数控车毕业设计

1、无锡科技职业学院毕业论文毕业设计（论文）报告题 目 数控车床典型零件加工工艺与编程设计 系 别 中德机电学院控制系 专 业 机电一体化与应用日语 班 级 机日 0602 姓 名 瞿志江 学 号 100061798 指导教师 陈成 2010年 4 月摘 要数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。数控车床种类较多，但主体结构都是由：车床主体、数控装置、伺服系统三大部分组成。数控机床的编程方法有手工编程和自动编程两种。手工编程，

2、编制复杂零件时，容易出错；而自动编程则不会发生这种情况。编程就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。数控机床程序编制过程主要包括：分析零件图纸、工艺处理、数学处理、编写零件程序、程序校验。关键词：数控，车床，编程 ii / 51abstractcnc lathe is the most widely used one of the cnc machine tools. cnc lathe machining f

3、or the main shaft, plates and other types of rotating parts. nc machining process through the operation can be done automatically and outside the cylinder, cone surface, forming surface, thread and end of the processes of cutting, and the car bays, drilling and reaming, reaming work.cnc lathe more c

4、ategories, but the main structure are : the main lathe, cnc equipment, servo system has three major components. cnc machine tool programming manual methods of programming and automatic program two. manual programming, the preparation of complex parts, prone to error; and automatic programming will n

5、ot happen. programming is part of the processing sequence processing, tool trajectory size data process parameters (main movement and feed velocity, cutting depth) and ancillary operations (atc, spindle rotating direction coolant switches, tool clamping, loose, etc.) the processing of information, w

6、ith the words, figures and symbols of code, according to a certain format into processing procedures.cnc machine tool programming process include : analysis of parts drawings, crafts, math, procedures for the preparation of parts, calibration procedures.key words: cnc, lathe, programming. 目录第一章 绪论.（

7、6）1、数控起源与发展（6）2、数控机床的优点（7）3、国内数控机床量的现状（7）第二章 加工机床介绍.（9）1、操作界面（9）1.1、屏幕划分（10）1.2、最重要的软件功能（12）1.3、操作区域（13）2、plc部分（13）2.1、主要功能（13）2.2 、输入输出定义（16）第三章 零件工艺及编程加工.（17）1、数控工艺分析（17）1.1、加工准备（17）1.2、工序划分的主要原则（17）1.3、数控机床的选择（17）1.4、装夹方式和夹具的选择（17）1.5、刀具的选择（18）1.6、切削用量的选择（19）1.6.1、确定进给速度.（19）1.6.2、确定主轴转速（19）1.6.3

8、、确定背吃刀量（20）2、零件结构分析（21）3、加工准备（21）4、数控加工技术文件的拟定（21）4.1、数控加工工序（21）4.2、数控加工刀具（23）5、仿真程序（24）5.1、零件1（24）5.2、零件2（31）5.3、零件3（36）第四章 西门子宏程序在零件加工中的运用.（41）1、 西门子宏程序的分析.（41）1.1、西门子宏程序的特点 .（41）1.2、熟悉西门子宏程序编制.（41）1.2.1、计算参数（41）1.2.2、标记符（41）1.2.3、绝对跳转 .（42）1.2.4、有条件跳转（42）1.2.5、比较运算（42）2、典型特征的宏程序编程（43）2.1、椭圆的宏程序编程

9、（43）2.1.1、长轴在z 向上.（43）2.1.2、长轴在x向上.（44）2.1.3、旋转椭圆（44）2.2、梯形螺纹的宏程序加工（44）2.2.1、梯形螺纹的车削工艺分析（45）2.2.2、宏程序分层加工大螺距梯形螺纹（46）2.2.3、结论（47）第五章 谢辞.（48）参考资料.（48）附录第一章 绪论1、数控起源与发展1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机

10、床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。1.1、数控（nc）阶段（19521970年）早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路搭成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（hard-wired nc），简称为数控（nc）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代-电子管；1959年的第二代-晶体管；1965年的第三代-小规模集成电路。1.2、计算机数控（cnc）阶段（1970年现在）到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过

11、来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（cnc）阶段（把计算机前面应有的通用两个字省略了）。到1971年，美国intel公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件-运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器（microprocessor），又可称为中央处理单元（简称cpu）。到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部

12、件，故仍称为计算机数控。到了1990年，pc机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于pc的阶段。总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代-小型计算机；1974年的第五代-微处理器和1990年的第六代-基于pc（国外称为pc-based）。还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即cnc）了，而我国仍习惯称数控（nc）。所以我们日常讲的数控，实质上已是指计算机数控了。2、数控机床的优点数控机床采用了计算机数控（computerizednuinericallycontrol）系统，因此也称为计算机数控机床

13、或cnc机床。数控机床作为一种新型的自动化机床、在具有高自动程度的同时还具有广泛的通用性。这是因为数控机床都具有以下一些共同的优点：（1）数控机床能缩短生产准备时间，增加切削加工时间的比率。最佳切削参数和最佳走刀路线的合理使用，能够大大地缩短加工时间，提高生产率。（2）数控机床按照程序自动加工，不需要人工干预，而且还可以利用软件进行校正及补偿。因此，使用数控机床进行生产，可以保证零件的加工精度。稳定产品质量。（3）只要改变程序，就能改变数控机床刀具与工件之间的相对运动轨迹，就可以加工不同的零件，使数控加工具备了广泛的适应性和较大的灵活性。从而能够完成很多普通机床难以完成或者不能加工的、具有复杂

14、型面的零件的加工。（4）许多数控机床能够实现生产加工过程中的自动换刀，使得零件一次性装夹之后，数控机床就能完成零件的多个加工部位的加工，真正实现了一机多用，大节省了设备和厂房面积。生产者可以精确计算生产成本，并对生产进度进行合理的安排，从而在一事实上程度上可以加速资金的周转，切实提高经济效益。（5）在一般情况下，数控机床在加工生产过程中不需要特别的专用夹具，普通的通用夹具就能满足数控加工的要求。与普通机床相比，使用数控机床进行生产时，专用夹具设计制造和存放的费用可以大大的减少。（6）运用数控机床进行生产，能够大减轻工人的劳动强度。3、 国内数控机床量的现状近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升

15、，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量机床以fms模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。3.1、国内数控机床行业近年取得的成绩我国的数控机床无论从产品种类、技术水平、质量和产量上都取得了很大的发展，在一些关键技术方面也取得了重大突破。据统计，目前我国可供市场的数控机床有1500种，几乎覆盖了整个金属切削机床的品种类别和主要的锻压机械。领域之广，可与日本、德国、美国并驾齐驱。这标志着国内数控机床已进入快速发展的时期。目前我国已经可以供应网络化、集成化、柔性化的数控机床。同时，我国也已进入世界高

16、速数控机床和高精度精密数控机床生产国的行列。目前我国已经研制成功一批主轴转速在800010000r/min以上的数控机床。我国数控机床行业近年来大力推广应用cad等技术，很多企业已开始和计划实施应用erp、mrpii和电子商务。3.2、国内数控机床仍然较为落后数控机床的重要组成部分有数控系统、刀库和机械手、数控刀架和转台、主轴单元(含电主轴)、滚珠丝杠副和滚动导轨副、防护罩和数控刀具等功能部件，这些功能部件的性能已成为整机性能的决定因素。数控系统由显示器、伺服控制器、伺服电机和各种开关、传感器构成。当然，普通机床发展到数控机床不只是加装系统这么简单，例如:从铣床发展到加工中心，机床结构发生变化

17、，最主要的是加了刀库，还大幅度提高了精度。加工中心最主要的功能是铣、镗、钻的功能。目前世界最大的三家厂商是：日本fanuc、德国西门子、日本三菱，其产品量大面广，但技术并不一定是最高的，其余还有法国num、西班牙凡高等。数控机床是利用二进制数学方式输入，加工过程可任意编程，主轴及进给速度可按加工工艺需要变化，且能实现多坐标联动，易加工复杂曲面。对于加工对象具有“易变、多变、善变”的特点，换批调整方便，可实现复杂件多品种中小批柔性生产，适应社会对产品多样化的需求。但价格较昂贵，需要正确分析其使用的经济合理性;数控机床利用硬件和软件相结合，进一步提高机床的加工精度、效率、自动化程度;数控机床是以电

18、子控制为主的机电一体化机床，充分发挥了微电子、计算机技术特有的优点，易于实现信息化、智能化、网络化，可较易地组成各种先进制造系统，如fms、ftl、fa，甚至将来的cims，能最大限度地提高企业的劳动生产率。第二章 加工机床介绍1、操作界面操作界面分三大操作区：lcd显示区、nc键盘区、机床控制面板区。1.1、屏幕划分屏幕中的缩略符分别具有以下含义图中元素缩略符含义1. 当前操作区域ma加工pa参数pr程序di通讯dg诊断2. 程序状态stop程序停止run程序运行resrt程序复位3. 运行方式jog点动mda手动输入、自动执行auto自动方式4. 状态显示skp程序跳跃跳步的程序段在其段号

19、之前用一斜线表示，这些程序段在程序运行时跳出不执行。dry空运行轴在运行时将执行设定数据“空运行进给率”中规定的进给值。rov快速修调修调开关对于快速进给也生效。sbl单段运行此功能生效时零件程序按如下方式逐段解码，在程序段结束时有一暂停，但在没有空运行进给的螺纹程序段时为一列外，在此只有螺纹程序段运行结束后才会产生一暂停。sbl功能只有处于程序复位状态时才可以选择。m1程序停止此功能生效时程序运行到有m01指令的程序段时停止运行。此时屏幕上显示“5停止m00/m01有效”。prt程序测试（无指令给驱动）1-1000inc步进增量系统处于jog运行方式时不显示程序控制而是显示所选的步进增量。5

20、. 操作信息1停止；没有nc-ready23停止；急停生效4停止；报警同时停止5停止；m0/m01生效6停止；单段运行程序段结束7停止；nc-stop生效8等候；缺少读入使能9等候；缺少进给使能10等候；停留时间生效11等候；缺少辅助功能应答12等候；缺少轴使能13等候；准停窗口未到达1415等候；等待主轴1617等候；进给修调为0%18停止；nc程序段出错192021等候；程序段搜索生效22等候；缺少主轴使能23等候；坐标轴进给值是06 程序名7 报警显示行只有在nc或plc报警时才显示报警信息。在此显示的是当前报警的报警号以及其删除条件。8 工作窗口工作窗口和nc显示9 返回键软件菜单中出

21、现此键符时表明存在上一级菜单。按下返回键后，不存储数据直接返回上一级菜单。10扩展键出现此键符时表明同级菜单中还有其它菜单功能。按下扩展键后，可以选择这些功能。11软件12垂直菜单出现此符号表明存在其它菜单功能，按下垂直菜单键后，这些菜单显示在屏幕上，并可用光标进行选择。13进给轴速度倍率在此显示当前进给轴的速度倍率。14齿轮级在此显示当前轴的齿轮级。15主轴速度倍率在此显示当前主轴的速度倍率。1.2、最重要的软件功能1.3、操作区域控制器中的基本功能可划分为以下几个操作区域：操作区域转换 使用“区域转换键”可从任何操作区域返回主菜单 连续按两次即可返回以前的操作区域 系统开机后首先键入“加工

22、”操作区 使用加工显示键可以直接进入加工操作区2、plc部分2.1主要功能在实例plc应用程序中，已经编入了以下主要功能：2.1.1 plc初始化激活测量系统；通道和轴接口的进给倍率生效；参数有效性检测；2.1.2 急停处理急停按钮处理；611u电源模块上电与下电时序控制；611u电源模块的状态监控；2.1.3 信号处理 操作方式的选择nc启动、停止、复位；主轴手动操作（主轴的正转、反转、停止）；点动键处理；由hmi接口选择手轮；2.1.4 坐标轴控制各个坐标轴的使能控制；硬限位处理或程链；参考点的开关监控；步进驱动器的旋转监控；进给电机的抱闸释放；2.1.5 模拟主轴单极性模拟主轴和双极性模

23、拟主轴；单极性主轴的正使能由q0.0，负使能由q0.1引出； 双极性主轴使能由系统的x7引出； 主轴手动操作；主轴程序控制（自动和mda的方式）；2.1.6 车床刀架控制适用于4或6位霍尔元件简易刀架；刀架锁紧监控；刀架刀位反馈监控；换刀过程监控；换刀时进给停止；2.1.7 冷却液控制手动方式下用户键k6启动或关闭冷却；自动方式的m07、m08启动冷却，m09关闭冷却；冷却液位和冷却电机过载监控；2.1.8 导轨润滑用户键k5启动一次；定时定量润滑（由plc参数设定）；2.1.9 卡盘放松控制卡盘的加紧与放松2.1.10 伺服驱动器优化时刀具抱闸的释放控制组合键由plc机床参数激活（只用于61

24、1u对带抱闸电机的优化）；组合键：抱闸释放；抱闸锁紧。抱闸释放时可产生plc报警提醒工作人员注意。2.2 输入输出定义2.2.1输入信号说明x100用于车床i0.0硬限位x+i0.1硬限位z+i0.2x参考点开关i0.3z参考点开关i0.4硬限位x-i0.5硬限位z-i0.6过载i0.7急停按钮x101i1.0刀架信号t1i1.1刀架信号t2i1.2刀架信号t3i1.3刀架信号t4i1.4刀架信号t5i1.5刀架信号t6i1.6超程释放信号i1.7就绪信号x102-x105在实例程序中未定义2.2.2 输出信号说明x200用于车床q0.0主轴正传q0.1主轴反转q0.2冷却控制输出q0.3润滑

25、输出q0.4刀架正转q0.5刀架反转q0.6卡盘夹紧q0.7卡盘放松x201q1.0无定义q1.1无定义q1.2无定义q1.3电机抱闸释放q1.4主轴制动q1.5输入模块端子t48q1.6输入模块端子t63q1.7输入模块端子t64第三章 零件工艺及编程加工1、 数控工艺分析1.1 、加工准备在自动编程过程中，加工工艺决策是加工能否顺利完成的基础，必须依据零件的形状特点、工件的材料、加工的精度要求、表面粗糙度要求，选择最佳的加工方法、合理划分加工阶段、选择适宜的加工刀具、确定最优的切削用量、确定合理的毛坯尺寸与形状、确定合理的走刀路线，最终达到满足加工要求、减少加工时间、降低加工费用的目的。1

26、.2、工序划分的主要原则：1、保证加工质量；2、合理使用设备；3、先粗后精。4、先主后次。5、先基准后其他。6、尽量减少换刀次数1.3、数控机床的选择：初步选用普通数控机床本机床适用于成批、小批及单件生产加工圆柱体。学院实训车间西门子802c base line数控车床满足本次零件加工要求。本机床加工圆柱体时机床调整及加工方法与普车加工圆柱体时一样，对典型特征的加工有着一般车床所不能比拟的，特别是椭圆这些非圆弧轮廓。而且是模块化编程，比较方便、容易。1.4、装夹方式和夹具的选择：1.4.1、夹具的选择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

27、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。1.4.2、夹具的类型数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘（三爪、四爪）中，由卡盘传动旋转；另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。数控车床上的夹具，一般安装在工作台上，其形式根据被加工工件的特点可多种多样。如：四脚夹盘。1.4.3、工件

28、装夹方法的选择 数控机床上零件的安装方法与普通机床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，注意以下两点：1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性。2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。1.5、 刀具的选择： 刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单

29、刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支m较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能

30、坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。根据对零件图纸的分析，加工所选择的刀具请参看（刀具卡）。1.6、切削用量的选择： 数控车床加工中的切削用量包括：背吃刀量ap、主轴转速n或切削速度vc（用于恒线速切削）、进给速度vf或进给量f。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。其确定原则与普通车加工相似，具体数值应在数控机床说明书给定的允许的范围内选取，或根据金属切削原理中的规定

31、方法及原则，并结合实际加工经验来确定。1.6.1、确定进给速度 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：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；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；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20-50mm/min范围内选取；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。数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。查阅切削用量手册取每转进给量f，按以下公式计算：f=vf/n1.6.2、确定主轴转速a、光车时主轴转速光车时主轴转速应根据零件被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度vc来确定。切削速度是切削用量中对切削加工影响最大的因素。增大切削速度，可以提高切削效率，减小表面粗糙度值，但却使刀具耐用度降低。因此要综合考虑切削条件和要求，选择适当的切削速度。车削时的切削速度如下