数控毕业设计仅供参考.doc
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1、毕业设计学校：许昌职业技术学院 院系：机电工程汽车系专业：数控技术姓名：吕进才学号：33指导老师：吕勇 日期：2012年10月26日前言 数控技术，简称数控（Numerical Control ）即采用数字控制的方法对某一工作过程实现自动控制的技术。改革开放以来，由于引进了国外的数控系统与伺服系统的制造技术，我国制造业开始有了飞跃的发展，基本工业体系的建立也得到了保证，同时也为我国制造业的发展注入了长久活力，与发达家的差距正在逐步缩小。基于我是一个学数控的大专生，毕业之前我必须把毕业设计做好做得完美，它是对我的一次锻炼，我认为数控机床集计算机技术、自动控制、传感测量、机械制造、网络通信技术于一
2、体，是一种典型的机电一体化产品。它的发展和运用，开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大变化。 在制造业领域广泛采用数控技术，有利于提高制造能力和水平，提高对动态市场的适应能力和竞争能力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为各发达国家加速经济发展，提高综合国力的重要途径。数控技术也是关系我国制造业发展和综合国力提高的关键技术，尽快加速培养掌握数控技术的应用型人才已成为当务之急。 数控加工与普通机床加工的差异，在于数控加工具有自动化程度高，具有加工复杂形状的能力，生产周期短，加工精度高，质量稳定，生产效率高，易于建立计算机通信网络的特
3、点。当然，数控加工在某些方面也有不足之处，就是数控机床价格昂贵，加工成本高，技术复杂，对工艺编程要求较高，加工中难以调整，维修困难等。 毕业设计在我大学生活和学习中占有极其重要的位置。它是对我三年学习的一次综合的全方位的考核，尤其是对专业知识的一次巩固和提高。把所学知识与实践紧密地联系起来，它是走入工作岗位前的一次演练，是一次很好的锻炼机会。通过这次毕业设计我学到了很多东西，同时培养了解决实际问题的能力，为自己以后在工作中奠定了坚实的基础。目录第一章 ：数控机床的基础知识1.1数控技术的发展1.2数控机床的组成和加工原理1.3数控机床的分类1.4数控机床的特点和应用第二章 ：刀具及选用2.1刀
4、具的种类与选择2.2切削用量的选择2.3刀具材料新产品近况与发展趋势第三章 ：数控机床的编程基础3.1数控机床坐标系3.2数控编程内容与方法3.3数控程序的结构和格式3.4编程实例与操作第四章 ：结论第五章 ：参考文献第一章：数控机床的基础知识1.1数控技术的发展1.11发展历史 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。1949年，该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。
5、1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心，使数控装置进入了第二代。1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称 DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 MNC)，这是第五代数控系统。20世纪80年初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了
6、能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。现在，数控技术也叫计算机数控技术（Computerized Numerical Control 简称：CNC），目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理
7、、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成。数控技术是制造业信息化的重要组成部分。1.12发展趋势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（IT、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。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面： 1高速、高精加工技术及装备的新趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争
8、能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会将其确定为21世纪的中心研究方向之一。 在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 在加工精度方面，近10年来，普通级数
9、控机床的加工精度已由10微米提高到5微米，精密级加工中心则从35微米，提高到11.5微米，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01微米)。 1.2数控机床的组成和加工原理1.21数控车床的组成：由数控加工程序、输入装置、数控系统、伺服系统、辅助控制装置、检测反馈装置及车床本体等组成。加工程序 加工程序又称信息载体，是人与数控机床之间联系的中间媒介物质，反映了数控加工中全部信息。输入装置 输入装置的作用是将数控程序和各种参数、数据传送并存入数控装置内。数控系统 数控系统是机床实现自动加工的核心，是整个数控机床的灵魂所在。主要由输入装置、监视器、主控制系统、可编程控制器、各类输入输出接口等组成
10、。主控制系统主要由CPU、存储器、控制器等组成。数控系统的主要控制对象是位置、角度、速度等机械量，以及温度、压力、流量等物理量，其控制方式叉可分为数据运算处理控制和时序逻辑控制两大类。其中主控制器内的插补模块就是根据所读人的零件程序，通过译码、编译等处理后，进行相应的刀具轨迹插补运算，并通过与各坐标伺服系统的位置、速度反馈信号的比较，从而控制机床各坐标轴的位移。而时序逻辑控制通常由可编程控制器PLC来完成，它根据机床加工过程中各个动作要求进行协调，按各检测信号进行逻辑判别，从而控制机床各个部件有条不紊地接顺序工作钼丝。伺服系统 伺服系统是数控系统和机床本体之间的电传动联系环节。主要由伺服电动机
11、、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成。伺服电动机是系统的执行元件，驱动控制系统则是伺服电动机的动力源。数控系统发出的指令信号与位置反馈信号比较后作为位移指令，再经过驱动系统的功率放大后，驱动电动机运转，通过机械传动装置拖动工作台或刀架运动钼丝。辅助控制装置 辅助装置主要包括自动换刃装置ATC 自动交换工作台机构APC 、工件夹紧放松机构、回转工作台、液压控制系统、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载和保护装置等。检测反馈装置 主要用束安装机床强电控制的各种电气元器件，除了提供数控、伺服等一类弱电控制系统的输入电源，以及各种短路、过载、欠压等电气保护外，主要在PLC的输出接口与机床各类辅助装
12、置的电气执行元件之间起桥梁连接作用，控制机床辅助装置的各种交流电动机、液压系统电磁闻或电磁离台器等。此外，它也与机床操作台有关手动按钮连接。强电控制柜由各种中间继电器、接触器、变压器、电源开关、接线端子和各类电气保护元器件等构成。它与一般普通机床的电气类似，但为了提高对弱电控制系统的抗干扰性，要求各类频繁启动或切换的电动机、接触器等电磁感应器件中均必须并接RC阻容吸收器；对各种检测信号的输入均要求用屏蔽电缆连接钼丝。车床本体 数控机床的本体指其机械结构实体。它与传统的普通机床相比较，同样由主传动系统、进给传动机构、工作台、床身以厦立柱等部分组成，但数控机床的整体布局、外观造型、传动机构、工具系
13、统及操作机构等方面都发生了很大的变化。为了满足数控技术的要求和充分发挥数控机床的特点，归纳起来包括以下几个方面的变化。采用高性能主传动及主轴部件。具有传递功率大、刚度高、抗振性好及热变形小等优点。进给传动采用高效传动件。具有传动链短、结构简单、传动精度高等特点，一般采用滚珠丝杠副、直线滚动导轨副等钼丝。具有完善的刀具自动交换和管理系统。在加工中心上一般具有工件自动交换、工件夹紧和放松机构。1.22数控车床的加工原理 无论是普通车床加工还是数控车床加工，在加工前都要对所加工的零件进行工艺过程分析，拟定加工方案，确定加工线路和加工内容，选择合适的刀具和切削用量，设计合适的夹具及装夹方法。特别是在数
14、控车床加工中，加工工艺的制定则比普通车床显得更为重要，也要更为详细，因为在普通车床加工中，制定了工艺卡，操作者按加工工艺进行操作，在加工中如遇到某些问题，（如在加工内孔时，铁屑堵塞，可停机清理），可灵活进行调整处理，不会受太大影响，而数控车床则不同。数控车床受控于程序指令，加工过程都是自动进行加工的，每一个数据、加工路线、刀具、切削用量的不合理，都会造成工作量的成倍增加，甚至要重来，这样就要对零件的加工从装夹到加工完毕每一工步都十分清晰，要细化每一工步的切削变化、切削用量、走刀线路等较细致的问题。 加工工艺设计是对工件加工前的前期准备工作，它必须在程序编制工作以前完成，只有在确定了工艺设计方案
15、后，编程才有依据并通过首件加工来检验、修正。工艺方面考虑不周是造成数控加工出错的主要原因之一，因此，编程人员一定注意先将工艺设计做好，对一些拿捏不定的数据可进行必要的测试，匆匆忙忙就进行编程往往会顾此失彼。 数控车床在加工工艺上与普通车床加工工艺原理上基本相同，但由于数控车床与之相比，在加工性能、控制方式也有其优势、缺点，因而又有其特点。 首先，数控车床加工工序比普通车床加工的工序内容要复杂。数控车床通常安排较复杂的工序或是在普通车床上加工难以控制的工序，如圆弧面连接、锥度螺纹、台阶螺纹、内弧面等，这样，在工艺处理方面难度相对增大。 其次，数控车床加工程序的编制要比普通车床的工艺规程编制复杂。
16、这是因为在普通车床加工中，许多加工工艺不必考虑的问题（如排屑、换刀、定位装夹），在数控加工工艺中都不能忽视，普通车床这些问题在加工中可由操作者根据情况随时调整，而数控车床在加工中调整则较繁锁。1.23数控铣床的组成 数控铣床一般由控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体四部分组成数控铣床的工作原理床身用来固定和支承铣床各部件。顶面上有供横梁移动用的水平导轨。前壁有燕尾形的垂直导轨，供升降台上下移动。内部装有主电动机，主轴变速机构，主轴，电器设备及润滑油泵等部件。横梁一端装有吊架，用以支承刀杆,以减少刀杆的弯曲与振动。横梁可沿床身的水平导轨移动，其伸出长度由刀杆长度来进行调整。升降台铣床主轴是用来
17、安装刀杆并带动铣刀旋转的。机床主轴是一空心轴，前端有7：24的精密锥孔，其作用是安装铣刀刀杆锥柄。纵向工作台由纵向丝杠带动在转台的导轨上作纵向移动, 以带动台面上的工件作纵向进给。台面上的T形槽用以安装夹具或工件。横向工作台位于升降台上面的水平导轨上，可带动纵向工作台一起作横向进给。升降台铣床转台可将纵向工作台在水平面内扳转一定的角度(正、反均为045度)，以便铣削螺旋槽等。具有转台的卧式铣床称为卧式万能铣床。升降台可以带动整个工作台沿床身的垂直导轨上下移动, 以调整工件与铣刀的距离和垂直进给。底座用以支承床身和升降台，内盛切削液。1.3数控机床的分类1.按机床运动的控制轨迹分类 点位控制的数
18、控机床 直线控制数控机床 轮廓控制数控机床2. 伺服系统不同进行分类 开环控制数控机床 闭环控制机床 混合控制数控机床3.按数控系统的功能水平分类 按数控系统的功能水平，通常把数控系统分为低、中、高三类。这种分类方式，在我国用的较多。低、中、高三档的界限是相对的，不同时期，划分标准也会不同。就目前的发展水平看，将各种类型的数控系统分为低、中、高档三类。其中中、高档一般称为全功能数控或标准型数控在我国还有经济型数控的提法。经济型数控属于低档数控，是指由单片机和步进电动机组成的数控系统，或其他功能简单、价格低的数控系统。经济型数控主要用于车床、线切割机床以及旧机床改造等4.按加工工艺及机床用途的类
19、型分类 金属切削类指采用车、铣、撞、铰、钻、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。它又可被分为以下两类。普通型数控机床 如数控车床、数控铣床、数控磨床等。加工中心 其主要特点是具有自动换刀机构的刀具库，工件经一次。装夹后，通过自动更换各种刀具，在同一台机床上对工件各加工面连续进行铣（车）键、铰、钻、攻螺纹等多种工序的加工，如加工中心、车削中心、钻削中心等。 金属成型类指采用挤、冲、压、拉等成型工艺的数控机床，常用的有数控压力机、数控折弯机、数控弯管机、数控旋压机等。 特种加工类主要有数控电火花线切割机、数控电火花成型机、数控火焰切割机、数控激光加工机等。1.4数控机床的特点和应用1.41数控机床的特
20、点1. 自动化程度高，劳动强度低2. 加工精度高，质量稳定3. 对加工对象的适应性强4. 生产效率较高5. 良好的经济效益6. 有利于生产管理的信息化1.42数控机床的应用 在制造业领域广泛采用数控技术，有利于提高制造能力和水平，提高对动态市场的适应能力和竞争能力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为各发达国家加速经济发展，提高综合国力的重要途径。它的发展和运用，开创了制造业的新时代，改变了制造业的生产方式、产业结构、管理方式，使世界制造业的格局发生了巨大变化。第二章：刀具及选用2.1刀具常用材料(1) 超硬刀具。所谓超硬材料是指人造金刚石和立方氮化硼(简称CBN)，以及用这些粉末与结
21、合剂烧 结而成的聚晶金刚石(简称PCD)和聚晶立方氮化硼(简称PCBN)等。超硬材料具有优良的耐磨性，主要运 用于高速切削及难切削材料的加工。(2)陶瓷刀具。陶瓷刀具具有很高的硬度、耐磨性 能及良好的高温力学机能，与金属的亲协力小，不易与金属产生粘结，并且化学不乱性好。陶瓷刀具主要 应用于钢、铸铁及其合金和难加工材料的切削加工，可以用于超高速切削、高速切削和硬材料切削。(3)涂层刀具。刀具涂层技术自问世以来，对刀具机能的改善和加工技术提高起着非常重要的作用，涂层技术将传统刀具涂覆一层薄膜后，刀具机能发生了巨大的变化。主要的涂层材料有:Tic、TiN、Ti(C ，N)、 TiALN、ALTiN等
22、。涂层技术己应用于立铣刀、铰刀、钻头、复合孔加工刀具、齿轮滚刀、插齿刀、剃齿刀、成形拉刀及各种机夹可转位刀片，知足高速切削加工高强度、高硬度铸铁(钢)、锻钢、不锈钢、钛合金、镍合金、 镁合金、铝合金、粉末冶金、非金属等材质工件的出产技术不同要求。(4)硬质合金。硬质合刀具是数控加工刀具的主导产品，有的国家有90%以上的车刀和55%以上的铣刀都采用了硬质合金制造，而且这种趋势还在增加。硬质合金可分为普通硬质合金、细晶粒硬质合金和超晶粒硬质合金。按化学成分区分，可分为碳化钨基硬质合金和碳(氮)化钛基硬质合金。硬质合金在强度、 硬度、韧性及工艺性方面具有优良的综合机能，几乎可用于任何材料的加工 。(
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