数控车床毕业设计.docx

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数控车床毕业设计

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毕业设计

题目数控车床

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摘要

数控机床是一种装有程序控制的机床，机床的运动和动作按照这种程序系统发出的特定代码和符号编码组成的指令进行。

如今，机械加工行业大量采用数控机床取代传统的普通机床进行机械加工，普通机械逐渐被数控机械所代。

数控机床综合了微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制、电机与拖动，电子和电力、精密测量、气液压及现代机械制造技术等多种先进技术的机电一体化产品。

具有高精度，高效率，柔性自动化等特点决定了今后发展数控机床是我国机械制造业技术改造的必由之路。

机床数控系统，即计算机数字控制（cnc）系统是在传统的硬件数控（nc）的基础上发展起来的。

它主要由硬件和软件两大部分组成。

通过系统控制软件与硬件的配合，完成对进给坐标控制、主轴控制、刀具控制、辅助功能控制等。

cnc系统利用计算机来实现零件程序编辑、坐标系偏移、刀具补偿、插补运算、公英制变换、图形显示和固定循环等。

使数控机床按照操作设计要求，加工出需要的零件。

关键词：

数控车床，机械制造自动化，数控编程

第一章数控机床的简介

数控机床是数字控制机床（Computernumericalcontrolmachinetools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。

该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。

经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。

数控机床较好地解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题，是一种柔性的、高效能的自动化机床，代表了现代机床控制技术的发展方向，是一种典型的机电一体化产品。

1.1数控系统的组成成分

在数控加工中，数控铣削加工最为复杂，需解决的问题也最多。

除数控铣削加工之外的数控线切割、数控电火花成型、数控车削、数控磨削等的数控编程各有其特点，伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动。

具体有以下部分构成：

1.1.1主机是数控机床的主体

包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。

他是用于完成各种切削加工的机械部件。

1.1.2数控装置为数控机床的核心

包括硬件（印刷电路板、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。

1.1.3驱动装置是数控机床执行机构的驱动部件

包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。

他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。

当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。

1.1.4指数控机床的一些必要的配套部

用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。

它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台，还包括刀具及监控检测装置等。

1.2数控系统的特点

数控系统的特点数控机床的操作和监控全部在这个单元中完成，它是数控机

对加工对象的适应性强，适应模具等产品单件生产的特点，为模具的制造提供了合适的加工方法；

加工精度高，具有稳定的加工质量；

可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；

加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；

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3~5倍）；

机床自动化程度高，可以减轻劳动强度；

有利于生产管理的现代化数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，使用了计算机控制方法，为计算机辅助设计、制造及管理一体化奠定了基础；

对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高；

可靠性高

数控系统的软件分为管理软件和控制软件两种。

管理软件用来管理零件程序的输入、输出、刀具位置、系统参数、零件程序显示、机床状态及报警，故障诊断等。

控制软件由译码、插补运算、刀具补偿、速度控制、位置控制等软件组成。

系统程序存于计算机内存储器。

所有的数控功能基本上都依靠该程序来实现。

硬件是软件活动的物理基础。

而软件则是整个系统的灵魂。

第二章数控机床的应用

数控加工，就是泛指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。

数控机床是一种

用计算机来控制的机床，用来控制机床的计算机，不管是专用计算机、还是通用计算机都统称为数控系统。

数控机床的运动和辅助动作均受控于数控系统发出的指令。

而数控系统的指令是由程序员根据工件的材质、加工要求、机床的特性和系统所规定的指令格式（数控语言或符号）编制的。

数控系统根据程序指令向伺服装置和其它功能部件发出运行或终断信息来控制机床的各种运动。

当零件的加工程序结束时，机床便会自动停止。

任何一种数控机床，在其数控系统中若没有输入程序指令，数控机床就不能工作。

机床的受控动作大致包括机床的起动、停止；主轴的启停、旋转方向和转速的变换；进给运动的方向、速度、方式；刀具的选择、长度和半径的补偿；刀具的更换，冷却液的开起、关闭等。

数控机床的特点

具有高度柔性，在保证工件表面精度，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。

因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。

也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。

加工精度高，数控机床的加工精度，一般可达到0.005～0.1mm，数控机床是2.3数控车床编程中的坐标系2.3.1机床坐标系以机床原点为坐标系原点建立起来的Ｘ、Ｚ轴直角坐标系，为机床坐标系。

车床的机床原点为主轴旋转中心与卡盘后端面之交点。

机床坐标系是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础，一般不允许随意变动。

参考点，参考点是机床上的一个固定点。

该点是刀具退离到一个固定不便的极限点，其位置由机械挡块或行程开关确定。

以参考点为原点，坐标方向与机床坐标方向相同建立的坐标系叫做参考坐标系。

机床坐标系，以机床原点为坐标系原点建立起来的Ｘ、Ｚ轴直角坐标系，成为机床坐标系。

车床的机床原点为主轴旋转中心与卡盘后端面之交点。

机床坐标系是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础，一般不允许随意变动。

工件坐标系，数控编程时应该首先确定工件坐标系和工件原点。

零件在设计中有设计基础，在加工过程中有工艺基准，同时应尽量将工艺基准和设计基准统一，该基准点通常成为工件原点，以工件原点为坐标原点建立起来的Ｘ、Ｚ轴直角坐标系为工件坐标系。

在车床上工件原点可以选择在工件的左或右端面上，即工件坐标系是将单靠坐标系通过对刀平移得到的.

切削用量三要素

切切削用量是指切削速度vc、进给量f（或进给速度vf）、背吃刀量ap三者的总称，也称为切削用量三要素。

它是调整刀具与工件间相对运动速度和相对位置所需的工艺参数。

它们的定义如下：

（一）切削速度vc切削刃上选定点相对于工件的主运动的瞬时速度。

计算公式如下vc=（πdwn）/1000（1-1）式中vc——切削速度（m/s），dw---工件待加工表面直径（mm）；n——工件转速（r/s）。

在计算时应以最大的切削速度为准，如车削时以待加工表面直径的数值进行计算，因为此处速度最高，刀具磨损最快。

进给量f工件或刀具每转一周时，刀具与工件在进给运动方向上的相对位移量。

进给速度vf是指切削刃上选定点相对工件进给运动的瞬时速度。

vf=fn（1-2）式中vf——进给速度（mm/s）；n——主轴转速（r/s）；f——进给量（mm）。

背吃刀量ap通过切削刃基点并垂直于工作平面的方向上测量的吃刀量。

根据此定义，如在纵向车外圆时，其背吃刀量可按下式计算：

ap=（dw—dm）/2（1-3）式中dw——工件待加工表面直径（mm）；5dm——工件已加工表面直径（mm）。

2.5数控车床的种类加工范围、型号2.5.1精度要求高的零件由于数控车床的刚性好，制造和对刀具的要求也特别高。

第三章数控机床的应用与维护

3.1确定典型加工工件“族”

确定加工什么样零件是选择设备的第一步。

企业根据技术改造和生产发展需要，确定有哪些零件、那些工序准备用新的加工设备来完成，要考虑到产品发展的远景规划。

用成组技术把这些零件进行分组归类，确定准备主要加工对象的典型零件族。

在归类中往往会遇到零件规格大小相差很多、零件形状相差较大、各类零件加工工时大大超过设备满负荷工时等问题，因此，要进一步选择确定生产纲领又比较接近要求的典型工件族。

典型工件族按外型可以分为菱形类（箱体类）、板类、回转体类（盘、套、轴、法兰）和异形类等；按加工精度要求又可分普通级和精密级等。

典型零件分类清楚了，基本加工设备也就比较明确了。

3.2典型零件族的工艺规程设计

在确定加工零件后还必须用数控加工工艺的学观点对工艺流程进行新的规划设计，这里包括对原工艺生产流程的变革、探索实现新工艺方法的可行性、探索实现现代生产管理和物流管理可行性、探索使用先进刀具工装大幅度提高生产效率的可行性、探索在生产线上数控设备和其他设备（普通的、专机的）的合理配制工艺等，目的是希望得到使用数控机床后的最佳工艺制造流程。

下面是几个典型类零件的合理加工工艺。

轴类零件：

铣端面打中心孔→数控车床（粗加工）→数控磨床（精加工）；法兰和盘类件：

数控车床（粗加工）→车削中心（精加工）；

型腔模具零件：

普通机床加工外形及基面→数控铣床加工型面→高速数控铣精加工→抛光或电腐蚀型面；

板类零件：

双轴铣床或龙门铣床加工大平面→立式加工中心上加工各类孔；箱体零件：

立式加工中心上加工底面→卧式加工中心上加工四周面各工艺面。

在安排工艺流程中考虑下列因素：

选择最短的加工工艺流程，数控机床有相当大适应性，但也不是万能的，从经济观点考虑，典型工件族中每一种零件都有一个经济批量，应在经济批量基础上使用比较先进的工艺手段。

尽量发挥机床的各种工艺特点，追求最大限度地发挥数控机床的综合加工能力特长（多工序集中的工艺特点），应在生产流程中配置最少的机床数量、最少的工艺装备和夹具。

要考虑生产线或生产车间的各种设备能力的平衡。

作为单台数控机床的选择或一条生产线的配置，单一的设备不可能完全包下一个工件的全部加工工序，必然有和其他设备的工序转接，各设备之间的生产能力要平衡，满足生产节拍的综合要求，所以安排每台设备上的工序数量、加工工序顺序等既要发挥各台数控机床的特长、满足精度要求，还要进一步应考虑各台机床上工件转序时工艺基准的合理使用。

在安排数控加工工艺中经常碰到的问题是工序集中与工艺加工渐精原则的矛盾。

在数控机床的使用上，人们普遍采用将多工序集中在一台机床上完成的工艺集中原则，以此来追求提高生产率，缩短零件加工周期，甚至希望工件在一次装卡中全部加工完毕。

但实际上对一些复杂的、精度要求较高的工件，由于在加工过程中的热变形、内应力引起的工件变形、工夹具夹紧变形、热处理要求时效等工艺因素和程编者操作因素等，很难一次装卡完成全部加工。

基本工艺准则中对加工零件的逐步精化要求制约着工序集中的数量，妥善处理这两者矛盾是数控加工工艺的重要内容。

在对典型工件族工艺流程的安排中，应妥善安排各台机床和生产线的手工调整和检测等工作，即人工干预的影响。

企业要根据自身的技术装备能力、技术水平和技术改造投入的力度，确定在工艺流程中人工干预的程度，这决定了对选择数控机床的自动化水平和功能要求。

应客观考虑适当采用手工调整来补充企业要达到完全自动化的能力，对企业的工艺能力和设备水平确切定位。

数控机床的最主要规格是几个数控轴的行程范围和主轴电机功率。

机床的三个基本直线坐标（X、Y、Z）行程反映该机床允许的加工空间，在车床中两个坐标（X、Z）反映允许回转体的大小。

一般情况下加工工件的轮廓尺寸应在机床的加工空间范围之内，例如，典型工件是450mm×450mm×450mm的箱体，那么应选取工作台面尺寸为500mm×500mm的加工中心。

选用工作台面比典型工件稍大一些是出于安装夹具考虑的。

机床工作台面尺寸和三个直线坐标行程都有一定的比例关系，如上述工作台（500mm×500mm）的机床，x轴行程一般为（700～800）mm、y轴为（500～700）mm、z轴为（500～600）mm左右。

因此，工作台面的大小基本上确定了加工空间的大小。

个别情况下也允许工件尺寸大于坐标行程，这时必须要求零件上的加工区域处在行程范围之内，而且要考虑机床工作台的允许承载能力，以及工件是否与机床交换刀刀具的空间干涉、与机床防护罩等

附件发生干涉等系列问题。

数控机床的主电机功率在同类规格机床上也可以有各种不同的配置，一般情况下反映了该机床的切削刚性和主轴高速性能。

例如，轻型机床比标准型机床主轴电机功率就可能小1～2级。

目前一般加工中心主轴转速在（4000～8000）r/min，高速型机床立式机床可达（20000～70000）r/min，卧式机床（10000～20000）r/min，其主轴电机功率也成倍加大。

主轴电机功率反映了机床的切削效率，从另一个侧面也反映了切削刚性和机床整体刚度。

在现代中小型数控机床中，主轴箱的机械变速已较少采用，往往都采用功率较大的交流可调速电机直联主轴，甚至采用电主轴结构。

这样的结构在低速中扭矩受到限制，即调速电机在低转速时输出功率下降，为了确保低速输出扭矩，就得采用大功率电机，所以同规格机床数控机床主轴电机比普通机床大好几倍。

当使用单位的一些典型工件上有大量的低速加工时，也必须对选择机床的低速输出扭矩进行校核。

轻型机床在价格上肯定便宜，要求用户根据自己的典型

3.4机床精度的选择

典型零件的关键部位加工精度要求决定了选择数控机床的精度等级。

数控机床根据用途又分为简易型、全功能型、超精密型等，其能达到的精度也是各不一样的。

简易型目前还用于一部分车床和铣床，其最小运动分辩率为0.01mm，运动精度和加工精度都在（0.03～0.05）mm以上。

超精密型用于特殊加工，其精度可达0.001mm以下。

这里主要讨论应用最多的全功能数控机床（以加工中心为主）。

按精度可分为普通型和精密型，一般数控机床精度检验项目都有20～30项，但其最有特征项目是：

单轴定位精度、单轴重复定位精度和两轴以上联动加工出试件的圆度，定位精度和重复定位精度综合反映了该轴各运动部件的综合精度。

尤其是重复定位精度，它反映了该轴在行程内任意定位点的定位稳定性，这是衡量该轴能否稳定可靠工作的基本指标。

目前数控系统中软件都有丰富的误差补偿功能，能对进给传动链上各环节系统误差进行稳定的补偿。

例如，传动链各环节的间隙、弹性变形和接触刚度等变化因素，它们往往随着工作台的负载大小、移动距离长短、移动定位速度的快慢等反映出不同的瞬时运动量。

在一些开环和半闭环进给伺服系统中，测量元件以后的机械驱动元件，受各种偶然因素影响，也有相当大的随机误差影响，如滚珠丝杠热伸长引起的工作台实际定位位置漂移等。

第四章数控机床的维护

数控系统是数控机床的核心部件，因此，数控机床的维护主要是数控系统的维护。

数控系统经过一段较长时间的使用，电子元器件性能要老化甚至损坏，有些机械部件更是如此，为了尽量地延长元器件的寿命和零部件的磨损周期，防止各种故障，特别是恶性事故的发生，就必须对数控系统进行日常的维护。

概括起来，要注意以下几个方面。

4.1控系统日常维护的规章制度

根据各种部件特点，确定各自保养条例。

如明文规定哪些地方需要天天清理（如CNC系统的输入／输出单元——光电阅读机的清洁，检查机械结构部分是否润滑良好等），哪些部件要定期检查或更换（如直流伺服电动机电刷和换向器应每月检查一次）。

4.2数控系统长时间不用的维护

为提高数控系统的利用率和减少数控系统的故障，数控机床应满负荷使用，而不要长期闲置不用，由于某种原因，造成数控系统长期闲置不用时，为了避免数控系统损坏，需注意以下两点：

要经常给数控系统通电，特别是在环境湿度较大的梅雨季节更应如此，在机床锁住不动的情况下（即伺服电动机不转时），让数控系统空运行。

利用电器元件本身的发热来驱散数控系统内的潮气，保证电子器件性能稳定可靠，实践证明，在空气湿度较大的地区，经常通电是降低故障率的一个有效措施。

数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的，应将电刷从直流电

参考文献

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【2】王书田、黄丽荣、王勃.金属材料与热处理，大连理工大学出版社。

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公差配合与测量技术。

大连理工大学出版社。

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电工基础。

中国地质大学出版社有限责任公司。

【5】刘彩宝，石伟，王建国。

数控车床编程与操作。

化学工业出版社。

致谢

在本次论文设计过程中，感谢我的学校，给了我学习的机会，在毕业设计中，感谢**老师从选题指导、论文框架到细节修改，都给予了细致的指导，提出了很多宝贵的意见与建议，老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。

他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。

这篇设计是在老师的精心指导和大力支持下才完成的同时，感谢学校具远瞻的规划与教育，给予我们良好的学习环境，并提供给我们对学业及个人生涯发展的多元信息，帮助我们成长。

感谢所有授我以业的老师，没有这些年知识的积淀，我没有这么大的动力和信心完成这篇论文。

感恩之余，诚恳地请各位老师对我的论文多加批评指正，使我及时完善论文的不足之处。

最后感谢两年来陪伴我一起的同学们，伙伴们，那是我们青春中最灿烂的一页，最辉煌的回忆，这些都将是我一生的财富。

三年时间虽然短暂，但它必将在我的记忆里永恒。

谨以此致谢最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅的各位老师表示衷心的感谢。