数控设备应用技术与维护专业毕业论文(设计)——加工中心的加工方法与编程.doc

1 毕 业 设 计 论 文 加工中心的加工方法与编程 专业：数 控 专 业 班级：06大专数控设备班 学号： 0612205109 姓名: 单俊鹏 导师姓名:卞 洪 元 副教授 2010 年 11 月 2 摘 要 数 控 机 床 以 数 字 信 息 技 术 为 基 础 ， 集 传 统 的 机 械 制 造 技 术 、 微 电 子 技 术 、 计 算 机 技 术 、 成 组 技 术 、 现 代 控 制 技 术 、 传 感 检 测 技 术 、 信 处 理 技 术 、 网 络 通 信 技 术 、 液 压 气 动 技 术 、 光 机 电 技 术 等 技 术 的 最 新 成 果 而 迅 速 发 展 和 广 泛 应 用 ， 使 得 普 通 机 械 加 工 设 备 逐 渐 被 高 效 率 、 高 精 度 的 数 控 机 床 所 取 代 ， 从 而 形 成 了 巨 大 的 生 产 力 ， 导 致 机 械 制 造 业 发 生 根 本 的 变 化 。 本 论 文 介 绍 了 数 控 机 床 的 应 用 、 发 展 过 程 、 数 控 机 床 的 特 点 、 数 控 机 床 的 组 成 及 作 用 、 加 工 中 心 的 系 统 分 类 、 加 工 中 心 的 特 点 、 华 中 系 统 机 床 中 一 般 常 用 的 g、 m 代 码 、 零 件 加 工 图 纸 及 工 艺 分 析 、 加 工 程 序 。 既 讲 述 了 加 工 中 心 数 控 机 床 的 结 构 ， 工 作 原 理 又 注 意 理 论 与 实 际 相 结 合 ， 从 而 更 具 体 的 阐 述 了 加 工 中 心 的 加 工 优 点 。 最 后 ， 对 数 控 机 床 的 展 望 进 行 了 总 结 ， 并 提 出 了 进 一 步 研 究 的 展 望 。 关 键 词 ： 数 控 机 床 、 加 工 中 心 、 通 孔 、 圆 弧 3 目 录 摘 要 .2 目 录 .3 第一章 前 言 .4 1.1 本课题研究的意义 4 1.2 特点介绍 4 1.3 加工中心 7 第二章 零件加工分析 .9 2.1 零件图 9 2.2 零件的结构分析与加工表面分析 .9 2.3 零件加工的工艺卡片 11 第三章 系统设备与编程 .13 3.1 系统设备的选用 13 3.2 数控机床设备的简介 23 3.3 零件表面点坐标的计算 24 3.4 刀具明细表 25 3.5 零件的加工程序 26 第四章 总结 .27 参考文献 .28 4 第一章 前 言 1.1 本课题研究的意义 数控技术是指用数字、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。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械 能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的 出现。1908 年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19 世纪末，以纸为数据 载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938 年，香农在美国麻省理工学院进 行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基 础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952 年，第一台数控机床问 世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。现在， 数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。 这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用 计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、 运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。数控机 床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备,是综合应用计算 机、自动控制、自动检测及精密.加工精度高,质量容易保证,发展前景十分广 阔,因此掌握数控车床的加工编程技术尤为重要 1.2 特点介绍 数控技术是按数字形式给出的指令进行加工的。目前数控机床的脉冲当量 普遍达到了 0.001mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数 控装置进行补偿，因此，数控机床能达到很高的加工精度； 1数控加工的连续性高 工件在数控机床上只需装夹一次，就可以完成多个部位的加工，甚至完成 工件的全部加工内容。配有刀具库的加工中心能装有几把甚至几十把备用刀具， 具有自动换刀功能，可以实现数控程序控制的全自动换刀，不需要中断加工过 程，生产效率高。 2数控加工的一致性好数控加工基本消除了操作者的主观误差，精度高、 产品质量稳定、互换性好. 5 3适合于复杂零件的加工 数控加工不受工件形状复杂程度的影响，应用范围广。它很容易实现涡轮叶片、 成型模具等带有复杂曲面、高精度零件的加工，并解决一些如装配要求较高， 常规加工中难以解决的难题。 4便于建立网络化系统 例如建立直接数控系统（dnc） ，把编程、加工、生产管理连成一体，建立自动 化车间，走向集成化制造。甚至于 cad 系统集成，形成企业的数字化制造体系。 数控程序由 cam 软件编制，采用数字化和可视化技术，在计算机上用人机交互 方式，能够迅速完成复杂零件的编程，从而缩短产品的研制周期。 近年来，随着数控机床的模块化发展，使数控加工设备增加了柔性化的特点。 先进的柔性加工不仅适合于多品种、小批量生产的需要，而且增加了自动变换 工件的功能，能交替完成两种或更多种不同零件的加工，可实现夜间无人看管 的生产操作。有数台数控机床（加工中心）组成的柔性制造系统（fms）是一种 具有更高柔性的自动化制造系统，具有将加工、装配和检验等制造过程的关键 环节高度集成的自动化制造系统。 数控技术已经成为制造业自动化的核心技术和基础技术。其中，数控机床的精 确性和重复性成为用户考虑最多的重要因素。 3 现状 1)国内 我国数控技术起步于 20 世纪 50 年代末期，经历了发展初期的封 闭式发展阶段， “六五” 、 “七五” 期间的消化吸收和引进技术阶段， “八五” 期间国产化体系阶段，以及“九五”期间产业化阶段，现基本掌握了现代数控 技术，建立了数控开发、生产基地，培养了一批数控专业人才，初步形成了自 己的数控产业。目前较具规模的有广州数控、航天数控和华中数控等。具有中 国特色的经济型、普及型数控系统经过几十年来的发展，产品的性能和可靠性 有了较大的提高，它们逐渐被用户认可，在市场上站稳了脚跟。如广州数控设 备有限公司(原广州数控设备厂)生产的经济型、普级型数控系统， 自 1999 年 起连续四年产销量居国内同行业第一位，产品畅销全国、配套国内机床厂 40 多 家。他们生产的 da98 全数字式交流伺服驱动装置填补了国内空白，2 0 0 3 年 生产销售 gsk980t、gsk928tc、gsk928ta 等系列机床数控系统近 1 2000 套，改 6 造数控机床 300 多台，经销数控机床 500 多台，完成年产值及工贸总额达 22 亿元。 我国现有数控机床生产厂家 1 00 多家，生产数控产品几千种以上。产品主要分 为 3 种类型：经济型、普及型和高档型。在 cimt 2003 上， 中国内地共展出机 床 700 多台，在 600 多台金属切削机床和近 100 台金属成形机床展品中，数控 机床分别占 75和 54。这既体现了中国机床市场的需求趋势，也反映中国在 数控机床产业化方面取得了突破性进展。虽然我国在数控产品的研究开发 生产 各方面有了较大的进步，但我们仔细分忻可以发现，目前我国占据市场的产品 主要集中在经济型产品上，而在中档、高档产品上市场比例仍然很小，与国外 一些先进产品相比，在可靠性、稳定性和速度、精度等方面均存在较大差距. 2)国外 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已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。 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 fanvc 和西门子为代表的数控系统生产厂商已在几年前 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。 4 发展 7 从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，数控系统正在向电气化、 电子化、高速化、精密化等方面高速发展，其主要研究热点有以下几个方面： 1)性能发展方面 高精高速高效化速度 效率、质量是先进制造技术关键的性能指标，是先进制造技术的主体。若 采用高速 cpu 芯片、risc 芯片、多 cpu 控制系统、高分辨率检测元件、交流数 字伺服系统、配套电主轴、直线电机等技术可极大地提高效率，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。在今后的几年，超精密数控机 床正在向精密化、高速化、智能化和纳米化发展，汇合而成的新一代数控机床。 柔性化 数控系统采用新一代模块化设计，功能覆盖面更宽，可靠性更强，可满足 不同用户的需求。同一群控系统能根据不同生产流程，自动进行信息流动态调 整，发挥群控系统的功能。 多轴化 多轴联动加工，零件在一台数控机床上一次装夹后，可进行自动换刀、旋 转主轴头、旋转工作台等操作，完成多工序、多表面的复合加工，不仅光洁度 高，而且效率也大幅度提高。 软硬件开放化 用户可根据自己的需要，对数控系统软件进行二次开发，用户的使用范围 不再受生产商的制约。 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：自适应控制、模糊 控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等方面发展。如编程专 家系统故障诊断专家系统，当系统出了故障时，诊断、维修等实现智能化。 1.3 加工中心 1、数控加工中心技术： 加工中心是一种有控制系统的自动化机床，数控加工中心是一 8 种带有刀库并能自动更换刀具，对工件能够在一定的范围内进行多种加工操作 的数控机床。数控加工中心技术的学习是主要学习它的换刀、编程、加工工艺 的编制等。数控系统能控制机床按不同的工序自动选择和更换刀具，自动改变 机床主轴转速，进给量和刀具相对工件的运动轨迹及其他辅助功能，连续地对 工件各加工面自动的进行钻孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、铣削等加工工序加工， 由于加工中心能集中地、自动地完成多种工序，避免了人为的操作误差，减少 了工件的装夹、测量和机床的调整时间及工件周转、搬运和存放时间，大大提 高了加工效率和加工精度，所以具有良好的经济效益。 2、特点： 1）机床的刚度高、抗震性好、为了满足加工中心高自动化、高速度、高精 度、高可靠性的要求、加工中心的静刚度、动刚度和机械机构系统的阻尼比都 高于普通机床（机床在静态力作用下所表现的刚度称为机床的静刚度，机床在 动态力作用下所表现的刚度称为机床的动刚度） 2）机床的传动系统机构简单、传递精度高、速度快。加工中心传动装置主 要有三种：即滚珠丝杠副、静压蜗杆、蜗母条，预加载荷双齿轮齿条。它们由 伺服电机直接驱动省去齿轮传动机构、传递精度高、速度快，一般速度可达 15m/min，最高可达 100 m/min。 加工中心具有前台操作、后台编辑的前后台功能。加工过程中可实现在线监测， 检测出的偏差可自动修正，保证首件加工一次成功，从而可以防止废品的产生。 9 第二章 零件加工分析 2.1 零件图 1、零件图 20?0.02 44 2-r52 -r10 2-r6 2-r4 4-r7 50 +0.030 2-10+0.030 1.6 1.6 1.6 1.6 98?0.02 118?0.02 58? 0.02 44 78? 0.02 840-0.03 2.2 零件的结构分析与加工表面分析 零件的结构分析与加工表面分析 1、零件的形状 该零件有工件的外轮廓、内轮廓、倒角和孔组成 外轮廓：由一个长为 118mm 宽为 78mm 和四个倒角形成的 内轮廓：由一个以长方形的中心为圆心的圆弧与两边圆弧和直线各自相切 所组成的 倒角：外轮廓两条线的相交处，且均为圆弧倒角 孔：长方形的对角各有一孔 2、尺寸分析 外轮廓：由一个长为 118mm 宽为 78mm 圆弧的半径 r 为 7mm 组成 内轮廓：由一个 为 50mm 的圆和三个 r 为别为 10mm、6mm、4mm 、 的圆弧和两条相切的直线 孔：孔为两个 为 10mm 的圆、深度为通孔 10 毛坯及材料的选择 选择毛坯是应考虑其制造工艺和经济价值还应考虑与零件的加工工艺。该 零件材料为 45#钢，规格为 1209025mm 3、零件的加工工艺 1）加工要求 加工如图所示零件，零件为 45钢，单件生产零件毛坯已加工到尺寸，选 用设备;加工中心 2）准备工作 加工以前完成相关准备工作，包括工艺分析及工艺路线设计、刀具及夹具 的选择、程序编制等。 3）操作步骤及内容 开机，各坐标轴手动回机床原点。 刀具准备 根据加工要求现在 10 立铣刀、5 中心钻、9.7 麻花钻。10 的铰刀 各一把，然后用刀具夹头分别装夹刀具 清洁工坐台、安装夹具和工件、将平口钳清理干净，在干净工作台上通 过百分表找正，找平虎钳，再将工件装在虎钳上。 对刀、确定并输入工件坐标系参数 输入加工程序，将自己编好的加工程序输入到机床里 调试加工程序 采用将工件坐标系+z 向平移 即抬刀运行的方法试运行，检查程序是否正 确 自动加工 确认程序无误后，将工件坐标系的工值恢复原值，将快速移动倍率开关， 切削进给倍率开关打到低档，按下数控启动键运行程序，开始进行粗加工，待 加工完成，再进行一次精加工。 取下工件、进行检验 选择游标卡尺进行尺寸检测，检测完成后进行质量分析 清理加工现场 11 关机 工序号 工序 工序内容 加工简图 设备 1 下料 下出 120mm80mm 的工件 2 铣 用 10 的铣 刀铣出轮廓为 11878 的外 轮廓 加工中心 3 铣 用 10 的铣刀铣出内轮廓 加工中心 4 钻 用 9.7 的麻 花钻钻孔，孔 深为通孔 加工中心 2.3 零件加工的工艺卡片 工步号 公步内容 刀具号 刀具型号 主轴转速（r/min） 进给速度（mm/r） 背吃刀量 /mm 12 1 铣出 118mm78m m 的外轮廓 10 白钢刀 1000 100 4 2 铣出内轮廓 10 白钢刀 1000 100 2 3 铣通孔 9.7 麻花钻 200 20 通孔 4 铰孔 10 铰刀 200 20 通孔 13 第三章 系统设备与编程 3.1 系统设备的选用 3.1.1 数控系统概述 数控系统是 数 字 控 制 系 统 简 称 ， 英 文 名 称 为 numerical control system， 早 期 是 由 硬 件 电 路 构 成 的 称 为 硬 件 数 控 （ hard nc） ， 1970 年 代 以 后 ， 硬 件 电 路 元 件 逐 步 由 专 用 的 计 算 机 代 替 称 为 计 算 机 数 控 系 统 。 计算机数控（computerized numerical control,简称 cnc）系统是用计算 机控制加工功能，实现数值控制的系统。cnc 系统根据计算机存储器中存储的 控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的 专用计算机系统。 cnc 系统由数控程序、输入装置、输出装置、计算机数控装置（cnc 装置） 、 可编程逻辑控制器（plc） 、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测 装置）等组成。 cnc 系统的核心是 cnc 装置。由于使用了计算机，系统具有了软件功能， 又用 plc 代替了传统的机床电器逻辑控制装置，使系统更小巧，其灵活性、通 用性、可靠性更好，易于实现复杂的数控功能，使用、维护也方便，并具有与 上位机连接及进行远程通信的功能。 3.1.2 数控系统的组成 目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。 这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。例如对点位 控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。对于 t 系统和 m 系统，同 样也有很大的区别，前者适用于回转体零件加工，后者适合于异形非回转体的 零件加工。对于不同的生产厂家来说，基于历史发展因素以及各自因地而异的 复杂因素的影响，在设计思想上也可能各有千秋。例如，美国 dynapath 系统采 用小板结构，便于板子更换和灵活结合，而日本 fanuc 系统则趋向大板结构， 使之有利于系统工作的可靠性，促使系统的平均无故障率不断提高。然而无论 14 哪种系统，它们的基本原理和构成是十分相似的。 一般整个数控系统由三大部分组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系 统。控制系统按加工工件程序进行插补运，发出控制指令到伺服驱动系统；伺 服驱动系统将控制指令放大，由伺服电机驱动机械按要求运动；测量系统检测 机械的运动位置或速度，并反馈到控制系统，来修正控制指令。这三部分有机 结合，组成完整的闭环控制的数控系统。 控制系统主要由总线、cpu、电源、存贮器、操作面板和显示屏、位控单元、 可编程序控制器逻辑控制单元以及数据输入/输出接口等组成。最新一代的数控 系统还包括一个通讯单元，它可完成 cnc、plc 的内部数据通讯和外部高次网络 的连接。伺服驱动系统主要包括伺服驱动装置和电机。位置测量系统主要是采 用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。 硬件结构 数控系统的硬件由数控装置、输入/输出装置、驱动装置和机床电器逻辑控 制装置等组成，这四部分之间通过 i/o 接口互连。 数控装置是数控系统的核心，其软件和硬件来控制各种数控功能的实现。 数控装置的硬件结构按 cnc 装置中的印制电路板的插接方式可以分为大板 结构和功能模块（小板）结构；按 cnc 装置硬件的制造方式，可以分为专用型 结构和个人计算机式结构；按 cnc 装置中微处理器的个数可以分为单微处理器 结构和多微处理器结构。 1、大板结构和功能模板结构 1）大板结构 大板结构 cnc 系统的 cnc 装置由主电路板、位置控制板、pc 板、图形控制 板、附加 i/o 板和电源单元等组成。主电路板是大印制电路版，其它电路板是 小板，插在大印制电路板上的插槽内。这种结构类似于微型计算机的结构。 2）功能模块结构 2、单微处理器结构和多微处理器结构 1）单微处理器结构 在单微处理器结构中，只有一个微处理器，以集中控制、分时处理数控装 置的各个任务。 15 2）多微处理器结构 随着数控系统功能的增加、数控车床的加工速度的提高，单微处理器数控 系统已不能满足要求，因此，许多数控系统采用了多微处理器的结构。若在一 个数控系统中有两个或两个以上的微处理器，每个微处理器通过数据总线或通 信方式进行连接，共享系统的公用存储器与 i/o 接口，每个微处理器分担系统 的一部分工作，这就是多微处理器系统。 软件结构 cnc 软件分为应用软件和系统软件。cnc 系统软件是为实现 cnc 系统各项功 能所编制的专用软件，也叫控制软件，存放在计算机 eprom 内存中。各种 cnc 系统的功能设置和控制方案各不相同，它们的系统软件在结构上和规模上差别 很大，但是一般都包括输入数据处理程序、插补运算程序、速度控制程序、管 理程序和诊断程序。 1、输入数据处理程序 它接收输入的零件加工程序，将标准代码表示的加工指令和数据进行译码、 数据处理，并按规定的格式存放。有的系统还要进行补偿计算，或为插补运算 和速度控制等进行预计算。通常，输入数据处理程序包括输入、译码和数据处 理三项内容。 2、插补计算程序 cnc 系统根据工件加工程序中提供的数据，如曲线的种类、起点、终点等 进行运算。根据运算结果，分别向各坐标轴发出进给脉冲。这个过程称为插补 运算。进给脉冲通过伺服系统驱动工作台或刀具作相应的运动，完成程序规定 的加工任务。 cnc 系统是一边插补进行运算，一边进行加工，是一种典型的实时控制方 式，所以，插补运算的快慢直接影响机床的进给速度，因此应该尽可能地缩短 运算时间，这是编制插补运算程序的关键。 3、速度控制程序 速度控制程序根据给定的速度值控制插补运算的频率，以保预定的进给速 度。在速度变化较大时，需要进行自动加减速控制，以避免因速度突变而造成 驱动系统失步。 16 4、管理程序 管理程序负责对数据输入、数据处理、插补运算等为加工过程服务的各种 程序进行调度管理。管理程序还要对面板命令、时钟信号、故障信号等引起的 中断进行处理。 5、诊断程序 诊断程序的功能是在程序运行中及时发现系统的故障，并指出故障的类型。 也可以在运行前或故障发生后，检查系统各主要部件（cpu、存储器、接口、开 关、伺服系统等）的功能是否正常，并指出发生故障的部位。 3.1.3 分 类 1、 运 动 轨 迹 分 类 （ 1） 点 位 控 制 数 控 系 统 控 制 工 具 相 对 工 件 从 某 一 加 工 点 移 到 另 一 个 加 工 点 之 间 的 精 确 坐 标 位 置 , 而 对 于 点 与 点 之 间 移 动 的 轨 迹 不 进 行 控 制 ， 且 移 动 过 程 中 不 作 任 何 加 工 。 这 一 类 系 统 的 设 备 有 数 控 钻 床 、 数 控 坐 标 镗 床 和 数 控 冲 床 等 。 （ 2） 直 线 控 制 数 控 系 统 不 仅 要 控 制 点 与 点 的 精 确 位 置 ， 还 要 控 制 两 点 之 间 的 工 具 移 动 轨 迹 是 一 条 直 线 ， 且 在 移 动 中 工 具 能 以 给 定 的 进 给 速 度 进 行 加 工 ， 其 辅 助 功 能 要 求 也 比 点 位 控 制 数 控 系 统 多 ， 如 它 可 能 被 要 求 具 有 主 轴 转 数 控 制 、 进 给 速 度 控 制 和 刀 具 自 动 交 换 等 功 能 。 此 类 控 制 方 式 的 设 备 主 要 有 简 易 数 控 车 床 、 数 控 镗 铣 床 等 。 （ 3） 轮 廓 控 制 数 控 系 统 这 类 系 统 能 够 对 两 个 或 两 个 以 上 坐 标 方 向 进 行 严 格 控 制 ， 即 不 仅 控 制 每 个 坐 标 的 行 程 位 置 ， 同 时 还 控 制 每 个 坐 标 的 运 动 速 度 。 各 坐 标 的 运 动 按 规 定 的 比 例 关 系 相 互 配 合 ， 精 确 地 协 调 起 来 连 续 进 行 加 工 ， 以 形 成 所 需 要 的 直 线 、 斜 线 或 曲 线 、 曲 面 。 采 用 此 类 控 制 方 式 的 设 备 有 数 控 车 床 、 铣 床 、 加 工 中 心 、 电 加 工 机 床 、 特 种 等 。 2、 伺 服 系 统 分 类 按 照 伺 服 系 统 的 控 制 方 式 ， 可 以 把 数 控 系 统 分 为 以 下 几 类 ： 17 （ 1） 开 环 控 制 数 控 系 统 这 类 数 控 系 统 不 带 检 测 装 置 ， 也 无 反 馈 电 路 ， 以 步 进 电 动 机 为 驱 动 元 件 ， 如 图 3 所 示 。 cnc 装 置 输 出 的 指 令 进 给 脉 冲 经 驱 动 电 路 进 行 功 率 放 大 ， 转 换 为 控 制 步 进 电 动 机 各 定 子 绕 组 依 此 通 电 断 电 的 电 流 脉 冲 信 号 ， 驱 动 步 进 电 动 机 转 动 ， 再 经 机 床 传 动 机 构 (齿 轮 箱 ， 丝 杠 等 )带 动 工 作 台 移 动 。 这 种 方 式 控 制 简 单 ， 价 格 比 较 低 廉 ， 被 广 泛 应 用 于 经 济 型 数 控 系 统 中 。 （ 2） 半 闭 环 控 制 数 控 系 统 位 置 检 测 元 件 被 安 装 在 电 动 机 轴 端 或 丝 杠 轴 端 ， 通 过 角 位 移 的 测 量 间 接 计 算 出 机 床 工 作 台 的 实 际 运 行 位 置 (直 线 位 移 )， 并 将 其 与 cnc 装 置 计 算 出 的 指 令 位 置 (或 位 移 )相 比 较 ， 用 差 值 进 行 控 制 ， 其 控 制 框 图 如 图 4 所 示 。 由 于 闭 环 的 环 路 内 不 包 括 丝 杠 、 螺 母 副 及 机 床 工 作 台 这 些 大 惯 性 环 节 ， 由 这 些 环 节 造 成 的 误 差 不 能 由 环 路 所 矫 正 ， 其 控 制 精 度 不 如 闭 环 控 制 数 控 系 统 ， 但 其 调 试 方 便 ， 可 以 获 得 比 较 稳 定 的 控 制 特 性 ， 因 此 在 实 际 应 用 中 ， 这 种 方 式 被 广 泛 采 用 。 （ 3） 全 闭 环 控 制 数 控 系 统 位 置 检 测 装 置 安 装 在 机 床 工 作 台 上 ， 用 以 检 测 机 床 工 作 台 的 实 际 运 行 位 置 (直 线 位 移 )， 并 将 其 与 cnc 装 置 计 算 出 的 指 令 位 置 (或 位 移 )相 比 较 ， 用 差 值 进 行 控 制 。 这 类 控 制 方 式 的 位 置 控 制 精 度 很 高 ， 但 由 于 它 将 丝 杠 、 螺 母 副 及 机 床 工 作 台 这 些 大 惯 性 环 节 放 在 闭 环 内 ， 调 试 时 ， 其 系 统 稳 定 状 态 很 难 达 到 。 3.1.4 数控系统的选用 1、常见的数控系统 数控机床配置的数控系统不同，其功能和性能也有很大差异。就目前应用 来看，fanuc(日本)、siemens(德国)、fagor(西班牙)、heidenhain(德国)、 mitsubishi(日本)等公司的数控系统及相关产品 ， 在数控机床行业占据主导 地位；我国数控产品以华中数控、航天数控为代表，也已将高性能数控系统产 业化。 2、所用系统特点 18 1 ）高效 要求数控系统有较高的工作速度，能迅速进行复杂信息、数据的 处理与计算，以适应数控加工高效要求。 2 ）稳定性 数控系统应有稳定的工作过程，使数据处理、运算正确无误， 从而保证数控加工正常而高精度。 3 ）可靠性 数控系统的工作应有高的可靠性，使其长时期连续工作而不出 现故障。 4 ）开放性 数控系统应具有良好开放性，使其功能的修改、扩充、适应性， 即功能的开发与升级能方便地实现。 3.所用系统编程方法及指令 1. 准备功能 g 指令 分 组 意义 格式 g00 快速进给、定位 g00 x- y- z- g01 直线插补 g01 x- y- z- g02 圆弧插补 cw（顺时 针） g03 01 圆弧插补 ccw（逆 时针） xy 平面内的圆弧： jiryxg03217 zx 平面的圆弧： kirzxg03218 yz 平面的圆弧： kjrzyg03219 g04 00 暂停 g04 p|x 单位秒，增量状态单位毫秒，无参 数状态表示停止 19 g15 取消极坐标指令 g15 取消极坐标方式 g16 17 极坐标指令 gxx gyy g16 开始极坐标指令 g00 ip_ 极坐标指令 gxx：极坐标指令的平面选择 （g17，g18，g19） gyy：g90 指定工件坐标系的零点为极坐标的 原点 g91 指定当前位置作为极坐标的原点 ip：指定极坐标系选择平面的轴地址及其值 第 1 轴：极坐标半径 第 2 轴：极角 g17 xy 平面 g18 zx 平面 g19 02 yz 平面 g17 选择 xy 平面； g18 选择 xz 平面； g19 选择 yz 平面。 g20 英制输入 g21 06 米制输入 g28 回归参考点 g28 x- y- z- g29 00 由参考点回归 g29 x- y- z- g40 刀具半径补偿取消 g40 g41 左半径补偿 g42 07 右半径补偿 dng421 g43 刀具长度补偿+ g44 08 刀具长度补偿 h3 20 g49 刀具长度补偿取消 g49 g50 取消缩放 g50 缩放取消 g51 11 比例缩放 g51 x_y_z_p_：缩放开始 x_y_z_：比例缩放中心坐标的绝对值指令 p_：缩放比例 g51 x_y_z_i_j_k_：缩放开始 x_y_z_：比例缩放中心坐标值的绝对值指令 i_j_k_：x，y，z 各轴对应的缩放比例 g52 设定局部坐标系 g52 ip_：设定局部坐标系 g52 ip0：取消局部坐标系 ip：局部坐标系原点 g53 00 机械坐标系选择 g53 x- y- z- g54 选择工作坐标系 1 g55 选择工作坐标系 2 g56 选择工作坐标系 3 g57 选择工作坐标系 4 g58 选择工作坐标系 5 g59 14 选择工作坐标系 6 gxx 21 g68 坐标系旋转 （g17/g18/g19）g68 a_ b_r_：坐标系开始旋 转 g17/g18/g19：平面选择，在其上包含旋转的 形状 a_ b_：与指令坐标平面相应的 x，y ，z 中的 两个轴的绝对指令，在 g68 后面指定旋转中心 r_：角度位移，正值表示逆时针旋转。根据 指令的 g 代码（g90 或 g91）确定绝对值或增 量值 最小输入增量单位：0.001deg 有效数据范围：-360.000 到 360.000 g69 16 取消坐标轴旋转 g69：坐标轴旋转取消指令 g73 深孔钻削固定循环 g73 x- y- z- r- q- f- g74 左螺纹攻螺纹固定循 环 g74 x- y- z- r- p- f- g76 09 精镗固定循环 g76 x- y- z- r- q- f- g90 绝对方式指定 g91 03 相对方式指定 gxx g92 00 工作坐标系的变更 g92 x- y- z- g98 返回固定循环初始点 g99 10 返回固定循环 r 点 gxx g80 固定循环取消 g81 钻削固定循环、钻中 心孔 g81 x- y- z- r- f- g82 09 钻削固定循环、锪孔 g82 x- y- z - r- p- f- 22 g83 深孔钻削固定循环 g83 x- y- z - r- q- f- g84 攻螺纹固定循环 g84 x- y- z- r- f- g85 镗削固定循环 g85 x- y- z- r- f- g86 退刀形镗削固定循环 g86 x- y- z - r- p- f- g88 镗削固定循环 g88 x- y- z - r- p- f- g89 镗削固定循环 g89 x- y- z - r- p- f- 2、辅助功能 m 代码 代码 意义 格式 m00 停止程序运行 m01 选择性停止 m02 结束程序运行 m03 主轴正向转动开始 m04 主轴反向转动开始 m05 主轴停止转动 m06 换刀指令 m06 t- m08 冷却液开启 m09 冷却液关闭 m30 结束程序运行且返回程序 开头 m98 子程序调用 m98 pxxnnnn 调用程序号为 onnnn 的程序 xx 次。 23 (1) m00 指令，m00 是暂停指令，当执行有 m00 指令的程序段后，程序停止 执行。按下“循环启动”按钮，程序继续执行。m05 指令与 m00 指令组合使用， 先使主轴停止，然后暂停，可测量加工工件的尺寸。 (2) m01 指令，m01 也是暂停指令，与 m00 不同的是操作者必须预先按下操 作面板上的“程序选择停止“按钮，否则 m01 指令无效，程序步暂停。 (3)m02 与 m30，m02 和 m30 都是程序结束指令，m02 表示程序运行完毕，关 闭所有辅助功能 m30 除实现 m02 功能外，程序还自动返回程序头部，为下一个 工件的的加工作好准备。 2.其它指令 (1)进给速度指令f 进给速度指令用字母 f 及其后面的若干位数字来 表示，指令是续效指令。 (2)主轴转速指令s 主轴转速指令用字母 s 及其后面的若干位数字来 表示，单位为 r/mm. (3)刀具指令t 刀具指令用字母 t 及其后面的 3 位数字表示，如 t0101 表示指令 1 号刀具。 (4)刀具长度补偿和 9 刀具半径补偿指令h 和 d,道具长度补偿值和刀 具半径补偿值指令分别用字母 h 和 d 及其后面的 3 位数表示，该 3 位数字为存 放刀具补偿量的存储器地址字。 3.2 数控机床设备的简介 数控机床即使采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。从 应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松加工件、 进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等）和步骤，以及刀具与工 件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入 专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令 来控制机床的伺服系统或其他执行元件，是机床自动加工出所需要的零件. 数控机床是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、自动检测技术和 精密机械设计和制造等先进技术的高新技术的产物，是技术密集度及自动化程 度都很高的、生产效率高、产品质量稳定自动化程度极高的特点，而且它还可 24 以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂曲面的零件加工，因而数控机 床在机械制造业中的地位显得愈来愈为重要。我们甚至可以这样说：在机械制 造业中，数控机床的档次和拥有量，是反映一个企业制造能力的重要标志。 但是，我们应当清醒的意识到：在企业生产中，数控机床能否达到加工精 度高、产品质量稳定、提高生产效率的目标这不仅取决于机床本身的精度和性 能，很大程度上也与操作者在生产中能否正确的对数控机床进行维护保养和使 用密切相关。 与此同时，我们还应注意到：数控机床的维修的概念，不能单纯的理解是 数控系统或者是数控机床的机械部分和其它部分在发生故障时，仅仅是依靠维 修人员如何排除故障和及时修复，使数控机床能够尽早的投入只用就可以了， 这还应包括正确使用和日常保养的工作。 综上两方面所述，只有坚持做好对机床的日常维护保养工作，才可以延长 元器件的使用寿命，延长机械部件的磨损周期，防止意外恶性事故的发生，争 取机床时间稳定工作；也才能充分发挥数控机床的加工优势，达到数控机床的 技术性能，确保数控机床能够正常工作，因此，这无论是对数控机床的操作者， 还是对数控机床的维修人员来说，数控机床的维护与保养就显得非常重要，我 们必须年高度重视。 3.3 零件表面点坐标的计算 25 第 1 个点坐标: x=-59.000 y=-32.000 第 2 个点坐标: x=-59.000 y=32.000 第 3 个点坐标: x=-52.000 y=39.000 第 4 个点坐标: x=52.000 y=39.000 第 5 个点坐标: x=59.000 y=32.000 第 6 个点坐标: x=59.000 y=-32.000 第 7 个点坐标: x=52.000 y=-39.000 第 8 个点坐标: x=-52.000 y=-39.000 第 9 个点坐标: x=-42.000 y=-10.626 第 10 个点坐标: x=-42.000 y=10.626 第 11 个点坐标: x=-33.740 y=14.417 第 12 个点坐标: x=-19.444 y=15.714 第 13 个点坐标: x=17.613 y=17.742 第 14 个点坐标: x=25.669 y=17.381 第 15 个点坐标: x=35.525 y=25.142 第 16 个点坐标: x=42.000 y=22.000 第 17 个点坐