乔幻雨
范文一：数控-毕业论文
西安科技大学
继续教育学院
毕 业 论 文（设 计）
题 目：数控车床的基本应用
姓 名： 屈照东
系 别： 机电工程系
专 业： 数控智能
班 级： 数控1班
指导教师： 李旭东（辅导员）
引 言
数控技术是先进制造技术的基础，它是综合应用了计算机、自动控制、电气传动、自动检测、精密机械制造和管理信息等技术而发展起来的高新科技。作为数控加工的主体设备，数控机床是典型的机电一体化产品。数控机床代表一个民族制造工业现代化的水平，随着现代化科学技术的迅速发展，制造技术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志。
数控机床程序编制过程主要包括：分析零件图纸、工艺处理、数学处理、编写零件程序、程序校验。
机床夹具的种类很多，按使用机床类型分类，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具和其他夹具等。按驱动夹具工作的动力源分类，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具和自夹紧夹具等。
关键词：设备，衡量，程序编程，种类
目录
前言..................................................................................................3
第一章 数控机床的产生及发展....................................................4
第一节 数控机床的产生...................................................................4
第二节 数控机床的发展趋势............................................................5
第二章 数控车的加工工艺分析与工装夹....................................6
第一节 零件图的工艺分析................................................................6
第二节 加工设备的选用...................................................................7
第三节 合理选择切削用量................................................................7
第四节 合理选择刀具和夹具............................................................9
第五节 夹具安装要点......................................................................12
第六节 加工路线的拟定..................................................................12
第三章 零件程序编制...................................................................17
第一节 编程概述............................................................................17
第二节 零件程序编制.......................................................................18
结束语.............................................................................................24
参考文献.........................................................................................25
前 言
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。而且随着世界制造业的转移，中国正逐步成为世界加工厂，美国，韩国，英国等国家已经进入工业化发展的高科技密集时代与微电子时代，钢铁，机械，化工等重工业正逐步向发展中国家转移，我国正处于重工业发展中期，所以数控技术的发展对发展中国家的发展尤为重要。. 我国从1958年起，由一批科研院所，高等学校和少数机床厂起步进行数控系统的研制和开发。由于受到当时国产电子元器件水平低，部门经济等的制约，未能取得较大的发展。
在改革开放后，我国数控技术才逐步取得实质性的发展。经过“六五
"(81----85年) 的引进国外技术，“七五”(86------90年) 的消化吸收和“八五”(91~一-95年) 国家组织的科技攻关，才使得我国的数控技术有了质的飞跃，当时通过
国家攻关验收和鉴定的产品包括北京珠峰公司的中华I 型，华中数控公司的华中I 型和沈阳高档数控国家工程研究中心的蓝天I 型，以及其他通过“国家机床质量监督测试中心”测试合格的国产数控系统如南京四开公司的产品。
我国数控机床制造业在80年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在90年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到50%，库存超过4个月。从1 9 9 5年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在1 9 9 9年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。
数控车床种类较多，但主体结构都是由：车床主体、数控装置、伺服系统三大部分组成。
NC 编程就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。
本文主要讨论数控车床的零件加工工艺以及程序编制，主要以FANUC 数控系统为例，结合典型零件对数控车零件进行讲解。主要内容有关于数控车床的编程方法、编程的注意事项、加工工艺分析、刀具的选用、刀位轨迹计算
关键词：数控，车床，编程，加工
第一章 数控机床的产生及发展
第一节 数控机床的产生
在机械制造工业中并不是所以的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件约占机械加工总量的80%以上。尤其是在造船，航天，航空，机
床，重型机械及国防工业更是如此。为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生发张起来的。它为单件，小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。
根据国家标准GB/T8129-1997,对机床数字控制的定义：用数字控制的装置（简称数控装置），在运行的过程中，不断的引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。用计算机控制加工功能，称计算机数控简称CNC 。
数控机床即是采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床
。
关键词：诞生，控制，定义
第二节 数控机床的发展趋势
从1952年第一台数控机床问世后，数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展，其六代是电子管，晶体管，集成电路，小型计算机，微处理器和基于工控PC 机的通用CNC 系统。其中三代为第一阶段，称作为硬件连接数控，简称NC 系统。后三代为第二阶段，称作计算机软件数控，简称CNC 系统。 数控机床总的发展趋势是工序集中，高速，高效，高精度以及方便使用，提高可靠性等。
（1） 工序集中 20世纪50年代末期，在一般数控机床的基础上开发了数控
加工中心，即具备刀具自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工件
一次装夹后，机床的机械手可以自动更换刀具，连续的对工件进行多
种工序加工。
目前，加工中心的机床的刀具库容量可达到100多把刀，自动换刀装
的换刀时间仅需0.5-2秒。加工中心机床使工序集中在一台机床上完
成，减少了由于工序分散，工件多次安装引起的定位误差，提高了加
工精度，同时也减少了机床的台数与占地面积，压缩了半成品的库存
量，减少了工序间的辅助时间有效地提高了数控机床的生产效率和数
控加工的经济效益。
(2) 高速，高效，高精度是机械加工的目标，数控机床因其价格昂贵，在上述三个方面的发展也更为突出。
(3) 数控机床制造产把建立有好的人机界面，提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面。
(4) 手工编程和自动编程已经使用了几十年，有了长足的发展，在手工编程方面，开发了多种加工循环，参数编程和除直线，圆弧意外的各种插补功能，CAD/CAM的研究发展，从技术上来讲可以替代手工编程，但是一套适用的CAD/CAM软件加上计算机硬件，投资较大，学习，掌握的时间较长，对大多数的简单工件很不经济。
今年来，发展起来的图形交互式编程系统，很受用户欢迎。这种编程方式不使用G ,M 代码，而是借助图形菜单，输入整个图形块以及相应参数作为加工指令，形成加工程序，与传统加工时的思维方式类似。图形交互编程
方法在制定标准后，有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法。
关键词：阶段，发展趋势，六代，编程
第二章 数控车的加工工艺分析与工装夹
第一节 零件图的工艺分析
在设计零件的加工工艺规程时，首先要对加工对象进行深入分析，对于数控车削加工应考虑以下几个方面
1 构成两件轮廓的几何条件
在车削加工手工编程时，要计算每个节点坐标，在自动编程时，要对零件轮廓所以的几何元素进行定义，因此在分析零件图时要注意
（1） 零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件
轮廓的构成。
（2） 零件图上的图线位置是否模糊或标注不清，使编程无法下手
（3） 零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难
（4） 零件图上的尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，应以同
一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸
2 尺寸精度要求
分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法，在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等等，在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。
3 形状和位置的精度的要求
零件图样上给定飞形状和位置公差是保证零件精度的重要依据，加工时要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性的处理，以便有效的控制零件的形状和位置精度。 4 表面粗糙度要求
表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床，刀具及确定切削用量的依据。
5 材料与热处理要求
零件图样上给定的材料与热处理要求，是选择刀具，数控车床型号，确定切削用量的依据
关键词：加工，规程，计算，精度
第二节 加工设备的选用
在这里我们选择的是南通VMC1100B 数控加工中心机床，技术参数如下表
2.1
VMC1100B
行程Unit 参数
X 轴行程mm1100
Y 轴行程mm560
Z 轴行程mm575
主轴端面至工作台面距离mm200-775
工作台中心至立柱导轨面距离mm590
工作台面积mm550×1200
工作台最大承重 kg 800
T 型槽槽宽 mm 4×18H8
主轴转速 rpm 8000
主轴孔锥度 - BT-40(7:24)
x 、y 轴快速位移 m/min 24
z 轴快速位移 m/min 18
进给速度范围 m/min 1—15
刀具数 pcs 24
刀具最大外径/相邻无刀 mm 100/180
刀具最大长度 mm 300
换刀时间(刀-刀) sec 1.8
主轴电机 kw 11/15
X/Y/Z电机 kw 3/3/4
定位精度x mm 0.032
定位精度y 、z mm 0.025
重复定位精度x mm 0.018
重复定位精度y 、z mm 0.015
机床总高 mm 3162
机床重量(毛重) kg 8200
关键词：南通VMC1100B
第三节 合理选择切削用量
加工过程中切削用量的确定
合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。具体要考虑以下几个因素：
切削深度ap 。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，ap 就等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。 切削宽度L 。一般L 与刀具直径d 成正比，与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中，一般L 的取值范围为：L=(0.6～0.9)d 。 切削速度V 。提高V 也是提高生产率的一个措施，但v 与刀具耐用度的关系比较密切。随着v 的增大，刀具耐用度急剧下降，故v 的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣刀铣削合金刚30CrNi2MoVA 时，v 可采用8m/min左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时，V 可选200m/min以上。 主轴转速n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度v 来选定。计算公式为：V=pnd/1000。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调(倍率) 开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。 进给速度Vf 。vF 应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。Vf 的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时，Vf 可选择得大些。在加工过程中，Vf 也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。V=pnd/1000。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调(倍率) 开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。 进给速度Vf 。vF 应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。Vf 的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时，Vf 可选择得大些。在加工过程中，Vf 也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。随着数控机床在生产实际中的广泛应用，量化生产线的形成，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之一。在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加
工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。
关键词：切削，原则，关键
第四节 合理选择刀具和夹具
1 刀具选用的原则
刀具的选择是在数控编程的人机交换状态下进行的，应根据机床的加工能力，工件材料的性能，加工工序，切削用量已经其他相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性，刀体一般均用普通碳钢或者合金钢制作，如焊接车刀，镗刀，钻头，铰刀的刀柄。尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜选用合金工具钢或整体高速钢制作，如螺纹刀具，形成铣刀，拉刀等。
机夹，可转位硬质合金刀具，镶硬质合金钻头，可转位铣刀等的刀体可用合金工具钢制作。对于一些尺寸较小，刚度较差的精密孔的加工刀具，如小直径镗刀，铰刀，为保证刀体有足够的刚度，宜选用整体硬质合金制作，以提高刀具寿命和加工精度。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。
关键词：选择，原则，适应
2 刀具材料的选择方法
材料我们选用硬质合金钢
硬质合金由作为主要组元的难熔金属碳化物和起黏结相作用的金属组成的烧结材料，具有高强度和高耐磨性。它是由难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在500℃的温度下也基本保持不变，在1000℃时仍有很高的硬度。硬质合金广泛用
作刀具材料，如车刀，铣刀，刨刀，钻头，镗刀等用于切削铸铁，有色金属，塑料，化纤，石墨，玻璃，石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢，不锈钢，高锰钢，工具钢等难加工的材料。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的几百倍。
性能特点
①硬度高（86-93HRA ，相当于69-81HRC ）;
②热硬性好（可达900-1000℃）
③耐磨性好
④硬质合金刀具比高速钢切削速度提高4-7倍，刀具寿命高5-80倍。制造模具，量具，寿命比合金工具钢高20-150倍。可切削50HRC 左右的硬质合金材料。但硬质合金脆性打，不能进行切削加工，难以制成形状复杂的整体刀具，因而常制成不同形状的刀片，采用焊接，粘接，机械夹持等方法。
分类与牌号
①钨钴类硬质合金
主要成分是碳化钨（WC ）和粘结剂钴（CO ）
其牌号是由“YG ”（硬，钴两字汉语拼音字首）和平均含钴量的百分数组成。
例如，“YG ”，表示平均WCO=8%，其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。
TIC 刀具
②钨钛钴类硬质合金
其主要成分是碳化钨，碳化钛（Tic ）及钴
其牌号由“YT ”（硬，钛两字的汉语拼音首字）和碳化钛平均含量组成 例如，YT15，表示平均WTi=15%，其余为碳化钨和钴含量的钨钛。
钨钛钽刀具
③钨钛钽类硬质合金
主要成分是碳化钨，碳化钛，及钴
其牌号由“YW ”（硬，万两字的汉语拼音首字）加顺序号组成，如YW1
WC刀具
关键词：强度，耐磨，性能，分类与牌号，硬质合金
3 刀具的分类及特点
（1）刀具的特点
数控加工刀具必须适应数控机床高速，高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具，通用联接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐便准化和系列化。数控机床与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点，
1 刚性好，精度高，抗振及热变形小 2 互换性好，便于快速换刀 3 寿命高，切削性能稳定，可靠
4 刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间 5 刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除 6 系列化，标准化，以利于编程和刀具管理 （2）刀具的分类
数控刀具根据刀具结构可分为①整体式②镶嵌式③特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：①高速钢刀②硬质合金刀具③金刚石刀具④其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为：①车削刀具，分外圆，内孔，螺纹，切割刀具等多种②钻削刀具，包括钻头，铰刀，丝锥等③镗削刀具④铣削刀具等。
以下是刀具卡片
关键词：适应，包括，相比，结构
第五节 夹具安装要点
目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，液压卡盘夹紧要点如下：首先用扳手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用扳手卸下卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。
关键词：连接，要点
第六节 加工路线的拟定
零件机械加工的工艺路线是指零件生产过程中，由毛坯到成品所经过的工序先后顺序。在拟定工艺路线时，首先除考虑定位基准的选择外，还应当考虑个表面加工方法的选择，工序集中与分散的程度，加工阶段的划分和工序先后顺序的安排等问题。
关键词：路线，首先，顺序
一 表面加工方法的选择
（一）加工经济精度
由实践可知，各种加工方法（如车，铣，刨，磨，钻）所能达到的加
工精度和表面粗糙度是有一定的范围的。任何一种加工方法，如果由技术水平高的熟练工人在精密完好的设备上仔细的慢慢操作，必然使加工误差减小，可以得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，但却使成本增加。反之技术水平较低的工人在精度较差的设备上快速操作，虽然成本下降，但是得到的加工误差不然较大，使加工精度降低。
统计质料表面加工精度要求越高，即允许的加工误差越小，零件成本
越高。
关键词：方法，技术水平，精度
（二） 选择表面加工方法应考虑的因素
选择表面加工方法时，首先应根据零件的加工要求，查表或根据经验
来确定哪些加工方法能达到所要求的加工精度。
（1） 工件材料的性质 如有色金属的精加工不宜采用磨削，因为有
色金属易使砂轮堵塞，因此常采用高速精车削或金刚镗等切削加工方法。
（2） 工件的形状和尺寸 如形状比较复杂，尺寸较大的零件，其上
的孔一般不宜采用拉削或磨削，直径大于60mm 的孔不宜采用钻，扩，铰等。
（3） 选择加工方法要与生产类型相适应 一般来说，大批大量生产
应选用高生产率的和质量稳定的价格方法。而单件小批量生产应尽量选择通用设备和避免采用非标准的专用刀具来加工。如平面加工一般采用铣削或刨削，但刨削由于生产率低，除特殊场合外，在成批以上的生产中以逐步被铣削所代替，而大批大量生产时，常常要考虑拉削平面的可能性，对于孔加工来说，镗削由于刀具简单，在单间小批量生产中得到及其广泛的应用。
（4） 具体的生产条件 工艺人员必须熟悉工厂现有的价格设备和他
们的工艺能力，工人的技术水平，以充分利用现有设备和工艺手段，同时也要注意不断引进新技术，对老设备进行技术改造，挖掘企业的潜力，不断提高工艺水平。
关键词：选择，考虑，因素
二 各种表面的典型加工路线
根据上述因素确定了某个平面的最终加工方法后，还必须同时确定前
面的预加工方法，形成一个表面加工路线，才能付诸实施。例
1 外圆表面的加工路线
（1）粗车 半精车 精车 如果加工精度要求较低时，也可以只取精
车或粗车然后半精车
（2）粗车 半精车 粗磨 精磨 对于黑色金属材料，加工精度等于或
低于IT16，表面粗糙度等于或大于Ra0.4um 的外圆表面，特别是有淬火要求的表面，通常采用这种加工路线，有时也采取粗车 半精车 磨的方法
（3） 粗车 半精车 精车 金刚石车 这种加工路线主要适用于有色金
属材料及其他不宜采用磨削加工的外圆表面
（4） 粗车 半精车 粗磨 精磨 精密加工 当外圆表面的精度要求特
别高或表面粗糙度的要求特别小时，在方案2的基础上，还要增加精密加工或光整加工方法。常采用的外圆表面的精密加工方法有研磨，超精加工，精密磨等；抛光，砂带磨等光整加工方法则是以减小表面粗糙度为主要目的的。 2 孔的加工路线
（1） 钻 扩 粗铰 此方案广泛应用于加工直径小于40mm 的中小孔。
其中扩孔有纠正正确位置误差的能力，而铰刀又是定尺寸刀具，容易保证孔的尺寸精度。对于直径较小的孔，有时只需要一次便能达到要求的加工精度。
（2） 粗镗 半精镗 精镗仅适用于直径较大的孔，位置精度要求较
高的孔， 有色金属材料制成的孔，在上述情况下如果毛坯上已有铸出或锻出的孔，则第一道工序先安排镗，若毛坯上没有孔，第一道工序便安排钻或两次钻。当孔的加工要求更高时，可在精镗后再安排浮动或金刚镗或其他精密加工方法。
（3）钻一位 多用于大批量生产中加工盘套类零件的圆孔，单键孔，
及花键孔。拉刀为定尺寸刀具，其加工质量稳定，生产效率高。加工要求较高时，拉削可分为粗拉和精拉。
（4）粗镗 半精镗 粗磨 精磨 该方案主要用于中小型淬硬零件的孔
加工。当孔的精度要求更高时，可在增加研磨或其他精加工工序 3 平面加工路线
（1） 磨削 磨削可得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，且以
磨淬硬表面，因此广泛应用于中小型零件的平面精加工。要求更高的零件可以在粗磨 精磨 后在安排研磨或精密磨等加工。
（2）刮研 刮研是获得精密平面的传统加工方法 由于这种方法劳动
量大，生产效率低，在大批量生产下已逐步被磨削所取代，但在单件小批量生产修配工作中仍用广泛的应用。
（3）高速精铣或宽刀精刨 高速精铣不仅能获得较高的精度和小的
表面粗糙度，而且生产率高，应用于不淬硬的中小型零件平面的加工，宽刀精刨多用于大型零件特别是狭长平面的精加工。
关键词：表面，孔，平面，加工，路线
三 加工阶段的划分
工件上每一个表面的加工，总是先粗后精。粗加工去掉大部分余量，
要求生产率高；精加工保证工件精度的要求。对于加工精度要求较高的零件，应当将整个工艺过程划分成粗加工，半精加工，精加工等几个阶段，在各个阶段之间安排热处理工序，加工划分阶段有如下优点；
（1） 有利于保证加工质量 粗加工时，由于切去的余量较大，切削
力和所需的夹紧力也较大，因而工艺系统受力变形和热变形都比较严重而且毛坯制造过程因冷却速度不均匀使工件内部存在着内应力，粗加工从表面切去一层金属，致使内应力重新分布也会引起变形，这就使得粗加工不仅不能得到较高的精度和较小的表面粗糙度，还可能影响其他已经精加工过的表面。粗加工分阶段进行，就可以避免上述因素对精加工表面的影响，有利于保证加工质量。
（2） 合理地使用设备 粗加工采用功率较大，刚度大，精度不太
高的机床，精加工应在精加工高的机床上进行，有利于长期保持机床的精度。
（3） 有利于及早的发现毛坯的缺陷，粗加工安排在前，若发现了
毛坯的缺陷，及时予以报废，以免继续加工造成工时的浪费。
综上所述，工艺过程应当尽量划分阶段进行。至于究竟应当划分为两个阶段，三个阶段，还是更多的阶段，必须根据工件的加工精度要求和工件的刚性来决定。一般来说，工件精度要求越高，刚性越差，划分阶段应越细。另一方面，粗精加工分开，使机床台数和工序数增加，当生产批量较小时，机床负荷利率低，不经济。所以，当工件批量小，精度要求不太高，工件刚性较好时也可以
不分或少分阶段。重型零件由于输送及装夹困难，一般在一次装夹完成粗精加工，为了弥补不分阶段带来的弊端，常常在粗加工工步后松开工件，然后以较小的夹紧力重新夹紧，在继续进行精加工工步。 结合图形及以上内容进行工艺卡片的制作如下表 图形一的工艺卡片
图形二的工艺卡片
关键词：精度，阶段，划分，质量，合理
第三章 零件程序编制
第一节 编程概述
工艺过程，计算走刀量，得出刀位数据，编写数控加工程序，制作控制介质，校对程序及首件试切。数控编程有手工编程和自动编程两种方法。总之，它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。随着数控技术的发展，先进的数控系统不仅向用户编程提供了一半的准备功能和辅助功能，而且为编程提供了扩展数控功能的手段。FANUC6M 数控系统的参数编程，应用灵活，形式自由，具备计算机高级语言的表达式，逻辑运算及类似的程序流程，使加工程序简单易懂，实现普通程序难以实现的功能。
数控编程的基本步骤 1 分析零件图确定工艺过程
对零件图样要求的形状，尺寸，精度，材料及毛坯进行分析，明确加工内衣与要求；确定加工方案，走刀路线。切削参数以及选择刀具及夹具等。 2 数值计算
根据零件的几何尺寸，加工路线，计算出零件轮廓上的几何要素的起点，终点及圆弧的圆心坐标等。 3 编写加工程序
在完成上述两个步骤后，按照数控系统规定使用的功能指令代码和程序段格式，编写加工程序单 4 将程序输入数控系统
程序的输入可以通过键盘直接输入数控系统，也可以通过计算机通信接口输入数控系统 5 检验程序与首件试切
利用数控系统提供的图形显示功能，检查刀具轨迹的正确性。对工件进行首件试切，分析误差产生的原因，及时修正，直到试切出合格零件
虽然给个数控系统的变成语言和指令各不相同，但其中有很多相通之处。 关键词：编程概述，步骤，数值计算，编写，输入，检验
第二节 零件程序编制
件一
XX.SPF(镗孔子程序) G0 X49.226 Z0
G3 X44.189 Z-2822 CR=21 G2 X38 Z-9 CR=10 G1 X30
G1 X28.5 Z-10.5 G1 Z-30 G1 X24 G1 Z-50 G1 X21 M17
XX.MPF(镗孔主程序) M43 M03 S500 F0.3 T1D1 M08
G0 X21 Z5
LCYC95(AAA,1,0,0.5,0,0.3,0.2,0.1,11,0,0,0.25) G0 Z100 G0 X100 M09 M30
XX1.MPF(内割槽)
M43 M03 S400 F0.1T2D1 M08 G0X21 G1Z-30 G1X32.5 G1X21 G1Z-29 G1X32.5 G1X21 G0Z100 G0X100 M30
XX2.MPF(内螺纹)
M43 M03 S500 F0.3 T3D1 M08
G0 X21 Z5
LCYC97(1.5,0,-9,-26,28.5,28.5,3,0.5,0.975,0.05 0,0,8,2,2,1) G0 Z100 G0 X100 M09 M30
XX3.SPF(外圆加工子程序) G1 X52 Z0 G1 Z-6 G1 X58 G1 Z-16
G2 X46 Z-31.1 CR=22 G1 Z-39.026
G1 X58 Z-42.323 G1 Z-70.445 G1 X60 M17
XX3.MPF(外圆加工主程序) M43 M03 S1200 F0.3 T1D1 M08
G0 X60 Z2
LCYC95(BBB,0.5,0,0.5,0,0.3,0.2,0.1,9,0,0,0.5) G0 X100 Z100 M09 M30
XX4.MPF(割梯形槽)
M43 M03 S400 F0.1 T2D1 M08
G0 Z-52.34 G0 X58 G1 X44 G0 X59 G1 Z-54.885 G1 X58
G1 X44 Z-52.34 G0 X59 G1 Z-50.87 G1 X44 G0 X59 G1 Z-48.325 G1 X58
G1 X44 Z-50.87 G0 X59 G0 Z-64.9 G1 X44 G0 X59 G1 Z-67.445 G1 X58
G1 X44 Z-64.9 G0 X59 G1 Z-63.43 G1 X44 G0 X59
G1 Z-60.885 G1 X58
G1 X44 Z-63.43 G0 X100 G0 Z100 M30
XX5.SPF （车外圆子程序） G1 X21 Z0 G1 X24 Z-1.5 G1 Z-15.633
G2 X38 Z-24 CR=8.5 G1 X41.321 R1=20 R2=10 R3=17.725
MAI:R4=R2*SQRT(1-R3*R3/R1/R1) G1 X=2*R4 Z=R3-17.725 R3=R3-1
IF R3>=-17.725 GOTOB MAI G1 X58 Z-44.555 G0 X60 M17
XX5.MPF(外圆主程序) M43 M03 S1200 F0.3 T1D1 M08
G0 X60 Z2
LCYC95(AABB,1,0,0.5,0,0.3,0.2,0.1,9,0,0,0.5) G0 X100 Z100 M09 M30 关键词：
件二
LL.SPF(外圆加工子程序) G1 X27 Z0
G1 X29.85 Z-1.5 G1 Z-15 G1 X38
G2 X44.198 Z-21.188 CR=10
G3 X57.477 Z-36.5 CR=21 G0 X60 M17
LL.MPF(外圆加工主程序) M43 M03 S1200 F0.3 T1D1 M08
G0 X62 Z2
LCYC95(ZXC,1,0,0.5,0.3,0.2,0.1,9,0,0,0.5) G0 X100 Z100 M09 M30
LL1.MPF(割槽)
M43 M03 S400 F0.1 T2D1 M08 G0 Z-15 G0 X30 G1 X24 G0 X30 G1 Z-13 G1 X24 G0 X100 G0 Z100 M09 M30
LL2.SPF(镗孔子程序，与件1配合装夹加工另一头) M43 M03 S500 F0.3 T3D1 M08
G0 X60 Z2
LCYC97(1.5,0,0,-10,30,30,3,0.5,0.975,0.05,0,0,8,2,2,1) G0 X100 Z100 M09 M30
LL2.SPF(镗孔子程序，与件1配合装夹加工另一头) G1 X38 Z0
G2 X24 Z-8.5 CR=8.5 G1 Z-32 G1 X21 M17
LL2.MPF(镗孔加工主程序) M43 M03 S500 F0.3 T1D1 M08
G0 X21 Z5
LCYC95(ZZZ,1,0,0.5,0,0.3,0.2,0.1,9,0,0,0.5) G0 Z100 G0 X100 M09 M30
LL3.SPF(外圆加工子程序) M17
G1 X38 Z0
G2 X44.189 Z-6.178 CR=10 G3 X57.477 Z-21.5 CR=21 G0 X60
LL3.MPF(外圆加工主程序) M43 M03 S1200 F0.3 T3D1 M08
G0 X60 Z2
LCYC95(ZXX,1,0,0.5,0,0.3,0.2,0.1,9,0,0,0.5) G0 X100 Z100 M09 M30
关键词：程序，编制
结束语
时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。在这个美好的季节里，我在电脑上敲出了最后一个字，心中涌现的不是想象已久的欢欣，却是难以言喻的失落。是的，随着论文的终结，意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束，尽管百般不舍，这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的来临。
通过这次毕业设计，使我对大学三年所学的知识有了一次全面的综合运用，也学到了许多上课时没涉及到的知识，例如；数控仿真加工，这些对今后毕业出去工作都有很大的帮助。
在这次毕业设计中，我完成了毕业设计的任务，达到了毕业设计的目的。但是，我知道自己的设计还有许多不足，希望老师能够谅解，谢谢。
非常感谢校领导和老师，给我们创造了一个学习的机会，让我在毕业的最后一段时间里学到了很多知识, 本次的设计是三年来学习过程中涵盖面最广的一次设计，它不仅体现了我们对设计的思考，更重要的是对我们三年来所学知识应用到了实践，使我明白了在今后设计过程中的一般步骤和方法，经过这一个月的紧张的毕业设计, 使我在理论和动手能力上都有了进一步的提高。
此次毕业设计的顺利完成离不开指导老师的大力支持, 在这里，我特别要感谢我的指导老师，是他将最新的毕业设计信息通知给我们，并且在自己紧张的工作中，还尽量抽出时间关心我们的设计进度情况，督促我们抓紧学习。
在整个设计中，用到了以前所学的知识，最开始丁老师就教给了我们遇到问题，如何去分析问题、解决问题的方法，使我们受益非浅，从确定设计题目到现在完成毕业设计论文的过程中，尤其是在课题设计的前期准备工作和设计的过程中，丁老师提出了许许多多宝贵的设计意见，在短暂的相处时间里，渊博的知识、敏锐的思路和实事求是的工作作风给我留下了深刻的印象，这也将对我不久的工作，起到很大的鼓动作用，将使得我终身受益，谨此向丁老师表达我衷心的感谢和崇高的敬意！
在此，我还要感谢机电系所有老师，正是因为他们的鼓励和支持，才使我不畏困难，迎难而上，不断地克服一个又一个的困难，直到毕业设计的圆满结束。
这次毕业设计不仅仅是我对自己所学的知识进行了巩固, 更重要的是我在此基础上有学到了许多新的知识, 对于以前不太懂得的、不太理解的也都熟悉了许多。
最后，衷心感谢机电学院全体老师多年来的辛勤培养和教诲。
参考文献
1 李雪梅主编 姜新桥张斌副主编 数控机床 电子工业出版社出版 2 薛彦成主编 数控原理与编程 机械工业出版社出版
3 徐嘉元曾家驹主编 机械制造工艺学（含机床夹具设计）机械工业出版社出版 4 周桂英，张秀云主编 机械制图 天津大学出版社出版 5 AutoCAD 程光远主编 电子工业出版社出版
6 李坤淑主编 公差配合与测量技术 机械工业出版社出版
7 陈子银，徐鲲鹏编．《数控加工技术》．北京理工大学出版社，2006年
范文二：数控毕业论文
数控技术和装备发展趋势及对策
摘要：简要介绍了当今世界数控技术及装备发展的趋势及我国数控装备技术发展和产业化的现状，在此基础上讨论了在我国加入WTO和对外开放进一步深化的新环境下，发展我国数控技术及装备、提高我国制造业信息化水平和国际竞争能力的重要性，并从战略和策略两个层面提出了发展我国数控技术及装备的几点看法。
装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5)传感器技术；(6)软件技术等。
1 数控技术的发展趋势
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［1～4］。
1．1 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（CIRP）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。 从EMO2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国CINCINNATI公司的HyperMach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国DMG公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。 在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。 在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。 为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。
1.2 5轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。 当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。 在EMO2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制。
1.3 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。 为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的NGC(The Next Generation Work-Station/Machine Control)、欧共体的OSACA(Open System Architecture for Control within Automation Systems)、日本的OSEC(Open System Environment for Controller)，中国的ONC(Open Numerical Control System)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在EMO2001展中，日本山崎马扎克（Mazak)公司展出的“CyberProduction Center”（智能生产控制中心，简称CPC)；日本大隈（Okuma）机床公司展出“IT plaza”（信息技术广场，简称IT广场)；德国西门子(Siemens)公司展出的Open Manufacturing Environment（开放制造环境，简称OME）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。
1.4 重视新技术标准、规范的建立
1.4.1 关于数控系统设计开发规范 如前所述，开放式数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、扩展性，美国、欧共体和日本等国纷纷实施战略发展计划，并进行开放式体系结构数控系统规范(OMAC、OSACA、OSEC)的研究和制定，世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定，预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。
1.4.2 关于数控标准
数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后的50年间的信息交换都是基于ISO6983标准，即采用G，M代码描述如何（how）加工，其本质特征是面向加工过程，显然，他已越来越不能满足现代数控技术高速发展的需要。为此，国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14649（STEP－NC)，其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制，能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型，从而实现整个制造过程，乃至各个工业领域产品信息的标准化。 STEP-NC的出现可能是数控技术领域的一次革命，对于数控技术的发展乃至整个制造业，将产生深远的影响。首先，STEP-NC提出一种崭新的制造理念，传统的制造理念中，NC加工程序都集中在单个计算机上。而在新标准下，NC程序可以分散在互联网上，这正是数控技术开放式、网络化发展的方向。其次，STEP-NC数控系统还可大大减少加工图纸（约75％）、加工程序编制时间（约35％）和加工时间（约50％）。 目前，欧美国家非常重视STEP-NC的研究，欧洲发起了STEP-NC的IMS计划(1999.1.1～2001.12.31)。参加这项计划的有来自欧洲和日本的20个CAD/CAM/CAPP/CNC用户、厂商和学术机构。美国的STEP Tools公司是全球范围内制造业数据交换软件的开发者，他已经开发了用作数控机床加工信息交换的超级模型(Super Model)，其目标是用统一的规范描述所有加工过程。目前这种新的数据交换格式已经在配备了SIEMENS、FIDIA以及欧洲OSACA-NC数控系统的原型样机上进行了验证。
2 对我国数控技术及其产业发展的基本估计
我国数控技术起步于1958年，近50年的发展历程大致可分为3个阶段：第一阶段从1958年到1979年，即封闭式发展阶段。在此阶段，由于国外的技术封锁和我国的基础条件的限制，数控技术的发展较为缓慢。第二阶段是在国家的“六五”、“七五”期间以及“八五”的前期，即引进技术，消化吸收，初步建立起国产化体系阶段。在此阶段，由于改革开放和国家的重视，以及研究开发环境和国际环境的改善，我国数控技术的研究、开发以及在产品的国产化方面都取得了长足的进步。第三阶段是在国家的“八五”的后期和“九五”期间，即实施产业化的研究，进入市场竞争阶段。在此阶段，我国国产数控装备的产业化取得了实质性进步。在“九五”末期，国产数控机床的国内市场占有率达50％，配国产数控系统（普及型）也达到了10％。 纵观我国数控技术近50年的发展历程，特别是经过4个5年计划的攻关，总体来看取得了以下成绩。 a.奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术。我国现在已基本掌握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。 b.初步形成了数控产业基地。在攻关成果和部分技术商品化的基础上，建立了诸如华中数控、航天数控等具有批量生产能力的数控系统生产厂。兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。这些生产厂基本形成了我国的数控产业基地。 c.建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。 虽然在数控技术的研究开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数控技术的研究开发，尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技术水平差距有扩大趋势。从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下。 a.技术水平上，与国外先进水平大约落后10～15年，在高精尖技术方面则更大。 b.产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不足；国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足。 c.可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。 分析存在上述差距的主要原因有以下几个方面。 a.认识方面。对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足；对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我国数控技术应用水平及能力分析不够。 b.体系方面。从技术的角度关注数控产业化问题的时候多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少；没有建立完整的高质量的配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系。 c.机制方面。不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。 d.技术方面。企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。 3 对我国数控技术和产业化发展的战略思考
3.1 战略考虑
我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。 我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定；其次从国防安全看，西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质，对我国实现禁运和限制，“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。
3.2 发展策略
从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。 强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机（如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等）的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品；没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品；当然，没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。 在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。 在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。
参考文献：
［1］ 中国机床工具工业协会 行业发展部.CIMT2001巡礼［J］.世界制造技术与装备市场，2001(3)：18-20.
［2］ 梁训王宣 ,周延佑.机床技术发展的新动向［J］.世界制造技术与装备市场，2001(3)：21-28.
［3］ 中国机床工具工业协会 数控系统分会.CIMT2001巡礼［J］.世界制造技术与装备市场，2001(5)：13-17.
［4］ 杨学桐，李冬茹，何文立，等
范文三：数控毕业论文
毕业设计(论文)报告 题 目 数控机床夹具设计
系 别 机电工程系 专 业 数控技术
班 级
姓 名
学 号
指导教师
2009年 8月
前言
机床夹具是机械制造过程中最常用的一种工艺装 备。在机械制造过程中,它装在机床上,使工件相对 刀具与机床保待正确的位置,并能承受切削力。机床 夹具的主要作用是保证加工精度、提高劳动生产率、 扩大机床的使用范围和保证生产安全,因此,机床夹 具在机械制造中占有很重要的地位。
摘 要
摘要研究概况的基础上 , 总结了敏捷夹具设计的成就和不足的领域 指出了夹具的设计实 例。 没有相关的案例基地和匹配机制建立的期间夹具设计规划固定在目前使用的案例夹具设 计系统。如此大量的经验的夹具设计是浪费了 , 不能被重用 , 从而降低了设计效率和违反本意 基于实例推理的方法。为了实现敏捷的夹具设计 , 并在此基础上 , 可重新安装敏捷夹具元件基 地和元素装配关系建立基地。利用这两根、带卯的座、夹具结构分解 , 从而使它容易被灵活 的夹具和修改。此外 , 整个案例敏捷夹具设计模型 , 提出了三个模块进行了较为详细的介绍 , 包括评估的相似性夹具规划、 冲突仲裁和修改一个灵活的夹具的案例。 这三个模块也可用来 解决问题的经验和设计结果不能在这个过程中 , 重复夹具设计。对夹具设计模式 , 灵活的评价 方法 , 提出了评价相似在各种不同的发展阶段。 然而 , 一个类似的案件中不可能满足实际需要 , 一般解决冲突类似的情况和实际情况。这样的三种方法 , 包括当地 r 冲突法仲裁方法及推理 的方法 , 给出了冲突仲裁的冲突 , 并可用来修改这个案件能够获得。 最后 , 一个灵活的夹具设计 的例子。实验结果表明 , 该案例敏捷夹具设计方法能够提高设计效率。
关键词 :敏捷夹具设计 ; 基于实例推理、建模
Abstract
Abstract The profiles based on the agile fixture design summarized the
achievements and shortcomings in the areas pointed out fixture design examples. There is no relevant case base and matching mechanism is established fixture design and planning during the period fixed in the present case the use of Fixture Design System. So much experience in fixture design is a waste, and can not be reused, thus reducing the design efficiency and violations of purported case-based reasoning approach. In order to achieve agile fixture design, and on this basis, it can re-install agile fixture element base and establish a base element assembly relation. Use of the two, with Mao's seat, fixture structure decomposition, making it easier to be flexible fixtures and modification. In addition, the entire case of agile fixture design model, proposed three modules in a more detailed introduction, including an assessment of the similarity of fixture planning, conflict arbitration and modify the case of a flexible fixture. These three modules can also be used to solve the problem of experience and design results can not be in this process, repeat fixture design. Pairs of fixture design patterns, flexible evaluation method is proposed to evaluate similarities in various stages of development. However, a similar case can not meet actual needs, conflict resolution and the actual situation in a similar situation. This three kinds of methods, including local r conflict of laws method of arbitration and the reasoning given conflict, conflict arbitration, and can be used to modify the case to obtain. Finally, a flexible fixture design examples. The experimental results show that the case of agile fixture design method can improve the design efficiency.
Keywords: agile fixture design; case-based reasoning, modeling,
目录
一机床夹具概述 ------------------------------------8
1. 机床夹具及组成 ----------------------------------8
2. 机床夹具及分类 ----------------------------------8
3. 机床夹具的功用 ----------------------------------8 二工件在夹具上的定位 ------------------------------8
1. 常用定位方法与定位元件 --------------------------8
2. 定位误差计算 ------------------------------------9 三工件在夹具中的夹紧 ------------------------------10
1. 对夹紧装置的要求 --------------------------------10
2. 夹紧力的确定 ------------------------------------10
3. 常用夹紧机构 ------------------------------------11
4. 夹紧机构的动力装置 ------------------------------11 四各类机床夹具 ------------------------------------12
1. 钻床夹具 ----------------------------------------12
2. 镗床夹具 ----------------------------------------13
3. 铣床夹具 ----------------------------------------13
4. 车床夹具 ----------------------------------------13 五成组夹具,组合夹具与随行夹具 --------------------14
1. 成组夹具 ----------------------------------------14
2. 组合夹具 ----------------------------------------15
3. 随行夹具 ----------------------------------------15 六 . 几个重要问题 --------------------------------------16
1. 夹具会带来误差 -------------------------------------16
2. 工艺系统的受力变形 ---------------------------------16 七 . 机床夹具设计步骤与方法 ----------------------------17
1. 夹具设计的基本要求 ---------------------------------17
2. 一般步骤 -------------------------------------------17 总结 -------------------------------------------------19 谢辞 -------------------------------------------------20
第一章机床夹具设计原理
一 机床夹具概述
1、机床夹具及组成
夹具定义:在机床上用以装夹工件的一种装置。
夹具组成:
1) 定位元件或装置
2)夹紧元件或装置
3)刀具导向元件或装置
4)夹具在机床上定位的元件
5)夹具体
6)其它元件或装置
2、机床夹具的分类
按应用范围分:
1)通用夹具(三爪、四爪卡盘 虎钳、回转工作台。 。 。 )
2)专用夹具(用于批量生产)
3)通用可调整夹具和成组夹具。 (针对一组零件的某个工,由基础部分和可调整部分组成, 元件可更换或调整)
4)组合夹具(用于单件小批)
由标准化的元件组合而成,具有以下特点:
灵活多变,万能性强;
可大大缩短生产准备周期;
可减少专用夹具设计、制造的工作量,并可减少材料消耗;
用于单件、小批量生产及新产品试制。
组合夹具的类型:槽系组合夹具 (靠键和槽定位) 和孔系组合夹具 (通过孔与销来实现元件 间的定位) 。
5)随行夹具(FMS 、 FMC 等)
是一种移动式夹具。 工件安装在随行夹具上, 由运输装置把随行夹具运送到各台机床上, 并 对随行夹具进行定位和夹紧。
按机床工种分:车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、磨床夹具、自动机床夹具、数 控机床夹具等。
按其夹紧装置的动力源分类:手动夹具、气动夹具、液动夹具、电磁夹具、真空夹具。 3、机床夹具的功用
1)保证加工质量
2)提高生产率
3)扩大机床工艺范围
4)减轻工人劳动强度,保证生产安全。
二 工件在夹具上的定位
1、常用定位方法与定位元件
1) 工件以平面定位
未经机械加工的平面定位(支承钉?)
已经机械加工的平面定位(支承钉、支承板?)
平面定位的主要形式是支承定位 , 支承元件的结构形式有 :
固定支承:支承钉、支承板
主要支承 可调支承:支承点位置可调
自位支承:可以随工件定位基准的变化而自动调整,并与之相适应,一般限制一自由度, 具有 2个以上支承点
辅助支承
辅助支承:定位后才参与支承,不起定位作用,增加刚度。
主要支承:能限制工件自由度。
固定支承安装:
直接安装在夹具体的孔中,与孔的配合为 76Hr
夹具体上承托支承头的表面应凸起,以便把各个凸出面一次加工成一个平面
夹具体采用通孔安装固定支承
平头支承采用安装后一次磨平的方法使支承钉定位平面在一个平面(等高性)
注意点:
平面定位时一般夹具面小于工件平面;
支承板多用于精基准,为保证等高性,装配后进行磨削;
自位支承常用于毛坯平面、断续平面、阶梯平面定位;
辅助支承仅起增加刚度。
2)工件以孔定位
定心定位 :定位基准是孔的中心线,常用的定位元件是各种心轴和定位销。
心轴(限制四个自由度) :
刚性心轴包括 :过盈配合心轴 (定心精度高, 装卸困难 ) 、 间隙配合心轴 (装夹方便, 有误差 ) 、 锥度心轴 (定心精度较高,轴向位置 变化大 ) 。
除刚性心轴外,还有弹性心轴、液塑心轴、自动定心心轴等,同时定位和夹紧。
心轴一般具有很小的锥度 K ,通常 K=1:5000~1:1000。对于磨床用的圆锥心轴,其锥度可 以更小, 如 K =1:10000~1:5000。 采用圆锥心轴, 孔、 轴间的间隙得以消除, 定心精度较高, 可达 0.005, 0.01mm 。
定位销 :
包括短圆柱定位销 (限制 2个自由度 ) 、 菱形销 (限制 1个自由度 ) 、 圆锥销 (限制 3个自由度 ) 。 3)工件以外圆柱面定位
工件以外圆柱面定位有两种形式 , 一种是定心定位 , 一种是支承定位。
支承定位常用的定位元件是 V 形块 , 其特点是 :1、 V 形块的夹角一般为 60、 90、 120度,已 标准化。 2、对中性好,可用于非完整外圆的表面定位。 3、长 v 形块限制 4个自由度。 4、 短 v 形块限制 2个自由度。 5、有活动和固定之分
4)工件以特殊表面定位(圆锥孔)
5)工件以一组基准定位
2、定位误差计算
1)定位误差定义
工序基准在工序尺寸方向上位置的最大变动量。 (调整法)
2)定位误差产生的原因
基准不重合误差 Δbc :工序基准和定位基准不重合引起的误差。
基准位置误差 Δjw :一批工件的定位基准在夹具中位置的最大变动量 (工件的定位基面误差, 定位元件工作面误差) 。
Δdw=Δbccosβ±Δjwcosγ
Δbccos β:Δbc 在工序尺寸方向上的分量。 β——定位尺寸与工序尺寸方向间的夹角。 Δjwcos γ:Δjw 在工序尺寸方向上的分量(投影) γ——基准位移方向与工序尺寸方向 间的夹角。
注意:1、定位误差针对具体的工序尺寸,找工序基准、方向最重要。 2、定位误差针对调整 法加工一批工件,试切法不存在。 3、定位误差与切削过程无关。
3)如何计算定位误差?
1、几何法; 2、微分法; 3、合成法 Δdw=Δbccos β±Δjwcos γ。
几何法:a 、画出工件定位简图 b 、找出工件变动两个极限位置 c 、找出工序基准 d 、工序基 准在工序尺寸方向上的最大变动量(Δdw ) 。
微分法:
a) L=L(X1,X2,…,A,B,…)
L: 工序尺寸。 X1:定位尺寸,工序基准到定位基准间的尺寸。 A , B :固定尺寸,如调刀 尺寸、刀具尺寸
b) Δdw=1L X.. Tx1 + 2L X.. Tx2+…
基准位置误差计算
(1)工件的定位基准面误差
(2)定位元件工作面误差放在一起考虑
1) 工件以平面定位的基准面误差主要是基准不重合误差, 对于精基准, 一般不考虑基准位 置误差
2)工件以内孔定位(过盈配合) Δjw=0
3)工件以内孔定位(弹性芯轴、自定心心轴等) Δjw=0
(3)工件以内孔定位(间隙配合 ), 按孔和芯轴(销)接触情况分:
1)任意边接触定位误差发生的方向为任意径向方向
2)固定边接触定位误差发生方向为孔 /销中心线方向
三 工件在夹具中的夹紧
1、对夹紧装置的要求
夹紧装置组成:
力源装置:用于产生夹紧力 (液压、气动? .)
中间传力机构:将力传给夹紧元件 (杠杆、楔块、拉杆? .)
夹紧元件:最终执行元件
对夹紧装置基本要求:
1)在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。 (夹得稳)
2)夹紧应可靠和适当自锁,避免松动或振动;避免变形和表面损伤。 (夹得牢)
3)夹紧装置应操作方便、省力、安全。 (夹得快)
4)夹紧装置的自动化与标准化
关键问题:如何合理确定夹紧力的三要素??
2、夹紧力的确定
三要素:大小、方向、作用点 夹紧力方向的选择原则
l )夹紧力的作用方向应使定位基面与定位元件紧密接触,保证准确定位。一般要求主要夹 紧力应垂直指向主要定位面。
2)夹紧力方向作用于工件刚度最大的方向,以减小工件变形。
3)夹紧力的作用方向应尽可能与切削力、工件重力方向一致,以减小所需夹紧力。
夹紧力作用点的选择原则:
确定与工件接触点的位置和数目
l )夹紧力作用点应正对支承元件或位于支承元件所形成的支承面内,避免产生翻转或回转 力矩。
2)夹紧力作用点应处在工件刚性较好的部位,以减小工件的夹紧变形。
3)夹紧力作用点应尽可能靠近被加工表面,以减小切削力对工件造成的翻转力矩。
夹紧力大小的估算
夹紧力不足:产生位移,并容易引起振动;
夹紧力过大:工件或夹具变形或表面损伤。
Fj=K×Fp
K 为安全系数(粗:2.5~3,精:1.5~2)
将工件视为分离体,分析作用其上各种力;再根据力系平衡条件计算。
夹紧力不精确:①切削力大小的估算本身就是很粗略的; ②摩擦系数的取值也是近似的。 夹紧力精确 ----通常要采用工艺实验的方法。
夹紧误差 :工件在夹紧过程中 , 由于弹性变形、接触变形而造成工序基准的位移。
3、常用夹紧机构
(1)斜楔夹紧机构
利用斜面移动所产生的压力夹紧工件。夹紧力为 : 1(2sjFFtgtgα= Φ++Φ
斜楔的自锁条件为 : 12α.. ≤ +
斜楔夹紧特点:
结构简单;
增力比大; i=F j /Fs
自锁性能好;
夹紧行程小; 手动操作不方便,一般用于气动、液压夹紧中。
(2)螺旋夹紧机构(最常用)
可视为绕在圆柱体上的斜楔:021()2jPLFdtgrtgα...=′ ++
螺旋夹紧机构特点:结构简单、 易于操作、 增力比大、 自锁性能好 (螺纹升角远小于摩擦角) 、 动作较慢
(3)偏心夹紧机构
是一种动作快速的夹紧机构, 靠偏心轮回转时回转半径变大而产生夹紧作用。 可视为一楔角
变化的斜楔。
基本元件:偏心轮
可视为一楔角变化的斜楔
偏心夹紧的特点:结构简单,操作方便,动作迅速。缺点是:自锁性能较差,增力比较小, 夹紧行程小,夹紧力不大。一般常用于切削平稳且切削力不大的场合。
(4)铰链夹紧机构
铰链夹紧机构主要特点:动作迅速、增力比大、易于改变力的作用方向、自锁性能差,多用 于机动夹紧机构中
(5)定心夹紧机构
同时实现对工件定心定位和夹紧,分为两大类:
以等速移动原理工作的定心夹紧机构
以均匀弹性变形原理工作的定心夹紧机构
(6)联动夹紧机构
一处施力,可同时在几处对一个工件上的几个点或对多个工件同时进行夹紧。
减少工件装夹时间,简化结构,一般设计成浮动环节。
一般应设计浮动环节 , 获得均匀一致的夹紧力。
4、夹紧机构的动力装置
气动、液压、电磁、电动、真空等装置,使用最广泛的是气动与液压动力装置。
(1) 气动夹紧装置
气动夹紧装置的工作介质是压缩空气。
气动传动系统中的气压传动装置是气缸, 常用的气缸有两种形式, 既活塞式气缸和薄膜式气 缸。
(2) 液压夹紧装置
液压夹紧装置利用压力油为夹紧动力。与气动夹紧装置相比 , 液压夹紧装置有以下优点 : 工作压力大 , 传动力大 , 可采用直接夹紧方式 , 结构尺寸小
油液不可压缩 , 故夹紧刚性大 , 工作平稳 , 可靠
噪声小
(3)气、液增压夹紧装置
气、液增压夹紧装置以压缩空气为动力源 , 通过压力油来传力和增力。它集合了气动和液压 传动两者的优点 , 可获得很大的传动力而结构尺寸又较小
四各类机床夹具
1、钻床夹具 (钻模)
1)钻模类型 :固定式钻模、回转式钻模、翻转式钻模、盖板式钻模、滑柱式钻模
固定式钻模 :加工中钻模相对于工件的位置保持不变。
回转式钻模:具有分度装置
翻转式钻模 :可翻转,在多个方向上钻孔 , 适用重量比较轻的中小件。
盖板式钻模:没有夹具体。结构简单,多用于加工大型工件上的小孔。
滑柱式钻模:是一种具有升降模板的通用可调整钻模 , 适用孔垂直度和孔心距要求不高的中 小型工件。
手动滑柱式钻模结构:由钻模板、滑柱、夹具体、传动和锁紧机构组成,这些结构已标准化 并形成系列。
2)钻模设计要点
(1)钻套 :
钻套是引导刀具的元件,用以保证孔的加工位置,并防止加工过程中刀具的偏斜。
钻套分类
固定钻套:直接压入,位置精度高
可换钻套:可换(大批量)
快换钻套:可换(多工步)
特殊钻套:斜面
钻套孔基本尺寸:刀具最大极限尺寸。
钻套孔与刀具配合:基轴制。
钻套高度:较大 ----导向性好,摩擦较大过小 ----导向性能差。一般:H=(1~2.5)d
钻套与工件距离:h=(0.5~0.7)d(铸铁 ) , h=(0.7~1.5)d(钢 ) , h=(0~0.2)d(斜面上钻孔 ) , h=0(位 置精度要求较高时 )
(2)钻模板(用于安装钻套)
钻模板与夹具体的联接方式 :固定式、铰链式、分离式、悬挂式。
固定式钻模板:钻模板直接固定在夹具体上,结构简单,精度较高。
铰链式钻模板:钻模板通过铰链与夹具体相联接。 铰链处存在间隙,因而精度不高。工件装 卸方便。
分离式钻模板:钻模板可拆卸,方便工件装卸 .
悬挂式钻模板:悬挂在主轴上, 随主轴一起靠近或离开工件。 它与夹具体的相对位置由滑柱 来保证。多与组合机床的多轴头联用。 (3)夹具体
一般不设定位或导向装置, 可直接利用钻套找正并用压板压紧 (或在夹具体上设置耳座用螺 栓压紧) 。
2、镗床夹具 :(与钻床夹具相似 )
1) 镗模布置形式
单面前导向:镗杆与主轴刚性连接
单面后导向:通孔 (<>
双面前后导向:镗杆与主轴浮动连接,镗孔精度由夹具(镗模保证,不受机床精度影响) , 装卸方便,大批量生产中
2) 镗套类型
镗套用于引导镗杆。根据其在加工中是否运动可分为固定式镗套和回转式镗套两类。 3)镗模支架与夹具体
镗模支架不允许安装夹紧机构或承受夹紧力 3、铣床夹具
铣床夹具的类型:直线进给式、圆周进给式、仿形进给式。
2)铣床设计要点:夹具总体结构、对刀装置、夹具体
(1)夹具总体结构
夹具的受力元件要有足够的强度和刚度;
夹紧力应足够大;
要求有较好的自锁性能 ;
多件加工,联动夹紧。
铣削加工的切削力较大,又是断续切削, 加工中易引起振动。
(2)对刀装置
主要由对刀块和塞尺构成 , 用以确定夹具与刀具的相对位置。常用的对刀块有:
高度对刀块:加工平面时对刀
直角对刀块:加工键槽或台阶面时对刀
成形对刀块:加工成形表面时对刀
塞尺用于检查刀具与对刀块之间的间隙,以避免刀具与对刀块直接接触。
(3)夹具体
铣床夹具的夹具体要承受较大的切削力,因此要有足够的强度、刚度和稳定性。
铣床夹具通常通过定位键与铣床工作台 T 形槽的配合来实现夹具在机床上的定位。
4、车床夹具
车床夹具主要用于加工零件的内外圆柱面、圆锥面、回转成形面、螺纹及端平面等。 (1)车床夹具的类型
花盘式车床夹具(孔定位)
心轴类车床夹具(外圆定位)
卡盘类车床夹具(加工壳体、支座类零件)
角铁式车床夹具
2)车床夹具设计要点
车床夹具总体结构、夹具与机床主轴的联接
(1)车床夹具总体结构
结构要紧凑,尺寸小、轻,重心 通过轴线 ;
夹紧力足够 , 自锁;
应有平衡措施,消除回转引起的振动;
避免尖角、突出,加防护罩;
与主轴联接要可靠。
(2)夹具与机床主轴的联接
车床夹具与机床主轴的联接方式取决于机床主轴轴端的结构以及夹具精度和夹具体积。 常见 的联接方式有:
长锥柄 +主轴锥孔:定位精度高,但刚性较差,用于小型车床和悬伸长度较短夹具。 端面和圆孔 +主轴轴颈:定位精度不很高
短锥面 +主轴锥孔:定心精度高,刚性较好。
夹具通过过渡盘和主轴联接,优点:
有利于提高联接精度 (过渡转盘与夹具配合表面可在机床主轴上精加工 )
改善了夹具的制造工艺性
有利于夹具标准化
五、成组夹具、组合夹具与随行夹具
1、成组夹具 1)成组夹具的概念与特点
概念:成组夹具是针对一组零件的某个工序而专门设计的夹具 .
2)成组夹具的结构特点
成组夹具由基础部分和可调整部分组成。
基础部分:固定不变,通常包括夹具体、夹紧传动装置和操作机构等。
可调整部分:通常包括定位元件、夹紧元件和刀具引导元件等。
3)成组夹具的调整方式
更换式,调节式,综合式,组合式
(1)更换式
更换组内不同零件的定位、夹紧、对刀或导向元件。
优点:适用范围广、使用方便可靠,且易于获得较高的精度。
缺点:所需更换元件数量较多,夹具制造费用增加,并给保管工作带来不便。
(2)调节式
调节可调元件位置的方法来实现组内不同零件的装夹和导向。
优点:采用调节方法所需元件数量少,制造成本低。
缺点:需花费一定时间,且夹具精度受调整精度的影响。
调节法多用于加工精度要求不高和切削力较小的场合。
(3)综合式
在实际中应用较多的是上述两种方法的综合, 即在同一套成组夹具中, 即采用更换元件的方 法,又采用调节的方法。
(4)组合式
将一组零件的有关定位或导向元件同时组合在一个夹具体上,以适应不同零件加工的需要。 组合式成组夹具:避免了元件的更换与调节,节省了夹具调整时间。
通常只适用于零件组内零件种数较少而数量又较大的情况。
4)成组夹具设计
针对一组零件设计,注意可换件、可调件及相应的调整机构的设计。
2、组合夹具 (由标准化的元件组合而成 ) 1)组合夹具的特点
灵活多变,万能性强。
可大大缩短生产准备周期。
可减少专用夹具设计、制造的工作量,并可减少材料消耗。
用于单件、小批量生产及新产品试制。
与专用夹具相比不足处:体积较大,显得笨重;储备一定亮的夹具元件,一次性投资较大。 2)组合夹具的类型
由槽系组合夹具和孔系组合夹具组成。槽系组合夹具元件间靠键和槽(键槽和 T 形槽)定 位;孔系组合夹具则通过孔与销来实现元件间的定位。
3)组合夹具的组装
一般过程如下:1. 熟悉图纸与工艺。 2. 构思夹具结构方案。 3. 进行必要的组装计算。 4. 试装。 5. 组装。 6. 检验。
4)组合夹具的精度与刚度
经过精心的组装与调整,组合夹具的组装精度完全可以达到专用夹具所能达到的精度。 大量实验表明:目前组合夹具的刚度主要取决于组合夹具元件本身的刚度, 而与所用元件的 数量关系不大。
3、随行夹具
随行夹具:一种移动式夹具。 工件安装在随行夹具上, 由运输装置把随行夹具运送到各台机 床上,并由机床对随行夹具进行定位和夹紧。
1)工件在随行夹具上的安装
定位:与一般夹具同。夹紧:考虑运输、提升、翻转、排屑和清洗中由振动引起的松动。能 够自锁。没有手柄、杠杆等伸出的手动操作元件。采用机动扳手操作。
2)随行夹具的运输及其在机床夹具上的安装
大都采用一面两销定位方式
(l )基准统一
(2)敞开性好
(3)可防止切屑落入
六 . 几个重要问题
夹具会带来误差
夹具误差包括定位误差、 夹紧误差、 夹具安装误差及对刀误差等。 这些误差主要与夹具的制 造和装配精度有关。下面将对夹具的定位误差进行详细的分析。
工件在夹具中的位置是以其定位基面与定位元件相接触(配合)来确定的。然而,由于定位 基面、定位元件工作表面的制造误差,会使各工件在夹具中的实际位置不相一致。加工后, 各工件的加工尺寸必然大小不一, 形成误差。 这种由于工件在夹具上定位不准而造成的加工 误差称为定位误差,用△ D 表示。它包括基准位移误差和基准不重合误差。在采用调整法加 工一批工件时, 定位误差的实质是工序基准在加工尺寸方向上的最大变动量。 采用试切法加 工,不存在定位误差。
定位误差产生的原因是工件的制造误差和定位元件的制造误差, 两者的配合间隙及工序基准 与定位基准不重合等。
工艺系统的受力变形
图 1-14 细长轴车削时受力变形
由机床、夹具、工件、刀具所组成的工艺系统是一个弹性系统,在加工过程中由于切削力、 传动力、惯性力、夹紧力以及重力的作用,会产生弹性变形, 从而破坏了刀具与工件之间的 准确位置,产生加工误差。例如车削细长轴时(图 1-14),在切削力的作用下,工件因弹 性变形而出现“让刀”现象。随着刀具的进给,在工件的全长上切削深度将会由多变少,然 后再由少变多,结果使零件产生腰鼓形。
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①工艺系统受力变形对加工精度的影响主要有:
●切削过程中受力点位置变化引起的加工误差
切削过程中, 工艺系统的刚度随切削力着力点位置的变化而变化, 引起系统变形的差异, 使 零件产生加工误差。
在两顶尖间车削粗而短的光轴时, 由于工件刚度较大, 在切削力作用下的变形相对机床、 夹 具和刀具的变形要小得多,故可忽略不计。此时,工艺系统的总变形完全取决于机床床头、 尾架(包括顶尖)和刀架(包括刀具)的变形,工件产生的误差为双曲线圆柱度误差。 在两顶尖间车削细长轴时,由于工件细长,刚度小, 在切削力作用下,其变形大大超过机床 夹具和刀具的受力变形。因此,机床、夹具和刀具的受力变形可略去不计,此时,工艺系的 变形完全取决于工件的变形,工件产生腰鼓形圆柱度误差。
●毛坯加工余量不均,材料硬度变化导致切削力大小变化引起的加工误差——误差复映 工件的毛坯外形虽然具有粗略的零件形状, 但它在尺寸、 形状以及表面层材料硬度均匀性上 都有较大的误差。 毛坯的这些误差在加工时使切削深度不断发生变化, 从而导致切削力的变 化, 进而引起工艺系统产生相应的变形, 使得零件在加工后还保留与毛坯表面类似的形状或 尺寸误差。 当然工件表面残留的误差比毛坯表面误差要小得多, 这种现象称为 “误差复映规 律”,所引起的加工误差称为“复映误差”。
②减小工艺系统受力变形的措施主要有:
一是提高工件加工时的刚度;二是提高工件安装时的夹紧刚度;三是提高机床部件的刚度。 (3)工艺系统的热变形
机械加工中, 工艺系统在各种热源的作用下产生一定的热变形。 由于工艺系统热源分布的不 均匀性及各环节结构、 材料的不同, 使工艺系统各部分的变形产生差异, 从而破坏了刀具与 工件的准确位置及运动关系, 产生加工误差, 尤其对于精密加工, 热变形引起的加工误差占 总误差的一半以上。 因此, 在近代精密加工中, 控制热变形对加工精度的影响已成为重要的 任务和研究课题。
在加工过程中, 工艺系统的热源主要有内部热源和外部热源两大类。 内部热源来自切削过程, 主要包括切削热、摩擦热、派生热源。外部热源主要来自于外部环境, 主要包括环境温度和 热辐射。这些热源产生的热造成工件、刀具和机床的热变形。
减少工艺系统热变形的措施主要有:一是减少工艺系统的热源及其发热量;二是加强冷却, 提高散热能力;三是控制温度变化,均衡温度; 四是采用补偿措施;五是改善机床结构。 此外, 还应注意改善机床结构, 减小其热变形。 首先考虑结构的对称性。 一方面传动元件 (轴 承、齿轮等)在箱体内安装应尽量对称,使其传给箱壁的热量均衡,变形相近;另一方面, 有些零件(如箱体)应尽量采用热对称结构,以便受热均匀。还应注意合理选材,对精度要 求高的零件尽量选用膨胀系数小的材料。
机床夹具设计步骤与方法
1、专用夹具设计的基本要求
l )保证工件的加工精度
定位方案、夹紧方案、刀具导向方式,误差分析。
2)提高生产率,降低成本
应尽量采用各种快速、高效结构,如多件夹紧、联动夹紧等;尽量使夹具结构简单、容易制 造、以降低夹具制造成本。 3)操作方便,工作安全,能减轻工人劳动强度
采用气动、 液压等夹紧装置; 夹具操作位置应符合操作工人的习惯, 必要时应有安全保护装 置。
4)便于排屑
排屑积集在夹具中,会影响正确的定位;切屑带来的大量热量会引起夹具和工件的热变形, 影响加工质量; 切屑的清扫又会增加辅助时间,降低工作效率。切屑积集严重时, 还会损伤 刀具或造成工伤事故。
5)有良好的结构工艺性
应便于制造、检验、装配、调整、维修等。
2、一般步骤 1)研究原始资料 , 明确设计要求
熟悉零件图和装配图、零件的工艺规程, 充分了解本工序的加工内容、 技术要求等;收集有 关机床、刀具、夹具等方面的资料。
2)确定夹具方案,绘制夹具结构草图
(1)根据定位基准和六点定位原理,确定工件的定位方法并选择相应的定位元件;
(2)确定引导装置或对刀装置;
(3)确定工件的夹紧方法,设计夹紧机构;
(4)确定其它元件或装置的结构形式
(5)确定夹具体结构形式
(6)确定夹具总体轮廓。 3)绘制夹具总图,标注有关尺寸及技术要求
(1)确定视图关系,应尽可能少。主视图应取操作者实际工作位置;
(2)比例尽量取 1:1,有利于审图;
(3)用双点划线画工序图;
(4)依次画定位元件、对刀元件、夹紧元件、其他元件、夹具体;
(5)标上尺寸、技术要求。
4)绘制零件图
对夹具总图中的非标准件均应绘制零件图, 零件图视图的选择应尽可能与零件在总图上的工 作位置相一致。
3、几个重要问题
1)夹具设计的经济性分析
除了从保证加工质量的角度考虑外, 还应作经济性分析, 以确保所设计的夹具在经济上合理。
2)成组设计思想的采用
3)夹具总图上尺寸及技术条件的标注
具体讲,夹具总图上应标注以下内容:
夹具外形轮廓尺寸
与夹具定位元件、导向元件及夹具安装基准面有关的配合尺寸、位置尺寸及公差
夹具定位元件与工件的配合尺寸
夹具导向元件与刀具的配合尺寸
夹具与机床的联接尺寸及配合
其他重要尺寸
4) 夹具结构工艺性分析
在分析夹具工艺性时 , 应重点考虑以下问题 :
夹具零件的结构工艺性
夹具最终精度保证方法
夹具的测量与检验
5) 夹具的精度分析
影响被加工零件位置精度的误差因素主要有三个方面 :
定位误差
夹具制造与装夹误差
加工过程误差
总结
. 随着时间的流逝我的毕业设计也接近尾声,通过这次毕业设计我学到了许多东西。主要体 现
1、在以下几点:
1、这次设计作为大学生创业课题经历了很长的时间,从开始到结束都得到了学校领导 和老师的大力支持和帮助, 从而保证了设计的顺利完成。 在此期间我与薛天双同学进行了合 作, 在设计的过程中也遇到了各种问题, 通过我们的讨论以及老师的指点, 我们克服了一道 又一道难关, 同时我们懂得了如何处理问题的方法以及团队合作等, 这为我们以后的工作打 下了坚定的基础。
2、使我对以前所学习的专业知识再一次进行了总结和回顾,以前不太明白以及模糊的 知识点现在都更清楚了,为以后从事模具设计和制造奠定了扎实的理论基础。
3、毕业设计使我对自己即将从事的工作进行了一次适应性训练, 从中锻炼了自己分析 问题、 解决问题、 独立思考的能力, 为今后参加祖国的 “四化” 建设打下了一个良好的基础。 4、本次毕业设计结合了数控加工技术,从而保证了整副模具的合理性以及工艺性。同 时对加工参数的选择有了一个明确的认识。 在舒老师的指导下我完成了设计部分, 在何老师 的指导下我完成了编程部分,正是这两部分有机的结合,这次设计才显的更加完整和完善。 这次毕业设计使我充满了成就感, 从中我也体会到了学习的乐趣, 感谢老师和同学的帮 助,在以后的工作和学习中我会更加努力,争取做的更好。
谢 辞
经过几个月的辛苦设计,毕业设计也即将告一段落。在这段时间内由于有了老师和 同学的热心帮助, 使我在设计上少走了许多弯路。 特别要感谢的是我的毕业设计指导老师何 永华老师, 每次当我们遇到困难时都有他们热心的帮助, 并且总是及时地帮我们指出设计中 的错误,让我们不断地发现错误,改进错误, 使我们的毕业设计更加完善, 所以在此要特别 感谢两位老师曾经给予过我们的帮助。 另外, 也要感谢那些不断给我鼓励的人, 是你们的鼓 励让我有了不断前进的动力。 也许我的设计还需要很多的改进, 但在此还是要再次感谢那些 帮助过我的人,谢谢大家无私的给予我的帮助。
[
参考文献
[1] 张志明.成组夹具设计与应用 [M].北京:国防工业出版社, 1991.
[2] 李庆寿.机床夹具设计 [M].北京:机械工业出版社, 1984. [3] 刘友才, 肖继德. 机床夹具设计 [M]北京:机械工 1991. (编 辑)
范文四：数控毕业论文
南方动力机械公司职工工学院 毕业设计(论文)
数控机床分类及轴类零件加工
学生姓名:XX XX
所在院系:机 械 工 程
学生专业:数 控
指导老师: XXXXXXXXX 日 期:
摘 要
数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益,显示了其在国家基础工业现代化中 的战略性作用,并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标 志。数控技术及数控机床的广泛应用,给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革 命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术 (1T)与制造技术 (MT)结合发展 的结果。现代的 CAD/CAM、 FMS 、 CIMS 、敏捷制造和智能制造技术,都是建立在数控技术之上的。掌握 现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。
在数控加工中,从零件的设计图纸到零件成品合格交付,不仅要考虑到数控程序的编制,还要考虑到 诸如零件加工工艺路线的安排、加工机床的选择、切削刀具的选择、零件加工中的定位装夹等一系列因素 的影响,在开始编程前,必须要对零件设计图纸和技术要求进行详细的数控加工工艺分析,以最终确定哪 些是零件的技术关键,哪些是数控加工的难点,以及数控程序编制的难易程度。
零件的数控加工工艺分析是编制数控程序中最重要而又极其复杂的环节,也是数控加工工艺方案设计 的核心工作,必须在数控加工方案制定前完成。一个合格的编程人员对数控机床及其控制系统的功能及特 点,以及影响数控加工的每个环节都要有一个清晰、全面的了解,这样才能避免由于工艺方案考虑不周而 可能出现的产品质量问题,造成无谓的人力、物力等资源的浪费。 全面合理的数控加工工艺分析是提高 数控编程质量的重要保障。 数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴 类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行,可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和 端面等工序的切削加工,并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。
关键词:切削机床 工艺分析
目 录
目 录 ......................................................................................................................................................................... 3第 1章 概述 ............................................................................................................................................................. 1第一节 加工工艺方法分类 ....................................................................................................................... 1第二节 控制运动轨迹分类 ....................................................................................................................... 1第三节 驱动装置的特点分类 ................................................................................................................... 2第 2章 丰富的高速切削刀具轨迹策略 ................................................................................................................. 4第一节 确定刀具路径应满足的基本要求 . ............................................................................................. 4第二节 刀具进给要求 ................................................................................................................................ 4第三节 粗加工刀具路径要求 ................................................................................................................... 5第四节 精加工刀具路径要求 ................................................................................................................... 5第 3章 数控系统的未来的发展 ........................................................................................................................... 6第一节 数控系统向开放式体系结构发展 . ............................................................................................. 6第二节 数控系统向软数控方向发展 ...................................................................................................... 6第三节 数控系统控制性能向智能化方向发展 ..................................................................................... 7第四节 数控系统向网络化方向发展 ...................................................................................................... 7第五节 数控系统向高可靠性方向发展 .................................................................................................. 8第六节 数控系统向复合化方向发展 ...................................................................................................... 8第七节 数控系统向多轴联动化方向发展 . ............................................................................................. 8第 4章 典型轴类零件的加工 ............................................................................................................................... 10 FUNAC 数控车编程如下: ........................................................................................................................... 10第 5章 数控机床故障排除方法及其注意事项 .....................................................................................................11第一节 故障排除方法 ...............................................................................................................................11总 结 ......................................................................................................................................................... 13致 谢 ..................................................................................................................................................................... 14参考文献 : ................................................................................................................................................................ 15
第 1章 概述
第一节 加工工艺方法分类
1)金属切削类数控机床
与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控 钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别, 具体的控制方式也各不相同,但机床的动作和运动都是数字化控制的,具有较高的生产率和 自动化程度。 在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。 加工中心 机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心,它是 在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的,工件一次装夹后,可 以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序 加工,特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的 定位误差,减少了机床的台数和占地面积,缩短了辅助时间,大大提高了生产效率和加工质 量。
2)特种加工类数控机床
除了切削加工数控机床以外,数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电 火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。
3)板材加工类数控机床
常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、 数控剪板机和数控折弯机等。 近年来,其它机械设备中也大量采用了数控技术,如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业 机器人等。
第二节 控制运动轨迹分类
1)点位控制数控机床
位置的精确定位,在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程 终点的坐标值,不控制点与点之间的运动轨迹,因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可 以几个坐标同时向目标点运动,也可以各个坐标单独依次运动。
这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控 制数控机床的数控装置称为点位数控装置。
2)直线控制数控机床
直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度,沿着平行于坐标轴的方 向进行直线移动和切削加工, 进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。 直线控制的简易 数控车床,只有两个坐标轴,可加工阶梯轴。直线控制的数控铣床,有三个坐标轴,可用于 平面的铣削加工。代组合机床采用数控进给伺服系统,驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进 行钻镗加工,它也可算是一种直线控制数控机床。
数控镗铣床、加工中心等机床,它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围 内进行调整, 兼有点位和直线控制加工的功能, 这类机床应该称为点位 /直线控制的数控机床。 3)轮廓控制数控机床
轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制, 使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点 与终点坐标, 而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移, 将工件加工成要求的轮廓形状。 常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切 割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比 点位 /直线控系统更为复杂, 在加工过程中需要不断进行插补运算, 然后进行相应的速度与位 移控制。
现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现,增加轮廓控制功能不会带来成本的 增加。因此,除少数专用控制系统外,现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。
第三节 驱动装置的特点分类
1)开环控制数控机床
这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件,伺服驱动部件通常为反应式 步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令,经驱动电路功率放大 后,驱动步进电机旋转一个角度,再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转,通过丝杠螺母机构转 换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决 定的。此类数控机床的信息流是单向的,即进给脉冲发出去后,实际移动值不再反馈回来, 所以称为开环控制数控机床。
开环控制系统的数控机床结构简单,成本较低。但是,系统对移动部件的实际位移 量不进行监测,也不能进行误差校正。因此,步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠 等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小
型数控机床,特别是简易经济型数控机床。
2)闭环控制数控机床
接对工作台的实际位移进行检测,将测量的实际位移值反馈到数控装置中,与输入 的指令位移值进行比较,用差值对机床进行控制,使移动部件按照实际需要的位移量运动, 最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲,闭环系统的运动精度主要取决于检测装 置的检测精度,也与传动链的误差无关,因此其控制精度高。图 1-3所示的为闭环控制数控 机床的系统框图。图中 A 为速度传感器、 C 为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比 较电路时,若工作台没有移动,则没有反馈量,指令值使得伺服电动机转动,通过 A 将速度 反馈信号送到速度控制电路,通过 C 将工作台实际位移量反馈回去,在位置比较电路中与位 移指令值相比较,用比较后得到的差值进行位置控制,直至差值为零时为止。这类控制的数 控机床,因把机床工作台纳入了控制环节,故称为闭环控制数控机床。
闭环控制数控机床的定位精度高,但调试和维修都较困难,系统复杂,成本高。 3)半闭环控制数控机床
半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流 检测装置(如光电编码器等) ,通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移,然后反 馈到数控装置中去,并对误差进行修正。通过测速元件 A 和光电编码盘 B 可间接检测出伺服 电动机的转速,从而推算出工作台的实际位移量,将此值与指令值进行比较,用差值来实现 控制。由于工作台没有包括在控制回路中,因而称为半闭环控制数控机床。
半闭环控制数控系统的调试比较方便,并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检 测装置和伺服电动机设计成一体,这样,使结构更加紧凑。
4)混合控制数控机床
将以上三类数控机床的特点结合起来,就形成了混合控制数控机床。混合控制数控 机床特别适用于大型或重型数控机床,因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与相当 高的精度,其传动链惯量与力矩大,如果只采用全闭环控制,机床传动链和工作台全部置于 控制闭环中,闭环调试比较复杂。混合控制系统又分为两种形式:
(1)开环补偿型。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构,另外附加一个校 正电路。用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差。
(2)半闭环补偿型。它是用半闭环控制方式取得高精度控制,再用装在工作台上的 直线位移测量元件实现全闭环修正,以获得高速度与高精度的统一。其中 A 是速度测量元件 (如测速发电机) , B 是角度测量元件, C 是直线位移测量元件。
第 2章 丰富的高速切削刀具轨迹策略
以高切削速度、 高进给速度和高加工精度为主要特征的高速切削技术, 最近十几年发展迅 在航空航天、模具制造及精密微细加工等领域得到了广泛应用。因此,高速加工技术的研究 已成为国内外制造领域重要的研究项目之一。
第一节 确定刀具路径应满足的基本要求
高速切削不仅提高了对机床、夹具、刀具和刀柄的要求,同时也要求改进刀具路径策略, 因为若路径不合理,在切削过程中就会引起切削负荷的 突变,从而给零件、机床和刀具带来 冲击,破坏加工质量,损伤刀具。在高速切削中由于切削速度和进给速度都很快,这种损害 比在普通切削中要严重的多,因此, 必须研究适合高速切削的路径,将切削过程中切削负荷 的突变降至最低。可以说,高速切削机床只有有了合理的高速刀具轨迹才能真正获得最大效 益。
为了消除切削过程中切削负荷的突变,刀具路径应满足以下基本要求:
切削是等体积切削,即切削过程中切削力恒定。
尽量减少空行程。
尽量减少进给速度的损失。
通用的刀具路径。
第二节 刀具进给要求
进刀时采用螺旋或弧进刀,使刀具逐渐切入零件,以保证切削力不发生突变,延长刀具寿 命。
切削速度的连续和无突变,使切削连续平稳,否则,将产生冲击。
切削时使用顺铣使切削过程稳定,不易过切,刀具磨损小,表面质量好。
采用小的轴向切深以保证小的切削力、少的切削热和排屑的顺畅。无切削方向突变,即刀 具轨迹是无尖角的,普通加工轨迹的尖角处用圆弧或其他曲线来取代,从而保证切削方向的 变化是逐渐的而不 是突变的。 这样有两点好处:一是现代高速机床的控制系统都有程序段前 视和尖角自动减速功能, 即在到达尖角前, 将自动降低进给速度, 这样虽然减小了冲击, 且 避 免了过切,但却损失了进给速度。轨迹是无尖角的,自然也就避免了这种情况的发生;二是 在尖角处切削负荷会突然加大,引起冲击。轨迹是无尖角的 时候这种问题同样不存在。 采用等高线轨迹,加工余量均匀的走刀路线可取得好的效果。为采用等高线法的刀具轨
迹,刀具沿 X 或 Y 轴方向平动,完成金属的切除, 这样可保证高速加工中切削余量均匀,对 加工稳定,尤其是刀具寿命的延长有利。
第三节 粗加工刀具路径要求
粗加工时常用的刀具路径有:
Z 向等高线层切法,即将零件分成若干层,一层一层逐层往下切,在每层中将零件的所有 区域加工完再进人下一层,在每一层均采用螺旋或圆弧进刀,同时 采用无尖角刀具轨迹。这 样有利于排屑,也避免了切削力发生突变。对薄壁件来说,更应采用这种刀具轨迹,因为这 种刀具轨迹在切削过程中还能使薄壁 保持较好的刚性。
插铣刀具路径。对于深度很深的腔体的粗加工可采用插铣的方法来进行,因为腔体很深 时,需要很长的刀具,这时刀具的刚性很差,按常规的切削路线切削刀具易变形,而且也易 产生振动,影响加工质量和效率,采用插铣的轨迹正好可解决这一问题。
摆线刀具路径。另一种更新的粗加工刀具轨迹是摆线刀具轨迹,“摆线”是指当一个圆 沿着一条曲线作纯滚动时, 圆上某一固定点的轨迹。 采用 这种刀具轨迹使刀具在切削时距某 条曲线 (一般是零件的轮廓线及其平移线) 保持一个恒定的半径, 从而可使进给速度在加工过 程中可保持不变,而且这时的径向吃刀量一般取刀具直径的 5%左右,因此刀具的冷却条件良 好,刀具的寿命较长。这对高速加工是非常有利的。
第四节 精加工刀具路径要求
加工时常用的刀具路径有:
先在陡峭面用 Z 向等高线层切法加工,然后在非陡峭面采用表面轮廓轨迹法加工; 先用表面轮廓轨迹法加工所有面,再在垂直方向上加工陡峭面。
薄壁件的精加工采用 Z 向等高线层切法。
当然在加工过程中同样每一层都要尽量作到螺旋或圆弧进刀,采用无尖角刀具轨迹
第 3章 数控系统的未来的发展
第一节 数控系统向开放式体系结构发展
20世纪 90年代以来,由于计算机技术的飞速发展,推动数控技术更快的更新换代。世界 上许多数控系统生产厂家利用 PC 机丰富的软、 硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系 统。开放式体系结构使数控系统有更好的通用性、柔性、适应性、可扩展性,并可以较容易 的实现智能化、 网络化。 近几年许多国家纷纷研究开发这种系统, 如美国科学制造中心 (NCMS) 与空军共同领导的“下一代工作站 /机床控制器体系结构”NGC,欧共体的“自动化系统中开 放式体系结构”OSACA,日本的 OSEC 计划等。开放式体系结构可以大量采用通用微机技术, 使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。开放式体系结构的新一代数控系统, 其硬件、软件和总线规范都是对外开放的,数控系统制造商和用户可以根据这些开放的资源 进行的系统集成,同时它也为用户根据实际需要灵活配置数控系统带来极大方便,促进了数 控系统多档次、多品种的开发和广泛应用,开发生产周期大大缩短。同时,这种数控系统可 随 CPU 升级而升级,而结构可以保持不变。
第二节 数控系统向软数控方向发展
现在,实际用于工业现场的数控系统主要有以下四种类型,分别代表了数控技术的不同 发展阶段,对不同类型的数控系统进行分析后发现,数控系统不但从封闭体系结构向开放体 系结构发展,而且正在从硬数控向软数控方向发展的趋势。
传统数控系统,如 FANUC 0系统、 MITSUBISHI M50系统、 SINUMERIK 810M/T/G系统等。 这是一种专用的封闭体系结构的数控系统。 目前, 这类系统还是占领了制造业的大部分市场。 但由于开放体系结构数控系统的发展,传统数控系统的市场正在受到挑战,已逐渐减小。 “PC 嵌入 NC”结构的开放式数控系统,如 FANUC18i 、 16i 系统、 SINUMERIK 840D系统、 Num1060系统、 AB 9/360等数控系统。这是一些数控系统制造商将多年来积累的数控软件技 术和当今计算机丰富的软件资源相结合开发的产品。 它具有一定的开放性, 但由于它的 NC 部 分仍然是传统的数控系统,用户无法介入数控系统的核心。这类系统结构复杂、功能强大, 价格昂贵。
“NC 嵌入 PC”结构的开放式数控系统 它由开放体系结构运动控制卡和 PC 机共同构成。 这种运动控制卡通常选用高速 DSP 作为 CPU ,具有很强的运动控制和 PLC 控制能力。它本身 就是一个数控系统,可以单独使用。它开放的函数库供用户在 WINDOWS 平台下自行开发构造 所需的控制系统。因而这种开放结构运动控制卡被广泛应用于制造业自动化控制各个领域。
如美国 Delta Tau 公司用 PMAC 多轴运动控制卡构造的 PMAC-NC 数控系统、日本 MAZAK 公司用 三菱电机的 MELDASMAGIC 64构造的 MAZATROL 640 CNC等。
SOFT 型开放式数控系统 这是一种最新开放体系结构的数控系统。它提供给用户最大的 选择和灵活性,它的 CNC 软件全部装在计算机中,而硬件部分仅是计算机与伺服驱动和外部 I/O之间的标准化通用接口。就像计算机中可以安装各种品牌的声卡和相应的驱动程序一样。 用户可以在 WINDOWS NT 平台上,利用开放的 CNC 内核,开发所需的各种功能,构成各种类型 的高性能数控系统, 与前几种数控系统相比, SOFT 型开放式数控系统具有最高的性能价格比, 因而最有生命力。通过软件智能替代复杂的硬件,正在成为当代数控系统发展的重要趋势。 其它型产品有美国 MDSI 公司的 Open CNC、德国 Power Automation公司的 PA8000 NT等。 第三节 数控系统控制性能向智能化方向发展
智能化是 21世纪制造技术发展的一个大方向。 随着人工智能在计算机领域的渗透和发展, 数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控制机理,不但具有自动编程、前馈控 制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态 补偿等功能,而且人机界面极为友好,并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更 趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置,能自动识别负载并自动优 化调整参数。
世界上正在进行研究的智能化切削加工系统很多,其中日本智能化数控装置研究会针对 钻削的智能加工方案具有代表性。
第四节 数控系统向网络化方向发展
数控系统的网络化,主要指数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接 和网络控制。数控系统一般首先面向生产现场和企业内部的局域网,然后再经由因特网通向 企业外部,这就是所谓 Internet/Intranet技术。
随着网络技术的成熟和发展,最近业界又提出了数字制造的概念。数字制造,又称“e -制造”,是机械制造企业现代化的标志之一,也是国际先进机床制造商当今标准配置的供货 方式。随着信息化技术的大量采用,越来越多的国内用户在进口数控机床时要求具有远程通 讯服务等功能。
数控系统的网络化进一步促进了柔性自动化制造技术的发展,现代柔性制造系统从点 (数 控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线 (FMC、 FMS 、 FTL 、 FML )向面 (工段车间独立制 造岛、 FA )、体 (CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展。柔性自动化技术以易于联网
和集成为目标,同时注重加强单元技术的开拓、完善,数控机床及其构成柔性制造系统能方 便地与 CAD 、 CAM 、 CAPP 、 MTS 联结,向信息集成方向发展,网络系统向开放、集成和智能化 方向发展
第五节 数控系统向高可靠性方向发展
随着数控机床网络化应用的日趋广泛,数控系统的高可靠性已经成为数控系统制造商追 求的目标。对于每天工作两班的无人工厂而言,如果要求在 16小时内连续正常工作,无故障 率在 P(t)=99%以上,则数控机床的平均无故障运行时间 MTBF 就必须大于 3000小时。我们 只对某一台数控机床而言,如主机与数控系统的失效率之比为 10:1(数控的可靠比主机高一 个数量级)。此时数控系统的 MTBF 就要大于 33333.3小时,而其中的数控装置、主轴及驱动 等的 MTBF 就必须大于 10万小时。如果对整条生产线而言,可靠性要求还要更高。
当前国外数控装置的 MTBF 值已达 6000小时以上,驱动装置达 30000小时以上,但是, 可以看到距理想的目标还有差距。
第六节 数控系统向复合化方向发展
在零件加工过程中有大量的无用时间消耗在工件搬运、上下料、安装调整、换刀和主轴 的升、降速上,为了尽可能降低这些无用时间,人们希望将不同的加工功能整合在同一台机 床上,因此,复合功能的机床成为近年来发展很快的机种。
柔性制造范畴的机床复合加工概念是指将工件一次装夹后,机床便能按照数控加工程序, 自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工,以完成一个复杂形状零件的主要 乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。
普通的数控系统软件针对不同类型的机床使用不同的软件版本,比如 Siemens 的 810M 系 统和 802D 系统就有车床版本和铣床版本之分。 复合化的要求促使数控系统功能的整合。 目前, 主流的数控系统开发商都能提供高性能的复合机床数控系统。
第七节 数控系统向多轴联动化方向发展
由于在加工自由曲面时, 3轴联动控制的机床无法避免切速接近于零的球头铣刀端部参予 切削,进而对工件的加工质量造成破坏性影响,而 5轴联动控制对球头铣刀的数控编程比较 简单,并且能使球头铣刀在铣削 3维曲面的过程中始终保持合理的切速,从而显着改善加工 表面的粗糙度和大幅度提高加工效率,因此,各大系统开发商不遗余力地开发 5轴、 6轴联 动数控系统,随着 5轴联动数控系统和编程软件的成熟和日益普及, 5轴联动控制的加工中
心和数控铣床已经成为当前的一个开发热点。
最近,国外主要的系统开发商在 6轴联动控制系统的研究上已经取得和很大进展,在 6轴联动加工中心上可以使用非旋转刀具加工任意形状的三维曲面,且切深可以很薄,但加工 效率太低一时尚难实用化。
电子技术、信息技术、网络技术、模糊控制技术的发展使新一代数控系统技术水平大大 提高,促进了数控机床产业的蓬勃发展,也促进了现代制造技术的快速发展。数控机床性能 在高速度、高精度、高可靠性和复合化、网络化、智能化、柔性化、绿色化方面取得了长足 的进步。现代制造业正在迎来一场新的技术革命。
第 4章 典型轴类零件的加工 FUNAC 数控车编程如下:
O9002:
N10 G50 X40 Z5(设立坐标系,定义对刀点的位置)
N20 M03 S400 (主轴以 400r/min旋转)
N25 G50 S1000 (主轴最大限速 1000r/min旋转)
N30 G96 S80 (恒线速度有效,线速度为 80m/min)
N40 G00 X0 (刀到中心,转速升高,直到主轴到最大限速)
N50 G01 Z0 G98 F60 (工进接触工件)
N60 G03 U24 W-24 R15 (加工 R15 圆弧段)
N70 G02 X26 Z-31 R5 (加工 R5 圆弧段)
N80 G01 Z-40 (加工 Φ26 外圆)
N90 X40 Z5 (回对刀点)
N100 G97 S300 (取消恒线速度功能,设定主轴按 300r/min 旋转) N110 M30 (主轴停、主程序结束并复位)
第 5章 数控机床故障排除方法及其注意事项 由于经常参加维修任务,有些维修经验,现结合有关理论方面的阐述,在以下列出,希望 抛砖引玉。
第一节 故障排除方法
1)初始化复位法:
一般情况下, 由于瞬时故障引起的系统报警, 可用硬件复位或开关系统电源依次来清除故 障,若系统工作存贮区由于掉电,拔插线路板或电池欠压造成混乱,则必须对系统进行初始 化清除,清除前应注意作好数据拷贝记录,若初始化后故障仍无法排除,则进行硬件诊断。 2)参数更改,程序更正法:
系统参数是确定系统功能的依据, 参数设定错误就可能造成系统的故障或某功能无效。 有 时由于用户程序错误亦可造成故障停机,对此可以采用系统的块搜索功能进行检查,改正所 有错误,以确保其正常运行。
3)调节,最佳化调整法:
调节是一种最简单易行的办法。通过对电位计的调节,修正系统故障。如某厂维修中,其 系统显示器画面混乱,经调节后正常。如在某厂,其主轴在启动和制动时发生皮带打滑,原 因是其主轴负载转矩大,而驱动装置的斜升时间设定过小,经调节后正常。
最佳化调整是系统地对伺服驱动系统与被拖动的机械系统实现最佳匹配的综合调节方 法,其办法很简单,用一台多线记录仪或具有存贮功能的双踪示波器,分别观察指令和速度 反馈或电流反馈的响应关系。通过调节速度调节器的比例系数和积分时间,来使伺服系统达 到即有较高的动态响应特性,而又不振荡的最佳工作状态。在现场没有示波器或记录仪的情 况下,根据经验,即调节使电机起振,然后向反向慢慢调节,直到消除震荡即可。
4)备件替换法:
用好的备件替换诊断出坏的线路板,并做相应的初始化启动,使机床迅速投入正常运转, 然后将坏板修理或返修,这是目前最常用的排故办法。
5)改善电源质量法:
目前一般采用稳压电源,来改善电源波动。对于高频干扰可以采用电容滤波法,通过这些 预防性措施来减少电源板的故障。
6)维修信息跟踪法:
一些大的制造公司根据实际工作中由于设计缺陷造成的偶然故障, 不断修改和完善系统软
件或硬件。这些修改以维修信息的形式不断提供给维修人员。以此做为故障排除的依据,可 正确彻底地排除故障。
2)维修中应注意的事项
从整机上取出某块线路板时,应注意记录其相对应的位置,连接的电缆号,对于固定安 装的线路板,还应按前后取下相应的压接部件及螺钉作记录。拆卸下的压件及螺钉应放在专 门的盒内,以免丢失,装配后,盒内的东西应全部用上,否则装配不完整。
电烙铁应放在顺手的前方,远离维修线路板。烙铁头应作适当的修整,以适应集成电路 的焊接,并避免焊接时碰伤别的元器件。 测量线路间的阻值时,应断电源,测阻值时应红黑 表笔互换测量两次,以阻值大的为参考值。 线路板上大多刷有阻焊膜,因此测量时应找到相 应的焊点作为测试点,不要铲 焊膜,有的板子全部刷有绝缘层,则只有在焊点处用刀片刮开 绝缘层。不应随意切断印刷线路。有的维修人员具有一定的家电维修经验,习惯断线检查, 但数控设备上的线路板大多是双面金属孔板或多层孔化板,印刷线路细而密,一旦切断不易 焊接,且切线时易切断相邻的线,再则有的点,在切断某一根线时,并不能使其和线路脱离, 需要同时切断几根线才行。不应随意拆换元器件。有的维修人员在没有确定故障元件的情况 下只是凭感觉那一个元件坏了,就立即拆换,这样误判率较高,拆下的元件人为损坏率也较 高。拆卸元件时应使用吸锡器及吸锡绳,切忌硬取。同一焊盘不应长时间加热及重复拆卸, 以免损坏焊盘。 更换新的器件,其引脚应作适当的处理,焊接中不应使用酸性焊油。 记录 线路上的开关,跳线位置,不应随意改变。进行两极以上的对照检查时,或互换元器件时注 意标记各板上的元件,以免错乱,致使好板亦不能工作。 查清线路板的电源配置及种类,根 据检查的需要,可分别供电或全部供电。应注意高压,有的线路板直接接入高压,或板内有 高压发生器,需适当绝缘,操作时应特别注意 .
总 结
数字控制机床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。 对于数控加工 , 无论是手工编程还是自动编程, 在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析,拟定加工方案,选择合适的刀具,确定切削用 量,对一些工艺问题 (如对刀点、加工路线等 ) 也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度 的方法 , 才能加工出合格的产品为了更好的运用数控技术, 合理编程, 现将数控车床编程指令 中意思相近,功能相似,格式参数较多,轨迹复杂的指令加以分析。
论文介绍了它们的异同点,难点,以便于合理运用我不仅学到了许多加工工艺方面的知 识,更学到了课本上没有的知识。在实训的过程中遇到了不少问题,而犯的错误也不少,通 过实训让我学会虚心求教,细心体察,大胆实践。任何能力都是在实践中积累起来的,都会 有一个从不会到会,从不熟练到熟练的过程,人常说“生活是最好的老师”就是说只有在生 活实践中不断磨练,才能提高独立思考和解决问题的能力;同时也培养了自己优良的学风、 高尚的人生、团结和合作的精神;学会了勤奋、求实的学习态度。 勤奋就是要发奋努力、不 畏艰难。唐代思想家韩愈有句名言:业精于勤,荒于嬉;行成于思,毁于随。优良的学业是 辛勤汗水的结晶,成就只有通过刻苦的学习和拼搏才能获得。马克思说过:“在科学上没有 平坦的大道,只有不畏劳苦沿着陡峭山路攀登的人,才有希望达到光辉的顶点。”求实就是 脚踏实地,求真务实,谦虚谨慎、介骄介躁、对知识的掌握要弄通弄懂,对技术的掌握要严 守规范、严谨细致、精益求精。一个人的力量是有限的,团结合作的力量是无穷的,通过对 各个项目的加工让我明白:一粒沙虽小,但无数粒却能汇成无限的沙漠;水滴虽小,却你汇 成辽阔的海洋;你的一个思想、一个方法,他的一个思想和方法,相互交流互换就有了两个 思想和方法,当今社会竞争日益激烈,而我们现在就应该学会与他人合作。 当然,在实 训过程中,我们也收获了快乐、与同学的快乐、与老师的快乐。因为每当自己或自己和同学 完成了一个项目时,或多或少有些欣慰,会感到开心,休息时和老师的交流也是一种快乐。 虽然四周实训不是很长时间,但对我今后的学习有很大帮助。这只是起点,终点离我们还有 一定的距离,所以还是需要我们继续努力去走以后的路。而我们要把握好每一次的机会,错 过了就再也找不回来了。
致 谢
本论文的顺利完成,离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。没有他们的帮助和支持 是没有办法完成我的毕业论文的,同窗之间的友谊永远长存,在学习和生活期间,也始终感 受着导师的精心指导和无私的关怀,我受益匪浅。在此向各位老师表示深深的感谢和崇高的 敬意。不积跬步何以至千里,本论文能够顺利的完成,也归功于各位任课老师的认真负责, 使我能够很好的掌握和运用专业知识,并在设计中得以体现。同时我在网上也搜集了不少资 料,才使我的毕业论文工作顺利完成。在此向学院自动化的全体老师表示由衷的谢意。
参考文献 :
主要参考文献、资料
机械加工基础 主编:马幼详 数控车工(技师、高级技师)
数控加工工艺与编程 主编:丛娟 数控机床加工程序的编制 主编:荣维芝 机械制图 主编:徐绍军 公差配合与技术测量基础 主编:胡荆生 数控加工工艺及设备 主编:赵长明 Auto CAD 2006 工程绘图教程 主编:曾令宜
范文五：数控毕业论文
数控毕业论文.txt 如果中了一千万，我就去买30套房子租给别人，每天都去收一次房租。哇咔咔~~充实骑白马的不一定是王子，可能是唐僧；带翅膀的也不一定是天使，有时候是鸟人。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。
在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。特别是在通用微机数控领域，以PC 平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。但是，我国在数控技术研究和产业发展方面亦存在不少问题，特别是在技术创新能力、商品化进程、市场占有率等方面情况尤为突出。在新世纪到来时，如何有效解决这些问题，使我国数控领域沿着可持续发展的道路，从整体上全面迈入世界先进行列，使我们在国际竞争中有举足轻重的地位，将是数控研究开发部门和生产厂家所面临的重要任务。
为完成此任务，首先必须确立符合中国国情的发展道路。为此，本文从总体战略和技术路线两个层次及数控系统、功能部件、数控整机等几个具体方面探讨了新世纪的发展途径。
1 总体战略
制定符合中国国情的总体发展战略，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。通过对数控技术和产业发展趋势的分析和对我国数控领域存在问题的研究，我们认为以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路将是一种符合我国国情的发展数控技术和产业的总体战略。
1.1 以科技创新为先导
中国数控技术和产业经过40多年的发展，从无到有，从引进消化到拥有自己独立的自主版权，取得了相当大的进步。但回顾这几十年的发展，可以看到我们在数控领域的进步主要还是按国外一些模式，按部就班地发展，真正创新的成分不多。这种局面在发展初期的起步阶段，是无可非议的。但到了世界数控强手如林的今天和知识经济即将登上舞台的新世纪，这一常规途径就很难行通了。例如，在国外模拟伺服快过时时，我们开始搞模拟伺服，还没等我们占稳市场，技术上就已经落后了；在国外将脉冲驱动的数字式伺服打入我国市场时，我们就跟着搞这类所谓的数字伺服，但至今没形成大的市场规模；近来国外将数字式伺服发展到用网络（通过光缆等）与数控装置连接时，我们又跟着发展此类系统，前途仍不乐观。这种老是跟在别人后面走，按国外已有控制和驱动模式来开发国产数控系统，在技术上难免要滞后，再加上国外公司在我国境内设立研究所和生产厂，实行就地开发、就地生产和就地销售，使我们的产品在性能价格比上已越来越无多大优势，因此要进一步扩大市场占有率，难度自然就很大了。
为改变这种现状，我们必须深刻理解和认真落实“科学技术是第一生产力”的伟大论断，大力加强数控领域的科技创新，努力研究具有中国特色的实用的先进数控技术，逐步建立自己独立的、先进的技术体系。在此基础上大力发展符合中国国情的数控产品，从而形成从数控
系统、数控功能部件到种类齐全的数控机床整机的完整的产业体系。这样，才不会被国外牵着鼻子，永远受别人的制约，才有可能用先进、实用的数控产品去收复国内市场，打开国际市场，使中国的数控技术和数控产业在21世纪走在世界的前列。
1.2 在商品化上狠下工夫
近几年我国数控产品虽然发展很快，但真正在市场上站住脚的却不多。就数控系统而言，国产货仍未真正被广大机床厂所接受，因此出现国产数控系统用于旧机床改造的例子较多，而装备新机床的却很少，机床厂出产的国产数控机床大多数用的都是国外的系统。这当然不是说旧机床的数控化改造不重要，而是说明从商品的角度看，我们的数控系统与国外相比还存在相当大的差距。
影响数控系统和数控机床商品化的主要因素除技术性能和功能外，更重要的就是可靠性、稳定性和实用性。以往，一些数控技术和产品的研究、开发部门，所追求的往往是一些体现技术水平的指标（如多少通道、多少轴联动、每分钟多少米的进给速度等等），而对影响实用性的一些指标和一些小问题却不太重视，在产品的稳定性、鲁棒性、可靠性、实用性方面花的精力相对较少。从而出现某些产品鉴定时的水平都很高，甚至也获各种大奖。但这些高指标、高性能的产品到用户哪儿却由于一些小问题而表现不尽人意，最后丧失了信誉，打不开市场。这说明，高指标、高性能的样机型的产品离用户真正需要的实用、可靠的商品是有相当大的距离的，将一个高指标、高性能的产品变为一个有市场的商品还需作出大量艰苦的努力。
另一方面，数控系统和数控机床不像家电类产品那样易于大批量生产，应用环境也不那么简单。数控产品是在生产环境中使用，面临的是五花八门的工艺问题。如果开发部门对这些问题掌握得不透，就难以将产品设计得很完善。而且数控产品的某些问题在开发、试用，甚至鉴定时都难以发现。这就造成，同样型号的数控机床在有的用户那儿运行得很好，而在别的用户那儿却表现欠佳。或者同样型号的数控机床用于加工某些零件工作得很好，但用于加工其他零件时却不尽人意。出现这种情况，有时是用户操作人员的水平问题，但有时就是数控产品本身潜在问题的暴露。为解决这一问题，国外一些公司设立了专门机构来测试考验自己的产品，如为考验新开发的数控系统，厂家自己设计和从生产实际中收集了大量零件程序，让数控系统运行各种各样的程序，一旦发现问题，即立即反馈给开发部门予以解决。经过这样的测试考验过程后，数控系统的潜在问题就大为减少。以往，我们的产品就很少进行这样严格的全面的自我测试考验。好些问题要等到用户去给我们挑出来。这样，即使一个小问题也将严重影响国产数控产品的声誉。
因此，我们应充分重视上述问题，在商品化上切实狠下工夫，将其作为数控产业的主干来抓，贯穿于技术研究、产品开发、试制、生产等的全过程中，从而将我们已有的技术水平较高的数控产品变成真正有市场的好商品。
1.3 将管理和营销作为产业发展重点
经过20来年市场风雨的冲击，国人已越来越认识到，技术固然重要，但在市场经济的环境下，要在激烈的全球竞争中获胜，管理和营销就显得更为重要。例如，我国台湾生产的数控机床
不但占领了大陆市场的相当大的份额，而且还打进了美国市场。是台湾数控机床的技术和质量超过美国了吗？显然不是。那他们靠的是什么？重要的一条就是在企业管理和产品营销上下了工夫。而我们长期以来把主要精力放在开发技术和提高水平上，忽视了经营管理、市场开拓、产品营销等方面的工作，结果在新技术、新产品开发出来以后，在产品质量提高以后，企业仍然处于产品销售不畅的困境〔1〕。国内外的经验说明，数控产品的竞争力不仅取决于技术，更取决于经营管理能力和营销能力。
因此，从现在起我们应将管理和营销作为产业发展重点，真正摆脱计划经济时代所遗留下来的思维方式和工作习惯的束缚，建立适应市场的高效、灵敏的运行机制和有效的激励机制。通过这种机制，一方面切实加强企业管理，激发企业负责人和广大职工的负责精神、创造精神和献身精神，努力提高产品的竞争能力；另一方面充分调动企业内外、行业内外一切积极因素，大力加强市场开拓力度，奋力打通营销渠道。可以坚信，有过硬竞争力的产品，再加上北京开关厂那样的“找、挣、钻、抢”精神，我们就一定能在市场竞争中取得胜利。
1.4 大力加强技术支持和服务
数控系统和数控机床作为典型的高技术产品，对用户的技术支持和服务是相当重要的。以前国产数控产品丧失信誉的原因，除可靠性问题外，另一大问题就是缺乏有力的技术支持和服务。用户花了很多钱买的数控机床或数控系统，一旦出现问题却叫天天不应，叫地地不灵，以后谁还敢买我们的产品。因此，应将对用户的技术支持和服务当成重要的日常工作来抓，使我们在市场上向纵深挺进时，有一个强大后方。因此，为了取得数控产品市场竞争的全面胜利，必须建立以技术支持和服务为核心的强大后方。当然，为赢得主动，后方也须主动出击。目前，利用先进的信息技术手段（如网络和多媒体），将为建立新一代立体化的技术支持和服务体系开辟新的途径。
1.5 坚持可持续发展道路
可持续发展是下一世纪企业发展的重要战略，我国数控产业要有大的发展也必须坚持走可持续发展的道路。绿色是实现可持续发展的重要途径，其主要思想是清洁和节约。为此应大力加强绿色数控产品的开发，加速促进数控产品、数控产业以及整个制造业的绿色化，主要战略措施应考虑以下几方面：①有效减少产品制造及使用过程中的环境污染。如减少数控机床的铸件结构，消除铸造对环境的污染；将数控机床主轴的润滑以油气润滑、喷油润滑等取代油雾润滑，减少对生产环境的污染；在精密数控机床及其运行环境的温度控制中取消氟利昂制冷的恒温技术；以电传动代替机械传动，减少噪声污染。②大幅度降低资源消耗和能源消耗。如以软件代替硬件，从而减少硬件制造的资源和能源消耗及污染，并减少产品寿命结束后硬件装置的拆卸回收问题；以永磁驱动代替感应驱动，提高效率和功率因数，节约能源；以电传动代替机械传动，提高效率，减少能源消耗。③加强用数控技术改造传统机床。这既符合运用信息技术和自动化技术改造传统产业，使传统产业生产技术和装备现代化这一产业可持续发展的目标得以实现，又可取得巨大的经济效益。我国拥有普通机床数百万台，加强用数控技术改造传统机床将成为下世纪我国数控领域的重要发展方向。 ④大力发展绿色数控机床。绿色数控机床应是材料消耗少、能耗低、无污染，寿命长且便于拆卸回收的新型机床。例如，以并联结构代替串联结构就是开发绿色数控机床的一条途径，这是因为并联结构机床
消耗的金属材料仅为常规串联结构机床的几分之一，其加工量也比常规机床大幅度减少，特别是消除了大型结构件的铸造，这将显著降低机床制造过程中的能源消耗和对环境的污染。此外，并联结构机床有利于采用电传动，效率高，可有效降低使用中的能源消耗。
国际标准化组织制定了ISO14000环境管理标准，全球环境问题“法律化”的趋势正在进一步发展，可持续发展将成为企业通向国际市场的通行证〔2〕。因此，我们的数控产品要在下一世纪走向国际市场，我们的企业就必须“从我做起，从现在做起”。
2 技术途径
2.1 发展具有中国特色的新一代PC 数控系统
数控系统是各类数控装备的核心，因此通过科技创新首先发展具有中国特色的新型数控系统，将是推动数控产业化进程的有效技术途径。
实践证明，10年来我们所走的PC 数控道路是完全正确的。PC 机（包括工业PC ）产量大、价格便宜，技术进步和性能提高很快，且可靠性高（工业PC 主机的MTBF 已达30年〔3〕）。因此，以其作为数控系统的软硬件平台不但可以大幅度提高数控系统的性能价格比，而且还可充分利用通用微机已有软硬件资源和分享计算机领域的最新成果，如大容量存储器、高分辨率彩色显示器、多媒体信息交换、联网通讯等。此外，以通用微机作为数控平台还可获得快速的技术进步，当PC 机升级换代时，数控系统也可相应升级换代，从而长期保持技术上的优势，在竞争中立于不败之地。
目前，PC 数控系统的体系结构有2种主要形式：（1）专用数控加PC 前端的复合式结构；（2）通用PC 加位控卡的递阶式结构。另外还有一种正在发展的数字化分布式结构。其方案是将由DSP 等组成的数字式伺服通过以光缆等为介质的网络与数控装置连接起来，组成一完整的数控系统。这种系统虽然性能很好，但由于开发和生产成本太高，近期难以被国内广大用户所接受。我们认为，上述结构并不是符合中国国情的最好方案，适合中国国情的应是将所有数控功能全软件化的集成式结构，因为这种结构的硬件规模最小，不但有利于降低系统成本，而且更重要的是可以有效提高系统的可靠性。
几十年的经验表明，可靠性好坏是国产数控系统能否发展的关键。虽然影响数控系统可靠性的因素很多，但过大的硬件规模和较低的硬件制造工艺水平往往对可靠性造成最大的威胁。以往，国产数控系统在总体设计时由于种种原因的限制，不得不选用技术指标不太高的普通CPU ，这样，为完成数控的复杂功能往往需要由多个CPU 来组成系统，有时还需另加一些专用或通用硬件电路来实现数控系统的一些高实时性功能（如细插补、位置伺服控制等），从而造成系统硬件规模庞大。对于数控系统这种批量不大的产品，在国内现有工艺条件下，很难从硬件制造的角度保证系统的可靠性，因而使得国产数控系统在生产现场的表现不佳，对国产数控系统的形象和声誉造成严重影响，使得不少用户现在还心有余悸。
因此，我们在开发新型数控系统时，应优先选用新型高性能CPU （如高主频的Pentium II、Pentium III 等）作为系统的运算和控制核心，并尽量用软件来实现数控的所有功能。这样，可大幅度减小系统硬件的规模。此外，还应在软件设计、电源设计、接插件设计与选用、接
地与屏蔽设计和施工等方面采用强抗扰高可靠性设计与制造技术，从而全面提高系统的可靠性。
由于一个新型高性能CPU 可以代替数十个普通CPU （如80286、80386等），因此，在基于高性能CPU 的PC 平台上不仅可以完成数控系统的基本功能（如信息处理、刀补计算、插补计算、加减速控制等）和开关量控制功能（内装PLC ），而且还可以完成伺服控制功能。这样，以前由DSP 完成的数字化伺服控制功能（如位置控制、速度控制、矢量变换控制等）均可由PC 中的CPU 完成，从而实现内装式伺服控制，这不仅有效缩小了数控部分的硬件规模，而且还大幅度缩小了伺服控制部分硬件规模。
这种具有内装PLC 和内装伺服控制的全软件化集成式数控系统，其硬件规模将达到最小化，整个数控系统除一个PC 平台外，剩下的只有驱动机床运动的功率接口和反馈接口。这既有效提高了系统可靠性，又消除了信息传递瓶颈，提高了系统性能，同时还可显著降低系统成本，使系统（包括电机）售价将可降至现有数控系统的一半左右。显然，这种高性能、高可靠性、低成本的新型数控系统将具有极强的竞争力，有望为开创中国数控的新局面作出贡献。
此外，集成化PC 数控系统还有一大优点，就是容易实现开放式结构。这是因为，这种系统的硬件本身已经是完全开放的，构成开放式数控系统的工作完全在软件上，只要制定好标准和协议，从信息处理、轨迹插补、加减速控制、开关量控制到伺服控制都可以实现开放，从而可大大方便用户的使用。
2.2 推进数控功能部件的专业化生产
解决数控系统问题后，如何实现数控机床的模块化设计与制造便是我国机床制造企业快速响应市场需求，在竞争中获胜的另一关键。要实现数控机床的模块化设计制造，必须解决数控机床功能部件的专业化生产问题。目前我国在这方面离实际需求还有相当大的差距。因此，在今后的若干年内，我们必须大力促进数控机床功能部件的开发和专业化生产。其要点如下：
(1)新型永磁电主轴单元 电主轴已成为国际市场上最热门的数控机床功能部件。但目前这类产品几乎都为感应异步型，存在以下突出问题：①转子上存在绕组，有大电流流过，因此转子发热严重，直接影响主轴精度；②低速出力小且转矩脉动大，难以满足宽范围切削要求；③效率和功率因素低，不仅电机体积和重量大而且要求逆变器容量大、耗能多；④控制系统复杂、成本高。
因此，利用我国稀土永磁材料的优势，开发新型大功率、高效率、宽调速范围永磁同步型交流电主轴单元，将可有效解决现有电主轴存在的问题，形成具有中国特色的新一代电主轴产品。由于永磁电主轴的机械结构和控制系统都较感应异步型电主轴简单，因此易于进行专业化大规模生产。当然，这还要攻克主轴支承（陶瓷轴承、流体动静压轴承、磁悬浮轴承）技术、高精度高速动平衡技术、高速驱动、检测与控制技术、高可靠性安全保证技术等关键技术。
(2)廉价的高性能伺服系统 目前，一套进给交流伺服系统（驱动器+电机）的价格一般都在万元以上，主轴伺服系统的价格高达数万元，已成为降低国产数控机床成本的一大障碍。因此，
应配合新型集成化国产数控系统的发展，大力开发廉价的高性能内装式伺服系统。由于内装式伺服的硬件部分只有电机和功率接口，充分利用我国的永磁资源优势，通过专业化生产可以把电机的造价降下来，而采用智能化的IPM 模块作为功率接口也很便宜，因此将内装式进给伺服的价格控制在数千元以内，将内装式主轴伺服的价格控制在2万元以内，将是完全可能的。
(3)直线交流伺服系统 直线交流伺服系统是下一世纪数控机床不可缺少的功能部件，目前我国还没有成熟产品，因此应加强研究、开发和推广应用。考虑到常规机床的防磁问题较难解决，而并联机床的防磁相对容易，因此可为常规结构机床开发感应异步型直线电机，为并联结构机床开发永磁同步型直线电机，从而扬长避短，构成符合实际应用要求的新型高速高精度进给系统。在此基础上，可进一步开发将驱动与支承合二为一的磁悬浮工作台。
(4)零传动数控转台与摆头 数控转台与摆头是多坐标数控机床的关键部件，传统的采用高精度蜗杆蜗轮等传动的转台与摆头不仅制造难度大、成本高，而且难以达到高速加工所需的速度和精度，因而必须另辟蹊径开发新型零传动（无机械传动链）数控转台和摆头，以促进我国高速高精度多坐标数控机床的发展。
(5)高速高精度检测装置 高速高精度是下世纪数控机床发展的主题，这不但需要高性能的控制和驱动，同时还需要高品质的检测环节，因此应在现有技术基础上，进一步开发0.1 μm 以上精度的高速(60 m/min以上) 线位移传感器和100万脉冲/r的角位移传感器，此类技术国外对我国是封锁的。
2.3 加速数控机床的全国产化，打好市场翻身仗
数控产业化的最终成功将体现在数控机床的全国产化和市场占有率上。在上述总体战略指导下，采取抓两头（低价位数控机床和高速高效数控机床）、带中间（普通数控机床）、促重型（重型关键装备）的方针，将是在国内市场上快速收复失地，在国际市场上稳步进军，最终打赢国产数控机床市场翻身仗的一种有效战术和策略。关于普通数控机床的发展已有许多文章作了专门论述，因此下面仅就低价位数控机床、高速高效数控机床和重型数控机床的发展问题作一讨论。
(1)大力发展低价位数控机床 低价位机床是功能满足用户要求(无功能浪费) 、技术指标适中、可靠性好、价格便宜的普及型数控机床。这类机床已成为国际市场上数控机床的发展趋势之一，也是国内众多用户渴求的产品，其市场前景相当广阔。然而，如果采用国外数控系统（包括伺服）按照传统思路来发展低价位机床，是很难将价格降至广大用户所能接受的水平的。因此，采用本文提出的新型集成化国产数控系统来发展高性能的低价位数控机床，将是一条最有希望成功的道路。只要有一定批量，由此构成的全国产普及型数控车床的售价完全可以控制在10万元以内，三坐标数控铣床可控制在15万元左右，加工中心可控制在20万元左右。此价位的国产数控机床将是具有较强竞争力的。
(2)加速开发高速高效数控机床 高速高效是数控机床发展的另一大潮流。发展高速高效数控机床的技术途径可有以下几条：①通过提高切削速度和进给速度，从而达到成倍提高生产效率，有效提高零件的表面加工质量和加工精度并解决常规加工难以解决的某些特殊材料（如
铝钛合金、模具钢、淬硬钢）和特殊形状零件（如复杂薄壁零件）的高效加工问题。②通过工艺复合，减少工件的安装次数，有效缩短搬运和装夹时间。例如，将五面五轴加工中心与立车复合构成万能加工中心，可实现一次装卡完成零件的大部分（或全部）加工。③采用高速高精度圆周铣加工孔和以螺旋轨迹插补实现不钻底孔的直接攻丝等新加工方法，大幅度减少换刀次数，提高加工效率。④为数控机床开发智能寻位加工功能，消除对精密夹具和人工找正的依赖，有效缩短单件小批加工的准备时间。
在我国现实条件下如果沿用传统思路是难以实现上述途径的，因此，必须立足国情，结合实际勇于创新，大胆探索新的道路。 考虑到常规数控机床在总体结构上基本上采用工件和刀具沿各自导轨共同运动的方案，一方面由于机床传动环节刚性不足和导轨中的摩擦阻力较大，使运动部件难以获得高的进给速度；另一方面由于工件、夹具和工作台的总质量比较大，使之难以获得高的加速度。此外，传统机床结构是一种串联开链结构，组成环节多、结构复杂，并且由于存在悬臂部件和环节间的联接间隙，不容易获得高的总体刚度，因此难以适应高速高效加工的特殊要求。为此，开发国产高速高效数控机床时，可采用工件固定，以直线电机组成并联短链直接驱动主轴和刀具运动、将高速高精度传动与高刚度支撑合二为一的适合于高速高效加工中心的新型结构。采用该结构的高速高效数控机床不但速度高、刚度高，如果在传动与控制上处理得当，可以达到比常规机床更高的加工精度和加工质量，而且具有机械结构简单，零部件通用化、标准化程度高，制造成本低，易于经济化批量生产等显著优点。因此，沿此思路发展高速高效数控机床将是一条符合国情、易于取得成功的道路。
(3)突破重型数控机床的设计制造技术 重型数控机床（特别是多坐标重型数控机床）是国民经济和国防生产中的重大关键设备，属于战略物资，真正先进的重型数控机床国外是不可能卖给我们的，因此，在我国下世纪数控产品的发展中必须依靠自己的力量进行解决。发展重型数控机床必须有过硬的基础，我们在数控机床国产化的进程中应不断总结经验，加强基础技术和关键技术研究，充分发挥我国产学研相结合的优势，各部门通力合作、共同努力，争取在下世纪初取得突破性进展。
目前，在发展重型数控机床中除需加强基础理论研究外，还应加强其关键技术研究。例如，重型机床的控制就是需要加以特殊解决的关键问题。因重型机床加工的工件特别昂贵不允许报废，为了确保机床工作可靠，在数控系统中可采用双（或多）CPU 冗余工作方案，以确保运算和控制的绝对正确，并在出现故障时自动诊断、自动修复或自动替补，确保加工不出问题。此外，在电源上可采取双蓄电池供电的全隔离供电方案，即一组电池在给系统供电时，可对另一组电池进行充电，电网与控制系统是完全隔离的。这就彻底消除了重型车间中电网电压波动厉害、干扰严重对数控系统造成的影响，从而有效保证系统的可靠性。又如，重型数控机床的驱动也是一大关键问题。当行程长度超过5 m，普通滚珠丝杆就难以胜任大负荷的传动，因此目前一般采用预加负载的双齿轮-齿条机构、静压蜗杆-蜗母条机构、四足（或双足）爬行进给机构等来实现长行程传动。但这些方案存在结构复杂、速度和加速度低、动态性能差、难以达到高精度、维护保养复杂等问题。为此可发展阵列式高效直线电机直接驱动技术和空间并联机构驱动技术，以新的途径来解决重型数控机床的高速、高精度驱动问题。除此之外，机床结构的优化设计、长行程精密检测、重力变形补偿、切削力变形补偿、热变形补偿等也是重型数控机床中必须解决的关键问题，必须予以充分重视。
3 结语
制定符合中国国情的总体发展战略，确立与国际接轨的发展道路，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。本文在对数控技术和产业发展趋势的分析，对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上，对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨，提出了以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路的总体发展战略。在此基础上，研究了发展新型数控系统、数控功能部件、数控机床整机等的具体技术途径。
我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗！
