机械数控毕业设计（论文）-中心对称型凸台零件的数控编程及加工【全套图纸】

苏州市职业大学机电工程系毕业论文 1 1 前前 言言 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 1.1 数控技术的概念数控技术的概念 数控技术，简称数控（Numerical ControlNC） ，是利用数字化信息对机械 运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制， 因此，也可以称为计算机数控（Computerized Numerical ControlCNC） 。 数控系统有如下特点： ( 1 ) 可用不同的字长表示不同精度的信息，表达信息准确。 ( 2 ) 可进行逻辑，算术运算，也可以进行复杂的信息处理。 ( 3 ) 可不用改动电路或机械结构，通过改变软件来改变信息处理的方式， 具有柔性化。 由于数字控制系统具有以上特点，使数控机床得到广泛发展。除此之外， 数控技术还被广泛应用于工业机器人，数控线切割机，数控火花切割机，坐标 测量机，绘图仪等设备上。 1.2 数控机床的产生与发展数控机床的产生与发展 1.2.1 数控机床的产生数控机床的产生 随学科学技术和生产的不断发展，对各种产品的质量和生产效率提出了越 来越高的要求。产品加工工艺过程的自动化是实现高质量高效率的重要措施之 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 2 一。飞机，汽车，农机，家电等生产企业大多采用了自动机床，组合机床和自 动生产线，从而保证了产品质量，提高了生产效率，减轻了操作者的劳动强度。 但是，在产品加工中，大批量生产的零件并不很多，据统计，单件与小批 量生产的零件约占机械加工总量的 80%以上。对这些多品种且加工批量小，零 件形状复杂，精度要求高的零件的加工，采用专业化程度很高的自动机床和自 动生产线就显得很不合适。在市场经济的大潮中，产品的竞争日趋激烈，为在 竞争中求得生存与发展，各企业纷纷在提高产品技术档次，增加产品种类，缩 短试制与生产周期和提高产品质量上下功夫，即使是批量较大的产品，也不大 可能是多年一成不变，必须经常开发新产品，频繁地更新换代。传统的自动化 生产线难以适应小批量，多品种生产要求。 已有的各类仿形加工设备在过去的生产中部分地解决了小批量，复杂零件 的加工。但在更换零件时，必须重新制造靠模并调整设备，不但要耗费大量的 手工劳动，延长了生产准备周期，而且由于靠模加工误差的影响，零件的加工 精度很难达到较高的要求。 为了解决上述问题，一种灵活，高精度，通用，高效率的“柔性”自动化 生产设备数控机床应运而生。 1952 年美国帕森斯公司和麻省理工学院在美国空军的委托下，合作研究出 世界上第一台三坐标数控铣床，完成了直升机叶片轮廓检查用样板的加工。这 是一台采用专用计算机进行运算与控制的直线插补轮廓控制数控铣床。经过三 年的试用，改进与提高，数控机床于 1955 年进入实用化阶段，在复杂曲面的加 工中发挥了重要作用。 尽管这种初期数控机床采用电子管和分立元件硬接线电路来进行运算和控 制，体积庞大而功能单一，但它采用了先进的数字控制技术，且具有普通设备 和各种自动化设备无法比拟的优点，具有强大的生命力，它的出现开辟了工业 生产技术的新纪元。从此，数控机床在全世界得到了迅速发展。 1.2.2 数控机床的发展数控机床的发展 最早采用数字控制技术进行机械加工的想法，是在 20 世纪 40 年代初提出 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 3 的。当时，美国北密执安的小型飞机工业承包商帕森斯公司在制造飞机框架及 直升机叶片轮廓样板时，利用计算机对叶片轮廓的加工路径进行了数据处理， 并考虑了刀具半径对加工路径的影响，使得加工精度达到 0.0015in(英寸，1 英 寸=2.45cm)。 1952 年，美国麻省理工学院研制出的三坐标联动，利用脉冲乘法器原理的 试验性数字控制系统是数控机床的第一代。 1959 年，电子行业研制出晶体管元器件，因而数控系统中广泛采用晶体管 和印制电路板技术，跨入了第二代。1959 年 3 月，由美国克耐.杜列克公司发明 了带有自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心” 。 1960 年，出现了小规模集成电路。由于其体积小，功耗低，使数控系统的 可靠性进一步提高，数控系统发展到第三代。 以上三代，都是采用专用控制的硬件逻辑数控系统(NC)。 1967 年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是最 初的柔性制造系统(FMS, Flexible Manufacturing System)。之后美，欧，日也相 继进行开发和应用。 随着计算机技术的发展，小型计算机开始取代专用控制的硬件逻辑数控系 统(NC)，数控的许多功能由软件程序实现。由计算机作控制单元的数控系统 (CNC)，称为第四代。1970 年，在美国芝加哥国际展览会上，首次展出了这样 系统。 1970 年前后，美国英特尔公司开发和使用了微处理器。1974 年，美，日等 国首先研制出以微处理器为核心的数控系统的数控机床。20 多年来，微处理器 数控系统的数控机床得到了飞速发展和广泛应用，这就是第五代数字控制 (MNC)。后来，人们将 MNC 也统称为 CNC。 20 世纪 80 年代初，国际上又出现了柔性制造单元(FMC, Flexible Manufacturing Cell)。FMC 和 FMS 被认为是实现计算机集成制造系统(CIMS, Computer Integrated Manufacturing System)的基础。 1.2.3 我国数控机床的发展状况我国数控机床的发展状况 我国对数控系统的研究开发开始于 20 世纪 50 年代，但真正得到发展是从 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 4 80 年代开始，经历了“六五” ， “八五“期间科技攻关开打自主产权数控系统两 个阶段，已为数控机床的产业化奠定了良好的基础，并取得了长足的进步。 “九 五”期间数控机床的发展已进入实现产业化阶段。数控机床新开发品种 300 多 个，已有一定的覆盖面。新开发的国产数控机床产品大部分达到国际 80 年代中 期水平，部分已达到 90 年代水平，为国家重点建设提供了一批高水平数控机床。 在技术上也取得了突破，如高速主轴制造技术(12000r/min 18000r/min ),快速进 给( 60r/min ),快速换刀(1.5s)，柔性制造，快速成型制造技术等为下一代国产数 控机床的发展奠定了基础。 我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术上(包括关键技术)， 已达到国际先进水平。目前，已新开发数控系统 80 多种。自“七五”以来，国 家一直把数控系统的发展作为重中之重来支持，现已开发出具有中国版权的数 控系统，掌握了国外一直对我国封锁的一些关键技术。例如，曾长期困扰我国， 并受到西方国家封锁的多坐标联动技术对我们已不再是难题，0.1m 当量的超 精密数控系统、数控仿型系统、非圆齿轮加工系统、高速进给系统、实时多任 务操作系统都已研制成功。尤其是基于 PC 机的开放式智能化数控系统，可实 施多轴控制，具备联网进线等功能，既可以作为独立产品，又是一代开放式的 开发平台，为机床厂及软件开发商二次开发创造了条件。特别重要的是，我过 数控系统的可靠性也有很大的提高，MTBF 值可以在 15000h 以上。同时大部分 数控机床配套产品已能国内生产，自我配套率超过 60%。这些成功为中国数控 系统的自行开发和生产奠定了基础。 1.3 数控程序的编制数控程序的编制 1.3.1 一般程序编程一般程序编程 以前广泛采用数控穿孔纸带作为加工程序信息输入介质，常用的标准纸带 有五单位和八单位两种，数控机床多用八单位纸带。纸带上表示代码的字符及 其穿孔编码标准有 EIA （美国电子工业协会）制定的 EIA RS244 和 ISO（国际标准化协会）制定的 ISORS840 两种标准。国际上大都采用 ISO 代 码，由于 EIA 代码发展较早，已有的数控机床中，有一些是应用 EIA 代码的， 现在我国规定新产品一律采用 ISO 代码。也有一些机床，具有两套译码功能， 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 5 既可采用 ISO 代码也可采用 EIA 代码。 目前绝大多数数控系统采用通用计算 机编码，并提供与通用微型计算机完全相同的文件格式，保存、传送数控加工 程序，因此，纸带已逐步被现代化的信息介质所取代。 除了字符编码标准外， 更重要的是加工程序指令的标准化，主要包括准备功能码（G 代码） 、辅助功能 码（M 代码）及其它指令代码。 我国机械工业部制定了有关 G 代码和 M 代码 的 JB3202-1983 标准，它与国际上使用的 ISO10561975E 标准基本一致。 （1）数控机床的坐标系定义 数控机床通过各个移动件的运动产生刀具与工件之间的相对运动来实现切 削加工。为表示各移动件的移动方位和方向（机床坐标轴） ，在 ISO 标准中统 一规定采用右手直角笛卡儿坐标系对机床的坐标系进行命名，在这个坐标系下 定义刀具位置及其运动的轨迹。 机床坐标的命名方法如图所示： 通常在坐标轴命名或编程时，不论在加工中是刀具移动，还是被加工工件 移动，都一律假定工件相对静止不动而刀具在移动，并同时规定刀具远离工件 的方向作为坐标轴的正方向。在坐标轴命名时，如果把刀具看作相对静止不动， 工件移动，那么，在坐标轴的符号上应加注标记（） ，如、等。 确定机床坐标轴,一般是先确定轴，再确定轴和轴。 1.确定轴 对 于有主轴的机床，如车床、铣床等则以机床主轴轴线方向作为 Z 轴方向。对于 没有主轴的机床，如刨床，则以与装卡工件的工作台相垂直的直线作为 Z 轴方 向。如果机床有几个主轴，则选择其中一个与机床工作台面相垂直的主轴作为 主要主轴，并以它来确定轴方向。 2.确定轴 轴一般位于与工件安装 面相平行的水平面内。对于机床主轴带动工件旋转的机床，如车床、磨床等， 则在水平面内选定垂直于工件旋转轴线的方向为轴，且刀具远离主轴轴线方 向为轴的正方向。对于机床主轴带动刀具旋转的机床， 当主轴是水平的，如 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 6 卧式铣床、卧式镗床等，则规定人面对主轴，选定主轴左侧方向为轴正方向； 当主轴是竖直时，如立式铣床、立式钻床等，则规定人面对主轴，选定主轴右 侧方向为轴正方向。对于无主轴的机床，如刨床，则选定切削方向为轴正 方向。 3.确定轴 轴方向可以根据已选定的、轴方向，按右手直角 坐标系来确定。 （2）坐标运动命名 如果机床除有、主要直线运动之外，还有平行于它们的坐标运 动，则应分别命名为、。如果还有第三组运动，则应分别命名为 、。如在第一组回转运动、和的同时，还有第二组回转运动， 可命名为或等。 （3）数控加工程序的程序段格式 字地址格式 一个零件的加工程序是由许多按规定格式书写的程序段组成。 每个程序段包含着各种指令和数据，它对应着零件的一段加工过程。常见的程 序段格式有固定顺序格式、分隔符顺序格式及字地址格式三种。而目前常用的 是字地址格式。典型的字地址格式如图。 数控加工程序的程序段格式 每个程序段的开头是程序段的序号，以字母 N 和四位数字表示；接着一般是准备功能指令，由字母 G 和两位数字组成，这 是基本的数控指令；而后是机床运动的目标坐标值，如用、等指定运 动坐标值；在工艺性指令中，F 代码为进给速度指令，S 代码为主轴转速指令， T 为刀具号指令，M 代码为辅助机能指令。LF 为 ISO 标准中的程序段结束符 号（在 EIA 标准中为 CR，在某些数控系统中，程序段结束符用符号“*”或“；” 表示） 。 程序字 程序段由若干个部分组成，各部分称为程序字。 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 7 地址码和数据 每一个程序字均由一个英文字母和后面的数字串组成。 英文字母称为地址码，其后的数字串称为数据，这种形式称为字地址格式。 字地址格式特点 字地址格式用地址码来指明指令数据的意义，因此程 序段中的程序字数目是可变的，程序段的长度也就是可变的，因此，字地址格 式也称为可变程序段格式。字地址格式的优点是程序段中所包含的信息可读性 高，便于人工编辑修改，是目前使用最广泛的一种格式。字地址格式为数控系 统解释执行数控加工程序提供了一种便捷的方式。 （4）主程序与子程序结构 主程序 程序号程序段一般用 O 来设置程序号；设定工件坐标系程序段应 用 G92 指令建立工作坐标系；加工前准备程序段将完成刀具快速定位到切入点 附近、冷却液泵启动、 主轴转速设定与启动等设置工作；切削程序段是加工程 序的核心，一般包括刀具半径补偿设置、插补、进给速度设置等指令； 系统复 位包括加工程序中所有设置的状态复位、机械系统复位等工作；程序结束一般 由 M02 或 M30 来实现。一般加工程序典型结构如左下图所示。 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 8 子程序 在程序中，某一固定的程序部分反复出现时，则可以把它们作为 子程序，事先储存在存储器中，这样可以简化加工程序。右上图反映了子程序 调用的执行过程。首先，子程序可以由主程序调用，也可由其它子程序调用。 子程序结构与一般加工程序非常相似，只是程序结束指令用 M99 代替，如： 0（或：）* M99* 利用 M98 指令调用子程序，其程序 段格式为:M98 P*，其中是子程序号。 （5）数控程序指令 数控程序指令包括准备功能 G 指令、辅助功能 M 指令和工艺指令 （F、S、T） 。准备功能 G 指令用来规定刀具和工件的相对运动轨迹（即指令插 补功能） 、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿等多种加工操作； 辅助功能 M 指 令的作用是实现机床各种辅助动作的控制，包括主轴起停、润滑油泵起停、冷 却液泵起停、加工程序结束等功能控制； F 指令用来设定进给速度； S 指令用 来指定主轴的转速； T 指令用来设定加工所用的刀具。 （6）切触点与切触点曲线 切触点 在曲面加工过程中，切削过程中刀具与工件曲面的理论接触点称 为切触点。切触点是变化的。从几何学的角度来看，刀具与工件曲面之间的接 触关系均为点接触。不同的刀具形状与工件的接触点位置是不一样的，如图。 切触点曲线 切触点曲线指刀具在加工过程中由切触点构成的曲线。切触 点曲线是生成刀具轨迹的基本要素， 既可以显式地定义在加工曲面上，如曲面 的等参数线、两曲面的交线等，也可以隐式定义，使其满足一些约束条件，如 约束刀具沿导动线运动，而导动线的投影可以定义刀具在加工曲面上的切触点， 还可以定义刀具中心轨迹，切触点曲线由刀具中心轨迹隐式定义。这就是说， 切触点曲线可以是曲面上实在的曲线，也可以是对切触点的约束条件所隐含的 “虚拟”曲线。 （7）刀位点数据与刀具运动轨迹 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 9 刀位点数据是指准确确定刀具在加工过程中每一位置所需的坐标值。一 般来说，刀具在工件坐标系中的准确位置可以用刀具中心点和刀轴矢量来进行 描述，其中刀具中心点可以是刀心点（如球心） ，也可以是刀尖点。刀具运动轨 迹是指在加工过程中由刀位点运动所构成的曲线，曲线上的每一点还包含着一 个刀轴矢量。对于二、三坐标数控加工，刀具运动轨迹一般由切触点曲线经过 刀具偏置计算得到，计算结果一般存放于刀位文件之中。 1.3.2 宏程序编程宏程序编程 在编程工作中，我们经常把能完成某一功能的一系列指令像子程序那样存 人存储器，用一个总指令来代表它们，使用时只需给出这个总指令就能执行其 功能所存入的这一系列指令称作用户宏程序本体，简称宏程序。这个总指令称 作用户宏程序调用指令。在编程时，编程员只要记住宏指令而不必记住宏程序。 用户宏程序与普通程序的区别在于：在用户宏程序本体中，能使用变量， 可以给变量赋值，变量间可以运算，程序可以跳转;而普通程序中，只能指定常 量，常量之间不能运算，程序只能顺序执行，不能跳转，因此功能是固定的， 不能变化。用户宏功能是用户提高数控机床性能的一种特殊功能，在相类似工 件的加工中巧用宏程序将起到事半功倍的效果。 宏程序本体既可以由机床生产厂提供，也可以由机床用户自己编制。使用 时，先将用户宏主体像子程序一样存人到内存里，然后用子程序调用指令调用。 1、变量概述：一个变量由符号#和变量号组成，如#i（i=1,2,3） ，也可用 表达式来表示变量，表达式需加方括号，即#表达式，例如： #50，#2001-1，#4/2，#1+#2-12 在地址号后可使用变量，如： F#9，若#9=100.0，则表示 F100； Z-#26,若#26=10.0，则表示 Z-10.0 在程序中定义变量时，可以忽略小数点，例如，当#1=123 被定义时，变量 #1 的实际值为 123.000。 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 10 引用的变量值根据地址的最小输入增量自动进行四舍五入，例如 G00 X#1；其中#1 值为 12.3456，CNC 最小分辨率 1/1000mm，则实际命令为 G00 X12.345。变量有局部变量，公用变量（全局变量）和系统变量 3 种： （1）#0 表示“空”变量，这个变量总是空的，不能赋值。 （2）#1#3 表示局部变量，只能在宏中使用，以保存操作的结果。关闭 电源时，局部变量被初始化为空。宏调用时，自变量分配给局部变量。 （3）#100#199，#500#999 表示公用变量，在不同的宏程序间变义相 同。关闭电源时，#100#199 被初始化为空，而变量#500#999 数据保持。 （4）#1000表示系统变量，用于读和写 CNC 运行时各种数据的变化，例 如刀具当前位置和补偿值，PMC 接口信号，报警信息等。 注意：程序号，顺序号，任选段跳跃号不能使用变量。例如；O#1/#2 G00 X100.0；N#3 Y200.0；均是错误的。 2、运算指令 编程中变量的用途有 4 个：运算，递增量或递减量（计数器） ，进行比较操 作后决定是否实现程序的跳转，在程序之间传递参数。 运算指令包括： 算术运算（赋值，加，减，乘，除，绝对值，四舍五入整数化和舍去小数 点以下部分） ，例如：#i = #j；#i = #j + #k；#i = #j / #k。 函数运算（正弦，余弦，正切，反正切和平方根） ，例如： #i = SIN#j；#i = SQRT#j；#i = ABS#j，角度以度为单位。 逻辑操作（与，或，异或） ，例如：#i = #j OR #k， #i = #j XOR #k。 比较操作（等于，大于，小于，大于等于，小于等于，不等于）见下表： 另外，还有代码转换指令。 3、程序控制语句 程序控制语句起控制程序流向的作用，有分支语句和循环语句两种。 （1）分支语句 无条件分支语句（GOTO） ，其功能是转向程序的第 n 句。当指定的顺序号 大于 9999 时，出现 128 报警。顺序可用表达式。 格式：GOTOn；n 是顺序号（19999） 。 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 11 条件分支（IF 语句） ，其功能是在 IF 后面指定一个条件表达式，如果条件 满足，转向第 n 句，否则执行下一段。 格式：IF条件表达式 GOTOn。 一个条件表达式一定要有一个操作符（见下表） ，这个操作符插在两个变量 或一个变量和一个常数之间，并且要用方括号括起来，如#24GT#25。 操作符意义操作符意义 EQ=GE NELTLE （2）循环语句 WHILEDom(m=1,2,3)； ENDm； 当条件式满足时，就遵循执行 WHILE 与 END 之间的程序段，若条件不满 足就执行 ENDm 的下一个程序段。 注意：若指定了 Dom 而没有 WHILE 语句，循环将在 Dom 和 END 之间无 限执行下去。程序执行 GOTO 分支语句时。要进行顺序号的搜索，所以反向执 行的时间比正向执行的时间长。可用 WHILE 语句减少处理时间。在使用 EQ 或 NE 的条件表达式中，空值和零的使用结果不同，而含其他操作符的条件表 达式将空值看作零。 4、宏程序的使用 FANUC 系统经常使用 G65（非模态调用）和 G66/G67（模态调用）两种方 式调用宏程序，另外，还可以在参数中设置调用宏程序的 G，M 代码来调用宏 程序。 （1）非模态调用 非模态调用（单纯调用）指一次性调用宏主体，即宏程序只在一个程序段 内有效。G65 被指定时，地址 P 所指定的用户宏被调用，自变量表中的变量值 能传递到用户宏程序中。 格式：G65 P（宏程序号） L（程序执行次数） 自变量表 ； 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 12 其中，程序执行次数的默认值为 1，可取值范围为 19999。通过使用自变 量表，值被分配给宏程序中对应的局部变量。 自变量分为两类。第一类可以使用除 G，L，O，N，P 之外的字母并且只 能使用一次，地址 G，L，N，O，P 不能当作自变量使用。第二类可以使用 A，B，C（一次） ，也可以使用 I，J，K（最多 10 次） 。 注意：为了程序的兼容性，建议使用带小数点的自变量。最多可以嵌套 4 级含有 G65 和 G66 的程序。不包括子程序调用（M98） 。 （2）模态调用（G66/G67） 一旦指定了 G66，那么在以后的含有轴移动命令的程序段执行之后，地址 P 所指定的宏被调用，直到发出 G67 命令，该方式被取消。 格式：G66 P（宏程序号） L（程序执行次数）； 其中，程序执行次数的默认值为 1，可取值范围为 19999。与 G65 调用 一样，通过使用自变量表，值被分配给相应的宏程序中的局部变量。 注意：在含有像 M 代码这样与轴移动无关的段中不能调用宏。局部变量 （自变量）只能在 G66 段设定，每次模调用执行时不能设定。 宏调用程序与子程序调用之间的区别： （1）用 G65 可以指定一个自变量（传递给宏的数据） ，而 M98 没有这个 功能。 （2）当 M98 段含有一个 NC 语句时（如：G01 X100.0 M98 P9001） ，则执 行该语句之后再调用子程序，而 G65 无条件调用一个宏。 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 13 2 数控加工及其软件仿真操作的说明书数控加工及其软件仿真操作的说明书 2.1 所使用数控机床的介绍所使用数控机床的介绍 数控铣床是一种用途十分广泛的机床，主要用于精度要求高、轮廓形状较 复杂的平面、曲面及壳体类零件的加工。同时可进行钻、扩、锪、铰、螺纹切 削、镗孔等加工。加工中心、柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上产生和 发展起来的。 2.1.1 数控铣床的概述数控铣床的概述 一、数控铣床的基本构成 数控铣床由以下几个部分组成。 1、主机 即铣床机械结构，通常由床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作 台等机床基础件以及主传动机构、进给系统等组成。它是整台铣床的基础和框 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 14 架。 2、控制部分（CNC 装置） 包括专用计算机、显示器、键盘、输入输出 装置等。其为数控铣床的控制核心。 3、驱动装置 4、辅助装置 冷却、润滑等辅助装置。 二、数控铣床的结构特点 与普通铣床相比，数控铣床具有如下结构特点。 1、高刚度和高抗振性 2、减小了热变形对铣床的影响 3、传动系统机械结构简化 4、高传动效率和无间隙传动装置 5、低摩擦系数的导轨 三、数控铣床的分类 数控铣床从结构上可分为立式、卧式及立卧两用三种。 四、数控铣床的主要加工对象 1、平面类零件 2、直纹曲面类零件 3、立体曲面类零件 本章以配置 FANUC 0iMA 系统的 XK5025 数控铣床为例介绍其程序编制。 2.1.2 机床参数的介绍机床参数的介绍 XK5025 数控立式升降台式铣床，对主轴套筒和工作台纵横向移动进行数 字式自动控制或手动控制。用户加工零件时，按照待加工零件的尺寸及工艺要 求，编制零件加工程序，通过控制器面板上的操作键盘输入计算机，计算机经 过处理发出伺服需要的脉冲信号，该信号经驱动单元放大后驱动步进电机，实 现数控铣床的 X、Y、Z 三坐标联动功能（也可加装第四轴） ，从而完成各种复 杂形状零件的加工。 该机床适用于多品种小批量生产的零件，对各种复杂曲线的凸轮、样板、 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 15 弧形槽等零件的加工效能尤为显著。其驱动部件为高性能、很可靠的混合式步 进电机，输出力矩大，高、低速性能均好，且系统具备手动回机械零点功能， 机床的定位精度和重复定位精度较高，不需要模具就能确保零件的加工精度， 同时本机床所配系统具备刀具半径补偿和长度补偿功能，降低了编程复杂性， 提高了加工效率。此外，其还具备零点偏置功能，可实现多工件的同时加工。 下面列出 XK5025 数控铣床的一些主要规格和参数供参考。 工作台面积（宽 x 长） 250mm1120mm 工作台纵向行程680mm 工作台横向行程350mm 升降台垂直行程400mm T 型槽数及宽度 315.87 或 314 T 型槽间距65mm 工作台允许最大载重250kg 主轴中心至床身导轨面的距离360mm 主轴孔锥度7:24 ISO30 主轴套筒行程130mm 主轴转速 有级654750r/min 主轴转速 无级603500r/min 铣削进给速度0350mm/min 快速移动速度2500 mm/min 分辨率0.001mm 定位精度0.013mm/300mm 重复定位精度0.005mm 机床外形尺寸 140517122296mm 机床净重1500kg 机床电源380V AC 3 2.1.3 所用刀具及具体参数所用刀具及具体参数 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 16 （1） 16mm 四刃立铣刀 （2） 10mm 键槽铣刀 （3） 10mm 球头铣刀 （4） 3mm 中心钻 （5） 9.8mm 钻头 （6） 10mm 机用铰刀 2.1.4 毛坯参数毛坯参数 （1） 工件材料：45 （2） 尺寸：120mm100mm30mm 2.1.5 工件工艺分析及加工工序工件工艺分析及加工工序 该零件 4 个侧面及底面、顶面均无机加工要求无需要再加工，所以采用平 口虎钳装夹即可，选择以下 6 种刀具进行加工：1 号刀为 16mm 四刃立铣刀， 用于加工 80 mm100 mm 方形和 Z-5 外轮廓；2 号刀为 10mm 键槽铣刀，用 于加 20mm 孔和 20 mm20 mm 两个内腔；3 号刀为 10mm 球头铣刀，用于 加工倒 R5 圆角；4 号刀为 3mm 中心钻，用于打定位孔；5 号刀为 9.8mm 钻头，用于预钻 10mm 孔；6 号刀为机用铰刀，用于铰孔。 该零件的加工工序为：粗加工 80mm 100mm15mm 的四边形粗加工 Z-5 外轮廓精加工 80mm 100mm15mm 的四边形精加工 Z-5 外轮廓粗精加 工 20mm 的内圆倒 R5 圆角加工 20mm20mm 两个内腔中心钻定位预 钻 2 个 10mm 孔铰孔。 2.1.6 加工程序单加工程序单 1、80mm 100mm 方形粗加工程序 （1） 主程序名：O0011 子程序名：O0012 （2） 使用 16mm 四刃立铣刀 （3） 通过改变刀具半径补偿的值实现粗切循环 （4） 程序如下（走刀路线见图）： 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 17 O0011 （主程序） T01 M06 ； 换一号刀 M03 S500 ； 主轴正转，转速为 500r/min G90 G54 G00 X-80 Y-70 Z100 ； 快速点定位到 O 点 Z5 ； 验刀 G01 Z-14.8 F60 ； 下刀，留精加工余量 M98 P0012 D01；（D01=14） 调用子程序 O0012 用 1 号刀 补 M98 P0012 D02 ；（D02=11） 调用子程序 O0012 用 2 号刀 补 M98 P0012 D03 ；（D03=8.2） 调用子程序 O0012 用 3 号刀 补 G00 Z100 ； 抬刀 M30 程序结束 O0012 （子程序） G41 G01 X-50 Y-30 M08 ； 由 O 点进给至 A 点，并建立 刀具左补偿切削液开 Y30 ； 由 A 点进给至 B 点 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 18 G02 X-40 Y40 R10 ； 由 B 点进给至 C 点 G01 X40 ； 由 C 点进给至 D 点 G02 X50 Y30 R10 ； 由 D 点进给至 E 点 G01 Y-30 ； 由 E 点进给至 F 点 G02 X40 Y-40 R10 ； 由 F 点进给至 G 点 G01 X-40 ； 由 G 点进给至 H 点 G02 X-50 Y-30 R10 ； 由 H 点进给至 A 点 G03 X-70 Y-30 R10 ； 切向退刀 G01 G40 X-80 Y-70 M09 ； 取消刀具补偿，切削液关 M99； 返回主程序 2、Z-5 粗加工程序 （1）主程序名：O0013 子程序名：O0014 （2）使用 16mm 四刃立铣刀 （3）通过改变刀具半径补偿的值实现粗精加工 （4）程序如下（走刀路线见图）： O0013 （主程序） M03 S500 ； 主轴正转，转速为 500r/min 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 19 G90 G54 G00 X60 Y-50 Z100 ； 快速点定位到 O 点 Z5 ； 验刀 G01 Z-4.8 F80 ； 下刀，留精加工余量 M98 P0014 D03 ； 调用子程序 G00 Z100 ； 抬刀 M30 程序结束 O0014 （子程序） G41 G01 X35.707 Y-35 M08 ； 由 O 点进给至 A 点，并 建立刀具左补切削液开 X-35.707 ； 由 A 点进给至 B 点 G02 X-48.99 Y-10 R50 ； 由 B 点进给至 C 点 G01 X-45 ； 由 C 点进给至 D 点 G03 X-45 Y10 R-10 ； 由 D 点进给至 E 点 G01 X-48.99 ； 由 E 点进给至 F 点 G02 X-35.707 Y35 R50 ； 由 F 点进给至 G 点 G01 X35.707 ； 由 G 点进给至 H 点 G02 X48.99 Y10 R50 ； 由 H 点进给至 I 点 G01 X45 ； 由 I 点进给至 J 点 G03 X45 Y-10 R-10 ； 由 J 点进给至 K 点 G01 X48.99 ； 由 K 点进给至 L 点 G02 X-35.707 Y-35 R50 ； 由 L 点进给至 A 点 G40 G01 X60 Y-50 M09 ； 取消刀具补偿，切削液 关 M99； 返回主程序 3、80mm 100mm15mm 四边形精加工程序 （1）主程序名：O0015 子程序名：O0012 （2）使用 16mm 四刃立铣刀 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 20 （3）刀具半径补偿的值等于刀具半径 （4）程序如下： O0015 80mm 100mm15mm 四边 形 精加工 主程序 M03 S800 ； 主轴正转，转速为 800r/min G90 G54 G00 X-80 Y-70 Z100 ； 快速点定位到 O 点 Z5 ； 验刀 G01 Z-15 F100 ； 下刀到位 M98 P0012 D04 ；（D04=8） 调用子程序 G00 Z100 ； 抬刀 M30 程序结束 4、Z-5 精加工程序 （1）主程序名：O0016 子程序名：O0014 （2）使用 16mm 四刃立铣刀 （3）刀具半径补偿的值等于刀具半径 （4）程序如下： O0016 Z-5 精加工 M03 S800 ； 主轴正转，转速为 800r/min G90 G54 G00 X60 Y-50 Z100 ； 快速点定位到 O 点上方 Z5 ； 验刀 G01 Z-5 F100 ； 下刀到位 M98 P0014 D04 ；（D04=8） 调用子程序 G28 G91 X0 Y0 Z0 ； 主轴回参考点准备换刀 M30 程序结束 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 21 5、中心圆粗精加工程序 （1）主程序名：O0017 子程序名：O0018 （2）使用 10mm 键槽铣刀 （3）刀具半径补偿的值等于刀具半径 （4）程序如下（走刀路线见图）： O0017 主程序 T02 M06 ； 换 2 号刀 M03 S800 ； 主轴正转，转速为 800r/min G90 G54 G00 X0 Y0 Z100 ； 快速点定位到工件原点上方 Z5 ； 验刀 G01 Z-10 F100 M08 ； 下刀到位，切削液开 M98 P0018 D05 ；（D05=5.2） 调用子程序 O0018 用 5 号刀补（粗加工） M98 P0018 D06 ；（D06=5） 调用子程序 O0018 用 6 号刀补（精加工） G28 G91 G0 X0 Y0 Z0 M09 ； 主轴回参考点准备换刀 M30 程序结束 O0018 子程序 G41 G01 X4 Y-6 F100 ； 由圆心进给至 A 点，并建 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 22 立 刀具左补偿 G03 X10 Y0 R6 ； 圆弧进给至 B 点 X10 Y0 I-10 J0 ； 铣削整圆 X4 Y6 R6 ； 切向退刀至 C 点 G40 G01 X0 Y0 ； 回到圆心，并取消刀具补 偿 M99 返回主程序 6、中心圆倒角加工程序 （1）程序名：O0019 （2）使用 10mm 球头铣刀 （3）程序如下（编程示意见图）： O0019 倒圆角宏程序 T03 M06 ； 换 3 号刀 M03 S1500 ； 主轴正转，转速为 1500r/min G90 G54 G0 X0 Y0 Z100 ； 快速点定位到工件原点上方 G01 Z0 F1000 ； 下刀 #1=0 ； 设自变量为夹角 a 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 23 N50 #1=#1+1 ； 自变量逐渐增加 #2=（5+5）* 1-COS#1 ； 二号变量 Z 方向下刀深度 #3=（5+5）*SIN#1-5 ； 三号变量每次圆弧插补的半 径 G01 Z -#2 F1500 ； 开始下刀 X10-#3 Y0 ； 进给至第一刀半径处 G03 I-10+#3 J0 ； 逆时针圆弧插补一周 G00 X0 Y0 ； 退刀到圆心 IF #1 LT 90 GO 50 ； 如果变量 1#90 度，则返 回第 50 句程序 G28 G91 G0 X0 Y0 Z0； 主轴回参考点准备换刀 M30 程序结束 7、20X20 方形加工程序 （1）主程序名：O0020 子程序名：O0021 （2）使用 10mm 键槽铣刀 （3）刀具半径补偿的值等于刀具半径 （4）程序如下（走刀路线见图）： O0020 主程序 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 24 T02 M06 ； 2 号刀、直径 10mm 键槽铣刀 M03 S800 ； 主轴正转，转速为 800r/min G90 G54 G00 X0 Y0 Z100 ； 快速点定位到工件原点上方 Z5 ； 验刀 G68 X0 Y0 R150 ； 沿工件坐标系原点旋转 150 度 G00 X27 Y0 ； 快速点定位到方形中心 M98 P0021 ； 调用子程序 G00 Z50 ； 抬刀 G51.1 Y=1.75X ； 镜象 M98 P0021 ； 调用子程序 G28 G91 G0 X0 Y0 Z0； 主轴回参考点准备换刀 M30 程序结束 O0021 子程序 G01 Z-3 F50 M08； 下刀到位，切削液开 G91 G41 X4 Y-2 F100 D06 ；（D06=5） 增量坐标进给，建立刀具 左补偿 G03 X6 Y6 R6 ； 切向切入 B 点 X-6 Y6 R6 ； 从 B 点圆弧插补至 C 点 G01 X-8 ； 进给到 D 点 G03 X-6 Y-6 R6 ； 从 D 点圆弧插补至 E 点 G01 Y-8 进给到 F 点 G03 X6 Y-6 R6 ； 从 F 点圆弧插补至 G 点 G01 X8 ； 进给到 H 点 G03 X6 Y6 R6 ； 从 H 点圆弧插补至 I 点 G01 Y8 ； 进给到 B 点 G03 X-5.5 Y5.5 R5.5 ； 切向切出至 J 点 G40 G01 X-4.5 Y-9.5 ； 返回中心 O 点，取消刀具补 偿 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 25 G90 M09； 返回绝对坐标进给，切削液 关 M99 返回主程序 8、中心钻定位程序 （1）程序名：O0022 （2）使用 3mm 中心钻 （3）程序如下： O0022 中心钻定位 T04 M06 ； 换 4 号刀 M03 S1000 ； 主轴正转，转速为 600r/min G90 G54 G00 X12.5 Y21.651 Z100 ； 快速点定位至第 1 个孔 G99 G81 Z-3 R5 F40 M08 ； 钻孔循环，切削液关 X-12.5 Y-21.651 ； 钻第 2 个孔 G80 G00 X0 Y0 Z100 M09 ； 取消钻孔循环，抬刀， 切削液关 G28 G91 G0 X0 Y0 Z0； 主轴回参考点准备换刀 M30 程序结束 9、预钻 10mm 孔程序 （1）程序名：O0023 （2）使用 9.8mm 钻头 （3）程序如下： O0023 预钻孔 T05 M06 ； 换 5 号刀 M03 S600 ； 主轴正转，转速为 600r/min G90 G54 G0 X12.5 Y21.651 Z100 ； 快速点定位至第 1 个孔 苏州市职业大学机电工程系毕业论文 26 G99 G83 Z-34 R5 Q-5 F40 M08 ； 钻孔循环，切削液关 X-12.5 Y-21.651 ； 钻第 2 个孔 G80 G00 X0 Y0 Z100 M09 ； 取消钻孔循环，抬刀， 切削液关 G28 G91 G0 X0 Y0 Z0； 主轴回参考点准备换刀 M30 程序结束 10、铰孔程序 （1）程序名：O0024 （2）使用 10mm 机用铰刀 （3）程序如下： O0024 T06 M06 ； 换 6 号刀 M03 S150 ； 主轴正转，转速为 150r/min G90 G54 G0 X12.5 Y21.651 Z100 ； 快速点定位至第 1 个孔 G99 G82 Z-34 R5 P2000 F40 M08 ； 钻孔循环，切削液关 X-12.5 Y-21.651 ； 铰第 2 个孔 G80 G00 X0 Y0 Z100 M09 ； 取消钻孔循环，切削液关 G28 G91 X0 Y0 Z0 ； 主轴回参考点 M30 程序结束 2.2 数控机床操作面板的介绍数控机床操作面板的介绍 数控铣床配用的数控系统不同，生产厂家不同，其操作面板的形式也不相 同，但各按键及开关的功能、使用及操作方法大体相同。以南通机床厂生产的 XK5025 型数控铣床(数控系统为 FANUC 0i-MA)为例，介绍数