零件外露凹圓臺(tái)銑削數(shù)控加工設(shè)計(jì),零件,外露,圓臺(tái),銑削,數(shù)控,加工,設(shè)計(jì) 單位名稱 產(chǎn)品名稱或代號(hào) 零件名稱 零件圖號(hào) 凹圓臺(tái) 凹圓臺(tái) 工序號(hào) 程序編號(hào) 夾具名稱 使用設(shè)備 車間 數(shù)控中心 工步號(hào) 工 步 內(nèi) 容 刀具號(hào) 刀具規(guī)格 (mm) 主軸規(guī)格 (r/min) 進(jìn)給速度 (mm/min) 背吃刀量 (mm) 備 注 1 銑削四周及上下平面 T01 800 100 1 自動(dòng) 2 鉆通中間孔并銑至φ30mm T02 650 80 2.5 3 粗銑100×107的凹圓臺(tái)輪廓，高度4 T03 800 150 2.0 自動(dòng) 4 精銑凹圓臺(tái)輪廊，深7mm T04 900 150 2.0 自動(dòng) 5 銑2-寬18mm深7mm的腰槽 T06 700 80 2.0 自動(dòng) 6 銑20×16的腰槽深15mm T07 300 80 2.5 自動(dòng) 7 鉆攻4-M10通孔 T08 600 80 1.0 自動(dòng) 8 8 9 10 零件外露凹圓臺(tái)數(shù)控加工工序卡片 零件外露凹圓臺(tái)銑削數(shù)控加工設(shè)計(jì) 摘要 本篇畢業(yè)設(shè)計(jì)主要有數(shù)控機(jī)床和編程的介紹，對外露凹圓臺(tái)的工藝性分析工藝參數(shù)的選擇刀具的選擇，零件的程序的手工編制，程序的仿真，CAXA的造型與實(shí)體仿真加工。 文章的主要內(nèi)容為零件的工藝分析，零件的手工程序編制，還有CAXA制造工程師的造型與實(shí)體仿真加工。在零件的手工編程中用到了G02/G03圓弧插補(bǔ)指令；G81鉆孔；M98調(diào)用子程序指令。 關(guān)鍵詞：手工編程，圓弧插補(bǔ)指令，鉆孔，子程序 Non circular boss milling NC machining design Abstract This graduation project mainly had the numerical control engine bed and the programming introduction, the ear components technological analysis craft parameter choice cutting tool choice, the components procedure manual establishment, the procedure simulation, the CAXA modelling and the entity simulation processing finally has made the design summary, the acknowledgment language, the reference tabulation and the appendix. Article primary coverage for components craft analysis, components manual programming, but also has CAXA to make engineer's modelling and the entity simulation processing.Used the G02/G03 circular arc interpolation instruction in the components manual programming; G81 drill hole; M98 transfer subroutine instruction Key words：Manual programming；Circular interpolation instructions；drilled；subroutine programs。 目錄 第一章 緒論……………………………………………………………4 1.1數(shù)控機(jī)床的介紹……………………………………………………4 1.2 數(shù)控編程…………………………………………………………14 第二章 外露凹圓臺(tái)數(shù)控加工工藝分析………………………………16 2.1 外露凹圓臺(tái)分析………………………………………………16 2.2 刀具量具的選擇…………………………………………………16 2.3 編制加工工藝……………………………………………………16 2.4 手動(dòng)編制程序……………………………………………………19 第三章 工件的自動(dòng)編程與仿真加工…………………………………21 3.1 CAXA制造工程師的介紹…………………………………………21 3.2 零件造型及加工…………………………………………………24 總結(jié)……………………………………………………………………34 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………35 致謝……………………………………………………………………36 第一章 緒論 1.1數(shù)控機(jī)床的介紹 數(shù)字控制（Numerical Control,簡稱NC）技術(shù)是近代發(fā)展起來的一種用數(shù)字化信息進(jìn)行控制的自動(dòng)控制技術(shù)，在機(jī)床領(lǐng)域具體指的是用數(shù)字化信號(hào)對機(jī)床運(yùn)動(dòng)及加工過程進(jìn)行控制的一種方法。定義中的“機(jī)床”不僅指金屬切削機(jī)床，還包括其他各類機(jī)床，如線切割機(jī)床，三坐標(biāo)測量機(jī)等。 數(shù)控系統(tǒng)（NC System）是指采用數(shù)字控制技術(shù)的控制系統(tǒng)。這種控制系統(tǒng)，能自動(dòng)閱讀輸入載體上預(yù)先給定的數(shù)字值和指令，并將其譯碼，處理，從而自動(dòng)的控制機(jī)床進(jìn)給運(yùn)動(dòng)進(jìn)行零件加工。裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床稱為數(shù)控機(jī)床。 數(shù)控機(jī)床（NC Machine Tools）又稱CNC機(jī)床，數(shù)字化信息實(shí)現(xiàn)機(jī)床控制的機(jī)電一體化產(chǎn)品。它能利用數(shù)字化信息（指令，代碼）對機(jī)床的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)和加工過程進(jìn)行控制，即把刀具和工件之間的相對位置，機(jī)床電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止，主軸變速，刀具的選擇，工件的夾緊松開，冷卻電動(dòng)機(jī)的開關(guān)等各種操作和順序動(dòng)作等信息用代碼化的數(shù)字信息送入數(shù)控裝置，經(jīng)過譯碼，運(yùn)算，發(fā)出各種指令控制機(jī)床伺服系統(tǒng)或其他執(zhí)行元件，使機(jī)床自動(dòng)加工出所需要的工件。 1.1.1 數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生和發(fā)展 （1）產(chǎn)生 ①機(jī)械產(chǎn)品的自身要求 ②單件、多品種小批量零件約占80%以上 （2）發(fā)展 1952年 美國Parsons公司和MIT 三坐標(biāo)數(shù)控立銑床 1955年 數(shù)控機(jī)床進(jìn)入實(shí)用化階段-復(fù)雜曲面加工 數(shù)控系統(tǒng)采用電子管元件-電子管時(shí)代 1959年 采用晶體管和印制板電路-第二代數(shù)控系統(tǒng) 1965年 出現(xiàn)小規(guī)模集成電路-第三代數(shù)控系統(tǒng) 1970年 出現(xiàn)小型計(jì)算機(jī)代替專用硬接線裝置 ——第四代數(shù)控系統(tǒng)（CNC系統(tǒng)） 1974年 以微處理為核心的數(shù)控系統(tǒng) ——第五代數(shù)控系統(tǒng)（MNC系統(tǒng)） （3）我國 1958年 起步 20世紀(jì) 60年代末70年代初 — 研制出一些晶體管式數(shù)控系統(tǒng) 20世紀(jì)80年代初 1985年 進(jìn)入實(shí)用階段 1986—1990年 數(shù)控機(jī)床大發(fā)展時(shí)期 1991年 300多種 1.1.2 數(shù)控技術(shù)發(fā)展趨勢 1）高可靠性 ①提高元器件和系統(tǒng)的可靠性 ②采用抗干擾技術(shù)，提高數(shù)控系統(tǒng)對環(huán)境的適應(yīng)能力 ③使數(shù)控系統(tǒng)模塊化、通用化和標(biāo)準(zhǔn)化 ④提高自診斷及保護(hù)功能 2）高柔性化 柔性：指機(jī)床適應(yīng)加工對象變化的能力 3）高精度化 ①利用數(shù)控系統(tǒng)的補(bǔ)償功能 ②采用高分辨率，高響應(yīng)性的絕對位置傳感技術(shù) ③提高數(shù)控機(jī)床機(jī)械本體中基礎(chǔ)大件的結(jié)構(gòu)剛性和熱穩(wěn)定性 4）高速度化 ①機(jī)械方面：提高切削速度和減少輔助時(shí)間 ②數(shù)控系統(tǒng)：CPU 5）復(fù)合化 ①工序復(fù)合化 ②功能復(fù)合化 6）制造系統(tǒng)自動(dòng)化 1.1.3數(shù)控機(jī)床的組成 1.1.3.1 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置（CNC裝置） 計(jì)算機(jī)數(shù)控裝置是計(jì)算機(jī)數(shù)控系統(tǒng)的核心。其主要作用是根據(jù)輸入的零件加工程序或操作命令進(jìn)行相應(yīng)的處理，然后輸出控制命令道相應(yīng)的執(zhí)行部件（伺服單元，驅(qū)動(dòng)裝置和PLC等），完成零件加工程序或操作所要求的工作。所有這些都是在CNC裝置的協(xié)調(diào)控制及合理組織下，使整個(gè)系統(tǒng)都有條不紊的工作。它主要由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，位置控制板，PLC接口板，通信接口板，擴(kuò)展功能模塊以及相應(yīng)的控制軟件等組成。 1.1.3.2 伺服單元，驅(qū)動(dòng)裝置和監(jiān)測裝置 伺服單元和驅(qū)動(dòng)裝置包括主軸伺服驅(qū)動(dòng)裝置，主軸電動(dòng)機(jī)，進(jìn)給伺服驅(qū)動(dòng)裝置及進(jìn)給電動(dòng)機(jī)。測量裝置是指位置和速度測量裝置，它實(shí)現(xiàn)主軸控制，進(jìn)給速度閉環(huán)控制和進(jìn)給位置閉環(huán)控制的必要裝置。主軸伺服系統(tǒng)的作用實(shí)現(xiàn)零件加工的切削運(yùn)動(dòng) 其控制量為速度，特點(diǎn)是能靈敏，準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)CNC裝置的位置和速度指令。 1.1.3.3 控制面板 控制面板又稱為操作面板，是操作人員與數(shù)控機(jī)床（系統(tǒng)）進(jìn)行信息交換的工具。操作人員可以通過它對數(shù)控機(jī)床進(jìn)行操作，編程，調(diào)試或?qū)C(jī)床參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改，也可以通過它了解或查詢數(shù)控機(jī)床的運(yùn)行狀態(tài)。它是數(shù)控機(jī)床的一個(gè)輸入輸出部件，主要由按鈕站，狀態(tài)燈，案件陣列（功能與計(jì)算機(jī)鍵盤一樣）和顯示器等部分組成 1.1.3.4 控制介質(zhì)與程序輸入輸出設(shè)備 控制介質(zhì)是記錄零件加工程序的媒介，是人與機(jī)床建立聯(lián)系的介質(zhì)。程序輸入輸出設(shè)備是CNC系統(tǒng)與外部設(shè)備進(jìn)行信息交互的裝置，其作用是將記錄在控制介質(zhì)上的零件加工程序輸入CNC系統(tǒng)，或?qū)⒁颜{(diào)試好的零件加工程序通過輸出設(shè)備存放或記錄在相應(yīng)的介質(zhì)上。目前數(shù)控機(jī)床常用的控制介質(zhì)和程序輸入輸出設(shè)備是磁盤和磁盤驅(qū)動(dòng)器等 此外，現(xiàn)代數(shù)控系統(tǒng)一般可以利用通信方式進(jìn)行信息交換。這種方式是實(shí)現(xiàn)CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）/CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）的集成，F(xiàn)MS(柔性制造系統(tǒng)),CIMS(計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng))的基本技術(shù)。目前在數(shù)控機(jī)床上常用的通信方式有： （1） 串行通信 （2） 自動(dòng)控制專用接口 （3） 網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 1.1.3.5 PLC（可編程序控制器），機(jī)床I/O（輸入/輸出）電路和裝置 PLC用于進(jìn)行與邏輯運(yùn)算、順序動(dòng)作有關(guān)的I/O控制，它由硬件和軟件組成。機(jī)床I/O電路和裝置是用于實(shí)現(xiàn)I/O控制的執(zhí)行部件，由繼電器、電磁閥、行程開關(guān)、接觸器等組成的邏輯電路。它們共同完成以下任務(wù)： （1） 接受CNC的M、S、T指令，對其進(jìn)行譯碼并轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的控制信號(hào)，控制輔助裝置完成機(jī)床的開關(guān)動(dòng)作； （2） 接受操作面板和機(jī)床傳送來的I/O信號(hào)，送給CNC裝置，經(jīng)處理后，輸出給指令控制CNC系統(tǒng)的工作狀態(tài)和機(jī)床的動(dòng)作。 1.1.3.6 機(jī)床本體 機(jī)床本體是數(shù)控系統(tǒng)的控制對象，是實(shí)現(xiàn)加工零件的執(zhí)行部件。它主要由主傳動(dòng)部件（主軸、主傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、進(jìn)給運(yùn)動(dòng)部件（工作臺(tái)、托板及相應(yīng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)）、支承件（立柱、床身等）以及特殊裝置、自動(dòng)工件交換（APC）系統(tǒng)、自動(dòng)刀具交換（ATC）系統(tǒng)和輔助裝置（如冷卻、潤滑、排屑、轉(zhuǎn)位和夾緊裝置等）組成。 1.1.4 數(shù)控加工的介紹 1.1.4.1 數(shù)控加工過程 與傳統(tǒng)加工比較，數(shù)控加工與普通機(jī)床加工方法與內(nèi)容上有許多相似之處，不同點(diǎn)主要表現(xiàn)在控制方式上。以機(jī)械加工為例，用普通機(jī)床加工零件時(shí)，工序的安排、機(jī)床運(yùn)動(dòng)的先后次序、走刀線路及有關(guān)切削參數(shù)的選擇等，都是由操作者自行考慮和確定的，而且是用手工操作方式來進(jìn)行控制的。操作者總是根據(jù)零件和工序卡的要求，在加工過程中不斷改變刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)軌跡和加工參數(shù)（位置、速度等），使刀具對工件進(jìn)行切削加工，從而得到所需要的合格零件。如果采用自動(dòng)車床，仿形車床和仿形銑床加工，雖然也能達(dá)到對加工過程的自動(dòng)控制目的，但其控制是通過預(yù)先配置的凸輪、擋塊及靠模來實(shí)現(xiàn)的。而在CNC機(jī)床上，傳統(tǒng)的人工操作均被數(shù)控系統(tǒng)的自動(dòng)控制所取代。其工作過程是：首先要將被加工的零件圖上的幾何信息和工藝信息數(shù)字化，即將刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)軌跡、加工過程中主軸速度和進(jìn)給速度的變換、冷卻液的開關(guān)、工件和刀具的交換等控制和操作，按規(guī)定的代碼和格式編成加工程序，然后將該程序送入數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控系統(tǒng)則按照程序的要求，先進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)算、處理，然后發(fā)出控制命令，使各坐標(biāo)軸、主軸以及輔助動(dòng)作相互協(xié)調(diào)，實(shí)現(xiàn)刀具與工件的相對運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)完成零件的加工。 1.1.4.2 數(shù)控加工中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程 CNC系統(tǒng)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換過程如圖所示 成形運(yùn)動(dòng) 進(jìn)給伺服系統(tǒng) 插補(bǔ)處理 刀補(bǔ)處理 譯碼 加工程序 切削運(yùn)動(dòng)、機(jī)床I/O裝置 PLC控制 （1） 譯碼 譯碼程序的主要功能就是將用文本格式（通常用ASCII碼）表達(dá)的零件加工程序，以程序段為單位轉(zhuǎn)換成刀補(bǔ)處理程序所需要的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（格式），該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來描述一個(gè)程序段解釋后的數(shù)據(jù)信息。它主要包括：X、Y、Z等坐標(biāo)值，進(jìn)給速度，主軸轉(zhuǎn)速， G代碼，M代碼，刀具號(hào)，子程序處理和循環(huán)調(diào)用處理等數(shù)據(jù)或標(biāo)志的存放順序和格式。 （2） 刀補(bǔ)處理（計(jì)算刀具中心軌跡） 為方便編程，零件加工程序通常是按零件輪廓或按工藝要求設(shè)計(jì)的進(jìn)給路線編制的，而數(shù)控機(jī)床在加工過程中控制的是刀具中心（準(zhǔn)確地說是刀位點(diǎn)）軌跡因此在加工前必須將編程軌跡變換成刀具中心的軌跡。刀補(bǔ)處理就是完成這種轉(zhuǎn)換的處理程序 （3） 插補(bǔ)計(jì)算 數(shù)控編程提供了刀具運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)、終點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)軌跡，而刀具怎么從起點(diǎn)沿運(yùn)動(dòng)軌跡走向終點(diǎn)則由數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)裝置或插補(bǔ)軟件來控制。該程序以系統(tǒng)規(guī)定的插補(bǔ)周期定時(shí)運(yùn)行，它將由各種線性（直線、圓弧等）組成的零件輪廓，按程序給定的進(jìn)給速度F，實(shí)時(shí)計(jì)算出各個(gè)進(jìn)給軸在內(nèi)的位移指令（），并送給進(jìn)給伺服系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)成形運(yùn)動(dòng)。 （4） PLC控制 CNC系統(tǒng)對機(jī)床的控制分為對各坐標(biāo)軸的速度和位置的“軌跡控制”和對機(jī)床動(dòng)作的“順序控制”或稱“邏輯控制”。后者是指在數(shù)控機(jī)床運(yùn)行過程中，以CNC內(nèi)部和機(jī)床各行程開關(guān)、傳感器、按鈕、繼電器、等開關(guān)信號(hào)狀態(tài)為條件，并按預(yù)先規(guī)定的邏輯關(guān)系對諸如主軸的起停、換向，刀具的更換，工件的夾緊、松開，液壓、冷卻、潤滑系統(tǒng)的運(yùn)行等進(jìn)行控制，PLC控制就是實(shí)現(xiàn)上述功能的模塊 通過所述，數(shù)控機(jī)床加工原理就是講預(yù)先編好的加工程序以數(shù)據(jù)的形式輸入數(shù)控系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)通過譯碼、刀補(bǔ)處理、插補(bǔ)計(jì)算等數(shù)據(jù)處理和PLC協(xié)調(diào)控制，最終實(shí)現(xiàn)零件的自動(dòng)化加工。 1.1.5 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn) 與通用機(jī)床和專用機(jī)床相比，數(shù)控機(jī)床具有以下主要特點(diǎn)： 1) 加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定，現(xiàn)在一般的數(shù)控機(jī)床的精度都能達(dá)到0.001mm 2) 能完成普通機(jī)床難以完成的加工或根本不能加工的復(fù)雜零件的加工。 3) 生產(chǎn)效率高，數(shù)控機(jī)床的主軸轉(zhuǎn)速，進(jìn)給速度和快速定位速度高，通過合理選擇切削參數(shù)，可充分發(fā)揮刀具的切削性能，減少切削時(shí)間，不僅加工過程穩(wěn)定，而且能保證加工效果的高精度。而且不需要在加工過程中進(jìn)行測量檢查，就能連續(xù)的完成整個(gè)加工過程，減少輔助動(dòng)作時(shí)間和停機(jī)時(shí)間 4) 柔性高，通用性強(qiáng) 5) 有利于制造技術(shù)向綜合自動(dòng)化方向發(fā)展。數(shù)控機(jī)床是機(jī)械加工自動(dòng)化的基礎(chǔ)設(shè)備之一，當(dāng)今以數(shù)控機(jī)床為基礎(chǔ)建立起來的FMC,FMS,CIMS等綜合自動(dòng)化系統(tǒng)使機(jī)械制造的集成化，自動(dòng)化和智能化得以逐步實(shí)現(xiàn)。 6) 功能豐富。CNC系統(tǒng)不僅能控制機(jī)床的運(yùn)動(dòng)，而且還對機(jī)床進(jìn)行全面的監(jiān)控，自診斷報(bào)警，通信管理等。 7) 減少人工勞動(dòng)強(qiáng)度，改善勞動(dòng)條件，實(shí)現(xiàn)一人多機(jī)操作 8) 不足：初期投資大，維修維護(hù)難度大，同時(shí)對操作人員的技術(shù)水平要求較高。 1.1.6 數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)與分類 1.1.6.1 按工藝用途分類 （1） 普通數(shù)控機(jī)床 為了不同的工藝需要，與傳統(tǒng)的通用機(jī)床一樣，有數(shù)控車、銑、鉆、磨及鏜床等，而且每一類都有好多品種。這類機(jī)床的工藝性能與通用機(jī)床相似，所不同的是它們能自動(dòng)的加工精度較高、形狀更復(fù)雜的零件。 （2）數(shù)控加工中心 數(shù)控加工中心是帶有刀庫和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床。典型的機(jī)床有鏜銑加工中心和車削加工中心 （3）多坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床 有些復(fù)雜形狀的零件，用三坐標(biāo)數(shù)控機(jī)床無法完成加工，需要三個(gè)以上的坐標(biāo)的合成運(yùn)動(dòng)才能加工出來所需要的曲面形狀，于是出現(xiàn)多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床，其特點(diǎn)是數(shù)控裝置同時(shí)控制多坐標(biāo)的聯(lián)動(dòng)，現(xiàn)在常用的有4、5、6坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)的數(shù)控機(jī)床 （4）數(shù)控特種加工機(jī)床 包括數(shù)控電火花加工機(jī)床、數(shù)控線切割機(jī)床、數(shù)控激光切割機(jī)床 1.1.6.2 按控制運(yùn)動(dòng)的方式分類 （1）點(diǎn)位控制數(shù)控機(jī)床：它是指能控制刀具相對于工件的精確定位控制系統(tǒng),而在相對運(yùn)動(dòng)的過程中不能進(jìn)行任何加工。 通過采用分級(jí)或連續(xù)降速，低速趨近目標(biāo)點(diǎn)，來減少運(yùn)動(dòng)部件的慣性過沖而引起的定位誤差。 （2）直線控制數(shù)控機(jī)床:它是指控制機(jī)床工作臺(tái)或刀具以要求的進(jìn)給速度，沿平行于某一坐標(biāo)軸或兩軸的方向進(jìn)行直線或斜線移動(dòng)和切削加工的機(jī)床。這類數(shù)控機(jī)床要要求具有準(zhǔn)確的定位功能和控制位移的速度，而且也要偶刀具半徑和長度的補(bǔ)償功能以及主軸轉(zhuǎn)速控制的功能。現(xiàn)代組合機(jī)床也算是一種直線運(yùn)動(dòng)控制數(shù)控機(jī)床。 （3）輪廓控制的數(shù)控機(jī)床:它是指能實(shí)現(xiàn)兩軸或兩軸以上的聯(lián)動(dòng)加工，而且對各坐標(biāo)的位移和速度進(jìn)行嚴(yán)格的不間斷控制，具有這種控制功能的數(shù)控機(jī)床。現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床大多數(shù)有兩坐標(biāo)或以上聯(lián)動(dòng)控制、刀具半徑和長度補(bǔ)償?shù)鹊裙δ?。按?lián)動(dòng)軸數(shù)也可分兩軸聯(lián)動(dòng)、兩軸半、三軸、四軸、五軸聯(lián)動(dòng)等。隨著制造技術(shù)的發(fā)展，多坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)控制也越來普遍 1.1.6.3 按進(jìn)給伺服系統(tǒng)類型分類 由數(shù)控裝置發(fā)出脈沖或電壓信號(hào)，通過伺服系統(tǒng)控制機(jī)床各運(yùn)動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)。數(shù)控機(jī)床按進(jìn)給伺服系統(tǒng)控制方式分類有三種形式：開環(huán)控制系統(tǒng)、閉環(huán)控制系統(tǒng)和半閉環(huán)控制系統(tǒng)。 （1）開環(huán)數(shù)控機(jī)床 這種控制系統(tǒng)采用步進(jìn)電機(jī)，無位置測量元件，輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)算，輸出指令脈沖控制步進(jìn)電機(jī)工作，如圖1-1所示，這種控制方式對執(zhí)行機(jī)構(gòu)不檢測，無反饋控制信號(hào)，因此稱之為開環(huán)控制系統(tǒng)。開環(huán)控制系統(tǒng)的設(shè)備成本低，調(diào)試方便，操作簡單，但控制精度低，工作速度受到步進(jìn)電機(jī)的限制。 圖1-1 開環(huán)控制系統(tǒng) （2）閉環(huán)數(shù)控機(jī)床 這種控制系統(tǒng)絕大多數(shù)采用伺服電機(jī)，有位置測量元件和位置比較電路。如圖1-2所示，測量元件安裝在工作臺(tái)上，測出工作臺(tái)的實(shí)際位移值反饋給數(shù)控裝置。位置比較電路將測量元件反饋的工作臺(tái)實(shí)際位移值與指令的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電機(jī)工作，直至到達(dá)實(shí)際位置，誤差值消除，此稱之為閉環(huán)控制。閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高，但要求機(jī)床的剛性好，對機(jī)床的加工、裝配要求高，調(diào)試較復(fù)雜，而且設(shè)備的成本高。 圖1-2 閉環(huán)控制系統(tǒng) （3）半閉環(huán)數(shù)控機(jī)床(圖1-3) 這種控制系統(tǒng)的位置測量元件不是測量工作臺(tái)的實(shí)際位置，而是測量伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)角，經(jīng)過推算得出工作臺(tái)位移值，反饋至位置比較電路,與指令中的位移值相比較，用比較的誤差值控制伺服電機(jī)工作。這種用推算方法間接測量工作臺(tái)位移，不能補(bǔ)償數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)鏈零件的誤差，因此稱之為半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制精度高于開環(huán)控制系統(tǒng)，調(diào)試比閉環(huán)控制系統(tǒng)容易，設(shè)備的成本介于開環(huán)與閉環(huán)控制系統(tǒng)之間。 圖1-3 半閉環(huán)控制系統(tǒng) 1.1.6.4 按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類 將機(jī)床分為高、中、低擋（經(jīng)濟(jì)型）數(shù)控機(jī)床 見下表 功能 抵擋 中檔 高檔 分辨率 10 1 0.1 進(jìn)給速度 815 1524 15100 驅(qū)動(dòng)軸數(shù)（軸） 開環(huán) 半閉環(huán)或閉環(huán)直流或交流伺服系統(tǒng) 通信功能 23 24 35 顯示功能 一般無 RS-232或DNC接口 可有MAP通信接口，有聯(lián)網(wǎng)能力 內(nèi)裝PLC 無 有 有較強(qiáng)的PLC 主CPU 8位、16位 32位或32位以上的多CPU 1.2. 數(shù)控編程 數(shù)控機(jī)床和普通機(jī)床不同，整個(gè)加工過程中不需要人的操作，而由程序來進(jìn)行控制。在數(shù)控機(jī)床加工零件時(shí)，首先要分析零件圖樣的要求、確定合理的加工路線及工藝參數(shù)、計(jì)算刀具中心運(yùn)動(dòng)軌跡及其位置數(shù)據(jù)；然后然后把全部工藝過程以及其他輔助功能（主軸的正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)、切削液的開關(guān)、變速。換刀等）按運(yùn)動(dòng)順序，用規(guī)定的指令代碼及程序格式編制成數(shù)控加工程序，經(jīng)過調(diào)試后記錄在控制介質(zhì)（或稱程序載體）上；最后輸入到數(shù)控機(jī)床的數(shù)控裝置中，以此控制數(shù)控機(jī)床完成工件的全部加工過程。因此，把從分析零件圖樣開始到獲得正確的程序載體為止的全部過程為零件加工程序的編制。 數(shù)控編程一般分為手工編程和自動(dòng)編程兩種 1.2.1手工編程 手工編程是指程序編制的整個(gè)步驟幾乎全部是由人工完成的。對于幾何形狀不太復(fù)雜的零件，所需要的加工程序不長，計(jì)算也比較簡單，出錯(cuò)機(jī)會(huì)較少，這時(shí)用手工編程即及時(shí)又經(jīng)濟(jì)，因而手工編程仍被廣泛的應(yīng)用于形狀簡單的點(diǎn)位加工及平面輪廓加工中。但是工件輪廓復(fù)雜，特別是加工非圓弧曲線、曲面等平面，或工件加工程序較長時(shí)，使用手工編程將十分繁瑣、費(fèi)時(shí)，而且容易出錯(cuò)，常會(huì)出現(xiàn)手工編程工作跟不上數(shù)控機(jī)床的加工情況，影響數(shù)控機(jī)床的開動(dòng)率。此時(shí)必須用自動(dòng)編程的方法編制程序。 1.2.2自動(dòng)編程 自動(dòng)編程有兩種：APT軟件編程和CAM軟件編程 APT軟件是利用計(jì)算機(jī)和相應(yīng)的處理程序、后置處理程序?qū)α慵闯绦蜻M(jìn)行處理，以得到加工程序的編程方法。在具體的編程過程中，除擬定工藝方案仍主要依靠人工進(jìn)行外（有些自動(dòng)編程系統(tǒng)能確定最佳的加工工藝參數(shù)），其余的工作，包括數(shù)值計(jì)算、編寫程序單、制作數(shù)控介質(zhì)、程序檢驗(yàn)等各項(xiàng)工作均有計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成。編程人員只需要根據(jù)圖樣的要求，使用數(shù)控語言編寫出零件加工的源程序，送入計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、后置處理，編寫出零件加工程序單，并在屏幕模擬顯示加工過程，及時(shí)修改，將加工程序通過直接通信的方式送入數(shù)控機(jī)床，指揮機(jī)床工作。 CAM軟件是將加工零件以圖形的形式輸入計(jì)算機(jī)，有計(jì)算機(jī)自動(dòng)進(jìn)行數(shù)值計(jì)算、前置處理，在屏幕上形成加工軌跡，及時(shí)修改，再通過后置處理形成加工程序輸入數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工。自動(dòng)編程的出現(xiàn)使得一些計(jì)算繁瑣、手工編程困難、或手工無法編出的程序都能夠?qū)崿F(xiàn)。 第二章 數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì) 2.1 外露凹圓臺(tái)的分析 由零件圖可知，該零件為板狀零件，采用先氣割下料工件后，上下面及四周銑光后再進(jìn)行正式上數(shù)控機(jī)床加工，材料為45號(hào)鋼。 上下面與四周銑可以在普通銑床上完成，數(shù)控銑為后續(xù)粗精加工的工序。主要為先銑外輪廓和內(nèi)輪廓以及中間孔，再銑凹槽和腰槽，最后鉆攻螺絲孔。 2.2 刀具、量具的選擇 由圖樣分析，該圖樣的輪廓的最小半徑為R9，以此我們在銑輪廓時(shí)選用φ18mm立銑刀。同樣腰形凹槽的銑削，采用鍵槽銑刀。中間孔也采用鍵槽銑刀。四個(gè)M10的孔采用先鉆孔后攻絲孔，可以選選擇中心鉆，選擇A4中心鉆頭，接著鉆孔選擇φ8.2鉆頭，攻絲選擇M10的絲攻。量具選擇0--150mm游標(biāo)卡尺，75-100mm外徑千分尺，深度游標(biāo)卡尺等。 2.3編制加工工藝 2.3.1 手動(dòng)加工上表面或者四周平面 安裝 平面銑刀并對刀，設(shè)定刀具參數(shù)，加工上表面至精度要求. 2.3.2 銑外凹圓臺(tái)輪廓和內(nèi)凹圓臺(tái)輪廓 1）粗銑外、內(nèi)凹圓臺(tái)輪廓面。 2）精銑外、內(nèi)凹圓臺(tái)輪廓面 2.3.3 銑中間孔及各腰槽 1）安裝鍵槽銑刀并對刀，設(shè)定刀具參數(shù)，粗銑中間孔，留0.50mm單邊余量 2）實(shí)測工件外輪廓尺寸，調(diào)整刀具參數(shù)，精銑至工藝要求。 2.3.4 加工4-M10 孔 1）安裝中心鉆A4，對準(zhǔn)四個(gè)M10孔中心，打中心孔。 2）安裝φ8.2 鉆頭并對刀，設(shè)定參數(shù) ，鉆通孔。 2）安裝M10絲攻并對刀，設(shè)定刀具參數(shù)，攻絲 2.3.5 確定安裝定位方案 選擇工作臺(tái)作為定位面，側(cè)面作為夾緊平面，首先手動(dòng)銑削底面，精加工到基準(zhǔn)面后，再以機(jī)用平口鉗定位，用百分表將機(jī)用平口鉗的固定鉗口側(cè)面找正放平，然后在鉗口處利用標(biāo)準(zhǔn)塊墊平，一定要考慮墊鐵與加工部位是否干涉，鉆孔時(shí)注意不要鉆到墊鐵。 2.3.6 背吃刀量 它主要根據(jù)機(jī)床，夾具，工件和刀具的剛性決定。在允許的條件下，最好一次性切除余量，以提高加工效率，這里選擇一次切除余量（即5.0mm） 2.3.7 主軸轉(zhuǎn)速n 根據(jù)允許的切削速度v選取轉(zhuǎn)速 式中，D為刀具直徑（mm），v由刀具壽命決定。 Φ18mm立銑刀切削速度v常選為10-25m/min.這里取，則主軸轉(zhuǎn)速 φ8.2鉆頭速度常選為則主軸轉(zhuǎn)速 M10絲攻速度常選為則主軸轉(zhuǎn)速 這里選取 2.3.8 進(jìn)給量 通常是根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及刀具和工件材料進(jìn)行選擇。當(dāng)加工精度要求較高時(shí)，進(jìn)給量應(yīng)選擇小一些，查表選取每齒進(jìn)給0.05mm，確定進(jìn)給速度 進(jìn)給速度是根據(jù)每齒進(jìn)給，齒數(shù)和已知的轉(zhuǎn)速計(jì)算出來的 其余刀具進(jìn)給速度可查表計(jì)算 這里選取，在實(shí)際使用中我們可以根據(jù)自身操作機(jī)床對計(jì)算的值適當(dāng)?shù)淖餍┱{(diào)整。 2.4 手動(dòng)編制程序 根據(jù)零件可知，手動(dòng)編制的程序是有兩個(gè)工部，中間兩處凹槽和四個(gè)φ10H7的孔。 2.4.1 銑中間孔 O0100 N10 G0 G90 G54X-24.Y0 S1000 M3 N20 G43 H1 Z50. N30 Z10. N40 G1 Z-5. F120 N50 G2 X-15. Y9. R9. F120 N60 G1 X15. N70 G2 Y-9 .R9. N80 G1 X-15. N90G2 X-24.Y0.R9. N100 G1 Z5. F120 N110 G0 Z50. N120M5 N130 G91 G28 Z0. N140 G28 X0. Y0 N150 M30 2.4.2 銑兩寬18mm腰槽 O0200 N10 G0G90G54X0.Y-9.A0.S1200M3 N20 G43H1Z50. N30Z10. N40 G1Z-3.F100. N50 X10.392Y9.F200. N60 X-10.392 N70 X0.Y-9. N80 Z7.F800. N90 G0Z50. N100 M5 N110 G91G28Z0. N120 G28X0.Y0.A0. N130 M30N0G91G28Z0. N140 G28X0.Y0.A0. N150 M30 2.4.3 四個(gè)M10孔的加工 O0200 N10 T0202 換φ8.2mm鉆頭 N20 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 N25 M03 S600 N30 Z20 M08 N40 G98 G81 X25 Y30 Z-20 R10 F60 鉆4-φ8.2孔的第一個(gè)孔 N50 X-25 Y30 第2個(gè)φ8.2孔 N60 X-25Y-30 第3個(gè)φ8.2孔 N70 X25 Y-30 第4個(gè)φ8.2孔 N80 G00 Z100 M09 N90 T00303 換M10絲攻 N100 G54 G90 G00 X0 Y0 Z100 攻4-M10孔 N110 M03 S60 N120 Z20 M08 N130 G98 G81 X25Y30 Z-24 F20 第1個(gè)M10孔 N140 X-25 Y30 第2個(gè)M10孔 N150 X-25 Y-30 第3個(gè)M10孔 N160 X25 Y-30 第4個(gè)M10孔 N170 G00 Z100 M09 N180 M05 N190 M30 第三章 外露凹圓臺(tái)的自動(dòng)編程與仿真加工 3.1 CAXA制造工程師的介紹 CAXA制造工程師 是在Windows環(huán)境下運(yùn)行CAD/CAM一體化的數(shù)控加工編程軟件。軟件集成了數(shù)據(jù)接口、幾何造型、加工軌跡生成、加工過程仿真檢驗(yàn)、數(shù)控加工代碼生成、加工工藝單生成等一整套面向復(fù)雜零件和模具的數(shù)控編程功能。 實(shí)體曲面結(jié)合 3.1.1 方便的特征實(shí)體造型 采用精確的特征實(shí)體造型技術(shù)，可將設(shè)計(jì)信息用特征術(shù)語來描述，簡單而準(zhǔn)確。通常的特征包括孔、槽、型腔、凹圓臺(tái)、圓柱體、球體、管子等，CAXA制造工程師 可以方便地建立和管理這些特征信息。 先進(jìn)的“精確特征實(shí)體造型”技術(shù)完全拋棄了傳統(tǒng)的體素拼合和交并差的繁瑣方式，使整個(gè)設(shè)計(jì)過程直觀，簡單。 實(shí)體模型的生成可以用增料方式，通過拉伸，旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)動(dòng)，放樣或加厚曲面來實(shí)現(xiàn)；也可以通過減料方式，從實(shí)體中減掉實(shí)體或用曲面裁剪來實(shí)現(xiàn)。還可以用等半徑過渡，變半徑過渡，倒角，打孔，增加拔摸斜度和抽殼等高級(jí)特征功能來實(shí)現(xiàn)。 3.1.2 強(qiáng)大的NURBS自由曲面造型 CAXA制造工程師 繼承和發(fā)展了前一代版本的曲面造型功能。從線框到曲面，提供了豐富的建模手段?？赏ㄟ^列表數(shù)據(jù)，數(shù)學(xué)模型，字體文件及各種測量數(shù)據(jù)生成樣條曲線；通過掃描，放樣，拉伸，導(dǎo)動(dòng)，等距，邊界，網(wǎng)格等多種形式生成復(fù)雜曲面；并可對曲面進(jìn)行任意裁剪，過渡，延伸，縫合，拼接，相交，變形等，建立任意復(fù)雜的零件模型。通過曲面模型生成的真實(shí)感圖，可直觀顯示設(shè)計(jì)結(jié)果。 3.1.3 靈活的曲面實(shí)體復(fù)合造型模式 利用這一模式，可實(shí)現(xiàn)曲面裁剪實(shí)體，曲面生成實(shí)體曲面約束實(shí)體等混合操作，是用戶設(shè)計(jì)產(chǎn)品和模具的有利工具。 二優(yōu)質(zhì)高效的數(shù)控加工 CAXA制造工程師 快速高效的加工功能涵蓋了從2軸到3軸的數(shù)控銑削加工功能。 CAXA制造工程師 將CAD模型與CAM加工技術(shù)無縫集成，可直接對曲面，實(shí)體模型進(jìn)行一致的加工操作。支持先進(jìn)實(shí)用的軌跡參數(shù)化和批處理功能，明顯提高工作效率。支持高速切削，大幅度提高加工效率和加工質(zhì)量。通過的后置處理可向任何數(shù)控系統(tǒng)輸出加工代碼。 3.1.4 2軸到3軸的數(shù)控加工功能 2軸到2.5軸加工方式:可直接利用零件的輪廓曲線生成加工軌跡指令,而無需建立其三維模型:提供輪廓加工和區(qū)域加工功能,加工區(qū)域內(nèi)允許有任意形狀和數(shù)量的島.可分別指定加工輪廓和島的拔模斜度,自動(dòng)進(jìn)行分層加工。 3軸加工方式：多樣化的加工方式可以安排從粗加工，半精加工到精加工的加工工藝路線 3.1.5 支持高速加工 支持高速切削工藝，提高產(chǎn)品精度，降低代碼數(shù)量，使加工質(zhì)量和效率大大提高。 3.1.6 參數(shù)化軌跡編輯和軌跡批處理 CAXA制造工程師 的“軌跡再生成”功能可實(shí)現(xiàn)參數(shù)化軌跡編輯。只需選中已有的數(shù)控加工軌跡，修改原定義的加工參數(shù)表，即可重新生成加工軌跡。 CAXA制造工程師 可以先定義加工軌跡參數(shù)，而不立即生成軌跡。工藝設(shè)計(jì)人員可先將大批加工軌跡參數(shù)事先定義，而在某一集中時(shí)間批量生成。這樣，合理地優(yōu)化了工作時(shí)間。 3.1.7 加工工藝控制 CAXA制造工程師 提供了豐富的工藝控制參數(shù)，可以方便地控制加工過程，使編程人員的經(jīng)驗(yàn)的到充分的利用。 3.1.8 加工軌跡仿真 CAXA制造工程師 提供了軌跡仿真手段以檢驗(yàn)數(shù)控代碼的正確性?？梢酝ㄟ^實(shí)體真實(shí)感仿真如實(shí)地模擬加工過程，展示加工零件的任意截面，顯示加工軌跡。 3.1.9 通用后置處理 CAXA制造工程師 提供的后置處理器無需生成中間文件就可直接輸出G代碼控制指令。系統(tǒng)不僅可以提供常見的數(shù)控系統(tǒng)后置格式，用戶還可以定義專用數(shù)控系統(tǒng)的后置處理格式。 3.1.10 豐富流行的數(shù)據(jù)接口 CAXA制造工程師是一個(gè)開放的設(shè)計(jì)/加工工具，具有豐富的數(shù)據(jù)接口，它包括直接讀取三維CAD軟件如CATIA，Pro/E的數(shù)據(jù)接口；基于曲面的DXF和IGES標(biāo)準(zhǔn)圖形接口；基于實(shí)體的STEP標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)接口；基于Parasolid幾何核心的X_T,X_B格式文件；面向快速成型設(shè)備的STL以及面向Internet和虛擬現(xiàn)實(shí)的VRML（虛擬現(xiàn)實(shí)標(biāo)記語言）接口。這些保證了與目前流行的CAD軟件進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)交換，使企業(yè)可以跨平臺(tái)和跨地域與合作伙伴實(shí)現(xiàn)虛擬產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)。 3.2 零件造型及加工 3.2.1 外露凹圓臺(tái)的CAXA建模 通過CAXA制造工程師，對凹圓臺(tái)進(jìn)行三維實(shí)體建模，得出建模后的圖形如下： 圖3.1 凹圓臺(tái)的CAXA三維造型 3.2.2凹圓臺(tái)的加工 3.2.2.1 凹圓臺(tái)輪廓銑削 1、刀具軌跡 圖3.2 凹圓臺(tái)輪廓加工刀具路徑 2、加工參數(shù) 圖3.3 凹圓臺(tái)輪廓刀具加工參數(shù) 圖3.4 凹圓臺(tái)輪廓切削用量參數(shù) 3、線框仿真加工 圖 3.5 凹圓臺(tái)輪廓仿真加工 3.2.2.2中間凹槽的加工 1、刀具軌跡 圖3.6 銑中間凹槽輪廓的刀具路徑 2、加工參數(shù) 圖3.7 銑凹槽輪廓加工參數(shù) 3.2.2.3孔的加工 1、孔加工刀具軌跡 圖3.8 鉆孔刀具路徑 2、刀具參數(shù) 圖3.9孔加工參數(shù) 圖3.10 孔加工參數(shù)刀具設(shè)置 總 結(jié) 凹圓臺(tái)數(shù)控加工設(shè)計(jì)是一個(gè)重要的時(shí)間性教學(xué)環(huán)節(jié)，綜合的運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行的設(shè)計(jì)訓(xùn)練，對于這次的課程設(shè)計(jì)我的總結(jié)和體會(huì)有以下幾點(diǎn)： 1、通過設(shè)計(jì)，全面地、系統(tǒng)地了解和掌握數(shù)控加工工藝過程及其基本知識(shí)，學(xué)習(xí)總體的方案擬定、分析與比較的方法。 2、通過對凹圓臺(tái)的工藝設(shè)計(jì)，掌握數(shù)控機(jī)床和幾種刀具和夾具、設(shè)計(jì)計(jì)算及選用的方式 3、通過對此工藝的設(shè)計(jì)，加深了我們對數(shù)控加工工藝與編程的理解及掌握。 4、鍛煉提高這些應(yīng)用手冊和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻(xiàn)資料及撰寫科技論文的能力 參考文獻(xiàn) 【1】 《機(jī)械設(shè)計(jì) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)》高等教育出版社； 重慶大學(xué) 何小柏主編 【2】 《實(shí)用機(jī)械加工工藝手冊》 機(jī)械工業(yè)出版社；陳宏均主編 【3】 《數(shù)控加工工藝與編程》 北京理工大學(xué)出版社；楊建明主編 【4】 《互換性與技術(shù)測量》 中國計(jì)量出版社； 廖念釗 古瑩彥 莫雨松 李碩根 楊興駿 編著 【5】 《金屬切削原理與刀具》哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社； 韓榮第主編 【6】 《工程材料與機(jī)械制造基礎(chǔ)》化學(xué)工業(yè)出版社； 陶亦亦、潘玉嫻 編著 【7】 《刀具工程師手冊》PDF版 【8】 《機(jī)床夾具設(shè)計(jì)手冊》PDF版 【9】 《切削用量簡明手冊》（第3版）機(jī)械工業(yè)出版社； 艾興 肖詩鋼主編 【10】 《機(jī)械制造工藝設(shè)計(jì)簡明手冊》哈爾濱工業(yè)大學(xué)； 李益民主編 35 致謝 本論文是在指導(dǎo)教師xxx老師的悉心指導(dǎo)和幫助下完成的，他對本課題設(shè)計(jì)的構(gòu)思、框架和理論運(yùn)用給予了許多深入的指導(dǎo)，使得論文與實(shí)做得以順利完成。 感謝所有同學(xué)及老師給予我們的關(guān)心和幫助，在論文與實(shí)做過程中，給我們提共了難得的實(shí)習(xí)場地與實(shí)習(xí)設(shè)施。感謝學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)們多年來對我們的關(guān)心和支持。 在論文寫作過程中，結(jié)合工作體會(huì)和經(jīng)歷，提出了正反兩方面建設(shè)性的觀點(diǎn)，可以說設(shè)計(jì)、論文和實(shí)做是在爭議當(dāng)中創(chuàng)作的，它為完成論文給予了極大的幫助。 還要感謝專家評(píng)委，撥冗為論文進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。 再次感謝所有支持和幫助過我們的領(lǐng)導(dǎo)、老師、同學(xué)們和朋友們。