【正文】 專 業(yè) 數(shù)控技術(shù)與應(yīng)用 年級(jí)班別 10 數(shù)控 2 姓 名 周傳坤 學(xué) 號(hào) 073922 指導(dǎo)教師 劉濤 （ 2020 年 3 月 30 日） 廣州工程 技術(shù) 職業(yè)學(xué)院廣州市公用事業(yè)高級(jí)技工學(xué)校教學(xué)點(diǎn)制 1 經(jīng)答辯， 該學(xué)生的論文 最終 成績(jī)?yōu)椋? 2 摘 要 世界制造業(yè)轉(zhuǎn)移，中國(guó)正在逐步成為世界加工廠。 7 4 第四章 數(shù)控車的工藝與工裝削 9 12 修改程序和刀補(bǔ)控制尺寸 16 結(jié)語(yǔ) 致謝 參考文獻(xiàn) 5 第一章 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生 在機(jī)械制造工業(yè)中并不是所有的產(chǎn)品零件都具有很大的批量，單件與小批量生產(chǎn)的零件（批量在 10～ 100 件）約占機(jī)械加工總量的 80%以上。從應(yīng)用來(lái)說(shuō)，數(shù)控機(jī)床就是將加工過(guò)程所需的各種操作（如主軸變速、松加工件、進(jìn)刀與退刀、開(kāi)車與停車、選擇刀具、供給切削液等）和步驟，以及刀具與工件之間的相對(duì)位移量都用數(shù)字化的代碼來(lái)表示，通過(guò)控制介質(zhì)將數(shù)字信息送入專用的或通用的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)對(duì)輸入的信息進(jìn)行處理與運(yùn)算，發(fā)出各種指令來(lái)控制機(jī)床的伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，是機(jī)床自動(dòng)加工出所需要的零件。 （ 2）高速、高效、高精度 高速、高效、高精度是機(jī)械加工的目標(biāo)，數(shù)控機(jī)床因其價(jià)格昂貴，在上述三方面的發(fā)展 也就更為突出。有的數(shù)控機(jī)床將采用說(shuō)明書(shū)、編程指南、潤(rùn)滑指南等存入系統(tǒng)共使用者調(diào)閱。 ．板材加工類數(shù)控機(jī)床 常見(jiàn)的應(yīng)用于金屬板材加工的數(shù)控機(jī)床有數(shù)控壓力機(jī)、數(shù)控剪板機(jī)和數(shù)控折彎?rùn)C(jī)等。 直線控制的簡(jiǎn)易數(shù)控車床，只有兩個(gè)坐標(biāo)軸，可加工階梯軸。輪廓控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要比點(diǎn)位 /直線控系統(tǒng)更為復(fù)雜，在加工過(guò)程中需要不斷進(jìn)行插補(bǔ)運(yùn)算，然后進(jìn)行相應(yīng)的速度與位移控制 。但是，系統(tǒng)對(duì)移動(dòng)部件的實(shí)際位移量不進(jìn)行監(jiān)測(cè)，也不能進(jìn)行誤差校正。這類控制的數(shù)控機(jī)床，因把機(jī)床工作臺(tái)納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)控制數(shù)控機(jī)床?；旌峡刂茢?shù)控機(jī)床特別適用于大型或重型數(shù)控機(jī)床，因?yàn)榇笮突蛑匦蛿?shù)控機(jī)床需要較高的進(jìn)給速度與相當(dāng)高的精度，其傳動(dòng)鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機(jī)床傳動(dòng)鏈和工作臺(tái)全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調(diào)試比較復(fù)雜。 . 合理選擇切削用量 12 對(duì)于高效率的金屬切削加工來(lái)說(shuō)，被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。它比 切削速度對(duì)刀具的影響小。 . 合理選擇刀具 1) 粗車時(shí)，要選強(qiáng)度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時(shí)大背吃刀量、大進(jìn)給量的要求。 . 夾具安裝要點(diǎn) 目前液壓卡盤和液壓夾緊油缸的連接是靠拉桿實(shí)現(xiàn)的，液壓卡盤夾緊要點(diǎn)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。鑒于上述程序首句使用 G50 建立工件坐標(biāo)系的種種弊端，筆者想辦法將工件坐標(biāo)系固定在機(jī)床上，將程序首句 G50 Xα Zβ改為 G00 Xα Zβ后，問(wèn)題迎刃而解。如用 1號(hào)外圓刀加工某處軸段，尺寸長(zhǎng)了 ，可在 001 刀補(bǔ)處輸入 。數(shù)控車削工件時(shí)，工件徑向尺寸的精度一般比軸向尺寸精度高，故在編寫(xiě)程序時(shí)，徑向尺寸最好采用絕對(duì)編程，考慮到加工及編寫(xiě)程序的方便，軸向尺寸常采用相對(duì)編程，但對(duì)于重要的軸向尺寸，最好采用絕對(duì)編程。 數(shù)控車削加工是基于數(shù)控程序的自動(dòng)化加工方式，實(shí)際加工中，操作者只有具備較強(qiáng)的程序指令運(yùn)用能力和豐富的實(shí)踐技能，方能編制出高質(zhì)量的加工程序，加工出高質(zhì)量的工件。 PLC 與 CNC 的集成是采取軟件接口實(shí)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(duì)所有地址的信息狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，根據(jù)各接口信 號(hào)的現(xiàn)時(shí)狀態(tài)加以分析判斷，據(jù)此作出進(jìn)一步的控制命令，完成對(duì)運(yùn)動(dòng)或功能的控制。 進(jìn)給伺服系統(tǒng)速度調(diào)節(jié)器的正確調(diào)節(jié)是最重要的，應(yīng)該在位置開(kāi)環(huán)的條件下作最佳化 調(diào)節(jié)，既不過(guò)沖又要保持一定的硬特性。它將電動(dòng)機(jī)實(shí)際轉(zhuǎn)速匹配成電壓值送回伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)作為速度反饋信號(hào)，與指令速度電壓值相比較，從而實(shí)現(xiàn)速度的精確控制。 控機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的電氣控制 數(shù)控機(jī)床一個(gè)運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的電氣控制由電流 (轉(zhuǎn)矩 )控制環(huán)、速度控制環(huán)和位置控制環(huán)串聯(lián)組成 。位置環(huán)將最終影響坐標(biāo)軸的位置精度及工作精度。關(guān)于 Kv值的設(shè)置要注意兩個(gè)問(wèn)題，首先要滿足下列公式： Kv=v/Δ 式中 v—— 坐標(biāo)運(yùn)行速度， m/min Δ —— 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(shè)置時(shí)要注意數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的單位。 (4)前饋控制與反饋相反，它是將指令值取出部分預(yù)加到后面的調(diào)節(jié)電路，其主要作用是減小跟蹤誤差以提高動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性從而提高位置控制精度。 三年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識(shí)，更重要的是在閱讀、實(shí)踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達(dá)能力和廣闊視野。例如， 用于筋板和翅片類形狀零件制造的模具需要使用的薄壁 石墨 電極 其 高度可達(dá) 120 mm 左右，而壁厚僅 1mm左右，加工難度非常大。 （ 2）讓刀和彈刀 刀具切入工件時(shí)，薄壁在切削力作用下 將 背離刀具發(fā)生彈性變形并產(chǎn)生讓刀（如圖 2（ a）所示），導(dǎo)致刀具的實(shí)際切削量小于名義切削量而產(chǎn)生欠切。因此，降低切削力必然可以減少讓刀和彈刀的發(fā)生，提高薄壁結(jié)構(gòu) 石墨電極的表面加工質(zhì)量，進(jìn)而減小切削力自身的波動(dòng)變化，提高切削過(guò)程的穩(wěn)定性， 從而 減 少 薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極的邊角崩碎和折斷現(xiàn)象。精加工時(shí)，刀具的切削過(guò)程應(yīng)保持一致，以獲得最好的表面加工質(zhì)量，操作者可根據(jù)零件形狀來(lái)選擇最佳的復(fù)雜型面精加工操作。立方氮化硼刀具具有較高的硬度和耐磨性，是加工超硬碳 石墨復(fù)合材料的比較理想的刀具，可提高生產(chǎn)率和加工質(zhì)量，但存在刀具韌性不足和易崩刃現(xiàn)象 [10]，因此在高速銑削加工中較少使用，多用于 車削加工。立銑刀一般主要用于平面和形狀比較簡(jiǎn)單的曲面加工，是銑削平面的理想刀具。 刀具直徑 銑刀直徑應(yīng)根據(jù) 薄壁石墨電極的 形狀復(fù)雜程度和切削余量來(lái)選擇。此外，為減少薄壁發(fā)生彈性變形后回彈時(shí)頂部與刀具之間的干涉，通常將刀具制造為如圖 7 所示的特殊結(jié)構(gòu) [15]，在保持刀具一定剛性的前提下，使刀具刃長(zhǎng)之上的部分刀柄處的直徑小于刀柄可供夾持部位的直徑，使可能與薄壁發(fā)生接觸的刀柄部位形成避空，減少薄壁頂部與刀柄的再次碰撞和接觸。 刀具路徑生成策略 在典型薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極高速銑削的粗加工中，主要采用 三維區(qū)域清除策略，該策略可 根據(jù)三維曲面的形狀定義行距，無(wú)論是對(duì)于平坦區(qū)域還是對(duì)于陡峭側(cè)壁區(qū)域都可以獲 得穩(wěn)定的刀具路徑。 上述薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極高速銑削的半精加工編程策略也適用于精加工，只是要針對(duì)精加工來(lái)重新設(shè)定工藝參數(shù)。 切入、切出 在進(jìn)行典型薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極高速銑削編程時(shí)，不僅要考慮選用合適的刀具路徑生成策略，同時(shí)還應(yīng)考慮選用高效的刀具切入切出方式，盡可能地避免刀具的空程移動(dòng)，極大地提高切削效率。 (a) (b) (c) (d) (e) （ f） 圖 11 典型薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極高速 銑削工藝路線實(shí)體圖：（ a）輪廓粗加工；（ b）頂面半精加工；（ c）側(cè)壁 29 半精加工；（ d）頂面和側(cè)壁精加工；（ e）基準(zhǔn)精加工；（ f）直壁精加工 (a) (b) (c) (d) (e) （ f） 圖 12 典型薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極高速銑削刀具路徑仿真圖：（ a）輪廓粗加工－偏置區(qū)域清除；（ b）頂面半精加工－投影加工；（ c）側(cè)壁半精加工－等高精加工； （ d）頂面和側(cè)壁精加工－最佳等高精加工；（ e）基準(zhǔn)精加工－平行精加工；（ f）直側(cè)面精加工－等高精加工 利用 Powermill軟件對(duì) 該薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極 進(jìn)行高速銑削編程所得的刀具路徑 如圖 12 所示 。 通過(guò)優(yōu)選 適用于薄壁石墨電極高速銑削 的刀具材料 、 刀具結(jié)構(gòu) 、編程策略 和工藝參數(shù) 可 以 有效地 解決 石墨電極邊角崩碎問(wèn)題 。導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)格、 務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)、敏銳的洞察力深深影響著我；導(dǎo)師在論文的選題、試驗(yàn)開(kāi)展以及研究技術(shù)路線等方面給予了關(guān)鍵的指導(dǎo)作用，對(duì)論文的研究工作更是提出了許多建設(shè)性的意見(jiàn)；老師豐富的理論知識(shí)、深厚的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和超人的勤奮使學(xué)生受益終生；在學(xué)習(xí)和生活中，導(dǎo)師也給予了極大的關(guān)心和鼓勵(lì)。進(jìn)行半精加工時(shí)，由于該 電極的頂面是由平面和圓弧面組合而成，其半精加工 可 采用投影加工策略（圖 12（ b） ） ，而側(cè)壁半精加工則采用的是等高精加工策略（圖 12（ c））。通過(guò)平緩且連續(xù)地增加切削載荷，可以減小切削沖擊，避免薄壁崩角和刀具破損。 三維偏置精加工策略適用于由平面和陡峭曲面混合而成的模型，可得到完美的加工表面。精加工前，必須首先應(yīng)用區(qū)域清除策略，以切除大量的工件材料。 目前高速加工常用的刀柄形式主要 有 常規(guī) 7/24 錐度刀柄（ ISO、 BT、 SK 等）、 BBT 刀柄 和HSK 刀柄等。當(dāng)電極形狀比較簡(jiǎn)單時(shí)，通常采用直徑較大的刀具。而圓角銑刀又俗稱為圓角銑刀，兼有球頭刀和立銑刀的特點(diǎn)，因此曲面和平面都可采用圓角銑刀進(jìn)行加工 [12,13]。 顯然， CVD 金剛石涂層刀具從切削性能上來(lái)說(shuō)是適用于石墨高速銑削的最佳刀具 [9]，但是由于目前刀具的制造工藝尚不穩(wěn)定、刀具價(jià)格非常昂貴，從而限制了其在石墨加工領(lǐng)域的應(yīng)用和推廣。 目前，適用于石墨加工的刀具材料主要有金剛石刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、硬質(zhì)合金刀具和高速鋼。 n(a)薄壁刀具 n(b)薄壁刀具 名義切削量欠切過(guò)切n刀具( c )薄壁 圖 2 薄壁電極高速銑削時(shí)的欠切和過(guò)切示意圖 ： (a)讓刀 ； (b)彈刀 ； (c)刀具偏擺 24 v = 2 5 0 m / m i n , f z = 0 . 0 8 m m / z , R d = 1 m m , A d = 1 m m?? ? m m , A l T i N c o a t i n g , Ca rb i d e e n d m i l l0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 00Cu t t i n g t i m e ( s )2002 002002 0Cutting forces (N)FxFyFz2 020(a ) 0 . 0 2 0 . 0 4 0 . 0 6 0 . 0 8 0 . 1 00Cu tt in g ti m e ( s )v = 1 4 0 m /m in , fz= 0 . 0 8 m m /z , R d= 0 . 2 m m , A d= 0 . 3 m m?? ? m m , A l Ti N c o a ti n g , Ca r b id e e n d m i ll200 2 00200 2 0Cutting forces (N)FxFyFz 2 020( b ) 圖 3 薄壁高速銑削與普通高速側(cè)銑的切削力對(duì)比 ： (a)側(cè)銑 ； (b)薄壁高速銑削 [4] 已加工表面質(zhì)量和尺寸精度難以保證 薄壁結(jié)構(gòu)石墨電極在加工過(guò)程中 如若出現(xiàn) 由讓刀和彈刀引起的欠切將導(dǎo)致使加工后的薄壁厚度大于名義壁厚，而由刀具偏擺引起的過(guò)切將導(dǎo)致使加工后的薄壁厚度小于名義