第一篇：數控鉆銑床電氣系統控制畢業設計

XX學院

設計說明書

課 題：

數控鉆銑床電氣系統控制畢業設計

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號

指導教師

完成日期

前言

隨著社會生產和科學技術的發展與進步，PLC技術正在不斷地深入到各個領域并迅速地向前推進，特別是近幾年來在機械加工領域引起了許多深刻的改革?！峨p面鉆孔組合機床在運用》就是運用了PLC技術與機床電氣的過程及注意事項，實現了機電一體化的運用，這便使雙面組合鉆床操作更加方便，大大提高了工作效率。

目前，在機械制造業中已不再是僅僅要求單機自動化，而是要求實現一條生產線，一個車間、一個工廠甚至更大規模的全盤自動化，這便體現PLC技術的重要性。在設計中，參考了機電一體化技術方面和PLC方面的教材和資料，在書后的參考文獻中列出，這些寶貴的資料對我完成畢業設計起到了重要的作用，在設計中有許多不妥之處，敬請老師提出寶貴指正.摘要

數控鉆銑床是現代工業生產中不可缺少的部分，可以高速、精確的切削零件。本文就對鉆銑床的機械結構、電氣控制和數控三部分進行了設計，基本可以滿足鉆銑床的運行。本系統采用的數控裝置集成進給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內嵌式PLC接口、遠程I/O板接口于一體，支持硬盤、電子盤等程序存儲方式以及軟驅、DNC、以太網等程序交換功能，具有高性能、配置靈活、結構緊湊、易于使用、可靠性高的特點。詳細給出了主/控制回路圖及一些元件的選擇。

關鍵字：數控裝置

PLC 主/控制回路

目 錄

第一章 緒論????????????????????????????

1.1數控機床的發展史????????????????????? 1.2數控機床的現狀?????????????????????? 1.3數控機床的特點和用途???????????????????

1.4 PLC相關技術的發展入應用領域??????????????? 1.4.1 PLC技術簡介?????????????????????? 1.4.2 PLC的基本結構????????????????????? 1.4.3 PLC應用領域?????????????????????? 第二章 電氣系統控制設計??????????????????????

2.1可編程器的選擇和可行性的論證??????????????? 2.1.1設計的內容及任務???????????????????? 2.1.2可行性論證??????????????????????? 2.2總體方案的擬訂和論證??????????????????? 2.2.1總體設計方案的擬訂??????????????????? 2.3電氣部分設計??????????????????????? 2.3.1選件?????????????????????????? 2.3.2電源?????????????????????????? 2.3.3數控裝置與軟驅單元的連接???????????????? 2.3.4數控裝置與外部計算機的連接??????????????? 2.3.5數控裝置開關量的輸入/輸出???????????????? 2.3.6數控裝置與手持單元的連接???????????????? 2.3.7數控裝置與主軸裝置的連接???????????????… 2.3.8數控裝置與進給驅動裝置的連接????????????…… 2.3.9急停與超程解除的設計?????????????????? 2.3.10電磁兼容設計?????????????????????? 2.3.11數控機床系統總體設計??????????????????

第三章 伺服電機的選擇與計算????????????????????? 3.1伺服電機的選擇計算???????????????????? 3.2慣量匹配計算??????????????????????? 第四章 數控部分設計????????????????????????

4.1基本結構與主要功能???????????????????? 4.1.1基本配置???????????????????????? 4.1.2主要技術規格?????????????????????? 4.2操作裝置????????????????????????? 4.2.1操作臺結構??????????????????????? 4.2.2顯示器????????????????????????? 4.2.3NCP鍵盤????????????????????????

第五章 外文翻譯?????????????????????????? 第六章 參考文獻??????????????????????????

第一章 緒論

1.1數控機床的發展史：

1949年帕森斯公司正式接受美國空軍委托，在麻省理工學院伺服機構實驗室的協助下，開始從事數控機床的研制工作。經過三年時間的研究，于1952年試制成功世界第一臺數控機床試驗性樣機。這是一臺采用脈沖乘法器原理的直線插補三坐標連續控制銑床，這便是數控機床的第一代。

1953年，美國空軍與麻省理工學院協作，開始從事計算機自動編程的研究。這就是APT自動編程的開始。

1958年美國克耐·杜列克公司在世界上首先研制成功了帶自動換刀裝置的數控機床，稱為“加工中心”。

1959年，計算機行業研制出晶體管元器件，因而數控裝置中廣泛采用晶體管和印制電路板，從而跨入第二代數控時代。

1965年，出現了小規模的集成電路。由于它體積小、功耗低，使數控系統的可靠性得以進一步提高，標志數控系統發展到第三代。

隨著計算機技術的發展，小型計算機的價格急劇下降。小型計算機開始取代專用數控計算機，數控的許多功能由軟件程序實現。這樣組成的數控系統稱為計算機數控系統（CNC）。1970年，在美國芝加哥國際機床展覽會上，首次展出了這種系統，稱為第四代數控。

1974年美國、日本等國首先研制出以微處理器為核心的數控系統。近20年來，微處理器數控系統的數控機床得到了飛速發展的廣泛應用，這就是第五代數控系統。

1.2數控機床的現狀：

數控技術是制造業實現自動化、柔性化、集成化生產的基礎，現代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是建立在數控技術之上，離開了數控技術，先進制造技術就成了無本之木。同時，數控技術關系到國家戰略地位，是體現國家綜合國力水平的重要基礎性產業，其水平高低是衡量一個國家制造業現代化程度的核心標志，實現加工機床及生產過程數控化，已經成為當今制造業的發展方向。

國產數控機床始終處于低檔迅速膨脹，中檔進展緩慢，高檔依靠進口的局面，特別是國家重點工程需要的關鍵設備主要依靠進口，技術受制于人。我國進口的數控系統基本為德國西門子（SIMENS）和日本法那克（FANUC）兩家公司所壟斷，這兩家公司在世界市場的占有率超過８０％。

1.3數控機床的特點和用途：

（1）具有較強的適應性和通用性

數控機床的加工對象改變時，只需要新編制相應的程序，輸入計算機就可以自動地加工出新的工件。同類工件系列中不同尺寸、不同精度的工件，只需要局部修改或增刪零件程序的相應部分。隨著數控技術的迅速發展，數控機床的柔性也在不斷擴展，逐步向多工序集中加工方向發展。

（2）獲得更高的加工精度和穩定的加工質量

數控機床是按以數字形式給出的指令脈沖進行加工。目前增量值普遍到達了0.001mm。進給傳動鏈的反向間隙與絲杠導程誤差等均可由數控裝置進行補償，所以可獲得較高的加工精度。

（3）具有較高的生產率

數控機床不需人工操作，四面都有防護罩，不用擔心切削飛濺傷人，可以充分發揮刀具的切削性能。因此，數控機床的功率的剛度都比普遍機床性能高，允許進行大切削用量的強力切削。這有效地縮短了切削時間。

（4）改善勞動條件，提高勞動生產率

應用數控機床時，工人不需直接操作機床，而是編好程序調整好機床后由數控系統來控制機床，免除了繁重的手工操作。一人能管理幾臺機床，提高了勞動生產率。當然，對工人的文化技術要求也提高了。數控機床的操作者，既是體力勞動者，也是腦力勞動者。

（5）能實現復雜零件的加工

普通機床難以實現或無法實現軌跡為二次以上的曲線或曲面的運動，如螺旋槳、氣輪機葉片之類的空間曲面。而數控機床由于采用了計算機插補技術和多坐標聯動控制，可以實現幾乎是任意軌跡的運動和加工任何形狀的空間曲面，適用于各種復雜曲面的零件加工。（6）便于現代化的生產管理

用計算機管理生產是實現管理現代化的重要手段。數控機床的切削條件、切削時間等都是由預先編好的程序決定，都能實現數據化。這就便于準確地編制生產計劃，為計算機管理生產創造了有利條件。數控機床適宜與計算機聯系，目前已成為計算機輔助設計、輔助制造和計算機管理一體化的基礎。

1.4PLC相關技術的發展入應用領域

1.4.1 PLC技術簡介：

隨著微處理器：計算機和數字通信技術發展，計算機控制已經擴展到幾乎所有領域。當前用于工業控制的計算機可分為幾類，例如，可編程序控制器，基于單片機的測控裝置，用于模擬量閉環控制的可編程序調節器，集散控制系統。PLC由于應用面廣、功能強大、使用方便，所以成為當代工業自動化的主要設備之一，PLC已經廣泛地應用在各種機械設備和生產過程的自動化的控制系統中。

1.4.2 PLC的基本結構

PLC主要由CPU模塊、輸入模塊、輸出模塊和編程裝置組成。

1、CPU模塊：

CPU模塊主要由微處理器（CPU芯片）和存儲器組成，在PLC控制系統中，CPU模塊相當于人的大腦和心臟，不斷地采集輸入信號執行用戶程序，刷新系統的輸出，存儲器用來存儲程序和數據。

2、I/0模塊：

輸入（input）模塊和輸出模塊簡稱I/0模塊，它是系統的眼、耳、手、腳是聯系外部現場設備和CPU模塊的橋梁，輸入模塊用來接收和采集輸入信號，開關量輸入模塊用來接收按鈕選擇開關、限位開關等。

3、編程器：

編程器用來生成用戶程序，并用它進行編程修改和監視用戶程序的執行情況，使用編程軟件可以在主算機上直接生成編輯梯形圖或指令表程序，并可實現不同編程語言的相互轉換，程序被編譯后下載到PLC，也可以將PLC中的程序上傳到計算機。

4、電源:

PLC一般使用AC220V電源或DC24V電源，內部的開關為各模塊提供不同電壓等直流電源，小型PLC可以為輸入電路和外部的電子傳感器提供DC24V電源驅動PLC負載的直流電源一般用戶提供。

1.4.3 PLC應用領域：

在發達的工業國家，PLC已經廣泛地應用所有的工業部門，隨著其性能價格比的不斷提高，應有范圍不斷擴大，如

1、運動控制、金屬切削機床、金屬成形機械、裝配機械、機器人、電梯。

2、閉環控制如：塑料擠壓成形機、加熱爐以及輕工化工機械冶金電力。

3、數據處理：可用于通信功能傳送到智能裝置或者將他們打印制表。

4、通信聯網：PLC與其它智能控制設備一起可以組成集中管理、分散控制的分布式控制系統。

第二章電氣系統控制設計

2.3.1選件：

2.3.1.1數控裝置（選件）：

選擇華中“世紀星”HNC-21 系列數控裝置（HNC-21T HNC-21M）特點：“世紀星”HNC-21系列數控裝置（HNC-21T、HNC-21M）采用先進的開放式體系結構，內置嵌入式工業PC機、高性能32位中央處理器，配置7.5彩色液晶顯示屏和標準機床工程面板，集成進給軸接口、主軸接口、手持單元接口、內嵌式PLC接口、遠程I/O板接口于一體，支持硬盤、電子盤等程序存儲方式以及軟驅、DNC、以太網等程序交換功能，主要適用于數控車、銑床和加工中心的控制。具有高性能、配置靈活、結構緊湊、易于使用、可靠性高的特點；

圖1所示為NNC-21數控裝置與其他裝置、單元連接的總體框圖。

注：圖中除電源接口外，其他接口都不是必須使用的。

圖1 總體框圖

圖2 HNC-21數控裝置接口圖

XS1：電源接口

XS2：外接PC鍵盤接口 XS3：以太網接口

XS4：軟驅接口

XS5：RS232接口

XS6：遠程I/O板接口 XS8：手持單元接口

XS9：主軸控制接口

XS10、XS11：輸入開關量接口

XS20、XS21：輸出開關量接口 XS30~XS33：模擬式、脈沖式（含步進式）進給軸控制接口 XS40~XS43：串行式NSV-11型伺服軸控制接口

若使用軟驅單元則XS2、XS3、XS4、XS5為軟驅單元的轉接口。2.3.1.2軟驅單元（選件）：

軟驅單元為系統的數據交換單元，該單元可為系統擴展軟盤數據交換、外接鍵盤、RS232、DNC和以太網接口等功能。需要通過轉接線與HNC-21數控裝置連接使用。

軟驅單元接口如圖3所示：

圖3 軟驅單元接口圖

前視圖接口用于和外部計算機連接，后視圖接口用于和HNC-21連接。2.3.1.3手持單元（選件）：

手持單元提供急停按鈕、使能按鈕、工作指示燈、坐標選擇（OFF、X、Y、Z、4）、倍率選擇（X1、X10、X100）及手搖脈沖發生器。手持單元僅有一個DB25的接口。如圖4所示：

圖4 手持單元接口圖 手持接口插頭連接但HNC-21數控裝置的手持控制接口XS8上。

2.3.1.4I/O端子板（選件）：

I/O端子板分輸入端子板和輸出端子板兩種，通常作為HNC-21數控裝置XS10、XS11、XS20、XS21接口的轉接單元使用，以方便連接及提高可靠性。輸入端子板與輸出端子板均提供NPN和PNP兩種端子。

每塊輸入端子板含20位開關量輸入端子；每塊輸出端子板含16位開關量輸出端子及急停（兩位）與超程（兩位）端子。

圖5 輸入端子板接口圖

圖6 輸出端子板接口圖

2.3.1.5遠程I/O端子板（選件）：

遠程I/O端子板分遠程輸入端子板與遠程輸出端子板兩種，HNC-21數控裝置通過XS6控制。最多可連接4塊遠程輸入端子板與4塊遠程輸出端子板。每塊遠程輸入端子板提供32位輸入開關量端子，并且支持NPN和PNP兩種信號類型。每塊遠程輸出端子板提供32位NPN開關量輸出端子。

圖7 遠程輸入端子板接口圖

J1：與數控裝置或上級遠程I/O端子板連接接口； J2：與下級遠程I/O端子板連接接口；

J3：輸入開關量（NPN和PNP）和直流24V電源端子。

J1：與數控裝置或上級遠程I/O端子板連接接口； J2：與下級遠程I/O端子板連接接口；

J3：輸出開關量（NPN型）和直流24V電源端子。

2.3.2電源：

2.3.2.1供電要求

電源容量：數控裝置（外部電源1）：AC24V或DC24V 100W。

PLC電路（外部電源2）：DC24V 不低于50W。

電 源 線：采用屏蔽電纜或雙絞線。

外部電源1采用交流AC24V電源時（參見供電方式一），建議數控裝置不與其他外部設備共用電源。

外部電源2建議采用直流DC24V/50W開關電源。若開關量輸出信號控制的直流24V繼電器較多，可適當增加電源容量，或另外提供電源，但必須與外部電源2共地。若Z軸抱閘和電磁閥也虛DC24V供電，盡量不要與外部電源2共用，以減少電磁閥等器件對數控裝置的干擾。

外部電源1采用直流DC24V電源時，可以與外部電源2共用一個容量不低于150W的直流24V開關量（參見供電方式二）。

外部電源1，2經過數控裝置內部電路，由XS8向手持單元上的開關元件及手搖脈沖發生器提供電源，如圖11所示。

遠程I/O端子板上的輸入/輸出開關量可在本地單獨使用電源。2.3.2.2供電方式一：

采用交流24V+直流24V供電：

圖9 供電方式一

2.3.2.3供電方式二：

采用直流24V供電：

圖10 供電方式二

2.3.2.4接地：

2.3.2.4.1接大地：

XS1的6腳在內部已與數控裝置的機殼接地端子接通。由于電源線電纜中的地線較細，因此，必須單獨增加一根截面積不小于2.5平方毫米的黃綠銅導線作為地線與數控裝置的機殼接地端子相連。2.3.2.4.1接信號地：

XS1的4腳在數控裝置內部已與XS10、XS11、XS20、XS21開關量接口的1、2、14、15腳連通。但為了提高開關量信號的抗干擾能力，XS10、XS11、XS20、XS21開關量接口的1，2，14，15腳應采用單獨的電線連接到外部DC24V電源地上，以減少流過XS1的4腳（24V地）的電流，如圖11所示。

若某些輸入/輸出開關量控制或接收信號的電氣元件（如繼電器、按鈕燈、接近開關、霍爾開關）的供電電源是單獨的，則其供電電源必須與輸入輸出開關量的供電電源共地。否則，數控裝置不能通過輸出開關量可靠地控制這些元器件，或從這些元器件接收信號。

2.3.3數控裝置與軟驅單元的連接

軟驅單元含3.5軟驅驅動器及標準PC鍵盤接口（小圓口）、RS232接口、以太網接口。各接口的功能和引腳定義與HNC-21數控裝置完全相同。圖12為軟驅單元與數控裝置的連接圖。

圖12 與軟驅單元的連接框圖

圖中連接軟驅單元的四根擴展線接線方式，均以相應引腳一一對應焊接，如圖13所示。

圖13 軟驅單元的接線圖

軟驅單元與HNC-21數控裝置之間的距離主要是受軟驅連接電纜的長度限制，所以二者之間的電纜長度不宜超過1米。2.3.4數控裝置與外部計算機的連接：

HNC-21數控裝置可以通過RS232或以太網與外部計算機連接，并進行數據交換與共享。在硬件連接上，可以直接由HNC-21數控裝置背面的XS3、XS5接口連接，也可以通過軟驅單元上的串口接口進行轉接。2.3.4.1通過RS232口與外部計算機連接：

圖15 數控裝置通過RS232口與PC計算機連接（有軟驅單元的情況）

2.3.4.2連接以太網：

通過以太網與外部計算機連接是一種快捷、可靠的方式?？梢允桥c某臺外部計算機直接電纜連接（見圖16和圖17），也可以是先連接到HUB（集線器），再經HUB連入局域網，與局域網上的其他任何計算機連接（見圖18和圖19）。在硬件上，可以直接使用HNC-21背面的以太網連接，也可以通過軟驅單元轉接后，用軟驅單元上的以太網口連接。

連接電纜請使用網絡專用電纜。以太網接口插頭型號均為RJ45。直接電纜連接：

圖16 數控裝置通過以太網口與外部計算機直接電纜連接（沒有軟驅單元的情況）

圖17 數控裝置通過以太網接口與外部計算機局域網連接（沒有軟驅單元的情況）

圖18 數控裝置通過以太網口與外部計算機局域網連接（有軟驅單元的情況）

2.3.5數控裝置開關量的輸入/輸出

2.3.5.1開關量輸入輸出接口

世紀星HNC-21數控開關量輸入/輸出接口，有本機輸入/輸出（可通過輸入/輸出端子板轉接）和遠程輸入輸出兩種，其中本機輸入有40位，本機輸出32位，遠程輸入/輸出各128位（選件）。2.3.5.1.1開關量輸入接口特性

1．等效電路

NPN開關量輸入：

圖20 輸入開關量接口等效電路—NPN型

PNP開關量輸入：

圖21 輸入開關量接口等效電路—PNP型

注： 1．HNC-21本機輸入為NPN開關量輸入；

2．輸入端子板可提供NPN和PNP兩種開關量輸入端子； 3．遠程輸入板可提供NPN和PNP兩種開關量輸入端子。

2．技術參數：

（1）.采用光電耦合技術，最大隔離電壓2500VRMS（一分鐘）

（2）.電源電壓24V

（3）.導通電流IF=5~9mA

（4）.最大漏電流≤0.1mA

（5）.濾波時間約2毫秒

注：用有源開關器件（如無觸點開關、霍爾開關等）時，必須采用DC24V規格。

2.3.5.1.2開關輸入接口引腳定義：

1．HNC-21本機開關量輸入接口：

圖22 HNC-21本機開關量輸入接口圖

2．輸入端子板接口：

圖23 輸入端子板接口圖

圖24

3．遠程輸入端子板接口：

圖25 遠程輸入端子板接口圖

J1：與數控裝置或上級遠程I/O端子板連接接口； J2：與下級遠程I/O端子板連接接口；

J3：輸入開關量（NPN和PNP）和直流24V電源端子。

對于同一位，N型和P型不能同時使用。

圖26 2.3.5.1.3開關量輸出接口特性

1．等效電路

NPN開關量輸出接口：

圖27 輸出開關量接口等效電路—NPN型

PNP型開關量輸出接口：

圖28 輸出開關量接口等效電路—PNP型

注：1.HNC-21本機輸出為NPN型輸出；

2.輸出端子板可同時提供PNP和NPN型輸出；

3.遠程輸出端子板分為兩種，可分別提供NPN型和PNP型兩種端子。

2．技術參數

（1）.采用光電耦合技術，最大隔離電壓2500VRMS（一分鐘）

（2）.電源電壓24V

（3）.最大輸出電流100mA 2.3.5.1.4開關量輸出接口引腳定義

1．HNC-21本機開關量輸出接口：

圖29 HNC-21本機開關量輸出接口圖

2．輸出端子板接口：

圖30 輸出端子板接口圖

圖31

注：對應于同一位，N型和P型不可同時使用。

3．遠程輸出端子板接口：

圖32 遠程輸出端子板接口圖

J1：與數控裝置或上級遠程I/O端子板連接接口； J2：與下級遠程I/O端子板連接接口；

J3：輸出開關量（NPN型）和直流24V電源端子。

圖33

注：對于端子為PNP型的遠程輸出端子板，J3端子3~34腳的信號為P0~P31。3.5.2直接連接到數控裝置：

可將外部的輸入/輸出信號，直接連接到世紀星HNC-21裝置上的X10、X11插座。這種連接方式一般用于所需I/O點較少，數控裝置與電氣柜一體的情況。具有成本低，連接簡單的特點，缺點是不方便電纜拆裝，沒有PNP型輸入、輸出端子。

圖34 開關量輸入接線圖

圖35 開關量輸出接線圖

2.3.5.3通過I/O端子板連接：

如圖36 所示，分線電纜將HNC-21數控裝置的XS10、XS11與輸入端子板的J1、XS20、XS21與輸出端子板的J1相連。NPN或PNP型開關量輸入/輸出元器件連接雜端子板的J2上。

該連接方式適用于所需用的I/O點不多，且數控裝置與強電控制電路分裝在不同機柜內的情況；具有電路調試、維護方便的優點。

圖36 通過I/O端子板連接輸入/輸出開關量

輸入端子板上J1與J2各信號的對應關系如下表所示：

輸出端子板上J1與J2個信號的對應關系如下表所示：

端子板每位開關量都有NPN、PNP兩種接線端子，以及發光二級管指示燈，便于系統的調試和故障檢測。

輸入/輸出端子板的J1接口與HNC-21數控裝置的XS10、XS11、XS20、XS21接口之間互連電纜的連接方式如圖37 所示。

圖37 輸入/輸出端子板與數控單元互聯線纜圖

2.3.5.4通過遠程I/O端子板連接

采用通訊方式工作，通過HNC-21數控裝置的XS6接口連接到各遠程I/O端子板。通訊電纜將HNC-21數控裝置的XS6與遠程I/O端子板的J1相連，再通過J2與下一塊遠程I/O端子板相連。如圖38 所示。

該連接方式適用于需用的I/O點很多，需要擴展I/O點數的狀況。其優點是所有遠程I/O端子板與HNC-21數控裝置只需要一根通訊電纜串聯連接，簡化了系統結構，有效距離可以達到50米，且板上每位開關量都有發光二級管指示燈，便于系統的調試和故障檢測。最多可分別連接4塊遠程I/O輸入端子板和4塊遠程I/O輸出端子板。

圖38 通過遠程端子板連接輸入/輸出開關量

遠程I/O端子板上的輸入/輸出開關量，按板卡的連接順序排列。遠程輸入端子板的開關量從第六組即I48開始（HNC-21占用五組：I0~I39，I40~I47保留）。遠程輸出端子板的開關量，從第四組即032開始（HNC-21占用四組：00~031）。

最后一塊遠程I/O端子板J2接口必須接入一個終端插頭（DB9頭孔）。接線圖見圖39。

圖39 遠程I/O端子板與HNC-21數控裝置互聯線纜圖

如圖39 所示，數控裝置的XS6接口與遠程I/O端子板的J1接口之間管腳一一對應連接；遠程I/O端子板的J2接口與另一塊遠程I/O端子板J1接口之間管腳一一對應連接；最后一塊遠程I/O端子板的J2借口，應接入一個終端插頭，將1—

9、4—6管腳短接。

2.3.6數控裝置與手持單元的連接

2.3.6.1HNC-21手持接口定義：

HNC-21數控裝置通過XS8接口（DB25座孔）與手持單元連接。

XS8的引腳定義如下：

圖40

手持單元中坐標選擇、增量倍率選擇、使能按鈕、指示燈等需要占用PLC輸入/輸出開關量。因此，手持接口（XS8）占用了數控裝置的開關量輸出中的4路輸出（028—031）、開關量輸入中的8路輸入（I32—I39）。

注意：若系統中未選用手持單元，或所選手持單元上沒有急停按鈕時，應該通過DB25頭針插頭將XS8上的第4、17腳短接。2.3.6.2連接標準手持單元：

標準手持單元，接口為DB25頭針插頭，可以直接連接到HNC-21數控裝置的XS8接口上。

針對標準手持單元，HNC-21手持接口提供標準引腳定義（主要涉及輸入/輸出開關量），引腳定義見表：

表.手持接口標準引腳定義（輸入/輸出開關量）

若未安裝手持單元，則需要通過一個DB25插頭短接手持單元控制接口XS8上的4（ESTOP2）、17（ESTOP3）腳。否則，HNC-21數控裝置將會因面板上的急停按鈕不起作用，而導致數控裝置出現急停報警。

圖41 數控裝置與手持單元連接圖

2.3.7數控裝置與主軸裝置的連接：

HNC-21數控裝置通過XS9主軸控制接口和PLC輸入/輸出接口，可連接各種主軸驅動器，實現正、反轉、定向，調速等控制，還可以外接主軸編碼器，實現銑床上的剛性攻線功能。2.3.7.1與主軸相關的接口定義

2.3.7.1.1主軸控制接口XS9

XS9主軸控制接口，包括主軸速度模擬電壓指令輸出和主軸編碼器反饋輸入，其信號定義如下表。

信號特性：

1．主軸速度模擬電壓信號

電壓范圍：AOUT1

-10V~+10V

AOUT2

0~+10V 負載電流：最大10mA 2．主軸編碼器接口

電源輸出：+5V

最大200mA 編碼器信號：RS422電平

使用主軸變頻器或主軸伺服單元時，在連接前一定要確認主軸單元模擬指令電壓接口的類型，若為-10V~+10V，應使用AOUT1（6腳）和GND；若為0~+10V，應使用AOUT2（14腳）和GND。

2.3.7.1.2與主軸控制相關的輸入/輸出開關量

連接主軸裝置時需要使用輸入/輸出開關量控制主軸電機的啟停、及接收相關的狀態與報警信息。

與主軸控制有關的輸入/輸出開關量信號的定義如下：

表.與主軸控制有關的輸入/輸出開關量信號

2.3.7.2主軸啟停：

主軸啟停控制由PLC承擔，標準銑床PLC程序中關于主軸啟?？刂频男盘柸缦卤硭尽?/p>

表.與主軸啟停有關的輸入/輸出開關量信號

利用Y1.0、Y1.1輸出即可控制主軸裝置的正、反轉及停止，一般定義接通有效，這樣當Y1.0接通時可控制主軸裝置正轉，Y1.1接通時，主軸裝置反轉，二者都不接通時，主軸裝置停止旋轉。在使用某些主軸變頻器或主軸伺服單元時也可用Y1.0、Y1.1作為主軸單元的使能信號。

部分主軸裝置的運轉方向由速度給定信號的正、負極性控制，這時可將主軸正轉信號用作主軸使能控制，主軸反轉信號不用。

部分主軸控制器有速度到達和零速信號，由此可使用主軸速度到達和主軸零速輸入，實現PLC對主軸運轉狀態的監控。2.3.7.3主軸速度控制：

HNC-21通過XS9主軸接口中的模擬量輸出可控制主軸轉速，其中AOUT1的輸出范圍為-10V~+10V用于雙極性速度指令輸入的主軸驅動單元或變頻器，這時采用使能信號控制主軸的啟、停；AOUT2的輸出范圍為0~+10V，用于單極性速度指令輸入的主軸驅動單元或變頻器，這時采用主軸正轉、主軸反轉信號控制主軸的正、反轉。2.3.7.4主軸定向控制：

實現主軸定向控制的方案一般有：

1．采用帶主軸定向功能的主軸驅動單元； 2．采用伺服主軸即主軸工作在為控方式下； 3．采用機械方式實現。

對應于第一種控制方式，標準銑床PLC程序中定義了相關的輸入/輸出的信號。

表.與主軸定向有關的輸入/輸出開關量信號

由PLC發生主軸定向命令即Y1.3接通，主軸單元完成定向后送回主軸定向完成信號X3.3。

第二種控制方式，主軸作為一個伺服軸控制，可在需要時可由用戶PLC程序控制定向到任意角度。

第三種控制方式，根據所采用的具體方式，用戶可自行定義有關PLC輸入/輸出點，并編制相應PLC程序。2.3.7.5主軸換檔控制：

主軸自動換檔通過PLC控制完成，標準銑床PLC程序中關于主軸換檔控制的信號如下表所示。

表.與主軸換檔控制有關的輸入/輸出開關量信號

使用主軸變頻器或主軸伺服時，需要在用戶PLC程序中根據不同的檔位確定主軸速度指令（模擬電壓）的值。

車床通常為手動換檔，如果安裝了主軸編碼器，則需要在用戶PLC程序中根據主軸編碼器反饋的主軸實際轉速自動判斷主軸目前的檔位，以調整主軸速度指令（模擬電壓）的值。2.3.7.6主軸編碼器連接：

通過主軸接口XS9可外接主軸編碼器，用于螺紋切割、攻絲等，本數控裝置可接入兩種輸出類型的編碼器，差分TTL方波或單極性TTL方波。

一般使用差分編碼器，從而確保長的傳輸距離的可靠行及提高抗干擾能力。編碼器規格要求：

1．+5V電源（200mA以內，若超過200mA需要設計外部電源供電）； 2．TTL電平輸出；

3．差分A、B、Z信號輸出。

常用主軸編碼器型號為：LEC-□BM-G05D（L、H）2.3.8數控裝置與進給驅動裝置的連接：

HNC-21數控裝置提供了三類軸控制接口：串行接口、脈沖接口、模擬接口，可與目前流行的大多數驅動裝置連接，其對應關系如表。

表.2.3.8.1接口定義：

2.3.8.1.1串行進給驅動接口：

串行進給驅動接口是與HSV-11系列交流伺服驅動裝置連接的專用接口。它的特點是連接簡便，抗干擾能力強，無漂移。

HNC-21□C和HNC-21□F最多可提供4個串行進給驅動接口XS40、XS41、XS42、XS43（第4軸是選項）。1.信號定義：

2.技術規格： 電平：RS232 通訊波頻率：9600 2.3.8.1.2脈沖進給驅動接口：

脈沖式接口使用脈沖信號，傳遞位置指令，可控制各種步進電機驅動裝置、脈沖接口伺服驅動裝置。其特點是通用性強，信號傳遞抗干擾能力強，不會發生漂移，但構成全閉環需在驅動裝置中完成。

HNC-21□D和HNC-21□F最多可提供4個脈沖進給驅動接口，連接插座為XS30、XS31、XS32、XS33（第4軸是選項）。1.信號定義：

注：OUTA模擬指令信號在HNC-21□D型號中無效。

2.技術規格：

最高脈沖頻率：800KHZ； 編碼器電源：+5V

150mA； 編碼器信號：RS422電平； 3.等效電路：

脈沖指令輸出：

圖42 脈沖指令輸出接口等效電路

碼盤信號輸入：

圖43 碼盤信號輸入接口等效電路

4.脈沖形式：

在數控裝置內部，通過修改硬件配置參數，可以將脈沖輸出形式設定為脈沖加方向，雙脈沖，兩項正交三種模式。

2.3.8.1.3模擬進給驅動接口：

模擬式接口使用模擬量信號傳遞速度指令控制控制伺服驅動裝置，可連接各種交、直流伺服驅動裝置。其特點是通用性強，可構成全閉環控制；缺點是容易被干擾，發生漂移，不適合長距離連接。

HNC-21□A和HNC-21□F最多可提供4個模擬量軸接口，連接插座為與脈沖式接口相同，為XS30、XS31、XS32、XS33（第4軸是選項）。

1.信號定義：

注：CP+、CP-、DIR-脈沖指令信號在HNC-21□A型號中無效。

2.技術規格：

速度指令輸出范圍：-20mA~+20mA（電流型）；

編碼器電源：+5V 150mA；

編碼器信號：RS422電平；

3.等效電路：

速度指令輸出：

圖44 速度指令輸出接口等效電路

碼盤信號輸入接口的等效電路見圖43。2.3.8.2連接HSV-11系列交流伺服驅動裝置

使用HSV-11系列交流伺服驅動裝置，需選用HNC-21□C或HNC-21□F數控裝置，通過XS40~XS43軸通訊接口連接HSV-11伺服驅動裝置，最多可連接4臺伺服驅動裝置。

圖45 為HNC-21連接HSV-11伺服驅動裝置的總體框圖。

圖45 HNC-21控制HSV-11系列交流伺服驅動器的總體框圖

圖46 是HNC-21連接HSV-11伺服驅動的一個實例。圖46 HNC-21與HSV-11型伺服驅動器的連接

2.3.9急停與超程解除的設計

HNC-21數控裝置操作面板和手持單元上，均設有急停按鈕，用于： 當數控系統或數控機床出現緊急情況，需要使數控機床立即停止運動或切斷動力裝置（如伺服驅動器等）的主電源；

當數控系統出現自動報警信息后，須按下急停按鈕。待查看報警信息并排除故障后，再松開急停按鈕，使系統復位并恢復正常。該急停按鈕及相關電路所控制的中間繼電器（KA）的一個常開觸點應該接入HNC-21數控裝置的開關量輸入接口，以便為系統提供復位信號。

HNC-21數控裝置操作面板設有超程解除按鈕，用于機床壓下超程限位開關后，手工操作解除超程狀態。

HNC-21數控裝置為此設計了接口電路，相關信號如表所示。

表.內部電路關系和外部電路的設計如圖47 所示。

除數控裝置操作面板和手持單元處的急停按鈕外，系統還可根據實際需要，設置更多急停按鈕。所有急停按鈕的常閉觸點以串聯方式，連接到系統的急停回路中。在正常情況下，急停按鈕處于松開狀態，其觸點處于常閉狀態。按下急停按鈕后，其觸點斷開，使得系統的急?；芈匪刂频闹虚g繼電器KA斷電，而切斷移動裝置（如進給軸電機、主軸電機、刀庫/架電機等）的動力電源。同時，連接在PLC輸入端的中間繼電器KA的一組常開觸點，向系統發出急停報警。此信號在打開急停按鈕時則作為系統的復位信號。

圖47 急停與超程解除信號內部電路關系和外部電路建議接法

系統中，各軸的正向、負向的超程限位開關的常閉觸點以串聯方式，連接到系統的超程回路中。同時，每個超程限位開關另有一個常開觸點連接PLC輸入端，是系統能夠判斷各超程限位開關的狀態。在正常情況下，超程限位開關處于松開狀態。若用戶操作機床，不慎將某軸的超程限位開關壓下，其常閉觸點斷開，使得系統的超程回路斷開，同時，使急?；芈分械闹虚g繼電器KA斷電，而自動切斷移動裝置的動力電源。超程限位開關連接在PLC輸入端的常開觸點向系統發出超程報警信息（發生超程的坐標軸及超程方向），并使超程解除按鈕上的指使燈發光。

與急停報警一樣，發生超程時，中間繼電器KA斷電也會斷電，中間繼電器KA的一組常開觸點也會通過PLC輸入端，向系統發出急停報警信號。但系統的PLC除檢測中間繼電器KA的常開觸點外，還檢測各超程限位開關的常開觸點的狀態，以此區分急停報警和超程報警。

發生超程后，系統處于超程報警狀態，各進給裝置的動力電源已被切斷。為了解除超程，用戶應該按以下步驟操作：

1）按住數控裝置操作面板上的超程解除按鈕，使系統復位。在解除超程前，不得松開超程解除按鈕；

2）手動操作機床的進給軸按正確的方向移動，使被壓下的超程限位開關松開（此時，超程解除按鈕上的指示燈將熄滅）； 3）松開超程解除按鈕。設計建議：

以上涉及的如系統復位信號、超程按鈕燈點亮與熄滅、超程的坐標軸及方向的判別需要有PLC程序實現。

在編制PLC程序，應保證操作者解除超程時，若按錯解除超程的方向，其進給軸不得移動。只有操作者按解除超程的正確方向時，進給軸才會移動。否則，可能會出現滾珠絲杠嚴重損壞的故障。3.10電磁兼容設計

為了保證數控系統在工業環境中能夠正常工作，系統必須達到GB8832-1999.5“數控系統通用技術條件”中的電磁兼容性要求。

電磁兼容性（EMC）是指：

電氣設備產生的電磁干擾不應超過其預期使用場合允許的水平。

設備對電磁干擾應有足夠的抗擾度水平，以保證電氣設備在預期使用環境中可以正確運行。

數控系統電磁兼容性主要內容：

數控系統電磁兼容性主要包括以下四個方面：

? 電壓中斷和電壓暫降

在交流輸入電源任一周期內的任一時刻中斷半周期；電壓暫降時間不超過一個周期，幅值降為額定值的40%，數控系統應能正常工作。? 快速瞬變電脈沖群抗擾性

1．數控系統工作時，在交流供電電源端和保護地端之間進行快速瞬變電脈沖群抗擾性試驗，加入脈沖電壓峰值2KV，重復率5KHz，實驗時，數控系統應能正常工作。

2．數控系統工作時，在I/O信號、數據和控制端口電纜用耦合加入峰值為1KV，重復率5KHz脈沖群，系統應能正常工作。

? 浪涌抗擾性

在交流輸入電源中疊加峰值為1KV浪涌電壓，在交流輸入電源對地端疊加峰值為2KV浪涌電壓，系統應能正常工作。? 靜電放電抗擾性

數控系統工作時，對操作人員經常觸及的所有部位進行靜電放電試驗，接觸放電電壓6KV，空氣放電電壓8KV，放電試驗中，系統應能正常工作。

2.3.11數控銑床系統總體設計： 2.3.11.1系統簡介：

機床：四坐標銑床，X、Y、Z直線坐標軸+A旋轉坐標軸（選項）；

控制柜結構：強電控制柜+吊掛箱；

主軸：變頻器，液壓換檔，分高速、低速兩檔。

表.數控系統設計主要器件

2.3.11.2總體框圖：

圖48 數控系統設計總體框圖

2．3.11.3輸入輸出開關量的定義：

以下為典型銑床數控系統對輸入輸出開關量的定義，有些開關量雖然給出了定義但并未使用。

XS8插座中的I30—I39、028—031信號與XS11和XS21插座中各同名信號均為并聯關系，留給手持單元使用，直接由XS8引出。對輸入I和輸出0重新標號為X和Y，是為了與PLC狀態顯示相一致，在PLC編程中也更方便。X0.0、X0.1…X1.2與I00、I01…I10相對應。即X0代表PLC輸入第0個字節，X1代表PLC輸入第1個字節；X1.3代表PLC輸入第1個字節的第三位，即輸入開關量的I11。

XS21（DB25/F）未用。

XS8（DB25/F頭針座孔）手持單元接口： 引腳號 信號名 標號 信號定義 13 5V地

手搖脈沖發生器+5V電源地 25 +5V 手搖脈沖發生器+5V電源 12 HB 手搖脈沖發生器B相 24 HA 手搖脈沖發生器A相 11 O28 Y3.4 未定義； 23 O29 Y3.5 未定義； 10 O30 Y3.6 手持單元工作指示燈，低電平有效； 22 O31 Y3.7 未定義； 9 I32 Y4.0 手持單元坐標選擇輸入X軸，常開點，閉合有效； 21 I33 Y4.1 手持單元坐標選擇輸入Y軸，常開點，閉合有效； 8 I34 Y4.2 手持單元坐標選擇輸入Z軸，常開點，閉合有效； 20 I35 Y4.3 手持單元坐標選擇輸入A軸，常開點，閉合有效； 7 I36 Y4.4 手持單元增量倍率輸入X1，常開點，閉合有效； 19 I37 Y4.5 手持單元增量倍率輸入X10，常開點，閉合有效； 6 I38 Y4.6 手持單元增量倍率輸入X100，常開點，閉合有效； 18 I39 Y4.7 手持單元使能輸入，常開點，閉合有效； 5 空

ESTOP3 ES3 手持單元急停按鈕串接到急停回路的端子 4 ESTOP2 ES2 手持單元急停按鈕串接到急停回路的端子 3.16 +24V 24V 為手持單元的輸入輸出開關量供電的DC24V電源

為手持單元的輸入輸出開關量供電的DC24V電源1.2.14.15 24V地 24G

地

XS10（DB25/F頭針座孔）PLC輸入接口（I0~I19）： 引腳號 信號名 標號 信號定義 13 I0 X0.0 X軸正向超程限位開關，常開點，閉合有效； 25 I1 X0.1 X軸負向超程限位開關，常開點，閉合有效； 12 I2 X0.2 Y軸正向超程限位開關，常開點，閉合有效； 24 I3 X0.3 Y軸負向超程限位開關，常開點，閉合有效； 11 I4 X0.4 Z軸正向超程限位開關，常開點，閉合有效； 23 I5 X0.5 Z軸負向超程限位開關，常開點，閉合有效； 10 I6 X0.6 A軸正向超程限位開關，常開點，閉和有效； 22 I7 X0.7 A軸負向超程限位開關，常開點，閉和有效； 9 I8 X1.0 X軸回參考點開關，常開點，閉合有效； 21 I9 X1.1 Y軸回參考點開關，常開點，閉合有效； 8 I10 X1.2 Z軸回參考點開關，常開點，閉合有效； 20 I11 X1.3 A軸回參考點開關，常開點，閉合有效； 7 I12 X1.4 冷卻系統報警，常閉點，斷開有效；（未用）19 I13 X1.5 潤滑系統報警，常閉點，斷開有效； 6 I14 X1.6 壓力系統報警，常閉點，斷開有效； 18 I15 X1.7 未定義； 5 I16 X2.0 主軸一檔（低速）到位，常閉點，斷開有效； 17 I17 X2.1 主軸二檔（高速）到位，常開點，閉合有效； 4 I18 X2.2 未定義； 16 I19 X2.3 未定義； 3 空

1.2.14.15 24V地

外部直流24V電源地

XS11（DB25/F頭針座孔）PLC輸入接口（I20~I39）： 引腳號 信號名 標號 信號定義 13 I20 X2.4 外部運行允許，常開點，閉合有效； 25 I21 X2.5 伺服電源準備好，常開點，閉合有效； 12 I22 X2.6 伺服驅動模塊OK，常開點，閉合有效； 24 I23 X2.7 電柜空氣開關OK，常開點，閉合有效； 11 I24 X3.0 主軸報警，常閉點，斷開有效； 23 I25 X3.1 主軸速度到達，常開點，閉合有效； 10 I26 X3.2 主軸零速，常開點，閉合有效 22 I27 X3.3 主軸定向完成，常開點，閉合有效；（未用）9 I28 X3.4 未定義； 21 I29 X3.5 未定義； 8 I30 X3.6 未定義； 20 I31 X3.7 未定義；

與XS8并聯，用于手持單元的坐標選擇輸入、增7、16-19 I32-I39 X4.0-X4.7

量倍率輸入、使能按鈕輸入； 空

1.2.14.15 24V地

外部直流24V電源地

XS20（DB25/F頭孔座針）PLC輸出接口（O0~O15）： 引腳號 信號名 標號 信號定義 13 OOO Y0.0 運行允許，低電平有效； 25 O01 Y0.1 系統復位，低電平有效； 12 O02 Y0.2 伺服允許，低電平有效； 24 O03 Y0.3 SV-CWL（伺服減電流），低電平有效 11 O04 Y0.4 升降軸抱閘，低電平有效； 23 O05 Y0.5 冷卻開，低電平有效； 10 O06 Y0.6 刀具松，低電平有效； 22 O07 Y0.7 未定義； 9 O08 Y1.0 主軸正轉（主軸使能），低電平有效； 21 O09 Y1.1 主軸反轉（主軸使能），低電平有效； 8 O10 Y1.2 主軸制動，低電平有效；（未用）20 O11 Y1.3 主軸定向，低電平有效；（未用）7 O12 Y1.4 主軸一檔（低速），低電平有效； 19 O13 Y1.5 主軸二檔（高速），低電平有效；（未用）6 O14 Y1.6 未定義；（主軸三檔備用，低電平有效。）18 O15 Y1.7 未定義；（主軸四檔備用，低電平有效。）5 空

ESTOP3 急停回路驅動KA繼電器控制動力電源的輸出端子 4 ESTOP1 急停回路與超程回路的串聯的接入端子 16 OTBS2 超程限位開關的接入端子 3 OTPS1 超程限位開關的接入端子 1.2.14.15 24V地

外部直流24V電源地 2.3.11.4電氣原理圖簡介：

下面以示意圖的形式，給出電氣原理圖的主要部分。對于線號，僅給出了在不同的頁面均出現的線纜的線號。2.3.11.4.1電源部分：

在本設計中，照明燈的AC24V電源和HNC-21的AC24V電源是各自獨立的；工作電流較大的電磁閥用DC24V電源與輸出開關量（如繼電器、伺服控制信號等）用的DC24V電源也是各自獨立的，且中間用一個低通濾波器隔離開來。

總電源進線、變壓器輸入端等處的抗干擾磁環和高壓瓷片電容未在圖中表示出來。

圖49 中QF0~QF4為三相空氣開關；QF5~QF11為單相空氣開關；KM1~KM4為三相交流接觸器；RC1~RC3為三相阻容吸收器（滅弧器）；RC4~RC7為單相阻容吸收器（滅弧器）；KA1~KA10為直流24V繼電器；V1、V2、V3、VZ為續流二極管；YV1、YV2、YV3、YVZ為電磁閥和Z軸電機抱閘。

圖49數控系統電氣原理圖-主、控制回路 ☆

表示該部分信號在其他原理圖中需要使用。

2.3.11.4.2繼電器的輸入輸出開關量：

繼電器主要是由輸出開關量控制的，輸入開關量主要是指進給裝置、主軸裝置、機床電氣等部分的狀態信息與報警信息。

圖50 數控系統電氣原理圖-繼電器部分

圖中KA1~KA10為中間繼電器；

SQX-

1、SQX-3分別為X軸的正、負超程限位開關的常閉觸點；

SQY-

1、SQY-3 分別為Y軸的正、負超程限位開關的常閉觸點；

SQZ-

1、SQZ-3 分別為Z軸的正、負超程限位開關的常閉觸點；

440為來自伺服電源模塊與伺服驅動模塊的故障連鎖；

100為圖49 中DC24V 50W開關電源的地；

圖51 數控系統電氣原理圖-輸入輸出開關量1

圖中100，為圖49中DC24V 50W開關電源的地；

手持單元的部件標識為31，并由PLC系統參數中按其部件號來引用該設備。

圖52 數控系統電氣原理圖-輸入輸出開關量2 2.3.11.4.3主軸單元接線圖：

圖53 數控系統電氣原理圖-主軸單元

2.3.11.4.4伺服驅動器接線圖：

圖54 數控系統電氣原理圖-伺服驅動電路

用HSV-11型伺服驅動器驅動1FT6系列伺服電機時要特別注意： 伺服電機電源線V、W應該與圖54 所示的接法交換。各電纜線的連接見圖55

圖55 數控系統電氣原理圖-伺服驅動電纜連接

第三章伺服電機的選擇計算

3.1伺服電機的選擇計算：

伺服電動機是伺服系統控制的直接對象，它是將電信號轉變為機械運動的關鍵元件。數控機床目前使用的主要是各種類型的伺服電動機，如步進電動機、各種慣量的直流伺服電動機以及交流伺服電動機。本系統采用的為蘭州電機廠出產的1FT6074型伺服電機。

為了滿足數控機床的加工質量和生產率等方面的要求，伺服電動機應具有下列的性能；調速范圍寬，并具有良好的穩定性，尤其是低速時的穩定性；負載特性硬，特別是低速時應具有足夠的負載能力；響應速度快；可頻繁啟動、停止及換向。

根據牛頓第二定律，進給傳動系統所需的驅動力矩T，等于系統的總的轉動慣量J乘以電動機的角加速度ε，即T=Jε。當進給伺服電動機已選定，則T的最大值基本不變。如果希望ε的變化小，則應使轉動慣量J的變化盡量小些。

進給系統的總的轉動慣量J，是由伺服電動機的轉子慣量JM和負載慣量JL兩部分組成，即

J=JM+JL

負載慣量JL由絲杠的轉動慣量和工作太折算到電動機軸上的轉動慣量組成，它會因夾具、工件或刀具的不同而有所變化。如果希望J的變化小些，則最好使JL所占的比例小些。這就是慣量匹配原則。因此機床伺服電動機的選擇計算，應從保證伺服電動機所需轉距，滿足傳動系統慣量匹配的角度進行。初選1FT6074型伺服電動機，然后進行慣量匹配計算和轉距計算，驗證其是否滿足要求。

3.2.慣量匹配計算：

通常，JM應不小于JL，但JM應有所限制，以免使J過大。否則，為了足夠大的角加速度ε而采取過大的伺服電動機和伺服系統，這將是不合理的。對此，可按下式確定：

0.25＜JL/JM＜1

由電機產品目錄可知，伺服電動機的轉動慣量為：

JM=215.8N·cm 代入上式得：

JL/JM=0.566 故所選電動機滿足慣量匹配原則。

2.2.2伺服電動機轉距計算：

快速空載啟動時所需力矩為：M=Mamax+Mf+Mo

最大切削負載時所需力矩為：M=Mat+Mf+Mo+Mt

快速進給時所需力矩為：

M=Mf+Mo 式中：

Mamax：空載啟動時折算到電機軸上的加速度力矩；

Mf：

折算到電機軸上的摩擦力矩；

Mo：

由于絲杠預緊所引起，折算到電機軸上的附加摩擦力距；

Mat：

切削時折算到電機軸上的加速度力矩；

Mt：

折算到電機軸上的切削負載力矩；

當n=namax時，namax=Vamax/L0，得：

Mamax=Jnmax/9.6t×10-4=19.55kgf·cm 式中：

J：系統總的轉動慣量；

t：傳動系統的啟動加速時間（s），t=(3~4)tM=3×0.02=0.06s, tM為電動機機械時間常數。

當n=nt時，nt=n主f/L0，n主=1000V/ПD，得：

Mat=Jnt/9.6t×10-4=1.173kgf·cm

又：

Mf=F0L0/2∏η=fWL0/2∏η

當η=0.8，fˊ=0.16時，得：

Mf=0.729kgf·cm

又：

M0=P0L0/2∏η×（1-η02）

當η0=0.9時，預加載荷P0=FX/3，則：

M0=0.378kgf·cm Mt=FXL0/2∏η=9.122kgf·cm

所以，快速空載啟動時所需力矩：

M=Mamax+Mf+M0=216.6N·cm

切削時所需力矩：

M=Mat+Mf+M0+Mt=124N·cm

快速進給時所需力矩：

M=Mf+M0=11.07N·cm

由以上分析計算可知，所需最大力矩Mmax發生在快速空載啟動時。由伺服電動機工作特性得知，機床進給部件快速空載啟動所虛的加速度，取決于伺服電動機所能提供的最轉距。而本系統選用1FT6074型伺服電機的最大轉距為14N·cm，連續轉距為2.8N·cm，因此能夠滿足系統的需求。

第四章數控部分設計

4.1基本結構與主要功能：

4.1.1基本配置

（1）數控單元

a）工業控制機：

中央處理器板：原裝進口嵌入式工業PC機 中央處理器：高性能32位微處理器

存儲器：4MB RAM加工緩沖區，采用CF卡，容量大、抗干擾性強 程序斷電保護與存儲：1MB 顯示器：5.7英寸LCD RS232接口：最大傳輸速率為11.52kb 網絡接口：以太網接口

b)控制軸數：鉆銑床（HNC-21，3軸）

c)伺服接口：數字量，可選配各種脈沖接口交流伺服單元或步進電機

驅動單元。

d)開關量接口：輸入32點，輸出24點

e)其他接口：控制面板：防靜電薄膜標準機床控制面板 f)手持單元：3軸MPG一體化手持單元（選件）

g)NC鍵盤：包括精簡型MDI鍵盤、七個主菜單功能鍵和F1~F6六個子菜單功能鍵

h)軟件：華中世紀星HNC-21高性能鉆銑床數控軟件（2）進給系統

HSV-11系列交流永磁伺服驅動與伺服電機 各種伺服電機驅動單元與電機 各種脈沖接口伺服電機驅動系統

（3）主軸系統

接觸器+主軸電機 變頻器+主軸電機

主軸伺服單元+主軸電機

4.1.2主要技術規格

主軸數：1

直線、圓弧、螺旋線、極坐標插補

小線段連續高速插補

CNC通信功能：RS-232和以太網

內部已提供 標準PLC程序，也可按要求自行編程PLC

4.2操作裝置

4.2.1操作臺結構

華中世紀星數控系統操作臺大致可分為：機床操作面板、NCP鍵盤、主菜單功能鍵、子菜單功能鍵、顯示器。4.2.2顯示器

操作臺左上部為5.7英寸液晶顯示器，用于漢字菜單、系統狀態、故障報警的顯示和加工軌跡的圖形仿真等。4.2.3NCP鍵盤

NCP鍵盤包括45個按鍵，標準化的字母、數字鍵、編輯操作鍵和亮度調節鍵，其中的大部分具有上檔鍵功能。NCP鍵盤用于零件程序的編制、參數輸入、MDI及系統管理操作等。

外文翻譯

第二篇：數控畢業設計題目

1、________零件數控加工工藝的編制

2、________機床的數控改造

3、基于caxa制造工程師的零件設計應用

4、基于caxa實體設計的零件創新設計應用

5、_________零件的夾具設計

6、基于plc的__________控制

1.機械畢業論文:X62W銑床數控化改造設計

2.機械畢業論文:ZMX粉碎機下機體支承面專用銑床設計 3.機械畢業論文:組合機床設計

4.機械畢業論文：普通銑床數控化改造設計

5.機械畢業設計:J45-6.3型雙動拉伸壓力機及PLC控制系統設計 6.加工中心側銑頭結構設計

7.平面凸輪數控銑工藝分析及程序編制 8.機械畢業設計:數控回轉工作臺設計 9.數控車零件工藝設計及NC程序編制 10.普通CA6140車床的經濟型數控化改造設計 11.銑床的數控X-Y工作臺設計

12.常州井關農機加工工藝過程及數控編程 13.定梁數控龍門鏜銑床溜板進給系統設計 14.基于SEMENS802S的典型零件的編程與加工 15.車載機械自動調平機械系統設計 16.鋁箔軋機自剪機自動糾偏系統設計論文 17.X-Y數控工作臺機電系統設計

18.機械畢業論文:C6140普通車床的數控化改造設計 19.數控車床系統XY工作臺與控制系統設計

20.機械畢業設計CA6140法蘭盤機械加工工藝過程的制定及銑Φ90（近中心孔）孔專用夾具設計

21.杠桿工藝和工裝設計畢業設計論文

22.CA6140普通車床后托架（831002）零件機械加工工藝規程及工藝裝備設計 23.機械畢業設計:連桿零件加工工藝及專用鉆床夾具設計

24.畢業設計:推動架加工工藝與夾具設計

25.CA6140撥叉零件加工工藝及工裝設計 26.CA6140車床后托架加工工藝及夾具設計

27.機械畢業設計：CA6140車床后托架加工工藝及夾具設計

28.機械畢業設計:WHX112減速機殼加工工藝及夾具設計 29.汽車變速箱加工工藝及夾具設計

30.3L-10/8空氣壓縮機曲軸零件機械加工工藝及夾具設計 31.撥叉加工工藝及夾具設計

32.CA6140C車床撥叉加工工藝及鉆床夾具設計 33.CA6140C車床撥叉加工工藝及銑床夾具設計 34.CA6140車床杠桿加工工藝及鉆床夾具設計 35.CA6140車床撥叉加工工藝及鉆床夾具設計 36.CA6140撥叉零件加工工藝及銑床夾具設計 37.CA6140車床后托架加工工藝及鉆床夾具設計 38.機械畢業設計:電(動)機殼加工工藝及夾具設計 39.CA6140車床法蘭盤加工工藝及鉆床夾具設計 40.機械畢業設計:柴油機曲軸加工工藝規程及夾具設計 41.機械畢業設計:推動架零件加工工藝及工藝裝備設計 42.機械畢業設計:柴油機曲軸工藝規程設計 43.機床尾座體加工工藝及夾具設計 44.軸類零件加工工藝及夾具設計

45.B6065刨床推動架加工工藝及夾具設計 46.基于PLC的組合機床控制系統設計

第三篇：數控畢業設計論文

蘇州市職業大學

畢 業 設 計 說 明 書

畢業設計題目軸類零件的加工工藝與編程

系 機電工程系

專業班級 數控4班

姓 名 朱 冰

學 號 1013020432

指導教師 李振興

摘 要

年 月

日

隨著科學技術的飛速發展和經濟競爭的日趨激烈 產品更新速度越來越快 復雜形狀的零件越來越多 精度要求越來越高

多品種、小批量生產的比重明顯增加

激烈的市場競爭使產品研制生產周期越來越短

傳統的加工設備和制造方法已難以適應這種多樣化、柔性化與復雜形狀零件的高速高質量加工要求

本課題來源于生產 是對所學知識的應用

它包括了三年所學的全部知識 在數控專業上具有代表性

而且提高了綜合運用各方面知識的能力 程序的編制到程序的調試

零件的加工運用到了所學的AutoCAD、CAXA制造工程師軟件、數控機床操作、子程序、刀具的選擇、零件的工藝分析、數學處理、工藝路線等一系列的內容 這將所學到的理論知識充分運用到了實際加工中 切實做到了理論與實踐的有機結合關鍵詞：數控；加工；工藝；編程

目 錄

1引 言 1 1.1數控技術的發展及趨勢 1 1.2數控車削加工工藝分析的主要內容 2 2軸類零件的加工工藝設計 3 2.1軸類加工的內容及工藝分析 3 2.1.1軸類零件加工的內容 3 2.1.2軸類零件加工的工藝分析 4 2.2軸類零件工藝路線的擬定 4 2.2.1工藝路線的確定 4 2.2.2輔助工序的安排 6 2.3數控機床及其工藝設備的選擇 6 2.3.1數控機床的選擇 6 2.3.2檢測量具的選擇 7 2.4軸類零件切削用量參數的確定 7 2.4.1確定主軸轉速 7 2.4.2確定進給速度 8 2.4.3確定背吃刀量 8 2.5擬定數控加工工藝卡 8 2.5.1 數控加工工序 8 2.5.2 數控加工工序表 9 2.6刀具的選擇 9 2.6.1刀具 9 2.6.2確定對刀點與換刀點 10 3軸類零件夾具的選用 11 3.1對軸類零件夾具的基本要求 12 3.2.1 夾具的類型 12 3.2.2零件的安裝 12 4車削零件數控加工的編程 13 4.1數控坐標系的確定 13 4.2走刀路線的確定 13 4.3程序編制 14 5結 論 21 6致 謝 22 7參 考 文 獻 23

1引 言

1.1數控技術的發展及趨勢

機床數控系統

即計算機數字控制(CNC)系統是在傳統的硬件數控(NC)的基礎上發展起來的 它主要由硬件和軟件兩大部分組成 通過系統控制軟件與硬件的配合

完成對進給坐標控制、主軸控制、刀具控制、輔助功能控制等

CNC系統利用計算機來實現零件程序編輯、坐標系偏移、刀具補償、插補運算、公英制變換、圖形顯示和固定循環等

使數控機床按照操作設計要求 加工出需要的零件 1908年

穿孔的金屬薄片互換式數據載體問世；19世紀末

以紙為數據載體并具有輔助功能的控制系統被發明；1938年 香農在美國麻省理工學院進行了數據快速運算和傳輸 奠定了現代計算機

包括計算機數字控制系統的基礎

數控技術是與機床控制密切結合發展起來的 1952年第一臺數控機床問世后

數控系統已經先后經歷了兩個階段和六代的發展

其六代是指電子管、晶體管、集成電路、小型計算機、微處理器和基于工控PC機的通用CNC系統

其中前三代為第一階段 稱作為硬件連接數控

簡稱NC系統；后三代為第二階段 乘坐計算機軟件數控 簡稱CNC系統

數控加工技術是什么呢？簡單的說就是利用數字化控制系統在加工機床上完成整個零件的加工

而且和傳統的機械加工手段相比數控加工技術具有以下優點：

①加工效率高

利用數字化的控制手段可以加工復雜的曲面 而加工過程是由計算機控制 所以零件的互換性強 加工的速度快

②加工精度高

同傳統的加工設備相比 數控系統優化了傳動裝置 提高分辨率 減少了人為誤差

因此加工的效率可以得到很大的提高

③勞動強度低

由于采用了自動控制方式

也就是說加工的全部過程是由數控系統完成 不象傳統加工手段那樣煩瑣 操作者在數控機床工作時 只需要監視設備的運行狀態 所以勞動強度很低

④適應能力強

數控加工系統就象計算機一樣 可以通過調整部分參數達到修改或改變其運作方式 因此加工的范圍可以得到很大的擴展

從目前世界上數控技術及其裝備發展的趨勢來看

數控系統正在向電氣化、電子化、高速化、精密化等方面高速發展 其主要研究熱點有以下幾個方面：

①高精高速高效化速度

②柔性化

③多軸化

④軟硬件開放化

⑤實時智能化

21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統

智能化的內容包括在數控系統中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化 如加工過程的自適應控制

工藝參數自動生成；為提高驅動性能及使用連接方便的智能化

如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化

如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監控方面的內容、方便系統的診斷及維修等

1.2數控車削加工工藝分析的主要內容

①選擇適合在數控機床上加工的零件 確定工序內容

②分析被加工零件圖樣 明確加工內容及技術要求

在此基礎上確定零件的加工方案 制定數控加工工藝路線

如工序的劃分、加工順序的安排、與傳統加工工序的銜接等

③設計數控加工工序

如工步的劃分、零件的定位與夾具的選擇、刀具的選擇、切削用量的確定等

④調整數控加工工序的程序

如對刀點、換刀點的選擇、加工路線的確定、刀具的補償

⑤分配數控加工中的容差

⑥處理數控機床上部分工藝指令

總之

數控加工工藝內容較多 有些與普通機床加工相似

2軸類零件的加工工藝設計 2.1軸類加工的內容及工藝分析

2.1 球頭軸零件圖 2.1.1軸類零件加工的內容

數控車床與普通車床相比

具有加工精度高、加工零件的形狀復雜、加工范圍廣等特點 但是數控車床價格較高 加工技術較復雜

球頭軸零件可分為粗車、半精車和精車等階段 一般分為：

①車削外圓 車削外圓是最常見、最基本的車削方法使用各種不同的車刀車削中小型零件外圓(包括車外回轉槽)的方法 其中

左偏刀主要用于需要從左向右進給

車削右邊有直角軸肩的外圓以及右偏刀無法車削的外圓

②車削內圓

車削內圓(孔)是指用車削方法擴大工件的孔或加工空心工件的內表面 這也是常用的車削加工方法之一

常見的車孔方法在車削盲孔和臺階孔時 車刀要先縱向進給

當車到孔的根部時再橫向進給 從外向中心進給車端面或臺階端面

③車削平面

車削平面主要指的是車端平面(包括臺階端面)常見的方法是用左偏刀車削平面 可采用較大背吃刀量 切削順利 表面光潔

大、小平面均可車削使用90·左偏刀從外向中心進給車削平面

適用于加工尺寸較小的平面或一般的臺階端面用90·左偏刀從中心向外進給車削平面 適用于加工中心帶孔的端面或一般的臺階端面使用右偏刀車削平面 刀頭強度較高 適宜車削較大平面 尤其是鑄鍛件的大平面

④車削錐面

錐面可分為內錐面和外錐面

可以分別視為內圓、外圓的一種特殊形式

內外錐面具有配合緊密、拆卸方便、多次拆卸后仍能保持準確對中的特點 廣泛用于要求中準確和需要經常拆卸的配合件上

在普通車床上加工錐面的方法有小滑板轉位法、尾座偏移法、靠模法和寬刀法等 小滑板轉位法主要用于單件小批量生產 內外錐面的精度較低 長度較短(≤100mm)；尾座偏移法用于單件或成批生產軸類零件上較長的外錐面；靠模法用于成批和大量生產較長的內外錐面；寬刀法用于成批和大量生產較短(≤20mm)的內外錐面

⑤車削螺紋

在普通車床上一般使用成形車刀來加工螺紋

加工普通螺紋、方牙螺紋梯形螺紋和模數螺紋時使用的成形車刀

⑥車削臺階、槽

選擇數控加工內容時 可按下列順序考慮：

①普通機床無法加工的內容應優先選擇；

②普通機床難加工

質量難保證的內容應重點選擇

③普通機床加工效率低 手工操作勞動強度大的內容

雖然數控車床加工范圍廣泛 但是因受其自身特點的制約

某些零件仍不適合在數控車床上加工

2.1.2軸類零件加工的工藝分析

①粗加工：主要是下料 下料的要求是棒料的直徑55㎜ 長度是150㎜

并且要求下料長度的誤差不能超過正負1㎜并在棒料兩端鉆中心孔 中心孔：A4/8.5 并且

要求中心應均勻一致 為下一步工序做準備

②半精加工：半精車外圓 先粗車外圓然后 再半精車外圓

而其他的各尺寸以及跳動的要求都要符合圖紙的要求

③精加工：精車外圓 先半精車外圓 最后精車外圓

而其他的各尺寸以及跳動的要求都符合圖紙的要求

2.2軸類零件工藝路線的擬定 2.2.1工藝路線的確定

圖2.2是加工工序及每個步驟的注釋和注意事項

在程序編制中

編程人員必須充分掌握構成零件輪廓的幾何要素參數及各幾何要素間的關系 因為在自動編程時要對零件輪廓的所有幾何元素進行定義 手工編程時要計算出每個節點的坐標 無論哪一點不明確或不確定 編程都無法進行

但由于零件設計人員在設計過程中考慮不周或被忽略 常常出現參數不全或不清楚

如圓弧與直線、圓弧與圓弧是相切還是相交或相離 所以在審查與分析圖紙時 一定要仔細核算

發現問題及時與設計人員聯系

零件的外形最好采用統一的幾何類型及尺寸 這樣可以減少換刀次數

還可能應用控制程序或專用程序以縮短程序長度 零件的形狀盡可能對稱

便于利用數控機床的鏡向加工功能來編程 以節省編程時間

2.2.2輔助工序的安排

輔助工序一般包括去毛刺、清洗、上油、檢驗等 檢驗工序是主要的輔助工序 是合格證產品質量的重要措施 零件的每道工序加工完成之后

和零件全部加工完成之后都要進行檢驗工序 2.3數控機床及其工藝設備的選擇 2.3.1數控機床的選擇

根據零件產量、加工要求選擇生產設備（根據專業要求需要選擇數控車床）我們選擇SIEMENS的SINUMERIK802S/C數控車床

數控車床常用的功能指令有準備功能G、輔助功能M、刀具功能T、主軸轉速功能S和進給功能F 由于車床種類不同 系統配置也各不相同

表2.1 SIEMENS的SINUMERIK802S/C數控車系統的常用功能指令 功能 代碼 功能 代碼 路徑數據 暫停時間 G4 絕對/增量尺寸 G90 91 程序結束 M02 公制/英制尺寸 G71 G70 主軸運動

半徑/直徑尺寸 G22 G23 主軸速度 S 可編程零點偏置 G158 旋轉方向 M03/M04 可設定零點偏置 G54～G57 G500 G53 主軸速度限制 G25 G26 軸運動 主軸定位 SPOS 快速直線運動 G0 特殊車床功能

進給直線插補 G1 恒速切削 G96/G97 進給圓弧插補 G2/G3 圓弧倒角/直線倒角 CHF/RND 中間點的圓弧插補 G5 刀具及刀具偏置

定螺距螺紋加工 G33 刀具 T 接近固定點 G75 刀具偏置 D 回參考點 G74 刀具半徑補償選擇 G41 G42 進給率 F 轉角處加工 G450 G451 準確停/連續路徑加工 G9 G60 G64 取消刀具半徑補償 G40 在準確停時的段轉換 G601/G602 輔助功能 M 2.3.2檢測量具的選擇

①游標卡尺

②數顯測位尺

③外徑千分尺

④螺紋塞規

2.4軸類零件切削用量參數的確定

數控編程時

編程人員必須確定每道工序的切削用量 并以指令的形式寫人程序中

切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等 對于不同的加工方法 需要選用不同的切削用量

切削用量的選擇原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度 充分發揮刀具切削性能 保證合理的刀具耐用度 并充分發揮機床的性能 最大限度提高生產率 降低成本

2.4.1確定主軸轉速

主軸轉速應根據允許的切削速度和工件(或刀具)直徑來選擇 其計算公式為：n=1000v/3.14×D

式中：v-切削速度 單位為m/m動

由刀具的耐用度決定；n-主軸轉速 單位為r/min D-工件直徑或刀具直徑 單位為mm

計算的主軸轉速n 最后要選取機床有的或較接近的轉速為：

車外圓

粗車主軸轉速為1300r/min 精車主軸轉速為1600r/min

表2.2刀具的切削參數

加工步驟

刀具切削參數主軸轉速 序號

加工內容

刀具規格 n/r.min 進給速度 v/mm.min

類型 材料

粗加工外輪廓

93°外圓偏刀 硬質合金 700

200 2 精加工外輪廓

93°外圓偏刀

630

160 3 切螺紋退刀槽

切槽刀

500

4 車M24螺紋 60°普通螺紋車

500

800 2.4.2確定進給速度

進給速度是數控機床切削用量中的重要參數

主要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取 最大進給速度受機床剛度和進給系統的性能限制

確定進給速度的原則：當工件的質量要求能夠得到保證時 為提高生產效率

可選擇較高的進給速度

一般在200--800mm/min范圍內選?。卉囃鈭A 進給速度為400㎜/r 精車時

進給速度為200㎜/r 刀具空行程時

特別是遠距離“回零”時

可以設定該機床數控系統設定的最高進給速度

2.4.3確定背吃刀量

車削用量的選擇原則是：

（1）粗車時

首先考慮選擇一個盡可能大的背吃刀量ap 其次選擇一個較大的進給量f 最后確定一個合適的切削進度v 增大背吃刀量ap 可使走刀次數減少 增大進給量f有利于斷屑

因此根據以上原則選擇粗車切削用量對于提高生產效率 減少刀具消耗

降低加工成本是有利的

（2）精車時

加工精度和表面粗糙度要求較高 加工余量不大且均勻

因此選擇較?。ǖ惶。┑谋吵缘读縜p和進給量f 并選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數 以盡可能提高切削速度v

（3）零件的加工高度H≤（1/4-1/6）RD 以保證刀具有足夠的剛度

切削用量的具體數值應根據機床性能 相關的手冊并結合實際經驗用模擬方法確定 同時

使主軸轉速、背吃刀量及進給速度三者能相互適應 以形成最佳切削用量

2.5擬定數控加工工藝卡 2.5.1 數控加工工序

數控加工車削分十三次切削進行加工：

1.然后車削端面作為基準

2.首先進行車削最大外圓?80

3.車?70軸臺階軸

4.車削臺階平面

5.調頭裝夾

6.車削?65軸

7.車削椎面

8.車削?24圓柱

9.車削?20圓柱

10.車削球面

11.切螺紋退刀槽

12.車削工藝槽

13.加工螺紋M24

2.5.2 數控加工工序表 表2.3數控加工工序表

機械廠

產品名稱或代號 零件名稱 零件圖號

軸類零件 軸類零件 001 工藝序號 程序編號 夾具名稱 使用設備 001 WK11111 無

數控車床 工步號 工步內容 刀具號 備注 1 車削端面 T01 自動 2 車削最大外圓 T02 自動 3 車削?70圓柱 T01 自動 4 車削臺階平面 T02 自動 5 調頭裝夾

手動 6 車削?65圓柱 T01 自動 7 車削椎面 T01 自動 8 車削?24圓柱 T01 自動 9 車削?20圓柱 T01 自動

車削球面 T01 自動

切螺紋退刀槽 T03 自動

車削工藝槽 T03 自動 加工螺紋M24 T04 自動

2.6刀具的選擇 2.6.1刀具

刀具的選擇的原則：刀具的使用的壽命和裝夾是否很方便 在加工軸時一般都是批量生產的 那就要求加工的時候必須有效率 裝夾要很方便的 根據上面的分析 我采用機夾式刀片

機夾式刀片的材料是超硬質合金鋼 對于機夾可轉位刀具 由于換刀時間短

可以充分發揮其切削性能 提高生產效率

刀具壽命可選得低些 一般取15-30min.數控機床所選用的刀具常采用適應高速切削的刀具材料（如高速鋼、硬質合金）并使用可轉位刀片

根據以上的分析

在加工軸所采用的刀具是機夾式 超硬質合金鋼的刀片 選擇數控車削刀具

數控加工刀具必須適應數控機床高速、高效和自動化程度高的特點 一般應包括通用刀具、通用連接刀柄及少量專用刀柄 刀柄要聯接刀具并裝在機床刀架上 因此已逐漸標準化和系統化

為了適應數控機床對刀具耐用、穩定、易調、可換等要求近幾年機夾式可轉位刀具得到廣泛的應用 在數量上達到整個數控刀具的30%-40% 金屬切除量占總數的80%-90%

而加工軸所用的刀片超硬質合金鋼

超硬質合金鋼是以碳化鎢(WC)碳化鈦(TiC)等 高熔點

高硬度的碳化物的粉末一起粘連的作用的金屬鈷粉末混合 加壓成型

再燒結而制成一種粉末冶金制品 硬質合金具有高硬度(69-81HRC)高熱硬性(可達900-1000度)高耐磨性和較高抗壓強度.用它制造刀具 起切削速度

耐磨性與壽命都比高速鋼高

超硬質合金鋼制的刀片 裝夾在刀體上使用.使用方便 大大的提高加工的效率

此外

對所選擇的刀具

在使用前都需對刀具尺寸進行嚴格的測量以獲得精確數據 并由操作者將這些數據輸入數據系統 經程序調用而完成加工過程 從而加工出合格的工件 根據以上的分析

采用超硬質合金鋼制的刀片 根據加工要求 主要選用的刀具

表2.4刀具表： 序號

加工內容

刀具規格

類型 材料 1 粗加工外輪廓

93°外圓偏刀 硬質合金 2 精加工外輪廓

93°外圓偏刀切螺紋退刀槽

切槽刀車M24螺紋 60°普通螺紋車

2.6.2確定對刀點與換刀點

對于數控機床來說 在加工開始時

確定刀具與工件的相對位置是很重要的 它是通過對刀點來實現的

“對刀點”是指通過對刀確定刀具與工件相對位置的基準點 在程序編制時

不管實際上是刀具相對工件移動 還是工件相對刀具移動 都把工件看作靜止 而刀具在運動

對刀點往往也是零件的加工原點 選擇對刀點的原則是：

①方便數學處理和簡化程序編制；

②在機床上容易找正

便于確定零件的加工原點的位置；

③加工過程中便于檢查；

④引起的加工誤差小

對刀點可以設在零件上、夾具上或機床上 但必須與零件的定位基準有已知的準確關系 當對刀精度要求較高時

對刀點應盡量選在零件的設計基準或工藝基準上 對于以孔定位的零件

可以取孔的中心作為對刀點

對刀時應使對刀點與刀位點重合 所謂刀位點

是指確定刀具位置的基準點

3軸類零件夾具的選用

3.1對軸類零件夾具的基本要求

數控加工對夾具主要有兩大要求：一是夾具應具有足夠的精度和剛度；二是夾具應有可靠的定位基準 選用夾具時

通?？紤]以下幾點：

①盡量選用可調整夾具、組合夾具及其它通用夾具 避免采用專用夾具 以縮短生產準備時間

②在成批生產時才考慮采用專用夾具 并力求結構簡單

③裝卸工件要迅速方便 以減少機床的停機時間

④夾具在機床上安裝要準確可靠 以保證工件在正確的位置上加工

本次設計采用普通的三爪自動定心卡盤 其工作效率高

使用方便、準確度高3.2工件裝夾的類型及安裝 3.2.1 夾具的類型

數控車床上的夾具主要有兩類：一類用于盤類或短軸類零件 工件毛坯裝夾在帶可調卡爪的卡盤（三爪、四爪）中 由卡盤傳動旋轉；另一類用于軸類零件 毛坯裝在主軸頂尖和尾架頂尖間 工件由主軸上的撥動卡盤傳動旋轉 3.2.2零件的安裝

數控機床上零件的安裝方法與普通機床一樣 要合理選擇定位基準和夾緊方案 注意以下兩點：

①力求設計、工藝與編程計算的基準統一 這樣有利于編程時數值計算的簡便性和精確性

②盡量減少裝夾次數 盡可能在一次定位裝夾后 加工出全部待加工表面

由于本次設計的零件屬于短軸類零件 故采用三爪自定心卡盤裝夾 其安裝方便、安裝精度較高

4車削零件數控加工的編程 4.1數控坐標系的確定

數控車床坐標系統分為機床坐標系和工件坐標系

① 機床坐標系

以機床原點為坐標系原點建立起來的X、Z軸直接坐標系 稱為機床坐標系

車床的機床原點為主軸旋轉中心與卡盤后端面之交點 機床坐標系是制造和調整機床的基礎 也是設置工件坐標系的基礎

一般不允許隨意變動參考點參考點是機床上的一個固定點 該點是刀具退離到一個固定不變的極限點 其位置由機械擋塊和行程開關來確定 以參考點為原點

坐標方向與機床坐標方向相同所建立的坐標系叫做參考坐標系 在實際使用中通常是以參考坐標系計算坐標值

②工件坐標系

數控編程時應該首先確定工件坐標系和工件原點 零件在設計中有設計基準 在加工過程中有工藝基準

同時應盡量將工藝基準與設計基準統一 該基準點通常稱為工件原點

以工件原點為坐標原點建立起來的X、Z軸直角坐標系為工件坐標系 在車床上工件原點可以選擇在工件的左或右端面上 即工件坐標系是將參考坐標系通過對到平移得到的 4.2走刀路線的確定

①車端面

②鉆孔

將棒料運進另一個車間

工序是給棒料進行鉆中心孔和車端面 這也是非常重要的一步工序 因為

鉆中心孔的好壞將會直接影響下一道工序的進行 要求也是很高的 重要的一步去毛刺 由于上一道工序是鋸料 在鋸掉的地方會有毛刺 在把毛刺去掉后

要對每一個棒了進行測量 以防止上一道工序出現的廢料 再進行認真的測量

將要加工的工件放在專門的鉆床上 對工件進行鉆孔 是兩頭同時進行

并且要求鉆孔在棒料的中心位置 中心孔：A4/8.8 并且

要求中心孔應均勻一致 在進行好鉆孔后

將料放到普通的車床進行車兩端面 對于車的要求是很高的 要求棒料的長度是150㎜ 正負0.5㎜

要求每一個工件都要進行檢驗

②粗車外圓

③精車外圓 上一道工序

將工件運進到另一個車間 主要數控車床車間

這道工序是最重要的一步 是進行精車外圓 先精車外圓 然后

是進行精車外圓

在數控車床上進行加工

用到的工裝夾具是三爪液壓卡盤 還需要頂針

頂針的作用就是使加工的棒料 保持同軸度

使加工的零件的精度可以達到更高 也使加工時更加的安全

所用到的測量工具是游標卡尺 外徑千分尺 同理

再加工時加工的要求和加工的要求是一樣的

而其他的各尺寸以及跳動的要求都要符合圖紙的要求

④割槽

端面進行定位割槽并去毛刺；還要求對每批次量生產槽的軸向位置需結合內外球籠裝配后之軸向竄動間隙以及總成壓縮總長來定 同上一樣

是在CNC車床上進行割槽 所用到的工裝夾具是三爪卡盤 頂針

用到的測量的檢具是游標卡尺

⑤車螺紋

4.3程序編制

數控車床主要是加工回轉體零件

典型的加工表面不外乎外圓柱、外圓錐、螺紋、圓弧面、切槽等 我所做的工序是精車外圓 加工的程序如下：

加工程序及其備注

N10 G50 S10000 ；程序開始

N12 G00 G97 S700 T01

N14 M03

N16 M08

N18 G00 X46.777 Z27.753

N20 G00 X49.807 Z0.807

N22 G00 X44.807 Z0.807

N24 G00 X44.100 Z0.100

N26 G01 X44.100 Z-24.100 F200

N28 G00 X44.807 Z-23.393

N30 G00 X49.807 Z-23.393

N32 G00 X49.807 Z0.807

N34 G00 X42.807 Z0.807

N36 G00 X42.100 Z0.100

N38 G01 X42.100 Z-24.100 F200

N40 G00 X42.807 Z-23.393

N42 G00 X47.807 Z-23.393

N44 G00 X47.807 Z0.807

N46 G00 X40.807 Z0.807

N48 G00 X40.100 Z0.100

N50 G01 X40.100 Z-24.100 F200

N52 G00 X40.807 Z-23.393

N54 G00 X45.807 Z-23.393

N56 G00 X45.807 Z-0.293

N58 G00 X40.807 Z-0.293

N60 G00 X40.100 Z-1.000

N62 G01 X40.100 Z-11.000 F200

N64 G01 X40.100 Z-23.000

N66 G00 X41.100 Z-23.000

N68 G00 X49.807 Z-23.000

N70 G00 X46.777 Z27.753

N72 M09

N74 M30

N75 G50 S0

N76 G00 G97 700 T02

N77 M03

N78 M08

N79 G00 X42.450 Z24.023

N80 G00 X46.966 Z24.023

N81 G00 X46.966 Z3.600

N82 G00 X46.966 Z-1.400

N83 G00 X46.100 Z-1.900

N84 G41 N85 G01 X-0.100 Z-1.900 F200 N86 G00 X0.766 Z-1.400 N87 G00 X0.766 Z3.600 N88 G00 X0.766 Z24.023 N89 G00 X42.450 Z24.023 N90 G40 N91 M09 N92 M30

掉頭裝夾

N10 G50 S10000 N12 G00 G97 S700 T01 N14 M03 N16 M08 N18 G00 X27.033 Z41.455 N20 G00 X44.744 Z0.807 N22 G00 X39.744 Z0.807 N24 G00 X39.037 Z0.100 N26 G41 N28 G01 X39.037 Z-99.900 F200 N30 G01 X40.937 Z-99.900 N32 G00 X40.230 Z-99.193 N34 G00 X45.230 Z-99.193 N36 G00 X45.230 Z0.807 N38 G00 X37.744 Z0.807 N40 G00 X37.037 Z0.100 N42 G01 X37.037 Z-99.900 F200 N44 G01 X39.037 Z-99.900 N46 G00 X38.330 Z-99.193 N48 G00 X43.330 Z-99.193 N50 G00 X43.330 Z0.807 N52 G00 X35.744 Z0.807 N54 G00 X35.037 Z0.100 N56 G01 X35.037 Z-99.900 F200 N58 G01 X37.037 Z-99.900 N60 G00 X36.330 Z-99.193 N62 G00 X41.330 Z-99.193 N64 G00 X41.330 Z0.807 N66 G00 X33.744 Z0.807

N68 G00 X33.037 Z0.100

N70 G01 X33.037 Z-99.900 F200

N72 G01 X35.037 Z-99.900

N74 G00 X34.330 Z-99.193

N76 G00 X39.330 Z-99.193

N78 G00 X39.330 Z0.807

N80 G00 X31.744 Z0.807

N82 G00 X31.037 Z0.100

N84 G01 X31.037 Z-84.603 F200

N86 G03 X32.600 Z-90.000I-8.537 K-5.397

N88 G01 X32.600 Z-99.900

N90 G01 X33.037 Z-99.900

N92 G00 X32.330 Z-99.193

N94 G00 X37.330 Z-99.193

N96 G00 X37.330 Z0.807

N98 G00 X29.744 Z0.807

N100 G00 X29.037 Z0.100

N102 G01 X29.037 Z-82.301 F200

N104 G03 X31.037 Z-84.603 I-6.537 K-7.699

N106 G00 X31.257 Z-83.627

N108 G00 X36.257 Z-83.627

N110 G00 X36.257 Z0.807

N112 G00 X27.744 Z0.807

N114 G00 X27.037 Z0.100

N116 G01 X27.037 Z-80.976 F200

N118 G03 X29.037 Z-82.301I-4.537 K-9.024

N120 G00 X28.956 Z-81.304

N122 G00 X33.956 Z-81.304

N124 G00 X33.956 Z0.807

N126 G00 X25.744 Z0.807

N128 G00 X25.037 Z0.100

N130 G01 X25.037 Z-80.224 F200

N132 G03 X27.037 Z-80.976 I-2.537 K-9.776

N134 G00 X26.723 Z-80.027

N136 G00 X31.723 Z-80.027

N138 G00 X31.723 Z0.807

N140 G00 X23.744 Z0.807

N142 G00 X23.037 Z0.100

N144 G01 X23.037 Z-79.914 F200 N146 G03 X25.037 Z-80.224I-0.537 K-10.086

N148 G00 X24.530 Z-79.362

N150 G00 X29.530 Z-79.362

N152 G00 X29.530 Z0.807

N154 G00 X21.744 Z0.807

N156 G00 X21.037 Z0.100

N158 G01 X21.037 Z-72.399 F200

N160 G01 X22.600 Z-76.983

N162 G01 X22.600 Z-79.900 N164 G03 X23.037 Z-79.914 I-0.100 K-10.100

N166 G00 X22.369 Z-79.171

N168 G00 X27.369 Z-79.171

N170 G00 X27.369 Z0.807

N172 G00 X19.744 Z0.807

N174 G00 X19.037 Z0.100

N176 G01 X19.037 Z-66.532 F200

N178 G01 X21.037 Z-72.399

N180 G00 X21.478 Z-71.501

N182 G00 X26.478 Z-71.501

N184 G00 X26.478 Z0.807

N186 G00 X17.744 Z0.807

N188 G00 X17.037 Z0.100

N190 G01 X17.037 Z-60.665 F200

N192 G01 X19.037 Z-66.532

N194 G00 X19.478 Z-65.635

N196 G00 X24.478 Z-65.635

N198 G00 X24.478 Z0.807

N200 G00 X15.744 Z0.807

N202 G00 X15.037 Z0.100

N204 G01 X15.037 Z-54.900 F200

N206 G01 X15.072 Z-54.900

N208 G01 X17.037 Z-60.665

N210 G00 X17.478 Z-59.768

N212 G00 X22.478 Z-59.768

N214 G00 X22.478 Z0.807

N216 G00 X13.744 Z0.807

N218 G00 X13.037 Z0.100

N220 G01 X13.037 Z-54.900 F200

N222 G01 X15.037 Z-54.900

N224 G00 X14.330 Z-54.193

N226 G00 X19.330 Z-54.193

N228 G00 X19.330 Z0.807

N230 G00 X11.744 Z0.807

N232 G00 X11.037 Z0.100

N234 G01 X11.037 Z-19.900 F200

N236 G01 X12.100 Z-19.900

N238 G01 X12.100 Z-50.000

N240 G01 X12.100 Z-54.900

N242 G01 X13.037 Z-54.900

N244 G00 X12.330 Z-54.193 N246 G00 X17.330 Z-54.193 N248 G00 X17.330 Z0.807 N250 G00 X9.744 Z0.807 N252 G00 X9.037 Z0.100 N254 G01 X9.037 Z-7.490 F200 N256 G03 X10.100 Z-12.000 I-9.037 K-4.510 N258 G01 X10.100 Z-19.900 N260 G01 X11.037 Z-19.900 N262 G00 X10.330 Z-19.193 N264 G00 X15.330 Z-19.193 N266 G00 X15.330 Z0.807 N268 G00 X7.744 Z0.807 N270 G00 X7.037 Z0.100 N272 G01 X7.037 Z-4.755 F200 N274 G03 X9.037 Z-7.490 I-7.037 K-7.245 N276 G00 X9.354 Z-6.541 N278 G00 X14.354 Z-6.541 N280 G00 X14.354 Z0.807 N282 G00 X5.744 Z0.807 N284 G00 X5.037 Z0.100 N286 G01 X5.037 Z-3.246 F200 N288 G03 X7.037 Z-4.755 I-5.037 K-8.754 N290 G00 X7.023 Z-3.755 N292 G00 X12.023 Z-3.755 N294 G00 X12.023 Z0.807 N296 G00 X3.744 Z0.807 N298 G00 X3.037 Z0.100 N300 G01 X3.037 Z-2.367 F200 N302 G03 X5.037 Z-3.246 I-3.037 K-9.633 N304 G00 X4.777 Z-2.280 N306 G00 X9.777 Z-2.280 N308 G00 X9.777 Z0.807 N310 G00 X1.744 Z0.807 N312 G00 X1.037 Z0.100 N314 G01 X1.037 Z-1.953 F200 N316 G03 X3.037 Z-2.367 I-1.037 K-10.047 N318 G00 X2.575 Z-1.480 N320 G00 X7.575 Z-1.480 N322 G00 X7.575 Z-1.193 N324 G00 X-0.707 Z-1.193 N326 G00 X-0.000 Z-1.900 N328 G03 X1.037 Z-1.953 I0.000 K-10.100 F200 N330 G00 X0.406 Z-1.177

N332 G00 X44.744 Z-1.177

N334 G00 X27.033 Z41.455

N336 M01

N338 G50 S800

N340 G00 G97 S630 T01

N342 M03

N344 M08

N346 G00 X36.929 Z41.006

N348 G00 X45.937 Z-1.293

N350 G00 X-0.707 Z-1.293

N352 G00 X-0.000 Z-2.000

N354 G41

N356 G03 X10.000 Z-12.000 I0.000 K-10.000 F200

N358 G01 X10.000 Z-20.000

N360 G01 X12.000 Z-20.000

N362 G01 X12.000 Z-50.000

N364 G01 X12.000 Z-55.000

N366 G01 X15.000 Z-55.000

N368 G01 X22.500 Z-77.000

N370 G01 X22.500 Z-80.000

N372 G03 X32.500 Z-90.000 I0.000 K-10.000

N374 G01 X32.500 Z-100.000

N376 G01 X40.937 Z-100.000

N378 G00 X40.230 Z-99.293

N380 G00 X45.937 Z-99.293

N382 G00 X36.929 Z41.006

N384 M01

N386 G50 S800

N388 G00 G97 S630 T02

N390 M03

N392 M08

N394 G00 X45.251 Z37.632

N396 G00 X45.251 Z-50.600

N398 G00 X23.000 Z-50.600

N400 G00 X18.000 Z-50.600

N402 G41

N404 G01 X10.100 Z-50.600 F200

N406 G04X0.500

N408 G00 X23.000 Z-50.600

N410 G00 X23.000 Z-52.600

N412 M09

N414 M30 程序結束 5結 論

畢業設計是我們學了三年全部的課程 其中包括基礎課程、技術基礎課、以及專業課之后 在完成工作實習、校內課程設計的基礎上 對所有學過的課程的深入地綜合性的總結 也是一次對理論聯系實際的實際訓練 因此

它是我們大學所學、所用、所看的一次總結 它將在我們大學生活的精彩畫卷畫上一個句號

通過這次設計 我們綜合了專業了知識 更是因為在設計中 遇到了許多的問題 得到了老師的解答 完成了工藝的設計

我希望能通過這次的畢業設計

對自己未來將從事的工作進行一次適應性的訓練 從中鍛煉自己分析問題、解決問題的能力 為以后所從事的工作進行基石地鋪墊

6致 謝

三年的學習生活轉瞬即逝 讓人有些措手不及的感覺 好象還沒開始已經結束

時間的流逝其過程中經歷的坎坷使一個人慢慢成熟

因而我對過去的日子和給過我鼓勵、幫助的人們總是心懷感激 并讓我倍加珍惜未來的生活

本次畢業設計是在指導教師的悉心指導下展開的 從設計題目的提出到論文的完成 指導老師都在關注我們的進度

賀老師一絲不茍的治學態度和高度的責任感 在做畢業設計的過程中時刻影響和教育著我 使我難忘和感動 在此論文完成之際

謹向賀老師以最衷心的感謝

在畢業設計論文完成過程中 我也得到了同班同學的大力協助 讓我感受到同學的友誼和真誠的關心 在此向他們表示誠摯的謝意

另外感謝我的班主任 他對我的關心和培養

在我讀大學的這三年中給予我的幫助 特別是在做畢業設計的最后階段

同時也是最需要幫助的時候給了我支持 才使得我能順利完成畢業設計

最后向在百忙之中評閱本次畢業設計并提出寶貴意見的各位老師們表示最誠摯的謝意 同時向所有關心、幫助和支持我的老師和同學表示衷心的感謝 謝謝你們！

7參 考 文 獻

[1]吳明友.數控機床加工技術.東南大學出版社.2000.6 [2]孫竹.數控機床編程與操作.機械工業出版社.1996.4 [3]艾興、肖詩.削用量簡明手冊.北京機械工業出版社.1983.3 [4]徐宏主.數控加工工藝.化工工業出版社.2003.3 [5]孫江宏.陳秀梅.PRO/E2001數控加工教程.北京清華大學出版社.2001.4 [6]余英良.數控加工編程及操作.高等教育出版社.2004.4 [7]劉雄偉.數控機床與編程培訓教程.機械工業出版社.2001.5 [8]楊學桐、李東茹、何文立

等距世紀數控機床技術發展戰略研究.北京國家機械工業局.2000.3 ?? ?? ?? ??

蘇州市職業大學機電工程系畢業設計說明書（論文）

用人要看他的忠誠度和可靠程度、歸依企業的程度，希望能夠跟企業結合一起的意向有多少，如果這三樣東西都是對的，我們企業會給他非常大的機會去發展。

第四篇：數控畢業設計前言

前言

畢業設計是學生在校期間一個重要的綜合型實驗教學環節，是成的一份總結性的大作業。它的目的在于培養學生綜合分析和解決本專業的一般工程技術問題的獨立工作能力，拓寬和深化學生的知識;幫助學生樹立正確的設計思想，設計構思和創新思維，掌握工程設計的一般程序規范和方法，準確使用技術資料、國家標準等手冊、圖冊工具書進行設計計算，數據處理，編寫技術文件等方面的工作能力;引導學生進行調查研究，面向實際，面向生產，向工人和技術人員學習的基本工作態度，工作作風和工作方法。

通過兩年多來對數控專業知識的學習和一段時間的實習，在一定程度上積累相關驗和方法，可以設計出一般性零件的加工工藝路線和程序的生成以及數控機床的運用，利用這次畢業設計的機會可以更好的鍛煉自己的才能，鞏固所學的知識，發現并解決遺留下來的問題，彌補知識缺陷，這樣就達到了自己預期設定的目標。

本課題結合數控專業培養目標,是生產實際應用中中等復雜的盤類零件，其結構由外圓弧面、內圓弧面、臺階、通孔、溝槽、凸臺、內螺紋等以不同的方式組成。此類零件用于數控銑削加工工藝分析與編程，難易程度適中，符合畢業設計大綱要求，能使數控技業學生得到較充分的鍛煉。有利于提高畢業生的就業競爭力。

畢業設計說明書是高等院校畢業生提交的一篇論文，是大學生完成學業的標志性作業，是對學習成果的綜合性總結和檢閱，是我系工科學生從事工程設計的最初嘗試，是在教師指導下所取得的實際成果的文字記錄，也是檢驗學生對知識的長我程度，分析問題和解決問題基本能力的一份綜合答卷。

因為是初次設計，所以其中難免會有疏漏和錯誤，懇請老師幫助指正。

學生 朱益飛

第五篇：數控畢業設計摘要

X6臺階定位盤數控加工工藝設計

摘 要

數控加工是機械行業一門新的專業，數控技術是數字程序控制數控機械實現自動工作的技術。它廣泛用于機械制造和自動化領域，較好地解決多品種、小批量和復雜零件加工以及生產過程自動化問題。隨著計算機、自動控制技術的飛速發展，數控技術已廣泛地應用于數控機床、機器人以及各類機電一體化設備上。同時，社會經濟的飛速發展，對數控裝置和數控機械要求在理論和應用方面有迅速的發展和提高。

隨著社會需求個性化、多樣化的發展，生產規模沿著小批量——大批量——多品種變批量的方向發展，以及以計算機為代表的高技術和現代化管理技術的引入，滲透與融合，不斷地改變著傳統制造技術的面貌和內涵，從而形成了先進制造技術。

數控就是一種自動控制技術，它所控制的一般是位置、角度、速度等機械量。數控機床，就是采用了數控技術的機床，它是一個裝有程序控制的機床，該系統能夠邏輯地處理具有使用號碼或其他符號編碼指令規定的程序。

本篇論文是對X-6號銑塊（包含凸臺、外輪廓、孔）的工藝設計，其中包括加工方法的選擇，加工順序的安排，毛坯的選擇，銑刀的類型及選用，切削用量的選擇，數控加工中數值計算等。工件采用的是HT150，刀具是硬質合金鋼，在零件的加工過程中要注意切削用量的選擇正確，加工順序的安排等，有關工步工序的計算相對較復雜。

本設計從數控加工前應做的準備開始到數控加工工藝分析、數控刀具及其選擇、工件裝夾方式與數控加工夾具的選擇、程序編制等內容以及數控加工時應注意的問題做了一一的說明。

關鍵詞：數控機床； 工藝設計； 程序編制