数控铣床编程毕业论文

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1、第一章 概论1.1计算机数控的概念与发展1.1.1计算机数控的概念数字控制（数控）的概念GB8129-1997中对NC的定义为：用数值数据的控制装置，在运行过程中不断地引入数值数据，从而对某一生产过程实现自动控制。数控机床（NC machine tools）若机床的操作命令以数值数据的形式描述，工作过程按照规定的程序自动地进行，则这种机床称为数控机床。数控系统在数控机床行业中，数控系统是计算机数字控制装置、可编程序控制器、进给驱动与主轴驱动装置等相关设备的总称。有时则仅指其中的计算机数字控制装置。为区别起见将其中的计算机数字控制装置称为数控装置。从第一台数控机床问世至今的40多年中，随着微电子

2、技术的不断发展，数控装置也在不断地更新换代，先后经历了电子管（1952年）、晶体管（1959年）、小规模集成电路（1965年）、大规模集成电路及小型计算机（1970年）和微处理机或微型计算机（1974年）等五代数控系统。前三代数控装置属于采用专用控制计算机的硬接线（硬件）数控装置，一般称为NC数控装置。20世纪70年代初，随着计算机技术的发展，小型计算机的价格急剧下降，出现了采用小型计算机代替专用硬件控制计算机的第四代数控系统。这种数控系统不仅在经济上更为合算，而且许多功能可用编制的专用程序实现，并可将专用程序存储在小型计算机的存储器中，构成控制软件。这种数控系统称为计算机数控系统（compu

3、terized numerical control，即CNC ）。自1974年开始，以微处理机为核心的数控装置（microcomputerized numerical control，即MNC）得到迅速发展。CNC和MNC称为软接线（软件）数控系统。由于NC硬件数控系统早已被淘汰，而目前软件数控系统均采用MNC，因此，许多书中将现代数控系统称为CNC。我国从1958年开始研制数控机床，20世纪60年代中期进入实用阶段。自20世纪80年代开始，引入日本、美国、德国等国外著名数控系统和伺服系统制造商的技术，使我国数控系统在性能、可靠性等方面得到了迅速发展。经过“六五”、“七五”、“八五”及“九五”

4、科技攻关，我国已掌握了现代数控技术的核心内容。目前我国已有数控系统（含主轴与进给驱动单元）生产企业五十多家，数控机床生产企业百余家。1.2 数控技术与数控机床数控技术，简称数控（Numerical Control-NC），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 Control-CNC）。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称为数控系统（Numerical Control System），数控系统的

5、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。机床控制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。数控机床种类繁多，有钻铣镗床类、车削类、磨削类、电加工类、锻压类、激光加工类和其他特殊用途的专用数控机床等等，凡是采用了数控技术进行控制的机床统称NC机床。带有自动刀具交换装置（Automatic Tool Changer-ATC）的数控机床（带有回转刀架的数

6、控车床除外）称为加工中心（Machine Center-MC）。它通过刀具的自动交换，只需一次装夹即可以完成多工序的加工，实现了工序的集中和工艺的复合，从而缩短了辅助加工时间，提高了机床的效率；减少了零件安装、定位次数，提高了加工精度。目前加工中心是数控机床中产量最大、应用最广的数控机床。1.3 典型数控铣床的概述数控铣床是一种用途十分广泛的机床，主要用于精度要求高、轮廓形状较复杂的平面、曲面及壳体类零件的加工。同时可进行钻、扩、锪、铰、螺纹切削、镗孔等加工。加工中心、柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上产生和发展起来的。1.3.1数控铣床的基本构成及特点数控铣床的基本构成数控铣床由以下几个部

7、分组成1）主机 即铣床机械结构，通常由床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台等机床基础件以及主传动机构、进给系统等组成。它是整台铣床的基础和框架。2）控制部分（CNC装置） 包括专用计算机、显示器、键盘、输入输出装置等，其为数控铣床的控制核心。3）驱动装置。4）辅助装置 冷却、润滑等辅助装置。数控铣床的结构特点1）高刚度和高抗震性 铣床刚度是铣床的技术性能之一，它反应了铣床机构抵抗变形的能力。主要采取了提高数控铣床构件的静刚度和固有频率，改善数控铣床结构的阻尼特性，采用新材料和刚板焊接结构等几方面的措施。2）减小了热变形对铣床的影响 铣床的热变形是影响铣床加工精度的重要因素之一。由于数控铣床主轴

8、转速、进给速度远高于普通铣床，因此热变形对数控铣床的影响远比普通铣床严重。3）传动系统机械结构简化 数控铣床采用的交流、直流电机，其调速范围大，并可无级调速，因此使得主轴箱、进给变速箱及传动系统大为简化，箱体机构简单。4）高传动效率和无间隙传动装置 目前数控铣床进给驱动系统中常用的机械装置主要有三种：滚珠丝杠副、静压蜗杆蜗轮机构和预加载荷双齿轮齿条。5）低摩擦系数的导轨 导轨是铣床的基本结构之一。铣床加工精度和使用寿命在很大程度上决定于铣床导轨的质量。1.3.2数控铣床的分类数控铣床从结构上可分为立式、卧式及立卧两用三种。立式数控铣床立式数控铣床主轴轴线垂直于水平面，这种铣床占数控铣床的大多数

9、，应用范围也最广。目前三坐标数控立铣占数控铣床的大多数，一般可进行三坐标联动加工，也可以实行两轴半控制，即在X、Y、Z三个坐标轴中，任意两轴都可以联动。一般用来加工平面曲线的轮廓。但也可加一个回转坐标，用来加工螺旋槽、叶片等立体曲面零件。卧式数控铣床卧式数控铣床主轴的轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘（或万能数控转盘）来实现四坐标、五坐标加工。立卧两用数控铣床这类铣床可在一台机床上进行立式加工或卧式加工，同时具备立、卧式铣床的功能。它的使用范围更广，功能更全。一般数控铣床上指规格较小的升降台式数控铣床，其工作台宽度多在400mm以下，规格较大的数控铣

10、床（工作台宽度多在500mm以上），其功能已向加工中心靠近，进而演变成柔性制造单元。1.3.3数控铣床的主要加工对象平面类零件即加工面平行或垂直于水平面，以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件。直纹曲面类零件即由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。立体曲面类零件即加工面为空间曲面的零件。这类零件的加工面不能展成平面，一般使用球头铣刀切削，加工面与铣刀始终为点接触，若采用其它刀具加工，易于产生干涉而铣伤邻近表面。1.3.4典型数控铣床的性能本设计中的零件是利用XK5025数控铣床加工的，在这里对该机床的性能及主要规格、参数进行简要介绍。该机床适用于多品种小批量生产的零件，对各种复杂曲线的凸轮、

11、样板、弧形槽等零件的加工效能尤为显著。其驱动部件为高性能、很可靠的混合式步进电机，输出力矩大，高、低速性能均好，且系统具备手动回机械零点功能，机床的定位精度和重复定位精度较高，不需要模具就能确保零件的加工精度，同时本机床所配系统具备刀具半径补偿和长度补偿功能，降低了编程复杂性，提高了加工效率。此外，其还具备零点偏置功能，可实现多工件的同时加工。第二章 槽类零件的加工工艺分析如下图2.1所示，为键槽零件。其材料为45，毛坯尺寸长宽高为16012010,其数控铣床加工 图2.12.1 零件图工艺分析该零件主要由外轮廓、键槽、不规则形形槽、孔组成。总体表面粗糙度要求较低，零件材料为45，切削加工性能

12、较好。根据以上分析，零件孔可以一次性粗加工，键槽、不规则形槽的加工应分粗、精加工两部分进行，以保证表面粗糙度要求。2.2 加工方法的选择、键槽、不规则形槽可选择粗铣精铣方案。、孔加工方案的选择 孔选择钻头一次性加工到位。2.3 确定装夹方案该零件的外形比较规则，因此，在加工键槽、不规则形槽及孔时，选用平口虎钳夹紧。2.4 确定加工顺序及走刀路线按照基准先行，先面后孔，先粗后精的原则确定加工顺序。详见表2-2键槽端盖底版数控加工工序卡，不规则形槽加工采用逆铣方式，刀具沿切线方向切入与切出。2.5 刀具选择、键槽、不规则形槽采用立铣刀加工，根据侧吃刀量选择立铣刀直径，使铣刀工作时有合理的切入/切出

13、角；且铣刀直径应尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，并减小相邻两次进给之间的接刀痕迹。、孔加工选择12钻头，该零件加工所选刀详见表2-1键槽端盖底板数控加工刀具卡片。表2-1键槽端盖底板数控加工刀具卡片产品名称或代号数控铣工艺分析零件名称键槽端盖底板零件图号序号刀具编号刀具规格名称数量加工表面备注1T18硬质合金平刀1铣削键槽2T212钻头1钻孔编制*审核批准共1页第1页2.6 切削用量选择该零件材料切削性能较好，铣削键槽及不规则形槽时留0.5mm精加工余量； 1、进给速度，主轴转速计算、铣削键槽、三角形槽1）确定铣削深度 a2）确定每齿进给量f 3）确定切削速度V 、钻孔1）确定

14、进给量f 2）确定切削速度2.7 拟订数控铣削加工工序卡片为了更好地指导编程和加工操作，把零件的加工顺序、所用刀具和切削用量等参数编入表2-2所示的键槽端盖底板零件数控加工工序卡片。 表2-2 键槽端盖底板数控加工工序卡片单位名称河南工业贸易职业学院产品名称或代号零件名称零件图号数控铣削工艺分析槽类零件工序号程序编号夹具名称使用设备车间平口虎钳XK5025数控中心工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/rmin进给速度/mmmin背吃刀量/mm备注1粗铣不规则形槽T185751004.5自动2精铣不规则形槽T181000720.5自动3钻孔T2126001004.5自动4粗铣槽T18575

15、720.5自动5精铣槽T2810002352.5自动编制*审核批准共1页第三章 数控加工程序的编制3.1 数控铣床的基本编程技术3.1.1 数控铣床的编程特点数控铣床是通过两轴联动来加工零件的平面轮廓，通过两轴半控制、三轴或多轴联动来加工空间曲面零件。数控铣削加工编程具有如下特点：、数控铣床一般仅具有直线和圆弧的插补功能，因此非圆曲线的加工是按编程允许误差将曲线分割成许多小段再用直线或圆弧逼近得到，编程时需计算各节点坐标。、具备刀补功能，可直接按工件尺寸编程。、具备镜像功能，加工轴对称零件时只要编写一半加工程序即可。、具备子程序调用功能。当工件上有相同加工部位时，可以调用子程序，以简化程序编制

16、。3.1.2 数控铣床的坐标系、机床坐标系机床坐标系是机床本身固有的，是以机床原点为坐标系原点建立起来的 X 、 Y 、 Z 轴直角坐标系。机床坐标系是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础，一般不允许随意变动。、工件坐标系为了确定零件加工时在机床中的位置，必须建立工件坐标系，也称为编程坐标系。工件坐标系采用与机床坐标系一致的坐标方向，工件坐标系的原点即工件原点，工件原点是任意的，它由编程人员在编制程序时根据零件的特点选定。它在工件装夹完毕后，通过对刀确定。3.1.3 数控铣床的编程指令表31 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(19

17、999) 程序段号 N 表示程序段代号(19999) 准备功能 G 确定移动方式等准备功能 坐标字X、Y、Z 、A、B、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

18、数设定(19999) 宏程序变量 P、Q、R 变量代号 数控铣床的编程功能指令与数控车床的编程功能指令相似，也可分为准备功能指令和辅助功能指令两大类。由于生产数控机床的厂家众多，且所用数控系统也各不相同，故编程时必须严格遵守机床使用说明书中的规定。常用文字码及其含义见表31。、准备功能指令选择准备功能指令是编制程序的核心问题。准备功能指令也称为G功能，其由地址字G和两位数值来表示，跟在G后面的数字决定了该程序段的指令的意义。常用准备功能代码如表32所示。其中00组的G代码为非模态代码，其余均为模态代码。表32 常用G功能代码指 令组功 能指 令组功能G0001快速定位G4207刀具半径右补偿G

19、01直线插补G4308正向刀具长度补偿G02圆弧插补/螺旋线插补CWG44负向刀具长度补偿G03圆弧插补/螺旋线插补CCWG49刀具长度补偿取消G0400暂停G5300选择机床坐标系G1702选择XY平面G5414选择工件坐标系1G18选择XZ平面G55选择工件坐标系2G19选择YZ平面G56选择工件坐标系3G2006英寸输入G57选择工件坐标系4G21毫米输入G58选择工件坐标系5G2700返回参考点检测G59选择工件坐标系6G28返回参考点G9003绝对值方式编程G29从参考点返回G91相对值方式编程G3301螺纹切削G9200设定工件坐标系G4007取消刀具半径补偿G9810固定循环返回

20、到初始点G41刀具半径左补偿G99固定循环返回到R点、辅助功能指令XK5025立式数控铣床的辅助功能指令与数控车床基本相同。如表33所示。表33 常用M功能代码指令功 能指令功 能M00程序停止M05主轴停止旋转M01选择停止M08切削液开M02程序结束M09切削液关M03主轴顺时针方向旋转M98子程序调用M04主轴逆时针方向旋转M99子程序结束、其它功能指令1)、进给功能进给功能也称为F功能。表示刀具中心运动时的进给速度，由地址码F和数字构成。F功能以每分钟进给距离的方式指定进给速度。F功能的单位可以是mm/min ，也可以是mm/r；可以按公制形式输入，也可以转换成英制。2)、主轴功能主轴

21、功能也称S功能，即用来指定主轴的转速。它由地址码S及后面的整数数字组成，单位为r/min。3)、刀具功能刀具功能也称T功能。由地址码T及后面的两位整数数字组成，数字代表刀具的编号，用来选择刀具。3.1.4 数控铣床的基本编程方法、绝对值方式和增量值方式编程1)、绝对值方式编程程序格式：G902)、增量值方式编程程序格式：G91、工件坐标系的建立1)、设置工件坐标系 2)、选择机床坐标系3)、选择16号工件坐标系G54、G55、G56、G57、G58、G59 选择16号工件坐标系，这些指令可以分别用来选择相应的工件坐标系。编程格式：G54(G55G59) G00 (G01) XYZ(F) ； 、

22、快速定位与直线插补a、快速定位b、直线插补、圆弧插补圆弧插补的编程格式有两种，分别如下：1)、用分矢量I、J、K表示圆心位置2)、用圆弧半径R指定圆心位置 、刀具半径补偿指令G40、G41、G421)、刀具半径补偿的目的数控机床在实际加工过程中是通过控制刀具中心轨迹来实现切削加工任务的。在编程过程中，为了避免复杂的数值计算，一般按零件的实际轮廓来编写数控程序，但刀具有一定的半径尺寸，如果不考虑刀具半径尺寸，那么加工出来的实际轮廓就会与图纸所要求的轮廓相差一个刀具半径值。因此，采用刀具半径补偿功能来解决这一问题。2)、刀具半径补偿的方法使用刀具半径补偿指令，并在控制面板上手工输入刀具半径，数控装

23、置便能自动地计算出刀具中心轨迹，并按刀具中心轨迹运动。即执行刀具半径补偿后，刀具自动偏离工件轮廓一个刀具半径值，从而加工出所要求的工件轮廓。 、刀具半径补偿的步骤1)、刀补建立2)、刀补进行3)、刀补取消 、刀具半径补偿的应用：1)、避免计算刀心轨迹，直接用零件轮廓尺寸编程；2)可用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀补值进行粗、精加工。3)、利用刀补值控制轮廓尺寸精度。因刀补值具有小数点后24位的精度，故可控制轮廓尺寸精度。4)、利用刀具补偿功能，可用同一个程序，加工同一公称尺寸的内、外两个型面。3.2 数控编程的数值计算根据零件图样，用适当的方法将数控系统编制程序所需的有关数据计算出来的过程，

24、称为数值计算。数值计算的内容包括计算零件轮廓的基点和节点坐标及刀位点轨迹的坐标。3.2.1基点、节点的含义数控机床一般只有直线和圆弧插补功能，因此，对于由直线和圆弧组成的平面轮廓，编程时主要是求各基点的坐标。所谓基点就是构成零件轮廓不同几何素线元素的交点或切点。如直线与直线的交点，直线段和圆弧段的交点、切点及圆弧与圆弧的交点、切点等。根据基点坐标，就可以编写出直线和圆弧的加工程序。基点的计算比较简单，选定坐标原点以后，应用三角、几何关系就可以算出各基点的坐标，因此，采用手工编程即可。由于数控机床无法直接加工除直线和圆弧之外的曲线，加工此类曲线时数值计算较为复杂，包括曲线拟合与曲线逼近两部分。逼

25、近直线和圆弧小段与轮廓曲线的交点或切点称为基点。3.2.2基点的坐标计算常用基点计算的方法有：1、根据零件图样上所给的已知条件用人工求解，即根据零件图样上给定的尺寸，运用代数或几何的有关知识，计算出数值。从2、利用CAD软件从图中查取 现在大多数的图形绘制都是在AutoCAD等绘图软件中完成的，可以采用这些的软件的功能，把某些点的坐标直接标出。3.2.3加工程序利用CAD/CAM软件功能直接标出点坐标%O0001G54G90G40S800M03T01D01S600G00X-39.93 Y37.93 Z0G01Z-10G03X-54.07 Y52.07G01 X-72.07 Y34.07G02X

26、-57.93Y19.93G01X-39.93Y37.93G00X-24.37Y36G01Z-10G02X-17.44Y40G01X42.71Y40G02X47.28Y25.44G03X47.26Y-25.44G02X42.71Y-40G01X-42Y-40G02X-41.5Y-31.5G01X-50Y-8.39G01X-24.37Y36G00Z100M05M03T02D02S600G73X71Y-25.44Z-20R10Q1F100G00Z100G80M30%第四章 数控加工中心仿真系统4.1 FANUC 0i 加工中心的仿真操作加工中心配用不同的数控系统，选择用南京二机床（配以FANUC 0

27、i数控系统） ，选择零件原点，建立刀具补偿参数，机床控制面板逐步输入已编写程序，进行自动加工。4.2 仿真结果通过对键槽端盖底板的工艺分析、程序编制和操作过程的介绍，数控铣仿真结果见下图。 设计总结 毕业设计小结本论文是在指导老师的精心指导下，根据毕业设计课题编写的。本设计的特点是加强了对数控铣床编程的认识。本设计共分为四章：第一章绪论简要介绍了计算机数控的概念与发展及数控技术与数控机床，并且重点介绍了典型数控铣床的基本构成及特点、分类、主要加工对象及其性能和参数。第二章利用一典型零件对其进行数控加工工艺分析，包括零件图的工艺分析、加工方案的选择、装夹方案的确定、加工顺序及走刀路线的确定、刀具

28、选择、切削用量选择、对刀点与换刀点的确定及拟订数控铣削加工工序卡片这八个部分。第三章阐述了典型零件槽类零件的数控加工程序的编制。首先介绍了数控铣床的一些基本编程技术，其中有数控铣床的编程特点、数控铣床的坐标系、编程指令及编程方法；其次阐述了数控编程的数值计算，简要介绍了基点、节点的含义，基点的坐标计算；最后编写了典型零件键槽类零件的加工程序。第四章阐述了数控加工中心的仿真操作系统，主要内容有控制面板介绍、操作过程及仿真结果。在本设计完成之际，我由衷地感谢关怀、教诲、帮助、支持和鼓励我完成学业的老师、朋友和亲人。首先，我要感谢我的老师在论文的开题、实施、撰写和完成的每一个过程中，都得到了他的悉心

29、指导和帮助。指导老师渊博的知识、宽广无私的胸怀、严谨的工作态度、诲人不倦的教师风范和对问题的洞察力，都将使我记忆犹新。在此，我谨向指导老师表示衷心的感谢和深深的敬意。再次，我要感谢我的同学。在做工艺的可行性分析和方案的论证时，同事之间的沟通、相互学习、相互促进，使我受到不少启发和鼓舞。学会了如何将自己在工作和学习中获得的经验以及有价值的内容以论文的形式表达出来。可能没有做到十分的规范，存在很多不足之处，但在这半年时间里，自觉从中获益匪浅。最后，我也衷心感谢在百忙之中抽出宝贵时间对论文进行审评的各位专家。 参考文献1 李益民 . 机械制造工艺设计简明手册. M 北京 : 机械工业出版社 , 2003. 2徐宏海 , 谢富春 . 数控铣床 . M 北京 : 化学工业出版社 , 20033李洪 . 机械加工工艺手册 . M 北京 : 北京出版社 , 20004李宏胜 . 机床数控技术及应用 .M 北京 : 北京高等教育出版社 , 20015李业农 . 数控机床及其应用 . M 北京 : 国防工业出版社 , 20066曹健 . 数控机床故障诊断及维护 . M 武汉 : 华中科技大学出版社 , 20097肖诗纲 . 切削用量简明手册 . M 北京 : 机械工业出版社 , 1993第17页,共18页