数控技术专业毕业设计

数控技术专业毕业设计 Last revised by LE LE in 2021

目录

一、摘要 (2)

二、数控概述 (3)

（一）、数控车床 (3)

（二）、工作原理 (4)

（三）、数控车床基本操作. (4)

1、开机 (4)

2、返回参考点 (4)

3、显示坐标方式 (5)

4、轴移动操作 (5)

6、装刀操作 (7)

7、对刀操作 (7)

8、对刀具进行补偿 (8)

（四）、数控车床常见故障分类 (9)

1、主机故障 (9)

2、电气故障 (9)

三、数控加工工艺 (11)

（一）、工艺路线的确定 (11)

（二）、加工工序的划分 (11)

1、保证精度的原则 (11)

2、提高生产效率的原则 (11)

（三）、刀具的合理选择 (12)

四、加工零件工艺分析 (12)

（一）、加工注意事项 (12)

（二）、工艺过程卡 (13)

（三）、工序卡片 (15)

（四）、工件的编程 (16)

五、设计总结 (18)

六、致谢 (19)

七、参考文献 (20)

一、摘要

数控技术发展飞速的今天，数控技术越来越重要的作用，数控机床是数控制造业

的核心，本文主要介绍数控车床的加工工艺和机床的一些基本工作原理。

数控车床对其加工工艺尤为重要其内容包括工艺你点过程，工序的划分方法，工序顺序的安排和进给路线的确定。机床的工作原理按照加工的技术要求和工艺要求将加工程序输入到数控装置中通过数控装置控制机床的运动，使刀具.工件和其它辅助装置严格按照加工程序规定的顺序.轨迹和参数进行工作。

通过本设计说明书可以基本上掌握数控车床的加工工艺和工作原理、使读者无论是从整体上还是各模块中都能够了解到数控车床相关的加工工艺和工作原理的知识。

关键词：数控系统、数控车床、加工编程、加工工艺

二、数控概述

(一)数控车床

1、数控车床的组成

数控机床一般由输入输出设备、CNC装置（或称CNC单元）伺服单元、驱动装置（或称执行机构）及电气控制装置、辅助装置、机床本体、测量反馈装置等组成。数控机床主要有三大部分组成机床主体、数控装置、伺服机构。

(1)机床本体

数控车床由于切削用量大、连续加工发热量大等因素对加工精度有一定影响，加工中又是自动控制，不能像在普通车床那样由人工进行调整、补偿，所以其设计要求比普通机床更严格，制造要求更精密，采用了许多新结构，以加强刚性、减小热变形、提高加工精度。

(2)数控装置

数控装置是数控系统的核心，主要包括微处理器CPU、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与数控系统的其他组成部分联系的各种接口等。数控机床的数控系统完全由软件处理输入信息，可处理逻辑电路难以处理的复杂信息，使数字控制系统的性能大大提高。输入/输出设备键盘、磁盘机等是数控机床的典型输入设备。除此以外，还可以用串行通信的方式输入。

(3)伺服单元

伺服单元是数控装置和机床本体的联系环节，它将来自数控装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。根据接收指令的不同，伺服单元有数字式和模拟式之分，而模拟式伺服单元按电源种类又可分为直流伺服单元和交流伺服单元。

(4)驱动装置

驱动装置把经放大的指令信号转变为机械运动，通过机械传动部件驱动机床主轴、刀架、工作台等精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出图纸所要求的零件。和伺服单元相对应，驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机等。伺服单元和驱动装置合称为伺服驱动系统，它是机床工作的动力装置，数控装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施。所以，伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分。从某种意义上说，数控机床功能的强弱主要取决于数控装置，而数控机床性能的好坏主要取决于伺服驱动系统。

（二）、工作原理

现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备,是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密...加工精度高,质量容易保证,发展前景十分广阔,因此掌握数控车床的加工编程技术尤为重要

（三）、数控车床基本操作.

1、开机

(1）启动气泵（利用气压紧固刀具的数控机床）；

(2）等气压到达规定值后，打开机床总电源；

(3）按下系统面板上P O W E R按钮，将进入系统启动状态；

(4）系统启动完成后，观察显示器上是否有报警，如有报警，按下M E S S A G E按钮进入此页面看报警信息，并解除报警，方可对机床进行下一步操作。比如显示的报警为Emergencystop，顺时针旋转急停按钮，即可解除报警。机床开机出现的报警不仅仅有急停，有时

还会出现冷却液液面低报警，润滑油液面低报警等等，需要采取相应的措施接触报警。

2、返回参考点

这是开机后，为了使数控机床找到机床坐标的基准所进行必须操作。其操作步骤如下：

(1）按POS按钮，选择综合，观察机械坐标值，看机械坐标值是否在小于-100，如果不是，需要选择J O G手动移动坐标轴，使其数值达到要求，方可进行下一步操作；如果符合要求则直接进行下一步操作即可；

(2）选择档位，按下+X、+Y、+Z，然后按进行回零启动，回到零点后，在显示界面，显示零点灯亮，即完成回零动作；

(3）回到零点后，要及时退出零点，以避免长时间压住行程开关而影响其寿命，按J O G选择各个轴与零点反方向移动离开零点即可；注意：有时因紧急情况按下 <紧急停止按钮>、<机床锁住>、、<空运行>等按钮后，都要重新进行机床返回参考点操作，否则数控机床系统会对机床零点失去记忆而造成事故。

3、显示坐标方式

数控车床面板显示界面有三种坐标，分别是综合、绝对、相对。下面分别对各个坐标形式进行讲解：

（1）相对坐标的作用，一是它可以在机床任意位置进行清零或进行坐标值预定，在对刀操作程坐标点的预定上起到很大的作用；二是相对坐标也给我们在操作机床时，使机床停留的任意一点都可以做清零，方便我们计算移动轴移动的距离。

清零的操作步骤如下：

①按POS键显示坐标；

②选择相对坐标显示方式；

③选择X轴清零，

④按下“起源”，此时X轴清零完成，同理进行Y、Z轴的清零；

(2）综合坐标的作用，能够同时显示相对、绝对、机械坐标的变化。这里重点解释“机械坐标”：即为“机床坐标”，也就是机床相对于机床原点的坐标值。它的作用一是在进行回零操作时需要看“机械坐标”是否为零，如果在零点说明机床回零没有问题；二是移动各个轴将其移动机床的最大行程位置，能够直接显示机床的行程。

(3）绝对坐标用来确定刀具相对于工件的坐标原点，主要在对刀时用来记忆坐标值，将对刀的工件原点记录在G54—G59任意一个即可。绝对坐标系的使用步骤如下：

①在刀具相对于工件三轴都在零点位置时，原点第一应记录在相对坐标，即此时将相对坐标三轴清零即可。

②按键选择坐标系，进入绝对值坐标G54—G59，在这里我们选择G54坐标系。

4、轴移动操作

这里主要说手动对数控车床各个轴的移动操作，有两种方式：第一J O G方式下；第二在H A N D L E方式下。

(1）J O G方式移动坐标轴

①选择J O G档位，进入J O G方式；b、在-X、+X、-Y、+Y、-Z、+Z中选择一个移动轴及移动方向；

②手动控制旋转按钮，能够改变轴移动的快慢（此时的速度为G01的F速度大小调节）；

③在确定两个非常远的距离之下，尽可能快的到达目的地，此时调节c也不能达到我们想要的速度，在这里就需要选用快速移动调节速度：F0、25%、50%、100%，一般刚学习数控铣床的情况下，选择25%，然后再选择轴及移动方向按住加速键，轴即会快速移动。

(2）手轮方式移动坐标轴

①选择H A N D L E档位，进入H A N D L E方式；

②选择想要移动的轴的档位（OFF、X、Y、Z、A），再选择进给速度（X1、X10、

X100）；

③不同厂家生产出机床手轮一般有两种，一种是有手轮开关，一种没有手轮开关。有手轮开关的在使用时要按下开关，没有则直接使用即可；

④然后顺时针旋转就向轴正向移动，逆时针为轴的负向移动。

5、主轴正反转操作

主轴正反转有两种方式，一是MDI方式下；另一种是手动方式下。但发那科系统的数控

机床在刚开机后手动方式不能使主轴正反转，必须在MDI方式下让给主轴一个基准速度后，手动方式才能使得主轴正反转。

（1）MDI方式

①选择MDI方式；

②按PROG按钮；

③输入主轴正转指令及转速，比如“MO3S800

④按INSERT按键，将其输入；

⑤按下CYCLESTART按钮，主轴正转；

⑥调节主轴速度大小旋转按钮，使其旋转指针为100%，即当前转速为800r/min，若果旋转指针在50%，则当前主轴转速为400r/min；

⑦在PROG界面中在输入M05指令，主轴停转。同上步骤可以进行主轴反转操作（主轴反转一般用在数控机床攻螺纹时）。

⑧也可以选择JOG方式，按下主轴停止按钮，主轴也同样停止（这种方式常用）。

（2）JOG方式此操作方式的前提条件是：开机后已经通过第一种方式给定转速。

①选择JOG档位，进入JOG操作环境下

②按主轴正/反转按钮（任选其一），主轴即实现正转或者反转；

③通过主轴转速调节按钮调节主轴转速（调节范围在给定主轴转速的50%-120%）；

d、按主轴反转按钮，主轴停转

6、装刀操作

（1）车刀的刀头部分伸出的长度是刀杆长度的两倍。

（2）刀具必须夹紧，但不能使用夹力棒（杠管）。

（3）刀具的刀尖必须严格对准工件的轴心。

（4）垫片的厚度：垫片的长度，必须与刀架的长度一致，垫片的前端部分必须对齐。（5）垫片不能采用过多。

7、对刀操作

（1）、“方式选择”为“M D I”方式，显示屏将显示M D I程序编辑页面。如果没有显示此页面，则按功能键中的“PROG”键，进入该页面。在键盘上按“T0101；

M03S600”；→“I N S E R T”→“START”，换上1号刀，并使主轴转动。

（2）、“方式选择”变为“J O G”方式，利用“方向”键并结合“进给倍率”旋钮移动1号刀，切削端面。切削完端面后，不要移动Z轴，按“+X”键以原进给速度退出。退出后，按下“主轴停止”按钮，使主轴停止转动。

（3）、按功能键中的OFSETSET”键以及该页面下“形状”对应的软键盘进入下图所示页面，利用键盘上的光标键使光标移动到“G01”，在键盘上按“Z0”→“测量”软键，完成1号刀Z向的对刀

（4）、“方式选择”为“M D I”方式，重新使主轴转动；再变为“J O G”方式，利用方向键移动1号刀，试切外圆。车一段外圆后，不要移动X轴，按“+Z”键以原进

给速度退出。退出后，按下“主轴停止”按钮，使主轴停止转动。用外径千分尺测量试切部分的外圆直径。

（5）、再次进入如上图页面，在“G01”下，在键盘上输入刚才测量的外径植→“测量”，完成1号刀X向对刀。

（6）、完成1号刀的对刀后，利用“方向”键使刀架离开工件，退回到换刀位置附近。

（7）、采用同样方式继续完成各种刀具的对刀

8、对刀具进行补偿

（1）刀具位置补偿

刀具磨损或重新安装刀具引起的刀具位置变化，建立、执行刀具位置补偿后，其加工程序不需要重新编制。

（2）刀具圆弧半径补偿

编制数控车床加工程序时，车刀刀尖被看作是一个点（假想刀尖P 点），但实际上为了提高刀具的使用寿面和降低工件表面粗糙度，车刀刀尖被磨成半径不大的圆弧（刀尖A B圆弧），这必将产生加工工件的形状误差，这些可采用刀具圆弧半径补偿来解决。

(3)刀具参数

每一个刀具补偿号对应刀具位置补偿和刀具圆弧半径补偿共4个参数在加工之前输入到对应的存储器，在自动执行过程中，数控系统按该存储器中的数值自动修正刀具的位置误差和进行刀尖圆弧半径补偿。

9、自动执行程序

（1）先对好刀，然后编写程序按“复位”键，让光标回到程序开头，再按“自动”键，然后按“循环启动”按钮就加工了。

（2）还可以按好“自动”后在按个“单段”，再按“循环启动”。这样程序每走完一段，车床都会停下，然后检查好下一段程序没问题后再按“循环启动”，车床继续执行下一段程序。

（四）、数控车床常见故障分类

1、主机故障

数控车床的主机部分主要包括机械润滑、冷却、排屑、液压、气动与保护等装置。常见的主机故障与机械安装、调试及操作使用不当等原因引起的机械传动故障与导轨运动摩擦过大故障。故障表现为传动噪声大.加工精度差.运行阻力大.

2、电气故障

(1)机床本体上的电气故障。此种故障首先可利用机床自诊断功能的报警号提示.查阅梯形图或检查IO接口信号状态，根据机床维修说明书所提的图纸.资料，排故流程图，调整方法，并结合工作人员的经验检查。

（2）篷悯服放大及检测部分故障。此种故障可利用计算机自诊断功能的报警号，计算机及伺服放大驱动板上的各信息状态指示灯，故障报警指示灯，参阅维修说明书上介绍的关键测试点的渡形、电压值，计算机、伺服放大板有关参数设定，短路销的设置及其相关电位器的调整，功能兼容板或备板的替换等方法来作出诊断和故障排除。@计算机部分故障。此种故障主y要利用计算机自诊断功能的报警号，计算机各板上的信息状态指示灯，各关键测试点的波形、电压值，各有关电位器的调整，各短路销的设置，有关机床参数值的设定，专用诊断组件，并参考计算机控制系统维修手册、电气图等加以诊断及排除。

（3）交流主轴控制系统故障。交流主轴控制系统发生故障时，应首先了解操作者是否有过不符合操作规程的意外操作，电源电压是否出现过瞬问异常，进行外观检查是否有短路器跳闸、熔丝断等直观易查的故障。如果没有，再确认是属于有报警显示类还是无报警显示类故障，根据具体情况而定。

3、系统故障和随机故障

(1)系统故障。此故障是指只要满足一定的条件，机床或数控系统就必然出现的故障。如，网络电压过高或过低，系统就会产生电压过高报警或电压过低报警;切削用量安排得不合适，就会产生过载报警等。

(2)随机故障。此类故障是指在同样条件下.只偶尔出现一次或两次的故障c要想人为地再使其出现同样的故障则是不太容易的，有时很长时间也难再遇到一次。这类故障的诊断和排除都是很困难的。一般情况下，这类故障往往与机械结构的局部松动、错位，数控系统中部分组件工作特性的漂移.机床电气组件可靠性下降等有关。比如：一台数控机床本来正常工作，突然出现主轴停止时产生漂移，停电后再进电，漂移现象仍不能消除。调整零漂电位器后现象消失，这显然是工作点漂移造成的。因此，排除此类

故障应经过反复实验，综合判断。有些数控机床采用电磁离合器变挡，离合器剩磁也会产生类似的现象。

4、显示故障和无显示故障以故障产生时有无自诊断显示来区分这两类故障。

(1)有报警显示故障。现在的数控系统都有较丰富的自诊断功能，可显示出百余种的报警信号。其中，太部分是cNc系统自身的故障报警，有的是数控机床制造厂利用操作者信息，将机床的故障也显示在显示器上.根据报警信号能比较容易地找到故障和排除

故障。但是，这里讲的是比较容易的情况。有很多情况是虽然有报警显示，但并不是报警的真正原因。比如：一台配有FANuc控制系统的铣床就出现了这样的故障：现象是机床送电后只能向负方向点动，向正方向点动一个极小的距离就产生超程报警。停电后再送电.产生的情况与上述结果一样。经诊断实际是由于一次突然停电，cNc系统受到干扰.造成cNc系统送电后即返回参考点完成状态.再向正方向点动自然就产生超程报警。

(2)无报警显示故障。数控机床产生的故障还有一种情况，那就是无任何报警显示，但机床却是在不正常状态，往往是机床停在某一位置上不能正常工作，甚至连手动操作都失灵。维修人员只能根据故障产生前后的现象来分析判断，排除这类故障是比较困难的。

三、数控加工工艺

（一）、工艺路线的确定

1．选择定位基准；

2．选择和确定毛坯及其制造方式。

3．确定定位、夹紧方法；

4．确定各个表面的加工方法：如孔、平面、外圆等表面的加工。

5．确定工序的集中和分散。

6.安排加工顺序。

(二)、加工工序的划分

1.保证精度的原则

数控加工要求工序尽可能集中，常常粗、精加工在一次装夹下完成，为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。对轴类或盘类零件，将各处先粗加工，留少量余量精加工，来保证表面质量要求。同时，对一些箱体工件，为保证孔的加工精度，应先加工表面而后加工孔。

2．提高生产效率的原则

数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其它部位。同时应尽量减少空行程，用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。

（三）、刀具的合理选择

（1）数控刀具的类型、规格和精度等级应能够满足数控车床加工要求。

(2)精度高。为适应数控车床加工的高精度和自动换刀等要求，刀具必须具有较

高的精度。

(3)可靠性高。要保证数控加工中不会发生刀具意外损伤及潜在缺陷而影响到加

工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性及较强的适应性。精密五金加工

(4)耐用度高。数控车床加工的刀具，不论在粗加工或精加工中，都应具有比普

通机床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而提高数控机床的加工效率和保证加工质量。断屑及排屑性能好。数控车床加工中，断屑和排屑不像普通机床加工那样能及时由人工处理，切屑易缠绕在刀具和工件上，会损坏刀具和划伤工件已加工表面，甚至会发生伤人和设备事故，影响加工质量和机床的安全运行，所以要求刀具具有较好的断屑和排屑性能。

四、加工零件工艺分析

（一）、加工注意事项

1、操作者接到加工任务后，首先准备好所需图纸、工艺、检验文件等相关文件，看懂技术要求，准备好加工所需的机床、刀具、工装、工具及量具，有疑问找到技术人员及相关部门

人员核实后再进行加工。

2、注意工装周期检定状态是否合格。需要机外测量、预调的刀具，在对刀仪中给出正确的

补偿值。

3、操作者按照相关设备文件，确认机床状态是否正常。

4、对于在产批量零件，需要核对已有的数控程序，注意不要调错程序，熟悉程序内容，编

程原点，调用的刀具。注意图纸、工艺等是否存在变更

（二）、工艺过程卡

零件图

技术要求：

1、以小批量生产条件编程。

2、不准用砂布及锉刀等修饰表面。

3、未注倒角×45o,锐角倒钝×45°。

4、未注公差尺寸按 GB1804-M。

5、端面允许打中心孔。

6、毛坯尺寸：（φ60×62）。

7、材料：45#,调质处理HRC 26~36

(三)工序卡片

（四）、工件的编程

车左端

%1

G95M03S800

T0101(93度外圆车刀)

G00X60Z10

800F10 G00G0F20 G40G400F宽度为4mm的切槽刀)

G00Z-13

X60

G01X48

G00X60

X250Z250

800F(内圆车刀)

G00X16

Z2

40F30G00G2F40 G00G车右端

%2

G95M03S400

T0202(宽度为4mm的切槽刀)

G00G42X62Z2

34F

G00X60

Z-41

G01X38

G03X34Z-39R2

G00X100

G40Z200

0101F(35度外圆车刀)

G00X60Z2

10G00G

0F

20G00G00G00G内圆车刀)

G00X16Z0

40F30G01G0F40G00G五、设计总结

经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法有点太片面。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么

累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。

大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。

我的心得也就这么多了，总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值!有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的学会了。

在此要感谢我的指导老师-卢老师对我悉心的指导，感谢老师给我的帮助。在设计过程中，我通过查阅大量有关资料，与同学交流经验和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这个设计做的也不太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。大专四年就在这最后的毕业设计总结划上一个圆满的句号.我曾经以为时间是一个不快不慢的东西,但现在我感到时间过的是多么的飞快,四年了,感觉就在一眨眼之间结束了我的大专生涯.毕业,最重要的一个过程,最能把理论知识运用到实践当中的过程就数毕业设计了.这也是我们从一个学生走向社会的一个转折.另一个生命历程的开始

六、致谢

历时几周的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师—卢老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多拟问素材，还在论文的撰写和排版过程中提供热情的帮助。

七、参考文献

1.《数控机床及应用》，赵云龙：机械工业出版社2002年版。

2．《数控车削编程与加工技术》，赵太平：北京理工大学出版社2006年版。3．《编程与应用》，李永刚、高荣坚：沈阳第一机床厂2005年。

4．《GSK980TD车床CNC使用手册》，广州数控设备有限公司2006年。

5．《世纪星车床数控系统编程说明书》，武汉华中数控股份有限公司2009年。6．《数控车削编程及应用》——昆明：刀玉萍.谢林：云南教育出版社2014年。