职业学院数控毕业论文-利用数控车床来加工零件

太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 1 太原城市职业技术学院太原城市职业技术学院 毕业设计说明书毕业设计说明书 题目题目 系系部部机电工程系机电工程系 专专业业数控数控 指导教师指导教师荆登峰荆登峰 班班级级1012 班班 学生姓名学生姓名刘二庆刘二庆 2013 年年6 月月13 日日 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 2 摘摘要要 此次的毕业设计主要解决的问题是零件的装夹、刀具的对刀、工艺路线的制订、工序与工步的划分、 刀具的选择、切削用量的确定、车削加工程序的编写、机床的熟练操作。 运用数控原理、数控工艺、数控编程、专业软件等专业知识和数控机床实际操作的一次综合练习， 能让我感触当代科学的前沿，体验数控魅力，为人们的生活带来方便，进一步认识数控技术，熟练数控 机床的操作，掌握数控，开发数控内在潜力。 关键词：工艺分析、夹具的选择、工艺路线、刀具选择、数控编程 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 3 目目录录 第一章第一章 零件图工艺分析零件图工艺分析.7 第一节 数控加工工艺基本特点.8 第二节 设备选择.8 第三节 确定零件的定位基准和装夹方式.9 一、粗基准选择原则.9 二、精基准选择原则.9 三、定位基准.9 四、装夹方式.9 第四节 加工方法的选择和加工方案的确定.11 一、加工方法的选择.11 二、加工方案的确定.11 第五节 工序与工歩的划分.12 一、按工序划分.12 二、工歩的划分.12 第六节 确定加工顺序及进给路线.13 一、零件加工必须遵守的安排原则.13 二、进给路线.13 第七节 刀具的选择.14 第八节 切削用量选择.16 一、背吃刀量的选择.16 二、主轴转速的选择.16 三、进给速度的选择.17 第九节 编程误差及其控制.17 一、编程误差.17 二、误差控制.17 第二章第二章 编程中工艺指令的处理编程中工艺指令的处理.17 第一节 常用 G 指令代码功能表.17 第二节 常用 M 指令代码功能表.19 第三章第三章 程序编制及模拟运行、零件加工或精度自检程序编制及模拟运行、零件加工或精度自检. 20 第一节 程序编制.20 第二节 模拟运行.24 第三节 零件加工.24 第四节 精度自检.24 参考文献参考文献.25 致致 谢谢.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 5 前前言言 数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。它广泛用于机械制造和自动化领域，较好 地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。随着科技的迅猛发展，自动控制技术 已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。同时，社会经济的飞速发展，对数控装 置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。数控加工和编程毕业设计是数控专业教学体 系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们学会了对相关学科中 的基本理论、基本知识进行综合运用，同时使对本专业有较完整的、系统的认识，从而达到巩固、扩大、 深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力，以及培养了科学的研究和创造能 力。 数控技术不断的发展，数控技术很快会普极中国工业基地，成为工业发展的标志，数控技术的成熟 也是当代科技发展的标志，所以数控技术也是国家经济的体现，中国经济正加快向新兴工业化道路发展， 制造业已成为国民经济的支柱产业。先进数控技术的广泛使用，导致数控应用型人才严重短缺、作为当 代的数控技术的学者我感到无比的荣幸，又感到无比的艰巨。 本毕业设计内容主要是详细叙述利用数控车床来加工零件。大致包含了数控技术特点的阐述、零件 的工艺的分析过程、加工中一些问题的解决方法、数控加工过程、数控编程、机床操作与零件自检过程 等，另外还有参考文献、致谢。 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 6 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 7 第一章第一章 零件图工艺分析零件图工艺分析 零件车削工艺分析图 1.1 所示，零件材料处理为：45 钢，调制处理 HRC2636，下面 对该零件进行数控车削工艺分析。 零件如图： 图 1.1 零件图 技术要求： 以小批量生产条件编程。 不准用砂布及锉刀等修饰表面。 未注倒角 0.545C。 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 8 第一节第一节 数控加工工艺基本特点数控加工工艺基本特点 数控机床加工工艺与普通机床加工原则上基本相同，但数控机床是自动进行加工，因 而有如下特点：数控加工的工序内容比普通机床的加工内容复杂，加工的精度高，加工 的表面质量高，加工的内容较丰富。数控机床加工程序的编制比普通机床工艺编制要复 杂些。这是因为数控机床加工存在对刀、换刀以及退刀等特点，这都无一例外的变成程序 内容， 正是由于这个特点， 促使对加工程序正确性和合理性要求极高， 不能有丝毫的差错。 否则加工不出合格的零件。 在编程前我们一定要对零件进行工艺分析，这是必不可少的一步，如图 1.1 我要对该 零件进行精度分析，选择加工方法、拟定加工方案、选择合理的刀具、确定切削用量。该 零件由螺纹、圆柱、圆锥、圆弧、槽等表面组成，其中由较严格直径尺寸精度等要求。 为便于装夹，为了保证工件的定位准确、稳定，夹紧方面可靠，支撑面积较大，零件 的右端是螺纹，中段最大的直径的圆柱40mm。右端是依次相连的圆弧，显然右端都是圆 弧相连不可能装夹，所以应留在最后加工，应先装夹毛坯加工出左端圆柱及椭圆。调头装 夹40mm 的圆柱加工右端圆弧，毛坯选45120mm。 第二节第二节 设备选择设备选择 根据该零件的外形是轴类零件，比较适合在车床上加工，由于零件上既有切槽尺寸精 度又有圆弧数值精度,在普通车床上是难以保证其技术要求。 所以要想保证技术要求,只有 在数控车床上加工才能保证其加工的尺寸精度和表面质量。 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 9 第三节第三节 确定零件的定位基准和装夹方式确定零件的定位基准和装夹方式 一、一、粗基准选择原则粗基准选择原则 （1）为了保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选不加工表面作粗基准。 （2）合理分配各加工表面的余量，应选择毛坯外圆作粗基准。 （3）粗基准应避免重复使用。 （4）选择粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷。以便定位可靠。 二、二、精基准选择原则精基准选择原则 （1）基准重合原则：选择加工表面的设计基准为定位基准； （2）基准统一原则，自为基准原则，互为基准原则。 三、三、定位基准定位基准 综合上述，粗、精基准选择原则，由于是轴类零件，在车床上只需用三抓卡盘装夹定 位，定位基准应选在零件的轴线上，以毛坯45mm 的棒料的轴线和右端面作为定位基准。 四、四、装夹方式装夹方式 数控机床与普通机床一样也要全里选择定位基准和夹紧应力求设计、工艺与编程计算 的基准统一，减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面，避免采 用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。装夹应尽可能一次装夹加工出 全部或最多的加工表面。由零件图可分析，我应先装夹毛坯45mm 的棒料的一端，夹紧 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 10 其 38mm 的长度加工圆柱及椭圆。一直加工到零件右端的30mm，然后将棒料卸下。装夹 40mm 的圆柱表面，加工另一端的圆弧。这样两次装夹即可完成零件的所有加工表面， 且能保证其加工要求。装夹图如下： 图 1.3.1加工螺纹的装夹图 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 11 图 1.3.2 加工圆弧的装夹图 第四节第四节 加工方法的选择和加工方案的确定加工方法的选择和加工方案的确定 一、一、加工方法的选择加工方法的选择 加工方法的选择原则是在保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的前提下，兼顾生产 效率和加工成本。在实际选择中，要结合零件形状、尺寸大小、热处理要求和现有生产条 件等全面考虑。因为该零件是轴类零件，比较适合在车床上加工，又经过对零件图尺寸分 析，尺寸精度比较高。在普通车床是难以保证其尺寸精度、表面粗糙度，所以应该选择在 数控车床上加工。 二、二、加工方案的确定加工方案的确定 零件上精度比较高度表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。 该零件有两种加工方案：直接用三抓卡盘装夹、调头加工。用三抓卡盘装夹夹紧和自 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 12 由端活动顶尖，经试验论证第二种方案装夹困难，对刀、退刀及换刀相当困难，所以在这 里选择第一种方案加工，能够保证其技术要求。 第五节第五节 工序与工歩的划分工序与工歩的划分 一、一、按工序划分按工序划分 工序划分有三种方法按零件的装夹定位方式划分按粗、精加工划分工序 按所用的刀具划分工序。 由于零件需要调头加工，如果按粗、精加工划分工序。在调头加工前后各有一次粗加 工和精加工，显得比较繁琐，所以不可取；如果按所用的刀具划分工序，刀具有四把，虽 然不多，但是在调头加工前后至少要重复使用三把刀，而同一把刀的两次粗、精加工分别 在调头加工前后，加工内容不连续，所以也不合理，不易划分工序；只有按零件的装夹定 位方式划分工序比较符合该零件的加工工序，且能保证两次装夹的位置精度，每一次装夹 为一道工序。该零件只需调头前、后加工两道工序即可完成所有的加工表面，且能保证各 尺寸精度及表面粗糙度。 二、二、工歩的划分工歩的划分 因为每一把刀在粗加工的背吃刀量一致，在精加工中背吃刀量相同，不易划分工歩； 这里选用加工不同的表面来划分工序就比较容易： 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 13 车削左端的工歩为:45外圆车刀平端面60外圆车刀右端面外圆车刀车削 1.545的倒角，R10mm 圆弧圆柱20mm锥度40mm 圆弧椭圆切 槽刀切槽刀宽 5mm。 调头加工车削的工歩为：45外圆车刀平端面60外圆车刀右端面外圆车刀圆 柱30mm圆弧 R80mm圆柱30mm切槽刀切槽刀宽 5mm螺纹刀车削螺纹。 第六节第六节 确定加工顺序及进给路线确定加工顺序及进给路线 一、一、零件加工必须遵守的安排原则零件加工必须遵守的安排原则 （1）基面先行先加工基准面为后面的加工提供经基准面，所以我应线平右 端面作为基准面。 （2）先主后次由于所加工的表面均为重要表面，所以应按照顺序从右到左 依次加工 R10mm，40mm，椭圆，切槽调头后一次加工30mm，R80mm，切槽，螺纹等。 （3）先粗后精先车削去大部分的金属余量，再进行成形切削保证零件的尺 寸要求和质量要求。 （4）先面后孔由于该零件没有孔，所以在该处不做考虑。 二、进给路线二、进给路线 在数控加工中，刀具好刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。编程时，加工路线 的确定原则主要有以下几点： 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 14 （1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高； （2）使数值计算简单，以减少编程工作量； （3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空行程时间。 （4）确定加路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定一次 走刀，还是多次走刀来完成所有加工表面，具体综合上面进给线的特点再根据具体零件具 体分析，我确定该零件的进给路线有两步： 第一步: 车削不带有的螺纹的一端，从右到左先粗车外轮廓到切槽，精车外形路线统 粗车一样，最后再换刀切削螺纹。如图 4.2 螺纹加工路线。 第二步: 车削带有螺纹的一端，从右到左先粗车外轮廓，切槽，加工螺纹后 2mm 后精 车外形路线同粗车一样。 第七节第七节 刀具的选择刀具的选择 刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响 加工质量。编程时，选刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统 的加工方法相经，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度高、红硬性好、耐用度 高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，能适应高速和大切削用量切削。选刀具时，要使刀具 的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。接合零件轮廓相对还是较复杂，所以具体选刀 如下： 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 15 1、平端面可选用60WC-Co 的硬质合金外圆车刀， 粗车、 精车及在这里我选择一把硬质合金 右端面外圆车刀. 2、切槽时由于零件中槽宽50.04mm，一般都选刀宽4mm,刀杆2525mm 材料为高速钢 W18CrV4R 的切断刀，切槽时选用5mm 刀宽即可。 3、切螺纹时为了保证其螺纹刀的强度这里选用 W18CrV4R 高速金60外螺纹车刀，为了保证 螺纹牙深，刀尖应小于轮廓最小圆弧半径 R，R=0.150.2mm。刀具选材料参照 金属切削 与刀具实用技术一书表1-3即可。 表1.7.1 数控车加工刀具卡片 序 号 刀 具 号 刀具规格名称 数 量 加工表面 1T01 45硬质合金 外圆车刀 1平端面 2T0260外圆车刀1 粗车轮廓、 精车轮廓 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 16 第 八 节第 八 节切削用量切削用量 选择选择 切削用量包括主 轴转速 （切削速度） 、 切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并 应编入程序单内。 合理选择切削用量的原则是：粗加工是，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成 本；精加工进，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性加工成本。具体数值应根 据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。 一、背吃刀量的选择一、背吃刀量的选择 零件轮廓粗车循环时选 ap=2mm，精加工时选 ap=0.25mm，螺纹粗车时选 ap=0.5mm，逐刀减少 粗车4次后，精车时选 ap=0.1mm。这里粗车 ap 值、精车 ap 值都是金属切削与刀具实用技术 一书。 二、主轴转速的选择二、主轴转速的选择 粗车直线和圆弧时 n=800r/min，精车时 n=1500r/min，切槽时 n=600r/min，切螺纹时 n=300r/min，精车时选 n=300r/min。粗车和精车的主轴转速的选取都是根据平时上课所讲的及 前人的实践经验所给定的。 3T03 高 速 钢 切 槽 刀，刀宽5mm 1切槽 4T04 60高速钢外 螺纹车刀 1车削螺纹 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 17 三、进给速度的选择三、进给速度的选择 粗车直线、圆弧时选 F=150mm/min，精车时选 F=50mm/min，切槽时选 F=8mm/min，粗车螺纹 时选 F=100mm/min，精车时选 F=50mm/min。参照数控加工与编程一书表1-2选取。 综上所述，工艺卡片上其主要内容有：工步分析、工步内容、各工步所用的主轴转速、刀具 及进给速度。 第九节第九节 编程误差及其控制编程误差及其控制 一、编程误差一、编程误差 编程阶段的误差是不可避免的，误差来源主要有三种形式：近似计算误差、插补误差、尺寸 圆整误差，直接影响加工尺寸精度，本次加工主要误差是计算误差与圆弧相切的切点坐标及未 知交点坐标值。我们是经过笔算的数值，存在着较大的误差。 二、误差控制二、误差控制 为了尽可能的减少笔算误差，我们采取在 AutoCAD 上按其尺寸精度绘出零件图，再利用“工 具” “查询” “点坐标”捕捉各圆弧切点坐标，其精度达到0.001级，这样能有效地 将误差控制在（0.10.2）倍的零件公差值内。 第二章第二章 编程中工艺指令的处理编程中工艺指令的处理 第一节第一节 常用常用 G G 指令代码功能表指令代码功能表 代 码 组意义代码组意义 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 18 *G001快速点定 位 G4310刀长正补 偿 G01直线插补G44 G02顺圆插补*G49 G03逆圆插补*G504 G33螺纹切削G51 G040暂停延时G243 G0716虚轴设定*G25 *G1 1 7单段允许G685 G12单段禁止G520局部坐标 系设定 *G1 7 2XY加工平 面 G53机床坐标 系编程 G18ZX加工平 面 *G54 G59 11工件坐标 系16选择 G19YZ加工平 面 G92工件坐标 系设定 G208英制单位G650宏指令调 用 G280回参考点 G29参考点返 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 19 回 代 码 组 别 意义 代 码 组 别 意义 M0 0 0 程 序 暂 停 M0 7 b 开切削液 M0 1 0 条 件 暂 停 M0 8 开切削液 M0 2 程 序 结 束 M0 9 关切削液 M0 3 a 主 轴 正 转 M1 0 c 夹紧 M0 4 主 轴 反 转 M1 1 松开 M0 5 主 轴 停 转 M1 9 主轴准停 M0 6 0 自 动 换 刀 M3 0 0 程序结束并 返回 M6 0 0 更 换 工 件 M9 9 0子程序返回 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 20 第二节第二节 常用常用 M M 指令代指令代 码功能表码功能表 第三章第三章 程序编制及模拟运行、零件加工或精度自检程序编制及模拟运行、零件加工或精度自检 第一节第一节 程序编制程序编制 O0001 T0202 M 03S 800 G 00X 48.0 Z 0.0 G 71U 2.OR 1.0 G 71P 1Q 2U 0.5W .0.O1F 150 N1 G01X0.0 Z 0.0 G 03X 20.0Z -10.0R 10.0 G 01Z -16.0 X 24.0 X 40.0Z -26.0 Z -41.0 #1=41.0 #2=-67.0 WHILE#1GE#2DO1 M9 8 0 子 程 序 调用 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 21 #3=#1+40.0 #4=20.0 xSQRT1.0-#3x#3/40.0 x40.0 G 01X 2.0 x#4Z #1F 150 #!=#!-0.01 END N2 G00X4 8.0 Z 2.0 M 03S1500 T0202 G 70P 1Q 2F 50 G 00X 48.0 Z 100.0 T0303 M 03S 600 G 00X 41.0 Z -41.0 G 01X 34.0F 8 G 00X 48.0 Z 100.0 M 05 M 30 调头加工 O0002 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 22 T0202 M 03S 800 G 00X 48.0 Z 2.0 G 71U 2.0R 1.0 G7 1P 3Q 4U 0.5W 0.01F 150 N3 G 01X 37.0 Z 0.0 X 29.85Z -1.5 Z -15.0 X 42.0 G 02X 30.0Z -38.0R 80.0 G 01Z -43.0 N4 G 00X 48.0 Z 2.0 M 03S 1500 T0202 G 70P 3Q 4F 50 G 00X 48.0 Z 100.0 T0303 M 03S 600 G 00X 42.5 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 23 Z -15.0 G 01X 24.0F 8 G 00X 48.0 Z 100.0 T0404 M 03S 300 G 00X 31.0 Z 2.0 G 92X 29.35Z -11.0 X 28.85 X 28.35 X 28.0 X 27.9 X 27.9 G 00X 48.0 Z 100 M 05 M 30 注:程序编制中有关数值单位一律采用毫米(mm)制 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 24 第二节第二节 模拟运行模拟运行 数控加工程序编制好后将其输入数控车床，然后对刀，在将机床锁住进行程序校验，仔细观 察其模拟加工路线是否有干涉、过切、出错等现象，若有应及时对程序错误处进行修改，修改 后保存，再次调出修改后的程序进行校验，直到程序万无一失，没有任何错误的情况下方可进 行自动加工。注：这个环节是必不可少的，否则会发生打刀等损坏机床其它部件的情况，直接 影响机床的加工精度及寿命，更严重的是存在人身安全隐患。 第三节第三节 零件加工零件加工 装夹好毛坯，调出编制好的程序，直接进行自动加工直至程序结束。 第四节第四节 精度自检精度自检 将加工好的零件卸下，用游标卡尺、千分尺对零件的尺寸精度及粗糙度进行检测。看是否达 到零件的技术要求即可。 参考文献参考文献 1 冯桂安等.机械制造装备设计M. 北京:机械工业出版社，1999:113-135. 2 符 钢 ,张芳丽.提高机床制造业的核心竞争力J.制造技术与机床,2005(1):3-6. 3 张新义.经济型数控机床系统设计M.北京:机械工业出版社,1994:1-17. 太原城市职业技术学院毕业设计说明书(论文) 25 4 师鸿飞等.我国数控机床的现状和发展趋势(一)EB/