数控毕业论文

1、四川航天职业技术学院2012年毕业论文论文题目：数控车床切削加工技巧作者姓名：唐辉班级：G09级数控二班联系电话：指导教师：胡文彬目录：一、引言二、CNC数控精密车床编程及工艺设计三、车削循环加工编程技巧四、螺纹的数控车削加工五、结论【内容提要】摘要：以典型的FANUC一0I型数控精密车床为例，详细地介绍了走刀式车床的手工缟程方法和工艺文件的设计，并以典型的TNC型射频同轴连接器直角弯头壳体为例给出了刀具分布、具体切削参数、详实的加工工艺和工艺文件设计范例。关键词：CNC数控精密车床；缟程；工艺设计一、引言CNC数控精密车床(Computerized Numerical Control Mac

2、hine T001)是采用数字控制(Nurnefical Contro1)的机械设备，就是通过数字化的信息对机床的运动及其加工过程进行控制，实现要求的机械动作，自动完成加工任务。与普通机床不同，数控机床加工零件的过程完全自动进行，加工过程中人工不能干预。因此首先必须将所要加工零件的全部信息，包括工艺过程、刀具运动轨迹及方向、位移量、工艺参数(主轴转速、进给量、切削深度)以及辅助动作(换刀、变速、冷却、夹紧、松开)等按加工顺序用数控代码和规定的程序格式正确地编制出数控程序，输人到数控装置，数控装置按程序要求控制数控机床，对零件进行加工。所谓数控编程，一般指包括零件图纸分析、工艺分析与设计、图形数

3、学处理、编写并输人程序清单、程序检验的全部工作。因此可以说，数控程序就是数控代码按规定的程序格式编制出来的详细的工艺设计文件。工艺设计是编程过程中十分重要的环节，它是对工件进行数控加工的前期工艺准备工作，必须在程序编制前完成。工艺设计的水平直接决定了工件的最终加工水平。在编写程序前必须根据零件图纸，对零件进行工艺分析，拟定加工工艺过程，确定加工路线、零件的装夹，根据加工路线选择合理的刀具和切削用量等工艺参数，根据零件尺寸公差的数学处理，在分析计算的基础上，编写程序清单。FANUC-0I型CNC数控精密车床具有体积小巧、精度高、操作容易等特点，适宜加工连接器的壳体等零件，采用重叠法安装刀具一次最

4、多可安装8把刀具，一般壳体零件一次装夹，即可一次成型，加工的零件精度高。若连接自动送料系统(Auto BarFeeder System)，可以实现无人化自动生产，特别适宜于中大批量精度要求高的零件批生产。基于以上的介绍，本文以此型号数控车床为例，浅谈数控车床的编程和工艺文件的设计。同时本文所介绍的编程和工艺文件的设计也适合于FANUC-MATE等其它型号的排刀式车床。二、CNC数控精密车床编程及工艺设计一）数控编程数控编程一般包括零件图纸分析、工艺分析与设计、图形数学处理、编写及输人程序清单和程序检验的全部工作，数控编程方法分为手工编程和自动编程两种，本文只讨论手工编程方法。手工编程的过程包括

5、：零件图纸分析、工艺性处理、数据计算、编写程序清单、程序的输入及检验等步骤，图1是手工编程的工艺流程图。11 零件图纸分析首先明确图纸上零件的材料、形状、尺寸链、精度和表面处理或热处理的要求，以便确定零件毛坯料形状适合在哪种类型的数控机床上加工，并明确加工的内容和要求。12 确定工艺性设计通过对零件图纸的全面分析，确定零件的加工方法(如夹具、装夹定位方法等)、加工路线(如进给路线、对刀点、换刀点)及工艺参数(如主轴转速、切削进给速度、切削速度、切削量)等，一般情况，选用通用夹具或不用夹具，以便于安装及协调工件坐标系和机床坐标系的尺寸对应关系，对刀点应选在容易找正、且在加工过程中便于重新对刀的位

6、置，切削进给路线应尽量短，数值计算应容易，加工应安全可靠。根据所选择的加工路线，选择合理的切削刀具和切削用量等工艺参数，作出刀具分布图。13 数学处理对零件图纸进行数学处理(又称数值计算)是数控编程前的主要准备工作。图形的数学处理就是根据零件图纸的要求和机床数控系统的功能，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数控系统所输入的数据。主要包括基点和节点的计算，刀位点轨迹计算和辅助计算，根据数控系统的刀具补偿功能，高级曲线插补功能，由加工路线计算出刀具中心(即刀位点 理想刀尖)的运动轨迹。14 编写零件的加工程序清单根据计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的加工工艺参数及辅助动作，编写零件加工

7、程序清单，并输人到CNC装置的存储器中。15 程序检验及首件试切程序检验过程在数控加工中十分重要和必要，程序基本格式的错误，数值计算的合理与否，工艺设计的刀位轨迹路线是否安全，选择的刀具切削参数是否适当，通过这个过程都可以发现出来。做好程序检验这个过程的工作，对整个加工过程都十分重要。首先将机床机械锁定，检查程序有无格式错误，然后空运转进行检验，检查机床的动作和运动轨迹的正确性，再用木件或铝件试切，进行实际检验，检查出由于编程计算不精确或刀具调整不当造成的加工误差。根据试切的情况对程序进行修改及对相关尺寸进行刀具补偿，直到加工出合格的零件。应当指出手工编程仅适用于几何形状不太复杂的零件加工，以

8、及计算简单、程序段不多、编程易于实现的场合。但对几何形状复杂的零件(尤其是由空间曲面组成的零件)，以及几何元素不复杂、但编程时数学处理相当繁琐、程序检验困难等场合，必须采用自动编程。二） 数控加工工艺设计数控加工的工序一般要比普通机床复杂，因此，数控加工工艺文件的设计要比普通机床的加工工艺文件的设计复杂得多。数控加工工艺设计的主要内容有： 数控加工的合理性分析； 零件的工艺性分析；工艺过程和工艺路线的确定；零件安装方法的确定；选择刀具，确定切削用量；数控加工专用技术文件的编写。2I 数控加工的合理性分析从毛坯的材料和类型、零件轮廓的复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件批量等方面考虑，以利于零件加

9、工质量的保证，提高生产率，降低成本。22 零件的工艺分析零件图纸上的尺寸标注对编程的可能性与方便性有较大影响，根据零件图纸的标准，计算较合理的尺寸链，以便于尺寸之间相互协调，也方便编程。由于数控车床加工的精度及重复定位精度很高，可以采用同一基准的方法来更改图纸上的标注，形成工艺标准尺寸，要尽量使标注的基准尽量与零件加工时的定位基准相重合，否则要设置辅助基准。23 工艺过程和工艺路线的确定一般按刀具来划分工序更具有实际意义，一次装夹，尽可能多加工一些工序，可更好地保证零件的质量，也使编程的思路更清晰，程序更加科学合理。确定零件加工过程中刀具的运动轨迹和运动方向是编写程序的重要内容之一，它不但包括

10、了工序的内容，也反映了工序的次_序。合理的走刀路线应满足：保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；加工路线最短，减少走刀时间，提高加工效率(这最具有实际意义)；编程时数值计算简单。走刀路线对加工质量及效率影响较大。欲使走刀路线最短，必须保证各定位节点问路线的总长最短。考虑到数控车床有反向间隙误差，对于精度要求很高的零件而言，更要注意走刀路线的选择。24 零件的装夹为了确保加工质量和提高效率，要合理地选择定位基准。零件的定位基准、设计基准与编程计算基准应力求统一，减少重复定位误差对尺寸精度的影响；应尽量选用通用夹具、组合夹具或可调整夹具，尽量不用专用夹具，力求一次装夹能将零件上要加工的工序都加工出来

11、，尽量减少装夹次数，这样可以提高零件的加工质量及加工效率。25 选择切削刀具与切削用量正确选择刀具是数控加工工艺中的重要内容，不但影响生产效率和加工精度，而且还关系到是否会发生打断刀具的事故。选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工件材料加工后序的类型机床的切削用量刀具的耐用度N度、良好的断屑性能等。选择刀具时要依据被加工工件的尺寸和形状，优化刀具的参数，发挥数控车床高速、高效率、高精度的“三高”特点。切削用量包括主轴转速(切削速度)、切削深度切削宽度(走刀量)等，根据刀具说明书和实际的加工经验，合理选择切削参数。普通车床的切削参数都是由操作人员根据实际生产经验在加工过程中灵活掌握。数控车床不同，

12、它必须在编程时把方方面面都考虑到，以使加工过程中不致出现刀具损坏等意外情况。切削刀具的选择与切削参数的确定，对实际的安全生产具有重要的意义。刀具选择合理，切削参数确定科学，可以实现高速、高效、高精度的生产，降低不必要的刀具损耗，使综合生产成本最低。一般地说，数控车床选用可转位机械夹紧式刀具(机夹刀)，机夹刀刀片更换效率高，磨损慢，精度高，车削加工的表面光洁度好。采用机夹刀大大降低了占机调试的时间，提高了生产效率。26 数控加工专用技术文件的编写为保证产品质量，提高工作效率，对于中大批量的以及需要经常加工的零件，就需要编写数控加工工艺专用技术文件。技术文件的编写就是对当前工作进行总结，发现工作中

13、不足的地方，进行科学合理的改进，形成技术文件，为将来的工作提供重要的技术性参考资料。三） 典型零件示例图2为典型的TNC型射频同轴连接器直角弯头壳体，该零件外形轮廓复杂，技术要求高，形位公差要求严，加工难度大。对于大批量的零件，可以用铸件毛坯料加工，不但节省材料，而且加工效率高。但是对于中等批量的情况，就只能采用圆棒料在XKNC一20F上加工了。在这种情况下，加工工艺特别强调定位加工，尤其是在正反两个面都要加工的情况下，工艺基准的合理选择更是十分必要，否则很难保证两次安装加工后两个面上的尺寸及形状都协调。如果零件上没有合适的基准，就必须在零件上增加工艺凸台，在加工完成后再将其去除。如图2，为了

14、保证零件的精度和形位公差的要求，特别设计了工艺凸台1和工艺凸台2，对工艺凸台和相关的表面尺寸应严格要求，尽量减少因多次装夹造成的误差。该零件的具体加工工艺流程如下：a)备料1Cr18NigTi ø26mmX33mm; b)普车车毛坯至如图3所示；c)KNC20F KI 一2O11mm 弹簧夹头刀具：RF123G10-1616H工艺头1，外形如基准B头， 6ram精车到259OOlmm(备下道工序装夹定位)；d)XKNC-20F KI 一2O105ram 弹簧夹头以工艺头1定位装夹，车基准B头，尺寸达图纸要求；e)线切割将圆台沿基准A的中心线割1015ram宽；f)XKNC-20F K

15、L一O H1015ram 弹簧夹头以工艺头2定位装夹，车基准A头，尺寸达图纸要求；g)XKNC-20F KI 2O1o5mm 弹簧夹头做M9X0756H 螺纹堵头去工艺头1，尺寸达图纸要求；h)XKNC20F KL2O12mm 弹簧夹头。三、车削循环加工编程技巧1 外圆循环加工华中I型数控系统，要实现多次循环加工，还得调用子程序来实现外圆循环指令。G80指令的执行过程。G80 XZF；从ABCDA 的四段单一循环。AB、DA段为R(刀具半径)快速移动，BC、CD段按F(进给量)值移动。X、Z为C点坐标值(或相对于A点增量)。如图1、图2分别用G01及G80两种方法编写循环加工程序。(1)G01

16、指令编写：iG00 X42 Z0：M 98 P1001 10；O1001：G91 G01 X4 F100Z30：G00 X2 Z30：M 99；这里采用了“退2进4吃刀2”的方法，调用了子程序10次，也就是说循环了10次。循环次数决定于每次吃刀量大小，若吃刀量大，则循环次数少，反之循环次数多。如下公式：一为循环次数，D为切削前的直径，d为切削后直径，丁为每次吃刀量的两倍。若 为小数，用“去尾法”取起整数，循环完成后再车一刀到指定尺寸。(1)用G80指令编写G00 X42 Z2：M 98 P1002 10；01002；G9l G80 X4 Z32 F100：G00 X2：M 99；这里采用了让G

17、80单一循环“框”每次进工的方法。但要注意G80进刀AB段为快速进刀，所以不能贴着工件端面进刀，同时还要注意循环起点“G00 X42 Z2”的确定。2 锥体的循环加工锥体分正锥和倒锥，如图3所示。加工方法有平行法和三角形法(此法不能实现循环加工)。加工方向可从右到左切削，也可从左到右切削。(1)用G01指令进行切削，如图4所示，编程如下：G00 X42 Z0：M 98 P1010 10；01010；G91 G01 X4 F100：X20 Z30：G00 X18 Z30；M 99这里采用了与锥面平行的切削的加工方法，也是“退2进4吃刀2”的方法，其中X18X(20 2)。(2)用G80方法进行加

18、工G80锥体加工指令如下：G80 X Z IF其中，I为切削始点B与终点C的半径差，Ir始一r终可正可负，代表了锥度。如：I102010，负号仅代表锥体为正锥。编程如下：G00 X52 Z2：M 98 P10ll 10；01011：G91 G80 X4 Z32 I10 F120：G00 X2：M 99：这里也采用了循环“框”向前移2的方法。但在写循环起点坐标时要考虑到G80指令中的锥度，所以写了“G00 X52 Z2”，否则会出错。3 圆弧及球体的循环加工球体的加工往往采用“移圆推进法”，如下图所示这里主要准确掌握圆弧的起点、终点坐标及退刀路线避免退刀时撞击圆弧，如图7，加工编程如下：G00

19、X42 Z0：M 98 P1012 10；G91 G01 X6 F200G02 X24 Z36 R20：G00 X18：X40；M 99：在这里，仍采用“退2进6吃刀4”的方法。退刀时先退X方向，此时考虑最大弧顶，即4024=16，所以这里退18。整个退刀路线为X18一Z36-X-40，X42一X24+X18的坐标绝对值不等，以实现退2的目的。有时圆弧始、终点很难确定，或坐标值不为整数，此时可采用整个半圆(或四分之一圆弧)加工方法。如图8所示，要知圆交点，得解两个圆方程，但解出的结果不一定是整数，此时可按整个半圆弧处理。4 粗车大循环前面介绍的循环都是单个元素的循环，如圆弧、锥体等，对于多个元

20、素，只要能用同一把刀加工出来，亦可用循环，如图9所示，这就是粗车大循环。(1)循环原理a刀具路线：ABCDEF GH I J A；b判断循环次数，若次数不够，则继续向下执行；c由AA，重复上友谊赛步骤。利用粗车大循环，编程虽然简单，但空走刀太多，主要用于复杂件加工。(2)起刀点的确定起刀点若定于待车圆柱表面的母线上，则第一刀几乎全为空车刀，一般放在A点，A 到待车圆柱表面母线之距为T(T为吃刀量)。(3)循环次数的确定G00 X82 Z0；M 98 P1013 25；O1013；G91 G01 X6 F120G02 X20 Z10 10 K10G01 Z30：X2O：X20 Z30：Z30：G

21、03 X20 Z10 I20 K0：G00 X2 Z110：X 80：M 99：通过上面的加工程序可以看出，循环程序的设计给程序设计带来了极大方便。四、螺纹的数控车削加工4.1切削方式数控车削螺纹的切削方式往往由所使用的机床、零件的材料和螺距所确定，正确的选择切削方式，对螺纹加工极为重要，通常车螺纹的切削方式有以下四种：(1)径向切削这是一种最常用的方法，刀具径向直接进刀(如图la)，编程简单，车刀的左右两侧刃都参加切削，两侧面均匀磨损，能保证螺纹牙形清晰，而且因螺纹车刀两侧刃所受的轴向切削分力有所抵消，部分地消除了车削时因轴向切削分力导致车刀偏歪的现但由于车刀左右两倒同时切削，存在排屑较困难

22、，散热不好，受力集中等问题，这可能导致切削刃变形，刀尖容易磨损，某些材料的切屑也不易控制。当进给量过大时，还可能产生扎刀现象。径向切削较适用于螺距为15mm 以下的螺纹车削。(2)单侧面切削刀具以和径向成30 角进刀切削(如图lb)，切屑从刀刃上卷开，形成条状屑，切削热分布在次切削刃上，散热较好。缺点是另一刀刃因不切削而发生摩擦，这会导致积屑瘤、粗糙度不佳和工件硬化。(3)改良的侧面切削 刀具以和径向成27。 30。角之间进刀切削(如图1c)，刀刃两面切削，形成卷状屑，排屑流畅，散热好，且螺纹表面粗糙度值较小。一般来说，这是不锈钢、合金锕和碳素钢车螺纹的最好方法，约90 的车螺纹皆用此法。在数

23、控车床上螺纹加工最好采用此方法，编程简便，对于60。标准螺纹来说，其轴向进给值可简单地用径向切削深度a x05而得，一般可调用数控系统的固定循环编程。(4)左右侧面立替切削 左右交替切削是指每次作径向进给时，横向向左或向右移动一小段距离，以达到车刀只有一侧参加切削(如图ld)。这样，排屑比较顺利，车刀受力情况也得到了改善，两个刀刃磨损均匀，可提高刀具寿命。因此，加工出来的螺纹表面粗糙度值也较小。但数控程序的编程比较复杂，且由于刀刃单向受轴向分力的作用，将会增大螺纹的牙形的误差。此方法一般适用于通用车床和螺距在3mm 以上的螺纹加工。4.2切削用量对于车螺纹的切削用量选择，一般来说，螺纹车削的切削速度要比普通车削低25 50 。原因是：刀刃容易因切削产生的热量和压力而变形进给量限制了切削速度，螺纹车削的切削速度一般可查阅有关刀具供应商所提供的手册，根据切削速度值，通过换算可得到车床的转速(rmin)。螺纹的切削深度和走刀次数对于操作者或编程者来说，显得特别重要，n 值的正确与否直接关系到螺纹是否合格，走刀次数的多少影响切削力的大小。另外，车螺纹必须遵循一个简单的原则：每一次走刀后下一次走刀的切削深度必须减少，因为，如每次走刀均保持025的切削深度，第二次走刀切除的