零件的加工与编程

摘要本次毕业设计所采用的数控设备,介绍了数控机床的起源,结构特点,加工特点,应用场合,组成分类数控车的简介,所用系统介绍,刀具介绍材料,以及所用指令列表等零件加工部分主要介绍了所有尺寸以及公差,表面粗糙度和零件的组成等,加工工艺部分主要介绍了内孔,重要外径尺寸,表面粗糙度,材料选用机床,装夹方法,建立坐标进行基点计算刀具选择,切屑用量零件加工工艺过程和零件加工的工艺卡片,程序及对策部分主要介绍了加工程序及注释以及员到的问题.关键词:华中世纪星系统数控 车,零件的加工工艺2目 录摘要 2目 录 3第一章 前言 41.1 本课题研究的意义 41.2 本课题目前的现状 71.3 本课题研究的目标 91.4 完成本课题的可行性分析 10第二章零件的工艺分析 112.1 零件图 112.2 零件的结构分析 112.3 零件的加工工艺过程 122.4 零件加工工艺卡片 14第三章系统设备与编程 143.1 系统设备的选用 143.2 数控机床设备的简介 233.3 零件表面基点坐标的计算. 243.4 刀具明细表 253.5 零件的加 工程序 26四章总结 29参考文献 303第一章 前言1.1 本课题研究的意义1.1.1 数控机床的概述数控技术，简称数控（Numerical ControlNC） ，是利用数字化信息对机械运动及加工过程进行控制的一种方法。由于现代数控都采用了计算机进行控制，因此，也可以称为计算机数控（Computerized Numerical ControlCNC） 。为了对机械运动及加工过程进行数字化信息控制，必须具备相应的硬件和软件。用来实现数字化信息控制的硬件和软件的整体成为数控系统（Numerical Control System） ，数控系统的核心是数控装置（Numerical Controller） 。采用数控技术进行控制的机床，称为数控机床（NC 机床） 。它是一种综合应用了计算机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典型机电一体化产品，是现代制造技术的基础。控制机床也是数控技术应用最早、最广泛的领域，因此，数控机床的水平代表了当前数控技术的性能、水平和发展方向。随着科技发展，为了适应市场需求多变的形势，对现代制造业来说，不仅需要发展车间制造过程的自动化，而且要实现从市场预测、生产决策、产品设计、产品制造直到产品销售的全面自动化。将这些要求综合、构成的完整的生产制造系统，称为计算机集成制造系统（Computer Integrated Manufacturing System-CIMS） 。CIMS 将一个更长的生产、经营活动进行了有机的集成，实现了更高效益、更高柔性的智能化生产，是当今自动化制造技术发展的最高阶段。在 CIMS 中，不仅是生产设备的集成，更主要的是以信息为特征的技术集成和功能集成。计算机是集成的工具，计算机辅助的自动化单元技术是集成的基础，信息和数据的交换及共享是集成的桥梁，最终形成的产品，可以看成是信息和数据的物质体现。在数控机床的早期产品中，数控装置是专用的。近年来，数控装置中的逻4辑电路已被计算机所取代，因而实现了控制多样化和多功能化。从复台化技术的观点来看，增强控制功能，使得操作机床自动化，不是最终目的。控制功能应达到晟佳控制和自适应控制，为此应增加诊断功能。通过传感器反馈，实现加工智能化，并保证系统的可靠性。1.1.2 数控机床的组成1. 输入输出装置入装置的作用是将记录在信息载体上的数控加工程序读入数控系统的内存储器。目前广泛应用的输入方式是利用数控机床上的通讯接口通过计算机进行数据传输，也可利用网络技术进行远程数据传输。对于简单的数控加工程序可采用手动数据输入方式，利用数控系统控制面板上的输入键直接将零件的加工程序输入数控系统的内存储器。2、数控系统数控系统是数控机床的核心。其主要作用是对输入的零件加工程序的命令进行信息处理后，输出控制命令到相应的执行部件（如伺服系统、驱动系统、PLC等） ，完成零件加工程序所要求的工作。数控系统有硬件和软件组成。现代数控系统普遍采用通用计算机其主要硬件部分，包括 CPU、存储器、系统总线和输入输出接口等。软件部分主要是主控制系统软件，其控制方式有数据运算处理控制和时序逻辑控制两大类，主控制器内的插补运算模块根据读入的零件加工程序，通过译码、编译等信息处理后，进行相应的轨迹插补运算，并通过与其相应的各坐标伺服系统位置、速度反馈信号比较，进而控制机床的各坐标轴的移动。时序逻辑控制主要由可编程控制器 PLC 完成，它根据机床加工过程中的各个动作要求进行协调，按各检测进行逻辑判断，从而控制机床有条不紊地按序工作。3、可编程逻辑控制系统可编程逻辑控制系统主要功能是接受可编程控制器 PLC 输出的主轴变速和换向，启动或停止，刀具选择或更换，分度工作台转位和紧锁，工件夹紧或松夹，切削液的开启或关闭等辅助操作信号。经功率放大后直接驱动相应的执行元件，完成数控加工自动操作。4、伺服驱动系统5伺服驱动系统的作用是接受来自数控系统的位置控制信息，捡起转换成相应坐标轴的进给运动和精确定位运动，完成数控机床最后的控制环节，因此，其伺服精度和动态响应特性将直接影响数控机床的加工精度和表面加工质量。伺服驱动系统包括主轴伺服和进给伺服两个单元。主轴伺服单元截水沟来自 PLC 的转向和转速指令，进过功率放大后驱动主轴电动机转动。进给伺服单元在每个插补周期内接受数控系统的位移指令，经过功率放大后驱动进给电动机转动，同时完成速度控制和反馈控制。伺服驱动系统的执行器件有功率步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。5、位置检测系统位置检测系统的作用是通过传感器检测伺服电动机的转角位移或数控机床工作台的直线位移，并转换成电信号反馈给伺服系统，由伺服系统中的位置比较环节对控制位移量与实际位移量进行比较，根据比较的差值调整控制信号，提高控制精度。6、机床主体机床主体指的是数控机床的机械结构部分，是实现零件加工的执行部件。它主要由主运动部件、进给运动部件、支撑件、特殊装置、刀具和辅助装置等组成。数控机床的机械结构部分与普通机床相似，但传动结构和变速系统较为简单，在精度、刚度、抗振性等方面要求较高，因而采取了一些特殊结构，如滚珠丝杠副，直线滚动导轨副等。1.1.3 数控机床的结构特点数控机床与普通机床在总体结构上基本相似，由本身、箱体、导轨、主轴、进给机构及辅助机构组成。由于其加工的特殊性，数控机床在机械结构上具有如下特点：（1）采用高性能的主轴伺服驱动装置和进给伺服驱动装置，使机床的传动链缩短，简化机床机械传动系统的结构。（2）采用具有高刚度、高抗震性及较小热变形的特殊结构，使机床精度、静刚度、动刚度大大提高，从而满足大余量切削和精密加工切削需要。（3）采用高传动效率、高精度、无间隙的传动装置和传动构件，如滚珠丝杠螺6母副、贴塑滑动轨、直线滚动导轨、静压导轨等传动构件。（4）加工中心具有完善的刀具自动交换装置。（5）采用移动门结构的全封闭外罩壳，保证了加工操作的安全性。（6）具有气动、液压、排屑、冷却、润滑等辅助装置。 （1）由于数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电动机驱动，所以它的传动链短。不必使用挂轮、光杠等传动部件，用伺服电动机直接与丝杠联结带动刀架运动。伺服电动机丝杠间也可以用同步皮带副或齿轮副联结。（2）多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，按控制指令作无级变速，主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速。为扩大变速范围，现在一般还要通过一级齿轮副，以实现分段无级调速，即使这样，床头箱内的结构已比传统车床简单得多。数控车床的另一个结构特点是刚度大，这是为了与控制系统的高精度控制相匹配，以便适应高精度的加工。（3）数控车床的第三个结构特点是轻拖动。刀架移动一般采用滚珠丝杠副。滚珠丝杠副是数控车床的关键机械部件之一，滚珠丝杠两端安装的滚动轴承是专用铀承，它的压力角比常用的向心推力球辆承要大得多。这种专用轴承配对安装，是选配的，最好在轴承出厂时就是成对的。（4）为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用油雾自动润滑。（5）由于数控机床的价格较高、控制系统的寿命较长，所以数控车床的滑动导轨也要求耐磨性好。数控车床一般采用镶钢导轨，这样机床精度保持的时间就比较长，其使用寿命也可延长许多。（6）数控车床还具有加工冷却充分、防护较严密等特点，自动运转时一般都处于全封闭或半封闭状态。（7）数控车床一般还配有自动排屑装置。1.2 本课题目前的现状下面对我国数控机床的发展现状及技术趋势进行分析剖析，并初步探讨使其能适应多品种、高质量、低成本的市场需要，促进我国数控机床产业的结构7调整和技术升级，促进引进国外先进技术的消化吸收与创新，提高产业的国际竞争力。1.2.1 数控机床的发展世界上第一台数控机床是为了适应航空工业制造复杂曲面工件的需要产生的。1948 年，美国帕森斯公司在研制加工直升机叶片轮廓检验样板的机床史，首先提出利用电子计算机控制机床加工曲线样板的新概念并获得成功。1952 年，美国麻省理工学院和帕森斯公司合作研制成功了世界上第一台具有信息存储和信息处理功能的三坐标立式铣床。这是一台采用专用计算机进行运算与控制的直线插补轮廓控制数控铣床，专用计算机采用电子管元件，逻辑运算与控制采用硬件连接的电路。1955 年，该类机床进入实用化阶段，在复杂曲面的加工中发挥了重要作用，这就是第一台数控系统。从那时起 40 多年来，随着自动控制技术、微电子技术、计算机技术、精密测量技术及机械制造技术的发展，数控机床得到了迅速发展，不断的更新换代。数控系统的发展经历五代。1955 年，数控系统以电子管组成，体积大，功率消耗大，这是第一台数控系统。1959 年，晶体管元件问世，数控系统中广泛采用晶体管和印刷电路板，从数控系统跨入第二代。1965 年，出现了小规模集成电路，由于其体积小，功耗低，使数控系统的可靠性得到进一步提高数控系统发展到第三代。以上三代数控机床的控制系统均为硬接线数控系统，称为普通数控系统，及 NC 系统。随着计算机技术的发展，出现了以小型计算机代替专用硬接线装置，以控制软件实现数控功能的计算机数控系统，及 CNC 系统，使数控机床进入第四代。1970 年以后，美国因特尔公司首先开发使用了四位微处理器，1974 年，美国、日本等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统。由于中、大规模集成电路的集成度和可靠性高、价格低廉，所以微处理器数控系统得到了广泛应用。8这就是微机数控系统，及 MNC 系统，从而使数控机床进入第五代。 1.2.2 我国数控机床的发展现状我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代， 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，无法用于生产而停顿。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。通过“六五”期间引进数控技术， “七五;期间组织消化吸收“ 科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，19982004 年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为 39.3%和 34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从 2002 年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004 年中国机床主机消费高达 94.6 亿美元，国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70% 以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控,系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之问的差距。1.3 本课题研究的目标1.3.1 理论方面1.学会对零件加工工艺的制定。92.熟悉了数控机床的组成，了解相关控制系统原理。3.掌握各编程指令的意义，编写正确的加工程序。4.了解了机械制造相关知识。5.学会应用或了解关于数控方面的软件1.3.2 操作方面1.按照机械制图标准，绘制出零件图。2.熟练掌握数控机床面板及操作界面的使用。3.熟悉掌握工件装夹、刀具装夹、刀具刃磨、编程原点找正、对刀等操作方法及步骤4.熟练掌握零件图纸分析、工艺制定、刀具选择、切削用量选择、程序编写等加工相关内容，并能够进行计算机仿真加工。5.熟练掌握数控加工过程的完成步骤（从图纸到工件的完整加工过程） ，并能保证零件加工成型的相对尺寸精度、形状精度、表面的位置精度、表面粗度等其他要求。6.熟悉数控机床教学安全操作规程7.通过数控高级工笔试1.4 完成本课题的可行性分析本人通过四年半的理论知识与专业技能的学习，已初步能够独立进行零件的设计、材料分析，工艺的制定，到最终的编程加工。并且在每学期都要进行维期两个用月的专业技能强化训练，让我们深入感受到理论与实践是相辅相成的。在实践方面已通过数控车床中级、普车中级、钳工中级的考核，对电工、机床的结构及工件的加工工艺也有一定的了解；并且论文的论题与自己所学专业相对应，并且具有充分的参考资料（如：机械制图 、 数控加工编程 、数控机床 、 机械制造基础 、 金属工艺学 、 机械设计 、 CAD/CAM 应用技术等资料） 。 金属工艺学此书系统地阐述了钢铁生产、金属材料的性能、金属的结构与结晶、合金的相结构与相图、铁碳合金、钢的热处理、工业10用钢、机械加工工艺规程的制定等方面的基本原理和基础知识。数控加工编程此书从三种数控系统 SIEMENS、FANUC 、华中入手, 深入浅出地阐述了零件的分析,尤其十分详细地介绍了如何编程,同时还介绍了编程时的注意点,最后还对加工中心的对刀和其他类型机床作了简要的介绍。除此之外还有专门的指导老师、教授做辅助综合以上分析相信一定能够顺利地完成最终的设计。第二章零件的工艺分析2.1 零件图零件图如图所示 2-1 其 余2-12.2 零件的结构分析该零件是由外圆、椭圆、孔、内螺纹及退刀槽组成。其中有多个尺寸有较11严的尺寸公差和表面粗糙度等要求。该零件的毛坯材料规格是 45#钢，直径为45mm,长度为 110mm. 。1、零件的形状该零件是由外圆轮廓和孔组成外圆轮廓从左到右依次由：C1 的倒角、363830 的外圆、退刀槽、C2 的倒角、M36X4 的螺纹、椭圆、20 的外圆 SR8 的圆弧。孔左到右依次由：C1 的倒角、R3 的圆弧、30 的内圆、M24X2 的内螺纹、3020 的内圆组成。2、尺寸分析1)外圆轮廓尺寸分析：36 的外圆，其上偏差是 0.0 下偏差是 0.05，其表面粗糙度为 1.638 的外圆，其上偏差为 0 下偏差为 0，其表面粗糙度为 1.630 的外圆，上下偏差为 0，表面粗糙度为 3.2M36X4 的螺纹和椭圆20 的外圆上下偏差为 0，表面粗糙度为 1.62)盲孔尺寸分析：30 的内圆，上偏差为 0.05 下偏差为 0，其粗糙度为 1.6R3 的内圆弧和 M24X2 的螺纹25 的内圆，上下偏差为 0，其表面粗糙度为 1.620 的内圆，上下偏差为 0，其表面粗糙度为 3.23、25 的内圆，上下偏差为 0，其表面粗糙度为 1.62.3 零件的加工工艺过程零件的加工工艺过程如表 2-2 所示：工序号工种工序内容 加工简图 设备1 下料50100122三爪卡盘夹持工件一端，伸长为 55mm，用90刀车 3836 的外圆.3三爪卡盘夹持工件一端，伸长为 55mm 长，夹紧，找正，用 20 的麻花钻钻深 40 的孔.4粗车内孔 30 和 R3的圆弧，用内槽刀切826 的槽，再加工M242 的内螺纹5将工件调头加工件一端，夹住 36 的外圆，车端面见平保证总长1000.05，粗精车外圆36 的外圆，SR8 的圆弧，20 的外圆和椭圆。136最后用外切槽刀切 8X30 的槽切出来，及用三角螺纹刀把 M36X4（R2）的车出来。72-22.4 零件加工工艺卡片零件加工工艺卡片如表 2-3 所示：工序号 工序内容 刀具号 道具型号主轴转速进给速度背吃刀量备注1 钻 20 盲孔 300 1.52 车外圆 90刀1000 F0.3 1.53 车内圆，圆弧和内螺纹外径镗刀 600 F0.3 1.54 切内槽 内槽刀500 F0.3 1.55 车内螺纹 内三角螺纹刀450 F0.3 1.56 调头车外圆 90刀800 F0.3 1.57 车圆弧和椭圆 尖刀 800 F0.3 1.58 车外槽 外槽刀400 F0.3 1.59 车螺纹 螺纹 400 F0.3 1.514刀2-3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15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 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 算 ， 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 16（ 2） 单 微 处 理 器 结 构 和 多 微 处 理 器 结 构 1） 单 微 处 理 器 结 构 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 。 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 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 。 17(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 。 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 和 特 种 加 工 机 床 等 。 18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 ： （ 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 。3.1.3 常见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。193.1.4 所用系统特点（ 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。3.1.5 统编程方法及指令程序编制的方法有手工编程和自动编程两大类。手工编程 手工编程编制工件加工程序的各个步骤，即从工件图样分析、工艺处理、确定加工路线和工艺参数，计算程序中所需的数据，编写加工程序清单直到程序的检验，均由人来完成。手工编程在点位直线圆弧组成的轮廓加工中仍广泛应用。（1）确定工艺过程根据零件图进行工艺分析，在此基础上选定加工机床、刀具和夹具，确定零件加工的工艺路线、工序及切削用量等工艺参数。(2)数值计算根据了零件图样上的尺寸、工艺要求等，选定一个工件坐标系，在工件坐标系内计算工件轮廓的坐标值，即基点和节点坐标。(3)编制加工程序根据制定的加工工艺方案，按照机床数控系统指令代码及程序格式的规定，编织加工程序。（4）输入到数控系统20把编制好的程序输入到数控系统，常用输入方法有：利用 DNC（数据传输）功能，将计算机上编制的加工程序通过传输软件和接口传输到数控系统。（5）程序校验和试切削所编制的加工程序经校验和试切削才能用于正式加工。通常采用空运行的方法进行程序校验，但这只能校验程序格式是否正确及代码是否完整，不能校验轨迹的正确性。未检验加工轨迹是否正确，在有图形显示功能机床上，可利用仿真图形来检查轨迹的正确性。自动编程 自动编程又称计数机辅助编程。自动编程在自动编程系统上进行，它是由一台通用计数机配上打印机、自动穿孔和自动绘图机等组成，可以完成手工编程的大部分工作。自动编程系统使用数控语音描述切削加工时的刀具和工件的相对运动轨迹和一些加工工艺过程。所编程序还可以通过屏幕显示进行模拟加工演示。有错误时，可以在屏幕进行编辑、修改、直至程序停止为止。（2）指令 G 代码和 M 代码G 代码代码 功能 代码 功能G00 快速定位 G50 刀具偏置 0/-G01 直线插补 G51 刀具偏置+/0G02 顺圆插补 G52 刀具偏置-/0G03 逆圆插补 G53 直线偏移注销G04 暂停 G54 直线偏移 XG05 不指定 G55 直线偏移 YG06 抛物线插补 G56 直线偏移 ZG07 不指定 G57 直线偏移 XYG08 加速 G58 直线偏移 XZG09 减速 G59 直线偏移 YZG10G16 不指定 G60 准确定位（精）G17 XY 平面选择 G61 准确定位（中）G18 XZ 平面选择 G62 准确定位（粗）21G19 YZ 平面选择 G63 攻丝G20G32 不指定 G64G67 不指定G33 螺纹切削，等螺距 G68 刀具偏置，内角G34 螺纹切削，增螺距 G69 刀具偏置，外角G35 螺纹切削，减螺距 G70G79 不指定G36G39 不指定 G80 固定循环注销G40 刀具取消补偿 G81G89 固定循环G41 刀具左补偿 G90 绝对尺寸G42 刀具右补偿 G91 相对尺寸G43 刀具偏置左 G92 预置寄存G44 刀具偏置右 G93 进给率，时间倒数G45 刀具偏置+/+ G94 每分钟进给G46 刀具偏置+/- G95 每转进给G47 刀具偏置-/- G96 恒线速度G48 刀具偏置-/+ G97 每分钟转数G49 刀具偏置 0/+ G98G99 不指定M 代码代码 功能 代码 功能M00 程序停止 M36 进给范围 1M01 计划结束 M37 进给范围 2M02 程序结束 M38 主轴速度范围 1M03 主轴顺时旋转 M39 主轴速度范围 2M04 主轴逆时旋转 M40M45 齿轮换档M05 主轴停止 M46M47 不指定M06 换刀 M48 注销 M49M07 2 号冷却液开 M49 进给率修正旁路M08 1 号冷却液开 M50 3 号冷却液开22M09 冷却液关 M51 4 号冷却液开M10 夹紧 M52M54 不指定M11 松开 M55 刀具直线位移，位置 1M12 不指定 M56 刀具直线位移，位置 2M13 主轴顺时，冷却液开 M57M59 不指定M14 主轴逆时，冷却液开 M60 更换工作M15 正运动 M61 工件直线位移，位置 1M16 负运动 M62 工件直线位移，位置 2M17M18 不指定 M63M70 不指定M19 主轴定向停止 M71 工件角度位移，位置 1M20M29 永不指定 M72 工件角度位移，位置 2M30 纸带结束 M73M89 不指定M31 互锁旁路 M90M99 永不指定M32M35 不指定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