基于Fanuc系统的车

1、-3 基于Fanuc系统的车削加工摘要：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，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。数控车床种类较多，但主体结构都是由：车床主体、数控装置、伺服系统三大部分组成。数控机床的编程方法有手工编程和自动编程两种。手工编程，编制复杂零件时，容易出错；而自动编程则不会发生这种情况。编程就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等）

2、加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。数控机床程序编制过程主要包括：分析零件图纸、工艺处理、数学处理、编写零件程序、程序校验。机床夹具的种类很多，按使用机床类型分类，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具和其他夹具等。关键词：数控；数控车床；编程；加工AbstractCNC lathe is the most widely used one of the CNC machine tools. CNC lathe machining for the main shaft, plates and other types of rotating

3、parts. NC machining process through the operation can be done automatically and outside the cylinder, cone surface, forming surface, Thread and End of the processes of cutting, and the car bays, drilling and reaming, Reaming work.CNC lathe more categories, but the main structure are : the main Lathe

4、, CNC equipment, servo system has three major components. CNC machine tool programming manual methods of programming and automatic program two. Manual programming, the preparation of complex parts, prone to error; And automatic programming will not happen. Programming is part of the processing seque

5、nce processing, tool trajectory size data Process parameters (main movement and feed velocity, cutting depth) and ancillary operations (ATC, spindle rotating direction Coolant switches, tool clamping, loose, etc.) the processing of information, with the words, figures and symbols of code, according

6、to a certain format into processing procedures.CNC machine tool programming process include : analysis of parts drawings, crafts, math, procedures for the preparation oKey words: CNC, lathe, programming, processing. f parts, calibration procedures.Fixture of many types, by the use of machine type ca

7、n be divided into fixture lathe, milling machine fixture, drilling fixture.KeywordsNumerical control； numerical control lathe ； programming； processing目 录 绪论 5第2章 数控技术2.1 数控加工的工作原理 62.2 数控车床 10第3章 工艺分析与刀具选择3.1 数控机床程序的编制功能 123.2工艺分析方法133.3数控刀具的选用153.4 工件的装夹和夹具选择 16第4章 主要操作步骤及加工程序4.1零件的工艺分析174.2各点数学处理

8、184.3确定加工路线及走刀路线204.4制定加工方案214.5选择刀具及对刀214.6确定工件坐标系、对刀点和换刀点224.7编写程序224.8填写数控加工技术文件25第5章 结论 26参考文献 27致谢28附录29第1章 绪论机械制造业是国民经济的基础产业,它的发展直接影响到国民经济各部门的发展,也影响到国计民生和国防力量的加强,因此,各国都把机械制造业的发展放在首要位置。随着机械产品国际市场竞争的日益加剧,各大公司都把高新技术注入机械产品的开发中,作为竞争取胜的重要段。本文就目前机械制造业高新技术的发展与应用作一综述,以引起各方面的关注。机械制造业是国民经济发展的支柱产业国民经济中的任何

9、行业的发展,必须依靠机械制造业的支持并提供装备;在国民经济生产力构成中,制造技术的作用占60%以上。美国认为社会财富的来源机械制造业占68%;当今制造科学、信息科学、材料科学、生物科学等四大支柱科学相互依存,但后三种科学必须依靠制造科学才能形成产业和创造社会物质财富。而制造科学的发展也必须依靠信息、材料和生物科学的发展,机械制造业是任何其他高新技术实现工业价值的最佳集合点。例如,快速原型成型机、虚拟轴机床、智能结构与系统等,已经远远超出了纯机械的范畴,而是集机械、电子、控制、计算机、材料等众多技术于一体的现代机械设备,并且体现了人文科学和个性化发展的内涵。从美国来看,自二次世界大战以来,美国对

10、机械制造业的发展十分重视。从50年代以来,在美国大学中设置工业工程专业,培养机械制造系统人才,着眼于世界市场竞争,企图霸占国际制造业市场。50年代初,当第一台数控机床在美国麻省理工学院诞生以后,美国在机械制造业中采取的主导政策是走数控和计算机群控,实现机械制造业中占主导地位的中小批量生产自动化的道路,以提高生产效率。但实践证明这一策略未能秦效,在机械制造业的国际竞争中,德国和日本是胜利者。70年代转向吸取德、日经验,使中、小批量生产通过成组技术(GT)实现生产系统柔性化和自动化。1979年美国国会通过议案拨款发展柔性化制造系统,并于80年代末完成了高度柔性化的全自动化小型工厂(small wo

11、rk)标准化工作,并向中小型企业推广。但由于忽略了市场的多变性和人因的作用,在与德、日的竞争中未能占上风,而使机械制造业每况愈下,一度认为机械制造业已成“夕阳工业”。通过10年论证,从概念上实现了从柔性制造到敏捷制造的转化,把宏观的国际市场需求与具体的公司生产密切结合,充分发挥人的因素,形成对市场的快速反映,提出了敏捷制造的新概念。敏捷制造(Agile Manufacturing)21世纪机械制造业的发展趋势机械制造业在国际市场的激烈竞争中,美国屡屡受挫。70年代后,机械制造业被看成是“夕阳工业”。产业衰退,巨额贸易赤字,经济空前滑坡,有关工业竞争“关键问题”讨论将近10年。1986年在美国科

12、学技术基金会(NSF)支持下,麻省理工学院(MIT)深入研究衰退原因和振兴对策,认为产品在上市的时间(T)、质量(Q)、成本(C)和服务(S)等产品竞争四大关键因素中,质量已不再是市场竞争的最大优势。创新周期缩短和全球化市场的形成,企业面临着不可预测和不断变化的市场,只有快速响应市场需求,提供满足用户个性需求的产品,才能在竞争中取胜。1988年美国通用汽车公司(GM)与李海大学(Lehigh University)工业工程系共同提出一种新的制造企业战略敏捷制造(Agile Manufac2turing),并成立了国家制造科学中心(NCMS)和制造信息资源中心(MIRC),得到国家自然科学基金会

13、、国防部、商业部和众多公司支持,经国会听证后向联邦政府提出建议。现在由政府部门主持、企业与大学共同参与研究、开发和应用,称为21世纪制造企业的战略。数控技术可以说是对机械制造及其自动化专业的一个前提打基础吧，直接上机械制造及其自动化的话还没有先上数控技术专科在来个升本到机械制造及其自动化专业呢！ 第2章 数控技术 2.1 数控加工的工作原理数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法，数控机床加工与传统 加工过程机床加工的工艺规程从总体上说是一致的，但也发生了明显的变化。用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多变、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化

14、加工的有效途径。数控机床的编程方法数控机床所使用的程序是按一定的格式并以代码的形式编制的，一般称为“加工程序”，目前零件的加工程序编制方法主要有以下三种。     1）手工编程     利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。这种方式比较简单，容易掌握，但编程计算工作量大，一般适用于形状简单零件的加工程序编制。     2）自动编程     利用通用的微机及专用的自动编程软件，以人机对话方式确定加工对象和加工条件，自动进行运算和生成指令。

15、对形状简单（轮廓由直线和圆弧组成）的零件，手工编程是可以满足要求的，但对于曲线轮廓、三维曲面等复杂型面，一般采用计算机自动编程。目前中小企业普遍采用这种方法，编制较复杂的零件加工程序效率高，可靠性好。专用软件多为在开放式操作系统环境下，在微机上开发的，成本低，通用性强。     3）CAD/CAM 利用CAD/CAM系统进行零件的设计、分析及加工编程。该种方法适应面广、效率高、程序质量好，适用于制造业中的CAD/CAM集成系统，目前正被广泛应用。2.2 数控车床1）数控车床简介数控车床简介：本系列产品适合轴类以及盘类零件的各种内外回转表面，如圆柱面、圆锥面、特型面

16、等，以及内外公制英制螺纹的自动化切削。并能够进行切槽、镗、铰等加工。该机床加工效率高、适用性强、操作简便、精度稳定性好，特别适用于复杂零件或对精度要求较高的中、大批量生产。该系列数控车床具有较强的刚性，能进行强力切削。能自动完成内外园表面、圆锥面、圆弧面、端面等回转表面的加工。强大的螺纹功能，可以对公英制螺纹、模数螺纹、径节螺纹等各种螺纹的加工。该系列机床不但适用于一般机械制造业中的成批或单件零件的生产，也适用于各工具制造行业和教学部门，特别适用于汽、摩配件的中大批量生产，是具有良好性价比的机床。该系列数控车床配置灵活、性能稳定、刚性良好、操作简便、稳定性好，是一种理想的车削加工工具。我公司拥

17、有多家生产企业的代理销售权，产品多样，型号齐全，负责培训技术人员及技术指导，售后周到及时，是各加工企业理想的合作伙伴（2）数控技术的发展趋势数控技术的应用对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用,因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。从数控技术及其装备发展的趋势来看,其主要研究热点有以下几个方面 高精加工技术、高速及装备的发展趋势 质量、效率是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率,提高产品的质量和档次,缩短生产周期和提高市场竞争能力。为此日本先端技术研究会将其列为5大现代制造技术之一,国际生产工程学会（CIRP）将其确定为21

18、世纪的中心研究方向之一轿车工业,年产30万辆的生产节拍为40秒/辆,还须解决轿车装备多品种加工;航空和宇航工业,只有在高切削速度和切削力很小的情况下,才能对筋、壁进行加工。近来采用大型整体铝合金坯料“掏空”的方法来制造机翼、机身等大型零件,使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 快速发展的5轴联动加工和复合加工机床 采用5轴联动对三维曲面零件的加工,不仅光洁度高,而且效率也大幅度提高。由于电主轴的出现,使得实现5轴联动加工的复合主轴头结构大为简化,其制造难度和成本大幅度降低,数控系统的价格差距缩小。因此促进了复合主轴头类型5轴联动机床和复合加工机床（

19、含5面加工机床）的发展。在EMO2001展会上,新日本工机的5面加工机床采用复合主轴头,可实现4个垂直平面的加工和任意角度的加工,使得5面加工和5轴加工可在同一台机床上实现,还可实现倾斜面和倒锥孔的加工。德国DMG公司展出DMUVoution系列加工中心,可在一次装夹下5面加工和5轴联动加工,可由CNC系统控制或CAD/CAM直接或间接控制（3）新技术标准、规范的建立关于数控系统设计开发规范 综上所述,开放式数控系统有更好的柔性、通用性、适应性、扩展性,目前,美国、欧共体和日本等国都针对数控系统设计实施战略发展计划,并进行开放式体系结构数控系统规范（OMAC、OSACA、OSEC）的研究和制定

20、,世界3个最大的经济体在短期内进行了几乎相同的科学计划和规范的制定,预示了数控技术的一个新的变革时期的来临。我国在2000年也开始进行中国的ONC数控系统的规范框架的研究和制定。 关于数控标准 数控标准是制造业信息化发展的一种趋势。数控技术诞生后,其本质特征始终是面向加工过程,国际上正在研究和制定一种新的CNC系统标准ISO14#9（STEP-NC）,其目的是提供一种不依赖于具体系统的中性机制,能够描述产品整个生命周期内的统一数据模型,从而实现整个制造过程,乃至各个工业领域产品信息的标准化。第3章工艺分析与刀具选择3.1 数控机床程序的编制功能 数控编程的基本概念数控编程是数控加工准备阶段的主

21、要内容之一，通常包括分析零件图样，确定加工工艺过程；计算走刀轨迹，得出刀位数据；编写数控加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试切。有手工编程和自动编程两种方法。总之,它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。 数控编程分为手工编程和自动编程.手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序，称为自动编程。 随着数控技术的发展，先进的数控系统不仅向用户编程提供了一般的准备功能和辅助功能，而且为编程提供了扩展数控功能的手段。FANUC 6M数控系统的参数编程，应用灵活，形式自由，具备计算机高级语言的表达式

22、、逻辑运算及类似的程序流程，使加工程序简练易懂，实现普通编程难以实现的功能。 数控编程同计算机编程一样也有自己的"语言",但有一点不同的是,现在电脑发展到了以微软的Windows为绝对优势占领全球市场.数控机床就不同了,它还没发展到那种相互通用的程度,也就是说,它们在硬件上的差距造就了它们的数控系统一时还不能达到相互兼容.所以,当我们要对一个毛坯进行加工时,首先要以我们已经拥有的数控机床的数控系统编程. 虽然,每个数控系统的编程语言和指令各不相同,但其间也有很多相通之处. 数控编程的定义： 具体地说，数控编程是指根据被加工零件的图纸和技术要求、工艺要求，将零件加工的工艺顺序

23、、工序内的工步安排、刀具相对于工件运动的轨迹与方向、工艺参数及辅助动作等，用数控系统所规定的规则、代码和格式编制成文件，并将程序单的信息制作成控制介质的整个过程。 数控编程的步骤数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。如图1所示，编程工作主要包括：图1 数控程序编制的内容及步骤 数控车床程序的编制在本设计中数控车削加工包括内端面车削加工、外圆柱面的车削加工、圆弧面的车削加工、槽的加工、螺纹加工等。（1）F功能（2）S功能（3）T功能（4）M功能3.2 工艺分析方法  加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度

24、的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。例如，对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上的孔一般采用镗削或铰削，而不宜采用磨削。一般小尺寸的箱体孔选择铰孔，当孔径较大时则应选择镗孔。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。 零件图的工艺性分析根据数控铣削加工的特点，对零件图样进行工艺性分析时，应主要分析与考虑以下一些问题。1.零件图样尺寸的正确标注 图1 零件尺寸公差带的调整 由于加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此，各图形几何元素间的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）应明确，各

25、种几何元素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或者影响工序安排的封闭尺寸等。例如，零件在用同一把铣刀、同一个刀具半径补偿值编程加工时，由于零件轮廓各处尺寸公差带不同，如在图1中，就很难同时保证各处尺寸在尺寸公差范围内。这时一般采取的方法是：兼顾各处尺寸公差，在编程计算时，改变轮廓尺寸并移动公差带，改为对称公差，采用同一把铣刀和同一个刀具半径补偿值加工，对图1中括号内的尺寸，其公差带均作了相应改变，计算与编程时用括号内尺寸来进行。 2.统一内壁圆弧的尺寸加工轮廓上内壁圆弧的尺寸往往限制刀具的尺寸。 （1）内壁转接圆弧半径R如图2所示，当工件的被加工轮廓高度H较小，内壁转接圆弧半径R较大时，则可采

26、用刀具切削刃长度L较小，直径D较大的铣刀加工。这样，底面A的走刀次数较少，表面质量较好，因此，工艺性较好。反之如图3，铣削工艺性则较差。通常，当R<0.2H时，则属工艺性较差。图2R较大时 图3R较小时 （2）内壁与底面转接圆弧半径r如图4，铣刀直径D一定时，工件的内壁与底面转接圆弧半径r越小，铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D-2r也越大，铣刀端刃铣削平面的面积越大，则加工平面的能力越强，因而，铣削工艺性越好。反之，工艺性越差,如图5所示。当底面铣削面积大，转接圆弧半径r也较大时，只能先用一把r较小的铣刀加工，再用符合要求r的刀具加工，分两次完成切削。总之，一个零件上内壁转接圆弧半径尺

27、寸的大小和一致性，影响着加工能力、加工质量和换刀次数等。因此，转接圆弧半径尺寸大小要力求合理，半径尺寸尽可能一致，至少要力求半径尺寸分组靠拢，以改善铣削工艺性。 3.保证基准统一的原则有些工件需要在铣削完一面后，再重新安装铣削另一面，由于数控铣削时，不能使用通用铣床加工时常用的试切方法来接刀，因此，最好采用统一基准定位。 4.分析零件的变形情况铣削工件在加工时的变形，将影响加工质量。这时，可采用常规方法如粗、精加工分开及对称去余量法等，也可采用热处理的方法，如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理等。加工薄板时，切削力及薄板的弹性退让极易产生切削面的振动，使薄板厚度尺寸公差和表面粗糙度难以保

28、证，这时，应考虑合适的工件装夹方式。总之，加工工艺取决于产品零件的结构形状，尺寸和技术要求等。在下表中给出了改进零件结构提高工艺性的一些实例。 切屑用量的选择1、确定合理切削用量的意义：2、选择切削用量的一般原则3、如何选择切削用量4、关于螺纹车削的主轴转速3.3 数控刀具的选用 数控机床的刀具特点1)刀片及刀柄高度的通用化、标准化、系列化。    2)刀片或刀具的寿命及经济寿命指标的合理性。    3)刀具或刀片几何参数和切削参数的规范化、车床典型化。    4)刀片或刀具材料及切削参数与被加工材料之间

29、应相匹配。    5)刀具应具有较高的精度，包括刀具的形状精度、刀片及刀柄对机床主轴的相对位置精度、刀片及刀柄的转位及拆装的重复    精度。    6)刀柄的强度要高、刚性及耐磨性要好。    7)刀柄或工具系统的装机重量有限度。    8)刀片及刀柄切人的位置和方向有要求。    9)刀片、刀柄的定位基准及自动换刀系统要优化 数控车削的刀具与选用刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而

30、且直接影响加工质量。编程时，选择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。      选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀。铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选镶硬质合金的玉米铣刀。选择立铣刀加工时，刀具的有关参数，推荐按经验数据选取。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而应采用环形刀。在单件或小批量生产中，为取代多坐标联动机床，常采用鼓形刀或锥形刀来

31、加工飞机上一些变斜角零件加镶齿盘铣刀，适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面，其效率比用球头铣刀高近十倍，并可获得好的加工精度。        在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀工作。因此必须有一套连接普通刀具的接杆，以便使钻、镗、扩、铰、铣削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。作为编程人员应了解机床上所用刀杆的结构尺寸以及调整方法，调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其柄部有直柄(三种规格)和锥柄(四种规格)两种，共包

32、括16种不同用途的刀。3.4 工件的装夹和夹具选择（1）夹具的分类（2）工件在数控车床上的装夹：1、采用装夹方式：三爪自定心卡盘装夹。2、采用找正的方法：找正装夹时必须将工件的加工表面回转轴线（同时也是工件坐标系Z轴）找正到与车床主轴回转中心重合。第4章 主要操作步骤及加工程序  4.1 零件的工艺分析  图21、分析零件图样如图2所示,该零件包括有圆柱、圆锥、顺圆弧、螺纹等表面，且有倒角、倒圆处理；其多个直径尺寸有较严的尺寸公差等要求；该零件材料为45#钢，可以用40mm×100mm棒料，无热处理和硬度要求。2、选定设备根据被加工零件的外形和材料等条件，选定数控

33、车床为CK6140经济型数控车床；其数控系统为FANUC。3、确定零件的定位基准和装夹方式（1）定位基准：确定坯件轴线和右端端面（设计基准）为定位基准。（2）装夹方式：左端采用三爪自定心卡盘夹紧的装夹方式。  装夹示意图4、确定切削用量工件材料加工内容背吃刀量p/mm切削速度c/m·min-1进给量f/mm·r-1刀具材料碳素钢b600MPa粗加工5760800204YT类粗加工23801200204精加工261201500102碳素钢b600MPa钻中心孔 500800r·min-1W18Cr4V钻孔 25300102切断（宽度5m

34、m）701100102YT类铸铁HBS200粗加工 50700204YG类精加工 701000102切断（宽度5mm）50700102 表1 常用切削用量推荐表根据表1确定（1）  背吃刀量：粗车时，确定其背吃刀量为2mm左右；精车时为0.25mm。（2）  主轴转速车直线和圆弧轮廓时的主轴转速。参考表1并根据实践经验确定其切削速度转化为，粗车时确定主轴转速为800r/min，精车时确定主轴转速为1000 r/min。编程中还可以对直线、圆弧采用不同的主轴转速。车螺纹时的主轴转速。主轴转速定为720r/min。 （3）进给量：粗车时，按式时，按式f=nf可选择f=0.15mm/r；精车时，选择其f=0.08mm/r左右。 4.2 各点数学处理数控实训中心数控加工工艺卡片产品代号零件名称零件图号数控零件SKT-003车间工艺序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间O0428CKA6140SKC-5工序号工步内容（加工面）刀具号刀具规格主轴转速rr/（ r/min）进给速度/（mm/r）