现代数控技术论文

第一篇：现代数控技术论文

机器人技术

前言

机器人技术是综合了计算机、控制论、信息和传感技术、人工智能等多学科而形成的高新技术，是当代研究十分活跃，应用日益广泛的领域。机器人应用情况，是一个国家工业自动化水平的重要标志。从某种意义上说，机器人也是机器的进化过程产物，它是工业以及非产业界的重要生产和服务性设备，也是先进制造技术领域不可缺少的自动化设备。了解机器人的一些基本原理、用途、发展状况等，对我们现代研究生来说，是十分迫切和必要的。

一、机器人的定义

（1）国际标准化组织(ISO)的定义：“机器人是一种自动的、位置可控的、具有编程能力的多功能机械手，这种机械手具有几个轴，能够借助于可编程序操作来处理各种材料、零件、工具和专用装置，以执行种种任务”。

（2）日本工业机器人协会(JIRA)的定义：工业机器人是“一种装备有记忆装置和末端执行器(end effector)的，能够转动并通过自动完成各种移动来代替人类劳动的通用机器”。

（4）美国机器人协会(RIA)的定义：机器人是“一种用于移动各种材料、零件、工具或专用装置的，通过可编程序动作来执行种种任务的，并具有编程能力的多功能机械手(manipulator)”。

（5）我国对机器人的定义。蒋新松院士曾建议把机器人定义为“一种拟人功能的机械电子装置”(a mechantronic device to imitate some human functions)。

参考各国的定义，对机器人给出以下定义：机器人是一种计算机控制的可以编程的多功能操作装置，能感知环境，识别对象，理解指示命令，有记忆和学习功能，具有情感和逻辑判断思维，能自身进化，能计划其操作程序来完成任务。机器人学是一门不断发展的科学，对机器人的定义也随其发展而变化。因此，其实至今为止 ,各国也没有一个真正完全统一的机器人的定义。

机器人的工作过程，就是通过规划，将要求的任务变为期望的运动和力，由控制环节根据期望的运动和力的信号，产生相应的控制作用，以使机器人输出实际的运动和力，从而完成期望的任务。

二、机器人的应用领域

机器人技术的发展，它应该说是一个科学技术发展共同的一个综合性的结果，也同时，对社会经济发展产生了一个重大影响的一门科学技术，它的发展归功于在第二次世界大战中，各国加强了经济的投入，就加强了本国的技术的发展。

另一方面它也是生产力发展的需求的必然结果，也是人类自身发展的必然结果，那么人类的发展随着人们这种社会发展的情况，人们越来越不断在探讨自然过程中，在改造自然过程中，认识自然过程中，实现人们对不可达世界的认识和改造，这也是人们在科技发展过程中的一个客观需要。

研制机器人的最初目的是为了帮助人们摆脱繁重劳动或简单的重复劳动，以及替代人到有辐射等危险环境中进行作业，因此机器人最早在汽车制造业和核工业领域得以应用。在研究和开发未知及不确定环境下作业的机器人的过程中，人们逐步认识到机器人技术的本质是感知、决策、行动和交互技术的结合。随着人们对机器人技术智能化本质认识的加深，机器人技术开始源源不断地向人类活动的各个领域渗透。工业领域的焊接、喷漆、搬运、装配、铸造等场合，己经开始大量使用机器人。另外在军事、海洋探测、航天、医 1

疗、农业、林业甚到服务娱乐行业，也都开始使用机器人。这些机器人从外观上已远远脱离了最初仿人型机器人和工业机器人所具有的形状，更加符合各种不同应用领域的特殊要求，其功能和智能程度也大大增强，从而为机器人技术开辟出更加广阔的发展空间。

三、机器人的特点

1．通用性：即指执行不同功能完成同一任务的能力和完成多样不同简单任务的能力。或者说在机械结构上允许机器人执行不同的任务或以不同的方式完成同一任务。

2．适应性：机器人的适应性是指其对环境的自适应能力，即要求所设计的机器人能够自我执行并适应未经完全指定的任务，而不管任务执行过程中是否发生了所没有预计到的环境变化。这一能力要求机器人具有人工知觉，即能感知周围环境。

四、机器人系统的基本工作原理

机器人一般由程序控制，具有人或生物的某些功能。智能机器人可以通过传感器了解外部环境或自身状态的变化，可以做出自己的逻辑推理、判断与决策。

计算机是机器人的大脑，传感器是机器人的感觉器官，输入/输出设备是人与机器人的交互工具，常用的有显示器、键盘、示教盒、打印机、网络接口等。

五、机器人的分类

1、按机器人结构形式：

根据手臂机构的运动副不同形式的组合得到不同的机器人机构形式。(1)直角坐标式(Cartesian)(2)圆柱坐标式(Cylindrical)(3)球坐标式(Spherical)(4)多关节式(Jointed)(5)SCARA(Selective Compliance Assembly Robot Arm)2.按机器人的智能程度：

(1)一般机器人：只具有一般编程能力和操作功能(2)智能机器人：具有不同程度的智能 1)传感型机器人

2)交互型机器人 3)自主型机器人

3、按机器人控制方式 ：

(1)非伺服控制机器人：这种机器人按照事先编好的程序进行工作，使用限位开关、制动器、插销板和定序器控制机器人的工作。

(2)伺服控制机器人：通过反馈传感器取得的反馈信号与来自给定装置的给定信号，用比较器加以比较后，得到误差信号，经过放大后用以激发机器人的驱动装置，并带动末端执行装置以一定的运动规律运动，实现所要求的作业。

4．按机器人的信息输入方式：

1)手动操作手：由操作人员直接进行操作的有几个自由度的加工装置；

2)定序机器人：按预定的顺序、条件和位置，逐步地重复执行给定的作业任务，其预定信息难以修改；

3)变序机器人：和第二类一样，但预定信息易于修改；

4)示教式机器人：能够按照记忆装置存储的信息复现事先由人示教的动作，且这些示教的动作能够自动重复地进行；

5)程控机器人：能够通过提供的运动程序，执行给定的任务；

6)智能机器人：通过感知信息独立检测工作环境或工作条件的变化，借助机器人本身的自我决策能力，进行相应的工作。

5.按机器人的用途：

(1)军用机器人：主要用于军事上代替或辅助军队进行作战、侦察、探险等工作。根据不同的作战空间可分为地面军用机器人、空中军用机器人(即无人飞行机)、水下军用机器人和空间军用机器人等。

(2)民用机器人：各种生产制造领域中的工业机器人和其它各种种类的机器人。

1)工业机器人：制造工业部门应用机器人的主要目的在于削减人员编制和提高产品质量。机器人无论是否与其它机器一起运用，与传统的机器相比，它具有两个主要优点：

(1)．生产过程的几乎完全自动化。(2)．生产设备的高度适应能力。

现在工业机器人主要用于汽车工业、机电工业（包括电讯工业）、通用机械工业、建筑业、金属加工、铸造以及其它重型工业和轻工业部门。

机器人的工业应用分为四个方面，即材料加工、零件制造、产品检验和装配。其中，材料加工往往是最简单的。零件制造包括锻造、点焊、捣碎和铸造等。检验包括显式检验（在加工过程中或加工后检验产品表面图像和几何形状、零件和尺寸的完整性）和隐式检验(在加工中检验零件质量上或表面上的完整性）两种。装配是最复杂的应用领域，因为它可能包含材料加工、在线检验、零件供给、配套、挤压和紧固等工序。在农业方面，已把机器人用于水果和蔬菜嫁接、收获、检验与分类，剪羊毛和挤牛奶等。这是一个潜在的产业机器人应用领域。

2)服务机器人：根据国际机器人联合会（IFR）采用的初步定义，所谓服务机器人是一种半自主或全自主工作的机器人，它完成的是有益于人类健康的服务工作，但不包括那些从事生产的设备。另一种定义把服务机器人看做一种可自由编程的移动装置，它至少有三个运动轴，可以部分地或全自动地完成服务工作。这些服务工作为个人或单位完成的，不指工业生产服务。

包括:(1)诊断机器人，即配备有医疗诊断专家系统的机器人。

(2)护理机器人，是一些具有丰富护理经验的机器人护士或护师。(3)伤残瘫痪康复机器人，包括假肢、矫形以及遥控等技术。

(4)家用机器人，机器人已开始进入家庭和办公室，用于代替人从事清扫、洗刷、守卫、煮饭、照料小孩、接待、接电话、打印文件等。酒店售货和餐厅服务机器人、炊事机器人和机器人保姆已不再是一种幻想。

(5)娱乐机器人，包括文娱歌舞和体育机器人。(6)医疗手术机器人近年来有所突破。

6.按应用环境：

我国的机器人专家从应用环境出发，将机器人分为两大类，即工业机器人和特种机器人。目前，国际上的机器人学者，从应用环境出发将机器人也分为两类：制造环境下的工业机器人和非制造环境下的服务与仿人型机器人，这和我国的分类是一致的。

六、机器人的结构组成

1.执行机构：机器人完成工作任务的机械实体一般为机械手臂和末端操作器。

(1)机械手臂manipulator： 一般为由杆件机构和关节机构组成的空间开链机构常常进一步细分为机座腰部臂部肩和肘腕部。

(2)末端操作器（end-effector）：按作业用途定（是机器人完成特定作业的关键装置）。

2.驱动单元 ： 包括驱动器、传动机构和运动件

(1)驱动器：电机（步进电机、伺服电机、DD电机）、气缸、液压缸、新型驱动器。(2)传动机构：谐波传动、螺旋传动、链传动、带传动、绳传动、各种齿轮传动及液力传动。

(3)运动件：机器人本体上的各运动体。

3.控制系统：一般都是由控制计算机、驱动装置和伺服控制器（servo controller）组成。

4.智能系统(1)运动机能

(2)感知机能：获取外部环境信息以便进行自我行动决策和监视的机能，视觉传感器是当前发展的重点。

(3)思维机能：求解问题的认识推理和判断机能— —人工智能。

(4)人—机通信机能：理解指示命令输出内部状态与人进行信息交换的机能。

七、机器人控制系统的功能、组成

机器人控制系统的基本功能构成：记忆功能、示教功能、坐标设置功能、传感器接口、人机接口、与外围设备联系功能、故障诊断安全保护功能、位置伺服功能。

机器人控制系统的组成：控制计算机、操作面板、硬盘和软盘存储、数字和模拟量输入输出、示教盒、打印机接口、传感器接口、轴控制器、辅助设备控制、通信接口、网络接口。

八、我国工业机器人发展历史

我国的工业机器人起步于70年代，大致分为三个阶段：70年代的萌芽期，80年代的开发期，90年代的实用化期。

我国于50年代开始研究机械手。70年代是世界科技发展的一个新里程碑：人类登上了月球，实现了金星与火星的软着陆。我国也发射了人造地球卫星。70年代末，美国推出Puma系列高功能机器人，采用了当时最先进的16位多CPU二级微机控制系统，可进行轨迹控制和相当复杂的动作。在第一台机械手出现后20年，于1972年我国开始研制工业机器人。由上海开始，接着各大城市十几个研究单位和院校开发了固定程序、组合式、液压伺服型通用机器人，并开始了机构学、计算机控制和应用技术的研究，这些机器人大约有三分之一用于生产。

80年代是国际高技术竞争的年代。人类实现了太空行走、太空炼钢，中国也掌握了一箭多星技术。在高技术浪潮的冲击下，随着改革开放方针的实施，我国机器人技术的发展得到政府的重视和支持。在80年代中期，国家组织了对工业机器人的需求的调查。在众多专家的建议和规划下，由机电部主持，中央各部委、中科院及地方几十所科研院所和大学参加，进行了工业机器人基础技术、基础元器件等的开发研究。为了跟踪国外高技术，80年代在国家高技术计划中安排了智能机器人的研究开发，包括水下无缆机器人、高功能装配机器人(DD驱动）和各类特种机器人，进行了智能机器人体系结构、机构、控制、人工智能、机器视觉、高性能传感器及新材料等的应用研究，已出了一批成果。这些技术的实用化将加速我国第二、三代工业机器人的发展。经过多年努力，形成了京津、东北、华北、华南等机器人技术发达地区和十几家优势单位，培养了一支2000多人的工业机器人设计、研制、应用队伍，使我国的工业机器人技术发展基本上可以立足于世界之林。

90年代是20、21世纪交替的关键年代，以微电子技术为代表的高科技渗透进各个领域，信息高速公路将人类推向更快节奏发展的信息化时代。对我国来说，由于市场竞争加剧，一些企业认识到必须要用机器人等自动化设备来改造传统产业，提高劳动生产率和产品质量，使产品更新换代，增强竞争力。90年代初期，在国家几无资金投入、市场经济发展的大潮裹胁下，从事机器人研制生产的单位既坚持专业方向，又要养活自己，主要做了几个方面的技术发展工作:1)喷涂机器人2）点、弧焊机器人3)搬运机器人4）装配机器人及视觉、力觉等传感技术5）矿山、建筑、管道作业等一些特种工业机器人。90年代后期，应是实现国产机器人的商品化，为产业化奠定基础的时期。在掌握机器人开发技术和应用技术的基础上，进一步开拓市场，扩大应用领域。从汽车制造业逐步扩展其它制造业并渗透到非制造业领域；开发第二代工业机器人及各类适合国情的经济型机器人；开展机 4

器人化柔性装配系统的研究。并且，嫁接国外技术，促进国际合作，以使我国工业机器人发展站在巨人的肩上，为以后的普及和腾飞奠定坚实的基础。

现今，我国越来越重视机器人技术的发展，与世界机器人高端技术国家共同合作，把我国的机器人技术推向世界级水平。

九、我国工业机器人发展现况

中国作为亚洲第三大的工业机器人需求国，市场发展稳定，汽车及其零部件制造仍然是工业机器人的主要应用领域，随着我国产业结构调整升级不断深入和国际制造业中心向中国的转移，我国的机器人市场会进一步加大，市场扩展的速度也会进一步提高。

随着我国经济的快速发展，我国工业机器人的市场将不断扩大，这一点无容置疑。这也从另一个侧面说面了为什么世界各大机器人公司纷纷登陆中国市场。

但是，即使我国的市场有了，拥有了自主知识产权的机器人还是很少。国产工业机器人的发展还是要靠国家的大力扶持，并且我国的企业也要改变“外国的东西都比中国的好”这一错误观念，多给国产机器人一些机会。由于国产工业机器人的功能已经与国外在相当程度上相当，只要大力发展，一定能够造就出真正中国品牌的工业机器人。

中国工业机器人经过“七五”攻关计划、“九五”攻关计划和863计划的支持已经取得了较大进展,工业机器人市场也已经成熟,应用上已经遍及各行各业,但进口机器人占了绝大多数。我国在某些关键技术上有所突破,但还缺乏整体核心技术的突破,具有中国知识产权的工业机器人则很少。目前我国机器人技术相当于国外发达国家20世纪80年代初的水平,特别是在制造工艺与装备方面,不能生产高精密、高速与高效的关键部件。我国目前取得较大进展的机器人技术有:数控机床关键技术与装备、隧道掘进机器人相关技术、工程机械智能化机器人相关技术、装配自动化机器人相关技术。现已开发出金属焊接、喷涂、浇铸装配、搬运、包装、激光加工、检验、真空、自动导引车等的工业机器人产品,主要应用于汽车、摩托车、工程机械、家电等行业。

在我国，工业机器人市场份额大部分被国外工业机器人企业占据着。如今我国正从一个“制造大国”向“制造强国”迈进，中国制造业面临着与国际接轨、参与国际分工的巨大挑战，对我国工业自动化的提高迫在眉睫，政府务必会加大对机器人的资金投入和政策支持，将会给工业机器人产业发展注入新的动力。

我国机器人技术主题发展的战略目标是:根据2l世纪初我国国民经济对先进制造及自动化技术的需求,瞄准国际前沿高技术发展方向创新性地研究和开发工业机器人技术领域的基础技术、产品技术和系统技术。未来工业机器人技术发展的重点有:第一,危险、恶劣环境作业机器人:主要有防暴、高压带电清扫、星球检测、油汽管道等机器人;第二,医用机器人:主要有脑外科手术辅助机器人,遥控操作辅助正骨等;第三,仿生机器人:主要有移动机器人,网络遥控操作机器人等。

十、机器人的发展趋势

为什么要发展机器人?理由之一：提高生产效率降低人的劳动强度。比如焊接机器人，提高生产效率，提高汽车焊接的质量，降低工人的劳动强度。理由之二：机器人做人不愿意做或做不好的事。比如有毒的、高温的或危险的环境，汽车生产线上的焊接工作。理由之三：机器人做人做不了的事情。比如人们对太空的认识，对原子分子进行搬迁的机器人。

现如今，机器人及其应用的发展趋势：机器人的应用领域正不断扩大、种类日趋增多、性能不断提高，并逐步向智能化方向发展，追求目标是融入人类的生活，和人类一起协同工作，从事一些人类无法从事的工作，以更大的灵活性给人类社会带来更多的价值。

目前国际机器人界都在加大科研力度，进行机器人共性技术的研究，并朝着智能化和多样化方向发展。从近几年世界机器人推出的产品来看，工业机器人技术正在向智能化、模块化和系统化的方向发展，其发展趋势主要为：结构的模块化和可重构化；控制技术的 5

开放化、PC化和网络化；伺服驱动技术的数字化和分散化；多传感器融合技术的实用化；工作环境设计的优化和作业的柔性化以及系统的网络化和智能化等方面。机器人结构越来越灵巧，控制系统愈来愈小，其智能也越来越高，并正朝着一体化方向发展。机器人是先进制造技术和自动化装备的典型代表，是多种高新技术发展成果的综合集成，因此它的发展与众多学科发展密切相关。当今工业机器人的发展趋势主要有：

1.工业机器人性能不断提高(高速度、高精度、高可靠性、便于操作和维修)，而单机价格不断下降。

2.机械结构向模块化、可重构化发展。

3.工业机器人控制系统向基于PC机的开放型控制器方向发展，便于标准化，网络化；器件集成度提高，控制柜日渐小巧，采用模块化结构，大大提高了系统的可靠性、易操作性和可维修性。

4.机器人中的传感器作用日益重要，除采用传统的位置、速度、加速度等传感器外，视觉、力觉、声觉、触觉等多传感器的融合技术在产品化系统中已有成熟应用。

5机器人化机械开始兴起。从94年美国开发出“虚拟轴机床”以来这种新型装置已成为国际研究的热点之一，纷纷探索开拓其实际应用的领域。

总体趋势是，从狭义的机器人概念向广义的机器人技术概念转移，从工业机器人产业向解决方案业务的机器人技术产业发展。机器人技术的内涵已变为灵活应用机器人技术的、具有实际动作功能的智能化系统。

参考文献

【1】机器人学 : 控制、传感技术、视觉、智能 /(美)付京逊,R.C.冈萨雷斯,C.S.G.李 著 中国科学技术出版社 1989年。

【2】机器人概论 / 霍兰(Holland,J.M.)著 新世界出版社 1985年。

【3】机器人技术及其应用——高等学校机械电子工程规划教材 华南理工大学 谢存禧 张铁 主编 机械工业出版社出版。

【4】机器人技术导论 /(法)科依费特, F.,奇罗兹,M.著 国防科技大学出版社 1991年。

【5】2.朱世强，王宣银.机器人技术及其应用杭州：浙江大学出版社，2001。

【6】机器人探索——工程实践指南（国外计算机科学教材系列)(美)Fred G.Martin 著 刘荣 等译 电子工业出版社。

第二篇：数控技术论文

本科毕业论文（设计）

论文（设计）题目: “贵大校徽”CAD/CAM实践 学 院： 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师：

2008 年 6 月 1 日

贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书

本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。

特此声明。

论文（设计）作者签名：

日 期：

目 录

摘 要 IV

Abstract V 编辑本段目 录

第一章：数控技术和PRO/E软件技术 3

1.1数控技术 3 1.1.1 数控技术的发展趋势 3 1.2 FANUC数控系统数控加工中心机床基础知识 5 1.2.1坐标系/对刀点/换刀点 5 1.2.2常用基本指令 5 1.2.3编程方式 6 1.2.4对刀 7 1.2.5刀具长度补偿设置 7 1.2.6刀具半径补偿设置 8 1.2.7机床操作面板的简单介绍 8 1.3 PRO/E软件技术 10 1.3.1PRO/E3.0软件的介绍及其安装 10 1.3.2 在PRO/E中校徽的特征建模 11 1.4 PRO/NC模块简介 13

1.5 数控自动加工的加工流程 14

1.6校徽在 Pro/NC中的编程实例 14 第二章：加工中心工艺方案的制定 23

2.1零件的工艺分析 23 2.1.1分析图样 23 2.2加工设备的选用 23 2.3零件的工艺设计和夹具的选择 24 2.3.1加工方法的选择以下是几种常见的平面加工方法 24 2.3.2确定加工顺序和工序 25

2.3.3确定装夹方案和选用夹具 26

2.4选择刀具 26

2.5切削用量的确定 27 第三章：零件的加工 28

3.1零件加工前机床的基本操作 28 3.1.1开机 28 3.1.2回机床原点 28 3.1.3机床的调试 28 3.2 CIMCO EDIT V5简体中文版介绍 29 3.3程序DNC传输/模拟NC刀具 29 3.4加工程序的执行方式 31 3.5加工程序试运行 31 3.6工件试切 32 3.7测量 32 设计总结 33 参考文献 34 致谢 35 “贵大校徽”CAD/CAM实践

编辑本段摘 要

随着中国经济的快速发展，“中国制造”开始行销全球。2006年，中国制造业的GDP增加值达到10956亿美元，首次在总量上超过日本，成为世界排名第二的制造大国；2007年，中国制造业的GDP增加值达到13000亿美元。陕西渭河工模具总厂是机械电子行业工模具专业生产企业。从最初的研发试制到现在CAD/CAM的应用，设计和制造了许多典型的冷冲模具，在国内赢得了良好的声誉。近年来，随着CAD/CAM的不断应用，我厂生产

了大批的精密冲压模具，特别是多工位级进模和多工位传递模具，不论从设计上还是制造方面均可与进口模具相媲美。我厂应用CAD/CAM技术起步较早，不但是在设计和加工上应用了CAD技术，同时在工艺参数上，特别是复杂零件的几何参数上也应用了CAD技术，被陕西省科技厅、国家科技部授予“CAD示范企业“称号。近10年来，在模具设计上已经全部采用了CAD技术，部分加工上也应用了CAM技术。我厂模具设计应用平台硬件是美国SGI工作站，软件是美国EDS公司的UG软件，近年来又购进了”电子图板“设计软件。同时，针对本厂所设计的范围我们做了许多标准件的图库，此项工作大大地提高了设计速度。CAD/CAM技术在该厂应用面比较广，但存在的不足主要有三点：一是由于软件引进较早，且一直没有升级，与现在的UG版本差11个版本。

关键词: CAD/CAM，发展，制造

“Guizhou University school insignia” CAD/CAM practice

Abstract

Along with the Chinese economy fast development, “China makes” starts to sell the whole world In 2006, the Chinese manufacturing industry GDP increase in value achieved 1,095,600,000,000 US dollars, for the first time surpass Japan in the total quantity, becomes the world to be listed the second manufacture great nation;In 2007, the Chinese manufacturing industry GDP increase in value amounts to 1,300,000,000,000 US dollars..The Shaanxi Weihe River jig has the main plant is the mechanical electronic profession labor mold specialized production enterprise.Trial produces from the initial research and development to the present CAD/CAM application, designed and makes many models to flush the mold coldly, in domestic has won the good prestige.In recent years, along with the CAD/CAM unceasing application, my factory has produced large quantities of precise ramming mold, specially the multi-location level enters the mold and the multi-location transmission mold, no matter makes the aspect from the design to be possible to compare favorably with with the import mold.My factory applies the CAD/CAM technology start early, not only has applied the CAD technology in the design and the processing, simultaneously in the craft parameter, specially in the complex components geometry parameter also has applied the CAD technology, by the Shanxi Province science and technology hall, National Technical department is awarded “CAD the demonstration enterprise ” title.In the recent 10 years, already completely used the CAD technology in the mold design, in the part processing have

also applied the CAM technology.My factory mold design applies the platform hardware is American SGI Workstation, the software is American EDS Corporation's UG software, in recent years has purchased “ the electronic chart board ” design software.At the same time, we has made many standard letter map storages in view of this factory design scope, this work enhanced the design speed greatly.The CAD/CAM technology quite is broad in my factory application surface, but exists the insufficiency mainly has three points: One is as a result of the software introduction early, also has not promoted, misses 11 editions with the present UG edition.Key word: CAD/CAM, development, manufacture 编辑本段前 言

随着计算机技术的发展，计算机辅助设计/计算机辅助制造（CAD/CAM）技术在工程设计、制造等领域中具有重要影响的高新技术。CAD/CAM技术自动加工的实现对社会产生了巨大的经济效益。

在20世纪60年代初，麻省理工学院研究生发表了《人机对话图形通信》，推出了二维SKETCHPAD系统，系统允许设计者在图形显示器前操作光笔和键盘，同时可以在显示器上显示图形，由此为CAD/CAM技术提供了理论基础。20世纪60年代到20世纪70年代中期是CAD/CAM技术走向成熟的阶段，随着计算机硬件的发展，三维几何软件也相应发展起来。到了20世界90年代，CAD/CAM技术从单一的模式、单一的功能走向集成化和智能化。使用CAD/CAM各子系统之间进行数据交换，从而出现了面向对象的技术、并行工程的思想、人工智能技术等。我国CAD/CAM技术从20世纪70年代开始以来，经过不断的发展和推广使用，取得了良好的经济效益和社会效益，以Pro/Engineer、Unigraphics、Solidworks为代表的CAD/CAM软件技术是目前最完善的CAD/CAM技术。

我国CAD/CAM技术的应用大多以绘图设计为突破口，在硬件和软件升级方面不够到位。在设计中，是基于Pro/Engineer这个软件来写的。机械专业的学生，只有掌好相关软件握的技术，才能更好地做好产品设计、加工的一体化，最终达到机械理论知识和实际操作的有机结合。在Pro/Engineer这个软件中，尤其是Pro/Engineer Wildfire的PRO/NC模块的应用，把自动编程技术表现的淋漓尽致。在校徽的加工中，对PRO/NC模块进行了详细的介绍。在NC制造设置（包括NC机床定义、夹具设置、刀具设定等）、NC加工方法、NC序列设置、加工轨迹的演示、后置处理等都做了描述。

软件支撑是远远不能搞好加工的，先进的硬件设备对生产加工的效率是很重要的。现代加工设备各式各样，品种繁多。像车床、铣床、磨床、钻床、加工中心机床等。为了减少人的体力劳动和自动化的生产，数控加工走向了我们，目前的数控机床广泛应用于加工行业当中。数控设备的出现，使CAD/CAM技术得到了前所未有的发展，软/硬件得到了有机的结合。在本设计中用的选用的是数控加工中心，它有许多的优点：减少了装夹的次数；减少了机床的数量，从而减少了生产空间；缩短了生产周期等等。在校徽的加工过程中，本书用了较大篇幅对加工过程做了详细的描述。尤其在加工的工艺性设计方面做了大量的分析，使整个加工过程清晰可见，在自动加工编程中实现了零件的最终形成。在本设计中，我们同时看到了自动编程优于手工编程，尤其是在现代加工技术中，对复杂零件的加工更体现出它的优点。本设计在第一章对数控技术和PRO/E软件技术做了简单概述，对FANUC数控系统VMC1100B数控加工中心机床的编程知识做了详细的介绍，PRO/ENC模块中的加工操作过程也用了大量的图来说明，更具直观。在第一章，加工中心工艺方案的制定。得到了校徽生产的工艺要求。为第一章的PRO/ENC模块得到参数。从而得到第三章要加工的最终产品。在这里我要感谢周峥嵘等老师的指导，为我的毕业设计提供了良好的条件。编辑本段第一章：数控技术和PRO/E软件技术 1.1数控技术

1.1.1 数控技术的发展趋势

数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（it、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，其主要研究热点有以下几个方面。

（一）、高速、高精加工技术及装备的新趋势

效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一，国际生产工程学会（cirp）将其确定为21世纪的中心研究方向之一。在轿车工业领域，年产30万辆的生产节拍是40秒/辆，而且多品种加工是轿车装备必须解决的重点问题之一；在航空和宇航工业领域，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件来替代多个零件通过众多的铆钉、螺钉和其他联结方式拼装，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。从emo2001展会情况来看，高速加工中心进给速度可达80m/min，甚至更高，空运行速度可达100m/min左右。目前世界上许多汽车厂，包括我国的上海通用汽车公司，已经采用以高速加工中心组成的生产线部分替代组合机床。美国cincinnati公司的hypermach机床进给速度最大达60m/min，快速为100m/min，加速度达2g，主轴转速已达60 000r/min。加工一薄壁飞机零件，只用30min，而同样的零件在一般高速铣床加工需3h，在普通铣床加工需8h；德国dmg公司的双主轴车床的主轴速度及加速度分别达12*!000r/mm和1g。在加工精度方面，近10年来，普通级数控机床的加工精度已由10μm提高到5μm，精密级加工中心则从3～5μm，提高到1～1.5μm，并且超精密加工精度已开始进入纳米级(0.01μm)。在可靠性方面，国外数控装置的mtbf值已达6 000h以上，伺服系统的mtbf值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。

（二）、5轴联动加工和复合加工机床快速发展

采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅光洁度高，而且效率也大幅度提高。一般认为，1台5轴联动机床的效率可以等于2台3轴联动机床，特别是使用立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢零件时，5轴联动加工可比3轴联动加工发挥更高的效益。但过去因5轴联动数控系统、主机结构复杂等原因，其价格要比3轴联动数控机床高出数倍，加之编程技术难度较大，制约了5轴联动机床的发展。当前由于电主轴的出现，使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化，其制造难度和成本大幅度降低，数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（含5面加工机床）的发展。在emo2001展会上，新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头，可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工，使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现，还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国dmg公司展出dmuvoution系列加工中心，可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工，可由cnc系统控制或cad/cam直接或间接控制。

（三）、智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势

21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，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，如加工过程的自适应控制，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；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。

为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。目前许多国家对开放式数控系统进行研究，如美国的ngc(the next

generation work-station/machine control)、欧共体的osaca(open system architecture for control within automation systems)、日本的osec(open system environment for controller)，中国的onc(open numerical control system)等。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，如在emo2001展中，日本山崎马扎克（mazak)公司展出的“cyberproduction center”（智能生产控制中心，简称cpc)；日本大隈（okuma）机床公司展出“it plaza”（信息技术广场，简称it广场)；德国西门子(siemens)公司展出的open manufacturing environment（开放制造环境，简称ome）等，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。1.2 FANUC数控加工基础知识

在这一节中我们了解FANUC数控加工中心作的一些基础知识。由于内容的要求，我们只作简要的讲解。

1.2.1坐标系/对刀点/换刀点

坐标系：主要坐标系分为机床坐标系和工件坐标系，前者由厂家设定，工件坐标系：又叫编程坐标系，用来确定工件各要素的位置。

刀点：主要分为对刀点和换刀点，前者刀具相对工件运动的起点（又叫程序起点或起刀点）。后者是换刀的位置点，在加工中心有换刀的程序，在加工零件的时候，我们只要调刀就可以执行。

1.2.2常用基本指令

在校徽的加工过程中，我们要用到这些基本指令：进给功能字F用于指定切削的进给速度。主轴转速功能字S用于指定主轴转速。刀具功能字T用于指定加工时所用刀具的编号。辅助功能字M用于指定数控机床辅助装置的开关动作。准备功能G指令，用于刀具的运动路线。如下表1.1是G代码表。

表1.1

G功能字含义表（FANUC—OM系统）

G00 快速移动点定位 G70 粗加工循环

G01 直线插补 G71 外圆粗切循环

G02 顺时针圆弧插补 G72 端面粗切循环 G03 逆时针圆弧插补 G73 封闭切削循环 G04 暂停 G74 深孔钻循环

G17 XY平面选择 G75 外径切槽循环

G18 ZX平面选择 G76 复合螺纹切削循环 G19 YZ平面选择 G80 撤消固定循环 G32 螺纹切削 G81 定点钻孔循环 G40 刀具补偿注销 G90 绝对值编程

G41 刀具半径补偿—左 G91 增量值编程 G42 刀具半径补偿—右 G92 螺纹切削循环

G43 刀具长度补偿—正 G94 每分钟进给量

G44 刀具长度补偿—负 G95 每转进给量

G49 刀具长度补偿注销 G96 恒线速控制

G50 主轴最高转速限制 G97 恒线速取消

G54~G59 加工坐标系设定 G98 返回起始平面

GG65 用户宏指令 G99 返回R平面

1.2.3编程方式

在编程的过程中，有两种编程方式：一种是手工编程；另一种是数控自动编程，自动数控编程又分为：图形数控自动变成、语言数控自动编程和语音数控自动编程三种。手工编程的特点是耗费时间长，容易出现错误，无法胜任复杂形状零件的编程。国外资料统计，手工编程时间与机床实际加工时间平均比是30/1。20%─30%机床不能开动的原因是由于手工编程的时间较长引起的。在这节我们以FANUC系统的编程知识来讲解，在这个设计中，我们是以图形数控自动编程来展开的。

手工编程过程总结：程序的输入：打开程序保护锁，按下PROG键，方式开关选择到编辑状态，DIR检查内存占用情况，输入OXXXX，按INSERT键（报警的话，说明该文件名存），按RESET复位，重新输入文件名。当我们建立了文件名后，文件名要单独占一行，每行的结束要用“；”（按EOB，在按INSERT插入），如果顺序号没有出来，我们可以把顺序号的功能打开（按OFFSET SETTING键，选择SETTING，移动光标键，下面有个顺序号，参数是“0”，说明没有顺序号，所以我们将它改为“1”，打如INPUT，注意只有在MDI方式下才能改参数，否则要报警），进行程序的输入。程序比较长的时候，我们可以将程序号的间隔调小，操作如下：MDI方式下按OFFSET SETTING键，按PAGE，找到“10”所在的参数号，将“10”改为“5”，按INPUT键。程序输入完后，我们可以进行程序的修改：替换（在键盘缓冲区输入要替换的字符，按下ALTER键），删除（删除单个字符，光标移动到要删除的字符按DELETE；删除一段，将光标移动到要删除的那

一段上），程序输入完了后锁上。程序的检索，例如检索O313按下面步骤进行操作方式在编辑状态下—按PRGRM（进入程序画面）—输入查找的程序号O313—按箭头向下的光标键找O313程序号。程序的删除，例如删除O313按下面步骤进行：操作方式在编辑状态下—打开程序保护锁—按PRGRM（进入程序画面）—输入删除的程序号O313—按箭头向下的光标键找O313程序号—键入删除的程序号O313—按DELET—操作完毕、锁上程序保护锁—按功能软件上的LID查看O313程序是否在程序例表中。

1.2.4对刀

对刀的方法直接影响工件的加工精度。所以对于不同的加工零件，我们要选择不同的对刀方法。

X和Y向对刀，对于圆柱孔（或圆柱面）零件时：

（1）我们采用杠杆百分表（或千分表）对刀，这种对刀方法精度高，但是比较麻烦。

（2）采用寻边器对刀，对于精度不太高，比较直观。

X和Y向对刀，当对刀点为互相垂直直线的交点时：

（1）采用刀具试切对刀。（2）采用寻边器对刀，精度高。

在Z向对刀，Z向对刀数据与刀具在刀柄上的装夹长度及工件坐标系的Z向零点位置有关，它确定工件坐标系的零点在机床坐标系中的位置。加工中心采用长度补偿来做。为了损伤工件表面，在本设计中我们采用采用对刀杆对刀。移动机床将刀杆分别从X、Y慢慢靠近工件，若X方向显示的是X1，Y方向显示的是Y1。再反方向得到X2，Y2则分别记下此数据。我们采用G54坐标系，记下X、Y的值，按POS键，输入到G54坐标系中。程序原点X、Y的计算方法如下：

X=（X1－X2）/2 Y=（Y1－Y2）/2

Z轴偏值：将株洲移动到工件的上表面，并与工件有微量的切削，纪录此值。按SYSTEM→SFF/SET→偏值，把Z轴的工件坐标值输入到对应的刀号的刀偏表长度补偿中。把计算的结果输入工件偏置画面中的G54中。

1.2.5刀具长度补偿设置

加工中心上使用的刀具很多，每把刀具的长度和到 Z 坐标零点的距离都不相同，这些距离的差值就是刀具的长度补偿值，在加工时要分别进行设置，并记录在刀具明细表中，以供机床操作人员使用。一般有两种方法：

1、机内设置 这种方法不用事先测量每把刀具的长度，而是将所有刀具放入刀库中后，采用 Z 向设定器依次确定每把刀具在机床坐标系中的位置，具体设定方法又分两种。（1）第一种方法 将其中的一把刀具作为标准刀具，找出其它刀具与标准刀具的差值，作为长度补偿值。具体操作步骤如下： ①将所有刀具放入刀库，利用 Z 向设定器确定每把刀具到工件坐标系 Z 向零点的距离，如图 1.1所示的 A、B、C，并记录下来； ②选择其中一把最长（或最短）、与工件距离最小（或最大）的刀具作为基

准刀，如图 5-2 中的 T03（或 T01），将其对刀值 C（或 A）作为工件坐标系的 Z 值，此时 H03=0 ； ③确定其它刀具相对基准刀的长度补偿值，即 H01= ±│ C-A │，H02= ±│ C-B │，正负号由程序中的 G43 或 G44 来确定。④将获得的刀具长度补偿值对应刀具和刀具号输入到机床中。

图1.1

1.2.6刀具半径补偿设置

进入刀具补偿值的设定页面，移动光标至输入值的位置，根据编程指定的刀具，键入刀具半径补偿值，按 INPUT 键完成刀具半径补偿值的设定。操作如下：按SYSTEM→SFF/SET→输入刀具的半径补偿值。

1.2.7机床操作面板的简单介绍

下图1.2操作面板是FANUC—0I系统的操作面板，图1.3是操作棉板的功能键板。

图1.2

图1.3

显示现在机床坐标的位置（绝对坐标、相对坐标、相对坐标）。

程序功能键，显示编辑的程序或正在运行的程序。

刀具补偿表，设定工件坐标系，参数等。

换档键，在编辑中进行字母和数字的切换。

取消键，用于删除已输入存储器里的最后一个字符。

输入参数和补偿值。程序的删除。

程序的插入，在程序的修改过程中经常用到。替换键，程序的编辑、修改。

图形显示键，观察刀具在加工过程中的图形显示。报警信息显示按钮。

页面键有两个，用来进行页面的前/后翻。机床参数键。

1.3 PRO/E软件技术

1.3.1PRO/E3.0软件的介绍及其安装

Pro/E（Pro/Engineer操作软件）是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品。在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决牲的相关性问题。另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到

一起，实现并行工程设计。它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。2006年4月发布的Pro/ENGINEER Wildfire 3.0(野火3.0),它将Pro/E 的版本上升到了前所未有的高度。它相对与以前的版本，在功能上更加的强大，更加适应“人本”性。

Pro/E3.0安装操作如下：

1.运行虚拟光驱，再将BIN文件装入光驱，自动运行安装程序（下载版必须由虚拟光驱运行）。

2.选择国家:中国。

3.接受协议。

4.开始安装服务器。

5.填入你本机的ID（ID如上图遮盖处的PTC主机ID，区分大小写）点crack文件中的generate，得到license.dat文件，拷贝文件到你找得到的地方。

6.指定安装目录和许可证，之后点安装按钮。

7.上一步安装完成后，重新启动电脑后。查看服务器是否运行(控制面板＞管理工具＞服务)，下图所示即为已经运行(注：到了这里，这个服务一定要成功并保持运行，否则安装好了也无法使用)。

8.再次运行安装程序，选择安装Pro/ENGINEER。

9.选择安装语种，但中文默认是已经安装的。注意：野火３.0中已经不再使用lang=chs也能显示中文（建议安装所有模块，除了帮助文件，否则很多模块无法运行）。

10.填写主机名，这一步与2.0是不同的。

11.点击下一步，一直安装到提示插入第2张光盘，第3张光盘。安装完成后。

1.3.2 在PRO/E中校徽的特征建模

贵大校徽如下图1.4所示

图1.4

（一）、在Pro/ENGINEER Widfire中单击菜单栏中的新建按钮，打开“新建文件”对话框，文件类型选择为“零件”，子类型选择“实体”，取消使用默认模板，单击“确定”按钮，在“名称”对话框中选择“mmns-part-solid”单击确定按钮后进入零件设计模式。

（二）、单击特征工具栏中的拉伸按钮，系统弹出“拉伸”特征操控板，在操控板中打开“放置”上滑面板，单击“定义”按钮，弹出“草绘”对话框，选择TOP,RIGHT分别作为“草绘”平面和参考平面。单击“确定”进入“草绘”界面。

（三）、绘制一个200 200的正方形,单击确定按钮 回到“拉伸”特征操控板,输入拉伸高度为7,单击确定按钮 得到一个正方体。

（四）、在主菜单中选择“视图（V）→颜色和外观”在外观编辑器中选择一种颜色，在“指定”按钮中选择“曲面”指定长方体的前面单击确定，然后选择外观编辑器中的“映射→贴花”在下一层菜单中的“外观放置”中选择“ ”按钮来增加“纹理”，然后双击增加的图片，单击“关闭”再单击“关闭”完成“贴花”的命令如图1.5所示：

图1.5

（五）、在菜单栏中单击拉伸按钮，系统弹出“拉伸”特征操控板，在操控板中打开“放置”上滑板，单击“定义”按钮，选择长方体的TOP和RIGHT分别作为“草绘”平面和参考

平面。单击“确定”进入“草绘”界面。

（六）、在“草绘”状态下单击样条曲线按钮，用样条曲线去逼近中间贵字图形的轮廓。进行修改，达到满意后，单击完文字按钮，选取行的第二点，确定文本高度和方向，同时出现文本框如图1.6，在输入区中输入“GUIZHOUUNIVERSITY”，选择沿曲线放置，选择曲线圆，单击完成，进行修改，达到满意后，用同样的方法输入“贵州大学”，然后单击样条曲线按钮，用样条曲线去逼近中间文字图形的轮廓，进行修改，达到满意后，如图1.7保存XIAOHUI.prt。成后单击确定按钮，回到上一级对话框输入拉伸深度为2，单击确定按钮完成建模。最后的三维图形如1.8图：

图1.6

图1.7 图1.8 1.4 PRO/NC模块简介

PRO/E是由美国参数科技公司（PTC）开发，是一个全方位的三维产品开发综合性软件，集成了零件设计、产品、装配、模具开发、数控加工、钣金设计、铸造件设计、造型设计、自动测量、机构仿真、应力分析、电路布线等功能模块与一体。广泛应用与电子、机械、模具、工艺设计、汽车、航天、服装等行业。是当今世纪最为流行的CAD/CAM软件之一。PRO/NC模块能生成驱动数控机床加工PRO/E零件所必须的数据和信息，能够生成数控加工的全过成。PRO/E系统的全相关统一数据库能将设计模型变化体现到加工信息当中去,利用它所提供的工具将设计模型处理成ASCII码刀位数据文件，这些文件经过后处理变成数据加工数据。PRO/NC生成的数控加工文件包括刀位数据文件、刀具清单、操作报告、中间模型、机床控制文件等。PRO/NC模块应用范围比较广，包括数控车、数控铣、加工中心等。下表1.2是具体的应用范围。

表1.2

模块名称 应用范围

PRO/ENC—车床 一个转塔车床及钻孔加工

二个转塔车床及钻孔加工

PRO/ENC—铣床 二轴半铣床加工

3~5轴铣床加工

PRO/ENC—铣削/车削 2~5轴车铣综合加工

PRO/ENC—Wendm 2轴或4轴线切割加工

1.5 数控自动加工的加工流程

PRO/NC进行数控加工时，先用PRO/E的造型模块将零件的几何图形绘制在计算机上，形成零件的设计模型，然后直接调用PRO/E的数控编程模块，定义操作，选择加工方法、定义刀具、加工参数和加工区域，进行刀具轨迹处理，并由计算机的自动对零件加工轨迹的各个节点进行计算和处理。从而生成刀位数据文件；经过相应的后置处理，自动生成数控加工程序，并在计算机上动态的显示其刀具的加工轨迹如图1.9流程：

设计模型 → 制造模型 ← 毛坯

夹具设置 → 制造设置数据 ← 机床数据和

刀具数据

↓

操作设置

↓

定义NC工序

↓

生成刀位数据文件 ↓

后置处理 ↓

动态仿真 ↓

→ → → ↓ ↑ ↓ ↓ ↓

修改← N ← 正确→ Y → NC机床

图1.9

1.6校徽在 Pro/NC中的编程实例

在建立好模型的基础上，利用Pro/NC进行数控加工的自动编程。下面的实例将对加工的一般过程进行说明：

1．在Pro/ENGINEER Widfire中打单击系统工具中新建按钮，打开“新建文件”对话框，选择文件类型为“制造”，子类型选择“NC组件”，取

消使用默认模板，单击“确定”按钮，在“文件选项”对话框中选择“mmns-mfg-nc”单击确定按钮后进入制造加工模式。

2．在【菜单管理器】中选择 → →，选择设计模XIAOHUI.prt。在系统弹出的【元件放置】对话框，选择，在缺省的状态下放置参考模型。

3．在【菜单管理器】中选择 → →，在消息提示区中输入工件的名称XH，单击在，在创建特征下拉菜单中单击，在实体选向中单击，在放置选向中，单击放置，再单击定义，系统弹出草绘对话框如图1.10，选择如图1.11的平面来作为参照。单击，按做CTRL，选择如图1.12所示的平面作为参照平面，单击参照对话框的关闭。单击，画210mm 210mm的矩形。单击，在框中输入10.00，单击 和，完成的图形如图1.13。

图1.10 图1.11

4．在【菜单管理器】中选择【制造设置】命令，系统弹出如图1.14所示。同时弹出操作设置对话框，如图1.15。用来对机床、刀具、机床坐标系和退刀平面的设置。

图1.11 图1.12

图1.13 图1.14

5．单击对话框中的 图标, 再单击，选择。出现刀具设置对话框，如图1.16所示。在刀具设置对话框中输入刀具的材料、长度等参数。

图1.15 图1.16

设置好后单击，单击。加工零点设置：单击加工零点处的，选择 坐标，系，拾取模型于其内创建坐标系，选择整个图形，图形出现红色线条，这时出来坐标对话框，按住CTRL选择如图1.17的三个面创建坐标，单击，根据具体的机床进行设置。设置后如下图1.18所示。

1.17 图1.18

6.退刀面设置，单击退刀曲面的，在退刀选取中单击，输入Z深度，如图1.19，图1.19

单击，在操作设置对话框中单击，则操作OP010已经成功创建。

7.参数设置，在【菜单管理器】中选择 → →，单击，序列设置如图1.20，单击刀具设置对话框的。在制造参数下拉菜单中选择，完成设置如图1.21所示。

图1.20 图1.21

单击 → → → → →，单击。在序列坐标中单击，选取 坐标系。重复对刀面的设置。

8.创建加工窗口，在定义窗口的下拉菜单中选择，在消息提示区输入窗口的名称，单击，在铣削窗口下拉菜单中选择，选取垂直曲面、边或顶点，截面将相对于它们进行尺寸标注和约束，选择要创建窗口的图形，选择如下参照，单击关闭。单击，画加工窗口，204mm 204mm的矩形。单击，单击加工窗口的。单击 →。

9.轨迹演示，单击，计算CL轨迹，单击 图1.22所示。

图1.22

图1.23

选择图1.22中的 按钮，则可以见到刀具的走刀路线。

10.数控后处理系统

Pro/ENGINEER系统所生成的ASCII格式的刀位（CL，Cutter Location）数据文件，并不是能被数控机床所识别。在特定的数控机床和刀位数据之间需要一个“翻译”，将CL数据转化为MCD文件。这个转换的过程就是后置处理。由于数控系统没有一个完全统一的标准，不同厂家采用不同的数控代码，其代码功能之间并不兼容。因此，同样一个机械零件，同样的CL数据，在不同的机床上加工，其结果是不一样的。为了使Pro/NC生成的刀位数据能够适应不同的机床，就需要建立一个文件将目前所有厂商的数控系统保存起来，这种文件就是选配文件。当用户指定了机床的数据系统后，后置处理程序就能从选配文件中调用相关数据，满足配置选项的要求。

（一）创建刀位数据文件

从菜单管理器的【制造】菜单中选择【CL数据】命令，分别选择“输出”“选取一”“NC序列”“1.粗加工,Operation OP010”选择【轨迹】菜单中的【文件】命令，设置如图1.24所示单击完成，完成“保存副本”后系统弹出对话框直接单击完成。在后置处理列表中选择第一个处理器。出现图1.25，在其中输入程序起始号，输入后系统显示处理完成后的信息窗口，单击回车，关闭信息窗口这就完成了程序的生成。

图1.24

单击 的。

图1.25

用记事本打开如下图1.26

图1.26 编辑本段第二章：加工中心工艺方案的制定 2.1零件的工艺分析

2.1.1分析图样

（1）尺寸标注方法分析

（2）零件图的完整性与正确性分析（3）零件技术要求分析（4）零件材料分析

有机玻璃属于高分子聚合物，由聚甲基丙烯酸甲酯聚合而成，英释名叫“亚克力”。代号是PMA。密度是1.19－1.20g/cm3，硬度相当于铝，没有固定熔点，在90摄氏度开始软化，在104摄氏度呈熔融状态。透明度高为92％，透过的紫外线多达73％，与普通玻璃相比，机械强度、韧性是普通玻璃的10倍以上，重量仅1/2，抗碎裂性是12—18倍，有突出的耐候性、耐老化性，溶于三氯甲烷（氯仿），用油性记号笔在上面画线不易脱落。2.2加工设备的选用

在这里我们选择的是南通VMC1100B数控加工中心机床，技术参数如下表2.1

表2.1 VMC1100B 行程 Unit 参数 X轴行程 mm 1100 Y轴行程 mm 560 Z轴行程 mm 575 主轴端面至工作台面距离 mm 200-775 工作台中心至立柱导轨面距离 mm 590 工作台面积 mm 550×1200 工作台最大承重 kg 800 T型槽槽宽 mm 4×18H8 主轴转速 rpm 8000 主轴孔锥度-BT-40(7:24)x、y轴快速位移 m/min 24 z轴快速位移 m/min 18 进给速度范围 m/min 1—15 刀具数 pcs 24 刀具最大外径/相邻无刀 mm 100/180 刀具最大长度 mm 300 换刀时间(刀-刀)sec 1.8 主轴电机 kw 11/15 X/Y/Z电机 kw 3/3/4 定位精度x mm 0.032 定位精度y、z mm 0.025 重复定位精度x mm 0.018 重复定位精度y、z mm 0.015 机床总高 mm 3162 占地面积(长×宽)mm 3340×3065

机床重量(毛重)kg 8200 2.3零件的工艺设计和夹具的选择

2.3.1加工方法的选择以下是几种常见的平面加工方法

下图2.1是平面加工的精度和所用的加工方法。（注明：Ra的数值是微米）

图2.1

由于在数控加工中心上加工零件，加工精度是很高的。所以我们根据加工的要求选择方

法省去了半精加工和精加工，粗铣直接就可以达到我们的要求了。加工工序的划分：

（1）：按所用刀具进行划分

（2）：按安装次数划分

（3）：按粗、精加工划分

（4）：按加工部位划分

在本设计中我们采用的是粗、精加工来划分，所以我们划分为一个阶段即粗加工阶段。

2.3.2确定加工顺序和工序

工艺顺序的安排原则：先加工基准面

（1）一般情况下先加工平面，后加工孔

（2）先加工主要表面，再加工次要表面

（3）先安排粗加工工序，再安排精加工工序

对于我们要加工的零件来说，由于零件的特殊性，我们加工的只有内外轮廓，所以我们在选择加工工艺顺序是就简单了，直接一道工序就完成了。

2.3.3确定装夹方案和选用夹具

（一）、定位原理

我们采用六点定位原理进行工件的定位，要使工件沿某个方向的位置确定，即要限制该方向上的自由度，当工件的六个自由度被夹具限制即确定了工件的正确位置。

（二）、装夹方式

由于加工零件的要求我们选择夹具中装夹，它是由夹具上的定位元件来确定工件的位置，由夹具上的夹紧装置进行夹紧。夹具安装在机床上，并用夹紧元件进行夹紧。这样易于保证加工精度要求，操作简单方便，效率高，应用十分广泛。由于数控加工的要求，我们对夹具的要求很多，比如精度要求、定位要求、空间要求、快速重调要求。在本设计中有现成的夹具。我们采用压板装夹工件，原因是：在加工中心上，由工艺分析得到我们的加工内容，铣出的平面平行于工作台，所以只要把基准安装得与工

作台平行和贴合，就能铣出准确度较高的平面，尤其是垂直进给时，由于工作台的“零位”准确度的影响，其精度更高，从而避免了夹具本身精度的影响。

准备材料有压板、垫铁、T形螺栓（或T形螺母）等。

使用压板时应注意：

1.压板的位置要安排得适当，要压在工件刚性最好的地方，夹紧力的大小也应该适当，不然刚性差的零件容易产生变形

2.垫铁必须正确地放在压板下，高度要与工件相同或略高于工件，否则会降低压紧效果。

3.压板螺栓必须尽量靠近工件，并且螺栓到工件的距离应小于螺栓到垫铁的距离，这样 就能增大压紧力。

4.螺栓要拧紧，否则会应压力不够而使工件运动，以免损坏工件、机床和刀具。

5.在工件的光洁表面与压板之间，必须安置垫片，这样可以避免光洁表面因受压而损伤。

6.避免出现欠定位。

2.4选择刀具

加工中心对刀具的基本要求是：

1.良好的切削性能：能承受高速切削和强力切削并且性能稳定；

2.较高的精度：刀具的精度指刀具的形状精度和刀具与装卡装置的位置精度；

3.配备完善的工具系统：满足多刀连续加工的要求。

加工中心所使用刀具的刀头部分与数控铣床所使用的刀具基本相同，数控机床上的刀具选择比较严格，有些刀具是专用的。要求：工件材质，加工轮廓类型，机床允许的切削用量以及刚性和耐用度等。编程时，要规定刀具的结构尺寸和调整尺寸。对自动换刀的数控机床，在刀具装到机床上以前，要在机外预调装置(如对刀仪对刀)中，根据编程确定的参数，调整到规定的尺寸或测出精确的尺寸。在加工前，将刀具有关尺寸输入到数控装置。在铣削的加工中，我们经常用到立铣刀。直径小的立铣刀一般制成带柄的形式，比如直柄立铣刀（2-7mm）。立铣刀直径的选择主要应考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内。如系小直径立铣刀，则应主要考虑机床的最高转数能否达到刀具的最低切削速度（60m/min）。立铣刀半径可以按以下经验来算：R=（0.8-0.9）min, 其中R表示立铣刀半径，rmin表示零件内轮廓的最小曲率半径。铣刀齿数应该根据工件材料和加工要求选择，一般铣削脆性材料或半精加工、精加工时，选择细齿铣，粗加工则选择粗齿铣刀。由于铣削的是有机玻璃，所以采用顺铣，顺铣可以减小表面粗糙度。粗齿直柄立铣刀的选择如表2.2

表2.2

直径

(mm)总长

(mm)切削部分长度(mm)柄部直径(mm)前角(°)后角(°)螺旋角(°)齿数

2（2.5）32 6 3 15 18 40-45 3 3 36 8 3 15 18 40-45 3 4 40 10 4 15 18 40-45 3 „ „ „ „ „ „ „ „

2.5切削用量的确定

(1)主轴转速的确定：主轴转速与切削速度关系为：N=1000V/ЛD

V刀具的切削速度m/min，N主轴转速r/min，D刀具直径mm在这里可以得出我们加工刀具的直径D=mm。

(2)刀具进给速度与齿数的关系为：F=Fz*N*Z

F刀具的切削速度m/min，Fz刀具的每齿进给量mm/r，N 主轴的转速r/min，Z刀具的齿数在这里可以得出刀具进给速度F =m/min。编辑本段第三章：零件的加工 3.1零件加工前机床的基本操作

3.1.1开机

在开机前应该检查辅助装置的工作状态是否满足要求：润滑油油池的油面高度、气泵的压力、电器柜的门是否关上。然后将电源开关由OFF打到ON，按下接通键（接通数控系统的电源）接通侍服驱动电源（急停开关顺时针旋转使它复位，按下机床复位键）。

3.1.2回机床原点

方式选择开关选回零（手动选择，按回零轴的正方向，回零成功则回零指示灯亮）：先Z轴回零，然后Y轴回零，最后X轴回零。按POS键，看机床坐标系是不是零。

3.13机床的调试

机床功能调试是指机床试车调整后，检查和调试机 床各项功能的过程。调试前，首先应检查机床的数控 系统及可编程控制器的设定参数是否与随机表中的数 据一致。然后试验各主要操作功能、安全措施、运行 行程及常用指令执行情况等，如手动操作方式、点动 方式、编辑方式（EDIT）、数据输入方式（MDI）、自动运行方式（MEMOTY）、行程的极限保护（软件 和硬件保护）以及主轴挂档指令和各级转速指令等是

否正确无误。最后检查机床辅助功能及附件的工作是 否正常，如机床照明灯、冷却防护罩和各种护板是否 齐全；切削液箱加满切削液后，试验喷管能否喷切削 液，在使用冷却防护罩时是否外漏；排屑器能否正常 工作；主轴箱恒温箱是否起作用及选择刀具管理功能 和接触式测头能否正常工作等。对于带刀库的数控加工中心，还应调整机械手的位 置。调整时，让机床自动运行到刀具交换位置，以手 动操作方式调整装刀机械和卸刀机械手对主轴的相对 位置，调整后紧因故中调整螺钉和刀库地脚螺钉，然 后装上几把接近允许质量的刀柄，进行多次从刀库到 主轴位置的自动交换，以动作正确、不撞击和不掉刀 为合格。3.2 CIMCO EDIT V5简体中文版介绍

我们用这CIMCO EDIT V5简体中文版这个软件，下图3.1是这个软件界面的标题栏部分。

图3.1 3.3程序DNC传输/模拟NC刀具

在数控机床的程序输入操作中，如果采用手动数据输入的方法往CNC中输入，一是操作、编辑及修改不便；二是CNC内存较小，程序比较大时就无法输入。为此，我们必须通过传输（电脑与数控CNC之间的串口联系，即DNC功能）的方法来完成。我们针对这种情况，选用这种方法。计算机→电缆→机床控制面板，具体的操作如下：

机床操作：

选择EDIT编辑模式→按PRGRM（程序键）→输入O××××（程序名）→INPUT键

计算机操作：

选择FILE →COMMUNIC →选择要传输的程序→ENTER

现在计算机数控机床已经配有软盘驱动器，这样只需将加工程序存在软盘中，然后用软盘驱动器把加工的程序读入机床内存即可，操作方便。本机床RS232通讯口与外设计算1.机连机进行程序的传输或DNC操作时必须注意以下事项：

2.外设计算机与数控机床要有同一接地点，并保证可靠接地。

3.通讯电缆两端须装有光电隔离部件，以分别保护数控系统和外设计算机。

4.通电情况下，不允许插拔通讯电缆。

5.雷雨季节须注意打雷期间应将通讯电缆拔下，尽量避免雷击，引起接口损坏。

2.FANUC系统串口线路的连接

FANUC系统数控机床的DNC采用9孔插头（与电脑的COM1或COM2相连接）及25针插头（与数控机床的通信接口相连接）用网络线连接。25针串行接口的编号见图1；9孔串口与25针串口的焊接关系见图3.5。

图3.5孔串口与25针串口的焊接关系

单击文件→打开→选择我们保存的NC生成的程序→单击打开，出现NC程序如图3.2。

单击程序模拟→在下拉菜单中选择窗口文件模拟。单击图3.3中的播放，看其加

工是否满足我们的要求。在其中，我们可以进行窗口的旋转、平移、缩放等。满意后，模拟图形如图3.4所示。

图3.3

图3.2

图3.4 3.4加工程序的执行方式

对于执行的加工程序大于机床内存空间，则要采用DNC方式，即将机床与计算机连接，计算机的内存作为存储缓冲区，加工程序由计算机一边传输，机床一边执行。

机床操作：

打开DNC→输入加工参数→选择AUTO→（自动执行模式）→按（START）启动键

计算机操作：

选择FILE→COMMUNIC→选择要传输的程序→ENTER 3.5加工程序试运行

执行加工程序，但不做切削工件。目的是检查程序是否符合数控系统的要求，在执行过程中，刀具轨迹、机床动作是否正确，使用工装是否合理。

操作如下：

1.装夹，找正工件。

2.按照程序及工艺文件的要求，将刀具对号装入刀库。3.对刀、输入工件坐标系及刀具补偿值等参数。4.沿+Z向平移工件坐标系到安全高度。5.将切削进给速度调至低档。6.启动机床。

7.逐步提高切削进给速度。

3.6工件试切

目的是：

1.检查程序数据是否正确，切削用量是否合理。2.加工精度是否能达到保证。

3.工艺是否合理，加工变形是否能得到控制。4.检查加工的工件是否满足加工要求。

3.7测量

我们用游标卡尺来测量，看看加工出来的零件是否满足我们的加工要求，如果测量结果达到设计要求目的，说明加工成功。在测量零件是应该注意：

1.机床远离工件，主轴停止运动。

2.冷却液关掉。

3.要把飞边去掉。

当我们加工完零件后，把程序存好档，保护锁锁好，以免他人改动，将机床调整平衡，以免机床自身的重量使机床变形，为下次回零做好准备。清理干净机床，最后关掉机床电源。编辑本段设计总结

在大四的最后一个学期，我过得既充实又繁忙.从选题的那天起，我就开始了我的毕业设计。在毕业设计的这段时间里，我有很多的感触，它带给我的价值是巨大的，这将对我的以后工作产生重要的影响。

给我最深的就是：一个人不可能做好一件大事，它必须是所有智慧的融合。让我最深刻的就是PRO/E的贴花。我的设计题目是“贵大校徽”CAD/CAM实践。我要求把贵大校徽的图案放到PRO/E的草绘中去，然后进行描线。但是就不知道怎么做。在网上也找过了。后来在指导老师的提示下，我终于完成了这项工作。还有个就是，我对复杂零件的编程不是很害怕了。因为PRO/E可以帮助我完成那些烦琐的过程，只要求对零件的建模熟练就差不多了。当然基础的东西是不能丢的。

在这次的设计中，老师“放手”我们去做。在这过程中我学会了独立的思考问题和发现问题。像NC程序的生成，开始的时候我去了好几次的计算机房，但是怎么也生不出程序来，后来我才发现我选择的坐标不对。经过几次的摸索，我终于找到了问题的答案。

通过这次的设计，对办公自动化、CAD2004、pro/e、HYPERSNAP6、CIMCO EDIT V5等软件的基本运用有了更深刻的了解。对我们所学习的专业知识有了更清楚的认识，是我不知不觉的喜欢上了我们的专业。现在我可以说，我完全可以单独完成一个简单产品的设计加工。在这里我也深刻的知道，我在实践方面是很不够的，这将在以后的工作中慢慢去领悟、学习。编辑本段参考文献

［１］朱天明主编 专业色彩搭配图典[M] 化学工业出版社

［２］韩鸿鸾主编 数控铣工加工中心操作[M] 机械工业出版社

［３］陈宏钧主编 典型零件机械加工生产实例[M] 机械工业出版社

［４］徐衡主编 FANUC系统数控铣床和加工中心培训教程[M] 化学工业出版社

［５］刘新佳主编 切削加工简明适用手册零点工作室[M] 化学工业出版社

［６］刘新佳主编 切削加工简明适用手册零点工作室[M] 化学工业出版社

［７］上海市金属切削技术协会主编 金属切削手册[M] 上海科学技术出版社

［８］PRO/ENGINEER Wildfire3.0[M] 机械工业出版社等

致谢

毕业设计能顺利完成，是因为在设计当中我得到了许多人的帮助。首先非常感谢我的指导教师周峥嵘。从课题的选取、研究、到总体设计的结束。他都帮助我解决了不少困难。为了我们的毕业设计，他到处给我们找资料，鼓气。在设计中我遇到的一个大问题就是没有设计电脑，周老师就把学校的设备给我们拿出来搞设计。我羡慕周老师，为了带我们毕业生搞设计，他天天都要学习。每个学生的课题不一样，但是他对每一个课题都要有独到的见解。他平易近人，鼓励我们积极的投入到设计中。随时监导我们的设计。在此，我向你表示我真诚的谢意！工程实训中心的许多老师从设计的开始到我们的毕业设计的结束，教我们的机床操作。在设计中还有帮助我的身边同学。在此，我感谢帮助我的人。当然还有我的父母。10多年的默默辛劳，我要对你们说：“你们的付出是伟大的，你们的付出没有白费，因为我很争气。”

2008年6月

第三篇：数控技术论文

浅谈数控技术的发展现状及趋势

（天津电大 理工学院 2011秋数控技术专业张春亮）

摘要：随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势

一、数控技术的介绍

数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术，数控装备是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴制造业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备。数控技术是综合了计算机技术、微电子技术、自动化技术、电力电子技术及现代机械制造技术等的柔性制造自动化技术。数控技术也叫计算机数控技术(Computer Numerical Control)，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。

二、我国数控技术的发展现状及战略思考

20世纪人类社会最伟大的科技成果是计算机的发明与应用，计算机及控制技术在机械 制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。自从1952年美国第1台数控铣床问世至今已经历了50多个年头。数控设备包括：车、铣、加工中心、镗、磨、冲压、电加工以及各类专机，形成庞大的数控制造设备家族，每年全世界的产量有10～20万台，产值上百亿美元。目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本FANUC公司，1年生产5万套以上系统，占世界市场约40％左右，其次是德国的西门子公司约占15％以上，再次是德海德汉尔、西班牙发格、意大利菲地亚、法国的NUM、日本的三菱、安川。国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数 控、南京新方 达、成都广泰等，国产数控生产厂家规模都较小，年产都还没有超过300～400套。

长期以来，国产数控机床始终处于低档迅速膨胀，中档进展缓慢，高档依靠进口的局面，特别是国家重点工程需要的关键设备主要依靠进口，技术受制于人。究其原因，国内本土数控机床企业大多处于“粗放型”阶段，在产品设计水平、质量、精度、性能等方面与国外先进水平相比落后了5-10年；在高、精、尖技术方面的差距则达到了10-15年。同时中国在应用技术及技术集成方面的能力也还比较低，相关的技术规范和标准的研究制定相对滞后，国产的数控机床还没有形成品牌效应。同时，中国的数控机床产业目前还缺少完善的技术培训、服务网络等支撑体系，市场营销能力和经营管理水平也不高。更重要原因是缺乏自主创新能力，完全拥有自主知识产权的数控系统少之又少，制约了数控机床产业的发展。国外公司在中国数控系统销量中的80%以上是普及型数控系统。如果我们能在普及型数控系统产品快速产业化上取得突破，中国数控系统产业就有望从根本上实现战略反击。同时，还要建立起比较完备的高档数控系统的自主创新体系，提高中国的自主设计、开发和成套生产能力，创建国产自主品牌产品，提高中国高档数控系统总体技术水平。

从国际上来看，对我国数控技术水平和产业化水平估计大致如下：技术水平上，与国外先进水平大约落后10～15年，在高精尖技术方面则更大；产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产，功能部件专业化生产水平及成套能力较低，外观质量相对差，可靠性不高，商品化程度不足，国产数控系统尚未建立自己的品牌效应，用户信心不足；可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。

分析存在上述差距的主要原因有：认识方面，对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足；对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我国数控技术应用水平及能力分析不够；体系方面。从技术的角度关注数控产业化问题的时候多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少；没有建立完整的高质量的配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系；机制方面。不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难；技术方面。企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。

我国是制造大国，在世界产业转移中要尽量接受前端而不是后端的转移，即要掌握先进制造核心技术，否则在新一轮国际产业结构调整中，我国制造业将进一步“空芯”。我们以资源、环境、市场为代价，交换得到的可能仅仅是世界新经济格局中的国际“加工中心”和“组装中心”，而非掌握核心技术的制造中心的地位，这样将会严重影响我国现代制造业的发展进程。我们应站在国家安全战略的高度来重视数控技术和产业问题，首先从社会安全看，因为制造业是我国就业人口最多的行业，制造业发展不仅可提高人民的生活水平，而且还可缓解我国就业的压力，保障社会的稳定；其次从国防安全看，西方发达国家把高精尖数控产品都列为国家的战略物质，对我国实现禁运和限制，“东芝事件”和“考克斯报告”就是最好的例证。

从我国基本国情的角度出发，以国家的战略需求和国民经济的市场需求为导向，以提高我国制造装备业综合竞争能力和产业化水平为目标，用系统的方法，选择能够主导21世纪初期我国制造装备业发展升级的关键技术以及支持产业化发展的支撑技术、配套技术作为研究开发的内容，实现制造装备业的跨跃式发展。强调市场需求为导向，即以数控终端产品为主，以整机（如量大面广的数控车床、铣床、高速高精高性能数控机床、典型数字化机械、重点行业关键设备等）带动数控产业的发展。重点解决数控系统和相关功能部件（数字化伺服系统与电机、高速电主轴系统和新型装备的附件等）的可靠性和生产规模问题。没有规模就不会有高可靠性的产品；没有规模就不会有价格低廉而富有竞争力的产品；当然，没有规模中国的数控装备最终难以有出头之日。在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家意志实施攻关，以解决国家之急需。在竞争前数控技术方面，强调创新，强调研究开发具有自主知识产权的技术和产品，为我国数控产业、装备制造业乃至整个制造业的可持续发展奠定基础。

三、数控技术的发展趋势

从目前世界上数控技术及其装备发展的趋势来看，数控系统正在向电气化、电子化、高速化、精密化等方面高速发展，其主要研究热点有以下几个方面：

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。效率、质量是先进制造技术的核心。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。为了实现高速、高精加工，与之配套的功能部件如电主轴、直线电机得到了快速的发展，应用领域进一步扩大。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高

2、复合加工、多轴化

多轴联动加工，以减少工序辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工，采用5轴联动对三维曲面零件的加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不仅表面光洁度高，而且效率也大幅度提高。机床复合技术进一步扩展，随着技术进步，复合加工技术日趋成熟，包括铣-车复合、车铣复合、车-镗-钻-齿轮加工等复合，车磨复合，成形复合加工、特种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。“一台机床就是一个加工厂”、“一次装卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，复合加工的多轴机床发展正呈现多样化的态势。

3、智能化

随着工业自动化的需求，数控系统的智能化程度在不断的得到提高。智能化不仅贯穿在生产加工的全过程，还要贯穿在产品的售后服务和维修中。其内容包括以下几个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，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；还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。今后的数控系统将计算机智能技术，网络技术、多媒体技术、CAD／CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程，即称为智能闭环控制体系，这种技术是利用传感器获得适时的信息，以增强制造者取得最佳产品的能力。智能数控系统通过对影响加工精度和效率的物理量进行检测、建模、提取特征、自动感知加工系统的内部状态及外部环境，快速做出实现最佳目标的智能决策，对进给速度、切削深度、坐标移动、主轴转速等工艺参数进行实时控制，使机床的加工过程处于最佳状态。自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了机床的功能和品质。

4、柔性化

柔性是指数控设备（如雕刻机cnc router）适应加工对象变化的能力。柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。柔性自动化技术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。数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是:一方面从点(数控单机等)、线(柔性制造系统等)向面(工段车间制造岛等)、体(分布式网络集成制造系统等)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。

5、网络化

数控技术的网络化便于远距离操作和监控，也便于远程诊断故障和进行调整，不仅利于数控系统生产厂对其产品的监控和维修，也适于大规模现代化生产的无人化车间实行网络管

理，还适于在操作人员不宜到现场的环境(如对环境要求很高的超精密加工和对人体有害的环境)中工作。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。

6、软硬件开放化

用户可根据自己的需要，对数控系统软件进行二次开发，用户的使用范围不再受生产商的制约。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题,目前许多国家对开放式数控系统进行研究。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象（数控功能），形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。

当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。

参考文献：

[1]周德俭.使用PC的开放式计算机数控系统——CNC的发展方向.机电一体化，1997(7)

[2]黄金秋.基于开放式结构的高性能数控系统的研制.制造技术与机床，1998(8)

第四篇：数控技术发展趋势论文

数控技术论文

题

目：浅谈数控技术的发展趋势 院（部）： 机电工程学院 专

业： 机械工程及自动化 班

级： 机械121 姓

名： 赵建峰 学

号： 20120711030

浅谈数控技术的发展现状及趋势

摘要

数控加工是机械制造中的先进加工技术。它的广泛使用给机械制造业的生产方式、产品结构、产业结构带来了深刻的变化，是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础。

引言

数控技术也叫计算机数控技术（CNC，Computerized Numerical Control），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运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。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，使输入操作指令的存贮、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，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。

一、国内外数控系统的发展历史

1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。

1949年，该公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。

1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心(MC Machining Center)，使数控装置进入了第二代。

1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。

60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称 DNC)，又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 CNC)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称MNC)，这是第五代数控系统。

20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。

20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。

二、数控技术的发展趋势

现代数控技术集传统的机械制造技术、计算机技术、成组技术与现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光机电技术于一体，是现代制造技术的基础。数控技术的发展趋势从以下方面进行介绍。1 开放式、智能化、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势

1）开放式数控系统是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统，形成具有个性鲜明的名牌产品。数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。

2）新世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括：自适应控制技术，数控系统能检测加工过程中一些重要信息，并自动调整系统的相关参数，达到改进系统运行状态的目的。

3）网络化数控装备是近年来国际著名机床展览会上的一个新亮点。

高速、高精度、高效、高可靠性的数控技术发展方向

效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精度加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量，缩短生产周期和提高市场竞争能力。

其他技术开发和系统的优化成为数控技术的发展方向

1）为适应制造自动化的发展，要求数控系统不仅能完成通常的加工功能，还应具备自动测量、自动送料、自动换刀、自动更换主轴头（有时带坐标变换）、自动误差补偿、自动诊断等功能，广泛地应用机器人、物流系统。

2）以计算机辅助管理和工程数据库、互联网等为主体的制造信息支持技术和智能化决策系统，可对机械加工中的大量信息进行储存和实时处理。

3）采用了神经网络控制技术、模糊控制技术、数字化网络技术，虚拟制造技术以及柔性制造单元（FMC）、柔性制造系统（FMS）、基于网络系统（Web-based）制造和无图纸制造技术的方向发展。

4）研究以媒体传输协议（MTP）、企业资源计划（ERP）、产品数据管理（PDM）为主体的技术以及数据库技术、网络（WEB）技术、面向对象技术、数据安全和监控技术、应用集成技术、配置管理技术等开发面向国际化市场竞争所需要的新一代管理信息系统软件，并在制造行业推广应用。

5）按照现场总线工业数字通讯协议，进行通讯模板设计、生产技术及防爆、可靠性一致性测试技术研究；进行符合制造业自动化现场总线标准的产品开发；现场总线产品的开发工具、系统软硬件的开发；产品互换性、互操作性技术及认证技术和工具方法的研究。

6）进行高精度、高可靠性自动化仪表和现场总线智能仪表及控制系统的开发；总线式自动测试系统软件及基本模件开发；自调零、自校正、自诊断的数字化科学仪器的开发。

三、发展现状

目前，我国高等职业教育的发展取得了相当大的进步，但依然存在不少问题，毕业学生的能力依然不能满足企业的需要。在几年以前，各新闻媒体就纷纷报道社会急需数控高技能型人才，企业纷纷上数控设备,但结果却找不到实用人才，导致设备使用率和生产效率极低。高等职业院校的办学宗旨就是为社会培养高技能型人才，具有明确的职业定向性。可是，恰恰这培养高技能人才的地方却急需高技能、实战型教师，即使具备这种资格的教师，他的任教方法也不太完善。下面对如何保障高质量数控人才培养从根本上进行分析。

四、通过生产实践提高自己的实战力

老师和学生一样，只有参与生产实践才能练出手，当然要达到较高的水平需付出极大的艰辛和大量的劳动。多数学生对数控机床比较感兴趣，他们希望自己的老师具有很高的能力，如果老师在这方面不能让学生满足，将影响学生的学习兴趣。所以教师应有丰富的实战经验，让学生充分地信服，才能进一步激发他们的求知欲，达到一个较好的教学效果。要成为让学生信服的实战老师，应该在课余时间、寒暑假期间训练自己的实操能力，结合企业生产设计并加工各种各样的工件。在训练中不断提高自己，达到既能设计又能熟练操作机床进行加工的水平。在这期间难免出现事故，自己要及时总结教训，坚持持之以恒的精神。

总结

数控技术是发展新型高新技术产业和尖端工业的重要技术。世界各国信息产业、生物产业、航空航天等国防工业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对市场的适应能力和竞争能力。因此，以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。我国数控技术的发展面向智能化、网络化、信息化的方向蓬勃发展，新技术的研究开发和系统的优化，为数控技术提供了较为广阔的发展空间。

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第五篇：数控技术论文

数控机床的发展及新技术应用

(河南农业大学机电工程学院机械设计制造及其自动化专业一班

郑州

450000)

摘要：先进的制造技术是制造业持久发展的保障,而数控机床使制造技术从一个新的起跑点得到发展。从20世纪中期数控技术面世以来，数控机床已经给机械制造业带来了历史性的变化。数控机床步入高速化、高精度化、功能复合化、控制智能化、体系开放化、驱动便利化、极端化、信息交互网络化的发展趋势。现代数控技术集机械制造技术、微机技术、成组技术与先进控制技术、信息处理技术、网络通讯技术、液压气动技术、光电技术于一体，是现代制造技术的基石，它彻底地改变了世界制造业的格局。数控技术是制造业得以实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAD/CAM、FMS、CIMS等，都是在数控技术之上建立的。纵观数控机床的发展历史，我们可以明显的体会到数控技术的发展不仅引领整个制造业的发展，同时也推动着整个社会的进步。在今后，随着网络化、光电化等新技术的进一步成熟应用，数控机床的明天一定是前程似锦，充满希望。

关键词：数控机床

发展

历史性变化

趋势

新技术

中图分类号：TG156

Development of NC machine tools and Application of new technologies in

NC machine tools

name

1(1.Henan Agricultural University, zhengzhou 450000)

Abstract：Advanced manufacturing technology is the security of manufacture’s lasting development,and NC machine tools make manufacturing technology from a new start for development.Since NC machine tools appear in the middle 20 century, NC machine tools have taken historic changes to machinery manufacture.NC machine tools step into the develop trend of high speed, high precision, multiple functions, intelligent control, vitalizing system, drive facilitation, extremalization, information network.Modern NC control technology is consist of machinery manufacturing technology, computer technology, group technology, advanced control technology, information processing technology, network communication technology, hydraulic and pneumatic technology, and photoelectric technology, which is the footstone of modern manufacturing technology and change the situation of global manufacturing thoroughly.NC technology is the foundation of automation, flexibility, integration and modern CAD/CAM, FMS, CIMS are all being built at the basic of it.Review the development history of NC machine tools, we can apparently feel that the development of NC technology not only guide the development of manufacture, but also push forward the progress of whole society.In the long term, with the mature application of network and photoelectric technology, the future of NC machine tools must be splendid and full of hope.Key words：NC machine Development Historic changes Trend New technologies

0 前言

1948年，受美国空军委托，美国帕森斯公司开始研制飞机螺旋桨叶片的轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂，加工精度要求很高，普通加工设备难以完成，于是设想用计算机控制机床。该公司1949年开始研究数控机床，并于1952年成功试制第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控

铣床，随后即投入正式生产。

1965年，第三代的集成电路数控装置问世，它不仅体积小，消耗功率少，同时提高了可靠性，降低了价格，推进了数控机床品种和产量。60年代末，先后研发成功由一台计算机可以直接控制多台机床的直控系统(简称DNC)，也称群控系统；通过小型计算机控制的数控系统(简称CNC),使数控装置步 入了小型计算机化的第四代。1974年，第五代使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称MNC)研制成功。与第三代相比，第五代数控装置的功能增加了一倍，但体积却缩小为原来的5%，价格下降了75%，可靠性也大大提高。80年代初，受益于计算机软、硬件技术的提高，产生了可通过人机对话来自动编程的数控装置；数控装置趋向小型化，方便直接安装在机床上；数控机床的自动化程度不断提高，能够自动监控刀具破损和自动检测工件。

1数控机床的现状及趋势

高速化

数控机床使用用电主轴，最高转速大概可以达到200000r/min。分，最大进给率可达240m/min且可对复杂型面进行精确加工。CPU的飞猛发展为数控系统向高速转变提供了便利，同时运算速度的快速提升，使得机床在高分辨率时仍然可最高达到240m/min的进给速度； 当前先进加工中心的刀具切换时间大概在1s左右，甚至是0.5s。高精度化

借助高速插补的技术，通过微小的程序段来完成不间断进给，提高位置的测量精度，位置的伺服系统采取前馈控制和非线性的控制等方式； 实施误差补偿技术：采用螺距误差补偿、反向的间隙补偿以及刀具误差补偿等一系列补偿技术，以求实现对设备的受热变形误差和空间位置误差的综合补偿。采用网格解码器检查和提高加工中心的运动轨迹精度，并通过仿真技术模拟机床的加工精度，以确保机床加工的定位精度或重复定位的精度，使其性能长期保持稳定，使机床在不同工作条件下可以完成多种加工任务，并且确保零件的加工质量。功能复合化

采用复合机床进行加工，降低了工件装夹、卸载、更换和调整刀具的辅助时间和中间过程中产生的误差，大大改善了零件加工精度，同时缩短了产品生产周期，提高了生产率。加工过程的整合也促使了

机床向模块化、多轴化发展。随着机械加工过程要求的不断精细，多轴联动数控机床越来越受到各大消费厂商的欢迎，其扩大化大生产也呼之欲出。

控制智能化

近年来，智能技术已得到十分迅速的发展，为了顺应现代机械制造产业业生产柔性化和制造自动化的需要，数控机床的智能化程度正在不断提升。主要采用的方式有：对加工参数进行智能优化与选择、对加工过程实行自适应控制技术、开发智能故障诊

断和自修复技术。

体系开放化

因为软、硬件的接口按照公认的标准协议制造，系统的开发费用大大降低，但系统性能与可靠性反而得到改善并延长了生命周期；通过更新产品、增加功能以及提供软件产品的不同组合来满足特殊用户应用要求； 驱动并联化

在机床主轴与机座之间采用多杆并联联接机构驱动，能够进行多坐标联动数控加工、装配以及测量各种功能，而且能满足形状非常复杂零件的加工，表现出当代机器人的质量小、模块化程度高和速度快等优点。极端化

国防科技、航空部门、航天事业的发展以及能源等基础性产业装备的大型化都需要大型、性能优良的数控机床的支持。对于超精密加工技术和微纳米技术等新世纪的战略技术，我们需要发展可以适应微小的尺寸和加工精度为微纳米级的新型制造工艺和装备。信息交互网络化

对于竞争日益激烈竞争的生产者来说，怎样让数控机床具备双向和高速的通讯联网功能，以便保证信息在车间的各个部门之间畅通无阻交流传输是特别重要的。这样不仅可以形成网络资源共享，还能实现对数控机床的远程监视、控制、教学和管理，以及针对数控装备的数字化服务。

2新技术的应用

因为数控机床是机械、液压、网络传输、光学检测等多项工程技术的结合，所以展望数控新技术的进步与应用，必定离不开上述技术的发展。机械结构改进

传统的数控机床传动链需要丝杠轴承座、联轴节等构件，结构繁杂，传动链不够紧凑，容易引起系统误差，难以保证较高精度。直线电机的采用避免了机械传动链的诸多缺陷，从电气领域观察，它的参数设置更合理、简便、高效、快捷、精确，它的结构简单、成本不高、利于保养和维修，并且控制精度高。内装式高速主轴的采用，克服了传统主轴的劣势，使变频调速更加方便，同时简化了结构，降低了制造成本。传统机床的驱动力与工件受力点会由于加工轨迹的变化而动态变化，导致工作台总存在扭矩，而重心驱动的采用解决了上述难题，大大减小了机床的振动，提高了加工精度。LSI结构、全数字伺服

采用专用总线结构LSI，可以帮助高速CPU提高插补速度，利于插补运算和接口控制，用软件代替传统硬件来实现功能，利于在线调试和跟踪诊断。采用全数字伺服克服了传统模拟伺服易受放大系数和温度等因素影响、插补精度较低的难题，并且它采用软件方式控制伺服的位置环、电流环和速度环，能够根据负载的变化，灵活地调整参数以方便提高自适应能力，同时方便在线诊断。E—维护

伴随计算机网络技术的迅猛发展，网络化和全球化生产必将是未来制造业发展的趋势。在市场全球化影响下，产品技术支持和售后服务是用户满意度的重要体现因素，E—维护油然而生。数控设备生产厂家通过给所生产的产品中设置远程诊断模块等方式，可实现借助网络为用户进行故障诊断或提供维修技术指导。STEP-NC

STEP-NC（ISO14649）是国际标准化组织（ISO）开发。使用EXPRESS语言和以特征为特征的编程原理，将产品的数据交换标准延伸至CNC领域，重新规定CAD/CAM与CNC之间的口,这样使传到CNC机床的“程序”不再覆盖机床信息，只有零件的特征信息, 消除了传统数控加工时所需要的后置处理问题，同时为数控技术朝向高速化、智能化、集成化等方向发展提供基础的数据标准。新型材料

尽管当前机床在结构研究和控制方面进步迅速，可是其主要功能部件依然大部分用传统结构材料制成，这样很难完全适应未来数控机床发展的要求。为了进一步提高数控机床的高速度、高精度、高效能要求，可以采用泡沫金属、纤维增强聚合物基材料等轻质材料。采用综合性能优异的新材料不仅可以改进机床性能，还能降低机床的负重、减小阻尼和提高精度。

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