数控内孔零件的编程与加工.docx

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数控内孔零件的编程与加工

毕业设计（论文）

数控内孔零件的编程与加工

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数控车床的基本运用

摘要

刀具数控加工是机械行业一门新的专业,数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。

它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批

量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。

随着计算机、自动控制技术的飞速发展，数控技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。

同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。

随着社会需求个性化、多样化的发展,生产规模沿着小批量——大批量——多品种变批量的方向发展,以及以计算机为代表的高技术和现代化管理技术的引入，渗透与融合，不断地改变着传统制造技术的面貌和内涵，从而形成了先进制造技术。

数控就是一种自动控制技术,它所控制的一般是位置、角度、速度等机械量。

采用了数控技术的机床，它是一个装有程序控制的机床，该系统能够逻辑地处理具有使用号码或其他符号编码指令规定的程序。

关键词：

数控技术；加工工艺；利于生产；效率高

摘要TNumericalcontrolmachiningisanewspecialtyinmechanicalindustry.Numericalcontroltechnologyisthetechnologyofrealizingautomaticworkofnumericalcontrolmachinecontrolledbydigitalprogram.Itiswidelyusedinthefieldofmachinerymanufacturingandautomation,andcansolvetheproblemofmultivarietyandsmallbatch

Quantityandcomplexpartsprocessingandproductionprocessautomation.Withtherapiddevelopmentofcomputerandautomaticcontroltechnology,CNCtechnologyhasbeenwidelyusedinCNCmachinetools,robotsandallkindsofmechatronicsequipment.

Atthesametime,withtherapiddevelopmentofsocialeconomy,therequirementsofCNCdevicesandCNCmachineryhavebeendevelopedandimprovedrapidlyintheoryandapplication.

Withthedevelopmentofindividuationanddiversificationofsocialdemand,theproductionscaleisdevelopingalongthedirectionofsmallbatch-largebatch-multivarietyandvariablebatch,aswellastheintroduction,penetrationandintegrationofhightechnologyandmodernmanagementtechnologyrepresentedbycomputer,constantlychangingtheappearanceandconnotationoftraditionalmanufacturingtechnology,thusformingadvancedmanufacturingtechnology.

Numericalcontrolisakindofautomaticcontroltechnology,whichgenerallycontrolstheposition,angle,speedandothermechanicalquantities.ThemachinetoolwithNCtechnologyisamachinetoolwithprogramcontrol.Thesystemcanlogicallyprocesstheprogramwithcodeinstructionofnumberorothersymbols.

KeyWords:

NumericalControlTechnology;processingtechnology;

关键词NumericalControlTechnology;processingtechnology;benefittoproduction;highefficiency

引言

从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。

数控加工具有如下特点:

加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。

数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。

数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。

1数控机床的发展背景

1.1数控机床的发展

数控机床最早诞生于美国。

1948年，美国帕森斯公司在研制加工直升机叶片轮廓检查用样板的机床时，提出了数控机床的设想，后受美国空军委托与麻省理工学院合作，于1952年试制了世界上第一台三坐标数控立式铣床，其数控系统采用电子管。

1960年开始，德国、日本、中国等都陆续地开发、生产及使用数控机床，中国于1968年由北京第一机床厂研制出第一台数控机床。

1974年微处理器直接用于数控机床，进一步促进了数控机床的普及应用和飞速发展。

由于微电子和计算机技术的不断发展，数控机床的数控系统一直在不断更新，到目前为止已经历过以下几代变化：

第一代数控（1952~1959年）：

采用电子管构成的硬件数控系统；

第二代数控（1959~1965年）：

采用晶体管电路为主的硬件数控系统；

第三代数控（1965年开始）：

采用小、中规模集成电路的硬件数控系统；

 第四代数控（1970年开始）：

采用大规模集成电路的小型通用电子计算机数控系统；

 第五代数控（1974年开始）：

采用微型计算机控制的数控系统； 

第六代数控（1990年开始）：

采用工控PC机的通用CNC系统。

 前三代为第一阶段，数控系统主要是由硬件联结构成，称为硬件数控；后三代称为计算机数控，其功能主要由软件完成。

1.2数控机床的现状

 从20世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的变化。

数控加工具有如下特点：

加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。

数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。

数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备。

  进入21世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展的新时期。

机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织后激烈的国际市场竞争的压力，加速推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。

随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。

本文简要分析了数控机床高速化、高精度化、复合化、智能化、开放化、网络化、多轴化、绿色化等发展趋势，并提出了我国数控机床发展中存在的一些问题。

2数控机床的系统

2.1日本FANUC数控系统

日本发那科公司（FANUC）是当今世界上数控系统科研、设计、制造、销售实力最强大的企业，总人数4549人（2005年9月数字），科研设计人员1500人。

（1）高可靠性的PowerMate0系列用于控制2轴的小型车床，取代步进电动机的伺服系统；可配画面清晰、操作方便、中文显示的CRT/MDI，也可配性能/价格比高的DPL/MDI。

（2）普及型CNC0-D系列0-TD用于车床，0-MD用于铣床及小型加工中心，0-GCD用于圆柱磨床，0-GSD用于平面磨床，0-PD用于冲床。

（金属加工微信提供）

（3）全功能型的0-C系列0-TC用于通用车床、自动车床，0-MC用于铣床、钻床、加工中心，0-GCC用于内、外圆磨床，0-GSC用于平面磨床，0-TTC用于双刀架4轴车床。

（4）高性能/价格比的0i系列整体软件功能包，高速、高精度加工，并具有网络功能。

0i-MB/MA用于加工中心和铣床，4轴4联动；0i-TB/TA用于车床，4轴2联动；0i-mateMA用于铣床，3轴3联动；0i-mateTA用于车床，2轴2联动。

（5）具有网络功能的超小型、超薄型CNC16i/18i/21i系列控制单元与LCD集成于一体，具有网络功能，超高速串行数据通讯。

其中FSl6i-MB的插补、位置检测和伺服控制以纳米为单位。

16i最大可控8轴，6轴联动；18i最大可控6轴，4轴联动；21i最大可控4轴，4轴联动。

除此之外，还有实现机床个性化的CNCl6/18/160/180系列。

2.2德国西门子数控系统

相对于802D在性能上有许多的改进，为广大的客户在希望扩大应用领域和范围方面提供了更多的可能和受益，例如:

可以方便的使用DIN编程技术和ISO代码进行编程，卓越的产品可靠性，数字控制器，可编程控制器，人机操作界面，输入/输出单元一体化设计的系统结构，由各种循环和轮廓编程提供的扩展编程帮助技术，通过DRIVE-CLiQ接口实现的最新数字式驱动技术提供了统一的数字式接口标准，各种驱动功能按照模块化设计，可以根据性能要求和智能化要求灵活安排，各种模块不需要电池及风扇，因而无需任何维护。

各种功能体现了西门子公司最新的产品创新技术，例如5个数字驱动轴，其中任意4个都可以作为联动轴进行插补运算，另一个作为定位轴使用，同时，还提供一个相应的数字式主轴（模拟主轴即将推出）作为一个变型使用,在带C轴功能时，可以采用3个数字轴，一个数字主轴，一个数字辅助主轴和一个数字定位轴的配置。

新一代的西门子驱动技术平台SINAMICSS120伺服系统通过已经集成在元件级的DRIVE-CLiQ来对错误进行识别和诊断，从操作面板就可以进行操作，使用的标准闪存卡（CF）可以非常方便的备份全部调试数据文件和子程序，通过闪存卡（CF）可以对加工程序进行快速处理，通过连接端子使用两个电子手轮，216个数字输入和144个数字输出（0.25A），RCS802-远程诊断和远程控制（NC和PLC），RCS@Event（通过电子邮件进行远程诊断），USB口（即将推出）。

2.3华中数控系统

随着科学技术的高速发展，制造业发生了根本性变化。

由于数控技术的广泛应用，普通机械逐渐被高效率、高精度的数控机械所代替，形成了巨大的生产力。

未来机械制造技术的竞争，已成为数控技术的竞争。

武汉华中数控股份有限公司是从事数控系统的研究、开发和生产的高科技企业，公司以华中科技大学和“国家数控系统工程技术研究中心”为技术依托，拥有强大的科研、开发和产业化实力，现有资产5900万元，员工230多人，其中高、中级技术人员占70%。

1999年又出资成立了襄樊华中数控系统有限公司，并参股了“齐重数控装备股份有限公司”和“武汉威泰数控立车公司”。

近年来，公司承担了国家科技部、计委、经贸委、机械局和地方部门的多项重大项目，开发的具有自主知识产权的华中I型高性能数控系统达到国际先进水平，多项科技成果分别获得国家科技进步二等奖、国家教委科技进步一等奖和国家机械局科技进步二等奖，并被列为国家重点新产品。

公司建立了全面质量保证体系，建成了质量检测中心，具有先进的电磁兼容性、冲击、振动和环境试验设备。

2000年，公司通过了ISO9001质量体系的认证。

1999年，公司申报的“高性能数控系统”列入国家计委首批高科技产业化示范工程项目，公司将在华工大学科技园，投资1亿元，建成年产各类数控系统3000台套的生产基地。

公司也被列入首批“国家高科技成果产业化基地”。

目前华中数控已派生出了十多种系列三十多个产品，广泛用于车、铣、磨、锻、齿轮、仿形、激光加工、纺织机械等设备。

公司的发展被列为1998年的中国机床工业十大新闻。

产品介绍

HNC-21M铣削数控系统可实现9轴联动。

可与各种铣床、加工中心配套。

除标准数控功能外，系统还具有双向螺距补偿、加工断点保护、故障诊断、巨量程序储存和网络功能。

HNC-21T车床数控系统可与各种数控车床和车削中心配套。

该系统在控制精度、运算速度和图形界面等方面均有很强的功能，其编程、加工操作方便。

HNC-21P数字化仿形数控系统是将数控系统与仿形系统集成化、一体化的控制系统，可与各种数控机床和仿形机床配套。

该系统既具有标准铣床数控系统的功能，又可配套使用各种接触式或非接触式测头，对实物模型进行数字化三维测量，直接生成G代码。

系统还提供比例缩放和凸凹模变换功能。

HNC-21Y齿轮加工数控系统可与插齿、滚齿和磨齿等齿轮机床配套，具有自定义函数曲线和高速插补能力，实现高精度电子传动要求。

用户只须输入齿轮零件、刀具的几何参数和加工工艺参数，即可实现编程和加工。

HNC-21G磨床数控系统。

可用于3-9轴各种工具磨床、凸轮磨床、外圆磨床和拉刀磨床的控制。

系统具有沙轮修整自动补偿和在线测量功能。

系统内置的复杂零件自动编程、工艺卡编程和三维图形仿真功能，使用简单方便。

HNC-21L激光加工数控系统适用于激光切割、焊接、熔覆、淬火等多种设备。

系统提供激光头与被加工表面的恒间距控制功能和二次开发接口，能控制激光头按各种复杂轨迹高速运动。

HSV-11D数字交流伺服驱动单元和交流永磁同步伺服电机，采用模块化结构，高频正弦波调制，进口IGBT驱动，配有数字量和模拟量多种接口，具有自测试，自诊断功能，其精度高，响应快，并能在超低速时稳定运行。

静态扭矩最大可达85牛米，控制精度可达0.1微米，技术性能达到国际先进水平。

XK2186数控龙门铣床和XKF4560数控仿形铣床是针对复杂模具加工而设计的高性能、低价位的加工设备，具有承载能力大、工作台面宽、系统功能强的特点。

还可扩展四轴、五轴转台和高速主轴等功能模块。

CJK6032数控车床、ZJK7532A数控铣床和五轴教学机器人是针对大专院校、中专技校中对机电一体化教学培训而开发，也可作为企业的小型零件生产设备。

系统以普通微机进行控制，其功能和操作界面与华中高档系统相同，可作为数控技术教学培训的实验装置。

2.4其它数控系统

工业中常用的三菱数控系统有：

M700V系列；M70V系列；M70系列；M60S系列；E68系列；E60系列；C6系列；C64系列；C70系列．

2.1.1三菱数控系统M700V系列

1.控制单元配备最新RISC64位CPU和高速图形芯片，通过一体化设计实现完全纳米级控制、超一流的加工能力和高品质的画面显示。

2.系统所搭配的MDS-D/DH-V1/V2/V3/SP、MDS-D-SVJ3/SPJ3系列驱动可通过高速光纤网络连接，达到最高功效的通信响应。

采用超高速PLC引擎，缩短循环时间。

3.配备前置式IC卡接口。

4.配备USB通讯接口。

5.配备10/100M以太网接口。

6.真正个性化界面设计（通过NCDesigner或c语言实现），支持多层菜单显示。

7.智能化向导功能，支持机床厂家自创的html、jpg等格式文件。

8.产品加工时间估算。

9.多语言支持（8种语言支持、可扩展至15种语言）：

10.完全纳米控制系统，高精度高品位加工

11.支持5轴联动，可加工复杂表面形状的工件

多样的键盘规格（横向、纵向）支持

12.支持触摸屏，提高操作便捷性和用户体验

2.1.2三菱数控系统M70V系列

1,针对客户不同的应用需求和功能细分，可选配M70VTypeA:

11轴和TypeB:

9轴

2,M70VA铣床标准支持双系统

3,M70V系列最小指令单位0.1微米，内部控制单位提升至1纳米

4,最大程序容量提升到2560m（选配），增大自定义画面存储容量（需要外接板卡）

5,M70V系列拥有与M700V系列相当的PLC处理性能

6,画面色彩由8bit提升至16bit，效果更加鲜艳。

7,标准提供在线简易编程支援功能（NaviMill、NaviLathe），简化加工程序编写

8,NCDesigner自定义画面开发对应，个性化界面操作，提高机床厂商知名度

9,标准搭载以太网接口（10BASE-T/100BASE-T），提升数据传输速率和可靠性

10,PC平台伺服自动调整软件MSConfigurator，简化伺服优化手段

11,支持高速同期攻牙OMR-DD功能，缩短攻牙循环时间，最小化同期攻牙误差

12,全面采用高速光纤通信，提升数据传输速度和可靠性

2.1.3三菱数控系统M70系列

1.针对客户不同的应用需求和功能细分，可选配M70TypeA:

11轴和TypeB:

9轴

2.内部控制单位（插补单位）10纳米，最小指令单位0.1微米，实现高精度加工

3.支持向导界面（报警向导、参数向导、操作向导、G代码向导等），改进用户使用体验

4.简化加工程序编写

5,NCDesigner自定义画面开发对应，个性化界面操作，提高机床厂商知名度

6.标准搭载以太网接口（10BASE-T/100BASE-T），提升数据传输速率和可靠性

7,PC平台伺服自动调整软件MSConfigurator，简化伺服优化手段

8.支持高速同期攻牙OMR-DD功能，缩短攻牙循环时间，最小化同期攻牙误差

9.全面采用高速光纤通信，提升数据传输速度和可靠性

2.1.4三菱数控系统M60S系列

1、所有M60S系列控制器都标准配备了RISC64位CPU，具备目前世界上最高水准的硬件性能。

（与M64相比，整体性能提高了1.5倍）

2、高速高精度机能对应，尤为适合模具加工。

（M64SM-G05P3：

16.8m/min以上，G05.1Q1：

计划中）标准内藏对应全世界主要通用的12种多国

语言操作界面（包括繁体/简体中文）

3、可对应内含以太网络和IC卡界面（M64SM-高速程序伺服器：

计划中）

4、坐标显示值转换可自由切换（程序值显示或手动插入量显示切换）

5、标准内藏波形显示功能，工件位置坐标及中心点测量功能

6、缓冲区修正机能扩展：

可对应IC卡/计算机链接B/DNC/记忆/MDI等模式

7、编辑画面中的编辑模式，可自行切换成整页编辑或整句编辑。

8、图形显示机能改进：

可含有道具路径资料，以充分显示工件坐标及道具补偿的实际位置。

9、简易式对话程序软件（使用APLC所开发之Magicpro-NAVIMILL对话程序）

10、可对应Windows95/98/2000/NT4.0/Me的PLC开发软件

11、特殊G代码和固定循环程序，如G12/13、G34/35/36、G37.1等。

2.1.5三菱数控系统E68系列

1.内含64位CPU的高性能数控系统，采用控制器与显示器一体化设计，实现了超小型化。

2.伺服系统采用薄型伺服电机和高分辨率编码器（131，072脉冲/转），增量/绝对式对应。

3.标准4种文字操作界面：

简体/繁体中文，日文/英文。

4.由参数选择车床或铣床的控制软件，简化维修与库存。

5.全部软件功能为标准配置，无可选项，功能与M50系列相当。

6.标准具备1点模拟输出接口，用以控制变频器主轴。

7.可使用三菱电机MELSEC开发软件GX-Developer，简化PLC梯形图的开发。

8.可采用新型2轴一体的伺服驱动器MDS-R系列，减少安装空间。

9.开发伺服自动调整软件，节省调试时间及技术支援之人力。

三菱数控系统C6系列

1,满足生产线（汽车发动机等）部品加工要求，提高了可靠性，缩短了故障时间。

2,对应多种三菱FA网络：

MELSECNET/10、以太网和CC-LINK，实现了以10M/100Mbps的速度进行高速、大容量的数据通讯，进一步提高生产线的

加工效率。

3,NC内藏PLC机能强化：

GX-Developer对应；指令种类充实；多个PLC程序同时运行；运行中PLC程序修改；多系统PLC接口信号配置等。

4,专机用PLC指令扩充：

增加了ATC、ROT、TSRH、DDBA、DDBS指令，简化了PLC程序设计。

☆数控功能强化、多轴、多系统对应。

2.1.6三菱数控系统C70系列

1.满足生产线（汽车发动机等）部品加工要求，提高了可靠性，缩短了故障时间

2.一块基板上同时最大可连接2个NC控制器

3.强化了数控功能（单个NC控制器内支持最大系统数7，最大支持6主轴）

4.标准采用彩色触摸屏显示器，可用GTDesigner自定义操作界面

5,PC平台伺服自动调整软件MSConfigurator，简化伺服优化手段

6.全面采用高速光纤通信，提升数据传输速率和可靠性

3数控画图软件

3.1CAD软件介绍

计算机辅助设计（ComputerAidedDesign）指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。

在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形，使设计人员及时对设计做出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移、复制和旋转等有关的图形数据加工工作。

在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形，使设计人员及时对设计做出判断和修改；利用计算机可以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移、复制和旋转等有关的图形数据加工工作。

设计者很早就开始使用计算机进行计算。

有人认为（伊凡.萨瑟兰郡）IvanSutherland在1963年在麻省理工学院开发的Sketchpad（画板）是一个转折点。

SKETCHPAD的突出特性是它允许设计者用图形方式和计算机交互：

设计可以用一枝光笔在阴极射线管屏幕上绘制到计算机里。

实际上，这就是图形化用户界面的原型，