数控毕业论文1.doc

专科毕业设计(论文)档案题 目：数控铣床在机械加工中的应用认识 学 院： 专 业： 姓 名： 学 号： 班 级： 指导教师： 职 称： 完成日期： 2 论文诚信承诺书毕业设计（论文）诚信承诺书题 目学生姓名专业学 号1002130115指导老师职 称诚信承诺本人慎重承诺和声明：在毕业设计（论文）完成过程中遵守学校有关规定，恪守学术规范，在本人的毕业设计（论文）中未剽窃、抄袭他人的学术观点、思想和成果，未篡改研究数据，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，如有违规行为发生，一切后果均由本人承担。 承诺人（签名）：年 月 日摘 要 机械制造业是国民经济的支柱产业，可以说，没有发达的机械制造业，就不可能有国家的真正繁荣的富强。而机械制造业的发展规模和水平，则是反应国民经济实力和科学技术水平的重要标志之一。提高加工效率，降低生产成本，提高加工质量，快速更新产品，是机械制造业竞争和发展的基础，也是机械制造业技术水平的标志。20世纪50年代初第一台数控机床出现了，数控机床是典型的机电一体化产品，综合了精密机械、电子、电力拖动、自动控制、自动检测、故障诊断和计算机等方面的技术。数控机床的高精度、高效率及高柔性决定了大力推广使用数控机床是我国制造业提高制造能力和水平，提高市场适应能力和竞争能力的必由之路。数控铣削加工是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一，加入wto以来，我国汽车工业、航空航天工业得到了快速发展，大量具有复杂曲面的零件如模具、叶片和螺旋浆等，都需要用数控铣床进行加工。本设计以数控铣床加工工艺、编程与操作为核心内容，重点介绍了数控铣床加工工艺，数控铣床的编程方法，数控铣床的操作方法，典型零件数控铣床加工综合实训等方面的知识及应用实践技能。【关键词】数控 数控铣床 数控铣削加工abstractmachinery manufacturing industry is a pillar industry in the national economy, it can be said that without a developed machinery manufacturing, it is impossible to state the true prosperity of the prosperity. and machinery manufacturing scale and level of development, economic strength and scientific and echnological level of response is one of the important signs. improve processing efficiency, reduce production costs, improve processing quality and rapid updating products, machinery manufacturing and development on the basis of competition, machinery manufacturing technology is a symbol. first in the early 1950s, the 20th century a cnc machine tool, mechanical and electrical integration is a typical cnc machine tool products, integrated precision machinery, electronics, electric traction, automatic control, automatic detection, fault diagnosis, and computer technology in such areas. high-precision cnc machine tool. high efficiency and high flexible decision is vigorously promoting the use of cnc machine tool manufacturers to increase manufacturing capacity, improve their ability to adapt and competitive ability. cnc milling machining is the most commonly used method of nc and the main one, since the accession to the wto. chinas automobile industry, the aerospace industry has been developing rapidly, a large number of parts with complex surfaces such as mold, and the propeller blade, cnc milling machine for processing needs. nc machining process to the design, programming and operations at the core, focusing on the nc machining technology, cnc milling machine programming, cnc milling machine operation. typical nc machining parts such as the comprehensive practical application of knowledge and skills. 【key words】cnc cnc milling machine cnc milling machining 目 录前言第1章 数控机床基础1.1 数控机床的组成及特点1.2 数控机床的分类1.3 数控机床的加工对象第2章 数控铣床的cnc装置2.1 数控铣床的总体布局2.2 计算机数控（cnc）装置第3章 数控铣床的检测装置及伺服系统3.1 数控铣床的检测装置3.2 数控铣床的伺服系统第4章 数控铣床的机械结构4.1 数控铣床的机构结构组成4.2 数控铣床的主传动系统及主轴部件4.3 数控铣床进给系统机械传动部分的元件4.4 数控铣床的导轨4.5 数控铣床的辅助装置第5章 数控铣床加工工艺5.1 数控铣床加工工艺概述5.2 数控铣削加工工艺基础5.3 工件在数控铣床上的定位与装夹第6章 数控铣床编程6.1 案例一参考文献致谢附录 前言数控机床(numerical control machine tools)是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的，其过程大致如下： 随着电子技术的发展,1946年世界上第一台电子计算机问世,由此掀开了信息自动化的新篇章。1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。 1949年，该公司与美国麻省理工学院(mit)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心( mc machining center)，使数控装置进入了第二代。1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。 60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称 dnc)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 cnc)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 mnc)，这是第五代数控系统。 20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 20世纪90年代后期，出现了pc+cnc智能数控系统，即以pc机为控制系统的硬件部分，在pc机上安装nc软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。目前，世界主要工业发达国家的数控机床已经进入批量生产阶段，如美国、德国、等，其中日本发展最快。我国1958年试制成功第一台电子管数控机床，从1965年开始研制晶体管数控系统，我国从国外引进了先进技术，并在消化、吸收国外先进技术的基础上进行了大量的开发工作，进而推动了我国数控机床新的发展高潮，使我国数控机床在品种上、性能上以及水平上均有了新的飞跃。第1章 数控机床基础1.1数控机床的加工特点(1) 自动化程度高，具有很高的生产效率。除手工装夹毛坯外，其余全部加工过程都可由数控机床自动完成。若配合自动装卸手段，则是无人控制工厂的基本组成环节。数控加工减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件；省去了划线、多次装夹定位、检测等工序及其辅助操作，有效地提高了生产效率。 (2) 对加工对象的适应性强。改变加工对象时，除了更换刀具和解决毛坯装夹方式外，只需重新编程即可，不需要作其他任何复杂的调整，从而缩短了生产准备周期。 (3) 加工精度高，质量稳定。加工尺寸精度在0.0050.01 mm之间，不受零件复杂程度的影响。由于大部分操作都由机器自动完成，因而消除了人为误差，提高了批量零件尺寸的一致性，同时精密控制的机床上还采用了位置检测装置，更加提高了数控加工的精度。(4) 易于建立与计算机间的通信联络，容易实现群控。由于机床采用数字信息控制，易于与计算机辅助设计系统连接，形成cad/cam一体化系统，并且可以建立各机床间的联系，容易实现群控。1.2数控机床的发展趋势随着计算机、微电子、信息、自动控制、精密检测及机械制造技术的高速发展，机床的数控技术有了长足的发展。近几年一些相关技术的发展，如刀具及新材料的发展，主轴伺服和进给系统、超高速切削等技术的发展。目前数控机床正朝着高速度、高精度、高工序集中度、高复合化和高可靠性等方向发展。世界数控技术及其装备的发展趋势主要体现在以下的方面。 1）高速高效高精度高生产率。通过数控装置及伺服系统功能的改进，主轴的速度和进给速度大大提高，减小了切削的时间和非切削时间。 高加工精度。随着精密产品的出现，对精度的要求提高到了0.1微米，有的零件甚至已经达到了0.01微米，高精密零件要求提高了机床的加工的精度，包括采用温度补偿法等。 2）柔性化 柔性化包括两个方面的柔性：一是数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化的设计，功能覆盖面广，便于不同用户的要求；二是dnc系统的柔性，同一dnc系统能够依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度的发挥dnc系统的效能。3） 工艺复合化和多轴化 数控机床的工艺复合化，是指工件在一台机床上装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头、旋转工作台等给种措施，完成多工序、多表面的复合加工。此外，数控技术的进步也提供了多轴控制和多轴联动控制功能。4）实时智能化 在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要的分支发展，如自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。5） 结构新型化 采用新型结构，实现多坐标联动加工，其控制系统结构复杂，加工精度、加工效率较普通机床高2-10倍6） 编程技术自动化 为了弥补手工编程和nc语言编程的不足，近年来开发出多种自动编程系统，如图形交互式系统、数字化自动编程系统、会话式自动编程系统、语言数控编程系统等。其中图形交互式系统应用的最为广泛，图形交互式编程系统是以计算机辅助设计（cad）软件为基础，首先形成零件的图形文件，然后再调用数控编程模块，自动编制加工程序，同时可动态显示刀具的加工轨迹。7） 集成化数控系统采用高度集成化的芯片，可提高数控系统的集成度和软、硬件运行速度，应用平板显示技术可提高显示器的性能。平板显示器应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融于一体，通过提高集成电路的密度，减小互联长度和数量来降低产品的价格、改进性能、减小组件的尺寸、提高系统的可靠性。8）开放式闭环控制模式采用通用计算机组成的总线式、模块化、开放、嵌入式体系结构，便于裁减、扩展和升级，可以组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统数控系统仅有的专用型封闭式开环控制模式提出的。在加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、多媒体技术、网络技术、cad/cam、伺服系统、自适应控制、动态数据管理、动态刀具补偿、动态仿真等高新技术溶于一体，构成严密的制造过程闭环控制系统体系，从而实现集成化、智能化、网络化。 1.3数控车床的加工对象 与传统车床相比，数控车床比较适合于车削具有以下要求和特点的回转体零件： 1. 精度要求高的零件 由于数控车床的刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿甚至自动补偿，所以它能够加工尺寸精度要求高的零件。在有些场合可以以车代磨。此外，由于数控车削时刀具运动是通过高精度插补运算和伺服驱动来实现的，再加上机床的刚性好和制造精度高，所以它能加工对母线直线度、圆度、圆柱度要求高的零件。 2. 表面粗糙度好的回转体零件 数控车床能加工出表面粗糙度小的零件，不但是因为机床的刚性好和制造精度高，还由于它具有恒线速度切削功能。在材质、精车留量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取决于进给速度和切削速度。使用数控车床的恒线速度切削功能，就可选用最佳线速度来切削端面，这样切出的粗糙度既小又一致。数控车床还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。粗糙度小的部位可以用减小进给速度的方法来达到，而这在传统车床上是做不到的。 3. 轮廓形状复杂的零件 数控车床具有圆弧插补功能，所以可直接使用圆弧指令来加工圆弧轮廓。数控车床也可加工由任意平面曲线所组成的轮廓回转零件，既能加工可用方程描述的曲线，也能加工列表曲线。如果说车削圆柱零件和圆锥零件既可选用传统车床也可选用数控车床，那么车削复杂转体零件就只能使用数控车床。 4. 带一些特殊类型螺纹的零件 传统车床所能切削的螺纹相当有限，它只能加工等节距的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只限定加工若干种节距。数控车床不但能加工任何等节距直、锥面，公、英制和端面螺纹，而且能加工增节距、减节距，以及要求等节距、变节距之间平滑过渡的螺纹。数控车床加工螺纹时主轴转向不必像传统车床那样交替变换，它可以一刀又一刀不停顿地循环，直至完成，所以它车削螺纹的效率很高。数控车床还配有精密螺纹切削功能，再加上一般采用硬质合金成型刀片，以及可以使用较高的转速，所以车削出来的螺纹精度高、表面粗糙度小。可以说，包括丝杠在内的螺纹零件很适合于在数控车床上加工。 5. 超精密、超低表面粗糙度的零件 磁盘、录象机磁头、激光打印机的多面反射体、复印机的回转鼓、照相机等光学设备的透镜及其模具，以及隐形眼镜等要求超高的轮廓精度和超低的表面粗糙度值，它们适合于在高精度、高功能的数控车床上加工。第2章 数控铣床的cnc装置2.1数控铣床的总体布局 加工工件需要刀具、工件的相对运动，运动执行件的运动分配可以有多种方案。例如，刨削加工可以由工件来完成主运动而由刀具来完成进给运动，如龙门刨床。或者相反，由刀具完成主运动而由工件完成进给运动，如牛头刨床。又如铣削加工时，进给运动 可以由工件运动也可以由刀具运动来完成，或者部分由工件运动，部分由刀具运动来完成，究竟谁完成合适应遵循“谁轻便、谁运动”的原则，其中被加工工件的尺寸、形状和重量起着决定作用。如图5-30中，同是用于铣削加工的机床，根据工件的重量和尺寸的不同，可以有四种不同的布局方案。图(a)是加工工件较轻的升降台铣床，由工件完成的三个方向的进给运动，分别由工作台、滑鞍和升降台来实现。当加工件较重或者尺寸较高时，则不宜由升降台带着工件作垂直方向的进给运动，而是改由铣头带着刀具来完成垂直进给运动，如图(b)所示。这种布局方案，机床的尺寸参数即加工尺寸范围可以取得大一些。图(c)所示的龙门式数控铣床，工作台载着工件作一个方向的进给运动，其他两个方向的进给运动由多个刀架即铣头部件在立柱与横梁上移动来完成。这样的布局不仅适用于重量大的工件加工，而且由于增多了铣头，使机床的生产效率得到很大的提高。加工更大更重的工件时，由工件作进给运动，在结构上是难于实现的，因此采用如图(d)所示的布局方案，全部进给运动均由铣头运动来完成，这种布局形式可以减小机床的结构 尺寸和重量。车床类的机床，有卧式车床、端面车床、单立柱立式车床和龙门框架式立车的布局方案，加工长轴类零件可用卧式车床，加工短而径向尺寸大的盘类零件可用端面车床，加工重且轴向尺寸不太大的零件可用立式车床，为提高机床的刚度可采用龙门框架式立式车床。 运动数目，尤其是进给运动数目的多少，直接与表面成形运动和机床的加工功能有关。它们也影响着机床总布局。以数控镗铣床为例、一般都有四个进给运动的 部件，要根据加工的需要来配置这四个进给运动部件。如果需要对工件的顶面进行加工，则机床主轴应布局成立式的，如图5-31（b）所示。在三个直线进给坐标之外，再在工作台上加一个既可立式 也可卧式安装的数控转台或分度工作台作为附件。如果需要对工件的多个侧面进行加工，则主轴应布局成卧式的，同样是在三个直线进给坐标之外再加一个 数控转台，以便在一次装夹时集中完成多面的铣、镗、钻、铰、攻丝等多工序加工，如图5-31（b）、（c）所示。而且数控卧式镗铣床与普通卧式镗铣床的一个很大差异是：没有镗 杆也没有后立柱。因为在自动定位镗孔时要将镗杆装调到后立柱中去是很难实现的。对于 跨距较大的多壁孔的镗削，只有依靠数控转台或分度工作台转动工件进行调头镗削来解 决。因此，对分度精度和直线坐标的定位精度都要提出较高的要求，以便保证调头镗孔时 轴孔的同轴度。 在数控铣镗床上用端铣刀加工像水轮机叶轮等具有空间曲面工作，是最复杂的加工情况，除主运动以外，一般需要有三个直线进给坐标x、y、z，以及两个回转进给坐标（即圆周进给坐标 ），以保证刀具轴线向量处处与被加工表面的法线重合，这就是所谓的五轴联动的数控铣镗床。由于进给运动的数目较多，而且加工工件的形状、大小、重量和工艺要求差异也很大。因此，这类数控机床的布局形式更是多种多样，很难有某种固定的布 局模式。在布局时可以遵循的原则是：获得较好的加工精度、表面光洁度和较高的生产率；转动坐标的摆动中心到刀具端面的距离不要过大，这样可使坐标轴摆动引起的刀具切 削点直角坐标的改变量小，最好是能布局成摆动时只改变刀具轴线向量的方位，而不改变切削点的坐标位置；工件尺寸与重量较大时，摆角进给运动由装有刀具的部件来完成，反之由装夹工件的部件来完成，这样做的目的是要使摆动坐标部件的结构尺寸较小，重量较轻；两个摆角坐标的合成矢量应能在半个空间范围的任意方位变动；同样，布局方案应保 证机床各部件或总体上有较好的结构刚度、抗振性和热稳定性；由于摆动坐标带着工件或。 刀具摆动的结果，将使加工工件的尺寸的范围有所减少，这一点也是在总布局时需要考虑的问题。 图5-32所示为五坐标数控铣镗床的几种布局方案。图（a）的方案与数控卧式镗铣床、普通卧式镗铣床的布局形式极其相似，只是在转动坐标b之外增加了一个转动坐标a。如a的摆角，配合b坐标的转角神360，便可以实现刀具轴线向量与工件表 面法矢在半球空间内处处重合的要求。图（b）的方案也是由两个摆动坐标a和c带着工作台工件进行运动，以使刀具向量和工件法矢相重合的，这种方案可以由升降台式数控铣 床稍加改变而成。图（c）的五坐标数控铣床，有三个回转进给运动和两个直线进给运动，c坐标轴带着工作台和工件作圆周进给，易于实现工件的设计基准和安装基准相重合，而且连续的圆周进给易于保证较高的加工光洁度，刀具完成另外的两个转动进给和两个直线进给运动。运动多而且集中，结构比较复杂也难于保证刀具系统的刚度。三、机床的结构性能与总布局的关系 数控机床的结构性能较普通机床要求高，总体布局更应兼顾良好的精度、刚度、抗振性和热稳定性等结构性能。图5-33所示的几种数控卧式镗铣床，其运动要求与加工功能是相同的，但是结构的总体布局却各不相同，因而其结构性能是有差异的。 图（a）与（b）的方案采用了t型床身布局，前床身横置与主轴轴线垂直，立柱带 着主轴箱一起作z坐标进给运动，主轴箱在立柱上作y向进给运动。t型床身布局的优点是：工作台沿前床身方向作。坐标进给运动，在全部行程范围内工作台均可支承在床身上，故刚性较好，提高了工作台的承载能力，易于保证加工精度，而且可用较长的工作行程，床身、工作台及数控转台为三层结构，在相同的台面高度下，比图（c）的十字形 工作台的四层结构，更易保证大件的结构刚性；而且在图（c）的十字形工作台的布局方 案中，当工作台带着数控转台在横向（即x向）作大距离移动和下拖板作z向进给时，z向床身的一条导轨要承受很大的偏载，在图（a）、（b）的方案中就没有这一问题。 图（a）中，主轴箱装在框式立柱中间，设计成对称形结构，图（b）和（c）中，主轴箱悬挂在单立柱的一侧，从受力变形和热稳定性的角度分析，这两种方案是不同的。框式立柱布局要比单立柱布局少承受一个扭转力矩和一个弯曲力矩，因而受力后变形小，有利于提高加工精度；框式立柱布局的受热与热变形是对称的，因此，热变形对加工精度的影响小。所以一般数控镗铣床和自动换刀数控镗铣床大都采用这种框式立柱的结构形式。在这三种总布局方案中，都应该使主轴中心线与z向进给丝杠布置在同一个平面yoz平面 内，丝杠的进给驱动力与主切削抗力在同一乎面内，因而扭曲力矩很小，容易保证铣削精 度和镗孔加工的平行度。但是在图（b）、（c）中，立柱将偏在z向拖板中心的一侧，而在图（a）中，立柱和x向横床身是对称的。 立柱带着主轴箱作z向进给运动的方案，其优点是能使数控转台、工作台和床身为 三层结构。但是当机床的尺寸规格较大，立柱较高较重，再加上主轴箱部件，将使z轴 进给的驱动功率增大，而且立柱过高时，部件移动的稳定性将变差。 综上所述，在加工功能与运动要求相同的条件下，数控机床的总布局方案是多种多样的，以机床的刚度、抗振性和热稳定性等结构性能作为评价指标，可以判别出布局方案的 优劣。四、机床的使用要求与总布局的关系 数控机床是一种全自动化的机床，但是像装卸工件和刀具（加工中心可以自动装卸刀具）、清理切屑、观察加工情况和调整等辅助工作，还得由操作者来完成，因此，在考虑数控机床总体布局时，除遵循机床布局的一般原则外，还应该考虑使用方面的特定要求： （1）便于同时操作和观察 恰当处理好人机关系，充分发挥人与机床各自的特点，使人机的综合效能达到最佳。数控机床的操作按钮和开关如果都放在数控装置上，对于小型的数控机床，将数控装置放在机床的近旁，一边在数控装置上进行操作，一边观察机床的工作情况，还是比较方便的。但是对于尺寸较大的机床，这样的布置方案，因工作区与数控装置之间距离较远，操作与观察会有顾此失彼的问题。因此，要设置吊挂按钮站，可由操作者移至需要和方便的位置，对机床进行操作和观察。对于重型数控机床这一点尤为重要，在重型数控机床上，总是设有接近机床工作区域（刀具切削加工区）， 并且可以随工作区变动而移动的操作台、吊挂按钮站或数控装置应放置在操作台上，以便同时进行操作和观察。 （2）排屑和冷却 数控机床的效率高，切屑多，排屑是个很重要的问题，机床的结构布局要便于排屑。如图5-34所示的数控车床的三种布局方案中，图（a）为横床身，排屑不利。斜床身的排屑条件有所改善，如图（b）所示。图（c）为立床身，而且采用反车加工方式，大量的切屑直接落入自动排屑的运输装置，迅速送出机床床身之外。为了防止切屑与冷却液飞溅，避免润滑油外泄，将机床作成全封闭结构，只在工作区处留有可以自动开闭的门窗，用于观察和装卸工作。 （3）刀具、工作装卸、夹紧方便 不具备自动换刀功能的数控机床，刀具和工件的装 卸和夹紧松开均由操作者来完成，要求易于接近装卸区域，而且装央机构要省力简便。 （4）具有自动换刀功能的加工中心 要根据刀库容量与形式，机械手换刀动作与路径，从便于调整与操作出发，合理布置刀库机械手位置和与机床的联结关系。 例如自动换刀数控卧式镗铣床，可以说是由数控镗铣床加上刀具自动交换系统（包括刀库、识辨刀具的识刀器和刀具交换的机械手等）所组成。总布局要特别考虑的是如何将 刀具自动交换系统与数控机床有机地结合在一起，构成一台完整的自动换刀数控镗铣床。 所要考虑的问题有：选择合适的刀库、换刀机械手与识刀装置的类型，力求这些结构部件 的结构简单，动作少而可靠；机床的总体结构尺寸紧凑，刀具存储交换时保证刀具与工件和机床部件之间不发生干涉等。这些问题可以结合图5-35所示的四种布局方案来进行分析。 图（a）为某自动换刀数控卧式镗铣床的布局方案，它采用四排链式刀库，装刀容量为60把，放在机床的左后方，与主机没有固联在一起。双爪的机械手在立柱上移动，可以在四排刀库的固定位置上取刀，取刀后机