南通职业大学 毕业设计（论文）
课题：典型零件的数控加工与仿真及实体造型
系科： 机械工程系 专业： 机械制造与自动化 班级： 姓名： 指导老师：
完成日期： 2008—04--16
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目录
摘要…………………………………………………………………3-4 第一部分 绪论…………………………………………………………5
（1）数控机床的介绍…………………………………………………5-13 （2）数控编程的介绍…………………………………………………13-18
第二部分 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 数控加工仿真操作………………………………………27
（1）CRT/MDI操作面板介绍…………………………………………27-30 （2）机床操作面板介绍………………………………………………30-33 （3）Vnuc软件程序仿真………………………………………………34-40
第四部分 工件的工 …………………………41
CAXA实体造型加
（1）工件造型及加工 …………………………………………………41-43 （2）自动编程与手动编程比较……………………………………………44
第五部分 设计小结……………………………………………………45
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第六部分 参考文献……………………………………………………46
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。有利于生产管理自动化。 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:自动化、精度、效率
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Summary
The number controls milling to process in addition to having the characteristics that the plain milling machine process, return like descend a characteristics:
1, the parts process of the adaptability be strong, vivid good, can process the parts of the specially complicated or hard control size of the outline shape, like molding tool parts, housing body parts...etc..
2, can process common engine bed the parts can'ting process or canning hardly process, if use complicated curve parts and 3D space curved face parts of description of the mathematics pattern.
3, need to carry on to have another pass work after can process to pack a clip fixed position at a time the preface process of parts.
4, process accuracy Gao and process a mass stability credibility.
5, produce automation procedure Gao, can ease labor strength of operate.Be advantageous to production control automation.
6, produce effciency Gao.A
7, from slice to pare priniple to up speak, regardless carry milling or cycle millings to all belong to break to continuously slice to pare a way, but slice to pare not as in a row as truning, so request tool angel higher, have good anti- impact, tenacity and wear resistance.Also request to there is good red rigidity under the sistuation that the dry type slice to pare.
Keyword:automate, accuracy, effciency
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第一部分 绪论
数控机床的介绍
（1）、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；采用新型的自动编程系统；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：
●新一代数控系统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机丰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.并向智能化、网络化方向大大发展。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“下一代工作站/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
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管.使系统体积更小.更加小型化、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数控系统.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有力的支持.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数控系统.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。
●新一代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流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
为了满足市场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面：
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
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机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度。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年代以来.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/减速度的进给运动部件（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；主轴转数在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/分以上；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.高速直线电机的推广应用.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。还由于新产品更新换代周期加快.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）.是世界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（<10nm）.其应用范围日趋广泛。超
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精密加工主要包括超精密切削（车、铣）、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工（三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等）。随着现代科学技术的发展.对超精密加工技术不断提出了新的要求。新材料及新零件的出现.更高精度要求的提出等都需要超精密加工工艺.发展新型超精密加工机床.完善现代超精密加工技术.以适应现代科技的发展。
当前.机械加工高精度的要求如下：普通的加工精度提高了一倍.达到5微米；精密加工精度提高了两个数量级.超精密加工精度进入纳米级（0.001微米）.主轴回转精度要求达到0.01~0.05微米.加工圆度为0.1微米.加工表面粗糙度Ra=0.003微米等。
精密化是为了适应高新技术发展的需要.也是为了提高普通机电产品的性能、质量和可靠性.减少其装配时的工作量从而提高装配效率的需要。随着高新技术的发展和对机电产品性能与质量要求的提高.机床用户对机床加工精度的要求也越来越高。为了满足用户的需要.近10多年来.普通级数控机床的加工精度已由±10μm提高到±5μm.精密级加工中心的加工精度则从±3~5μm.提高到±1~1.5μm。
●高可靠性
是指数控系统的可靠性要高于被控设备的可靠性在一个数量级以上.但也不是可靠性越高越好.仍然是适度可靠.因为是商品.受性能价格比的约束。对于每天工作两班的无人工厂而言.如果要求在16小时内连续正常工作.无故障率P(t)＝99%以上的话.则数控机床的平均无故障运行时间MTBF就必须大于3000小时。MTBF大于3000小时.对于由不同数量的数控机床构成的无人化工厂差别就大多了.我们只对一台数控机床而言.如主机与数控系统的失效率之比为10：1的话（数控的可靠比主机高一个数量级）。此时数控系统的MTBF就要大于33333.3小时.而其中的数控装置、主轴及驱动等的MTBF就必须大于10万小时。
当前国外数控装置的MTBF值已达6000小时以上.驱动装置达30000小时以上。
2、模块化、智能化、柔性化和集成化
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●模块化、专门化与个性化
机床结构模块化.数控功能专门化.机床性能价格比显著提高并加快优化。为了适应数控机床多品种、小批量的特点.机床结构模块化.数控功能专门化.机床性能价格比显著提高并加快优化。个性化是近几年来特别明显的发展趋势。
●智能化
智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：
为追求加工效率和加工质量方面的智能化.如自适应控制.工艺参数自动生成；
为提高驱动性能及使用连接方便方面的智能化.如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；
简化编程、简化操作方面的智能化.如智能化的自动编程.智能化的人机界面等；
智能诊断、智能监控方面的内容.方便系统的诊断及维修等。
●柔性化和集成化
数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段车间独立制造岛、FA）、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展.另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段.是各国制造业发展的主流趋势.是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提.以易于联网和集成为目标；注重加强单元技术的开拓、完善；CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展；数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP、MTS联结.向信息集成方向发展；网络系统向开放、集成和智能化方向发展。
3、开放性
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为适应数控进线、联网、普及型个性化、多品种、小批量、柔性化及数控迅速发展的要求.最重要的发展趋势是体系结构的开放性.设计生产开放式的数控系统.例如美国、欧共体及日本发展开放式数控的计划等。
4、出现新一代数控加工工艺与装备
为适应制造自动化的发展.向FMC、FMS和CIMS提供基础设备.要求数字控制制造系统不仅能完成通常的加工功能.而且还要具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头（有时带坐标变换）、自动误差补偿、自动诊断、进线和联网等功能.广泛地应用机器人、物流系统；
FMC.FMS Web-based制造及无图纸制造技术；
围绕数控技术、制造过程技术在快速成型、并联机构机床、机器人化机床、多功能机床等整机方面和高速电主轴、直线电机、软件补偿精度等单元技术方面先后有所突破。并联杆系结构的新型数控机床实用化。这种虚拟轴数控机床用软件的复杂性代替传统机床机构的复杂性.开拓了数控机床发展的新领域；
以计算机辅助管理和工程数据库、因特网等为主体的制造信息支持技术和智能化决策系统。对机械加工中海量信息进行存储和实时处理。应用数字化网络技术.使机械加工整个系统趋于资源合理支配并高效地应用。
由于采用了神经网络控制技术、模糊控制技术、数字化网络技术.机械加工向虚拟制造的方向发展。
（2）数控机床的组成和工作原理
如图所示，数控机床由程序编制及程序载体、输入装置、数控装置（CNC）、伺服驱动及位置检测、辅助控制装置、机床本体等几部分组成。
一、程序编制及程序载体
数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析的基
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础上，确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的工艺路线、切削加工的工艺参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息后，用由文字、数字和符号组成的标准数控代码，按规定的方法和格式，编制零件加工的数控程序单。编制程序的工作可由人工进行；对于形状复杂的零件，则要在专用的编程机或通用计算机上进行自动编程（APT）或CAD/CAM设计。
编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储载体上，它可以是穿孔纸带、磁带和磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控装置的设计类型。
数控装置CNC伺服驱动及位置检测机 床主运动进给运动辅助动作加工零件加工图纸程序编制输入装置
辅助控制(即强电控制)装置
数控机床的基本结构
二、输入装置
输入装置的作用是将程序载体（信息载体）上的数控代码传递并存入数控系统内。根据控制存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统；数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。
零件加工程序输入过程有两种不同的方式：一种是边读入边加工（数控系统内存较小时），另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从內部存储器中逐段逐段调出进行加工。
三、数控装置
数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来
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的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。
零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀具在加工过程中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动，即按图形轨迹移动。但输入的零件加工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能满足要求，因此要进行轨迹插补，也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出一系列中间点的坐标值，并向相应坐标输出脉冲信号，控制各坐标轴（即进给运动的各执行元件）的进给速度、进给方向和进给位移量等。
四、驱动装置和位置检测装置
驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件，以加工出符合图样要求的零件。因此，它的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。
位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置之后，数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按照指令设定值运动。
五、辅助控制装置
辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运动，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启动停止，工件和机床部件的松开、
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夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。
由于可编程逻辑控制器（PLC）具有响应快，性能可靠，易于使用、编程和修改程序并可直接启动机床开关等特点，现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。
六、机床本体
数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点。
（2）数控编程的介绍
（1）数控编程的内容与步骤
在普通机床上加工零件时，首先应由工艺人员对零件进行工艺分析，制定零件加工的工艺规程，包括机床、刀具、定位夹紧方法及切削用量等工艺参数。同样，在数控机床上加工零件时，也必需对零件进行工艺分析，制定工艺规程，同时要将工艺参数、几何图形数据等，按规定的信息格式记录在控制介质上，将此控制介质上的信息输入到数控机床的数控装置，由数控装置控制机床完成零件的全部加工。我们将从零件图样到制作数控机床的控制介质并校核的全部过程称为数控加工的程序编制，简称数控编程。数控编程是数控加工的重要步骤。理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样要求的合格零件，同时应能使数控机床的功能得到合理的利用与充分的发挥，以使数控机床能安全可靠及高效地工作。
一般来讲，数控编程过程的主要内容包括：分析零件图样、工艺处理、数值计算、编写加工程序单、制作控制介质、程序校验和首件试加工。 数控编程的具体步骤与要求如下：
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1．分析零件图
首先要分析零件的材料、形状、尺寸、精度、批量、毛坯形状和热处理要求等，以便确定该零件是否适合在数控机床上加工，或适合在哪种数控机床上加工。同时要明确加工的内容和要求。 2．工艺处理
在分析零件图的基础上，进行工艺分析，确定零件的加工方法（如采用的工夹具、装夹定位方法等）、加工路线（如对刀点、换刀点、进给路线）及切削用量（如主轴转速、进给速度和背吃刀量等）等工艺参数。数控加工工艺分析与处理是数控编程的前提和依据，而数控编程就是将数控加工工艺内容程序化。制定数控加工工艺时，要合理地选择加工方案，确定加工顺序、加工路线、装夹方式、刀具及切削参数等；同时还要考虑所用数控机床的指令功能，充分发挥机床的效能；尽量缩短加工路线，正确地选择对刀点、换刀点，减少换刀次数，并使数值计算方便；合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳；避免刀具与非加工面的干涉，保证加工过程安全可靠等。有关数控加工工艺方面的内容，我们将在第2章2.3节及2.4节中作详细介绍。 3．数值计算
根据零件图的几何尺寸、确定的工艺路线及设定的坐标系，计算零件粗、精加工运动的轨迹，得到刀位数据。对于形状比较简单的零件（如由直线和圆弧组成的零件）的轮廓加工，要计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值，如果数控装置无刀具补偿功能，还要计算刀具中心的运动轨迹坐标值。对于形状比较复杂的零件（如由非圆曲线、曲面组成的零件），需要用直线段或圆弧段逼近，根据加工精度的要求计算出节点坐标值，这种数值计算一般要用计算机来完成。有关数值计算的内容，我们将在第3章中详细介绍。
4．编写加工程序单
根据加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿量、机床辅助动作及刀具运动轨迹，按照数控系统使用的指令代码和程序段的格式编写零件加工的程序单，并校核上述两个步骤的内容，纠正其中的错误。 5．制作控制介质
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把编制好的程序单上的内容记录在控制介质上，作为数控装置的输入信息。通过程序的手工输入或通信传输送入数控系统。 6．程序校验与首件试切
编写的程序单和制备好的控制介质，必须经过校验和试切才能正式使用。校验的方法是直接将控制介质上的内容输入到数控系统中，让机床空运转，以检查机床的运动轨迹是否正确。在有CRT图形显示的数控机床上，用模拟刀具与工件切削过程的方法进行检验更为方便，但这些方法只能检验运动是否正确，不能检验被加工零件的加工精度。因此，要进行零件的首件试切。当发现有加工误差时，分析误差产生的原因，找出问题所在，加以修正，直至达到零件图纸的要求。
（2）宏程序
在编程工作中，我们经常把能完成某一功能的一系列指令像子程序那样存人存储器，用一个总指令来代表它们，使用时只需给出这个总指令就能执行其功能所存人的这一系列指令称作用户宏程序本体，简称宏程序。这个总指令称作用户宏程序调用指令。在编程时，编程员只要记住宏指令而不必记住宏程序。
用 户 宏 程序与普通程序的区别在于:在用户宏程序本体中，能使用变量，可以给变量赋值，变量间可以运算，程序可以跳转;而普通程序中，只能指定常量，常量之间不能运算，程序只能顺序执行，不能跳转，因此功能是固定的，不能变化。用户宏功能是用户提高数控机床性能的一种特殊功能，在相类似工件的加工中巧用宏程序将起到事半功倍的效果。
宏 程 序 体像子程序一样存人到内存里，然后用子程序调用指令调用。 1、变量概述：一个变量由符号#和变量号组成，如#i（i=1,2,3…）,也可用表达式来表示变量，表达式需加方括号，即#[〈表达式〉]，例如：
#[#50]，#[2001-1]，#[#4/2]，#[#1+#2-12] 在地址号后可使用变量，如：
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F#9,若#9=100.0，则表示F100; Z-#26,若#26=10.0，则表示Z-10.0
在程序中定义变量时，可以忽略小数点，例如，当#1=123被定义时，变量#1的实际值为123.000。
引用的变量值根据地址的最小输入增量自动进行四舍五入，例如G00 X#1;其中#1值为12.3456，CNC最小分辨率1/1000mm，则实际命令为G00 X12.345。变量有局部变量，公用变量（全局变量）和系统变量3种：
（1）#0表示“空”变量，这个变量总是空的，不能赋值。
（2）#1—#3表示局部变量，只能在宏中使用，以保存操作的结果。关闭电源时，局部变量被初始化为空。宏调用时，自变量分配给局部变量。
（3）#100—#199，#500—#999表示公用变量，在不同的宏程序间变义相同。关闭电源时，#100—#199被初始化为空，而变量#500—#999数据保持。
（4）#1000—表示系统变量，用于读和写CNC运行时各种数据的变化，例如刀具当前位置和补偿值，PMC接口信号，报警信息等。
注意：程序号，顺序号，任选段跳跃号不能使用变量。例如；O#1;/#2 G00 X100.0;N#3 Y200.0;均是错误的。
2、运算指令
编程中变量的用途有4个：运算，递增量或递减量（计数器），进行比较操作后决定是否实现程序的跳转，在程序之间传递参数。
运算指令包括：
算术运算（赋值，加，减，乘，除，绝对值，四舍五入整数化和舍去小数点以下部分），例如：#i=#j,#i=#j+#k,#i=#j/#k。
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函数运算（正弦，余弦，正切，反正切和平方根），例如：#i=SIN[#j],#i=SQRT[#j],#i=ABS[#j],角度以度为单位。
逻辑操作（与，或，异或），例如：#i=#jOR#k,#i=#jXOR#k。
比较操作（等于，大于，小于，大于等于，小于等于，不等于）见下表： 另外，还有代码转换指令。 3、程序控制语句
程序控制语句起控制程序流向的作用，有分支语句和循环语句两种。 （1）分支语句
无条件分支语句（GOTO），其功能是转向程序的第n句。当指定的顺序号大于9999时，出现128报警。顺序可用表达式。
格式：GOTOn; n是顺序号（1—9999）。
条件分支（IF语句），其功能是在IF后面指定一个条件表达式，如果条件满足，转向第n句，否则执行下一段。
格式：IF[条件表达式] GOTOn。
一个条件表达式一定要有一个操作符（见下表），这个操作符插在两个变量或一个变量和一个常数之间，并且要用方括号括起来，如[#24GT#25]。
操作符 EQ NE GT （2）循环语句
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意义 = ≠ > 操作符 GE LT LE 意义 ≥ < ≤
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WHILE[<条件式>]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，而含其他操作符的条件表达式将空值看作零。
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第二部分 数控加工工艺设计
一、零件图
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将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过粗加工、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
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精基准加工外圆和端面；箱体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
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，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用量。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。 （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统的性能限制。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”现象。
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
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面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，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）背吃刀量确定 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，这样可以减少走刀次数，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。
2、刀具参数及切削用量的选择
工艺卡片 零件号 程序编号 1 O0001 刀具种类 工序内容 工步号 刀具号 种类 立N01 铣实测 S1000 F100 D01 直径 度 主轴转速 长进给速度 补偿量 备注 零件名称 机床型号 典型零材料 件加工 制表
铣最外面第一台阶 铣外面第二台阶 T1 刀 Φ16 N02 T1 立刀 立刀 铣Φ16 S1000F100 铣内台阶 N03 T1 铣Φ16 S1000F100 铣椭圆 N04 T2 立铣刀 Φ14 S1000F100 21
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钻中心孔 N05 T3 麻花钻 Φ11.8 S350F60 铰孔 N06 T4 立铣刀 Φ12 S500F100 铣球面 N07 T5 球铣刀 Φ10 S1000F100 3、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：
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 % O0001 T01M03S1000;
G21G17G40G54G90G00X0Y0Z20.; (铣外面第一台阶) X-95.Y-63.;
G01G41Z-15.F100.D01; (通过刀补控制加工精度) X0.Y-63.; X50.;
G03X68.Y-45.R18.; G01Y40.;
G03X30.67Y66.4R28.; G02X-30.67Y66.4R92.; G03X-68.Y40.R28.; G01Y-20.;
G03X-49.15Y-46.46R28.; G01X-2.62Y-62.56.; X50.Y-63.;
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G00Z20.; X-95.Y-63.; G01Z-15.; X0Y-79.; X50.;
G03X84.Y-45.R34.; G01Y40.;
G03X25.33Y81.48R44.; G02X-25.33Y81.48R76.; G03X-84.Y40.R44.; G01Y-20.;
G03X-54.38Y-61.58R44.; G01X-7.85Y-77.68.; G00G40Z20.;
O0002 T01M03S1000.;
G21G40G54G90G00X0Y0Z20.; X-75.Y-80.;
G01G42Z-10.F100.D01; G01X-53.Y-20.; Y15.;
G02X-3.6Y51.25R38.; G03X3.6Y51.25R12.; G02X50.91Y2.26R38.; X-4.28Y-52.07R88.; X-13.36Y-52.68R18.; X-45.Y-37.44R68.; X-53.Y-20.R23.; G00Z20.;
(铣第二台阶) (通过刀补控制加工精度) 23
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X-75.Y-80.; G01Z-10.; G01X-69.Y-20.; Y15.;
G02X0.Y66.87R54.; G02X66.02Y-2.68R54.; X0.8Y-67.24R104.; X-16.35Y-68.4R34.; X-55.43Y-49.57R84.; X-69.Y-20.R39.; G00Z20.; X-75.Y-80.; G01Z-10.; X5.89Y-82.41.; G03X81.14Y-7.92R120.; G00G40Z20.;
O0003 T01M03S1000.;
G21G40G54G90G00X0Y0Z50.;
G01G41X-35.Y-20.F100.D01; Z-10.; G01Y15.;
G02X-9.Y34.08R20.; G03X9.Y34.08R30.; G02X33.9Y8.45R20.; X-10.Y-35.R70.; X-33.26Y-23.79R50.; X-35.Y-20.R5.; G01Y14.9.;
(铣内台阶) (通过刀补控制加工精度) 24
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G01X-30.Y14.9.; G02X-10.5Y29.21R15.; G00G40Z20.;
O0004; (铣椭圆) G54G90G0X0Y0Z10.T02M03S1000; G68X0Y0R30.; G0X32.; G01Z-10.F100.; #1=0 ;
N100 #2=32.*COS[#1]; #3=22.*SIN[#1]; G01 X#2 Y#3 F100.; #1=#1+1.;
IF [#1 LT 360.] GOTO100; G69; G0 Z100.; M30;
O0005 T03M03S500
G54G90G00X0Y0Z20.; G73X-60.Y-45.Z-3.R5.Q5.F60.; Z20.; X40.Y-35.; Z-3.; Z20.;
O0006 T04M03S500
G54G90G00X0Y0Z20.; G01X-60.Y-45.Z-30.F100.;
(钻中心孔) (铰孔) 25
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Z20.; X40.Y-35.; Z-30.; Z20.;
O0008; (铣球面) G54G90G0X0Y0Z10.T05M03S1000; X40.Y-35.; G1Z-7.51F100.; #1=-7.51;
N100 #2=SQRT[100.-[#1+2.52]*[#1+2.52]]+40.; #3=#2-40.; G01 X#2 F1000.; Z#1;
G02 I[-1*#3] J0 ; #1=#1-0.2;
IF[#1 GT -11.68 ] GOTO100; G0Z100.; M30; %
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第三部分 数控加工仿真操作
1. CRT/MDI操作面板介绍
系统操作键盘在视窗的右上角，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。
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手动数据输入主要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。
图3-13 加工中心的CRT/MDI面板
1、数字/字母键
数字/字母键用于输入数据到输入区域，系统自动判别取字母还是取数字。 字母和数字键通过
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键切换输入，如：O—P，7—A。
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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。 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。按下此按钮，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，相对坐标系为由用户临时设定的坐标系，与其它坐标值没有确定的换算关系。
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（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：显示当前系统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 按钮切换。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、扩展坐标系的设定界面。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中保存的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。
系统参数页面。
信息页面，如“报警”。 图形参数设置页面。 系统帮助页面。 复位键。 4、翻页按钮（PAGE）
向上翻页。 5、光标移动（CURSOR）
向上移动光标。
向下翻页。
向左移动光标。
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向下移动光标。 6、输入键
向右移动光标。
输入键 把输入区内的数据输入参数页面。
2.机床操作面板介绍
（4） Vnuc软件程序仿真
用Φ16的铣刀铣第一台阶
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用Φ16的铣刀铣第二台阶
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用Φ16的铣刀铣内台阶
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用Φ14的铣刀铣椭圆
用Φ11.8的钻头钻孔
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用Φ12的铣刀铣孔
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用Φ10的球刀铣球孔
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第四部分 工件的CAXA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、工艺、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道路，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多个教育培训中心、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四个字母是由：C--Computer（计算机），A-- Aided（辅助的），X（任意的），A--Alliance、Ahead（联盟、领先）四个字母组成的，其涵义是\"领先一步的计算机辅助技术和服务\"（Computer Aided X Alliance - Always a step Ahead）
。
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（1）工件造型及加工
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（2）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、确定加工工艺过程、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，而且还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、及时。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
自动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后置处理，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数控编程的基础知识。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。
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第五部分 设计小结
结 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。当一开始拿图纸感觉比较地烦琐，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，不明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，通过老师的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，制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的助推剂。
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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）杨授时主编·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
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