数控车床零件加工的编程(1).doc

数控机床的加工程序编制学生姓名： 杨建 学号： 200702110071 院系：机电工程学院 专业： 汽车检测与维修 班级：07级汽车2班 指导教师： 尹波 目录 内容提要.3关键字.3一、数控加工技术概述.4（一） 数控技术简介.;.4（二） 数控加工的优点及趋势.4二、 数控加工工艺设计方案确定.5三、轴类零件的加工工艺方案设计.5（一） 数控加工原理.5（二） 轴类零件的毛坯及材料.6（三）、轴类零件的功用、结构特点及技术要求.6四、程序编程.8（一）编程方法.8（二）编程步骤.8（三） 典型事例分析.9结束语.13参考文献 . . 14致谢. .15【内容提要】数控技术就是指一种采用计算机对机械加工过程中的各种控制信息进行数字化运算、处理、并驱动单元对机械执行构件进行自动化控制的技术。世界各工业发达国家通过发展数控技术、建立数控机床产业，促使制造业跨入一个新的发展阶段，给国民经济的结构带来了巨大的变化。数控机床是世界第三次产业革命的重要内容，它不但是机电工业的重要基础装备，还是汽车、石化、电子和现代医疗装备等产业现代化的主要手段。虽然数控机床产业本身的产值远不如汽车、化工等产业，但高效的数控机床给制造业带来了现代化的生产方式以及高倍率的效益增长，这是促进国民经济发展的巨大源动力。特别是数控技术在制造业的扩展与延伸所产生的辐射作用和波及效果，足以给机械制造业的产业结构、产品结构、制造方式及管理模式等带来深刻的变化。这份说明书是对整个设计过程的描述，包容了零件图样的分析、刀具夹具的选用、工艺路线的拟定以及手工编程的全部内容。在零件的加工过程中工艺分析是尤其重要的，而数控加工工艺分析与处理是数控编程的前提和依据，没有符合实际的数控加工工艺，就不可能有真正可行的数控加工程序，所以这次设计的重点就在数控加工工艺上，结合数控加工工艺要求和零件的使用要求对轴的数控加工工艺流程作了较详尽的分析。【关键字】 数控技术、工艺分析、机床、编程一、数控加工技术概述（一）、数控技术简介 装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。因此，专家们预言: 机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术；是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础；是提高产品质量、提高劳动生产率必不可少的物质手段；是国防现代化的重要战略物质；是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要基础性产业。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。根据国民经济发展和国家重点建设工程的具体需求，设计制造“高、精、尖”重大数控装备，打破国外封锁，掌握数控装备关键技术，创出中国数控机床品牌，提高市场占有率是全面提升我国基础制造装备的核心竞争力的关键所在。（二）、 数控加工的优点及趋势 随着科学技术的不断发展，数控技术的发展越来越快，数控机床朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。1、高速、高效 机床向高速化方向发展，可充分发挥现代刀具材料的性能，不但可大幅度提高加工效率、降低加工成本，而且还可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适用性。由于采用了新型刀具，车削和铣削的切削速度已达到5000米8000米/分以上；主轴转数在30000转/分(有的高达10万转/分)以上；工作台的移动速度：（进给速度），在分辨率为1微米时，在100米/分（有的到200米/分）以上，在分辨率为0.1微米时，在24米/分以上；自动换刀速度在1秒以内；小线段插补进给速度达到12米/分。根据高效率、大批量生产需求和电子驱动技术的飞速发展，高速直线电机的推广应用，开发出一批高速、高效的高速响应的数控机床以满足汽车、农机等行业的需求。还由于新产品更新换代周期加快，模具、航空、军事等工业的加工零件不但复杂而且品种增多。2、高精度 从精密加工发展到超精密加工（特高精度加工），是世界各工业强国致力发展的方向。其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（10nm），其应用范围日趋广泛。超精密加工主要包括超精密切削（车、铣）、超精密磨削、超精密研磨抛光以及超精密特种加工（三束加工及微细电火花加工、微细电解加工和各种复合加工等）二、数控加工工艺设计方案确定工艺设计是对工件进行数控加工的前期准备工作，它必须在程序编制工作之前完成。因此只有在工艺设计方案确定以后，编程才有依据。否则，由于工艺方面的考虑不周，将可能造成数控加工的错误。工艺设计不好，往往要成倍增加工作量，有时甚至要推倒重来。可以说，数控加工工艺分析决定了数控程序的质量。因此，编程人员一定要先把工艺设计做好，不要先急于考虑编程。 根据实际应用中的经验，数控加工工艺设计主要包括下列内容： （1）选择并决定零件的数控加工内容。 （2）零件图样的数控加工分析。 （3）数控加工的工艺路线设计。 （4）数控加工工序设计。（5）数控加工工序号程序编号夹具名称使用设备车间001液压夹具数控车床数控中心一步二步刀具号刀具规格/mm 主轴转速/r/min1切准面T10025*25002钻直径T1200234503钻直径T130025500三、轴类零件的加工工艺方案设计（一）、数控加工原理 当我们使用机床加工零件时，通常都需要对机床的各种动作进行控制，一是控制动作的先后次序，二是控制机床各运动部件的位移量。采用普通机床加工时，这种开车、停车、走刀、换向、主轴变速和开关切削液等操作都是由人工直接控制的。采用自动机床和仿形机床加工时，上述操作和运动参数则是通过设计好的凸轮、靠模和挡块等装置以模拟量的形式来控制的，它们虽能加工比较复杂的零件，且有一定的灵活性和通用性，但是零件的加工精度受凸轮、靠模制造精度的影响，而且工序准备时间也很长。 采用数控机床加工零件时，只需要将零件图形和工艺参数、加工步骤等以数字信息的形式，编成程序代码输入到机床控制系统中，再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制机床各部件协调动作，自动地加工出零件来。当更换加工对象时，只需要重新编写程序代码，输入给机床，即可由数控装置代替人的大脑和双手的大部分功能，控制加工的全过程，制造出任意复杂的零件。数控加工过程总体上可分为数控程序编制和机床加工控制两大部分。 数控机床的控制系统一般都能按照数字程序指令控制机床实现主轴自动启停、换向和变速，能自动控制进给速度、方向和加工路线，进行加工，能选择刀具并根据刀具尺寸调整吃刀量及行走轨迹，能完成加工中所需要的各种辅助动作（二）、轴类零件的毛坯和材料1、轴类零件的毛坯轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主；而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。2、轴类零件的材料轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并采用不同的热处理规范(如调质、正火、淬火等)，以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质(或正火)后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，淬火后表面硬度可达4552HRC。40Cr等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢GCr15和弹簧钢65Mn，经调质和表面高频淬火后，表面硬度可达5058HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴(例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴)可选用38CrMoAIA氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。（三）、轴类零件的功用、结构特点及技术要求轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴等。轴的长径比小于5的称为短轴，大于20的称为细长轴，大多数轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：1、尺寸精度起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较高(IT5IT7)。装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低(IT6IT9)。2、几何形状精度轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。3、相互位置精度轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件(齿轮等)的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为0.010.03mm，高精度轴(如主轴)通常为0.0010.005mm。4、表面粗糙度一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为Ra2.50.63m，与轴承相配合的支承轴径的表面粗糙度为Ra0.630.16m。四、程序编程（一）、 编程方法 数控编程方法有手工编程和自动编程两种。手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤主要有人工完成的编程过程。它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及计算较简单，程序段不多，编程易于实现的场合等。但对于几何形状复杂的零件（尤其是空间曲面组成的零件），以及几何元素不复杂但需编制程序量很大的零件，由于编程时计算数值的工作相当繁琐，工作量大，容易出错，程序校验也较困难，用手工编程难以完成，因此要采用自动编程。所谓自动编程即程序编制工作的大部分或全部有计算机完成，可以有效解决复杂零件的加工问题，也是数控编程未来的发展趋势。同时，也要看到手工编程是自动编程的基础，自动编程中许多核心经验都来源于手工编程，二者相辅相成。（二）、编程步骤拿到一张零件图纸后，首先应对零件图纸分析，确定加工工艺过程，也即确定零件的加工方法（如采用的工夹具、装夹定位方法等），加工路线（如进给路线、对刀点、换刀点等）及工艺参数（如进给速度、主轴转速、切削速度和切削深度等）。其次应进行数值计算。绝大部分数控系统都带有刀补功能，只需计算轮廓相邻几何元素的交点（或切点）的坐标值，得出各几何元素的起点终点和圆弧的圆心坐标值即可。最后，根据计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的加工参数及辅助动作，结合数控系统规定使用的坐标指令代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序单，并输入CNC装置的存储器中。（三）、典型实例分析数控车床主要是加工回转体零件，典型的加工表面不外乎外圆柱、外圆锥、螺纹、圆弧面、切槽等。例如，要加工形状如图所示的零件，采用手工编程方法比较合适。由于不同的数控系统其编程指令代码有所不同，因此应根据设备类型进行编程。以西门子802S数控系统为例，应进行如下操作。如图 ；轴类零件的机械加工工艺1、确定加工路线 按先主后次，先精后粗的加工原则确定加工路线，采用固定循环指令对外轮廓进行粗加工，再精加工，然后车退刀槽，最后加工螺纹。2、装夹方法和对刀点的选择 采用三爪自定心卡盘自定心夹紧，对刀点选在工件的右端面与回转轴线的交点。3、选择刀具根据加工要求，选用四把刀，1号为粗加工外圆车刀，2号为精加工外圆车刀，3号为切槽刀，4号为车螺纹刀。采用试切法对刀，对刀的同时把端面加工出来。4、确定切削用量车外圆，粗车主轴转速为500r/min，进给速度为0.3mm/r，精车主轴转速为800r/min，进给速度为0.08mm/r，切槽和车螺纹时，主轴转速为300r/min，进给速度为0.1mm/r。5、程序编制 确定轴心线与球头中心的交点为编程原点。零件的加工程序如下：主程序N05 G90 G95 G00 X80 Z100 (换刀点)N10 T1D1 M03 S500 M08 (外圆粗车刀)-CNAME=“L01”R105=1 R106=0.25 R108=1.5 (设置坯料切削循环参数)R109=7 R110=2 R111=0.3 R112=0.08N15 LCYC95 (调用坯料切削循环粗加工)N20 G00 X80 Z100 M05 M09N25 M00N30 T2D1 M03 S800 M08 (外圆精车刀)N35 R105=5 (设置坯料切削循环参数)N40 LCYC95 (调用坯料切削循环精加工)N45 G00 X80 Z100 M05 M09N50 M00N55 T3D1 M03 S300 M08 (切槽车刀，刀宽4mm)N60 G00 X37 Z-23N65 G01 X26 F0.1N70 G01 X37N75 G01 Z-22N80 G01 X25.8N85 G01 Z-23N90 G01 X37N95 G00 X80 Z100 M05 M09N100 M00N105 T4D1 M03 S300 M08 (三角形螺纹车刀)R100=29.8 R101=-3 R102=29.8 (设置螺纹切削循环参数)R103=-18 R104=2 R105=1 R106=0.1R109=4 R110=2 R111=1.24 R112=0R113=5 R114=1N110 LCYC97 (调用螺纹切削循环)N115 G00X80 Z100 M05 M09N120 M00N125 T3D1 M03 S300 M08 (切断车刀，刀宽4mm)N130 G00 X45 Z-60N135 G01 X0 F0.1N140 G00 X80 Z100 M05 M09N145 M02子程序L01.SPFN05 G01X0 Z12N10 G03 X24 Z0 CR=12N15 G01 Z-3N20 G01 X25.8N25 G01 X29.8 Z-5N30 G01 Z-23N35 G01 X33N40