1、机械工程系毕业设计- 1 -摘要随着社会的进步，科学技术和生产力的不断发展，人们对产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。数控机床因时代的所需应运而生，并且在我国的应用也越来越普通了。数控机床的种类繁多，常用的有数控车床、数控铣床和数控加工中心。通过典型零件的数控加工，从数控机床的介绍、数控编程的介绍、数控加工工艺的设计、数控加工的 CAD/CAM 实体造型加工方面对数控机床进一步认识，为将来从事相关的工作奠定良好的基础。关键词：数控机床、数控铣床、数控加工中心、数控编程、CAD/CAM 实体造型。Abstract Abstract: With the progress of society,
2、 science and technology and the continuous development of productive forces, peoples productivity and the quality of products made increasing demands. Several times because of the space required for machine tools have emerged, and application in China has also increasingly common. Wide variety of CN
3、C machine tools, a common CNC lathes, CNC milling machine and CNC machining centers. Through typical CNC machining parts from the NC Machine Tool, NC programming, CNC machining process design, NC machining CAM solid modeling on the NC processing machine further awareness in relevant for the future l
4、ay a good foundation. Key words: few empty machine tools, CNC milling machines, CNC machining centers, CNC programming, CAM solid modeling机械工程系毕业设计- 2 -目录 摘 要Abstract目 录第一章 绪 论1.1 数控机床的产生及特点1.2 数控机床的组成1.3 数控机床的分类1.4 数控编程介绍第二章 数控加工工艺设计2.1 零件 1 的工艺分析2.2 刀具的选择2.3 编制加工工艺2.4 零件 2 的工艺分析2.5 刀具的选择2.6 编制加工工艺
5、27 FANUC 编程第三章 实体造型与自动编程3.1 实体造型3.1.1 MasterCAM 系统介绍3.1.2MasterCAM 实体造型3.2 自动编程与手动编程比较小 结致 谢机械工程系毕业设计- 3 -参考文献第一章 绪论1.1 数控机床的产生及特点 数控机床(Numerical Control Machine Tools)是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。 数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的，其过程大致如下： 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
6、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。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( MC Machining Center)，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
7、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 年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了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，可以直接安机械工程系毕业设计- 4 -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，
8、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。 数控机床特点 一、数控机床与普通机床的区别 数控机床对零件的加工过程，是严格按照加工程序所规定的参数及动作执行的。它是一种高效能自动或半自动机床，与普通机床相比，具有以下明显特点： 1. 适合于复杂异形零件的加工 数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工业中得到广泛应用。 2. 加工精度高 3. 加工稳定可靠 实现计算机控制，排除人为误差，零件的加工一致性好，质量稳定可靠。 4. 高柔性 加工对象改变时，一般只需要更改数控程序，体现出很好的适应性，可大大节省生产准
9、备时间。在数控机床的基础上，可以组成具有更高柔性的自动化制造系统FMS。 5. 高生产率 数控机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高，一般为普通机床的 35 倍，对某些复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。 6. 劳动条件好 机床自动化程度高，操作人员劳动强度大大降低，工作环境较好。 7. 有利于管理现代化 采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产机械工程系毕业设计- 5 -过程自动化创造了条件。 8. 投资大，使用费用高 9. 生产准备工作复杂 由于整个加工过程采用程序控制，数控加工的前期准备工作较为复杂，包含工艺确定、程序编制等。 10.
10、维修困难 数控机床是典型的机电一体化产品，技术含量高，对维修人员的技术要求很高。 二、数控机床的适用范围 由于数控机床的上述特点，适用于数控加工的零件有： 批量小而又多次重复生产的零件； 几何形状复杂的零件； 贵重零件加工； 需要全部检验的零件； 试制件。 对以上零件采用数控加工，才能最大限度地发挥出数控加工的优势。1.2 数控机床的组成数控机床一般由输入装置、数控系统、伺服系统、测量环节和 机床本体(组成机床本体的各机械部件)组成。如数控机床组成示意图 1-1 所示。数控机床组成示意图 1-11) 输入输出装置操作面板机械工程系毕业设计- 6 -它是操作人员与数控装置进行信息交流的工具组成：
11、按钮站/状态灯/按键阵列/显示器。控制介质人与数控机床之间建立某种联系的中间媒介物就是控制介质，又称为信息载体。常用的控制价质有穿孔带、穿孔卡、磁盘和磁带。人机交互设备数控机床在加工运行时，通常都需要操作人员对数控系统进行状态干预，对输入的加工程序进行编辑、修改和调试，对数控机床运行状态进行显示等，也就是数控机床要具有人机联系的功能。具有人机联系功能的设备统称人机交互设备。 常用的人机交互设备有键盘、显示器、光电阅读机等。通讯 现代的数控系统除采用输入输出设备进行信息交换外，一般都具有用通讯方式进行信息交换的能力。它们是实现 CAD/CAM 的集成、FMS 和 CIMS 的基本技术。采用的方式
12、有：串行通讯（RS-232 等串口）自动控制专用接口和规范（DNC 方式，MAP 协议等）网络技术（internet，LAN 等）。DNC 是 Direct Numerical Control 或 Distributed Numerical Control 英文一词的缩写，意为直接数字控制或分布数字控制。2) 计算机数控（CNC）装置数控装置是数控机床的中枢。CNC 装置(CNC 单元)组成：计算机系统、位置控制板、PLC 接口板，通讯接口板、特殊功能模块以及相应的控制软件。作用：根据输入的零件加工程序进行相应的处理（如运动轨迹处理、机床输入输出处理等），然后输出控制命令到相应的执行部件(伺服
13、单元、驱动装置和 PLC 等)，所有这些工作是由 CNC 装置内硬件和软件协调配合，合理组织，使整个系统有条不紊地进行工作的。CNC 装置是 CNC 系统的核心3) 进给伺服驱动系统 机械工程系毕业设计- 7 -进给伺服驱动系统由伺服控制电路、功率放大电路和伺服电动机组成。伺服驱动的作用，是把来自数控装置的位置控制移动指令转变成机床工作部件的运动，使工作台按规定轨迹移动或精确定位，加工出符合图样要求的工件，即把数控装置送来的微弱指令信号，放大成能驱动伺服电动机的大功率信号。常用的伺服电动机有步进电动机、直流伺服电动机和交流伺服电动机。根据接收指令的不同，伺服驱动有脉冲式和模拟式，而模拟式伺服驱
14、动方式按驱动电动机的电源种类，可分为直流伺服驱动和交流伺服驱动。步进电动机采用脉冲驱动方式，交、直流伺服电动机采用模拟式驱动方式。4) 机床电气控制机床电气控制包括两个方面。PLC（可编程的逻辑控制器）用于完成与逻辑运算有关顺序动作的 I/O 控制，而机床 I/O 电路和装置则是用来 实现 I/O 控制的执行部件，由继电器、电磁阀、行程开关、接触器等组成的逻辑电路；5) 测量装置数控机床中的测量装置图 1-2数控机床中的测量装置上图 1-2 所示是显示了数控机床中的反馈系统的工作，反馈系统的作用是通过测量装置将机床移动的实际位置、速度参数检测出来，转换成电信号，并反馈到 CNC 装置中，使 C
15、NC 能随时判断机床的实际位置、速度是否与指令一致，并发出相应指令，纠正所产生的误差。在其它的控制领域，测量装置也有其应用， 机械手中的控制电机与测量装置测量装置安装在数控机床的工作台或丝杠上，按有无检测装置，CNC 系统可分为开环和闭环系统，而按测量装置安装的位置不同可分为闭环与半闭环数机械工程系毕业设计- 8 -控系统。开环控系统无测量装置，其控制精度取决于步进电机和丝杠的精度，闭环数控系统的精度取决于测量装置的精度。因此，检测装置是高性能数控机床的重要组成部分。6) 机床本体数控机床的机械部件包括：主运动部件，进给运动执行部件，如工作台、拖板及其传动部件，床身、立柱等支承部件；此外，还有
16、冷却、润滑、转位和夹紧等辅助装置。对于加工中心类的数控机床，还有存放刀具的刀库，交换刀具的机械手等部件。数控机床是高精度和高生产率的自动化加工机床，与普通机床相比，应具有更好的抗振性和刚度，要求相对运动面的摩擦因数要小，进给传动部分之间的间隙要小。所以其设计要求比通用机床更严格，加工制造要求精密，并采用加强刚性、减小热变形、提高精度的设计措施。辅助控制装置包括刀库的转位换刀、液压泵、冷却泵等控制接口电路。1.3 数控机床的分类数控机床的品种规格很多，分类方法也各不相同。一般可根据功能和结构，按下面 4 种原则进行分类1） 按机床运动的控制轨迹分类 点位控制的数控机床点位控制只要求控制机床的移动
17、部件从一点移动到另一点的准确定位对于点与点之间的运动轨迹的要求并不严格，在移动过程中不进行加工，各坐标轴之间的运动是不相关的。为了实现既快又精确的定位，两点间位移的移动一般先快速移动，然后慢速趋近定位点，以保证定位精度，图 1-3 所示，为点位控制的运动轨迹。具有点位控制功能的机床主要有数控钻床、数控镬床、数控冲床等。随着数控技术的发展和数控系统价格的降低，单纯用于点位控制的数控系统已不多见。 直线控制数控机床机械工程系毕业设计- 9 -直线控制数控机床也称为平行控制数控机床，其特点是除了控制点与点之间的准确定位外，还要控制两相关点之间的移动速度和路线（轨迹），但其运动路线只是与机床坐标轴平行
18、移动，也就是说同时控制的坐标轴只有一个（即数控系统内不必有插补运算功能），在移位的过程中刀具能以指定的进给速度进行切削，一般只能加工矩形、台阶形零件。其有直线控制功能的机床主要有比较简单的数控车床、数控铣床、数控磨床等。这种机床的数控系统也称为直线控制数控系统。同样，单纯用于直线控制的数控机床也不多见。 轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床也称连续控制数控机床，其控制特点是能够对两个或两个以 h 的运动坐标的位移和速度同时进行控制。为了满足刀具沿工件轮廓的相对运动轨迹符合工件加工轮廓的要求，必须将各坐标运动的位移控制和速度控制按照规定的比例关系精确地协调起来。因此在这类控制方式中，就要求数控装置具
19、有插补运算功能所谓插补就是根据程序输入的基本数据（如直线的终点坐标、圆弧的终点坐标和圆心坐标或半径），通过数控系统内插补运算器的数学处理，把直线或圆弧的形状描述出来，也就是一边计算，一边根据计算结果向各坐标轴控制器分配脉冲，从而控制各坐标轴的联动位移量与要求的轮廓相符合在运动过程中刀具对工件表面进行连续切削，可以进行各种直线、圆弧、曲线的加工轮廓控制的加工轨迹如图 1-4 所示。这类机床主要有数控车床、数控铣床、数控线切割机冰、加工中心等，其相应的数控装置称为轮廓控制数控系统根据它所控制的联动坐标轴数不同，又可以分为下面几种形式：机械工程系毕业设计- 10 - 二轴联动：主要用于数控车床加工旋
20、转曲面或数控铣床加工曲线柱面。如图 1-4 所示。 二轴半联动主要用于三轴以上机床的控制，其中两根轴可以联动，而另外一根轴可以作周期性进给。图 1 -5 所示为采用这种方式用行切法加工三维空间曲面。 三轴联动：一般分为两类，一类就是 X 、 y 、 Z 三个直线坐标轴联动，比较多的用于数控铣床、加工中心等，如图 1-6 所示用球头铣刀铣切三维空间曲面另一类是除了同时控制 X 、 Y 、 Z 中两个直线坐标外，还同时控制围绕其中某一直线坐标轴旋转的旋转坐标轴。如车削加工中心，它除了纵向（Z 轴）、横向（X 轴）两个直线坐标轴联动外，还需同时控制围绕 Z 轴旋转的主轴（C 轴）联动。 四轴联动：同时控制 X 、 Y 、 Z 三个直线坐标轴与某一旋转坐标轴联动，图 1-7 所示为同时控制 x 、 Y 、 Z 三个直线坐标轴与一个工作台回转轴联动的数控机床。 五轴联动：除同时控制 X 、 Y 、 Z 三个育线坐标轴联动外还同时控制围绕这这些直线坐标轴旋转的 A 、 B 、 C 坐标轴中的两个坐标轴，形成同时控制五个轴联动这时刀具可以被定在空间的任意方向如图 1-8 所示比如控制刀具同时绕 x 轴和 Y 轴两个方向摆动，使得刀具在其切削点上始终保持与被加工的轮廓曲面成法线方向，以保证被加工曲面的光滑性，提高其加工精度和加工效率，减小被加工表面的粗糙度。
