专题资料（2021-2022年）12机械数控机床大作业资料.doc

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1、数控机床原理及应用 课程大作业院 （系）文正学院专 业 机械工程及自动化姓 名萌萌哒的小柠檬科科学 号05班 号 完成日期 2015.6.16苏州大学机电工程学院第一作业：零件数控加工编程一、目的和要求本作业通过选择合适的数控机床对零件进行数控加工，使学生对数控机床具体参数、加工能力和加工工艺流程有直观了解和认识。同时，锻炼学生解决实际加工问题的能力。1选择合适的数控机床，确定机床具体技术参数，加工范围和加工能力；2编制合理的零件数控加工工艺卡片，了解实际加工中，从零件图纸分析到制定零件加工工艺过程； 3按照加工工艺编写指定的工序的零件数控加工程序。 二、零件图1.加工零件车削如图1所示工件，

2、起点（X100，Z150），主轴转速S300，进给量是F15，零件材料为45#，选择合适的机床型号，并编写零件精加工程序。 图1 加工零件图：编程时，起点坐标，主轴转速，进给量及17处的长度尺寸分别按照学号顺序加“1”。SIEMENS 802D系统 HK80数控车床主程序CX.MPF 主程序名N10 G90 G54 G95 G71； 用G54工件坐标系，绝对编程，每转进给，公制编程N20 T1D1 G23 S305 M03； 1号刀，直径编程，转速305r/min，主轴正转N30 G00 X105 Z155； 快进到循环起点_CNAME=“ZLK”； 轮廓循环子程序名 （编程者名字首字母缩写）

3、R105=9 ； 纵向综合加工R106=0.25 ； 精加工余量0.25 半径值R108=1 ； 粗加工背吃刀量1 半径值R109=8 ； 粗加工切入角8度R110=2 ； 退刀量2 半径值R111=100 ； 粗加工进给率 R112=20 ； 精加工进给率N40 LCYC95 ； 调用轮廓循环N50 G00 G90 X105 ； 沿X轴块退到循环起始点N60 Z155 ； 沿Z轴快退到循环起始点N70 M30 ； 主程序结束ZLK.SPF 子程序名 精加工轮廓子程序N10 G01 X0 Z5 ； 刀具快速到指定点待命N11 Z0 ； N20 G03 X20 Z-25 CR=5.5 ； 逆时针

4、圆弧 11 N30 G01 Z-15.5 ； N40 X22 Z-25.5； N50 Z-40.5； N60 G91 G02 X29 Z-7.348 CR=7.5 ；顺时针圆弧 相对编程N70 G91 G01 X29 Z-12.652； N80 X40；N90 M17 ； 子程序结束 2.加工零件加工图2零件，材料HT200，毛坯尺寸长*宽*高为17011050mm，试分析该零件的数控铣削加工工艺、如零件图分析、装夹方案、加工顺序、刀具卡、工艺卡等，编写加工程序和主要操作步骤。图2 加工零件图：坐标原点：40圆的圆心处为工件编程X、Y轴原点坐标，Z轴原点坐标在精铣后的工件上表面。刀具补偿：刀具

5、补偿号自定。 作业中画出加工工件和坐标系。（1）编写精铣60外圆工序（仅工序5中60外圆，台阶不管）加工程序；（2）编写工序610加工程序；（3）编写工序12精铣外轮廓加工程序。（1） 零件图工艺分析。该零件主要由平面，孔及外轮廓组成，平面与外轮廓的表面粗糙度要求Ra6.3，可采用铣粗精铣方案。（2） 确定装夹方案。根据零件的特点，加工上表面，60外圆及其台阶面和孔系时选用平口虎钳夹紧；铣削外轮廓时，采用一面两孔的定位方式，即以底面，40H和13孔定位。（3） 确定加工顺序。按照基面先行，先面后孔，先粗后精的原则确定加工顺序，即粗加工定位基准面（底面）60外圆及其台阶面孔系加工外轮廓铣削精加工

6、底面并保证尺寸40。（ 4）刀具的选用加工中心刀具通常由刃具和刀柄两部分组成,刃具有面加工用的各种铣刀和孔加工用的各种钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀及丝锥等，刀柄要满足机床主轴自动松开和夹紧定位，并能准确地安装各种刃具和适应换刀机械手的夹持等要求。产品名称或代号零件名称端盖图号序号刀具编号刀具规格名称数量加工表面刀具半径备注1T0140镗孔刀140内孔2T0213钻头1钻213螺孔3T032214锪钻1222锪孔4T0420硬质合金端面铣刀1铣削上、下表面镗165T0512硬质合金端面立铣刀1铣削外园及其台阶面86T0638钻头1钻40底孔7T078硬质合金端面立铣刀1铣削外轮廓编制审核批准日期 表

7、1 刀具选择（5）切削用量的选择该材料，铣削平面、60外圆及其台阶面和外轮廓时可留0.5MM的精加余量，其余一次走完粗铣。确定主轴转速时，可先查确削用量手册，硬质合金铣刀加工铸铁（190260HB）时的速度为4590m/min,取Vc=70m/min,根据铣刀直径和公式计算主轴转速，并填入工序卡片中。确定进给速度时，根据铣刀齿数、主轴转速、和切削用量手册中给出的每齿进给量，计算进给速度并填入工序卡片中。拟订数控铣削加工工序卡片如表3。把零件加工顺序，采用的刀具和切削用量等参数编入数控加工工序卡片中，以指导编程加工操作。表3 数控加工工序卡片单位名称产品名称或代号零件名称零件图号数控铣削加工实例

8、端盖工序号程序编号夹具名称使用设备车间平口虎钳和一面两销TH5640D加工中心工步号工步内容刀具号刀具规格mm主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm1粗铣定位基准面（底面）T0420硬质合金端面铣刀50020042粗铣上表面T0420硬质合金端面铣刀50020053精铣上表面T0420硬质合金端面铣刀10001000.54粗铣60外园及其台阶面T0512硬质合金端面立铣刀50020055精铣60外园及其台阶面T0512硬质合金端面立铣刀6001000.56钻40H7底孔T0638钻头50050197粗镗40H7内孔表面T0140镗孔刀5001000.88精镗40H7内孔表面T014

9、0镗孔刀9001000.29钻213螺孔T0213钻头600506.510用222锪孔T032214锪钻3502004.511粗铣外轮廓T078硬质合金端面立铣刀8002001112精铣外轮廓T078硬质合金端面立铣刀12001002213粗铣定位基面至尺寸40T0420硬质合金端面铣刀5001000.2编制审核批准年 月 日第一页 以下编程均采用FANUC-6M系统（1） 编写精铣60外圆工序（仅工序5中60外圆，台阶不管）加工程序；O0001（程序号）N0005M06;N0010G90 G92 G00 G54 X0 Y0 Z0 T05; 坐标系设定在40端面的圆心上N0020G43 H01

10、 Z40 M03 S600;刀具补偿，补偿号01，主轴正转N0030G00 Y-30 Z0;N0040Z-18 M03;N0050G00 G41D02X0Y-30 Z-18; 刀具半径补偿N0060G02I0J-30F100S600; N0070G00G40 G49X0Y-30M05;N0080X0 Y0 Z40;（2） 编写工序610加工程序；固定循环方式加工各孔，使用刀具T01为镗孔刀，T02为13钻头，T03为锪钻。O0002(程序号)N0010T01;01刀具N0020M06;N0030G90 G00 G54 X0 Y0 T02;绝对编程，坐标系设定，换02号刀具N0040G43 H0

11、1 Z20. M03 S500 F30;刀具长度补偿，补偿号01，主轴正转N0050G98 G85 X0 Y0 R3. Z-45.;设置孔加工固定循环点 N0060G80 G28 G49 Z0. M06;返回参考点，刀具交换N0070G00 X-60. Y50. T03;快速定位，换03刀N0080G43 H02 Z10. M03 S600;刀具补偿，补偿号02，主轴正转，600r/minN0090G98 G73 X-60. Y0 R-15. Z-48. Q4. F40; 返回起始点孔加工循环N0100X60. ;对称孔N0110G80 G28 G49 Z0. M06;返回参考点，刀具交换N0

12、120G00 X-60. Y0.;N0130G43 H03 Z10. M03 S350;刀具补偿，补偿号03，主轴正转，350r/minN0140G98 G82 X-60. Y0 R-15. Z-30. P100 F25; 返回起始点，孔加工循环N0150X60.;N0160G80 G28 G49 Z0. M05;返回参考点，取消刀具补偿，主轴停止N0170G91 G28 X0 Y0 M30;增量编程，返回参考点，程序结束（3）编写工序12精铣外轮廓加工程序。O0003程序号N0005G92 X0 Y0 Z50.0; 设定工件坐标系 N0010G90 G00 Z250.0 T7 M06; 绝对

13、坐标编程，快速运动到换刀点换T07铣刀N0015G43 Z50 H07; 快速运动到初始平面进行刀具长度补偿 N0020G42 X67.858 Y18.392 D07; 快速运动到加工起始点上方进行刀具半径补偿 N0025Z-15; 快速运动到Z-15 N0030S1200 M03; 主轴正转 N0035G01 Z-43 F100; 进给速度运动到外轮廓底部N0040X11.786 Y47.588; 铣右上方直线段N0045G03 X-11.786 R30; 逆时针铣上方圆弧 N0050G01 X-67.858 Y18.392; 铣左上方直线段 N0055G03 Y-18.392 R20; 逆

14、时针铣左侧圆弧N0060G01 X-11.786 Y-47.588; 铣左下方直线段N0065G03 X11.786 R30; 逆时针铣下方圆弧N0070G01 X67.858 Y18.392; 铣右下方直线段 N0075G03 Y-18.392 R20; 逆时针铣右侧圆弧 N0080G00 Z50.0 M05; 快速返回初始平面，主轴停 N0085G40 G49 X0 Y0; 快速返回起始点取消刀具半径长度补偿N0090M30; 程序结束第二作业 调研报告数控机床的国内外发展现状一、目的数控系统是数字控制系统简称，英文名称为Numerical Control System，是数控机床的关键技

15、术所在。早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（Hard NC），1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。计算机数控（Computerized numerical control，简称CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。CNC系统是根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。CNC系统由数控程序输入装置、输出装置、计算机数控装置（CNC装置）、可编程逻辑控制器（PLC）、主轴驱动装置和进给（伺服）驱动装置（包括检测装置）等组成。CNC系统的核心是CNC装置。请以课堂所学习的知识为基础

16、，对数控机床的国内外发展及应用现状进行调研，并提交调研报告。二工作量与要求1. 对数控机床的发展过程和趋势进行总结；2. 分别对国外和国内各至少两种数控机床进行功能介绍与应用分析；3. 对国内数控机床与国外知名数控机床进行比较，并总结存在的差距；4. 报告需用打印，手工签名，格式请参照本科生毕业论文要求（见教务处网站），总字数不少于2000字。调研报告数控机床的国内外发展现状摘 要： 机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数控机床的大量需求以及

17、计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。关键词：数控 机床 国内 国外 趋势 现状1.我国数控机床发展现状 我国数控技术的发展起步于二十世纪五十年代，通过“六五”期间引进数控技术，“七五”期间组织消化吸收“科技攻关”，我国数控技术和数控产业取得了相当大的成绩。特别是最近几年，我国数控产业发展迅速，19982004年国产数控机床产量和消费量的年平均增长率分别为39.3%34.9%。尽管如此，进口机床的发展势头依然强劲，从2002年开始，中国连续三年成为世界机床消费第一大国、机床进口第一大国，2004年中国机床主机消费高达94.6亿美

18、元，但进出口逆差严重，国产机床市场占有率连年下降，1999年是33.6%，2003年仅占27.7%。1999年机床进口额为8.78亿美元（7624台），2003年达27.1亿美元（23320台），相当于同年国内数控机床产值的2.7倍。国内数控机床制造企业在中高档与大型数控机床的研究开发方面与国外的差距更加明显，70%以上的此类设备和绝大多数的功能部件均依赖进口。由此可以看出国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。 我们应看清形势，充分认识国产数控机床的不足

19、，努力发展先进技术，加大技术创新与培训服务力度，以缩短与发达国家之间的差距。 1.1不断加强技术创新是提高国产数控机床水平的关键 国产数控机床缺乏核心技术，从高性能数控系统到关键功能部件基本都依赖进口，即使近几年有些国内制造商艰难地创出了自己的品牌，但其产品的功能、性能的可靠性仍然与国外产品有一定差距。近几年国产数控机床制造商通过技术引进、海内外并购重组以及国外采购等获得了一些先进数控技术，但缺乏对机床结构与精度、可靠性、人性化设计等基础性技术的研究，忽视了自主开发能力的培育，国产数控机床的技术水平、性能和质量与国外还有较大差距，同样难以得到大多数用户的认可。 1.2制造水平与管理手段依然落后

20、 一些国产数控机床制造商不够重视整体工艺与制造水平的提高，加工手段基本以普通机床与低效刀具为主，装配调试完全靠手工，加工质量在生产进度的紧逼下不能得到稳定与提高。另外很多国产数控机床制造商的生产管理依然沿用原始的手工台账管理方式，工艺水平和管理效率低下使得企业无法形成足够生产规模。如国外机床制造商能做到每周装调出产品，而国内的生产周期过长且很难控制。因此我们在引进技术的同时应注意加强自身工艺技术改造和管理水平的提升。 1.3服务水平与能力欠缺也是影响国产数控机床占有率的一个重要因素 由于数控机床产业发展迅速，一部分企业不顾长远利益，对提高自身的综合服务水平不够重视，甚至对服务缺乏真正的理解，只

21、注重推销而不注重售前与售后服务。有些企业派出的人员对生产的数控机床缺乏足够了解，不会使用或使用不好数控机床，更不能指导用户使用好机床；有的对先进高效刀具缺乏基本了解，不能提供较好的工艺解决方案，用户自然对制造商缺乏信心。制造商的服务应从研究用户的加工产品、工艺、生产类型、质量要求入手，帮助用户进行设备选型，推荐先进工艺与工辅具，配备专业的培训人员和良好的培训环境，帮助用户发挥机床的最大效益、加工出高质量的最终产品，这样才能逐步得到用户的认同，提高国产数控机床的市场占有率。 1.4加大数控专业人才的培养力度 从我国数控机床的发展形式来看需要三种层次的数控技术人才：第一种是熟悉数控机床的操作及加工

22、工艺、懂得简单的机床维护、能够进行手工或自动编程的车间技术操作人员；第二种是熟悉数控机床机械结构及数控系统软硬件知识的中级人才，要掌握复杂模具的设计和制造知识，能够熟练应用UG、PRO/E等CAD/CAM软件，同时有扎实的专业理论知识、较高的英语水平并积累了大量的实践经验；第三种是精通数控机床结构设计以及数控系统电气设计、能够进行数控机床产品开发及技术创新的数控技术高级人才。我国应根据需要有目标的加大人才培养力度，为我国的数控机床产业提供强大的技术人才支撑。2.国外数控机床发展趋势当今世界主要工业发达国家和地区的数控机床的发展趋势主要表现为 “四高”和 “四化”，即高精度、高速度、高柔性、高可

23、靠性和智能化、网络化、复合化、绿色化。 2.1高精度 数控机床精度的要求现在已经不局限于静态的几何精度，机床的运动精度、热变形以及对振动的监测和补偿越来越获得重视。 1、提高CNC系统控制精度：采用高速插补技术，以微小程序段实现连续进给，使CNC控制单位精细化，并采用高分辨率位置检测装置，提高位置检测精度，位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制等方法。 2、采用误差补偿技术：采用反向间隙补偿、丝杆螺距误差补偿和刀具误差补偿等技术，对设备的热变形误差和空间误差进行综合补偿。研究结果表明，综合误差补偿技术的应用可将加工误差减少60%80%。 3、采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过

24、仿真预测机床的加工精度，以保证机床的定位精度和重复定位精度，使其性能长期稳定，能够在不同运行条件下完成多种加工任务，并保证零件的加工质量。2.2高速度 随着汽车、国防、航空、航天等工业的高速发展以及铝合金等新材料的应用,对数控机床加工的高速化要求越来越高。 1、主轴转速：机床采用电主轴，主轴最高转速达200000r/min. 2、进给率：在分辨率为0.01m时,最大进给率达到240m/min且可获得复杂型面的精确加工。 3、运算速度：CPU已发展到32位以及64位的数控系统，频率提高到几百兆赫、上千兆赫。由于运算速度的极大提高，使得当分辨率为0.1m、0.01m时仍能获得高达24240m/mi

25、n的进给速度。 4、换刀速度：目前国外先进加工中心的刀具交换时间普遍已在1s左右，高的已达0.5s。德国Ch-iron公司将刀库设计成篮子样式，以主轴为轴心，刀具在圆周布置，其刀到刀的换刀时间仅0.9 s。2.3高柔性 随着对产品多样化和个性化需求的体现，无形中提高了机床的柔性加工要求。例如，将各种加工功能集成在同一台机床上，这样就实现了在一台机床上只需一次装夹就能完成对零件的不同加工，不但有利于提高加工精度，而且提高了加工效率，充分展示了机床加工的柔性化发展趋势。2.4高可靠性 数控机床与传统机床相比，增加了数控系统和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压和机电装置，易于导致出现失效的概率

26、增大；工业电网电压的波动和干扰对数控机床的可靠性极为不利，而数控机床加工的零件型面较为复杂，加工周期长，要求平均无故障时间在2万小时以上。为了保证数控机床有高的可靠性，就要精心设计系统、严格制造和明确可靠性目标以及通过维修分析故障模式并找出薄弱环节。国外数控系统平均无故障时间在710万小时以上，国产数控系统平均无故障时间仅为10000小时左右，国外整机平均无故障工作时间达800小时以上，而国内最高只有300小时。在这方面我们还需要继续努力。2.5智能化 随着人工智能技术的发展，为了满足制造业生产柔性化、制造自动化的发展需求，数控机床的智能化程度在不断提高。具体体现在以下几个方面： 1、加工过程

27、自适应控制技术。通过监测加工过程中的切削力、主轴和进给电机的功率、电流、电压等信息，利用传统的或现代的算法进行识别，以辩识出刀具的受力、磨损、破损状态及机床加工的稳定性状态，并根据这些状态实时调整加工参数和加工指令，使设备处于最佳运行状态，以提高加工精度、降低加工表面粗糙度并提高设备运行的安全性。 2、加工参数的智能优化与选择。将工艺专家或技师的经验、零件加工的一般与特殊规律，用现代智能方法，构造基于专家系统或基于模型的“加工参数的智能优化与选择器”，利用它获得优化的加工参数，从而达到提高编程效率和加工工艺水平、缩短生产准备时间的目的。 3、智能故障自诊断与自修复技术。根据已有的故障信息，应用

28、现代智能方法实现故障的快速准确定位。 4、智能故障回放和故障仿真技术。能够完整记录系统的各种信息，对数控机床发生的各种错误和事故进行回放和仿真，用以确定错误引起的原因，找出解决问题的办法，积累生产经验。 5、智能化交流伺服驱动装置。能自动识别负载，并自动调整参数的智能化伺服系统，包括智能主轴交流驱动装置和智能化进给伺服装置。这种驱动装置能自动识别电机及负载的转动惯量，并自动对控制系统参数进行优化和调整，使驱动系统获得最佳运行。 6、智能4M数控系统：在制造过程中，加工、检测一体化是实现快速制造、快速检测和快速响应的有效途径，将测量、建模、加工、机器操作四者融合在一个系统中，实现信息共享，促进测

29、量、建模、加工、装夹、操作的一体化。2.6网络化 对于面临激烈竞争的企业来说，使数控机床具有双向、高速的联网通讯功能，以保证信息流在车间各个部门间畅通无阻是非常重要的。既可以实现网络资源共享，又能实现数控机床的远程监视、控制、培训、教学、管理，还可实现数控装备的数字化服务(数控机床故障的远程诊断、维护等)。例如，日本Mazak公司推出新一代的加工中心配备了一个称为信息塔的外部设备，包括计算机、手机、机外和机内摄像头等,能够实现语音、图形、视像和文本的通信故障报警显示、在线帮助排除故障等功能，是独立的、自主管理的制造单元。2.7复合化 复合机床的含义是指在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的

30、多种要素加工。根据其结构特点可分为工艺复合型和工序复合型两类。工艺复合型机床如镗铣钻复合，加工中心、车铣复合，车削中心、铣镗钻车复合，复合加工中心等。工序复合型机床如多面多轴联动加工的复合机床和双主轴车削中心等。采用复合机床进行加工，减少了工件装卸、更换和调整刀具的辅助时间以及中间过程中产生的误差，提高了零件加工精度，缩短了产品制造周期，提高了生产效率和制造商的市场反应能力，相对于传统的工序分散的生产方法具有明显的优势。 加工过程的复合化也导致了机床向模块化、多轴化发展。德国Index公司最新推出的车削加工中心是模块化结构，该加工中心能够完成车削、铣削、钻削、滚齿、磨削、激光热处理等多种工序，

31、可完成复杂零件的全部加工。随着现代机械加工要求的不断提高，大量的多轴联动数控机床越来越受到各大企业的欢迎。2.8绿色化 随着日趋严格的环境与资源约束，制造加工的绿色化越来越重要，而中国的资源、环境问题尤为突出。因此，近年来不用或少用冷却液、实现干切削、半干切削节能环保的机床不断出现，并在不断发展当中。在21世纪，绿色制造的大趋势将使各种节能环保机床加速发展，占领更多的世界市场。参考文献1 鲁方霞,邓朝晖. 数控机床的发展趋势及国内发展现状. 工具技术,2006年03期；2 焦炬. 浅析数控机床发展现状. 机电产品开发与创新,2011年03期； 3 汪淑珍,贾辉. 数控机床的发展状况与应对政策.

32、 重庆文理学院学报,2012年01期； 4 侯立宇. 我国机床行业现状及发展. 机械工业标准化与质量,2011年09期； 5 王建林. 我国数控机床创新及发展研究. 现代商贸工业, 2012年17期； 6 唐克岩. 我国数控机床产业发展现状与展望. 机床与液压,2012年05期； 7 秦宏伟. 我国数控机床发展现状及方向. 机械制造与自动化,2007年05期； 第三作业：典型曲线数字积分法插补方法一、目的数字积分插补方法是实现数控插补功能的重要方法之一。除平面直线和圆弧外，数字积分法法也可以实现多坐标插补联动以及描绘如二次曲线甚至高次曲线等各种函数曲线，精度也能满足要求，在一些专用数控机床和高档数控系统中得到了广泛的应用。因此，深入理解数字积分插补方法是掌握数控加工知识的重要内容之一。二、要求试参照直线和圆弧DDA插补方法，推导如下任一曲线的DDA法插补公式，要求有完整的推导过程，画出插补器的结构框图，讨论终点判别方法，并给出一个插补过程实例。抛物线差补器结构框图终点判别三、 对课程的感受和建议上了这课感觉到技术的迅猛发展，去看了2014年7月的上海16届机床展，实地观察了HASA、德国EMAG、浙江宝宇数控、深圳思瑞、中州数控等国内外数控厂家的展品，顿时觉得课上看到的学到的甚少，并且是落后好多的技术。17