数控机床的应用与发展.docx
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1、课题名称专业及班级学号姓名指导老师南通农业职业技术学院毕业论文数控机床的应用与发展数控309112姜伟国王跃斌2012年5月6日数控机床的应用与发展摘 要电一体化产品。它的发展和应用开创了制造业的新时代,改变了制造业的生产方式,产 业结构,管理方式,使世界制造业的格局发生了巨大的变化。本文主要讲述了数控机床国内外的发展概况,现代数控技术的发展趋势。介绍了数控机 床的特点,组成与分类,并介绍了数控机床集计算机技术,电子技术,自动控制技术,传感 测量,机械制造,是典型的机可编程控制器(PLC)在数控机床中的应用。重点介绍了磨床的 概况,以及现代数控磨床的特点,并用PLC进行了对MZ2015自动磨床
2、电气系统的改造。本文在编写过程中,参阅了同行的教材,资料和文献,得到了许多帮助,在此谨致谢意。关键词:发展趋势组成分类概述结构功能PLC改造数控机床的应用与发展AbstractThe numerical control engine bed collection computer technology, the electronic technology, the automatic control technology, the sensing survey, the machine manufacture, is the typical integration of machinery p
3、roduct. Its development and the application founded the manufacturing industry new times, changed the manufacturing industry production method, the industrial structure, manages the way, caused the world manufacturing industry the pattern to have changed.This article mainly narrated the numerical co
4、ntrol engine bed domestic and foreign development survey, the modern numerical control technology trend of development. Introduced the numerical control engine bed characteristic, the composition and the classification, and introduced programmable controller (PLC) in the numerical control engine bed
5、 application. Introduced with emphasis the grinder survey, as well as the modern numerical control grinder characteristic, and has carried on with PLC to the MZ2015 automatic grinder electrical system transformation.This article in the compilation process, has referred colleagues teaching material,
6、the material and the literature, obtained many help, respectfully offers thanks in this.Keywords: Trend of development Textural Classification Outline Structure Function PLC Transformation.第一章绪论11.1国内外数控发展概况11.2数控机床发展趋势21.2.1高速、高效、高精度、高可靠性21.2.2模块化、智能化、柔性化和集成化41.2.3. 开放性41.2.4. 出现新一代数控加工工艺与装备5第二章数控机
7、床的组成及基本工作原理62.1数控机床组成62.1.1输人/输出装置62.1.2 CNC 单元62.1.3伺服系统62.1.4位置反馈系统(检测反馈系统)72.1.5机床的机械部件72.2、按控制方式分类82.2.1开环数控机床82.2.2半闭环数控机床82.2.3全闭环数控机床9第三章磨床的介绍与功能改造103.1磨床的概述103.2磨床的发展动向113.3 M1432A 型磨床123.3.1典型加工方法123.3.2机床的主要部件143.4 MK1320A型数控外圆磨床153.4.1机床的主要组成部件153.4.2机床主要技术参数163.4.3机床的传动系统163.4.4液压系统183.5
8、用PLC改造MZ2015自动磨床电气系统193.5.1系统的硬件设计193.5.2软件设计203.5.3结束语23第四章全文结论255致谢27参考文献28第一章绪论1.1国内外数控发展概况随着科学技术和生产力的迅速发展,人们对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的 要求,机械加工工艺过程的自动化成为实现上述要求的最重要措施之一.它不仅能够提高产品 质量,生产率,降低生产成本,还能够极大地工人的劳动条件,减轻劳动强度。早机械制造业,广泛采用了自动机床,组合机床和以专用机床为主体的自动生产线,用多 刀,多工位和多面同时加工,成年累月地进行着单一产品零件的高效率和高度自动化的生产. 但这种生产方式需
9、要巨大的初期投资和很长的生产准备期,因此,它仅适用与批量较大的零件 生产。在机械制造工业中,单件与小批量生产的零件仍然占机械加工总量的80%左右,尤其是航 空,航天,船舶,机床,重型机械,食品加工机械,包装机械和军工产品等,不仅加工批量小,而且 加工零件形状比较复杂,精度要求也很高,好需要经常改型.如果仍采用专用化程度很高的自 动化机床加工这类产品的零件就显得很不合理.经常改装和调整装备,对于这种专用的生产线 来说,不仅会大大提高产品的成本,甚至是不可能实现的.市场经济体制日日成熟,绝大多数的 产品都已从卖方市场转向买方市场,产品的竞争十分剧烈,迫使生产企业不断更新产品,提高 产品的性能价格比
10、,以满足用户的需要.由于这种以大批量生产为主的生产方式使产品的改型 的更新变得十分困难,用户所得到的相对低廉价格的产品是以牺牲用户对产品的某些性能为 代价换取的.因此,企业为了保持产品的市场份额,即使是以大批量生产为主的企业也必须改 变产品长期一成不变的传统做法.这样,这种“刚性”的自动化生产方式在批量生产中也已日 益暴露其不适应性。随着计算机技术的高速发展,传统的制造业开始了根本性变革,各工业发达国家投入巨 资,对现代制造技术进行研究开发,提出了全新的制造模式。在现代制造系统中,数控技术 是关键技术,它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体,具 有高精度、高效率、柔性
11、自动化等特点,对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举 足轻重的作用。目前,数控技术正在发生根本性变革,由专用型封闭式开环控制模式向通用 型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上,数控系统实现了超薄型、超小型 化;在智能化基础上,综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术,数控系 统实现了高速、高精、高效控制,加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数,实现了 在线诊断和智能化故障处理;在网络化基础上,CAD/CAM与数控系统集成为一体,机床联网, 实现了中央集中控制的群控加工。长期以来,我国的数控系统为传统的封闭式体系结构,CNC只能作为非智能的机床运动 控制器。加工
12、过程变量根据经验以固定参数形式事先设定,加工程序在实际加工前用于工方 式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节,整个 制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下,加工过程中 的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加 工参数,无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整,更无法通过反馈控制环 节随机修正CAD/CAM中的设定量,因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见,传 统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构,限制了 CNC向多变量智能化控制发 展,已不
13、适应日益复杂的制造过程,因此,对数控技术实行变革势在必行。1.2数控机床发展趋势为了满足市场和科学技术发展的需要,为了达到现代制造技术对数控技术提出的更高的 要求,当前,世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方面:1.2.1高速、高效、高精度、高可靠性要提高加工效率,首先必须提高切削和进给速度,同时,还要缩短加工时间;要确保加 工质量,必须提高机床部件运动轨迹的精度,而可靠性则是上述目标的基本保证。为此,必 须要有高性能的数控装置作保证。1. 高速、高效机床向高速化方向发展,可充分发挥现代刀具材料的性能,不但可大幅度提高加工效率、 降低加工成本,而且还可提高零件的表面加工质量和精度。超
14、高速加工技术对制造业实现高 效、优质、低成本生产有广泛的适用性。新一代数控机床(含加工中心)只有通过高速化大幅度缩短切削工时才可能进一步提高 其生产率。超高速加工特别是超高速铣削与新一代高速数控机床特别是高速加工中心的开发 应用紧密相关。90年代以来,欧、美、日各国争相开发应用新一代高速数控机床,加快机床 高速化发展步伐。高速主轴单元(电主轴,转速15000100000r/min)、高速且高加/减速度 的进给运动部件(快移速度60120m/min,切削进给速度高达60m/min)、高性能数控和伺服 系统以及数控工具系统都出现了新的突破,达到了新的技术水平。随着超高速切削机理、超 硬耐磨长寿命刀
15、具材料和磨料磨具,大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机驱动进给部件 以及高性能控制系统(含监控系统)和防护装置等一系列技术领域中关键技术的解决,应不 失时机地开发应用新一代高速数控机床。依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高响应速度 的实时处理,由于采用了新型刀具,车削和铣削的切削速度已达到5000米8000米/分以上; 主轴转数在30000转/分(有的高达10万转/分)以上;工作台的移动速度:(进给速度),在 分辨率为1微米时,在100米/分(有的到200米/分)以上,在分辨率为0.1微米时,在24 米/分以上;自动换刀速度在1秒以内;小线段插补进给速度达到1
16、2米/分。根据高效率、大 批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展,高速直线电机的推广应用,开发出一批高速、高 效的高速响应的数控机床以满足汽车、农机等行业的需求。还由于新产品更新换代周期加快, 模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。2 .高精度从精密加工发展到超精密加工(特高精度加工),是世界各工业强国致力发展的方向。其 精度从微米级到亚微米级,乃至纳米级(10nm),其应用范围日趋广泛。超精密加工主要包 括超精密切削(车、铣)、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工(三束加工及微 细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等)。随着现代科学技术的发展,对超精密加工 技术不断
17、提出了新的要求。新材料及新零件的出现,更高精度要求的提出等都需要超精密加 工工艺,发展新型超精密加工机床,完善现代超精密加工技术,以适应现代科技的发展。当前,机械加工高精度的要求如下:普通的加工精度提高了一倍,达到5微米;精密加 工精度提高了两个数量级,超精密加工精度进入纳米级(0.001微米),主轴回转精度要求达 到0.010.05微米,加工圆度为0.1微米,加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。精密化是为了适应高新技术发展的需要,也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可 靠性,减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。随着高新技术的发展和对机电产品 性能与质量要求的提高,机床用户对机床加
18、工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要, 近10多年来,普通级数控机床的加工精度已由10 m提高到5 m,精密级加工中心的加 工精度则从35 m,提高到11.5 m。3 .高可靠性是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上,但也不是可靠性越 高越好,仍然是适度可靠,因为是商品,受性能价格比的约束。对于每天工作两班的无人工 厂而言,如果要求在16小时内连续正常工作,无故障率P (t)=99%以上的话,则数控机床 的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。MTBF大于3000小时,对于由不同数量 的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了,我们只对一台数控机床而言,如主机
19、与数控系 统的失效率之比为10: 1的话(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。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。1.2.2模块化、智能化、柔性化和集成化1. 模块化、专门化与个性化机床结构模块化,数控功能专门化,机床性能价格比显著提高并加快优化。为了适应数 控机床多品种、小批量的特点,机床结构模块化,数控功能专门化,机床性能价格比显著提 高并加快优化。个性化是近几年来特别明显的发展趋势。2. 智能化智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:3
20、. 为追求加工效率和加工质量方面的智能化,如自适应控制,工艺参数自动生成;4. 为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化,如前馈控制、电机参数的自适应运算、 自动识别负载自动选定模型、自整定等;5. 简化编程、简化操作方面的智能化,如智能化的自动编程,智能化的人机界面等;6. 智能诊断、智能监控方面的内容,方便系统的诊断及维修等。7 .柔性化和集成化数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是: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,另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔
21、性自动化技术 是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段,是各国制造业发展的主流趋势,是 先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提,以易于联网和集 成为目标;注重加强单元技术的开拓、完善;CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展; 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。1.2.3.开放性为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要 求,最重要的发展趋势是体系结构的开放性,设计生产开放式的数控系统,例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的
22、计划等。1.2.4. 出现新一代数控加工工艺与装备1. 为适应制造自动化的发展,向FMC、FMS和CIMS提供基础设备,要求数字控制制造系 统不仅能完成通常的加工功能,而且还要具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换 主轴头(有时带坐标变换)、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网等功能,广泛地应用机器 人、物流系统;2. FMC,FMS Web-based制造及无图纸制造技术;3. 围绕数控技术、制造过程技术在快速成型、并联机构机床、机器人化机床、多功能机 床等整机方面和高速电主轴、直线电机、软件补偿精度等单元技术方面先后有所突破。并联 杆系结构的新型数控机床实用化。这种虚拟轴数控机床用软件
23、的复杂性代替传统机床机构的 复杂性,开拓了数控机床发展的新领域;4. 以计算机辅助管理和工程数据库、因特网等为主体的制造信息支持技术和智能化决策 系统。对机械加工中海量信息进行存储和实时处理。应用数字化网络技术,使机械加工整个 系统趋于资源合理支配并高效地应用。5. 由于采用了神经网络控制技术、模糊控制技术、数字化网络技术,机械加工向虚拟制 造的方向发展。第二章数控机床的组成及基本工作原理2.1数控机床组成数控机床由:程序、输人/输出装置、CNC单元、伺服系统、位置反馈系统、机床本体组 成。2.1.1输人/输出装置1. 对于穿孔纸带,配用光电阅读机;(过时、淘汰);2. 对于盒式磁带,配用录放
24、机;(过时、淘汰);3. 对于软磁盘,配用软盘驱动器和驱动卡;4. 现代数控机床,还可以通过手动方式(MDI方式);5. DNC网络通讯、RS232串口通讯。2.1.2 CNC 单元CNC单元是数控机床的核心,CNC单元由信息的输入、处理和输出三个部分组成。CNC单元接受数字化信息,经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、插补、逻辑 处理后,将各种指令信息输出给伺服系统,伺服系统驱动执行部件作进给运动。其它的还有 主运动部件的变速、换向和启停信号;选择和交换刀具的刀具指令信号,冷却、润滑的启停、 工件和机床部件松开、夹紧、分度台转位等辅助指令信号等。准备功能:G00,G01,G02,G03辅
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