数控大作业.docx
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数控大作业.docx
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数控大作业
题目一:
加工中心零件加工编程
一、目的和要求
本作业通过给定一台数控机床具体技术参数和零件加工工艺卡,使学生对数控机床具体参数、加工能力和加工工艺流程有直观了解和认识。
同时,锻炼学生解决实际加工问题的能力。
1.了解加工中心的具体技术参数,加工范围和加工能力;
2.了解实际加工中,从零件图纸分析到制定零件加工工艺过程;
3.按照加工工艺编写指定的工序的零件数控加工程序。
二、要完成的程序编写任务
坐标原点:
¢40圆的圆心处为工件编程X、Y轴原点坐标,Z轴原点坐标在精铣后的工件上表面。
刀具补偿:
刀具补偿号自定。
作业中画出加工工件和坐标系。
(1)编写精铣¢60外圆工序(仅工序5中¢60外圆,台阶不管)加工程序;
(2)编写工序6~10加工程序;
(3)编写工序12精铣外轮廓加工程序。
三、分析与程序编写
(一)、原始坯料尺寸:
(二)、加工工件和坐标系
换刀点选在坐标系的X=0,Y=0,Z=250mm处,初始平面设在Z=60mm的位置。
参考平面设于于Z=42mm处。
(三)、程序编写
(1)编写精铣¢60外圆工序(仅工序5中¢60外圆,台阶不管)
N001G92X0Y0Z60.0;
N002G90G00Z250.0T02M06;
N003G17G41X-30.0Y0D04;
N004S600M03;
N005Z-18;
N006G02X-30.0Y0R-30F100;
N007G00Z60.0M05;
N008G40X0;
N009Z60;
N010M30;
(2)编写工序6~10加工程序
N001G92X0Y0Z60.0;
N002G90G00Z250.0T03M06;
N003G43Z50.0H05;
N004S400M03;
N005G98G81X0Y0Z-42.0R2.0F50;
N006G49Z80.0M05;
N007G00Z250.0T04M06;
N008G43Z60.0H06;
N009S400M03;
N010G99G85X0Y0Z-42.0R2.0F100;
N011S900;
N012G98G76Z-42.0R2.0Q2.0P2000F100;
N013G49Z80M05;
N014G00Z250.0T05M06;
N015G43Z60.0H07;
N016S500M03;
N017G98G74X-60.0Y0Z-42.0R-16.0P2000F50;
N018X60;
N019G00X0Y0M05;
N020G49G00Z250.0T06M06;
N021G43Z60.0H08;
N022S350M03;
N023G98G81X-60.0Y0Z-30R-16.0P2000F200;
N024X60;
N025G80G00X0Y0M05;
N026G49Z60.0;
N027M30;
(3)写工序12精铣外轮廓加工程序
N001G92X0Y0Z60.0;
N002G90G00Z250.0T7M06;
N003G41X-80.0Y0D05;
N004S1200M03;
N005Z-42;
N006G02X-69.245Y17.735R20;
N007G01X-13.867Y46.602;
N008G02X13.867R30;
N009G01X69.245Y17.735;
N010G02Y17.735R20;
N011G01X13.867Y-46.602;
N012G02X-13.867R30;
N013G01X-69.245Y-17.735;
N014G02X-80.0Y0R20;
N015G00Z60.0M05;
N016G40X0;;
N017M30;
题目二:
调研报告—数控系统的国内外发展及应用现状
摘要:
数控系统是数字控制系统简称,英文名称为NumericalControlSystem,是数控机床的关键技术所在。
数控系统是一种高度机电一体化的产品,适用于加工多品种小批量零件。
数控系统的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。
随着现代科技的发展,数控机床也在逐步提高中,作为制造业的关键所在,我国的机床研制也在进行中,取得了很大的成果,但是离国外优秀的数控系统还存在差距。
关键词:
数控系统,发展趋势,国内外对比,系统分析
一、数控系统的发展过程和趋势
制造业是生产物质财富的产业,机床是制造业的主要生产设备,制造业中的绝大多数零件都直接或间接地经过机床加工,固此机床(也称工作母机)是制造业的基础。
数控系统的出现极大地促进了机床行业的技术进步和行业发展。
对于整个制造业来说.由于数控系统的大量使用,使得产品质量大幅度提高,新产品开发周期明显缩短。
目前数控系统已经遍布军工、航空航天、汽车、造船、机车车辆、机床建筑、通用机械、纺织、轻工、电子等几乎所有制造行业。
(一)、数控系统的发展简史
数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的,其过程大致如下:
1952年第一代数控系统——电子管数控系统的诞生。
20世纪50年代末,完全由固定布线的晶休管元器件电路所组成的第二代数控系统——晶体管数控系统被研制成功,取代了昂贵的、易坏的、难以推广的电子管控制装置。
随着集成电路技术的发展,1965年出现了第三代数控系统——集成电路数控系统。
1970年,在美国芝加哥国际机床展览会上,首次展出了第四代数控系统——小型计算机数控系统,然后,微型计算机以其无法比拟的性能价格比渗透各个行业。
1974年,第五代数控系统——微型计算机数控系统也出现了。
应用一个或多个计算机作为数控系统的核心组件的数控系统统称为计算机数控系统(CNC)
数控技术日趋成熟,特别是近几年来微型计算机、微电子工业及电力电子工业的迅速发展,微型计算机与CNC技术的紧密结合,开发和生产CNC系统的技术被越来越多的自动化装备生产厂所掌握,从70年代中期CNC出现时被少数几个国家的几个CNC系统生产厂的垄断状况到80年代末,几乎每个工业发达的国家都有了自己的数控设备生产厂,生产满足各自国家数控机床及其它机械装备所需要的数控系统。
甚至很多大型的数控机床生产厂都游戏机的产品,并部分出售数控系统的现状。
数控技术为实现机械生产及制造的高效化的奠定了基础。
而且,我们都知道,装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,机床制造业是一个国家的基本装备工业,是工业生产的技术基础,数控技术在给机床制造业带来显著经济自傲一及广阔发展前景的同时,也是发展新型高新技术技术产业和尖端工业化(如信息技术及其产业、航空、航天等国防工业产业)的使能技术和最基本的装备,数控技术是当今先进制造技术和装备最核心的技术,机械制造业的竞争,其实质是数控技术的竞争。
因此数控技术也已肠胃衡量一个国家制造业水平的重要标志。
近年来个人计算机(PC)的微型计算机的快速发展,大规模集成电路制造技术的高速发展,PC硬件结构的微型化,主CPU运行的高速化,存储容量的扩大化,尤其是PC的大批量生产使其成本下降,使得数控技术可以普及,生产效率可以大幅度提高。
(二)、数控系统发展趋势
功能发展方向
(1)用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。
由于不同用户对界面的要求不同,因而开发用户界面的工作量极大,用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。
当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。
柔性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。
(2)插补和补偿方式多样化多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补(非均匀有理B样条插补)、样条插补(A、B、C样)、多项式插补等。
多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。
(3)内装高性能PLC数控系统内装高性能PLC控制模块,可直接用梯形图或高级语言编程,具有直观的在线调试和在线帮助功能。
编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例,用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改,从而方便地建立自己的应用程序。
(4)多媒体技术应用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。
在数控技术领域,应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化,在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方面有着重大的应用价值。
结构体系发展方向
(1)模块化、专门化与个性化是为了适应数控机床多品种、小批量的特点,机床结构模块化,数控功能专门化使机床性能价格比显著提高并加快优化。
硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。
根据不同的功能需求,将基本模块,如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块,做成标准化系列化产品,通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减,构成不同档次的数控系统。
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:
a)自适应控制技术数控系统能检测工作过程中的一些重要信息,并自动调整系统的有关参数,达到改进系统稳定运行状态的目的。
b)专家系统将熟练工人和专家的经验,加工的一般规律与特殊规律存入系统中,以工艺参数数据库为支撑,建立具有人工智能的专家系统。
当前已开发出模糊逻辑控制和带自学习功能的人工神经网络电火花加工数控系统。
c)故障诊断系统如智能诊断、智能监控,这能够方便系统的诊断及维修等。
d)智能化数字伺服驱动装置该装置可以通过自动识别负载而自动调整参数,使驱动系统获得最佳的运行。
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。
(3)开放化采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构,便于裁剪、扩展和升级可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。
加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式,易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体,构成严密的制造过程闭环控制体系,从而实现集成化、智能化、网络化。
速度和精度方向
随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用,对数控机床加工的高速化要求越来越高。
主轴转速:
机床采用电主轴(内装式主轴电机),主轴最高转速达200000r/min;
进给率:
分辨率为0.01µm时,最大进给率达到240m/min可获得复杂型面的精确加工;
运算速度:
CPU已发展到32位以及64位的数控系统,频率提高到上千兆赫。
使得当分辨率为0.1µm、0.01µm时仍能获得高达24~240m/min的进给速度;
换刀速度:
目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右,高的已达0.5s。
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,并采用高分辨率位置检测装置,提高位置检测精度。
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。
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。
二、国外和国内数控系统功能介绍与应用分析
(一)、国外数控系统功能介绍与应用分析
(1)西门子数控系统简介
西门子数控系统是一个集成所有数控系统元件(数字控制器,可编程控制器,人机操作界面)于一体的操作面板安装形式的控制系统。
所配套的驱动系统接口采用西门子公司全新设计的可分布式安装以简化系统结构的驱动技术,这种新的驱动技术所提供的DRIVE-CLiQ接口可以连接多达6轴数字驱动。
外部设备通过现场控制总线PROFIBUSDP连接。
这种新的的驱动接口连接技术只需要最少数量的几根连线就可以进行非常简单而容易的安装。
SINUMERIK802Dsl为标准的数控车床和数控铣床提供了完备的功能,其配套的模块化结构的驱动系统为各种应用提供了极大的灵活性。
性能方面经过大大改进的工程设程中的各项任务。
各种功能体现了西门子公司最新的产品创新技术,例如5个数字驱动轴,其中任意4个都可以作为联动轴进行插补运算,另一个作为定位轴使用,同时,还提供一个相应的数字式主轴(模拟主轴即将推出)作为一个变型使用,在带C轴功能时,可以采用3个数字轴,一个数字主轴,一个数字辅助主轴和一个数字定位轴的配置。
新一代的西门子驱动技术平台SINAMICSS120伺服系统通过已经集成在元件级的DRIVE-CLiQ来对错误进行识别和诊断,从操作面板就可以进行操作,使用的标准闪存卡(CF)可以非常方便的备份全部调试数据文件和子程序。
(2)凯恩帝K1000MII简介
K1000MII是新一代高端数控钻、铣床及加工中心系统,采用32位高性能处理器及8.4英寸彩色液晶显示器,开放式PLC,全新结构设计,最大控制轴数为3轴,同时控制轴数为3轴,可配KND公司或日本进口交流伺服驱动单元,适用于各种数控钻、铣床及加工中心。
采用32位高速微处理器实现高速、高精度控制,最高速度30米/分。
屏幕分辨率为640×480的彩色(TFT)7.5英寸或8.4英寸彩色液晶显示器。
主板采用六层线路板,表贴元件,定制式FPGA,整机工艺结构合理,抗干扰能力强,可靠性高。
开放式PLC,提供调试软件,满足机床厂家的二次开发要求。
机床面板有标准贴膜按键和按钮键两种选择,按钮键机床面板上有50个按键和50个指示灯,它们的功能用户可自定义。
通过CAN总线接口可扩展数字接口和模拟接口,选配远程I/O模块可将数字接口可扩展512/512点。
超强程序指令处理能力,达到10000条/18秒,可实现高速小线段加工。
高速DNC加工,传输速率达到115200BPS同时配有大容量程序缓存。
丰富的软件控制功能:
宏程序B、刚性攻丝、局部坐标系、机床坐标系、坐标系旋转、极坐标、比例缩放等。
(二)、国内数控系统功能介绍与应用分析
(1)华中“世纪星”数控系统简介
“世纪星”系统有普及型(HNC-21)和功能型(HNC-22)两个系列,可配4个进给轴,最大联动轴数为4轴(可扩展到6轴控制和联动)。
进给轴控制接口类型有脉冲、模拟、串口等多种类型,可连接多种伺服电机和步进电机。
既可用作半闭环、闭环控制,也可用作开环控制。
基于工业PC的数控系统,先进的开放式体系结构。
可与数控车、数控铣、加工中心、车铣复合等机床配套。
系统配置7.7英寸彩色液晶显示器(分辨率640×480象素),也可配10.4英寸TFT彩色液晶显示器,画面美观、清晰、直观。
可选配电子盘、硬盘、软驱、网络等存储器,极大地方便用户的程序输入。
用户程序可断电储存容量达16MB。
程序存储个数无限制,直至存储器写满。
标准配置40路输入和32路输出,不需扩展即可满足大部分车、铣和加工中心的控制要求,并可根据需要扩展到128路输入和128路输出。
DNC接口通讯功能,DNC最大速度115.2KB/S;可选配局域网(以太网)连接功能,可实现数控机床联网,以太网速度可达10-100MB/S。
(2)南京华兴数控WA730M-5
WA730M-5是南京华兴数控技术有限公司集十多年数控系统开发经验,在原有多代成熟产品的基础上,推出的新一代高性能水刀数控加工中心。
系统采用超大规模可编程逻辑电路方案,具有更高的加工控制品质和系统升级空间。
系统可控制数字式交流伺服驱动器及三相细分步进驱动器;系统的电子齿轮功能使得系统可与任意螺距丝杠直联;螺距补偿功能使机床的精度检验大为简化;显示采用10.4″液晶屏彩色显示,具有加工零件图形实时跟踪显示以及坐标字符显示的功能,界面设计更为丰富人性化;图形模拟功能更为强大,具有三维立体模拟和二维平面模拟显示的功能。
系统结构采用整体式工程塑料压模件,造型美观;便捷的双U盘接口,可实现U盘与系统间的程序互存,以及系统在现场升级功能。
三、国内外数控系统比较
(一)、西门子公司数控系统(SIEMENS)的产品特点:
(1)SIEMENS公司的数控装置采用模块化结构设计,经济性好
(2)在一种标准硬件上,配置多种软件,使它具有多种工艺类型,满足各种机床的需要,并成为系列产品
(3)越来越多地采用大规模集成电路(LSI),表面安装器件(SMC)及应用先进加工工艺更为紧凑,性能更强,价格更低。
(4)采用SIMATICS系列可编程控制器或集成式可编程控制器,用SYEP编程语言(5)具有丰富的人机对话功能,具有多种语言的显示。
(二)、凯恩帝数控系统的产品特点:
(1)结构上长期采用大板结构,但在新的产品中已采用模块化结构。
(2)采用专用LSI,以提高集成度、可靠性,减小体积和降低成本。
(4)不断采用新工艺、新技术。
如表面安装技术SMT、多层印制电路板、光导纤维电缆等。
(5)CNC装置体积减小,采用面板装配式、内装式PMC(可编程机床控制器)。
(6)在插补、加减速成、补偿、自动编程、图形显示、通信、控制和诊断方面不断增加新的功能.
(7)CNC装置面向用户开放的功能。
以用户特订宏程序、MMC等功能来实现。
(三)、华中数控系统的产品特点:
(1)可选配各种类型的脉冲接口式交流伺服驱动单元(闭环、半闭环)或步进驱动单元(开环)。
(2)主轴单元可选配伺服主轴单元、变频主轴单元,编码器接口,带脉冲量接口。
(3)加工图形显示和仿真(三维彩色图形实时动态显示刀具轨迹和零件形状)。
(4)加工断点保存与恢复功能,程序跳段功能,选择停功能,可从指定的任意行运行加工。
(5)支持反向间隙补偿、单向螺距误差补偿和双向螺距误差补偿功能,补偿点数128点。
(四)、国内外数控系统的比较与差距
以前,普及型、中、高档数控系统的国产市场完全被外国公司垄断,国外一些知名厂家采用技术封锁扼杀中国的数控民族工业。
加上我国原有数控系统的封闭性及数控软硬件研究开发的基础较差,技术积累较少,研发队伍的实力较弱,研发的投入力度不够,国产中高档数控系统在性能、功能和可靠性方面与国外相比仍有较大的差距,限制了数控系统的发展。
但随着时间的迁移,国内用户已逐渐领略到使用国外系统的弊端。
同时随着国际学术及产业界对开放式数控系统研究的日益推进,我国的相关研究也越来越受到重视。
经过几十年的发展,我国机床行业也形成了具有一定生产规模和技术水平的产业体系,国产数控系统产业发展迅速,在质与量上都取得了飞跃。
我国的数控系统与国外有一定的差距,但是正不断减少。
一些国内的数控厂商,如华中数控、广州数控,正在积极发展自己的核心技术,希望早日进入数控系统的领先行业。
作为国内制造业中最重要的组成部分,我们要共同努力,积极发展数控系统,为制造业尽自己的一份力量。
参考文献
[1]王永章,杜君文,程国全.数控技术.北京:
高等教育出版社,2001.
[2]王立新.浅谈数控技术的发展趋势[J].赤峰学院学报.2007.
[3]邹伟平.数控技术的现状及发展趋势[期刊论文]–林业机械与木工设备.2006.
[4]陈芳.数控技术的发展和途径[J].科技资讯.2008.
题目三:
典型曲线数字积分法插补方法
一、目的
数字积分插补方法是实现数控插补功能的重要方法之一。
除平面直线和圆弧外,数字积分法法也可以实现多坐标插补联动以及描绘如二次曲线甚至高次曲线等各种函数曲线,精度也能满足要求,在一些专用数控机床和高档数控系统中得到了广泛的应用。
因此,深入理解数字积分插补方法是掌握数控加工知识的重要内容之一。
二、要求
试参照直线和圆弧DDA插补方法,推导如下任一曲线的DDA法插补公式,要求有完整的推导过程,画出插补器的结构框图,讨论终点判别方法,并给出一个插补过程实例。
1)抛物线插补
2)椭圆插补
3)螺旋线插补导程为P,螺旋升角
三、DDA法椭圆插补
(一)、原理推导
如图所示,椭圆的参数方程可表达为:
,
式中:
a——椭圆长轴半径;
b——椭圆短轴半径;
t——参数角;
设要在第一象限内逆圆加工一段椭圆曲线,起点为
、终点为
。
当前点
的坐标为(
,
),经过参数角
后,下一点
的坐标为(
,
)。
对参数方程求微分:
因而,从
到
两坐标的增量可近似写作:
类似圆弧插补DDA,设累加器为n位,则
,同时令
,得椭圆的插补公式为:
显然用DDA法进行椭圆插补时,是对切削点的即时坐标的数值进行分别累加,若累加器产生溢出,则在相应坐标的方向进给一步,进给方向则必须根据刀具的切向运动方向在坐标轴上的投影方向来确定,及取决与椭圆所在的象限和顺圆和逆圆插补,如下表所示。
插补方向
顺圆
逆圆
象限
I
II
III
IV
I
II
III
IV
+
+
-
-
-
-
+
+
-
+
-
+
+
-
-
+
(二)、画出插补器的结构框图.
(三)、插补过程
(1)运算开始,x轴y轴被积函数分别存放其初值,即
y,
x。
x轴累加器得出的溢出脉冲发送x方向,而y轴累加器得到的溢出脉冲送到y方向;
(2)某一轴发出一个进给脉冲后,必须将该轴被积函数的坐标值加以修正。
例如:
当x轴方向发出进给脉冲时,y轴的被积函数中的x坐标值减1而后乘
,当y轴方向发出了一个进给脉冲时,x轴的被积函数的y坐标加1而后乘
。
(3)依次进行计算,直到结束
(四)、终点判别:
DDA法椭圆插补不能通过插补运算次数进行判别,必须根据进给次数判别。
采用个分别判别个坐标方向进给步数的方法,即
,
,当某一坐标的进给步数达到了要求,则停止该坐标方向的插补运算。
(五)、椭圆DDA插补举例
设有一椭圆,长半轴a=10,短半轴b=6,自起点A(10,0),终点E(0,6)逆圆加工,试用DDA插补此段圆弧。
按照上述插补方法及步骤,设寄存器整数部分占4位,小数部分占4位,共8位,满16溢出。
插补过程如表所示:
DDA椭圆插补运算过程
运算次数
x积分器
y积分器
JVX
JRX
X终
JVY
JRY
y终
0
0
0
0
10
6
0
0
6
1
0
0
0
10
6
6
0
6
2
0
0
0
10
6
12
0
6
3
0
0
0
10
6
16+2
1
5
4
0
10
6
8
0
5
5
0
10
6
14
0
5
6
5
0
10
6
16+4
1
4
7
0
10
6
10
0
4
8
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