毕业设计-数控车床加工工艺设计(含CAD制图

1、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：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

2、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4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

3、图样分析 工艺路线目录第一章 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 21- 11 -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

4、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

5、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。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

6、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，

7、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。（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

8、. 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。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 3-1 轴类零件图图 3-2 轴类零件 CAD 图一零件图样分析（一）所需加工零件如图 3-1 以及图 3-2 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。各表面精

9、度要求较高以及表面粗糙度要求为 Ra1.6，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

10、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（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 3-3 所示：图 3-3 装夹图四加工路线及进给路线）粗车外表面先平端面，然后遵循由粗到精，从右

11、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 0.5mm。加工路线如图 3-4 所示，用一把刀 即可完成所以内容。（二）精车外表面3-4所示。（三）粗车左端表面用 G73指令完成左端粗加工，走刀如图 3-5 所示（四）精车左端表面用指令 G70完成，一刀走完，走刀路线如图 3-5 所示 （五）槽加工一刀完成。走刀路线如下图 3-6 所示：图 3-6 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 3-7 所示：五刀具选择刀具材料为硬质合金，经几何分析 sina=OC/OK=6.5/7.5=0.866 得到

12、 a=60 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 D=20mmX20m。m（二）切槽刀：切削刀宽为 5mm，刀柄 D=20mmX20m。m（三）螺纹刀：使用 60 度外螺纹硬质合金右刀，刀柄 20mmX20m。m（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 3-1 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

13、切自动的切槽刀断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 ap=3 ，精车 ap=0.25 ；螺纹 粗车循环时选 ap=0.4 ，精车 ap=0.05 。（二）主轴转速的选择：车直径和圆弧时，查表选粗车切削速度 vc=90m/min 精 车切削速度 vc=120m/min然后利用公式 vc=dn/1000 技术主轴转速 n（粗车直径 D=60，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 0.4

14、/r ，精车每转进给量为 0.15 /r ，最后根 据公式 Vf =nf 计算粗车、进给速度分别为 200 m/min 和 180 m/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；M03 S700 T0101；G00 X50. Z3.0 ；G71 U3.0 R0.5 ；G71 P10 Q20 U0.5 W0.3 F0.4 ；N10 G00 X0；G01 Z0 F0.15 S1000 ；G03 X20. Z-10 R10. F0.15 ；G01 Z-26.5 F0.15 ；X24.；X27. Z-28 ；

15、Z-49.5 ；X32.；G03 X36.Z-51.R2.0 F0.15 ；G01 Z-64.5 F0.15 ；X43.；X46. W-1.5 ；Z-110；N20 G00 X50.0 Z3.0 ；G00 X150.0 Z200.0 ；G00 X50.0 Z3.0 S1000 ；G70 P10 Q20；G00 X150.0 Z200.0 ；G00 X150. Z200. T0202 ；G00 X50. Z-79.5 ；G73 U9.W0 R5. ；G73 P30 Q40 U0.5 W0.3 ；N30 G00 X47. ；G01 X46.F0.05 ；G02 X35.8 W-5. F0.15 ；

16、G01 X29.6 Z-102.F0.15 ；N40 G00 X50 Z-79.5 ；G00 X150. Z200. ；G00 X50. Z-79.5 S1000 ；G70 P30 Q40 ；G00 X150. Z200. ；T0303 S400 F0.15 ；G00 X40.0 Z-49.5 ；X28. ；G75 R0.5 ；G75 X23. P2000 F0.15 ；G00 X50.0 Z3.0 ；G00 X150.0 Z200.0 ；T0404 S600；G00 X29. Z-25. ；G92 X26.2 Z-47.0 F1.5 ；X25.6；X25.2；X25.04；X25.04；G0

17、0 X50.0 Z3.0 ；G00 X150.0 Z200.0 ；T0303 S400 F0.07 ；G00 X50. Z-106.5 ；G75 R0.5 ；G75 X0 P2000 F0.07 ；G00 X150. Z200. ；M30；第二节 简单套类零件的编程与加工用数控车床加工如图 3-8 以及 3-9 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 0.04 ，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 0.02 ，有一个 C5倒角和一个 4 2 的内槽。图 3-9 套类零件 CAD

18、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 ，精密套类零件的装夹方案轴套可取 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

19、求。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

20、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 0.1 0.4

21、 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 3-2 所示套类零件的加工刀具和工艺卡表 3-2 加工刀具及工艺卡片零件图号2-1-1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0 150 0.0250 75 0.01T02

22、02镗孔车刀T 型刀片内径百分表25 500.01T0808钻头 28游标卡尺0 150 0.02工序工艺内容切削用量加工性质S(r/min)F(mm/r)ap(mm)1车端面确定基准8000.2 0.32自动2钻孔3000.2 0.34手动3车 45 外圆12000.1 0.20.52自动4调头软爪夹 45 外圆，车端面确 定基准10000.05 0.10.5 1.5自动5车 65 外圆12000.1 0.20.52自动6镗孔至尺寸10000.05 0.10.33自动七编写加工程序根据图 3-8 图 3-9 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

23、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；S800 T0101 M03 ；G00 X200.0 Z150.0 ；G00 X68.0 Z2.0 ；G71 U1.5 R0.5 ；G71 P10 Q11 U0.5 W0.05 F0.15 ；N10 G00 X0 ；G01 Z-16.0 ；N11 G00 X68.0 ；M03 S1200 T0101 ；G00 X200.0 Z150.0 ；G70 P10 Q20 ；G00 X200.0 Z150.0 ；M30；00002；N1；M03 S800 T0101 ；G00 X200.0 Z150.0

24、 ；G00 X68.0 Z2.0 ；G71 U1.5 R0.5 ；G71 P10 Q20 U0.5 F0.15 ；N10 G00 X65.0 ；G01 Z-28.0 ；N11 G00 G40 X68.0 ；G00 X200.0 Z150.0 N2；M03 S1200 T0101 ；G00 X200.0 Z150.0 G70 P10 Q11 ；G00 X200.0 Z150.0M30；00002；N1；M03 S800 T0202 ；G00 X200.0 Z150.0G00 X26.0 Z2.0 ；G71 U1.5 R0.5 ；F0.15G71 P10 Q20 U-0.4 N10 G00 X52

25、.0 ；G01 Z-20.0 F0.1 ； X40.0；X30.0 Z-25.0 ； N11 G00 X26.0 ；G00 Z150 M09 ； N2；M03 S1200 T0202 ；M08；G00 X26.0 Z2.0 ； G70 P10 Q11 ；G00 X200.0 Z150.0M30；14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ON POWER按钮接通数控系统电源

26、，几秒钟后 CRT屏幕上出现 ON READY， 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 MACHINE READY按 钮，几秒钟后 ON READY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

27、上出现 （X0.000 Z0.000） ，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。在任何紧急情况下，按一下紧急停止按钮，机床和三机床的暂停与急停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 4-1 所示）和机床控 制面板构成。 CRT/M

28、DI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 4-1 所示 。图 4-1 CRT/MDI 面板表 4-1 CRT/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

29、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MENU OF SET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， - 16 -再重新编程；如

30、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

31、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 G 01 U 0.000 W 0.000 的W 0.000 处；在下边 处，输入 Z0，再按 刀具测量 按钮，按显示器的 测量

32、键，在原先 W 0.000 的地方就变成 W -665.848 ，Z 方向对刀完毕。外圆对刀点外圆车刀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 32.2mm，在下边 处，输入 X32.2，按 刀具 测量按钮，再按显示器上相对应的 测量键，在原先U 0.000 的地方就变成 U 408.340 。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 0.5 mm。八自动循环加工（一）粗加工及半精加工1.按 编辑方式 ，再