多种数控加工技术的综合应用经验

1、毕毕 业业 设设 计计 设计题目设计题目 轴类数控加工工艺设计轴类数控加工工艺设计 专专 业业 班班 级级 学学 号号_ _ _ 姓姓 名名_ _ _ 指导教师指导教师 起止日期起止日期 2013.3.1-2013.4.252013.3.1-2013.4.25 机电信息工程系制机电信息工程系制 数控车床产品零件加工 摘摘 要要 本文主要针对回转轴类零件工艺进行数控加工工行分析，它意 义深重，本文将对它进行讲述。零件的工艺设计内容主要有零件加 工工艺过程设计、加工工序设计、程序设计，以及机床、刀具、夹 具的选择等等。重点分析了零件的数控加工工艺过和和所采用的程 序结构，例如如何合理运用 G71，

2、G73，G70，G92 等常用复合循环指 令进行零件的粗加工、精加工程序的编制。此外，在加工设计过程 中也展开了相应的讨论，并且得出了此类回转型零件的一般加工步 骤。 课题贯穿本专业所学到的议论知识与实践操作技术，从分析设 计到计算、操作得到成品，同时本次选题提供了自主学习，自主选 择，自主完成的机会。毕业设计有实践性，综合性，探索性，应用 性等特点，本次选题的目的是数控专业教学体系中构成数控技术专 业知识及专业技能的重要组成部分，是运用数控机床实际操作的一 次综合练习。 关键词：尺寸精度，工艺设计，程序编制 目目 录录 摘 要.I 第 1 章绪论.1 1.1课题背景及意义.1 1.1.1 课

3、题的背景.1 1.1.2 课题的意义.1 1.2节标题数控机床的发展趋势.2 第 2 章回转轴类零件加工工艺分析.3 2.1数控加工工艺分析.3 2.1.1 结构工艺性.3 2.1.2 精度分析.3 2.1.3 加工工艺分析.3 第 3 章回转类零件程序设计.5 致谢.I 参考文献 .II 第第 1 1 章章 绪论绪论 1.11.1课题背景及意义课题背景及意义 1.1.1 课题的背景 目前，我国的机械设备的数控化率不足 20%，而国外机械设备的数控 化率已达到 85%以上，随着先进的数控技术的应用，我国世界制造业加工 中心地位形成，需要大量的数控技术人才。同时，数控技术人员从业面非 常广，可在

4、模具业、钟表业、五金行业、大中小制造业、军工等企业从事 电脑绘图、数控编程操作与设计、机床操作与维护、加工中心操作与维护、 模具设计与制造、 电火花及线切割等工作，而人才市场上的数控技术人才 储备并不大，企业要在人才市场上寻觅合适的人才比较困难，以至于导致 模具设计、CAD/CAM 工程师、数控编程、数控加工等已成为我国各人才 市场招聘频率最高的职位之一新进的大批二手机床成为机床大修及数控化 改造行业的催化剂自改革开放以来，许多企业引进了一大批国外淘汰的旧 机床，虽然有一部分尚能满足使用要求，但是多数由于缺少经验、技术、 资料及备件等因素，造成虽廉价购进但却不能继续发挥作用而闲置的尴尬 局面

5、国外机床的改造与翻新是近期发展起来的一个新兴产业，在先进国家 已经形成了一定的规模和市场。而在我国，这一产业才刚刚兴起，按照应 具备的条件来衡量还相距甚远。但是业内有识之士正在努力塑造自己、完 善自己，相信不久的将来，一批具备一定条件和一定规模的机床改造翻新 的专业化企业会成长。 如上所述，机床制造业在近年取得数控机床 快速增长业绩下也面临着新的机遇与挑战。因此，对制造业发展动向的分 析将有助于推进数控机床技术实现跨越式发展的目标。1998 年美国为振兴 其制造业制订了“集成制造技术计划及其路线图计划（IMTI 及 IMTR） ”，提 出了包括信息、制造和产品创新三个方面的六项策略。即：信息系

6、统高度 集成化企业管理系统的集成化；技术、制造与管理系统无缝联接，即插即 用。制造系统敏捷化、柔性化、可重构与分布式生产；智能化的工艺与装 备。 1.1.2 课题的意义 装备工业的技术水平和现代程度决定着整个国民经济的水平和现代化 程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术 及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术 和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，在于生产什么， 而在于怎样生产，用什么劳动资料生产” 。制造技术和装备就是人类生活的 最基本的生产资料，而数控又是当今先进制造技术和装备最核心和技术。 当今世界各国制造业广泛采用数控技

7、术，以提高制造业能力和水平，提高 对动态多变市场和适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将 数控技术及数控装备列为国家战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的 数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实 行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造业技术 已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途 径。 1.21.2数控机床的发展趋势数控机床的发展趋势 随着科学技术不断发展，数控机床的发展越来越快，数控机床也正朝着高 性能、高精度、高速高柔性化和模块化方向发展。 高性能：随着数控系统集成 度的增强，数控机床出实现多台集中控制，甚至

8、远距离遥控。 高精度：数控机 床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度保持性要好。 高速度：数控机 床各轴运行的速度将大大加快。 高柔性：数控机床的柔性化将向自动化程度更 高的发展方向，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。 模块化：数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这 既有利于制造商又有利于客户。我国近几年数控机床虽然发展较快，但与国际 先进水平还有一定的差距，主要表现在：可靠性差，外观质量差，产品开发周 期长，应变能力差。为了缩短与世界水平的差距，有关专家建议机床企业应在 以下 6 个方面着力研究：1.加大力度实施质量工程，提高数控机床无故障率。2.跟 踪国际水平

9、，使数控机床向高效高精方面发展。3.加大成套设计开发能力上求 突破。4.发挥服务优势，扩大市场占有率。5.多品种制造，满足不同层次的用 户。6.模块化设计，缩短开发周期，快速响应市场。数控机床使用范围越来越 大，国际市场容量也越来越大，但竞争也会加剧，我们只紧跟先进技术进步的 大方向，并不断创新，才能赶超世界先进水平。 第第 2 2 章章 回转轴类零件加工工艺分析回转轴类零件加工工艺分析 2.12.1数控加工工艺分析数控加工工艺分析 2.1.1 结构工艺性 图 1 所示为回转类零件图，外形规则，被加工部分的各尺寸、形位、表面 粗糙度值及同轴度要求较高。零件结构较为复杂，包含了外圆弧、切槽、外螺

10、 纹、内孔加工且大部分的尺寸均达到 IT8-IT7 级精度。切槽、钻孔等的加工且 大部分的尺寸均达到 IT8-IT7 级精度。 图 1 回转类零件图 2.1.2 精度分析 该零件的加工精度比较高。38，28 的精度可达 IT7 级，以及 30，28，38 的表面粗糙度均可达 Ra1.6um，外螺纹精度等级为 6g，其它 尺寸精度则可达 IT8 级等。 2.1.3 加工工艺分析 件 1 选用三爪卡盘装夹，使之与工作台 X 轴移动方向平行。毛坯为 50122 的铁，工件材料为 45 号钢，根据零件图样要求其加工工序为： 工序一：装夹毛坯 50mm,伸长 90mm 工步 1：车端面 工步 2：粗车顺

11、圆弧、逆圆弧（G73 固定循环指令） 工步 3：切槽 工序二：掉头装夹毛坯 50mm 工步 1：车端面 工步 2：钻 20 与 26 工步 3：粗精车 20 与 26（G71 粗车、G70 精车） 工序三：重新调头装夹毛坯 50mm 工步 1：精车顺圆弧、逆圆弧、槽 工步 2：车螺纹（G92 外螺纹加工） 工步 3：切断保总长 2.22.2螺纹加工工艺分析螺纹加工工艺分析 2.2.1 螺纹的基础知识 螺在圆柱或圆锥母体表面上制出的螺旋线形的、具有特定截面的连续凸起 部分。 圆柱螺纹的主要几何参数有： 外径（大径） ，与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱体直径。螺 纹的公称直径即大径。 内径

12、（小径） ，与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱体直径。 中径，母线通过牙型上凸起和沟槽两者宽度相等的假想圆柱体直径。 螺距，相邻牙在半径线上对应两点间的轴向距离。 导程，同一螺旋线上相邻牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 牙型角，螺纹牙型上相邻两牙侧间的夹角。 螺纹升角，中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面之间的夹 角。 工作高度，两相配合螺纹牙型上相互重合部分在垂直于螺纹轴线方向上 的距离等。螺纹的公称直径除管螺纹以管子内径为公称直径外，其余都以外径 为公称直径。螺纹已标准化，有米制（公制）和英制两种。国际标准采用米制， 中国也采用米制。 圆柱螺纹中，三角形螺纹自锁性能好。它分

13、粗牙和细牙两种，一般联接多 用粗牙螺纹。细牙的螺距小，升角小，自锁性能更好，常用于细小零件薄壁管 中本文零件中的零件就是三角罗纹,所以着重对三角螺纹作研究，有振动或变载 荷的联接，以及微调装置等。 管螺纹用于管件紧密联接。矩形螺纹效率高，但因不易磨制，且内外螺纹 旋合定心较难，故常为梯形螺纹所代替。 锯齿形螺纹牙的工作边接近矩形直边，多用于承受单向轴向力 圆锥螺纹的牙型为三角形，主要靠牙的变形来保证螺纹副的紧密性，多用 于管件。 2.2.2 螺纹的加工方法 普通螺纹,英制螺纹和管螺纹的牙型都是三角形,所以统称为三角螺纹。 三角形螺纹的尺寸计算 普通螺纹的牙型和尺寸计算 普通螺纹是应用最广的的一

14、种三角螺纹,它分为粗牙普通螺纹和细牙普通螺 纹两种。当公称直径相同时,细牙普通螺纹比粗牙普通螺纹的螺距小。粗牙普通 螺纹的螺距不是直接标注的。 普通螺纹的牙型角为 60 度 三角形螺纹的车削方法 三角形螺纹的车削方法有低速车削和高速车削两种。本零件应该用低速车 削。 低速车削 低速车削时,使用高速刚螺纹车刀.并分别用粗车刀和精车刀对螺纹进行粗 车和精车。低速车削螺纹的精度高.表面粗糙度小.但效率低。低速车削螺纹时 应该注意车床和工件的刚度.螺距大小.选择不同的进刀方法。 车削三角形螺纹时切削用量的选择原则 工件材料 加工塑性金属时,切削用量应相应增大;加工脆性金属时,切削用量应相应减 少。 加

15、工性质 粗车螺纹时,切削用量可选得比较大,精车螺纹时候可以选的小点。 螺纹车刀的刚度 车外螺纹的时候,切削用量可以选得较大,车内螺纹时候,刀柄刚度较低,切 削量取小些。 进刀方式 直进刀方式车削时,切削用量可以选小些。斜进刀方式和左右进刀切削量可以选 择大些。车外螺纹选用外螺纹刀，一般选用 G92，G76,这两个指令。 G76 用法格式为： G76 P（m）（r）（a） Q（dmin） R（d）； G76 X（U） Z（W） R（i） P（k） Q（d） F（I） ； 但是一般习惯用都会用 G92；而 G92 的格式又为； G92 X（U）_ Z（W）_ F_ J_ K_ L； 一般车螺纹时，

16、第一刀可以切大点，但是也不要太大，一般选个 0.5 就差 不多了，最好多车几刀，最后一刀应该为螺纹小径，这样车出来的螺纹才会光 滑。 车内螺纹同样也是这样的，只不过，在车内螺纹前先要钻孔，孔的直径不能超 过内螺纹的直径，最好比内螺纹的直径小 1-2mm。 第第 3 3 章章 回转类零件程序设计回转类零件程序设计 3.13.1数控加工程序设计与编制数控加工程序设计与编制 该零件图使用 G71 外径粗车循环指令，G70 精车循环指令，G92 螺纹车削指 令，G73 闭合车削循环指令。 说明如下分析 （1）G71 格式： G71 Ud Re； G71 P ns Q nf Uu Ww F ； 式中d精

17、加工每次切深； ns精加工程序第一个程序段的序号； nf精加工程序最后一个程序段的序号； uX 轴方向精加工留量（直径值） ； wZ 轴方向精加工留量； e退刀量； （2）G92 格式： G92 X(U) Z(W) F ； 式中X(U) Z(W) 螺纹切削终点坐标； F（ ）螺纹的导程； （3）G73 格式： G73 Ui Wk R ； G73 Pns Qnf Uu Ww F ； ns精加工程序第一个程序段的序号； nf精加工程序最后一个程序段的序号； uX 轴方向精加工留量； wZ 轴方向精加工留量； iX 轴方向的退出距离和方向； kZ 轴方向的退出距离和方向； R( ) 粗切次数； （4

18、）G70 格式： G70 Pns Qnf； ns精加工程序第一个程序段的序号； nf精加工程序最后一个程序段的序号； : 刀具 中心钻 T01麻花钻 2 T05Z 向铣刀 T09 外圆左偏粗车刀 T02外圆切槽刀 T0645端面刀 T10 麻花钻 1 T03外圆螺纹刀 T07X 向铣刀 T11 外圆左偏精车刀 T04粗镗孔刀 T08精镗孔刀 T12 程序 O0001； M41； G50 S1500； N1;(外圆粗车) G0 G40 G97 G99 S500 T0202 M04 F0.15; X54. Z2. ; F73 U1.5 W2 R2; G73 P10 Q11 U0.5 W0.1; N

19、10 ; G0 G42 X0.; G01 Z0. ; X22.; X24. Z-1.; Z-13.; X22. Z-15.; Z-20.; X24.; X28. Z-22.; Z-30.; G02 X25. Z-41. R15.; G01 Z-52.; X28.; G03 X30. Z-54. R2.; G01 Z-64.; N11; X38. Z-92.; G28 U0 W0 T0 M05; N3;（外圆精车） G0 G40 G97 G99 S600 T0404 M04 F0.1; X54. Z2.; G70 P10 Q11; G0 G97 S600 X100.; G28 U0 W0 T0 M05; N4;（切槽加工） GO G40 G97 G99 S300 T0606 M04 F0.05; X26. Z-1