數(shù)控編程課程設(shè)計.doc

目 錄1.零件的分析. 12.工藝處理. 22.1刀具、工夾具的設(shè)計和選擇. 22.2選擇對刀點和換刀點. 32.3確定加工路線. 32.4確定切削用量. 32.5制作數(shù)控加工工藝卡片. 43.刀具軌跡設(shè)計分析及軌跡計算. 44.數(shù)控加工程序. 65.加工程序的調(diào)試及運行結(jié)果. 86.小結(jié)與體會. 97.參考資料. 101.分析階梯軸零件圖樣 圖1 階梯軸零件圖該零件為階梯回轉(zhuǎn)軸，零件表面由兩段圓錐表面，50、60、80的三段圓柱表面，R10,R8，R14的三段圓弧表面，44*5，65*5的兩個退刀槽以及M80*2的螺紋表面組成，如圖1所示。零件圖尺寸標(biāo)注完整，輪廓描述清楚。零件的材料為45鋼，無熱處理和硬度要求。 由于該零件表面粗糙度為Ra6.3，最高達(dá)到Ra0.8，故需精密機(jī)床來加工；未給出同軸度和垂直度要求，故按一般位置精度處理。首先，由于該零件為回轉(zhuǎn)軸類，顯爾需在車床上加工。其次，該回轉(zhuǎn)零件表面較復(fù)雜，至少需要換三把刀具，如果采用人工加工，生產(chǎn)效率低下，精度也難以得到保證，因此本次設(shè)計采用數(shù)控車床來加工。它在加工本零件時至少具有以下三方面的優(yōu)點：(1) 生產(chǎn)率高。由于數(shù)控機(jī)床能合理選用切削用量，機(jī)加工時間短，又由于其定位精度高，停機(jī)檢測次數(shù)少，加工準(zhǔn)備時間也因采用通用夾具而大大縮減。(2) 減少工人勞動強(qiáng)度。本零件各圓錐表面，圓柱表面需用粗、精車刀加工，退刀槽需要那個切槽刀，螺紋加工需用螺紋刀。由于數(shù)控機(jī)床主要是自動加工，能自動換刀，開/關(guān)切削液，自動變速，其大部分操作不需要人工完成，因而改善了勞動條件。由于操作失誤少，液降低了廢品率和次品率。(3) 加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。本零件表面有較高的表面要求，而數(shù)控車床自動加工，人為因素干擾少。其加工精度可采用軟件來校正和補(bǔ)償誤差，因此，能獲得比機(jī)床本身精度還要高的加工精度和重復(fù)精度。綜上所述，本零件采用數(shù)控車床加工。圖2 UG軟件繪制的零件三維仿真圖圖3 毛坯三維仿真圖 2.工藝處理本次設(shè)計選用華中數(shù)控世紀(jì)之星車削加工中心加工本零件。由于最大回轉(zhuǎn)直徑Dmax=80mm，選用的毛坯為直徑D=82mm的棒料。在數(shù)控車削之前，由普通車床完成毛坯外圓柱面和端面的粗車加工。圖3 棒料的三維仿真圖2.1刀具、工夾具的設(shè)計和選擇零件毛坯材料為45鋼，無熱處理和硬度要求，選用刀具材料為硬質(zhì)合金。外圓柱面和圓錐面的粗加工和精加工分別采用外圓粗車刀和精車刀。為防止刀具副后刀面與工件輪廓干涉，車刀均選用45硬質(zhì)合金右偏刀；退刀槽的加工采用寬度為4mm切斷刀；M80*2的螺紋加工采用螺紋刀。具體的所選刀具參數(shù)見下表：表1 數(shù)控加工刀具卡片 產(chǎn)品名稱或代號0000零件名稱階梯軸零件圖號0001序號刀具號刀具規(guī)格名稱數(shù)量加工表面?zhèn)渥?T01硬質(zhì)合金450外圓粗車刀1粗車端面及輪廓右偏刀2T02外圓精車刀1精車輪廓右偏刀3T03切斷刀1車退刀槽寬4mm4 T04螺紋刀1車螺紋編制余文念審核批準(zhǔn)零件毛坯為棒料，裝夾方案為左端采用三爪自定心卡盤定心夾緊。加工過程中使用合成切削液。2.2選擇對刀點對刀點是工件坐標(biāo)系的原點，所選對刀點應(yīng)使程序編制簡單，對刀點容易找正，并在加工過程中便于檢查的位置上，減小加工誤差。根據(jù)零件坯料和所選車床情況，選擇零件坯料右端中心為對刀點。即圖2中的O點，并以此點建立工件坐標(biāo)系，編制加工程序。換刀點是工件加工過程中刀具換刀點，要正確選擇換刀點，以避免換刀時刀具與機(jī)床，工件夾具發(fā)生碰撞現(xiàn)象。本設(shè)計選擇換刀點為上述工件坐標(biāo)系的P（100，100）點，具體見圖4。2.3確定加工路線首先確定刀具的刀位點。車削過程中刀位點在車刀刀尖。加工順序按由粗到精、由近到遠(yuǎn)（由右到左）的原則確定。即先從右到左進(jìn)行粗車（留0.2mm精車余量），然后從右到左進(jìn)行精車。數(shù)控車床具有粗車循環(huán)功能，只要正確使用編程指令，機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)就會自行確定其進(jìn)給路線，因此，該零件的粗車循環(huán)和精車循環(huán)不需要人為確定進(jìn)給路線。故其刀具軌跡的設(shè)計計算只需要分析設(shè)計精車路線即可。2.4確定切削用量在粗加工時，選擇背吃刀量為2mm，切削速度為80 mmm-1，主軸轉(zhuǎn)速為800r/min，進(jìn)給量為80mm/min。在精加工時，選擇背吃刀量為0.2mm，切削速度為120 mmm-1，主軸轉(zhuǎn)速為1200r/min，進(jìn)給量為40 mm/min。表2 數(shù)控車床切削用量簡表 工具材料加工方式背吃刀量Ap/mm切削速度V/ mm/min進(jìn)給量f/ mm*min碳素鋼粗加工5-760-8080-1202-380-12080-120精加工0.2-0.3120-15040-802.5制作數(shù)控加工工藝卡片表3 數(shù)控加工工藝卡片將前面分析的各項內(nèi)容綜合成表2所示的數(shù)控加工工藝卡片，主要內(nèi)容包括：工步順序、工步內(nèi)容、各工步所用的刀具及切削用量等。 單位名稱武漢理工大學(xué)產(chǎn)品名稱或代號0000零件名稱階梯軸零件圖號0001工序號001夾具名稱三爪自定心卡盤使用設(shè)備華中數(shù)控世紀(jì)之星車削加工中心車間數(shù)控中心工步號工步內(nèi)容刀具號刀補(bǔ)號主軸轉(zhuǎn)速r/min進(jìn)給速度mm/min / mm/r背吃刀量mm備注1平右端面面T0101800802粗車外輪廓T01018008023精車外輪廓T02021200400.24切退刀槽T0303800605車螺紋T040420026切斷工件T030380060編制余文念審核批準(zhǔn)日期2009.1.233.刀具軌跡設(shè)計分析及軌跡計算由于零件的輪廓加工，不論是粗車循環(huán)還是精車循環(huán)不需要人為確定進(jìn)給路線，故其刀具軌跡的編程只需按工件實際輪廓進(jìn)行各點的坐標(biāo)計算和軌跡計算（粗車要指定所留余量），機(jī)床會自動選擇合適的加工路線和相應(yīng)的切削用量，計算來回切削次數(shù)，切削時間等，軌跡基點及加工路線圖如圖4所示。圖4 軌跡基點及加工路線圖如圖2所示，O為工件坐標(biāo)原點，P為換刀點，Q為粗精車循環(huán)起點，其余各點均為輪廓上基點。該加工路線先車削外形輪廓，待循環(huán)車削完畢，再逐一車退刀槽和螺紋。根據(jù)圖1給定尺寸計算各點坐標(biāo)值（X，Z)如下: 點代號坐標(biāo)值點代號坐標(biāo)值點代號坐標(biāo)值點代號坐標(biāo)值O(0,0)A(10,0)B(30,-10)C(34,-22)D(50,-30)E(50,-45)F(60,-50)G(60,-52)H(60,-72)I(80,-80)J(80,-92)K(80,-97)L(80,-110)M(44,-45)N(44,-50)R(65,-92)S(65,-97)P(100,100)Q(85,0)表4 各點坐標(biāo)值4.數(shù)控加工程序由表3工序卡片以及表4各點坐標(biāo)，即可以編制該零件的數(shù)控加工程序。首先需說明三點，數(shù)控程序編制采用G代碼，不同的數(shù)控系統(tǒng)各代碼的含義有所不同，本設(shè)計按FANUC數(shù)控系統(tǒng)代碼編程。另外，切5mm退刀槽時，由于切斷刀只有4mm寬，故需分兩次切削，切削軌跡重合4mm。最后，車削螺紋時，編程終點坐標(biāo)值是螺紋底徑終點坐標(biāo)，而工程圖紙上標(biāo)出的是螺紋公稱直徑（大徑），這就必須計算牙深，而螺紋牙深理論值H=0.866螺距，但是理論值是無法實現(xiàn)的，一般按經(jīng)驗計算螺牙深度，即實際值約為0.65螺距。因而本設(shè)計，h=0.652=1.3mm，則螺紋底徑D1=80-20.652=77.4mm。為避免在加減速過程中進(jìn)行螺紋切削，要設(shè)置引入距離1和超越距離2。一般1=（2-3）f，2= f，本設(shè)計 取1=3mm，2=1mm。數(shù)控加工程序如下所示：表5 數(shù)控加工程序單階梯軸數(shù)控加工程序單O0821N010G54設(shè)定X,Z平面N020T0101 M03 S800 M08換外圓粗車刀，主軸正轉(zhuǎn)，切削液開N030G00 X85 Z0平右端面N040G01 X-1 F80N050G00 X85N060G71 U2 R1 P070 Q170 X0.2 Z0.1粗車循環(huán)，每次吃刀2mm，退1mm，留精車余量X向0.2mm，Z向0.1mmN070G00 X10 Z0N080G03 X30 Z-10 R10車R10圓弧N090G01 X34 Z-22車錐面N100G02 X50 Z-30 R8車R8圓弧N110G01 Z-45車圓柱面N120 X60N130 Z-52N140G02 X60 Z-72 R14車R14圓弧N150G01 X80 Z-80車錐面N160 Z-110車圓柱面N170X85 W0回至循環(huán)起點N180G00 X100 Z100快速回到換刀點N190T0202 S1200 M03換2號精車刀，轉(zhuǎn)速加大至1200r/minN200G70 P070 Q170 F40精車循環(huán)，進(jìn)給量降至40mm/minN210G00 X100 Z100精車完后回至換刀點N220T0303 S800 M03換3號切斷刀，轉(zhuǎn)速調(diào)至800r/minN230G00 X62 Z-50定位至第一個退刀槽口N240G01 X44 W0切進(jìn)第一次N250G04 X5停5秒N260G01 X62N270Z-49N280X44切進(jìn)第二次N290G04 X5N300G00 X82 W0N310Z-97定位至第二個退刀槽口N320G01 X65N330G04 X5N340G01 X82N350Z-96N360X65N370G04 X5N380G00 X85N390Z-114定位至螺紋退刀槽口N400G01 X70N410G04 X5N420G00 X85N430 X100 Z100回至換刀點N440T0404 S200 M03換4號螺紋刀，轉(zhuǎn)速調(diào)至200r/minN450G00 X82 Z-94N460G92 X79.1 Z-111 F2分5次循環(huán)切制螺紋，螺距P為2mmN470X78.5N480X77.9N490X77.5N500X77.4N510G00 X82N520X100 Z100回至換刀點N530T0303 S800 M03換3號切斷刀N540G00 X85 Z-114N550G01 X-1 F60切斷工件N560G00 X85N570X100 Z100回至換刀點N580M05 M09主軸停轉(zhuǎn)，關(guān)切削液N590M30程序結(jié)束5.加工程序的調(diào)試及運行結(jié)果本程序的調(diào)試是在實驗室里的華中數(shù)控世紀(jì)之星加工中心完成的，雖然所編制程序采用的是FANUC數(shù)控系統(tǒng)的G代碼，但大部分程序和代碼與華中數(shù)控系統(tǒng)是兼容的，只有個別G代碼功能不同。比如FANUC系統(tǒng)的粗、精車循環(huán)分別為G70和G71，但華中數(shù)控統(tǒng)一由G71代碼完成粗、精加工，至于各自切削用量，切削時間等均由數(shù)控車床自動生成。再比如，F(xiàn)ANUC的螺紋切削指令為G92，但華中數(shù)控系統(tǒng)默認(rèn)的是G73。但這些差別并不影響程序的移植，只需要更改個別指令，華中數(shù)控系統(tǒng)就能調(diào)試和運行該程序。開機(jī)床回零輸入加工程序夾持工件，對刀調(diào)試，模擬加工路徑圖5 加工程序調(diào)試流程圖圖6 實際運行后的刀具加工軌跡圖 6.收獲與體會 本次課程設(shè)計，是根據(jù)給定的零件輪廓尺寸及其尺寸工藝要求，進(jìn)行數(shù)控工藝路線設(shè)計，并按照手工編程的步驟，編制數(shù)控加工（包括粗、精加工）程序，最后在數(shù)控機(jī)床上實現(xiàn)其加工。雖然給定的零件為簡單的回轉(zhuǎn)軸類零件，工藝路線的擬定以及數(shù)控程序編制并不繁瑣，但由于是首次進(jìn)行數(shù)控加工工藝路線設(shè)計以及加工工序的編制，在設(shè)計之初仍感艱難和生疏。當(dāng)然這次數(shù)控課程設(shè)計，收獲也頗