机电一体化毕业论文

1、毕业论文毕业论文 数控技术的原理和装备发展趋势及对策 学 生 姓 名 吴春云 指 导 教 师 代若愚 专 业 名 称 机电一体化技术 班 级 名 称 机电 1020 班 论 文 工 作 起 始 日 期 2012 年 12 月 18 日 提 交 日 期 2013 年 1 月 2 日 昆明冶金高等专科学校毕业设计（论文）成绩评定表 设计（论文）题目： 数控技术的原理和装备发展趋势及对策 学生姓名： 吴春云 学号： 1000002335 电气学院 机电一体化技术 专业 三年级 年级 1 1、指导教师评分：、指导教师评分： 序序 号号 评价内容评价内容分数分数序号序号评价内容评价内容分数分数 1 调查

2、论证（8 分） 4 工作量、工作态度（10 分） 2 方案设计与技术路线 （15 分） 5 论文质量（15 分） 3 分析与解决问题能力 （15 分） 6 创新（7 分） 指导教师评分指导教师评分 ： 分分 2 2 指导教师评语：指导教师评语： 该同学按照论文任务书要求认真开展了论文研究工作，结合专业重点知 识进行选题，查阅资料充分，论文撰写规范，论文思路清晰，内容充实， 论述充分，结论明确，按进度安排提交了所有论文成果。 导师（签字）：代若愚 日 期：2013 年 1 月 8 日 昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校 毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）任务书 学院： 电气学院 专业：

3、 机电一体化技术 班 级： 机电 1020 班 学生姓名： 吴春云 毕业设计（论文）题目：数控技术的原理和装备发展趋势及对策 毕业设计（论文）主要内容： 1、按指导教师所给论文题目查阅相关文献资料。根据本次毕业论文 所给题目，毕业论文参考资料主要查阅所需题目研究领域的发展历史、 国内外研究情况、在各行业的应用情况、发展趋势及需要解决的主要技 术难题、进一步研究的工作重点等； 2、确定论文具体研究方向； 3、拟定论文撰写提纲和工作进度，填写论文开题报告； 4、根据指导教师对开题报告的修改意见撰写论文，形成初稿后提交 指导教师审阅，根据修改意见修改论文，形成论文终稿，论文要求内容 丰富，条理清楚，

4、格式规范，富有创新，字数不少于一万字； 5、按格式要求打印论文相关材料，并按顺序装订提交； 6、制作论文汇报 ppt，以便教师快速查看论文的撰写过程及核心内 容。 毕业设计（论文）毕业设计（论文）预期目标：预期目标： 1、根据论文题目完成相关资料查阅； 2、完成论文开题报告； 3、完成课题研究和论文撰写； 4、完成论文汇报 ppt。 完成时间：完成时间：20132013 年年 1 1 月月 4 4 日前日前 毕业设计（论文）指导教师： 代若愚 系 主 任（教研室主任）： 马志诚 学 院 院 长： 龙志文 2012 年 12 月 13 日 昆明冶金高等专科学校昆明冶金高等专科学校 毕业设计（论文

5、）开题报告 设计题目：数控技术的原理和装备发展趋势及对策设计题目：数控技术的原理和装备发展趋势及对策 学生姓名：吴春云学生姓名：吴春云 专专 业：机电一体化技术业：机电一体化技术 指导教师：代若愚指导教师：代若愚 填表时间：填表时间：20122012 年年 1212 月月 1818 日日 毕毕 业业 设设 计计 开开 题题 报报 告告 1 1本课题的研究意义：本课题的研究意义： 从 20 世纪中叶数控技术出现以来数控 技术给机械制造业带来了革命性的变化。数控加工具有如下特点加 工柔性好、加工精度高、生产率高、减轻操作者劳动强度、有利于生 产管理的现代化以及经济效益的提高。数控技术是一种高度机电

6、一体 化的产品、适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较 高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、 要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求 100% 检验的零件。数控技术的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防 建设发展的重要装备。进入 21 世纪，我国经济与国际全面接轨、进 入了一个蓬勃发展的新时期。制造业既面临着机械制造业需求水平提 升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈 的国际市场竞争的压力，加速推进数控技术的发展是解决机床制造业 持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机 技术和现代设计技术的飞速进步

7、，数控技术的应用范围还在不断扩大， 并且不断发展以更适应生产加工的需要。本文简要分析了数控机床高 速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色 化等发展趋势，并提出了我国数控技术的装备、发展趋势及对策。 2 2国内外研究现状（文献综述）：国内外研究现状（文献综述）：我国数控技术起步于 20 世纪 50 年代末期，经历了初期的封闭式开发阶段，“六五”、“七五” 期间的消化吸收、引进技术阶段，“八五”期间建立国产化体系 阶段，“九五”期间产业化阶段，现已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，较具规模的企业有广州

8、数控、航天 数控、华中数控等，生产了具有中国特色的经济型、普及型数控 系统。经半个世纪的发展，产品的性能和可靠性有了较大的提高， 逐渐被用户认可，在市场上站稳了脚跟。但是由于系统技术含量 低，产生的附加值少，不具备与进口系统进行全面抗衡的能力， 只在低端市场占有一席之地，还不能为我国数控产业起到支撑的 作用，与国外相比，还有不小的差距。国内的数控系统刚刚产业 化、水平质量一般。华中数控近几年发展迅速，软件水平相当不 错，但在电器硬件方面还需进一步提高。因此我国急需增强自主 创新的研发能力，加快发展国产自主品牌、尤其加快、加强高中 档次数控机床的研发，并实现其商品化。 当前，在数控机床精密化方面

9、，美国的水平最高，不仅生产中小 型精密机床，而且由于国防和尖端技术的需要，研究开发了大型 精密机床。其代表产品有 lll 实验室研制成功的 dtm 一 3 型精密 车床和 lodtm 大型光学金刚石车床，它们是世界公认水平最高的、 达到当前技术最前沿的大型精密机床。其它国家也相应研制成功 各种类似的装备，如英国的 cranfield、日本的东芝机械等。 近年来我国对超精密机床的研制也一直在进行。北京机床研究所 研制成功了 jcs 一 027 型超精密车床、jcs 一 03 型超精密铣床、 jcs 一 035 型数控超精密车床等。 3 3本课题研究的基本内容：本课题研究的基本内容：数控技术是用数

10、字信息对机器活动 和事情历程举行掌握的技能，数控设备因此数控技能为代表的新技能 对传统制作财产和新兴制作业的渗出形成的机电一体化产物，即所谓 的数字扮装备，其技能范畴笼罩许多范畴：(1)机器制作技能；(2)信 息处置惩罚、加工、传输技能；(3)主动掌握技能；(4)伺服驱动技能； (5)传感器技能；(6)软件技能等。 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

11、)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。 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。 4 4本课题的重点和难点及预期目标本课题的重点和难点及预期目标; ; 重点：以数控机床来说明数控技术的重要性 难点：数控技术的原理，数控机床的组成以及工作方式

12、 预期目标：通过对数控技术的原理，工作方式，运行机构来了解 数控技术在各各方面的重要性 5 5设计（论文）进度计划：设计（论文）进度计划： 2012 年 12 月 17 日-12 月 21 日：开题报告 2012 年 12 月 22 日-12 月 28 日：论文初稿 2012 年 12 月 29 日-2113 年 1 月 4 日：论文终稿 2013 年 1 月 4 日-1 月 7 日 指导教师意见：指导教师意见：所选题目贴合专业知识，研究内容对本行业发 展及个人专业能力提高有现实意义。写作过程中注意进一步理清思路， 突出重点难点，突出课题的研究对生产实践的指导意义，并融入自己 对改进生产工艺和

13、未来发展趋势的思考，按照科技论文的撰写规范按 时完成任务。同意开题。 指导教师：代若愚 所在专业审查意见： 同意开题 专业负责人： 马志诚 院部审查意见： 同意开题 院部负责人： 龙志文 毕业设计（论文）辅导情况表毕业设计（论文）辅导情况表 指导教师：指导教师： 代若愚代若愚 辅导时间辅导内容学生签字 2012 年 12 月 19 日指导开题报告修改吴春云 2012 年 12 月 25 日指导论文初稿修改吴春云 2012 年 12 月 19指导论文二次修改吴春云 2012 年 1 月 2 日指导论文打印和装订吴春云 2012 年 1 月 4 日指导汇报 ppt 制作吴春云 目录目录 0 0 前

14、言前言 .1 1 1 1 数控技术的发展趋向数控技术的发展趋向 .2 2 1.1 高速、高精加工及设备的新趋向 .2 1.2 五轴联动加工和复合加工机床快速生长 .3 1.3 智能化、开放式、收集化成为今世数控体系生长的重要趋向 .3 1.4 看重新技能尺度、范例的创建 .4 1.4.1 关于数控体系计划开辟范例 .4 1.4.2 关于数控尺寸 .5 2 2 数控机床数控机床 .6 6 2.1 工作原理 .6 2.2 组成 .6 2.2.1 加工程序载体 .7 2.2.2 数控装置 .7 2.2.3 伺服系统和测量反馈系统 .8 2.2.4 机床主体 .8 2.2.5 数控机床的辅助装置 .9

15、 2.3 分类 .9 2.3.1 数控车床 .9 2.3.2 数控铣床 .9 2.4 加工特点 .10 2.5 安全操作规程 .11 3 3 数控系统数控系统 .1212 3.1 基本概念 .12 3.2 结构 .12 3.3 组成 .12 3.4 功能 .13 3.4.1 基本功能 .13 3.4.2 选择功能 .15 3.5 特点 .15 3.5.1 灵活性 .15 3.5.2 通用性 .16 3.5.3 可靠性 .16 3.6 使用维修方便 .17 4 4 数控技术的优点数控技术的优点 .1717 4.1 高速、高效 .17 4.2 高精度 .18 4.3 高可靠性 .18 4.4 复合

16、化 .19 5 5 数控技术装备的发展数控技术装备的发展 .1919 5.1 加速数控技术和装备的国产化 .19 5.2 加速数控技术和装备的商品化 .20 5.3 强数控技术和装专业化 .21 6 6 对我国数控技能及其财产生长的根基预计对我国数控技能及其财产生长的根基预计 .2121 结语结语.2323 总结与体会总结与体会.2323 致谢致谢.2424 参考文献参考文献.2424 数控技术的原理和装备发展趋势及对策数控技术的原理和装备发展趋势及对策 吴春云 （昆明冶金高等专科学校电气学院，昆明 650033） 摘要摘要：本文简要介绍了当今世界数控技术及装备发展的趋势以及我国数控装备技术发

17、 展和产业化的现状，在此基础上讨论了在我国加入 wto 和对外开放进一步深化的新环 境下，发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要 性，并从战略辛口两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。并以数控机 床为实例来说明数控技术的应用。 关键词：关键词：数控技术、数控机床 thethe numbernumber controlscontrols technicaltechnical principleprinciple andand materialmaterial toto developdevelop trendtrend andand counterplan

18、counterplan wu chun-yun （faculty of electrical engineering,kunming metallurgy college,kunming 650033,china） summary:this text synopsis introduced number in the world controls trend and our country number of technique and material development to control a material technique nowadays the development a

19、nd industry turns of present condition,on this foundation discuss under the new surrounding that our country join wto and outward open to deepen further,develop an our country number to control technique and material,exaltation our country the importance of the manufacturing industry information-bas

20、ed level and international competition ability,and from strategic xin kou liang level put forward to develop an our country number to control technique and material of what time viewpoint.combine with the number control tool machine for solid example to explain the number controls a technical applic

21、ation. keyword:the number controls a technique,the number control tool machine 0 0 前言前言 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的 象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行 业、汽车、轻工、医疗等的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数 字化已是现代发展的大趋势。而且随着世界制造业的转移，中国正逐步成为世界加工 厂，美国、韩国、英国等国家已经进入工业化发展的高科技密集时代与微电子时代， 钢铁、机械、化工等重工业正逐步向发展中国家转移，

22、我国正处于重工业发展中期， 所以数控技术的发展对发展中国家的发展尤为重要。我国从 1958 年起，由一批科研 院所、高等学校和少数机床厂起步进行数控系统的研制和开发。由于受到当时国产电 子元器件水平低，部门经济等的制约，未能取得较大的发展。在改革开放后，我国数 控技术才逐步取得实质性的发展。经过“六五(81-85 年)的引进国外技术，“七 五”(86-90 年)的消化吸收和“八五”(91一-95 年)国家组织的科技攻关，才 使得我国的数控技术有了质的飞跃，当时通过国家攻关验收和鉴定的产品包括北京珠 峰公司的中华 i 型，华中数控公司的华中 i 型和沈阳高档数控国家工程研究中心的蓝 天 i 型，

23、以及其他通过“国家机床质量监督测试中心”测试合格的国产数控系统如南 京四开公司的产品。我国数控机床制造业在 80 年代曾有过高速发展的阶段，许多机 床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳， 所以在 90 年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最 困难的萧条时期，那时生产能力降到 50%，库存超过 4 个月。从 1 9 9 5 年“九五” 以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关 键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用尤其是在 1999 年以后国家向国防工业及关键民用工业部门投入大

24、量技改资金,使数控设备制造 市场一派繁荣。 1 1 数控技术的发展趋向数控技术的发展趋向 数控技术的运用不尽给传统制作业带来了革命性的转变，使制作业成为产业化的 象征，并且随着数控技术的不停发展和运用范畴的扩展，它对国际平易近生的一些主 要行业（it、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越主要的感化，由于这些行业所 需设备的数字化已是当代发展的大趋向。从现在数控技术及其设备生长的趋向来看， 数控技术的发展主要有以下几个方面。 1.11.1 高速、高精加工及设备的新趋向高速、高精加工及设备的新趋向 服从、质量是先辈制作技能的主体。高速、高精加工技能可极大地进步服从，进 步产物的质量和档次，收缩临盆

25、周期和进步市场竞争本领。为这天本先端技能研讨会 将其列为 5 大当代制作技能之一，国际临盆工程学会（cirp）将其肯定为 21 世纪的 中央研讨偏向之一。 在轿车产业范畴，年产 30 万辆的临盆节奏是 40 秒/辆，并且多品种加工是轿车 设备必需办理的重点题目之一；在航空和宇航产业范畴，其加工的零部件多为薄壁和 薄筋，刚度很差，质料为铝或铝合金，只有在高切削速率和切削力很小的环境下，才 气对这些筋、壁举行加工。最近接纳大型团体铝合金坯料“掏空”的要领来制作机翼、 机身等大型零件来替换多个零件经由过程浩繁的铆钉、螺钉和其他联络方法拼装，使 构件的强度、刚度和靠得住性获得进步。这些都对加工设备提出

26、了高速、教育其他论 文高精和高柔性的请求。 从 emo2001 展会环境来看，高速加工中央进给速率可达 80m/min，乃至更高，空 运行速率可达 100m/min 阁下。现在天下上很多汽车厂，包罗我国的上海通用汽车公 司，已经接纳以高速加工中央构成的临盆线部门替换组合机床。美国 cincinnati 公 司的 hypermach 机床进给速率最大达 60m/min，快速为 100m/min，加快度达 2g，主轴 转速已达 60 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用 30min，而同样的零件在一样平 常高速铣床加工需 3h，在平凡铣床加工需 8h；德国 dmg 公司的双主轴车床的主轴速

27、率及加快度分离达 12*!000r/mm 和 1g。 在加工精度方面，近 10 年来，平凡级数控机床的加工精度已由 10m 进步到 5m，细密级加工中央则从 35m，进步到 11.5m，而且超细密加工精度已开 端进入纳米级(0.01m)。在靠得住性方面，外洋数控装配的 mtbf 值已达 6 000h 以 上，伺服体系的 mtbf 值到达 30000h 以上，表示出异常高的靠得住性。为了实现高速、 高精加工，与之配套的功效部件如电主轴、直线电机获得了快速的生长，运用范畴进 一步扩展。 1.21.2 五轴联动加工和复合加工机床快速生长五轴联动加工和复合加工机床快速生长 用 5 轴联动对三维曲面零件

28、的加工，可用刀具最佳多少外形举行切削，不但光洁 度高，并且服从也大幅度进步。一样平常以为，1 台 5 轴联念头床的服从可以即是 2 台 3 轴联念头床，特殊是利用立方氮化硼等超硬质料铣刀举行高速铣削淬硬钢零件时， 5 轴联动加工可比 3 轴联动加工施展更高的效益。但已往因 5 轴联动数控体系、主机 布局庞大等缘故原由，其价钱要比 3 轴联动数控机床凌驾数倍，加之编程技能难度较 大，制约了 5 轴联念头床的生长。当前因为电主轴的涌现，使得实现 5 轴联动加工的 复合主轴头布局大为简化，其制作难度和本钱大幅度低落，数控体系的价钱差距缩小。 是以增进了复合主轴头范例 5 轴联念头床和复合加工机床（含

29、 5 面加工机床）的生长。 在 emo2001 展会上，新日本工机的 5 面加工机床接纳复合主轴头，可实现 4 个垂 直平面的加工和恣意角度的加工，使得 5 面加工和 5 轴加工可在统一台机床上实现， 还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国 dmg 公司展出 dmuvoution 系列加工中央，可 在一次装夹下 5 面加工和 5 轴联动加工，可由 cnc 体系掌握或 cad/cam 直接或间接掌 握。德国 dmg 公司展出 dmuvoution 系列加工中央，可在一次装夹下 5 面加工和 5 轴 联动加工，可由 cnc 体系掌握或 cad/cam 直接或间接掌握。 1.31.3 智能化、开放式、收

30、集化成为今世数控体系生长的重要趋向智能化、开放式、收集化成为今世数控体系生长的重要趋向 21 世纪的数控设备将是具有肯定智能化的体系，智能化的内容包罗在数控体系中 的各个方面：为寻求加工服从和加工质量方面的智能化，如加工历程的自顺应掌握， 工艺参数主动天生；为进步驱动机能及利用衔接便利的智能化，财政研究论文如前馈 掌握、电机参数的自顺应运算、主动辨认负载主动选定模子、自整定等；简化编程、 简化操纵方面的智能化，如智能化的主动编程、智能化的人机界面等；另有智能诊断、 智能监控方面的内容、便利体系的诊断及维修等。为办理传统的数控体系关闭性和数 控运用软件的财产化临盆存在的题目。现在很多国度对开放式

31、数控体系举行研讨，如 美国的 ngc(the next generation work-station/machine control)、欧共体的 osaca(open system architecture for control within automation systems)、日 本的 osec(open system environment for controller)，中国的 onc(open numerical control system)等。数控体系开放化已经成为数控体系的将来之路。所 谓开放式数控体系便是数控体系的开辟可以在同一的运行平台上，面向机床厂家和终 极用户，经

32、由过程转变、增长或剪裁布局工具（数控功效），形成系列化，并可便利 地将用户的非凡运用和技能诀窍集成到掌握体系中，快速实现差别品种、差别档次的 开放式数控体系，形成具有光显本性的名牌产物。现在开放式数控体系的系统布局范 例、通讯范例、司法制度论文设置范例、运行平台、数控体系功效库以及数控体系功 效软件开辟东西等是当前研讨的焦点。收集化数控设备是近两年国际闻名机床展览会 的一个新亮点。数控设备的收集化将极大地满意临盆线、制作体系、制作企业对信息 集成的需求，也是实现新的制作模式如灵敏制作、假造企业、环球制作的根本单位。 国表里一些闻名数控机床和数控体系制作公司都在近两年推出了相干的新观点和样机，

33、如在 emo2001 展中，日本山崎马扎克（mazak)公司展出的“cyberproduction center”（智能临盆掌握中央，简称 cpc)；日本大隈（okuma）机床公司展出“it plaza”（信息技能广场，简称 it 广场)；德国西门子(siemens)公司展出的 open manufacturing environment（开放制作情况，简称 ome）等，反应了数控机床加工向 收集化偏向生长的趋向。 1.41.4 看重新技能尺度、范例的创建看重新技能尺度、范例的创建 .1 关于数控体系计划开辟范例关于数控体系计划开辟范例 如前所述，开放式数控体系有更好的通用性、

34、资本主义论文柔性、顺应性、扩大 性，美国、欧共体和日本等国纷纭实行计谋生长打算，并举行开放式系统布局数控体 系范例(omac、osaca、osec)的研讨和订定，天下 3 个最大的经济体在短期内举行了 险些雷同的科学打算和范例的订定，预示了数控技能的一个新的厘革时代的到临。我 国在 2000 年也开端举行中国的 onc 数控体系的范例框架的研讨和订定。 .2 关于数控尺寸关于数控尺寸 数控尺度是制作业信息化生长的一种趋向。数控技能出生后的 50 年间的信息互 换都是基于 iso6983 尺度，即接纳 g，m 代码形貌怎样（how）加工，其实质特性是面 向加工历程，显然，他已越来

35、越不克不及满意当代数控技能高速生长的须要。为此， 国际上正在研讨和订定一种新的 cnc 体系尺度 iso14649（stepnc)，其目标是供给 一种不依靠于具系统统的中性机制，可以或许形貌产物全部性命周期内的同一数据模 子，从而实现全部制作历程，以致各个产业范畴产物信息的尺度化。step-nc 的涌现 大概是数控技能范畴的一次革命，对付数控技能的生长以致全部制作业，将孕育发生 深远的影响。起首，step-nc 提出一种极新的制作理念，传统的制作理念中，nc 加工 法式都会合在单个盘算机上。而在新尺度下，nc 法式可以疏散在互联网上，公共卫生 论文这恰是数控技能开放式、收集化生长的偏向。其次，

36、step-nc 数控体系还可大大 淘汰加工图纸（约 75）、加工法式体例时候（约 35）和加工时候（约 50）。 现在，西欧国度异常看重 step-nc 的研讨，欧洲提倡了 step-nc 的 ims 打算 (1999.1.12001.12.31)。加入这项打算的有来自欧洲和日本的 20cad/cam/capp/cnc 用户、厂商和学术机构。美国的 step tools 公司是环球范畴内制作业数据互换软件 的开辟者，他已经开辟了用作数控机床加工信息互换的超等模子(super model)，其 目的是用同一的范例形貌全部加工历程。现在这种新的数据互换格局已经在配备了 siemens、fidia

37、以及欧洲 osaca-nc 数控体系的原型样机长进行了验证。 2 2 数控机床数控机床 2.12.1 工作原理工作原理 数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品，是精密机械和自动化技术的 综合体。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输 入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要 求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。 数控机床工作流程: （1）首先根据数控车床零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数 和位移数据。 （2）用规定的数控车床程序代码和格式规则编写零件加工程序单；或用自动编 程软件进行 cad/cam 工作，直接

38、生成零件的加工程序文件。 （3）将数控车床加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质（如穿孔带或 磁带）上。 （4）通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送给数控装置。由手 工编写的程序，可以通过数控机床的操作面板输入程序；由编程软件生成的程序，通 过计算机的串行通信接口直接传输到数控单元（mcu）。 （5）数控装置将所接受的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号形 式向伺服系统统发出执行的命令。 （6）数控车床伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动车床进给机构严格按 照指令的要求进行位移，使车床自动完成相应零件的加工。 2.22.2 组成组成 数控机床组成数控机床的基本组成包括

39、加工程序载体、数控装置、伺服驱动装置、 机床主体和其他辅助装置等五大部分。下面分别对各组成部分的基本工作原理进行概 要说明。 .1 加工程序载体加工程序载体 数控机床工作时，不需要工人直接去操作机床，要对数控机床进行控制，必须编 制加工程序。零件加工程序中，包括机床上刀具和工件的相对运动轨迹、工艺参数 （进给量主轴转速等）和辅助运动等。将零件加工程序用一定的格式和代码，存储在 一种程序载体上，如穿孔纸带、盒式磁带、软磁盘等，通过数控机床的输入装置，将 程序信息输入到 cnc 单元。 .2 数控装置数控装置 数控装置是数控机床的核心。现代数控装置均采用 cnc(c

40、omputer numerical control)形式，这种 cnc 装置一般使用多个微处理器，以程序化的软件形式实现数控 功能，因此又称软件数控(software nc)。cnc 系统是一种位置控制系统，它是根据输 入数据插补出理想的运动轨迹，然后输出到执行部件加工出所需要的零件。因此，数 控装置主要由输入、处理和输出三个基本部分构成。而所有这些工作都由计算机的系 统程序进行合理地组织，使整个系统协调地进行作。 （1）输入装置 将数控指令输入给数控装置，根据程序载体的不同，相应有不同的输入装置。目 前主要有键盘输入、磁盘输入、cad/cam 系统直接通信方式输入和连接上级计算机的 dnc(

41、直接数控)输入，现仍有不少系统还保留有光电阅读机的纸带输入形式。 (1）纸带输入方式。 (2）mdi 手动数据输入方式。 (3）采用 dnc 直接数控输入方式。 （2）信息处理 输入装置将加工信息传给 cnc 单元，编译成计算机能识别的信息，由信息处理部 分按照控制程序的规定，逐步存储并进行处理后，通过输出单元发出位置和速度指令 给伺服系统和主运动控制部分。cnc 系统的输入数据包括：零件的轮廓信息(起点、终 点、直线、圆弧等)、加工速度及其他辅助加工信息(如换刀、变速、冷却液开关等)， 数据处理的目的是完成插补运算前的准备工作。数据处理程序还包括刀具半径补偿、 速度计算及辅助功能的处理等。

42、（3）输出装置 输出装置与伺服机构相联。输出装置根据控制器的命令接受运算器的输出脉冲， 并把它送到各坐标的伺服控制系统，经过功率放大，驱动伺服系统，从而控制机床按 规定要求运动。 .3 伺服系统和测量反馈系统伺服系统和测量反馈系统 伺服系统是数控机床的重要组成部分，用于实现数控机床的进给伺服控制和主轴 伺服控制。伺服系统的作用是把接受来自数控装置的指令信息，经功率放大、整形处 理后，转换成机床执行部件的直线位移或角位移运动。由于伺服系统是数控机床的最 后环节，其性能将直接影响数控机床的精度和速度等技术指标，因此，对数控机床的 伺服驱动装置，要求具有良好的快速反应性能，准确而灵敏

43、地跟踪数控装置发出的数 字指令信号，并能忠实地执行来自数控装置的指令，提高系统的动态跟随特性和静态 跟踪精度。 .4 机床主体机床主体 机床主机是数控机床的主体。它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、 主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。它是在数控机床上自动地完成 各种切削加工的机械部分。与传统的机床相比，数控机床主体具有如下结构特点： （1）采用具有高刚度、高抗震性及较小热变形的机床新结构。通常用提高结构 系统的静刚度、增加阻尼、调整结构件质量和固有频率等方法来提高机床主机的刚度 和抗震性，使机床主体能适应数控机床连续自动地进行切削加工的需要。采取改善机 床

44、结构布局、减少发热、控制温升及采用热位移补偿等措施，可减少热变形对机床主 机的影响。 （2）广泛采用高性能的主轴伺服驱动和进给伺服驱动装置，使数控机床的传动 链缩短，简化了机床机械传动系统的结构。 （3）采用高传动效率、高精度、无间隙的传动装置和运动部件，如滚珠丝杠螺 母副、塑料滑动导轨、直线滚动导轨、静压导轨等。 .5 数控机床的辅助装置数控机床的辅助装置 辅助装置是保证充分发挥数控机床功能所必需的配套装置，常用的辅助装置包括： 气动、液压装置，排屑装置，冷却、润滑装置，回转工作台和数控分度头，防护，照 明等各种辅助装置。 2.32.3 分类分类 针对对车削、铣削、磨削、钻削

45、和刨削等金属切削加工工艺及电加工、激光加工 等特种加工工艺的需求，开发了各种门类的数控加工机床。数控机床种类繁多，一般 有以下 16 大类： .1 数控车床数控车床 （1）数控车床(含有铣削功能的车削中心) （2）数控铣床(含铣削中心) （3）数控铿床 （4）以铣削为主的加工中心 （5）数控磨床(含磨削中心) （6）数控钻床(含钻削中心) （7）数控拉床 （8）数控刨床 .2 数控铣床数控铣床 （9）数控切断机床 （10）数控齿轮加工机床 （11）数控激光加工机床 （12）数控电火花线切割机床 （13）数控电火花成型机床(含电加工中心) （14）数控板村成型加工

46、机床 （15）数控管料成型加工机床 （16）其他数控机床 2.42.4 加工特点加工特点 (1)自动化程度高，可以减轻操作者的体力劳动强度。数控加工过程是按输入的 程序自动完成的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中，主要 是观察和监督机床运行。但是，由于数控机床的技术含量高，操作者的脑力劳动相应 提高。 (2)加工零件精度高、质量稳定。数控机床定位精度和重复定位精度都很高，较 容易保证一批零件尺寸的一致性，只要工艺设计和程序正确合理，加之精心操作，就 可以保证零件获得较高的加工精度，也便于对加工过程实行质量控制。 (3)生产效率高。数控机床加工是能再一次装夹中加工多个加工表面

47、，一般只检 测首件，所以可以省区普通机床加工时的不少中间工序，如划线、尺寸检测等，减少 了辅助时间，而且由于数控加工出的零件质量稳定，为后续工序带来方便，其综合效 率明显提高。 (4)便于新产品研制和改型。数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备，通过编 制加工程序就可把形状复杂和精度要求较高的零件加工出来，当产品改型，更改设计 时，只要改变程序，而不需要重新设计工装。所以，数控加工能大大缩短产品研制周 期，为新产品的研制开发、产品的改进、改型提供了捷径。 (5)可向更高级的制造系统发展。数控机床及其加工技术是计算机辅助制造的基 础。 (6)初始投资较大。这是由于数控机床设备费用高，首次加工准备周

48、期较长，维 修成本高等因素造成。 (7)维修要求高。数控机床是技术密集型的机电一体化的典型产品，需要维修人 员既懂机械，又要懂微电子维修方面的知识，同时还要配备较好的维修装备。 2.52.5 安全操作规程安全操作规程 开机前，应当遵守以下操作规程： （1）穿戴好劳保用品，不要戴手套操作机床。 （2）详细阅读机床的使用说明书，在未熟悉机床操作前，切勿随意动机床，以 免发生安全事故。 （3）操作前必须熟知每个按钮的作用以及操作注意事项。 （4）注意机床各个部位警示牌上所警示的内容。 （5）按照机床说明书要求加装润滑油、液压油、切削液，接通外接气源。 （6）机床周围的工具要摆放整齐，要便于拿放。 （

49、7）加工前必须关上机床的防护门。 在加工操作中，应当遵守以下操作规程： （1）文明生产，精力集中，杜绝酗酒和疲劳操作；禁止打闹、闲谈、睡觉和任 意离开岗位。 （2）机床在通电状态时，操作者千万不要打开和接触机床上示有闪电符号的、 装有强电装置的部位，以防被电伤。 （3）注意检查工件和刀具是否装夹正确、可靠；在刀具装夹完毕后，应当采用 手动方式进行试切。 （4）机床运转过程中，不要清除切屑，要避免用手接触机床运动部件。 （5）清除切屑时，要使用一定的工具，应当注意不要被切屑划破手脚。 （6）要测量工件时，必须在机床停止状态下进行。 （7）在打雷时，不要开机床。因为雷击时的瞬时高电压和大电流易冲击

50、机床， 造成烧坏模块或丢失改变数据，造成不必要的损失。 工作结束后，应当遵守以下操作规程： （1）如实填写好交接班记录，发现问题要及时反映。 （2）要打扫干净工作场地，擦拭干净机床，应注意保持机床及控制设备的清洁。 （3）切断系统电源，关好门窗后才能离开。 3 3 数控系统数控系统 3.13.1 基本概念基本概念 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 c

51、ontrol,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。 3.23.2 结构结构 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。 计算机数控系统（cnc 系统）是在硬件数控的基础上发展起来的，它用一台计算 机代替先前的数控装置所完成的功能。所以，它是

52、一种包含有计算机在内的数字控制 系统，根据计算机存储的控制程序执行部分或全部数控功能。依照 eia 所属的数控标 准化委员会的定义，cnc 是用一个存储程序的计算机，按照存储在计算机内的读写存 储器中的控制程序去执行数控装置的一部分或全部功能，在计算机之外的唯一装置是 接口。目前在计算机数控系统中所用的计算机已不再是小型计算机，而是微型计算机， 用微机控制的系统称为 mnc 系统，亦统称为 cnc 系统。由于这二者的控制原理基本相 同，因此本章将一并讨论这两种控制系统。 3.33.3 组成组成 数控系统由零件加工程序，输入输出设备，cnc 装置，可编程序控制器，主轴驱 动装置和进给驱动装置等组

53、成。 （）cnc 装置的组成 cnc 装置由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开软件，硬件便无法 工作，两者缺一不可。软件包括管理软件和控制软件两大类。管理软件由输入程序、 i/o 处理程序、显示程序和诊断程序等组成。控制软件由译码程序、刀具补偿计算程 序、速度控制程序、插补运算程序和位置控制程序等组成， cnc 装置的硬件结构微处 理器（cpu）负责运算及对整个系统进行控制和管理。可编程只读存储器（eprom）和 随机存储器（rom）用于储存系统软件和零件加工程序以及运算的中间结果等。输入 输出接口供系统与外部进行信息交换。mdi/crt 接口完成手动数据输入并将信息显示 在 crt

54、 上。位置控制部分是 cnc 装置的重要组成部分，它通过速度控制单元，驱使进 给电机输出功率和扭矩，实现进给运动。 （2）cnc 装置的工作过程 cnc 装置的工作是在硬件的支持下执行软件的全过程，机床的逻辑功能信息是在 cnc 装置中经译码处理后，在机床逻辑控制软件的控制下，通过一些顺序执行电器送 往机床强电部分，去执行机床的强电功能。零件加工程序的坐标控制信息经译码后， 通过轨迹计算和速度计算传送给插补工作寄存器，由插补产生的运动指令提供给伺服 电动机，去控制机床坐标轴的运动。 （3）cnc 装置可执行的功能 cnc 装置中使用了计算机，用存放在存储器中的软件来实现部分或全部数控功能，这

55、就为丰富数控功能创造条件，也有利于数控机床进入 fms 和 cims。 3.43.4 功能功能 数控系统的功能一般包括基本功能和选择功能。基本功能是 cnc 系统必备的数控 功能，选择功能是供用户根据机床特点和工作途径进行选择的功能。 .1 基本功能基本功能 控制功能 控制功能主要反映了 cnc 系统能够同时控制的轴数（即联动轴数）。控制轴有移 动轴和回转轴，有基本轴和附加轴。如数控车床一般为两个联动轴（x 轴和 z 轴）， 数控铣床和加工中心一般需要三个或三个以上的控制轴。控制轴数越多，cnc 系统就 越复杂。 准备功能 准备功能（g 功能）是指定机床动作方式的功能，由指令

56、g 和它后面的两位数字 表示。iso 标准中，g 代码有 100 种，从 g00g99，主要有基本移动 （g00，g01，g02，g03），程序暂停（g04）等。 插补功能 插补功能指 cnc 装置可以实现插补加工线型的能力，如直线插补、圆弧插补和其它一 些线型的插补，甚至多次曲线和多坐标插补的能力。 进给功能 进给功能包括切削进给、同步进给、快速进给、进给倍率等。它反映了刀具的进 给速度，一般用 f 代码后的数字直接指定各轴的进给速度，如 f200 表示进给速度为 200mm/min。最大进给速度反映了 cnc 系统运算速度的大小，最新型的 cnc 系统允许 采用 100m/s 的速度进行加

57、工。 刀具功能 刀具功能用来选择刀具，用 t 代码和它后面的 2 位或 4 位数字表示。 主轴功能 主轴功能是指定主轴速度的功能，用 s 代码指定。主轴的转向用 m03（正向）和 m04（反向）指定。 辅助功能 辅助功能也称 m 功能。用来规定主轴的启停和转向，冷却液的接通和断开，刀具 的更换，工件的夹紧和松开等。 字符显示功能 cnc 系统可通过软件和接口在 crt 显示器上实现字符显示，如显示程序、参数、 各种补偿量、坐标位置和故障信息等。 自诊断功能 cnc 系统有各种诊断程序，可以防止故障的发生和扩大。在故障出 现后可迅速查明故障的类型和部位，减少因故障引起的停机时间。 补偿功能及固定

58、循环功能 cnc 系统具备补偿功能，对加工过程中由于刀具磨损或更换而造成的误差，以及 机械传动的丝杠螺距误差和反向间隙所引起的加工误差等予以补偿。cnc 系统的存储 器中存放着刀具长度或半径的相应补偿量，加工时按补偿量重新计算刀具的运动轨迹 和坐标尺寸，从而加工出符合要求的零件。 固定循环功能指 cnc 装置为常见的加工工艺所编制的，可以多次循环加工的功能。 用数控机床加工零件时，一些典型的加工工序，如钻孔、攻丝、镗孔、深孔钻削等， 所完成的动作循环十分典型，将这些典型动作预先编好程序并存在存储器中，用 g 代 码进行指定。固定循环中的 g 代码所指定的动作程序，要比一般 g 代码所指定的动作

59、 要多得多，因此使用固定循环功能，可以大大简化程序编制。 .2 选择功能选择功能 图形显示功能 cnc 装置可配置 9 英寸单色或 14 英寸彩色 crt，通过软件和接口实现字符和图形 显示。可以显示程序、参数、各种补偿量、坐标位置、故障信息、人机对话界面、零 件图形、动态刀具轨迹等。 通信功能 cnc 系统通常具备 rs-232c 接口，有的还备有 dnc 接口，设有缓冲存储器，可以 按文本格式输入，也可按二进制格式输入，进行高速传输。有些 cnc 系统还能进入工 厂通信网络，以适应 fms 和 cims 的要求。 人机对话编程功能 有些数控系统带有人机对话编程功能，它不但有

60、助于编制复杂零件的加工程序， 而且可以方便编程。如图形编程，只要输入图样上简单的表示几何尺寸的命令，就能 自动生成加工程序；对话式编程可根据引导图和说明进行编程，并具有工序、刀具、 切削条件等自动选择的智能功能；用户宏编程也可以使初步受过 cnc 训练的人能很快 地进行编程。 3.53.5 特点特点 与 nc 系统相比，cnc 系统主要的优点有： .1 灵活性灵活性 这是 cnc 系统的突出优点。对于传统的 nc 系统，一旦提供了某些控制功能，就 不能被改变，除非改变相应的硬件。而对于 cnc 系统，只要改变相应的控制程序就可 以补充和开发新的功能，并不必制造新的硬件。cnc