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概论41160.ppt

上传人:dreamzhangning 文档编号:3257158 上传时间:2018-10-09 格式:PPT 页数:91 大小:7.62MB
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资源描述

1、数控加工工艺,加 工 中 心,加工中心,立式加工中心,龙门加工中心,卧式加工中心,第一章 概论,主要内容与教学目的,内容: 本课程以数控加工工艺与数控编程技术为主线,重点介绍数控车削、数控平面铣削、三轴铣削、多轴铣削加工工艺与编程及其常用CAM软件。 目的: 1.掌握数控加工工艺与编程基础 2.掌握数控车削加工工艺与编程 3.掌握数控平面铣削加工工艺与编程 4.了解数控三轴铣削加工工艺与编程 5.了解数控多轴铣削加工工艺与编程,一、什么是机床的数字控制以数字指令方式控制机床各部件的相对运动和动作. 例:N003 G90 G01 X+35. Y+279.3 Z-429.7 S1000 T02 F

2、500 M07;将数字代码输入机床的数字控制装置(即控制机床的专用计算机)中去,经过计算机的计算处理、伺服控制、驱动机床各部件运动,完成零件的加工。,1.1 数控加工工艺的基本概念,程序示例1,程序示例2,数控机床是用数字信息进行控制的机床。 它用数字代码将刀具相对工件移动的轨迹、 速度等信息记录在程序介质上, 然后送入数控系统经过译码和运算, 控制机床刀具与工件的相对运动, 加工出所需要的工件。 其基本过程如图所示。,二、数控加工工艺过程,数控机床与普通机床相比,具有以下特点: )适应性强 适应性是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。 )精度高 工作过程不需要人工干预,而是自动工作的,

3、且通过实时检测装置来修正或补偿以获得更高的精度。 )效率高 数控机床可以采用较大的切削用量,而且具有自动换速、自动换刀和其他辅助操作自动化的功能。 )减轻劳动强度、改善劳动条件。 )有利于生产管理的现代化。,三、数控机床的特点,2.数控机床的优势:1). 广泛的适应性和较大的灵活性 2). 加工精度高,质量稳定;3). 高自动化高效率;5). 可以采用复合工艺;,3.数控机床的适合加工的零件:1). 小批量而又轮番生产的零件;2). 几何形状复杂的零件;3). 需进行多种工序加工的零件;4). 切削余量大的零件;5). 加工精度高的零件;6). 工艺设计会经常变化的零件;7). 贵重零件;8)

4、. 需全部检测的零件 缺点:实现数控加工的要求1). 初次设备投资大;2). 对使用者技术要求高,典型零件,22,CAM系统功能模型,工艺路线文件 工序内容文件 零件信息,加工设备 数据库 CAM软件,CAM,NC加工程序NC检测程序,1.3 CAD/CAM技术概述,一、 国外CAD/CAM软件 1 CATIA,1.3 CAD/CAM技术概述,CATIA是由法国著名飞机制造公司Dassault(达索公司)开发并由IBM公司负责销售的一个高档CAD/CAM/CAE/PDM(Peculiarity Drive Model特性驱动模型)应用系统,CATIA起源于航空工业,随着从工作站平台为基础移植到

5、PC机,在短期内被推广到其他产业。现今CATIA在航空业、汽车制造业、通用机械制造业、教育科研单位拥有大量用户。,作为世界领先的CAD/CAM软件,CATIA可以帮助用户完成大到飞机小到螺丝刀的设计及制造,它提供了完备的设计能力:从2D到3D到技术指标化建模,同时,作为一个完全集成化的软件系统,CATIA采用特征造型和参数化造型技术,允许自动指定或由用户指定参数化设计、几何或功能化约束的变量式设计,将机械设计、工程分析及仿真和加工等功能有机地结合,为用户提供严密的无纸工作环境从而达到缩短设计生产时间、提高加工质量及降低费用的效果。,一、 国外CAD/CAM软件 1 CATIA,一、国外CAD/

6、CAM软件 2、 Pro/Engineer,Pro/Engineer是美国PTC公司推出的新一代CAD/CAE/CAM软件,它是一个集成化的软件,其功能非常强大,利用它可以进行零件设计、产品装配、数控加工、钣金件设计、模具设计、机构分析、有限元分析和产品数据库管理、应力分析、逆向造型优化设计等。,一、国外CAD/CAM软件 2 Pro/Engineer,第2章 CAD/CAM软件简介,自从Pro/Engineer系统以参数化设计的面貌问世以来,随即带动业界对于参数化设计的CAD/CAM系统引颈而盼,Pro/Engineer参数化设计的特性如下:1.三维实体模型(Solid model)2.单一

7、数据库(Single database)3.以特征作为设计的基础(Feature-based design)4.参数化设计(Parametric design),一、国外CAD/CAM软件 3 UG NX,第2章 CAD/CAM软件简介,UG NX软件起源于美国麦道飞机公司,后于1991年11月并入世界上最大的软件公司-EDS公司。目前,UG NX是西门子自动化与驱动集团(A&D)旗下机构Siemens PLM Software的产品之一。在UG NX软件问世初期,美国通用汽车公司是UG软件的最大用户。随着该软件的不断发展,UG NX软件现已广泛地应用于通用机械,模具,汽车及航天等领域。UG

8、软件进入中国十九年,得到了越来越广泛的应用,已成为我国工业界主要使用的大型CAD/CAE/CAM软件之一。,一、国外CAD/CAM软件 3 UG NX,UG NX并入西门子公司以后,来自 UGS PLM 的 NX 使企业能够通过新一代数字化产品开发系统实现向产品全生命周期管理转型的目标。市场最新版本为NX8,NX8 包含了企业中应用最广泛的集成应用套件,用于产品设计、工程和制造全范围的开发过程。,一、国外CAD/CAM软件 4 Mastercam,它是美国CNC Software. INC所研制开发的集计算机辅助设计和制造功能于一体的软件。它的CAD模块不仅可以绘制二维和三维零件图形,也能在C

9、AM模块中,对被加工零件直接编制刀具路径和数控加工程序。它主要应用于加工中心、数控铣床、数控车床、线切割、雕刻机等数控加工设备。由于该软件的性价比好,而且学习使用比较方便,因此被中小型企业所接受。该软件是微机平台上装机量最多、应用最广泛的软件之一。,一国外CAD/CAM软件 4 Mastercam,它把计算机辅助设计(CAD)功能和计算机辅助制造(CAM)功能有机地结合在一起。通常的过程是:利用CAD模块设计零件,绘制加工图形,产生刀具路径,用仿真加工来验证刀具轨迹和优化程序,然后通过后处理将刀具轨迹转换为机床数控系统能够识别的数控加工文件(*.NC),最后经过计算机通信接口(RS-232接口

10、)将NC程序发送到加工中心等数控机床,数控机床完成设计零件的加工。计算机辅助数控编程(CAM)比以前在数控机床上使用手工编程更为先进。,2.1 国外CAD/CAM软件 2.1.5 CimatronE,一国外CAD/CAM软件 5 CimatronE,在制造过程中,Cimatron E全面的NC解决方案包含一系列久经市场检验的加工策略,为用户提供了无以伦比的加工效率。在制造业,Cimatron实现了用于高速铣的2.5轴至5轴刀路、毛坯残留和能够显著减少编程与加工时间的模板。更有完全智能,基于特征的NC处理,也为高级用户提供了足够灵活的控制权。,返回本章目录,33,I-DEASI-DEAS 是美国

11、SDRC(Structural Dynamics Research Corporation)公司自1993年推出的新一代机械设计自动化软件,也是该公司在CAD/CAE/CAM领域的旗舰产品,并以其高度一体化、功能强大、易学易用等特点而著称。I-DEAS Master Series 最大的突破在于VGX技术以及超VGX技术,极大地改进了交互操作的直观性和可靠性。,34,SolidWorks SolidWorks是一套基于Windows的CAD/CAE/ CAM/PDM桌面集成系统,是由美国SolidWorks公司于1995年11月研制开发的,其价格仅为工作站CAD系统的四分之一。该软件采用自顶向

12、下的设计方法,可动态模拟装配过程,它采用基于特征的实体建模,自称100%的参数化设计和100%的可修改性,同时具有中英文两种界面可供选择其先进的特征树结构使操作更加简便和直观。,Ansys软件是融结构、热、流体、电磁、声学于一体 的大型通用有限元分析软件,可广泛用于核工业、铁道、 石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防 军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、 水利、日用家电等一般工业及科学研究。 Ansys软件多物理场耦合的功能,允许在统一模型上进 行各式各样的耦合计算,如:热流体耦合,磁电耦合, 以及电磁流体热耦合,确保了所有的Ansys用户的 多领域多变工程问题的求

13、解。,Ansys 功能简介,2018/10/9,36,ANSYS功能概览,结构分析 热分析 电磁分析 流体分析 (CFD) 耦合场分析 - 多物理场,2018/10/9,37,ANSYS 结构分析 概览,结构分析的类型: 静力分析 - 用于静态载荷. 可以考虑结构的线性及非线性行为,例如: 大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等. 模态分析 - 计算线性结构的自振频率及振形. 谱分析 是模态分析的扩展,用于计算由于随机振动引起的结构应力和应变 (也叫作 响应谱或 PSD).,结构分析用于确定结构的变形、应变、应力及反作用力等.,2018/10/9,38,ANSYS 结构分析 概览(

14、续),谐响应分析 - 确定线性结构对随时间按正弦曲线变化的载荷的响应. 瞬态动力学分析 - 确定结构对随时间任意变化的载荷的响应. 可以考虑与静力分析相同的结构非线性行为. 特征屈曲分析 - 用于计算线性屈曲载荷并确定屈曲模态形状. (结合瞬态动力学分析可以实现非线性屈曲分析.) 专项分析: 断裂分析, 复合材料分析,疲劳分析,Courtesy: Sikorsky Aircraft,2018/10/9,39,ANSYS 结构分析 概览(续),用于模拟非常大的变形,惯性力占支配地位,并考虑所有的非线性行为. 它的显式方程求解冲击、碰撞、快速成型等问题,是目前求解这类问题最有效的方法.,ANSYS

15、除了提供标准的隐式动力学分析以外, 还提供了显式动力学分析模块ANSYS/LS-DYNA.,2018/10/9,40,ANSYS热分析概览,热分析之后往往进行结构分析,计算由于热膨胀或收缩不均匀引起的应力. ANSYS功能: 相变 (熔化及凝固), 内热源 (例如电阻发热等) 三种热传递方式 (热传导、热对流、热辐射),ANSYS 热分析计算物体的稳态或瞬态温度分布,以及热量的获取或损失、热梯度、热通量等.,2018/10/9,41,ANSYS电磁分析概览,磁场分析中考虑的物理量是磁通量密度、磁场密度、磁力、磁力矩、阻抗、电感、涡流、能耗及磁通量泄漏等.磁场可由电流、永磁体、外加磁场等产生.,

16、磁场分析 用于计算磁场.,2018/10/9,42,ANSYS电磁分析概览(续),磁场分析的类型: 静磁场分析 - 计算直流电(DC)或永磁体产生的磁场. 交变磁场分析 - 计算由于交流电(AC)产生的磁场. 瞬态磁场分析- 计算随时间随机变化的电流或外界引起的磁场.,2018/10/9,43,ANSYS电磁分析概览(续),电场分析 用于计算电阻或电容系统的电场. 典型的物理量有电流密度、电荷密度、电场及电阻热等.高频电磁场分析 用于微波及RF无源组件,波导、雷达系统、同轴连接器等分析.,2018/10/9,44,ANSYS 流体分析 概览,流体分析 用于确定流体的流动及热行为. 流体分析分以

17、下几类: CFD - ANSYS/FLOTRAN 声学分析 容器内流体 流体动力学耦合,2018/10/9,45,ANSYS 耦合场分析概览,耦合场分析 考虑两个或多个物理场之间的相互作用。如果两个物理场之间相互影响,单独求解一个物理场是不可能得到正确结果的,因此你需要一个能够将两个物理场组合到一起求解的分析软件。,其他需要耦合场分析的典型情况有: 热应力分析 流体结构相互作用 感应加热(电磁热), 感应振荡,两根热膨胀系数不同的棒焊接在一起,图示为加热后的变形.,二、 国内CAD/CAM软件 CAXA制造工程师概述,CAXA是我国制造业信息化CAD/CAM和PLM领域研发的拥有自主知识产权软

18、件的优秀代表和知名品牌,是中国领先的PLM方案和服务提供商。CAXA-ME集成了数据接口、几何造型、加工轨迹生成、加工过程仿真检验、数控加工代码生成、加工工艺清单生成等一整套面向复杂零件和模具的数控编程功能。目前,CAXA-ME已广泛应用于注塑模、锻模、汽车覆盖件拉伸模、压铸模等复杂模具的生产以及汽车、电子、兵器、航空航天等行业的精密零件加工。,二、国内CAD/CAM软件 CAXA制造工程师主要功能,方便的特征实体造型 强大的NURBS自由曲面造型 灵活的曲面实体复合造型 两轴五轴的数控加工功能 支持高速加工 参数化轨迹编程和轨迹批处理 加工工艺控制 加工轨迹仿真 通用后置处理 数学表达式的计

19、算功能,1.4 数控加工技术的产生和发展,一、 数控机床的产生和发展(一)产生:随着科学技术的发展,机械产品结构越来越合理,其性能、精度和效率日趋提高更新换代频繁,生产类型由大批大量生产向多品种小批量生产转化。因此,对机械产品的加工相应得提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。数字控制机床就是为了解决单件、小批量、特别是复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。,第一台数控机床是1952年美国PARSONS公司与麻省理工学院(MIT)合作研制的三坐标数控铣床,它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面的技术成果,可用于加工复杂曲面零件。数控机床的发展先后经

20、历了电子管(1952年)、晶体管(1959年)、小规摸集成电路(1965年)、大规模集成电路及小型计算机(1970年)和微处理机或微型机算机(1974年)等五代数控系统。,(二)数控加工技术的产生发展及技术水平1949年美国Parson公司与麻省理工学院开始合作,历时三年研制出能进行三轴控制的数控铣床样机,取名“Numerical Control”。1953年麻省理工学院开发出只需确定零件轮廓、指定切削路线,即可生成NC程序的自动编程语言。1959年美国Keaney&Trecker公司开发成功了带刀库,能自动进行刀具交换,一次装夹中即能进行铣、钻、镗、攻丝等多种加工功能的数控机床,这就是数控机

21、床的新种类加工中心。,1968年英国首次将多台数控机床、无人化搬运小车和自动仓库在计算机控制下连接成自动加工系统,这就是柔性制造系统FMS (Flexible Manufacturing system)。1974年微处理器开始用于机床的数控系统中,从此CNC(计算机数控系统)软线数控技术随着计算机技术的发展得以快速发展。1976年美国Lockhead公司开始使用图像编程。利用CAD(计算机辅助设计)绘出加工零件的模型,在显示器上“指点”被加工的部位,输入所需的工艺参数,即可由计算机自动计算刀具路径,模拟加工状态,获得NC程序。,DNC(直接数控)技术始于20世纪60年代末期。它是使用一台通用计

22、算机,直接控制和管理一群数控机床及数控加工中心,进行多品种、多工序的自动加工。DNC群控技术是FMS柔性制造技术的基础,现代数控机床上的DNC接口就是机床数控装置与通用计算机之间进行数据传送及通讯控制用的,也是数控机床之间实现通讯用的接口。随着DNC数控技术的发展,数控机床已成为无人控制工厂的基本组成单元。,20世纪90年代,出现了包括市场预测、生产决策、产品设计与制造和销售等全过程均由计算机集成管理和控制的计算机集成制造系统CIMS(Computer Integrated Manufacturing System)。其中,数控是其基本控制单元。20世纪90年代,基于PC-NC的智能数控系统开

23、始得到发展,它打破了原数控厂家各自为政的封闭式专用系统结构模式,提供开放式基础,使升级换代变得非常容易。充分利用现有PC机的软硬件资源,使远程控制、远程检测诊断能够得以实现。,数控机床的发展历程,1959,1965,数控机床,1952,电子管,晶体管,小型集成电路,1970,小型计算机,1974,微型计算机,1990,PC+CNC,数控机床的发展历程,更高水平发展(2000-2012年),产业化成熟阶段(1990-1999年),发展应用阶段(1980-1989年),起动阶段(1952-1979年),智能化、网络化、敏捷制造、虚拟制造,柔性单元、柔性系统、自动化工厂开始应用,数控系统微处理器运算

24、速度快速提高,功能不断完善、 可靠性进一步提高,监控、检测、换刀、外围设备得到了应用,先后经历电子管、晶体管、小集成电路、 大规模集成电路、小型计算机 ,微处理器等,发展趋势 进入九十年代以来,随着国际上计算机技术突飞猛进的发展,数控技术不断采用计算机、控制理论等领域的最新技术成就,使其朝着下述方向发展,运行高速化 加工高精化 功能复合化 控制智能化 体系开放化 驱动并联化 交互网络化,二、 数控机床的发展趋势,速度和精度是数控设备的两个重要指标,它们是数控技术永恒追求的目标。,一)运行高速化、加工高精化,运行高速化:使进给速度、主轴转速、刀具交换速度、托盘交换速度实现高速化,并且具有高加(减

25、)速率。进给高速化: 在分辨率为1m时,Fmax=240m/min。在Fmax下可获得复杂型面的精确加工;,主轴高速化:采用电主轴(内装式主轴电机),即主轴电机的转子轴就是主轴部件。 主轴最高转速达200000r/min。 主轴转速的最高加(减)速为1.0g ,即仅需1.8秒即可从0提速到15000r/min。 换刀速度 0.9秒(刀到刀) 2.8秒(切削到切削) 工作台(托盘)交换速度 6.3秒。,主轴高速化:采用电主轴(内装式主轴电机),即主轴电机的转子轴就是主轴部件。 主轴最高转速达200000r/min。 主轴转速的最高加(减)速为1.0g ,即仅需1.8秒即可从0提速到15000r/

26、min。 换刀速度 0.9秒(刀到刀) 2.8秒(切削到切削) 工作台(托盘)交换速度 6.3秒。,德马吉(DMG)最新推出的HSC linear系列机床代表着高速切削技术的全新时代。据介绍,这个全新的系列产品满足了全方位要求,超坚固结构设计构成超高速运动的基础,高频高转速HSK主轴为标准配置,全部直线轴和旋转轴全部采用直接驱动技术以确保更高动态性能和更高精度,还配备具有易用3D功能的高性能CNC数控系统。,HSC 55 linear采用龙门结构具有超高刚性,热对称平衡结构,标配28000r/min高速主轴,所有轴全部采用直接驱动技术,加速度达2g(g=9.8m/s2)。加工区的合理安排和主轴

27、的高转速使HSC55 linear加工中心不仅能高速加工高硬钢材还能高速加工石墨材料。 相比市场上的其它高速切削机床,选择28 000rpm主轴作为标配,德马吉这个新主轴的刚性更高。它不仅能降低加工中的振动,提高表面质量,延长刀具使用寿命。据介绍,该机床也可以配18000rpm电主轴,还可用相同的价格选配42000rpm甚至60000rpm两种转速的主轴。,HSC 55 linear加工中心,日本森精机NH系列,DZ15W Magnum双主轴高效立式加工中心,2.4 高速化,瑞士GF阿奇夏米尔 HSM500高速铣削中心,它采用混凝土聚合物(人造大理石)制成的龙门框架式的床身结构,可以有效地吸收

28、高加速度时产生的冲击力,以确保高的加工精度。专门量身定制的高刚性工作台在有限的空间内实现尽可能大的装夹面积。可配置30000转/分、42000转/分甚至54000转/分的高速电主轴,从而可实现高性能的高速铣削工艺。,加工高精化:提高机械设备的制造和装配精度;提高数控系统的控制精度;采用误差补偿技术。 高可靠性 国外整机平均无故障工作时间达1000小时以上,而国内最高只有600小时。,数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度,机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。 (1)提高CNC系统控制精度:采用高速插补技术,以微小程序段实现连续进给,使CNC控制单位精细化,并采

29、用高分辨率位置检测装置,提高位置检测精度位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法; (2)采用误差补偿技术:采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术,对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究结果表明,综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%80%; (3)采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度,并通过仿真预测机床的加工精度,以保证机床的定位精度和重复定位精度,使其性能长期稳定,能够在不同运行条件下完成多种加工任务,并保证零件的加工质量。 (4)机床的精度最高的达到1um,复合化是指在一台设备能实现多种工艺手段加工的方法。 镗铣钻复合加工中心(ATC)、五面加工

30、中心(ATC,主轴立卧转换); 车铣复合车削中心(ATC,动力刀头); 铣镗钻车复合复合加工中心(ATC,可自动装卸车刀架); 铣镗钻磨复合复合加工中心(ATC,动力磨头); 可更换主轴箱的数控机床组合加工中心;,二)功能复合化,图 复合加工可成功完成最复杂、高精度零件的加工。对于加工类似镍铬铁耐热耐蚀合金这样超硬材质,WFL公司将提供350bar喷气断屑系统,图 可加工出的各种齿轮形状,图 在涡轮轴上进行滚齿加工,加工过程自适应控制技术 加工参数的智能优化与选择 智能故障诊断与自修复技术 智能化交流伺服驱动装置,三)控制智能化,具体体现在以下几个方面:(1)加工过程自适应控制技术:通过监测加

31、工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息,利用传统的或现代的算法进行识别,以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定性状态,并根据这些状态实时调整加工参数(主轴转速、进给速度)和加工指令,使设备处于最佳运行状态,以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高设备运行的安全性; (2)加工参数的智能优化与选择:将工艺专家或技师的经验、零件加工的一般与特殊规律,用现代智能方法,构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”,利用它获得优化的加工参数,从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间的目的;(3)智能故障自诊断与自修复技术:根据已有的故障信息,应用现

32、代智能方法实现故障的快速准确定位;,(4)智能故障回放和故障仿真技术:能够完整记录系统的各种信息,对数控机床发生的各种错误和事故进行回放和仿真,用以确定错误引起的原因,找出解决问题的办法,积累生产经验;(5)智能化交流伺服驱动装置:能自动识别负载,并自动调整参数的智能化伺服系统,包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置。这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量,并自动对控制系统参数进行优化和调整,使驱动系统获得最佳运行; (6)智能4M数控系统:在制造过程中,加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径,将测量(Measurement)、建模(Modelling)、加工(

33、Manufacturing)、机器操作(Manipulator)四者(即4M)融合在一个系统中,实现信息共享,促进测量、建模、加工、装夹、操作的一体化。,智能化加工系统的四大目标是: 1 系统动态优化。将相关工艺过程和设备知识加以集成后进行建模,进行系统的动态性能优化。 2 设备自适应化。开发新的测量方法、模型和标准,在运行状态下对机床状态监控,借助在线测量、传感和实时分析进行自我诊断和误差补偿,提高机床的工作性能。3 采用新一代数控系统。与STEP-NC兼容的接口和数据格式,使基于CAD模型的机器控制能够无缝运行。4 在加工过程中直接测量刀具磨损和工件精度的方法。,振动大小在010g范围内分

34、为10级。其中,03g表示加工过程、刀具和刀夹都处于良好状态;37g表示加工过程需要调整,否则将导致主轴和刀具寿命的降低; 710g表示危险状态,如果继续工作,将造成主轴、机床、刀具和工件的损坏。而且,控制系统还可预测在该振动级主轴部件可以工作多长时间,即主轴寿命还有多长。 在过程监控系统中也可由用户设定一个g极限值,当振动超过此值时,系统报警并自动停机。系统也可以将某一时段的振动记录下来以便进一步分析,记录的数据包括:日期、时间、g值、g极限、主轴转速、刀具号、进给率、数控程序块号和程序名。可记录程序块的容量达18,000个,如果取时间间隔为2.5秒,可记录过程状态长达12.5小时之久。,图

35、6 电主轴,2. 热变形补偿 机床热变形是影响加工精度的主要因素之一。产生热变形的因素很多,主要是来自机床的工作环境和机床内部的热影响: 1) 环境影响。例如,车间的温度分布和温度变化以及空气对流;日光、暖气和邻近机床等热源的影响;以及来自机床基础的热传导。 2)机床内部的影响。例如,机床零部件的发热(轴承、丝杆、导轨、电动机、齿轮、液压系统等),切削过程产生的热量以及冷却系统的发热。 上述热影响对机床结构来说是一种复杂的热输入,它随时间和机床工作状态而变化,是不可预测的,而最终造成机床热变形的大小和部位还取决于机床结构材料的热性能,即材料的热胀系数、导热率和热容量以及机床的结构设计,即部件形

36、状、质量和热源的分布。,2.11 智能化,因此,机床结构的热场分布是不均匀且不稳定的,呈现为一种动态的三维梯度的热场。为了对机床在工作状态下的热变形进行补偿,还需要考虑切削和运动载荷所造成的变形。这就需要在机床的关键部位安放温度和位置传感器,测出主轴、3个坐标轴和环境温度分别造成的误差,最后汇总为x、y、z,输入数控系统进行补偿,其原理如图7所示。,图7 机床在载荷下的热变形补偿原理图,3 e-机床 在高速加工复杂的三维轮廓时,经常遇到如何优化上三个相互关联的数值:速度、精度和表面光洁度。例如,当粗加工模具时,首先应该考虑速度;在精加工小型精密电极时,精度就成为最重要的;而在光整模具时,追求的

37、却是表面光洁度。如何在不同情况下,合理配置和优化机床的性能来达到目标,是一个复杂的问题。因为它涉及数百个CNC参数,诸如运动控制的算法、伺服环的增益、前馈、平滑过滤器等。 FANUC、siemens、海德汉、fidia等系统,操作者通过简单的图形界面选择速度、精度和表面光洁度的优先级,就能够方便地设定机床性能。,从图中可见,操作者根据精加工和精度要求的优化目标,在触摸屏幕上选定精度和表面质量的中点(黄点),然后选择复杂程度(一般、中等、复杂)和工件重量(较轻、中等、较重),系统就自动生成从粗加工到精加工每一工步的机床性能和切削参数。如果选择时间优先,OSS将在角点处和曲面处扩大公差带。数控系统

38、将选用快速方案将工件切削至要求的形状,动力系统将提供最大加速度和最快速度。如果工机床设定为精度优先,OSS将缩小公差带,满足高精度要求。驱动系统将在拐角点处或曲面处降低速度,以免过切。为达到高表面质量,OSS将控制过渡点,设置拐角点和曲面处的公差带,机床将自动平滑地提驱动力。,图 9 操作支持系统,E-tower,4 智能化工厂 将技术、营业、生产、管理等各部门通过企业内部互联网结合起来,通过各个部门之间信息的共享,以较短的商品开发时间和较短的交货期,为客户们送上合适的产品,而通过缩短生产到交货的时间,可以大幅度地降低了生产成本,这样的智能化工厂是我们与客户一起推进的目标。 通过这个系统,加工

39、机不光是从相关部门取得和照会图面信息、加工信息、刀具准备信息等,通过加工机发出的运行状态、进展状况等数据,不但可以实时地进行生产管理,还可以从远距离进行监控。,在办公室里,可以掌握到关于现在机器的运行状况和生产指示等所有的信息。,多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体,使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力,因此也对用户界面提出了图形化的要求。合理的人性化的用户界面极大地方便了非专业用户的使用,人们可以通过窗口和菜单进行操作,便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。另外,在数控技术领域应用多媒体

40、技术可以做到信息处理综合化、智能化,应用于实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等,因此有着重大的应用价值。,5 利用多媒体技术, 通过手头的电脑将作业清单传送出去,可以发出作业指示。, 即使是人在外面,也可以通过手机对机器的运行状况进行监控。也可以确认实机加工时间,对交货期进行估算,可以防止浪费,进行合理生产。在生产现场,可以提供操作员所需的所有信息。,定义(IEEE):具有在不同的工作平台上均能实现系统功能、且可以与其他的系统应用进行互操作的系统。 开放式数控系统特点: 系统构件(软件和硬件)具有标准化(Standardization)与多样化( Diversificati

41、on)和互换性(Interchangeability)的特征 允许通过对构件的增减来构造系统,实现系统“积木式”的集成。构造应该是可移植的和透明的;,四)体系开放化,开放式数控装置的概念结构,并联加工中心(又称6条腿数控机床、虚轴机床)是数控机床在结构上取得的重大突破。,五)驱动并联化,PARALLEL MACHINE TOOLS,Swiss Federal Institute of Technology (5-axis),鉴于并联机床具有许多传统机床所无法比拟的卓越性能,它作为一种新型的加工设备,已成为当前机床技术的一个重要研究方向。近年来,受到了国际机床行业的高度重视。被认为是“自发明数控

42、技术以来在机床行业中最有意义的进步”,“21世纪新一代数控加工设备”。,支持网络通讯协议,既满足单机需要,又能满足FMC、FMS、CIMS对基层设备集成要求的数控系统,该系统是形成“全球制造”的基础单元。 网络资源共享。 数控机床的远程(网络)监视、控制。 数控机床的远程(网络)培训与教学(网络数控) 数控装备的数字化服务(数控机床故障的远程(网络)诊断、远程维护、电子商务等)。,六)交互网络化,三、我国数控机床的发展现状,国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显,70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机

43、床仍然缺乏市场竞争力,究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。,三、我国数控机床的发展现状,3.1 不断加强技术创新是提高国产数控机床水平的关键 国产数控机床缺乏核心技术,从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口,即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌,但其产品的功能、性能的可靠性仍然与国外产品有一定差距。近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术,但缺乏对机床结构与精度、可靠性、人性化设计等基础性技术的研究,忽视了自主开发能力的培育,国产数控机床的

44、技术水平、性能和质量与国外还有较大差距,同样难以得到大多数用户的认可。,三、我国数控机床的发展现状,3.2 制造水平与管理手段依然落后 一些国产数控机床制造商不够重视整体工艺与制造水平的提高,加工手段基本以普通机床与低效刀具为主,装配调试完全靠手工,加工质量在生产进度的紧逼下不能得到稳定与提高。另外很多国产数控机床制造商的生产管理依然沿用原始的手工台账管理方式,工艺水平和管理效率低下使得企业无法形成足够生产规模。如国外机床制造商能做到每周装调出产品,而国内的生产周期过长且很难控制。因此我们在引进技术的同时应注意加强自身工艺技术改造和管理水平的提升。,三、我国数控机床的发展现状,3.3 服务水平

45、与能力欠缺也是影响国产数控机床占有率的一个重要因素 由于数控机床产业发展迅速,一部分企业不顾长远利益,对提高自身的综合服务水平不够重视,甚至对服务缺乏真正的理解,只注重推销而不注重售前与售后服务。有些企业派出的人员对生产的数控机床缺乏足够了解,不会使用或使用不好数控机床,更不能指导用户使用好机床;有的对先进高效刀具缺乏基本了解,不能提供较好的工艺解决方案,用户自然对制造商缺乏信心。制造商的服务应从研究用户的加工产品、工艺、生产类型、质量要求入手,帮助用户进行设备选型,推荐先进工艺与工辅具,配备专业的培训人员和良好的培训环境,帮助用户发挥机床的最大效益、加工出高质量的最终产品,这样才能逐步得到用

46、户的认同,提高国产数控机床的市场占有率。,四、结束语,目前,数控机床的发展日新月异,高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、并联驱动化、网络化、极端化、绿色化已成为数控机床发展的趋势和方向。,数控程序示例,O7011; T0101; S500M03; G00X45.Z0.; G98G01X0.F120; G00X32.; G01X40.Z-10.; G00X100.Z100.; T0202; X45.Z-30.; G00Z-34.; G01X30.; Z-85.; G00Z-37.; G01X20.; Z-80.; G00Z-40.; G01X12.;,Z-75.; G01X40.0Z-90.; X42.; G00Z0.; G01X30.; G03X40.Z-22.R30.; G03X20.Z-34.R19.; G02X10.Z-39.R5.; G01Z-80.; G02X40.0Z-90.R30.; G01Z-98.; X5.; G00X100.; Z100.; M05; M30;,

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