化設(shè)計(jì)與制造》讀書報(bào)告
姓名:王芬祥學(xué)號:0201*625
內(nèi)容摘要:先進(jìn)的硬件設(shè)備對生產(chǎn)加工的效率是很重要的,F(xiàn)代加工設(shè)備各式各樣,品種繁多。像車床、銑床、磨床、鉆床、加工中心機(jī)床等。為了減少人的體力勞動(dòng)和自動(dòng)化的生產(chǎn),數(shù)控加工走向了我們,目前的數(shù)控機(jī)床廣泛應(yīng)用于加工行業(yè)當(dāng)中。數(shù)控設(shè)備的出現(xiàn),使CAD/CAM技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展,軟/硬件得到了有機(jī)的結(jié)合。
數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化,使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征,而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大,他對國計(jì)民生的一些重要行業(yè)(it、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用,因?yàn)檫@些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。關(guān)鍵字:數(shù)控加工編程設(shè)備發(fā)展趨勢正文:
數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代制造技術(shù)的基礎(chǔ),它的廣泛應(yīng)用使普通機(jī)械被數(shù)控機(jī)械所代替,使全球制造業(yè)發(fā)生了根本變化。數(shù)控技術(shù)的水準(zhǔn)、擁有和普及程度已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家綜合國力和工業(yè)現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志之一。
數(shù)控就是數(shù)字控制(NumericalControl,NC)的簡稱,國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T8129-1997將數(shù)控定義為:用數(shù)字化信息對機(jī)床運(yùn)動(dòng)及其加工過程進(jìn)行控制的一種方法。
數(shù)控系統(tǒng)即程序控制系統(tǒng),數(shù)控系統(tǒng)能自動(dòng)閱讀輸入載體上給定的程序,并對程序進(jìn)行編譯,以控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng),完成零件的加工過程。數(shù)控加工(NCMachining)是指根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件編制零件數(shù)控加工程序,并輸入數(shù)控系統(tǒng),控制數(shù)控機(jī)床中刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng),完成零件加工過程。數(shù)控程序(NCProgram)是指輸入數(shù)控機(jī)床,執(zhí)行一個(gè)確定加工任務(wù)的一系列指令的集合。數(shù)控編程(NCProgramming)則是指生成用于數(shù)控機(jī)床進(jìn)行零件加工程序的過程。
1.數(shù)控加工的優(yōu)點(diǎn):
(1)柔性好所謂的柔性即適應(yīng)性,是指數(shù)控機(jī)床隨生產(chǎn)對象變化而變化的適應(yīng)能力。數(shù)控機(jī)床把加工的要求、步驟與零件尺寸用代碼和數(shù)字表示為數(shù)控程序,通過信息載體將數(shù)控程序輸入數(shù)控裝置。經(jīng)過數(shù)控裝置中的計(jì)算機(jī)處理與計(jì)算,發(fā)出各種控制信號,控制機(jī)床的動(dòng)作,按程序加工出圖紙要求的零件。在數(shù)控機(jī)床中使用的是可編程的數(shù)字量信號,當(dāng)被加工零件改變時(shí),只要編寫“描寫”該零件加工的程序即可。數(shù)控機(jī)床對加工對象改型的適應(yīng)性強(qiáng),這為單件、小批零件加工及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利。
(2)加工精度高數(shù)控機(jī)床有較高的加工精度,而且數(shù)控機(jī)床的加工精度不受零件形狀復(fù)雜程度的影響。這對于一些用普通機(jī)床難以保證精度甚至無法加工的復(fù)雜零件來說是非常重要的。另外,數(shù)控加工消除了操作者的人為誤差,提高了同批零件加工的一致性,使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
(3)能加工復(fù)雜型面數(shù)控加工運(yùn)動(dòng)的任意可控性使其能完成普通加工方法難以完成或者無法進(jìn)行的復(fù)雜型面加工。
(4)生產(chǎn)效率高數(shù)控機(jī)床的加工效率一般比普通機(jī)床高2~3倍,尤其在加工復(fù)雜零件時(shí),生產(chǎn)率可提高十幾倍甚至幾十倍。一方面是因?yàn)槠渥詣?dòng)化程度高,具有自動(dòng)換刀和其他輔助操作自動(dòng)化等功能,而且工序集中,在一次裝夾中能完成較多表面的加工,省去了劃線、多次裝夾、檢測等工序;另一方面是加工中可采用較大的切削用量,有效地減少了加工中的切削工時(shí)。
(5)勞動(dòng)條件好在數(shù)控機(jī)床上加工零件自動(dòng)化程度高,大大減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度,改善了勞動(dòng)條件。
(6)有利于生產(chǎn)管理用數(shù)控機(jī)床加工,能準(zhǔn)確地計(jì)劃零件的加工工時(shí),簡化檢驗(yàn)工作,減輕了工夾具、半成品的管理工作,減少了因誤操作而出廢品及損壞刀具的可能性。這些都有利于管理水平的提高。
(7)易于建立計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)2.?dāng)?shù)控加工的不足之處:
(1)數(shù)控機(jī)床價(jià)格較貴,加工成本高,提高了起始階段的投資。(2)技術(shù)復(fù)雜,增加了電子設(shè)備的維護(hù),維修困難。
(3)對工藝和編程要求較高,加工中難以調(diào)整,對操作人員的技術(shù)水平要求較高。
3.?dāng)?shù)控加工技術(shù)的主要應(yīng)用對象:
(1)幾何形狀復(fù)雜的零件?特別是形狀復(fù)雜、加工精度要求高或用數(shù)學(xué)方法定義的復(fù)雜曲線、曲面輪廓。從圖1-2中可以看出,數(shù)控機(jī)床非常適合加工形狀復(fù)雜的零件。
(2)多品種小批量生產(chǎn)的零件?用通用機(jī)床加工時(shí),要求設(shè)計(jì)制造復(fù)雜的專用工裝或需很長調(diào)整時(shí)間。圖1-3表示了通用機(jī)床、專用機(jī)床和數(shù)控機(jī)床加工批量與成本的關(guān)系。從圖中可以看出,在多品種、中小批量生產(chǎn)情況下,采用數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)成本更為合理。
(3)必須嚴(yán)格控制公差的零件。(4)貴重的、不允許報(bào)廢的關(guān)鍵零件。數(shù)控編程的概念:數(shù)控機(jī)床是按照事先編制好的加工程序,自動(dòng)地對被加工零件進(jìn)行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡、位移量、切削參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)數(shù)、進(jìn)給量、吃刀量等)以及輔助功能(換刀、主軸正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、切削液開、關(guān)等),按照數(shù)控機(jī)床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單,再把這一程序單中的內(nèi)容記錄在控制介質(zhì)上(如穿孔紙帶、磁帶、磁盤、磁泡存儲(chǔ)器),然后輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中,從而指揮機(jī)床加工零件。這種從零件圖的分析到制成控制介質(zhì)的全部過程叫數(shù)控程序的編制。
由于數(shù)控機(jī)床要按照預(yù)先編制好的程序自動(dòng)加工零件,因此,程序編制的好壞直接影響數(shù)控機(jī)床的正確使用和數(shù)控加工特點(diǎn)的發(fā)揮。這就要求編程員具有比較高的素質(zhì)。編程員應(yīng)通曉機(jī)械加工工藝以及機(jī)床、刀夾具、數(shù)控系統(tǒng)的性能,熟悉工廠的生產(chǎn)特點(diǎn)和生產(chǎn)習(xí)慣。在工作中,編程員不但要責(zé)任心強(qiáng)、細(xì)心,而且還能和操作人員配合默契,不斷吸取別人的編程經(jīng)驗(yàn)、積累編程經(jīng)驗(yàn)和編程技巧,并逐步實(shí)現(xiàn)編程自動(dòng)化,以提高編程效率。數(shù)控編程的內(nèi)容和步驟:
數(shù)控編程的內(nèi)容:
數(shù)控編程的主要內(nèi)容包括:分析零件圖樣,確定加工工藝過程;確定走刀軌跡,計(jì)算刀位數(shù)據(jù);編寫零件加工程序;制作控制介質(zhì);校對程序及首件試加工。
數(shù)控編程的步驟:1、分析零件圖樣和工藝處理
這一步驟的內(nèi)容包括:對零件圖樣進(jìn)行分析以明確加工的內(nèi)容及要求,選擇加工方案、確定加工順序、走刀路線、選擇合適的數(shù)控機(jī)床、設(shè)計(jì)夾具、選擇刀具、確定合理的切削用量等。工藝處理涉及的問題很多,編程人員需要注意以下幾點(diǎn):工藝方案及工藝路線、零件安裝與夾具選擇、編程原點(diǎn)和編程坐標(biāo)系、刀具和切削用量
2、數(shù)學(xué)處理
在完成工藝處理的工作以后,下一步需根據(jù)零件的幾何形狀、尺寸、走刀路線及設(shè)定的坐標(biāo)系,計(jì)算粗、精加工各運(yùn)動(dòng)軌跡,得到刀位數(shù)據(jù)。一般的數(shù)控系統(tǒng)均具有直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)功能。對于點(diǎn)定位的數(shù)控機(jī)床(如數(shù)控沖床)一般不需要計(jì)算;對于加工由圓弧與直線組成的較簡單的零件輪廓加工,需要計(jì)算出零件輪廓線上各幾何元素的起點(diǎn)、終點(diǎn)、圓弧的圓心坐標(biāo)、兩幾何元素的交點(diǎn)或切點(diǎn)的坐標(biāo)值;當(dāng)零件圖樣所標(biāo)尺寸的坐標(biāo)系與所編程序的坐標(biāo)系不一致時(shí),需要進(jìn)行相應(yīng)的換算;若數(shù)控機(jī)床無刀補(bǔ)功能,則應(yīng)計(jì)算刀心軌跡;對于形狀比較復(fù)雜的非圓曲線(如漸開線、雙曲線等)的加工,需要用小直線段或圓弧段逼近,按精度要求計(jì)算出其節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值;自由曲線、曲面及組合曲面的數(shù)學(xué)處理更為復(fù)雜,需利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)。
3、編寫零件加工程序單在加工順序、工藝參數(shù)以及刀位數(shù)據(jù)確定后,就可按數(shù)控系統(tǒng)的指令代碼和程序段格式,逐段編寫零件加工程序單。編程人員應(yīng)對數(shù)控機(jī)床的性能、指令功能、代碼書寫格式等非常熟悉,才能編寫出正確的零件加工程序。對于形狀復(fù)雜、工序很長、計(jì)算煩瑣的零件采用計(jì)算機(jī)輔助數(shù)控編程。
4、輸入數(shù)控系統(tǒng)
程序編寫好之后,可通過鍵盤直接將程序輸入數(shù)控系統(tǒng),比較老一些的數(shù)控機(jī)床需要制作控制介質(zhì)(穿孔帶),再將控制介質(zhì)上的程序輸入數(shù)控系統(tǒng)。
5、程序檢驗(yàn)和首件試加工
程序送入數(shù)控機(jī)床后,還需經(jīng)過試運(yùn)行和試加工兩步檢驗(yàn)后,才能進(jìn)行正式加工。通過試運(yùn)行,檢驗(yàn)程序語法是否有錯(cuò),加工軌跡是否正確;通過試加工可以檢驗(yàn)其加工工藝及有關(guān)切削參數(shù)指定得是否合理,加工精度能否滿足零件圖樣要求,加工工效如何,以便進(jìn)一步改進(jìn)。
三、數(shù)控編程的方法
數(shù)控編程一般分為手工編程和自動(dòng)編程。1.手工編程(ManualProgramming)
從零件圖樣分析、工藝處理、數(shù)值計(jì)算、編寫程序單、程序輸入至程序校驗(yàn)等各步驟均由人工完成,稱為手工編程。對于加工形狀簡單的零件,計(jì)算比較簡單,程序不多,采用手工編程較容易完成,而且經(jīng)濟(jì)、及時(shí),因此在點(diǎn)定位加工及由直線與圓弧組成的輪廓加工中,手工編程仍廣泛應(yīng)用。但對于形狀復(fù)雜的零件,特別是具有非圓曲線、列表曲線及曲面的零件,用手工編程就有一定的困難,出錯(cuò)的機(jī)率增大,有的甚至無法編出程序,必須采用自動(dòng)編程的方法編制程序。
2.自動(dòng)編程(AutomaticProgramming)
自動(dòng)編程是利用計(jì)算機(jī)專用軟件編制數(shù)控加工程序的過程。它包括數(shù)控語言編程和圖形交互式編程。
數(shù)控語言編程,編程人員只需根據(jù)圖樣的要求,使用數(shù)控語言編寫出零件加工源程序,送入計(jì)算機(jī),由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地進(jìn)行編譯、數(shù)值計(jì)算、后置處理,編寫出零件加工程序單,直至自動(dòng)穿出數(shù)控加工紙帶,或?qū)⒓庸こ绦蛲ㄟ^直接通信的方式送入數(shù)控機(jī)床,指揮機(jī)床工作。數(shù)控語言編程為解決多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床加工曲面、曲線提供了有效方法。但這種編程方法直觀性差,編程過程比較復(fù)雜不易掌握,并且不便于進(jìn)行階段性檢查。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,計(jì)算機(jī)圖形處理功能已有了極大的增強(qiáng),“圖形交互式自動(dòng)編程”也應(yīng)運(yùn)而生。
圖形交互式自動(dòng)編程是利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)軟件的圖形編程功能,將零件的幾何圖形繪制到計(jì)算機(jī)上,形成零件的圖形文件,或者直接調(diào)用由CAD系統(tǒng)完成的產(chǎn)品設(shè)計(jì)文件中的零件圖形文件,然后再直接調(diào)用計(jì)算機(jī)內(nèi)相應(yīng)的數(shù)控編程模塊,進(jìn)行刀具軌跡處理,由計(jì)算機(jī)自動(dòng)對零件加工軌跡的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行運(yùn)算和數(shù)學(xué)處理,從而生成刀位文件。之后,再經(jīng)相應(yīng)的后置處理(postprocessing),自動(dòng)生成數(shù)控加工程序,并同時(shí)在計(jì)算機(jī)上動(dòng)態(tài)地顯示其刀具的加工軌跡圖形。圖形交互式自動(dòng)編程極大地提高了數(shù)控編程效率,它使從設(shè)計(jì)到編程的信息流成為連續(xù),可實(shí)現(xiàn)CAD/CAM集成,為實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)和計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)一體化建立了必要的橋梁作用。因此,它也習(xí)慣地被稱為CAD/CAM自動(dòng)編程。
四.?dāng)?shù)控設(shè)備
數(shù)控設(shè)備就是采用了數(shù)控技術(shù)的機(jī)械設(shè)備,或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備。數(shù)控機(jī)床是數(shù)控設(shè)備的典型代表,其他數(shù)控設(shè)備還有數(shù)控沖剪機(jī)、數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控彎管機(jī)、數(shù)控坐標(biāo)測量機(jī)、數(shù)控繪圖儀、數(shù)控雕刻機(jī)等。
數(shù)控機(jī)床是為了解決復(fù)雜、精密、小批多變零件加工的自動(dòng)化要求而產(chǎn)生的。數(shù)控加工是根據(jù)被加工零件的圖樣和工藝要求,編制成以數(shù)碼表示的程序,輸入到機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)中,以控制刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng),從而加工出合格零件的方法。高速、精密、復(fù)合、智能和綠色是數(shù)控機(jī)床技術(shù)發(fā)展的總趨勢,近幾年來,在實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得可喜成績。主要表現(xiàn)在:
1.機(jī)床復(fù)合技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)展隨著數(shù)控機(jī)床技術(shù)進(jìn)步,復(fù)合加工技術(shù)日趨成熟,包括銑-車復(fù)合、車銑復(fù)合、車-鏜-鉆-齒輪加工等復(fù)合,車磨復(fù)合,成形復(fù)合加工、特種復(fù)合加工等,復(fù)合加工的精度和效率大大提高。“一臺機(jī)床就是一個(gè)加工廠”、“一次裝卡,完全加工”等理念正在被更多人接受,復(fù)合加工機(jī)床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢。
2.智能化技術(shù)有新突破數(shù)控機(jī)床的智能化技術(shù)有新的突破,在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現(xiàn)。智能化提升了機(jī)床的功能和品質(zhì)。
3.機(jī)器人使柔性化組合效率更高機(jī)器人與主機(jī)的柔性化組合得到廣泛應(yīng)用,使得柔性線更加靈活、功能進(jìn)一步擴(kuò)展、柔性線進(jìn)一步縮短、效率更高。機(jī)器人與加工中心、車銑復(fù)合機(jī)床、磨床、齒輪加工機(jī)床、工具磨床、電加工機(jī)床、鋸床、沖壓機(jī)床、激光加工機(jī)床、水切割機(jī)床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產(chǎn)線已經(jīng)開始應(yīng)用。
4.精密加工技術(shù)有了新進(jìn)展數(shù)控金切機(jī)床的加工精度已從原來的絲級(0.01mm)提升到目前的微米級(0.001mm),有些品種已達(dá)到0.05μm左右。超精密數(shù)控機(jī)床的微細(xì)切削和磨削加工,精度可穩(wěn)定達(dá)到0.05μm左右,形狀精度可達(dá)0.01μm左右。采用光、電、化學(xué)等能源的特種加工精度可達(dá)到納米級(0.001μm)。通過機(jī)床結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化、機(jī)床零部件的超精加工和精密裝配、采用高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動(dòng)等動(dòng)態(tài)誤差補(bǔ)償技術(shù),提高機(jī)床加工的幾何精度,降低形位誤差、表面粗糙度等,從而進(jìn)入亞微米、納米級超精加工時(shí)代。
5.功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展,并取得成熟的應(yīng)用。全數(shù)字交流伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)裝置,高技術(shù)含量的電主軸、力矩電機(jī)、直線電機(jī),高性能的直線滾動(dòng)組件,高精度主軸單元等功能部件推廣應(yīng)用,極大的提高數(shù)控機(jī)床的技術(shù)水平。
五.?dāng)?shù)控技術(shù)的發(fā)展趨勢:
(一)、高速、高精加工技術(shù)及裝備的新趨勢
效率、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率,提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次,縮短生產(chǎn)周期和提高市場競爭能力。近來采用大型整體鋁合金坯料“掏空”的方法來制造機(jī)翼、機(jī)身等大型零件來替代多個(gè)零件通過眾多的鉚釘、螺釘和其他聯(lián)結(jié)方式拼裝,使構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和可靠性得到提高。這些都對加工裝備提出了高速、高精和高柔性的要求。在加工精度方面,近10年來,普通級數(shù)控機(jī)床的加工精度已由10μm提高到5μm,精密級加工中心則從3~5μm,提高到1~1.5μm,并且超精密加工精度已開始進(jìn)入納米級(0.01μm)。在可靠性方面,國外數(shù)控裝置的mtbf值已達(dá)6000h以上,伺服系統(tǒng)的mtbf值達(dá)到30000h以上,表現(xiàn)出非常高的可靠性。為了實(shí)現(xiàn)高速、高精加工,與之配套的功能部件如電主軸、直線電機(jī)得到了快速的發(fā)展,應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)一步擴(kuò)大。
(二)、5軸聯(lián)動(dòng)加工和復(fù)合加工機(jī)床快速發(fā)展
采用5軸聯(lián)動(dòng)對三維曲面零件的加工,可用刀具最佳幾何形狀進(jìn)行切削,不僅光潔度高,而且效率也大幅度提高。一般認(rèn)為,1臺5軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床的效率可以等于2臺3軸聯(lián)動(dòng)機(jī)床,特別是使用立方氮化硼等超硬材料銑刀進(jìn)行高速銑削淬硬鋼零件時(shí),5軸聯(lián)動(dòng)加工可比3軸聯(lián)動(dòng)加工發(fā)揮更高的效益。
(三)、智能化、開放式、網(wǎng)絡(luò)化成為當(dāng)代數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展的主要趨勢21世紀(jì)的數(shù)控裝備將是具有一定智能化的系統(tǒng),智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個(gè)方面:為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化,如加工過程的自適應(yīng)控制,工藝參數(shù)自動(dòng)生成;為提高驅(qū)動(dòng)性能及使用連接方便的智能化,如前饋控制、電機(jī)參數(shù)的自適應(yīng)運(yùn)算、自動(dòng)識別負(fù)載自動(dòng)選定模型、自整定等;簡化編程、簡化操作方面的智能化,如智能化的自動(dòng)編程、智能化的人機(jī)界面等;還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內(nèi)容、方便系統(tǒng)的診斷及維修等。
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