卧式车床C6140数控化改造设计(常用版)

卧式车床C6140数控化改造设计（常用版）(可以直接使用，可编辑完整版资料，欢迎下载）

目录卧式车床C6140数控化改造设计（常用版）(可以直接使用，可编辑完整版资料，欢迎下载）摘要……………………1第1章绪论…………11.1数控系统发展简史…………11.2数控机床现状………………21.3数控系统的发展趋势………31.4机床数控化改造的必要性…………………41.5主要技术指标………………4第2章华中HNC-21数控车削系统介绍……………4第3章普通车床的数控改造可行性论证…………113.1技术可行性…………………113.2机床本身……………………113.3加工对象分析………………123.4市场可供性…………………12第4章总体方案的确定……………124.1总体方案设计要求…………124.2设计参数……………………13第5章进给传动部件的计算和选型………………165.1脉冲当量的确定……………165.2切削力的计算………………175.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型（纵向）……175.3.1工作载荷Fm的计算……………………175.3.2最大动载荷FQ的计算…………………175.3.3初选型号………………175.3.4传动效率η的计算……………………185.3.5刚度的验算……………185.3.6压杆稳定性校核………185.4步进电动机的计算与选型(纵向)………185.4.1计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq……185.4.2计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq…195.4.3步进电动机最大静转矩的选定………215.4.4步进电动机的性能校核………………215.5主轴交流伺服电机的计算与选型…………225.5.1主轴的变速范围………225.5.2初选主轴电机的型号…………………225.5.3主轴电机的校核………22第6章绘制进给伺服系统的机械装配图…………22第7章元件的选择…………………23结论…………………24致谢…………………25参考文献……………26英文摘要……………27卧式车床C6140数控化改造设计摘要中国是一个传统的机械制造大国，但其装备水平落后，特别是一些老的机械制造厂大多还是比较旧的机床，远远不能满足加工的要求。针对目前制造业的技术装备现状，对传统机械制造业装备进行改造，解决机械制造业中的一些技术问题，用现代先进技术对旧的设备进行改造和提升，是我国制造业的发展方向。本课题是针对己报废的C6140普通废旧车床进行数控化改造，其现实意义在于如何寻找一种可行的、有推广价值的设备改造方法，对传统机械制造行业的技术装备进行技术提升，以解决目前设备老化所带来的问题。本设计说明书包括：概论、总体设计方案的拟定和验证、主传动部分的改造设计、伺服进给系统的改造设计、自动转位刀架的选择设计、编码盘安装部分的结构设计等几个部分。改造后的机床，主运动实现自动变速，纵向、横向进给系统进行数控控制，并要求达到纵向最小运动单位为0.01mm/脉冲，横向最小运动单位0.005mm/脉冲，刀架要是自动控制的自动转位刀架，要能自动切削螺纹。

关键词:机床改造数控技术进给系统滚珠丝杠自动刀架

第1章绪论1.1数控系统发展简史1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。1.1.1数控（NC）阶段（1952～1970年）

早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIREDNC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代——电子管；1959年的第二代——晶体管；1965年的第三代——小规模集成电路。

1.1.2计算机数控（CNC）阶段（1970年～现在）

到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC)阶段（把计算机前面应有的“通用”两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件——运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（MICROPROCESSOR),又可称为中央处理单元（简称CPU)。

到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。

到了1990年，PC机(个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。

总之,计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代——小型计算机；1974年的第五代——微处理器和1990年的第六代——基于PC（国外称为PC—BASED）。

还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC）。所以我们日常讲的“数控”,实质上已是指“计算机数控”了。

1.2数控机床现状近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。2001年，我国机床工业产值已进入世界第5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成形折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、木工机床等。出口的数控机床品种以中低档为主。国内数控机床状况分析1.新产品开发有了很大突破，技术含量高的产品占据主导地位。例如：全长33公里的上海磁悬浮快速列车线，是“十五”期间国家重点建设项目，其中组成列车线的2550根轨道梁是整个工程的最关键部分，对加工轨道梁的精度提出了相当高的要求。沈阳机床集团机床股份中捷友谊厂以工期6个月、标的6200万元在磁悬浮轨道专用数控机床项目公开招标中折桂，并于当年8月底将一次性验收合格的8台数控镗铣床组成的轨道梁生产线一次试车成功，目前这套铣镗加工中心已加工出轨道梁1100根，确保了轨道梁的加工精度和速度，为实现年底试车打下了良好的基础。2.数控机床产量大幅度增长，数控化率显著提高。2001年国内数控金切机床产量已达1.8万台，比上年增长28.5%。金切机床行业产值数控化率从2000年的17.4%提高到2001年的22.7%。3.数控机床发展的关键配套产品有了突破。近年来通过政府的支持，数控机床配套生产得到了快速发展。如北京航天机床数控系统集团公司建立了具有自主知识产权的新一代开放式数控系统平台；烟台第二机床附件厂开发了为数控机床配套的多种动力卡盘和过滤排屑装置；济南第二机床集团公司的数控龙门镗铣床、数控落地镗铣床及数控锻压设备等30多个系列100多个品种的数控配套产品。1.2.2国外数控机床状况分析1.国际机床市场的消费主流是数控机床1998年世界机床进口额中大部分是数控机床，美国进口机床的数控化率达70%，我国为60%。目前世界数控机床消费趋势己从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主。2.国外数控机床的网络化随着计算机技术、网络技术日益普遍运用，数控机床走向网络化、集成化已成为必然的趋势和方向，互联网进入制造工厂的车间只是时间的问题。从另一角度来看，目前流行的ERP即工厂信息化对于制造业来说，仅仅局限于通常的管理部门(人、财、物、产、供、销)或设计、开发等等上层部分的信息化是远远不够的，工厂、车间的最底层加工设备—数控机床不能够连成网络或信息化就必然成为制造业工厂信息化的制约瓶颈，所谓的ERP就比较“虚”没有能够真正地解决制造工厂的最关键的问题。所以，对于面临日益全球化竞争的现代制造工厂来说，第一是要大大提高机床的数控化率，即数控机床必须达到起码的数量或比例;第二就是所拥有的数控机床必须具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在工厂、车间的底层之间及底层与上层之间通讯的畅通无阻。以FANUC和西门子为代表的数控系统生产厂商己在几年前推出了具有网络功能的数控系统。在这些系统中，除了传统的RS232接口外，还备有以太网接口，为数控机床联网提供了基本条件。由于国外企业的发展水平，数控机床的网络接口功能被定义为用于远程监控、远程诊断。1.3数控系统的发展趋势1.3.1数控未来发展的趋势

1.继续向开放式、基于PC的第六代方向发展

基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。

2.向高速化和高精度化发展

这是适应机床向高速和高精度方向发展的需要。

3.向智能化方向发展

随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高。（1）应用自适应控制技术

数控系统能检测过程中一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。（2）引入专家系统指导加工

将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。

（3）引入故障诊断专家系统

（4）智能化数字伺服驱动装置

可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。1.4机床数控化改造的必要性随着我国国民经济的高速发展,数字控制技术的高度成熟,数控机床在制造业中发挥着重要作用,特别是近几年来应用比例越来越大,有效地保证了产品的质量,使得人们对其有了更清楚的认识,但由于产品零件的类型、形状、尺寸和用途的差异很大,零件的加工批量相差悬殊,其质量和精度的要求也有显著的不同,因此制造业需要不同类型的数控机床,在同一类型数控机床中需要高、中、低档不同层次的数控机床,购买新的数控机床是提高数控化率的途径,对旧机床进行数控化改造,也是提高数控化率的重要途径。我国现有400多万台数控机床,数控机床占有量约占2%,这些机床的结构一般比较陈旧,操作部分复杂,控制系统落后,但如果把这些落后机床全部闲置或淘汰,全部购买新的数控机床去代替,必然耗费巨额资金,显然不符合我国国情,因此,用数控这一高新技术对现有机床进行数控化改造,是一条符合国家急需与产业政策且又可行的途径,于是人民为了降低采购数控设备的成本,开始尝试将机械尚有70%以上残留价值的一部分普通机床进行数控化改造,使老设备焕发青春,为企业作出更大的贡献。而近几年,美、日、德等先进工业国,在大量制造数控机床的同时,十分重视对机床进行数控化改造,并已形成一个新兴的产业。1.5主要技术指标1.床身上最大加工直径400mm；2.最大加工长度1000mm；3.X方向(横向)的脉冲当量为0.005mm/脉冲，Z方向（纵向）脉冲当量为0.01mm/脉冲；4.X方向最快移动速度Vxmax=3000/min，Z方向为Vzmax=6000mm/min；5.X方向最快工进速度Vxmaxf=400mm/min，Z方向为Vzmaxf=800mm/min；6.X方向定位精度±0.01mm，Z方向±0.02mm；7.可以车削柱面、锥面与球面等；8.安装螺纹编码器，可以车削米/英制的直螺纹与锥螺纹，最大导程为24mm；9.安装四工位立式电动刀架，系统控制自动选刀；10.自动控制主轴的正转、反转与停止，并可输出主轴有级变速与无级变速信号；11.自动控制冷却泵的起/停；12.纵、横向安装限位开关；13.数控系统可与PC机串行通信；14.显示界面采用LED数码管，编程采用ISO数控代码。第2章华中HNC-21数控车削系统介绍“世纪星”HNC-21数控系统采用先进的开放式体系结构，内置嵌入式工业PC，配置8.4//彩色液品显示屏和通用工程面板，集成进给轴接口、主轴接口、手持单元接口、内嵌式PLC接口于一体，采用电子盘程序存储方式以及软驱、DNC、以太网等程序交换功能、具有低价格、高性能、配置灵活、结构紧凑、易于使用、可靠性高的特点。□最大联动轴数为3轴。□可选配各种类型的脉冲式交流伺服驱动系统（HSV-16系列全数字交流伺服驱动单元）。□除标准机床控制面板外，配置40路开关量输入和32路开关量输出接口、手持单元接口、主轴控制与编码器接口。还可扩展20路输入/16路输出。□采用7.5//彩色液晶显示器（分辨率为640x480），全汉字操作界面、障诊断与报警、加工轨迹图形显示和仿真，操作简便，易于掌握和使用。□采用国际标准G代码编程，与各种流行的CAD/CAM自动编程系统兼容，具有直线插补、圆弧插补、螺纹切削、刀具补偿、宏程序、恒线速切削等功能。□反向间隙和单、双向螺距误差补偿功能。□内置RS232通讯接口，轻松实现机床数据通讯。□32MB

Flash

RAM(可扩充至2GB)程序断电存储，32MBRAM加工内存缓冲区。系统选件①软驱单元□全密封结构□3.5//标准软盘驱动器□标准PC键盘转接口□RS232、以太网转接口②DNC单元□全密封结构□标准PC键盘转接口□RS232、以太网转接口③以太网□10MB/100MB速度自适应□支持NT/NOVELL网络□支持文件网络传输④手持单元□手摇脉冲发生器□坐标选择□倍率选择□紧急停止按钮□手持使能按钮⑤输入/输出端子板⑥继电器输出端子板

系统配置□程序缓冲区：32MB□零件程序和断点保护区：基本32MB，可扩展至2GB（选件）□进给轴接口类型：脉冲接口（HSV-16系列）□主轴驱动单元接口□主轴编码器接口□开关量输入输出接口：40输入/32输出，可扩展20输入/16输出（选件）□手持单元接口□软驱单元接口□RS232接口□以太网接口（选件）□标准PC键盘接口□手持单元（选件）□软驱单元（选件）□I/Q端子板（支持NPN和PNP型开关量）(选件)

CNC功能□最大控制轴数：6进给轴1主轴□联动轴数：3轴□最小分辨率：1微米□最大移动速度：24米/分钟（与驱动单元、机床相关）□直线、圆弧、螺纹功能□自动加减速控制（直线/抛物线）□参考点返回□坐标系设定□MDI功能□M、S、T功能□加工过程图形静态仿真和实时跟踪□内部二级电子齿轮□简单车削循环□复合车削循环

CNC编程□编程最小单位：0.001毫米、度□最大编程尺寸：99999.999□最大编程行数：20亿行□公/英制编程□绝对/相对指令编程□宏指令编程□子程序调用□工件坐标系设定□直径/半径编程□自动控制倒角（圆角、直角）□恒线速切削功能

编辑□后台编辑（选件）□字符查找与替换□文件删除及拷贝

显示□中文菜单功能□图形显示□状态显示□当前位置显示□程序显示□程序错误显示□操作错误显示□坐标轴设置显示□主轴速度及修调□进给速度及修调□快速进给及修调□自诊断功能

插补功能HNC-21□直线插补□螺纹切削□圆弧插补□螺旋线插补□正弦线插补

刀具补偿□刀具长度补偿□刀尖半径补偿参考点功能□参考点位置设定□参考点开关偏差设定□回参考点快移速度设定□回参考点定位速度设定

数据交换□RS232□以太网（选件）□3.5//软驱（选件）

操作□7.5//彩色液晶显示屏□防静电薄膜编程面板与机床操作面板□PC标准键盘接口□手持单元（选件）□图形显示功能与动态实时仿真□网络通讯功能（选件）

操作方式□自动□单段□MDI□点动□步进增量进给□手摇增量进给□手动/自动回参考点□进给保持□重新对刀□空运行□保存断点/返回断点2-1HNC-21数控系操作面板坐标轴监视□机床坐标系显示□工件坐标系显示□跟踪误差显示□剩余进给显示□进给速度显示□主轴速度显示□指令位置显示□实际位置显示□工件坐标系原点显示□运动轨迹显示

进给轴功能□无限制旋转轴功能□最高设定速度16000mm/min□进给修调0%到150%□快移修调0%到150%□每分钟进给/每转进给□多种回参考点功能：单向、双向□快移、进给加减速设定□最大跟踪误差设定

辅助功能□主轴正反转□自动换刀□冷却开/停

主轴功能□主轴速度：可通过PLC编程控制（最大99999rpm）□主轴修调：从0%到150%□主轴速度和修调显示□变速比和变速比级数可通过PLC编程控制□编码器接口□螺纹功能□主轴定向

PLC功能□内嵌式PLC□提供标准PLC例程□PLC状态显示

安全功能□坐标轴软极限保护□断电保护区□加工断点保存/断点恢复□参数备份与恢复□参数权限保护□加工统计

技术规格□输入电源：AC24V

50WDC24V≥50W或者DC24V≥100W□AC电源频率：50Hz□安装方式：控制柜内□运行、储存环境（如下表）□光电隔离开关量输入接口（40位），可扩展20位□光电隔离开关量输出接口（32位），可扩展16位输出电流范围0-100mA输出电压范围DC24V□主轴模拟量输出接口分辨率：12位输出电压：DC10V或0-10V□主轴编码器输入接口方波差分接收□手摇脉冲发生器输入接口，TTL电平输入□进给轴脉冲输出接口/HSV-16伺服接口（最大6个）差分输出，包括脉冲及方向信号，高脉冲频率2MHZ□进给轴码盘反馈输入接口（最大6个）RS422差分输入2-2HNC-21数控系统整体结构图第3章普通车床的数控改造可行性论证3.1技术可行性机床改造的技术可行性论证就是对机床改造在技术上是否能够保障改造成功以及从改造后维护角度论证.具体的应从机床本身、加工对象的要求和市场可供性三方面分析。3.2机床本身能否进行机床数控化改造主要取决于机床本身的条件,如:机床磨损程度、刚度以及机床的技术寿命等。(1)机床磨损程度、刚度。C6140是1995年5月出厂，主要用于教学实习，机床本身折合使用年限小于5年，机床几何精度仍等于原新机床的精度。普通机床结构上有先天性不足，刚度低、抗振性差、滑动摩擦阻力较大及传动元件存在间隙等。改造中将有目的改造其中部分结构，以满足数控机床最基本的要求。(2)技术寿命的计算。现在数控机床以其高自动化、高精度化、高速化及复合化的发展趋势，数控化率逐年提高，大有取代普通机床的趋势，而且数控机床的数控装置（CNC）技术寿命一般为2～3年，数控技术发展迅猛。故为了改善原机床性能、满足教学和加工要求，对原机床进行数控化改造，同时也延长了原机床的技术寿命。3.3加工对象分析机床的加工对象分析主要涉及被加工对象的几何参数及公差要求。零件的几何形状决定了所选数控系统应具备的功能，公差范围决定了数控系统的控制精度、脉冲当量。改造后的数控车床，主要用于教学实习，其加工范围为车外圆、内孔、螺纹、锥形体、球体、切槽、切断等及带有复杂型面的卡盘类零件。加工精度要求小于0.01mm，现在市场上出售的一般经济型数控系统其脉冲当量为0.005mm～0.01mm，能够满足上述型面的加工要求，在技术上是可行的。3.4市场可供性所谓市场可供性就是研究市场是否能够方便及时地提供改造用的各种备件，以保证备件的供应。机床数控化改造计划实施应有本地区机电一体化供应的基本条件，这样不仅改造周期短，而且有利于保证维修及技术咨询服务。就本机床改造而言，市场上已建立了一套机电一体化配套产品代理机构，对于C6140改造而言市场可供性好。综上所述，对原机床进行数控化改造符合技术可行性要求。第4章总体方案的确定4.1总体方案设计要求（1）卧式车床数控化改造后应具有单坐标定位,两坐标直线插补、圆弧插补以及螺纹插补的功能。因此，数控系统应设计成连续控制型。（2）卧式车床经数控化改造后属于经济型数控机床，在保证一定加工精度的前提下，应简化结构，降低成本。因此，进给伺服系统常采用步进电动机的开环系统。（3）为了达到技术指标中的速度和精度要求，纵、横向的进给传动应选用摩擦力小、传动效率高的滚珠丝杠螺母副；为了消除传动间隙、提高传动刚度，滚珠丝杠的螺母应有消间隙机构。（4）计算选择步进电动机，为了圆整脉冲当量，可能需要减速轮副，且应有消间隙机构。（5）采用贴塑导轨，以减小导轨的摩擦力。（6）选择四工位自动回转刀架，选择螺纹编码器等。总体方案设计图如下图4-1所示：进给伺服系统总体方案方框图如图4-2所示：4.2设计参数设计参数包括车床的部分技术参数和设计数控进给伺服系统所需要的参数。现列出C6140卧式车床的技术数据：名称技术参数 在床身上400mm工件最大直径 在刀架上210mm顶尖间最大距离650;900;1400;1900mm 宋制螺纹mm112(20种)加工螺纹范围英制螺纹t/m 224(20种)模数螺纹mm0.253(11种)径节螺纹t/m 796(24种)最大通过直径48mm孔锥度 莫氏6#主轴正转转速级数 24正转转速范围 10—1400r/min反转转速级数 12 反转转速范围 141580r/min 纵向级数 64 进给量 纵向范围 横向级数 64 横向范围 滑板行程横向 320mm 纵向 650;900;1400;1900mm 最大行程 140mm 最大回转角 ±90°刀架 刀杠支承面至中心的距离 26mm 刀杠截面B×H 25×25mm 顶尖套莫氏锥度 5#尾座 横向最大移动量 ±10mm外形尺寸长×宽×高 2418×1000×1267mm圆度 0.01mm工作精度 圆柱度 200:0.02 平面度 0.02/φ300mm 表面粗糙度Ra μm 主电动机 7.5kw电动机功率 总功率 7.84kw改造设计参数如下:最大加工直径 在床面上400mm 在床鞍上 210mm最大加工长度 1000mm快进速度 纵向 2.4m/min 横向 1.2m/min最大切削进给速度 纵向 0.5m/min 横向 0.25m/min溜板及刀架重力纵向 800N 横向 600N代码制 ISO脉冲分配方式逐点比较法输入方式增量值、绝对值通用控制坐标数2脉冲当量纵向 0.01mm/脉冲横向 0.005mm/脉冲机床定位精度 ±0.015mm刀具补偿量 0mm99.99mm进给传动链间隙补偿量纵向 0.15mm 横向 0.075mm自动升降速性能有第5章进给传动部件的计算和选型纵、横向进给传动部件的计算和选型主要包括：确定脉冲当量、计算切削力、选择滚珠丝杠螺母副、选择步进电动机等。以下详细介绍纵向进给机构，横向进给机构与纵向类似，在此从略。5.1脉冲当量的确定根据设计任务的需要，X方向（横向）的脉冲当量为δx=0.005mm/脉冲，Z方向（纵向）为δz=0.01mm/脉冲。5.2切削力的计算假设工件材料为碳素结构钢，δb=650MPa；选用刀具材料为硬质合金YT15；刀具几何参数为：主偏角Κr=60°，前角ｒ。=10°，刃倾角λZ=-5°；切削用量为：背吃刀量αp=3mm，进给量f=0.6mm/r，切削速度νC=105m/min。由《金属切削原理》查表3-1得：CFC=2795,xfc=1.0，yfc=0.75，nfc=-0.15。查表3-3得：主偏角Κr的修正系数KkrFc=0.94；刃倾角、前角和刀尖圆弧半径的修正系数值均为1.0。由经验公式：主切削力Fc=CFc.aPxFc.fyFc.vcnFc.KFc(1) 背向力FP=CFP.aPxFO.fyFO.vcnFO.KF0(2)进给力Ff=CFf.aPxFf.fyFf.vcnFf.KFf(3)算得主切削力Fc=2673.4N。由经验公式Fc：Ff：Fp=1:0.35:0.4，算得纵向进给切削力Ff=935.69N，背向力=1069.36N。5.3滚珠丝杠螺母副的计算和选型（纵向）5.3.1工作载荷Fm的计算已知移动部件总重G=1300N；车削力Fc=2673.4N，Fp=1069.36N,Ft=935.69N。根据Fz=Fc，Fy=Fp，Fx=Ff的对应关系，可得：Fz=2673.4N，Fy=1069.36N，Fx=935.69N。选用矩形—三角形组合滑动导轨，由公式Fm=KFx+μ（Fz+G），取K=1.15，μ=0.16，代入Fm=KFx+μ(Fz+G)，得工作载荷Fm≈1712N。5.3.2最大动载荷FQ的计算设本车床Z向在承受最大切削力条件下最快的进给速度v=0.8m/min，初选丝杠基本导程Ph=6mm，则此时丝杠转速n=1000v/Ph≈133r/min。取滚珠丝杠的使用寿命T=15000h，代入Lo=60nT/106，得丝杠寿命系数Lo=119.7（单位为：106r）取载荷系数fW=1.15，再取硬度系数fH=1，代入式FQ=fWFHFm，求得最大动载荷FQ≈9703N。5.3.3初选型号根据计算出的最大动载荷，查FL系列滚珠丝杠副有关参数，选择启东润泽机床附件生产的FL4006型滚珠丝杠副。其公称直径为40mm，基本导程为6mm，双螺母滚珠总圈数为3x2圈=6圈，精度等级取4级，额定动载荷为13200N，满足要求。5.3.4传动效率η的计算将公称直径d0=40mm，基本导程为6mm，代入λ=arctan[Ph/(πdo)]，得丝杠螺旋升角λ=2°44″。将摩擦角φ=10′，代入η=tanλ/tan(λ+φ)，得传动效率η=94.2%。5.3.5刚度的验算（1）纵向滚珠丝杠副的支承，采取一端轴向固定，一端简支的方式，固定端采取一对推力角接触球轴承，面对面组配。丝杠加上两端接杆后，左、右支承的中心距离约为a=1497mm；钢的弹性模量E=2.1x105MPa；查FL系列滚珠丝杠副有关参数得Dw=3.9688mm，算得丝杠底径d2=公称直径do-滚珠直径Dw=36.0312mm，则丝杠截面积S=πd22/4=1019.64mm2。忽略δ1=±±中的第二项，算得丝杠在工作载荷Fm作用下产生的拉/压变形量δ1=Fm/3(ES)≈0.01197mm。（2）根据公式Z=（πdo/Dw）-3，求得单圈滚珠数目Z=29；该型号丝杠为双螺母，滚珠总圈数为3x2=6，则滚珠总数量Z∑=29x6=174。滚珠丝杠预紧时，取轴向预紧力FYJ=Fm/3≈571N。则由式δ2=0.0013，求得滚珠与螺纹滚道间的接触变形量δ2≈0.00117mm。因为丝杠加有预紧力，且为轴向负载的1/3，所以实际变形量可减少一半，取δ2=0.000585mm。（3）将以上算出的δ1和δ2代入δ总=δ1+δ2，求得丝杠总变量（对应跨度1497mm）δ总=0.012555mm=12.555μm。查行程偏差和变动量表知，4级精度滚珠丝杠任意300mm轴向行程内行程的变动量允许16μm，而对于跨度为1497mm的滚珠丝杠，总的变形量δ总只有12.555μm，可见丝杠刚度足够。5.3.6压杆稳定性校核根据式Fk=≥Fm计算失稳时的临界载荷Fk。查丝杠支承系数表，取支承系数k=2；由丝杠底径d2=36.0312mm，求得截面惯性矩I=πd24/64≈82734.15mm4；压杆稳定安全系数K取3（丝杠卧式水平安装）；滚动螺母至轴向固定处的距离a取最大值1497mm。代入式Fk=≥Fm，得临界载荷Fk≈51012N，远大于工作载荷Fm（1712N），故丝杠不会失稳。综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。5.4步进电动机的计算与选型(纵向)5.4.1计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq已知：滚珠丝杠的公称直径do=40mm，总长（带接杆）l=1560mm，导程Ph=6mm，材料密度ρ=7.85x10-3Kg3；纵向移动部件总重量G=1300N；同步带减速箱大带轮宽度28mm，节径54.57mm，孔径30mm，轮外径42mm，宽度14mm；小带轮宽度28mm，节径45.48mm，孔径19mm，轮外径29mm，宽度12mm；传动比i=1.2。查常用转动惯量计算表，可以算得各个零部件的转动惯量如下（具体计算过程从略）：滚珠丝杠的转动惯量Js=30.78Kg2；床鞍折算到丝杠上的转动惯量Jw=1.21Kg2；小带轮的转动惯量Jz1=0.95Kg2；大带轮的转动惯量Jz2=1.99Kg2。在设计减速箱时，初选的纵向步进电动机型号为130BY5501，从永磁感应式步进电动机的技术参数表查得该型号电动机转子的转动惯量Jm=33Kg2。则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为：Jeq=Jm+Jz1+(Jz2+Jw+Js)/i225-1电动机简图5-2永磁感应式步进电动机的技术参数表5.4.2计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq分快速空载启动和承受最大工作负载两种情况进行计算。1.快速空载启动时电动机转轴所承受的负载转矩Teq1由式Teq1=Tamax+Tf+To可知，Teq1包括三部分：快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩Tamax、移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩Tf、滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩To。以为滚珠丝杠副传动效率很高，根据To=(FYJPh/2πηi)(1-ηo2)式可知，To相对于Tamax和Tf很小，可以忽略不计。则有：Teq1=Tamax+Tf(4)根据Tamax=Jeqε=2πJeqnm/60ta式，考虑纵向传动链的总效率η，计算快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩：Tamax=（2πJeqnm/60ta）.1/η(5)式中nm对应纵向空载最快移动速度的步进电动机最高转速，单位为r/min；ta步进电动机由静止到加速至nm所需的时间，单位为s。其中：nm=Vmaxα/360°δ(6)式中Vmax纵向空载最快移动速度，任务书指定为6000mm/min；α纵向步进电动机步矩角，为0.72°；δ纵向脉冲当量，本例δ=0.01mm/脉冲。将以上各值代入式nm=Vmaxα/360°δ，算得nm=1200r/min。设步进电动机由静止到加速至nm转速所需时间Ta=0.4s，纵向传动链总效率η=0.7；则由式Tamax=（2πJeqnm/60ta）.1/η求得：Tamax=2πx57.55x10-4x1200/60x0.4x0.7N.m≈由式Tf=F擦Ph/2πηi可知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为：Tf=μ（Fc+G）Ph/2πηi(7)式中μ导轨的摩擦因数，滑动导轨取0.16；Fc垂直方向的工作负载，空载时取0；η纵向传动链总效率，取0.7。则由式Tf=μ（Fc+G）Ph/2πηi，得：Tf=0.16x(0+1300)x0.006/2πx0.7x1.2N.m≈0.24N.m最后由式Teq1=Tamax+Tf，求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩为：Teq1=Tamax+Tf=2.82N.M2.最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩Teq2由式Teq2=Tf+Tt+To可知，Teq2包括三部分：折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩Tt、移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩Tf、滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩To。To相对于Tt和Tf很小，可以忽略不计。则有：Teq2=Tf+Tt(8)其中，折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩Tt由式子Tt=FfPh/2πηi

计算。本例中在对滚珠丝杠进行计算的时候，已知进给方向的最大工作载荷Ff=935.69N，则有：Tt=FfPh/2πηiπx0.7x1.2N.m=1.06N.m再由式Tf=F擦Ph/2πηi计算承受最大工作负载（Fc=2673.4N.m）情况下，移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩：Tf=μ（Fc+G）Ph/2πηi=0.16x(2673.4+1300)x0.006/2πx0.7x1.2N.m≈0.72N.m最后由式Teq2=Tf+Tt，求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩：Teq2=Tf+Tt=1.78N.m经过上述计算后，得到加在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩：Teq=max﹛Teq1，Teq2﹜=2.82N.m5.4.3步进电动机最大静转矩的选定考虑到步进电动机采用的是开环控制，当电网电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据Teq来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。本例中取安全系数K=4，则步进电动机的最大静转矩应满足：Tjmax≥4Teq=4x2.82N.m=11.28N.m对于前面预选的130BYG5501型步进电动机，由永磁感应式步进电动机的技术参数表5-2查得，其最大静转矩Tjmax=20N.m，可见完全满足式Tjmax≥4Teq=4x2.82N.m=11.28N.m的要求。5.4.4步进电动机的性能校核（1）最快工进速度时电动机输出转矩校核任务书给定纵向最快工进速度Vmaxf=800mm/min，脉冲当量δ=0.01mm/脉冲，由式fmax=Vmax/60δ求出电动机对应的运行频率fmaxf=800/（60x0.01）Hz≈1333Hz。从130BYG5501的运行矩频特性图5-3可以看出，在此频率下，电动机的输出转矩Tmaxf≈17N.m，远大于最大工作负载转矩Teq2=1.78N.m，满足要求。（2）最快空载移动时电动机输出转矩校核任务书给定纵向最快空载移动速度Vmax=6000mm/min，仿照式fmax=Vmax/60δ求出电动机对应的运行频率fmax=6000/(60x0.01)Hz=10000Hz。从图5-2查得，在此频率下，电动机的输出转矩Tmax=3.8N.m，大于快速空载起动时的负载转矩Teq1=2.82N.m，满足要求。5-3130BYG步进电动机的运行矩频率特性曲线（3）最快空载移动时电动机运行频率校核最快空载移动速度Vmax=6000mm/min，对应的电动机运行频率fmax=10000Hz。查永磁感应步进电动机的技术参数表5-2可知130BYG5501的极限运行频率为20000Hz，可见没有超出上限。（4）起动频率的计算2，电动机转子自身的转动惯量Jm=33kg2，查表5-2可知电动机转轴不带任何负载时的最高空载起动频率fq=1800Hz。则由式fL=fq/可以求出步进电动机克服惯性负载的起动频率为：fL=fq/=1087Hz上式说明，要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于1087Hz。实际上，在采用软件升降频时，起动频率选得很低，通常只有100Hz（即100脉冲/s）。综上所述，本例中纵向进给系统选用130BYG5501步进电动机，可以满足设计要求。5.5主轴交流伺服电机的计算与选型5.5.1主轴的变速范围主轴能实现的最高转速与最低转速之比称为变速范围Rn,即Rn=nmax/nmin,数控机床的工艺范围宽，切削速度与刀具，工件直径变化很大，所以主轴变速范围很宽。由于nmax=1800nmin=14Nmax/nj=2nnj/nmin（9）则nj==113r/min这里nj为电动机的额定转速该机床主轴要求的恒功率调速范围Rn为：Rn=nmax/nj（10）=1800/113=15.9主轴电机的功率是：7.5kw5.5.2初选主轴电机的型号选主轴电机的型号为：SIMODRIVE系列交流主轴驱动系统型号为1HP6167-4CB4，连续负载PH/KW=14.5，间歇负载（60%）/kw=17.5kw,短时负载（20min）/kw=19.25kw,额定负载n/r.min=5000，最大转速nmax/r/min=8000,额定转矩277N.m,惯性矩0.206/kg.m晶体管PWM变频器型号为6SC6058-4AA025.5.3主轴电机的校核电动机恒功率调速范围：Rn=nmax/nmin=8000/500=16所以所选电动机型号的调速范围满足主轴所要求的调速范围。第6章绘制进给伺服系统的机械装配图在完成滚珠丝杠螺母副和步进电机的计算选型后可以着手绘制进给伺服系统的机械装配图。在绘制机械装配图时，除了从总体上考虑机床布局情况以及伺服进给机构与原机床的联系外，还应认真的考虑与具体结构设计有关的一些问题。了解原机床的详细结构，从有关资料中查阅床身、纵溜板、横溜板、刀架等的结构尺寸。根据载荷特点和支承形式确定丝杠两端支承轴承的型号，轴承座的结构以及轴承预紧和调节方式，确定齿轮轴支承轴承的型号。考虑各部件之间的定位、联接和调整方法。例如，应保证丝杠两端支承与滚珠丝杠螺母同轴，保证丝杠与机床导轨平行，考虑螺母座。轴承座在安装面上的联接与定位、齿轮箱在安装面上的定位、步进电机在齿轮箱上的联接与定位等。考虑密封、防护、润滑以及安全机构等问题。例如，丝杠螺母的润滑、防尘、防铁屑保护、轴承的润滑及密封、齿轮的润滑及密封、行程限位保护装置等。在进行各零部件结构设计时，应注意装配的工艺性，考虑正确的装配顺序，保证安装、调试和拆卸的方便。此外，注意绘制装配图时的一些基本要求。例如，制图标准、视图布置及图形画法要求、重要的中心距、中心高、联系尺寸和轮廓尺寸的标准、重要配合的标注、装配技术要求、标题栏要求等。第7章元件的选择7.1SZGDBM01光电编码器7.1.1概述

SZGDBM01光电编码器，是常用的位移、角位移、长度、深度等机械量的检测器件，广泛用于化工、冶金、能源、轻工、纺织、电子、机械、汽车等行业。7.1.2主要技术性能SZGDBM01的分类方法

7.2数控刀架/AK21系列刀架：AK21160*4*4C安装图及尺寸：型号ABCL1L2H1HXX1yhФ1Ф2MH3H4NAK21160×41261261464412252197016017011230.5132082//44AK21160×4C1171261463882732177016017011432132060//32主要参数：序号项目AK21160×44C

1刀台方(mm)1602工位数(个)43装刀基面高(mm)≥704装刀基准孔高(mm)/5单工位转位时间(s)3.246刀架转速(r/min)177最大切向力矩(N.m)5008最大颠覆力矩(N.m)12509重复定位精度(mm)0.00510毛重(Kg)3811净重(Kg)3012箱体尺寸(mm)560×400×353结论这次毕业设计持续的时间为8周，时间对于我们来说是非常长的。这次我毕业设计的题目是：把C6140普通车床设计成为经济型数控车床。刚刚接受到这个题目的时候，感觉很难，因为以前从来没有接触过这方面的设计，头脑里一个最基本的概念都没有，后来老师给我们大体上讲了一下基本过程，经过一个星期的研究，终于有一点眉目，再经过两个星期资料搜集，包括车床的说明书等等，设计进入了正式的轨道。在生活逐渐自动化的今天，对加工制造的精度和加工效益都提出了很高的要求，因此对机床等加工设备提出了很高的要求。以前单一的靠手工操作的机床，在很大程度上已经不能满足现代化的要求，数控机床的改造已经成为一种必要。但这次机床的改造是在原有的机床上换掉部分零部件，使它具有数控机床的基本功能，如不用手工操作能自动控制进给量等。但又考虑到改造成的是经济型数控车床，所以在选材等方面，必须考虑到经济这一重要问题。因为我以前的基础知识掌握得不牢固，在这次设计中确实是遇到了很多的问题，但在这过程中，我又学会了很多东西，在以前的小设计中，有些能马马虎虎过去的问题，就糊里糊涂过去了，可这次是一切正规化，不能有半点含糊，因此压力又大了很多，但是只要有一个明确的目标，乐在其中，特别是把以前学过的知识又温习了一下，而且把很多门课程都串联在一起，形成一个大的框架，这样确实是有一种豁然开朗、焕然一新的感觉。通过这最后的毕业设计，我从一开始的只要完成任务的心态到后来的主动去学习，去努力的学习态度，这是一个不小的进步，并且把以前学过的知识融汇贯通，看到了自己的许多不足之处。老师也给我提出了很高的要求，它要求我每一个零部件都要按照标准去查手册。另外，我也学会了互相帮助，互相学习，合作的团体精神，严格要求自己，形成严谨治学的学习态度，这将会带到我们以后的工作中去。致谢本文的设计得到了指导教师陈立万老师的精心指导，同时也得到了蒋崇波老师的关心和大力支持，使得本次毕业设计得以顺利地完成。在设计过程中，蒋老师多次提出建设性的意见，给我们指明了方向，讲解数控设备、数控技术的发展趋势，提出了课题的研究思路和方向。我衷心地感谢陈老师和蒋老师对我的谆谆教诲，在这过程中每当我遇到问题时，不论何时找到老师，他总能耐心地给出详尽的解答，这使我感激不尽，铭记于心。在此我衷心地祝愿陈老师和蒋老师事业蒸蒸日上，家庭美满幸福。参考文献

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[20]大连理工大学工程画教研室主编.机械制图.北京:高等教育出版社，1993英文摘要CNChorizontallatheC6140transformationdesignLIJingChongqingThreeGorgesUniversityApplicationInstituteofTechnologyDepartmentofMechanicalDesignandAutomation2005ChongqingWanzhou404000AbstractChinaistraditionallyamechanicalmanufacturingbigcountry,butitsequipmentlevelfallsbehind,especiallyforthatsomeoldmachinerymanufacturesstillhaveout-datedtoolmachineswhicharebeyondtheprocessingrequirements.Asforcurrentsituationofmanufacturingindustry'stechnology,itisthetrendtoreformandpromotethetraditionalmanufacturingequipmentswithmoderntechnology.ThetopicistocarryoutnumericalcontrolreformtowardsC6140Lathe.Throughwhichpeoplecanseekoutaviableandvaluable-to-expandtechnicalequipmentsreformmethodssothatitcansolvetheproblemsowingtotheout-datedequipmentsandpromotethetraditionalmechanicalmanufacturingequipments.Thisintroductionofthedesignincluded:Thedraw-upofthegeneraloutline,thedecisionandverifyofthetotaldesignalprojection,thereformsdesigntothepartsofthelordspreadstomove,thereformsdesigntothesystemofserveenters,thechoiceanddesigntotheknifewhichturnautomatically,theconstructionsdesignofcodingdishgearingpart,andsoon.whiletheMotorcyclebeenreformed,thelordexercisesrealizetochangespeedautomatically.lengthways,horizontalentertoproceedtosystemthenumbercontrolsthecontrol,andrequesttoattainlengthwaysminimumsportunitas0.01mm/pulse,horizontalminimumsportunitas0.005mm/pulse,knifemustbetheautomaticcontrolaknifewhichisturningautomatically,anditisabletoslicethethreadautomatically.

Keywords:machineryToolReformCNCTechnologythesystemofentersrollthebeadinsilkautomaticknife附表1名称符号单位步进电机的步距角b(°)/脉冲脉冲当量mm滚珠丝杠导程Phmm转动惯量JKg.m2直径dmm机床电机功率PeKW滚珠丝杠公称直径domm滚珠丝杠螺纹外径d1mm滚珠丝杠螺纹底径d2mm滚珠丝杠滚珠直径Dwmm传动效率N滚珠丝杠预紧力FyjN工作载荷FmN滚珠丝杠最大动载荷FQN最大静转矩MjmaxN加在步进电动机转轴上的总转动惯量JeqN．m加在步进电动机转轴上的等效负载转矩TeqN．m主切削力FcN背向力FpN进给力FfN滚珠丝杠最大工作载荷FmN折算到电动机转轴上的最大加速转矩Teq1N．m快速空载起动时电动机转轴所承受的等效负载转矩Teq1N．m目录绪论1编程基础21.1编程的概念21.2数控机床的机床坐标系41.3编程中的数学处理7第2章数控加工工艺设计92.1数控加工工艺的主要内容92.2数控加工工艺设计方法112.3填写数控加工技术文件13第3章加工中心143.1常用指令的区别及编程技巧143.2加工中心综合实例15体会与感受24参考资料25

绪论随着科学技术和社会的不断发展，机械制造技术有了深刻的变化。由于社会对产品多样化的需求更加强烈，多品种、中小批量生产的比重明显增加，采用传统的普通加工设备已难于适应高效率、高质量、多样化的加工要求。机床数控技术的应用，一方面促使机械加工的大量前期准备工作与机械加工过程连为一体；另一方面，促使机械加工的全过程与柔性自动化水平不断提高，即提高了制造系统适应各种生产条件变化的能力。数控机床是以数字化信息实现机床控制的，它把刀具与工件之间的相对位置、机床电动机的起动和停止、主轴变速、工件的松开夹紧、刀具的选择、冷却泵的起动和停止等各种操作和顺序动作等信息，用代码化的数字信息通过控制介质送入数控装置或计算机，经译码处理与运算，发出各种指令控制机床伺服系统和其他执行元件，使机床自动加工出所需的工作。数控机床的突出特点是当加工工件改变时，除了重新装夹工件和更换刀具外，只需改变零件加工的控制信息（程序），而不需要对机床作任何调整。这种灵活、通用、能迅速适应工件变更的特性，称为柔性。传统的自动加工机械不具备柔性特点，数控机床因为使用了计算机，因而增强了机床的柔性。几十年来，人们普遍认为五轴数控加工技术是加工连续、平滑、复杂曲面的惟一手段。一旦人们在设计、制造复杂曲面遇到无法解决的难题，就会求助五轴加工技术。早在20世纪60年代，国外航空工业生产中就开始采用五轴数控铣床。目前五轴数控机床的应用仍然局限于航空、航天及其相关工业。五轴联动数控是数控技术中难度最大、应用范围最广的技术，它集计算机控制、高性能伺服驱动和精密加工技术于一体，应用于复杂曲面的高效、精密、自动化加工。国际上把五轴联动数控技术作为一个国家生产设备自动化水平的标志。由于其特殊的地位，特别是对于航空、航天、军事工业的重要影响，以及技术上的复杂性，因而，研究五轴数控加工技术对国家科技力量和综合国力的提高有重要意义。近几年国际、国内机床展表明，数控机床正朝着高速度、高精度、复合化的方向发展。复合化的目标是在一台机床上利用一次装夹完成大部分或全部切削加工，以保证工件的位置精度，提高加工效率。国外数控镗铣床、加工中心为适应多面体和曲面零件加工，均采用多轴加工技术，包括五轴联动功能。在加工中心上扩展五轴联动功能，可大大提高加工中心的加工能力，便于系统的进一步集成化。最近国际机床业出现了一个新概念，即万能加工，数控机床既能车削又能进行五轴铣削加工。五轴数控机床在国内外的实际应用表明，其加工效率相当于两台三轴机床，甚至可以完全省去某些大型自动化生产流水线的投资，大大节约了占地空间和工件在不同制造单元之间的周转运输的时间和花费。第1章数控程序编制基础按照加工程序，自动的对被加工工件进行加工。把从数控系统外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序，简称为数控程序，它是机床数控系统的应用软件。与数控系统应用软件相对应的是数控系统内部的系统软件，系统软件是用于数控系统工作控制的。数控系统的种类繁多，它们使用的数控程序语言规则和格式也不尽相同，本章以ISO国际标准为主来介绍加工程序的编制方法。当针对某一台数控机床编制加工程序时，应该严格按机床编程手册中的规定进行程序编制。1.1数控程序编制的概念在编制数控加工程序前，应首先了解：数控程序编制的主要工作内容，程序编制的工作步骤，每一步应遵循的工作原则等，最终才能获得满足要求的数控程序。数控程序编制的定义编制数控加工程序是使用数控机床的一项重要技术工作，理想的数控程序不仅应该保证加工出符合零件图样要求的合格零件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，使数控机床能安全、可靠、高效的工作。1、数控程序编制的内容及步骤

数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。如图1.1所示，编程工作主要包括：（1）分析零件图样和制定工艺方案这项工作的内容包括：对零件图样进行分析，明确加工的内容和要求；确定加工方案；选择适合的数控机床；选择或设计刀具和夹具；确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。这一工作要求编程人员能够对零件图样的技术特性、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，并结合数控机床使用的基础知识，如数控机床的规格、性能、数控系统的功能等，确定加工方法和加工路线。（2）数学处理 程

序

程

序

校

验编

写

程

序数

学

处

理分析零件图样和制定工艺方案修改修改图1.1数控程序编制的内容及步骤在确定了工艺方案后，就需要根据零件的几何尺寸、加工路线等，计算刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。数控系统一般均具有直线插补与圆弧插补功能，对于加工由圆弧和直线组成的较简单的平面零件，只需要计算出零件轮廓上相邻几何元素交点或切点的坐标值，得出各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标值等，就能满足编程要求。当零件的几何形状与控制系统的插补功能不一致时，就需要进行较复杂的数值计算，一般需要使用计算机辅助计算，否则难以完成。（3）编写零件加工程序在完成上述工艺处理及数值计算工作后，即可编写零件加工程序。程序编制人员使用数控系统的程序指令，按照规定的程序格式，逐段编写加工程序。程序编制人员应对数控机床的功能、程序指令及代码十分熟悉，才能编写出正确的加工程序。（4）程序检验将编写好的加工程序输入数控系统，就可控制数控机床的加工工作。一般在正式加工之前，要对程序进行检验。通常可采用机床空运转的方式，来检查机床动作和运动轨迹的正确性，以检验程序。在具有图形模拟显示功能的数控机床上，可通过显示走刀轨迹或模拟刀具对工件的切削过程，对程序进行检查。对于形状复杂和要求高的零件，也可采用铝件、塑料或石蜡等易切材料进行试切来检验程序。通过检查试件，不仅可确认程序是否正确，还可知道加工精度是否符合要求。若能采用与被加工零件材料相同的材料进行试切，则更能反映实际加工效果，当发现加工的零件不符合加工技术要求时，可修改程序或采取尺寸补偿等措施。2、数控程序编制的方法数控加工程序的编制方法主要有两种：手工编制程序和自动编制程序。（1）手工编程手工编程指主要由人工来完成数控编程中各个阶段的工作。如图所示。编程手册编程手册工艺人员加工程工艺人员加工程序加

工

程

序

初

稿编程人员工艺规程夹具表零件图样机床表机床表刀具表刀具表修修改

一般对几何形状不太复杂的零件，所需的加工程序不长，计算比较简单，用手工编程比较合适。手工编程的特点：耗费时间较长，容易出现错误，无法胜任复杂形状零件的编程。据国外资料统计，当采用手工编程时，一段程序的编写时间与其在机床上运行加工的实际时间之比，平均约为30：1，而数控机床不能开动的原因中有20%~30%是由于加工程序编制困难，编程时间较长。（2）计算机自动编程自动编程是指在编程过程中，除了分析零件图样和制定工艺方案由人工进行外，其余工作均由计算机辅助完成。采用计算机自动编程时，数学处理、编写程序、检验程序等工作是由计算机自动完成的，由于计算机可自动绘制出刀具中心运动轨迹，使编程人员可及时检查程序是否正确，需要时可及时修改，以获得正确的程序。又由于计算机自动编程代替程序编制人员完成了繁琐的数值计算，可提高编程效率几十倍乃至上百倍，因此解决了手工编程无法解决的许多复杂零件的编程难题。因而，自动编程的特点就在于编程工作效率高，可解决复杂形状零件的编程难题。程序格式1、程序段格式程序段是可作为一个单位来处理的、连续的字组，是数控加工程序中的一条语句。一个数控加工程序是若干个程序段组成的。程序段格式是指程序段中的字、字符和数据的安排形式。现在一般使用字地址可变程序段格式，每个字长不固定，各个程序段中的长度和功能字的个数都是可变的。地址可变程序段格式中，在上一程序段中写明的、本程序段里又不变化的那些字仍然有效，可以不再重写。这种功能字称之为续效字。程序段格式举例：N30G01X100Y30F500S1000T02M08

N40X90（本程序段省略了续效字“G01，Y30，F500，S3000，T02，M08”，但它们的功能仍然有效）2、加工程序的一般格式（1）程序开始符、结束符程序开始符、结束符是同一个字符，ISO代码中是%，EIA代码中是EP，书写时（2）程序名要单列一段。程序名有两种形式：一种是英文字母O和1～4位正整数组成；另一种是由英文字母开头，字母数字混合组成的。一般要求单列一段。（3）程序主体程序主体是由若干个程序段组成的。每个程序段一般占一行。（4）程序结束指令程序结束指令可以用M02或M30。一般要求单列一段。1.2数控机床的坐标系在数控编程时，为了描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证纪录数据的互换性，数控机床的坐标系和运动方向均已标准化。机床坐标系1、机床原点的设置机床原点是指在机床上设置的一个固定点，即机床坐标系的原点。它在机床装配、调试时就已确定下来，是数控机床进行加工运动的基准参考点。2、机床参考点机床参考点是用于对机床运动进行检测和控制的固定位置点。机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的，坐标值已输入数控系统中。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。数控机床开机时，必须先确定机床原点，而确定机床原点的运动就是刀架返回参考点的操作，这样通过确认参考点，就确定了机床原点。只有机床参考点被确认后，刀具（或工作台）移动才有基准。编程坐标系编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。编程坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。编程原点是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点。

编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致。加工坐标系1、加工坐标系的确定加工坐标系是指以确定的加工原点为基准所建立的坐标系。加工原点也称为程序原点，是指零件被装夹好后，相应的编程原点在机床坐标系中的位置。在加工过程中，数控机床是按照工件装夹好后所确定的加工原点位置和程序要求进行加工的。编程人员在编制程序时，只要根据零件图样就可以选定编程原点、建立编程坐标系、计算坐标数值，而不必考虑工件毛坯装夹的实际位置。对于加工人员来说，则应在装夹工件、调试程序时，将编程原点转换为加工原点，并确定加工原点的位置，在数控系统中给予设定（即给出原点设定值），设定加工坐标系后就可根据刀具当前位置，确定刀具起始点的坐标值。在加工时，工件各尺寸的坐标值都是相对于加工原点而言的,这样数控机床才能按照准确的加工坐标系位置开始加工。2、加工坐标系的设定方法一：在机床坐标系中直接设定加工原点。在配置FANUC-OM系统的立式数控铣床上设置加工原点03。（1）加工坐标系的选择编程原点设置在工件轴心线与工件底端面的交点上。设工作台工作面尺寸为800mm×320mm，若工件装夹在接近工作台中间处，则确定了加工坐标系的位置，其加工原点03就在距机床原点O1为X3、Y3、Z3处。并且X3=-345.700mm,Y3=-196.220mm,Z3=-53.165mm。（2）设定加工坐标系指令1）G54～G59为设定加工坐标系指令。G54对应一号工件坐标系，其余以此类推。可在MDI方式的参数设置页面中，设定加工坐标系。如对已选定的加工原点O3，将其坐标值

X3=-345.700mm，Y3=-196.220mm，Z3=-53.165mm

设在G54中，则表明在数控系统中设定了1号工件加工坐标。2）G54～G59在加工程序中出现时，即选择了相应的加工坐标系。方法二：通过刀具起始点来设定加工坐标系。(1)加工坐标