数控编程课程设计.doc

目 录1.零件的分析. 12.工艺处理. 22.1刀具、工夹具的设计和选择. 22.2选择对刀点和换刀点. 32.3确定加工路线. 32.4确定切削用量. 32.5制作数控加工工艺卡片. 43.刀具轨迹设计分析及轨迹计算. 44.数控加工程序. 65.加工程序的调试及运行结果. 86.小结与体会. 97.参考资料. 101.分析阶梯轴零件图样 图1 阶梯轴零件图该零件为阶梯回转轴，零件表面由两段圆锥表面，50、60、80的三段圆柱表面，R10,R8，R14的三段圆弧表面，44*5，65*5的两个退刀槽以及M80*2的螺纹表面组成，如图1所示。零件图尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件的材料为45钢，无热处理和硬度要求。 由于该零件表面粗糙度为Ra6.3，最高达到Ra0.8，故需精密机床来加工；未给出同轴度和垂直度要求，故按一般位置精度处理。首先，由于该零件为回转轴类，显尔需在车床上加工。其次，该回转零件表面较复杂，至少需要换三把刀具，如果采用人工加工，生产效率低下，精度也难以得到保证，因此本次设计采用数控车床来加工。它在加工本零件时至少具有以下三方面的优点：(1) 生产率高。由于数控机床能合理选用切削用量，机加工时间短，又由于其定位精度高，停机检测次数少，加工准备时间也因采用通用夹具而大大缩减。(2) 减少工人劳动强度。本零件各圆锥表面，圆柱表面需用粗、精车刀加工，退刀槽需要那个切槽刀，螺纹加工需用螺纹刀。由于数控机床主要是自动加工，能自动换刀，开/关切削液，自动变速，其大部分操作不需要人工完成，因而改善了劳动条件。由于操作失误少，液降低了废品率和次品率。(3) 加工精度高，产品质量稳定。本零件表面有较高的表面要求，而数控车床自动加工，人为因素干扰少。其加工精度可采用软件来校正和补偿误差，因此，能获得比机床本身精度还要高的加工精度和重复精度。综上所述，本零件采用数控车床加工。图2 UG软件绘制的零件三维仿真图图3 毛坯三维仿真图 2.工艺处理本次设计选用华中数控世纪之星车削加工中心加工本零件。由于最大回转直径Dmax=80mm，选用的毛坯为直径D=82mm的棒料。在数控车削之前，由普通车床完成毛坯外圆柱面和端面的粗车加工。图3 棒料的三维仿真图2.1刀具、工夹具的设计和选择零件毛坯材料为45钢，无热处理和硬度要求，选用刀具材料为硬质合金。外圆柱面和圆锥面的粗加工和精加工分别采用外圆粗车刀和精车刀。为防止刀具副后刀面与工件轮廓干涉，车刀均选用45硬质合金右偏刀；退刀槽的加工采用宽度为4mm切断刀；M80*2的螺纹加工采用螺纹刀。具体的所选刀具参数见下表：表1 数控加工刀具卡片 产品名称或代号0000零件名称阶梯轴零件图号0001序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T01硬质合金450外圆粗车刀1粗车端面及轮廓右偏刀2T02外圆精车刀1精车轮廓右偏刀3T03切断刀1车退刀槽宽4mm4 T04螺纹刀1车螺纹编制余文念审核批准零件毛坯为棒料，装夹方案为左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧。加工过程中使用合成切削液。2.2选择对刀点对刀点是工件坐标系的原点，所选对刀点应使程序编制简单，对刀点容易找正，并在加工过程中便于检查的位置上，减小加工误差。根据零件坯料和所选车床情况，选择零件坯料右端中心为对刀点。即图2中的O点，并以此点建立工件坐标系，编制加工程序。换刀点是工件加工过程中刀具换刀点，要正确选择换刀点，以避免换刀时刀具与机床，工件夹具发生碰撞现象。本设计选择换刀点为上述工件坐标系的P（100，100）点，具体见图4。2.3确定加工路线首先确定刀具的刀位点。车削过程中刀位点在车刀刀尖。加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。即先从右到左进行粗车（留0.2mm精车余量），然后从右到左进行精车。数控车床具有粗车循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自行确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和精车循环不需要人为确定进给路线。故其刀具轨迹的设计计算只需要分析设计精车路线即可。2.4确定切削用量在粗加工时，选择背吃刀量为2mm，切削速度为80 mmm-1，主轴转速为800r/min，进给量为80mm/min。在精加工时，选择背吃刀量为0.2mm，切削速度为120 mmm-1，主轴转速为1200r/min，进给量为40 mm/min。表2 数控车床切削用量简表 工具材料加工方式背吃刀量Ap/mm切削速度V/ mm/min进给量f/ mm*min碳素钢粗加工5-760-8080-1202-380-12080-120精加工0.2-0.3120-15040-802.5制作数控加工工艺卡片表3 数控加工工艺卡片将前面分析的各项内容综合成表2所示的数控加工工艺卡片，主要内容包括：工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。 单位名称武汉理工大学产品名称或代号0000零件名称阶梯轴零件图号0001工序号001夹具名称三爪自定心卡盘使用设备华中数控世纪之星车削加工中心车间数控中心工步号工步内容刀具号刀补号主轴转速r/min进给速度mm/min / mm/r背吃刀量mm备注1平右端面面T0101800802粗车外轮廓T01018008023精车外轮廓T02021200400.24切退刀槽T0303800605车螺纹T040420026切断工件T030380060编制余文念审核批准日期2009.1.233.刀具轨迹设计分析及轨迹计算由于零件的轮廓加工，不论是粗车循环还是精车循环不需要人为确定进给路线，故其刀具轨迹的编程只需按工件实际轮廓进行各点的坐标计算和轨迹计算（粗车要指定所留余量），机床会自动选择合适的加工路线和相应的切削用量，计算来回切削次数，切削时间等，轨迹基点及加工路线图如图4所示。图4 轨迹基点及加工路线图如图2所示，O为工件坐标原点，P为换刀点，Q为粗精车循环起点，其余各点均为轮廓上基点。该加工路线先车削外形轮廓，待循环车削完毕，再逐一车退刀槽和螺纹。根据图1给定尺寸计算各点坐标值（X，Z)如下: 点代号坐标值点代号坐标值点代号坐标值点代号坐标值O(0,0)A(10,0)B(30,-10)C(34,-22)D(50,-30)E(50,-45)F(60,-50)G(60,-52)H(60,-72)I(80,-80)J(80,-92)K(80,-97)L(80,-110)M(44,-45)N(44,-50)R(65,-92)S(65,-97)P(100,100)Q(85,0)表4 各点坐标值4.数控加工程序由表3工序卡片以及表4各点坐标，即可以编制该零件的数控加工程序。首先需说明三点，数控程序编制采用G代码，不同的数控系统各代码的含义有所不同，本设计按FANUC数控系统代码编程。另外，切5mm退刀槽时，由于切断刀只有4mm宽，故需分两次切削，切削轨迹重合4mm。最后，车削螺纹时，编程终点坐标值是螺纹底径终点坐标，而工程图纸上标出的是螺纹公称直径（大径），这就必须计算牙深，而螺纹牙深理论值H=0.866螺距，但是理论值是无法实现的，一般按经验计算螺牙深度，即实际值约为0.65螺距。因而本设计，h=0.652=1.3mm，则螺纹底径D1=80-20.652=77.4mm。为避免在加减速过程中进行螺纹切削，要设置引入距离1和超越距离2。一般1=（2-3）f，2= f，本设计 取1=3mm，2=1mm。数控加工程序如下所示：表5 数控加工程序单阶梯轴数控加工程序单O0821N010G54设定X,Z平面N020T0101 M03 S800 M08换外圆粗车刀，主轴正转，切削液开N030G00 X85 Z0平右端面N040G01 X-1 F80N050G00 X85N060G71 U2 R1 P070 Q170 X0.2 Z0.1粗车循环，每次吃刀2mm，退1mm，留精车余量X向0.2mm，Z向0.1mmN070G00 X10 Z0N080G03 X30 Z-10 R10车R10圆弧N090G01 X34 Z-22车锥面N100G02 X50 Z-30 R8车R8圆弧N110G01 Z-45车圆柱面N120 X60N130 Z-52N140G02 X60 Z-72 R14车R14圆弧N150G01 X80 Z-80车锥面N160 Z-110车圆柱面N170X85 W0回至循环起点N180G00 X100 Z100快速回到换刀点N190T0202 S1200 M03换2号精车刀，转速加大至1200r/minN200G70 P070 Q170 F40精车循环，进给量降至40mm/minN210G00 X100 Z100精车完后回至换刀点N220T0303 S800 M03换3号切断刀，转速调至800r/minN230G00 X62 Z-50定位至第一个退刀槽口N240G01 X44 W0切进第一次N250G04 X5停5秒N260G01 X62N270Z-49N280X44切进第二次N290G04 X5N300G00 X82 W0N310Z-97定位至第二个退刀槽口N320G01 X65N330G04 X5N340G01 X82N350Z-96N360X65N370G04 X5N380G00 X85N390Z-114定位至螺纹退刀槽口N400G01 X70N410G04 X5N420G00 X85N430 X100 Z100回至换刀点N440T0404 S200 M03换4号螺纹刀，转速调至200r/minN450G00 X82 Z-94N460G92 X79.1 Z-111 F2分5次循环切制螺纹，螺距P为2mmN470X78.5N480X77.9N490X77.5N500X77.4N510G00 X82N520X100 Z100回至换刀点N530T0303 S800 M03换3号切断刀N540G00 X85 Z-114N550G01 X-1 F60切断工件N560G00 X85N570X100 Z100回至换刀点N580M05 M09主轴停转，关切削液N590M30程序结束5.加工程序的调试及运行结果本程序的调试是在实验室里的华中数控世纪之星加工中心完成的，虽然所编制程序采用的是FANUC数控系统的G代码，但大部分程序和代码与华中数控系统是兼容的，只有个别G代码功能不同。比如FANUC系统的粗、精车循环分别为G70和G71，但华中数控统一由G71代码完成粗、精加工，至于各自切削用量，切削时间等均由数控车床自动生成。再比如，FANUC的螺纹切削指令为G92，但华中数控系统默认的是G73。但这些差别并不影响程序的移植，只需要更改个别指令，华中数控系统就能调试和运行该程序。开机床回零输入加工程序夹持工件，对刀调试，模拟加工路径图5 加工程序调试流程图图6 实际运行后的刀具加工轨迹图 6.收获与体会 本次课程设计，是根据给定的零件轮廓尺寸及其尺寸工艺要求，进行数控工艺路线设计，并按照手工编程的步骤，编制数控加工（包括粗、精加工）程序，最后在数控机床上实现其加工。虽然给定的零件为简单的回转轴类零件，工艺路线的拟定以及数控程序编制并不繁琐，但由于是首次进行数控加工工艺路线设计以及加工工序的编制，在设计之初仍感艰难和生疏。当然这次数控课程设计，收获也颇