數(shù)控組合件工藝與編程

1、南 京 工 程 學(xué) 院畢 業(yè) 實踐報告畢業(yè)設(shè)計題目畢業(yè)設(shè)計題目 數(shù)控車床加工工藝設(shè)計 學(xué) 院 繼續(xù)教育學(xué)院 專業(yè)班級 ZH 控 1371 姓 名 陸雨成 學(xué) 號 1334427115 指導(dǎo)教師 顧靜 2015 年 10 月 10 日摘 要：數(shù)控車削加工設(shè)計以機械制造中的工藝基本理論為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)控機床高精度、高效率和高柔性等特點綜合多方面的知識，解決數(shù)控加工中的工藝問題。對零件進行編程加工之前，工藝分析具有非常重要的作用。在比較數(shù)控車床加工工藝與傳統(tǒng)加工工藝的基礎(chǔ)上，對數(shù)控車床加工工藝中的關(guān)鍵問題進行了深入分析，總結(jié)了數(shù)控車床的工藝設(shè)計方法。通過實例，證明了正確地進行數(shù)控車床加工工藝分析與設(shè)計

2、有助于提高零件加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。本文通過對零件圖樣分析、工藝路線的擬訂、切削用量的選擇等幾方面進行了介紹。關(guān)鍵詞：數(shù)控加工 工藝分析 圖樣分析 工藝路線目 錄1 緒論.52 數(shù)控加工概述.62.1 數(shù)控加工原理 .62.2 數(shù)控加工的特點 .62.3 加工方法的選擇與加工方案的確定.72.4 零件的安裝與夾具的選擇.72.5 刀具的選擇與切削用量的確定.82.6 對刀點和換刀點的確定 .83 數(shù)控車床加工實例.93.1 零件圖樣分析.93.2 工藝措施.93.3 確定定位基準(zhǔn)和裝夾方式.93.4 加工路線及進給路線.103.5 刀具選擇.123.6 工藝卡片 .123.7 切削用量選擇.13

3、4 數(shù)控加工程序的編制.134.1 數(shù)控程序編制的基本方法：.134.2 數(shù)控程序編制的方法：.134.3 車床的工藝裝備： .134.4 控車床刀具的選刀過程：.144.5 程序校驗 .165.結(jié)束語.16參考文獻.17致 謝.1811 1 緒論緒論制造業(yè)是我國國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，其增加值約占我國國內(nèi)生產(chǎn)總值的 40%以上，而先進的制造技術(shù)是振興制造業(yè)系統(tǒng)工程的重要組成部分。21 世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)突飛猛進、不斷取得新突破的世紀(jì)，它是數(shù)控技術(shù)全面發(fā)展的時代。數(shù)控機床代表一個民族制造工業(yè)現(xiàn)代化的水平，隨著現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，制造技術(shù)和自動化水平的高低已成為衡量一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平的重要

4、標(biāo)志。數(shù)控車床是目前使用最廣泛的數(shù)控機床之一。數(shù)控車床主要用于加工軸類、盤類等回轉(zhuǎn)體零件。通過數(shù)控加工程序的運行，可自動完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成形表面、螺紋和端面等工序的切削加工，并能進行車槽、鉆孔、擴孔、鉸孔等工作。車削中心可在一次裝夾中完成更多的加工工序，提高加工精度和生產(chǎn)效率，特別適合于復(fù)雜形狀回轉(zhuǎn)類零件的加工。數(shù)控機床的加工工藝與通用機床的加工工藝有許多相同之處，但在數(shù)控機床上加工零件比通用機床加工零件的工藝規(guī)程要復(fù)雜得多。在數(shù)控加工對刀前，要將機床的運動過程、零件的工藝過程、刀具的形狀、切削用量和走刀路線等都編入程序，這就要求程序設(shè)計人員具有多方面的知識基礎(chǔ)。合格的程序員首先是一個

5、合格的工藝人員，否則就無法做到全面周到地考慮零件加工的全過程，以及正確、合理地編制零件的加工程序。本文主要討論的就是作為制造業(yè)的組成部分數(shù)控車床。主要內(nèi)容有關(guān)于數(shù)控車床的數(shù)控加工原理、加工工藝分析、刀具的選用、數(shù)控車加工操作流程。22 2 數(shù)控加工概述數(shù)控加工概述2.12.1 數(shù)控加工原理數(shù)控加工原理 當(dāng)我們使用機床加工零件時，通常都需要對機床的各種動作進行控制，一是控制動作的先后次序，二是控制機床各運動部件的位移量。采用普通機床加工時，這種開車、停車、走刀、換向、主軸變速和開關(guān)切削液等操作都是由人工直接控制的。采用自動機床和仿形機床加工時，上述操作和運動參數(shù)則是通過設(shè)計好的凸輪、靠模和擋塊等

6、裝置以模擬量的形式來控制的，它們雖能加工比較復(fù)雜的零件，且有一定的靈活性和通用性，但是零件的加工精度受凸輪、靠模制造精度的影響，而且工序準(zhǔn)備時間也很長。采用數(shù)控機床加工零件時，只需要將零件圖形和工藝參數(shù)、加工步驟等以數(shù)字信息的形式，編成程序代碼輸入到機床控制系統(tǒng)中，再由其進行運算處理后轉(zhuǎn)成驅(qū)動伺服機構(gòu)的指令信號，從而控制機床各部件協(xié)調(diào)動作，自動地加工出零件來。當(dāng)更換加工對象時，只需要重新編寫程序代碼，輸入給機床，即可由數(shù)控裝置代替人的大腦和雙手的大部分功能，控制加工的全過程，制造出任意復(fù)雜的零件。數(shù)控加工的原理如圖 1-1 所示。 圖 1-1 數(shù)控加工原理框圖2.22.2 數(shù)控加工的特點數(shù)控加

7、工的特點總的來說，數(shù)控加工有如下特點：(1) 自動化程度高，具有很高的生產(chǎn)效率。除手工裝夾毛坯外，其余全部加工過程都可由數(shù)控機床自動完成。若配合自動裝卸手段，則是無人控制工廠的基本組成環(huán)節(jié)。數(shù)控加工減輕了操作者的勞動強度，改善了勞動條件；省去了劃線、多次裝夾定位、檢測等工序及其輔助操作，有效地提高了生產(chǎn)效率。3(2) 對加工對象的適應(yīng)性強。改變加工對象時，除了更換刀具和解決毛坯裝夾方式外，只需重新編程即可，不需要作其他任何復(fù)雜的調(diào)整，從而縮短了生產(chǎn)準(zhǔn)備周期。(3) 加工精度高，質(zhì)量穩(wěn)定。加工尺寸精度在 0.0050.01 mm 之間，不受零件復(fù)雜程度的影響。由于大部分操作都由機器自動完成，因而

8、消除了人為誤差，提高了批量零件尺寸的一致性，同時精密控制的機床上還采用了位置檢測裝置，更加提高了數(shù)控加工的精度。(4) 易于建立與計算機間的通信聯(lián)絡(luò)，容易實現(xiàn)群控。由于機床采用數(shù)字信息控制，易于與計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)連接，形成 CAD/CAM 一體化系統(tǒng)，并且可以建立各機床間的聯(lián)系，容易實現(xiàn)群控。（5） 在可靠性方面，國外數(shù)控裝置的 MTBF 值已達 6 000h 以上，伺服系統(tǒng)加工方法的選擇的 MTBF 值達到 30000h 以上，表現(xiàn)出非常高的可靠性。2.32.3 加工方法的選擇與加工方案的確定加工方法的選擇與加工方案的確定加工方法的選擇原則是：同時保證加工精度和表面粗糙度的要求。此外，應(yīng)考

9、慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟性的要求，以及現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備等實際情況。（二）確定加工方案的原則零件上精度要求較高的表面加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達到的。對于這些表面，要根據(jù)質(zhì)量要求、機床情況和毛坯條件來確定最終的加工方案。確定加工方案時，首先應(yīng)該根據(jù)主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步確定為達到這些要求所需要的加工方法。此時要考慮到數(shù)控機床使用的合理性和經(jīng)濟性，并充分發(fā)揮數(shù)控機床的功能。原則上數(shù)控機床僅進行較復(fù)雜零件重要基準(zhǔn)的加工和零件的精加工。2.42.4 零件的安裝與夾具的選擇零件的安裝與夾具的選擇在數(shù)控車床上，可以用三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤和兩頂尖等多種夾具安裝車削。一般裝夾棒料工

10、件時，應(yīng)使三爪自定心卡盤夾緊工件。為保證夾持力度，要有一定的夾持長度。但在裝夾非回轉(zhuǎn)表面，或偏心工件時，經(jīng)常使4用四爪單動卡盤和兩頂尖等方式進行裝夾。2.52.5 刀具的選擇與切削用量的確定刀具的選擇與切削用量的確定（1）刀具的選擇數(shù)控加工的刀具材料，要求采用新型優(yōu)質(zhì)材料，一般原則是盡可能選用硬質(zhì)合金；精密加工時，還可選擇性能更好更耐磨的陶瓷、立方氮化硼和金剛石刀具，并應(yīng)優(yōu)選刀具參數(shù)。（2）切削用量的確定合理選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也應(yīng)該考慮加工成本。半精加工和精加工時，一般應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率和經(jīng)濟性和加工成本。1）確定切削深度 t（mm）

11、。在機床、工件和刀具剛度允許的情況下，應(yīng)以最少的進給次數(shù)切除待加工余量，最好一次切除待加工余量，以提高生產(chǎn)效率。2）確定切削速度 V（m/min） 。加大切削速度，也能提高生產(chǎn)效率。但提高生產(chǎn)效率的最有效措施還是應(yīng)盡可能采用大的切削深度 t。3）確定進給速度 f（mm/min 或 mm/r） 。進給速度是數(shù)控機床切削用量中的重要參數(shù)。主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具與零件的材料性質(zhì)來選取。當(dāng)加工精度和表面粗糙度要求高時，進給速度 f 應(yīng)該選擇得小些。最大進給速度受機床剛度和進給系統(tǒng)的性能決定，并與數(shù)控系統(tǒng)脈沖當(dāng)量的大小有關(guān)。2.62.6 對刀點和換刀點的確定對刀點和換刀點的確定選

12、擇對刀點的原則是：（1）選擇的對刀點便與數(shù)學(xué)處理和簡化程序編制。（2）對刀點在機床上容易校準(zhǔn)。（3）加工過程中便于檢查。（4）引起的加工誤差小。此零件應(yīng)選擇工件的編程原點為對刀點。53 3 數(shù)控車床加工實例數(shù)控車床加工實例零件圖3.13.1 零件圖樣分析零件圖樣分析 (1)材料選 45#中碳熱扎鋼，無熱處理及硬度要求的熱扎鋼 (2)成型表面組成：由圓柱面、圓錐面、球面、圓弧面以及螺紋面組成。各表面精度要求較高以及表面粗糙度要求為 Ra1.6，用數(shù)控車削均可完成。(3)軸段右側(cè)有兩段順逆圓弧，應(yīng)選用機械間隙補償?shù)臄?shù)控機床去完成。3.23.2 工藝措施工藝措施(1)尺寸精度要求及表面粗糙度要求，一

13、般取表面粗糙度為七級精度，使用高等精度數(shù)控 CJK6140 即可保證零件的加工要求，編程時，直接帶入具體尺寸。(2)軸段右側(cè)有兩段順逆圓弧，應(yīng)選用帶機械間隙補償?shù)臄?shù)控機床去完成。(3)各成型表面連接無復(fù)雜程度中等，不須用可轉(zhuǎn)位刀片，用一般車削硬質(zhì)合金刀即可。(4)選毛坯件：45#碳熱扎圓鋼，取 50 x150mm(5)數(shù)控加工前先在普床上完成外圓的準(zhǔn)備加工，使之為 48mm，同時獲得6工件的回轉(zhuǎn)軸線、再平端面。3.33.3 確定定位基準(zhǔn)和裝夾方式確定定位基準(zhǔn)和裝夾方式(1)定位基準(zhǔn)： X 方向：坯件回轉(zhuǎn)軸線 Z 方向：坯件端面 設(shè)計基準(zhǔn)和定位基準(zhǔn)與工藝基準(zhǔn)三者重合；在相應(yīng)加工之前基準(zhǔn)端面要先加

14、工。(2)裝夾方式：三爪自定心卡盤，手工夾緊夾持端。對坯料多余部分插入主軸內(nèi)部，加工時依次完成四根軸的加工。在數(shù)控機床上分別加工各成型面，最后用切割刀切除。綜上所述，首先在普床上平端面、加工外圓去除表面的余量達到要求，然后把工件放到數(shù)控車床上確定左段用三爪自定心卡盤夾持，加工圓球、圓弧、圓錐、倒角、退刀槽及螺紋，最后用切割刀切斷即可完成。(3)裝夾圖如圖 3-1 所示：圖 3-1 裝夾圖3.43.4 加工路線及進給路線加工路線及進給路線(1)粗車外表面先平端面，然后遵循由粗到精，從右到左（由近到遠）的加工原則；加工時從右到左粗車各面，粗車時留精加工余量 0.5mm。加工時用復(fù)合固定循環(huán)中的軸向

15、粗車循環(huán)指令（G73）自動完成加工，以減少計算時間，方面編程。加工路線如圖 3-2 所示，用一把刀即可完成所以內(nèi)容。7圖 3-2 加工路線及進給路線圖(2)精車外表面編程時用 G70 指令對應(yīng) G71 指令進行精車，一刀完成。走刀路線如上圖 4-4 所示。(3)槽加工一刀完成。走刀路線如下圖 3-3 所示：圖 3-3 槽加工圖(4)螺紋加工由于螺紋系易損面，應(yīng)后加工。編程時可用 G92 螺紋循環(huán)指令完成加工。走刀路線如如圖 3-4 所示：8圖 3-4 螺紋加工圖(5)最后用切斷刀切斷。3.53.5 刀具選擇刀具選擇刀具材料為硬質(zhì)合金，經(jīng)幾何分析 sina=OC/OK=6.5/7.5=0.866

16、 得到 a=60度，Kr 大于 30 為安全。（1）粗車時循環(huán)車削輪廓取一般硬質(zhì)合金 90 度右偏刀，從右向左車外廓，副偏角為 55 度，取 nk 較大的刀以防止干涉，取刀桿直徑D=20mmX20mm。（2）精車輪廓用硬質(zhì)合金 90 度右偏刀，刀尖尖角為 55 度，刀桿D=20mmX20mm，為保證刀尖圓角半徑 r 小于結(jié)構(gòu)上最小圓弧半徑，取r=0.150.2mm。（3）切槽刀：切削刀寬為 5mm，刀柄 D=20mmX20mm。（4）螺紋刀：使用 60 度外螺紋硬質(zhì)合金右刀，刀柄 20mmX20mm。（5）切割刀：切削刃寬為 4mm，刀柄 D=25mmX25mm（6）將以上所選定的刀具參數(shù)填入

17、如下數(shù)控加工刀具卡。3.63.6 工藝卡片工藝卡片 表 1-1 工藝卡片序號刀具號刀具規(guī)格與名稱數(shù)量工序內(nèi)容備注 1T0190 度右偏硬質(zhì)合金外圓刀 1粗車外輪廓及端面自動2T0290 度右偏硬質(zhì)合金刀1精車外表面自動93T03刀刃寬為 5mm的切槽刀1切退刀槽自動4T0460 度的硬質(zhì)合金螺紋刀1車螺紋外螺紋5T05切割刀1切端面寬 4mm編制易漢輝審核3.73.7 切削用量選擇切削用量選擇(1)背吃刀量（查課本 P136 表 4-3，精車余量查 P133 表 4-2）外廓： 粗車背吃刀量 3.0mm 精車余量背吃刀量 0.5mm螺紋： 粗車背吃刀量 0.4mm 循環(huán)依次減少 精車余量背吃刀

18、量 0.1mm(2)主軸轉(zhuǎn)速（查課本表 4-3 并參閱機床手冊中“主軸轉(zhuǎn)速” ）該零件的加工面由圓柱、圓錐、螺紋、球面等表面組成，因為工件材料為 45#中碳鋼。 4 4 數(shù)控加工程序的編制數(shù)控加工程序的編制 數(shù)控車床是目前使用最廣泛的數(shù)控機床之一。數(shù)控車床主要用于加工軸類、盤類等回轉(zhuǎn)類零件。通過數(shù)控加工程序的運行，可自動完成內(nèi)外圓柱面、圓錐面、成形表面、螺紋和端面等工序的切削加工，并能進行車槽、鉆孔、擴孔以及鉸孔等工作。車削中心可在一次裝夾中完成更多的加工工序，提高加工精度和生產(chǎn)效率，特別適合于復(fù)雜形狀回轉(zhuǎn)類零件的加工。4.14.1 數(shù)控程序編制的基本方法數(shù)控程序編制的基本方法：分析零件圖樣和

19、制定工藝方案數(shù)學(xué)處理編寫零件加工程序程序檢驗4.24.2 數(shù)控程序編制的方法數(shù)控程序編制的方法：手工編程計算機自動編程104.34.3 車床的工藝裝備車床的工藝裝備：由于數(shù)控車床的加工對象多為回轉(zhuǎn)體，一般使用三爪卡盤夾具。4.44.4 控車床刀具的選刀過程控車床刀具的選刀過程：第一條路線為：零件圖樣、機床影響因素、選擇刀桿、刀片夾緊系統(tǒng)和選擇刀片形狀，主要考慮機床和刀具的情況；第二條路線為：工件影響因素、選擇工件材料代碼、確定刀片的斷屑槽形代碼，這條路線主要考慮工件的情況。數(shù)控車床的編程特點：加工坐標(biāo)系：機床坐標(biāo)系是以機床原點為坐標(biāo)系原點建立起來的、軸直角坐標(biāo)系，成為機床坐標(biāo)系。車床的機床原點

20、為主軸旋轉(zhuǎn)中心與卡盤后端面之交點。機床坐標(biāo)系是制造和調(diào)整機床的基礎(chǔ)，也是設(shè)置工件坐標(biāo)系的基礎(chǔ)，一般不允許隨意變動。加工坐標(biāo)系與機床坐標(biāo)系方向一致；直徑編程方式：在車削加工的數(shù)控程序中，X 軸的坐標(biāo)值為零件圖樣上的直徑值；進刀與退刀方式：快速走刀。按該機床規(guī)定的指令代碼和程序段格式，把加工零件的全部工藝過程編寫程序清單。該工件的加工程序如下： 數(shù)控加工程序單零件圖01零件名稱啟動軸編制程序號00001編制 日期2010-11-22審核 00001程序號G50 X150.0 Z200.0 T0100；快速定位G96 M03 S700 T0101；主軸正轉(zhuǎn)、恒線速度設(shè)定G00 X50 Z3.0；快速

21、定位G71 U3.0 R0.5；粗車循環(huán)進給量設(shè)定G71 P10 Q20 U0.5 W0.3 F0.4；粗車循環(huán)進給量設(shè)定11N10 G00 X0；快速定位G01 Z0 F0.15 S1000；設(shè)定精車進給量和轉(zhuǎn)速G02 X10 Z-10 R10；順圓弧加工G01 Z-26.5 R4.0；外輪廓加工G01 X12.0 ；外輪廓加工X13.5 Z-28；外輪廓加工Z-49.5；外輪廓加工X16；外輪廓加工X18.0 Z-51；外輪廓加工Z-64.5.0；外輪廓加工N20 G00 X50.0 Z3.0；退回至循環(huán)起點G00 X150.0 Z200.0 T0202；退回至安全點換 02 號刀G00

22、X50.0 Z3.0 S1000 F0.15；主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定、進給量設(shè)定G70 P10 Q20；精車循環(huán)G00 X150.0 Z200.0；快速退刀返回安全點T0303 S400 F0.15；換 03 號刀主軸轉(zhuǎn)速進給量設(shè)定G00 X40.0 Z-49.5；快速定位G01 X24.0 F0.1；加工槽G04 X1.0；暫停 1 秒G01 X23.0；退回至加工起點G00 X50.0 Z3.0；快速退刀G00 X150.0 Z200.0；快速退刀返回安全點T0404 S600；換 04 號刀主軸轉(zhuǎn)速設(shè)定G00 X30.0 Z-25.0；快速定位至加工起點G92 X26.2 Z-47.0 F1.5；

23、螺紋循環(huán)第一次走刀X25.6；切螺紋第二次走刀X25.2；切螺紋第三次走刀X25.04；切螺紋第四次走刀12X25.04；走空刀切除毛刺G00 X50.0 Z3.0；退刀G00 X150.0 Z200.0；快速退刀返回安全點M05 T0000；取消刀具補償M30；程序停止4.5 程序校驗一個完整的數(shù)控程序由程序號、程序主體和程序結(jié)束指令三部分組成，部分數(shù)控程序還有子程序。當(dāng)程序輸入到數(shù)控系統(tǒng)中后，不能立即進行自動運行操作，我們必須首先檢查程序是否正確。首先，我們將程序輸入到數(shù)控機床中，按下數(shù)控機床上的“編輯”按鈕，使數(shù)控機床處于編輯狀態(tài)，然后按下“PROG”按鈕，切換到輸入程序的界面用盤輸入程

24、序。接著，我們先將機床鎖住，按下“機械鎖定”按鈕，然后點“AUTO”按鈕，再點“循環(huán)啟動” ，最后點“循環(huán)啟動”就可以模擬運行切削，通過查看機床屏幕上走刀軌跡是否正確來判斷程序是否正確，如有問題，應(yīng)及時進行調(diào)整。135.5.結(jié)束語結(jié)束語經(jīng)過這次的畢業(yè)設(shè)計，我對所學(xué)專業(yè)有了重新的認識，在作畢業(yè)設(shè)計的時間里，我查閱了大量的書籍，來完善我的論文。對論文的格式以及零件的工藝編寫下了很大功夫。數(shù)控加工工藝設(shè)計的主要任務(wù)是制訂加工工藝規(guī)程，也是數(shù)控機床加工前的準(zhǔn)備工作從開始的零件的圖的繪制，再根據(jù)零件圖分析工藝，以及程序的編寫。數(shù)控加工工藝設(shè)計的主要任務(wù)是制訂加工工藝規(guī)程，也是數(shù)控機床加工前的準(zhǔn)備工作。工藝規(guī)程是規(guī)定零件、走刀路線、刀具尺寸以及機床的運動過程。因此，是編程人員對數(shù)控機床的性能、制造工藝過程和操作方法具有指導(dǎo)性的工藝文件。數(shù)控機床加工的程序是數(shù)控機床的指令性文件。數(shù)控機床加工程序不僅要包括零件的工藝過程，而且還要包括切削用量的選擇、運動式、刀具系統(tǒng)、切削規(guī)范以及工件的裝夾方法。工藝規(guī)程定得合理與否，對程編制、機床的加工效率和零件的加工精度都有重要