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1、*职业学院机械教学系毕业论文第 1 页,共 18 页第一章 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 1GB8129-1997 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 ） 2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 3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
2、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
3、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（computerized 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。*职业学院机械教学系毕业论文第 2 页,共 18 页我国从 1958 年开始研制数控机床，20 世纪 60 年代中期进
4、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 ”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 Co
5、ntrol-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
6、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
7、状较复*职业学院机械教学系毕业论文第 3 页,共 18 页杂的平面、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 1数控铣床由以下几个部分组成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 21
8、）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
9、、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。*职业学院机械教学系毕业论文第 4 页,共 18 页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 1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，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
10、 2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 3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 1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 2即由直线依某种规
11、律移动所产生的曲面类零件。立体曲面类零件 3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*职业学院机械教学系毕业论文第 5 页,共 18 页头铣刀切削，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、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
12、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。*职业学院机械教学系毕业论文第 6 页,共 18 页第二章 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
13、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。 1*职业学院机械教学系毕业论文第 7 页,共 18 页、孔加工方案的选择 孔选择钻头一次性加工到位。 22.3 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， 1使铣刀工作时有合理的切入/切出角；且铣刀直径应尽量包容工件整个
14、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 2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1 T1 8 硬质合金平刀 1 铣削键槽2 T2 12 钻头 1 钻孔编制* 审核 批准共 1页第 1页*职业学院机械教学系毕业论文第 8 页,共 18 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
15、1）确定铣削深度 a p2）确定每齿进给量 f z3）确定切削速度 V c、钻孔 21）确定进给量 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产品名称或代号 零件名称 零件图号单位名称河南工业贸易职业学院 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 1进给速度/mmmin1背吃刀量 /mm 备注1 粗铣不规则
16、形槽 T1 8 575 100 4.5 自动2 精铣不规则形槽 T1 8 1000 72 0.5 自动3 钻孔 T2 12 600 100 4.5 自动4 粗铣槽 T1 8 575 72 0.5 自动5 精铣槽 T2 8 1000 235 2.5 自动编制 *审核 批准共 1页*职业学院机械教学系毕业论文第 9 页,共 18 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 1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
