数控车床加工工艺设计含CAD制图

天津滨海职业学院毕业设计数控车床加工工艺设计作者院系天津滨海职业学院机电工程系专业机电一体化技术年级2010级学号指导教师II毕业设计任务书设计题目数控车床加工工艺完成期限自2012年12月5日至2013年3月10日止一、设计原始依据1根据数控加工编程与操作中的零件设计。2在数控车床实训中所加工的轴类以及套类零件。二、设计内容和要求内容1数控车床的概述2数控车床的操作3零件加工及工艺要求1结合数控机床高精度、高效率和高柔性等特点综合多方面的知识，能够解决数控加工中的工艺问题。2能熟练掌握数控车床的编程及加工。3能够深刻理解数控加工过程中的一系列问题。本人签字2013年3月10日III毕业设计内容摘要数控车削加工设计以机械制造中的工艺基本理论为基础，结合数控机床高精度、高效率和高柔性等特点综合多方面的知识，解决数控加工中的工艺问题。对零件进行编程加工之前，工艺分析具有非常重要的作用。在比较数控车床加工工艺与传统加工工艺的基础上，对数控车床加工工艺中的关键问题进行了深入分析，总结了数控车床的工艺设计方法。通过实例，证明了正确地进行数控车床加工工艺分析与设计有助于提高零件加工质量和生产效率。本文通过对零件图样分析、工艺路线的拟订、切削用量的选择等几方面进行了介绍。关键词数控加工工艺分析图样分析工艺路线IV目录第一章数控车床概述1第一节数控车床的基本构成1第二节数控车床的工艺范围1第二章数控加工工艺分析2第三章数控车床加工实例4第一节简单轴类零件的编程与加工4第二节简单轴类零件的编程与加工10第四章数控车床加工操作流程15小结19参考文献20附件表211第一章数控车床概述第一节数控车床的基本构成数控车床的整体结构组成基本上与普通车床相同，同样具有床身、主轴、刀架、拖板和尾座等基本部件，但数控操作面板、显示监视器等却是数控机床特有的部件。总体上包含以下四个部分机床主体、控制部分、驱动装置以及辅助装置，如图所示。一机床主体机床主体是数控车床的机械部件，通常包括主轴箱、床鞍与刀架、尾座、进给机构和床身等。二控制部分（CNC装置）控制部分是数控车床的控制核心，一般包括专用计算机、液晶显示器、控制面板及强电控制系统等等。三驱动装置驱动装置是数控车床执行机构的驱动部件，包括主轴电动机、进给伺服电机等。四辅助装置辅助装置是指数控车床上的一些配套部件，包括对刀仪、润滑、液压及气动装置、冷却系统和排屑装置等。第二节数控车床的工艺范围数控机床有许多种型号、规格和不同的性能，不同类型的机床有着不同的用途数控车床适用于加工精度要求高、表面粗糙度好、形状比较复杂的回转类的轴类、盘类零件和复杂曲线回转形成的模具内型腔。能够通过程序控制，自动完成圆柱面、圆锥面、圆弧面和各种螺纹的切削加工。轴类和盘类零件的区分主要在于它的长度和直径的比例，一般将长度和直径的比例大于一的零件视为轴类零件，而将比例小于一的零件视为盘类零件。2第二章数控加工工艺分析一机床的合理选用数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件（一）多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件。（二）轮廓形状复杂，或对加工精度要求较高的零件。（三）用普通机床加工时需用昂贵工艺装备（工具、夹具和模具）的零件。（四）需要多次改型的零件。（五）价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件。（六）需要最短生产周期的急需零件。二数控加工零件的工艺性分析（一）零件图上尺寸数据的给出，应符合程序编制方便的原则（二）零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点三加工方法的选择与加工方案的确定（一）加工方法的选择加工方法的选择原则是同时保证加工精度和表面粗糙度的要求。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及现有生产设备等实际情况。（二）确定加工方案的原则零件上精度要求较高的表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对于这些表面，要根据质量要求、机床情况和毛坯条件来确定最终的加工方案。确定加工方案时，首先应该根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。此时要考虑到数控机床使用的合理性和经济性，并充分发挥数控机床的功能。原则上数控机床仅进行较复杂零件重要基准的加工和零件的精加工。四零件的安装与夹具的选择在数控车床上，可以用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘和两顶尖等多种夹具安装车削。一般装夹棒料工件时，应使三爪自定心卡盘夹紧工件。为保证夹持力度，要有一定的夹持长度。但在装夹非回转表面，或偏心工件时，经常使用四爪单动卡盘和两顶尖等方式进行装夹。五对刀点和换刀点的确定（一）选择对刀点的原则是1选择的对刀点便与数学处理和简化程序编制。2对刀点在机床上容易校准。3加工过程中便于检查。4引起的加工误差小。3（二）确定工艺加工路线的原则是1保证零件的加工精度和表面粗糙度。2方便数值计算，减少编程工作量。3缩短加工运行路线，减少空运行行程。在确定工艺加工路线时，还要考虑零件的加工余量和机床、刀具的刚度，需要确定是一次走刀，还是多次走刀来完成切削加工，并确定在数控铣削加工中是采用逆铣加工还是顺铣加工等。4第三章数控车床加工实例第一节简单轴类零件的编程与加工图31轴类零件图图32轴类零件CAD图一零件图样分析（一）所需加工零件如图31以及图32所示，材料为45号钢。在数控车床上需要进行的工序为切削外圆；R70MM弧面、锥面、退刀槽、螺纹及倒角（二）成型表面组成由圆柱面、圆锥面、球面、圆弧面以及螺纹面组成。5各表面精度要求较高以及表面粗糙度要求为RA16，用数控车削均可完成。（三）轴段右侧有两段顺逆圆弧，应选用机械间隙补偿的数控机床去完成。二工艺措施（一）尺寸精度要求及表面粗糙度要求，一般取表面粗糙度为七级精度，使用高等精度数控CJK6140即可保证零件的加工要求，编程时，直接带入具体尺寸。（二）轴段右侧有两段顺逆圆弧，应选用带机械间隙补偿的数控机床去完成。（三）各成型表面连接无复杂程度中等，不须用可转位刀片，用一般车削硬质合金刀即可。（四）选毛坯件45碳热扎圆钢，取毛坯选60棒料。（五）数控加工前先在普床上完成外圆的准备加工，使之为48MM，同时获得工件的回转轴线、再平端面。三确定定位基准和装夹方式（一）定位基准X方向坯件回转轴线Z方向坯件端面设计基准和定位基准与工艺基准三者重合；在相应加工之前基准端面要先加工。（二）装夹方式三爪自定心卡盘，手工夹紧夹持端。对坯料多余部分插入主轴内部，加工时依次完成四根轴的加工。在数控机床上分别加工各成型面，最后用切割刀切除。综上所述，首先在普床上平端面、加工外圆去除表面的余量达到要求，然后把工件放到数控车床上确定左段用三爪自定心卡盘夹持，加工圆球、圆弧、圆锥、倒角、退刀槽及螺纹，最后用切割刀切断即可完成。（三）装夹图如图33所示图33装夹图四加工路线及进给路线（一）粗车外表面6先平端面，然后遵循由粗到精，从右到左（由近到远）的加工原则；加工时从右到左粗车各面，粗车时留精加工余量05MM。加工路线如图34所示，用一把刀即可完成所以内容。（二）精车外表面图34精车轮廓进给路线编程时用G70指令对应G71指令进行精车，一刀完成。走刀路线如上图34所示。（三）粗车左端表面用G73指令完成左端粗加工，走刀如图35所示。图35加工路线及进给路线图（四）精车左端表面用指令G70完成，一刀走完，走刀路线如图35所示。（五）槽加工一刀完成。走刀路线如下图36所示7图36槽加工图（六）螺纹加工由于螺纹系易损面，应后加工。编程时可用G92螺纹循环指令完成加工。走刀路线如如图37所示图37螺纹加工图（七）最后用切断刀切断。五刀具选择刀具材料为硬质合金，经几何分析SINAOC/OK65/750866得到A60度，KR大于30为安全。（一）粗车时循环车削轮廓取一般硬质合金90度右偏刀，从右向左车外廓，副偏角为55度，取NK较大的刀以防止干涉，取刀杆直径D20MMX20MM。（二）切槽刀切削刀宽为5MM，刀柄D20MMX20MM。（三）螺纹刀使用60度外螺纹硬质合金右刀，刀柄20MMX20MM。（四）将以上所选定的刀具参数填入如下数控加工刀具卡。六工艺卡片表31工艺卡片序号刀具号刀具规格与名称数量工序内容备注1T0190度右偏硬质合金外圆刀1车外轮廓及端面自动2T0230度硬质合金尖刀1车外轮廓自动3T03刀刃宽为5MM1切退刀槽切自动8的切槽刀断4T0460度的硬质合金螺纹刀1车螺纹外螺纹编制郝慧敏审核七切削用量选择（一）背吃刀量的选择轮廓粗车循环时选AP3，精车AP025；螺纹粗车循环时选AP04，精车AP005。（二）主轴转速的选择车直径和圆弧时，查表选粗车切削速度VC90M/MIN精车切削速度VC120M/MIN然后利用公式VCDN/1000技术主轴转速N（粗车直径D60，精车工件直径取平均值）；粗车800R/MIN精车1200R/MIN。（三）进给速度的选择查表选择粗车、精车每转进给量，再根据加工的实际情况确定粗车每转进给量为04/R，精车每转进给量为015/R，最后根据公式VFNF计算粗车、进给速度分别为200M/MIN和180M/MIN。、八数控加工程序单按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写程序清单。该工件的加工程序如下00001；M03S700T0101；G00X50Z30；G71U30R05；G71P10Q20U05W03F04；N10G00X0；G01Z0F015S1000；G03X20Z10R10F015；G01Z265F015；X24；X27Z28；Z495；X32；G03X36Z51R20F015；G01Z645F015；X43；X46W15；Z110；N20G00X500Z30；G00X1500Z2000；G00X500Z30S1000；G70P10Q20；G00X1500Z2000；9G00X150Z200T0202；G00X50Z795；G73U9W0R5；G73P30Q40U05W03；N30G00X47；G01X46F005；G02X358W5F015；G01X296Z102F015；N40G00X50Z795；G00X150Z200；G00X50Z795S1000；G70P30Q40；G00X150Z200；T0303S400F015；G00X400Z495；X28；G75R05；G75X23P2000F015；G00X500Z30；G00X1500Z2000；T0404S600；G00X29Z25；G92X262Z470F15；X256；X252；X2504；X2504；G00X500Z30；G00X1500Z2000；T0303S400F007；G00X50Z1065；G75R05；G75X0P2000F007；G00X150Z200；M30；10第二节简单套类零件的编程与加工用数控车床加工如图38以及39所示的简单套类零件，工件长度为44，外圆两个阶台尺寸分别为45，65，两端同轴度要求为004，并有一个C1倒角。内孔两个阶台尺寸分别为30，52，内孔中两阶台端面垂直度要求为002，有一个C5倒角和一个42的内槽。图38套类零件图11图39套类零件CAD图一零件图样分析图中所示为简单套类零件，该零件表面由两个阶台组成，其中多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求，零件尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整；零件材料为45号钢，加工切削性能较好，无热处理和硬度要求。套类零件是机械加工中常见的一种加工形式，套类零件哟哀求除尺寸、形状精度外，内孔一般作为配合和装配基准，孔的直径尺寸公差等级一般为IT7，精密轴套可取IT6，孔的形状精度应控制在孔径公差以内。对于长度较长的轴套零件，除了圆度要求以外，还应注意内孔面的圆柱度，端面内孔轴线的圆跳动和垂直度，以及两端面的平行度等项要求。二套类零件的装夹方案套类零件的内外圆、端面与基准轴线都有一定的形位精度要求，套类零件精基准可以选择外圆，但常以中心线及一个端面为精加工基准。根据套类零件的结构特点，数控车加工中可采用三爪卡盘、四爪卡盘或花盘装夹，由于三爪卡盘四年定心精度存在误差，不适于同轴度要求高的工件的二次装夹。对于能一次加工完成内外圆端面、倒角、切断的套类零件，可采用三爪卡盘装夹；较大零件经常采用四爪啦盘或花盘装夹；对于精加工零件一般可采用软卡爪装夹，也可以采用心轴上装夹；对于较复杂的套类零件有时也采用专用夹具来装夹。三刀具的选择12加工套类零件外圆柱面的刀具选择与轴类零件相同。加工内孔是套类零件的特征之一，根据内孔工艺要求，加工方法较多，常用的有钻孔、扩孔、镗孔、磨孔、拉孔、研磨孔等。套类零件一般包括内外圆、锥面、圆弧、槽、孔、螺纹等结构。根据加工需要，常用的刀具还有粗车镗孔车刀、精车镗孔车刀、内槽车刀、内螺纹车刀以及特殊形状的成型车刀等。四切削用量的选择根据被加工表面质量要求、刀具材料和工件材料，参考切削用量手册或有关资料选取切削速度与每转进给量，然后计算主轴转速与进给速度（计算过程略），并将结果填入工序卡中。背吃刀量的选择因粗、精加工而有所不同。粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，以减少进给次数；精加工时，为保证零件表面粗糙度哟哀求，背吃刀量一般取0104较合适。五切削液的选择套类零件在数控车加工比轴类零件有更大的难度，由于套类零件的特性使的切削液不易达到切削区域，切削区的温度较高，切削车刀的磨损也比较严重。为了使工件减少加工变形，提高加工精度，应根据不同的工件材料，选择适合的切削液浇注位置。六填写加工刀具和工序卡如表32所示套类零件的加工刀具和工艺卡表32加工刀具及工艺卡片零件图号211数控车床加工工序卡机床型号CKA6150零件名称简单套类零件机床编号刀具表量具表刀具号刀补号刀具名称刀具参数量具名称规格（MM/MIN）T0101外圆车刀D型刀片游标卡尺千分尺01500025075001T0202镗孔车刀T型刀片内径百分表2550001T0808钻头28游标卡尺0150002工序工艺内容切削用量加工性质SR/MINFMM/RAPMM1车端面确定基准80002032自动132钻孔30002034手动3车45外圆12000102052自动4调头软爪夹45外圆，车端面确定基准1000005010515自动5车65外圆12000102052自动6镗孔至尺寸100000501033自动七编写加工程序根据图38图39所示零件，分析了工件内外圆及内槽的加工路线，并且确定了加工时的装夹方案，以及采用的刀具和切削用量，根据工艺过程按工序内容划分三个部分，并随影编程三个程序以完成加工。O0001；N1；S800T0101M03；G00X2000Z1500；G00X680Z20；G71U15R05；G71P10Q11U05W005F015；N10G00X0；G01Z160；N11G00X680；M03S1200T0101；G00X2000Z1500；G70P10Q20；G00X2000Z1500；M30；00002；N1；M03S800T0101；G00X2000Z1500；G00X680Z20；G71U15R05；G71P10Q20U05F015；N10G00X650；G01Z280；14N11G00G40X680；G00X2000Z1500N2；M03S1200T0101；G00X2000Z1500；G70P10Q11；G00X2000Z1500；M30；00002；N1；M03S800T0202；G00X2000Z1500；G00X260Z20；G71U15R05；G71P10Q20U04F015；N10G00X520；G01Z200F01；X400；X300Z250；N11G00X260；G00Z150M09；N2；M03S1200T0202；M08；G00X260Z20；G70P10Q11；G00X2000Z1500；M30；15第四章数控车加工操作流程一开机接通电源之前，首先要检查数控车床外表是否正常，如后面电控柜门是否关上、车床内部是否有其他异物等等；一切正常后，打开位于车床侧面电控柜上的主电源开关，先向机床供电，应听到电控柜风扇和主轴电机风扇开始工作的声音；然后按操作面板上的ONPOWER按钮接通数控系统电源，几秒钟后CRT屏幕上出现ONREADY，即机床没有准备好；顺时针方向松开“急停”按钮，然后按车床操作面板上的MACHINEREADY按钮，几秒钟后ONREADY的信息消失，机床液压泵启动，机床进入准备状态。机床使用完毕，应该先关CNC电源，然后再关机床主电源开关二基本操作（一）先按X手轮方式，再按100手轮倍率，逆时针转动FANUC手轮，使刀架向X方向移动一段距离；再按Z手轮方式，逆时针转动FANUC手轮，使刀架向Z方向移动一段距离。（二）按回零方式按钮，再按Z轴X轴X轴Z轴中X轴、Z轴按钮。（三）按POS按钮，屏幕上出现X0000Z0000，表示机床已经回零。（四）启动主轴1按编辑方式，再按PROG编程按钮，编几个程序段，如O0011；M03S500；T0101；2按单段。3按自动方式，再按循环启动，机床主轴运转。4按主轴停止键，机床停止转动。三机床的暂停与急停在任何紧急情况下，按一下紧急停止按钮，机床和CNC装置随即处于急停状态。等各项故障解除之后，想消除此急停状态，可顺着按钮上的RESET方向旋转按扭，使按钮弹起即可。四机床常用功能键介绍数控车床的控制面板一般由显示器CRT/MDI面板（如图41所示）和机床控制面板构成。CRT/MDI面板上的各种功能键严格分组，通过键与按钮的组合可执行基本操作。常用各功能键及其对应的功能见表41所示。16图41CRT/MDI面板表41CRT/MDI面板主要功能键名称功能RESET复位键解除报警终止当前一切操作CNC复位INPUT输入键把输入域内的数据输入参数页面或者输入一个外部的数控程序。参数偏置等输入，还用于输入输出设备的开始MDI方式指令输入地址数值键地址数值键用于输入数据到输入域，输入数据到输入域时，系统自动判别取字母还是取数字ALTER替代键用输入域内的数据替代光标所在的数据DELET删除键删除光标所在的数据，或删除一个数控程序或者删除全部数控程序INSRT插入键把输入域之中的数据插入到当前光标之后的位置CAN修改键消除输入域内的数据CURSOR光标移动CURSOR向下、向上、向左、向右键移动光标PAGE翻页按钮PAGE向下或向上翻页POS键位置显示页面，显示当前位置坐标PRGRM键数控程序显示与编辑页面MENUOFSET参数输入页面偏置量显示屏。按第一次进入坐标系设置页面，按第二次进入刀具补偿参数页面。进入不同的页面以后，用PAGE按钮切换DGNOSPARAM进行参数的设置，诊断数据的显示五编程注意编程时，如果出现错误，把光标移到出错的程序段处，用CAN擦除，17再重新编程；如果对程序段的某个内容要进行修改，则可在下面编上某个正确的内容，然后按替代键，修改编程；按OEB键出现（；）；按INPUT按钮把整个程序段输入编程处。六模拟模拟主要检验编程的正确与否。操作步骤（一）按CSTM/GR按钮，出现模拟框图形；（二）按机床锁按钮，再按自动方式以及循环启动按钮。（注模拟以后，要求重新回零，如果自己能确定编程的正确与否，可不用模拟，以节省加工时间，提高加工效率。）七用试刀法对刀（一）用三爪卡盘把毛坯的右端夹紧。（二）装刀。1当刀架离工件比较远时，可按100手轮倍率及X手轮方式或Z手轮方式，转动FANUC手轮，使刀架靠近工件。2把外圆车刀装在1号刀位上。试切时，若有凸台或凹坑，证明刀尖与工件轴线不等高，可通过调整垫刀片厚度，使刀尖严格地与工件轴线等高。三试切法对外圆车刀1对Z轴。按100手轮倍率及X手轮方式，逆时针转动FANUC手轮，沿X方向较快进给靠近工件，再按10手轮倍率，用较慢的进给速度车端面，车完端面后，顺时针转动FANUC手轮，沿X方向退回，按主轴停按钮，停机。按OFSET按钮，移动按钮，在屏幕出现磨损/外形时，把光标定位在G01U0000W0000的W0000处；在下边处，输入Z0，再按刀具测量按钮，按显示器的测量键，在原先W0000的地方就变成W665848，Z方向对刀完毕。2对X轴。选较小的切削深度，按10手轮倍率及Z手轮方式，逆时针转动FANUC手轮，车大约1015MM长的距离，再顺时针转动FANUC手轮，把车刀退至离工件约90MM左右，（防止转动刀架时，刀具碰到工件），按主轴停按钮，停机。测出所车工件的直径D为322MM，在下边处，输入X322，按刀具测量按钮，再按显示器上相对应的测量键，在原先U0000的地方就变成U408340。3输入磨耗值。按磨损/外形的磨损下边的键，出现偏置/磨损时，先用光标移动在W01的U值上，输入磨耗值05MM。八自动循环加工外圆外圆车刀对刀点18（一）粗加工及半精加工1按编辑方式，再按PROG