输出轴的加工工艺毕业论文

巧了，我的毕业课题也是轴类的，复合轴刚刚做好毕业设计可以给你参考一下这上面只能发一点，文件大呢。想要的话加我qq250762561 免费提供我的论文给你参考下面给你看看复合轴数控车工艺分析及程序编制目 录前言………………………………………………………………1第一章 绪论………………………………………………………………本文的研究背景及意义………………………………………………… 数控编程技术的历史…………………………………………………… 2数控编程中的加工工艺分析及设计……………………………数控加工工艺…………………………………………………………… 分析零件图…………………………………………………………… 数控加工工艺概念与工艺过程………………………………………… 数控车床加工工艺主要内容…………………………………………… 加工方法选择及加工方案确定…………………………………………… 数控机床的合理选用………………………………………………… 加工方法的选择……………………………………………………… 加工方案设计的原则………………………………………………… 数控加工工艺路线的设计……………………………………………… 数控车削加工零件的工序顺序…………………………………………按零件装夹定位方式划分工序…………………………………………数控车削工序的格工步顺序………………………………………… 数控加工工序与普通加工工序的衔接…………………………………走刀路线的设计…………………………………………………………确定零件夹紧的方法和夹具的选择…………………………………… 工件定位和夹紧方案的确定………………………………………… 12 夹具的选择………………………………………………………… 刀具的选择…………………………………………………………… 切屑用量的确定……………………………………………………… 吃刀量的选择……………………………………………………… 每齿进给量的选择………………………………………………… 主轴转速的确定…………………………………………………… 数控加工工艺文件………………………………………………………16第三章 数控加工工序分析…………………………………………… 分析零件图…………………………………………………………… 数控加工顺序………………………………………………………… 加工用量的选择与确定…………………………………………………14第四章 加工程序编写及主要操作步骤……………………………… GSK980TD简介………………………………………………………… 程序编写的基本步骤和内容…………………………………………… 编写加工程序单…………………………………………………………19结论……………………………………………………………………… 20致谢……………………………………………………………………… 21参考文献………………………………………………………………… 22附录……………………………………………………………………… 23摘 要 ：能通过运用机械制造工艺学课程中的基本理论以及在生产实习中学到实践知识，正确的解决一个零件在加工过程中的定位.夹紧以及工艺路线安排.工艺尺寸确定等问题，保证零件的加工质量 学会使用图表资料以及手册，掌握与本本设计有关的各种资料的名称，出处，能够做到熟练运用。因此，它在我们的大学生活中占有重要的地位。就我个人而言，我希望能通过这次课程设计对自己未来从事的工作进行一次适应性训练，从中锻炼自己分析问题，解决问题的能力，为今后参加工作打下一个良好的基础。由于能力有限，设计当中可能会有不足之处，恳请各位老师给予批评指正。关键词：夹具 走刀路线 加工用量Abstract：Can through the utilization machine manufacture technology curriculum in elementary theory as well as in the productive practice middle school to the practice knowledge, a correct solution components in processing process localization. Clamp as well as craft route arrangement. Questions and so on craft size determination, guarantee components processing quality The academic society uses the graph data as well as the handbook, grasps designs the related each kind of material with the notebook the name, the source, can achieve the skilled utilization. Therefore, it holds the important status in ours university life. To my own opinion, I hoped that can the work which will be engaged to own future carry on an adaptability training through this curriculum project, will exercise itself to analyze the question, will solve the question ability, will start the work for the present to build a good foundation. Because ability is limited, middle the design will possibly have the deficiency, will request earnestly fellow teachers to give the criticism to point out Words:Fixture Moving Path Processing amount前言 这次毕业设计，我的设计题目是：数控复合轴加工工艺规程设计。由于设计的需要，我仔细研究了零件图，但在设计过程中，因自己经验不足，遇到了很多实际问题，使我体会到了在现场实习调研仅证明可不可以实干，而不能代表能不能干好。所以我积极与设计指导老师、操作指导老师沟通，在各位老师的全力帮助、指导下问题得到了全面解决，同时受到各位老师优良工作品质的影响，培养出了我缓中求稳、虚心求教、实事求是、一丝不苟的工作作风，并树 立了明确的生产观、经济观和全局观，为今后从事工作打下了良好的基础。通过毕业设计，我真正认识到理论和实践相结合的重要性，并培养了我综合运用所学理论知识和实际操作知识去理性的分析问题和解决实际工作中的一般技术工程问题的能力，使我建立了正确的设计思想，掌握了工艺设计的一般程序、规范和方法，并进一步巩固、深化地吸收和运用了所学的基本理论知识和基本操作技能。还有，它提高了我设计计算、绘图、编写技术文件、编写数控程序、数控机床操作、实际加工零件和正确使用技术资料、标准、手册等工具书的独立工作能力，更培养了我勇于创新的精神及严谨的学风及工作作风。由于本人能力有限，缺少设计经验，设计中漏误在所难免，敬请各位老师指正批评，以使我对自己的不足得到及时的发现并修改，也使我在今后的工作中避免再次出现。在这里，向在这次毕业设计中给予过我鼓励、指导及帮助的每位老师表示我虔诚和衷心的感谢！绪论本文的研究背景及意义：数控加工技术概况： 数字控制简称数控，是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号对机械设备的运动及加工过程进行控制的一种方法，它所控制的一般是位置、角度、速度等机械量，也可以控制温度、压力、流量等物理量。 数控加工具有自动化程度高、加工复杂形状零件的能力、生产准备周期短、加工精度高、质量稳定、生产效率高等优点。 数控机床的加工原理可简要概述为：在数控机床上加工零件时，要是想根据零件的加工图样的要求确定零件的工艺过程、工艺参数和刀具参数，再按规定编写零件数控加工程序，然后通过手动数据输入方式或计算机通信等方式将数控加工程序送到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过分析处理与计算后发出相应的指令，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而控制机床进行零件的自动加工。 数控加工原理及加工过程： 零件图→阅读零件图→工艺分析→制定工艺→数控编程→程序传输→数控机床 数控编程的内容包括：分析零件图，确定工艺过程；数学处理；编写程序单；制作程序戒指并输入程序信息；程序校验。 数控编程技术的历史目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。当今数控机床正在朝着以下几个方向发展： 1．高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度，并采用直线电动机直接驱动机床工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态响应特性相当优越。采用前馈控制技术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削的加工精度。 为适应超高速加工的要求，数控机床采用主轴电动机与机床主轴合二为一的结构形式，实现了变频电动机与机床主轴一体化，主轴电机的轴承采用磁浮轴承、液体动静压轴承或陶瓷滚动轴承等形式。目前，陶瓷刀具和金刚石涂层刀具已开始得到应用。 2．多功能化。配有自动换刀机构（刀库容量可达100把以上）的各类加工中心，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。数控系统由于采用了多cpu结构和分级中断控制方式，即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现所谓的“前台加工，后台编辑”。为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实现数控机床之间的数据通信，也可以直接对多台数控机床进行控制。 3．智能化。现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。具有自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对cnc系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。一旦出现故障时，立即采用停机等措施，并进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。还可以自动使故障模块脱机，而接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。为实现更高的故障诊断要求，其发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。 4．数控编程自动化。随着计算机应用技术的发展，目前cad／cam图形交互式自动编程已得到较多的应用，是数控技术发展的新趋势。它是利用cad绘制的零件加工图样，再经计算机内的刀具轨迹数据进行计算和后置处理，从而自动生成nc零件加工程序，以实现cad与cam的集成。随着cims技术的发展，当前又出现了cad／capp／cam集成的全自动编程方式，它与cad／cam系统编程的最大区别是其编程所需的加工工艺参数不必由人工参与，直接从系统内的capp数据库获得。 5．可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，来提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。还通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示，及时排除故障；利用容错技术，对重要部件采用“冗余”设计，以实现故障自恢复；利用各种测试、监控技术，当生产超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行相应的保护。 6．控制系统小型化。数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。目前主要采用超大规模集成元件、多层印刷电路板，采用三维安装方法，使电子元器件得以高密度安装，较大规模缩小系统的占有空间。而利用新型的彩色液晶薄型显示器替代传统的阴极射线管，将使数控操作系统进一步小型化。这样可以方便地将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作使用。第二章数控编程中的加工工艺分析及设数控加工工艺分析零件图1. 零件的完整性和正确性的分析 本次我们要分析的轴类零件是一根复合轴，复合轴为典型的轴类零件，生产规模为小批量加工，零件的轨迹比较复杂，必须保证曲面轴零件的尺寸精度。可以看出这根轴是由M30的螺纹；φ25长为5mm的槽，及1：10的锥度组合而成的外圆结构，在轴的右端还有深30的φ25的内孔。从整体的机构来看轴的轮廓是完整的，而且从尺寸的标准到表面粗糙度的标准都比较完整，而且整体看起来这根轴没有什么结构上的缺陷，精度的要求和粗糙度的要求也比较合理，符合轴和孔之间的配合。 总体看起来轴之间的结构是正确的，每一段螺纹后都加工了退刀槽，圆弧的大小也合适，没有超过车刀的要求；还有就是内孔的大小也比较合理，不过大也不过小。如果是内孔的直径过大那么左端的锥度的外圆柱段的壁厚就显得比较小，这时我们在数控车上加工起来就比较的困难，还要考虑更多的问题来保证轴的精度，因而我们的夹紧也就成了一个大的问题，但是在这里没有出现，也就说明作为典型的轴类零件的加工在数控车上加工的正确性，而且这根轴的表面粗糙度的要求也不高，通过精车基本上都能达到，也体现出了数控技术的精度高的特点。2.零件材料的分析 工程材料，特别是钢铁，是现代工业、农业、国防及科学技术等部门使用最广泛的材料。工程材料之所以能获得如此广泛的应用，不仅由于它的来源广泛，而且还由于它具有优良的性能。钢铁材料，又称黑色金属材料，它是可以用于制造机械构件和工具的铁基合金。可分为刚和铸铁两大类，其主要区别在于含碳量的不同。钢的含碳量低于，铸铁的含碳量则在以上。 钢的韧性、塑性较好，强度较高。常以热锻、轧制等方法成形。强度要求较高、形状较复杂的零件可用铸钢。 由于钢的强度、硬度、塑性、等综合力学性能较好，因此一般用于制作承受拉、压、弯曲、剪切、扭转等载荷的构件，如钢筋、齿轮轴。3.零件精度的分析 零件的加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工精度就越高。实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。 由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。任何一种加工方法，只要精心操作，细心调整，并选用合适的切削参数进行加工，都能使加工精度得到较大的提高，但这样会降低生产率，增加加工成本。由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。 工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。这些都会影响到零件的加工精度。图1-2-1是各种加工方法得到的加工精度 图1-3-1 如图1-3-2就是我们本次要加工的轴：在这次的数控车削加工中，零件重要的径向加工部位有：φ40圆柱段，φ521圆柱孔，φ50 0圆柱孔，φ35圆柱沟槽。零件其他径向加工部位相对容易加工。零件的轴向加工部位：零件左端φ40圆柱段的轴向长度为25,.零件右端φ25圆柱孔的轴向长度为300mm，由上述尺寸可以确定零件的轴向尺寸应该以零件左端面为基准，这样才能保证零件的加工精度要求，零件其轴向加工部位要求较低。 图1-3-24、表面粗糙度的分析 表面粗糙度反映的是零件加工表面的微观几何形状误差，及、即指加工表面所具有的较小间距和微小峰谷不平度。它不同于宏观几何形状，也不同于表面波度。主要由加工过程中刀具和零件表面的摩擦、切削分离时表面金属层塑性变形及工艺系统变频振动等原因而形成。 表面粗糙度是衡量零件表面质量的重要指标。表面粗糙度越小，表面就越光滑；表面粗糙度越大，表面就越粗糙。 表面粗糙度大小， 对机械零件的使用性能有很大的影响。主要表现在对零件的耐磨性、配合性质的稳定性、抗腐蚀性、密封性、疲劳强度、外观质量等方面的影响。我国执行的表面粗糙度国家标准有三个： GB/T3505—2000 《表面粗糙度 术语 表面及参数》 GB/T1031—1995 《表面粗糙度 参数及其数值》 GB/T131—1993 《机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法》 附图（机械制造基础81页） 在这里我参考的是国标GB/T131—1993，由图1-3-2可以知道这根复合轴表面粗糙度的要求不是很高，M30的螺纹的表面粗糙值为；φ36+ 的槽表面、φ500 长度为5mm的左端面、以及φ52+ 、φ25+ 0的内孔表面的表面粗糙度值为；这些的粗糙度的要求都不是很高，可以通过精加工和半精加工得到，R10 ,R20长度为15mm的圆弧段表面、及左端的圆锥的表面粗糙度。的精度可以通过精车之后再通过磨削可以得到。其他未注的粗糙度为也是通过半精车可以达到。 数控加工工艺概念与工艺过程1.数控加工工艺概念 是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。2.数控加工工艺过程 是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。 数控车床加工工艺的主要内容4 机械加工工艺卡 产品型号 零件图号 4 共1页 产品名称 零件名称 复合轴 第1页 车间 工序号 工序名称 材料牌号 5 车 45 毛坯种类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每台件数 45号钢 1 1 设备名称 设备型号GSK980TD 设备编号 同时加工数 数控车床 GSK980TD 1工步号 工步内容 工艺设备 主轴转速/(r/min) 切削速度/(m/min) 进给量/(mm/r) 背吃刀量/mm 进给次数1 调头、精车零件左端外圆成型 800r/min F=100 2 32 车削M30的螺纹，加工后零件达到图纸的 要求。 800r/min F=100 3 车B=5mm的槽 400r/min F=40 4 倒角 600r/min 设计日期 审核日期 会签日期 标记 处数 更改文件号 签字 汤伟建 日期 在生产实际中，大部分的零件的数控加工，往往仍然需要以混合工艺的形式来进行工艺编制。本次加工零件的工艺内容如下：1.零件左、右端打B型中心孔.目的是为数控车削加工工序提供可靠的装夹工艺基准 。2. 用三爪自动定心卡盘装夹零件，采用一夹一顶进行装夹定位，数控粗车加工零件右端外形以及倒角1×45°，加工后的零件各部尺寸留下精加工的余量。3. 零件调头后用三爪自动定心卡盘装夹零件，采用一夹不顶进行装夹定位，先用φ8、φ25的钻头手动加工φ25的孔，然后数控粗车加工零件左端内、外形以及倒角1×45°，加工后的零件各部分尺寸留下精加工的余量。4. 精车、零件右端B型中心孔，为精车加工提供可靠的定位基准。5. 用三爪自动定心卡盘装夹零件，数控精车加工零件内形以及倒角1×45°与内孔空刀槽，加工后的零件各部尺寸达到图纸技术的要求。6. 用双顶尖一鸡心夹装夹零件，数控精车加工零件左端外形以及倒角1×45°与空刀槽，加工后的零件各部尺寸。7. 零件调头后用一夹一顶的方式夹紧定位好零件，数控精车加工零件右端外形，并进行B=5mm的切槽加工，加工后零件各部尺寸达到图纸的要求。加工方法选择及加工方案确定数控机床的合理选用 本次加工的零件较为简单，因为在学校期间实习过，所以选择广数GSK980TD数控车床。操作简单易掌握！加工方法的选择 一种加工方法能够保证的加工精度有一个相当大的范围，但如果要求它保证的加工精度过高，需要采取的一些特殊的工艺措施，将使加工成本随之增大。同样理由，作为一种加工方法，有加工经济表面粗糙度的概念。每一种加工方法都有一个加工精度的范围，例如在普通车床上加工外圆，所能获得尺寸的加工经济精度为：IT8~IT9级，加工经济表面粗糙度为：Ra＞μm。普通外圆磨床磨削外圆，尺寸的加工经济精度为：IT5~IT6 级，加工经济表面粗糙度Ra＞μm.各种的加工方法到达的加工经济精度和加工经济表面粗糙度都可以查阅各种金属切削加工工艺手册。 机械零件都是一些简单的几何表面如外圆、孔、平面等组合而成的，因此的零件的工艺路线的就是这些表面加工路线的恰当的组合。表3-2-1、表3-2-2是外圆柱、孔的典型加工路线。 可以通过对我们这次加工的轴的分析和上表的参考，来选择我们我们零件的加工路线。由前面对轴精度和表面粗糙度的分析，知道这根轴的精度和表面粗糙度的要求都不是很高，最高的表面粗糙度值也是，如果是我们所使用的数控车精度比较高的话，精车也就可以达到了。 ⑴外圆加工方法：粗车—半精车—精车。它能达到的公差等级为IT7～IT8，表面粗糙度也能达到～μm。完全复合零件的加工要求。 ⑵内孔的加工方法：钻—粗车—半精车，它能达到的公差等级是IT10～IT8,粗糙度 ～μm，而我们此次加工的零件的内孔的表面粗糙度的值Ra ，内圆的公差最小的也有，所以这样的的加工方法也能到达我们的要求。 ⑶端面的加工方法：粗车。端面一边是用来做基准的，因此在端面没有作具体的要求的时候我们一般只是采用粗车的方法来加工。在这里我们只采用粗车的原因主要是，我们通过粗车端面作为我们打B型中心孔的基准，然后再以B型的中心孔作为精基准来加工其他的表面。加工方案设计的原则 本次零件加工的原则是，以达到图纸规定的要求为基础，一步步来 确保零件尺寸和图纸规定的相符。数控加工工艺路线的设计 数控车削加工零件的工序顺序 在轴的数控加工中，分为粗车加工和精车加工二次切削进行，起工序如下：粗车加工Ⅰ：使用外圆车刀车削加工零件右端各部外圆与所在端面。工件各部位均留精车余量。粗车加工Ⅱ：零件调头重新安装装夹定位后，先用φ8、φ25的钻头手动加工φ24的孔，再使用外圆车刀、内孔精镗刀。车削加工端各部内型型面与所在端面达到要求零件左端各部内、外圆型面与所在的端面，零件各部均留精车余量。精车加工Ⅰ：使用内孔镗刀精车加工零件右。精车加工Ⅱ：使用外圆精车车刀、切槽车刀，精车加工左端各部外圆型面与所在端面达到要求。零件调头重新安装装夹定位后，使用外圆精车车刀、切槽刀、螺纹刀车削加工零件右端各部外圆型面与所在端面达到精车的要求。 按零件装夹定位方式划分工序 三抓卡盘夹住左端，先粗加工右端外圆，然后精加工右端外圆及螺纹 三抓卡盘夹住右端，先粗加工左端外形面，然后换精加工，达到图纸要求。 换镗刀，镗孔右端内形。数控车削工序的各工步顺序数控加工工序卡1 机械加工工序卡 产品型号 零件图号 1 共1页 产品名称 零件名称 复合轴 第1页 车间 工序号 工序名称 材料牌号 1 车、钻 毛坯种类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每台件数 45号钢 Φ60×150 1 1 设备名称 设备型号 GSK980TD 设备编号 同时加工数 数控车床 GSK980TD 1工步号 工步内容 工艺设备 主轴转速/(r/min) 切削速度/(m/min) 进给量/(mm/r) 背吃刀量/mm 进给次数1 车右端面 T1 600 120 1 2 左、右两端钻B形中心孔 φ钻头 600 120 设计日期 审核日期 会签日期 标记 处数 更改文件号 签字 日期 2 机械加工工序卡 产品型号 零件图号 2 共1页 产品名称 零件名称 复合轴 第1页 车间 工序号 工序名称 材料牌号 2 车 45 毛坯种类 毛坯外形尺寸 每毛坯可制件数 每台件数 45号钢 Φ60×150 1 1 设备名称 设备型号 设备编号 同时加工数 数控车床 GSK980TD 1工步号 工步内容 工艺设备 主轴转速/(r/min) 切削速度/(m/min

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近年来，PLC在工业自动控制领域应用愈来愈广，它在控制性能、组机周期和硬件成本等方面所表现出的综合优势是其它工控产品难以比拟的。随着PLC技术的发展, 它在位置控制、过程控制、数据处理等方面的应用也越来越多。在机床的实际设计和生产过程中，为了提高数控机床加工的精度，对其定位控制装置的选择就显得尤为重要。永宏FBs系列PLC的NC定位功能较其它PLC更精准，且程序的设计和调试相当方便。本文提出的是如何应用永宏PLC的NC定位控制实现机床数控系统控制功能的方法来满足控制要求，在实际运行中是切实可行的。整机控制系统具有程序设计思路清晰、硬件电路简单实用、可靠性高、抗干扰能力强，具有良好的性能价格比等显著优点，其软硬件的设计思路可供工矿企业的相关数控机床设计改造借鉴。 2 数控机床组成结构及工作过程 本例数控机床由输入、输出装置、数控装置、可编程控制器、伺服系统、检测反馈装置和机床主机等组成，如图1所示。图1 数控机床组成机构图输入装置可将不同加工信息传递于计算机。在数控机床产生的初期，输入装置为穿孔纸带，现已趋于淘汰;目前，使用键盘、磁盘等，大大方便了信息输入工作。输出指输出内部工作参数(含机床正常、理想工作状态下的原始参数，故障诊断参数等)，一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存，待工作一段时间后，再将输出与原始资料作比较、对照，可帮助判断机床工作是否维持正常。数控装置是数控机床的核心与主导，完成所有加工数据的处理、计算工作，最终实现数控机床各功能的指挥工作。它包含微计算机的电路，各种接口电路、CRT显示器等硬件及相应的软件。可编程控制器对主轴单元实现控制，将程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速;管理刀库，进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理;控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作;还对机床外部开关(行程开关、压力开关、温控开关等)进行控制;对输出信号(刀库、机械手、回转工作台等)进行控制。检测反馈装置由检测元件和相应的电路组成，主要是检测速度和位移，并将信息反馈于数控装置，实现闭环控制以保证数控机床加工精度。数控机床的工作过程如图2所示。图2 数控机床的工作过程框图数控加工的准备过程较复杂，内容多，含对零件的结构认识、工艺分析、工艺方案的制订、加工程序编制、选用工装及使用方法等。机床的调整主要包括刀具命名、调入刀库、工件安装、对刀、测量刀位、机床各部位状态等多项工作内容。程序调试主要是对程序本身的逻辑问题及其设计合理性进行检查和调整。试切加工则是对零件加工设计方案进行动态下的考察，而整个过程均需在前一步实现后的结果评价后再作后一步工作。试切成功后方可对零件进行正式加工，并对加工后的零件进行结果检测。前三步工作均为待机时间，为提高工作效率，希望待机时间越短越好，越有利于机床合理使用。该项指标直接影响对机床利用率的评价(即机床实动率)。 3 机床数控系统需要解决的几个问题 机床是由机械和电气两部分组成，在设计总体方案时应从机电两方面来考虑机床各种功能的实施方案，数控机床的机械要求和数控系统的功能都很复杂，所以更应机电沟通，扬长避短。机床控制系统选件、装配、程序编制及操作都应该比较合理，精度和稳定性都必须满足使用要求。同时为便于调试和检修，各项操作均设手动功能，如手动各轴快慢移动、主轴高低速旋转、切削液及润滑开关等。PLC按照逻辑条件进行顺序动作或按照时序动作，另外还有与顺序、时序无关的按照逻辑关系进行联锁保护动作的控制，PLC发展成了取代继电器线路和进行顺序控制的主要产品,在机床的电气控制中应用也比较普遍。 在实际控制中如何既能提高定位速度，同时又能保证定位精度是一项需要认真考虑并切实加以解决的问题。精度是机床必须保证的一项性能指标。位置伺服控制系统的位置精度在很大程度上决定了数控机床的加工精度。因此位置精度是一个极为重要的指标。为了保证有足够的位置精度，一方面是正确选择系统中开环放大倍数的大小，另一方面是对位置检测元件提出精度的要求。因为在闭环控制系统中，对于检测元件本身的误差和被检测量的偏差是很难区分出来的，反馈检测元件的精度对系统的精度常常起着决定性的作用。高精度的控制系统必须有高精度的检测元件作为保证。当现场条件发生变化时，系统的某些控制参数必须能作相应的修改，为满足生产的连续性，要求对控制系统可变参数的修改应在线进行。尽管使用编程器可以方便快速地改变原设定参数，但编程器一般不能交现场操作人员使用;所以，应考虑开发其他简便有效的方法实现PLC的可变控制参数的在线修改。另外为了防止电压过高损坏PLC，电源输入端加上压敏电阻。为了防止过热, PLC不许安装在变压器等发热元件的正上方，变频器与PLC、伺服驱动器等保持一定距离。在元件间留有适当的空隙，以便散热，并且在配电箱上安装风扇降温。此外，为保证控制系统的安全与稳定运行，还应解决控制系统的安全保护问题，如系统的行程保护、故障元件的自动检测等。 4 永宏FBs系列PLC的NC机床定位伺服控制系统分析 数控机床是一种高精度、高效率的自动化设备，提高数控机床的可靠性就显得尤为重要。可靠度是评价可靠性的主要定量指标之一，其定义为:产品在规定条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。对数控机床来说，这里的功能主要指数控机床的使用功能，例如数控机床的各种机能，伺服性能等。数控机床的功能部件对机床的功能扩展和性能的提升起着极为重要的作用，因此，它不同于一般配套件和附件的选用，不仅须与数控机床的整体结构谐和协调，融入整机系统具有最佳的匹配性能，而且还能很好地彰显出该数控机床的个性化特征。用于高速化的数控系统不能仅是提高数据处理能力，而是应具备热误差补偿单元以及能实现速度前瞻控制、位置环前馈控制和加减速平稳控制等先进控制技术的功能。所以必须选择稳定可靠的控制单元才能保证数控机床正常高效运行。 鉴于以上各项要求，笔者采用台湾永宏电机股份有限公司的FBs-44MN PLC作为该机床控制主单元，该型机具有较高的性价比，体积小，使用起来非常方便，接线简捷。其编程软件WinProladder有梯形图大师之称，易学易用且功能强大，编辑、监视、除错等操作非常顺手，按键、鼠标并用及在线即时指令功能查询与操作指引，使编辑、输入效率倍增。同时配以人机界面进行程序参数修改、设定以及运行状态显示监控，可编程设置人机界面的内容。该控制系统具有可靠性高，价格便宜，结构紧凑等特点，非常适合机床的控制要求，具体控制思路如图3所示。图3 采用永宏PLC FBs-44MN 的NC 机床定位电气控制系统图可编程逻辑控制器是该机床各项功能的逻辑控制中心，集成于数控系统中，主要是指控制软件的集成化，而PLC硬件则在规模较大的系统中往往采取分布式结构。由图3可以看出，系统控制中心采用永宏PLC FBs-44MN控制，并配以人机界面进行程序参数修改、设定，以及运行状态显示监控，可编程设置人机界面的内容。三轴均为全数字交流伺服系统，各轴伺服电机通过连轴器带动滚珠丝杠，以移动配有直线导轨的工作台和主轴铣头，其定位准确，速度快。主轴铣头由变频器控制，根据刀具及工件和进给量，来设置主轴合理的转速，并在程序中设定它的启动停止。各轴均设二端极限传感器和原点传感器，冷却和润滑也都有异常检测，在报警灯和人机界面处显示报警信息由光栅、感应同步器等位置检测装置测得的实际位置反馈信号，随时与给定值进行比较，将两者的差值放大和变换，驱动执行机构，以给定的速度向着消除偏差的方向运动，直到给定位置与反馈的实际位置的差值等于零为止。闭环进给系统在结构上比开环进给系统复杂，成本也高，对环境室温要求严。设计和调试都比开环系统难。但是可以获得比开环进给系统更高的精度，更快的速度，驱动功率更大的特性指标。早期使用一般电机作为定位控制，由于速度不快、或者精度要求不高，所以足够应对所需场合;当机械运转为了获取效率而将速度加快时，当产品质量、精度要求越来越高时，电机停止位置的控制就不是一般电机所能达到的了。解决这一问题的最佳方法是采用NC定位控制配合步进或伺服电机作定位控制。但在过去，由于它的价格很高，而限制了它使用的普遍性，近年来由于技术的发展及成本的降低，其价位已被用户所接受，使用数量也越来越多。为配合这一趋势，永宏PLC FBs系列将目前市面上专用的NC定位控制器功能整合在PLC内部SoC芯片内，除了免掉PLC与专用NC 定位控制器之间复杂的数据交换与连结程序外，更大幅降低整体成本，为用户提供一种价廉物美、简单方便的PLC整合NC定位控制的方案。永宏PLC FBs-44MN内部的SoC芯片含有多轴高速脉冲输出以及高速硬件计数器，并且提供简易使用和设计的定位程序编辑，对于这方面的应用，更是如虎添翼、如鱼得水、得心应手了。PLC结合伺服驱动器所构成的NC闭环回路控制系统中，PLC负责发送高速脉冲命令给伺服驱动器，除了装在伺服电机的位移检测信号直接反馈到伺服驱动器外，外加位移检测器装在传动机构之后，真正反映实际位移量，并将此信号反馈到PLC 内部的高速硬件计数器，这样就可作更精确的控制，并且可避免上述半闭环回路的缺点。永宏PLC FBs系列的定位功能将市面上专用NC定位控制器整合在PLC内，使PLC与NC控制器能共享相同的数据区，而不需要作两个系统之间的数据交换与同步控制等复杂的工作，但仍可用一般常用的NC 定位控制指令(例如DRV、SPD…等)。PLC控制4轴的定位工作，并可作多轴同动控制，除了提供点对点的定位速度控制，还提供了各轴间直线插补功能。当系统应用超过4轴时还可利用永宏PLC的CPU LINK功能达到更多的定位运动控制。数控机床对位置系统要求的伺服性能包括:定位速度和轮廓切削进给速度;定位精度和轮廓切削精度;精加工的表面粗糙度;在外界干扰下的稳定性。这些要求主要取决于伺服系统的静态、动态特性。对闭环系统来说，总希望系统有较高的动态精度，即当系统有一个较小的位置误差时，机床移动部件会迅速反应。在数控机床的加工中，伺服系统为了同时满足高速快移和单步点动，要求进给驱动具有足够宽的调速范围。 单步点动作为一种辅助工作方式常常在工作台的调整中使用。伺服系统最高速度的选择要考虑到机床的机械允许界限和实际加工要求，高速度固然能提高生产率，但对驱动要求也就更高。此外，从系统控制角度看也有一个检测与反馈的问题，尤其是在计算机控制系统中，必须考虑软件处理的时间是否足够。全闭环伺服系统是将位置检测元件置于被测坐标轴的终端移动部件上，以检测机械传动链中螺距误差、间隙及各种干扰所造成的传动误差，并进行反馈补偿控制，从而提高机床的位置控制精度。在全闭环伺服控制系统中，对位置检测元件和反馈元件的选择很关键。感应同步器具有精度高、重复性好、抗干扰能力强，耐油耐污及维护简单等优点，特别适合于高精度全闭环数控机床的工作场合。数控机床要求具备稳定性、快速性和准确性，而大型数控机床的机械传动装置转动惯量较大，固有频率低，要使其大大高于系统截止频率很困难，全闭环包括了该进给系统轴几乎所有不稳定的非线性因素，调整不当很容易使机床产生抖动现象。 因此数控机床全闭环伺服系统在保证快速性的基础上主要是解决机床进给运动的稳定性而获得比半闭环伺服系统高的位置精度。伺服电机的编码器将位移检测信号反馈到伺服驱动器，驱动器将输入信号的脉冲频率和脉冲数与回馈信号的频率和脉冲数，经内部的偏差计数器与频率转电压电路处理后，得到脉冲偏差值与转速误差值，这样使控制伺服电机实现高速、精密的速度与位置闭环回路处理系统。伺服电机的转速与输入信号的脉冲频率成正比，而电机的移动量则由脉冲数决定。图4是PLC控制下的伺服电机工作示意图。图4 数控机床伺服电机工作示意图5 相关程序设计与操作 PLC通过编程器输入程序，达到控制目的。由于PLC工作过程是循环，所以程序执行速度很快。另外软件故障检测设计在采用硬件设计的基础上采用软件检测外部行程开关状态，当行程开关失灵后，通过程序控制停止机床的运行，有效地减少了机床因元件失灵造成的事故。 图5是使用编程软件WinProladder编辑定位程序参数设定指令图，图6是具体操作加工程序图。图5 定位程序参数设定指令图图6 加工程序图6 结束语 我国是一个机床生产和应用大国，但数控技术的应用水平还不高，严重制约着我国制造业水平的提高。国际上的相关开发计划对我国的数控技术的发展提出了严峻的挑战，同时也带来了机遇。只有选择合适的PLC才能使定位达到预期的效果。永宏FBs系列PLC的NC定位功能在机床数控系统设计中占有重要的地位，该机床经过长期运行表明，整个系统设计合理，控制精度高，运行可靠，提高了生产的自动化水平，减小了操作人员的劳动强度。 由于采用了PLC控制，使电气部分的抗干扰能力增加，提高了机床的运行可靠性，因而增加了设备的柔性，提高了设备的使用效率。