数控车毕业设计.doc

机械与电子工程系 2011届专科毕业生毕业设计 （椭圆完美组合） 作者姓名 指导教师 学科专业 数控研究方向 数控车 所在班级 学习年限 二一一年六月 目 录摘 要IAbstractII第一章 宏程序基本知识11.1用户宏程序简介11.2椭圆方程21.3控制指令2第2章 两件套零件配合加工42.1分析零件图样42.2毛坯的种类及其选择52.3设计工艺过程62.3.1划分工艺过程62.3.2定位基准的选择72.3.3选择零件加工顺序和加工方法72.4工序设计82.4.1机床的选择和工艺装备82.4.2计算尺寸及其公差92.4.3切削用量的选用原则92.5编制程序102.5.1件1右端面内轮廓102.5.2调头车左端面外轮廓112.5.3调头车右端面外轮廓132.5.4件2左端面142.5.5件2右端面椭圆152.5.6测量结果及结果分析16总 结18致 谢19参考文献20 I摘 要本次设计主要是对数控加工工艺进行分析与具体零件图的加工，首先对数控加工技术进行了简单的介绍，然后根据零件图进行数控加工分析。数控加工工艺是数控编程与操作的基础，合理的工艺是保证数控加工质量发挥数控机床的前提条件，从数控加工的实用角度出发以数控加工的实际生产为基础，数控机床刀具的选用，数控加工的定位与装夹以及数控加工工艺基础等基本知识的基础上，分析数控车削的加工工艺。随着现代制造技术的发展,数控机床越来越广泛地应用于汽车、航空、模具等机械制造领域,许多企业数控机床的普及率高达90%。数控机床能否发挥作用,关键在于数控程序的编制。文章以在FANUC 0i系统数控车床上编制椭圆加工程序为例,介绍了采用 编程法在编制椭圆零件程序时的分析方法及思路。宏指令编程像高级语言一样,可以使用变量进行算术运算逻辑运算和函数混合运算进行编程。在宏程序形式中,一般都提供循环判断分支和子程序调用的方法。可编制各种复杂的零件加工程序。熟练应用宏程序指令进行编程,可大大精简程序量,还可以增强机床的加工适应能力。比如可以将抛物线、椭圆等非圆曲线的算法标准化后做成内部宏程序,以后就可以像圆弧插补一样按标准格式编程调用,相当于增加了系统的插补功能。关键词：加工工艺；数控程序；FANUC 0i；椭圆；宏程序AbstractThis design is mainly to the nc machining process analysis and specific parts of the figure of nc machining process, the first technique were simply introduced, and then based on the analysis of nc machining parts. Nc machining process is the basic operation and CNC programming, reasonable process is to guarantee the quality of nc machining of nc machine, CNC machining condition from the Angle of the practical with nc machining based on the actual production of CNC machine tool, select, nc machining positioning and clamping and CNC machining technology based on basic knowledge, and on the basis of analyzing the numerical control turning processing technology.Along with the development of modern manufacture technology, CNC machine widely used in automotive, aerospace, mould etc machinery manufacturing field, many enterprises of CNC penetration rate is 90%. CNC machine could play a role, the key lies in CNC programming. 0i FANUC system in the CNC lathe machining program compiled ellipse on as an example, introduces the programming method in the analysis of elliptical parts procedures and methods.A macro instruction programming languages, as senior can use variable arithmetic logic operation and mixed operation for programming function. In the form of macros that provide circulation, generally judge branches and subroutine calling method. Can prepare all kinds of complicated parts processing procedure. Skilled application procedures, instructions macro downsizing programs can be greatly enhanced, still can machine processing ability to adapt. For example, elliptic to such a parabolic curve of standardized algorithm make internal macro programs, then can like circular interpolation as standard programming calls, according to the increased interpolation function.Key words: process;nc program;FANUC 0i;elliptic;macro programs晋城职业技术学院毕业设计（论文）第一章 宏程序基本知识1.1用户宏程序简介用户宏程序是FANUC数控系统及类似产品中的特殊编程功能。用户宏程序的实质与子程序类似，它也是把一组实现某种功能的指令，以子程序的形式预先存储在系统存储器中，通过宏程序调用指令执行这一功能。在主程序中，只要编入相应的调用指令就能实现这些功能。一组以子程序的形式存储并带有变量的程序成为用户宏程序，简称宏程序；调用宏程序的指令称为“用户宏程序指令”或宏程序调用指令（简称宏指令）宏程序与普通程序相比较，普通程序的程序字为常量，一个程序只能描述一个几何形状，所以缺乏灵活性和实用性。而在用户宏程序的本体中，可以使用变量进行编程，还可以用宏指令对这些变量进行赋值、运算等处理。用户宏程序一般分为A、B两类。. A类宏是以G65 Hxx P#xx Q#xx R#xx的格式输入的,而B类宏程序则是以直接的公式和语言输入的和C语言很相似在0i系统中应用比较广宏程序实际上包括了二部份内容：变量及逻辑跳转或逻辑循环。变量：宏程序中可以使用变量来给地址码赋值，一般多用于给坐标地址X、Z或U、W赋值。这样就可以实现编制同一个程序，用于同类结构的零件只是尺寸有所不同的各种零件加工（只要修改少数几个参数即可用于不同的零件）。变量可以计算，一些较新的数控系统可以直接使用数学表达式（算术四则运算及函数等）给变量赋值，或直接用数学表达式给地址码赋值。一般情况下变量可以在程序中用赋值语句赋值，也可以在系统面板上直接键入。直接键入可以在不修改程序的情况下，把一个程序用于加工多个不同的工件。逻辑跳转或逻辑循环：可以使程序实现智能化判断，根据一定的条件决定执行或不执行某些程序段，继续一个循环或退出循环。这样可以实现一些复杂形状的加工。跳转和循环功能的使用使程序增加了灵活性，循环的使用可以在重复加工的情况下大大减少程序的长度，使程序易于阅读和维护。结合变量的计算功能，可以实现常规程序无法完成的插补运动。具备计算机高级语言的表达式、逻辑运算及类似的程序流程，使加工程序简练易懂，实现普通编程难以实现的功能。1.2椭圆方程宏程序是加工编程的重要补充。其实说起来宏就是用公式来加工零件的,比如说椭圆,如果没有宏的话,我们要逐点算出曲线上的点,然后慢慢来用直线逼近,如果是个光洁度要求很高的工件的话,那么需要计算很多的点,可是应用了宏后,我们把椭圆公式输入到系统中然后我们给出Z坐标并且每次加10um那么宏就会自动算出X坐标并且进行切削,实际上宏在程序中主要起到的是运算作用宏程序主要利用各种数学公式进行运算加工, 因此编制旋转椭圆程序操作者必须要掌握椭圆方程和旋转公式等各种数学公式的计算方法并加以灵活运用。椭圆的标准方程形式： 椭圆标准方程: 其中a 、b 分别为X、Z 所对应的椭圆半轴。1.3控制指令xMk0Xf_ （1）无条件的转移 ryd*HaI 格式：GOTO n； 67Z.aaXD1 GOTO100；说明：e 1W9Z $m 当执行 该程序时，将无条件转移到N100程序段执行（2）条件转移 ccwu 格式：IF条件式GOTOn .%3# 例IF#1GT#100GOTO 100;说明：如果条件成立，则转移到N100程序段执行，如果条件不成立，则执行下一段程序。使用条件表达式来测试条件是否成立，条件表达式使用比较运算符来连接二个表达式，条件式表达式的种类： #q7E=M jEQk 表示 L.+NM jNEk 表示 ;a2hd6 jGTk 表示 3 18ALohlL jLTk 表示 z(sfX% jGEk 表示 IHrtI jLEk 表示 =(ULfz: （3）循环指令格式：WHILE条件式DOm；（m1，2，3） (XFckma 0K+a/G n +M,CbqD 6N7ghTf ENDm PVK. %y9 说明：条件满足时，循环执行WHILE到END之间的程序段m次；不满足时，就执行ENDm的下一个程序段 PubO|Mf 第2章 两件套零件配合加工2.1分析零件图样该零件图是一个椭圆和螺纹孔配合零件，是由两个零件组合而成的一个套类零件，如下图2-1所示：图2-1 配合件 图2-2 件一 图2-3零件1如图2-2所示零件是内外轮廓组成的零件，零件由外圆柱面、外凹槽、外顺时针圆弧和椭圆面组成的外轮廓表面，内轮廓由内圆柱面和内螺纹组成的内轮廓，零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整。零件2如图2-3所示零件是由外轮廓组成的零件，零件外轮廓是由外圆柱面、外直角凹槽、外螺纹和椭圆面等组成的外轮廓表面，零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整。通过上述分析采用以下几点工艺措施：(1)分析图样上规定的尺寸及公差，因公差值比较统一，所以编程时不必一一计算，只要遵循轴小孔大即可； (2)在加工时，件1、件2右端均为椭圆，因此在加工外轮廓时必先加工左端。 2.2毛坯的种类及其选择选择毛坯的基本任务是选定毛坯的种类和制造方法，了解毛坯的制造误差及其可能产生的缺陷。因为毛坯的种类及其不同的制造方法，对零件的质量、加工方法、材料利用率、机械加工劳动量和制造成本都有很大的影响。根据经验，下列几方面应作为毛坯工艺性分析的要点：（1）零件的材料及其力学性能零件的材料大致确定了毛坯的种类，如：当钢质零件形状不复杂，力学性能不太高时可选型材；重要的钢质零件，为保证力学性能，应选择锻件毛坯。（2）分析毛坯的余量大小及均匀性。主要是考虑在加工时要不要分层切削，分几层切削，也要分析加工中与加工后的变形程度，考虑是否应采取预防性措施与补救措施。（3）现有生产条件：确定毛坯的种类及制造方法，必须考虑具体的生产条件， 此零件毛坯选用的是直径为50mm铝料。2.3设计工艺过程 在数控加工中还需要分析加工工艺过程，确定好加工路线和加工方法以免零件加工一半而无法再加工下去。2.3.1划分工艺过程当零件的加工质量要求较高时，往往不可能用一道工序来满足其要求，而要用几道工序逐步达到所要求的加工质量。为保证加工质量和合理地使用设备、人力，零件的加工过程通常按工序性质不同，可分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。如图2.1所示零件分粗加工和精加工两个阶段：首先加工零件1作为配合基准：（1）车右端面内轮廓（2）90度外圆刀车右端面（3）直径为16的钻头钻孔（4）镗刀精车内轮廓（5）内螺纹刀车内螺纹（6）调头90度外圆刀车左端面（7）90度外圆刀粗车外轮廓（8）90度外圆刀精车外轮廓（9）切断刀切外槽（10）调头车右端面外轮廓（11）粗车外轮廓椭圆和顺时针圆弧（12）精车外轮廓椭圆和圆弧然后加工零件2：(1)90度外圆刀车左端面(2)90度外圆刀粗车外轮廓(3)90度外圆刀精车外轮廓(4)调头90度外圆刀车右端面(5)粗车外轮廓椭圆(6)精车外轮廓椭圆2.3.2定位基准的选择 在制订零件加工工艺规程时正确选择定位基准对加工表面的尺寸精度和相互位置精度的要求，以及合理安排加工顺序都有重要的影响。定位基准的选择不同，工艺过程也随之而异。 所谓基准就是零件上用以确定其他点、线、面的位置所依据的点、线、面。定位基准有粗准与精基准之分。粗基准：用未加工过的毛坯表面做基准。精基准：用已加工过的表面做基准。粗基准的选则原则：1）合理分配个加工面的加工余量；a、应保证各加工表面都有足够的加工余量：如外圆加工以轴线为基准；b、以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面加工余量分布均匀、表面质量高；2）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则一般应以非加工面做为粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置。当零件上有几个不加工表面时，应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准。2.3.3选择零件加工顺序和加工方法制订零件车削加工顺序一般遵循下列原则:a.先粗后精原则：各个表面的加工顺序按照粗车一半精车一精车的顺序进行，逐步提高加工精度粗车将在较短的时间内将工件表面上的大部分加工余量切掉，一方面提高金属切除率，另一方面满足精车的余量均匀性要求。b.先近后远原则：在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的目位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。c.内外交叉原则：对既有内表面(内型腔)，又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。d基面先行原则： 用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。以便用它定位加工其他表面。零件1表面加工方法：(1)加工右端面，外圆车刀（T1），手动切削(2)直径为16的钻头（T6）钻孔，使用G83钻深孔循环指令(3)镗刀（T4）粗车内轮廓，使用G71内径粗车循环指令(4)镗刀（T4）精车内轮廓，使用G70精车循环指令(5)内螺纹刀（T5）车内螺纹，使用G92锥螺纹切削指令(6)调头外圆车刀（T1）车左端面(7)外圆刀（T1）粗车外轮廓，使用G71内径粗车循环指令(8)外圆刀（T1）精车外轮廓，使用G70精车循环指令(9)切断刀（T2）切外槽，使用直线插补G01调头车右端面外轮廓(1)尖刀（T7）粗车外轮廓椭圆(2)外圆刀（T1）车顺时针圆弧，使用G02顺圆弧插补指令(3)尖刀（T7）精车外轮廓椭圆和圆弧，使用G70精车循环指令零件2表面加工方法：(1)外圆刀车（T1）左端面，手动切削(2)外圆刀（T1）粗车外轮廓圆柱面，使用G71外径粗车循环指令(3)外圆刀（T1）精车外轮廓圆柱面，使用G70精车循环指令2.4工序设计 数控加工工序设计的主要任务是为每一道工序选择机床、夹具、刀具及量具，确定定位夹紧方案、走刀路线、工步顺序、加工余量、工序尺寸及其公差、切削用量和工时定额等，为编制加工程序做好充分准备。2.4.1机床的选择和工艺装备机床的选择：所加工零件如图2.1所示，为椭圆配合零件。 选用的数控机床为车床。夹具的选择：三爪自动定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。三爪自动定心卡盘装夹工件方便、省时、自动定心好，但夹紧力小，适用于装夹外型规则的中、小型工件。三爪自动定心卡盘可装成正爪或反爪两种形式。反爪用来装夹直径较大的零件。因为我所要加工的零件为轴类零件所以没有必要用四爪卡盘。量具的选择：我所选用的量具为游标卡尺（0-150mm）、外径千分尺(0-25mm 25-50mm)、内径千分尺(5-30mm)刀具的选择：在加工零件中我所选用的刀具由外圆车刀（T1 型号90W253k13或90W203K10）、切断刀（T2 型号ZQ2020 R03）、外螺纹刀（T3 型号L20）、镗刀（T4 型号S10MSCL CR06）、内螺纹刀（T5 型号SNR0012K11）、麻花钻头（T6 钻头直径为16）、尖刀（T7）2.4.2计算尺寸及其公差尺寸计算：（1）零件1尺寸计算： 顺时针圆弧终点坐标计算，终点直径尺寸已给44mm，Z向坐标用（73-2-2-5-2-2-20）+8=58mm，所以圆弧终点坐标为X44Z40 椭圆终点坐标X50Z32.53 外螺纹深度=导程（P）1.3mm，所得螺纹深度为1.3mm（2）零件2尺寸计算： 椭圆终点坐标X34.5Z25 内螺纹深度=导程（P）1.3mm，所得螺纹深度为1.3mm 我所取的公差分为外轮廓取下偏差0.03mm内轮廓偏差0.03mm2.4.3切削用量的选用原则 （1）背吃刀量p的确定 ： 背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少许精加工余量，一般为0.20.5mm。（2）切削速度v的确定 ：切削速度是指切削时，车刀切削刃上某一点相对待加工表面在主运动方向上的瞬时速度(m/min)，又称为线速度。与普通车削加工时一样，根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定，一般情况下主要根据实践经验来确定。（3）进给量f 的确定 ：进给量是指工件旋转一周，车刀沿进给方向移动的距离，单位为mm/r，它与背吃刀量p有着较密切的关系。2选择切削用量时应注意的几个问题（1）切削用量选择的一般原则是：粗车时，宜选择大的背吃刀量p，较大的进给量f，较低的切削速度v，以提高生产率。半精车或精车时应，选用较小(但不能太小)的背吃刀量p和进给量f，较高的切削速度v，以保证零件加工精度和表面粗糙度。（2）主轴转速： 由于交流变频调速数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。主轴转速n可用下式计算：n=1000v/d（3）车螺纹时的主轴转速 ：a. 螺纹加工程序段中指令的螺距值 b. 刀具在其位移过程的始/终，都将受到伺服驱动系统升/降频率和数控装置插补运算速度的约束. c.车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能而实现，即车削螺纹需要有主轴脉冲发生器（编码器）。当其主轴转速选择过高、编码器的质量不稳定时，会导致工件螺纹产生乱纹（俗称“烂牙”）。 车床数控系统推荐车螺纹时主轴转速如下：n （1200/P）k式中 P被加工螺纹螺距，mm；k保险系数，一般为80。2.5编制程序 2.5.1件1右端面内轮廓 O1111；G99G97G40G21G28U0；G28W0；M4S600F0.1；T0606；G30U0；G0Z5；G83Z-38R3Q8000F0.1；G28U0G28W0；T0404；M4S600F0.1；G0X16Z3；G71U1.0R0.5；G71P10Q20U0.4W0.1；N10G0X27；G1Z0；X28C1；Z-18；X23.1Z-32；N20X16；G28U0；G28W0；T0404；M4S1000F0.05；G0X16Z3；G70P10Q20；G28U0；G28W0；M05；M30；2.5.2调头车左端面外轮廓 O1112；G99G97G40G21G28U0；G28W0；M4S800F0.1；T0101；G0X55Z3；G71U1.5R0.5；G71P10Q20U0.4W0.1；N10G0X0；G1Z0；X36C2；Z-20；X44；Z-45；N20X55；G28U0；G28W0；T0101；M4S1200F0.05；G0X55Z3；G70P10Q20；G28U0；G28W0；M0；T0202；M4S600F0.1；G0X50Z-27；G1X34.1；X46；W-2；X34.1；X44；W-2；X34.1W2；X44；Z-25；X34W-2；W-2；X50；G28U0；G28W0；M05；M30；2.5.3调头车右端面外轮廓 O1113；G99G97G40G21；G28U0；G28W0；T0707；M4S600F0.1；G0X55Z3；G73U4W4R6；G73P10Q20U0.5W0.05；N10G01X52Z3；#1=0；#2=-25.5；WHILE#1GE#2DO1；#3=SQRT324-0.264*#1+10*#1+10；G01X2*#3Z#1；#1= #1-0.1；END1；G02X44Z-40R10；N20G01X55；G28U0；G28W0；T0707；M4S1000F0.05；G0X52Z3；G70P10Q20；G28U0；G28W0；M05；M30；2.5.4件2左端面O1114；G99G97G40G21；G28U0；G28W0；T0101；M4S800F0.1；G0X42Z3；G71U1.5R0.5；G71P50Q60U0.4W0.1；N50G0X0；G1Z0；X23.9C1；Z-14；X28；Z-29；X36；Z-35；N60X42；G28U0；G28W0；T0101；M4S1200F0.06；G0X42Z3；G70P50Q60；G28U0；G28W0；T0202；（槽刀）M4S500F0.1；G0X26Z-13.5；G1X22.1；X26；W-0.5；X22；W0.5；X26；G28U0；G28W0；T0303；（外螺纹刀） M4S600F0.1；G0X23.9Z3；G92X23.5Z-11F1.0；X23.2；X23.0；X22.8；X22.7；X22.6；X22.6；G28U0；G28W0；M05