第一篇：數控車零件工藝設計及NC編程畢業(yè)論文

北京航空航天大學畢業(yè)設計(論文)

單位代碼 10006 學 號

12988800123

分類號

密

級

畢業(yè)綜述

數控車零件工藝設計及NC編程

學習中心名稱

專 學 指

北航校本部 機械工程及自動化專業(yè)

業(yè)生導

名姓教

稱 名 師

2014年月 15 日

京

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數控車零件工藝設計及NC編程

摘要

隨著數控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，數控加工技術對國計民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為效率、質量是先進制造技術的主體。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。而對于數控加工,無論是手工編程還是自動編程，在編程前都要對所加工的零件進行工藝分析，擬定加工方案，選擇合適的刀具，確定切削用量，對一些工藝問題(如對刀點、加工路線等)也需做一些處理。并在加工過程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的產品。

數控車床種類較多，但主體結構都是由：車床主體、數控裝置、伺服系統三大部分組成。

NC編程就是將加工零件的加工順序、刀具運動軌跡的尺寸數據、工藝參數（主運動和進給運動速度、切削深度）以及輔助操作（換刀、主軸正反轉、冷卻液開關、刀具夾緊、松開等）加工信息，用規(guī)定的文字、數字、符號組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。

數控機床程序編制過程主要包括：分析零件圖紙、工藝處理、數學處理、編寫零件程序、程序校驗。

關鍵詞：數控，車床，編程，加工

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Abstract Expands unceasingly along with the development of NC technology and application field, some of the major industries of the NC machining technology of beneficial to the people's livelihood(IT, automobile, light industry,medical and so on)plays a more and more important rolein the development, because the efficiency, quality is the subject of advanced manufacturing technology.High speed, high precision machining technology can greatlyimprove efficiency, improve product quality and grade,shorten the production cycle and improve the market competitive ability.For CNC machining, either manual or automatic programming, the programming before goingthrough the process analysis of the parts processing,processing scheme worked, choose a suitable tool,determine the amount of cutting, some process problems(such as the knife point, processing route etc)also need to do some processing.And control the accuracy of the method in the process, to produce qualified products.CNC lathe type are many, but the main structure iscomposed of three parts: Main lathe, numerical control device, servo system.NC programming is the processing parts of the processing order, tool trajectory size data, process parameters(main movement and feed velocity, cutting depth)and auxiliary operation(ATC, spindle positive inversion, coolant switch,release the tool clamping, etc.)the processing of information, consisting with the provisions of the text,numbers, symbols code, prepared according to a certain format into processing procedures.Process of NC machine program mainly include: analysis of parts drawings, process, mathematical processing,writing part program, program verification.Keywords: CNC lathes, machining, programming，京

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一、引言........................................................................................................................................................5

二、數控概述................................................................................................................................................5

1數控系統的發(fā)展..........................................................................................................................5 2機床的發(fā)展趨勢..........................................................................................................................5

三、數控加工工藝........................................................................................................................................6

1數控加工工藝內容的選擇..........................................................................................................6 2數控加工工藝的主要內容..........................................................................................................7

四、數控編程方法........................................................................................................................................7

1數控編程的基本概念..................................................................................................................7 2數控編程步驟..............................................................................................................................8 2數控車床程序的編制..................................................................................................................9

五、刀具及切削用量..................................................................................................................................10

1選擇數控刀具的原則................................................................................................................10 2選擇數控車削用刀具.................................................................................................................11 3設置刀點和換刀點....................................................................................................................12 4確定切削用量............................................................................................................................12

六、夾具的選擇、工件裝夾方法的確定...................................................................................................12

1夾具的選擇................................................................................................................................12 2夾具的類型................................................................................................................................13 3零件的安裝................................................................................................................................13

七、零件加工編程實例...............................................................................................................................14

1零件的工藝分析........................................................................................................................14 2確定加工路線............................................................................................................................15 3制定加工方案............................................................................................................................15 4選擇刀具及對刀........................................................................................................................15 5確定工件坐標系、對刀點和換刀點........................................................................................16

結束語..........................................................................................................................................................17 致謝..............................................................................................................................................................18 參考文獻......................................................................................................................................................18

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一、引言

數控加工是機械制造中的先進的加工技術是一種高效率，高精度與高柔性特點的自動加工方法，數控加工技術可有效解決復雜、精密、小批多變零件的加工問題，充分適應了現代化生產的需要，制造自動化是先進制造技術的重要組成部分，其核心技術是數控技術，數控技術是綜合計算機、自動技術、自動檢測及精密機械等高新技術的產物，它的出現及所帶來的巨大利益，已引起了世界各國技術與工業(yè)界的普遍重視，目前，國內數控機床使用越來越普及，如何提高數控加工技術水平已成為當務之急，隨著數控加工的日益普及，越來越多的數控機床用戶感到，數控加工工藝掌握的水平是制約手工編程與CAD/CAM集成化自動編程質量的關鍵因素。

本文主要討論數控車床的零件加工工藝以及程序編制，主要以FANUC數控系統為例，結合典型零件對數控車零件進行講解。主要內容有關于數控車床的編程方法、編程的注意事項、加工工藝分析、刀具的選用、刀位軌跡計算。

二、數控概述

1數控系統的發(fā)展

[1]從１９５２年第一臺數控機床問世后，數控系統已經先后經歷了兩個階段和六代的發(fā)展，其六代是指電子管、晶體管、集成電路、小型計算機、微處理器和基于工控ＰＣ機的通用CNC系統。其中前三代為第一階段，稱作為硬件連接數控，簡稱ＮＣ系統；后三代為第二階段，乘坐計算機軟件數控，簡稱ＣＮＣ系統。2機床的發(fā)展趨勢

數控機床總的發(fā)展趨勢是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。

1）工序集中 20世紀50年代末期，在一般數控機床的基礎上開發(fā)了數控加工中心，即自備刀具庫的自動換刀數控機床。在加工中心機床上，工件一次裝夾后，機床的機械手可以自動更換刀具，連續(xù)的對工件進行多種工序加工。

目前，加工中心機床的刀具庫容量可達到100多把刀具，自動換刀裝置的換刀時間僅需0.5～2秒。加工中心機床使工序集中在一臺機床上完成，減少了由于工序分散，工件多次安裝引起的定位誤差，提高了加工精度，同時也減少了機床的臺數與占地面積，壓縮了半成品的庫存量，減少了工序間的輔助時間，有效的提高了數控機床的生產效率和數控加工的經濟效益。

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北京航空航天大學畢業(yè)設計(論文)2）高速、高效、高精度

高速、高效、高精度是機械加工的目標，數控機床因其價格昂貴，在上述三方面的發(fā)展也就更為突出。

3）方便使用

數控機床制造廠把建立友好的人機界面、提高數控機床的可靠性作為提高競爭能力的主要方面。

（1）加工編程方便

手工編程和自動編程已經使用了幾十年，有了長足的發(fā)展，在手工編程方面，開發(fā)了多種加工循環(huán)、參數編程和除直線、圓弧以外的各種插補功能，CAD/CAM的研究發(fā)展，從技術上來講可以替代手工編程。但是一套適用的CAD/CAM軟件加上計算機硬件，投資較大，學習、掌握時間較長，對大多數的簡單工件很不經濟。

近年來，發(fā)展起來的圖形交互式編程系統（WOP，又稱面向車間編程），很受用戶歡迎。[2]這種編程方式不使用G、M代碼，而是借助圖形菜單，輸入整個圖形塊以及相應參數作為加工指令，形成加工程序，與傳統加工時的思維方式類似。圖形交互編程方法在制定標準后，有可能成為各種型號的數控機床統一的編程方法。

（2）使用方法

數控機床普遍采用彩色CRT進行人機對話、圖形顯示和圖形模擬的。有的數控機床將采用說明書、編程指南、潤滑指南等存入系統共使用者調閱。

三、數控加工工藝

1數控加工工藝內容的選擇

選擇適合數控加工的零件

雖然數控機床具有高精度，高柔性，高效率等優(yōu)點。但不是所有的零件都適合數控機床加工的。[3]一般可分為三類：

（1）最適合類

1.形狀復雜，加工精度要求高通用機床無法加工或很難保證加工質量的零件； 2.具有復雜曲線或曲面輪廓的零件；

3.具有難測量，難控制進給，尺寸行腔的殼體或盒型零件； 4.必須在一次裝夾中完成鏜，絞或攻絲等多道工序的加工零件；

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（2）較適合類

1.零件價值高，在普通機床上加工容易受人工因素干擾而影響質量，從而造成較大經濟損失的零件；

2.在通用機床上加工時必須制造復雜專用工裝的零件； 3.在通用機床上需要做長時間調整的零件； 4.需要多次更改設計才能定型的零件；

（3）不適合類

1.生產大批量的零件； 2.裝夾困難的零件； 3.加工余量不穩(wěn)定，而且數控機床上無法在線檢測系統可自動調整零件坐標位置的零件；

4.必須用特定的加工工藝裝備協調加工的零件； 2數控加工工藝的主要內容

1)選擇適合在數控上加工的零件，確定工序內容。

2)分析加工零件的圖紙，明確加工內容及技術要求，確定加工方案，制定數控加工路線，如工序的劃分、加工順序的 安排、非數控加工工序的銜接等。設計數控加工工序，如工序的劃分、刀具的選擇、夾具的定位與安裝、切削用量的確 定、走刀路線的確定等等。

3)調整數控加工工序的程序。如對刀點、換刀點的選擇、刀具的補償。4)分配數控加工中的容差。

5)處理數控機床上部分工藝指令。

四、數控編程方法

1數控編程的基本概念

編程就是將加工零件的加工順序、刀具運動軌跡的尺寸數據、工藝參數（主運動和進給運動速度、切削深度）以及輔助操作（換刀、主軸正反轉、冷卻液開關、刀具夾緊、松開等）加工信息，用規(guī)定的文字、數字、符號組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。[7]數控機床程序編制過程主要包括：分析零件圖紙、工藝處理、數學處理、編寫零件程序、程序校驗。

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北京航空航天大學畢業(yè)設計(論文)2數控編程步驟

數控編程是指從零件圖紙到獲得數控加工程序的全部工作過程。

1）分析零件圖樣和工藝處理

根據圖樣對零件的幾何形狀尺寸，技術要求進行分析，明確加工的內容及要求，決定加工方案、確定加工順序、設計夾具、選擇刀具、確定合理的走刀路線及選擇合理的切削用量等。同時還應發(fā)揮數控系統的功能和數控機床本身的能力，正確選擇對刀點，切入方式，盡量減少諸如換刀、轉位等輔助時間。

2）數學處理

編程前，根據零件的幾何特征，先建立一個工件坐標系，根據零件圖紙的要求，制定加工路線，在建立的工件坐標系上，首先計算出刀具的運動軌跡。對于形狀比較簡單的零件（如直線和圓弧組成的零件），只需計算出幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心、兩幾何元素的交點或切點的坐標值。

3）編寫零件程序清單

加工路線和工藝參數確定以后，根據數控系統規(guī)定的指定代碼及程序段格式，編寫零件程序清單。

4）程序輸入

5）程序校驗與首件試切

如圖1所示，編程工作主要包括：

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圖1 數控程序編制的內容及步驟

2數控車床程序的編制

數控車削加工包括內外圓柱面的車削加工、端面車削加工、鉆孔加工、螺紋加工、復雜外形輪廓回轉面的車削加工等。

1、F功能：

F功能指令用于控制切削進給量。在程序中，有兩種使用方法：F后面的數字表示的是主軸每轉進給量，單位為mm/r；F后面的數字表示的是每分鐘進給量，單位為 mm/min。

2、S功能：

S后面的數字表示主軸轉速，單位為r/min。S后面的數字表示的是最高轉速：r/min。S后面的數字表示的是恒定的線速度：m/min。

3、T功能：

T功能指令用于選擇加工所用刀具。T后面通常有兩位數表示所選擇的刀具號碼。

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北京航空航天大學畢業(yè)設計(論文)但也有T后面用四位數字，前兩位是刀具號，后兩位是刀具長度補償號，又是刀尖圓弧半徑補償號。

4、M功能：

M00：程序暫停，可用NC啟動命令（CYCLE START）使程序繼續(xù)運行；

M01：計劃暫停，與M00作用相似，但M01可以用機床“任選停止按鈕”選擇是否有效；

M03：主軸順時針旋轉； M04：主軸逆時針旋轉； M05：主軸旋轉停止； M08：冷卻液開； M09：冷卻液關；

M30：程序停止，程序復位到起始位置。例如一些常用的編程代碼：

G90 絕對值輸入； G31 等導程螺紋切削 G91 相對值輸入； G32 跳步功能 G00 快速點定位； M02、M03 程序結束 G01 直線插補； M00 程序停機

G02、G03 順圓和逆圓插補； M01 選擇停機 G28 自動返回參考點； M98 調用子程序 G04 暫停； M99 子程序結束

五、刀具及切削用量

1選擇數控刀具的原則

刀具壽命與切削用量有密切關系。在制定切削用量時，應首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應根據優(yōu)化的目標而定。一般分最高生產率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據單件工時最少的目標確定，后者根據工序成本最低的目標確定。

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北京航空航天大學畢業(yè)設計(論文)選擇刀具壽命時可考慮如下幾點根據刀具復雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復雜和精度高的刀具壽命應選得比單刃刀具高些。對于機夾可轉位刀具，由于換刀時間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產效率，刀具壽命可選得低些，一般取15-30min。對于裝刀、換刀和調刀比較復雜的多刀機床、組合機床與自動化加工刀具，刀具壽命應選得高些，尤應保證刀具可靠性。車間內某一工序的生產率限制了整個車間的生產率的提高時，該工序的刀具壽命要選得低些當某工序單位時間內所分擔到的全廠開支M較大時，刀具壽命也應選得低些。大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應按零件精度和表面粗糙度來確定。[6]與普通機床加工方法相比，數控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要岡牲好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高，斷和排性能壇同時要求安裝調整方便，這樣來滿足數控機床高效率的要求。數控機床上所選用的刀具常采用適應高速切削的刀具材料(如高速鋼、超細粒度硬質合金)并使用可轉位刀片。2選擇數控車削用刀具

數控車削車刀常用的一般分成型車刀、尖形車刀、圓弧形車刀以及三類。成型車刀也稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形伏和尺寸決定。數控車削加工中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋刀等。在數控加工中，應盡量少用或不用成型車刀。尖形車刀是以直線形切削刃為特征的車刀。這類車刀的刀尖由直線形的主副切削刃構成，如90°內外圓車刀、左右端面車刀、切槽(切斷)車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內孔車刀。尖形車刀幾何參數(主要是幾何角度)的選擇方法與普通車削時基本相同，但應結合數控加工的特點(如加工路線、加工干涉等)進行全面的考慮，并應兼顧刀尖本身的強度。

二是圓弧形車刀。圓弧形車刀是以一圓度或線輪廓度誤差很小的圓弧形切削刃為特征的車刀。該車刀圓弧刃每一點都是圓弧形車刀的刀尖，應此，刀位點不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上。圓弧形車刀可以用于車削內外表面，特別適合于車削各種光滑連接(凹形)的成型面。選擇車刀圓弧半徑時應考慮兩點車刀切削刃的圓弧半徑應小于或等于零件凹形輪廓上的最小曲率半徑，以免發(fā)生加工干淺該半徑不宜選擇太小，否則不但制造困難，還會因刀尖強度太弱或刀體散熱能力差而導致車刀損壞。

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北京航空航天大學畢業(yè)設計(論文)3設置刀點和換刀點

刀具究竟從什么位置開始移動到指定的位置呢?所以在程序執(zhí)行的一開始，必須確定刀具在工件坐標系下開始運動的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時刀具相對于工件運動的起點，所以稱程序起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定，所以，該點又稱對刀點。在編制程序時，要正確選擇對刀點的位置。對刀點設置原則是:便于數值處理和簡化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查，引起的加工誤差小。對刀點可以設置在加工零件上，也可以設置在夾具上或機床上，為了提高零件的加工精度，對刀點應盡量設置在零件的設計基準或工藝基誰上。實際操作機床時，可通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上，即“刀位點”與“對刀點”的重合。所謂“刀位點”是指刀具的定位基準點，車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心。平底立銑刀是刀具軸線與刀具底面的交點。球頭銑刀是球頭的球心，鉆頭是鉆尖等。用手動對刀操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時間，提高對刀精度。加工過程中需要換刀時，應規(guī)定換刀點。所謂“換刀點”是指刀架轉動換刀時的位置，換刀點應設在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其它部件為準。4確定切削用量

數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫人程序中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。[5]切削用量的選擇原則是:保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮機床的性能，最大限度提高生產率，降低成本。

六、夾具的選擇、工件裝夾方法的確定

1夾具的選擇

數控加工對夾具主要有兩大要求：

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北京航空航天大學畢業(yè)設計(論文)一是夾具應具有足夠的精度和剛度；

二是夾具應有可靠的定位基準。選用夾具時，通?？紤]以下幾點：

1）盡量選用可調整夾具、組合夾具及其它通用夾具，避免采用專用夾具，以縮短生產準備時間。

2）在成批生產時才考慮采用專用夾具，并力求結構簡單。3）裝卸工件要迅速方便，以減少機床的停機時間。

4）夾具在機床上安裝要準確可靠，以保證工件在正確的位置上加工。2夾具的類型

數控車床上的夾具主要有兩類：

一類用于盤類或短軸類零件，工件毛坯裝夾在帶可調卡爪的卡盤（三爪、四爪）中，由卡盤傳動旋轉；另一類用于軸類零件，毛坯裝在主軸頂尖和尾架頂尖間，工件由主軸上的撥動卡盤傳動旋轉。

數控銑床上的夾具，一般安裝在工作臺上，其形式根據被加工工件的特點可多種多樣。

如：通用臺虎鉗、數控分度轉臺等。3零件的安裝

數控機床上零件的安裝方法與普通機床一樣，要合理選擇定位基準和夾緊方案，注意以下兩點：

1）力求設計、工藝與編程計算的基準統一，這樣有利于編程時數值計算的簡便性和精確性。

2）盡量減少裝夾次數，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面。

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七、零件加工編程實例

1零件的工藝分析

圖2零件

1）分析零件圖樣：

如圖2所示,該零件包括有圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及雙線螺紋等表面；其多個直徑尺寸有較嚴的尺寸公差和表面粗糙度值等要求；球面SΦ50mm的尺寸公差還兼有控制該球面形狀（線輪廓）誤差的作用。

該零件材料為45#鋼，可以用Φ60mm棒料，無熱處理和硬度要求。

2）選定設備：

根據被加工零件的外形和材料等條件，選定數控車床；其數控系統為FNAUC。

3）確定零件的定位基準和裝夾方式：

定位基準：確定坯件軸線和左端大端面（設計基準）為定位基準。

裝夾方式：左端采用三爪自定心卡盤夾緊、右端采用活動頂尖支頂的裝夾方式。

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北京航空航天大學畢業(yè)設計(論文)4）確定切削用量

（1）背吃刀量：粗車時，確定其背吃刀量為3mm左右；精車時為0.25mm。（2）主軸轉速：

車直線和圓弧輪廓時的主軸轉速。參考表1并根據實踐經驗確定其切削速度為90m/min；粗車時確定主軸轉速為500r/min，精車時確定主軸轉速為800 r/min。編程中還可以對直線、圓弧采用不同的主軸轉速。

車螺紋時的主軸轉速。主軸轉速定為320 r/min。

（3）進給速度：粗車時，按式時，按式υf=nf可選擇υf1=200mm /min；精車時，兼顧到圓弧插補運行，故選擇其υf2=60mm /min左右；短距離空行程的υf3=300mm /min。2確定加工路線

按由粗到精、由近到遠（由右到左）的原則，確定加工路線。加工路線自右向左加工，先用1號刀用G70粗加工出零件外輪廓，具體路線為先倒角（2×45°）→切削螺紋實際外徑Φ29.6→切削Φ26→切削Φ36→切削圓弧部分→切削Φ34→切削錐度部分→切削Φ56,最后切削螺紋。3制定加工方案

1）用1號刀粗車外形，留1.0mm（直徑量）的半精車余量。2）用2號刀車螺紋。

螺紋大徑d1=d-0.1P=30-0.1*1.5=29.85mm 螺紋小徑d2= d1-1.3P=29.85-1.3*1.5=27.9mm 3）用2號刀精車全部外形。4選擇刀具及對刀

1）粗、精車用刀具：

（1）硬質合金90°外圓車刀，副偏角以為60°，斷屑性能應較好。

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北京航空航天大學畢業(yè)設計(論文)（2）硬質合金60°外螺紋車刀，刀尖角取為59°30′，刀尖圓弧半徑取為0.2mm。2）對刀

（1）將粗車用90°外圓車刀安裝在絕對刀號自動轉位刀架的1號刀位上，并定為1號刀。

（2）將精車外形（含外螺紋）用60°外螺紋車刀安裝在絕對刀號自動轉位刀架的2號刀位上，并定為2號刀。

（3）在對刀過程中，同時測定出2號刀相對于1號刀的刀位偏差。5確定工件坐標系、對刀點和換刀點

1、加工坐標系如圖3所示：O為坐標原

圖3坐標點示意圖

2、確定對刀點及換刀點位置：

（1）確定對刀點：確定對刀點距離車床主軸軸線30 mm，距離坯件右端端面140 mm；其對刀點在正X和正Z方向并處于消除機械間隙狀態(tài)。

（2）確定換刀點：為使其各車刀在換刀過程中不致碰撞到尾座上的頂尖，故確定換刀點距離車床主軸軸線60mm，即在正X方向距離對刀點30mm，距離坯件右端端面0 mm，即在Z方向與對刀點一致。

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北京航空航天大學畢業(yè)設計(論文)結束語

本設計通過對機械設計制造及其自動化專業(yè)大學三年所學知識進行整合，完成一個特定功能、滿足特殊要求的數控機床上下料機械手的設計，比較好地體現機械設計制造及其自動化專業(yè)畢業(yè)生的理論研究水平、實踐動手能力以及專業(yè)精神和態(tài)度，具有較強的針對性和明確的實施目標，實現了理論和實踐的有機結合。

機械手采用可編程序控制器控制,可以實行手動調整、手動及自動控制。系統結構緊湊、工作可靠，設計周期短且造價較低。PLC有較高的靈活性，當機械手工藝流程改變時，只要對I/O點的接線稍作修改，或對I/O重新分配，在控制程序中作簡單修改，補充擴展即可。經過重新編制相應的控制程序，就能夠比較容易的推廣到其他類似的加工情況。

綜上，經過資料的收集、方案的選擇比較和論證，到分析計算，再到工程圖紙的繪制以及畢業(yè)設計論文的撰寫等各個環(huán)節(jié)，我對大學三年階段的知識有了一個整體的深層次的理解，同時對工程的理解更加深刻和準確。因此，通過畢業(yè)設計實現了預期目標。

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北京航空航天大學畢業(yè)設計(論文)致謝

經過一段時間的努力，本次畢業(yè)論文終于完成。在這段時間里，我運用所學知識，通過對本設計的論證、計算以及圖紙的繪制，對所學知識進行了一次系統的整合，使自己的理論和實際動手能力有了很大提高。

此次畢業(yè)設計能夠順利完成，我得到了很多老師和同學的幫助和支持，在此向他們表示感謝。也謝謝你們，是你們給我知識，謝謝！

此外，由于個人知識能力水平有限，論文中難免有紕漏錯誤指出，懇請各位老師批評指正，謝謝！

參考文獻

[1]張超英等,數控機床加工工藝、編程及操作實訓,北京；高等教育出版社，2003，9 [2]王洪主編，數控加工程序編制，北京；機械工業(yè)出版社，2003.6 [3]古文生主編，數控機床及應用，北京；電子工業(yè)出版社，2002.3 [4]董兆偉主編，數控機床編程技術，北京；機械工業(yè)出版社，2009.9 [5]于華主編.數控機床的編程及實例.北京：機械工業(yè)出版社，1998.5 [6]劉雄偉主編.數控機床操作與編程培訓教程.北京：機械工業(yè)出版社，2001.5 [7]王志平主編.數控機床及應用.北京：高等教育出版社，2002.3 [8]顧京主編.數控機床加工程序編制.北京：機械工業(yè)出版社，2003.10 [9]李佳主編.數控機床及應用.北京：清華大學出版社，2001.7

京

第二篇：畢業(yè)論文-零件的數控加工工藝編制

X X X X 職 業(yè) 技 術 學 院

論文題目：系 別：專 業(yè)：學 制：學 號：姓 名：指導教師：

2011

畢 業(yè) 論 文

零件的數控加工工藝編制 數控與材料工程系 數控技術 三 年

年 10 月

摘要

本次設計主要是對數控加工工藝進行分析與具體零件圖的加工，首先對數控加工技術進行了簡單的介紹，然后根據零件圖進行數控加工分析。第一，根據本零件材料的加工工序、切削用量以及其他相關因素選用刀具及刀柄和零件的輪廓特點確定需要7把刀具分別為外圓粗車刀、外圓精車刀、外切槽刀、外螺紋刀、內鏜孔刀、內切槽刀。第二，針對零件圖圖形進行編制程序，此零件為軸類零件，外輪廓由直線、圓弧和螺紋組成，零件的里面要鏜出一個錐孔，在加工過程中，工件需要調頭鉆孔再鏜孔，第三，早鉆孔對刀時要先回參考點，要以孔中心作為對刀點，刀具的位置要以此來找正，使刀位點與換刀點重合。

關鍵字：刀具的確定、走刀路線的選擇、刀具的對刀點、工件的定位。

-I 第1章 數控加工基礎

1.1 數控機床簡介

1.1.1、數控機床特點

隨著數控技術的發(fā)展，采用數控系統的機床品種日益增多，有車床、銑床、鏜床、鉆床、磨床、齒輪加工機床和電火花加工機床等。此外還有能自動換刀、一次裝卡進行多工序加工的加工中心、車削中心等。

1）具有高度柔性、適應性強 2）生產準備周期短 3）工序高度集中

4）生產效率和加工精高、質量穩(wěn)定 5）能完成復雜型面的加工 6）技術含量高

7）減輕勞動強度、改善勞動條件 8）有利于生產管理

1.1.2、數控機床的分類

數控設備的種類很多，各行業(yè)都有自己的數控設備和分類方法。在機床行業(yè)，數控機床通常從以下不同角度進行分類。

1．按工藝用途分類

按其工藝用途可以劃分為以下四大類：

（1）金屬切削類 指采用車、銑、鏜、鉆、鉸、磨、刨等各種切削工藝的數控機床。它又可分為兩類：

①普通數控機床 ②數控加工中心（2）金屬成形類 指采用擠、壓、沖、拉等成形工藝的數控機床，常用的

第2章 數控車削加工工藝及程序編制

工藝分析是工藝員的中心工作也是設計者設計的一個重要環(huán)節(jié)，它是對工件進行數控加工的前期準備。合理正確的工藝分析也是編制數控加工程序的重要依據。故工藝分析是數控加工不可缺少的。

正確合理的工藝分析需完成如下工作步驟和內容。

零件尺寸的正確標注：由于加工程序是以準確的坐標點來編制的，因此，各圖形幾何元素間的相互關系一定要明確；各種幾何元素的條件要充分，應無引起沖突的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺寸等；構成零件輪廓的幾何尺寸的條件應充分。

識讀零件：零件圖紙直接反映零件的結構，而零件的結構決定工藝分析的合理性，所以我們要保證良好的零件結構。

工藝步驟：制定數控加工程序、劃分工步、工序，確定對刀點、換刀點，刀具補償，選擇切削刀具、冷卻液，編制工藝文件等。

編制加工程序：將工藝分析融入加工程序，并對其程序進行校驗和優(yōu)化。

2.1 零件工藝分析

零件結構分析

1.如圖所示零件便面由柱面，圓錐面，順圓弧，逆圓弧及外螺紋構成，外螺紋絞復雜其中多個直徑尺寸由較高的精度，表面粗糙，零件圖尺寸編注完整，符合數控加工尺寸標注要求，輪廓描述清楚完整，零件材料為45鋼，毛胚為ф

刀，刀尖圓弧半徑應小于輪廓最小圓角半徑，取re=0.15～0.2mm。

2.3刀具卡片

2.4確定工件的定位與裝夾方案

在數控車床上工件定位安裝的基本原則與普通機床相同。工件的裝夾方法影響工件的加工精度和效率，為了充分發(fā)揮數控機床的工作特點，在裝夾工件時，應考慮以下幾種因素：

1.盡可能采用通用夾具，必須時才設計制造專用夾具； 2.結構設計要滿足精度要求； 3.易于定位和裝夾； 4.易于切削的清理；

5.抵抗切削力由足夠的剛度；

工件的定位與基準應與設計基準保持一致，應防止過定位，對與箱體工件最好選擇“一面兩銷”作為定位基準，定位基準在數控機床上要仔細找正。

由于這個工件是個實心軸，末端要鏜一個30的錐孔，因軸的長度不是很長，所以采用工件的右端面和48的外圓作定位基準，使用普通三爪卡盤夾緊工件，取工件的右端面中心為工件坐標的原點，對刀點在（100.1000）處。

2.5 切削加工順序的安排

①先粗后精 先安排粗加工，中間安排半精加工，最后安排精加工和光整加

切槽

螺紋加工

速度，以v(m/min)表示。其計算公式：

v=πdn/1000(m/min)式中：d——工件待加工表面的直徑（mm）n——車床主軸每分鐘的轉速（r/min）

根據零件的結構特點，外輪廓用采用90度外圓車刀，輪廓粗加工時留1mm的精車余量，粗加工時選主軸轉速為s=800r/min，精加工選擇1000 r/min，由公式計算得：切削速度v 粗加工：v=150(m/min)精加工：v=188(m/min)

2.7 數控加工工藝文件的填寫

2.7.1.工藝過程卡片

2.7.2.機械加工工序卡片

2.8 保證加工精度的方法

為了保證和提高加工精度，必須根據生產加工誤差的主要原因，采取相應的誤差預防或誤差補償等有效的工藝途徑措施來直接控制原始誤差或控制原始誤差對零件加工精度的影響。

2.8.1刀具半徑的選定

1.刀具的半徑R比工件轉角處半徑大時不能加工。2.刀具較小時不能用較大的切削量加工（刀具剛性差）。

2.8.2采用合適的切削液

1.切削液主要用來減少切削過程中的摩擦和降低切削溫度。合理使用切削液，對提高刀具耐用度和加工表面質量、加工精度起重要的作用。

2.非水溶性切削液：切削油、固體潤滑劑，非溶性切削液主要起潤滑作用。3.水溶性切削液：水溶液、乳化液，水溶性切削液有良好的冷卻作用和清洗作用。

故本設計加工時采用水溶液進行冷卻。

2．9數控加工程序

本零件采用電腦軟件編程，由于程序過多，這里只打出一部分，這里只展示左端部分的程序

O1234 T0404 M03 S1200 M08 F1500 G00 X77.917 Z13.100 G00 Z6.549 G00 X71.414

G01 X56.600 Z5.841 G01 Z-15.700 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-14.993 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X57.014 F5.000 G01 X55.600 Z5.841 G01 Z-16.200 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-15.493 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X56.014 F5.000 G01 X54.600 Z5.841 G01 Z-16.700 F10.000 G01 X60.000 G01 X61.414 Z-15.993 F20.000 G01 X71.414 G00 Z6.549 G01 X55.014 F5.000 G01 X53.600 Z5.841

G01 X0.000 Z5.300 G01 X50.600 F10.000 G01 Z-18.700 G01 X58.600 G01 Z-36.000 G01 X60.014 Z-35.293 F20.000 G01 X70.014 G00 Z5.507 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z4.800 G01 X49.600 F10.000 G01 Z-19.200 G01 X57.600 G01 Z-36.000 G01 X59.014 Z-35.293 F20.000 G01 X69.014 G00 Z5.007 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z4.300 G01 X48.600 F10.000 G01 Z-19.700 G01 X56.600

G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z2.800 G01 X45.600 F10.000 G01 Z-21.200 G01 X53.600 G01 Z-36.000 G01 X55.014 Z-35.293 F20.000 G01 X65.014 G00 Z3.007 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z2.300 G01 X44.600 F10.000 G01 Z-21.700 G01 X52.600 G01 Z-36.000 G01 X54.014 Z-35.293 F20.000 G01 X64.014 G00 Z2.507 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z1.800 G01 X43.600 F10.000 G01 Z-22.200

G00 Z1.007 G01 X1.414 F5.000 G01 X0.000 Z0.300 G01 X40.600 F10.000 G01 Z-23.700 G01 X48.600 G01 Z-36.000 G01 X50.014 Z-35.293 F20.000 G01 X71.414 G00 X77.917 G00 Z13.100 G00 X100 Z100 T0404 M03 S1200 G00 X70.318 Z11.144 G00 Z0.707 G00 X59.414 G01 X-1.414 F5.000 G01 X0.000 Z0.000 G01 X40.000 F10.000 G01 Z-24.000 G01 X48.000

9X23.84 G1 Z-23.8 X21.52 X18.692 Z-22.386 G0 Z2.5 X25.76 G1 Z-14.341 X24.6 Z-15.965 Z-23.8 X23.44 X20.612 Z-22.386 G0 Z2.5 X27.68 G1 Z-11.653 X25.36 Z-14.901 X22.532 Z-13.487 G0 Z2.5 X29.6 G1 Z-8.965 X27.28 Z-12.213 X24.452 Z-10.799 G0 X19.5

第3章 加工成果

3.1仿真軟件介紹

3.1.1軟件簡介

市面上的仿真軟件有很多，例如：南京斯沃和上海宇龍、斐克，這里我們選用斯沃，南京斯沃軟件技術有限公司開發(fā)的，是結合機床廠家實際加工制造經驗與高校教學訓練一體所開發(fā)的國內第一款自動免費下載更新的數控仿真軟件。通過該軟件可以使學生達到實物操作訓練的目的，又可大大減少昂貴的設備投入。斯沃數控仿真(數控模擬)軟件包括16大類，66個系統，121個控制面板。具有FANUC、SIEMENS(SINUMERIK)、MITSUBISHI、FAGOR、美國哈斯HAAS、PA、廣州數控GSK、華中世紀星HNC、北京凱恩帝KND系統、大連大森DASEN、南京華興WA、江蘇仁和RENHE、南京四開、天津三英、成都廣泰GREAT、巨森數控JNC編程和加工功能，學生通過在PC機上操作該軟件，能在很短時間內掌握各系統數控車、數控銑及加工中心的操作，可手動編程或讀入CAM數控程序加工，教師通過網絡教學，可隨時獲得學生當前操作信息。斯沃數控仿真軟件也是目前國內唯一自動免費下載更新的數控仿真軟件。

3.1.2 斯沃界面

打開軟件，選擇GSK980TD

工作界面

3.對刀，輸入刀補

4.開始加工

車外輪廓

鉆孔

鉆一個ф20深度為29的孔

完成內輪廓加工

至此整個零件仿真加工完成。

參考文獻

[1]《數控加工編程及操作》，顧京主編，高等教育出版社，2003 [2]《數控機床編程與加工技術》，李年芬，北京科技出版社 2005 [3]《數控機床加工工藝與編程》楊琳，北京中國勞動社會出版社 2005

第三篇：軸類零件的數控加工工藝設計與編程[范文模版]

本科畢業(yè)設計(論文)

題目：軸類零件的數控加工工藝設計與編程

2013年5月

軸類零件的數控加工工藝與編程

摘要

本次設計是根據被加工軸的技術要求和年生產量，進行機械加工工藝設計，然后運用夾具設計的基本原理和方法，擬定夾具設計方案，完成夾具結構設計。主要工作包括繪制毛坯圖、零件圖、夾具總的設計圖。了解零件的結構特點和技術要求；根據生產類型和生產條件，對零件進行結構分析和工藝分析；確定毛坯的種類及制造方法；擬定零件的加工工藝規(guī)程；選擇各工序的加工設備和工藝設備，確定各工序的加工余量和工序尺寸，計算各工序的切削用量額定工時；填寫加工工藝過程卡片、機械加工工序卡片等工藝卡片；設計制定選定的加工工序的專用夾具，繪制裝配總圖和主要零件圖。

關鍵詞：軸;加工工藝;夾具;編程

I

Axial parts of Numerical Control Machining Process

Planning and Programming

Abstract The design is based on the shaft by processing technical requirements and production, machining process design, then use of fixture design of the basic principles and methods, formulate fixture design, completion tongs structure design.The main work of drawing a blank drawing, general, fixture design, understanding of the structure characteristics of the spare parts and technical requirements;according to the type of production and production conditions, parts of the analysis of structure and process;The rough determine the type and method of manufacture;make parts of the processing order of the processes;selection of equipment and processing equipment, to determine the process of machining allowance and process dimensions, calculation of the process of cutting amount and industrial design norm;Fill in machining process card, machining process card and process card;design of selected processing procedures for the fixture, drawing assembly assembly drawing and the main parts of the map.Key Words: shaft;processing;technology;fixture;programming

II

符號表

Tj——機動時間

tf——輔助時間 tj——基本時間

?——切削速度

ap——背吃刀量

f——進給量

i——進給次數

n——機床主軸轉速

l——切削加工長度

l1——刀具切入長度

l2——刀具切出長度

L——刀具或工作臺行程長度 d——工件刀具直徑

如需要完整文檔及cad圖等其他文件，請加球球：一九八五六三九七五五

III

IV

目錄

摘要..............................................................................................................................I ABSTRACT.............................................................................................................II 符號表.......................................................................................................................III 1 緒論.........................................................................................................................1

1.1研究背景和意義..................................................................................................1 1.2設計目的..............................................................................................................2 1.3研究現狀..............................................................................................................2 1.4研究內容..............................................................................................................4 零件加工工藝分析.............................................................................................5

2.1零件結構工藝性分析..........................................................................................5 2.1.1零件圖紙工藝分析........................................................................................5 2.1.2零件結構分析................................................................................................6 2.2零件技術要求分析..............................................................................................6 2.3確定毛坯材料和制造形式..................................................................................6 2.3.1材料分析........................................................................................................7 2.3.2毛坯分析........................................................................................................7 2.4零件設備選擇......................................................................................................7 2.5基面選擇..............................................................................................................8 2.5.1粗基準選擇....................................................................................................8 2.5.2精基準選擇....................................................................................................8 2.6確定走刀順序和路線..........................................................................................9 2.6.1基面先行........................................................................................................9 2.6.2確定工序尺寸..............................................................錯誤！未定義書簽。2.7確定切削用量及基本工時................................................錯誤！未定義書簽。2.8刀具及量具選擇................................................................錯誤！未定義書簽。2.8.1刀具選擇......................................................................錯誤！未定義書簽。2.8.2量具選擇......................................................................錯誤！未定義書簽。專用夾具設計.....................................................................錯誤！未定義書簽。

3.1設計主旨............................................................................錯誤！未定義書簽。

IV 緒論

3.2確定夾具結構設計方案....................................................錯誤！未定義書簽。3.2.1數控車床常用裝夾方式..............................................錯誤！未定義書簽。3.2.2確定合理裝夾方式......................................................錯誤！未定義書簽。3.2.3鉆孔專用夾具設計......................................................錯誤！未定義書簽。數控加工程序編程及仿真.............................................錯誤！未定義書簽。

4.1數控加工特點....................................................................錯誤！未定義書簽。4.2數控編程分類....................................................................錯誤！未定義書簽。4.2.1手工編程......................................................................錯誤！未定義書簽。4.2.2自動編程......................................................................錯誤！未定義書簽。4.3確定編程坐標系及編程原點............................................錯誤！未定義書簽。4.4數值計算............................................................................錯誤！未定義書簽。4.4.1R6mm、R20mm兩圓弧切點坐標計算......................錯誤！未定義書簽。4.4.2圓錐大端直徑計算......................................................錯誤！未定義書簽。4.4.3螺紋尺寸計算..............................................................錯誤！未定義書簽。4.5程序編程............................................................................錯誤！未定義書簽。4.5.1左端..............................................................................錯誤！未定義書簽。4.5.2右端..............................................................................錯誤！未定義書簽。4.6MASTERCAM仿真.............................................................錯誤！未定義書簽。4.6.1建立模型......................................................................錯誤！未定義書簽。4.6.2工件及刀具設置..........................................................錯誤！未定義書簽。4.6.3實體加工模擬過程......................................................錯誤！未定義書簽。結論.......................................................................................錯誤！未定義書簽。參考文獻...................................................................................錯誤！未定義書簽。致謝............................................................................................錯誤！未定義書簽。畢業(yè)設計（論文）知識產權聲明....................................................................35 畢業(yè)設計（論文）獨創(chuàng)性聲明.........................................................................36 附錄1 MASTER CAM仿真程序代碼..........................錯誤！未定義書簽。

V 緒論 緒論

1.1研究背景和意義

隨著計算機技術的高速發(fā)展，傳統的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達 國家投入巨資，對現代制造技術進行研究開發(fā),提出了全新的制造模式。在現代 制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點。對制造 業(yè)實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。

目前，數控技術正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節(jié)與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統集成為一體，機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。

機械制造工藝與機床夾具設計是機械制造工藝學與機床夾具教學的一個不可少的輔助環(huán)節(jié)。機械制造工藝學是機械工業(yè)的基礎，是機械產品生產的基本技術，工藝工作是每一個機械企業(yè)主要的活動內容，加強工藝技術設計研究，旨在提高工藝水平，提高機械產品質量，降低能源消耗。此次設計的目的在于：根據加工零件的設計要求，運用夾具設計的基本原理和方法，制定夾具設計方案，完成夾具結構設計及加工工藝規(guī)程。本次設計是我們全面綜合運用本課程的理論知識與實際的一次重要實踐，它對于培養(yǎng)學生編制機械加工工藝規(guī)程和機床夾具設計的能力，以及從事機械方面工作具有十分重要的意義。

進入21世紀以后,典型軸在制造工藝、刀具等方面都發(fā)生了巨大的變化,與以前加工工藝有很多不同。領導了近半個多世紀的多刀車削工藝和手工磨削工藝,由于加工精度低和柔性差等原因,將逐步退出歷史舞臺。而高速、高效、復合加工技術及裝備迅速進入汽車及零部件制造業(yè),軸的高速高效復合加工技術在行業(yè)內已有相當程度的應用,也必將代表這一行業(yè)的未來發(fā)展趨勢。本設計說明書就是針對軸類零件的加工工藝及工裝的設計進行詳細說明的。

本設計詳細介紹了軸類零件的結構和各項技術要求及要達到的加工精度；并結合軸的生產類型和材料種類對軸的加工工藝做了詳細的分析，另外還對軸的加

西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）

工進行了經濟性分析，確定了生產方案的可行性；詳細介紹了此軸加工過程中所采用的夾具的設計原則、步驟及其工作原理和結構。驗正了它的可靠性，還對定位誤差進行了分析，確保其能夠滿足加工精度的要求；還細述了軸加工過程中的刀、量具各一套的設計，使用它們可以提高軸的加工效率。

機械加工工藝和工裝設計是機械工程師必備的基本技能，通過本設計說明書的介紹，我們可以清楚地了機械加工的工藝、工裝設計的基本原則、方法和步驟，使大家對機械工藝技術工作有一個深入的全方位的了解和認識。

1.2設計目的

通過設計，一方面能獲得綜合運用過去所學的知識進行工藝分析的基本能力，另一方面，也是對數控加工過程進行的一次綜合訓練。

通過此次設計，我們可以在以下各方面得到鍛煉：能運用已學過的基本理論知識，以及在生產實習中學到相應的實踐知識，掌握從零件圖開始到正確地編制加工程序的整個步驟、方法。根據被加工零件的技術要求，選擇合理的工藝，編制出既經濟又合理，又能保證加工質量的數控程序，并且學會使用各類設計手冊及圖表資料。還可以運用MasterCAM軟件進行三維仿真。

1.3研究現狀

軸類零件是機器中經常遇到的典型零件之一。它在機械中主要用于支承齒輪帶輪、凸輪以及連桿等傳動件，傳遞扭矩。機器中作回轉運動的零件就裝在軸上。按軸類零件結構形式不同，一般可分為光軸、階梯軸和異形軸三類；或分為實心軸和空心等。

軸類零件的技術要求主要是支承軸頸和配合軸頸的徑向尺寸精度和形位精度，軸向一般要求不高。幾何形狀精度主要是圓度和圓柱度，一般要求限制在直徑公差范圍之內。相互位置精度主要是同軸度和圓跳動；保證配合軸徑對于支承軸頸的同軸度，是軸類零件位置精度的普遍要求之一。

方便直觀的幾何造型MasterCAM提供了設計零件外形所需的理想環(huán)境，其強大穩(wěn)定的造型功能可設計出復雜的曲線、曲面零件。MasterCAM具有強勁的曲面粗加工及靈活的曲面精加工功能。MasteCAM提供了多種先進的粗加工技術，以提高零件加工的效率和質量。MasterCAM還具有豐富的曲面精加工功能，可以從中選擇最好的加工方法，加工最復雜的零件。MasterCAM的多軸加工功能，為零件的加工提供了更多的靈活性?？煽康牡毒呗窂叫ｒ灩δ躆asterCAM可模擬零件加工的整個過程，模擬中不但能顯示刀具和夾具，還能檢查刀具和夾具與被加工零件的干涉、碰撞情況。

西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）

CAD/CAM是隨著軸類零件的設計理論和CAD/CAM[5]技術的發(fā)展而發(fā)的。軸類由最初的只能代替手工進行計算，逐步發(fā)展到能實現三維實體造型、機構仿真、自動編程等功能,并且還在不斷發(fā)展下去。

軸類零件在整個制造工業(yè)中發(fā)揮著重要作用，數控機床代表著一個民族制造工業(yè)現代化的水平。隨著現代化科學技術的迅速發(fā)展，制造技術和自動化水平的高低已成為衡量一個國家或地區(qū)經濟發(fā)展水平的重要標志。當今世界各國制造業(yè)廣泛采用數控技術，以提高制造能力和水平，提高對動態(tài)多變市場的適應能力和競爭能力。此外世界上各工業(yè)發(fā)達國家還將數控技術及數控裝備列為國家的戰(zhàn)略物資，不僅采取重大措施來發(fā)展自己的數控技術及產業(yè)，而且在“高精尖”數控關鍵技術和裝備方面對我國實行封鎖和限制政策。總之，大力發(fā)展以數控技術為核心的先進技術已成為世界各發(fā)達國家加速經濟發(fā)展、提高綜合國力和國家地位的重要途徑。

數控編程技術[2]是數控技術重要的組成部分。從數控機床誕生之日起，數控編程技術就受到了廣泛關注，成為CAD/CAM系統的重要組成部分，各工業(yè)發(fā)達國家也投入了大量的人力物力開發(fā)實用的數控編程系統。在CAD/CAM一體化概念的基礎上，出現了并行工程的概念。為了適應并行工程發(fā)展的需要，數控編程技術正向集成化和智能化方向發(fā)展。進入二十世紀九十年代，隨著Web技術的不斷發(fā)展，傳統的產品設計、制造和生產模式正在發(fā)生深刻的變革，出現了協同設計制造、異地設計制造、全球制造等一系列新概念和新技術。將Web技術和CAM技術相結合，成為CAM系統的又一重要發(fā)展方向。

21世紀數控裝備將是具有一定智能化的系統，智能化的內容包括在數控系統的各個方面：追求加工效率和加工質量方面的智能化，如工藝參數的自動生成，簡化編程、簡化操作方面的智能化，智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控方面的內容、方便系統的診斷以及維修等。

數控加工制造技術正逐漸得到廣泛的應用,對零件進行編程加工之前，工藝分析具有非常重要的作用。工藝分析是數控加工編程的前期工藝準備工作，無論是手工編程還是自動編程，在編程之前均需對所加工的軸類零件進行工藝分析。如果工藝分析考慮不周，往往會造成工藝設計不合理,從而引起編程工作反復，工作量成倍增加，有時還會發(fā)生推倒重來的現象,造成一些不必要的損失，嚴重者甚。本文通過對典型的軸類零件數控加工工藝的分析，給出了對于一般零件數控加工工藝分析的方法，對于提高制造質量、實際生產具有一定的指導意義。

目前正在研制的新一代CAM系統將采用面向對象、面向工藝特征的基本處理模式，系統的自動化水平、智能化程度將大大提高。國內外企業(yè)家和專家們已形成共識：今后相當一段時間內，機械加工技術的發(fā)展和競爭，主要是數控技術

西安工業(yè)大學北方信息工程學院畢業(yè)設計（論文）的發(fā)展與應用。

1.4研究內容

本次設計主要是通過工藝特點，工藝安排，機械加工工藝過程幾個方面對零件加工工藝進行分析，然后對零件的程序進行編制，最后用仿真加工以達到完成對零件的加工程序進行檢驗。

首先對該課題進行深入的分析，深入研究，認真完成此次畢業(yè)設計，主要以論述與設計相結合進行研究與探討，完成對本設計軸主要部位：內孔、外圓柱面、圓錐面、圓弧面、退刀槽、螺紋等的加工工藝設計及指定工序的夾具設計。

難點在于設計軸加工工藝過程及其加工時的專用夾具，確定工件的尺寸、公差和技術條件。通過查閱期刊、書籍等相關資料進行對軸加工工藝和夾具的設計進一步了解，思考、分析和掌握軸加工的基本環(huán)節(jié)，完成計算并設計出軸加工工藝及夾具設計。零件加工工藝分析 零件加工工藝分析

2.1零件結構工藝性分析

零件的結構工藝性是指所設計的零件在能滿足使用要求的前提下制造的可行性和經濟性，即所設計的零件結構應便于成形，并且成本低，效率高。2.1.1零件圖

如零件圖2.1、2.2所示。

圖2.1 零件二維圖

圖2.2 零件三維圖

畢業(yè)設計（論文）

2.1.2零件結構分析

本零件上由圓柱面、內孔、內圓錐面、圓弧面、溝槽、和螺紋等部分組成。零件車削加工[8]成形輪廓的結構形狀較復雜、需兩頭加工，零件的加工精度和表面質量要求都很高。

該零件重要的徑向加工部位有?380m）、?0.03mm圓柱段（表面粗糙度Rɑ=1.6μm）、R6mm圓弧與R20mm圓弧相切過渡區(qū)、?480?0.03圓柱段（表面粗糙度Ra=1.6μ（表面粗糙度Ra=1.6μm）、長徑比為1:2的內錐（小端直徑為?23o?23o?0.03的內孔?0.03、M20*2-6g三角形外螺紋，其余表面粗糙度均為Ra=3.2μm）。零件符合數控加工尺寸標注要求，輪廓描述清楚完整，零件材料為45鋼，毛坯為?50mm*130mm。

2.2零件技術要求分析

小批量生產條件，不準用砂布和銼刀修飾平面，這是對平面高精度的要求，未注公差尺寸按GB1804-M，熱處理，調質處理，HRC25-35，未注粗糙度按Ra3.2，毛坯尺寸?50mm*130mm。

加工難點及處理方案：分析圖紙可知，此零件對平面度的要求高，左端更有內輪廓加工，為提高零件質量，采用以下加工方案。

a.對圖樣上給定的幾個精度要求較高的尺寸，編程時采用中間值； b.在輪廓曲線上，有一處既過象限又改變進給方向的輪廓曲線，因此在加工時應進行機械間隙補償，以保證輪廓曲線的準確性；

c.零圖紙中含有圓柱度，為保證其形位公差，應盡量一次裝夾完成左端面的加工以保證其數值；

d.本設計圖紙中的各平面和外輪廓表面的粗糙度要求可采用粗加工---精加工加工方案，并且在精加工的時候將進給量調小些，主軸轉速提高；

e.螺紋加工時，為保證其精度，在精車時將螺紋的大徑值減小0.18-0.2mm，加工螺紋時利用螺紋千分尺或螺紋環(huán)規(guī)保證精度要求。

選擇以上措施可保證尺寸、形狀、精度和表面粗糙度。

2.3確定毛坯的材料和制造形式

軸：本次設計軸主要技術指標：年產量5000臺/年

該產品年產量Q=5000（件/年），n=1（件/臺），設其備品率α%為10%，機械加工廢品率β%為1%，現制定該曲軸零件的機械加工工藝規(guī)程及夾具設計。年生產綱領：

N =Q*n*(1+ α%+β%)

=5000*1*（1+10% +1%）

=5550（臺/年）

軸的年產量為5550件，現在已知該產品為中型機械，根據《機械制造工藝設計手冊》表1.1-2生產類型與生產綱領的關系，可確定其生產類型為大批量生產。2.3.1材料分析

該軸零件加工中，刀具與工件之間的切削力較大。工件材料的可切削性能。強度、硬度、塑性、提供冷切削加工、機械性能都跟工件的材料有關。所以選擇45鋼為該軸類零件的材料。

45鋼的化學成分中含C0.42%～0.50%，Si0.17%～0.37%，Mn0.50～0.80%，P?0.035%，S?0.035%，Cr?0.25%，N?0.25%，Cu?0.25%。45鋼在進行冷加工時硬度要求，熱軋鋼，壓痕直徑不小于3.9，布氏硬度不小于241HRB，退火鋼壓痕直徑不小于4.4，布氏硬度不小于187HB，45鋼的機械性能：δs?335Mpa，δb?600Mpa，??40%，Ak?47J。45鋼相對切削性硬質合金刀具1.0，高速鋼刀具1.0，45鋼經濟合理對加工刀具的要求也合理，45鋼用途廣泛，主要是用來制造汽輪機、壓縮機，泵的運動零件制造齒輪、軸活塞銷等零件。根據以上數據適合該軸的加工。2.3.2毛坯分析

軸類零件的毛坯有棒料、鍛件和鑄件三種。

鍛件：適用與零件強度較高,形狀較簡單的零件。尺寸大的零件因受設備限制，故一般用自由鍛；中、小型零件可選模鍛；形狀復雜的剛質零件不宜用自由鍛。鑄件：適用于形狀復雜的毛坯。

本零件的毛坯宜采用棒料鋸割，毛坯至?50*130mm，使鋼材經過鍛壓，獲得均勻的纖維組織，提高其力學性能，同時也提高零件與毛坯的比重，減少材料消耗。

2.4零件設備選擇

數控車床能對軸類或盤類等回轉體零件自動地完成內外圓柱面、圓錐表面、圓弧面等工序的切削加工，并能進行切槽、鉆、擴等的工作。根據零件的工藝要求，可以選擇經濟型數控車床，一般采用步進電動機形式半閉環(huán)伺服系統。此類車床機構簡單，價格相對較低，這類車床設置三爪自定心卡盤、普通尾座或數控液壓尾座，適合車削軸類零件。

根據主軸的配置的要求選擇臥式數控車床。數控車床[14]具有加工精度高，能做直線和圓弧插補，數控車床剛性良好，制造和對刀精度高，能方便和精確地進行人工補償和自動補償，能夠加工尺寸精度要求較高的零件。能加工輪廓形狀特別復雜的表面和尺寸難于控制的回轉體，而且能比較方便的車削錐面和內外圓

柱面螺紋，能夠保持加工精度，提高生產效率。所以對加工時非常有利的。

2.5基面選擇

機械加工的最初工序只能用工件毛坯上的未加工表面作為定位基準，這種 位基準稱之為粗基準。用以加工的表面作定位基準則稱之為精基準。在制定零件機械加工工藝規(guī)程時，總是先考慮怎樣的精基準定位能把工件加工到設計要求，然后再考慮如何運用選取的粗基準，把用作精基準的表面加工出來。2.5.1粗基準選擇

選擇粗基準時，主要要求保證各加工面有足夠的余量，使加工面與不加工面間的位置符合圖樣要求，粗基準選擇的要求應能保證加工面與非加工表面之間的位置要求及合理的分配各加工面的加工余量。同時要為后續(xù)供需提供精基準，具體有以下原則：為了保證加工面與非加工面之間的位置要求，應該選擇一非加工表面為粗基準；為了保證各加工表面都有足夠的加工余量，應選擇毛坯余量最小的面為粗基準；為了保證重要的加工面的余量均勻，應選擇為粗基準；粗基準的選擇應避免重復使用，在同一尺寸上，通常只允許使用一次，做為粗基準的表面應該足夠光滑整潔，以使工件定位穩(wěn)定可靠，加緊方便。軸類零件，以外圓作為粗基準。為了保證加工面與不加工面間的位置要求，一般應選擇不加工面為粗基準。如果工件上有多個不加工面，則應選其中與加工面位置要求較高的不加工面為粗基準，以便保證精度要求，使外形對稱等。

由于此零件全部表面都需加工，應選用外圓及一端面為粗基準，然后通過“互為基準的原則”進行加工。遵循“基準重合”的原則。加工左端時選擇在毛坯外圓柱段的右端外圓表面，加工右端時選擇在?38mm外圓柱段的表面，以體現定位基準是軸的中心線。

在制定零件加工的工藝規(guī)程時，正確的選擇工件的定位[10]的基準有著十分中的意義。定位基準選擇的好壞，不僅影響零件加工的位置精度，而且對零件個表面的加工順序也有很大的影響。合理的選擇定位基準是保證零件加工精度的前提，還能簡化加工工序，提高加工效率。

2.5.2精基準選擇

精基準選擇時應能保證加工精度和裝夾可靠方便，有以下原則：

基準重合原則；基準統一原則；自為基準原則；互為基準原則；保證工件定 位準確，夾緊可靠、操作方便原則。精基準的選擇主要考慮基準重合的問題。當設計尺寸與工序尺寸的基準不重合時，應該進行尺寸計算。

a.用工序基準作為精基準，實現“基準重合”，以免產生基準不重合誤差。

b.當工件以某一組精基準定位可以較方便的加工其他各表面時，應盡可能在多數工序中采用此組精基準定位，實現“基準統一”，以減少工裝設計制造費用、提高生產率、避免基準轉換誤差。

c.當精加工或光整加工工序要求余量盡量小而均勻時，應選擇加工表面 本身作為精基準，即遵循“自為基準”原則。該加工表面與其他表面間的位度要求由先行工序保證。

d.為了獲得均勻的加工余量或較高的位置精度，可遵循互為基準、反復加工的原則。

由于此零件全部表面都需加工，而孔作為精基準應先進行加工，因為軸類零件各外圓表面、螺紋表面的同軸度及端面對軸線的垂直度是相互位置精度的主要項目，而這些表面的設計基準一般都是軸的中心線，采用兩中心孔定位就能符合基準重合原則。而且由于多數工序都采用中心孔作為定位基面，能最大限度地加工出多個外圓和端面，這也符合基準統一原則。

工件的定位與基準應與設計基準保持一致，應防止過定位，這個工件是個實心軸，末端要鏜一個25的錐孔，因軸的長度不是很長，所以采用工件的右端面和48的外圓作定位基準，使用普通三爪卡盤夾緊工件，取工件的右端面中心為 工件坐標的原點，對刀點在（100.100）處。

2.6確定走刀順序和路線

加工路線[20]的確定，直接關系到數控機床的使用效率、加工精度、刀具數量和經濟性等問題，應盡量做到工序相對集中，工藝路線最短，機床的停頓時間和輔助時間最少。該零件采用棒料毛坯進行加工，由于毛坯余量較大，因此，采用階梯切削路線去除毛坯余量，刀具切削路徑短，效率高。

2.6.1基面先行

用作精基準的表面，要首先加工出來。所以，第一道工序一般是進行定位面的粗加工和半精加工(有時包括精加工)，然后再以精基面定位加工其它表面。綜上所訴：此零件的的加工順序如下：

預備加工---車左端面---鉆中心孔---鏜孔---粗車左端外輪廓---精車左端外輪廓---調頭---車右端面---粗車外輪廓---精車外輪廓---退刀槽---粗車螺紋---精車螺紋 工序1：車左端面，將毛坯車為127mm的棒料

工序2：左端面打中心孔 選用?5mm的中心鉆（手動鉆孔）工序3：左端鉆孔（鉆?20mm深-32mm的孔）工序4：粗車左端內孔?23mm 工序5：粗車?48mm的外圓柱面

工序6：粗車?38mm的臺階外圓柱面及倒角

工序7：調頭粗車右端面將零件車至要求尺寸進給路線

工序8：調頭粗車右端面各部倒角、切外螺紋退刀槽、三角形螺紋 工步路線為：

工步一:自右向左倒角，粗車螺紋?20mm圓柱段；

工步二:自右向左粗車R6和R20 mm圓弧面、?38 mm圓柱段、R12.5 mm圓弧面、錐長8 mm 的圓錐段；

工步三:自右向左粗車R6和R20 mm 圓弧面、?38 mm圓柱段、R12.5 mm圓弧面、錐長8 mm的圓錐段； 工步四:車4mm*?16mm螺紋退刀槽； 工步五:粗車螺紋；

工序9：擴左端內孔?25mm，深11mm 工序10：半精車?48mm的外圓柱面

工序11：半精車?38mm的臺階外圓柱面及倒角

工序12：調頭半精車右端面將零件車至要求尺寸進給路線

工序13：調頭半精車右端面各部倒角、切外螺紋退刀槽、三角形螺紋 工步路線為：

工步一:自右向左倒角，半精車螺紋?20mm圓柱段；

工步二:自右向左精車R6和R20 mm 圓弧面、?38 mm圓柱段、R12.5 mm圓弧面、錐長8 mm的圓錐段；

工步三:半精車4mm*?16mm螺紋退刀槽； 工步四:半精車螺紋；

工序14：鉸?230?0.03mm的孔，再用1:2的鉸刀鉸小端為?25mm的錐孔 工序15：精車?480?0.03mm的外圓柱面

工序16：精車?380?0.03mm的臺階外圓柱面及倒角

工序17：調頭精車右端?380?0.03mm圓柱面、切外螺紋退刀槽、三角形螺紋 工序18：精車螺紋

工序19：去除全部毛刺并吹凈 工序20：根據技術文件進行檢驗 工序21：入庫

第四篇：基于UG的零件數控編程

畢

業(yè)

實

習

報

告

姓名:

學號:

班級:

2011年3月

學校

設計題目名稱——基于UG的零件數控編程

一、課題背景及意義

機械制造業(yè)作為一個傳統的領域已經發(fā)展了很多年，積累了不少理論和實踐經驗，但隨著社會的發(fā)展，人們的生活水平日益提高，各個方面的個性化需求越加強烈。作為已經深入到各行各業(yè)并已成為基礎工業(yè)的機械制造業(yè)面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。有確定的定義，但目前公認的認識是：先進制造技術是傳統制造技術不斷吸收機械、電子、信息、材料、能源和現代管理等方面的成果，并將其綜合應用于產品設計、制造、檢測、管理、銷售、使用、服務的制造全過程，以實現優(yōu)質、高效、低耗、清潔、靈活的生產，并取得理想技術經濟效果的制造技術的總稱機械制造自動化技術始終是機械制造中最活躍的一個研究領域。也是制造企業(yè)提高生產率和贏得市場競爭的主要手段。機械制造自動化技術自本世紀20年代出現以來，經歷了三個階段，即剛性自動化、柔性自動化和綜合自動化。綜合自動化常常與計算機輔助制造、計算集成制造等概念相聯系，它是制造技術、控制技術、現代管理技術和信息技術的綜合，旨在全面提高制造企業(yè)的勞動生產率和對市場的響應速度。

UG為user guide的簡寫，意思：用戶指南。UG是EDS公司出品的一個產品工程解決方案，它為用戶的產品設計及加工過程提供了數字化造型和驗證手段。UG NX是一個集成的CAD/CAM/CAE軟件，是當今世界先進的計算機輔助設計﹑分析和制造軟件之一。該軟件不僅是一套集成的CAX程序，已遠遠超越了個人和部門生產力的范疇，完全能夠改善整體流程以及該流程中每個步驟的效率，因而廣泛應用于航空，航天，汽車，通用機械和造船等工業(yè)領域。NG 包括了世界上最強大、最廣泛的產品設計應用模塊。NX 具有高性能的機械設計和制圖功能，為制造設計提供了高性能和靈活性，以滿足客戶設計任何復雜產品的需要。UG 優(yōu)于通用的設計工具，具有專業(yè)的管路和線路設計系統、鈑金模塊、專用塑料件設計模塊和其他行業(yè)設計所需的專業(yè)應用程序。

UG允許制造商以數字化的方式仿真、確認和優(yōu)化產品及其開發(fā)過程。通過在開發(fā)周期中較早地運用數字化仿真性能，制造商可以改善產品質量，同時減少或消除對于物理樣機的昂貴耗時的設計、構建，以及對變更周期的依賴.隨著現代機械工業(yè)的發(fā)展，計算機輔助制造和計算機輔助設計在接卸方面

已顯出巨大的潛力，并廣泛運用于產品設計和機械制造中，使用UG系統產生的NC程序代碼代替了傳統的手工編程，運用UG對零件進行設計和制造，提高了企業(yè)的設計質量，有利于企業(yè)加工精度高，外形復雜的零件，同時也縮短了生產周期，降低了生產成本，從而使企業(yè)獲得更好的經濟效益

二、研究內容及研究目標

① 零件材料性能的了

②零件圖紙的分析，理解形位公差在圖紙中的含義

③零件空間模型的想象

④零件的工藝分析

⑤零件的夾具設計

⑥運用UG建模

⑦刀具的選擇

⑧切削速度的選擇

⑨機床的選擇

⑩熱處理方法的選擇

研究目標：

有效的完成零件的加工，并加強數控加工工藝相關知識，并熟練掌握UG制圖軟件，是對自己綜合素質的培養(yǎng)，是培養(yǎng)自己綜合運用所學理論知識和技能的一種綜合性工程實踐訓練，培養(yǎng)大學生創(chuàng)新能力，養(yǎng)成理論聯系實際的工作作風和提高工程實踐的重要途徑，是提高分析解決實際問題能力的重要環(huán)節(jié)，為自己走向工作崗位作鋪墊，對以后的職業(yè)生涯中起到至關重要的最用。

二、研究內容：

三、預計的研究難點

①零件材料性能的了解

②零件圖紙的分析，理解形位公差在圖紙中的含義

③零件空間模型的想象

④零件的工藝分析

⑤零件的夾具設計

⑥運用UG建模

四、創(chuàng)新點

☆運用自動編程代替?zhèn)鹘y手工編程的方式，更好的保證了加工質量和加工精度，降低了廢品率，同時也提高了生產效率，提高了經濟效益。

☆ 運用精益制造的思想，從零件備料到成品采用流水線式生長方式，提高零件生產效率，縮短生產周期，提高經濟效益

五、畢業(yè)設計的主要內容

首先應讀懂圖紙，知道零件表面粗糙度；加工精度；形位工差；材料和表面熱處理的要求，根據零件視圖想像出三維模型，并繪制大致草圖。

然后對零件進行數控加工工藝分析，確定合理的加工順序,在保證零件加工精度和表面粗糙度的同時，要盡量減少換到次數，提高加工效率。

并充分考慮零件的形狀，尺寸和加工精度，以及零件剛度和變形等因素。

本零件加工主要分兩大部——車削和銑削。根據零件外形特征，采用先車后銑的教工順序。

車削時應做到，先粗加工厚精加工；先加工主要表面厚加工次要表面；先近厚遠加工，減少孔行程時間；采用內外交叉的原則；先加工基準面后加工其它表面。

銑削時應做到，上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊，中間穿插有通用機床加工的也要綜合考慮；一般先進行內形內腔加工，后進行外形加工；以相同定位、夾緊方式或同一把道刀具加工的工序，最好連續(xù)進行，以減少重復定位次數與換刀次數；在同一次安裝中進行的多道工序，應先安排對工件破壞較小的工序?？傊?，順序的安排應根據零件的結構和毛坯狀況，以及定位安裝與夾緊的需要綜合考慮。

在車削加工用三角卡盤進行定為夾緊。銑削用專用夾具。

最后運用UG對零件進行建模，然后進行后置處理。

六、進度計劃

2.14——3.1收集資料整理資料

3.1——3.5寫開題報告

3.6——3.9零件的工藝分析

3.10——3.18UG建模

3.19——3.25加工零件

3.26——4.6寫畢業(yè)論

七、參考文獻

李華志主編.控加工工藝與裝備.清華大學出版社

張瑞萍,孫小紅等編著.ug nx 中文版.清華大學出版社 王曉麗主編.機械制圖.科學出版社

陳于萍高曉康編著.互換性與測量技術.高等教育出版社 曹鳳 主編.數控編程.重慶大學出版社

王毓敏主編.工程材料形成與運用.重慶大學出版社

第五篇：數控車畢業(yè)論文

畢

業(yè)

論

文

姓 名 專 業(yè) 班 級 指導老師

鄭海洋

機電一體化

機數高職0801

蔡萬祝

摘 要

世界制造業(yè)轉移，中國正在逐步成為世界加工廠。美國、德國、韓國等國家已經進入工業(yè)化發(fā)展的高技術密集時代與微電子時代，鋼鐵、機械、化工等重工業(yè)正逐漸向發(fā)展中國家轉移。我國目前經濟發(fā)展已經過了發(fā)展初期，正處于重化工業(yè)發(fā)展中期。

未來10年將是中國機械行業(yè)發(fā)展最佳時期。美國、德國的重化工業(yè)發(fā)展期延續(xù)了18年以上，美國、德國、韓國四國重化工業(yè)發(fā)展期平均延續(xù)了12年，我們估計中國的重化工業(yè)發(fā)展期將至少延續(xù)10年，直到2015年。因此，在未來10年中，隨著中國重化工業(yè)進程的推進，中國企業(yè)規(guī)模、產品技術、質量等都將得到大幅提升，國產機械產品國際競爭力增強，逐步替代進口，并加速出口。目前，機械行業(yè)中部分子行業(yè)如船舶、鐵路、集裝箱及集裝箱起重機制造等已經受益于國際間的產業(yè)轉移，并將持續(xù)受益；電站設備、工程機械、床等將受益于產業(yè)轉移，加快出口進程

目 錄

第一章 數控機床的產生 第二章 數控機床的發(fā)展

2.1數控系統的發(fā)展 ··············································································· 1 2.2機床的發(fā)展趨勢 ··············································································· 2

第三章 數控機床的分類

3.1按加工工藝方法分類 ······································································· 4 3.1.1金屬切削類數控機床 ························································································ 4 3.1.2板材加工類數控機床 ························································································ 4 3.2按控制運動軌跡分類 ······································································· 5 3.1.2點位控制數控機床 ····························································································· 5 3.2.2直線控制數控機床 ·····························································································

53.2.3輪廓控制數控機床 ····························································································· 5

3.3按驅動裝置的特點分類 ··································································· 6 3.3.1開環(huán)控制數控機床 ····························································································· 6 3.3.2閉環(huán)控制數控機床 ····························································································· 7 3.3.3半閉環(huán)控制數控機床 ························································································ 7 3.3.4混合控制數控機床 ····························································································· 7

第四章 數控車的工藝與工裝削

4.1合理選擇切削用量 ··········································································· 9 4.2合理選擇刀具 ··················································································· 9

4.3合理選擇夾具 ··················································································· 10

4.4確定加工路線 ··················································································· 10 4.5 加工路線與加工余量的聯系 ·························································· 10 4.6夾具安裝要點 ··················································································· 10

第五章 程序首句妙用與控制尺寸精度的技巧

5.1程序首句妙用G00的技巧 ······························································· 11 5.2控制尺寸精度的技巧 ······································································· 12 5.2.1修改刀補值保證尺寸精度 ·············································································· 12

5.2.2半精加工消除絲桿間隙影響保證尺寸精度 ·········································· 12 5.2.3程序編制保證尺寸精度 ··················································································· 12 5.2.4修改程序和刀補控制尺寸 ·············································································· 13 第六章 數控技術

6.1數控機床電氣控制系統綜述 ··························································· 14 6.2數控機床運動坐標的電氣控制 ······················································· 16

結語 致謝

第一章 數控機床的產生

在機械制造工業(yè)中并不是所有的產品零件都具有很大的批量，單件與小批量生產的零件（批量在10～100件）約占機械加工總量的80%以上。尤其是在造船、航天、航空、機床、重型機械以及國防工業(yè)更是如此。

為了滿足多品種，小批量的自動化生產，迫切需要一種靈活的，通用的，能夠適用產品頻繁變化的柔性自動化機床。數控機床就是在這樣的背景下誕生與發(fā)展起來的。它為單件、小批量生產的精密復雜零件提供了自動化的加工手段。

根據國家標準ＧＢ／Ｔ８１２９－１９９７，對機床數字控制的定義：用數字控制的裝置（簡稱數控裝置），在運行過程中，不斷地引入數字數據，從而對某一生產過程實現自動控制，叫數字控制，簡稱數控。用計算機控制加工功能，稱計算機數控（computerized numerical，縮寫ＣＮＣ）。

數控機床即使采用了數控技術的機床，或者說裝備了數控系統的機床。從應用來說，數控機床就是將加工過程所需的各種操作（如主軸變速、松加工件、進刀與退刀、開車與停車、選擇刀具、供給切削液等）和步驟，以及刀具與工件之間的相對位移量都用數字化的代碼來表示，通過控制介質將數字信息送入專用的或通用的計算機，計算機對輸入的信息進行處理與運算，發(fā)出各種指令來控制機床的伺服系統或其他執(zhí)行元件，是機床自動加工出所需要的零件。

第二章 數控機床的發(fā)展

2.1 數控系統的發(fā)展

從１９５２年第一臺數控機床問世后，數控系統已經先后經歷了兩個階段和六代的發(fā)展，其六代是指電子管、晶體管、集成電路、小型計算機、微處理器和基于工控ＰＣ機的通用CNC系統。其中前三代為第一階段，稱作為硬件連接數控，簡稱ＮＣ系統；后三代為第二階段，乘坐計算機軟件數控，簡稱ＣＮＣ系統。

2.2 機床的發(fā)展趨勢

數控機床總的發(fā)展趨勢是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可 靠性等。

（1）工序集中 20世紀50年代末期，在一般數控機床的基礎上開發(fā)了數控加工

中心，即自備刀具庫的自動換刀數控機床。在加工中心機床上，工件一次裝夾后，機床的機械手可以自動更換刀具，連續(xù)的對工件進行多種工序加工。

目前，加工中心機床的刀具庫容量可達到100多把刀具，自動換刀裝置的換刀時間僅需0.5～2秒。加工中心機床使工序集中在一臺機床上完成，減少了由于工序分散，工件多次安裝引起的定位誤差，提高了加工精度，同時也減少了機床的臺數與占地面積，壓縮了半成品的庫存量，減少了工序間的輔助時間，有效的提高了數控機床的生產效率和數控加工的經濟效益。

（2）高速、高效、高精度

高速、高效、高精度是機械加工的目標，數控機床因其價格昂貴，在上述三方面的發(fā)展也就更為突出。

（3）方便使用

數控機床制造廠把建立友好的人機界面、提高數控機床的可靠性作為提高競爭能力的主要方面。

1）加工編程方便

手工編程和自動編程已經使用了幾十年，有了長足的發(fā)展，在手工編程方面，開發(fā)了多種加工循環(huán)、參數編程和除直線、圓弧以外的各種插補功能，CAD/CAM的研究發(fā)展，從技術上來講可以替代手工編程。但是一套適用的CAD/CAM軟件加上計算機硬件，投資較大，學習、掌握時間較長，對大多數的簡單工件很不經濟。

近年來，發(fā)展起來的圖形交互式編程系統（WOP，又稱面向車間編程），很受用戶歡迎。這種編程方式不使用G、M代碼，而是借助圖形菜單，輸入整個圖形塊以及相應參數作為加工指令，形成加工程序，與傳統加工時的思維方式類似。圖形交互編程方法在制定標準后，有可能成為各種型號的數控機床統一的編程方法。

2）使用方法

數控機床普遍采用彩色CRT進行人機對話、圖形顯示和圖形模擬的。有的數控機床將采用說明書、編程指南、潤滑指南等存入系統共使用者調閱。

第三章 數控機床的分類

3.1 按加工工藝方法分類 3.1.1．金屬切削類數控機床

與傳統的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對應的數控機床有數控車床、數控銑床、數控鉆床、數控磨床、數控齒輪加工機床等。盡管這些數控機床在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機床的動作和運動都是數字化控制的，具有較高的生產率和自動化程度。

在普通數控機床加裝一個刀庫和換刀裝置就成為數控加工中心機床。加工中心機床進一步提高了普通數控機床的自動化程度和生產效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是在數控銑床基礎上增加了一個容量較大的刀庫和自動換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進行銑、鏜、鉆、擴、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心機床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機床的臺數和占地面積，縮短了輔助時間，大大提高了生產效率和加工質量。

3.1.3．板材加工類數控機床

常見的應用于金屬板材加工的數控機床有數控壓力機、數控剪板機和數控折彎機等。近年來，其它機械設備中也大量采用了數控技術，如數控多坐標測量機、自動繪圖機及工業(yè)機器人等。

3.2 按控制運動軌跡分類

3.2.1．點位控制數控機床

位置的精確定位，在移動和定位過程中不進行任何加工。機床數控系統只控制行程終點的坐標值，不控制點與點之間的運動軌跡，因此幾個坐標軸之間的運動無任何聯系?？梢詭讉€坐標同時向目標點運動，也可以各個坐標單獨依次運動。

這類數控機床主要有數控坐標鏜床、數控鉆床、數控沖床、數控點焊機等。點位控制數控機床的數控裝置稱為點位數控裝置。

3.2.2．直線控制數控機床

直線控制數控機床可控制刀具或工作臺以適當的進給速度，沿著平行于坐標軸的方向進行直線移動和切削加工，進給速度根據切削條件可在一定范圍內變化。

直線控制的簡易數控車床，只有兩個坐標軸，可加工階梯軸。直線控制的數控銑床，有三個坐標軸，可用于平面的銑削加工?，F代組合機床采用數控進給伺服系統，驅動動力頭帶有多軸箱的軸向進給進行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制數控機床。數控鏜銑床、加工中心等機床，它的各個坐標方向的進給運動的速度能在一定范圍內進行調整，兼有點位和直線控制加工的功能，這類機床應該稱為點位/直線控制的數控機床。

3.3.3．輪廓控制數控機床

輪廓控制數控機床能夠對兩個或兩個以上運動的位移及速度進行連續(xù)相關的控制，使合成的平面或空間的運動軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機床移動部件的起點與終點坐標，而且能控制整個加工輪廓每一點的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。

常用的數控車床、數控銑床、數控磨床就是典型的輪廓控制數控機床。數控火焰切割機、電火花加工機床以及數控繪圖機等也采用了輪廓控制系統。輪廓控制系統的結構要比點位/直線控系統更為復雜，在加工過程中需要不斷進行插補運算，然后進行相應的速度與位移控制。

現在計算機數控裝置的控制功能均由軟件實現，增加輪廓控制功能不會帶來成本的增加。因此，除少數專用控制系統外，現代計算機數控裝置都具有輪廓控制功能。

3.3 按驅動裝置的特點分類

3.3.1開環(huán)控制數控機床

這類控制的數控機床是其控制系統沒有位置檢測元件，伺服驅動部件通常為反應式步進電動機或混合式伺服步進電動機。數控系統每發(fā)出一個進給指令，經驅動電路功率放大后，驅動步進電機旋轉一個角度，再經過齒輪減速裝置帶動絲杠旋轉，通過絲杠螺母機構轉換為移動部件的直線位移。移動部件的移動速度與位移量是由輸入脈沖的頻率

與脈沖數所決定的。此類數控機床的信息流是單向的，即進給脈沖發(fā)出去后，實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數控機床。

開環(huán)控制系統的數控機床結構簡單，成本較低。但是，系統對移動部件的實際位移量不進行監(jiān)測，也不能進行誤差校正。因此，步進電動機的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)控制系統僅適用于加工精度要求不很高的中小型數控機床，特別是簡易經濟型數控機床。

3.3.2閉環(huán)控制數控機床

接對工作臺的實際位移進行檢測，將測量的實際位移值反饋到數控裝置中，與輸入的指令位移值進行比較，用差值對機床進行控制，使移動部件按照實際需要的位移量運動，最終實現移動部件的精確運動和定位。從理論上講，閉環(huán)系統的運動精度主要取決于檢測裝置的檢測精度，也與傳動鏈的誤差無關，因此其控制精度高。圖1-3所示的為閉環(huán)控制數控機床的系統框圖。圖中A為速度傳感器、C為直線位移傳感器。當位移指令值發(fā)送到位置比較電路時，若工作臺沒有移動，則沒有反饋量，指令值使得伺服電動機轉動，通過A將速度反饋信號送到速度控制電路，通過C將工作臺實際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較后得到的差值進行位置控制，直至差值為零時為止。這類控制的數控機床，因把機床工作臺納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)控制數控機床。

閉環(huán)控制數控機床的定位精度高，但調試和維修都較困難，系統復雜，成本高。

3.3.3半閉環(huán)控制數控機床

半閉環(huán)控制數控機床是在伺服電動機的軸或數控機床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉角間接地檢測移動部件的實際位移，然后反饋到數控裝置中去，并對誤差進行修正。通過測速元件A和光電編碼盤B可間接檢測出伺服電動機的轉速，從而推算出工作臺的實際位移量，將此值與指令值進行比較，用差值來實現控制。由于工作臺沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數控機床。半閉環(huán)控制數控系統的調試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動機設計成一體，這樣，使結構更加緊湊。

3.3.4混合控制數控機床

將以上三類數控機床的特點結合起來，就形成了混合控制數控機床。混合控制數控機床特別適用于大型或重型數控機床，因為大型或重型數控機床需要較高的進給速度與相當高的精度，其傳動鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機床傳動鏈和工作臺全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調試比較復雜?；旌峡刂葡到y又分為兩種形式：

（1）開環(huán)補償型。它的基本控制選用步進電動機的開環(huán)伺服機構，另外附加一個校正電路。用裝在工作臺的直線位移測量元件的反饋信號校正機械系統的誤差。（2）半閉環(huán)補償型。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺上的直線位移測量元件實現全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統一。其中A是速度測量元件（如測速發(fā)電機），B是角度測量元件，C是直線位移測量元件。

第四章 數控車的工藝與工裝削

數控車床加工工藝與普通車床的加工工藝類似，但由于數控車床是一次裝夾，連續(xù)自動加工完成所有車削工序，因而應注意以下幾個方面。

4.1.合理選擇切削用量

對于高效率的金屬切削加工來說，被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這些決定著加工時間、刀具壽命和加工質量。經濟有效的加工方式必然是合理的選擇了切削條件。

切削條件的三要素：切削速度、進給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會上升，會產生機械的、化學的、熱的磨損。切削速度提高20%，刀具壽命會減少1/2。

進給條件與刀具后面磨損關系在極小的范圍內產生。但進給量大，切削溫度上升，后面磨損大。它比切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進給量大，但在微小切深切削時，被切削材料產生硬化層，同樣會影響刀具的壽命。

用戶要根據被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進給量、切深等選擇使用的切削速度。

最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎上選定的。有規(guī)則的、穩(wěn)定的磨損達到壽命才是理想的條件。

然而，在實際作業(yè)中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質量、切削噪聲、加工熱量等有關。在確定加工條件時，需要根據實際情況進行研究。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說，可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。

4.2.合理選擇刀具

1)粗車時，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大背吃刀量、大進給量的要求。

2)精車時，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。3)為減少換刀時間和方便對刀，應盡量采用機夾刀和機夾刀片。

4.3.合理選擇夾具

1)盡量選用通用夾具裝夾工件，避免采用專用夾具； 2)零件定位基準重合，以減少定位誤差。

4.4.確定加工路線

加工路線是指數控機床加工過程中，刀具相對零件的運動軌跡和方向。1)應能保證加工精度和表面粗糙要求； 2)應盡量縮短加工路線，減少刀具空行程時間。

4.5.加工路線與加工余量的聯系

目前，在數控車床還未達到普及使用的條件下，一般應把毛坯上過多的余量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。如必須用數控車床加工時，則需注意程序的靈活安排。

4.6.夾具安裝要點

目前液壓卡盤和液壓夾緊油缸的連接是靠拉桿實現的，液壓卡盤夾緊要點如下：首先用

搬手卸下液壓油缸上的螺帽，卸下拉管，并從主軸后端抽出，再用搬手卸下卡盤固定螺釘，即可卸下卡盤。

第五章 程序首句妙用與控制尺寸精度的技巧

5.1、程序首句妙用G00的技巧

目前我們所接觸到的教科書及數控車削方面的技術書籍，程序首句均為建立工件坐標系，即以G50 Xα Zβ作為程序首句。根據該指令，可設定一個坐標系，使刀具的某一點在此坐標系中的坐標值為(Xα Zβ)(本文工件坐標系原點均設定在工件右端面)。采用這種方法編寫程序，對刀后，必須將刀移動到G50設定的既定位置方能進行加工，找準該位置的過程如下。

1.對刀后，裝夾好工件毛坯；

2.主軸正轉，手輪基準刀平工件右端面A；

3.Z軸不動，沿X軸釋放刀具至C點，輸入G50 Z0，電腦記憶該點； 4.程序錄入方式，輸入G01 W-8 F50，將工件車削出一臺階；

5.X軸不動，沿Z軸釋放刀具至C點，停車測量車削出的工件臺階直徑γ，輸入G50 Xγ，電腦記憶該點；

6.程序錄入方式下，輸入G00 Xα Zβ，刀具運行至編程指定的程序原點，再輸入G50 Xα Zβ，電腦記憶該程序原點。

上述步驟中，步驟6即刀具定位在XαZβ處至關重要，否則，工件坐標系就會被修改，無法正常加工工件。有過加工經驗的人都知道，上述將刀具定位到XαZβ處的過程繁瑣，一旦出現意外，X或Z軸無伺服，跟蹤出錯，斷電等情況發(fā)生，系統只能重啟，重啟后系統失去對G50設定的工件坐標值的記憶，“復位、回零運行”不再起作用，需重新將刀具運行至XαZβ位置并重設G50。如果是批量生產，加工完一件后，回G50起點繼續(xù)加工下一件，在操作過程中稍有失誤，就可能修改工件坐標系。鑒于上述程序首句使用G50建立工件坐標系的種種弊端，筆者想辦法將工件坐標系固定在機床上，將程序首句G50 XαZβ改為G00 Xα Zβ后，問題迎刃而解。其操作過程只需采用上述找G50過程的前五步，即完成步驟1、2、3、4、5后，將刀具運行至安全位置，調出程序，按自動運行即可。即使發(fā)生斷電等意外情況，重啟系統后，在編輯方式下將光標移至能安全加工又不影響工件加工進程的程序段，按自動運行方式繼續(xù)加工即可。上述程序首句用 G00代替G50的實質是將工件坐標系固定在機床上，不再囿于G50 Xα Zβ程序原點 的限制，不改變工件坐標系，操作簡單，可靠性強，收到了意想不到的效果。中國金屬加工在線

5.2、控制尺寸精度的技巧 5.2.1.修改刀補值保證尺寸精度

由于第一次對刀誤差或者其他原因造成工件誤差超出工件公差，不能滿足加工要求時，可通過修改刀補使工件達到要求尺寸，保證徑向尺寸方法如下： a.絕對坐標輸入法

根據“大減小，小加大”的原則，在刀補001～004處修改。如用2號切斷刀切槽時工件尺寸大了0.1mm，而002處刀補顯示是X3.8，則可輸入X3.7，減少2號刀補。b.相對坐標法

如上例，002刀補處輸入U-0.1，亦可收到同樣的效果。

同理，對于軸向尺寸的控制亦如此類推。如用1號外圓刀加工某處軸段，尺寸長了0.1mm，可在001刀補處輸入W0.1。

5.2.2.半精加工消除絲桿間隙影響保證尺寸精度

對于大部分數控車床來說，使用較長時間后，由于絲桿間隙的影響，加工出的工件尺寸經常出現不穩(wěn)定的現象。這時，我們可在粗加工之后，進行一次半精加工消除絲桿間隙的影響。如用1號刀G71粗加工外圓之后，可在001刀補處輸入U0.3，調用G70精車一次，停車測量后，再在001刀補處輸入U-0.3，再次調用G70精車一次。經過此番半精車，消除了絲桿間隙的影響，保證了尺寸精度的穩(wěn)定。

5.2.3.程序編制保證尺寸精度

a.絕對編程保證尺寸精度

編程有絕對編程和相對編程。相對編程是指在加工輪廓曲線上，各線段的終點位置以該線段起點為坐標原點而確定的坐標系。也就是說，相對編程的坐標原點經常在變換，連續(xù)位移時必然產生累積誤差，絕對編程是在加工的全過程中，均有相對統一的基準點，即坐標原點，故累積誤差較相對編程小。數控車削工件時，工件徑向尺寸的精度一般比軸向尺寸精度高，故在編寫程序時，徑向尺寸最好采用絕對編程，考慮到加工及編寫程序的方便，軸向尺寸常采用相對編程，但對于重要的軸向尺寸，最好采用絕對編程。

b.數值換算保證尺寸精度

很多情況下，圖樣上的尺寸基準與編程所需的尺寸基準不一致，故應先將圖樣上的基準尺寸換算為編程坐標系中的尺寸。如圖2b中，除尺寸13.06mm外，其余均屬直接按圖2a標注尺寸經換算后而得到的編程尺寸。其中，φ29.95mm、φ16mm及60.07mm三個尺寸為分別取兩極限尺寸平均值后得到的編程尺寸。

5.2.4.修改程序和刀補控制尺寸

數控加工中，我們經常碰到這樣一種現象：程序自動運行后，停車測量，發(fā)現工件尺寸達不到要求，尺寸變化無規(guī)律。如用1號外圓刀加工圖3所示工件，經粗加工和半精加工后停車測量，各軸段徑向尺寸如下：φ30.06mm、φ23.03mm及φ16.02mm。對此，筆者采用修改程序和刀補的方法進行補救，方法如下：

a.修改程序

原程序中的X30不變，X23改為X23.03，X16改為X16.04，這樣一來，各軸段均有超出名義尺寸的統一公差0.06mm；

b.改刀補

在1號刀刀補001處輸入U-0.06。

經過上述程序和刀補雙管齊下的修改后，再調用精車程序，工件尺寸一般都能得到有效的保證。

數控車削加工是基于數控程序的自動化加工方式，實際加工中，操作者只有具備較強的程序指令運用能力和豐富的實踐技能，方能編制出高質量的加工程序，加工出高質量的工件。

第六章 數控技術

6.1 數控機床電氣控制系統綜述

(1)數據輸入裝置將指令信息和各種應用數據輸入數控系統的必要裝置。它可以是穿孔帶閱讀機(已很少使用)，3.5in軟盤驅動器，CNC鍵盤(一般輸入操作)，數控系統配備的硬盤及驅動裝置(用于大量數據的存儲保護)、磁帶機(較少使用)、PC計算機等等。

(2)數控系統數控機床的中樞，它將接到的全部功能指令進行解碼、運算，然后有序地發(fā)出各種需要的運動指令和各種機床功能的控制指令，直至運動和功能結束。

數控系統都有很完善的自診斷能力，日常使用中更多地是要注意嚴格按規(guī)定操作，而日常的維護則主要是對硬件使用環(huán)境的保護和防止系統軟件的破壞。

(3)可編程邏輯控制器是機床各項功能的邏輯控制中心。它將來自CNC的各種運動及功能指令進行邏輯排序，使它們能夠準確地、協調有序地安全運行；同時將來自機床的各種信息及工作狀態(tài)傳送給CNC，使CNC能及時準確地發(fā)出進一步的控制指令，如此實現對整個機床的控制。

當代PLC多集成于數控系統中，這主要是指控制軟件的集成化，而PLC硬件則在規(guī)模較大的系統中往往采取分布式結構。PLC與CNC的集成是采取軟件接口實現的，一般系統都是將二者間各種通信信息分別指定其固定的存放地址，由系統對所有地址的信息狀態(tài)進行實時監(jiān)控，根據各接口信號的現時狀態(tài)加以分析判斷，據此作出進一步的控制命令，完成對運動或功能的控制。

不同廠商的PLC有不同的PLC語言和不同的語言表達形式，因此，力求熟悉某一機床PLC程序的前提是先熟悉該機床的PLC語言。

(4)主軸驅動系統接受來自CNC的驅動指令，經速度與轉矩(功率)調節(jié)輸出驅動信號驅動主電動機轉動，同時接受速度反饋實施速度閉環(huán)控制。它還通過PLC將主軸的各種現實工作狀態(tài)通告CNC用以完成對主軸的各項功能控制。

主軸驅動系統自身有許多參數設定，這些參數直接影響主軸的轉動特性，其中有些不可丟失或改變的，例如指示電動機規(guī)格的參數等，有些是可根據運行狀態(tài)加以調改的，例

如零漂等。通常CNC中也設有主軸相關的機床數據，并且與主軸驅動系統的參數作用相同，因此要注意二者取一，切勿沖突。

(5)進給伺服系統接受來自CNC對每個運動坐標軸分別提供的速度指令，經速度與電流(轉矩)調節(jié)輸出驅動信號驅動伺服電機轉動，實現機床坐標軸運動，同時接受速度反饋信號實施速度閉環(huán)控制。它也通過PLC與CNC通信，通報現時工作狀態(tài)并接受CNC的控制。

進給伺服系統速度調節(jié)器的正確調節(jié)是最重要的，應該在位置開環(huán)的條件下作最佳化調節(jié)，既不過沖又要保持一定的硬特性。它受機床坐標軸機械特性的制約，一旦導軌和機械傳動鏈 的狀態(tài)發(fā)生變化，就需重調速度環(huán)調節(jié)器。

(6)電器硬件電路隨著PLC功能的不斷強大，電器硬件電路主要任務是電源的生成與控制電路、隔離繼電器部分及各類執(zhí)行電器(繼電器、接觸器)，很少還有繼電器邏輯電路的存在。但是一些進口機床柜中還有使用自含一定邏輯控制的專用組合型繼電器的

情況，一旦這類元件出現故障，除了更換之外，還可以將其去除而由PLC邏輯取而代之，但是這不僅需要對該專用電器的工作原理有清楚的了解，還要對機床的PLC語言與程序深入掌握才行。

(7)機床(電器部分)包括所有的電動機、電磁閥、制動器、各種開關等。它們是實現機床

各種動作的執(zhí)行者和機床各種現實狀態(tài)的報告員。

這里可能的主要故障多數屬于電器件自身的損壞和連接電線、電纜的脫開或斷裂。

(8)速度測量通常由集裝于主軸和進給電動機中的測速機來完成。它將電動機實際轉速匹配成電壓值送回伺服驅動系統作為速度反饋信號，與指令速度電壓值相比較，從而實現速度的精確控制。

這里應注意測速反饋電壓的匹配聯接，并且不要拆卸測速機。由此引起的速度失控多是由于測速反饋線接反或者斷線所致。

(9)位置測量較早期的機床使用直線或圓形同步感應器或者旋轉變壓器，而現代機床多采

用光柵尺和數字脈沖編碼器作為位置測量元件。它們對機床坐標軸在運行中的實際位置進行直接或間接的測量，將測量值反饋到CNC并與指令位移相比較直至坐標軸到達指令位置，從而實現對位置的精確控制。

位置環(huán)可能出現的故障多為硬件故障，例如位置測量元件受到污染，導線連接故障等。

(10)外部設備一般指PC計算機、打印機等輸出設備，多數不屬于機床的基本配置。使用中的主要問題與輸入裝置一樣，是匹配問題。

6.2.數控機床運動坐標的電氣控制

數控機床一個運動坐標的電氣控制由電流(轉矩)控制環(huán)、速度控制環(huán)和位置控制環(huán)串聯組成。

(1)電流環(huán)是為伺服電機提供轉矩的電路。一般情況下它與電動機的匹配調節(jié)已由制造者作好了或者指定了相應的匹配參數，其反饋信號也在伺服系統內聯接完成，因此不需接線與調整。

(2)速度環(huán)是控制電動機轉速亦即坐標軸運行速度的電路。速度調節(jié)器是比例積分(PI)調節(jié)器，其P、I調整值完全取決于所驅動坐標軸的負載大小和機械傳動系統(導軌、傳動機構)的傳動剛度與傳動間隙等機械特性，一旦這些特性發(fā)生明顯變化時，首先需要對機械傳動系統進行修復工作，然后重新調整速度環(huán)PI調節(jié)器。

速度環(huán)的最佳調節(jié)是在位置環(huán)開環(huán)的條件下才能完成的，這對于水平運動的坐標軸和轉動坐標軸較容易進行，而對于垂向運動坐標軸則位置開環(huán)時會自動下落而發(fā)生危險，可以采取先摘下電動機空載調整，然后再裝好電動機與位置環(huán)一起調整或者直接帶位置環(huán)一起調整，這時需要有一定的經驗和細心。速度環(huán)的反饋環(huán)節(jié)見前面“速度測量”一節(jié)。

(3)位置環(huán)是控制各坐標軸按指令位置精確定位的控制環(huán)節(jié)。位置環(huán)將最終影響坐標軸的位置精度及工作精度。這其中有兩方面的工作：

一是位置測量元件的精度與CNC系統脈沖當量的匹配問題。測量元件單位移動距離發(fā)出的脈

沖數目經過外部倍頻電路和/或CNC內部倍頻系數的倍頻后要與數控系統規(guī)定的分辨率相符。例如位置測量元件10脈沖/mm，數控系統分辨率即脈沖當量為0.001mm，則測量元件送出的脈沖必須經過100倍頻方可匹配。

二是位置環(huán)增益系數Kv值的正確設定與調節(jié)。通常Kv值是作為機床數據設置的，數控系統中對各個坐標軸分別指定了Kv值的設置地址和數值單位。在速度環(huán)最佳化調節(jié)后Kv值的設定則成為反映機床性能好壞、影響最終精度的重要因素。Kv值是機床運動坐標自身性能優(yōu)劣的直接表現而并非可以任意放大。關于Kv值的設置要注意兩個問題，首先要滿足下列公式： Kv=v/Δ

式中v——坐標運行速度，m/min Δ——跟蹤誤差，mm

注意，不同的數控系統采用的單位可能不同，設置時要注意數控系統規(guī)定的單位。例如，坐標運行速度的單位是m/min，則Kv值單位為m/(mm·min)，若v的單位為mm/s，則Kv的單位應為mm/(mm·s)。

其次要滿足各聯動坐標軸的Kv值必須相同，以保證合成運動時的精度。通常是以Kv值最低的坐標軸為準。

位置反饋(參見上節(jié)“位置測量”)有三種情況：一種是沒有位置測量元件，為位置開環(huán)控制即無位置反饋，步進電機驅動一般即為開環(huán)；一種是半閉環(huán)控制，即位置測量元件不在坐標軸最終運動部件上，也就是說還有部分傳動環(huán)節(jié)在位置閉環(huán)控制之外，這 種情況要求環(huán)外傳動部分應有相當的傳動剛度和傳動精度，加入反向間隙補償和螺距誤

差補償之后，可以得到很高的位置控制精度；第三種是全閉環(huán)控制，即位置測量元件安裝在坐標軸的最終運動部件上，理論上這種控制的位置精度情況最好，但是它對整個機械傳動系統的要求更高而不是低，如若不然，則會嚴重影響兩坐標的動態(tài)精度，而使得機床只能在降低速度環(huán)和位置精度的情況下工作。影響全閉環(huán)控制精度的另一個重要問題是測量元件的精確安裝問題，千萬不可輕視。

(4)前饋控制與反饋相反，它是將指令值取出部分預加到后面的調節(jié)電路，其主要作用是減小跟蹤誤差以提高動態(tài)響應特性從而提高位置控制精度。因為多數機床沒有設此功能，故本文不詳述，只是要注意，前饋的加入必須是在上述三個控制環(huán)均最佳調試完畢后方可進行。

結

語

制定符合中國國情的總體發(fā)展戰(zhàn)略，確立與國際接軌的發(fā)展道路，對21世紀我國數控技術與產業(yè)的發(fā)展至關重要。本文在對數控技術和產業(yè)發(fā)展趨勢的分析，對我國數控領域存在的問題進行研究的基礎上，對21世紀我國數控技術和產業(yè)的發(fā)展途徑進行了探討，提出了以科技創(chuàng)新為先導，以商品化為主干，以管理和營銷為重點，以技術支持和服務為后盾，堅持可持續(xù)發(fā)展道路的總體發(fā)展戰(zhàn)略。在此基礎上，研究了發(fā)展新型數控系統、數控功能部件、數控機床整機等的具體技術途徑。

我們衷心希望，我國科技界、產業(yè)界和教育界通力合作，把握好知識經濟給我們帶來的難得機遇，迎接競爭全球化帶來的嚴峻挑戰(zhàn)，為在21世紀使我國數控技術和產業(yè)走向世界的前列，使我國經濟繼續(xù)保持強勁的發(fā)展勢頭而共同努力奮斗！

致

謝

時光匆匆如流水，轉眼便是大學畢業(yè)時節(jié)，春夢秋云，聚散真容易。在這個美好的季節(jié)里，我在電腦上敲出了最后一個字，心中涌現的不是想象已久的歡欣，卻是難以言喻的失落。是的，隨著論文的終結，意味著我生命中最純美的學生時代即將結束，盡管百般不舍，這一天終究會在熙熙攘攘的喧囂中決絕的來臨。

我要感謝我的老師在這四年的時間里教會了我很多道理，在他的細心培養(yǎng)下我從一個懵懂的少年變成了有追求，有目標和有責任感的人；也要感謝我的父母，給予我生命并竭盡全力給予了我接受教育的機會，養(yǎng)育之恩沒齒難忘；在未來的日子里，我會更加努力的學習和工作，不辜負老師和父母對我的殷殷期望！我一定會好好孝敬和報答他們！，還有許多人，也許他們只是我生命中匆匆的過客，但他們對我的支持和幫助依然在我記憶中留底了深刻的印象。在此無法一一羅列，但對他們，我始終心懷感激。最后，我要向在百忙之中抽時間對本文進行審閱、評議和參加本人論文答辯的各位師長表示感謝！