两件套的机械加工工艺设计与数控程序编制和加工.doc

职业技术学院毕业设计说明书 题 目： XD02两件套的机械加工工艺设计与数控程序编制和加工 院 系： 专 业： 数控技术 班 级： 13数控301班 学生姓名： 学 号： 2013031050101 同组学生： 胡傲 指导教师： 胡毅光 企业指导教师： 罗军 完成日期： 2016 年 5 月 20 日 目 录摘 要4ABSTRACT51概述61.1数控机床定义61.2 数控机床特点61.3数控机床的组成62数控加工工艺分析72.1数控加工工艺概念72.2数控加工工艺内容72.3工序与工布的划分工序的划分83数控NC程序编程83.1数控编程的基本概念83.2数控编程步骤93.3数控车床程序的编制94数控刀具的选用104.1 数控机床的刀具特点104.2 刀具材料104.2.1、 硬度114.2.2、耐磨性114.2.3、强度韧性114.2.4、耐热性114.2.5、导热性和膨胀系数114.2.6、工艺性114.3数控刀具的选择115夹具选择和装夹125.1夹具的分类126.零件的结构工艺性分析、零件图、毛坯图136.1工艺性分析136.2 装配图146.4工艺方案156.5工艺路线方案比较分析166.6粗、精加工基准的选择176.7粗、精加工基准如图下17表6-4 加工阶段装备选择177 程序代码198产品检验报告21后 记22参考文献23致 谢24 摘 要数控（英文名字：NumericalControl简称:NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。数控车床种类较多，但主体结构都是由：车床主体、数控装置、伺服系统三大部分组成。NC编程就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。 数控机床程序编制过程主要包括：分析零件图纸、工艺处理、数学处理、编写零件程序、程序校验。 机床夹具的种类很多，按使用机床类型分类，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具和其他夹具等。按驱动夹具工作的动力源分类，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具和自夹紧夹具等。关键词：数控; 车床; 编成; 加工 ABSTRACT NC (English name: Numerical Control, NC) technology is to point to use Numbers, words and symbols of digital command to achieve one or more machinery equipment action Control technology. Numerical control lathe is currently the most widely used one of nc machine tools. CNC lathe is mainly used for machining shaft, plate axisymmetrical parts. Through the operation of the nc machining program, can automatically complete inside and outside the cylinder, cone surface, forming surface, threads and transverse processes such as machining, and for turning, drilling, reaming, reaming, etc. Numerical control lathe sort is more, but the main structure is: the subject, CNC lathe equipment, servo system is composed of three parts. NC programming is to machining sequence of parts, the size of the tool motion trajectory data, process parameters (the main motion and feed motion velocity, cutting depth) and auxiliary operation (in knife, spindle and reversing, cooling fluid switch, cutting tool clamping, loose, etc.) and processing information, using rules text, Numbers, symbols of code, write into a processing program according to certain format.CNC programming process mainly includes: analysis of drawings, process processing, math processing, program, check writing part. Many different kinds of machine tool fixture, by using machine type classification, can be divided into the lathe clamp, milling machine, drill press clamp, boring machine, machining center fixture and other fixtures, etc. According to the power source of the driven clamp work classification, can be divided into manual clamp, pneumatic clamp, hydraulic clamp, electric clamp, magnetic force and the clamping fixture, etc. Key words: CNC; Lathe; Weave; processing1概述1.1数控机床定义NC（Computernumericalcontrolmachinetools）的简称，是一种装有程序控制系统的自动化机床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。数控机床种类繁多，由数控系统通过伺服驱动系统去控制各运动部件的动作，主要用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工，具有高精度、高效率、高柔性化等综合特点，适合中小批量形状复杂零件的多品种、多规格生产。1.2 数控机床特点数控机床有如下特点: 1、加工精度高，具有稳定的加工质量。 2、可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件。 3、加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间。 4、机床本身的精度高、刚性大,可选择有利的加工用量，生产率高（一般为普通机床的35倍） 5、机床自动化程度高，可以减轻劳动强度。 6、对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高。1.3数控机床的组成1 主机，他是数控机床的主题，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。他是用于完成各种切削加工的机械部件。 2 数控机床 、数控装置，是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路)CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 3、驱动装置，他是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 4、辅助装置，指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 5、编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。2数控加工工艺分析2.1数控加工工艺概念 1数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程中。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。 2数控加工工艺过程，是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。2.2数控加工工艺内容1、选择并确定进行数控加工的内容。 2、对零件图样进行数控加工工艺分析。3、零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定。4、数控加工工艺方案的制定。5、工步、进给路线的确定。6、选择数控机床的类型。7、刀具、夹具、量具的选择和设计。8、切削参数的确定。9、加工程序的编写、校验与修改。10、首件试切加工与现场问题处理。 2.3工序与工布的划分工序的划分1在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。首先应根据图样，考虑是否可以在一台机床上完成整个零件的加工工作。若不能，则应决定其中那一部分在数控机床上加工，那一部分在其他机床上完成。一般工序划分有以下几种方式： 2、按零件装卡定位方式划分工序由于每个零件结构形状不同，各加工表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。 3、按粗、精加工划分工序根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗加工再精加工。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工。通常在一次安装中，不允许将零件某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其他表面。3数控NC程序编程 3.1数控编程的基本概念 1、编程就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。数控机床程序编制过程主要包括：分析零件图纸、工艺处理、数学处理、编写零件程序、程序校验。 3.2数控编程步骤1、分析零件图样和工艺处理根据图样对零件的几何形状尺寸，技术要求进行分析，明确加工的内容及要求，决定加工方案、确定加工顺序、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合的切削用量等。同时还应发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力，正确选择对刀点，切入方式，尽量减少诸如换刀、转位等辅助时间。2、数学处理编程前，根据零件的几何特征，先建立一个工件坐标系，根据零件图纸的要求，制定加工路线，在建立的工件坐标系上，首先计算出刀具的运动轨迹。对于形状比较简单的零件（如直线和圆弧组成的零件），只需计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值。3、编写零件程序清单加工路线和工艺参数确定以后，根据数控系统规定的指定代码及程序段格式，编写零件程序清单。4、程序输入5、程序校验与首件试切 3.3数控车床程序的编制数控车削加工包括内外圆柱面的车削加工、端面车削加工、钻孔加工、螺纹加工、复杂外形轮廓回转面的车削加工等。1、F功能：F功能指令用于控制切削进给量。在程序中，有两种使用方法F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r；F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为mm/min。2、S功能S后面的数字表示主轴转速，单位为r/min。S后面的数字表示的是最高转速：r/min。S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。3、T功能：T功能指令用于选择加工所用刀具。T后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。但也有T后面用四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。4、M功能：M00：程序暂停，可用NC启动命令（CYCLESTART）使程序继续运行；M01：计划暂停，与M00作用相似，但M01可以用机床“任选停止按钮”选择是否有效；M03：主轴顺时针旋转；M04：主轴逆时针旋转；M30：程序停止，程序复位到起始位置。例如一些常用的编程代码：G90绝对值输入；G31等导程螺纹切削G91相对值输入；G32跳步功能G00快速点定位；M02、M03程序结束4数控刀具的选用 4.1 数控机床的刀具特点数控加工对刀具的要求不仅精度高、强度而且要求尺寸稳定、安装调整方便。切削刀具由传统的机械工具实现了向高科技产品的飞跃，刀具的切削性能有显著的提高。切削技术由传统的切削工艺向创新制造工艺的飞跃，大大提高了切削加工的效率。刀具工业由脱离使用、脱离用户的低级阶段向面向用户、面向使用的高级阶段的飞跃，成为用户可利用的专业化的社会资源和合作伙伴。切削刀具从低值易耗品过渡到全面进入“三高一专（高效率、高精度、高可靠性和专用化）”的数控刀具时代，实现了向高科技产品的飞跃。成为现代数控加工技术的关键技术。与现代科学的发展紧密相连，是应用材料科学、制造科学、信息科学等领域的高科技成果的结晶。 4.2 刀具材料数控车床使用的刀具材料一般为高速钢、硬质合金、涂层硬质合金和陶瓷。在数控切削加工时，数控刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受很大的压力和摩擦，数控刀具在高温下进行切削的同时，还承受切削力、冲击和振动，因此数控刀具材料应满足以下基本条件4.2.1、 硬度具材料必须具有高于工件材料的硬度，常温硬度应在62HRC以上，并要求保持较高的高温硬度。4.2.2、耐磨性耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力，它是刀具材料力学性能、组织结构和化学性能的综合反映。4.2.3、强度韧性一种好的刀具材料，应根据它的使用要求，兼顾硬度和耐磨性两方面的性能，有所侧重。满足高切削力、冲击和振动的条件。4.2.4、耐热性数控刀具材料应在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和韧性，并有良好的抗扩散、抗氧化能力4.2.5、导热性和膨胀系数在其他条件相同的情况下，刀具材料的热导率越大，则由刀具传出的热量越多，有利于降低切削温度和提高刀具使用寿命。线膨胀系数小，则可减少刀具的热变形。4.2.6、工艺性为了便于制造，要求数控刀具材料有较好的可加工性，包括锻、轧、焊、切削加工和可耐磨性、热处理特性。材料的高温特性对热轧刀具十分重要。 4.3数控刀具的选择 1、刀片形状的选择：正型（前角）刀片：对于内轮廓加工，小型机床加工，工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负型（前角）刀片：对于外圆加工，金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。 2、一般外圆车削常用80凸三角形、四方形和80菱形刀片；仿形加工用55、35菱形和圆形刀片；在机床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片，反之选择刀尖角较小的刀片。3、前角的作用。大负前角用于：切削硬材料；需切削刃强度大，以适应断续切削、切削含黑皮表面层的加工条件。大正前角用于：切削软质材料易切削材料被加工材料及机床刚性差时。4、后角的作用：小后角用于：切削硬材料；需切削刃强度高时。大后角用于：切削软材料；切削易加工硬化的材料。 5、主偏角的作用：大主偏角用于：切深小的精加工；切削细而长的工件；机床刚性差时。小主偏角用于：工件硬度高，切削温度大时；大直径零件的粗加工；机床刚性高时。6、副偏角具有减少已加工表面与刀具摩擦的功能。一般为515。7、刃倾角是前刀面倾斜的角度。重切削时，切削开始点的刀尖上要承受很大的冲击力，为防止刀尖受此力而发生脆性损伤，故需有刃倾角。推荐车削时为35。 5夹具选择和装夹 5.1夹具的分类 1机床夹具的种类很多，按使用机床类型分类，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具和其他夹具等。按驱动夹具工作的动力源分类，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具和自夹紧夹具等。按专门化程度可分为以下几种类型的夹具：通用夹具是指已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具。如三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳和万能分度头等。这类夹具主要用于单件小批生产。专用夹具是指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具。结构紧凑，操作方便，主要用于固定产品的大量生产。组合夹具是指按一定的工艺要求，由一套预先制造好的通用标准元件和部件组装而成的夹具。使用完毕后，可方便地拆散成元件或部件，待需要时重新组合成其他加工过程的夹具。适用于数控加工、新产品的试制和中、小批量的生产。可调夹具包括通用可调夹具和成组夹具，它们都是通过调整或更换少量元件就能加工一定范围内的工件，兼有通用夹具和专用夹具的优点。通用可调夹具适用范围较宽，加工对象并不十分明确；成组夹具是根据成组工艺要求，针对一组形状及尺寸相似、加工工艺相近的工件加工而设计的，其加工对象和范围很明确，又称为专用可调夹具。数控机床夹具常用通用可调夹具、组合夹具。6.零件的结构工艺性分析、零件图、毛坯图 6.1工艺性分析该零件的材料为45#锻件，毛坯为10060mm,10060mm两件。由图可知，该零件主要1的加工内容为斜坡、内孔、倒角，精加工表面粗糙度全部为1.6m，其余为3.2m，24同轴度为0.025.46同轴度为0.04。 6.2 装配图 6.3毛坯图100mm x 60mm 棒料6.4工艺方案表6-1 工艺路线方案一工序号加工工序工序1零件一平端面至尺寸95mm工序2车右端面20、24、30、40面工序3车槽17工序4车20的螺纹工序5左端面钻车20孔工序6车左端面56工序7车46、24内孔工序8零件二平左端面工序9车左端面34、45的面工序10左端面钻16的孔工序11车左端面内孔24表4-2 工艺路线方案一工序12平右端面34mm至尺寸工序13车右端面内螺纹M20mm（2）方案二表6-2 工艺路线方案二工序号加工工序工序1零件一平左端面工序2左端面钻车20孔工序3车左端面56工序4车46、24内孔工序5平端面至尺寸95mm工序6车右端面20、24、30、40面工序7车槽17工序8车20的螺纹工序9零件二平左端面工序10车左端面34、45的面工序11左端面钻16的孔工序12车左端面内孔24工序13平右端面34mm至尺寸工序14车右端面内螺纹M20mm 6.5工艺路线方案比较分析 工艺路线一优点在于刀具车削是从上往下铣削加工路线明了，缺点在于时间要长。工艺路线二有点在于车削时间短，缺点在于铣削量大，精度难以保证。所以我选工艺路线一作为加工路线。表6-3 工艺过程卡（单位）机械加工工艺过程卡片产品型号零件图号1产品名称零件名称棒料材料45毛坯种类锻件毛坯尺寸60X100备注工序号工序名称工序内容车间工段设备工艺装备工时10数车零件一车右端面（20、24、30、40）数控加工车间 车削CYNC-400P三角卡盘20数车零件一右车槽17、车20的螺纹数控加工车间 车削CYNC-400P三角卡盘30数车零件一左端面车46、24内孔数控加工车间 车削CYNC-400P三角卡盘40数车零件二平左端面（34、45)数控加工车间 车削CYNC-400P三角卡盘50数车零件二平左端面(内孔24数控加工车间 车削CYNC-400P三角卡盘60数车零件二平左端面内螺纹M20mm数控加工车间车削CYNC-400P三角卡盘编制审核批准共*页第*页6.6粗、精加工基准的选择选择定位基准时，是从保证工件加工精度要求出发的，因此，定位基准的选择应先选择精基准,再选择粗基准。根据零件图我选择基准统一原则 6.7粗、精加工基准如图下表6-4 加工阶段装备选择 刀号设备名称及型号夹具名称及型号刀具名称及型号工具名称及型号量具名称及型号备注1CYNC-400P三爪卡盘 35外圆刀游标卡尺、千分尺2CYNC-400P三爪卡盘4mm槽刀游标卡尺、千分尺3CYNC-400P三爪卡盘60度螺纹刀游标卡尺、千分尺4CYNC-400P三爪卡盘95度内孔刀游标卡尺、千分尺 表6-5 切削参数刀号余量设备刀具主轴转速n切削速度V切削深度ap进给量f工时10.8CA6140 35外圆刀100020.8CA61404mm槽刀5003CA614060度螺纹刀10000.20.1240.8CA614095内孔刀500 7 程序代码 零件一 左端 O0102G99G40T0101G00X150Z200M03S800G00X60Z2G01X56Z-22F0.1G00X150Z200T0303M03S800G00X150Z200X20Z3G71U1R0.3G71P1Q2V-0.8W0.05F0.1N1G00X46G01Z0F0.08S1000X46Z-13X24Z-26N2X20G70P1Q2G00Z200X150T0100M30 右端O011G99G40T0101G00X150Z200M63S800G00X60Z2G71U1.5R1G71P10Q20U0.8W0.05F0.25N10G00X18.5G01Z0F0.1X20Z-1.5Z-20X24Z-35X30X40W-20Z0W-16G02X48Z-75R4G01X56N0X60G00X150Z200T0202G00X52Z2G20P10Q20G00X150Z180T0303M03S500G00X150Z200X47Z-20G01X11F0.05X25F0.15G00X150Z100T0404M03S600G00X150Z200X24Z5G92X19.5Z-18.5F2X19X18.5X18.0X17.5G00X150Z200 零件2 左端T0101G99G40M03S800G00X150Z180X52Z2G71P1Q2U0.8W0.1F0.25N1G00X34G01Z0F0.1X34G01Z0F0.1X34Z15G02X38Z-19R2G01X45Z-35N2X52G70P1Q2G00X150Z-180右端T0202M03S800G00X150Z180X20Z2G00X150Z180X20Z2G71U1.5R1G71P3Q4U-0.8W0.1F1N3G00X24G01Z0F1.5Z-15X20N4X20X20N4X20G00Z200X150M308产品检验报告零件名称技术要求测量工具测量结果是否合格备注两件套950.0.350100mm千分尺95合格46+0.03050mm千分尺46.01合格24-0.033050mm千分尺23.999合格40-0.02050mm千分尺39.99合格34-0.04050mm千分尺33.98合格24+0.02050mm千分尺24.01合格后 记毕业设计到此已经告一段落了，通过这个产品从编程到数控加工的全过程，我对编程有了更为深刻的理解。通过数控工艺分析过程，从分析零件图、工件到选择毛坯、装夹方式、刀具等，这些都是以前所学知识的汇总，同时也知道自己还有很多没掌握的知识，因为有的内容是我查阅了大量的书籍才得到的，所以在许多方面还得努力。在数控