【正文】 浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 畢業(yè)論文 （ 2021 屆） 淺談數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用與發(fā)展 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 院 系 機(jī)械工程分院 專 業(yè) 數(shù)控技術(shù) 指導(dǎo)教師 完成日期 2021 年 5 月 1 淺談數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用與發(fā)展 摘要 數(shù)控技術(shù)是采用數(shù)字控制的方法對(duì)某一 個(gè)工作過程進(jìn)行控制的一種當(dāng)今先進(jìn)制造技術(shù)和裝備最核心的先進(jìn)技術(shù)。面對(duì)多品種小批量生產(chǎn)比重的加大，產(chǎn)品交貨質(zhì)量和成本要求的提高，要求現(xiàn)代的制造技術(shù)具有很高的柔性。如何能增強(qiáng)機(jī)械制造業(yè)對(duì)外界元素的適應(yīng)能力以及產(chǎn)品適應(yīng)市場(chǎng)的變化能力，就需要我們能利用現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的靈活性，最大限度的應(yīng)用干機(jī)械制造行業(yè)。將機(jī)械設(shè)備的功能、效率、可靠性和產(chǎn)品質(zhì)量提高到一個(gè)新的水平。從而滿足現(xiàn)代市場(chǎng)的競爭需求。從目前世界上數(shù)控技術(shù)及其裝備發(fā)展的趨勢(shì)和發(fā)展前景來看，數(shù)控系統(tǒng)正向電氣化、電子化、高速化、精密化等方面護(hù)送蘇發(fā)展。 關(guān)鍵詞 機(jī) 械制造 數(shù)控技術(shù) 數(shù)控技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展 2 目錄 引言．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 3 第一章 數(shù)控技術(shù)的 概論 ．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4 數(shù)控技術(shù)的簡介 ．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4 數(shù)控 技術(shù)的特點(diǎn)．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 4 數(shù)控機(jī)床的 組成 ............................................5 數(shù)控機(jī)床的工作原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ． 6 第二章 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 數(shù)控技術(shù)在 汽車工業(yè) 的應(yīng)用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 8 數(shù)控技術(shù)在煤礦 方面的應(yīng)用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．． 9 數(shù)控技術(shù)在船舶 方面的應(yīng)用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 11 數(shù)控技術(shù)在 機(jī)床上 的應(yīng)用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．． 11 數(shù)控技術(shù)在木材方面的應(yīng)用．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 12 數(shù)控技術(shù)在 航空和宇航工業(yè) 應(yīng)用 ...............................13 第三章 數(shù)控技術(shù)的發(fā)展與趨勢(shì)．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．． 14 當(dāng)代數(shù)控 技術(shù) 的發(fā)展 方向 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 14 當(dāng)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展條件 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． .............16 體系結(jié)構(gòu)向開放式發(fā)展 ．．．．．．．．．．．．．．．． ............ ．．．． ....16 CNC 的通訊、網(wǎng)絡(luò)功能不斷擴(kuò)大．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 17 數(shù)字式交流伺服成為主流．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．． 18 數(shù)控技術(shù)的硬件技術(shù)發(fā)展迅速 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．． 19 現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)開始廣泛使用 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．． 20 PLC 功能繼續(xù)增強(qiáng) ． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 21 數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境越來越友好 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． ． 21 數(shù)控相關(guān)技術(shù)和社會(huì)服務(wù)體系正在逐步完善．．．．．．．．．．．．．．．． ．．．．．．． 22 實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)進(jìn)入 CNC．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 23 結(jié)論 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 25 致謝 ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 26 參考文獻(xiàn) ．．．．．．．．．．． ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．． 27 3 引言 數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)今社會(huì)的一門非常熱門的技術(shù)，數(shù)控技術(shù)已運(yùn)用到各行各業(yè)，涉及范圍非常廣。 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和科技的進(jìn)步，機(jī)械制造生直接影響著國家工生的發(fā)展和綜合國力的提高。數(shù)控技術(shù)是機(jī)械制造自動(dòng)化的關(guān)犍，要增強(qiáng)機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展壯大，以適應(yīng)飛速發(fā)展的現(xiàn)代化經(jīng)濟(jì)環(huán)境和市場(chǎng)的廣大需求 。數(shù)控技術(shù)是近年來應(yīng)用領(lǐng)域中發(fā)展十分迅速的一項(xiàng)綜合性的高新技術(shù)，它能夠滿足現(xiàn)代產(chǎn)品多樣化的發(fā)展和日新月異的換代速度。 因此，以數(shù)控為核心 的機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用已經(jīng)成為衡量一個(gè)國家技術(shù)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用也是我國通向工業(yè)經(jīng)濟(jì)大國的途徑之一。 當(dāng)前，數(shù)控技術(shù)迎來了由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全閉環(huán)控制模式的變革。這種開放式體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展，使傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)面臨了巨大的市場(chǎng)挑戰(zhàn)。 4 第一章 數(shù)控技術(shù)的概論 數(shù)控技術(shù)的 簡介 數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控（ Numerical Control）。它是利用數(shù)字化的信息對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。用數(shù)控技術(shù)實(shí)施加工控制的機(jī) 床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控 (NC)機(jī)床。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置、可編程控制器、主軸驅(qū)動(dòng)器及進(jìn)給裝置等部分。 它是集傳統(tǒng)的機(jī)械制造技術(shù)，計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感檢測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、光機(jī)電技術(shù)于一體的現(xiàn)代制造業(yè)基礎(chǔ)技術(shù)，具有高精度，高效率、柔性自動(dòng)化等特點(diǎn)。目前它是采用計(jì)算機(jī)控制，預(yù)先編程然后利用控制程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)設(shè)備的控制功能。由于計(jì)算機(jī)軟件的輔助功能替代早期使用純硬件電路組成的數(shù)控裝置，使得輸入數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、處理、判斷、運(yùn)算等功能均由現(xiàn)場(chǎng)可編輯的軟件來完成，這樣極大的增強(qiáng)了機(jī)械制造的靈活性，提高設(shè)備的工作 效率。 技術(shù)的特點(diǎn) (1)能方便地改變加工工藝參數(shù)，因而利于換批加工和新產(chǎn)品的研制 ，這種應(yīng)用有利于批量加工且方便研制各種新型零件以滿足工業(yè)需要。 5 (2)能高質(zhì)量的完成普通機(jī)床難以完成的復(fù)雜零件和零件曲面形狀的加工，能夠高質(zhì)量自動(dòng)化完成制造出滿足需要的各種“奇形怪狀”的零件。 (3)可實(shí)現(xiàn)一次裝夾工件完成多道工序的加工，從而能確保加工精 度和減少輔助時(shí)間。 （ 4）數(shù)控技術(shù)大大有利于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)輔助制造。 (5)采用模塊化的標(biāo)準(zhǔn)工具，既減少了換刀和安裝時(shí)間，又提高了 工具標(biāo)準(zhǔn)化的程度和 工具的管理水平。當(dāng)然，隨著微處理器的發(fā)展以 及現(xiàn)代 SOPC 技術(shù)的發(fā)展，無論從機(jī)械加工的生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展還是從機(jī) 械設(shè)備的維修檢測(cè)以及集成程度的層次上，都勢(shì)必有極大程度的提 高。而我國現(xiàn)代數(shù)控技術(shù)的發(fā)展尚處于對(duì)國外產(chǎn)品的模仿階段，缺乏 技術(shù)創(chuàng)新。這不僅是對(duì)引進(jìn)技術(shù)的消化不夠，更重要的在于我們?nèi)狈? 完善的技術(shù)創(chuàng)新環(huán)境和應(yīng)有的創(chuàng)新機(jī)制。另外我們產(chǎn)品的可靠性和穩(wěn) 定性不高，網(wǎng)絡(luò)化程度也不夠，目前主要用于 NC 程序傳送，串口通 訊技術(shù)，其集成化、遠(yuǎn)程故障排除、網(wǎng)絡(luò)化水平有限。所以，我們?cè)? 數(shù)控技術(shù)的研究和應(yīng)用上還有很長一段 路要走，我們翹首以待中國的 DNC(數(shù)字制造 )技術(shù)能早日到來。 組成 數(shù)控機(jī)床主要有三大部分組成機(jī)床主體、數(shù)控裝置、伺服機(jī)構(gòu)。數(shù)控機(jī)床一般由輸入輸出設(shè)備、 CNC 裝置（或稱 CN C 單元）伺服單元、驅(qū)動(dòng)裝置（或稱執(zhí)行機(jī)構(gòu)）及電氣控制裝置、輔助裝置、機(jī)床本 6 體、測(cè)量反饋裝置等組成。 除機(jī)床本體之外的部分統(tǒng)稱為計(jì)算機(jī)數(shù)控（ CNC）系統(tǒng)。首先根據(jù)零件圖制定工藝方案，采用手工或計(jì)算機(jī)進(jìn)行零件程序的編制，并把編 好的零件程序存放于某種控制介質(zhì)中。然后經(jīng)相應(yīng)的輸入裝置把存放在該介質(zhì)上的零件程序輸入至 CNC 裝置。 CNC 裝置根據(jù)輸入的零件程序和操作指令進(jìn)行相應(yīng)的處理，輸入位置控制指令到進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)刀具和工件的相對(duì)移動(dòng)，輸出速度控制指令到主軸伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)切削，輸出 M、 S、 T 指令到 PLC 以實(shí)現(xiàn)順序動(dòng)作的開關(guān)量 I/Q 控制，從而加工出圖紙要求的零件 數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先必須將工件的幾何數(shù)據(jù)和工藝數(shù)據(jù)等加工信息按規(guī)定的代碼和格式編制成零件的數(shù)控加工程序，這是數(shù)控機(jī)床的工作指令。將加工程序用適當(dāng)?shù)姆椒ㄝ斎氲綌?shù)控系 統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)對(duì)輸入的加工程序進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，輸出各種信息和指令，控制機(jī)床主運(yùn)動(dòng)的變速、起停、進(jìn)給的方向、速度和位移量，以及其他如刀具 操作臺(tái) PLC 主軸伺服 主軸驅(qū)動(dòng)裝置 數(shù) 控 裝 置 進(jìn)給伺服 單元 進(jìn)給驅(qū)動(dòng)裝置 機(jī)床 主 進(jìn) 運(yùn) 給 動(dòng) 傳 機(jī) 動(dòng) 構(gòu) 機(jī) 構(gòu) 7 選擇交換、工件的夾緊松開、冷卻潤滑的開關(guān)等動(dòng)作，使刀具與工件及其他輔助裝置嚴(yán)格地按照加工程序規(guī)定的順序、軌跡和參數(shù)進(jìn)行工作。數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行處于不斷地計(jì)算、輸出、反饋等控制過程中，以保證刀具和工件之間相對(duì)位置的準(zhǔn)確性，從而加工出符合要求的零件。數(shù)控機(jī)床加工工件的過程見圖 11 圖 11 數(shù)控機(jī)床加工工件的過程 8 第二章 數(shù)控技術(shù)在機(jī)械加工中的應(yīng)用 近些年來，汽車工業(yè)發(fā)展突飛猛進(jìn)，在如此快速的發(fā)展過程中，汽車配件的加工技術(shù)業(yè)同步在飛速發(fā)展，而數(shù)控技術(shù)的應(yīng)用，在一定程度上更大的加快了汽車配件的生產(chǎn)制造。 將加工中心和其他高速數(shù)控機(jī)床的高速柔性生產(chǎn)集“高柔性”與“高效率”于一體不僅滿足了產(chǎn)品更新?lián)Q代頻率越來越快的要求，做到一次投資。長期受益，又有不遜于組合機(jī)床剛性自動(dòng)線的自造效率，從而打破了汽車生產(chǎn)中有關(guān)“經(jīng)濟(jì)規(guī)?！钡膫鹘y(tǒng)觀念，實(shí)現(xiàn)了多品種、中小批量的搞笑生產(chǎn)。其中復(fù)雜的零部件加工制造能夠運(yùn)用現(xiàn)代化數(shù)控加工技術(shù)中的快速成 形制造技術(shù)輕易實(shí)現(xiàn)，不但如此，還有一些其他方面的技術(shù)，如數(shù)控技術(shù)中的虛擬制造技術(shù)、柔性制造技術(shù)、集成制造技術(shù)等等，在汽車制造工業(yè)中都有了更加廣泛的應(yīng)用。當(dāng)今世界的汽車加工制造業(yè)已經(jīng)和數(shù)控加工技術(shù)的應(yīng)用無法分開了。 我國是一個(gè)煤炭大國，煤炭資源在我國的能源系統(tǒng)中占有舉足輕重的地位。這就決定了我國的煤機(jī)企業(yè)的任務(wù)是為煤炭系統(tǒng)生產(chǎn)高質(zhì)量、高可靠性的煤炭開采及保護(hù)裝備。在激烈的市場(chǎng)競爭的條件下， 9 如何謀生存、求發(fā)展，煤機(jī)行業(yè)本身的水平關(guān)鍵要看創(chuàng)新能力、人員素質(zhì)和企業(yè)素質(zhì)的提高。 企業(yè)設(shè)備數(shù)字化化程度高低 (數(shù)控設(shè)備占主要設(shè)備擁有量比率 )是代表工業(yè)化水平的標(biāo)志，同時(shí)要組建符合廠情的生產(chǎn)模式，機(jī)床的配置上要根據(jù)被加工零件的圖紙的復(fù)雜程度、精度、材質(zhì)、數(shù)量和熱處理等因素來選擇機(jī)床。 現(xiàn)代采煤機(jī)開發(fā)速度快，品種多，都是小批量的生產(chǎn)，各種機(jī)殼的毛坯制造越來越多地采用焊件，傳統(tǒng)機(jī)械加工難以實(shí)現(xiàn)單件的下料問題，而使用數(shù)控氣割，代替了過去流行的仿型法，使用龍骨板程序?qū)Σ擅簷C(jī)葉片、滾筒等下料，從而優(yōu)化套料的選用方案。使其發(fā)揮了切割速度快、質(zhì)量可靠的優(yōu)勢(shì)，一些零件的焊接坡口可直接割出，這樣大大提高 了生產(chǎn)效率。同時(shí)，數(shù)控氣割機(jī)裝有自動(dòng)可調(diào)的切縫補(bǔ)償裝置。它允許對(duì)構(gòu)件的實(shí)際輪廓進(jìn)行程序控制，好比數(shù)控機(jī)床上對(duì)銑刀的半徑補(bǔ)償一樣。這樣可以通過調(diào)節(jié)切縫的補(bǔ)償值來精確的控制毛坯件的加工余量。例如在采煤機(jī)擺線齒形的銷軌輪，其切槽較深，加工余量大，普通銑床的加工余量不均勻。而數(shù)控銑床可解決這一問題較精確的控制。氣割后在進(jìn)行安全退火，改善了構(gòu)件的組織和韌性。不但提高構(gòu)件質(zhì)量也降低了能源的無用浪費(fèi)。 在切削加工方面的應(yīng)用，可實(shí)現(xiàn)形狀復(fù)雜、精度要求高的零件加工。在采煤機(jī)浮動(dòng)油封的結(jié)構(gòu)中，使用時(shí)要求內(nèi)環(huán)的凸曲面與外環(huán)的凹曲 面的密封圈各處壓縮量相等。壓縮接觸面積均勻，才能滿