数控零件加工工艺分析及加工程序编制（毕业论文） .pdf

毕毕 业业 论论 文文 数控零件加工工艺分析及加工程序编制数控零件加工工艺分析及加工程序编制 姓 名 学 号 专 业 班 级 指导教师 系 别 答辩日期 2 数控零件加工工艺分析及加工程序编制 第一章 绪论 1.1：我国数控系统的发展史 1.我国从 1958 年起到 1979 年，即封闭式发展阶段。由一批科研院所， 高等学校和少数机床厂起步进行数控系统的研制和开发。由于受到当时国产 电子元器件水平低，部门经济和国外的技术封锁等的制约，未能取得较大的 发展。 2.在改革开放后，我国数控技术才逐步取得实质性的发展。经过“六五 “(81-85 年)的引进国外技术， “七五”(86-90 年)的消化吸收和“八五” (91一-95 年)国家组织的科技攻关，才使得我国的数控技术有了质的飞跃， 当时通过国家攻关验收和鉴定的产品包括北京珠峰公司的中华 i 型，华中数 控公司的华中 i 型和沈阳高档数控国家工程研究中心的蓝天 i 型，以及其他 通过“国家机床质量监督测试中心”测试合格的国产数控系统如南京四开公 司的产品。 3.我国数控机床制造业在 80 年代曾有过高速发展的阶段， 许多机床厂从 传统产品实现向数控化产品的转型。 但总的来说， 技术水平不高， 质量不佳， 所以在 90 年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历 了几年最困难的萧条时期， 那时生产能力降到 50%， 库存超过 4 个月。 从 1 9 9 5 年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备 的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起 到了很大的促进作用，尤其是在 1 9 9 9 年以后，国家向国防工业及关键民用 工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。 4. 纵观我国数控技术近 50 年的发展历程，总体来看取得了以下成绩： a.奠定了数控技术发展的基础，基本掌握了现代数控技术。我国现在已基本掌 握了从数控系统、伺服驱动、数控主机、专机及其配套件的基础技术，其中大部 分技术已具备进行商品化开发的基础，部分技术已商品化、产业化。 b.初步形成了数控产业基地。诸如兰州电机厂、华中数控等一批伺服系统和伺 服电机生产厂以及北京第一机床厂、济南第一机床厂等若干数控主机生产厂。 c.建立了一支数控研究、开发、管理人才的基本队伍。虽然在数控技术的研究 3 控制介质 计 算 机 数 控 装 置 伺服驱动系统 辅助装置 机 床 反馈系统 开发以及产业化方面取得了长足的进步，但我们也要清醒地认识到，我国高端数 控技术的研究开发， 尤其是在产业化方面的技术水平现状与我国的现实需求还有 较大的差距。虽然从纵向看我国的发展速度很快，但横向比（与国外对比）不仅 技术水平有差距，在某些方面发展速度也有差距，即一些高精尖的数控装备的技 术水平差距有扩大趋势。 1.2：数控机床的组成及工作原理 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，其技术范围覆盖很多领域：(1)机械制造 技术；(2)信息处理、加工、传输技术；(3)自动控制技术；(4)伺服驱动技术；(5) 传感器技术；(6)软件技术等。 数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处，但在数控 机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要 将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编 入程序。 数控机床由控制介质、计算机数控装置、伺服驱动系统、辅助装置等部 分组成。 位置检测 速度检测 数控机床的组成框图 4 各个部分的工作原理简述如下 ： （1） 控制介质 控制介质是以指令的形式记载着的各种加工信息， 如工件的加工工 艺过程、工艺参数和刀具运动轨迹等。常用的控制介质有键盘、穿 孔带、穿孔卡、磁带和磁盘等。由于计算机编程能力强大，也可通 过数控机床上的i/o通信接口将计算机内的程序送入数控装置进行 加工，也可将数控装置上的加工程序送回计算机保存起来。 （2） 计算机数控装置 数控装置是数控机床的核心。它接受输入的加工信息，经过数控装 置的控制软件和逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理后、将各种指 令信息输出给伺服系统。它由输入装置、输出装置、运算器、控制 器和存储器等组成。 其中输入装置接受控制介质送入的加工信息代 码，经识别、译码之后送到相应的存储区，作为控制和运算的原始 数据。再经过数据运算处理，由输出装置发出相应的控制指令和运 动指令，指令以脉冲形式输出。 （3） 伺服驱动系统 伺服驱动系统的作用是把来自数控装置的指令进行放大， 驱动机床 的移动部件运动，使工作台按规定轨迹移动或准确定位，加工出符 合图样要求的工件。伺服系统由伺服驱动电路、功率放大电路、伺 服电动机、传动机构和检测反馈装置组成。伺服系统的性能是决定 数控机床加工精度和生产效率的主要因素之一。 （4） 辅助控制装置 辅助控制装置是把计算机送来的辅助指令经机床接口转换成电信 号，用来控制主轴电动机的起、停、转速调整，冷却泵起、停及工 作台的转换和换刀等动作。 （5） 机床本体 数控机床是高精度和高生产率的自动化加工机床，与普通机床相 比，它结构简单，具有更好的抗震性和刚度，运动部件的摩擦因数 小，进给传动部件之间间隙小。加工制造要求更精密，并采用加强 5 刚度、减少热变形、提高精度的设计措施。它包括：主运动部件、 进给运动部件（工作台、刀架等） 、支承部件（床身、立柱等）和 转位部件（刀库、换刀机械手等） 、冷却、润滑等辅助装置。 1.3：数控机床的优点 数控机床采用了计算机数控系统， 因此也称为计算机数控机床或 cnc 机 床。数控机床作为一种新型的自动化机床、在具有高自动程度的同时还具有广泛 的通用性。 这是因为数控机床都具有以下一些共同的优点： （1）数控机床能缩短生产准备时间，增加切削加工时间的比率。最佳切削参数 和最佳走刀路线的合理使用，能够大大地缩短加工时间，提高生产率。 （2）数控机床按照程序自动加工，不需要人工干预，而且还可以利用软件进行 校正及补偿。因此，使用数控机床进行生产，可以保证零件的加工精度。稳定产 品质量。 （3）只要改变程序，就能改变数控机床刀具与工件之间的相对运动轨迹，就可 以加工不同的零件，使数控加工具备了广泛的适应性和较大的灵活性。从而能够 完成很多普通机床难以完成或者不能加工的、具有复杂型面的零件的加工。 （4）许多数控机床能够实现生产加工过程中的自动换刀，使得零件一次性装夹 之后，数控机床就能完成零件的多个加工部位的加工，真正实现了一机多用，大 节省了设备和厂房面积。生产者可以精确计算生产成本，并对生产进度进行合理 的安排，从而在事实上程度上可以加速资金的周转，切实提高经济效益。 （5）在一般情况下，数控机床在加工生产过程中不需要特别的专用夹具，普通 的通用夹具就能满足数控加工的要求。与普通机床相比，使用数控机床进行生产 时，专用夹具设计制造和存放的费用可以大大的减少。 （6）运用数控机床进行生产，能够大减轻工人的劳动强度。 6 第二章 论文内容 2.1：论文题目 毕业论文是高等职业教育教学计划的重要组成部分， 是加强理论与实际相 结合的实践性教学环节，是各专业的必修课程，在学生完成所有专业课程学习、 结合毕业实习进行。大学生活即将结束,我们也将迎接的最后一次考验和竞争就 是毕业论文。 在结合自己的所学专业和毕业实习内容的前提下， 此次的毕业论文的论题 为：数控零件加工工艺分析及加工程序编制。数控加工零件为毕业实习中具有代 表性的连接杆。 零件图如下： 2.2：数控机床的介绍 以实习单位常蔚科技股份工业公司 fanuc series 18i tb sr 20r型 数控车床为例： 7 2.2.1：机械的动作原理 本机为主轴台移动型自动车床，由下列主要构造结构构成： 注释：1：刃物台 2：主轴台 3：导套 4：背面装置 5：背面四轴装置 因刃物台是主要的加工刀具集中库，其详细结构如下图所示： 注释：01：导套 02：车刀座 03：四轴钻轴座 04：横向五轴装置 8 （1）主轴台： 、 由利用筒夹挟取棒材，可回转的主轴和由 nc 控制长方向往复运动 的移动装置构成。正面加工时材料 z 方向的移动，由主轴台进行。 （正面 加工：主轴和刀台配合加工；背面加工：背面主轴和背面 4 轴装置配合加 工，x 轴、y 轴依 cnc 控制可做往复运动，正面加工时，径方向的移动 由刃物台进行。在导套的近旁，材料接触和 z 轴( 主轴台)共同进行加工。 刃物台上装有钻孔座，4 轴(横向)装置。刀座装设车刀进行旋削加工，钻 孔座装设钻轴，进行正面钻孔，攻牙，搪孔等加工，横向 4 轴装置装设回 转工具进行横向钻孔，攻牙，搪孔等加工） （2）导 套： 将材料支撑在加工位置近旁，防止因切削负荷而造成弯曲，可进行 高精度加工。外径方向的切削负荷几乎完全由导套支撑，加工精度依存于 导套和材料间隙，因此必须使用外径精度高的材料。 （3）背面加工装置： 由背面主轴，zb 轴和 xb 轴的移动装置构成。 背面加工时材料由 zb 轴方向的移动和背面 4 轴装置共同进行；刀 具选择时 xb 轴方向的移位，由背面加工装置负责。 背面加工装置的功能如下： 1） ，材料切断面无肚脐眼加工。 2） ，zzb 轴同期制御。 3） ，背面加工。 （4）背面 4 轴装置 装设切断面加工用的刀轴，进行背面孔，攻牙，搪孔等的加工， 又如果有工具回转驱动装置时，可装设回转工具进行背面偏心孔，偏 心攻牙及铣削加工。 2.2.2：操作面板主要功能键介绍 machine ready 键： （运转准备）警报 1022(开机时)出现的 状态下按 machine ready 键，油压 on，机械准备完成，警报 1022 消去， machine ready 灯点火。 9 emenrgency stop 键：即非常停止键，非常事态发生，要让 机械立刻停止的按钮。此按钮按下时会固定住，向右旋回即释放。 no barstock 键：即材欠表示灯。加工中的材料逐渐变短， 送料机的材欠检知动作是此等点亮。 head1 键：运转模式选择键。此时 head1 侧单独运转。 simul 键：运转模式选择键。此时 head1、head2 同时运转。 head2 键：运转模式选择键。此时 head2 侧单独运转。 edit 键：编辑。程式编辑时使用。 memory 键：自动运转。依程式，使机械自动运转时使用。 mdi 键：在 cnc 操作面板输入指令，使之执行动作时使用。 job 键：手动移位。x、y、z、xb、zb 任一轴移位及正/背面主 轴夹头开时使用。 zero return 键：原点复位。各轴手动原点复归时使用。 2.2.3：送料机 保证数控车床连续持续加工承载 2.2 米长棒材的机械设备，能提 高工作效率、加工精度，减少劳动强度，实现加工自动化的机械加工配套装备。 第三章 工艺分析与选择 在自动编程过程中，加工工艺决策是加工能否顺利完成的基础，必须依据零 件的形状特点、工件的材料、加工的精度要求、表面粗糙度要求，选择最佳的加 工方法、合理划分加工阶段、选择适宜的加工刀具、确定最优的切削用量、确定 10 合理的毛坯尺寸与形状、确定合理的走刀路线，最终达到满足加工要求、减少加 工时间、降低加工费用的目的。 3.1：零件图工艺分析 数控加工零件为：连接杆，零件材料为 sus33 不锈钢，无热处理和硬度要 求，加工完成后表面镀镍。如下为对该零件的数控车削工艺分析。 （1）零件图工艺分析 该零件形状由圆柱、圆锥（倒角） 、圆孔、平面、螺纹及径向通孔组 成。其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度，表面粗糙度和角度等要求；其中长 8mm 的平面还兼有控制该零件形状误差的作用，另外 4-2.0 圆孔要求 90对 称。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为 sus33 不锈钢，无热处理和硬 度要求，加工完成后表面镀镍。 通过上述分析，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，因其公差值较小，故 编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。 2）在外轮廓上有个直径为 5mm 的圆孔 和 两 个 成 180对成的平 面，因此在加工时主轴要旋转角度，增加适当的机械间隙补偿以保证其准确的对 称性。 3）由于工业化、自动化批量生产，材料采用长 2.2 米直径 12 毫米的 sus33 不锈钢。 4）由送料机送料，主轴为专用夹头，右端面应先切断，并钻中心孔。 （2）选择设备 实习加工生产中日本 fanuc series 18i tb sr 20r 型数控车床。 （3）确定零件的定位基准和夹装方式 工件在加工时，用来确定工件在夹具中正确位置的表面（点、线、 面）称为定位基准。 1）定位基准 确定棒料轴线和右端面（即切断面，以确定加工零 点）为设计基准。 11 2）装夹方法 为适合工业自动化生产，采用专业主轴夹头夹紧， 这样能减少劳动轻度、提高加工精度。 （4）确定加工顺序及进给路线 加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左） 、先主后次、先基准后 其他、尽量减少换刀次数的原则确定。即先从右到左进行钻通孔、车外轮廓，再 钻侧孔，侧铣平面，最后车螺纹。 （5）刀具选择 1）选择2.6mm 的中心钻（正、背、上三把）钻削中心孔。 2）精车选用 45硬质合金（右偏）刀。 3）平端面选用 90的 2mm 切断刀。 4）在加工两个 2mm 槽时，选用专用 2mm 的切槽刀 5）车螺纹选用硬质合金 60外螺纹车刀。 6）加工零件台阶处时选用 45硬质合金反偏（左偏）刀。 7）正面钻6mm 孔时选用刀尖角 120直径 6mm 的钻头。 8）背面钻m50.8孔时， 先选用刀尖角1204.3mm的钻头钻孔， 后用 m50.8 的丝锥攻牙。 9）钻削外轮廓上 m50.8 的螺纹孔时，先选用刀尖角 120 4.3mm 的钻头钻孔，后用 m50.8 的丝锥攻牙。 10） 车铣长 8mm 的两个平面时选用6mm 的平头铣刀，分两次 完成。 12 （6）拟定数控加工刀具卡片 将所选刀具参数填入数控加工刀具卡片中，以便编程和操作管理： 产品名称或代号 零件名 称 螺纹钢 管 零件图号 序号 刀具号 刀具规格名称 数量 加工部位 备注 1 t1100 2.6mm中心钻 1 正面钻2.6mm 中心孔 2 t1200 6mm 中心钻 1 正面钻6mm 孔 3 t100 90切断刀 1 切端面及零件切断 4 t300 60外螺纹车刀 1 车螺纹 5 t200 2mm 切槽刀 1 加工 2mm 槽 6 t500 45精车刀 1 车外轮廓 右偏 刀 7 t600 车牙刀 1 车外牙 8 t3100 2.6mm中心钻 1 侧面钻2.6mm 中心孔 9 t3200 4.3 中心钻 1 侧面钻孔 10 t3300 6mm铣刀 1 车铣长 8mm 的平面 11 t3400 m50.8 的丝锥 1 侧面攻牙 12 t2100 2.6mm 中心钻 1 背面钻2.6mm 中心孔 13 t2200 4.3 中心钻 1 背面钻孔 14 t2400 m50.8 的丝锥 1 背面攻牙 编制 审核 批准 （7）切削用量的选择 1）背吃刀量 ap(mm)的选择 为了保证零件的加工精度和表面粗糙 度，一般应留一定的余量进行精加工。背吃刀量 ap 根据加工余量和 工艺系统的刚度确定。 粗车轮廓循环时选 ap=3mm， 精车 ap=0.25mm， 车螺纹时 ap=0.1mm。粗加工时，在留下精加工、半精加工的余量后， 尽可能一次走刀将剩下的余量切除；若工艺系统刚性不足或余量过大 不能一次切除，也应按先多后少的不等余量法加工。第一刀的 ap 应 13 尽可能大些，使刀口在里层切削，避免工件表面不平及有硬皮的铸锻 件。当冲击载荷较大（如断续表面）或工艺系统刚度较差（如细长轴、 镗刀杆、机床陈旧）时，可适当降低 ap，使切削力减小。 2） 进给速度 f(mm/min 或 mm/r)的选择 进给速度是数控机床切削用 量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工 件材料等因素，参考切削用量手册，合理选择进给速度。粗车每转进 给量为 0.4mm/r，精车每转进给量为 0.15mm/r，由 v=nf 得，粗车、精 车进给速度分别为 200mm/min 和 180mm/min。还应注意零件加工中 的某些特殊因素。比如在轮廓加工中，选择进给量时，应考虑轮廓拐 角处的超程问题。特别是在拐角较大、进给速度较高时，应在接近拐 角处适当降低进给速度，在拐角后逐渐升速，以保证加工精度。 3）切削速度 vc（m/min）的选择 根据已经选定的背吃刀量、进给 量及刀具耐用度选择切削速度。粗车切削速度 vc=90m/min、精车切 削速度 vc=120m/min。在选择切削速度时，还应考虑：应尽量避开积 屑瘤产生的区域；断续切削时，为减小冲击和热应力，要适当降低切 削速度；在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速 度；加工大件、细长件和薄壁工件时, 应选用较低的切削速度；加工 带外皮的工件时，应适当降低切削速度；工艺系统刚性差的，应减小 切削速度。 4）主轴转速 n(r/min) 主轴转速一般根据切削速度 vc 来选定。 利用 公式 vc=dn/1000 计算主轴转速 n：粗车 500r/min、精车 1200r/min。车螺纹、钻孔时主轴转速 320r/min。数控机床的控制 面板上一般备有主轴转速修调(倍率)开关， 可在加工过程中对主轴 转速进行整倍数调整。 5）切削宽度 l（mm） 一般 l 与刀具直径 d 成正比，与切削深度成反比。在数控加工 中，一般 l 的取值范围为: l=(0.60.9)d。 （8）拟定数控车削加工工序卡片 综合前面分析的各项内容，并将其填入数控加工工序卡片。 14 产品名称或代号 零件名称 零件图号 单位名 称 螺纹钢管 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 001 液压夹具和背面加工 装置 fanuc18itb sr 20r 型数控车床 数控中心 工步号 工步内容 刀具号 刀具规格 /mm 主轴转速 /r/min 进给速度 /mm/min 被吃刀量 /mm 备注 1 切端面 t100 25*2 500 自动 2 钻中心孔 t1100 5 450 自动 3 钻直径 9.3mm 孔 t1200 9 500 自动 4 钻直径 5.8mm 孔 t1300 5.5 500 自动 5 车轮廓 t400 45*25 1000 200 1.5 自动 6 钻侧孔 t3300 2 自动 7 钻铣平面 t3400 5 1500 190 0.025 自动 8 车螺纹 t300 60*15 320 960 0.1 自动 编制 审核 批准 年 月 日 共 页 第 页 15 m 指 令 内容 m指令内容 m 指 令 内容 m指令内容 moo 程式停止 m65 切屑搬送关 mo1 程式特殊停止 m68 z 轴扭力限制开 m03 主轴正转 m69 z 轴扭力限制关 m04 主轴反转 m77 单段无效 m05 主轴停止 m78 单段有效 m06 主轴固定开 m79 q 指令有效 m07 主轴固定关 m80 材欠拾出开 m08 正面 c 轴开 m81 材欠拾出关 m09 正面 c 轴关 m82 正背面主轴回转同期制御 开 m10 主轴夹紧 m83 正背面主轴回转同期制御 关 m11 主轴松开 m84 运输带开 m12 长物夹持开推力关 m85 运输带关 m13 长物夹持关推力开 m88 切削移位倍率 100%开 m20 一个加工完了停止 m89 切削移位倍率 100%关 m21 形状错换防止开 m98 呼叫子程式 m22 形状错换防止关 m99 程式结尾 m23 不完全牙开 m110 背面主轴夹紧关 m24 不完全牙关 m111 背面主轴夹紧开 m25 切削液开 m116 制品接收器 a 夹取开始 m26 切削液关 m117 制品接收器 a 排出开始 m27 切断刀破损换出开 m125 切削液 2 阀门 1 开 m29 刚性攻牙正面 m126 切削液 2 阀门 1 关 m36 回转工具正转 m127 y 轴回转工具复位 m37 回转工具反转 m145 切削液 2 阀门 2 开 m38 回转工具停止 m146 切削液 2 阀门 2 关 m40 z-zb 同期制御开 m147 切削液 2 阀门 3 开 m41 z-zb 同期制御关 m148 切削液 2 阀门 3 关 m62 自动材料供给装置推力开 m150 回转磨具导套开 m63 自动材料供给装置推力关 m151 回转磨具导套关 m64 切屑搬送开 m152-m159预备 m 指令开/关 m200-m999互相等待指令 16 g 码 机能 备注 限制 g 码 机能 备注 限制 g00 点定位 0 0 g01 直线插补 0 0 g02 圆弧顺时针插补 0 0 g03 圆弧逆时针插补 0 0 g04 暂停 0 0 g10 程式内补正值输入 0 0 g17 xy 平面选择 + + g18 zx 平面选择 0 0 g19 yz 平面选择 + + g25 主轴速度变动检出开 0 0 g26 主轴速度变动检出关 单独单段指令 0 0 g28 自动原点复位 0 0 g30 0 0 g32 车牙 0 0 g34 可变化导程车牙 0 0 g40 刀补关 0 0 g41 刀补左 0 0 g42 刀补右 0 0