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1、苏州市职业大学机电工程系毕业论文1 前 言全套图纸，加1538937061.1 数控技术的概念数控技术，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）。数控系统有如下特点：( 1 ) 可用不同的字长表示不同精度的信息，表达信息准确。( 2 ) 可进行逻辑，算术运算，也可以进行复杂的信息处理。( 3 ) 可不用改动电路或机械结构，通过改变软件来改变信息处理的方式，具有柔性化。由于数字控制系统具有以上特点，
2、使数控机床得到广泛发展。除此之外，数控技术还被广泛应用于工业机器人，数控线切割机，数控火花切割机，坐标测量机，绘图仪等设备上。1.2 数控机床的产生与发展1.2.1 数控机床的产生随学科学技术和生产的不断发展，对各种产品的质量和生产效率提出了越来越高的要求。产品加工工艺过程的自动化是实现高质量高效率的重要措施之一。飞机，汽车，农机，家电等生产企业大多采用了自动机床，组合机床和自动生产线，从而保证了产品质量，提高了生产效率，减轻了操作者的劳动强度。但是，在产品加工中，大批量生产的零件并不很多，据统计，单件与小批量生产的零件约占机械加工总量的80%以上。对这些多品种且加工批量小，零件形状复杂，精度
3、要求高的零件的加工，采用专业化程度很高的自动机床和自动生产线就显得很不合适。在市场经济的大潮中，产品的竞争日趋激烈，为在竞争中求得生存与发展，各企业纷纷在提高产品技术档次，增加产品种类，缩短试制与生产周期和提高产品质量上下功夫，即使是批量较大的产品，也不大可能是多年一成不变，必须经常开发新产品，频繁地更新换代。传统的自动化生产线难以适应小批量，多品种生产要求。已有的各类仿形加工设备在过去的生产中部分地解决了小批量，复杂零件的加工。但在更换零件时，必须重新制造靠模并调整设备，不但要耗费大量的手工劳动，延长了生产准备周期，而且由于靠模加工误差的影响，零件的加工精度很难达到较高的要求。为了解决上述问
4、题，一种灵活，高精度，通用，高效率的“柔性”自动化生产设备数控机床应运而生。1952年美国帕森斯公司和麻省理工学院在美国空军的委托下，合作研究出世界上第一台三坐标数控铣床，完成了直升机叶片轮廓检查用样板的加工。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。经过三年的试用，改进与提高，数控机床于1955年进入实用化阶段，在复杂曲面的加工中发挥了重要作用。尽管这种初期数控机床采用电子管和分立元件硬接线电路来进行运算和控制，体积庞大而功能单一，但它采用了先进的数字控制技术，且具有普通设备和各种自动化设备无法比拟的优点，具有强大的生命力，它的出现开辟了工业生产技术的新纪元。从此，数控
5、机床在全世界得到了迅速发展。1.2.2 数控机床的发展最早采用数字控制技术进行机械加工的想法，是在20世纪40年代初提出的。当时，美国北密执安的小型飞机工业承包商帕森斯公司在制造飞机框架及直升机叶片轮廓样板时，利用计算机对叶片轮廓的加工路径进行了数据处理，并考虑了刀具半径对加工路径的影响，使得加工精度达到 0.0015in(英寸，1英寸=2.45cm)。1952年，美国麻省理工学院研制出的三坐标联动，利用脉冲乘法器原理的试验性数字控制系统是数控机床的第一代。1959年，电子行业研制出晶体管元器件，因而数控系统中广泛采用晶体管和印制电路板技术，跨入了第二代。1959年3月，由美国克耐.杜列克公司
6、发明了带有自动换刀装置的数控机床，称为“加工中心”。1960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进一步提高，数控系统发展到第三代。以上三代，都是采用专用控制的硬件逻辑数控系统(NC)。1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是最初的柔性制造系统(FMS, Flexible Manufacturing System)。之后美，欧，日也相继进行开发和应用。随着计算机技术的发展，小型计算机开始取代专用控制的硬件逻辑数控系统(NC)，数控的许多功能由软件程序实现。由计算机作控制单元的数控系统(CNC)，称为第四代。1970年，在美国芝加哥国际展览会
7、上，首次展出了这样系统。1970年前后，美国英特尔公司开发和使用了微处理器。1974年，美，日等国首先研制出以微处理器为核心的数控系统的数控机床。20多年来，微处理器数控系统的数控机床得到了飞速发展和广泛应用，这就是第五代数字控制(MNC)。后来，人们将MNC也统称为CNC。20世纪80年代初，国际上又出现了柔性制造单元(FMC, Flexible Manufacturing Cell)。FMC和FMS被认为是实现计算机集成制造系统(CIMS, Computer Integrated Manufacturing System)的基础。1.2.3 我国数控机床的发展状况我国对数控系统的研究开发开
8、始于20世纪50年代，但真正得到发展是从80年代开始，经历了“六五”，“八五“期间科技攻关开打自主产权数控系统两个阶段，已为数控机床的产业化奠定了良好的基础，并取得了长足的进步。“九五”期间数控机床的发展已进入实现产业化阶段。数控机床新开发品种300多个，已有一定的覆盖面。新开发的国产数控机床产品大部分达到国际80年代中期水平，部分已达到90年代水平，为国家重点建设提供了一批高水平数控机床。在技术上也取得了突破，如高速主轴制造技术(12000r/min 18000r/min ),快速进给( 60r/min ),快速换刀(1.5s)，柔性制造，快速成型制造技术等为下一代国产数控机床的发展奠定了基
9、础。我国数控系统在技术上已趋于成熟，在重大关键技术上(包括关键技术)，已达到国际先进水平。目前，已新开发数控系统80多种。自“七五”以来，国家一直把数控系统的发展作为重中之重来支持，现已开发出具有中国版权的数控系统，掌握了国外一直对我国封锁的一些关键技术。例如，曾长期困扰我国，并受到西方国家封锁的多坐标联动技术对我们已不再是难题，0.1m当量的超精密数控系统、数控仿型系统、非圆齿轮加工系统、高速进给系统、实时多任务操作系统都已研制成功。尤其是基于PC机的开放式智能化数控系统，可实施多轴控制，具备联网进线等功能，既可以作为独立产品，又是一代开放式的开发平台，为机床厂及软件开发商二次开发创造了条件
10、。特别重要的是，我过数控系统的可靠性也有很大的提高，MTBF值可以在15000h以上。同时大部分数控机床配套产品已能国内生产，自我配套率超过60%。这些成功为中国数控系统的自行开发和生产奠定了基础。1.3 数控程序的编制1.3.1 一般程序编程以前广泛采用数控穿孔纸带作为加工程序信息输入介质，常用的标准纸带有五单位和八单位两种，数控机床多用八单位纸带。纸带上表示代码的字符及其穿孔编码标准有EIA （美国电子工业协会）制定的EIA RS244和 ISO（国际标准化协会）制定的ISORS840两种标准。国际上大都采用ISO代码，由于EIA代码发展较早，已有的数控机床中，有一些是应用EIA 代码的，
11、现在我国规定新产品一律采用ISO代码。也有一些机床，具有两套译码功能，既可采用ISO代码也可采用EIA代码。 目前绝大多数数控系统采用通用计算机编码，并提供与通用微型计算机完全相同的文件格式，保存、传送数控加工程序，因此，纸带已逐步被现代化的信息介质所取代。 除了字符编码标准外，更重要的是加工程序指令的标准化，主要包括准备功能码（G代码）、辅助功能码（M代码）及其它指令代码。 我国机械工业部制定了有关G代码和M代码的JB3202-1983标准，它与国际上使用的ISO10561975E标准基本一致。（1）数控机床的坐标系定义数控机床通过各个移动件的运动产生刀具与工件之间的相对运动来实现切削加工。
12、为表示各移动件的移动方位和方向（机床坐标轴），在ISO标准中统一规定采用右手直角笛卡儿坐标系对机床的坐标系进行命名，在这个坐标系下定义刀具位置及其运动的轨迹。机床坐标的命名方法如图所示：通常在坐标轴命名或编程时，不论在加工中是刀具移动，还是被加工工件移动，都一律假定工件相对静止不动而刀具在移动，并同时规定刀具远离工件的方向作为坐标轴的正方向。在坐标轴命名时，如果把刀具看作相对静止不动，工件移动，那么，在坐标轴的符号上应加注标记（），如、等。 确定机床坐标轴,一般是先确定轴，再确定轴和轴。 1.确定轴对于有主轴的机床，如车床、铣床等则以机床主轴轴线方向作为Z轴方向。对于没有主轴的机床，如刨床，则
13、以与装卡工件的工作台相垂直的直线作为Z轴方向。如果机床有几个主轴，则选择其中一个与机床工作台面相垂直的主轴作为主要主轴，并以它来确定轴方向。 2.确定轴轴一般位于与工件安装面相平行的水平面内。对于机床主轴带动工件旋转的机床，如车床、磨床等，则在水平面内选定垂直于工件旋转轴线的方向为轴，且刀具远离主轴轴线方向为轴的正方向。对于机床主轴带动刀具旋转的机床， 当主轴是水平的，如卧式铣床、卧式镗床等，则规定人面对主轴，选定主轴左侧方向为轴正方向；当主轴是竖直时，如立式铣床、立式钻床等，则规定人面对主轴，选定主轴右侧方向为轴正方向。对于无主轴的机床，如刨床，则选定切削方向为轴正方向。 3.确定轴轴方向可
14、以根据已选定的、轴方向，按右手直角坐标系来确定。（2）坐标运动命名如果机床除有、主要直线运动之外，还有平行于它们的坐标运动，则应分别命名为、。如果还有第三组运动，则应分别命名为、。如在第一组回转运动、和的同时，还有第二组回转运动，可命名为或等。（3）数控加工程序的程序段格式字地址格式 一个零件的加工程序是由许多按规定格式书写的程序段组成。每个程序段包含着各种指令和数据，它对应着零件的一段加工过程。常见的程序段格式有固定顺序格式、分隔符顺序格式及字地址格式三种。而目前常用的是字地址格式。典型的字地址格式如图。数控加工程序的程序段格式每个程序段的开头是程序段的序号，以字母N和四位数字表示；接着一般
15、是准备功能指令，由字母G和两位数字组成，这是基本的数控指令；而后是机床运动的目标坐标值，如用、等指定运动坐标值；在工艺性指令中，F代码为进给速度指令，S代码为主轴转速指令，T为刀具号指令，M代码为辅助机能指令。LF 为ISO标准中的程序段结束符号（在EIA标准中为CR，在某些数控系统中，程序段结束符用符号“*”或“；”表示）。程序字 程序段由若干个部分组成，各部分称为程序字。地址码和数据每一个程序字均由一个英文字母和后面的数字串组成。英文字母称为地址码，其后的数字串称为数据，这种形式称为字地址格式。字地址格式特点字地址格式用地址码来指明指令数据的意义，因此程序段中的程序字数目是可变的，程序段的长度也就是可变的，因此，字地址格式也称为可变程序段格式。字地址格式的优点是程序段中所包含的信息可读性高，便于人工编辑修改，是目前使用最广泛的一种格式。字地址格式为数控系统解释执行数控加工程序提供了一种便捷的方式。（4）主程序与子程序结构主程序程序号程序段一般用O来设置程序号；设定工件坐标系程序段应用G92指令建立工作坐标系；加工前准备程序段将完成刀具快速定位到切入点附近、冷却液泵启动、 主轴转速设定与启动等设置工作；切削程序段是加工程序的核心，一般包括刀具半径补偿设置、插补、进给速度设置等指令； 系统复位包括加工程序中所有设置的状态复位、机械系统复位等工作；程序结束一
