機械制造與自動化畢業(yè)設計講解

1、 系（部） 機電工程系 專 業(yè) 機械制造與自動化 班 級 14級3班 指導教師 于善強 姓 名 李貞濤 學號201414081020069摘要數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)字控制系統(tǒng)簡稱，英文名稱為NumericalControlSystem，早期是由硬件電路構成的稱為硬件數(shù)控（HardNC），1970年代以后，硬件電路元件逐步由專用的計算機代替稱為計算機數(shù)控系統(tǒng)。計算機數(shù)控（Computerizednumericalcontrol，簡稱CNC）系統(tǒng)是用計算機控制加工功能，實現(xiàn)數(shù)值控制的系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)根據(jù)計算機存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅動裝置的專用計算機系統(tǒng)。數(shù)

2、控車床是目前使用最廣泛的數(shù)控機床之一。數(shù)控車床主要用于加工軸類、盤類等回轉體零件。通過數(shù)控加工程序的運行，可自動完成內外圓柱面、圓錐面、成形表面、螺紋和端面等工序的切削加工，并能進行車槽、鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔等加工。數(shù)控車床種類較多，但主體結構都是由：車床本體、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)及輔助裝置四大部分組成。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(shù)據(jù)、工藝參數(shù)（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(shù)字、符號組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。數(shù)控機床程序編制過程主要包括：分析零件圖紙、工藝處理、數(shù)學處

3、理、編寫零件程序、程序校驗。關鍵詞：數(shù)控，車床，編程，加工目錄摘要.目錄.一、引言.1二、數(shù)控概述.32.1數(shù)控機床的簡介.32.2數(shù)控機床特點.32.3數(shù)控機床組成.52.4數(shù)控機床分類.52.5數(shù)拉機床的應用.92.6數(shù)拉機床的發(fā)展趨勢.9三、數(shù)控加工工藝分析.113.1數(shù)控加工工藝概念.113.2數(shù)控加工工藝內容.113.3工序與工布的劃分.11四、數(shù)控編程方法.134.1數(shù)控編程的基本概念.134.2數(shù)控編程步驟.134.3數(shù)控車床程序的編制.14五、數(shù)控刀具的選用.175.1數(shù)控機床的刀具特點.175.2刀具材料.175.3數(shù)控刀具的選擇.185.4切屑用量的選擇.19六、夾具選擇和

4、裝夾.206.1夾具的分類：.206.2工件在數(shù)控車床上的裝夾：.20七、零件加工編程實例.227.1零件的工藝分析.227.2確定加工路線.237.3制定加工方案.237.4選擇刀具及對刀.237.5確定工件坐標系、對刀點和換刀點.23八、結論.30九、致謝.31參考文獻.32一、引言數(shù)控技術是先進制造技術的基礎，它是綜合應用了計算機、自動控制、電氣傳動、自動檢測、精密機械制造和管理信息等技術而發(fā)展起來的高新科技。作為數(shù)控加工的主體設備，數(shù)控機床是典型的機電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機床代表一個民族制造工業(yè)現(xiàn)代化的水平，隨著現(xiàn)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(jīng)

5、濟發(fā)展水平的重要標志。本文主要討論數(shù)控車床的零件加工工藝以及程序編制，主要以FANUC數(shù)控系統(tǒng)為例，結合典型零件對數(shù)控車零件進行講解。主要內容有關于數(shù)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1數(shù)控（NC)是數(shù)字控制（NumericalControl）的英文簡稱。它是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設備動作控制的技術。其技術涉及多個領域：(1)機械制造技術；(2)信息處理、加工、傳輸技術；(3)自動控制技術；(4)伺服驅動技術；(5)傳感器技術；(6)軟件技術等。二、數(shù)控的概述2.1數(shù)控機床簡介數(shù)控車床、車削中心，是一種高精度、高效率的自動化

6、機床。配備多工位刀塔或動力刀塔，機床就具有廣泛的加工工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、蝸桿等復雜工件，具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，并在復雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)揮了良好的經(jīng)濟效果。“CNC”是英文ComputerizedNumericalControl（計算機數(shù)字化控制）的縮寫。數(shù)控機床是按照事先編制好的加工程序，自動地對被加工零件進行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運動軌跡、位移量、切削參數(shù)(主軸轉數(shù)、進給量、背吃刀量等)以及輔助功能(換刀、主軸正轉、反轉、切削液開、關等)，按照數(shù)控機床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單，再把這程序單中的內容記

7、錄在控制介質上(如穿孔紙帶、磁帶、磁盤、磁泡存儲器)，然后輸入到數(shù)控機床的數(shù)控裝置中，從而指揮機床加工零件。這種從零件圖的分析到制成控制介質的全部過程叫數(shù)控程序的編制。數(shù)控機床與普通機床加工零件的區(qū)別在于數(shù)控機床是按照程序自動加工零件，而普通機床要由人來操作，我們只要改變控制機床動作的程序就可以達到加工不同零件的目的。因此，數(shù)控機床特別適用于加工小批量且形狀復雜要求精度高的零件。22數(shù)控機床特點數(shù)控機床的操作和監(jiān)控全部在這個數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控機床的大腦。與普通機床相比，數(shù)控機床有如下特點：1加工精度高數(shù)控機床是按數(shù)字形式給出的指令進行加工的。目前數(shù)控機床的脈沖當量普遍達到了0.001mm

8、，而且進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進行補償，因此，數(shù)控機床能達到很高的加工精度。對于中、小型數(shù)控機床，其定位精度普遍可達0.03mm,重復定位精度為0.006mm。2對加工對象的適應性強數(shù)控機床上改變加工零件時，只須重新編制程序，輸人新的程序郭能實現(xiàn)對新的零件的加工，這就為復雜結構的單件、小批量生產(chǎn)以及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利。對那些普通手工操作的普通機床很難加工或無法加工的精密復雜零件，數(shù)控機床也能實現(xiàn)自動加工。3動化程度高，勞動強度低機床對零件的加工是按事先編好的程序自動完成的，操作者除了安放穿孔帶或操作鍵盤、裝卸工件、對關鍵工序的中間檢測以及觀察機床運行之外，不需

9、要進行復雜的重復性手工操作，勞動強度與緊張程度均可大為減輕，加上數(shù)控機床一般有較好的安全防護、自動排屑、自動冷卻和自動潤滑裝置，操作者的勞動條件也大為改善。4產(chǎn)效率高加工所需的時間主要包括機動時間和輔助時間兩部分。數(shù)控機床主軸的轉速和進給量的變化范圍比普通機床大，因此數(shù)控機床的每一道工序都可選用最有利的切削用量。由于數(shù)控機床的結構剛性好，因此，允許進行大切削量的強力切削，這就提高了切削效率，節(jié)省了機動時間。因為數(shù)控機床的移動部件的空行程運動速度快，所以工件的裝夾時間、輔助時間比一般機床少。數(shù)拉機床更換被加工零件時幾乎不需要重新調整機床.故節(jié)省了零件安裝調整時間。數(shù)控機床加工質量穩(wěn)定，一般只做首

10、件檢驗和工序間關鍵尺寸的抽樣檢驗，因此節(jié)省了停機檢驗時間。當在加工中心上進行加工時一臺機床實現(xiàn)了多道工序的連續(xù)加工，生產(chǎn)效率的提高更為明顯。5濟效益良好機床雖然價值昂貴，加工時分到每個零件上的設備折舊費高，但是在單件、小批量生產(chǎn)的情況下：使用數(shù)控機床加工，可節(jié)省劃線工時，減少調整、加工和檢驗時間，節(jié)省了直接生產(chǎn)費用；使用數(shù)控機床加工零件一般不需要制作專用夾具，節(jié)省了工藝裝備費用。數(shù)控加工精度穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進一步下降；數(shù)控機床可實現(xiàn)一機多用，節(jié)省廠房面積，節(jié)省建廠投資。因此，使用數(shù)控機床仍獲得良好的經(jīng)濟效益。2.3數(shù)控機床的組成數(shù)控機床一般由下列幾個部分組成：1主機是數(shù)控機床的主

11、體，包括機床身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。是用于完成各種切削加工的機械部件。2數(shù)控裝置是數(shù)控機床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。3驅動裝置是數(shù)控機床執(zhí)行機構的驅動部件，包括主軸驅動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)主軸和進給驅動。當幾個進給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。4輔助裝置指數(shù)控機床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。包括液壓和氣動

12、裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。5編程及其他附屬設備可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。2.4數(shù)控機床的分類數(shù)控機床的品種規(guī)格很多，分類方法也各不相同.一般可根據(jù)功能和結構，按下面四種原則進行分類。1按機床運動的控制執(zhí)進分類(1)點位控制數(shù)控機床點位控制數(shù)控機床只要求控制機床的移動部件從一點移動到另一點的準確定位，對于點與點之間的運動軌跡的要求并不嚴格，在移動過程中不進行加工，各坐標軸之間的運動是不相關的。為了實現(xiàn)既快又精確的定位，兩點間位移的移動一般先快速移動，然后慢速趨近定位點，從而保證定位精度。具有點位控制功能的機床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜

13、床和數(shù)控沖床等。(2)直線控制數(shù)控機床直線控制數(shù)控機床也稱為平行控制數(shù)控機床，其特點是除了控制點與點之間的準確定位外.還要控制兩相關點之間的移動速度和移動軌跡，但其運動路線只是與機床坐標軸平行移動，也就是說同時控制的坐標軸只有一個，在移位的過程中刀具能以指定的進給速度進行切削.其有直線控制功能的機床主要有數(shù)控車床、兩軸控制的數(shù)控銑床和數(shù)控磨床等。(3)輪廓控制數(shù)控機床廓控制數(shù)控機床也稱連續(xù)控制數(shù)控機床，其控制特點是能夠對兩個或兩個以上的運動坐標方向的位移和速度同時進行控制.為了滿足刀具沿工件輪廓的相對運動軌跡符合工件加工輪廓的要求，必須將各坐標方向運動的位移控制和速度控制按照規(guī)定的比例關系精確

14、地協(xié)調起來。因此，在這類控制方式中.就要求數(shù)控裝置具有插補運算功能，通過數(shù)控系統(tǒng)內插補運算器的處理，把直線或圓弧的形狀描述出來，也就是一邊計算，一邊加工。根據(jù)計算結果向各坐標軸控制器分配脈沖量，從而控制各坐標軸的聯(lián)動位移量與要求的輪廓相符合.在運動過程中刀具對工件表面連續(xù)進行切削，可以進行各種直線、圓弧、曲線的加工。輪廓控制的加工軌跡。這類機床主要有數(shù)控車削中心、數(shù)控銑床、數(shù)控電火花機床和加工中心等，其相應的數(shù)控裝置稱為輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)。根據(jù)它所控制的聯(lián)動坐標軸數(shù)不同，又可以分為下面兒種形式。3)三軸聯(lián)動一般分為兩類，一類就是X,Y,Z三個直線坐標軸聯(lián)動，比較多地用于數(shù)控銑床和加工中心等;另一

15、類是除了同時控制X,Y,Z其中兩個直線坐標軸外，還同時控制圍繞其中某一直線坐標軸旋轉的旋轉坐標軸，如車削加工中心，它除了縱向(Z軸)、橫向(X軸)兩個直線坐標軸聯(lián)動外，還要同時控制圍繞Z軸旋轉的主軸(C軸)聯(lián)動.4)四軸聯(lián)動它同時控制X,Y,Z三個直線坐標軸與某一旋轉坐標軸聯(lián)動。5)五軸聯(lián)動除同時控制X,Y,Z三個直線坐標軸聯(lián)動外，還同時控制圍繞這些直線坐標軸旋轉的A,B,C坐標軸中的兩個坐標軸，形成同時控制五個軸聯(lián)動。這時刀具可以被定在空間的任意方向，比如控制刀具同時繞X軸和Y軸兩個方向擺動.使得刀具在其切削點上始終保持與被加工的輪廓曲面成法線方向，以保證被加工曲面的光滑性，提高其加工精度和

16、加工效率，減小被加工表面的粗糙度，提高表面加工質量。2按伺服系統(tǒng)拉制的方式進行分類(1)開環(huán)控制數(shù)控機床開環(huán)控制數(shù)控機床的進給伺服驅動是開環(huán)的，即沒有槍測反饋裝置，一般采用步進電動機。步進電動機的主要特征是控制電路每變換一次指令脈沖信號，電動機就轉動一個步距角，并且電動機本身就有自鎖能力。數(shù)控系統(tǒng)輸出的進給指令信號通過脈沖分配器來控制馭動電路。它以變換脈沖的個數(shù)來控制坐標位移量，以變換脈沖的頻率來控制位移速度，以變換脈沖的分配順序來控制位移的方向.因此，這種控制方式的最大特點是控制方便、結構簡單、價格便宜。因為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號流是單向的，所以不存在控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，但由于機械傳動的誤

17、差不經(jīng)過反饋校正，因而位移精度不高。(2)閉環(huán)控制數(shù)控機床閉環(huán)控制數(shù)控機床的進給伺服驅動是按閉環(huán)反饋控制方式工作的，其馭動電動機可采用直流或交流兩種伺服電動機，并需要具有位置反饋和速度反饋，在加工中隨時檢測移動部件的實際位移量，并及時反饋給數(shù)控系統(tǒng)中的比較器。它與插補運算所得到的指令信號進行比較，其差值又作為伺服馭動的控制信號，進而帶動位移部件以消除位移誤差。按位置反談檢側元件的安裝部位和所使用的反饋裝置的不同，它又分為全閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制兩種控制方式。1)全閉環(huán)控制其位置反饋裝置采用直線位移檢測元件(目前一般采用光柵尺)，安裝在機床的工作臺側面，即直接檢側機床工作臺坐標的直線位移M，并通過

18、反饋消除從電動機到機床工作臺的整個機械傳動鏈中的傳動誤差，從而得到機床工作臺的準確位置。這種全閉環(huán)控制方式主要用于精度要求很高的數(shù)控坐標鏜床和數(shù)控精密磨床等。2)半閉環(huán)控制其位置反饋采用轉角檢測元件(目前主要采用編碼器等)直接安裝在伺服電動機或絲杠端部。由于大部分機械傳動環(huán)節(jié)未包括在系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內，因此可獲得較穩(wěn)定的控制特性。理杠等機械傳動誤差不能通過反饋來隨時校正，但是可以采用軟件定仇補償方法適當提高其精度。目前，大部分數(shù)控機床采用半閉環(huán)控制方式。(3)混合控制數(shù)控機床將上述控制方式的特點有選擇地集中，可以組成棍合控制的方案。如前所述。由于開環(huán)控制方式穩(wěn)定性好、成本低、精度差，而全閉環(huán)穩(wěn)定性

19、差.因此，為了互相彌補，以滿足某些機床的控制要求，宜采用很合控制方式.采用較多的控制方式有開環(huán)補償型和半閉環(huán)補償型兩種方式。3按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平，通常把數(shù)控系統(tǒng)分為低、中、高三檔.這種分類方式，在我國用得較多低、中、高三檔的界限是相對的，不同時期，劃分標準也會不同.就目前的發(fā)展水平看，將各種類似的數(shù)控系統(tǒng)分為低、中、高檔三類。其中，中、高檔一般稱為全功能數(shù)控或標準型數(shù)控。經(jīng)濟型數(shù)控屬于低檔數(shù)控，是指由單片機和步進電動機組成的數(shù)控系統(tǒng)，或其他功能簡單、價格低廉的數(shù)控系統(tǒng)。4按加工工藝及機床用途分類(1)金屬切削類金屬切削類數(shù)控機床指采用車、銑、長、鉸、鉆、磨、刨等各種切

20、削工藝的數(shù)控機床。它又可分為以下兩類。1)普通型數(shù)控機床如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等。2)加工中心其主要特點是具有自動換刀機構和刀具庫，工件經(jīng)一次裝夾后，通過自動更換各種刀具，在同一臺機床上對工件各加工面連續(xù)進行銑車)、銳、鉸、鉆、攻螺紋等多種工序的加工，如(鏜/銑類)加工中心、車削中心、鉆削中心等。(2)金屬成形類金屬成形類數(shù)控機床指采用擠、沖、壓、拉等成形工藝的數(shù)控機床.常用的有數(shù)控壓力機、數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控旋壓機等。(3)特種加工類特種加工類數(shù)控機床主要有數(shù)控電火花線切割機、數(shù)控電火花成形機、數(shù)控火焰切割機、數(shù)控激光加工機等。2.5數(shù)控機床的應用數(shù)控機床有普通機床所不具備的

21、許多優(yōu)點。其應用范圍正在不斷擴大，但它并不能完全代替普通機床，也還不能以最經(jīng)濟的方式解決機械加工中的所有問題.數(shù)控機床最適合加工具有以下特點的零件:(1)多品種、小批量生產(chǎn)的零件(2)形狀結構比較復雜的零件(3)需要頻繁改型的零件(4)價值昂貴、不允許報廢的關鍵零件(5)設計制造周期短的急需零件(6)批量較大、精度要求較高的零件2.6數(shù)控機床發(fā)展趨勢高速、精密、復合、智能和綠色是數(shù)控機床發(fā)展的總趨勢，近幾年來，在實用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得可喜成績。主要表現(xiàn)在以下方面。1機床復合技術進一步擴展隨著數(shù)控機床技術進步，復合加工技術日趨成熟，包括車銑復合、車-鏜-鉆-齒輪加工等復合，車磨復合，成形復合加

22、工、特種復合加工等，復合加工的精度和效率大大提高?！耙慌_機床就是一個加工廠”、“一次裝卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，復合加工機床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢。2智能化技術有新突破數(shù)控機床的智能化技術有新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現(xiàn)。如：自動調整干涉防碰撞功能、斷電后工件自動退出安全區(qū)斷電保護功能、加工零件檢測和自動補償學習功能、高精度加工零件智能化參數(shù)選用功能、加工過程自動消除機床震動等功能進入了實用化階段，智能化提升了機床的功能和品質。3機器人使柔性化組合效率更高機器人與主機的柔性化組合得到廣泛應用，使得柔性線更加靈活、功能進一步擴展、柔性線進一步縮短、效率更高。機器人與加工中

23、心、車銑復合機床、磨床、齒輪加工機床、工具磨床、電加工機床、鋸床、沖壓機床、激光加工機床、水切割機床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產(chǎn)線已經(jīng)開始應用。4精密加工技術有了新進展數(shù)控金切機床的加工精度已從原來的絲級（0.01mm）提升到目前的微米級（0.001mm），有些品種已達到0.5m左右。超精密數(shù)控機床的微細切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達到0.05m左右，形狀精度可達0.01m左右。采用光、電、化學等能源的特種加工精度可達到納米級（0.0001m）。通過機床結構設計優(yōu)化、機床零部件的超精加工和精密裝配、采用高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動等動態(tài)誤差補償技術，提高機床加工的幾何精度，降低形位誤差、

24、表面粗糙度等，從而進入亞微米、納米級超精加工時代。5功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展，并取得成熟的應用。全數(shù)字交流伺服電機和驅動裝置，高技術含量的電主軸、力矩電機、直線電機，高性能的直線滾動組件，高精度主軸單元等功能部件推廣應用，極大的提高數(shù)控機床的技術水平。三、數(shù)控加工工藝分析3.1數(shù)控加工工藝概念數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機床加工零件時所運用各種方法和技術手段的總和，應用于整個數(shù)控加工工藝過程中。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應用技術，它是人們大量數(shù)控加工實踐的經(jīng)驗總結。數(shù)控加工工藝過程，是利用切削工具在數(shù)控機床上直接改變加

25、工對象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過程。3.2數(shù)控加工工藝內容選擇并確定進行數(shù)控加工的內容。1對零件圖樣進行數(shù)控加工工藝分析。2零件圖形的數(shù)學處理及編程尺寸設定值的確定。3數(shù)控加工工藝方案的制定。4工步、進給路線的確定。5選擇數(shù)控機床的類型。6刀具、夾具、量具的選擇和設計。7切削參數(shù)的確定。8加工程序的編寫、校驗與修改。9首件試切加工與現(xiàn)場問題處理。3.3工序與工布的劃分工序的劃分：在數(shù)控機床上加工零件，工序可以比較集中，在一次裝夾中盡可能完成大部分或全部工序。首先應根據(jù)圖樣，考慮是否可以在一臺機床上完成整個零件的加工工作。若不能，則應決定其中那一部分在數(shù)控機床上

26、加工，那一部分在其他機床上完成。一般工序劃分有以下幾種方式：1按零件裝卡定位方式劃分工序由于每個零件結構形狀不同，各加工表面的技術要求也有所不同，故加工時，其定位方式則各有差異。一般加工外形時，以內形定位；加工內形時又以外形定位。因而可根據(jù)定位方式的不同來劃分工序。2按粗、精加工劃分工序根據(jù)零件的加工精度、剛度和變形等因素來劃分工序時，可按粗、精加工分開的原則來劃分工序，即先粗加工再精加工。此時可用不同的機床或不同的刀具進行加工。通常在一次安裝中，不允許將零件某一部分表面加工完畢后，再加工零件的其他表面。3按所用刀具劃分工序為了減少換刀次數(shù)，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再換另一把刀加工其他部位。在專用數(shù)