数控专业数控铣床毕业设计论文

1、第一章概论11计算机数控的概念与发展111计算机数控的概念 数字控制（数控）的概念gb8129-1997中对nc的定义为：用数值数据的控制装置，在运行过程中不断 地引入数值数据，从而对某一生产过程实现口动控制。 数控机床（nc machine tools）若机床的操作命令以数值数据的形式描述，工作过程按照规定的程序自动地 进行，则这种机床称为数控机床。 数控系统在数控机床行业中，数控系统是计算机数字控制装置、可编程序控制器、进 给驱动与主轴驱动装置等和关设备的总称。有时则仅指其中的计算机数字控制装 置。为区别起见将其中的计算机数字控制装置称为数控装置。从第一台数控机床问世至今的40多年小，随着

2、微电子技术的不断发展，数控 装置也在不断地更新换代，先后经历了电子管（1952年）、晶体管（1959年）、小 规模集成屯路（1965年）、人规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理机 或微型计算机（1974年）等五代数控系统。前三代数控装置属于采用专用控制计算机的硬接线（硬件）数控装置，一般 称为nc数控装置。20世纪70年代初，随着计算机技术的发展，小型计算机的价 格急剧下降，出现了采用小型计算机代替专用硕件控制计算机的第四代数控系统。 这种数控系统不仅在经济上更为合算，而h许多功能可用编制的专用程序实现， 并可将专用程序存储在小型计算机的存储器中，构成控制软件。这种数控系统称 为计算

3、机数控系统（computerized numerical control,即 cnc ）。1974 年开始， 以微处理机为核心的数控装置（microcomputcrizcd numerical control,即mnc）得 到迅速发展。cnc和mnc称为软接线（软件）数控系统。由于nc硕件数控系 统早已被淘汰，而目前软件数控系统均采用mnc,因此，许多书中将现代数控系 统称为cnco我国从1958年开始研制数控机床，20世纪60年代屮期进入实用阶段。自20 世纪80年代开始，引入口本、美国、徳国等国外著名数控系统和伺服系统制造商 的技术，使我国数控系统在性能、可靠性等方面得到了迅速发展。经过“

4、六五"、“七 五j “八五，吸“九五，科技攻关，我国已掌握了现代数控技术的核心内容。目前我 国已有数控系统(含主轴与进给驱动单元)生产金业五十多家，数控机床生产企 业百余家。1.2数控技术与数控机床数控技术，简称数控(numerical control-nc),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, 也叫以称为计算机数控(computerized numerical control-cnc)o为了对机械运动及加工过程进行数字化信息控制，必须具备相应的硬件和软 件。用來实现数字化信息控制的硬件和软件的整体称为数控系统(num

5、erical control system),数控系统的核心是数控装置(numerical controller)。采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床(nc机床)。它是一种综合应 用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机 电一体化产品，是现代制造技术的基础。机床控制也是数控技术应用最早、最广 泛的领域，因此，数控机床的水平代表了当前数控技术的性能、水平和发展方向。数控机床种类繁多，有钻铳锂床类、车削类、磨削类、电加工类、锻压类、 激光加工类和其他特殊用途的专用数控机床等等，凡是采用了数控技术进行控制 的机床统称nc机床。带有自动刀具交换装置(automati

6、c tool changer-atc)的 数控机床(带有回转刀架的数控车床除外)称为加工中心(machine cente.mc)。 它通过刀具的口动交换，只需一次装夹即可以完成多工序的加工，实现了工序的 集屮和工艺的复合，从而缩短了辅助加工时间，提高了机床的效率；减少了零件 安装、定位次数，提高了加工精度。口前加工小心是数控机床小产量最大、应用 最广的数控机床。1.3典型数控铳床的概述数控铳床是一种用途i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、铠、较、螺纹切削、 锂孔等加工。加工屮心、柔性制造单元等都是在数控铳床的基础上产生和发展起

7、来的。1.3.1数控铳床的基本构成及特点 .数控铳床的基本构成数控铳床由以下儿个部分组成1）主机 即铳床机械结构，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。它是整台铳床的基础和框架。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，其为数控铳床的控制核心。3）驱动装置。4）辅助装置 冷却、润滑等辅助装置。 .数控铳床的结构特点1）高刚度和高抗震性铳床刚度是铳床的技术性能2，它反应了铳床机构 抵抗变形的能力。主要采取了提高数控铳床构件的静刚度和同有频率，改善数控 铳床结构的阻尼特性，采用新材料和刚板焊接结构等几方而的措施。2

8、）减小了热变形对铳床的影响 铳床的热变形是影响铳床加工精度的重要i大i 素之一。由于数控铳床主轴转速、进给速度远高于普通铳床，因此热变形对数控 铳床的影响远比普通铳床严重。3）传动系统机械结构简化 数控铳床采用的交流、直流电机，其调速范围大, 并可无级调速，因此使得主轴箱、进给变速箱及传动系统大为简化，箱体机构简 单。4）高传动效率和无间隙传动装置 目前数控铳床进给驱动系统中常用的机械 装置主要有三种：滚珠丝杠副、静压蜗杆一蜗轮机构和预加载荷双齿轮一齿条。5）低摩擦系数的导轨导轨是铳床的基本结构之一。铳床加工精度和使用寿 命在很大程度上决定于铳床导轨的质量。1.3.2数控铳床的分类数控铳床从结

9、构上可分为立式、卧式及立卧两用三种。 立式数控铳床立式数控铳床主轴轴线垂直于水平面，这种铳床占数控铳床的大多数，应用 范围也最广。目前三坐标数控立铳占数控铳床的大多数，一般可进行三坐标联动 加工，也可以实行两轴半控制，即在x、y、z三个坐标轴屮，任意两轴都可以联 动。一般用來加工平面曲线的轮廓。但也可加一个冋转坐标，用來加工螺旋槽、 叶片等立体曲面零件。 卧式数控铳床卧式数控铳床主轴的轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧 式数控铳床通常采用增加数控转盘（或万能数控转盘）来实现四坐标、五坐标加 工。 立卧两用数控铳床这类铳床可在一台机床上进行立式加工或卧式加工，同吋具备立、卧式铳床

10、的功能。它的使用范围更广，功能更全。一般数控铳床上指规格较小的升降台式数控铳床，其工作台宽度多在400mm 以下，规格较大的数控铳床（工作台宽度多在500mm以上），其功能已向加工屮 心靠近，进而演变成柔性制造单元。1.3.3数控锥床的主要加工对象 平面类零件即加工面平行或垂直于水平面，以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件。 直纹曲面类零件即由宜线依某种规律移动所产生的曲面类零件。 立体曲面类零件即加工面为空间曲面的零件。这类零件的加工面不能展成平面，一般使用球 头铳刀切削，加工面与铳刀始终为点接触，若采用其它刀具加工，易于产生干涉 而铳伤邻近表面。1.3.4典型数控铳床的性能本设计小的零件

11、是利用xk5025数控铳床加工的，在这里对该机床的性能及 主要规格、参数进行简要介绍。该机床适用于多品种小批量生产的零件，对各种复朵曲线的凸轮、样板、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，可实现多工件的同吋加工。第二章槽类零件的加工工艺分析如下图2所示，为键槽零件。其材料为45,毛坯尺寸长x宽x高为160x12

12、0x10,其数控铳床加工i;勻 u丨|!ii一 4765血160图2.12.1零件图工艺分析该零件主耍ft!外轮廓、键槽、不规则形形槽、孔组成。总体表面粗糙度耍求 较低，零件材料为45,切削加工性能较好。根据以上分析，零件孔可以一次性粗加工，键槽、不规则形槽的加工应分粗、 精加工两部分进行，以保证表面粗糙度要求。2. 2加工方法的选择 、键槽、不规则形槽可选择粗铳一精铳方案。 、孔加工方案的选择孔选择钻头一次性加工到位。2.3确定装夹方案该零件的外形比较规则，因此，在加工键槽、不规则形槽及孔时，选用平口虎钳夹紧。2.4确定加工顺序及走刀路线按照基准先行，先面后孔，先粗后精的原则确定加工顺序。详

13、见表22键槽端 盖底版数控加工工序卡，不规则形槽加工采用逆铳方式，刀具沿切线方向切入与 切出o2.5刀具选择 、键槽、不规则形槽采用立铳刀加工，根据侧吃刀量选择立铳刀直径，使 铳刀工作时有合理的切入/切出角；且铳刀直径应尽量包容工件整个加工宽度，以 提高加工精度和效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕迹。 、孔加工选择（pl2钻头，该零件加工所选刀详见表21键槽端盖底板数控 加工刀具卡片。农2-1键槽端盖底板数控加工刀具卡片产品名称或代号数控铳工艺分析零件名称键槽端盖底板零件图号序号刀具编号刀具规格名称数量加工表面备注1t1<1>8硬质合金平刀1铳削键槽2t2012钻头1钻孔编：li

14、'j*审核批准共1页第1页2.6切削用量选择该零件材料切削性能较好，铳削键槽及不规则形槽时留0.5mm精加工余量;1、进给速度，主轴转速计算 、铳削键槽、三角形槽1）确定铳削深度a"2）确定每齿进给量fz3）确定切削速度v。 、钻孔1）确定进给量f2）确定切削速度2. 7拟订数控铳削加工工序卡片为了更好地指导编程和加工操作，把零件的加工顺序、所用刀具和切削用量等参数编入表2-2所示的键槽端盖底板零件数控加工工序卡片。表22键槽端盖底板数控加工工序卡片单位名 称河南工业贸 易职业学院产品名称或代号零件名称零件图号数控铳削工艺分析槽类零件工序号程序编号夹具名称使用设备车间平口虎钳

15、xk5025数控中心工步号工步内容刀 具4刀具 规格/mm主轴转速/rmin-1进给速度 /mmmin _i背吃刀量/mm备注1粗铳不规则形 槽t10>85751004.5自动2精铳不规则形 槽t181000720.5自动3钻孔t2<d126001004.5自动4粗铳槽t18575720.5自动5精铳槽t2810002352.5自动编 制审*丁核批准共1页第三章数控加工程序的编制3.1数控铳床的基本编程技术3.1.1数控铢床的编程特点数控铳床是通过两轴联动来加工零件的平面轮廓，通过两轴半控制、三轴或 多轴联动来加工空间曲而零件。数控铳削加工编程具有如下特点： 、数控铳床一般仅具有直

16、线和圆弧的插补功能，因此卄圆曲线的加工是按 编程允许误差将莒线分割成许多小段再用直线或圆弧逼近得到，编程时需计算各 节点坐标。 、具备刀补功能，可直接按工件尺寸编程。 、具备镜像功能，加工轴对称零件时只要编写一半加工程序即可。 、具备子程序调用功能。当工件上有相同加工部位时，可以调用子程序， 以简化程序编制。3.1.2数控铢床的坐标系 、机床坐标系机床坐标系是机床本身固有的，是以机床原点为坐标系原点建立起来的x、 y、z轴直角坐标系。机床坐标系是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标 系的基础，一般不允许随意变动。 、工件坐标系为了确定零件加工时在机床中的位置，必须建立工件坐标系，也称为编程坐

17、 标系。工件坐标系采用与机床坐标系一致的坐标方向，工件坐标系的原点即 工件原点，工件原点是任意的，它由编程人员在编制程序时根据零件的特点 选定。它在工件装夹完毕后，通过对刀确定。3.1.3数控铳床的编程指令表3 1常用文字码及其含义功能文字码含义程序号0/： (iso/eia)表示程序名代号（19999）程序段号n表示程序段代号（19999）准备功能g确定移动方式等准备功能坐标字x、y、z、a、b、c坐标轴移动指令（±99999.999mm）r圆弧半径(±99999.999mm)i、j、k圜弧圜心坐标（±99999.999mm）进给功能f表示进给速度（1 1000

18、mm/min）主轴功能s表示主轴转速（09999i7min）刀具功能t表示刀具号（099）辅助功能m冷却液开、关控制等辅助功能（099）偏移号h表示偏移代号（099）暂停p、x表示暂停时间（099999.999s）子程序号及 子程序调用次 数p子程序的标定及子程序重复调用次数设定（19999）宏程序变量p、q、r变量代号数控铳床的编程功能指令与数控车床的编程功能指令相似，也可分为准备功 能指令和辅助功能指令两大类。由于生产数控机床的厂家众多，且所用数控系统 也各不相同，故编程时必须严格遵守机床使用说明书中的规定。常用文字码及其 含义见表3 1。、准备功能指令选择准备功能指令是编制程序的核心问题

19、。准备功能指令也称为g功能，其 由地址字g和两位数值来表示，跟在g后而的数字决定了该程序段的指令的意义。 常用准备功能代码如表3-2所示。其中00组的g代码为非模态代码，其余均为 模态代码。表3-2常用g功能代码指令组功能指令组功能g00快速定位g4207刀具半径右补偿g01直线插补g43正向刀具长度补偿g0201圆弧插补/螺旋线插 补cwg4408负向刀具长度补偿g03圆弧插补/螺旋线插 补ccwg49刀具长度补偿取消g0400暂停g5300选择机床处标系g17选择xy平面g54选择工件坐标系1g1802选择xz平面g55选择工件坐标系2g19选择yz平面g5614选择工件坐标系3g2006

20、英寸输入g57选择工件坐标系4g21毫米输入g58选择工件坐标系5g27返冋参考点检测g59选择工件坐标系6g2800返回参考点g9003绝对值方式编程g29从参考点返冋g91相对值方式编程g3301螺纹切削g9200设定工件坐标系g4007取消刀只半径补偿g9810固定循环返冋到初始 卢g41刀具半径左补偿g99固定循环返冋到r点、辅助功能指令xk5025立式数控铳床的辅助功能指令与数控车床基本相同。如表3-3所示。表3-3常用m功能代码指令功能指令功能m00程序停止m05主轴停止旋转m01选择停止m08切削液开m02程序结束m09切削液关m03主轴顺吋针方向旋转m98子程序调用m04主轴逆

21、时针方向旋转m99了程序结束、其它功能指令1）、进给功能进给功能也称为f功能。表示刀具中心运动时的进给速度，由地址码f和数 字构成。f功能以每分钟进给距离的方式指定进给速度。f功能的单位可以是 mm/min ,也可以是mm/r；可以按公制形式输入，也可以转换成英制。2）、主轴功能主轴功能也称s功能，即用来指定主轴的转速。它由地址码s及后面的整数 数字组成，单位为r/mino3）、刀具功能刀具功能也称t功能。由地址码t及后面的两位整数数字组成，数字代表刀 具的编号，用来选择刀具。3.1.4数控铢床的基本编程方法 、绝对值方式和增量值方式编程1）、绝对值方式编程程序格式：g902）、增量值方式编程

22、程序格式：g91 、工件坐标系的建立1）、设置工件坐标系2）、选择机床坐标系3）、选择16号工件坐标系g54、g55、g56、g57、g58、g59选择16号工件坐标系，这些指令可以 分别用來选择和应的工件坐标系。 编程格式：g54（g55g59）g00（g01）x_y_z_（f_）； 、快速定位与直线插补a、快速定位b、直线插补 、圆弧插补圆弧插补的编程格式有两种，分别如门1）、用分矢量i、j> k表示圆心位曽2）、用圆弧半径r指定圆心位置 、刀具半径补偿指令g40、g4k g421）、刀具半径补偿的口的数控机床在实际加工过程中是通过控制刀具中心轨迹来实现切削加工任务 的。在编程过程中

23、，为了避免复杂的数値计算，一般按零件的实际轮廓来编写数 控程序，但刀具有一定的半径尺寸，如果不考虑刀具半径尺寸，那么加工出來的 实际轮廓就会与图纸所要求的轮廓相差一个刀具半径值。因此，采用刀具半径补 偿功能来解决这一问题。2）、刀具半径补偿的方法使用刀具半径补偿指令，并在控制面板上手工输入刀具半径，数控装置便能 白动地计算出刀具中心轨迹，并按刀具中心轨迹运动。即执行刀具半径补偿后， 刀具自动偏离工件轮廓一个刀具半径值，从而加工出所要求的工件轮廓。 、刀具半径补偿的步骤1）、刀补建立2）、刀补进行3）、刀补取消 、刀具半径补偿的应用：1）、避免计算刀心轨迹，直接用零件轮廓尺寸编程；2）可用同一程

24、序、同一尺寸的刀具，利用刀补值进行粗、精加工。3）、利用刀补值控制轮廓尺寸精度。因刀补值具有小数点后24位的精度， 故可控制轮廓尺寸精度。4）、利用刀具补偿功能，可用同一个程序，加工同一公称尺寸的内、外两个 型面。3. 2数控编程的数值计算根据零件图样，用适当的方法将数控系统编制程序所需的有关数据计算出來 的过程，称为数值计算。数值计算的内容包括计算零件轮廓的基点和节点坐标及 刀位点轨迹的坐标。3.2. 1基点、节点的含义数控机床一般只有直线和圆弧插补功能，因此，对于由直线和圆弧组成的平 而轮廓，编程时主耍是求齐基点的坐标。所谓基点就是构成零件轮廓不同几何素 线元素的交点或切点。如直线与直线的

25、交点，直线段和圆弧段的交点、切点及圆 弧与圆弧的交点、切点等。根据基点坐标，就可以编写出直线和圆弧的加工程序。 基点的计算比较简单，选定坐标原点以后，应用三角、几何关系就可以算出各基 点的坐标，因此，采用手工编程即可。由于数控机床无法直接加工除直线和圆弧之外的曲线，加工此类曲线时数值 计算较为复杂，包括曲线拟合与曲线逼近两部分。逼近直线和圆弧小段与轮廓曲 线的交点或切点称为基点。3.2.2基点的坐标计算常用基点计算的方法有：1、根据零件图样上所给的己知条件用人工求解，即根据零件图样上给定的尺 寸，运用代数或几何的有关知识，计算出数值。从2、利用cad软件从图中查取 现在大多数的图形绘制都是在a

26、utocad 等绘图软件中完成的，可以采用这些的软件的功能，把某些点的坐标直接标出。3. 2. 3加工程序利用cad/cam软件功能直接标出点坐标lx -42.00. y -40.00x 42.71. y -43.09%ooooig54g90g40s800m03t01d01s600goox-39.93 y37.93 zog01z-10g03x-54.07 y52.07go1 x-72.07 y34.07g02x-57.93y 19.93g01x-39.93y37.93g00x-24.37y36g01z-10g02x-17.44y40g01x42.71y40g02x47.28y25.44g03x

27、47.26y-25.44g02x42.71y-40g01x-42y-40g02x-41.5y-31.5g01x-50y-8.39g01x-24.37y36g00z100m05mo3t02d02s600g73x71 y-25.44z-20r 1oq1f1oog00z100g8om3o第四章数控加工中心仿真系统4. 1 fanuc oi加工中心的仿真操作加工中心配用不同的数控系统，选择用南京二机床（配以fanuc oi数控系 统），选择零件原点，建立刀具补偿参数，机床控制面板逐步输入已编写程序, 进行h动加工。4. 2仿真结果通过对键槽端盖底板的工艺分析、程序编制和操作过程的介绍，数控铳仿真结呆见下图。设计总结本论文是在指导老师的精心指导下，根据毕业设计课题编写的。本设计的特 点是加强了对数控铳床编程的认识。本设计共分为四章：第一章绪论简要介绍了计算机数控的概念与发展及数控