典型轴类零件数控车削加工工艺过程及编程分析设计【毕业论文答辩资料】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 1. 引言 高度发达的制造业和先进的制造技术已经成为当前衡量一个国家综合经济实力和科技水平的重要标志之一，成为一个国家在竞争激烈的国际市场上获胜的关键因素。随着我国从制造业大国走向制造业强国的步伐的加快，掌握以数控技术为主的先进制造技术，提高计算机辅助设计与制造（ 技术水平成为一个制造企业持续进步，赖以生存的重要支撑。 2. 数控车床的特点 数控车床是目前国内数量最多，应用最广数控机床，由于采用了数控系统作为控制核心，利用伺服电机通过滚珠丝杆驱动溜板和刀架实现进给运动，其运动链与普通车床相比也更短，总 体结构刚性好，抗振性好。与普通车削相比，数控车削具有以下特点： （ 1） 可以加工具有复杂型面的工件 在数控车床上零件，零件的形状主要取决于加工程序，因此只要能编写程序，无论工件多么复杂都能加工。 （ 2） 加工精度高，质量稳定 因为数控车床本身的精度比普通车床高，一般数控车床的定位精度为 复定位精度为 加工过程中操作人员不参与，所以消除了操作者的人为误差，工件的加工精度全部由数控机床保证；又因为数控车削加工采用工序集中，减少了工件多次装夹对加工精度的影响，所以工件的精度高，尺寸一致性好，质量 稳定。 （ 3） 生产效率高 数控车削加工可有效地减少零件的加工时间和辅助时间。由于数控车床的主轴转速、进给速度、快速定位速度高，通过合理选择切削用量，充分发挥刀具的切削性能，可以减少零件的加工时间。此外，数控车削加工一般采用通用或组合夹具，加工过程中能进行自动换刀，减少了辅助时间。综合上述几方面，数控车削加工的生产效率高。 （ 4） 改善劳动条件 在数控车床上从事加工的操作者，其主要任务是编辑程序、输入程序、装卸零件、准备刀具、观测加工状态、检验零件等，劳动强度极大降低。此外，数控车床一般是需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 封闭式加工，既清洁，又安全 ，劳动条件得到了改善。 （ 5） 有利于生产管理现代化 数控车削加工可预先估算加工工件所需的时间，相同工件所用时间基本一致，因此，工时和工时费用可以精确估计。这有利于编制生产进度表，有利于均衡生产和取得更高的预计产量；此外，数控车削加工所使用的刀具、夹具可进行规范化管理。这些均有利于生产管理现代化。 基于上述原因，认真研究和改进数控车削加工工艺过程及编程分析，对提高生产效率，提升员工素质，增加企业竞争力有着十分重要的意义。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 3. 零件图工艺分析 零件图如图 1 所示： 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 11012 2260.5 ：轴零件图 由图 1 知，零件材料为 45 钢，无热处理和硬度要求。该零件由圆柱、圆锥、圆弧、内螺纹、外螺纹、内孔等组成，其中外径尺寸及内孔尺寸有较高的尺寸要求和表面粗糙度要求。内外螺纹均为细牙螺纹，有较高的公差等级要求。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为 45 钢，无热处理和硬度要求。通过分析，可采用以下几点工艺措施： （ 1）对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取基本尺寸即可。 （ 2）在轮廓曲线上，有一处椭圆圆弧，加工中需改变进给方向的轮廓曲线。因此，在加工 时应给机械间隙补偿以保证轮廓曲线的准确性。 （ 3）由图纸分析，此零件需换向加工（四次装夹），因此需分设坐标系。为保证其表面无夹伤痕迹，便于加工，加工前应作专用夹具如图 2 所示： 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 技术要求:553027 32 38 44图 2 夹具 4. 设备的选定 选取普利森集团出品的 数控机床作为加工设备，此机床是普利森集团于 2005 年开发的数控车床，其外形图如图 3 所示： 图 3 控车床外形图 图 4 形图 数控车床通过数控系统自动控制，可对加工范围内的各种内孔、外圆、圆锥面、圆弧面及螺纹进行加工。机床床身采用树脂砂造型，导轨经过超音频淬火和精密磨削。主运动通过 松下 变频器及变频电机实现无级变速。数控系统选用统， 其外形图如图 4 所示： 进给采用交流伺服驱动。机床配备有手摇脉冲发生器。机床防护采用全封闭防护。机床润滑采用间歇式自动润滑。机床配备冷却系统合照明系统。机床配备尾座。 其主需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 要技术参数如表 1 所示： 表 1 要技术参数 一般规格 床身上最大工件回转直径 300板上最大工 件回转直径 120大工件长度 350头箱 主轴通孔直径 50轴前端锥孔锥度 莫氏锥度 6 号 主轴转速范围 300刀系统 纵向最小移动距离 向最小移动距离 向最大移动速度 6m/向最大移动速度 4m/架系统 刀具的截面尺寸 16 16滑板的最大横向行程 240滑板的最大纵向行程 270具形式 排刀架 (双燕尾 )或电动刀架 刀夹数量 6 床尾 床尾主轴直径 40尾主轴孔锥度 莫氏锥度 3 号 床尾主轴最大行程 60它 主电机功率 床重量 1500要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 外形尺寸 (长 宽 高 ) 1638 1078 1650零件加工所需机床调整单如表 2 所示： 表 2 数控机床调整单 零件号 件名称 轴 工序号 表 张武彬 2 3 4 5 6 7 8 9 10 具补偿拨盘 1 0 称切削开关位置 X - - 直校验开关位置 断 工件冷却 油冷 5. 零件加工工艺分析 确定零件的定位基准和装夹方式 （ 1）先采用未加工零件的表面作为粗基准。加工好零件左端的 纹端面和 36 外圆作为定位基准。 （ 2） 装夹方式：右端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，装夹长度不得大于 38端加工后装入专用夹具（零 件左端端面紧贴夹具内孔底平面， 36 外圆装入夹具内孔），用三爪自定心卡盘定心夹紧。编制工件安装及零点设定卡片如表 3 所示： 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 表 3 工件安装和零点设定卡片 零件图号 数控加工工件安装和零点设定卡片 工序号 件名称 轴 装夹次数 4 爪卡盘 用夹具 编制 审核 批准 第 1 页 序号 夹具名称 夹具图号 共 1 页 定加工顺序及进给路线 加工顺序的安排 : （ 1）加工零件的左端：加工时应按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定，即先从右到左进行粗车（留 1车 ） ，然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。其轨迹图如附图 5a、 5b、 5c、 5d 所示： 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 10040(零 件坐标系)图 5a:程序 1 刀具轨迹图 (零件坐标系)40100图 5b:程序 2 刀具轨迹图 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 (零 件坐标系)10040图 5c:程序 3 刀具轨迹图 40(零件坐标系)100图 5d:程序 4 刀具轨迹图 控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自动确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线（但精车的进给路线需要人为确定，零件从右到左沿零件的表需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 面轮廓精车进给）。 具选择 控刀具的选择步骤 数控车床刀具的选刀过程，从对被加工零件图样的分析开始，到选定刀具，共需经过几个基本步骤。选刀工作过程从分析零件图样开始，通过两条不同路径，共同到达选定刀具的 目 标，以完成选刀工作。 其中，第一条路线为：零件图样、 机床影响因素、选择刀杆、刀片夹紧系统、选择刀片形状，主要考虑机床和刀具的情况；第二条路线为： 工件影响因素、 选择工件材料 代码、 确定刀片的断屑槽型、选择加工条件脸谱，这条路线主要考虑工件的情况。综合这两条路线的结果，才能确定所选用的刀具 。 （ 1）机床影响因素 为保证加工方案的可行性、经济性，获得最佳加工方案，在刀具选择前必须确定与机床有关的如下因素： 机床类型：数控车床、车削中心； 刀具附件：刀柄的形状和直径，左切和右切刀柄； 主轴功率； 工件夹持方式。 （ 2） 选择刀杆 选用刀杆时，首先应选用尺寸尽可能大的刀杆，同时要考虑以下几个因 素： 夹持方式； 切削层截面形状，即背吃刀量和进给量； 刀柄的悬伸。 （ 3） 刀片夹紧系统 杠杆式夹紧系统 杠杆式夹紧系统是最常用的刀片夹紧方式。其特点为：定位精度高 ,切屑流畅 ,操作简便 , 可与其它系列刀具产品通用。 螺钉夹紧系统 特点：适用于小孔径内孔以及长悬伸加工。 (4) 选择刀片形状。 主要参数选择方法如下： 刀尖角 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 刀尖角的大小决定了刀片的强度。在工件结构形状和系统刚性允许的前提下，应选择尽可能大的 刀尖角。通常这个角度在 35 度 到 90 度 之间。 R 型圆刀片，在重切削时具有较好的稳定性，但易产生较大的径向力。 刀片形状的选择 刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素选择。 正三角形刀片可用于主偏角为 60 度 或 90 度 的外圆车刀、端面车刀和内孔车刀。由于此刀片刀尖角小、强度差、耐用度低、故只宜用较小的切削用量。 正方形刀片的刀尖角为 90 度 ，比正三角形刀片的 60 度 要大，因此其强度和散热性能均有所提高。这种刀片通用性较好，主要用于主偏角为 45 度 、 60 度 、 75 度 等的外圆车刀、端面车 刀和镗孔刀。 正五边形刀片的刀尖角为 108 度 ，其强度、耐用度高、散热面积大。但切削时径向力大，只宜在加工系统刚性较好的情况下使用。 菱形刀片和圆形刀片主要用于成形表面和圆弧表面的加工，其形状及尺寸可结合加工对象参照国家标准来确定。 (5) 工件影响因素 选择刀具时，必须考虑以下与工件有关的因素： 工件形状：稳定性； 工件材质：硬度、塑性、韧性、可能形成的切屑类型； 毛坯类型：锻件、铸件等； 工艺系统刚性：机床夹具、工件、刀具等； 表面质量； 加工精度； 切削深度； 进给量； 刀具耐用度。 (6) 选择工件材料代码 按照不同的机加工性能，加工材料分成 4 个工件材料组，他们分别和一个字母和一种颜色对应，以确定被加工工件的材料组符号代码， (7) 确定刀片的断屑槽型 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 按加工的背吃刀量和合适的进给量，根据刀具选用手册来确定刀片的断屑槽型代码 (8)选择加工条件脸谱 三类脸谱代表了不同的加工条件 :很好、好、不足。加工条件取决于机床的稳定性、刀具夹持方式和工件加工表面。 (9) 选定刀具 选定工作分以下两方面： 选 定刀片材料 根据被加工工件的材料组符号标记、刀片的断屑槽型、加工条件，参考刀具手册就可选出刀片材料代号。 选定刀具 根据工件加工表面轮廓，从刀杆订货页码中选择刀杆。 根据选择好的刀杆，从刀片订货页码中选择刀片。选择后数控刀具卡片如表 4所示： 表 4 数控刀具卡片 数控刀具卡片 零件图号 轴 数控刀具卡片 使用设备 刀具号 刀具编号 换刀方式 自动 程序编号 序号 编号 刀具名 称 规格 数量 备注 刀具组成 1 圆刀 1 2 孔刀 1 3 纹刀 1 4 槽刀 41 备注 编制 唐飞 审核 批注 共 1 页 第 1 页 削用量选择 （ 1）外轮廓切削用量选择： 背吃刀量选择：外轮廓粗车循环时选 精车 纹粗车时选步减少，精车 轮廓粗车循环时选 车时选螺纹粗车时选 逐步减少，精车 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 主轴转速的选择：车直线和圆弧时，选粗车切削速度 0m/车切削速度 20m/后用公式（ 1）： 1000 （ 1） 计算主轴转速 n（粗车直径 D=36车工件直径取平均值）：粗车 n=790r/车 n=1400r/螺纹时，根据公式（ 2）： 1200（ 2） 选择主轴转速 n=320r/切槽时，主轴转速 n=450r/工内轮廓时，钻中心孔转速 n=1000r/孔转速 n=400r/车内孔切削速度 0m/车切削速度 0m/粗车主轴转速 n=1000r/车 n=1400r/螺纹时，主轴转速 n=320r/槽时，主轴转速 n=600r/ （ 2） 进给速度选择 根据加工的实际情况确定粗车、精车每转进给量。外轮廓加工时，粗车选取每转进给量 r，精车每转进给量 r。最后根据公式（ 3） （ 3） 计算粗车、精车的进给速度分别为 200mm/ 180mm/轮廓加工时，粗车选取每转进给量 r,精车每进给量 r。最后根据公式（ 4） （ 4） 计算粗车、精车的进给速度分别为 135mm/ 60mm/ 通过对零件加工工艺的分析，进行数控加工工序卡片的编制，其零件数控加工工序卡片如表 7a、 b 所示： 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 表 7a 数控加工工序卡片 产品名称 或代号 零件名称 零件图号 轴类 轴 序号 程序编号 夹具名称 夹具编号 使用设备 车间 1000 三爪卡盘 三爪卡盘 : 数控中心 工步号 工步内容 加工面 刀具号 刀具规格 主轴转速/给速度/削深度/注 1 平端面 左端端面 5 25 500 2 粗车轮廓 左端外轮廓 5 25 500 90 3 自动 3 精车轮廓 18 5 25 1400 120 1 自动 4 精车轮廓 2 5 25 1400 120 动 5 精车轮廓 6 2 5 25 1400 120 动 6 精车轮廓 24 5 25 1400 120 动 编制 唐飞 审核 批准 共 2 页 第 1 页 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 表 7b 数控加工工序卡片 产品名称或代号 零件名称 零件图号 轴类 轴 序号 程序编 号 夹具名称 夹具编号 使用设备 车间 2000 三爪卡盘和专用夹具 三爪卡盘 : 用夹具 : 数控中心 工步号 工步内容 加工面 刀具号 刀具规格 主轴转速/给速度/削深度/注 7 夹紧 34 73 处加工内孔 28 500 8 钻中心孔 右端端面 5 1000 9 钻 26 孔 右端孔 26 400 10 轮廓 外表面 500 90 自动 11 内孔 内孔 1000 90 3 自动 12 粗车 32 30 26 0101 500 120 动 13 精车 24 700 90 动 14 切槽 6 2 00 100 动 15 32 处装夹具精车 18 700 90 动 16 精车螺纹面加工至222 700 90 自动 17 螺纹 300 480 编制 唐飞 审核 批准 共 2 页 第 2 页 6. 零件加工程序的编写 数控编程是数控加工的重要步骤，根据 控车床编程系统的特点，结合先前对零件加工工艺的分析确定的加工方法和加工路线，选择数控车床刀具和装夹方法，然后按照加工工艺要求，根据 控车床规定的指令代码及程序格式，将刀具的运动轨迹、位移量、切削参数（主轴转速、进给量、吃刀深度等）以及辅助功能（换刀、主轴正转 /反转、切削液开 /关等）编写成加工程序单，输入到数控需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 装置中，从而指挥机 床加工零件。 控编程的内容与方法 （ 1）建立零件坐标系 建立零件坐标系 X 80 Z 100），使刀具上某一点在此坐标，此坐标一旦建立后，后面指令中绝对值指令的位置都是用此坐标系中该点位置的坐标值来表示。 （ 2） 坐标值和尺寸 作为指令轴移动量的方法，有绝对值指令和增量值指令两种方法，在此加工程序中采用了两种指令结合使用的方式。坐标值输入单位是公制。数值带入小数点输入，小数点位置是毫米和秒的位置，分别表示距离和时间。此加工程序采用直径编程功能。 （ 3）准备功能 准备功能由 G 代码及后接 2 位数表示，规定 其所在的程序段意义，此加工程序运用的 G 代码有 位快速移动）、 线插补 /切削进给）、 弧插补 时针）、 弧插补 时针）、 停，准停）、 标系设定）、 加工循环指令）、 圆粗车循环指令）、 闭切削循环）、纹切削循环）。为了更简化编程而使用了复合型车削固定循环功能，其代码分别为 码表示外圆粗车循环指令。在程序中，给出零件左端的精加工形状，留出 U/2， W 精加工余量，用 D 表示每次的切削深度。 用该循环，可以按同一轨迹重复切削，每次切削刀具向前移动一次。在此加工程序中，给出零件右端的精加工形状，留出 U/2， W 精加工余量，用 D 表示分割次数。 码表示在 令循环结束后可用此指令精车。 码表示螺纹切削循环，用此指令可以进行直螺纹切削循环，此加工程序中，左端外螺纹及右端内螺纹均使用此指令加工。 在机械制造业中，具有椭圆形外形的零件是二维轮廓工件，比较常见也是比较难以加工的。目前椭圆形零件的加工方法主要有：在普通机床上进行近似加工；根据椭圆的形 成定理，设计专用加工装置进行加工；在数控机床上进行数控加工。由于一般数控机床的编程代码只具有直线插补和圆弧插补功能，因此对于椭圆这类非圆形曲线的数控加工大多采用小段直线或小段圆弧去逼近轮廓曲线，完成数控编程，分别用 4段、 8 段或多段光滑连接的圆弧来逼近椭圆曲线，控制最大偏离度在公差允许范围内，然后计算出每段圆弧的起点坐标、终点坐标及圆弧半径，再编制数控加工程序进行加工。由于必须按照允许的精度要求计算各小段直线或圆弧的起点和终点，当工件轮廓需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 较长而精度要求很高时，逼近段直线或圆弧必须分得很细，因而计算量大，给手工 编程带来很多的不便，同时这种按逼近曲线或近似画法进行编程的方法从原理上讲就已经带来了误差，因而无法加工出高精度的椭圆形零件。在椭圆形陶瓷成形的经济型数控装置中，利用逐点比较法插补原理设计专用的椭圆插补程序来实现椭圆曲线的数控加工，这样虽然可以提高精度但缺乏通用性。 （ 4）辅助功能 辅助功能由 M 代码后面指令 2 位数字表示，把对应的信号送给机床，用来控制机床的 M 代码在一个程序段中只允许一个有效。在此加工程序运用的 03（主轴正转）、 轴停止）、 却液开）、 却液关） 、序结束，程序返回开始） （ 5）主轴功能 通过地址 S 和其后面的数值，把代码信号送给机床，用于机床的主轴控制，在一个程序段中可以指令一个 S 代码。当移动指令和 S 代码在同一程序段中，移动指令和S 功能指令同时开始执行。 （ 6）刀具功能 用地址 T 及其后面 2 位数值来选择机床上的刀具，在一个程序段中，可以指令一个 T 代码，移动指令和 T 代码在同一程序段中，移动指令和 T 代码指令同时开始执行。用 T 代码后面的数值指令，进行刀具选择，其数值后两位用于指定刀具补偿的补偿号。 控车床采用回转刀架， T 代码开始执行 时，首先输出刀架正转信号（ ，使刀架旋转，当接收到 T 代码指定的刀具的到位信号后，关闭刀架正转信号；延迟 间后，刀架开始反转而进行锁紧（ 并开始检查锁紧信号 *接收到该信号后，延迟诊断号 置的时间，关闭刀架反转信号（ 换刀结束，程序转入下一程序段继续执行。如执行的刀号与现在的刀号（自动记录在 数，诊断号 致时，则换刀指令立刻结束，并转入下一程序段执行。当系统输出刀架反转信号后，在诊断号 果系统没有接收到时 *号，系统将产生报警， 并关闭刀架反转信号。此零件加工程序表如表 8 所示： 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 表 8 加工程序清单 程序名 :序段号 程序内容 0101 44 03 40 2 37 71 1 71 17 80 16 1 100 110 120 130 140 150 160 170 180 150 190 200 序名 :10 20 30 500 0 50 60 0 70 150 0202 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 0 100 110 1 71 16 0 130 30 1 150 160 170 13 700 0 190 200 210 序名 :10 20 30 500 0 36 73 U W R 73 14 U W 70 80 90 100 110 120 130 16 1 150 7 700 0 170 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 0404 0 200 210 18 220 230 240 150 150 05 30 程序名 :10 20 30 700 0 50 60 0 70 80 90 100 110 34 0 130 140 150 300 0 170 180 2 要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 210 220 150 230 240 250 刀与对刀 控车床采用可旋转的回转刀架，由于采用标准刀具，从而避免了车刀安装的高低误差，车刀刀杆轴线与工件保持垂直，从而保证加工质量，减小刀具磨损，提高刀具使用寿命。 对刀是数控车床加工中极其重要和复杂的工作，对刀的目的就是建立工件坐标系或是编程坐标系的过程。就是使刀架上每把刀的刀位点都能准确到达指定的加工位置。或 是使工件原点（编程原点）与机床 参考 点之间建立某种联系。其中刀位点是刀具上的一个基准点，刀位点的相对运动轨迹就是编程轨迹，而机床参考点是数控机床上的一个固定基准点，该点一般位于机床移动部件沿其坐标轴正向的极限位置。 在对刀时，选择刀具偏置的直接测量值输入方法。根据标准刀具设定的坐标系后，移动实际刀具至零件表面，输入零件表面的实际测量值，系统自动计算出其差值作为该把刀具的偏置量。其他的刀具根据此刀具在坐标系中的偏差计算出其他刀具的偏置量 。其具体方法为 : 使 用 55/57/59 指令对刀 ， 使用 控车床提供的存储型零点偏置模式建立坐标系，它是将对刀特定点的当前机床坐标输入到