非圆曲线的铣削加工毕业论文.doc

毕业设计(论文)说明书题 目： 非圆曲线的铣削加工 毕业设计（论文）中文摘要非圆曲线的铣削加工摘 要： 机械制造业是国民经济的支柱产业，可以说，没有发达的机械制造业，就不可能有国家的真正繁荣的富强。而机械制造业的发展规模和水平，则是反应国民经济实力和科学技术水平的重要标志之一。提高加工效率，降低生产成本，提高加工质量，快速更新产品，是机械制造业竞争和发展的基础，也是机械制造业技术水平的标志。20世纪50年代初第一台数控机床出现了，数控机床是典型的机电一体化产品，综合了精密机械、电子、电力拖动、自动控制、自动检测、故障诊断和计算机等方面的技术。数控机床的高精度、高效率及高柔性决定了大力推广使用数控机床是我国制造业提高制造能力和水平，提高市场适应能力和竞争能力的必由之路。数控铣削加工是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一，加入WTO以来，我国汽车工业、航空航天工业得到了快速发展，大量具有复杂曲面的零件如模具、叶片和螺旋浆等，都需要用数控铣床进行加工。本设计以数控铣床加工工艺、编程与操作为核心内容，重点介绍了数控铣床加工工艺，数控铣床的编程方法，数控铣床的操作方法，典型零件数控铣床加工综合实训等方面的知识及应用实践技能。关键词：数控 数控铣床 数控铣削加工毕业设计（论文）外文摘要Abstract: Machinery manufacturing industry is a pillar industry in the national economy, it can be said that without a developed machinery manufacturing, it is impossible to state the true prosperity of the prosperity. And machinery manufacturing scale and level of development, economic strength and scientific and echnological level of response is one of the important signs. Improve processing efficiency, reduce production costs, improve processing quality and rapid updating products, machinery manufacturing and development on the basis of competition, machinery manufacturing technology is a symbol. First in the early 1950s, the 20th century a CNC machine tool, mechanical and electrical integration is a typical CNC machine tool products, integrated precision machinery, electronics, electric traction, automatic control, automatic detection, fault diagnosis, and computer technology in such areas. High-precision CNC machine tool. high efficiency and high flexible decision is vigorously promoting the use of CNC machine tool manufacturers to increase manufacturing capacity, improve their ability to adapt and competitive ability. CNC milling machining is the most commonly used method of NC and the main one, since the accession to the WTO. Chinas automobile industry, the aerospace industry has been developing rapidly, a large number of parts with complex surfaces such as mold, and the propeller blade, CNC milling machine for processing needs. NC machining process to the design, programming and operations at the core, focusing on the NC Machining Technology, CNC Milling Machine Programming, CNC milling machine operation. Typical NC machining parts such as the Comprehensive Practical application of knowledge and skills. Keywords: CNC CNC Milling Machine CNC milling machining目 录第一章数控机床的简介1. 引 言 51.1数控机床的产生和发展61.2数控机床特点71.3数控机床在国民经济中的地位和作用81.4数控机床的种类8第 二 章 计 算 机 数 控 系 统 2.1.1 NC系统的组成与特点112.1.2 NC系统的软、硬件结构122.1.3 数控铣床的基本编程14第三章 工艺分析与选材3.1 机械零件设计的基本原则233.2 零件图样的工艺分析233.3机械零件的一般设计步骤243.4 材料的选择25第四章 加工准备及工艺路线的确定4.1基准的选择254.1.1基准的分类264.1.2定位方式与定位元件264.1.3工件以及合表面定位284.2确定装夹方法294.3机床及工艺装备的选择294.3.1夹具的选择294.3.2刀具的选择324.4确定工艺路线334.5切削用量及切削液的选择33 4.5.1背吃刀量34 4.5.2进给速度34 4.5.3切削速度34 4.5.4切削液的选择354.6确定进给路线355. CPK的简介及应用41结论45致谢 46参考文献47第一章 数控机床简介1.引言铣削加工的简介：一种常见的金属冷加工方式，和车削不同之处在于铣削加工中刀具在主轴驱动下高速旋转，而被加工工件处于相对静止。 车削加工和铣削加工的区别: 车削用来加工回转体零件，把零件通过三抓卡盘夹在机床主轴上，并高速旋转，然后用车刀按照回转体的母线走刀，切出产品外型来。车床上还可进行内孔，螺纹，咬花等的加工，后两者为低速加工。 数控车床可进行复杂回转体外形的加工。铣削是将毛坯固定，用高速旋转的铣刀在毛坯上走刀，切出需要的形状和特征。传统铣削较多地用于铣轮廓和槽等简单外形/特征。数控铣床可以进行复杂外形和特征的加工。铣镗加工中心可进行三轴或多轴铣镗加工，用于加工，模具，检具，胎具，薄壁复杂曲面，人工假体，叶片等。 在选择数控铣削加工内容时，应充分发挥数控铣床的优势和关键作用数控铣削加工是数控加工中最为常见的加工方法之一，广泛应用于机械设备制造、模具加工等领域。它以普通铣削加工为基础，同时结合数控机床的特点，不但能完成普通铣削加工的全部内容，而且还能完成普通铣削加工难以进行，设置无法进行的加工工序。数控铣削加工设备主要有数控铣床和加工中心，可以对零件进行平面轮廓铣削、曲面轮廓铣削加工，还可以进行钻、扩、绞、镗、惚加工及螺纹加工等。当今世界，工业发达国家对机床工业高度重视，竞相发展机电一体化、高质量、高精、高效、自动化先进机床，以加速工业和国民经济的发展。长期以来，欧、美、亚在国际市场上相互展开激烈竞争，已形成一条无形战线，特别是随微电子、计算机技术的进步，数控机床在20世纪80年代以后加速发展，各方用户提出更多需求，早已成为四大国际机床展上各国机床制造商竞相展示先进技术、争夺用户、扩大市场的焦点。中国加入WTO后，正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强机床工业实力、加速数控机床产业发展，实是紧迫而又艰巨的任务。 数控机床出现至今的50年，随科技、特别是微电子、计算机技术的进步而不断发展。美、德、日三国是当今世上在数控机床科研、设计、制造和使用上，技术最先进、经验最多的国家。 例如：在19世纪初时是1mm级，到20世纪初时提高到了0.01mm级而近30年来，普通机械加工的精度已从0.01mm提高到0.005mm级，精密加工的精度已从1um级提高到0.02um级，超精密加工的精度已从0.0.01um级进入纳米级在表面粗糙度方面，日本用萤光碳素泡沫抛光剂和细微SiO2粉末抛光工作，成功获得了小于0.0005um的表面粗糙度过去们只注意表面粗糙度、波度和纹理等表面特征，忽视了表面之下0.38mm范围内的内部效应，即次表面效应对零件可靠性的影响这方面尚需深入研究，采取相应措施，方能提高产品的质量和使用寿命及可靠性中国于1958年研制出第一台数控机床，发展过程大致可分为两大阶段。在19581979年间为第一阶段，从1979年至今为第二阶段。第一阶段中对数控机床特点、发展条件缺乏认识，在人员素质差、基础薄弱、配套件不过关的情况下，一哄而上又一哄而下，曾三起三落、终因表现欠佳，无法用於生产而停顿。主要存在的问题是盲目性大，缺乏实事求是的科学精神。在第二阶段从日、德、美、西班牙先后引进数控系统技术，从日、美、德、意、英、法、瑞士、匈、奥、韩国、台湾省共11国(地区)引进数控机床先进技术和合作、合资生产，解决了可靠性、稳定性问题，数控机床开始正式生产和使用，并逐步向前发展。在20余年间，数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：培训一批设计、制造、使用和维护的人才；通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国内市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处於从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。存在的主要问题包括：缺乏象日本“机电法”、“机信法”那样的指引；严重缺乏各方面专家人才和熟练技术工人；缺少深入系统的科研工作；元部件和数控系统不配套；企业和专业间缺乏合作，基本上孤军作战，虽然厂多人众，但形成不了合力。1.1数控机床的产生随着生产和科学技术的飞速发展，社会对机械产品多样化的要求日益强烈，产品更新越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加，同时随着汽车工业和轻工业消费品的高速增长，机械产品的结构日趋复杂，其精度日趋提高，性能不断改善，激烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化、高效和高质量复杂零件加工要求。因此，对制造机械产品的生产设备机床，必然会相应地提出高效率、高精度和高自动化的要求。 在机械产品中，单件与小批量产品占到70%80%。这类产品的生产不仅对机床提出了“三高”要求，而且还要求机床应具有较强的适应产品变化的能力。特别是一些由曲线、曲面组成的复杂零件，若采用通用机床加工，只能借助画线和样板用手工操作的方法来加工，或利用靠模和仿型机床来加工，其加工精度和生产效率都受到了很大的限制。 数控机床就是为了解决单件、小批量，特别是高精度、复杂型面零件加工的自动化并保证质量要求而产生的。1947年美国PARSONS公司为了精确制造直升飞机机翼、浆叶和框架，开始探讨用三坐标曲线数据控制机床运动，并进行实验加工飞机零件。1952年麻省理工学院（MIT）伺服机构研究所用实验室制造的控制装置与辛辛那提（Cincinnati Hydrotel）公司的立式铣床成功的实现了三轴联动数控运动，实现控制铣刀连续空间曲面加工，它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密检测与新型机械结构等多方面的技术成果，是一种新型的机床，可用于加工复杂曲面零件。该铣床的研制成功是机械制造行业中的一次技术革命，使机械制造业的发展进入了一个崭新的阶段，揭开了数控加工技术的序幕。数控机床的发展趋势数控机床自上世纪50年代问世到现在的半个世纪中，数控机床的品种得以不断发展，几乎所有机床都实现了数控化。目前，已经出现了包括生产决策、产品设计及制造和管理等全过程均由计算机集成管理和控制的计算机集成制造系统CIMS（Computer Integrated Manufacturing System），以实现工厂生产自动化。数控机床的应用领域已从航空工业部门逐步扩大到汽车、造船、机床、建筑等机械制造行业，出现了金属成型类数控机床、特种加工数控机床，还有数控绘图机、数控三坐标测量机等。 1. 高精度化 普通级数控机床加工精度已由原来的10m,提高到5m和2m，精密级从5m提高到1.5m。 2. 高速度化 提高主轴转速是提高切削速度的最直接方法，现在主轴最高转速可达50000r/min，进给运动快速移动速度达30-40m/min。 3. 高柔性化 由单机化发展到单元柔性化和系统柔性化，相继出现柔性制造单元（FMC）,柔性制造系统（FMS）,和介于二者之间的柔性制造线（FTL）。 4. 高自动化 数控机床除自动编程，上下料、加工等自动化外，还在自动检索、监控、诊断、自动对刀、自动传输的方面发展。 5. 复合化 包含工序复合化，功能复合化，在一台数控设备上完成多工序切削加工（车、铣、镗、钻） 6. 高可靠性 系统平均无故障时间MTBF由80年代10000h提高到现在的30000h，而整机的MTBF也从100200h提高到500800h。 7. 在智能化 网络化方面也得到较大发展现已出现了通过网络功能进行的远程诊断服务1.2数控机床的特点A加工精度数控机床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。 对加工对象的适应性强 在数控机床上改变加工零件时，只需从新编制（更换）程序，输入新的程序就能实现对新的零件的加工，这就为复杂结构的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利。 自动化程度高，劳动强度低 数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了安放穿孔带或操作键盘、装卸工件、关键工序的中间检测以及观察机床运行之外，不需要进行繁杂的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均可大为减轻，加上数控机床一般都具有较好的安全防护、自动排屑、自动冷却和自动润滑装置，操作者的劳动条件也大为改善。 B 生产效率高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选用最有利的切削用量。由于数控机床的结构刚性好，因此允许进行大切削量的强力切削，这就提高了数控机床的切削功率，节省了机动时间。 数控机床更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床，故节省了零件安装、调整时间。数控机床加工质量稳定，一般只做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。 C良好的经济效益在单件、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，节省了直接生产费用；使用数控机床加工零件一般不需要制作专用夹具，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。 D有利于现代化管理采用数控机床加工，能准确地计算出零件加工工时和费用，并有效地简化了检验夹具、半成品的管理工作，这些特点都有利于现代化的生产管理。1.3数控机床在国民经济发展中的地位和作用数控机床是数字控制的工作母机的总称,一般由主机、数控系统(包括伺服及驱动系统)及相关配套件等三个部分组成。它包括数控金属切削机床、数控锻压机床等。数控机床集现代机械制造技术、计算机技术、网络技术、通讯技术、控制技术、液压气动技术、光电技术于一体,具有高效率、高精度、高自动化和高柔性的特点。 数控机床在国民经济发展中具有不可忽视的重要性: 一、数控机床是制造业信息化的重要基础 由于信息技术、网络技术的应用,使数控机床智能化提高、远程遥控成为可能,从而使企业产品设计、制造、管理和销售的信息得以集成并加以有效控制,达到制造业信息化目的,提高企业的市场应变能力和竞争能力。 二、数控机床是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段 数控机床可大大提高加工零件的质量,加工精度高,一致性好,数控机床的自动化程度高,可提高加工效率3一5倍;数控机床的工序集中,可缩短生产准备周期,减少占地面积和资金占用,亦可减少操作者劳动强度;数控机床的柔性化程度高,适合多品种、大中小多种批量生产。1.4数控机床的种类目前，数控机床品种已经基本齐全，规格繁多，据不完全统计已有400多个品种规格。可以按照多种原则来进行分类。但归纳起来，常见的是以下面4种方法来分类的。1、按工艺用途分类（1） 一般数控机床。这类机床和传统的通用机床种类一样，有数控的车、铣、 镗、钻、磨床等等， 而且每一种又有很多品种，例如数控铣床中就有立铣、卧铣、工具铣、龙门铣等。这类机床的工艺可能性和通用机床相似，所不同的是它能加工复杂形状的零件。 （2） 数控加工中心机床。这类机床是在一般数控机床的基础上发展起来的。它是在一般数控机床上加装一个刀库(可容纳10-100多把刀具)和自动换刀装置而构成的一种带自动换刀装置的数控机床(又称多工序数控机床或镗铣类加工中心，习惯上简称为加工中心Machining Center)， 这使数控机床更进一步地向自动化和高效化方向发展 。数控加工中心机床和一般数控机床的区别是:工件经一次装夹后,数控装置就能控制机床自动地更换刀具，连续地对工件各加工面自动地完成铣 ( 车 ) 、镗、钻、铰及攻丝等多工序加工。这类机床大多是以镗铣为主的，主要用来加工箱体零件。它和一般的数控机床相比具有如下优点： 减少机床台数, 便于管理，对于多工序的零件只要一台机床就能完成全部加工，并可以减少半成品的库存量； 由于工件只要一次装夹，因此减少了由于多次安装造成的定位误差，可以依靠机床精度来保证加工质量； 工序集中，减少了辅助时间，提高了生产率； 由于零件在一台机床上一次装夹就能完成多道工序加工，所以大大减少了专用工夹具的数量，进一步缩短了生产准备时间。由于数控加工中心机床的优点很多，深受用户欢迎，因此在数控机床生产中占有很重要的地位。另外还有一类加工中心，是在车床基础上发展起来的，以轴类零件为主要加工对象。除可进行车削、镗削外，还可以进行端面和周面上任意部位的钻削、铣削和攻丝加工。这类加工中心也设有刀库，可安装4-12把刀具，习惯上称此类机床为车削中心(TC：Turning Center) 。 2、按数控机床的运动轨迹分类按照能够控制的刀具与工件间相对运动的轨迹，可将数控机床分为点位控制数控机床、点位直线控制数控机床、轮廓控制数控机床等。现分述如下：（1） 点位控制数控机床。 这类机床的数控装置只能控制机床移动部件从一个位置 ( 点 ) 精确地移动到另一个位置 ( 点 ) ，即仅控制行程终点的坐标值，在移动过程中不进行任何切削加工，至于两相关点之间的移动速度及路线则取决于生产率。为了在精确定位的基础上有尽可能高的生产率，所以两相关点之间的移动先是以快速移动到接近新的位置，然后降速 1-3 级，使之慢速趋近定位点，以保证其定位精度。这类机床主要 数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床和数控测量机等，其相应的数控装置称之为点位控制装置。（2） 点位直线控制数控机床。 这类机床工作时，不仅要控制两相关点之间的位置 (即距离)，还要控制两相关点之间的移动速度和路线(即轨迹)。其路线一般都由和各轴线平行的直线段组成。它和点位控制数控机床的区别在于：当机床的移动部件移动时，可以沿一个坐标轴的方向(一般地也可以沿45斜线进行切削，但不能沿任意斜率的直线切削)进行切削加工，而且其辅助功能比点位控制的数控机床多，例如，要增加主轴转速控制、循环进给加工、刀具选择等功能。这类机床主要有简易数控车床、数控镗铣床和数控加工中心等。相应的数控装置称之为点位直线控制装置。 （3） 轮廓控制数控机床。这类机床的控制装置能够同时对两个或两个以上的坐标轴进行连续控制。加工时不仅要控制起点和终点，还要控制整个加工过程中每点的速度和位置，使机床加工出符合图纸要求的复杂形状的零件。它的辅助功能亦比较齐全。这类机床主要有数控车床、数控铣床、数控磨床和电加工机床等。其相应的数控装置称之为轮廓控制装置(或连续控制装置) 。 3、按伺服系统的控制方式分类数控机床按照对被控制量有无检测反馈装置可以分为开环和闭环两种。在闭环系统中，根据测量装置安放的位置又可以将其分为全闭环和半闭环两种。在开环系统的基础上，还发展了一种开环补偿型数控系统。(1) 开环控制数控机床。在开环控制中，机床没有检测反馈装置数控装置发出信号的流程是单向的，所以不存在系统稳定性问题。也正是由于信号的单向流程,它对 机床移动部件的实际位置不作检验，所以机床加工精度不高，其精度主要取决于伺服系统的性能。 工作过程是: 输入的数据经过数控装置运算分配出指令脉冲,通过伺服机构(伺服元件常为步进电机)使被控工作台移动。 这种机床工作比较稳定、反应迅速、调试方便、维修简单，但其控制精度受到限制。 它适用于一般要求的中、小型数控机床。 (2) 闭环控制数控机床。由于开环控制精度达不到精密机床和大型机床的要求，所以必须检测它的实际工作位置，为此，在开环控制数控机床上增加检测反馈装置，在加工中时刻检测机床移动部件的位置，使之和数控装置所要求的位置相符合，以期达到很高的加工精度。 闭环控制系统框图如图15所示。 图中A为速度测量元件， C为位置测量元件。当指令值发送到位置比较电路时，此时若工作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电机转动，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指令值进行比较，用比较的差值进 行控制，直至差值消除时为止，最终实现工作台的精确定位。这类机床的优点是精度高、速度快，但是调试和维修比较复杂。其关键是系统的稳定性，所以在设计时必须对稳定性给予足够的重视 。(3) 可以通用。因而灵活性和适应性强，也便于批量生产，模块化的软、硬件，提高了系统的质量和可靠性。所以，现代数控机床都采用 CNC 装置。 半闭环控制数控机床。半闭环控制系统的组成如图16所示。这种控制方式对工作台的实际位置不进行检查测量，而是通过与伺服电机有联系的测量元件，如测速发电机 A 和光电编码盘 B( 或旋转变压器 ) 等间接检测出伺服电机的转角，推算出工作台的实际位移量，图 16 半闭环控制系统框图用此值与指令值进行比较，用差值来实现控制 。 从图 16 可以看出，由于工作台没有完全包括在控制回路内，因而称之为半闭环控制。这种控制方式介于开环与闭环之间，精度没有闭环高，调试却比闭环方便。 (4) 开环补偿型数控机床。将上述三种控制方式的特点有选择地集中起来，可以组成混合控制的方案 。这在大型数控机床中是人们多年研究的题目，现在已成为现实。 因为，大型数控机床，需要高得多的进给速度和返回速度，又需要相当高的精度。如果只采用全闭环的控制，机床传动链和工作台全部置于控制环节中，因素十分复杂，尽管安装调试多经周折，仍然困难重重。为了避开这些矛盾，可以采用混合控制方式。在具体方案中它又可分为两种形式：一是开环补偿型；一是半闭环补偿型。这里仅将开环补偿型控制数控机床加以介绍。图17为开环补偿型控制方式的组成框图。它的特点是：基本控制选用步进电机的开环控制伺服机构，附加一个校正伺服电路。通过装在工作台上的直线位移测量元件的反馈信号来校正机械系统的误差。4、按数控装置分类数控机床若按其实现数控逻辑功能控制的数控装置来分，有硬线（件）数控和软线（件）数控两种。（1） 硬线数控（称普通数控，即NC）。 这类数控系统的输入、插补运算、控制等功能均由集成电路或分立元件等器件实现。一般来说，数控机床不同，其控制电路也不同，因此系统的通用性较差，因其全部由硬件组成，所以功能和灵活性也较差。这类系统在 70 年代以前应用得比较广泛。（2） 软线数控（又称计算机数控或微机数控，即CNC或MNC）。 这类系统利用中、大规模及超大规模集成电路组成 CNC 装置，或用微机与专用集成芯片组成，其主要的数控功能几乎全由软件来实现， 对于不同的数控机床，只须编制不同的软件就可以实现， 而硬件几乎 可以通用。因而灵活性和适应性强，也便于批量生产，模块化的软、硬件，提高了系统的质量和可靠性。所以，现代数控机床都采用 CNC 装置。第二章计算机数控系统2.1.1CNC系统的组成与特点计算机数控系统（简称CNC系统）是在硬件数控（NC）统的基础上发展起来的，它用一台计算机完成数控装置的所有功能。CNC系统由硬件和软件组合，其组成框图如图1所示根据上述组成框图，CNC系统有如下特点：（1） 灵活性（2） 通用性（3） 可靠性（4） 数控功能多样化（5） 使用维护方便2.1.2 CNC系统的软、硬件结构1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板（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。（一）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功能模板结构（二）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。下图是单微处理器结构图。2多微处理器结构随着数控系统功能的增加，数控机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，这就是多微处理系统。下图所示的数控系统带有4个CPU。目前使用的多微处理器系统有三种不同的结构，即主从式结构，总线式多主CPU结构和分布式结构。2）CNC系统的软件结构（一）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。下面分别叙述它们的作用。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。（1） 输入程序（2） 译码程序（3） 数据处理程序 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。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。（二）CNC系统软件的结构CNC系统是在同一时间或同一时间间隔内完成两种以上性质相同或不同的工作，因此需要对系统软件的各功能模块实现多任务并行处理。为此，在CNC软件设计中，常采用资源分时共享并行处理和资源重叠流水并行处理技术。资源分时共享并行处理适用于单微处理系统，主要采用对CPU的分时共享来解决多任务的并行处理。资源重叠流水并行处理适用于多微处理器系统，资源重叠流水并行处理是指在一段时间间隔内处理两个或多个任务，即时间重叠。由于两种技术处理方式不同，相应的CNC软件也可设计成不同的结构形状。不同的软件结构对各任务的安排方式也不同，管理方式也不同。较常见的CNC软件结构形式有前后台型软件结构和中断型软件结构。1. 前后台型软件结构前后台型软件结构将整个CNC系统软件分为前台程序和后台程序。2.中断型软件结构2.1.3铣床编程基础数控铣床具有丰富的加工功能和较宽的加工工艺范围，面对的工艺性问题也较多。在开始编制铣削加工程序前，一定要仔细分析数控铣削加工工艺性，掌握铣削加工工艺装备的特点，以保证充分发挥数控铣床的加工功能。 一、数控铣床的主要功能各种类型数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同，但各种数控系统的功能，除一些特殊功能不尽相同外，其主要功能基本相同。1、 点位控制功能此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工。2、 连续轮廓控制功能此功能可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。3、 刀具半径补偿功能此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程，而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，从而减少编程时的复杂数值计算。4、 刀具长度补偿功能此功能可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。5、 比例及镜像加工功能比例功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行。镜像加工又称轴对称加工，如果一个零件的形状关于坐标轴对称，那么只要编出一个或两个象限的程序，而其余象限的轮廓就可以通过镜像加工来实现。6、 旋转功能该功能可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。7、 子程序调用功能有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状，将这一轮廓形状的加工程序作为子程序，在需要的位置上重复调用，就可以完成对该零件的加工。8、 宏程序功能该功能可用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令，并能对变量进行运算，使程序更具灵活性和方便性。二、数控铣床坐标系和参考点图3.1.1 (a) 立式数控铣床； (b) 卧式数控铣床三、机床坐标系和工件坐标系之间的联系 当工件安装在机床上以后，机床坐标系和工件坐标系的原点是绝对不可能重合的，工件的原点相对于机床的原点，在X、Y、Z方向有位移量，通过对刀操作可以测定。 因此，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。 对加工人员来说，则应在装夹工件、调试程序时，确定加工原点的位置，并在数控系统中给予设定(即给出原点设定值)，这样数控机床才能按照准确的加工位置进行加工。 数控操作人员确定工件原点相对机床原点的操作过程，称为对刀。数控铣床基本G指令在这一部分中，将以FANUC-0MC数控系统为基础，介绍数控铣床程序编制的基本方法。该系统的主要特点是：轴控制功能强，其基本可控制轴数为X、Y、Z三轴，扩展后可联动控制轴数为四轴；编程代码通用性强，编程方便，可靠性高。常用文字码及其含义见表3.1。表3.1 常用文字码及其含义功能 文字码 含义 程序号 O：ISO/: EIA 表示程序名代号(19999) 程序段号 N 表示程序段代号(19999) 准备机能 G 确定移动方式等准备功能 坐标字X、Y、Z 、A、C 坐标轴移动指令(99999.999mm) R 圆弧半径(99999.999mm) I、J、K 圆弧圆心坐标(99999.999mm) 进给功能 F 表示进给速度(11000mm/min) 主轴功能 S 表示主轴转速(09999r/min) 刀具功能 T 表示刀具号(099) 辅助功能 M 冷却液开、关控制等辅助功能(099) 偏移号 H 表示偏移代号(099) 暂停 P 、X 表示暂停时间(099999.999s) 子程序号及子程序调用次数 P 子程序的标定及子程序重复调用次数设定(19999) 宏程序变量 P、Q、R 变量代号 1、G92 -设置加工坐标系编程格式：G92 X Y ZG92指令是将加工原点设定在相对于刀具起始点的某一空间点上。若程序格式为G92 X a Y b Z c则将加工原点设定到距刀具起始点距离为X= -a ，Y= -b ，Z= -c的位置上。 例：G92 X20 Y10 Z10其确立的加工原点在距离刀具起始点X=-20，Y=-10，Z=-10的位置上,如图3.1.2所示。图3.1.2G92 设置加工坐标系2、G53 -选择机床坐标系 编程格式：G53 G90 X Y Z ；G53指令使刀具快速定位到机床坐标系中的指定位置上，式中X、Y、Z后的值为机床坐标系中的坐标值，其尺寸均为负值。 例：G53 G90 X-100 Y-100 Z-20则执行后刀具在机床坐标系中的位置如图3.1.3所示。图3.1.3G53 选择机床坐标系3、G54、G55、G56、G57、G58、G59 选择16号加工坐标系图3.1.4设置加工坐标系这些指令可以分别用来选择相应的加工坐标系。编程格式：G54 G90 G00 (G01) X Y Z (F) ；该指令执行后，所有坐标值指定的坐标尺寸都是选定的工件加工坐标系中的位置。16号工件加工坐标系是通过CRT/MDI方式设置的。 例：在图3.1.4中，用 CRT/MDI在参数设置方式下设置了两个加工坐标系： G54：X-50Y-50Z-10 G55：X-100Y-100Z-20 这时，建立了原点在O的G54加工坐标系和原点在O的G55加工坐标系。若执行下述程序段： N10G53G90X0Y0Z0 N20G54G90G01X50Y0Z0F100 N30G55G90G01X100Y0Z0F100则刀尖点的运动轨迹如图3.1.4中OAB所示。注意事项（1）G54与G55G59的区别G54G59设置加工坐标系的方法是一样的，但在实际情况下，机床厂家为了用户的不同需要，在使用中有以下区别：利用G54设置机床原点的情况下，进行回参考点操作时机床坐标值显示为G54的设定值，且符号均为正；利用G55G59设置加工坐标系的情况下，进行回参考点操作时机床坐标值显示零值。（2）G92与G54G59的区别G92指令与G54G59指令都是用于设定工件加工坐标系的，但在使用中是有区别的。G92指令是通过程序来设定、选用加工坐标系的，它所设定的加工坐标系原点与当前刀具所在的位置有关，这一加工原点在机床坐标系中的位置是随当前刀具位置的不同而改变的。（3）G54G59的修改G54G59指令是通过MDI在设置参数方式下设定工件加工坐标系的，一旦设定，加工原点在机床坐标系中的位置是不变的，它与刀具的当前位置无关，除非再通过MDI 方式修改。（4）应用范围本课程所列加工坐标系的设置方法，仅是FANUC系统中常用的方法之一，其余不一一例举。其它数控系统的设置方法应按随机说明书执行。4、常见错误当执行程序段“G92 X 10 Y 10”时，常会认为是刀具在运行程序后到达X 10 Y 10 点上。其实， G92指令程序段只是设定加工坐标系，并不产生任何动作，这时刀具已在加工坐标系中的 X10 Y10点上。G54G59指令程序段可以和G00、G01指令组合，如G54 G90 G01 X 10 Y10时，运动部件在选定的加工坐标系中进行移动。 程序段运行后，无论刀具当前点在哪里，它都会移动到加工坐标系中的X 10 Y 10 点上。5、坐标平面选定G17 XY平面， G18 ZX平面， G19 YZ平面6、参考点控制指令（1）、自动返回参考点 G28格式： G28 X _ Y _ Z _其中，X、Y、Z 为指定的中间点位置。（2）、自动从参考点返回G29格式： G29 X _ Y _ Z 其中，X、Y、Z 为指令的定位终点位置。7、单位的设定尺寸单位选择G20，G21，G22格式：G20 英制 G21 公制 G22 脉冲当量8、快速定位指令G00格式：G00 X_Y_Z_ 其中，X、Y、Z、为快速定位终点，在G90时为终点在工件坐标系中的坐标；在G91时为终点相对于起点的位移量。9、直线进给指令G01 格式： G01 X _Y_ Z_ F_ 其中，X、Y、Z为终点，在G90时为终点在工件坐标系中的坐标；在G91时为终点相对于起点的位移量。10、圆弧进给指令 G02：顺时针圆弧插补 G03：逆时针圆弧插补指令格式：第三章工艺分析与选择3.1机械零件设计的基本原则在理解了零件的使用要求和掌握了材料的机械性能的基础上，一般考虑以下几方面：1.强度首先考虑承受载荷的状态和应力特性。在静载荷下工作的零件，可以选用脆性材料制造。当载荷带有些冲击时，应主要使用塑性材料。对于承受弯曲或扭转应力的零件，由于应力在横截面上分布不均匀，可以采用复合热处理，如调质和表面硬化，使零件的表面与芯部具有不同的金相组织，提高零件的疲劳强度。对于接触应力大的零件，可以对材料进行局部强化处理，如调质、渗碳、渗氮等，改善材料的表面性能。当零件承受变应力时，选择耐疲劳的材料。组织均匀、韧性较好、夹杂物少的钢材的疲劳强度都较高。零件的结构形状、表面状态和热处理方法对疲劳强度有明显的影响。受冲击载荷较大的零件，应选择冲击韧性较好的材料制造。2.刚度弹性模量是材料影响零件刚度的唯一机械性能指标，而各种材料的弹性模量相差不大，故改变材料对零件刚度的影响不明显。由于结构形状对零件的刚度有明显的影响