机床自动化论文

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　　机床自动化论文一

近二十余年来，光电技术的发展与进步迅猛，致使光电产品的加工设备研发也快速发展起来。光电产品的质量、精度要求越来越高，加工光电产品的装备质量也必须要得到进一步的提升，这就必然涉及到此类加工装备关键重要件的加工和装配精度的问题。其中，光学加工机床的关键零部件———滑架部件中活动块的加工就涉及到此类加工精度问题。在光学行业所用的加工机床中，滑架部件滑动的灵活性、稳定性和精度是该类机床的一个重要技术指标。要保证滑架部件滑动中的这一技术指标，关键的一点就是要保证活动块中安装轴承两孔的形位公差———平行度。其他诸如活动块的孔间距、局部尺寸公差等，都可通过常规的技术手段，一般技术水平的操作人员即可做到，且不影响装配的质量和精度，在此不做赘述。现就活动块的加工过程中，如何保证活动块的两孔平行度的问题进行分析和探讨。在保证活动块两孔平行度的前提下，可进行批量生产，同时还能提高效率、减小废品率、降低加工成本，是要面临解决的关键问题。下面就此类加工问题展开，对现有的几种加工方法进行对比，以期得到更优秀经济的加工手段和加工工艺。

1在卧式镗床上加工保证活动块的两孔平行度

首先，在车床、铣床或其他机械加工机床上，对活动块(图1)进行加工，到图纸规定的尺寸。然后，活动块的两孔加工工序安排在卧式镗床上进行加工。按常规的加工手段和办法，定位、夹紧，一次装夹，先钻孔，后粗镗、精镗两孔，保证两孔的平行度和孔间距尺寸公差。因为是在一次装夹中加工完毕，活动块的平行度由镗床的精度很容易得到保证。孔的平行度公差，一般正常可保证在0.01～0.02mm，极少数因为各方面的因素会超差，但最大不超过0.03mm，对装配使用基本没有影响。加工出来的产品，基本没有废品，合格率完全有保证。此种加工工艺方法，由于是在卧式镗床上加工，所以就会带来一个很大弊端，加工效率过低，加工成本太高。在单件、小批量的生产中，体现还不太明显，但对于批量的生产，效率低、成本高、加工周期长的问题就特别突出，使该机床生产周期变长，成本增加，快速交货受到限制，缺乏一定的市场竞争力，不利于该类机床短时间内的批量生产，更不利于该类机床在市场中的应用推广。

2在车床上加工保证活动块的两孔平行度

利用车床的花盘和弯板配合对活动块的两平行孔进行加工。花盘是安装在车床主轴上的一个大圆盘，盘面上的许多长槽用来穿放螺栓，工件可用螺栓直接安装在花盘上。也可以把辅助支承角铁(弯板)用螺钉牢固夹持在花盘上，工件则安装在弯板上。为了防止转动时因重心偏向一边而产生振动，在工件的另一边要加平衡铁。工件在花盘上的位置需经仔细找正。首先，在铣床或其他机械加工机床上，按照图纸要求尺寸加工出外形。在车床安装好花盘，首先要利用活动块已加工好的面作为基准，打表、找正，利用弯板进行定位，夹紧。在加工活动块时，由于工件位置的原因，在离心力的作用下，加工工件孔的局部尺寸容易出现椭圆，两孔的平行度公差一般可保证在0.05～0.1mm以内。在实际生产过程中，通过装配时的反复调整和实际的应用验证，只要孔距的平行度公差不超过0.1mm，对活动块装配后的灵活性影响不大，所以此技术指标可以放宽使用，此时废品率仍在20%以上。此种加工方法，对比镗床加工来说，加工效率有很大的提高，加工成本大幅度降低，大约是镗床的1/3～1/2;但是打表找正比较费时间，对加工人员的个人技术要求较高，加工质量一般，合格率较低，批量生产一般不予采用。

3在车床上利用专用夹具精加工保证活动块的两孔平行度

专用夹具设计思路及依据如下:一种具有平衡配重功能的偏心夹具，在夹具本体上，以可往复移动的方式，设计一个用以夹持工件的夹持装置和至少一个配重件;另再设计一个传动机构，用以在夹持装置移动时同步地传动配重件作反向移动，以使夹头在偏心夹置工件时仍能维持其重心在转动轴心上，而能避免夹头高速转动时产生偏心震动。一般没必要去精确计算，可根据工作的经验，只要床头不要太晃动就行了。三爪卡盘与机床的连接需要一个连接法兰盘。法兰盘一端是内螺纹的，与车床主轴的外螺纹相连接;一端是带台阶孔(起定位作用)的法兰盘，用螺丝与三爪卡盘背后的螺纹孔连接。根据三爪卡盘和主轴连接的原理，利用常规车床主轴端部安装好的法兰盘，简化有平衡配重功能的偏心夹具设计思路，简化设计结构，做一简单实用的专用夹具，如图2(a)、(b)所示。其中，夹具体背面一端的止口、端面(起定位作用)分别和另一端面正面(基准面)要有垂直度、平行度要求，和车床主轴上连接的法兰盘止口(起定位作用)相配合，安装方法和三爪卡盘的安装固定方式一样。夹具体上安装径向滑动板，滑动板两大面有平行度要求，滑动板上安装有定位、夹紧元件。图2车床专用夹具对于批量生产，加工前，根据图纸对活动块外形进行加工，并预钻两平行孔，基本保证中心距即可，留1～1.5mm的加工余量。在专用夹具中，找活动块已加工好的面作定位基准，定位、夹紧，依次对两孔进行精加工到尺寸，靠车床和夹具的精度来保证活动块两孔的平行度公差。此种加工工艺方法，和前一种加工工艺相比较，特点是:操作相对更容易些，加工效率较高(可提高一倍以上)，产品的加工精度有一定提高，合格率较高。但和镗床比较而言，加工精度还是有不少的差距。

4在改造的车床上精加工保证活动块的`两孔平行度

找一台八成新以上的车床，目的是为了保证主轴的回转精度，还有丝杠和中托板丝杆的传动精度。首先，要把车床改造成一台数控车床，费用大概一万余元，目的是为了提高加工的效率。第二步，改造中托板。把方形刀架去掉，固定方形刀架的基面，就变成专用夹具的工作固定台面，按照和此基面的连接方式设计专用夹具的夹具体。要求夹具安装固定完毕后，活动块处在夹具中的位置应保证精镗时活动块两孔的轴线和主轴轴线等高且平行，即在同一高度的平面上。实际上就是以中托板上刀架的安装基面设定为一个工作台面，相当于卧镗的工作台。改造后的车床，就是一台数控车床;更进一步讲，就是一台变相的简易数控“镗床”，完全是根据活动块在卧镗上加工的方法原理改造而成。夹具设计实物如图3所示。图3专用夹具(固定于方形刀架基座上)做专用的镗刀杆，刀杆尾部的锥度要和所改造机床主轴锥孔的莫氏锥度相配套，长度可根据所加工的产品灵活设计，注意控制其长径比，在可保证加工的前提下，尽可能缩短镗刀杆，以满足镗刀杆足够的强度。可预先设计加工粗镗刀杆1把、精镗刀杆2把，刀具的材料为YG8，预先试镗孔，调整保证粗镗、精镗的刀具尺寸。每把精镗刀加工的工件数量为40～50件，两把精镗刀可加工80～100件，一次的生产批量一般在100件左右，所以事先准备1把粗镗刀、2把精镗刀，足够加工一个批次的产品。首先，对活动块外形进行加工，并预钻两平行孔，基本保证中心距即可，留1～1.5mm的加工余量;再到改造好的数控车床上，选工件已加工好的面作为定位基准，在设计的专用夹具上进行定位、夹紧;然后，以任意一预钻孔为基准，大致找正即可。一次装夹，通过中拖板丝杠控制孔间距(孔距公差靠中拖板丝杠精度保证)，靠换已事先准备好的粗镗刀杆和精镗刀杆，对预钻的两孔进行粗镗、精镗，保证两孔的平行度公差。加工的原理方法实际和在镗床上加工一样，只不过是一台变通了的所谓“镗床”，一般孔的平行度公差可比较轻松控制在0.02～0.04mm以内，最大不超过0.05mm。相比镗床来说，加工成本低廉，效率大大提高，加工质量也有保证，合格率高。以CA6140为例，车床的改造费用1万余元;加上车床(不低于八成新)本身的费用4～5万元，总计费用在6万元左右，最多也不超过7万元。车床的加工工时在15～20元/小时，一天可以加工活动块成品大概40～50件。而同样一款卧式镗床，价格40余万元，加工工时约60元/小时，每天的加工成品大概为20件。投入产出大概比例，前者是后者的1/12～1/14。

5结论

通过对以上4种加工工艺的对比分析，就能得到更优的加工方法和拓宽零件加工思路，很自然地提高产品的加工效率和加工质量。对于批量大、精度要求高的活动块加工来说，在改造的车床上，利用专用夹具精加工(镗孔)，产品的合格率得到有效的保证，降低了工人的劳动强度，提高生产效率，减少产品对操作人员的技术依赖度，降低生产的加工成本，有很好的社会经济效益，使得该类机床的大批量生产有了可靠的技术和物质保障，在市场竞争中占据一定的优势地位。推而广之，在现代的机床工业中，在批量机床的生产和维修过程中，只要是中小型的类似活动块的零件加工且平行度要求较高的，都可参照此种活动块的加工工艺方法，避免对镗床的依赖;同时，既可以提高生产效率，又能降低生产成本。

　　机床自动化论文二

　　1 引言

随着数控加工在机械制造业中的广泛应用，数控操作者的大量培训便成为迫切的问题。在传统的操作培训中，数控编程和操作的有效培训必须在实际机床上进行，这既占用了设备加工时间，又具有风险，培训中的误操作经常会导致昂贵设备的损坏。

随着计算技术的发展，尤其是虚拟现实技术和理念的发展，产生了可以模拟实际设备加工环境及其工作状态的计算机仿真培训系统。它用计算机仿真培训系统进行培训，不仅可迅速提高操作者的素质，而且安全可靠、费用低。

与科学幻想相似，想象力和技术的相互结合造就了虚拟现实。培根在13世纪写的没有马的轿车和配备动力的机械的科幻故事就是这类结合的早期见证，凡尔纳在19世纪写了火箭和潜水艇的预言性科幻小说，特别是一些科幻作家们已做出的各种利用虚拟现实的基本概念的设想正在逐步变成了具体化。上世纪内所建树的几个技术性里程碑使得虚拟现实成为可能，电话、无线电、电视、半导体三极管和集成电路(微处理器芯片)和液晶显示器。尤其是计算机技术的飞速发展。一些早期的仿真尝试(例如第一台飞行模拟器、立体电影、电视游戏等)都已成为当今虚拟现实仿真的先驱。当然虚拟现实技术的发展历程与电子学以及计算机产业的蓬勃发展是分不开的。

目前在国内已经有少数高等院校将计算机仿真初步运用于数控操作人才培训的教学之中，也产生了各种仿真教学系统。这些教学系统既能单机系统独立运行，又能在线运行。独立运行即机床模型方式，其培训设施只需一台微机，数控机床的模拟操作在显示屏显示的仿真面板上进行，而零件切削过程由机床模型三维动画演示，用这种方式进行初步培训是经济有效的；在线运行即机床工作方式，这种方式下教学系统将与实际机床连接，由硬件实现零件切削过程，这时除了操作者是用仿真面板操作外，其它则与实际机床的真实情况一样，简单来讲就是利用计算机和其他的专用硬件软件去产生一种真实场景的仿真，参与者可以通过与仿真场景的交互来体验一种接近于真实的场景的感觉。因此能进一步培训操作者的实际工作技能。

数控仿真系统的核心是虚拟数控机床，而虚拟数控机床又是虚拟制造技术中的一个执行单元，它不仅在数控加工过程中为产品设计提供了可制造性的分析，而且在数控系统的学习和培训中，为各类学校和企业技术人员提供了完善的学习和培训。该类系统完全模拟零件的切削过程，能检验数控指令正确与否，提供一套功能齐全的调试、编辑、修改和跟踪执行等功能。

　　2 虚拟数控系统功能

虚拟数控机床实际上是虚拟环境中数控机床的模型。与真实机床相比，虚拟数控机床应具有以下功能：

虚拟数控机床应具有与真实机床完全相同的结构。虚拟数控机床能模仿真实机床的任何功能而不致因为采用某种近似替代而导致某种结构和信息的失真或丢失．并应与真实机床有完全相同的界面风格，为技术人员的学习和培训提供保证。

虚拟数控机床强大的网络功能，为远程教育提供可能。

完善的图形和标准数据接口。用户既能在真实的环境中运行虚拟机床，又能观察它的各种远行参数，并能与其他CAD／CAM软件接口。

　　3 平台的购建

虚拟数控机床是如何实现这些功能的呢？它一般是通过以下的构建平台来实现。

①Nc解释平台 NC解释平台包括NC解释器和NC验证器。任务分配数据库从任务调度中接受数控代码并将其翻译为虚拟机床的部件、刀具等运动的信息，并将其通过计算模块来模拟机床的响应，NC解释器能够被自由地配置从而能够模拟任何一种数控机床的CNC控制器。

②NC验证器，能够验证NC代码的语法正确性。

③刀具库 刀具库应包括一台数控机床所需的刀具，并能自由配置刀具库中的刀具号．从而能模拟任何一种数控机床的换刀形式。

④仿真平台 仿真平台包括刀具轨迹仿真、切削力仿真，加工精度仿真、三维动画仿真、加工工时统计分析，仿真平台是虚拟数控机床的核心技术。操作者可以在虚拟的环境中进行机床运动和切削过程等的仿真，从中获得相关的加工数据。如进给轴的位移量、换刀状态、主轴转速、加速度、进给量、加工时间等。通过加工过程的仿真，了解所设计工件的可加工性，验证NC代码的正确性以及评价和优化加工过程，并通过在线修改NC代码来优化NC代码。

⑤计算平台 计算平台用来完成虚拟数控机床中各种计算，如根据NC代码计算加工零件新的几何形状，根据刀具的材料、运行时间、零件的材料性质和润滑介质的性质计算刀具的补偿量和热补偿量。这些计算结果是虚拟数控机床在应用于虚拟制造过程中的加工方案评价以及可制造性分

析所必须的。

⑥设计开发平台 虚拟数控机床的设计平台是一个面向对象的数控软件库及其开发环境。通过对数控软件的标准化、规范化研究和其它CAD／CAM软件的数据交换，并对典型的零件进行封装，设计成具有稳定、通用接口的可重用的软件。

⑦操作运行平台和监控平台 在虚拟环境中完全实现真实机床的操作，让使用者完全感受到真实机床的运行特性。在这些基础上的监控硬件和软件，用来控制简易机床．增加虚拟数控机床的真实感．并且可以进行典型零件的实验性试切加工，让使用者有一种身临其尽的感觉。尤其是在数控教学和培训过程中，初学数控编程者需要大量的编程练习，并进行实际调试。用试切法来检验数控加工程序显然不合理，而且也难于实现。如果利用仿真技术，这些问题可以轻松得到解决，从而避免编程时人为出错或工艺不合理造成工件报废。

　　4 总结

鉴于虚拟数控机床具备的功能，针对目前我单位数控教学课程和参加数控实习学生人数的增多，及数控设备较为精密、昂贵的特点。把数控加工仿真软件引入教学之中，用于数控机床操作与编程培训，这样既可以避免因误操作造成价格昂贵的数控机床的损坏，又可以使操作人员在对仿真数控机床操作过程中产生临场感和真实感。而且能够让同学们更快地熟悉和了解数控加工的工作过程，并且掌握每种数控机床的基本操作。更大的好处是在实现了同样效果的情况下将加工出错及事故发生率降低到了最小程度。

我单位目前的硬件设施基本具备，包括微机房、局域网和各类数控机床等。不久的将来在校园网接通之后，这种教学方式确实很有可能成为现实。尤其是在北航工程训练中心开设远程教育课程之后，相信这种教学方式必将成为一种必要的教学手段。

　　参 考 文 献：

1．曾小惠，吴明华，潘铁虹．在线数控加工仿真教学系统的实现，1998

2．余勤科，岳应娟，刘宏．虚拟数控机床技术及其应用，2000

3．王晓楠，王仲海．虚拟现实技术及其应用，2002