毕业设计论文数控机床的加工误差的解决与维护.docx
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毕业设计论文数控机床的加工误差的解决与维护
辽宁机电职业技术学院
毕业综合实训报告
专业:
现代机械制造
姓名:
指导教师:
机械工程系
年月
摘要
本论文主要介绍数控机床的加工工艺、编程的实例分析,对回转主轴误差的理解及其解决误差的方法,数控加工的误差及其解决的方法,数控设备故障的维修,PLC故障的诊断与维修,以及数控机床的维护等。
主要的设计为实例,回转误差的计算,本文例子出自资料(数控机床的见解)图例引子www.newM等
Abstract
Thepresentpapermainintroductionnumericalcontrolenginebedprocessingcraft,theprogrammingexampleanalysis,torotatesthemainaxleerrortheunderstandingandthesolutionerrormethod,thenumericalcontrolprocessingerrorandthesolutionmethod,thenumericalcontrolequipmentfailureservice,thePLCbreakdowndiagnosisandtheservice,aswellasnumericalcontrolenginebedmaintenanceandsoon.Themaindesignistheexample,therotationerrorcomputation,thisarticleexamplestemsfromthematerial(numericalcontrolenginebedopinion)chartofsymbolsactor'sopeningwordswww.newMandsoon
一.数控机床的加工。
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二.数控编程实例。
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三.误差的解决。
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四.数控加工误差。
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五.数控设备故障。
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六.PLC故障。
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七.数控机床的维护。
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参考文献。
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附录。
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引言
从上世纪80年代起,机床制造业的发展虽有起伏,但对数控技术和数控机床一直给予较大的关注。
经过“九五”数控车床和加工中心(包括数控铣床)的产业化生产基地的形成,所生产的中档普及型数控机床的功能、性能和可靠性方面已具有较强的市场竞争力。
但在中、高档数控机床方面,与国外一些先进产品相比,仍存在较大差距,这是由于欧美日等先进工业国家于80年代先后完成了数控机床产业进程,其中一些著名机床公司致力于科技创新和新产品的研发,引导着数控机床技术发展,如美国英格索尔公司和德国惠勒喜乐公司对用于汽车工业和航空工业高速数控铣床的发展,日本牧野公司对高效精密加工中心所作的贡献,德国瓦德里希公司在重型龙门五面加工铣床方面的开发,以及日本马扎克公司研发的车铣中心对高效复合加工的推进等等。
精心设计、严格制造和明确的可靠性目标以及通过维修分析故障模式和找出薄弱环节是推进数控技术的重要措施。
我要针对数控机床的加工,维护,以及误差的解决方面进行实践和讨论。
一。
数控机床的加工:
数控是先进制造技术的基础技术。
数控加工在现代化生产中显示出很大的优越性。
对于现代制造业,数控机床非常适合那些形状复杂、精密和批量小的零件。
而一般的普通机床根本无法满足这个要求。
就连仿形机床和组合机床也解决不了高精度与小批量这个矛盾。
因此数控加工非常适合航空、航天、电力、交通和电子等制造业的零件加工技术。
零件加工面临的一个主要问题是产品的高精度、多样性和批量小的矛盾。
这就要求从机床到数控都需要柔性。
CNC数控系统由于采用软件控制,具有了很大的柔性。
现代的数控机床其突出的优点是可以进行高精度加工和多样化加工,完全可以取代其他的加工方法。
由于数控机床是按照预定的程序自动加工,加工过程不需要人工干预,加工精度还可以通过软件进行校正及补偿,因此可以提高零件的加工精度,稳定产品的质量。
特别对于多品种、少批量的零件更是如此。
另外采用数控机床可以提高生产率,一般可以提高生产效率2~3倍,对于某些复杂零件的加工精度,生产率可提高10几倍,甚至更高。
一些数控机床,具有多工序、自动换刀装置,因此可以实现一机多用,不但提高了生产效率,也能节省厂房面积。
现在在我国市场使用较多的FANUC0系列数控系统就是一种高精度、全功能的数控系统。
它具有较好的柔性,非常适合机械零件的加工。
一般的数控系统都具有3种基本的插补功能,即定位(G00)、直线插补(G01)、圆弧插补(G02,G03)。
把这3种插补的程序称为基本程序
例
(1)定位插补:
其程序为G00X25.0Y10.0;它的路径如图1。
图1G00示例
例
(2)直线插补:
其程序为(G91)G01X200.0Y100.0F200.0;它的路径如图2。
图2G01示例
例(3)圆弧插补:
其程序为(①的圆弧<180°)G02X60.0Y20.0R50.0F300.0;它的路径如图3。
例(4)圆弧插补:
其程序为(②的圆弧>180°)G02X60.0Y20.0R-50.0F300.0;它的路径如图3。
图3G02示例
由机床制造商规定的机械原点。
所谓“参考点”是沿着坐标轴的一个固定点,它可以以机床坐标原点为参考基准。
定位到参考点的过程称为返回参考点。
由手动操作返回参考点的过程称为“手动退回参考点”。
而根据规定的G代码自动返回零点的过程称为“自动返回参考点”。
图4为一般手动返回参考点的过程。
在坐标轴的参考点附近设定一个减速点。
图4手动退回参考点
自动返回参考点由G28指令,在G28的程序段中,存入了指令轴的中间点坐标值。
G28程序段的指令操作如下:
①把指令的轴移向中间点定位(A点向B点)。
②从中间点向参考点定位(B点向R点)。
③如果不是机床锁住状态,返回参考点灯亮。
在向参考点和中间点定位时,各轴用快速度移动。
该指令一般用以自动换刀(ATC)。
因此,执行该指令时需要取消刀具半径补偿和刀具长度补偿。
返回参考点是制订数控机床与数控系统联接的参考基准。
因此是非常重要的。
图5自动退回参考点的过程
G29是从参考点自动返回的指令。
它表明指定的轴经过中间点向指定的位置定位的过程。
通常在G28或G30(返回第2参考点)之后使用。
G29操作如图5中的(4)和(5);(4)被指定的轴,向G28或G30定义的中间点定位(R点向B点);(5)从中间点向被指定的点定位(B点向C点);以快速的速度向中间、指定的点移动。
数控编程实例:
数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备,是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。
随着数控机床的发展与普及,现代化企业对于懂得数控加工技术、能进行数控加工编程的技术人才的需求量必将不断增加。
数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。
本文就数控车床零件加工中的程序编制问题进行探讨。
二.数控编程实例
一、编程方法
数控编程方法有手工编程和自动编程两种。
手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤主要有人工完成的编程过程。
它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工,以及计算较简单,程序段不多,编程易于实现的场合等。
但对于几何形状复杂的零件(尤其是空间曲面组成的零件),以及几何元素不复杂但需编制程序量很大的零件,由于编程时计算数值的工作相当繁琐,工作量大,容易出错,程序校验也较困难,用手工编程难以完成,因此要采用自动编程。
所谓自动编程即程序编制工作的大部分或全部有计算机完成,可以有效解决复杂零件的加工问题,也是数控编程未来的发展趋势。
同时,也要看到手工编程是自动编程的基础,自动编程中许多核心经验都来源于手工编程,二者相辅相成。
二、编程步骤
拿到一张零件图纸后,首先应对零件图纸分析,确定加工工艺过程,也即确定零件的加工方法(如采用的工夹具、装夹定位方法等),加工路线(如进给路线、对刀点、换刀点等)及工艺参数(如进给速度、主轴转速、切削速度和切削深度等)。
其次应进行数值计算。
绝大部分数控系统都带有刀补功能,只需计算轮廓相邻几何元素的交点(或切点)的坐标值,得出各几何元素的起点终点和圆弧的圆心坐标值即可。
最后,根据计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的加工参数及辅助动作,结合数控系统规定使用的坐标指令代码和程序段格式,逐段编写零件加工程序单,并输入CNC装置的存储器中。
三、典型实例分析
数控车床主要是加工回转体零件,典型的加工表面不外乎外圆柱、外圆锥、螺纹、圆弧面、切槽等。
例如,要加工形状如图所示的零件,采用手工编程方法比较合适。
由于不同的数控系统其编程指令代码有所不同,因此应根据设备类型进行编程。
以西门子802S数控系统为例,应进行如下操作。
图1零件图
(1)确定加工路线
按先主后次,先精后粗的加工原则确定加工路线,采用固定循环指令对外轮廓进行粗加工,再精加工,然后车退刀槽,最后加工螺纹。
(2)装夹方法和对刀点的选择
采用三爪自定心卡盘自定心夹紧,对刀点选在工件的右端面与回转轴线的交点。
(3)选择刀具
根据加工要求,选用四把刀,1号为粗加工外圆车刀,2号为精加工外圆车刀,3号为切槽刀,4号为车螺纹刀。
采用试切法对刀,对刀的同时把端面加工出来。
(4)确定切削用量
车外圆,粗车主轴转速为500r/min,进给速度为0.3mm/r,精车主轴转速为800r/min,进给速度为0.08mm/r,切槽和车螺纹时,主轴转速为300r/min,进给速度为0.1mm/r。
(5)程序编制
确定轴心线与球头中心的交点为编程原点,零件的加工程序如下:
主程序
JXCP1.MPF
N05G90G95G00X80Z100 (换刀点)
N10T1D1M03S500M08 (外圆粗车刀)
-CNAME=“L01”
R105=1R106=0.25R108=1.5 (设置坯料切削循环参数)
R109=7R110=2R111=0.3R112=0.08
N15LCYC95 (调用坯料切削循环粗加工)
N20G00X80Z100M05M09
N25M00
N30T2D1M03S800M08 (外圆精车刀)
N35R105=5 (设置坯料切削循环参数)
N40LCYC95 (调用坯料切削循环精加工)
N45G00X80Z100M05M09
N50M00
N55T3D1M03S300M08 (切槽车刀,刀宽4mm)
N60G00X37Z-23
N65G01X26F0.1
N70G01X37
N75G01Z-22
N80G01X25.8
N85G01Z-23
N90G01X37
N95G00X80Z100M05M09
N100M00
N105T4D1M03S300M08 (三角形螺纹车刀)
R100=29.8R101=-3R102=29.8 (设置螺纹切削循环参数)
R103=-18R104=2R105=1R106=0.1
R109=4R110=2R111=1.24R112=0
R113=5R114=1
N110LCYC97 (调用螺纹切削循环)
N115G00X80Z100M05M09
N120M00
N125T3D1M03S300M08 (切断车刀,刀宽4mm)
N130G00X45Z-60
N135G01X0F0.1
N140G00X80Z100M05M09
N145M02
子程序
L01.SPF
N05G01X0Z12
N10G03X24Z0CR=12
N15G01Z-3
N20G01X25.8
N25G01X29.8Z-5
N30G01Z-23
N35G01X33
N40G01X35Z-24
N45G01Z-33
N50G02X36.725Z-37.838CR=14
N55G01X42Z-45
N60G01Z-60
N65G01X45
N70M17
三.误差的解决:
机床主轴是机床上的一个主要部件,由于机床主轴用于安装刀具或工件,因此它是刀具或工件的相对位置基准和运动基准。
机床主轴回转精度是机床的主要精度指标之一,直接影响着被加工零件的加工精度及表面粗糙度。
机床主轴的回转误差是一项综合性的误差,是主轴在回转过程中实际回转轴线相对于理论回转轴线的漂移。
机床主轴的回转误差可以分为3种基本形式:
主轴的纯径向跳动、主轴的纯轴向窜动和纯角度摆动。
一般情况下,这3种基本形式的误差是同时存在的,产生的加工误差也是3种形式误差影响的叠加。
不同形式的主轴回转误差对加工精度的影响是不同的,同一形式的主轴回转误差对于不同加工方法的影响也是不同的。
下面主要分析主轴纯径向跳动对零件加工的影响。
一.主轴纯径向跳动产生的原因
主轴纯径向跳动是指主轴实际回转轴线绕平均轴线作平行的公转运动。
引起主轴纯径向跳动的主要原因是主轴轴颈和轴承的精度误差。
机床上使用的轴承分为滑动轴承和滚动轴承两类,轴承的类型不同,对纯径向跳动的影响也是不同的。
1)采用滑动轴承对主轴纯径向跳动的影响
采用滑动轴承作支承时,主轴以其轴颈在轴承孔内旋转。
对于车床类机床,在加工过程中,主轴的受力方向是一定的,主轴轴颈被切削力压向轴承孔表面的固定地方。
这时主轴轴颈的不同部位和轴承孔内的某一固定部位相接触,所以轴颈的圆度误差会使主轴回转产生纯径向跳动,而轴承孔的形状误差对主轴回转精度的影响很小。
如图1(a)所示。
对于镗床类机床,作用在主轴上的切削力是随镗刀的旋转而转动的,轴颈上的某一固定部位与轴承孔表面的不同部位相接触,因此轴承孔的圆度误差会引起镗床主轴的纯径向跳动,而镗床主轴轴颈形状误差对主轴回转精度的影响不大,如图1(b)所示。
引自....@
(1)
(a)(b)
图1车削和镗削时的主轴跳动
2)采用滚动轴承对主轴纯径向跳动的影响
主轴采用滚动轴承作支承时,引起主轴纯径向跳动的因素除了轴承本身的精度外,还与轴承相配合件的精度有关。
a.滚动轴承精度的影响
滚动轴承外圈和内圈的滚道形状精度和位置精度对主轴纯径向跳动的影响与滑动轴承类似。
如图2所示。
车削时,内圈滚道的精度影响较大;镗削时,外圈滚道的精度影响较大。
(a)孔与滚道不同轴(b)滚道不圆
图2滚动轴承内外环形状及位置误差
滚动体的形状误差和尺寸的不一致会造成主轴的纯径向跳动。
如图3所示。
当直径较大的滚动体位于左边时,会使内圈右移,即主轴位置右移:
相反,当直径较大的滚动体位于右边时,会使内圈位置左移,即主轴位置左移。
由于滚动体保持架的转速低于内圈的转速,因此,它所引起的纯径向跳动频率较低。
图3滚动轴承滚动体的形状误差和尺寸不一致对主轴径向纯跳动的影响
滚动轴承的间隙对主轴的纯径向跳动也是有影响的。
如图4所示。
设轴承的承载区在右边,这时内圈右移,当一个滚动体位于水平位置时,内圈的右移量比滚动体不在水平位置时的要小,使主轴产生纯径向跳动,这种纯径向跳动的频率比内圈的转速要高得多。
图4滚动轴承间隙对主轴纯径向跳动的影响
b.与滚动轴承相配合件的影响
轴承内圈是薄壁零件,受力后很容易变形,主轴轴颈的圆度误差将导致内圈变形而引起主轴的纯径向跳动。
同理,轴承外圈也是薄壁零件,装到箱体孔中后,箱体孔的圆度误差也将引起外圈滚道产生变形,引起主轴的纯径向跳动。
2主轴纯径向跳动的数学表达式
了便于研究主轴纯径向跳动对零件加工精度的影响,假设在加工零件的过程中,机床主轴一方面以角速度w自转,同时主轴瞬时回转轴心又相对与平均轴心在两个垂直方向(Y、Z坐标)上作简谐振动。
建立惯性直角坐标系(OXYZ),O点为主轴的理想轴心位置,再建立与主轴相固联的直角动坐标系(O1WMN),O1点为主轴的瞬时轴心位置。
利用坐标平移和旋转后可得到两个坐标系的坐标变换关系。
如图5所示。
图5坐标变换关系图
根据简谐振动规律,主轴轴心O1径向跳动的数学表达式为:
(1)
式中:
φ为主轴的转角:
φ=ωt:
AY、AZ是轴心分别在Y、Z两个坐标方向上简谐振动的幅值。
(2)
(3)
三.主轴纯径向跳动对零件加工的影响
1)对镗削加工的影响
在镗床上镗孔时,镗刀随镗床主轴一起作旋转运动。
当主轴作纯径向跳动时,将使轴心线沿某一固定方向作简谐运动。
镗出的孔形是由惯性坐标系中镗刀刀尖的运动轨迹所决定。
设镗刀刀尖在动坐标系的位置为:
M=R,N=0,其中R为所加工孔的半径。
如图6所示。
图6镗削加工示意图
将刀具的位置坐标和式
(1)代入式
(2),可得在惯性坐标系中镗刀刀尖的轨迹参数方程:
(4)
将(4)式平方后整理得:
(5)
(5)式为椭圆的参数方程,其长轴和短轴之半分别为R+AY和R+AYctgφ。
因此,在镗孔过程中,主轴有纯径向跳动误差时,那么镗出的孔将是椭圆形的,产生的误差为圆度误差,其值为:
△=AY+AZ
2)对车削加工的影响
在车床上加工外圆或镗孔时,工件随车床主轴一起作旋转运动。
因此工件被加工表面的几何形状是由刀具在动坐标系中的相对轨迹决定的。
车刀刀尖在惯性坐标系中的坐标位置为Z=0,Y=-R。
其中,R为加工半径,如图7所示。
图7车削加工示意图
将刀具的位置坐标和式
(1)代入式(3),可得刀具在动坐标系中的轨迹参数方程:
(6)
由式(6)可得工件被加工表面几何形状的瞬时曲率半径为:
(7)
由于幅值AZ的数值很小,可以略去,则式(7)成为:
(8)
由式(8)可知,工件横截面的几何形状近似于一个心脏线图形。
如图8所示。
图8车削加工心形线图
若取ρ1=R-Acosφ,ρ2=R-Acos(p+φ),则D=ρ1+ρ2=2R,说明此心脏线是一等径曲线,即工件的横截面几何形状无直径误差。
当φ=0时,ρ=R-A,当φ=π时,ρ=R+A。
所以O1不是加工后工件端面的实际轮廓的中心,工件的实际轮廊中心与O1的距离为A。
因此可以得出结论:
在车床上进行内外圆车削,主轴径向跳动主要影响加工件的同轴度误差,对工件圆度误差的影响可以忽略不计。
四.结论
通过对主轴纯径向跳动的分析可以看出,主轴回转误差对零件加工精度的影响很大。
因此在机械加工中,应采取有效措施减少主轴回转误差对零件加工精度的影响。
采取的措施可以从两个方面来考虑。
首先要提高主轴的回转精度。
主轴轴承是影响主轴回转精度的关键零件,对于精密机床可采用精密的滚动轴承,也采用多油楔动压轴承和静压轴承。
同时还要提高与轴承相配合零件的精度。
其次要减少主轴回转误差对零件加工的影响。
可以采用运动和定位分离的主轴结构,使工件在加工过程中的回转精度不受机床主轴回转误差的影响,使主轴回转误差不反映到工件上
数控加工误差:
四.数控加工误差
系统参数发生变化或改动、机械故障、机床电气参数未优化电机运行异常、机床位置环异常或控制逻辑不妥,是生产中数控机床加工精度异常故障的常见原因,找出相关故障点并进行处理,机床均可恢复正常。
生产中经常会遇到数控机床加工精度异常的故障。
此类故障隐蔽性强、诊断难度大。
导致此类故障的原因主要有五个方面:
(1)机床进给单位被改动或变化。
(2)机床各轴的零点偏置(NULLOFFSET)异常。
(3)轴向的反向间隙(BACKLASH)异常。
(4)电机运行状态异常,即电气及控制部分故障。
(5)机械故障,如丝杆、轴承、轴联器等部件。
此外,加工程序的编制、刀具的选择及人为因素,也可能导致加工精度异常。
一.系统参数发生变化或改动
系统参数主要包括机床进给单位、零点偏置、反向间隙等等。
例如SIEMENS、FANUC数控系统,其进给单位有公制和英制两种。
机床修理过程中某些处理,常常影响到零点偏置和间隙的变化,故障处理完毕应作适时地调整和修改;另一方面,由于机械磨损严重或连结松动也可能造成参数实测值的变化,需对参数做相应的修改才能满足机床加工精度的要求。
二.机械故障导致的加工精度异常
一台THM6350卧式加工中心,采用FANUC0i-MA数控系统。
一次在铣削汽轮机叶片的过程中,突然发现Z轴进给异常,造成至少1mm的切削误差量(Z向过切)。
调查中了解到:
故障是突然发生的。
机床在点动、MDI操作方式下各轴运行正常,且回参考点正常;无任何报警提示,电气控制部分硬故障的可能性排除。
分析认为,主要应对以下几方面逐一进行检查。
(1)检查机床精度异常时正运行的加工程序段,特别是刀具长度补偿、加工坐标系(G54~G59)的校对及计算。
(2)在点动方式下,反复运动Z轴,经过视、触、听对其运动状态诊断,发现Z向运动声音异常,特别是快速点动,噪声更加明显。
由此判断,机械方面可能存在隐患。
(3)检查机床Z轴精度。
用手脉发生器移动Z轴,(将手脉倍率定为1×100的挡位,即每变化一步,电机进给0.1mm),配合百分表观察Z轴的运动情况。
在单向运动精度保持正常后作为起始点的正向运动,手脉每变化一步,机床Z轴运动的实际距离d=d1=d2=d3…=0.1mm,说明电机运行良好,定位精度良好。
而返回机床实际运动位移的变化上,可以分为四个阶段:
①机床运动距离d1>d=0.1mm(斜率大于1);②表现出为d=0.1mm>d2>d3(斜率小于1);③机床机构实际未移动,表现出最标准的反向间隙;④机床运动距离与手脉给定值相等(斜率等于1),恢复到机床的正常运动。
五.数控设备故障:
检测元件是数控机床伺服系统的重要组成部分,它起着检测各控制轴的位移和速度的作用,它把检测到的信号反馈回去,构成闭环系统。
测量方式可分为直接测量和间接测量:
直接测量就是对机床的直线位移采用直线型检测元件测量,直接测量常用的检测元件一般包括:
直线感应同步器、计
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- 毕业设计 论文 数控机床 加工 误差 解决 维护