數(shù)控車床加工工藝分析與程序設(shè)計

1、數(shù)控車床加工工藝分析與程序設(shè)計摘要：數(shù)控技術(shù)及數(shù)控機(jī)床在當(dāng)今機(jī)械制造業(yè)中起著重要地位。而現(xiàn)代數(shù)控機(jī)床是綜合應(yīng)用了計算機(jī)、自動控制、自動檢測以及精密機(jī)械等高新技術(shù)的產(chǎn)物，集成了數(shù)控仿真，可以檢查出代碼的正確性，從而可以提高編程質(zhì)量，減少出錯率，加快編程速度，是典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，是完全新型的自動化機(jī)床；這顯示了其在國家基礎(chǔ)工業(yè)現(xiàn)代化中的戰(zhàn)略性作用，并已成為傳統(tǒng)機(jī)械制造工業(yè)提升改造和實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化生產(chǎn)的重要手段和標(biāo)志。關(guān)鍵詞：數(shù)控技術(shù)、數(shù)控仿真、機(jī)電一體化、自動化機(jī)床Abstract:Numerical control technology and CNC manufacturing

2、 industry in today is the importer position in the country. And the moder numerical control machine tool is the synthesis has applied the computer, the automatic nontrol antomatic detetion as well as the precision machinery and soon the high-tech product, integrated the numerical control simulation

3、module,is allowed to inspect the code the accuracy, thus was allowed to improve the programming quality, reduced the error ratio, sped up the programming speed, was the tyoical integration of machinery product, was the completely new automated engine bed: and has become a traditional mechanical manu

4、facturing industry upgrading transformation and automation, flexibility and integrated production of important means and logo.Key words:Numerical control、Numerical control simulation、Integration of machinery、Automatic machine tool.引言隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，機(jī)電產(chǎn)品日益精密復(fù)雜。機(jī)械制造業(yè)的發(fā)展規(guī)模和水平，則是反映國民經(jīng)濟(jì)實力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志之一?，F(xiàn)在機(jī)械產(chǎn)品的

5、性能，結(jié)構(gòu)，形狀和材料的不斷的改進(jìn)，精度不斷提高，生產(chǎn)類型由大批量生產(chǎn)向多品種小批量轉(zhuǎn)化。對零件加工質(zhì)量和精度要求越來越高。而數(shù)控技術(shù)是現(xiàn)代化加工設(shè)備的基礎(chǔ)，又是精密、高效、高可靠性、高柔性加工技術(shù)的支撐。發(fā)展先進(jìn)制造技術(shù)必須以數(shù)控技術(shù)未基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)它綜合了計算機(jī)、自動控制、電機(jī)、電氣傳動、測量、監(jiān)控、機(jī)械制造等學(xué)科領(lǐng)域最新成果而形成的一門邊緣科學(xué)技術(shù)。對制造業(yè)實現(xiàn)自動化、柔性化、集成化、智能化生產(chǎn)起到舉足輕重的作用。目前，數(shù)控機(jī)床是車削加工能較全的數(shù)控機(jī)床。它可以把車削，銑削，螺紋加工，鉆削等集中到一臺設(shè)備上，使其具有多種工藝手段。由于產(chǎn)品的變化頻繁，在一般機(jī)械加工中，單件小批量的生產(chǎn)約占

6、70%以上。這樣一來采用數(shù)控車床進(jìn)行加工可以大大提高產(chǎn)品的質(zhì)量，保證加工零間的精度，減輕勞動強(qiáng)度，為新產(chǎn)品的研制和改型換代節(jié)省大量時間和費(fèi)用，從而提高了企業(yè)產(chǎn)品的競爭力。一、 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展簡歷 1946年第一臺電子計算機(jī)誕生世界之上，這表明人們創(chuàng)造了可用機(jī)械這一代替腦力的勞動工具。它為人類進(jìn)入信息社會奠定了基礎(chǔ)。信息技術(shù)的飛速發(fā)展直接導(dǎo)致了知識經(jīng)濟(jì)的到來。 20世紀(jì)40年代末，美國開始研究數(shù)控機(jī)床，1952年，第一臺數(shù)控機(jī)床誕生。從此，傳統(tǒng)機(jī)床產(chǎn)生了質(zhì)的變化。近半世紀(jì)來數(shù)控機(jī)床經(jīng)歷兩個階段和六代的發(fā)展。1.數(shù)控（NC）階段（1952-1970年）早期計算機(jī)運(yùn)算速度低，對當(dāng)時的科學(xué)計算和數(shù)據(jù)處

7、理影響還不大，不能適應(yīng)機(jī)床實時控制的要求。人們不得不采用數(shù)字邏輯電路“搭”成一臺機(jī)床專用計算機(jī)實作為數(shù)控系統(tǒng)，被成為硬件連接數(shù)控，簡稱未數(shù)控（NC）。2.計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段（1970-現(xiàn)在）到1970年，通用小型計算機(jī)業(yè)已出現(xiàn)并成批量生產(chǎn)。其運(yùn)算速度比五、六十年代大幅度提高，這比專門“搭”成的專用計算機(jī)成本低，而且可靠性高。于是將它移植過來作為數(shù)控系統(tǒng)的核心部件，從此進(jìn)入計算機(jī)數(shù)控（CNC）階段。 到了1990年，PC機(jī)（個人計算機(jī)，國內(nèi)習(xí)稱微機(jī)）的性能已發(fā)展到很高的階段，總之計算機(jī)階段也經(jīng)歷了三代。即1970年第四代小型計算機(jī)；1974年第五代微處理器；1990年第六代基于PC（國外稱

8、為PCBASED）二、 數(shù)控車床編程特點 1.采用絕對值編程、增量值編程或二者混合編程 根據(jù)被加工零件的圖樣標(biāo)注尺寸，從便于編程的角度出發(fā)，在一個程序段中，以采用絕對值編程、增量值編程或二者混合編程。按絕對坐標(biāo)編程時，用坐標(biāo)字X、Z表示；按增量坐標(biāo)編程時，用坐標(biāo)字U、W表示。 2. 可以采用直徑值編程或半徑值編程和半徑值編程兩種表示方法。數(shù)控系統(tǒng)默認(rèn)的編程方式為直徑值編程，這是由于被加工零件的徑向尺寸在圖樣上合測量時，都是以直徑值表示的，因而采用直徑值編程最方便，即在直徑方向，用絕對值編程時，X以直徑值表示；用增量值編程時，以徑向?qū)嶋H位移量的二倍值表示，并附上方向符號(正向可以省略)。 3.

9、具有各種不同形式的固定循環(huán)功能 由于車削加工常用圓棒料或鍛料作為毛坯，交給那個余量較大，要加工到圖樣尺寸，需要一層一層切削，如果每層切削加工都編寫程序，編程工作量會大大增加。因此，為簡化編程數(shù)控裝置通常具備各種不同形式的固定循環(huán)功能，如車內(nèi)、外圓柱表面固定循環(huán)，車端面、車螺紋固定循環(huán)等。 4. 具有刀具自動補(bǔ)償功能 大多數(shù)數(shù)控車床都具有刀具自動補(bǔ)償功能，利用此功能可以實現(xiàn)刀尖圓弧半徑補(bǔ)償、刀具磨損補(bǔ)償以及在安裝刀具時產(chǎn)生的位置誤差補(bǔ)償。加工前操作人員只要將相關(guān)補(bǔ)償值輸入到規(guī)定的儲存器中，數(shù)控系統(tǒng)就能自動進(jìn)行刀具補(bǔ)償。無論刀尖圓弧半徑、刀具磨損還是道具位置的變化都無需更改加工程序，因而編程人員可

10、以按照工件的實際輪廓尺寸進(jìn)行編程。 5. 具有恒表面切削速度控制和主軸最高轉(zhuǎn)速限定功能 在加工端面、圓弧、圓錐以及階梯直徑相差較大的零件時，沿X軸方向進(jìn)給時，雖然進(jìn)給速度不變，但切削線速度卻不斷地變化，導(dǎo)致加工表面質(zhì)量變化。為了保證加工表面質(zhì)量，數(shù)控車床一般都具有恒表面切削速度控制功能。該功能可以使數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)刀尖所處的X坐標(biāo)值，作為工件的直徑值來計算主軸轉(zhuǎn)速，使切削速度保持恒定。 當(dāng)?shù)毒咧饾u移近工件旋轉(zhuǎn)中心時，主軸轉(zhuǎn)速越來越高，工件有從卡盤中飛出去的危險，為了防止出現(xiàn)事故，數(shù)控車床具有主軸最高轉(zhuǎn)速限定功能。下面是個典型的例子N型軸三、 程序編制過程（一）零件圖分析 該零件的輪廓由螺紋、槽、連

11、續(xù)的端面、N型圓柱面組成。各軸向尺寸要求不高，表面粗糙度亦很高，因而加工時，應(yīng)先進(jìn)行粗加工，檢驗余量后進(jìn)行刀補(bǔ)等調(diào)整在進(jìn)行精加工。根據(jù)45#材料加工的特點，選擇防銹切削水。因為工件特殊，加工工件時選用數(shù)控機(jī)床加工，而為什么不選用普通機(jī)床呢？（1）數(shù)控車床的優(yōu)點 1、提高加工精度，結(jié)構(gòu)上引入滾珠絲杠、采用軟件精度補(bǔ)償技術(shù)、加工全程由程序控制加工，減小人為因素對加工精度的影響，尤其提高了同批零件加工的一致性，使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定； 2、提高生產(chǎn)效率，一般約提高效率35倍，使用數(shù)控加工中心則可提高生產(chǎn)率510倍，節(jié)約時間與資金； 3、可加工形狀復(fù)雜的零件 4、減輕了勞動強(qiáng)度，改善了勞動條件； 5、有利于生

12、產(chǎn)管理和機(jī)械加工綜合自動化的發(fā)展。 （2）數(shù)控車床的缺點 1、由于費(fèi)用高昂，加工大批量零件不利 2、操作人員要求素質(zhì)高，工資成本高； 3、系統(tǒng)復(fù)雜，修理復(fù)雜，維護(hù)費(fèi)用高，需要好的工作環(huán)境。所以選用數(shù)控車床加工，而加工工件分為兩步驟：（1）裝夾工件，先加工14螺紋、槽深3、17、24、46等基本尺寸 （2）用設(shè)計的夾具裝夾工件加工20的基本尺寸（設(shè)計的夾具如下套具1、套具2） （二）刀具選擇及切削用量 刀具號 名稱 用途 主軸轉(zhuǎn)速 0101 90偏刀 外輪廓精粗加工 粗600r/min精1200r/min 0202 切斷刀 切槽切斷 300r/min 0303 螺紋刀 車螺紋 600r/min

13、0404 75左偏刀 外輪廓粗精加工 粗600r/min 精1200r/min(三)確定加工順序 1.夾毛坯伸長195mm 2.自右向左粗精加工外輪廓 3.精加工工件 4.車退刀槽 5.車螺紋 6.用設(shè)計的夾具裝夾原工件 7.用左偏刀粗精加工20圓柱面 8.切斷工件 9.量總長檢查全部（四）計算 螺紋切削的計算： 牙底圓直徑=牙頂圓直徑 2倍的螺距（導(dǎo)程）即： dr=db-2p 螺紋切削深度=2倍的螺距（導(dǎo)程）即： d p=2 p 根據(jù)進(jìn)刀量和退刀量合理把2p分成若干次切削（五）程序編制加工步驟一：% 00001N5 G50 X100 Z100; 設(shè)定工件坐標(biāo)系N10 M03 S600; 主軸

14、正轉(zhuǎn)600r/minN15 T0101; 選用01號車刀N20 G00 X20 Z3; 車刀快速移至X20 Z3定位N25 G71 U3 R1; 車刀加工14172446臺階N30 G71 P35 Q85 U1 W0 F100; N35 G00 X12;N40 G01 Z0 F50;N45 X14 Z-1;N50 Z-17;N55 X17;N60 Z-34;N65 X24;N70 Z-39;N75 X42;N80 X46 Z-41;N85 Z-190;N86 G00 X100 Z100; 回坐標(biāo)設(shè)定點N87 M05; 主軸停轉(zhuǎn)N88 M00;N89 M03 S1200; 換轉(zhuǎn)速1200r/mi

15、n精車N90 G00 X20 Z3;N91 G70 P35 Q85; 精車工件N95 G00 X100 Z100; 回坐標(biāo)設(shè)定點N100 T0202; 切斷刀N105 G00 X20 Z-14; 車刀快速移到X20 Z-14定位N110 X15;N115 G01 X10 F30;N120 G00 X100; 回坐標(biāo)設(shè)定點N125 Z100;N130 T0303; 螺紋刀 N135 G00 X20 Z3;N140 G92 X13.5 Z-15 F1.5; 加工螺紋。 。 。 。 。 。 。 。 。 。 。N200 G00 X100 Z100; 回坐標(biāo)設(shè)定點N205 M05; 主軸停轉(zhuǎn)N210 M

16、30; 程序結(jié)束 如圖3加工步驟二：%00002N5 G50 X100 Z100;N10 M03 S600;N15 T0303;N20 G00 X30 Z-135;N25 G71 U2 R1;N35 G71 P40 Q U0.5 W0 F100;N40 夾具用來裝夾被加工工件以完成加工過程，同時要保證被加工工件的定位精度，并使裝卸盡可能方便、快捷。數(shù)控加工的特點對夾具提出兩個基本要求：一是保證夾具的坐標(biāo)方向與機(jī)床的坐標(biāo)方向相對固定；二是要協(xié)調(diào)和機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。四、系統(tǒng)仿真過程的實現(xiàn) （一）數(shù)控車削加工仿真流程 隨著加工零件的復(fù)雜性程度提高，反靠人工來檢查NC程序顯得越來越難，采用計算動態(tài)

17、圖形技術(shù)模擬NC程序的加工過程是解決這一問題的主要途徑，由于機(jī)床的加工成本較高，因此采用計算機(jī)來模擬NC程序無疑是較為經(jīng)濟(jì)有效的方法。整個仿真過程的流程圖如圖： 五、 數(shù)控機(jī)床的應(yīng)用范圍1、 適合數(shù)控車床加工的范圍（1） 能加工普通車床不能加工的多種零件。（2） 能加工輪廓形狀特別復(fù)雜或難以控制尺寸的零件。（3） 能加工經(jīng)一次裝夾定位后，需進(jìn)行多道工序加工的零件。（4） 能加工更精的零件。（5） 加工零件，能縮短加工的準(zhǔn)備時間，降低生產(chǎn)費(fèi)用。2、 不適宜數(shù)控車床加工的范圍（1） 加工中，刀具的質(zhì)量特別差時。（2） 加工輪廓簡單，精度要求低或生產(chǎn)批量特別大的零件。（3） 加工余量特別大或材質(zhì)及余

18、量不均勻的坯件。六、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展趨勢一、個性化的發(fā)展趨勢1.高速化、高精度化、高可靠性 高速化：提高進(jìn)給速度與提高主軸轉(zhuǎn)速。 高精度化：其精度從微米級到亞微米級，乃至納米級(<L0NM)，其應(yīng)用范圍日趨廣泛。高可靠性：一般數(shù)控系統(tǒng)的可靠性要高于數(shù)控設(shè)備的可靠性在一個數(shù)量級以上，但也不是可靠性越高越好，因為商品受性能價格比的約束。 2.復(fù)合化 數(shù)控機(jī)床的功能復(fù)合化的發(fā)展，其核心是在一臺機(jī)床上要完成車、銑、鉆、攻絲、絞孔和擴(kuò)孔等多種操作工序，從而提高了機(jī)床的效率和加工精度，提高生產(chǎn)的柔性。 3.智能化 智能化的內(nèi)容包括在數(shù)控系統(tǒng)中的各個方面：為追求加工效率和加工質(zhì)量方面的智能化；為提高驅(qū)動

19、性能及使用連接方便等方面的智能化；簡化編程、簡化操作方面的智能化；還有如智能化的自動編程、智能化的人機(jī)界面等，以及智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內(nèi)容，方便系統(tǒng)的診斷及維修。 4.柔性化、集成化 當(dāng)今世界上的數(shù)控機(jī)床向柔性自動化系統(tǒng)發(fā)展的趨勢是：從點(數(shù)控單機(jī)、加工中心和數(shù)控復(fù)合加工機(jī)床)、線（FMC、FMS、FTL、FML）向面(工段車間獨立制造島FA)、體（CIMS、分布式網(wǎng)絡(luò)集成制造系統(tǒng)）的方向發(fā)展，另一方面向注重應(yīng)用性和經(jīng)濟(jì)性方向發(fā)展。柔性自動化技術(shù)是制造業(yè)適應(yīng)動態(tài)市場需求及產(chǎn)品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展的主流趨勢，是先進(jìn)制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)。 二、個性化是市場適應(yīng)性發(fā)展趨勢 當(dāng)今的市場，國際合作的格局逐漸形成，產(chǎn)品競爭日趨激烈，高效率、高精度加工手段的需求在不斷升級，用戶的個性化要求日趨強(qiáng)烈，專業(yè)化、專用化、高科技的機(jī)床越來越得到用戶的青睞。 三、開放性是體系結(jié)構(gòu)的發(fā)展趨勢 新一代數(shù)控系統(tǒng)的開發(fā)核心是開放性。開放性有軟件平臺和硬件平臺的開放式系統(tǒng)，采用模塊化，層次化的結(jié)構(gòu)，并通過形式向外提供統(tǒng)一的應(yīng)用程序接口