轴的数控加工工艺规程设计毕业设计论文钱海燕江苏城市职业学院毕业设计

1、江苏城市职业学院毕 业 论 文课题名称轴的数控加工工艺规程设计 姓 名 wyc 学 号 09050335114 专 业 数控专业 班 级 09数控 指导老师 qhy 2011年 11 月前言制造业是我国国民经济的支柱产业，其增加值约占我国国内生产总值的40%以上，而先进的制造技术是振兴制造业系统工程的重要组成部分。21世纪是科学技术突飞猛进、不断取得新突破的世纪，它是数控技术全面发展的时代。数控机床代表一个民族制造工业现代化的水平，随着现代化科学技术的迅速发展，制造技术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志。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

2、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，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。本文主要讨论的就是作为制造业的组成部分数控车床。主要内容有关于数控车床的加工工艺分析、编程方法、刀具的选用、刀位轨迹计算。下面就是本文的主题，关于数控车床的编程与实例。目 录前言 2摘要 4第一章 零件图工艺分析 51.1数控加工工艺基本特点51.2设备选择  61.3确定零件的定位基准和装夹方式61.3.1粗基准选择原则 61.3

3、.2精基准选择原则 61.3.3定位基准 71.3.4装夹方式     71.4加工方法的选择和加工方案的确定81.4.1加工方法的选择   81.4.2加工方案的确定   81.5工序与工歩的划分  81.5.1按工序划分   81.5.2工歩的划分   91.6确定加工顺序及进给路线    91.6.1零件加工必须遵守的安排原则   91.6.2进给路线   &#

4、160; 91.7刀具的选择     111.8切削用量选择  121.8.1背吃刀量的选择   121.8.2主轴转速的选择   121.8.3进给速度的选择   121.9编程误差及其控制  161.9.1编程误差      161.9.2误差控制      16第二章 编程中工艺指令的处理    172.1常用G指令代码功能表 17

5、2.2常用M指令代码功能表 18第三章 程序编制及模拟运行、零件加工或精度自检 193.1程序编制  193.2模拟运行  213.3零件加工  213.4精度自检  21设计小结 22参考文献 23致谢 24摘 要此次的毕业设计主要解决的问题是零件的装夹、刀具的对刀、工艺路线的制订、工序与工步的划分、刀具的选择、切削用量的确定、车削加工程序的编写、机床的熟练操作。主要困难的是两次装夹中的水平Z向长度难以保证、切削用量的参数设定 、对刀的精度 、工艺路线的制订。运用数控原理、数控工艺、数控编程、专业软件等专业知识和数控机床实际操作的一次综合练习，能让我感

6、触当代科学的前沿，体验数控魅力，为人们的生活带来方便，进一步认识数控技术，熟练数控机床的操作，掌握数控，开发数控内在潜力。关键词：数控；数控技术；第一章 零件图工艺分析零件材料处理为：45钢，调制处理HRC2636，下面对该零件进行数控车削工艺分析。零件如图：图1.1 零件图加工要求：以小批量生产条件编程。不准用砂布及锉刀等修饰表面。         未注公差尺寸按 GB1804-M。11数控加工工艺基本特点数控机床加工工艺与普通机床加工原则上基本相同，但数控机床是自动进行加工，因而有如下特点：数控加工的工序内容比

7、普通机床的加工内容复杂，加工的精度高，加工的表面质量高，加工的内容较丰富。数控机床加工程序的编制比普通机床工艺编制要复杂些。这是因为数控机床加工存在对刀、换刀以及退刀等特点，这都无一例外的变成程序内容，正是由于这个特点，促使对加工程序正确性和合理性要求极高，不能有丝毫的差错。否则加工不出合格的零件。在编程前我们一定要对零件进行工艺分析，这是必不可少的一步，如图1.1，我要对该零件进行精度分析，选择加工方法、拟定加工方案、选择合理的刀具、确定切削用量。该零件由螺纹、圆柱、圆锥、圆弧、槽等表面组成，其中由较严格直径尺寸精度要求的如28±0.02mm, mm,轴线长度的精度如5±

8、0.04mm，27.5±0.04mm，粗糙度3.2，球面Smm。可控制球面形状精度30°的锥度等要求。经上面的分析，我可以采用一下几点工艺措施：（1）零件上由精度较高的尺寸数据如圆柱28±0.02mm、mm，轴向长度5±0.04mm、27.5±0.04mm，球Smm，在加工时为了保证其尺寸精度应取其中间值分别取值为28mm、23.005mm长度5mm，27.5mm，球S29.015mm即可。（2）在轮廓曲线上，有四处圆弧依次相连，既过象限又改变进给方向的轮廓曲线。为了保证其轮廓曲线的准确性，我们通过计算到端部R5mm的圆弧与直线的切点坐标为（5

9、.884，0），与R17mm的圆弧切点坐标为（15.582，-6.136），R17与Smm的切点坐标为（22.420，-20.791），Smm与R5mm的切点为（24.542，-37.739），R5mm与mm的切点坐标为（23，-40.406）。（3）为便于装夹，为了保证工件的定位准确、稳定，夹紧方面可靠，支撑面积较大，零件的左端是螺纹，中段最大的直径的圆柱28mm。右端是依次相连的圆弧，显然右端都是圆弧相连不可能装夹，所以应留在最后加工，应先装夹毛坯加工出左端螺纹及圆柱28mm。调头装夹28mm的圆柱加工右端圆弧，毛坯选30×120mm。1.2设备选择根据该零件的外形是轴类零件，比

10、较适合在车床上加工，由于零件上既有切槽尺寸精度又有圆弧数值精度,在普通车床上是难以保证其技术要求。所以要想保证技术要求,只有在数控车床上加工才能保证其加工的尺寸精度和表面质量。由于本校现使用的是西门子数控系统802C，所以利用现有资源。我选择在本校型号为CK6141数控机床加工该零件。1.3确定零件的定位基准和装夹方式1.3.1粗基准选择原则（1）为了保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选不加工表面作粗基准。（2）合理分配各加工表面的余量，应选择毛坯外圆作粗基准。（3）粗基准应避免重复使用。（4）选择粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷。以便定位可靠。1.3.2精基准选择原则（

11、1）基准重合原则：选择加工表面的设计基准为定位基准；（2）基准统一原则，自为基准原则，互为基准原则。1.3.3定位基准综合上述，粗、精基准选择原则，由于是轴类零件，在车床上只需用三抓卡盘装夹定位，定位基准应选在零件的轴线上，以毛坯30mm的棒料的轴线和右端面作为定位基准。1.3.4装夹方式数控机床与普通机床一样也要全里选择定位基准和夹紧应力求设计、工艺与编程计算的基准统一，减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面，避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。装夹应尽可能一次装夹加工出全部或最多的加工表面。由零件图可分析，我应先装夹毛坯30mm的棒料的一端，夹紧其

12、60mm的长度加工螺纹。一直加工到零件左端的28mm，然后将棒料卸下。装夹28mm的圆柱表面，加工另一端的圆弧。这样两次装夹即可完成零件的所有加工表面，且能保证其加工要求。装夹图如下：图1.3.2 加工圆弧的装夹图1.4加工方法的选择和加工方案的确定1.4.1加工方法的选择加工方法的选择原则是在保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的前提下，兼顾生产效率和加工成本。在实际选择中，要结合零件形状、尺寸大小、热处理要求和现有生产条件等全面考虑。因为该零件是轴类零件，比较适合在车床上加工，又经过对零件图尺寸分析，尺寸精度比较高。如28±0.02mm，29mm，23mm等，在普通车床是难以保证其

13、尺寸精度、表面粗糙度，所以应该选择在数控车床上加工。1.4.2加工方案的确定零件上精度比较高度表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。该零件有两种加工方案：直接用三爪卡盘装夹、调头加工。用三爪卡盘装夹夹紧和自由端活动顶尖，经试验论证第二种方案装夹困难，对刀、退刀及换刀相当困难，所以在这里选择第一种方案加工，能够保证其技术要求。1.5工序与工歩的划分1.5.1按工序划分工序划分有三种方法 按零件的装夹定位方式划分 按粗、精加工划分工序 按所用的刀具划分工序。由于零件需要调头加工，如果按粗、精加工划分工序。在调头加工前后各有一次粗加工和精加工，显得比较

14、繁琐，所以不可取；如果按所用的刀具划分工序，刀具有四把，虽然不多，但是在调头加工前后至少要重复使用三把刀，而同一把刀的两次粗、精加工分别在调头加工前后，加工内容不连续，所以也不合理，不易划分工序；只有按零件的装夹定位方式划分工序比较符合该零件的加工工序，且能保证两次装夹的位置精度，每一次装夹为一道工序。该零件只需调头前、后加工两道工序即可完成所有的加工表面，且能保证各尺寸精度及表面粗糙度。1.5.2工歩的划分因为每一把刀在粗加工的背吃刀量一致，在精加工中背吃刀量相同，不易划分工歩；这里选用加工不同的表面来划分工序就比较容易：车削螺纹端的工歩为:90°外圆车刀平端面右端面外圆车刀车削1

15、.5×45°的倒角，23.85×25mm端面28mm圆柱28mm切槽刀切槽5×1.5mm外螺纹车刀车削M24×1.5mm。车削圆弧端的工歩为：90°外圆车刀平端面右端面外圆车刀圆弧R5mm圆弧R17mm球29mm圆弧R5mm23×5mm30°的锥台面切槽刀切槽5×1.5mm1.6确定加工顺序及进给路线1.6.1零件加工必须遵守的安排原则（1）基面先行 先加工基准面为后面的加工提供精基准面，所以我应车平右端面作为基准面。（2）先主后次 由于所加工的表面均为重要表面，所以应按照顺序从右到左

16、依次加工M24×1.5mm，28mm螺纹调头后一次加工R5mm，29mm，23mm等。（3）先粗后精   先车削去大部分的金属余量，再进行成形切削保证零件的尺寸要求和质量要求。（4）先面后孔 由于该零件没有孔，所以在该处不做考虑。1.6.2进给路线在数控加工中，刀具选好刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；（2）使数值计算简单，以减少编程工作量；（3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空行程时间。（4）确定加路线时，还要考虑工件的加工余量和机

17、床、刀具的刚度等情况，确定一次走刀，还是多次走刀来完成所有加工表面，具体综合上面进给线的特点再根据具体零件具体分析，我确定该零件的进给路线有两步如下图所示：图1.6.1 零件轮廓第一步: 车削带有的螺纹的一端，从右到左先粗车外形23.85mmm、28mm的圆柱面处后，精车外形路线统粗车一样，再换刀切削5×1.5mm的槽，最后再换刀切削螺纹。图1.6.2 零件左端加工路线第二步: 车削带有圆弧的一端，从右到左先粗车外形R5mm、R17mm、29mm、23mm到30°的锥台面后2mm后精车外形路线同粗车一样。最后切削5±0.04mm的槽。图1.6.

18、3 零件右端圆弧加工路线 1.7刀具的选择刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。与传统的加工方法相经，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度高、红硬性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，能适应高速和大切削用量切削。选刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。接合零件轮廓相对还是较复杂，所以具体选刀如下：1、平端面可选用90°WC-Co的硬质合金外圆车刀，粗车、精车及在这里我选择一把硬质合金右端面外圆车刀，为防止在进行圆弧切削

19、时刀具的副后刀面与工件轮廓表面发生干涉（可用作图法检验），副偏角应选择Kr大一点的，取Kr=40°右端面外圆车刀的材料选择及Kr值这里分别参照金属切削与刀具实用技术一书表1-1，表1-17。 2、切槽时由于零件中槽宽5±0.04mm，一般都选刀宽4mm,刀杆25×25mm材料为高速钢W18CrV4R的切断刀，切槽时选用4mm 刀宽即可。切槽刀的选择及型号这里分别参照金属切削与刀具实用技术一书表1-3，表2-2。3、切螺纹时为了保证其螺纹刀的强度这里选用W18CrV4R高速金60°外螺纹车刀，为了保证螺纹牙深，刀尖应小于轮廓最小圆弧半径R，R=0.150.

20、2mm。刀具选材料参照金属切削与刀具实用技术一书表1-3即可。刀具表如表7-1所示： 数控车加工刀具卡片产品名称或代号考试件零件名称轴类零件零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T0190°硬质合金外圆车刀1平端面、粗车轮廓右偏刀2T02右端面外圆车刀1精车轮廓右偏刀3T03硬质合金切槽刀1切槽 4T0460°硬质合金外螺纹车刀1车削螺纹 编制 审核 批准 共1页第1页1.8切削用量选择切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内

21、。合理选择切削用量的原则是：粗加工是，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；精加工进，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。1.8.1背吃刀量的选择零件轮廓粗车循环时选ap=2mm，精加工时选ap=0.2mm，螺纹粗车时选ap=0.4mm，逐刀减少粗车4次后，精车时选ap=0.1mm。这里粗车ap值、精车ap值都是金属切削与刀具实用技术一书。1.8.2主轴转速的选择粗车直线和圆弧时n=800r/min，精车时n=1200r/min，切槽时n=400r/min，切螺纹时n=300r/min，精车时选n=300r/

22、min。粗车和精车的主轴转速的选取都是根据平时上课所讲的及前人的实践经验所给定的。1.8.3进给速度的选择粗车直线、圆弧时选F=0.3mm/r，精车时选F=0.1mm/r，切槽时选F= 0.05mm/r，粗车螺纹时选F=1.5mm/r，精车时选F=1.5mm/r。综上所述，零件的数控车削工艺分析的内容，并将其填入在表  所示的数控工艺卡上。工艺卡片上其主要内容有：工步分析、工步内容、各工步所用的主轴转速、刀具及进给速度。表1.8.1 数控车削加工工艺卡片单位名称江苏城市职业学院产品名称及代号零件名称零件图号考试件轴零件工序号程序编号夹具名称使用设备车间001 三爪卡盘西门子

23、802C数控机床数控实训基地工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/（r·min-1）进给速度/（mm·r-1）背吃刀量/mm备注1对刀、平端面及试切外圆T0125×25500 手动2从右至左粗车轮廓T0225×258000.32自动3从右至左精车轮廓T0225×2512000.102自动4切槽T0325×254000.051.5min/r自动5粗车螺纹T0425×253001.5 自动6精车螺纹T0425×253001.5 自动编制审核 批准 共1页第1页&#

24、160;  数控车削加工零件左端工序卡片江苏城市职业学院数控加工工艺卡产品名称或代号零件名称材料零件图号 轴零件45钢工序号程序编号夹具名称夹具编号车间001 三爪卡盘   实训车间工步号工步内容加工面刀具号刀具规格/mm主轴转速/(r/min）进给速度/（mm/r )背吃刀量/mm备注1对刀平端面及试切30mm外圆毛坯表面T0125×25500  手动2粗车倒角1.5×45°mm倒角面 25×258000.32自动2粗车M23.85×25mm23.85的

25、圆柱面T0225×258000.32自动3粗车28mm的端面28的端面T0225×258000.32自动4粗车28×13.169mm的圆柱表面28的圆柱表面T0225×258000.32自动5精车倒角1.5×45°mm倒角面T0225×2512000.10.2自动6精车M23.85×25mm23.85的圆柱面T0225×2512000.10.2自动7精车28mm的端面28的端面T0225×2512000.10.2自动8精车28×13.169mm的圆柱表面28的圆柱表面T0225

26、5;2512000.10.2自动9切槽5×1.5mm18的外圆柱表面T0325×254000.05 自动10粗车M24×1.5mmM24×1.5螺纹面T0425×253001.5 自动11精车M24×1.5mmM24×1.5螺纹面T0425×253001.5 自动编制审核 批准 共 2页第 1页   数控车削加工零件右端工序卡片江苏城市职业学院数控加工工艺卡产品名称或代号零件名称材料零件图号 轴零件45钢工序号程序编号夹具名称夹具编号车

27、间002 三爪卡盘   实训车间1平右端面右端面T0125×258002手动2粗车R5mm的圆弧R5的曲面T0225×258000.32自动3粗车R17mm 的圆弧R17的曲面T0225×258000.32自动4粗车S29mm的球面车S29的球面T0225×258000.32自动5粗车R5mm的圆弧R5的曲面T0225×258000.32自动6粗车23×4.406mm23的圆柱面T0225×258000.32自动7粗车30°的锥面30°锥面T0225×25

28、8000.32自动8精车R5mm的圆弧R5的曲面T0225×2512000.10.2自动9精车R17mm 的圆弧R17的曲面T0225×2512000.10.2自动10精车S29mm的球面S29的球面T0225×2512000.10.2自动10精车R5mm的圆弧R5的曲面T0225×2512000.10.2自动11精车23×4.406mm23的圆柱面T0225×2512000.10.2自动12精车30°的锥面30°锥面T0225×2512000.10.2自动13切槽5±0.04mm19的圆柱表面

29、T0325×254000.05 自动编制审核 批准 共 2页第 2页1.9编程误差及其控制1.9.1编程误差编程阶段的误差是不可避免的，误差来源主要有三种形式：近似计算误差、插补误差、尺寸圆整误差，直接影响加工尺寸精度，本次加工主要误差是计算误差与圆弧相切的切点坐标及未知交点坐标值。我们是经过笔算的数值，存在着较大的误差。1.9.2误差控制为了尽可能的减少笔算误差，我们采取在AutoCAD上按其尺寸精度绘出零件图，再利用“工具” “查询” “点坐标”捕捉各圆弧切点坐标，其精度达到0.001级，这样能有效地将误差控制在（0.10.2）倍的零件公差值内。第二

30、章 编程中工艺指令的处理2.1常用G指令代码功能表零件来调参图表2.1.1 数控车床G功能指令代码组意义代码组意义代码组意义*G0001快速点定位G2800回参考点G5200局部坐标系设定G01直线插补G29参考点返回G53机床坐标系编程G02顺圆插补*G4009刀径补偿取消*G54G5911工件坐标系16选择G03逆圆插补G41刀径左补偿G33螺纹切削G42刀径右补偿G92工件坐标系设定G0400暂停延时G4310刀长正补偿G6500宏指令调用G0716虚轴设定G44    *G1107单段允许*G49 G12单段禁止*G5004&

31、#160;   *G1702XY加工平面G51   G18ZX加工平面G2403    G19YZ加工平面*G25   G2008英制单位G6805    注：表内00组为非模态代码；只在本程序内有效。其他组为模态指令，一次制定后持续有效，直到被其他组其他代码所取代。标有*的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。2.2常用M指令代码功能表表2.1.2 常用M指令代码代码作用时间组别意义代码作用时间组别意义代码作用时间组别意义M

32、0000程序暂停M06 00自动换刀M19 主轴准停M0100条件暂停M07#b开切削液M3000程序结束并返回M02 程序结束M08#开切削液M6000更换工件M03#a主轴正转M09关切削液M98 00子程序调用M04#主轴反转M10 c夹紧M99 00子程序返回M05主轴停转M11 松开    注：表内00组为非模态代码；其余为模态代码，同驵可相互取代。作用时间为“”号者,表示该指令功能在程序段指令运动完成后开始作用；为“# ”号者，则表示该指令功能与程序段指令运动同时开始。第三

33、章 程序编制及模拟运行、零件加工或精度自检3.1程序编制左端外轮廓加工子程序左端轮廓加工主程序BB1.SPF N10G1X20.85Z2 N20Z0 N30X23.85Z-1 N40Z-25 N50X28 N60Z-40 N70X32 N80M2AA1.MPFN10M43M3S800(粗加工M43M3S800 精加工M44M3SS1200)N20G90G0X100Z100N30T1N40G0X32Z2N45M08_CNAME=“BB1”R105=1 R106=0.2 R108=1 R109=7R110=1 R111=0.3 R112=0.1(粗加工R105=1 精加工R105=5)LCYC95

34、N50G90G0X100N60Z100N70M09N80M5N90M2左端切槽主程序左端外螺纹加工主程序AA2.MPFN10M43M3S400N20G90G0X100Z100N30T2N40G0X30Z-25N45M08N50G1X18F0.05N60X22F0.1N70Z-24N80X18F0.05N100X32N110M09N120G90G0X100Z100N130M5N140M2AA3.MPFN10M43M3S300N20G90G0X100Z100N30T4N40G0X26Z3R100=23.85 R101=0 R102=23.85R103=-20 R104=1.5 R105=1R106

35、=0.02 R109=3 R110=0.75R111=0.85 R112=0 R113=15R114=1LCYC97N50G90X100Z100N60M5N70M2注:程序编制中有关数值单位一律采用毫米(mm)制右端外轮廓加工子程序右端外轮廓加工主程序BBB.SPFN10G91N20G1X-1N30G3X9.738Z-6.136CR=5N40G2X6.838Z-14.655CR=17N50G3X2.122Z-16.948CR=14.5N60G2X-1.542Z-2.667CR=5N70G1Z-12.11N80X5Z-9.33N90X8N100Z61.83N110X-30.156N120M2粗加

36、工AA4.MPFN10M43M3S800N20G90G0X100Z100N30T1N40G0X33.244Z0N50M08N70BBB P25N80G90G0X100Z100N90M09N100M5N110M2右端切槽主程序精加工AA5.MPFN10M44M3S1200N20G90G0X100Z100N30T1N40G0X7.844Z0N50M08N70BBBN80G90G0X100Z100N90M09N100M5N110M2AA6.MPFN10M43M3S400N20G90G0X100Z100N30T2N40G0X31Z-46.5N50M08N60G1X24F0.3N70X19F0.1N80

37、X24N90Z-47.5N100X19N110X24N120M09N130G0X100N140Z100N150M5N160M2注:程序编制中有关数值单位一律采用毫米(mm)制3.2模拟运行数控加工程序编制好后将其输入数控车床，然后对刀，在将机床锁住进行程序校验，仔细观察其模拟加工路线是否有干涉、过切、出错等现象，若有应及时对程序错误处进行修改，修改后保存，再次调出修改后的程序进行校验，直到程序万无一失，没有任何错误的情况下方可进行自动加工。注：这个环节是必不可少的，否则会发生打刀等损坏机床其它部件的情况，直接影响机床的加工精度及寿命，更严重的是存在人身安全隐患。3.3零件加工装夹好毛坯，调出编制好的程序，直接进行自动加工直至程序结束。3.4精度自检将加工好的零件卸下，用游标卡尺、千分尺对零件的尺寸精度及粗糙度进行检测。看是否达到零件的技术要求即可。设 计 小 结首先我们对零件进行了工艺分析，如毛坯尺寸大小的确定和材料的确定，选择合适的加工方案法，拟定加工方案，选