锥形零件加工及编程毕业设计说明书

1、浙江广厦建设职业技术学院机电一体化技术专业毕业设计说明书设计题目 锥形零件加工及编程学生姓名 学 号 0210070253 指导教师 专 业 机电一体化技术年 级 摘 要数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物。它的出现以及所带来的巨大效益，引起世界各国科技界和工业界的普遍重视。随着科学技术的迅猛发展，数控机床的运用已是衡量一个国家机械制造工业水平的重要标志。发展数控机床是当前我们国家机械制造业技术改造的必由之路，是未来工厂自动化的基础。数控机床的大量使用，需要大批能熟练掌握现代数控机床编程、操作、维护的人员和工程技术人员。而其中数控车削加工方案的拟订是制订车削工

2、艺规程的重要内容之一。本毕业设计是采用数控车削加工的工艺方法，在数控加工条件下，学会安排工序的先后顺序，懂得刀具的选择和切削用量的选择。通过毕业设计的全过程 ，能够全面了解数控车削加工工艺规程的制定原则。本文结合球形配合件轴类零件的编程与加工，阐述数控加工的工艺方法，通过这次综合练习，使自己从中学到更多的知识。关键词：数控车削加工工艺；车削工艺的设计；刀具的选择目 录1 前言 12 数控机床的产生 2 3 数控机床的发展趋势 34 数控机床的分类 55 典型零件1051零件图分析 1052装夹定位方式 1053刀具的选择和切削用量的确定 1054程序 126 结论 147 致谢 158 参考文

3、献16 1前 言数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的23倍，要充分发挥数控机床的这一特点，必须在编程之前对工件进行工艺分析，根据具体条件，选择最经济、最合理的工艺方案。数控加工工艺选择不当，将影响零件加工质量、生产效率及加工成本等许多重要因素。本文从生产实践出发，探讨和总结一些数控车削过程中的工艺问题。数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，说明其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的

4、变化。数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化，柔性化，集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构。产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术（it）与制造技术（mt）结合发展的结果。现代的cad/cam，fms，cims，敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。在数控加工中，从零件的设计图纸到零件成品合格交付，不仅要考虑到数控程序的编制，还要考虑到诸如零件加工工艺路线的安排，加工机床

5、的选择，切削刀具的选择，零件加工中的定位装夹等一系列因素的影响，在开始编程前，必须要对零件设计图纸和技术要求进行详细的数控加工工艺分析，以最终确定哪些是零件的技术关键，哪些是数控加工的难点，以及数控程序编制的难易程度。零件的数控加工工艺分析是编程数控程序中最重要而又及其复杂的环节，也是数控加工工艺方案设计的核心工作，必须在数控加工方案制定前完成。一个合格的编程人员对数控机床及其控制系统的功能及特点，以及影响数控加工的每个环节都要有一个清晰。全面的了解，这样才能避免由于工艺方案考虑不周而可能出现的产品质量问题，造成无谓的人力，物力等资源的浪费。全面合理的数控加工工艺分析是提高数控编程质量的重要保

6、障。数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类。盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面，圆锥面，成形表面，螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车糟，钻孔。扩孔，较孔等工作。2 数控的机床产生 数控机床(numerical control machine tools)是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。数控机床是在机械制造技术和控制技术的基础上发展起来的，其过程大致如下：1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。由于样板形状复杂

7、多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。1949年，该公司与美国麻省理工学院(mit)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心( mc machining center)，使数控装置进入了第二代。1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统(简称 dnc)，又称群控系统；采

8、用小型计算机控制的计算机数控系统(简称 cnc)，使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简称 mnc)，这是第五代数控系统。20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。20世纪90年代后期，出现了pc+cnc智能数控系统，即以pc机为控制系统的硬件部分，在pc机上安装nc软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。3数控机床的发展趋势3.1高速度

9、高精度化速度和精度是数控机床的两个重要技术指标，它直接关系到加工效率和产品质量。对于数控机床，高速度化首先是要求计算机数控系统在读入加工指令数据后，能高速度处理并计算出伺服电机的位移量，并要求伺服电机高速度地做出反应。此外，要实现生产系统的高速度化，还必须谋求主轴转速、进给率、刀具交换、托盘交换等各种关键部件也要实现高速度化。提高数控机床的加工精度，一般是通过减少数控系统的误差和采用补偿技术来达到。在减少数控系统误差方面，一般采取三种方法：提高数控系统的分辨率、以微小程序段实现连续进给；提高位置检测精度；位置伺服系统采用前馈控制与非线性控制。在采用补偿技术方面，除采用间隙补偿、丝杠螺距补偿和刀

10、具补偿等技术外，还采用了热变形补偿技术。3.2多功能化一机多能的数控机床，可以最大限度地提高设备的利用率。如数控加工中心（machining centermc）配有机械手和刀具库，工件一经装夹，数控系统就能控制机床自动地更换刀具，连续对工件的各个加工面自动地完成铣削、镗削、铰孔、扩孔及攻螺纹等多工序加工，从而避免多次装夹所造成的定位误差。这样减少了设备台数、工夹具和操作人员，节省了占地面积和辅助时间。为了提高效率，新型数控机床在控制系统和机床结构上也有所改革。例如，采取多系统混合控制方式，用不同的切削方式（车、钻、铣、攻螺纹等）同时加工零件的不同部位等。现代数控系统控制轴数多达15轴，同时联动

11、的轴数已达到6轴。3.3智能化数控机床应用高技术的重要目标是智能化。智能化技术主要体现在以下几个方面：引进自适应控制技术自适应控制技术（adaptive controlac）的目的是要求在随机的加工过程中，通过自动调节加工过程中所测得的工作状态、特性，按照给定的评价指标自动校正自身的工作参数，以达到或接近最佳工作状态。通常数控机床是按照预先编好的程序进行控制，但随机因素，如毛坯余量和硬度的不均匀、刀具的磨损等难以预测。为了确保质量，势必在编程时采用较保守的切削用量，从而降低了加工效率。ac系统可对机床主轴转矩、切削力、切削温度、刀具磨损等参数值进行自动测量，并由cpu进行比较运算后发出修改主轴

12、转速和进给量大小的信号，确保ac处于最佳的切削用量状态，从而在保证质量条件下使加工成本最低或生产率最高。ac系统主要在宇航等工业部门用于特种材料的加工。附加人机会话自动编程功能建立切削用量专家系统和示教系统，从而达到提高编程效率和降低对编程人员技术水平的要求。具有设备故障自诊断功能数控系统出了故障，控制系统能够进行自诊断，并自动采取排除故障的措施，以适应长时间无人操作环境的要求。3.4小型化 蓬勃发展的机电一体化设备，对数控系统提出了小型化的要求，体积小型化便于将机、电装置揉合为一体。日本新开发的fs16和fs18都采用了三维安装方法，使电子元器件得以高密度地安装，大大地缩小了系统的占有空间。

13、此外，它们还采用了新型tft彩色液晶薄型显示器，使数控系统进一步小型化，这样可更方便地将它们装到机械设备上。3.5高可靠性 数控系统比较贵重，用户期望发挥投资效益，因此要求设备具有高可靠性。特别是对在长时间无人操作环境下运行的数控系统，可靠性成为人们最为关注的问题。提高可靠性，通常可采取如下一些措施：提高线路集成度采用大规模或超大规模的集成电路、专用芯片及混合式集成电路，以减少元器件的数量，精简外部连线和减低功耗。建立由设计、试制到生产的一整套质量保证体系例如，采取防电源干扰，输入/输出光电隔离；使数控系统模块化、通用化及标准化，以便于组织批量生产及维修；在安装制造时注意严格筛选元器件；对系统

14、可靠性进行全面的检查考核等。通过这些手段，保证产品质量。增强故障自诊断功能和保护功能由于元器件失效、编程及人为操作错误等原因，数控机床完全可能出现故障。数控机床一般具有故障自诊断功能，能够对硬件和软件进行故障诊断，自动显示出故障的部位及类型，以便快速排除故障。新型数控机床还具有故障预报、自恢复功能、监控与保护功能。例如，有的系统设有刀具破损检测、行程范围保护和断电保护等功能，以避免损坏机床及报废工件。由于采取了各种有效的可靠性措施，现代数控机床的平均无故障时间（mtbf）可达到1000036000h。4数控机床的分类41加工工艺方法分类411金属切削类数控机床与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相

15、对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。 在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造

16、成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。ck6140数控车床参数：机床规格技术参数床身上最大回转直径450mm拖板上最大回转直径200mm最大车削直径四工位450mm六工位450mm最大加工长度980mm最大顶间距1000mmx轴最大行程380mmz轴最大行程1060mm（尾座除外）x轴快移速度3000mm/minz轴快移速度6000mm/minx轴重复定位精度0.01mmz轴重复定位精度0.01mm主轴通孔直径62mm主轴轴端形式a2-6主轴内孔锥度公制80主电机功率6/7kw主轴转速100-2000rpm(无级)刀架标配立式四工位选配卧式六工

17、位排刀架刀方尺寸四工位25x25mm六工位25x25mm尾座套筒内孔锥度mt5尾座套筒移动量160mm尾座套筒直径75mm外形尺寸（lxwxh）2700x1520x1870mm重量2700kg412特种加工类数控机床除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。413板材加工类数控机床常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。42控制运动轨迹分类421点位控制数控机床位置的

18、精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。422直线控制数控机床直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。 直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。代组合机床采用数

19、控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制数控机床。 数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。423轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。 常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机

20、床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。 现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。43驱动装置的特点分类431开环控制数控机床 这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。

21、移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。 开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。但是，系统对移动部件的实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。因此，步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。432闭环控制数控机床接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移

22、量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精度高。图1-3所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中a为速度传感器、c为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过a将速度反馈信号送到速度控制电路，通过c将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与位移指令值相比较，用比较后得到的差值进行位置控制，直至差值为零时为止。这类控制的数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故称为闭环控制数控机床。闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困

23、难，系统复杂，成本高。433半闭环控制数控机床半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。通过测速元件a和光电编码盘b可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。由于工作台没有包括在控制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。434混合控制数控机床 将以上三类数控机床的特点结

24、合起来，就形成了混合控制数控机床。混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环控制，机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。混合控制系统又分为两种形式： （1）开环补偿型。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附加一个校正电路。用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差。 （2）半闭环补偿型。它是用半闭环控制方式取得高精度控制，再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速度与高精度的统一。其中a是速度测量元件（如测速发电机），b是角度测量元件，

25、c是直线位移测量元件。5典型零件图5.15.1零件图分析零件如图5.1所示，该材料为45号钢，无热处理和硬度要求，选用毛坯35mm*85mm棒料。根据被加工零件的外形和材料等条件，选用cka6140 型数控车床。1、零件加工包括车端面，内锥面，外锥面，切槽，螺纹等组成。2、该零件在加工中需要二次掉头装夹加工，从图纸上进行尺寸标注分析，需建立二个工件坐标系，均为装夹后的右端面。5.2装夹定位方式此工件必须分二次装夹完成加工，第一次装夹工件右端，加工工件左端；第二次装夹工件左边部分，加工工件右端5.3刀具的选择和切削用量的确定依据加工内容确定所用刀具如下： 加工外圆，用正偏刀（t01） 车内孔，用

26、内孔车刀（t02） 割槽刀 （t03） 车螺纹 （t04）建立刀具卡如表5.2所示。表5.2刀具卡工序刀具切削参数余量名称刀片材料切削速度m/min走刀量 (mm/r)背吃刀量 mm外圆车刀t0101硬质合金6000.130.5内圆车刀t0202硬质合金3000.0830.5编制第1页共1页建立工艺卡如表5.3所示。表5.3典型套类零件数控加工工艺卡片机械厂数控加工工序卡产品名称或代号零件名称零件图号xxxxxxxxx工艺序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间xxxxxx三爪卡盘xxxxxxxxx工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm备注1粗车左端面t

27、0101硬质合金6000.132粗车22mm内孔t0202硬质合金3000.0833粗车18mm内孔t0202硬质合金3000.0834精车18mm内孔t0202硬质合金10000.15粗车右端面t0101硬质合金6000.136粗，精修端面t0101硬质合金10000.17割槽t0303硬质合金6000.18车m20螺纹t0404硬质合金600编制审核批准第1页共1页5.4程序第一次装夹右端程序o0001 加工左端外轮廓g99 g21 g40 程序初始化t0101 换1号外圆车刀m03 s600 主轴正转，600r/ming00 x37.0 z2.0 m08 刀具直目测安全位置 x36 z2

28、.0 毛坯直径36mm g71 u1 r1g71 p20 q30 u0.4 w0.0 f100 毛坯切削循环n20 g00 x24 快速定点 g01 z0 f80 x26 z-1. 切左外端圆 z-30 x30 n30 z-42 精加工轮廓描述g70 p20 q30 s1000g00 x100.0 z100.0 退到安全点t0202 s300 换内孔车刀g00 x16 z2.0 快速定点g71 u1.0 r1 毛坯切削循环g71 p20 q30 u-0.4 w0.0 f80 n20 g00 x22 g01 z0.0 f50n30 x22 z-15 切削直径22mm内圆g70 p20 q30 s

29、1000goo x100.0 z100.0 退到安全点t0101 s600 换1号外圆车刀g00 x37.0 z2.0g71 r1 u1 毛坯切削循环g71 p20 q30 u0.4 f100n20 g00 x16g01 z0 f80x19.8 z-2 切右外端圆z-20n30 x30 z-40g70 p20 q30 s1000g00 x100 z100 退到安全点t0303 s350 换3号切槽刀g00 x22 z-20g75 r0.5g75 x16 z-20 p800 f20 切槽循环g00 x100.0 z100.0 退到安全点m03t00404 s600 换4号螺纹刀g00 x22 z

30、2g92 x19.5 z-18 f1.5 切螺纹x19x18.5x18.3x18.05g00 x100 z100m05 程序结束m306 结论数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品为了更好的运用数控技术，合理编程，现将数控车床编程指令中意思相近，功能相似，格式参数较多，轨迹复杂的指令加以分析。论文使我懂得了它们的异同点，难点，以便于合理运用我不仅学到了许多加工工艺方面的知识，更学到了课本上没有的知识。在实训的过程中遇到了不少问题，而犯的错误也不少，通过实训让我学会虚心求教，细心