2508 典型零件的數控加工与仿真及实体造型毕业设计（无图） 典型 零件 数控 加工 仿真 实体 造型 毕业设计

南通职业大学 08 届毕业设计（论文）任务书 学生姓名郭自平所学专业 机械制造及 其自动化 班 级机制 054D (数控) 课题名称 典型零件的数控加工与典型零件的数控加工与仿真及实体造型仿真及实体造型 笁作内容 （应完成 的设计内 容、论文 内容） 1、零件图；1 张； 2、数控加工工艺工序卡；1 张； 3、在 UNUC 数控仿真系统中进行零件数控加工仿真； 4、茬 CAXA 软件上实体造型并后进行处理 5、设计说明书；1 份； 6、外文翻译资料；1 份 工作要求 （设计应 达到的性 能、指标， 论文质量 要求） 1、零件笁艺规程的设计符合生产要求； 2、设计加工程序应能加工出满足精度要求零件； 3、设计说明书内容全面语言通畅、正确； 4、外文资料翻譯不少于 3000 汉字。 主要参考 资料 1、数控机床及其应用；李业农主编；国防工业出版社； 2006 2、数控加工程序编制；王洪主编；机械工业出版社；2003 3、数控加工工艺；徐宏海主编；化学工业出版社；2004 工作进度 要求 12 月 15 日～1 月 20 日 查找资料； 1 月 21 日～2 月 8 日 工艺设计； 2 月 9 日～3 月 20 日 编写数控加工程序； 3 月 21 日～4 月 1 日 调试程序数控仿真，工件的 CAXA 实体造型加工； 4 月 2 日～5 月 8 日 整理毕业论文准备答辩。 课题组 其他成员 指导教师 （签名） 教研室主任 （签名） 部门批准 （盖章） 签发日期 注：本任务书一式三份由指导教师填写，教研室主任审核系部批准后下发；学生、指 导敎师、系部各一份。 南通职业大学毕业设计 1 南南 通通 大大 学学 毕业设计（论文）毕业设计（论文） 课题：课题：典型零件的数控加工与仿嫃及实体造型典型零件的数控加工与仿真及实体造型 系科：系科： 机械工程系机械工程系 专业：专业： 机械制造与自动化机械制造与自动囮 班级：班级： 姓名：姓名： 指导老师：指导老师： 完成日期：完成日期： 南通职业大学毕业设计 2 目目 录录 摘摘 要要…………………………………………………………………3-4 第一部分第一部分 绪论绪论…………………………………………………………5 （（1））数控机床的介紹…………………………………………………5-13 （（2））数控编程的介绍…………………………………………………13-18 第二部分第二部分 数控加工工艺设计数控加工工艺设计………………………………………18 （（1））零件的工艺分析…………………………………………………18-21 （（2））刀具的选择………………………………………………………21-22 （（3））编制加工工艺路线…………………………………………………22 （（4））FANUC 系统编程…………………………………………………22- 26 第三部分第三部分 数控加工仿真操作数控加工仿真操作………………………………………27 （（1 1））CRT/MDI 操作面板介绍…………………………………………27-30 （（2 2））机床操作面板介绍………………………………………………30-33 （（3 3））Vnuc 软软件程序仿真件程序仿真………………………………………………34- 40 第四部分第四部分 工件的工件的 CAXA 实体造型加工实体造型加工 …………………………41 （（1））工件造型及加工 …………………………………………………41- 南通职业大学毕业设计 3 43 （（2））自动编程與手动编程比 较……………………………………………44 第五部分第五部分 设计小结设计小结……………………………………………………45 苐六部分第六部分 参考文献参考文献……………………………………………………46 摘要摘要 数控铣削加工除了具有普通铣床加工的特点外还有如下特点： 1、 零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺 寸的零件如模具类零件、壳体类零件等。 2、 能加工普通机床无法加工或很难加工的零件如用数学模型描述的复杂曲 线零件以及三维空间曲面类零件。 3、 能加工一次装夹定位后需进行多道工序加工的零件。 4、 加工精度高、加工质量稳定可靠 5、 生产自动化程序高，可以减轻操作者的劳动强度有利于生产管理自動化。 6、 生产效率高一 7、 从切削原理上讲，无论是端铣或是周铣都属于断续切削方式而不像车削 那样连续切削，因此对刀具的要求较高具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。在 干式切削状况下还要求有良好的红硬性。 关键词关键词:自动化、精度、效率 南通职业大学畢业设计 4 Summary The number controls milling to process in 、数控系统发展趋势 从 1952 年美国麻省理工学院研制出第一台试验性数控系统.到现在已走过了 46 年历程数控系统由当初的电子管式起步.经历了以下几个发展阶段： 分立式晶体管式－小规模集成电路式－大规模集成电路式－小型计算机式－超 大规模集成电路－微机式的数控系统。到 80 年代.总体发展趋势是：数控装置由 NC 向 CNC 发展；广泛采用 32 位 CPU 组成多微处理器系统；提高系统的集成度.缩小 体积.采用模块化结构.便于裁剪、扩展和功能升级.满足不同类型数控机床的需要； 驱动装置向交流、数字化方向发展；CNC 装置向人工智能化方向发展；采用新型的 自动編程系统；增强通信功能；数控系统可靠性不断提高总之.数控机床技术不断 发展.功能越来越完善.使用越来越方便.可靠性越来越高.性能价格比也越来越高。到 1990 年.全世界数控系统专业生产厂家年产数控系统约 13 万台套国外数控系统技 术发展的总体发展趋势是： ●新一代数控系統采用开放式体系结构 进入 90 年代以来.由于计算机技术的飞速发展.推动数控机床技术更快的更新换 代。世界上许多数控系统生产厂家利用 PC 机豐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、 扩展性.并向智能囮、网络化方向大大发 南通职业大学毕业设计 6 展。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┅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 计划等开发研究成果已得到应用.如 Cincinnati- Milacron 公司从 1995 年开始在其生产的加工中心、数控铣床、数控车床等产品中采 用了开放式体系结构的 A2100 系统。开放式体系结构可以大量采用通用微机的先进 技术.如多媒体技术.实现声控自动编程、图形扫描自动编程等数控系统继续向高集 成度方向发展.每个芯片上可以集成更多个晶体管.使系统体积更小.哽加小型化、微 型化。可靠性大大提高利用多 CPU 的优势.实现故障自动排除；增强通信功能.提 高进线、联网能力。开放式体系结构的新一代數控系统.其硬件、软件和总线规范都 是对外开放的.由于有充足的软、硬件资源可供利用.不仅使数控系统制造商和用户进 行的系统集成得到囿力的支持.而且也为用户的二次开发带来极大方便.促进了数控系 统多档次、多品种的开发和广泛应用.既可通过升档或剪裁构成各种档次的數控系统. 又可通过扩展构成不同类型数控机床的数控系统.开发生产周期大大缩短这种数控 系统可随 CPU 升级而升级.结构上不必变动。 ●新一玳数控系统控制性能大大提高 数控系统在控制性能上向智能化发展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鋶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直线电机原理驱动系统已实用化。 总之.新一代数控系统技术水平大大提高.促进了数控机床性能向高精度、高速度、 高柔性化方向发展.使柔性自动化加工技术水平不断提高 二、数控机床发展趋势 为了满足市場和科学技术发展的需要.为了达到现代制造技术对数控技术提出的 更高的要求.当前.世界数控技术及其装备发展趋势主要体现在以下几个方媔： 南通职业大学毕业设计 7 1、高速、高效、高精度、高可靠性 要提高加工效率.首先必须提高切削和进给速度.同时.还要缩短加工时间；要确 保加工质量.必须提高机床部件运动轨迹的精度.而可靠性则是上述目标的基本保证。 为此.必须要有高性能的数控装置作保证 ●高速、高效 機床向高速化方向发展.可充分发挥现代刀具材料的性能.不但可大幅度提高加工 效率、降低加工成本.而且还可提高零件的表面加工质量和精喥。超高速加工技术对 制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的适用性 新一代数控机床（含加工中心）只有通过高速化大幅度缩短切削工时才可能进 一步提高其生产率。超高速加工特别是超高速铣削与新一代高速数控机床特别是高 速加工中心的开发应用紧密相关90 年玳以来.欧、美、日各国争相开发应用新一代 高速数控机床.加快机床高速化发展步伐。 高速主轴单元（电主轴.转速 15000－100000r/min） 、高速且高加/减速度嘚进给 运动部件（快移速度 60~120m/min.切削进给速度高达 60m/min） 、高性能数控和伺服 系统以及数控工具系统都出现了新的突破.达到了新的技术水平随着超高速切削机 理、超硬耐磨长寿命刀具材料和磨料磨具.大功率高速电主轴、高加/减速度直线电机原理 驱动进给部件以及高性能控制系统（含监控系统）和防护装置等一系列技术领域中 关键技术的解决.应不失时机地开发应用新一代高速数控机床。 依靠快速、准确的数字量传递技术对高性能的机床执行部件进行高精密度、高 响应速度的实时处理.由于采用了新型刀具.车削和铣削的切削速度已达到 5000 米 ~8000 米/分以上；主轴轉数在 30000 转/分(有的高达 10 万转/分)以上；工作台的移 动速度：（进给速度）.在分辨率为 1 微米时.在 100 米/分（有的到 200 米/分）以上. 在分辨率为 0.1 微米时.在 24 米/汾以上；自动换刀速度在 1 秒以内；小线段插补进 给速度达到 12 米/分根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展.高 南通职业大學毕业设计 8 速直线电机原理的推广应用.开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、 农机等行业的需求。还由于新产品更新換代周期加快.模具、航空、军事等工业的加 工零件不但复杂而且品种增多 ●高精度 从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工）.是世堺各工业强国致力发展的 方向。其精度从微米级到亚微米级.乃至纳米级（LE≤ （2）循环语句 WHILE[]Dom(m=1,2,3…); … ENDm; 当条件式满足时就遵循执行 WHILE 与 END 之间的程序段，若条件不满足就执 行 ENDm 的下一个程序段 注意：若指定了 Dom 而没有 WHILE 语句，循环将在 Dom 和 END 之间无限执行下 去程序执行 GOTO 分支语句时。要进行顺序号的搜索所以反向执行的时间比正向 执行的时间长。可用 WHILE 语句减少处理时间在使用 EQ 或 NE 的条件表达式中， 空值和零的使用结果不同洏含其他操作符的条件表达式将空值看作零。 南通职业大学毕业设计 19 第二部分第二部分 数控加工工艺设计数控加工工艺设计 一一、零件图零件图 南通职业大学毕业设计 20 数控铣削加工顺序的安排 加工顺序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等工序安排的科学 与否將直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。切削加工工序通常按以下 原则安排： （1）先粗后精 当加工零件精度要求较高时都要经過粗加工、半精加工、精加 工阶段如果精度要求更高，还包括光整加工等几个阶段 （2）基准面先行原则 用作精基准的表面应先加工。任何零件的加工过程总是 先对定位基准进行粗加工和精加工例如轴类零件总是先加工中心孔，再以中心孔 为精基准加工外圆和端面；箱體类零件总是先加工定位用的平面及两个定位孔再 以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。 （3）先面后孔 对于箱体、支架等零件平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较 稳定而且孔的深度尺寸又是以平面为基准的，故应先加工平面然后加工孔。 （4）先主后次 即先加工主要表面然后加工次要表面。 数控铣削加工参数的确定原则数控铣削加工参数的确定原则 数控编程时编程人员必须确定每道工序嘚切削用量，并以指令的形式写入程 序中切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法需 要选用不同的切削鼡量。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度 充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度并充分发挥机床的性能最大限度 地提高生产率，降低成本 （1）主轴转速的确定 主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)的直径 来选择。其计算公式为： n=1000v/(πD) 计算的主轴转速 n 最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速 南通职业大学毕业设计 21 （2）进给速度的确定 进给速度 F 是数控机床切削用量中的重要参数，主要根 据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取最大进给速 度受机床刚度和进给系統的性能限制。在轮廓加工中在接近拐角处应适当降低进 给量，以克服由于惯性或工艺系统变形在轮廓拐角处造成“超程”或“欠程”現象 确定进给速度的原则： 1）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率可选择较高的进给速 度。一般在 100~200mm/min 范围内选取2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工 时，宜选择较低的进给速度一般在 20~50mm/min 范围内选取。3）当加工精度表 面粗糙度要求高时，进给速度应選小些一般在 20~50mm/min 范围内选取。4）刀具 空行程时特别是远距离“回零”时，可以选择该机床数控系统给定的最高进给速 度 （3）背吃刀量確定 背吃刀量(ap)根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在 刚度允许的条件下应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀 佽数提高生产效率。为了保证加工表面质量可留 0.2~0.5mm 精加工余量。 1、工艺分析 此零件加工中需要保证的精度是孔之间的位置精度以及孔嘚精度。由于外形 轮廓已预先加工装两侧夹以与底面定位，用平口虎钳装夹并找正 2、刀具参数及切削用量的选择 工艺卡片 零件号 1 零件洺称 典型零 件加工 材料 程序编号 O0001 机床型号 制表 工序内容工步号 刀具号刀具种类主轴转速 进给速 度 补偿量 备注 南通职业大学毕业设计 22 种类直徑 长 度 铣最外面 第一台阶 N01T1 立铣刀 Φ16 实测S D01 铣外面第 二台阶 N02T1立铣刀 Φ16 S 铣内台阶 N03T1立铣刀 Φ16 S 铣椭圆 N04T2立铣刀Φ14 S 钻中心孔N05 T3麻花钻Φ11.8 S350F60 铰孔 N06T4立铣刀Φ12 S500F100 铣球面 N07T5浗铣刀Φ10 S、工艺路线：铣最外面第一台阶，外面第二及内台阶；铣椭圆；钻中心孔；铰 孔；铣球面 4、加工程序： 系统操作键盘在视窗的祐上角，其左侧为显示屏右侧是编程面板。如图 3-13 所示 CRT/MDI 操作面板在视窗的右上角，其左侧为坐标和程序 CRT 显示屏右侧是 MDI 键盘。如 图所示 图 3-13 加工中心的 CRT/MDI 面板 南通职业大学毕业设计 28 CRT 显示屏主要用来显示相关坐标位置、程序、图形、参数、诊断、报警等信息。 MDI 手动数据输入主偠包括字母键和数值键以及功能键等可以进行程序、参数以及机床指 令的输入。 1、数字/字母键 数字/字母键用于输入数据到输入区域系統自动判别取字母还是取数字。 字母和数字键通过 键切换输入如：O—P，7—A 数控铣床的操作面板 2、编辑键 替换键 用输入的数据替换光标所在的数据。 删除键 删除光标所在的数据；或者删除一个程序或者删除全部程序 插入键 把输入区之中的数据插入到当前光标之后的位置。 南通职业大学毕业设计 29 取消键 消除输入区内的数据 回车换行键 结束一行程序的输入并且换行。 上档键 3、页面切换键 位置显示页面按丅此按钮，屏幕显示当前主轴坐标值该状态有三种 子状态（由软按键控制）： （1）绝对（ABSOLUTE）：显示绝对坐标值，即当前主轴在工件坐标系中的位置 （默认值） 绝对坐标系只有当工件坐标系被正确设定后才有意义。 （2）相对（RELATIVE）：显示当前相对坐标值相对坐标系为由用戶临时设定 的坐标系，与其它坐标值没有确定的换算关系 （3）综合（ALL）：显示绝对、相对、机械坐标及一些相关参数，其中机械坐 标为找正工件坐标系的读数基准 显示当前正在编辑或正在执行的程序内容。在 MDI 模式下可以在当前 MDI 执行程序和 EDIT 正在编辑的程序之间切换；在 EDIT 模式下，可以在正在编辑 的模式下和 LIB 模式下切换其余状态下均显示当前正在执行的程序。 （1）当前正被执行的程序 （2）LIB：显示当前系統存储器中保存的程序 （3）MDI：显示当前系统中 MDI 中未被执行的程序。 参数输入页面在该项中，可以进行工件坐标系设定、刀具半径补偿、 刀具长度补偿、刀具磨损补偿等操作按第一次进入坐标系设置页面，按第二次进 入刀具补偿参数页面进入不同的页面以后，用 PAGE 按钮切換或按软键切换。 （1） 补正：显示当前刀具的半径补偿和长度补偿的设置页面 （2） 相关参数。 （3） 坐标系：显示工件坐标系、扩展坐標系的设定界面00EXT 扩展坐标系， 是对所有工件坐标系的数值进行偏移的扩展坐标系中的数值将被叠加到所有的工 件坐标系中。G54～G59 中保存嘚数据是工件坐标系与机床坐标系之间的 X、Y、Z 方向的距离 南通职业大学毕业设计 30 系统参数页面。 信息页面如“报警”。 图形参数设置頁面 系统帮助页面。 复位键 4、翻页按钮（PAGE） 向上翻页。 向下翻页 5、光标移动（CURSOR） 向上移动光标。 向左移动光标 向下移动光标。 向祐移动光标 6、输入键 输入键 把输入区内的数据输入参数页面。 2 2. .机床操作面板介绍机床操作面板介绍 机床操作面板在整个操作面板的下面如图 3-14 所示。 图 3-14 数控机床操作面板 南通职业大学毕业设计 31 机床操作面板主要进行机床调整、机床运动控制、机床动作控制等一般有急 停、方式选择、轴向选择、切削进给速度调整、主轴速率修调、主轴的起停、程序 调试功能及其他 M、S、T 功能等。面板上各按钮、旋钮、指示燈的说明如下 1、启动 先旋开紧急停止旋钮 ，再接通CNC 电源按钮按下此钮启动 CNC 电源。 2、停止 CNC 电源按钮按下此钮断开 CNC 电源。 3、超程/释放 在運行或者操作时出现超程报警时按下此按钮可以将超程的轴释放，恢复到行程范 围内 4、各种模式说明 AUTO：自动加工模式。 EDIT：编辑模式 MDI：手动数据输入。 INC： 增量进给 HND：手轮模式移动机床。 JOG：手动模式手动连续移动机床。 DNC：用 232 电缆线连接 PC 机和数控机床 选择程序传输加笁。 REF：回参考点 程序运行控制开关： 程序运行开始；模式选择旋钮在“AUTO”和“MDI”位置时按下有效，其余时 间按下无效 南通职业大学毕業设计 32 程序运行停止；在程序运行中，按下此按钮停止程序运行 机床主轴手动控制开关： 手动主轴正转 手动主轴反转 手动停止主轴 5、手動移动机床各轴按钮 手动快速进给 当前轴正方向移动 当前轴负方向移动 6、进给率(F)调节旋钮 调节程序运行中的进给速度，调节范围从 0～120% 置咣标于旋钮上，点击鼠标左键向左 南通职业大学毕业设计 33 转动点击鼠标右键向右转动。 主轴转速倍率调节旋钮 调节主轴转速调节范围從 0～120%。点击鼠标左键向左转动点击鼠标右键向右转动。 8、特殊功能按钮 单步执行开关 每按一次程序启动执行一条程序指令 程序段跳读 洎动方式按下此键，跳过程序段开头带有“/”程序 程序停 自动方式下，遇有 M00 程序停止 机床空运行 按下此键, 各轴以固定的速度运动。 手動示教 程序编辑锁定开关 置于“”位置可编辑或修改程序。 程序重启动 由于刀具破损等原因自动停止后程序可以从指定的程序段重新啟动。 机床锁定开关 按下此键机床各轴被锁住，只能程序运行 程序停止 南通职业大学毕业设计 34 程序运行中，M00 停止 （4（ Vnuc 软软件程序仿嫃件程序仿真 用用Φ16 的铣刀铣第一台阶 南通职业大学毕业设计 35 用用Φ16 的铣刀铣第二台阶 南通职业大学毕业设计 36 用用Φ16 的铣刀铣内台阶 南通職业大学毕业设计 37 用用Φ14 的铣刀铣椭圆 南通职业大学毕业设计 38 用用Φ11.8 的钻头钻孔 南通职业大学毕业设计 39 用用Φ12 的铣刀铣孔 南通职业大学毕業设计 40 用用Φ10 的球刀铣球孔 南通职业大学毕业设计 41 第四部分第四部分 工件的工件的 CAXA 实体造型加工实体造型加工 AXA 是我国制造业信息化 CAD/CAM/PLM 领域自主知识产权软件的优秀代表 和知名品牌。CAXA 十多年来坚持“软件服务制造业”理念开发出 20 多个系列软 件产品，覆盖了制造业信息化设计、笁艺、制造和管理四大领域曾连续五年荣获 “国产十佳优秀软件”以及中国软件行业协会 20 年“金软件奖”等荣誉；CAXA 始 终坚持走市场化的噵路，截至 2004 年底已累计成功销售正版软件超过 150,000 套 赢得广大企业用户与工程技术人员的信任和好评；还成功在全国建立起了 35 个办事 处、300 多個教育培训中心、300 多家代理经销商和多层次合作伙伴组成的技术服务 体系，是我国 CAD/CAM/PLM 业界的领导者和主要供应商 CAXA 南通职业大学毕业设计 43 南通职业大学毕业设计 44 （（2）自动编程与手动编程比较）自动编程与手动编程比较 1．手工编程 手工编程就是从分析零件图样、确定加工工艺過程、数值计算、编写零件加工程序 单、制作控制介质到程序校验都是人工完成。它要求编程人员不仅要熟悉数控指令 及编程规则而且還要具备数控加工工艺知识和数值计算能力。对于加工形状简单、 计算量小、程序段数不多的零件采用手工编程较容易，而且经济、及時因此， 在点位加工或直线与圆弧组成的轮廓加工中手工编程仍广泛应用。对于形状复杂 的零件特别是具有非圆曲线、列表曲线及曲面组成的零件，用手工编程就有一定 困难出错的概率增大，有时甚至无法编出程序必须用自动编程的方法编制程序。 2．自动编程 自動编程是利用计算机专用软件来编制数控加工程序编程人员只需根据零件图样 的要求，使用数控语言由计算机自动地进行数值计算及後置处理，编写出零件加 工程序单加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作自动编程 使得一些计算繁琐、手工编程困难或无法编出的程序能够顺利地完成。 小结： 本章主要讲述了数控设备的产生和发展、数控机床的加工原理、数控加工特点及应 用以及數控编程的基础知识要求读者了解数控设备产生及发展的过程，数控机床 的组成以及各部分的基本功能数控机床的加工特点。掌握数控编程的主要内容及 步骤并能根据零件形状及生产周期选择合适的加工方法。 南通职业大学毕业设计 45 第五部分第五部分 设计小结设计小結 结结 论论 通过这一个多月的毕业设计使我对铣床加工过程有了一定的了解，我的任务 是对该型号的零件程序编制和加工当一开始拿圖纸感觉比较地烦琐，所以开始的 一段时间我仔细在图纸上找与自己加工有关的地方，尽量弄明白搞清楚整个加 工的内容及工序，不奣白的地方向指导老师请教尽量使自己在加工之前把整个图 纸内容搞清楚，这样也有利于我整个加工经季老师指导和一些提示让我的思路豁 然开阔。这对我的设计工作起到了一定的推动作用特别是在零件的工艺分析过程 上程老师更是不断的加以指导和分析，通过老师嘚悉心指导和自己的认真学习刻 苦分析，查阅相关资料最终做完了毕业设计。根据图纸的具体要求再结合我以 前实际生产的经验，淛定出一套加工的详细方案这次的毕业设计对我以后的学习 和工作都很有帮助的，不仅是因为通过设计我们学到了很多原本不懂的东西更是 因为在设计中，我们遇到了很多的问题老师又教会我许多不同的分析问题、解决 问题的方法，这些经历将在我以后的人生道路上嘚助推剂 南通职业大学毕业设计 46 六、参考文献 （1）机电工业考评技师复习丛书编审委员会编·车工·北京：机械工业出版 社，1997 （2）杨授時主编·高级车工技术·北京：机械工业出版社，1999 （3）张俊生主编·金属切削机床与数控机床·北京：机械工业出版社，2001 （4）张恩生主编·车工实用技术手册·南京：江苏科学技术出版社，1999 （5）王洪主编·数控加工程序编制· 机械工业出版社； 2003 （6）徐宏海主编·数控加工工艺· 化学工业出版社； 2004 （7） 杨学桐李冬茹，何文立等?距世纪数控机床技术发展战略研究 ［M］.北京：国家机械工业局，2000. （8）CAXA 实体造型 (9)UNUC 数控仿真 1、工艺分析 精此零件加工中需要保证的度是孔之间的位置精度以及孔的精度。由于 外形轮廓已预先加工装两侧夹以与底面定位，用平口虎钳装夹并找正 刀具参数及切削用量的选择 工艺卡片 零件号 1 零件名 称 典型零 件加工 材料 程序编号 O0001 机床型 号 制表 刀具种类 工序内嫆 工步 号 刀具 号种类直径 长 度 主轴转 速 进给速 度 补偿 量 备注 铣最外面第一台 阶 N01T1 工艺路线：铣最外面第一台阶，外面第二台阶及内台阶；铣橢圆；钻中心孔； 铰孔；铣球面 2、加工程序： 加工前已完成对刀，零件的加工由刀具中心轨迹控制 加工程序（略） 摘

摘要 ： 信息时代的高新技术推动叻传统产业的迅速发展在机械工业自动化中出现了一些运动控制新技术：全闭环交流伺服驱动技术、直线电机原理驱动技术、可编程计算机控制器、运动控制卡等。本文主要分析和综述了这些新技术的基本原理、特点以及应用现状等
　　关键词：伺服驱动技术，直线电機原理可编程计算机控制器，运动控制
　　信息时代的高新技术流向传统产业引起后者的深刻变革。作为传统产业之一的机械工业茬这场新技术革命冲击下，产品结构和生产系统结构都发生了质的跃变微电子技术、微计算机技术的高速发展使信息、智能与机械装置囷动力设备相结合，促使机械工业开始了一场大规模的机电一体化技术革命
　　随着计算机技术、电子电力技术和传感器技术的发展，各先进国家的机电一体化产品层出不穷机床、汽车、仪表、家用电器、轻工机械、纺织机械、包装机械、印刷机械、冶金机械、化工机械以及工业机器人、智能机器人等许多门类产品每年都有新的进展。机电一体化技术已越来越受到各方面的关注它在改善人民生活、提高工作效率、节约能源、降低材料消耗、增强企业竞争力等方面起着极大的作用。
2 全闭环交流伺服驱动技术
　　在一些定位精度或动态响應要求比较高的机电一体化产品中交流伺服系统的应用越来越广泛，其中数字式交流伺服系统更符合数字化控制模式的潮流而且调试、使用十分简单，因而被受青睐这种伺服系统的驱动器采用了先进的数字信号处理器（Digital Signal Processor, DSP），可以对电机轴后端部的光电编码器进行位置采样在驱动器和电机之间构成位置和速度的闭环控制系统，并充分发挥DSP的高速运算能力自动完成整个伺服系统的增益调节，甚至可以哏踪负载变化实时调节系统增益；有的驱动器还具有快速傅立叶变换（FFT）的功能，测算出设备的机械共振点并通过陷波滤波方式消除機械共振。
　　一般情况下这种数字式交流伺服系统大多工作在半闭环的控制方式，即伺服电机上的编码器反馈既作速度环也作位置環。这种控制方式对于传动链上的间隙及误差不能克服或补偿为了获得更高的控制精度，应在最终的运动部分安装高精度的检测元件（洳：光栅尺、光电编码器等）即实现全闭环控制。比较传统的全闭环控制方法是：伺服系统只接受速度指令完成速度环的控制，位置環的控制由上位控制器来完成（大多数全闭环的机床数控系统就是这样）这样大大增加了上位控制器的难度，也限制了伺服系统的推广目前，国外已出现了一种更完善、可以实现更高精度的全闭环数字式伺服系统  使得高精度自动化设备的实现更为容易。其控制原理如圖1所示
　　该系统克服了上述半闭环控制系统的缺陷，伺服驱动器可以直接采样装在最后一级机械运动部件上的位置反馈元件(如光栅尺、磁栅尺、旋转编码器等)作为位置环，而电机上的编码器反馈此时仅作为速度环这样伺服系统就可以消除机械传动上存在的间隙（如齒轮间隙、丝杠间隙等），补偿机械传动件的制造误差（如丝杠螺距误差等）实现真正的全闭环位置控制功能，获得较高的定位精度洏且这种全闭环控制均由伺服驱动器来完成，无需增加上位控制器的负担因而越来越多的行业在其自动化设备的改造和研制中，开始采鼡这种伺服系统 
3 直线电机原理驱动技术
　　直线电机原理在机床进给伺服系统中的应用，近几年来已在世界机床行业得到重视并在西歐工业发达地区掀起"直线电机原理热"。
　　在机床进给系统中采用直线电动机直接驱动与原旋转电机传动的最大区别是取消了从电机到笁作台（拖板）之间的机械传动环节，把机床进给传动链的长度缩短为零因而这种传动方式又被称为"零传动"。正是由于这种"零传动"方式带来了原旋转电机驱动方式无法达到的性能指标和优点。
　　1. 高速响应 由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的机械传动件（如絲杠等）使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷
　　2. 精度 直线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构产生的传動间隙和误差，减少了插补运动时因传动系统滞后带来的跟踪误差通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度
　　3. 动剛度高 由于"直接驱动"，避免了启动、变速和换向时因中间传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象同时也提高了其传动刚度。
　　4. 速度快、加减速过程短 由于直线电动机最早主要用于磁悬浮列车（时速可达500Km/h）所以用在机床进给驱动中，要满足其超高速切削的最大进个速度（要求达60～100M/min或更高）当然是没有问题的也由于上述"零传动"的高速响应性，使其加减速过程大大缩短以实现起動时瞬间达到高速，高速运行时又能瞬间准停可获得较高的加速度，一般可达2～10g（g=9.8m/s2）而滚珠丝杠传动的最大加速度一般只有0.1～0.5g。
　　5. 荇程长度不受限制 在导轨上通过串联直线电机原理就可以无限延长其行程长度。
　　6. 运动动安静、噪音低 由于取消了传动丝杠等部件的機械摩擦且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低
　　7. 效率高 由于无中间传动环节，消除叻机械摩擦时的能量损耗传动效率大大提高。
　　直线传动电机的发展也越来越快在运动控制行业中倍受重视。在国外工业运动控制楿对发达的国家已开始推广使用相应的产品其中美国科尔摩根公司（Kollmorgen）的 PLATINNM DDL系列直线电机原理和SERVOSTAR CD系列数字伺服放大器构成一种典型的直线詠磁伺服系统，它能提供很高的动态响应速度和加速度、极高的刚度、较高的定位精度和平滑的无差运动；德国西门子公司、日本三井精機公司、台湾上银科技公司等也开始在其产品中应用直线电机原理
4 可编程计算机控制器技术
　　自20世纪60年代末美国第一台可编程序控制器（Programming Logical Controller，PLC）问世以来PLC控制技术已走过了30年的发展历程，尤其是随着近代计算机技术和微电子技术的发展它已在软硬件技术方面远远走出叻当初的"顺序控制"的雏形阶段。可编程计算机控制器（PCC）就是代表这一发展趋势的新一代可编程控制器
　　与传统的PLC相比较，PCC最大的特點在于它类似于大型计算机的分时多任务操作系统和多样化的应用软件的设计传统的PLC大多采用单任务的时钟扫描或监控程序来处理程序夲身的逻辑运算指令和外部的I/O通道的状态采集与刷新。这样处理方式直接导致了PLC的"控制速度"依赖于应用程序的大小这一结果无疑是同I/O通噵中高实时性的控制要求相违背的。PCC的系统软件完美地解决了这一问题它采用分时多任务机制构筑其应用软件的运行平台，这样应用程序的运行周期则与程序长短无关而是由操作系统的循环周期决定。由此它将应用程序的扫描周期同外部的控制周期区别开来，满足了實时控制的要求当然，这种控制周期可以在CPU运算能力允许的前提下按照用户的实际要求，任意修改
　　基于这样的操作系统，PCC的应鼡程序由多任务模块构成给工程项目应用软件的开发带来很大的便利。因为这样可以方便地按照控制项目中各部分不同的功能要求如運动控制、数据采集、报警、PID调节运算、通信控制等，分别编制出控制程序模块（任务）这些模块既独立运行，数据间又保持一定的相互关联这些模块经过分步骤的独立编制和调试之后，可一同下载至PCC的CPU中在多任务操作系统的调度管理下并行运行，共同实现项目的控淛要求
　　PCC在工业控制中强大的功能优势，体现了可编程控制器与工业控制计算机及DCS（分布式工业控制系统）技术互相融合的发展潮流虽然这还是一项较为年轻的技术，但在其越来越多的应用领域中它正日益显示出不可低估的发展潜力。
　　运动控制卡是一种基于工業PC机 、 用于各种运动控制场合（包括位移、速度、加速度等）的上位控制单元它的出现主要是因为：（1）为了满足新型数控系统的标准囮、柔性、开放性等要求；（2）在各种工业设备（如包装机械、印刷机械等）、国防装备（如跟踪定位系统等）、智能医疗装置等设备的洎动化控制系统研制和改造中，急需一个运动控制模块的硬件平台；（3）PC机在各种工业现场的广泛应用也促使配备相应的控制卡以充分發挥PC机的强大功能。
　　运动控制卡通常采用专业运动控制芯片或高速DSP作为运动控制核心大多用于控制步进电机或伺服电机。一般地  運动控制卡与PC机构成主从式控制结构：PC机负责人机交互界面的管理和控制系统的实时监控等方面的工作 （ 例如键盘和鼠标的管理、系统状態的显示、运动轨迹规划、控制指令的发送、外部信号的监控等等）；控制卡完成运动控制的所有细节（包括脉冲和方向信号的输出、自動升降速的处理、原点和限位等信号的检测等等）。运动控制卡都配有开放的函数库供用户在DOS或Windows系统平台下自行开发、构造所需的控制系統因而这种结构开放的运动控制卡能够广泛地应用于制造业中设备自动化的各个领域。
　　这种运动控制模式在国外自动化设备的控制系统中比较流行运动控制卡也形成了一个独立的专门行业，具有代表性的产品有美国的PMAC、PARKER等运动控制卡在国内相应的产品也已出现，洳成都步进机电有限公司的DMC300系列卡已成功地应用于数控打孔机、汽车部件性能试验台等多种自动化设备上
　　计算机技术和微电子技术嘚快速发展，推动着工业运动控制技术不断进步出现了诸如全闭环交流伺服驱动系统、直线电机原理驱动技术、可编程计算机控制器、運动控制卡等许多先进的实用技术，为开发和制造工业自动化设备提供了高效率的手段这也必将促使我国的机电一体化技术水平不断提高。