数控机床的基本应用本科论文

冶金职业技术学院毕业设计论文开 题 报 告题 目：数控机床的基本应用系 部： 机械工程系 专业名称：数控技术应用 一、 文献综述根据当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状,我想在此基础上浅谈一下在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下,发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性。1、装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度,数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工的使能技术和最基本的装备。当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资,不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业,而且在高精尖数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之,大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。2、数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品,即所谓的数字化装备,其技术围覆盖很多领域：机械制造技术；信息处理、加工、传输技术；自动控制技术；伺服驱动技术；传感器技术；软件技术等。3、数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,使制造业成为工业化的象征,而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大,他对国计民生的一些重要行业IT、汽车、轻工、医疗等的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。二、主要容因本人知识有限,经验匮乏,本论文只能在数控的基本应用上和大家探讨一下,主要包括：1、机床的产生、发展与分类； 2、数控机床的分类要点； 3、加工工艺； 4、运用编程简单加工制作零件; 5、提出合理的防护措施.三、预期目标希望通过本设计中选择刀具,对数控机床工具系统的特点、数控机床刀具材料和使用围有了较深的了解,基本掌握了数控机床刀具的使用方法；经过设计加工方案,进一步了解了工件定位的基本原理、定位方式与定位元件及数控机床用夹具的种类与特点,对教材中有关定位基准的选择原则与数控加工夹具的选择方法有了更深的了解；经过编制零件的加工程序,基本熟悉数控编程的主要容及步骤、编程的种类、程序结构与格式,对数控编程前数学处理容、基点坐标、辅助程序段的数值计算有了进一步的认识。同时希望在完成毕业设计的过程中,可以使我对大学四年所学的知识有了一次全面的综合运用,可以熟练掌握数控的基本知识。例如：数控编程、工艺分析,这些对今后的工作发展都会有很大的帮助。数控技术是未来制造业不可缺少的一部分,将在经济发展与社会进步的今天发挥重要作用。另外,工艺设计、数值计算及程序编制的过程比较繁重,设计过程当中自己不断学习和实践,每解决一个问题,都会感到不尽的喜悦和兴奋。四、主要参考资料1.数控技术毕业设计指导.良根.吴青松.何世松主编.：理工大学.2009.2.数控加工工艺.庞浩.文星主编.：理工大学.2007.3.数控加工技术基础.志宏、揭晓主编.：电子工业.2007.4.模具数控加工技术.志宏主编.：理工大学.2007.5.数控编程.立、丁辉主编.：理工大学.2007.6.机械CAD/CAM应用技术.兵主编.：冶金工业.2008.7.机械制造2008版.谨主编.：机械工业,2008.8.数控技术原理及应用.恩林主编.：国防工业.2008重印.9.共差配和与量测实训.任晓莉、钟建华主编.：理工大学.2007.毕业设计论文题目数控机床的基本应用指导教师意见指导教师签字：年 月 日冶金职业技术学院毕业设计论文过程记录表起 迄 日 期工 作 进 度备 注1. 1月1日1月15日搜集有关的课题资料,学习并熟悉设计所需软件；华中数控系统2. 1月15日2月10日翻阅资料,完成开题报告；数控机床、车床的发展3. 2月11日2月15日进行数控加工工艺分析4.2月16日-2月20日车间实习装卸刀具5.2月21日-2月24日输入程序,加工零件6.2月25日-2月29日熟悉加工流程,参加培训7. 3月1日3月27日撰写毕业论文；8. 4月1日4月15日交指导老师批阅并修改。冶金职业技术学院毕业设计 题 目: 数控机床的基本应用 系 ： 机械工程系 专业名称： 数控技术应用 _ 房 琛 号： 1 指导 周 贤 提交时间： 20XX4月14日 毕业设计论文任务书I、毕业设计题目： 数控机床的基本应用II、毕 业设计技术要求： 1、了解数控机床的产生、发展与分类； 2、了解数控机床的分类要点； 3、掌握数控机床加工工艺； 4、运用编程简单加工制作零件; 5、提出合理的防护措施.III、毕 业设计工作容及完成时间：1.12月25日1月5日搜集有关的课题资料,学习并熟悉设计所需软件；2. 1月16日2月10日翻阅资料,完成开题报告；3. 2月11日2月15日进行数控加工工艺分析及编程制作零件。4. 3月16日3月27日撰写毕业论文；5. 4月10日4月15日交指导老师批改。 、主 要参考资料：1 中国机械工程学会材料学会.数控编程.:机械工业, 19872 国家机械工业委员会.数控加工工艺学.:机械工业, 19873 . 王润孝.机床数控原理.：西北工业大学; 19974 滕宏春.数控原理与数控技术运用.:机械工业, 19985 蔡泽高等.数控机床操作.:中国水利水电,20106 罗敏.数控原理与编程.:机械工业, 2011摘 要 世界制造业转移,中国正在逐步成为世界加工厂。美国、德国、国等国家已经进入工业化发展的高技术密集时代与微电子时代,钢铁、机械、化工等重工业正逐渐向发展中国家转移。我国目前经济发展已经过了发展初期,正处于重化工业发展中期。 未来10年将是中国机械行业发展最佳时期,数控技术也随之迅速发展。数控英文名字：Numerical Control 简称:NC技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行,可自动完成外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工,并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。数控车床种类较多,但主体结构都是由：车床主体、数控装置、伺服系统三大部分组成。数控编程就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数主运动和进给运动速度、切削深度以及辅助操作换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等加工信息,用规定的文字、数字、符号组成的代码,按一定格式编写成加工程序。数控机床程序编制过程主要包括：分析零件图纸、工艺处理、数学处理、编写零件程序、程序校验。关键词 :数控、工业化发展、编程、车床目 录一、摘要 7二、引言数控概述 102.1数控机床的产生 102.2数控机床简介 102.3数控机床的特点 102.4数控机床的组成 122.5数控技术发展趋势 12三、数控机床的发展3.1数控系统的发展 133.2机床的发展趋势 13四、数控机床的分类4.1按加工工艺方法分类 144.2按控制运动轨迹分类 154.3按驱动装置的特点分类 16五、数控加工工艺分析5.1合理选择切削用量 185.2合理选择刀具 185.3合理选择夹具 195.4确定加工路线 195.5加工路线与加工余量的联系195.6夹具安装要点 19六、 数控编程方法6.1数控编程的基本概念 196.2数控编程步骤 196.3数控车床程序的编制 216.4控制尺寸精度的技巧 22七、 数控机床刀具的选用7.1数控机床刀具特点237.2数控机床刀具材料247.3数控机床刀具选择257.4切削用量的选择25八、 零件加工编程实例8.1零件的工艺分析268.2确定加工路线278.3制定加工方案278.4选择刀具及对刀288.5确定工件坐标系、对刀点和换刀点28结语致参考文献一、引言数控技术是先进制造技术的基础,它是综合应用了计算机、自动控制、电气传动、自动检测、精密机械制造和管理信息等技术而发展起来的高新科技。作为数控加工的主体设备,数控机床是典型的机电一体化产品。数控机床代表一个民族制造工业现代化的水平,随着现代化科学技术的迅速发展,制造技术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志。本文主要讨论数控车床的零件加工工艺以及程序编制,主要以FANUC数控系统为例,结合典型零件对数控车零件进行讲解。主要容有关于数控车床的编程方法、编程的注意事项、加工工艺分析、刀具的选用、刀位轨迹计算。二、 数控概述2.1数控机床的产生在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量,单件与小批量生产的零件批量在10100件约占机械加工总量的80%以上。尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防工业更是如此。为了满足多品种,小批量的自动化生产,迫切需要一种灵活的,通用的,能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。2.2数控机床简介数控机床是数字控制机床Computer numerical control machine tools的简称,是一种装有程序控制系统的自动化机床。在运行过程中,不断地引入数字数据,从而对某一生产过程实现自动控制,叫数字控制,简称数控。用计算机控制加工功能,称计算机数控computerized numerical ,缩写。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序,并将其译码,从而使机床动作并加工零件。2.3数控机床特点数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成,它是数控机床的大脑。与普通机床相比,数控机床有如下特点： 1、加工精度高,具有稳定的加工质量； 2、可进行多坐标的联动,能加工形状复杂的零件； 3、加工零件改变时,一般只需要更改数控程序,可节省生产准备时间；4、机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量,生产率高一般为普通机床的35倍； 5、机床自动化程度高,可以减轻劳动强度； 6、对操作人员的素质要求较高,对维修人员的技术要求更高。2.4数控机床的组成2.4.1数控机床一般由下列几个部分组成1、 主机,他是数控机床的主题,包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。 2、数控装置,是数控机床的核心,包括硬件印刷电路板、CRT显示器、键盒、纸带阅读机等以及相应的软件,用于输入数字化的零件程序,并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 3、驱动装置,他是数控机床执行机构的驱动部件,包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时,可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 4、辅助装置,指数控机床的一些必要的配套部件,用以保证数控机床的运行,如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头,还包括刀具及监控检测装置等。 5、编程及其他附属设备,可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。2.5数控机床发展趋势数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。 2.5.1工序集中 20世纪50年代末期,在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心,即自备刀具库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上,工件一次装夹后,机床的机械手可以自动更换刀具,连续的对工件进行多种工序加工。 目前,加工中心机床的刀具库容量可达到100多把刀具,自动换刀装置的换刀时间仅需0.52秒。加工中心机床使工序集中在一台机床上完成,减少了由于工序分散,工件多次安装引起的定位误差,提高了加工精度,同时也减少了机床的台数与占地面积,压缩了半成品的库存量,减少了工序间的辅助时间,有效的提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。2.5.2高速、高效、高精度 高速、高效、高精度是机械加工的目标。数控机床功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展,并取得成熟的应用。全数字交流伺服电机和驱动装置,高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电机,高性能的直线滚动组件,高精度主轴单元等功能部件推广应用,极大的提高数控机床的技术水平。 2.5.3方便使用 数控机床制造厂把建立友好的人机界面、提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面。 2.5.3.1加工编程方便 手工编程和自动编程已经使用了几十年,有了长足的发展,在手工编程方面,开发了多种加工循环、参数编程和除直线、圆弧以外的各种插补功能,CAD/CAM的研究发展,从技术上来讲可以替代手工编程。但是一套适用的CAD/CAM软件加上计算机硬件,投资较大,学习、掌握时间较长,对大多数的简单工件很不经济。近年来,发展起来的图形交互式编程系统WOP,又称面向车间编程,很受用户欢迎。这种编程方式不使用G、M代码,而是借助图形菜单,输入整个图形块以及相应参数作为加工指令,形成加工程序,与传统加工时的思维方式类似。图形交互编程方法在制定标准后,有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法。 2.5.3.1使用方法数控机床普遍采用彩色CRT进行人机对话、图形显示和图形模拟的。有的数控机床将采用说明书、编程指南、润滑指南等存入系统共使用者调阅。三、数控机床的发展3.1 数控系统的发展从年第一台数控机床问世后,数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展,其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控机的通用CNC系统。其中前三代为第一阶段,称作为硬件连接数控,简称系统；后三代为第二阶段,乘坐计算机软件数控,简称系统。3.2 机床的发展趋势数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。 3.2.1工序集中 20世纪50年代末期,在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心,即自备刀具库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上,工件一次装夹后,机床的机械手可以自动更换刀具,连续的对工件进行多种工序加工。目前,加工中心机床的刀具库容量可达到100多把刀具,自动换刀装置的换刀时间仅需0.52秒。加工中心机床使工序集中在一台机床上完成,减少了由于工序分散,工件多次安装引起的定位误差,提高了加工精度,同时也减少了机床的台数与占地面积,压缩了半成品的库存量,减少了工序间的辅助时间,有效的提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。 3.2.2高速、高效、高精度 高速、高效、高精度是机械加工的目标,数控机床因其价格昂贵,在上述三方面的发展也就更为突出。 3.2.3方便使用 数控机床制造厂把建立友好的人机界面、提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面。 3.2.3.1加工编程方便 手工编程和自动编程已经使用了几十年,有了长足的发展,在手工编程方面,开发了多种加工循环、参数编程和除直线、圆弧以外的各种插补功能,CAD/CAM的研究发展,从技术上来讲可以替代手工编程。但是一套适用的CAD/CAM软件加上计算机硬件,投资较大,学习、掌握时间较长,对大多数的简单工件很不经济。 近年来,发展起来的图形交互式编程系统WOP,又称面向车间编程,很受用户欢迎。这种编程方式不使用G、M代码,而是借助图形菜单,输入整个图形块以及相应参数作为加工指令,形成加工程序,与传统加工时的思维方式类似。图形交互编程方法在制定标准后,有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法。 3.2.3.2使用方法 数控机床普遍采用彩色CRT进行人机对话、图形显示和图形模拟的。有的数控机床将采用说明书、编程指南、润滑指南等存入系统共使用者调阅。四、 数控机床的分类4.1 按加工工艺方法分类 4.1.1金属切削类数控机床 与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别,具体的控制方式也各不相同,但机床的动作和运动都是数字化控制的,具有较高的生产率和自动化程度。 在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心,它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的,工件一次装夹后,可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工,特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差,减少了机床的台数和占地面积,缩短了辅助时间,大大提高了生产效率和加工质量。 4.1.2特种加工类数控机床除了切削加工数控机床以外,数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。 4.1.3板材加工类数控机床常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。 近年来,其它机械设备中也大量采用了数控技术,如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。 4.2 按控制运动轨迹分类 4.2.1点位控制数控机床 位置的精确定位,在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标值,不控制点与点之间的运动轨迹,因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动,也可以各个坐标单独依次运动。 这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。 4.2.2直线控制数控机床 直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度,沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工,进给速度根据切削条件可在一定围变化。 直线控制的简易数控车床,只有两个坐标轴,可加工阶梯轴。直线控制的数控铣床,有三个坐标轴,可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统,驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工,它也可算是一种直线控制数控机床。 数控镗铣床、加工中心等机床,它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定围进行调整,兼有点位和直线控制加工的功能,这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。 4.2.3轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制,使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标,而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移,将工件加工成要求的轮廓形状。 常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂,在加工过程中需要不断进行插补运算,然后进行相应的速度与位移控制。 现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现,增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此,除少数专用控制系统外,现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。 4.3 按驱动装置的特点分类4.3.1开环控制数控机床 这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件,伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令,经驱动电路功率放大后,驱动步进电机旋转一个角度,再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转,通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的,即进给脉冲发出去后,实际移动值不再反馈回来,所以称为开环控制数控机床。 开环控制系统的数控机床结构简单,成本较低。但是,系统对移动部件的实际位移量不进行监测,也不能进行误差校正。因此,步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床,特别是简易经济型数控机床。 4.3.2闭环控制数控机床 接对工作台的实际位移进行检测,将测量的实际位移值反馈到数控装置中,与输入的指令位移值进行比较,用差值对机床进行控制,使移动部件按照实际需要的位移量运动,最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲,闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度,也与传动链的误差无关,因此其控制精度高。图1-3所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中A为速度传感器、C为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时,若工作台没有移动,则没有反馈量,指令值使得伺服电动机转动,通过A将速度反馈信号送到速度控制电路,通过C将工作台实际位移量反馈回去,在位置比较电路中与位移指令值相比较,用比较后得到的差值进行位置控制,直至差值为零时为止。这类控制的数控机床,因把机床工作台纳入了控制环节,故称为闭环控制数控机床。 闭环控制数控机床的定位精度高,但调试和维修都较困难,系统复杂,成本高。 4.3.3半闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置如光电编码器等,通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移,然后反馈到数控装置中去,并对误差进行修正。通过测速元件A和光电编码盘B可间接检测出伺服电动机的转速,从而推算出工作台的实际位移量,将此值与指令值进行比较,用差值来实现控制。由于工作台没有包括在控制回路中,因而称为半闭环控制数控机床。 半闭环控制数控系统的调试比较方便,并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体,这样,使结构更加紧凑。 4.3.4混合控制数控机床 将以上三类数控机床的特点结合起来,就形成了混合控制数控机床。混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床,因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与相当高的精度,其传动链惯量与力矩大,如果只采用全闭环控制,机床传动链和工作台全部置于控制闭环中,闭环调试比较复杂。混合控制系统又分为两种形式： 1开环补偿型。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构,另外附加一个校正电路。用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差。 2半闭环补偿型。它是用半闭环控制方式取得高精度控制,再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正,以获得高速度与高精度的统一。其中A是速度测量元件如测速发电机,B是角度测量元件,C是直线位移测量元件。 五、数控机床加工工艺分析数控机床加工工艺与普通机床的加工工艺类似,但由于数控机床是一次装夹,连续自动加工完成所有车削工序,因而应注意以下几个方面。5.1. 合理选择切削用量对于高效率的金属切削加工来说,被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高,刀尖温度会上升,会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%,刀具寿命会减少1/2。进给条件与刀具后面磨损关系在极小的围产生。但进给量大,切削温度上升,后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大,但在微小切深切削时,被切削材料产生硬化层,同样会影响刀具的寿命。用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。然而,在实际作业中,刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时,需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说,可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。5.2. 合理选择刀具1、 粗加工时,要选强度高、耐用度好的刀具,以便满足粗加工时大背吃刀量、大进给量的要求。2、 精加工时,要选精度高、耐用度好的刀具,以保证加工精度的要求。3、为减少换刀时间和方便对刀,应尽量采用机夹刀和机夹刀片。5.3. 合理选择夹具1、 尽量选用通用夹具装夹工件,避免采用专用夹具；2、 零件定位基准重合,以减少定位误差。5.4. 确定加工路线 加工路线是指数控机床加工过程中,刀具相对零件的运动轨迹和方向。1、应能保证加工精度和表面粗糙要求；2、应尽量缩短加工路线,减少刀具空行程时间。5.5加工路线与加工余量的联系目前,在数控机床还未达到普及使用的条件下,一般应把毛坯上过多的余量,特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通机床上加工。如必须用数控机床加工时,则需注意程序的灵活安排。5.6 夹具安装要点 目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的,液压卡盘夹紧要点如下：首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽,卸下拉管,并从主轴后端抽出,再用搬手卸下卡盘固定螺钉,即可卸下卡盘。六、 数控编程方法6.1数控编程的基本概念编程就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数主运动和进给运动速度、切削深度以及辅助操作换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等加工信息,用规定的文字、数字、符号组成的代码,按一定格式编写成加工程序。数控机床程序编制过程主要包括：分析零件图纸、工艺处理、数学处理、编写零件程序、程序校验。6.2数控编程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。6.2.1分析零件图样和工艺处理 根据图样对零件的几何形状尺寸,技术要求进行分析,明确加工的容及要求,决定加工方案、确定加工顺序、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。 同时还应发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力,正确选择对刀点,切入方式,尽量减少诸如换刀、转位等辅助时间。 6.2.2数学处理 编程前,根据零件的几何特征,先建立一个工件坐标系,根据零件图纸的要求,制定加工路线,在建立的工件坐标系上,首先计算出刀具的运动轨迹。对于形状比较简单的零件如直线和圆弧组成的零件,只需计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值。 6.2.3编写零件程序清单 加工路线和工艺参数确定以后,根据数控系统规定的指定代码及程序段格式,编写零件程序清单。 6.2.4程序输入 6.2.5程序校验与首件试切如图1所示,编程工作主要包括：图1 数控程序编制的容及步骤6.3数控车床程序的编制数控车削加工包括外圆柱面的车削加工、端面车削加工、钻孔加工、螺纹加工、复杂外形轮廓回转面的车削加工等。6.3.1 F功能F功能指令用于控制切削进给量。在程序中,有两种使用方法：F后面的数字表示的是主轴每转进给量,单位为mm/r；F后面的数字表示的是每分钟进给量,单位为 mm/min。6.3.2 S功能S后面的数字表示主轴转速,单位为r/min。S后面的数字表示的是最高转速：r/min。S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。6.3.3 T功能T功能指令用于选择加工所用刀具。T后面通常有两位数表示所选择的刀具。但也有T后面用四位数字,前两位是刀具号,后两位是刀具长度补偿号,又是刀尖圆弧半径补偿号。6.3.4 M功能M00：程序暂停,可用NC启动命令CYCLE START使程序继续运行；M01：计划暂停,与M00作用相似,但M01可以用机床任选停止按钮选择是否有效；M03：主轴顺时针旋转；M04：主轴逆时针旋转；M05：主轴旋转停止；M08：冷却液开；M09：冷却液关；M30：程序停止,程序复位到起始位置。例如一些常用的编程代码：G90 绝对值输入； G31 等导程螺纹切削G91 相对值输入； G32 跳步功能G00 快速点定位； M02、M03 程序结束G01 直线插补； M00 程序停机G02、G03 顺圆和逆圆插补； M01 选择停机G28 自动返回参考点； M98 调用子程序G04 暂停； M99 子程序结束6.4控制尺寸精度的技巧 6.4.1修改刀补值保证尺寸精度由于第一次对刀误差或者其他原因造成工件误差超出工件公差,不能满足加工要求时,可通过修改刀补使工件达到要求尺寸,保证径向尺寸方法如下：6.4.1.1绝对坐标输入法根据大减小,小加大的原则,在刀补001004处修改。如用2号切断刀切槽时工件尺寸大了0.1mm,而002处刀补显示是X3.8,则可输入X3.7,减少2号刀补。 6.4.1.2相对坐标法如上例,002刀补处输入U-0.1,亦可收到同样的效果。同理,对于轴向尺寸的控制亦如此类推。如用1号外圆刀加工某处轴段,尺寸长了0.1mm,可在001刀补处输入W0.1。 6.4.2半精加工消除丝杆间隙影响保证尺寸精度对于大部分数控车床来说,使用较长时间后,由于丝杆间隙的影响,加工出的工件尺寸经常出现不稳定的现象。这时,我们可在粗加工之后,进行一次半精加工消除丝杆间隙的影响。如用1号刀G71粗加工外圆之后,可在001刀补处输入U0.3,调用G70精车一次,停车测量后,再在001刀补处输入U-0.3,再次调用G70精车一次。经过此番半精车,消除了丝杆间隙的影响,保证了尺寸精度的稳定。 6.4.3程序编制保证尺寸精度 6.4.3.1绝对编程保证尺寸精度编程有绝对编程和相对编程。相对编程是指在加工轮廓曲线上,各线段的终点位置以该线段起点为坐标原点而确定的坐标系。也就是说,相对编程的坐标原点经常在变换,连续位移时必然产生累积误差,绝对编程是在加工的全过程中,均有相对统一的基准点,即坐标原点,故累积误差较相对编程小。数控车削工件时,工件径向尺寸的精度一般比轴向尺寸精度高,故在编写程序时,径向尺寸最好采用绝对编程,考虑到加工及编写程序的方便,轴向尺寸常采用相对编程,但对于重要的轴向尺寸,最好采用绝对编程。6.4.3.2数值换算保证尺寸精度很多情况下,图样上的尺寸基准与编程所需的尺寸基准不一致,故应先将图样上的基准尺寸换算为编程坐标系中的尺寸。如图2b中,除尺寸13.06mm外,其余均属直接按图2a标注尺寸经换算后而得到的编程尺寸。其中, 29.95mm、16mm及60.07mm三个尺寸为分别取两极限尺寸平均值后得到的编程尺寸。 6.4.4修改程序和刀补控制尺寸数控加工中,我们经常碰到这样一种现象：程序自动运行后,停车测量,发现工件尺寸达不到要求,尺寸变化无规律。如用1号外圆刀加工图3所示工件,经粗加工和半精加工后停车测量,各轴段径向尺寸如下：30.06mm、23.03mm及16.02mm。对此,笔者采用修改程序和刀补的方法进行补救,方法如下。6.4.4.1修改程序原程序中的X30不变,X23改为X23.03,X16改为X16.04,这样一来,各轴段均有超出名义尺寸的统一公差0.06mm；6.4.4.2改刀补在1号刀刀补001处输入U-0.06。经过上述程序和刀补双管齐下的修改后,再调用精车程序,工件尺寸一般都能得到有效的保证。数控车削加工是基于数控程序的自动化加工方式,实际加工中,操作者只有具备较强的程序指令运用能力和丰富的实践技能,方能编制出高质量的加工程序,加工出高质量的工件。七、数控刀具的选用7.1数控机床的刀具特点数控加工对刀具的要求不仅精度高、强度大、刚度好、寿命长。而且要求尺寸稳定、安装调整方便。切削刀具由传统的机械工具实现了向高科技产品的飞跃,刀具的切削性能有显著的提高。切削技术由传统的切削工艺向创新制造工艺的飞跃,大大提高了切削加工的效率。刀具工业由脱离使用、脱离用户的低级阶段向面向用户、面向使用的高级阶段的飞跃,成为用户可利用的专业化的社会资源和合作伙伴。切削刀具从低值易耗品过渡到全面进入三高一专高效率、高精度、高可靠性和专用化的数控刀具时代,实现了向高科技产品的飞跃。成为现代数控加工技术的关键技术。与现代科学的发展紧密相连,是应用材料科学、制造科学、信息科学等领域的高科技成果的结晶。7.2刀具材料数控车床使用的刀具材料一般为高速钢、硬质合金、涂层硬质合金和瓷。在数控切削加工时,数控刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受很大的压力和摩擦,数控刀具在高温下进行切削的同时,还承受切削力、冲击和振动,因此数控刀具材料应满足以下基本条件： 7.2.1硬度 刀具材料必须具有高于工件材料的硬度,常温硬度应在62HRC以上,并要求保持较高的高温硬度。 7.2.2耐磨性 耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力,它是刀具材料力学性能、组织结构和化学性能的综合反映。 7.2.3强度和韧性 一种好的刀具材料,应根据它的使用要求,兼顾硬度和耐磨性两方面的性能,有所侧重。满足高切削力、冲击和振动的条件。 7.2.4耐热性 数控刀具材料应在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和韧性,并有良好的抗扩散、抗氧化能力。 7.2.5导热性和膨胀系数 在其他条件相同的情况下,刀具材料的热导率越大,则由刀具传出的热量越多,有利于降低切削温度和提高刀具使用寿命。线膨胀系数小,则可减少刀具的热变形。 7.2.6工艺性 为了便于制造,要求数控刀具材料有较好的可加工性,包括锻、轧、焊、切削加工和可耐磨性、热处理特性。材料的高温特性对热轧刀具十分重要。7.3数控刀具的选择7.3.1刀片形状的选择 正型前角刀片：对于轮廓加工,小型机床加工,工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负型前角刀片：对于外圆加工,金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。 7.3.2一般外圆车削常用80凸三角形、四方形和80菱形刀片；仿形加工用55、35 菱形和圆形刀片；在机床刚性、功率允许的条件下,大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片,反之选择刀尖角较小的刀片。7.3.3前角的作用 大负前角用于：切削硬材料；需切削刃强度大,以适应断续切削、切削含黑皮表面层的加工条件。 大正前角用于：切削软质材料易切削材料被加工材料及机床刚性差时。7.3.4后角的作用 小后角用于：切削硬材料；需切削刃强度高时。大后角用于：切削软材料；切削易加工硬化的材料。7.3.5主偏角的作用 大主偏角用于：切深小的精加工；切削细而长的工件；机床刚性差时。小主偏角用于：工件硬度高,切削温度大时；大直径零件的粗加工；机床刚性高时。7.3.6副偏角具有减少已加工表面与刀具摩擦的功能 一般为515。7.3.7刃倾角是前刀面倾斜的角度 重切削时,切削开始点的刀尖上要承受很大的冲击力,为防止刀尖受此力而发生脆性损伤,故需有刃倾角。推荐车削时为35。7.4切屑用量的选择数控加工时对同一加工过程选用不同的切削用量,会产生不同的切削效果。合理的切削用量应能保证工件的质量要求如加工精度和表面粗糙度,在切削系统强度、刚性允许的条件下充分利用机床功率,最大限度地发挥刀具的切削性能,并保证刀具具有一定的使用寿命。7.4.1粗车时切削用量的选择粗车时一般以提高效率为主,兼顾经济性和加工成本。提高切削速度、加大进给量和切削深度都能提高生产率。其中切削速度对刀具寿命的影响最大,切削深度对刀具寿命的影响最小,所以考虑粗加工切削用量时首先应选择一个尽可能大的切削深度,以减少进给次数,其次选择较大的进给速度,最后在刀具使用寿命和机床功率允许的条件下选择一个合理的切削速度。7.4.2精车、半精车时切削用量的选择精车和半精车的切削深度是根据零件加工精度和表面粗糙度要求及粗车后留下的加工余量决定的,一般情况是一次去除余量。当零件精度要求较高时,通常留 0.2 0.4 mm 直径值的精车余量。精车和半精车的切削深度较小,产生的切削力也较小,所以可在保证表面粗糙度的情况下适当加大进给量。八、零件加工编程实例8.1零件的工艺分析图2零件8.1.1分析零件图样如图2所示,该零件包括有圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及双线螺纹等表面；其多个直径尺寸有较严的尺寸公差和表面粗糙度值等要求；球面S50mm的尺寸公差还兼有控制该球面形状线轮廓误差的作用。该零件材料为45#钢,可以用60mm棒料,无热处理和硬度要求。8.1.2选定设备根据被加工零件的外形和材料等条件,选定数控车床；其数控系统为FNAUC。8.1.3确定零件的定位基准和装夹方式定位基准：确定坯件轴线和左端大端面设计基准为定位基准。装夹方式：左端采用三爪自定心卡盘夹紧、右端采用活动顶尖支顶的装夹方式。8.1.4确定切削用量8.1.4.1背吃刀量 粗车时,确定其背吃刀量为3mm左右；精车时为0.25mm。8.1.4.2主轴转速 车直线和圆弧轮廓时的主轴转速。参考表1并根据实践经验确定其切削速度为90m/min；粗车时确定主轴转速为500r/min,精车时确定主轴转速为800 r/min。编程中还可以对直线、圆弧采用不同的主轴转速。车螺纹时的主轴转速。主轴转速定为320 r/min。 8.1.4.3进给速度 粗车时,按式时,按式f=nf可选择f1=200mm /min；精车时,兼顾到圆弧插补运行,故选择其f2=60mm /min左右；短距离空行程的f3=300mm /min。8.2确定加工路线按由粗到精、由近到远由右到左的原则,确定加工路线。加工路线自右向左加工,先用1号刀用G70粗加工出零件外轮廓,具体路线为先倒角245切削螺纹实际外径29.6切削26切削36切削圆弧部分切削34切削锥度部分切削56,最后切削螺纹。8.3制定加工方案1、用1号刀粗车外形,留1.0mm直径量的半精车余量。2、用2号刀车螺纹。螺纹大径d=d-0.1P=30-0.1*1.5=29.85mm 螺纹小径d= d-1.3P=29.85-1.3*1.5=27.9mm3、用2号刀精车全部外形。8.4选择刀具及对刀 8.4.1粗、精车用刀具1硬质合金90外圆车刀,副偏角以为60,断屑性能应较好。2 硬质合金60外螺纹车刀,刀尖角取为5930,刀尖圆弧半径取为0.2mm。8.4.2对刀1将粗车用90外圆车刀安装在绝对刀号自动转位刀架的1号刀位上,并定为1号刀。2将精车外形含外螺纹用60外螺纹车刀安装在绝对刀号自动转位刀架的2号刀位上,并定为2号刀。3在对刀过程中,同时测定出2号刀相对于1号刀的刀位偏差。8.5确定工件坐标系、对刀点和换刀点8.5.1加工坐标系如图3所示：O为坐标原图3坐标点示意图8.5.2确定对刀点及换刀点位置1确定对刀点：确定对刀点距离车床主轴轴线30 mm,距离坯件右端端面140 mm；其对刀点在正X和正Z方向并处于消除机械间隙状态。2确定换刀点：为使其各车刀在换刀过程中不致碰撞到尾座上的顶尖,故确定换刀点距离车床主轴轴线60mm,即在正X方向距离对刀点30mm,距离坯件右端端面0 mm,即在Z方向与对刀点一致。九、结语 通过这次毕业设计,使我对大学四年所学的知识有了一次全面的综合运用,例如：数控编程、工艺分析,这些对今后的工作发展都有很大的帮助。数控技术是未来制造业不可缺少的一部分,将在经济发展与社会进步的今天发挥重要作用。我们衷心希望,我国科技界、产业界和教育界通力合作,把握好知识经济给我们带来的难得机遇,迎接竞争全球化带来的严峻挑战,为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列,使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗！致 时光匆匆如流水,转眼便是大学毕业时节,春梦秋云,聚散真容易。在这个美好的季节里,我在电脑上敲出了最后一个字,心中涌现的不是想象已久的欢欣,却是难以言喻的失落。是的,随着论文的终结,意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束,尽管百般不舍,这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的来临。 三年寒窗,所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识,更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式和表达能力,开阔了视野。很庆幸这些年来我遇到了周贤老师,无论在学习上、生活上还是工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾,让我在诸多方面都有所成长。感恩之情难以用语言量度,谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。还要感我的父母,给予我生命并竭尽全力给予了我接受教育的机会,养育之恩没齿难忘；他们不仅培养了我对中国传统文化的浓厚的兴趣,让我在漫长的人生旅途中使心灵有了虔敬的归依,而且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。鸦有反哺之义,羊有跪乳之恩,何况我辈,在未来的日子里,我会更加努力的学习和工作,不辜负父母对我的殷殷期望！我一定会好好孝敬和报答他们！, 还有许多人,也许他们只是我生命中匆匆的过客,但他们对我的支持和帮助依然在我记忆中留底了深刻的印象。在此无法一一罗列,但对他们,我始终心怀感激。最后,我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位师长表示感！ 参考文献1超英等 .数控机床加工工艺、编程及操作实训.：高等教育,20032王洪 .数控加工程序编制.：机械工业,2003 3.古文生 .数控机床及应用.：电子工业,20104董兆伟 .数控机床编程技术.：机械工业,20095樊军庆.机床数控系统的发展趋势.机械工业,20106机械设计与制造工程20XX第30卷第1期 7机电新产品导报20XX第12期8机械 20XX第34卷第8期 9世界制造技术与装备市场 20XX第4期 31 / 32