毕业设计（论文）数控车床加工工艺设计.doc

南 京 工 程 学 院毕 业 实践报告毕业设计题目 数控车床加工工艺设计 学 院 继续教育学院 专业班级 ZH控1371 姓 名 学 号 指导教师 2015年 10月 10日摘 要：数控车削加工设计以机械制造中的工艺基本理论为基础，结合数控机床高精度、高效率和高柔性等特点综合多方面的知识，解决数控加工中的工艺问题。对零件进行编程加工之前，工艺分析具有非常重要的作用。在比较数控车床加工工艺与传统加工工艺的基础上，对数控车床加工工艺中的关键问题进行了深入分析，总结了数控车床的工艺设计方法。通过实例，证明了正确地进行数控车床加工工艺分析与设计有助于提高零件加工质量和生产效率。本文通过对零件图样分析、工艺路线的拟订、切削用量的选择等几方面进行了介绍。关键词：数控加工 工艺分析 图样分析 工艺路线目 录1 绪论52 数控加工概述62.1数控加工原理62.2数控加工的特点62.3 加工方法的选择与加工方案的确定72.4 零件的安装与夹具的选择72.5 刀具的选择与切削用量的确定82.6对刀点和换刀点的确定83 数控车床加工实例93.1 零件图样分析93.2 工艺措施93.3 确定定位基准和装夹方式93.4 加工路线及进给路线103.5 刀具选择123.6工艺卡片123.7 切削用量选择134 数控加工程序的编制134.1 数控程序编制的基本方法：134.2 数控程序编制的方法：134.3车床的工艺装备：134.4 控车床刀具的选刀过程：144.5程序校验165.结束语16参考文献17致 谢181 绪论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。数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处，但在数控机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工对刀前，要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序，这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础。合格的程序员首先是一个合格的工艺人员，否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确、合理地编制零件的加工程序。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数控加工原理、加工工艺分析、刀具的选用、数控车加工操作流程。2 数控加工概述2.1数控加工原理 当我们使用机床加工零件时，通常都需要对机床的各种动作进行控制，一是控制动作的先后次序，二是控制机床各运动部件的位移量。采用普通机床加工时，这种开车、停车、走刀、换向、主轴变速和开关切削液等操作都是由人工直接控制的。采用自动机床和仿形机床加工时，上述操作和运动参数则是通过设计好的凸轮、靠模和挡块等装置以模拟量的形式来控制的，它们虽能加工比较复杂的零件，且有一定的灵活性和通用性，但是零件的加工精度受凸轮、靠模制造精度的影响，而且工序准备时间也很长。采用数控机床加工零件时，只需要将零件图形和工艺参数、加工步骤等以数字信息的形式，编成程序代码输入到机床控制系统中，再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制机床各部件协调动作，自动地加工出零件来。当更换加工对象时，只需要重新编写程序代码，输入给机床，即可由数控装置代替人的大脑和双手的大部分功能，控制加工的全过程，制造出任意复杂的零件。数控加工的原理如图1-1所示。 图1-1 数控加工原理框图2.2数控加工的特点总的来说，数控加工有如下特点：(1) 自动化程度高，具有很高的生产效率。除手工装夹毛坯外，其余全部加工过程都可由数控机床自动完成。若配合自动装卸手段，则是无人控制工厂的基本组成环节。数控加工减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件；省去了划线、多次装夹定位、检测等工序及其辅助操作，有效地提高了生产效率。(2) 对加工对象的适应性强。改变加工对象时，除了更换刀具和解决毛坯装夹方式外，只需重新编程即可，不需要作其他任何复杂的调整，从而缩短了生产准备周期。(3) 加工精度高，质量稳定。加工尺寸精度在0.0050.01 mm之间，不受零件复杂程度的影响。由于大部分操作都由机器自动完成，因而消除了人为误差，提高了批量零件尺寸的一致性，同时精密控制的机床上还采用了位置检测装置，更加提高了数控加工的精度。(4) 易于建立与计算机间的通信联络，容易实现群控。由于机床采用数字信息控制，易于与计算机辅助设计系统连接，形成CAD/CAM一体化系统，并且可以建立各机床间的联系，容易实现群控。（5） 在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6 000h以上，伺服系统加工方法的选择的MTBF值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。2.3 加工方法的选择与加工方案的确定加工方法的选择原则是：同时保证加工精度和表面粗糙度的要求。此外，应考虑生产率和经济性的要求，以及现有生产设备等实际情况。（二）确定加工方案的原则零件上精度要求较高的表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对于这些表面，要根据质量要求、机床情况和毛坯条件来确定最终的加工方案。确定加工方案时，首先应该根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。此时要考虑到数控机床使用的合理性和经济性，并充分发挥数控机床的功能。原则上数控机床仅进行较复杂零件重要基准的加工和零件的精加工。2.4 零件的安装与夹具的选择在数控车床上，可以用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘和两顶尖等多种夹具安装车削。一般装夹棒料工件时，应使三爪自定心卡盘夹紧工件。为保证夹持力度，要有一定的夹持长度。但在装夹非回转表面，或偏心工件时，经常使用四爪单动卡盘和两顶尖等方式进行装夹。2.5 刀具的选择与切削用量的确定（1）刀具的选择数控加工的刀具材料，要求采用新型优质材料，一般原则是尽可能选用硬质合金；精密加工时，还可选择性能更好更耐磨的陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具，并应优选刀具参数。（2）切削用量的确定合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应该考虑加工成本。半精加工和精加工时，一般应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率和经济性和加工成本。1）确定切削深度t（mm）。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除待加工余量，最好一次切除待加工余量，以提高生产效率。2）确定切削速度V（m/min）。加大切削速度，也能提高生产效率。但提高生产效率的最有效措施还是应尽可能采用大的切削深度t。3）确定进给速度f（mm/min或mm/r）。进给速度是数控机床切削用量中的重要参数。主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具与零件的材料性质来选取。当加工精度和表面粗糙度要求高时，进给速度f应该选择得小些。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能决定，并与数控系统脉冲当量的大小有关。2.6对刀点和换刀点的确定选择对刀点的原则是：（1）选择的对刀点便与数学处理和简化程序编制。（2）对刀点在机床上容易校准。（3）加工过程中便于检查。（4）引起的加工误差小。此零件应选择工件的编程原点为对刀点。3 数控车床加工实例零件图3.1 零件图样分析 (1)材料选45#中碳热扎钢，无热处理及硬度要求的热扎钢 (2)成型表面组成：由圆柱面、圆锥面、球面、圆弧面以及螺纹面组成。各表面精度要求较高以及表面粗糙度要求为Ra1.6，用数控车削均可完成。(3)轴段右侧有两段顺逆圆弧，应选用机械间隙补偿的数控机床去完成。3.2 工艺措施(1)尺寸精度要求及表面粗糙度要求，一般取表面粗糙度为七级精度，使用高等精度数控CJK6140即可保证零件的加工要求，编程时，直接带入具体尺寸。(2)轴段右侧有两段顺逆圆弧，应选用带机械间隙补偿的数控机床去完成。(3)各成型表面连接无复杂程度中等，不须用可转位刀片，用一般车削硬质合金刀即可。(4)选毛坯件：45#碳热扎圆钢，取50x150mm(5)数控加工前先在普床上完成外圆的准备加工，使之为48mm，同时获得工件的回转轴线、再平端面。3.3 确定定位基准和装夹方式(1)定位基准： X方向：坯件回转轴线 Z方向：坯件端面 设计基准和定位基准与工艺基准三者重合；在相应加工之前基准端面要先加工。(2)装夹方式：三爪自定心卡盘，手工夹紧夹持端。对坯料多余部分插入主轴内部，加工时依次完成四根轴的加工。在数控机床上分别加工各成型面，最后用切割刀切除。综上所述，首先在普床上平端面、加工外圆去除表面的余量达到要求，然后把工件放到数控车床上确定左段用三爪自定心卡盘夹持，加工圆球、圆弧、圆锥、倒角、退刀槽及螺纹，最后用切割刀切断即可完成。(3)装夹图如图3-1所示：图3-1 装夹图3.4 加工路线及进给路线(1)粗车外表面先平端面，然后遵循由粗到精，从右到左（由近到远）的加工原则；加工时从右到左粗车各面，粗车时留精加工余量0.5mm。加工时用复合固定循环中的轴向粗车循环指令（G73）自动完成加工，以减少计算时间，方面编程。加工路线如图3-2所示，用一把刀即可完成所以内容。图3-2 加工路线及进给路线图(2)精车外表面编程时用G70指令对应G71指令进行精车，一刀完成。走刀路线如上图4-4所示。(3)槽加工一刀完成。走刀路线如下图3-3所示：图3-3 槽加工图(4)螺纹加工由于螺纹系易损面，应后加工。编程时可用G92螺纹循环指令完成加工。走刀路线如如图3-4所示：图3-4 螺纹加工图(5)最后用切断刀切断。3.5 刀具选择刀具材料为硬质合金，经几何分析sina=OC/OK=6.5/7.5=0.866得到a=60度，Kr大于30为安全。（1）粗车时循环车削轮廓取一般硬质合金90度右偏刀，从右向左车外廓，副偏角为55度，取nk较大的刀以防止干涉，取刀杆直径D=20mmX20mm。（2）精车轮廓用硬质合金90度右偏刀，刀尖尖角为55度，刀杆D=20mmX20mm，为保证刀尖圆角半径r小于结构上最小圆弧半径，取r=0.150.2mm。（3）切槽刀：切削刀宽为5mm，刀柄D=20mmX20mm。（4）螺纹刀：使用60度外螺纹硬质合金右刀，刀柄20mmX20mm。（5）切割刀：切削刃宽为4mm，刀柄D=25mmX25mm（6）将以上所选定的刀具参数填入如下数控加工刀具卡。3.6工艺卡片 表1-1 工艺卡片序号刀具号刀具规格与名称数量工序内容备注 1T0190度右偏硬质合金外圆刀 1粗车外轮廓及端面自动2T0290度右偏硬质合金刀1精车外表面自动3T03刀刃宽为5mm的切槽刀1切退刀槽自动4T0460度的硬质合金螺纹刀1车螺纹外螺纹5T05切割刀1切端面宽4mm编制易汉辉审核3.7 切削用量选择(1)背吃刀量（查课本P136表4-3，精车余量查P133表4-2）外廓： 粗车背吃刀量3.0mm 精车余量背吃刀量0.5mm螺纹： 粗车背吃刀量0.4mm 循环依次减少 精车余量背吃刀量0.1mm(2)主轴转速（查课本表4-3并参阅机床手册中“主轴转速”）该零件的加工面由圆柱、圆锥、螺纹、球面等表面组成，因为工件材料为45#中碳钢。 4 数控加工程序的编制 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、盘类等回转类零件。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、扩孔以及铰孔等工作。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。4.1 数控程序编制的基本方法：分析零件图样和制定工艺方案数学处理编写零件加工程序程序检验4.2 数控程序编制的方法：手工编程计算机自动编程4.3车床的工艺装备：由于数控车床的加工对象多为回转体，一般使用三爪卡盘夹具。4.4 控车床刀具的选刀过程：第一条路线为：零件图样、机床影响因素、选择刀杆、刀片夹紧系统和选择刀片形状，主要考虑机床和刀具的情况；第二条路线为：工件影响因素、选择工件材料代码、确定刀片的断屑槽形代码，这条路线主要考虑工件的情况。数控车床的编程特点：加工坐标系：机床坐标系是以机床原点为坐标系原点建立起来的、轴直角坐标系，成为机床坐标系。车床的机床原点为主轴旋转中心与卡盘后端面之交点。机床坐标系是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础，一般不允许随意变动。加工坐标系与机床坐标系方向一致；直径编程方式：在车削加工的数控程序中，X轴的坐标值为零件图样上的直径值；进刀与退刀方式：快速走刀。按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写程序清单。该工件的加工程序如下： 数控加工程序单零件图01零件名称启动轴编制程序号00001编制 日期2010-11-22审核 00001程序号G50 X150.0 Z200.0 T0100；快速定位G96 M03 S700 T0101；主轴正转、恒线速度设定G00 X50 Z3.0；快速定位G71 U3.0 R0.5；粗车循环进给量设定G71 P10 Q20 U0.5 W0.3 F0.4；粗车循环进给量设定N10 G00 X0；快速定位G01 Z0 F0.15 S1000；设定精车进给量和转速G02 X10 Z-10 R10；顺圆弧加工G01 Z-26.5 R4.0；外轮廓加工G01 X12.0 ；外轮廓加工X13.5 Z-28；外轮廓加工Z-49.5；外轮廓加工X16；外轮廓加工X18.0 Z-51；外轮廓加工Z-64.5.0；外轮廓加工N20 G00 X50.0 Z3.0；退回至循环起点G00 X150.0 Z200.0 T0202；退回至安全点换02号刀G00 X50.0 Z3.0 S1000 F0.15；主轴转速设定、进给量设定G70 P10 Q20；精车循环G00 X150.0 Z200.0；快速退刀返回安全点T0303 S400 F0.15；换03号刀主轴转速进给量设定G00 X40.0 Z-49.5；快速定位G01 X24.0 F0.1；加工槽G04 X1.0；暂停1秒G01 X23.0；退回至加工起点G00 X50.0 Z3.0；快速退刀G00 X150.0 Z200.0；快速退刀返回安全点T0404 S600；换04号刀主轴转速设定G00 X30.0 Z-25.0；快速定位至加工起点G92 X26.2 Z-47.0 F1.5；螺纹循环第一次走刀X25.6；切螺纹第二次走刀X25.2；切螺纹第三次走刀X25.04；切螺纹第四次走刀X25.04；走空刀切除毛刺G00 X50.0 Z3.0；退刀G00 X150.0 Z200.0；快速退刀返回安全点M05 T0000；取消刀具补偿M30；程序停止4.5程序校验一个完整的数控程序由程序号、程序主体和程序结束指令三部分组成，部分数控程序还有子程序。当程序输入到数控系统中后，不能立即进行自动运行操作，我们必须首先检查程序是否正确。首先，我们将程序输入到数控机床中，按下数控机床上的“编辑”按钮，使数控机床处于编辑状态，然后按下“PROG”按钮，切换到输入程序的界面用盘输入程序。接着，我们先将机床锁住，按下“机械锁定”按钮，然后点“AUTO”按钮，再点“循环启动”，最后点“循环启动”就可以模拟运行切削，通过查看机床屏幕上走刀轨迹是否正确来判断程序是否正确，如有问题，应及时进行调整。5.结束语经过这次的毕业设计，我对所学专业有了重新的认识，在作毕业设计的时间里，我查阅了大量的书籍，来完善我的论文。对论文的格式以及零件的工艺编写下了很大功夫。数控加工工艺设计的主要任务是制订加工工艺规程，也是数控机床加工前的准备工作从开始的零件的图的绘制，再根据零件图分析工艺，以及程序的编写。数控加工工艺设计的主要任务是制订加工工艺规程，也是数控机床加工前的准备工作。工艺规程是规定零件、走刀路线、刀具尺寸以及机床的运动过程。因此，是编程人员对数控机床的性能、制造工艺过程和操作方法具有指导性的工艺文件。数控机床加工的程序是数控机床的指令性文件。数控机床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量的选择、运动式、刀具系统、切削规范以及工件的装夹方法。工艺规程定得合理与否，对程编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响。因此，应遵循一般的工艺原则并结合数控机床的特点认真而详细地制订数控加工工艺。本设计结合一具体零件进行了零件图分析，加工设备、刀具、工装的选择，切削速度、进给量、背吃刀量等参数的选择，制订了零件的数控加工工艺；根据所选择机床的指令系统编写了零件的加工程序。作完了我的毕业设计，我很高兴，对我的知识水平又了很大的提高。也认识到了大力发以数控技术为核心的先进制造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。参考文献1张超英,数控机床加工工艺、编程及操作实训M高等教育出版社，2003，92倪森寿，机械制造基础M高等教育出版社，2005，1 3陈立德，机械设计基础M高等华教育出版社，2004，74李一民，数控机床M东南大学出版社,2005，75隋秀凛，现代制造技术M高等教育出版社，2002，116于荣贤，机械制图与计算机绘图M机械工业出版社，2004，3致 谢在本论文完成之际，首先要向我的老师致以诚挚的谢意。在论文的写作过程中，老师给了我许许多多的帮助和关怀。在老师的悉心指导中，我不仅学到扎实的专业知识，也在怎样处人处事等方面收益很多；同时她对工作的积极热情、认真负责、有条不絮、事实求是的态度，给我留下了深刻的印象，使我收益非浅。在此我谨向老师表示衷心的感谢和深深的敬意。同时，我要感谢我们学院给我们授课的给位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了专业知识，并从他们身上学到了如何求知治学、如何为人处事。我也要感谢我的母校江西工业工程职业技术学院，是它给我提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活丰富多姿，为我的人生留下精彩的一笔。另外，衷心感谢我的同窗同学门，在我的毕业论文写作中，与他们的探讨交流使我收益颇多；同时，他们也给了我无私的帮助和支持，我在次深表谢意。最后，向我的亲爱的家人和亲爱的朋友表示深深的谢意，他们给予我的爱、理解、关心和支持是我不断前进的动力。