工业机械臂的简易造型及数控加工【含CAD图纸全套】
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河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文 河南工业职业技术学院毕业论文题目: 工业机械臂的简易造型及数控加工班 级：04143班姓 名：秦向阳专 业：数控技术及应用指导教师：杨瑞兰答辩日期：2007年6月16日4河 南 工 业 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文 摘 要为了使我们的理论与实践相结合，每个学校在学生毕业的时候都要做一份毕业设计，我们也不例外。我是机械工程系的一名大三学生，我做的毕业设计的题目是“工业机械臂的简易造型及数控加工”。该毕业设计主要有五部分构成：1、 数控技术的基本知识2、 零件的材料选择3、 零部件的工艺分析4、 程序的编制5、 结论与展望简易工艺机械臂主要有底座、大臂和小臂组成，选用的材料分别是灰铸铁200和45钢，所用的机床是数控铣床和普通车床。目 录摘 要I1 绪 论1.1什么数控技术(1)1.2数控机床的分类(2)1.3数控的加工特点(6)1.4本课题研究的主要内容(7)2 各部分零件材料的选择2.1金属材料的分析(8)2.2材料选择(9)3 主要零部件的工艺分析3.1工艺路线的确定及工艺参数的设计(11)3.2毛坯的选择(12)3.3刀具的选择(12)3.4夹具的选择 (13) 3.5切削用量的确定 (14)4 程序的编制4.1编程方法的确定(16)4.2坐标系的确定(16)4.3主要零部件程序的编写(18)5 结论与展望5.1本文总结(24)5.2 来展望(26)致 谢(30)参考文献(31)III1 绪 论1.1 什么是数控技术数控技术，简称数控（Numerical Control）。它是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控(NC)机床。数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分.数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品。要实现对机床的控制，需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数。例如：进给速度、主轴转速、主轴正反转、换刀、冷却液的开关等。这些信息按一定的格式形成加工文件(即正常说的数控加工程序)存放在信息载体上(如磁盘、穿孔纸带、磁带等)，然后由机床上的数控系统读入(或直接通过数控系统的键盘输入，或通过通信方式输入)，通过对其译码，从而使机床动作和加工零件.现代数控机床是机电一体化的典型产品,是新一代生产技术、计算机集成制造系统等的技术基础。现代数控机床的发展趋向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、复合化、智能化和开放式结构。主要发展动向是研制开发软、硬件都具有开放式结构的智能化全功能通用数控装置。数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合实力的水平. 它随着信息技术、微电子技术、自动化技术和检测技术的发展而发展。数控加工中心是一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。在加工中心上加工零件的特点是：被加工零件经过一次装夹后，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它辅助功能，连续地对工件各加工面自动地进行钻孔、锪孔、铰孔、镗孔、攻螺纹、铣削等多工序加工。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。加工中心按主轴在空间的位置可分为立式加工中心与卧式加工中心。 据有关资料显示，近年来，我国模具企业大量采购数控设备，在有些地区有数控知识的高级技工年薪高达30万元。由此可见，数控专业人才缺乏到了十分严重的程度，这已经引起中央领导及有关部门的高度重视，也成为全社会关注的热点问题。因此，加快数控技术人员的培养步伐，培养符合现代化制造要求的各层次的数控人才已成为当务之急。随着数控技术的发展，数控机床的种类也不断的增多，具体有如下分类。1.2 数控机床的分类数控机床的品种规格很多，分类方法也各不相同。一般可根据功能和结构，按下面 4 种原则进行分类1）按机床运动的控制轨迹分类 点位控制的数控机床点位控制只要求控制机床的移动部件从一点移动到另一点的准确定位对于点与点之间的运动轨迹的要求并不严格，在移动过程中不进行加工，各坐标轴之间的运动是不相关的。为了实现既快又精确的定位，两点间位移的移动一般先快速移动，然后慢速趋近定位点，以保证定位精度.具有点位控制功能的机床主要有数控钻床、数控镬床、数控冲床等。随着数控技术的发展和数控系统价格的降低，单纯用于点位控制的数控系统已不多见。 直线控制数控机床直线控制数控机床也称为平行控制数控机床，其特点是除了控制点与点之间的准确定位外，还要控制两相关点之间的移动速度和路线（轨迹），但其运动路线只是与机床坐标轴平行移动，也就是说同时控制的坐标轴只有一个（即数控系统内不必有插补运算功能），在移位的过程中刀具能以指定的进给速度进行切削，一般只能加工矩形、台阶形零件。其有直线控制功能的机床主要有比较简单的数控车床、数控铣床、数控磨床等。这种机床的数控系统也称为直线控制数控系统。同样，单纯用于直线控制的数控机床也不多见。 轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床也称连续控制数控机床，其控制特点是能够对两个或两个以 上的运动坐标的位移和速度同时进行控制。为了满足刀具沿工件轮廓的相对运动轨迹符合工件加工轮廓的要求，必须将各坐标运动的位移控制和速度控制按照规定的比例关系精确地协调起来。因此在这类控制方式中，就要求数控装置具有插补运算功能所谓插补就是根据程序输入的基本数据（如直线的终点坐标、圆弧的终点坐标和圆心坐标或半径），通过数控系统内插补运算器的数学处理，把直线或圆弧的形状描述出来，也就是一边计算，一边根据计算结果向各坐标轴控制器分配脉冲，从而控制各坐标轴的联动位移量与要求的轮廓相符合在运动过程中刀具对工件表面进行连续切削，可以进行各种直线、圆弧、曲线的加工这类机床主要有数控车床、数控铣床、数控线切割机冰、加工中心等，其相应的数控装置称为轮廓控制数控系统根据它所控制的联动坐标轴数不同，又可以分为下面几种形式 二轴联动：主要用于数控车床加工旋转曲面或数控铣床加工曲线柱面。 二轴半联动主要用于三轴以上机床的控制，其中两根轴可以联动，而另外一根轴可以作周期胜进给。图 1 -5 所示为采用这种方式用行切法加工三维空间曲面。 三轴联动：一般分为两类，一类就是 X 、 y 、 Z 三个直线坐标轴联动，比较多的用于数控铣床、加工中心等，如图 16 所示用球头铣刀铣切三维空间曲面另一类是除了同时控制 X 、 Y 、 Z 中两个直线坐标外，还同时控制围绕其中某一直线坐标轴旋转的旋转坐标轴。如车削加工中心，它除了纵向（Z轴）、横向（X轴）两个直线坐标轴联动外，还需同时控制围绕 Z 轴旋转的主轴（C轴）联动。 四轴联动：同时控制 X 、 Y 、 Z 三个直线坐标轴与某一旋转坐标轴联动，图 17 所示为同时控制 x 、 Y 、 Z 三个直线坐标轴与一个工作台回转轴联动的数控机床。 五轴联动：除同时控制 X 、 Y 、 Z 三个育线坐标轴联动外还同时控制围绕这这些直线坐标轴旋转的 A 、 B 、 C 坐标轴中的两个坐标轴，形成同时控制五个轴联动这时刀具可以被定在空间的任意方向如图 18 所示比如控制刀具同时绕 x 轴和 Y 轴两个方向摆动，使得刀具在其切削点上始终保持与被加工的轮廓曲面成法线方向，以保证被加工曲面的光滑性，提高其加工精度和加工效率，减小被加工表面的粗糙度2）按伺服控制的方式分类 开环控制数控机床 这类机床的进给伺服驱动是开环的，即没有检测反馈装置，一般它的驱动电动机为步进电机，步进电机的主要特征是控制电路每变换一次指令脉冲信号，电动机就转动一个步距角，并且电动机本身就有自锁能力数控系统输出的进给指令信号通过脉冲分配器来控制驱动电路，它以变换脉冲的个数来控制坐标位移量，以变换脉冲的频率来控制位移速度，以变换脉冲的分配顺序来控制位移的方向。因此这种控制方式的最大特点是控制方便、结构简单、价格便宜数控系统发出的指令信号流是单向的，所以不存在控制系统的稳定性问题，但由于机械传动的误差不经过反馈校正，故位移精度不高。早期的数控机床均采用这种控制方式，只是故障率比较高，目前由于驱动电路的改进，使其仍得到了较多的应用。尤其是在我国，一般经济型数控系统和旧设备的数控改造多采用这种控制方式。另外，这种控制方式可以配置单片机或单板机作为数控装置，使得整个系统的价格降低。 闭环控制机床这类数控机床的进给伺服驱动是按闭环反馈控制方式工作的，其驱动电动机可采用直流或交流两种伺服电机，并需要配置位置反馈和速度反馈，在加工中随时检测移动部件的实际位移量，并及时反馈给数控系统中的比较器，它与插补运算所得到的指令信号进行比较，其差值又作为伺服驱动的控制信号，进而带动位移部件以消除位移误差。按位置反馈检测元件的安装部位和所使用的反馈装置的不同，它又分为全闭环和半闭环两种控制方式 全闭环控制 如图1 -10所示，其位置反馈装置采用直线位移检测元件（目前一般采用光栅尺），安装在机床的床鞍部位，即直接检测机床坐标的直线位移量，通过反馈可以消除从电动机到机床床鞍的整个机械传动链中的传动误差，从而得到很高的机床静态定位精度。但是，由于在整个控制环内，许多机械传动环节的摩擦特性、刚性和间隙均为非线性，并且整个机械传动链的动态响应时间与电气响应时间相比又非常大这为整个闭环系统的稳定性校正带来很大困难，系统的设计和调整也都相当复杂因此，这种全闭环控制方式主要用于精度要求很高的数控坐标幢床、数控精密磨床等。 半闭环控制 如图 1-11 所示，其位置反馈采用转角检测元件（目前主要采用编码器等），直接安装在伺服电动机或丝杠端部。由于大部分机械传动环节未包括在系统闭环环路内，因此叫获得较稳定的控制特性。丝杠等机械传动误差不能通过反馈来随时校正，但是可采用软件定值补偿方法来适当提高其精度目前，大部分数控机床采用半闭环控制方式 混合控制数控机床将上述控制方式的特点有选择地集中，可以组成混合控制的方案。如前所述，由于开环控制方式稳定性好、成本低、精度差，而全闭环稳定性差，所以为了互为弥补，以满足某些机床的控制要求，宜采用混合控制方式。采用较多的有开环补偿型和半闭环补偿型两种方式3）按数控系统的功能水平分类 按数控系统的功能水平，通常把数控系统分为低、中、高三类。这种分类方式，在我国用的较多。低、中、高三档的界限是相对的，不同时期，划分标准也会不同。就目前的发展水平看，可以根据表 11 的一些功能及指标，将各种类型的数控系统分为低、中、高档三类。其中中、高档一般称为全功能数控或标准型数控在我国还有经济型数控的提法。经济型数控属于低档数控，是指由单片机和步进电动机组成的数控系统，或其他功能简单、价格低的数控系统。经济型数控主要用于车床、线切割机床以及旧机床改造等4）按加工工艺及机床用途的类型分类 金属切削类指采用车、铣、撞、铰、钻、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。它又可被分为以下两类。普通型数控机床 如数控车床、数控铣床、数控磨床等。加工中心 其主要特点是具有自动换刀机构的刀具库，工件经一次。装夹后，通过自动更换各种刀具，在同一台机床上对工件各加工面连续进行铣（车）键、铰、钻、攻螺纹等多种工序的加工，如（幢铣类）加工中心、车削中心、钻削中心等。 金属成型类指采用挤、冲、压、拉等成型工艺的数控机床，常用的有数控压力机、数控折弯机、数控弯管机、数控旋压机等。 特种加工类主要有数控电火花线切割机、数控电火花成型机、数控火焰切割机、数控激光加工机等。 测量、绘图类。数控技术在发展，机床在更新，数控加工的要求也在不断的增加和提高。1.3数控加工特点由于数控加工具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生产效率高、设备使用费用高等特点，使数控加工相应形成了下列特点：1数控加工工艺内容要求具体而详细。2数控加工工艺要求更严密而精确。3制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算。4制定数控加工工艺选择切削用量时要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响。5制定数控加工工艺时要特别强调刀具选择的重要性。如下是论文所叙述的主要内容。1.4 本课题研究的主要内容如图所示是本课题研究的主要内容,它是一个工业机械臂,也称工业机器人,是一种简化结构.工业机械臂可以代替人来劳动,这样可以减少大量劳动力,也减少了人的负担.它可以搬运人们无法搬运的重物,这样解决了很多难题。2 各部分零件材料的选择.2.1 金属材料的分析2.2.1材料 机械制造中最常用的材料是钢和铸铁，其次是有色金属合金，非金属材料如塑料、橡胶等，在机械制造中也得到广泛的应用。金属材料主要指铸铁和钢，它们都是铁碳合金，它们的区别主要在于含碳量的不同。含碳量小于2%的铁碳合金称为钢，含碳量大于2%的称为铁。铸钢比铸铁强度高,尤其是韧性好,故使用于承受重载荷的重要零件,如万吨水泥底座,大型轧钢机立柱,火车挂钩及车轮等.但由于铸造性能差,生产成本高,其应用不如铸铁广泛.常用的铸铁有灰铸铁、球墨铸铁、可锻铸铁、合金铸铁等。其中灰铸铁和球墨铸铁属脆性材料，不能辗压和锻造，不易焊接，但具有适当的易熔性和良好的液态流动性，因而可铸成形状复杂的零件。灰铸铁的抗压强度高，耐磨性、减振性好，对应力集中的敏感性小，价格便宜，但其抗拉强度较钢差。灰铸铁常用作机架或壳座。球墨铸铁强度较灰铸铁高且具有一定的塑性，球墨铸铁可代替铸钢和锻钢用来制造曲轴、凸轮轴、油泵齿轮、阀体等。钢的类型很多，按含碳量分为低碳钢，中碳钢和高碳钢。优质非合金结构钢主要用于制造重要的机械零件,一般都经过热处理后使用.优质非合金结构钢供应时,既保证化学成分,又保证力学性能,而且比普通非结构钢规定严格.随着优质非结构钢碳的质量分数的增加,其强度,硬度提高,而塑性,韧性降低.因此,不同牌号的优质非结构钢具有不同的力学性能及用途. 08F,10F钢是一种碳的质量分数低的沸腾钢,强度很低,塑性很好.一般由钢厂扎制成薄板或钢带供应,主要用于制造冷冲压和焊接件,如汽车和仪器表的外壳,容器盖,罩子及固定挡板等.10-25钢属低碳钢,强度,硬度较低,塑性,韧性好,并具有良好的冷冲压性能和焊接性能,常用于制造冷冲压件和焊接构件,以及受理不大,韧性要求高的机械零件及渗碳见,如:螺栓,螺钉,螺母,轴套,法兰盘,焊接容器及小轴,小模数渗碳齿轮等.30-55钢属于中碳钢,经调质处理后,具有良好的综合力学性能,主要用来制造受力较大要求强度,塑性和韧性都要求较高的机械零件,如机床齿轮,机床主轴,曲轴,连杆,丝杠等,其中以45钢应用最广.60.65.70钢属高碳钢,经适当处理后,具有较高的强度,硬度和弹性,但焊接性和切削加工性差,一般在淬火,中温回火状态下使用,主要用于制作弹性零件和耐磨零件,如弹簧,弹簧垫圈,高强度钢丝,机车轮缘,低速车轮及轧辊等.优质非合金结构钢中含有较高锰的一组牌号(15Mn-70Mn),其淬透性和强度要比相应普通含锰量的钢稍高,可用于制造截面稍大或强度要求稍高的零件.2.2材料的选择1.如图所示是机械臂的机座,它所用的材料是HT200,因为铸铁具有良好的耐磨性和减振性，而且价格低廉。2.如图所示是机械臂大臂.45钢主要用于受力较大要求强度,塑性和韧性都较高的零件,从性能及各方面的综合考虑应选用45钢.3.通过对材料的综合性能及经济性的分析，本课题所设计的机械臂小臂应采用45钢。材料的选择虽然重要，但最重要的是对零件加工的工艺路线的分析。3 主要零部件的工艺分析3.1工艺路线的确定及参数的设计 3.1.1机械臂大臂 曲面粗加工(挖槽)-曲面精加工(等高外形)-钻孔-扩孔 挖槽粗加工有一下几种切削方法;1 双向切削 具有高效率的切削，步距可达70-90%，但不规则加工余量不均匀。2 单向切削 效率较低，每次都要提刀，这样比较浪费时间。2 等距环切 围绕轮廓并逐渐放大，直到无法放大为止，减少空刀，提高效率。4 平行环切并清角 用于精加工时。5 螺旋切削 刀具以中心螺旋方式向内或向外移动，改善切削条件与减小切削力，利于得到精加工面，适于高速切 通过比较,选择等距环切比较适合.3.1.2机械臂小臂 1 粗车-精车-铣槽-铣长方体-钻孔-饺孔2 粗车-精车铣长方体-铣槽-钻孔-铰孔 由上面可知,它有两种加工路线,两种相比较,采用第一种加工路线,选用夹具较易,装假较简单,因此采用第一种.3.2毛坯的选择3.2.1机械臂大臂 小臂 机械臂大臂长100mm,宽20mm,所以选择110X25钢板,材料为45钢. 采用淬火35-45HRC。 机械臂小臂长91mm,所以选择91X25mm的圆棒料,材料也为45钢. 也采用淬火35-45HRC。3.3刀具的选择3.3.1刀具材料的选择 金属加工时,刀具受到很大切削压力,摩擦力和冲击力,产生很高的切削温度.在这种高温,高压和剧烈的摩擦环境下,刀具材料需满足一些基本要求. (1)高硬度刀具是从工件上去除材料,所以刀具材料的硬度应在60HRC以上.对于碳素工具钢材料,在温室条件下硬度应在62HRC以上;高速钢硬度为63-70HRC;硬质合金刀具硬度应为89-93HRC.(2)高强度与强韧性 刀具材料在切削时受到很大的切削力与冲击力,如;车削45钢,在背吃刀量为4mm时,进给量f=0.5mm/r的条件下,刀片所承受的切削力达到4000N,可见刀具材料必须具有较高的强度和较强的韧性. (3)较强的耐磨性和耐热性 刀具耐磨性是指刀具抵抗磨损的能力.一般刀具硬度较高,耐磨性越好.刀具今相组织中硬质点(如碳化物,氮化物)越多,颗粒越小,分布越均匀,则刀具耐磨性越好.刀具材料耐热性是衡量刀具切削性能的主要标志,通常用高温下保持高硬度的性能来痕量,也称热硬性.刀具材料高温硬度越高,则耐热性越好,在高温下抗塑性变形能力,抗磨损能力越强. (4)优良热导性刀具导热性好,表示切削产生的热量容易传导出去,降低了刀具切削部分温度,减少刀具磨损.另外,刀具材料导热性好,其抗耐热冲击和抗热裂纹性能也强.(5)良好的工业性与经济性 刀具不但要有良好的切削性能,本身还应该易于制造,这要求刀具材料有较好的工艺性,如:锻造,热处理,焊接,摸削,高温塑性变形等功能.此外,经济性也是刀具材料的重要指标之一,选择刀具时,要考虑经济效果,以降低生产成本.3.2.2刀具材料的分类 普通刀具材料1.高速钢 (1)普通高速钢:钨系高速钢,钨钼系高速钢,(2)高性能高速钢(3)粉末冶金高速钢2.硬质合金(1)钨轱类(2)钨钛轱类(3)钨钛钽钴类(4)碳化钛基类数控铣床所用的刀具主要有：牛鼻刀，立铣刀，球头刀等。对于不同的加工方式采用不同的刀具类型和刀具规格。所以铣床的刀具选择材料为硬质合金的立铣刀,球头刀，麻花钻头，铰刀。车床的刀具选择材料为硬质合金的外圆车刀和切槽刀。3.4夹具的选择 为保证加工精度,在数控机床上加工零件时,必须先使工件在机床上占据一个正确的位置,即定位,然后将其加紧.这种定位与加紧的过程成为工件的装加.用于装夹工件的工艺装备就是机床夹具. 数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点：1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。、3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。机床夹具的种类很多,按使用机床类型分类,可分为车床夹具,铣床夹具,钻床夹具,镗床夹具,加工中心夹具和其他机床夹具等.按驱动夹具的动力源分类,可分为手动夹具,气动夹具,液压夹具,电动夹具,磁力夹具,真空夹具和自加紧夹具等.按专门化程度可分为以下几种类型的夹具; 1.通用夹具通用夹具是指已经表准化,无需调整或稍加调整就可以用来装加不同工件的夹具.如三爪卡盘,四爪卡盘,平口虎钳和万能分度头等.这类夹具主要用于单件小批量生产.2.专用夹具专用夹具是指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具.结构紧凑,操作方便,主要用于固定产品的大批量生产.3.组合夹具组合夹具是指按一定的工艺要求,由一套预先制造好的通用标准元件和部件组装而成的夹具,使用完毕后,可方便地拆散成元件或部件,待需要时重新组合成其他加工过程的夹具.使用于数控加工,新产品的试制和中,小批量的生产.4.可调夹具可调夹具包括通用可调夹具和通用可调夹具,它们都是通过调整或更换少量元件就能加工一定范围内的工作,兼有通用夹具和可调夹具的优点.通用可调夹具使用范围较宽,加工对象并不十分明确;成组夹具是根据成组工艺要求,针对一组形状及尺寸相似,加工工艺相近的工件而设计的,其加工对象和范围很明确,有称为专用可调夹具.数控机床常用通用可调夹具,组合夹具.根据加工零件的外形和技术要求,及生产数量.加工零件时,铣床上的夹具选择专用夹具,车床上选用三爪卡盘.3.5切削用量的确定数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。1 主轴转速的确定主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为： n=1000v/D 式中v-切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定；n- -主轴转速，单位为 r/min；D-工件直径或刀具直径，单位为mm。计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。2进给速度的确定进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则：1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100200mm/min范围内选取。2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在2050mm/min范围内选取。3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在2050mm/min范围内选取。4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。3背吃刀量确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.20.5mm。总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应.随着工业的不断发展，计算机编程逐渐代替了手工编程。因此我们在选择好材料，确定好工艺路线之后，要确定编程方法和程序的编制。4 程序的编制4.1编程方法的确定数控编程一般分为手工编程和自动编程两种。1手工编程手工编程就是从分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序单、制作控制介质到程序校验都是人工完成。它要求编程人员不仅要熟悉数控指令及编程规则，而且还要具备数控加工工艺知识和数值计算能力。对于加工形状简单、计算量小、程序段数不多的零件，采用手工编程较容易，而且经济、及时。因此，在点位加工或直线与圆弧组成的轮廓加工中，手工编程仍广泛应用。对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面组成的零件，用手工编程就有一定困难，出错的概率增大，有时甚至无法编出程序，必须用自动编程的方法编制程序。2自动编程自动编程是利用计算机专用软件来编制数控加工程序。编程人员只需根据零件图样的要求，使用数控语言，由计算机自动地进行数值计算及后置处理，编写出零件加工程序单，加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。自动编程使得一些计算繁琐、手工编程困难或无法编出的程序能够顺利地完成。4.2坐标系的确定 确定原则（JB3052-82）1刀具相对静止、工件运动的原则：这样编程人员在不知是刀具移近工件还是工件移近刀具的情况下，就可以依据零件图纸，确定加工的过程。2标准坐标系原则：即机床坐标系确定机床上运动的大小与方向，以完成一系列的成形运动和辅助运动。3运动方向的原则：数控机床的某一部件运动的正方向，是增大工件与刀具距离的方向。 二坐标的确定1Z坐标标准规定，机床传递切削力的主轴轴线为Z坐标（如：铣床、钻床、车床、磨床等）；如果机床有几个主轴，则选一垂直于装夹平面的主轴作为主要主轴；如机床没有主轴（龙门刨床），则规定垂直于工件装夹平面为Z轴。2X坐标X坐标一般是水平的，平行于装夹平面。对于工件旋转的机床（如车、磨床等），X坐标的方向在工件的径向上；对于刀具旋转的机床则作如下规定：当Z轴水平时，从刀具主轴后向工件看，正X为右方向。当Z轴处于铅垂面时，对于单立柱式，从刀具主轴后向工件看，正X为右方向；龙门式，从刀具主轴右侧看，正X为右方向。3Y、A、B、C及、等坐标由右手笛卡儿坐标系来确定Y坐标，A，B，C表示绕X，Y，Z坐标的旋转运动，正方向按照右手螺旋法则（见图）。若有第二直角坐标系，可用、表示。4坐标方向判定当某一坐标上刀具移动时，用不加撇号的字母表示该轴运动的正方向；当某一坐标上工件移动时，则用加撇号的字母（例如：A、X等）表示。加与不加撇号所表示的运动方向正好相反。此主题相关图片如下：4.3主要零部件程序的编写大臂的程序;31%O5454N106G0G90X-20.774Y-65.721A0.S2000M3N108Z59.8N110Z11.8N112G1Z9.8F100.N114Y60.169F1000.N116X21.877N118Y-65.721N120X-20.774N122X-17.174Y-62.121N124Y19.479N126X-16.981N128X-16.645Y19.079N130X-16.266Y18.679N132X-15.835Y18.279N134X-15.339Y17.879N136X-14.759Y17.479N138X-14.059Y17.079N140X-13.159Y16.679N142X-11.779Y16.279N144X11.765N146X13.157Y16.679N148X14.059Y17.079N150X14.747Y17.479N152X15.338Y17.879N154X15.833Y18.279N156X16.266Y18.679N158X16.64Y19.079N160X16.977Y19.479N162X17.278Y19.879N164X17.539Y20.279N166X17.78Y20.679N168X17.989Y21.079N170X18.159Y21.479N172X18.277N174Y-62.121N176X-17.174N178X-13.174Y-58.121N180Y12.279N182X11.765N184X13.72Y12.679N186X14.277N188Y-58.121N190X-13.174N192X-9.174Y-54.121N194Y7.879N196X10.277N198Y-54.121N200X-9.174N202X-5.174Y-50.121N204Y3.479N206X6.277N208Y-50.121N210X-5.174N212X-1.174Y-46.121N214Y-.921N216X2.277N218Y-46.121N220X-1.174N222X18.192Y33.479N224X18.01Y33.879N226X17.804Y34.279N228X17.571Y34.679N230X17.308Y35.079N232X17.013Y35.479N234X16.682Y35.879N236X16.307Y36.279N238X15.882Y36.679N240X15.394Y37.079N242X14.824Y37.479N244X14.139Y37.879N246X13.266Y38.279N248X11.97Y38.679N250X-11.932N252X-13.258Y38.279N254X-14.137Y37.879N256X-14.806Y37.479N258X-15.39Y37.079N260X-15.878Y36.679N262X-16.307Y36.279N264X-16.678Y35.879N266X-17.007Y35.479N268X-17.174N270Y56.279N272X18.277N274Y33.479N276X18.192N278X14.277Y42.279N280X13.869N282X-13.174Y42.679N284Y51.879N286X14.277N288Y42.279N290X10.277Y46.679N292X-9.174N294Y47.479N296X10.277N298Y46.679N300X10.Y35.3N302G2X15.3Y30.CR=5.3N304G1Y25.N306G2X15.297Y24.922CR=1.N308G1X15.244Y24.249N310G2X15.226Y24.125CR=1.N312X15.198Y23.986CR=1.N314G3X15.066Y23.455CR=10.459N316G2X15.008Y23.276CR=1.N318X14.939Y23.091CR=1.N320G3X14.765Y22.689CR=5.018N322G2X14.65Y22.474CR=1.N324X14.528Y22.255CR=1.N326G3X14.349Y21.98CR=2.686N328G2X14.204Y21.784CR=1.N330G3X14.137Y21.699CR=.566N332G2X13.976Y21.505CR=1.N334G3X13.829Y21.344CR=1.391N336G2X13.656Y21.171CR=1.N338G3X13.495Y21.024CR=1.391N340G2X13.301Y20.863CR=1.N342G3X13.216Y20.796CR=.566N344G2X13.02Y20.651CR=1.N346G3X12.745Y20.472CR=2.686N348G2X12.525Y20.349CR=1.N350X12.311Y20.235CR=1.N352G3X11.909Y20.061CR=5.018N354G2X11.724Y19.992CR=1.N356X11.545Y19.934CR=1.N358G3X11.014Y19.802CR=10.459N360G2X10.875Y19.774CR=1.N362X10.751Y19.756CR=1.N364G1X10.078Y19.703N366G2X10.Y19.7CR=1.N368G1X-10.N370G2X-14.59Y22.35CR=5.301N372X-15.3Y25.CR=5.3N374G1Y30.N376G2X-15.297Y30.078CR=1.N378G1X-15.244Y30.751N380G2X-15.226Y30.875CR=1.N382X-15.198Y31.014CR=1.N384G3X-15.066Y31.545CR=10.459N386G2X-15.008Y31.724CR=1.N388X-14.939Y31.909CR=1.N390G3X-14.765Y32.311CR=5.018N392G2X-14.65Y32.526CR=1.N394X-14.528Y32.745CR=1.N396G3X-14.349Y33.02CR=2.686N398G2X-14.204Y33.216CR=1.N400G3X-14.137Y33.301CR=.566N402G2X-13.976Y33.495CR=1.N404G3X-13.829Y33.656CR=1.391N406G2X-13.656Y33.829CR=1.N408G3X-13.495Y33.976CR=1.391N410G2X-13.301Y34.137CR=1.N412G3X-13.216Y34.204CR=.566N414G2X-13.02Y34.349CR=1.N416G3X-12.745Y34.528CR=2.686N418G2X-12.525Y34.651CR=1.N420X-12.311Y34.765CR=1.N422G3X-11.909Y34.939CR=5.018N424G2X-11.724Y35.008CR=1.N426X-11.545Y35.066CR=1.N428G3X-11.014Y35.198CR=10.459N430G2X-10.875Y35.226CR=1.N432X-10.751Y35.244CR=1.N434G1X-10.078Y35.297N436G2X-10.Y35.3CR=1.N438G1X10.N440Y34.3N442G2X14.3Y30.CR=4.3N444G1Y25.N446X14.247Y24.327N448G3X14.235Y24.253CR=.254N450X14.09Y23.671CR=11.459N452X14.041Y23.529CR=.575N454X13.831Y23.048CR=6.018N456X13.724Y22.85CR=.994N458X13.479Y22.473CR=3.686N460X13.294Y22.236CR=1.566N462X13.041Y21.959CR=2.391N464X12.764Y21.706CR=2.391N466X12.527Y21.521CR=1.566N468X12.15Y21.276CR=3.686N470X11.952Y21.169CR=.994N472X11.471Y20.959CR=6.018N474X11.329Y20.91CR=.575N476X10.747Y20.765CR=11.459N478X10.673Y20.753CR=.254N480G1X10.Y20.7N482X-10.N484G2X-13.724Y22.85CR=4.301N486X-14.3Y25.CR=4.3N488G1Y30.N490X-14.247Y30.673N492G3X-14.235Y30.747CR=.254N494X-14.09Y31.329CR=11.459N496X-14.041Y31.471CR=.575N498X-13.831Y31.952CR=6.018N500X-13.724Y32.15CR=.994N502X-13.479Y32.527CR=3.686N504X-13.294Y32.764CR=1.566N506X-13.041Y33.041CR=2.391N508X-12.764Y33.294CR=2.391N510X-12.527Y33.479CR=1.566N512X-12.15Y33.724CR=3.686N514X-11.952Y33.831CR=.994N516X-11.471Y34.041CR=6.018N518X-11.329Y34.09CR=.575N520X-10.747Y34.235CR=11.459N522X-10.673Y34.247CR=.254N524G1X-10.Y34.3N526X10.N528G0Z9.87N530Z59.8N532Z60.3N534X-20.774Y-65.721N536Z57.87N538Z9.87N540G1Z7.87F100.N542Y60.169F1000.N544X21.877 .%O5454N106G0G90X-.093Y39.981A0.S2000M3N108G43H3Z5.N110G1Z-12.F300.N112G0Z5.N114M5N116G500N120M30%O5455G54G90N106G0G90X-.093Y-44.672A0.S2000M3N108G43H2Z5.N110G1Z-5.F200.N112G0Z5.N114M5N116G500N120M30% 小臂的程序 %O1234N010G90G92X100Z100N020M03S400N030M06T0101N040G00X25Z2N050G01X21Z-71N060 X25N070G00Z2N080G01X21Z-71N090 X20N100G00Z2N110 Z100T0100N120 M05N130 M30%N010G90G92X100Z100N020M03S400N030M06T0101N040G00X25Z2N050G01X21Z-21N060 X25N070G00Z2N080G01X17Z-20N090 X23N100G00Z2N110G01X15Z-20N120 X20N130G00Z2N140G01X11Z0N150 X15Z-20N160 X16N170G00Z2N180G01X11Z0N190 X15Z-20N200 X16N210G00Z2N220G01X10Z0N230 X14Z-20N240 X16N250G00Z2N260 X25Z100T0100N270M05N280M30N290M06T0404N300G00X25Z2N310G01X14Z-18N320 X12N330 X15N340 Z-20N350G01X12N360 X20N370G00Z2N380 X80Z100T0202N390M05N400M305 结论与展望5.1 本文总结数控机床以其精度高、效率高、能适应小批量多品种复杂零件的加工等优点，在机械加工中得到日益广泛的应用。概括起来，数控机床的加工有以下几方面的优点。（1）适应性强。适应性即所谓的柔性，是指数控机床随生产对象变化而变化的适应能力。在数控机床上改变加工零件时，只需重新编制程序，输入新的程序后就能实现对新的零件的加工；而不需改变机械部分和控制部分的硬件，且生产过程是自动完成的。这就为复杂结构零件的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的方便。适应性强是数控机床最突出的优点，也是数控机床得以生产和迅速发展的主要原因。（2）精度高，质量稳定。数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的，一般情况下工作过程不需要人工干预，这就消除了操作者人为产生的误差。在设计制造数控机床时，采取了许多措施，使数控机床的机械部分达到了较高的精度和刚度。数控机床工作台的移动当量普遍达到了0.010.0001mm，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，高 档数控机床采用光栅尺进行工作台移动的闭环控制。数控机床的加工精度由过去的0.01 mm提高到0.005mm甚至更高。定位精度九十年代初中期已达到0.002mm0.005mm。此外，数控机床的传动系统与机床结构都具有很高的刚度和热稳定性。通过补偿技术，数控机床可获得比本身精度更高的加工精度。尤其提高了同一批零件生产的一致性，产品合格率高，加工质量稳定。（3）生产效率高。零件加工所需的时间主要包括机动时间和辅助时间两部分。数控机床主轴的转速和进给量的变化范围比普通机床大，因此数控机床每一道工序都可选用最有利的切削用量。由于数控机床结构刚性好，因此允许进行大切削用量的强力切削，这就提高了数控机床的切削效率，节省了机动时间。数控机床的移动部件空行程运动速度快，工件装夹时间短，刀具可自动更换，辅助时间比一般机床大为减少。数控机床更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床，节省了零件安装调整时间。数控机床加工质量稳定，一般只作首件检验和工序间关键尺寸的抽样检验，因此节省了停机检验时间。在加工中心机床上加工时，一台机床实现了多道工序的连续加工，生产效率的提高更为显著。（4）能实现复杂的运动。普通机床难以实现或无法实现轨迹为三次以上的曲线或曲面的运动，如螺旋桨、汽轮机叶片之类的空间曲面；而数控机床则可实现几乎是任意轨迹的运动和加工任何形状的空间曲面，适应于复杂异形零件的加工。（5）良好的经济效益。数控机床虽然设备昂贵，加工时分摊到每个零件上的设备折旧费较高。但在单件、小批量生产的情况下，使用数控机床加工可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用。数控机床加工零件一般不需制作专用夹具，节省了工艺装备费用。数控机床加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降。此外，数控机床可实现一机多用，节省厂房面积和建厂投资。因此使用数控机床可获得良好的经济效益。（6）有利于生产管理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，特别是在数控机床上使用计算机控制，为计算机辅助设计、制造以及管理一体化奠定了基础.5.2 将来展望随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。 长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。1性能发展方向(1)高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。(2)柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。(3)工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。(4)实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：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。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。2功能发展方向(1)用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部
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