GY02-192@淄博职业学院轴套零件加工工艺规程设计与编程
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机械毕业设计全套
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GY02-192@淄博职业学院轴套零件加工工艺规程设计与编程,机械毕业设计全套
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毕业设计 课题名称 轴套零件加工工艺规程设计与编程 姓 名 学 号 所 在 系 机械系 专业年级 指导老师 职 称 正教授 nts 目 录 前言 第一章 数控加工技术概 1.1 数控技术简介 . 4 1.2. 数控技术特点 . 4 1.3. 数控技术的范围 . 6 1.4. 数控编程技术 . . 6 1.5.数控技术发展趋势 . 8 第二章 数控加工工艺 2.1轴套的作用 . . 13 2.2轴套加工工艺分析 . 13 2.3轴套加工工艺过程 . 19 第三章 轴套的编程 轴套的编程程序 . 20 第四章 数控加工仿真的概述 4.1数控加工仿真简介 . 23 4.2数控加工仿真的优点 . 23 4.3 数控加工仿真系统的应用方法 23 4.4 数控加工仿真系统的应用效果 24 第五章零件（轴套）的仿真过程 5.1绘制工件加工轮廓图形 26 5.2刀具路径生成过程 27 第六章 总结 32 参考文献 致谢 nts 前言 为确定体现出高职高专以培养应用型技能人才为目标的教育方针，确实 将理论与实践相结合起来，作者就所学知识灵活运用于实际生产中，以这次毕业 设计课题来体现出这一目的的完成此次设计任务。 此次毕业设计主要以灵活运用专业知识来解决实际生产中的问题为目的，在合计中通过所学知识对零件图纸惊醒分析、选定加工方案和使用数控设备进行零件加工，对所加工出的零件进行自检、分析误差原因、解决影响其精 度因素，同时加强了对数控实际操作的能力，这是系统的将我们数控专业知识，数控加工技术，数控编程，数控工艺和数控机床实际操作的一次综合练习，让我们在即将走上工作岗位前对这三年来所学知识的一次复习与巩固。 在设计中，作者通过对图纸分析对加工工艺工序、加工刀具、装夹方案、切削用量选择等进行拟定，并编写出数控加工程序，对加工出的零件进行自检并分析影响其精度因素，向读者系统的介绍了数控加工的全过程。 由于编者水平有限，本设计中难免会有许多错误与不足，诚请审阅者批评指正！ 编者：朱连凤 2008 年 1 月 24 日nts 第 4 页 共 35 页 装 订 线 第一章 数控技术的概况 1.1 数控技术简介 数控技术，简称数控（ Numerical Control）。它是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的一种方法。 用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了数控系统的机床称为数控 (NC)机床。数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主轴驱动器及进给装置等部分。 数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品。要实现对机床的控制，需要用几何信息描述刀具和工 件间的相对运动以及用工艺信息来描述机床加工必须具备的一些工艺参数。例如：进给速度、主轴转速主轴正反转换刀、冷却液的开关等。这些信息按一定的格式形成加工文件 (即正常说的数控加工程序 )存放在信息载体上 (如磁盘、穿孔纸带、磁带等 )，然后由机床上的数控系统读入 ( 或直接通过数控系统的键盘输入，或通过通信方式输入 )，通过对其译码，从而使机床动作和加工零件。 现代数控机床是机电一体化的典型产品，是新一代生产技术、计算机集成制造系统等的技术集合。现代数控机床的发展趋向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、复合化、智能 化和开放式结构。主要发展动向是研制开发软、硬件都具有开放式结构的智能化全功能通用数控装置。 一般来说，数控加工技术涉及及数控机床加工工艺和编程技术两方面。数控机床是数控加工的硬件基础，其性能对加工效率、精度等方面具有决定性的影响。高速、高效和高精度是数控机床技术发展的目标。零价加工程序的编制是实现数控加工的重要环节，对于产品质量的控制有着重要的作用。特别是对于复杂零价的加工，其编程工作的重要性甚至超过数控机床本身。数控编程所追求的目标是如何更有效地获得满足零件加工要求的高质量数控加工程序，以便充分发会数控机 床的性能迷惑的更高的加工效率和质量。 数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术，其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合实力的水平。它随着信息技术、微电子技术、自动化技术和检测技术的发展而发展。 1.2 数控技术特点 与普通机床加工相比，数控加工具有如下特点： 1.自动化程度高 在数控机床上加工零件时，除了手工装卸工件外，全部加工过程都可有机nts 第 5 页 共 35 页 装 订 线 床自动完成。在柔性制造系统上，上下料，检测。诊断 、 对刀 、 传输 、 条度 、管理等也都 可以有机床自动化完成，这样大大减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件。 2.具有加工复杂形状零件的能力 复杂形状零件在飞机 、 汽车 、 造船 、 模具 、 动力设备和国防工业等部门的产品制造具有十分重要地位，其加工质量直接影响整机产品的性能。数控加工运动的任意可控制性使其能完成普通加工方法难以完成或者无法进行的复杂性加工。 3.生产准备周期短 在数控机床上加工新的零件，大部分准备工作是根据零件图样的编制的数控程序，而不是去准备靠模 、 装用夹具等工艺装备，而且编程工作可以离线进行。这样大大缩短了生产的准备时间，因 此应用数控机床有利于产品的升级换代和新产品的开发。 4.加工精度高 、 质量稳定 目前，普通数控加工的尺寸通常可达 0.005mm，最高的尺寸精度可达0.01um，数控机床是预先便只好的加工程序进行工作的，加工过程中无需人的参与或调整，因此不受操作工人的技术水平或情绪的影响，加工精度稳定。 5.生产效率 数控机床的加工效率一般比普通机床高 2-3倍，尤其在加工复杂零件时，生产效率可提高十几倍甚至几十倍。一方面是因为自动化程度高，具有自动换刀和其它辅助操作自动化等功能，而且工序集中，再一次庄稼中能 完成多表面的加工，省去了划线、多次装夹、监测等工序：另一方面是加工中可采用较大的切削用量，有效的减少了加工中的切削工时。数控机床在配有适当得刀库、工件毛坯库、上下料装置和多种传感器的条件下，不仅具有全自动的加工功能，而且据又对加工过程进行自动监控、检测、保经及修正误差等工能。 6.易于建立计算机通信网络 由于数控机床是使用数字信息，抑制计算机辅助设计和制造（ CAD/CAM）系统连接，形成计算机辅助设计和制造与机床紧密结合的一体化系统。 7.可以减轻工人劳动强度 实现一人多机操作 一般数控机床加工出第一个 合格工件后，工人只需要进行工件的装卡和启动机床，因此减轻了工人的劳动强度。现在的数控机床可靠性高，保护功nts 第 6 页 共 35 页 装 订 线 能齐全，并且数控系统有自诊断和自停机功能，因此当一个工件的加工时间超出工件的装卡试时间时，就能实现一人多机操作。 1.3 数控技术的范围 数控机床的适用范围 根据数控机床加工的特点可以看出，最适合于数控加工的零件包括 1.多品种 、 小批量生产的零件或新产试制中的零件； 2.几何形状复杂的零件， 如箱体类，曲线、曲面类零件； 3.加工过程中必须进行多工序加工的零件； 4. 需要精确复制和尺寸一致性要求高的零件 ； 5.有普通机床加工时，需要昂贵工装设备（工具 、 夹具）的零件； 6.必须严格控制公差，对精度要求高的零件； 7.工艺设计需多次改型的零件； 8.价格昂贵，加工中不允许报废的关键零件； 9.需要最短生产周期的零件。 1.4 数控编程技术 在普通机床上加工零件时，首先应有工艺人员对零件进行工艺分析，制定的零件加工工艺规程，包括机床、刀具、定位夹紧方法及切削用量等工艺参数。同样，在数控机床加工零件时，也必须对零件进行工艺分析，只听工艺规程，同时要将工艺参数、几何图形数据等，按规定的信息格式记录在控制介质上， 将此控制介质上的信息输入到数控机床的数控装置，由数控装置控制机床完成零件的全部加工。我们将从零件图样到制作数控机床的控制介质并核对的全部过程成为数控加工的程序编制，简称数控编程。数控编程时数控加工的重要步骤。理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样要求的合格零件，同样应能使数控机床的功能得到合理的利用与充分的发挥，以使数控机床能安全可靠及高效地工作。 数控编程过程的主要内容包括：分析零件图样、工艺处理、数值计算、编写加工程序单、制作控制介质、程序效验和首件试加工。 1.4.1 分析零件图样 首先要分析零 件的材料、形状、尺寸、精度、批量、毛坯形状和热处理要求等，以便确定该零件是否适合在数控机床上加工，或适合在哪种数控机nts 第 7 页 共 35 页 装 订 线 床上加工。同时要明确加工的内容和要求。 1.4.2 工艺处理 在分析零件图样的基础上，进行工艺分析，确定零件的加工方法（如采用的夹具、装夹定位方法等）、加工路线（对刀点、换刀点、进给路线）及切削用量（主轴转速、进给速度、被吃刀量）等工艺参数。数控加工工艺分析与处理是数控编程的前提和依据，而数控编程就是将数控加工工艺内容程序化。制定数控加工工艺时，要合理的选择加工方案，确定加工顺序，加工路线 、装夹方式、刀具及切削参数等；同时还要考虑所用机床的指令功能，充分发挥机床的功能；尽量缩短加工路线，正确选择对刀点、换刀点，减少换刀次数，并使数值计算方便；合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳；避免刀具与非加工面的干涉，保证加工过程安全可靠等。 1.4.3 数值计算 根据零件图的集合尺寸、确定的工艺路线及设定的坐标系，计算零件粗、精加工的轨迹，得到刀位数据。包括建立攻坚的几何模型，计算加工过程中刀具相对攻坚的运动轨迹等。数学计算的最终目的是为了或的编程所需要的所有相关位置坐标数据。 1.4.4 编写加工程序单 按照数控装置规定的指令和程序格式，编写零件的加工程序单。 1.4.5制作控制介质并输入程序信息 加工程序可以存储在控制介质（如穿孔纸带、磁盘）上，作为控制数控装置的输入信息。通常，若加工程序简单，可直接通过机床操作面板上的键盘输入。 1.4.6 程序效验和首件试加工 编制的加工程序必须通过空运性、图形动态模拟或是切削等方法检验程序的正确性。当防线错误时通过分析产生错误的性质来修改程序或调整刀具补偿参数，直到加工出合格的零件。 数控编程可分为手工编程和自动编程。 1. 手工编程 手工编程是 指从领图样分析、工艺处理、数值计算、书写程序单、纸带nts 第 8 页 共 35 页 装 订 线 制作和检验等均有人工完成。他要求编程人员不仅熟悉数控指令及编程规则，而且还要具备数控加工工艺知识和数值计算能力。由于手工编程不需要特别配置专门的编程软硬件，易于掌握和运用，因此手工便让仍然是一种运用十分普遍的编程方法。目前在航空、船舶、兵器、汽车、模具等制造业中，经常会有一些具有复杂性面的零件需要加工，有的零件形状虽不复杂，但加工程序很长。这些零件的数值计算、程序编写、程序校验相当复杂繁琐，工作量大，采用手工编程是难以完成的，这是必须采用数控编程。 2.自 动编程 自动编程是借助数控自动编程系统由计算机来辅助生成加工程序。此时，编程人员一般只需借助数控编程系统提供的各种功能对加工零件的几何参数、工艺参数及加工过程进行较简单描述后，即可有计算机自动完成程序编制的全过程。自动编程解决了手工编程难以解决的复杂零件的编写问题，既减轻了编程的劳动强度，又提高了效率和准确性，在数控夹公众的应用日益广泛。，又提高了效率和准确性，在数控夹公众的应用日益广泛。 1. 5 数控技术发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，是制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术 的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用，因为这些星夜所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。 1. 国内外数控系统发展概况 随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生 根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；nts 第 9 页 共 35 页 装 订 线 在网络化基础上， CAD/CAM 与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。 长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构， CNC 只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据 经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过 CAD/CAM 及自动编程系统进行编制。 CAD/CAM和 CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中 CNC 只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正 CAD/CAM 中的设定量，因而影响 CNC 的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统 CNC系统的这种固定程序控制模 式和封闭式体系结构，限制了 CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。 2.数控技术发展趋势 2.1 性能发展方向 (1)高速高精高效化 数控机床的高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，大幅度提高加工效率，降低加工成本，提高零件的表面加工质量和精度。超高速加工技术对制造业实现高效、优质、低成本生产有广泛的实用性。速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速 CPU 芯片、 RISC 芯片、多 CPU 控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺 服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。 (2)高可靠性 数控机床要发挥其高性能、高精度、高效率，并获得良好的效益，关键取决于起可靠性。衡量可靠性的重要量化指标是平均故障时间（ MTBF） ,数控系统的无故障工作时间已由 20世纪 80年代的 10000h，提高到 20 世纪 90 年代 30000-50000h。数控机床整机的可靠性水平也有显著提高，其 MTBF 值已由 20世纪 80年代 500-800h，降低到目前的 100-200h。 (3)柔性化 包含两方面：数控系统本身的柔性 ，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥数控系统的效能。 (4)模块化、专门化与个性化 为了适应数控机床多品种、小批量零件nts 第 10 页 共 35 页 装 订 线 的特点，数控机床结果模块化，数控功能专门化，是机床性能价格比显著提高。个性化也是近几年来数控机床特别明星的发展趋势。 (5)工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指 工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子 880系统控制轴数可达 24轴。 (6)复合化 复合化包含工序复合化和功能复合化。数控机床的发展已模糊了粗精加工工序的概念。有许多跨度更大的功能集中的超复合化数控机床，如日本池贝铁工所得 TV4L 立式加工中心，由于采用 U轴，亦可进行车加工。 (7)出现新一代数控加工工艺与装备 为了适应制造自动化的发展，向 FMC、 FMS 和 CIMS提供基础设备，要求数字控制制造系统不仅能完成通常的加工功能，而且 还要具备自动测量、自动上下料、自动换刀、自动更换主轴头（有时代坐标变换）、自动误差补偿、自动诊断、网络通讯等功能，广泛地应用机器人、物流系统；围绕数控技术、制造过程技术在快速成型、并联机构机床、机器人化机床、多功能机床等整机方面已有所突破。 (8)实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时 系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。 2.2 功能发展方向 (1)用户界面图形化 用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前 INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地 方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形nts 第 11 页 共 35 页 装 订 线 模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。 (2)科学计算可视化 科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于 CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。 (3)插补和补偿方式多样化 多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、 2D+2 螺旋插补、NANO 插补、 NURBS 插补 (非均匀有理 B 样条插补 )、样条插补 (A、 B、 C 样条 )、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。 (4)内装 高性能 PLC 数控系统内装高性能 PLC 控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准 PLC用户程序实例，用户可在标准 PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。 (5)多媒体技术应用 多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。 2.3 体系结构的发展 (1)集成化 采用高度集成化 CPU、 RISC 芯片和大规模可编程集成电路 FPGA、 EPLD、 CPLD 以及专用集成电路 ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用 FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和 CRT 抗衡的新兴显示技术，是 21 世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进nts 第 12 页 共 35 页 装 订 线 性能，减小组件尺寸 ，提高系统的可靠性。 (2)模块化 硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如 CPU、存储器、位置伺服、 PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统 (3)网络化 机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。 (4)通用型开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体 系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、 CAD/CAM、伺服控制、自适应控制 、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。 2.6 小结 数控技术自问世以来，就体现出了他的几加工优势。尤其是对单加件、小批量生产，特别是复杂型面零件的自动化加工，数控机床跟那个是大显身手。 在高精尖装备研发方面，要强调产、学、研以及最终用户的紧密结合，以“做得出、用得上、卖得掉”为目标，按国家一直实施攻关，以解决国家之急需。 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，是制造业为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用 领域的扩大，它将带动整个社会经济的发展，为我国数控产业装备制造业乃至整个制造业的发展奠定基础。 nts 第 13 页 共 35 页 装 订 线 第二章 数控加工工艺 2.1 轴套的作用 一般起滑动轴承作用。为了节约材料根据轴承需要的轴向载荷设计轴套的壁厚。一般选用铸铜和轴承合金材质。轴套有开口和不开口之分，这要根据结构的需要。一般轴套不能承受轴向载荷，或只能承受较小的轴向载荷。或加推力轴承。 在运动部件中，因为长期摩擦而造成零件磨损，当州和空的间隙磨损刀一定程度的时候必须要更换零件，因此设计者在设计的时候选用硬度较低、耐磨性较好的材料为轴后衬套 ，这样可以减少州合作的磨损，当轴套与座采用过盈配合，而与轴采用间隙配合，因为无论怎么样还是无法避免磨损的，只能延长寿命，而轴类零件相比来说比较容易加工； 也有一些新的设计人员不喜欢这样设计，认为这样是在制造的时候增加成本，但经过一段时间使用后，维修时还是要按这种方法改造，但改造容易造成设备的精度降低，原因很简单，二次加工是无法保证座孔中心的位置的。 轴套在一些转速较低，径向载荷较高且间隙要求较高的地方（如凸轮轴）用来替代滚动轴承（其实轴套也算是一种滑动轴承），材料要求硬度低且耐磨，轴套内孔经研磨刮削，能达到较 高配合精度，内壁上一定要有润滑油的油槽，轴套的润滑非常重要，干磨的话，轴和轴套很快就会报废，这里推荐安装时刮削轴套内孔壁，这样可以留下许多小凹坑，增强润滑。 2.2 轴套加工工艺分析 根据零件图形、装夹方式及加工等方面选用 FANUC-CK6140。 2.2.1零件的工艺分析 （ 1）尺寸标注：该零件尺寸标注完整、明确，轴向尺寸以右端为基准，径向尺寸以中心线为基准，适合于数控加工编成。 （ 2）几何元素及技术要求给零件由外圆柱面、内孔、内外沟槽及四处45度倒角组成，其中多个轴向尺寸和径向尺寸有较高的尺寸精度和公差 要求。零件表面要求较高，所以编成时取尺寸公差的平均值。 零件两端表面粗糙度要求较低，零件 22的内孔和 30的外圆相对于 18 控的轴线有公差为 0.02的同轴度要求， 45的外圆台阶面相对基准 18的孔轴线有公差值为 0.01的垂直度要求， 18的内孔有公差 0.0 1的圆柱度要求，此外，该零件为主铁坯料，无热处理及其它要求。 nts 第 14 页 共 35 页 装 订 线 （ 3）零件结构工艺分析 该零件内孔三处沟槽均为 2 0.5，便于用一把刀加工出来，外圆及内孔倒角均为 C1，零件结构设计合理，适合数控加工。 根据以上分析：零件编成时取 公差尺寸的一半。左右端面多个尺寸的设计基准，加工前先把右端面车出来。（零件图如附图） 2.2.2.毛坯选择 根据轴套的材料及几何形状，毛坯应选用 48的铸件。 2.2.3 定位基准选件 套筒零件在加工时的定位基准主要是外圆和内孔，容易保证加工后套筒类零件的行为精度。一般情况下采用内孔定位较多，采用结构简单容易精度制造的心轴夹具 ;心轴在机床上的装夹误差较小。 图 2-1心图装夹图 2.2.4加工方法的选择 选择加工方法，需要考虑零件的特点、孔径尺寸大小、孔的长度比、精度和表面粗糙度要求以及生产批量、材料及热处理等因素，图所示轴套外圆和内孔的精度均为 IT7级精度采用精车可以满足要求。 IT7级精度 18 0+0.021孔宜采用铰孔，但考虑 CK6140数控车床不能有程序指令控制铰孔加工，因此采用精车的方法。内控的加工顺序为钻孔 -粗车孔 -半精车孔 -精车孔 。 2.2.5保证位置精度的方法 套筒零件内外表面间的同轴度以及端面与孔轴线的垂直度通常采用下述方法来保证： 在一次装夹中完成内外表面级端面的全部加工 。但对尺寸较大的套筒nts 第 15 页 共 35 页 装 订 线 有许多不便。 先精加工孔，然后用心轴装夹精加工外圆、端面。在套筒加工中这种方法用得较多 先精加工外圆，然后以外圆为精度基准最终加工内孔。一般采用三爪定心卡盘装夹，工件装夹迅速可靠，但卡盘安装误差较大工件位置精度较低。如采用软爪卡盘或弹簧套筒装夹，可获得较高通轴度，且不易夹伤工价表面。 2.2.6 防止套筒变形的工艺措施 套筒零件一般较薄，加工中常因夹紧力、切削力、内应力和切削热等因素的影响而产生变形。防止变形一般采用以下办法： 、粗、精加工分开。 采用过渡套、弹簧套或软爪卡盘夹紧 工件，以防止由于夹紧力不均匀（如三爪定心卡盘装夹）使套筒零件加工后内孔变形。也可以采用专用夹具，将径向夹紧改为轴向夹紧。 2.2.7 走刀路线和起刀点选择 图所示轴套编程时，工件原点取在工件夹紧后的有端面与轴线的交点处，起刀点和换刀点重合，距离主轴轴线 60mm，激励夹紧后的工件右端面100mm。 图 2-2 走到路线 2.2.8.刀具选择和装夹位置 为避免重新装夹刀具，外圆粗车、半精车和精车均使用同一把 90度外圆车刀，安装在刀架的 1号刀位 上，并定位基准刀。 nts 第 16 页 共 35 页 装 订 线 内孔粗车、半精车和精车也使用同一把内孔车刀，安装在刀架的 2号刀位上。 内沟槽车刀主切削刃 2mm，刀位点取在左刀尖。安装在刀架的 3好刀位上。 切削力也用作外径车槽，主切削刃宽 3mm，刀位点取在左刀尖，安装在刀架的 4号刀位上。 2.2.9 刀具材料的选择 在数控加工中，刀具材料的切削性能直接影响着生产效率，工件的加工精度和表面质量、刀具消耗和加工成本。 硬质合金包括：钨钴类（ YG）、钨钛钴类（ YT） 、钨钛钽钴类（ YW） 。 钨钛钽钴类（ YW） 相当于 ISO标准的 M类。 YW类合金兼有 YG类和 YT类合金大部分优良性能，故被称为通用合金。它既可以加工铸铁、有色金属，也可以加工钢。所以刀具材料选用硬质合金。 2.2.10 选择切削用量 （ 1）确定背吃刀量 ap 因工件的加工余量较大，并考虑刀工件系统的刚度，需要进行多次切削，留 0.55mm作为半精车余量，粗车外圆内孔时，背吃刀量应选用 3.0 2.0mm。由于零件的表面粗糙度较高，应留小的精车余量，所以半精车外圆内孔时背吃刀量取 0.4mm，精车外圆内孔时取 0.15mm。 （ 2） 确定进给量 f 由切削加工简明实用手册中，由表 8-50，根据车刀刀杆尺寸，工件直径和背吃刀量可查得粗车外圆内孔时 f=0.4-0.5mm r,选取 f=0.4mm r。 根据零件表面粗糙度、材料等因素，由切削加工简明实用手册中表 8-51可查得半精车与精车外圆内孔时取 f=0.3-0.5mm r,由于工艺的要求，分为半精车和精车，再考虑刀机床的刚度，故半精车时 f取 0.13-0.16mm r；由切削加工简明实用手册中表 8-52可查得切断、切槽时， f取 0.13-0.16mm r,取 f=0.1 mm r. (3)选择切削速度 Vc 由切削加工简明实用 手册中表 8-57,根据工件材料，背吃刀量和进给量，粗车和半精车时取 Vc=1-1.33m s。取 Vc=1 m s。由表 8-55查得切槽切断时， Vc=1 m s。 （ 4）确定主轴转速 n 由公式 n=1000Vc 所以粗车、半精车时 n=1000*0.8 *48=5.31r s 。 nts 第 17 页 共 35 页 装 订 线 即 n=318.47r min,取 n=300 r min。 精车时， n=1000*1.1 *45=7.78r s。即 n=466.8 r min.取 n=460 rmin. 切槽 切断时， n=1000*0.39 *18=6.9 r s。即 n=414 r min 取 n=400r min。 轴套加工时切削用量如下表所示 表 2-1轴套加工时的切削量 主轴转速 s (r m) 进给量 f(m min) 背吃刀量 ap mm 粗车外圆内孔 300 0.4 3.0 2.0 半精车外圆内孔 300 0.15 0.4 精车外圆内孔 460 0.08 0.15 车槽切断 460 0.1 进给量（ f） 的确定不仅根据车刀材料还要根据表面粗糙度如下表所示： 表 2-2硬质合金刚车刀粗车外圆及断面的进给量 工件材料 车刀刀杆尺寸 B H mm 工件尺寸 dwmm 背吃刀量 3 3-5 5-8 8-12 12 进给量 f mm r-1 铸钢及铜合金 16 25 40 0.4-0.5 0.4-0.5 - - - 60 0.5-0.8 0.5-0.8 0.4-0.6 - - 100 0.8-1.2 0.7-1.0 0.6-0.8 0.5-0.7 - 400 1.0-1.4 1.0-1.2 0.8-1.0 0.6-0.8 - nts 第 18 页 共 35 页 装 订 线 表 2-3 按表面粗糙度选择进给量的参数值 工件材料 表面粗糙度Ra um 切削速度范围 Vc mmin 刀尖圆弧单位 rmm 0.5 1.0 2.0 进给量 f mm r-1 铸铁、青铜、铝合金 5-10 不限 0.25-0.40 0.40-0.50 0.50-0.60 2.5-5 0.15-0.25 0.25-0.40 0.40-0.60 1.25-2.5 0.10-0.15 0.15-0.20 0.20-0.35 表 2-4车削加工时的切削速度 工件材料 抗拉强度 （ N.m-2） 刀具材料 粗加工 m.min-1) 精加工 m.min-1) 钢 350-400 硬质合金 130-240 200-300 430-500 100-200 220-300 600-700 100-150 150-220 700-850 70-90 100-130 铸铁 140-190HB 60-90 90-130 注：表 1-1参考数控加工工艺与编程 P27 nts 第 19 页 共 35 页 装 订 线 2.3 轴套加工工艺过程 表 2-5轴套的加工工艺 工序号 工 序 名称 工序内容 工序装备 加工程序 1 车 三爪 自定心卡盘夹住毛坯外圆，伸出 60mm 普通车床、 15mm钻头 车端面 钻孔 15mm 2 车 粗车、半精车外圆 28mm、30mm和台阶面，外圆留精车余量 0.25mm， 45mm车至尺寸 O2020 粗车、半精车内孔 22mm、18mm和台阶面，内孔留精车余量 0.25mm 2K6140 数控车床、外圆车刀、内孔车刀、内沟槽车刀、切断刀 内孔倒角 C1 M00 精车内孔 22mm至尺寸 精车内孔 18至尺寸 车三处内沟槽 2 0.5 外圆 28mm至尺寸 精车外圆 28mm至尺寸 精车外圆 30尺寸 车外沟槽 3 0.5mm 外圆左端倒角、切断 nts 第 20 页 共 35 页 装 订 线 第三章 轴套零件的手工编程 采用 FANUC-CK6140数控车床 O1111; G50 X60.0 Z100.0; 设定工件坐标系 S600 M03; T0101; 选择 1号外圆车刀，刀补号 1 G90 G00 X50.0 Z3.0; 快速定位至循环起点 G71 U3.0 R1.0; 背到量 3mm，退刀量 1mm G71P10Q20U0.25W0.05F0.2; 粗车进给量为车的进给量为 0.2mm-1 N10 G01 X28.0 F0.15; 粗车外轮廓 G42 Z0; Z-20.0; X30.0; Z-33.0; X29.0; Z-36.0; X45.0; Z-50.0; N20 G00 G40 X60.0; Z100.0 T0100; T0202; 选择 2号内孔车刀，刀补号 2 G00 X12.0 Z3.0; 快速定位至粗车内孔起到点 G71 U3.0 R1.0; 快速每次背吃刀量 3mm,退刀量 1mm G71P30Q40U0.25W0.05F0.2; 粗车进给量为车的进给量为 0.2mm-1 N30 G00 X22.0; 粗车内孔 G01 G41 Z0; Z-17.0; X18.0; Z-50.0; N40 G00 G40 X12.0 Z100.0; nts 第 21 页 共 35 页 装 订 线 G00 X24.01; 准备孔端倒角 G01 X22.01 Z-1.0 F0.08; 孔端倒角 Z-17.0; 精车内孔 22mm至 22.01mm X18.01; 准备精车内孔 18mm Z-50.0; 精车内孔 18mm至 18.01m G00 X16.0 Z100.0; X轴退刀至临时换刀点 T0200; 取消 2号刀补 T0303; 选择 3号内沟槽刀 G91 G00 Z-17.0; 快速定位到车内沟槽起刀点 M98 P32021; 调用子程序 O2222三次，车内沟槽 N50 G90 G00 Z50.0; 设定绝对值编程退刀 X60.0 Z100.0; 快速定位到起刀点 T0100; 选择 1号刀 G00 X25.99 Z3.0 准备外圆倒角 G01X27.99Z-1.0F0.08; 外圆倒角 Z-19.92; 精车外圆 X30.0; Z-35.92; G00 X60.0 Z100.0; T0404; 换 4号刀 G00X48.0 Z-35.92; G01 X29.0 F0.1; G00 X48.0; 车外沟槽 Z-51.0; 退刀 G01 X40.0; G00 X48.0; Z-54.0; G01 X40.0; G00 X48.0; Z-57.0; G01 X40.0; G00 X48.0 nts 第 22 页 共 35 页 装 订 线 Z100.0; 换 1号刀 T0101; 快速定位到进刀点 G00 X48.0 Z-47.0; G01 X45.0; X43.0 Z-48.0; G00 X48.0; Z100.0; T0404; G00 Z-51.0; G01 X17.0; 切断 X60.0 Z100.0; T0400; 取消 4号刀补 M05; M30; O2222； G00 Z-7.0; G01 X3.0 F0.1; G00 X-3.0; 退刀 M99; 返回主程序 N50 nts 第 23 页 共 35 页 装 订 线 第四章 数控加工仿真概述 4.1数控加工仿真介绍 数控加工仿真系统是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能培训和考核的仿真软件 。 已经成为较成熟的数控仿真软件。 仿真软件 正在为我国当前紧缺的数控操作技术人员的培养做出了有目共睹的贡献。 仿真 软件具备对数控机床操作全过程和加工运行全环境仿真的功能。可以进行数控编程的教学，能够完成整个加工操作过程的教学。使原来需要在数控设备上才能完成的大部分教学功能可以在这个虚拟制造环境中实现。 由于大部分的实训活动可以在本仿真系统中实现，使用仿真软件将大大减少在数控机床设备上的资金投入，从而可以加快当前紧缺数控加工操作技术人员的培训速度。由于使用仿真软件，也大大减少工件材料和能源的消耗，从而可以降低培训成 本。 由于仿真软件不存在安全问题，学员可以大胆地、独立地进行学习和练习。 仿真 软件中不仅具有对学员编制的数控程序进行自动检测、具体指出错误原因的功能，还具有在真实设备上无法实现的三维测量功能。这些功能使得学员可以进行自我学习，自我检测加工零件几何形状的精度，大大降低了教师的工作强度。 4.2 数控加工仿真的优点 1.系统完全模拟真实 CNC机床的控制面板和屏幕显现，可以轻松操作。 2.在虚拟操作下对 NC代码的切削状态，操作安全。 3.用户可以看到真实三维加工方针过程，仔细检查加工后的工件，可以更迅速的掌握 CNC机床的操作过程，过程逼真。 4.采用虚拟机床代替真实机床进行培训，在降低费用的同时或得更佳的培训效果，使用更经济。 4.3 数控加工仿真系统的应用方法 (1)灵活应用教学方法，课堂教学中变学生被动学习为主动学习 现在，由于大部分学习基础好的学生选择上大学，职业技术院校教师教学很困难，传统的教学方式已很难使学生接受，因此，利用先进的教学方法、教学手段来提高学生的学习兴趣显得尤为重要。数控专业教师应有较高的教学水平和教学能力，有较强的数控职业能力即数控编程能力、工艺处理能力、实际动手能力、自动编程能力，能较为 娴熟地运用行动导向的教学方法，在nts 第 24 页 共 35 页 装 订 线 课堂教学真正体现学生为主体 ，突出显示学生动手动脑的活动，变学生被动学习为主动学习。在教学过程中，教师起引导作用，即对学生活动中遇到困难或无法下手的问题进行引导、讲解。课堂教学中每节课的知识点尽可能集中，深入浅出，便于学生掌握编程方法与技巧 。 (2)、恰当运用数控加工仿真系统，充分发挥其课堂教学中的作用 数控加工仿真系统主要应用于数控编程与操作这一理论教学课程，还可作为数控操作技能训练的辅助工具 ， 应该科学地、充分地发挥数控加工仿真系统在教学中的作用。 (3)、科学安排教学内容 ，循序渐近掌握数控编程与操作技巧 在教学过程中教学内容的安排分为三个模块。其一为基础模块，主要讲解与训练最常用的 FANUC数控系统中的数控车床、数控铣床、数控加工中心的编程方法、操作及应用，这一模块是教学重点，必须使学生熟练掌握，灵活应用：其二为提高模块，主要讲解与训练 SIEMENS数控系统的三种机床的编程与操作，以帮助学生进一步加强不同在数控系统下对不同数控机床的编程方法的理解与应用能力
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