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论数控机床编程及操作加工毕 业 设 计 任 务 书班 级 数控0804班 学生姓名 谢相苍学 号 0800005338 专 业 数控技术发题日期：2010 年 5 月 20 日 完成日期：2010 年 6 月 4 日题 目：论数控机床工艺编程及操作加工题目类型：工程设计 技术专题研究 理论研究 软硬件产品开发一、毕业设计任务1.熟练掌握caxa数控车或proe自动编程软件（针对自动编程的学生）。2.利用自动编程软件设计已给定数据的机械零件，进行实体造型。3.对生成的实体进行分析，并进行仿真加工。4.进行后置处理，生成并校核g代码。5.了解数控技术和装备发展趋势及对策6.撰写8000字以上的毕业论文。二、应完成的硬件或软件实验三、应交出的设计文件及实物四、指导教师提供的设计资料五、要求学生搜集的技术资料（指出搜集资料的技术领域）六、设计进度安排第一部分（4 周）第二部分 （6 周）第三部分 （2 周）评阅及答辩 （1 周）指导教师： 年 月 日审 批 人： 年 月 日机械学院 2010年制目录一、 引 言.4第一章 绪 论.5(一) 课题的来源及现实意义 1) 本论文的背景及意义2) 课题的意义(二) 数控机床的发展趋势(三) 数控机床的分类第二章 数控加工71) 数控机床的发展过程2) 数控系控的特点：（一）课题零件图（二）基于fanuc-0td数控系统的数控车床进行加 工零件；（三）数控加工工艺分析与加工工艺设计1) 详细数控加工工艺分析；2) 数控加工工艺设计(四) 数控加工、编程与操作(五) 数控设备及相关先进设备安装第三章 数控系统选用.251) 开环步进伺服系统： 2) 闭环数控系统： 3) 半闭环数控系统： 第四章 数控编程plc.26 一、程序首句妙用g00的技巧 二、控制尺寸精度的技巧 三、故障排除方法 四、维修中应注意的事项 二、结论.32三、 致谢.33四、参考文献.34 摘要内容 . 本设计介绍数控机床的发展背景，先进的制造技术，数控车床的原理和结构及在加工中的应用。数控车床零件加工工艺及程序编写。 数控技术集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体，是现代先进制造技术的基础和核心。把传统制造业推进到了信息化制造时代，是现代工业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，是一种知识密集型和资金密集型的技术。数控车床己经成为现代企业的必需品。随着数控技术的不断成熟和发展及市场日益繁荣，其竞争也越来越激烈，人们对数控车床选择也有了更加广阔的范围，对数控机床技术技术的掌握也越来越高。通过本次设计达到对cjk6136型数控车床、mj-50型数控车床、cjk6240型数控车床及分别配备的kent-18t系统、fanuc-0te系统、siemens 802s系统等知识的初步了解及mj-50型数控车床和fanuc-0te系统的应用目的。 关键词：数控车床 fanuc系统 数控编程 加工工艺， 目录 一、 引 言 数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，是典型的机电一体化产品。它的出现及所带来的巨大效益，引起世界各国科技界和工业界的普遍重视。发展数控机床是当前我国机械制造业技术改造的必由之路，是未来工厂企业自动化的基础。 数控加工是机械制造业中的先进加工技术，在生产企业中，数控机床的使用越来越广泛。我国的机械制造行业正急需大批熟悉掌握现代数控机床的编程、操作、故障诊断和维护等技术的应用型人才。 随着数控技术的发展，数控机床不仅在航空、造船、军工等领域广泛使用，而且也进入了汽车、机床等民用机械制造行业。目前，在机械制造行业中，单件小批量的生产所占的比例越来越大，机械产品的精度和质量也在不断的提高。所以，普通机床越来越难以满足加工精密零件的需要。同时由于生产水平的提高，数控机床的价格在不断下降。因此，数控机床被广泛使用。 第一章 绪论（一）、课题的来源及现实意义 数控机床毕业设计是机电一体化专业的学生必须要经历的一个重要的实践环节。通过本环节的锻炼力争能把以前所学的知识融会贯通，从而达到温故而知新的目的，提高解决实际工程课题的能力。根据教学要求，结合自己的资料掌握状况，选择数控机床工艺编程及操作加工作为毕业设计课题。 数控机床正在各行各业中得到广泛的应用。因此研究和设计数控机床有很强的现实意义。微机控制技术正在发挥出巨大的优越性。1.1课题背景及意义两年多来通过对数控专业的学习和一段时间的实习，对数控机床和编程和操作有一定程度的了解和掌握，已经可以进行独立的编程和操作，这时就需要一次来锻炼自己，检验自己的掌握程度。这次设计就达到了这样的目的，使自己更了解数控机床，对它的结构系统等有了一定更进一步的掌握，使自己的理论水平和实际操作水平更上一层楼。1.2课题的意义装备工业的技术水平和现代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业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生活的最基本的生产资料，而数控又是当今先进制造技术和装备最核心和技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造业能力和水平，提高对动态多变市场和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业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。（二）数控机床的发展趋势随着科学技术不断发展，数控机床的发展越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速高柔性化和模块化方向发展。 高性能：随着数控系统集成度的增强，数控机床出实现多台集中控制，甚至远距离遥控。 高精度：数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度保持性要好。 高速度：数控机床各轴运行的速度将大大加快。 高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更高的发展方向，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。模块化：数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际先进水平还有一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周期长，应变能力差。为了缩短与世界水平的差距，有关专家建议机床企业应在以下6个方面着力研究：1.加大力度实施质量工程，提高数控机床无故障率。2.跟踪国际水平，使数控机床向高效高精方面发展。3.加大成套设计开发能力上求突破。4.发挥服务优势，扩大市场占有率。5.多品种制造，满足不同层次的用户。6.模块化设计，缩短开发周期，快速响应市场。数控机床使用范围越来越大，国际市场容量也越来越大，但竞争也会加剧，我们只紧跟先进技术进步的大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。合金钢4.0crni：具有较高的机械强度，热处理性能好，淬火性好，在传递大功率，要求结紧凑，耐磨性好，采用合金钢。三. 数控机床的分类1. 1按加工工艺方法分类1.1. 1金属切削类数控机床1.1. 2特种加工类数控机床1.1. 3板材加工数控机床1. 2按控制控制运动轨迹分类1.2. 1点位控制数控机床1.2. 2直线控制数控机床1.2. 3轮廓控制数控机床1. 3按驱动装置的特点分类1.3. 1开环控制数控机床1.3. 2闭环控制数控机床1.2. 3半闭环控制数控机床1.4混合控制数控机床第二章 数控加工1）数控机床的发展过程自从1952年第一台数控铣床在美国诞生以来，随着电子技术、计算机技术、自动控制和精密测量技术的发展，数控机床得到迅速的发展和更新换代。数控技术的发展先后经历了电子管（1952年）、晶体管（1959年）、小规模集成电路（1956年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理或计算机（1974年）等五代数控系统。前三代数控系统采用专用电子线路实现硬件式数控，一般成为普通数控系统，简称nc。第四代和五代系统是采用微处理器及大规模集成电路组成的软件式数控系统，称为现代数控系统，简称cnc(第四代)和mnc（第五代）。由于现代数控系统的控制功能大部分由软件技术来实现，因而使硬件得到进一步简化，系统可靠性提高，功能更加灵活和完善。目前现代数控系统几乎完全取代了以往的普通数控系统。随着数控技术的发展，用通用微机技术开发数控系统可以得到强的力的硬件和软件支持，这些软件和硬件是开放式的，此时的通用微机除了具备本身的功能外，还具有全功能数控系统的全部功能，这是一条发展数控技术的途径。当前全功能 2）数控系控的特点有：1.选用高速微处理器微处理器是现代数控系统的核心部件，担负着运算、存储和控制等多重任务，其位数和运行速度直接关系到加工效率和加工精度。高速32位微处理器的采用，使得数控系统的输入译码、计算和输出等环境都在高速下进行，同时提高了多轴联动，进给速度和分辨率等指标。2. 配置高速，功能强的可编程控制器数控系统除了对位置进行信息控制外，还要对i/o状态量进行控制。数控系统中高速和强功能的可编程控制器能滿足数控机床这方面的要求。同时，plc输入/输出点数和plc容量的增加可满足直接数字控制系统（dnc）和柔性制造单元（fmc）的控制要求。3. crt图形显示、人机对话功能及自诊断功能大多数现代数控系统采用crt于手能键盘配合，实现程序的输入，编辑、修改和删除等功能，具有前台操作、后台编辑的功能及用户宏程序等；可以有二维图形轨迹显示，有的还可以实现三维彩色动态图形的显示。系统具有硬件、软件及机床故障自诊断功能，提高了可维修性。4具有多种监控、检测和补偿功能为了提高数控机床的效率及加工精度，有些数控机床配置了各种测量装置，如刀具磨损的检测、机床精度及热变形的检测等，于之相适应，数控系统则有刀具寿命管理、刀具参数补偿、反向间隙及丝杠螺距误差补偿、热变形补偿等功能。5cnd智能化在现代数控系统中，引进了自适应控制技术。数控系统能检测对机床本身有影响的信息，并自动连续调整有关数据，以达到系统运行的最优化。在有的cnc系统中，有建立了切削率的数据库及切削用量的专家系统等。大多数现代数控系统都有学习及示教功能。6通信功能一般数控系统都有通信功能，如采用rs-232c串行接口与编程机、微机等外设通信。现代数控系统还要于其他数控系统或上级计算机通信，所以除了rs-232接口外，还有rs-422的dnc等多种通信接口。数控系统要单机的进入柔性制造系统进而形成计算机知集成制造系统，就要求数控系统具有更高通信功能为此有的数控系统开发了符合iso开发系统互联七成网络模型的通信规约，为自动化技术发展创造了条件。7标准化、通用化和模块化现代数控系统的性能越来越完善，功能越来越多样，促使数控系统的硬件和软件结构实现标准化、通用化和模块化。现在不同的标准化模块可以组成各种不同的数控机床控制系统。能方便的移植计算机行业或自动化领域的成果，也便于现有的数控系统进一步扩展及升级。8开发性基于pc的开放式数控系统已成为数技术发展的重要方向，通过制定必要的技术规范，在通用pc基础上一方面使硬件的体系结构和功能模块具有兼容性；另一方面使软件、接口等技术规范化和标准化，为机床制造厂或用户提供一个良好的开发环境。9.高可靠性现代数控系统的平均无故障时间已达到30000h以上。数控系统与微机和通用机积极生产批量大小的区别，其制造过程，包括元件筛选，印制电路板、焊接和贴附、生产过程及最终产品的检测和出厂前整机的考机等措施保证了数控系统有很高的可靠性。（一） 课题零件图（二）数控车床加工零件在灿宇实习的时候接到来料加工任务，是一家齿轮厂，他们要求我厂协助他们紧急生产一批轮子。首先说明一下任务要求一、轮子尺寸外圆直径为50无上偏差，下偏差为0.05。内孔直径是20.3无下偏差，上偏差要求0.05,该内孔是个通孔。长度为30然后就是外圆和内孔都要倒角。数量3700件,四天内要完成。二、初步了解毛坯毛坯直径为52,长度为28.5至31该材料是在锯床上锯成的，所以这种毛坯存在长度可能不一致，端不平等情况。材料是45号钢，比较软，吃刀量可以适当加大一些。三、深入了解此工件的用途及下一道工序该工件是用于齿轮上的滚子，下一道工序还要在无心磨床上磨削，然后再进行高频淬火。四、我厂现有设备五台数控车床，几台沙轮，一谈铣床（精度极差，切削能力也是十分差），硬质合金刀具十把，总之条件很差。五、基本制定加工工序1.先在数控车床钻孔 直接用直径20.2的钻头钻，不用再车内孔。 原因：因为工件送给总厂它要还要在无心磨床上心磨啊，大一点小一点都没有问题，更何况这只是一个滚子的内孔而己。所以这个内孔可以大一点。钻头的精度不高，20.2的钻头钻出来就是20.3至20.4了，没什么大问题。更何况还要赶时间，少了一道工序就能省下不少时间。呵呵，最重要是我这里根本就同有内孔刀。也懒得去买。在小机床上用倒角器倒内孔。方便下一道工序车外圆时能夹住工件，倒内孔很容易速度很快，没有什么问题。只是有些操作工倒角太猛，内孔倒得太深。3.车外圆车外圆出了点问题，因为外圆中间不能出现接刀痕。所以我们不能采用车一半再调头车。想来想去我只好做了一个夹具，类似于死顶尖。做好这个夹具，这个夹具就不能再从卡盘下卸下来，一旦卸下来精度就完了。工件后面采用活顶尖顶住。程序编写直接一刀车过去了转速为m03s450进给f120。刚开始的时候很顺利，可是过了不会就打刀，打刀了我换一把再对刀，再来。一会儿又打断了一把刀。不到半个小时就打7把刀。我的刀只有10把再打刀就完了。怎么办，停工整顿。思考原因，我发现我的编程的循环起点定得太近z2，有的工件长度竟然达到了32.5,为了安全起见我把循环起点定到z3.5后来我又发现工件存在没有顶紧张问题，因为刀具能将工件逼停转。而卡盘还能转。我看操作将尾座顶得很紧啊，尾座也不存松动现象。这是怎么回事？后我观察操作工是在主轴开动之前就顶紧工件。这样是不行了，必须要在卡盘转动之后才能顶紧工件，也只有这样才能顶得紧工件。至于为什么，你就别问我了，做机床多了有经验了自然就知道为什么！就在差不多快要车完内孔时又打了二把刀，现在只剩下一把刀了。我只再来分析断刀原因，原因是有的内孔倒角太深，导制夹不到工件，唯一的方法只有把夹具的尖给弄掉一部分。可是夹具又不能卸下来怎么办呢？我只好找来一具锯，锯了20多分钟才把夹具前面的尖锯断一部分。再试一下，倒角再深的工件也能顶住了。好了问题搞定了。4.最后倒外圆，如期完工。数控机床加工中所有工步的刀具选择、走刀轨迹、切削用量、加工余量等都要预先确定好并编入加工程序。一个合格的编程员首先应该是一个很好的工艺员，他对数控机床的性能、特点和应用、切削规范和标准工具系统等要非常熟悉，否则就无法做到全面、周到地考虑加工的全过程，并正确、合理地编制零件的加工程序。1） 数控加工工艺分析数控加工工艺性分析涉及内容很多，在此仅从数控加工的必要性、可能性与方便性加以分析包括：分析零件图、重要尺寸与精度的分析、工件的定位、定位基准的选择、工件的夹紧、夹具设计、加工余量的确定、切削用量的选择、冷却液的选择、工序尺寸与公差的确定、机械加工精度与表面精度、加工所用的刀具的设计与选择（刀具的材质、几何角度与形状、各种参数的设计）、制定工艺工序卡；熟悉评价零件的标准与要求，了解质量检验的方法，并用一种典型的方法对所加工零件进行检验，并分析其误差与加工不。1零件加工工艺分析决定零件进行数控加工的内容当某个零件采用数控加工时，并不等于它所有的加工内容都要由数控加工来完成，而进行数控加工的内容可能只是其中的一部分。因此，必须对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要数控加工的内容和工序进行数控加工。在选择时，应结合实际生产情况，立足于解决难题和提高生产率，充分发挥数控加工的优势，一般可按下列顺序考虑：（1）优先选择通用机床无法加工的内容进行数控加工。（2）重点选择通用机床难以加工或质量难以保证的内容进行数控加工。（3）采用通用机床加工效率较低，劳动强度较大的内容，在数控机床尚存富裕能力的基础上选择数控加工。通常，上述加工内容采用数控加工后，在加工质量、生产率与综合经济效益等方面都会得到明显的提高。此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期和工序间周转情况等。总之，要尽量做到“优质、高产、低消耗”，要防止把数控机床降格为通用机床使用。2零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。而较差的零件结构工艺性，会使加工困难，浪费工时和材料，有时甚至无法加工。因此，零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。（1）零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便，提高生产效率。（2）内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小。（3）铣削零件槽底平面时，槽底圆角半径r不要过大。铣刀端面刃与铣削平面的最大接触直径dd2r（d为铣刀直径），当d一定时，r越大，铣刀端面刃铣削平面的面积越小，加工平面的能力就越差，效率越低，工艺性也越差。当r大到一定程度时，甚至必须用球头铣刀加工，这是应该尽量避免的。（4）应采用统一的基准定位。在数控加工中若没有统一的定位基准，则会造成因工件重复定位和基准变换所引起的定位误差以及生产率的降低。如果零件上没有合适的定位基准，则应在零件上设置辅助基准，以保证数控加工的定位准确、可靠、迅速方便。通过对零件的工艺分析，可以深入全面地了解零件，及时地对零件结构和技术要求等作必要的修改，进而确定该零件是否适合在数控机床上加工，适合在哪台数控机床上加工，在某台机床上应完成零件的哪些工序或哪些表面的加工等。 2） 数控加工工艺设计数控加工工艺设计首先需要选择定位基准；再确定所有加工表面的加工方法和加工方案；然后确定所有工步的加工顺序，把相邻工步划为一个工序，即进行工序划分；最后再将需要的其他工序如普通加工工序、辅助工序、热处理工序等插入，并衔接于数控加工工序序列之中，就得到了要求零件的数控加工工艺路线。1定位基准的选择（1）精基准的选择精基准的选择应从保证零件的加工精度，特别是加工表面的相互位置精度来考虑，同时也必须尽量使装夹方便，夹具结构简单可靠。精基准的选择应遵循以下原则：“基准重合”原则 即应尽可能选用设计基准作为精基准，这样可以避免由于基准不重合而引起的误差。“基准统一”原则 即在加工工件的多个表面时，尽可能使用同一组定位基准作为精基准，这样便于保证各加工表面的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差，并能简化夹具的设计与制造。“互为基准”原则 当两个加工表面相互位置精度以及它们自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可以采用互为基准的原则，反复多次进行加工。“自为基准”原则 有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，在加工时就应尽量选择加工表面本身作为精基准，而该表面与其他表面之间的位置精度则由先行工序保证。（2）粗基准的选择粗基准的选择主要影响不加工表面与加工表面之间的相互位置精度以及加工表面的余量分配。粗基准的选择应遵循的原则是：如果必须保证工件上加工表面与不加工表面之间的相互位置精度要求，则应以不加工表面为粗基准。如果工件上有多个不加工表面，则应以其中与加工表面要求较高的表面作为粗基准。若必须首先保证工件上某重要表面加工余量均匀，则应选择该表面作为粗基准。选作粗基准的表面应尽量平整光洁，不应有飞边、浇冒口等缺陷。粗基准一般只使用一次。数控机床加工在选择定位基准时除了遵循以上原则外，还应考虑以下几点：应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工，为此要选择便于各个表面都能加工的定位方式。如对于箱体零件，宜采用一面两销的定位方式，也可采用以某侧面为导向基准，待工件夹紧后将导向元件拆去的定位方式。如果用一次装夹完成工件上各个表面加工，也可直接选用毛面作定位基准，只是这时毛坯的制造精度要求更高一些。2加工方法和加工方案的确定（1）加工方法的选择加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一精度和表面粗糙度的加工方法有许多，因而在实际选择时，要结合零件的结构形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。例如，对于it7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上较大的孔一般采用镗削，较小的孔宜选择铰削，而箱体上的孔不宜采用磨削。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及现有实际生产情况等。常用加工方法的经济加工精度和表面粗糙度可查阅有关工艺手册。（2）加工方案的确定确定加工方案时，首先应根据表面的加工精度和表面粗糙度要求，初步确定为达到这些要求所需要的最终加工方法，然后再确定其前面一系列的加工方法，即获得该表面的加工方案。例如，对于箱体上孔径不大的it7级精度的孔，先确定最终加工方法为精铰，而精铰孔前则通常要经过钻孔、扩孔和粗铰等工序的加工。在确定表面的加工方案时，可查阅有关工艺手册。3加工顺序的安排零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序（如表面处理、清洗和检验等），这些工序的顺序直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。这里重点介绍切削加工工序的顺序安排原则。（1）基面先行原则用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。例如轴类零件加工时，总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆表面和端面。又如箱体类零件总是先加工定位用的平面和两个定位孔，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。（2）先粗后精原则各个表面的加工顺序按照“粗加工半精加工精加工光整加工”的顺序依次进行，逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度。（3）先主后次原则零件的主要工作表面、装配基面应先加工，从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。次要表面可穿插进行，放在主要表面加工到一定程度后、最终精加工之前进行。（4）先面后孔原则对箱体、支架类零件，平面轮廓尺寸较大，一般先加工平面，再加工孔和其他尺寸，这样安排加工顺序，一方面用加工过的平面定位，稳定可靠；另一方面在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，特别是钻孔，孔的轴线不易偏斜。（5）先近后远原则在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削而言，先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。4对刀点与换刀点的确定所谓对刀就是确定工件在机床的位置，也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。对刀过程一般是从各坐标方向分别进行，它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点（即对刀点）来实现。选择对刀点的原则是：便于确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置；在机床上容易找正，加工过程中便于检查；引起的加工误差小。对刀点可选在工件上，也可选在夹具上或机床上，但必须与工件的定位基准（相当于与工件坐标系）有已知的准确尺寸关系，这样才能确定工件坐标系与机床坐标系的关系。当对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选择零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。刀具的位置则以此孔来找正，使“刀位点”与“对刀点”重合。工厂常用的找正方法是将千分表装在机床主轴上，然后转动机床主轴，以使“刀位点”与对刀点一致。一致性越好，对刀精度越高。对刀时直接或间接地使对刀点与刀位点重合。所谓“刀位点”，是指编制数控加工程序时用以确定刀具位置的基准点，对于平头立铣刀、面铣刀类刀具，刀位点一般取为刀具轴线与刀具底端面的交点；对球头铣刀，刀位点为球心；对于车刀、镗刀类刀具，刀位点为刀尖；钻头则取为钻尖等。对数控车床、加工中心等数控机床，加工过程中需要换刀时，在编程时应考虑选择合适的换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转位换刀时的位置。该点可以是某一固定点（如加工中心上换刀机械手的位置是固定的），也可以是任意的一点（如数控车床）。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其他部位为准。5刀具走刀路线的确定走刀路线是指数控加工过程中刀具（刀位点）相对于被加工工件的运动轨迹。设计好走刀路线是编制合理加工程序的条件之一。确定走刀路线的原则是：（1）应能保证零件的加工精度和表面质量要求当铣削平面零件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。刀具切入工件时，应避免沿零件外廓的法向切入，而应沿外廓曲线延长线的切向切入，以避免在切入处产生刀具的刻痕而影响表面质量，保证零件外廓曲线平滑过渡。同理，在切离工件时，也应避免在工件的轮廓处直接退刀，而应该沿零件轮廓延长线的切线逐渐切离工件。铣削封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切入、切出。若内轮廓曲线不允许外延，刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入、切出，此时刀具的切入、切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处。6工件的装夹与夹具的选择在数控加工时，无论数控机床本身具有多高的精度，如果工件因装夹不合理而产生变形或歪斜，就会因此降低零件加工精度。要正确装夹工件，必须合理地选用数控夹具，才能保证加工出高质量的产品。（1）工件装夹的基本原则数控加工时，工件装夹的基本原则与普通机床相同，都要根据具体情况合理选择定位基准和夹紧方案。在确定定位基准与夹紧方案时应注意以下几点：力求设计基准、工艺基准和编程计算的基准统一。尽量减少工件的装夹次数和辅助时间，即尽可能在工件的一次装夹中加工出全部待加工表面。避免采用占机人工调整方案，以充分发挥数控机床的效能。对于加工中心，工件在工作台上的安放位置要兼顾各个工位的加工，要考虑刀具长度及其刚度对加工质量的影响。（2）选择夹具的基本原则数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调工件和机床坐标系的尺寸关系。除此以外，还要考虑以下几点：在单件小批生产条件下，应尽量采用组合夹具、可调夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间，提高生产率。在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。采用辅助时间短的夹具，即工件的装卸要迅速、方便、可靠。为满足数控加工精度，要求夹具定位、夹紧精度高。夹具上各零部件应不妨碍机床对工件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧机构元件不能影响加工时刀具的进给（如产生碰撞等）。便于清扫切屑。7刀具的选择数控编程时，正确选择刀具是数控加工工艺中的重要内容。选择刀具通常考虑工件材料、加工型面类型、切削用量以及其他相关因素。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面工件周边轮廓的加工，常采用立铣刀（铣刀半径应小于零件外部轮廓的最小曲率半径）；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选普通硬质合金、超细晶粒硬质合金、涂层或高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般取得很密，故球头刀常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。在加工中心上，各种刀具分别装在刀库中，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、扩、镗、铣削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库中去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。8切削用量的确定切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量和进给量（或进给速度）。切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。数控加工中选择切削用量时，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和生产成本。因此，在工艺系统刚度允许的情况下，选取较大的背吃刀量ap和进给量f，但不宜选取较高的切削速度vc。半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和生产成本，一般应选取较小的背吃刀量ap和进给量f，以及尽可能高的切削速度vc。具体数值应根据机床使用说明书、切削用量手册，并结合实际经验加以修正确定。9程编误差及其控制程序编制中产生的误差主要由以下三部分组成：（1）几何建模误差 这是用近似方法表达零件轮廓形状时所产生的误差。例如，当需要仿制已有零件而又无法考证零件外形的准确数学表达式时，只能实测一组离散点的坐标值，用样条曲线或曲面拟合后编程。近似方程所表示的形状与原始零件之间有误差，但一般情况下较难确定这个误差的大小。（2）逼近误差 包括两个方面：一是用直线或圆弧段逼近零件轮廓曲线或复杂刀具轨迹所产生的误差，减小这个误差的最简单方法是减小逼近线段的长度，但这将增加程序段数量和计算时间。另一方面的误差是在三维曲面加工时采用行切加工方法对实际型面进行近似包络成形，减小这个误差的最简单方法是减小走刀行距，但这不仅会成倍增加程序段数量和计算时间，更重要的是将成倍降低加工效率。（3）尺寸圆整误差 它是指计算过程中由于计算精度而引起的误差。在点位数控加工中，程编误差只包含尺寸圆整误差。在轮廓加工中，尺寸圆整误差所占的比例较小，相对于其他误差来说，该项误差一般可以忽略不计。对于点位加工和由直线、圆弧构成的二维轮廓加工，基本上不存在程编误差问题。但在复杂轮廓加工特别是三维曲面加工时，程编误差（主要是逼近误差）的合理控制是必须充分重视的问题之一。（四）数控编程与操作在数控编程之前，编程员应了解所用数控机床的规格、性能、数控系统所具备的功能及编程指令格式等。根据零件形状尺寸及其技术要求，分析零件的加工工艺，选定合适的机床、刀具与夹具，确定合理的零件加工工艺路线、工步顺序以及切削用量等工艺参数，这些工作与普通机床加工零件时的编制工艺规程基本是相同的。 1.确定加工方案 此时应考虑数控机床使用的合理性及经济性，并充分发挥数控机床的功能。 2.工夹具的设计和选择 应特别注意要迅速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间。使用组合夹具，生产准备周期短，夹具零件可以反复使用，经济效果好。此外，所用夹具应便于安装，便于协调工件和机床坐标系之间的尺寸关系。 3.选择合理的走刀路线 合理地选择走刀路线对于数控加工是很重要的。应考虑以下几个方面： (1)尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产效率。 (2)合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击。 (3)保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求。 (4)保证加工过程的安全性，避免刀具与非加工面的干涉。 (5)有利于简化数值计算，减少程序段数目和编制程序工作量。 4.选择合理的刀具 根据工件材料的性能、机床的加工能力、加工工序的类型、切削用量以及其它与加工有关的因素来选择刀具，包括刀具的结构类型、材料牌号、几何参数。 5.确定合理的切削用量 在工艺处理中必须正确确定切削用量。6.刀位轨迹计算 在编写nc程序时，根据零件形状尺寸、加工工艺路线的要求和定义的走刀路径，在适当的工件坐标系上计算零件与刀具相对运动的轨迹的坐标值，以获得刀位数据，诸如几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、几何元素的交点或切点等坐标值，有时还需要根据这些数据计算刀具中心轨迹的坐标值，并按数控系统最小设定单位（如 0.001mm）将上述坐标值转换成相应的数字量，作为编程的参数。 在计算刀具加工轨迹前，正确选择编程原点和工件坐标系是极其重要的。工件坐标系是指在数控编程时，在工件上确定的基准坐标系，其原点也是数控加工的对刀点。 7.工件坐标系的选择原则为: (1)所选的工件坐标系应使程序编制简单； (2)工件坐标系原点应选在容易找正、并在加工过程中便于检查的位置； (3)引起的加工误差小。 8.编制或生成加工程序清单 根据制定的加工路线、刀具运动轨迹、切削用量、刀具号码、刀具补偿要求及辅助动作，按照机床数控系统使用的指令代码及程序格式要求，编写或生成零件加工程序清单，并需要进行初步的人工检查，并进行反复修改。一. 程序输入 在早期的数控机床上都配备光电读带机，作为加工程序输入设备，因此，对于大型的加工程序，可以制作加工程序纸带，作为控制信息介质。近年来，许多数控机床都采用磁盘、计算机通讯技术等各种与计算机通用的程序输入方式，实现加工程序的输入，因此，只需要在普通计算机上输入编辑好加工程序，就可以直接传送到数控机床的数控系统中。当程序较简单时，也可以通过键盘人工直接输入到数控系统中。 数控加工程序正确性校验 通常所编制的加工程序必须经过进一步的校验和试切削才能用于正式加工。当发现错误时，应分析错误的性质及其产生的原因，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止。二. 计算机辅助数控加工编程的一般原理 如图所示。编程人员首先将被加工零件的几何图形及有关工艺过程用计算机能够识别的形式输入计算机，利用计算机内的数控系统程序对输入信息进行翻译，形成机内零件拓扑数据；然后进行工艺处理（如刀具选择、走刀分配、工艺参数选择等）与刀具运动轨迹的计算，生成一系列的刀具位置数据（包括每次走刀运动的坐标数据和工艺参数），这一过程称为主信息处理（或前置处理）；然后按照nc代码规范和指定数控机床驱动控制系统的要求，将主信息处理后得到的刀位文件转换为nc代码，这一过程称之为后置处理。经过后置处理便能输出适应某一具体数控机床要求的零件数控加工程序（即nc加工程序），该加工程序可以通过控制介质（如磁带、磁盘等）或通讯接口送入机床的控制系统。 整个处理过程是在数控系统程序（又称系统软件或编译程序）的控制下进行的。数控系统程序包括前置处理程序和后置处理程序两大模块。每个模块又由多个子模块及子处理程序组成。计算机有了这套处理程序，才能识别、转换和处理全过程，它是系统的核心部分。 （五）数控设备的安装（一）、一般性要求1、基础设计时，设备厂商应该提供以下资料：（1）设备的型号、转速、功率、规格几轮廓尺寸图等。（2）设备的重心及重心的位置。（3）设备底座外轮廓图、辅助设备、管道位置和坑、沟、孔洞尺寸以及灌浆层厚度、地脚螺栓和预埋件的位置等。（4）设备的扰力和扰力力矩及其方向。（5）基础的位置及其临近建筑的基础图。（6）建筑场地的地质勘察资料及地基动力实验资料。2、设备基础与建筑基础、上部结构以及混凝土地面分开。3、当管道与机器连接而产生较大振动时，管道与建筑物连接处应该采取隔振措施。4、当设备基础的振动对邻近的人员、精密设备、仪器仪表、工厂生产及建筑产生有害影响时，应该采取隔离措施。5、设备基础设计不得产生有害的不均匀沉降。6、设备地脚螺栓的设置应该符合以下要求：（1）带弯钩地脚螺栓的埋置深度不应该小于20倍螺栓直径，带锚板地脚螺栓的埋置深度不应该小于15倍螺栓直径。（2）地脚螺栓轴线距基础边缘不应该小于4倍螺栓直径，预留孔边距基础边缘不应该小于100mm，当不能满足要求时，应该采取加固措施。（3）预埋地脚螺栓底面下的混凝土厚度不应该小于50mm，当为预留孔时，则孔底面下的混凝土净厚度不应该小于100mm。（二）对于数控设备还应该遵循以下的要求：1、机床分类可按以下原则划分：（1）中、小型机床是指单机重在100kn以下的。（2）大型机床是指单机重在100300kn之间的。（3）重型机床是指单机重在3001000kn之间的。2、在进行数控设备基础设计时，除了上面的“一般性要求”以外，设备厂商还应该提供以下的资料：（1）机床的外形尺寸。（2）当基础倾斜和变形对机床加工精度有影响或计算基础配筋时，尚需要机床及加工工件重力的分布情况、机床移动不见或移动加工工件的重力及其移动范围。2、重型和精密机床应该采用单独基础进行安装。3、当进行单独基础安装时，应该遵守以下规范：（1）基础平面尺寸不能小于机床支承面积的外廓尺寸，并应满足安装、调整和维修时所需尺寸。（2）基础的混凝土厚度应符合表5-1金属切削机床基础的混凝土厚度（m）表5-1金属切削机床基础的混凝土厚度（m）机床名称基础的混凝土厚度卧式车床0.3+0.070l立式车床0.5+0.150h铣 床 0.2+0.150l龙门铣床 0.3+0.075l摇 床 0.3+0.150h龙门刨床 0.3+0.070l内圆磨床、无心磨床、平面磨床 0.3+0.080l第三章 数控系统选用 市场上系统厂家很多，性能大同小异。按控制环路分有开环、闭环和半闭环系统。 3.1开环步进伺服系统： 此类数控系统以其价格低廉、维修相对简单的优点在市场上得到广泛的应用。由于其存在驱动力矩小、无位置反馈、精度低等原因而退出数控系统的主流地位。在我国，经济型数控机床一般采用此类系统。系统分辨率0.01。图3.1 开环步进伺服系统 3.2闭环数控系统： 此类数控系统装有位置反馈元件，插补指令值与反馈值进行比较，根据其差值进行误差修正。闭环系统可以消除机械传动部分的误差给加工精度带来的影响，可以达到很高的精度。但是由于机械误差的非线性很容易造成系统的不稳定，使系统的设计调整相对困难。其主要应用于精度要求很高的超精机床。图3.2闭环数控系统 3.3半闭环数控系统： 半闭环控制方式其闭环环路短，位置反馈元件安装在伺服电机轴端或丝杠端部，用于精确控制电机的角度和速度，然后通过精密滚珠丝杠等机械传动结构实现直线位移。因此可获得稳定的控制特性，达到较高的位置增益而不产生振荡。传动链上有规律的误差可以达到补偿，如螺距及间隙误差等。因此半闭环控制得到广泛的应用。系统分辨率0.001。市场上数控系统的类型较多，主要有fanuc 0i系列、西门子802系列、三菱50l系列等。根据价格合理、技术先进、可靠性高的原则来选择数控系统。经综合考虑选用高品质、高可靠、高性能价格比的fanuc power mate 0i数控系统。系统分辨率0.001，控制轴数2轴，可控制两台伺服电机（6、12）实现xz向插补运动，可车削端面、外圆、锥度、圆弧面；主轴接口2轴，可控制变频器实现主轴调速；内置plc简化了外部接线，提高整机的可靠性；图形功能，实现加工时刀具轨迹预览和模拟，显示运行时的故障、伺服波形使维修更方便；通过rs232与pc机相连，实现加工程序的上传与下载；配置主轴编码器能加工多种型式螺纹工件 第四章 数控编程plc1）程序输入%2742n10 g 92 x100 z50n20m03 s500n30 m06 t0101n40g90 g00 x50 z5n50 g01 z0n60 g71 u3 r2 p100 q200 x0.1 z0.2 f300n100 g00 x14n110 g01 x14 z-23n120 x22 z-43n130 z-51n140 x26 z-53n70 g00 x100 z50n80 t0100n90 m06 t0202n200 z-67n210 g90 g00 x14 z2n220 g01 z-23 f300n230 x22 z-43n240 z-51n250 g02 x26 z-5