數(shù)控車削加工工藝及編程畢業(yè)設計

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1、 摘要 數(shù)控機床的加工工藝與普通機床的加工藝雖有諸多相同之處，但也有許多不同之處。為此，分析了數(shù)控車削的加工工藝。 數(shù)控機床產生20世紀40年代，隨著科學技術和社會生產的發(fā)展，機械產品的形狀和結構不斷改進，對零件的加工質量要求越來越高，零件的形狀越來越復雜，傳統(tǒng)的機械加工方法已無法達到零件加工的要求，迫切需要新的加工方法。 數(shù)控車床又稱為CNC（computer numerical control）車床，即用計算機數(shù)字控制的車床，是國內使用量最大、覆蓋面最廣的一種數(shù)控機床。CNC車床能加工各種形狀不同的軸類、盤類即其它回轉體零件。 關鍵詞：數(shù)控車床 車削加工工藝 工藝分析

2、 目錄 第一章 緒論 3 第二章 零件圖紙分析 6 2.1 零件的特征 6 2.2 數(shù)值計算 6 第三章 工件的定位與裝夾 8 3.1加工精度要求 8 3.2定位基準的選擇 8 3.3裝夾方式 9 3.4工藝過程制定 9 第四章 車削工藝分析 10 4.1 選擇夾具 10 4.2 工步設計 10 4.3 刀具選擇 10 4.4 設計走刀路線 13 第五章 切削用量 16 5.1 切削用量 16 5.2 主軸轉速的確定 16 第六章 數(shù)控車床的對刀 17 6.1

3、 刀位點 17 6.2 待加工毛坯的對刀 17 6.3 刀偏值的測定 17 第七章 編程 18 第八章 結論 23 參考文獻 24 后記 25 數(shù)控車削加工工藝及編程 第一章 緒論 一、數(shù)控車削加工工藝的內容 　　數(shù)控車削加工工藝是采用數(shù)控車床加工零件時所運用的方法和技術手段的總和。其主要內容包括以下幾個方面： （一）選擇并確定零件的數(shù)控車削加工內容； （二）對零件圖紙進行數(shù)控車削加工工藝分析； （三）工具、夾具的選擇和調整設計； （四）工序、工步的設計； （五）加工軌跡的計算和優(yōu)化； （六）數(shù)控車削加工程序的編寫、校驗與修改；

4、 （七）首件試加工與現(xiàn)場問題的處理； （八）編制數(shù)控加工工藝技術文件； 總之，數(shù)控加工工藝內容較多，有些與普通機床加工相似。 二、數(shù)控車削加工工藝分析 　　工藝分析是數(shù)控車削加工的前期工藝準備工作。工藝制定得合理與否，對程序的編制、機床的加工效率和零件的加工精度都有重要影響。為了編制出一個合理的、實用的加工程序，要求編程者不僅要了解數(shù)控車床的工作原理、性能特點及結構。掌握編程語言及編程格式，還應熟練掌握工件加工工藝，確定合理的切削用量、正確地選用刀具和工件裝夾方法。因此，應遵循一般的工藝原則并結合數(shù)控車床的特點，認真而詳細地進行數(shù)控車削加工工藝分析。其主要內容有：根據(jù)圖紙分

5、析零件的加工要求及其合理性；確定工件在數(shù)控車床上的裝夾方式；各表面的加工順序、刀具的進給路線以及刀具、夾具和切削用量的選擇等。 （一）零件圖分析 零件圖分析是制定數(shù)控車削工藝的首要任務。主要進行尺寸標注方法分析、輪廓幾何要素分析以及精度和技術要求分析。此外還應分析零件結構和加工要求的合理性，選擇工藝基準。 1．尺寸標注方法分析 零件圖上的尺寸標注方法應適應數(shù)控車床的加工特點，以同一基準標注尺寸或直接給出坐標尺寸。這種標注方法既便于編程，又有利于設計基準、工藝基準、測量基準和編程原點的統(tǒng)一。如果零件圖上各方向的尺寸沒有統(tǒng)一的設計基準，可考慮在不影響零件精度的前提下選擇統(tǒng)一

6、的工藝基準。計算轉化各尺寸，以簡化編程計算。 2．輪廓幾何要素分析 在手工編程時，要計算每個節(jié)點坐標。在自動編程時要對零件輪廓的所有幾何元素進行定義。因此在零件圖分析時，要分析幾何元素的給定條件是否充分。 3．精度和技術要求分析 對被加工零件的精度和技術進行分析，是零件工藝性分析的重要內容，只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基礎上，才能正確合理地選擇加工方法、裝夾方式、刀具及切削用量等。其主要內容包括：分析精度及各項技術要求是否齊全、是否合理；分析本工序的數(shù)控車削加工精度能否達到圖紙要求，若達不到，允許采取其他加工方式彌補時，應給后續(xù)工序留有余量；對圖紙上有位置精度要

7、求的表面，應保證在一次裝夾下完成；對表面粗糙度要求較高的表面，應采用恒線速度切削（注意：在車削端面時，應限制主軸最高轉速)。 （二）夾具和刀具的選擇 1．工件的裝夾與定位 數(shù)控車削加工中盡可能做到一次裝夾后能加工出全部或大部分代加工表面，盡量減少裝夾次數(shù)，以提高加工效率、保證加工精度。對于軸類零件，通常以零件自身的外圓柱面作定位基準；對于套類零件，則以內孔為定位基準。數(shù)控車床夾具除了使用通用的三爪自動定心卡盤、四爪卡盤、液壓、電動及氣動夾具外，還有多種通用性較好的專用夾具。實際操作時應合理選擇 。 2．刀具選擇 刀具的使用壽命除與刀具材料相關外，還與刀具的直徑有很大

8、的關系。刀具直徑越大，能承受的切削用量也越大。所以在零件形狀允許的情況下，采用盡可能大的刀具直徑是延長刀具壽命，提高生產率的有效措施。 第二章 零件圖紙分析 2.1 零件的特征 一、零件材料 該零件是一回轉體零件（單位：mm），以45#調質處理的毛坯，毛坯尺寸Φ70112mm。 二、零件特點 從圖紙中我們可以看出該零件輪廓由直線、圓弧、螺紋共同構成一個復雜成型曲線回轉軸。加工部分包括螺紋，外圓，一個退刀槽，錐面，倒角，等 2.1 數(shù)值計算 生活中，我們對幾何信息的認知有多種方法，常用的有數(shù)形結合法（解析法）。但

9、有時面對復雜的圖形，解析法會帶來繁重的數(shù)學計算。AUTO CAD作為一套專業(yè)的繪圖軟件，它強大的信息處理功能為圖形中繁雜點的計算帶來了可能。我們在操作界面中繪制圖形后就可以打開狀態(tài)欄中的捕捉、對象捕捉按鈕，在繪圖區(qū)捕捉相關的點。同時，在狀態(tài)欄中就可以看到這些點的坐標。 第三章 工件的定位與裝夾 3.1加工精度要求 加工圖紙如上圖，零件加工部分包括M343螺紋，Φ70 外圓，一個Φ28退刀槽， R12圓弧，Φ2826孔等。零件的主體尺寸長度為110mm，最大位置直徑為Φ70。 3.2定位基準的選擇 定位基準選擇原則 （1）基準重合原則 （2）基準統(tǒng)一原則

10、 （3）便于裝夾原則 （4）便于對刀原則 根據(jù)定位基準選擇原則，避免不重合誤差，便于編程，以工序的設計基準作為定位基準。零件加工時，先以Φ70外圓的軸線作為軸向定位基準，加工零件；然后以零件軸線作為軸向定位基準，以軸臺的端面的中心作為該軸件剩余工序的軸向定位基準，并且把編程原點選在設計基準上。 3.3裝夾方式 1．選擇夾具 夾具的作用是保證工件在機床上的正確位置和牢固的安裝，即定位和夾緊， 從而使數(shù)控加工順序進行，保證工件的位置精度，同時也保證工件坐標系能夠建立在正確的位置上。 車削加工的工件一般是回轉體，對于回轉體零件，一般選擇三爪自定心卡盤。本零件選擇三爪自定心卡盤

11、作夾具。 3.4工藝過程制定 由于每個零件結構形狀不同，各表面的技術要求也有所不同，故加工時，其定位方式則各有差異。一般加工外形時，以內形定位；加工內形時又以外形定位。因而可根據(jù)定位方式的不同來劃分工序。 考慮到零件的形狀不易裝夾，故先加工零件的左邊的部分，然后以左面的零件軸線為定位基準加工右面的部分。并且考慮到加工原則中的先近后遠先粗后精制定加工工藝如下： 為減少換刀，對刀次數(shù)及減少輔助時間，選用90外圓車刀進行粗加工和精加工、用切斷刀進行切槽加工 調頭用三爪卡盤固定住左端Φ70外圓。留有5mm長以防刀具與夾具發(fā)生干涉并用活動頂尖頂住工件右端，保證同軸度和精度并防止工件轉動時

12、搖晃不定。用90外圓車刀依次進行粗精加工；用刀寬為5mm的切槽刀車退刀槽，用螺紋車道粗、精加工M343螺紋。 第四章 車削工藝分析 4.1 選擇夾具 對于回轉體零件，一般選擇三爪自定心卡盤。本零件選擇三爪自定心卡盤作夾具。 4.2 工步設計 該零件從棒料開始加工，要進行粗加工、精加工、切槽以及車螺紋加工等工步： 1）粗車外圓。 2）精車循環(huán)。 3）切槽。 4）車螺紋。 4.3 刀具選擇 為適應數(shù)控機床加工精度高、加工效率、加工工序集中及零件裝夾次數(shù)少的要求，數(shù)控刀具具有很高的切削效率.高精度.高重復定位精度.可靠度和耐用度

13、 。選擇刀具通常要考慮（1）被加工工件的材料及性能（2）切削工藝的類別（3）被加工工件的幾何形狀，零件精度，加工余量（4）被吃刀量，進給速度，切削速度考慮到以上因素故粗車時，要選用強度高，耐用度高的刀具以滿足粗車時大吃刀量，大進給量的要求.精車時要選用精度高,耐用度好的刀具以保證加工精度的要求. 1）粗車——90外圓車刀——T0101。 2）精車——90外圓車刀——T0202。 3）切槽——切斷刀（刀寬5mm）——T0303。 4）車螺紋——螺紋車刀——T0404。 刀具列表如下 生產 企業(yè) 衡陽技師學院 產品名稱 車削加工 程序編號 　 材料牌號 45#鋼 工

14、序號 　 零件名稱 軸類　 夾具名稱 三爪自定心卡盤 車間 數(shù)控實訓基地 工序名稱 　 零件圖號 　 設備名稱 數(shù)控車床　 數(shù)控加工工序卡片 共 2 頁 第 1頁 裝配圖號 　 設備型號 廣數(shù)980TD 工步號 工步內容 加工部位 刀具名稱 刀具圖號 刀具規(guī)格 主軸轉速 進給速度 切削深度 備注 1 粗車 　 90外圓車刀 1 800 　 2 自動換刀 8 精車 　 90外圓車刀 2 1200 　 　 自動換刀 9 切槽 　 切斷刀 3 Ф5 300 　 　 自動換刀

15、10 車螺紋 　 螺紋車刀 4 　 150 　 　 自動換刀 工藝員 　 審核 　 批準 　 時間 　 修訂 　 （90外圓車刀） （切斷車刀） (螺紋車刀) 4.4 設計走刀路線 （1）粗車循環(huán) 粗車的主要任務是去除余量，可以用復合循環(huán)指令來設定。設計走刀路線時，應設定工件坐標系XOZ。要求：①畫出刀具形狀；②標注工件坐標系；③標明進刀點，起刀點，每層切深，退刀量，精車余量ΔＵ，ΔＷ；④畫出刀具運動軌跡，如圖所示。 ,起刀點（100，200）為安全位置，進刀點（72，3）為接近工件點，切深Δd=2，退刀量 e=0.

16、5，精車余量ΔＵ=1、ΔＷ=0.5。 粗車外圓走刀路線 （2）精車 精車外圓即在粗車基礎上車一刀即可，其走刀路線較為簡單，主要需標出關鍵點，畫出刀具軌跡，如圖所示，起刀點坐標為（100，100），進刀點（接近）坐標為（0，3），退刀點坐標為（72，-85），將每一走刀段都標上序號，以便編程時一一對應。要算出所有基點坐標，并標在圖上。 精車外圓走刀路線 (3)切槽 切槽即在工件上切一個退刀槽，用切斷刀加工，刀寬5mm。切槽時，只能X向進退刀，不能Z向切削，否則易打刀（刀具折斷），當?shù)秾挼扔?/p>

17、槽寬，切槽刀只切一次；當?shù)秾捫∮诓蹖挄r，應根據(jù)情況切多次，路線為先X向退刀，Z向平移，再X向進刀。如圖所示，起刀點坐標（100，100），進刀點坐標為（36，-24），基點A坐標為（28，-24）。 切槽走刀路線 （4）車螺紋 車螺紋車刀走的軌跡是平行于Z軸的直線，只是進給的速度為每轉進給一個導程。如圖所示標出了起刀點坐標為（100，100），進刀點坐標為（36，3），終止點為坐標為（30，-21.5）及每層進刀量X1、X2，（螺紋的外徑在車螺紋前應加工到比公稱直徑小0.2ｍｍ，即φ33.8ｍｍ）。

18、 車螺紋走刀路線 第五章 切削用量 5.1 切削用量 切削用量包括切削速度,背吃刀量和進給量.對于不同的加工方法需要選擇不同的切削用量。粗加工時一般以加工效率為主通常選擇較大的背吃刀量和進給量,采用較小的切削速度 .精加工時通常選擇較小的背吃刀量和進給量采用較高的切削速度，對于原材料45#，粗加工時ap取3㎜ ，Vf取800m/min ，f取0.4mm/r;精加工時ap取0.25㎜ ， Vf取1000m/min ，f取0.2㎜/r。 對于牙型較深，螺距較大時，可分數(shù)次進給，每次進給的背吃刀量用螺紋深

19、度減速去精加工背吃刀量所得之差按遞減速：所以 粗車S800,F0.3； 精車S1200,F0.15； 切槽S300,F0.05； 車螺紋S150,F3(螺距) 5.2 主軸轉速的確定 主軸的轉速是由切削刃上選定點相對于工件的主運動的線速度 主運動速度 n=1000Vc/πd 單位為r/min 第六章 數(shù)控車床的對刀 6.1 刀位點 在進行數(shù)控加工的編程時，往往將整個刀具濃縮視為一個點，那就是刀位點，它是在刀具上用于表現(xiàn)刀具位置的參照點。對刀操作就是要測定出程序起點處刀具刀位點相對機床原點以及工件原點的坐標位置。在對刀時，常

20、用的儀器有：對刀測頭、千分表或對刀瞄準儀等。對刀點可以設置在零件、夾具上或機床上面（盡可能設置在零件的設計基準或工藝基準上）。 6.2 待加工毛坯的對刀 試切端面 ： 將兩端面已經加工好的待加工毛坯裝夾到主軸上，在工件的伸出端安裝Z 軸向設定器?？煲频毒呓咏絑 軸向設定器，改用增量方式控制刀具工進，至到指示燈亮時停止動作，保持 Z軸 向不動，取出軸向設定器。然后在機床操作面板上調出刀具補償菜單欄中刀偏表，在相關的試切長度填空欄中鍵入有關數(shù)值（當前刀具刀位點相對于程序原點的距離）。 試切外圓：快速將刀具刀位點移動刀毛坯端面角附近，然后用增量方式調節(jié) X 、Z 軸向進給至刀位點剛好切到毛坯

21、外表面，再用MDI方式運行進行外圓車削。同時保持X軸軸向坐標不變，退出刀具。用游標卡尺測量出試切外圓直徑。然后在刀偏表中鍵入試切直徑。 6.3 刀偏值的測定 刀偏值就是各刀具相對于基準刀具的幾何補償。用點動或步進方式操作移動刀具，使基準刀具刀位點對準工件的基準點，然后進行X軸 Z軸坐標清零，退刀。換置刀具，再用點動或步進方式使該刀具刀位點對準工件上的同以一基準點，此時屏幕上顯示的坐標既是該刀號刀具的幾何偏置 △Xj, △Zj .同理，可依次測定出其它刀具相對于基準刀具的幾何偏置。在相應的刀偏表中依次鍵入選用刀具刀位點的幾何補償。 第七章 編程 程序 車削（華中HNC-21系統(tǒng)

22、） O0001 （程序號） G99 G97 S800 M03; （粗車部分，每轉進給，主軸正轉，速度800r/min） T0101 M08； （選一號刀具，設定1號刀補及坐標系，切削液開） G00 X100 Z2; （快速定位，X軸到100，Z軸到2。） G71 U2. R0.5; （粗車循環(huán)，設定每次進刀背吃刀量2mm，退刀量0.5mm） G71 P10 Q20 U1 W0.0 F0.15; (設定精車程序段起始序號10，終止序號20，精車余量X1,

23、Z0.5進給量0.15mm/r) N10 G00 X0 Z2; (對應走刀路線①快進至（0，2）點) G01 Z0 F0.15 S1200; （對應走刀路線②段，公進至（0，0）進給量0.15mm/r） X30; (對應走刀路線③段，工進至(30,0)點, X34 Z -2; （對應走刀路線④段，工進至（34，-2）點，若嚴格按車螺紋工藝34應小于0.2為33.8） Z -29; （對應走刀路線⑤段，工進至

24、（34，-29點） G02 W -12 R12； （對應走刀路線⑥段，順時針圓弧進給至（34.-41）點，半徑R12） G01 W -11; （對應走刀路線⑦段，工進至（34，-52點） X55 W -13; （對應走刀路線⑧段,工進至(55,-65)點） G01 Z -85; (對應走刀路線⑨段,工進至(55,-58)點) N20 X72; (精車程序結束段，對應走刀路線⑩段，工進至（72，-8

25、5）點) G00 X100 Z200 T0100; （對應走刀路線⑾段，快速退之（100，200）點，撤銷刀補） T0202; （換2號刀具） G70 P10 Q20; （精車循環(huán)指令，加工零件的外圓部分） T0303 S300; （切槽部分，換3號刀具設定3號刀補，轉速降至300r/min） G00 X36 Z -24; （快進至（36，-24）點） G01 X26 F0.05；

26、 （工進切槽至（26，-24）點） G04 P1; （暫停1s） G01 X36; （工退至（36，-24）點） G00 X100 Z100 T0300; （快速退刀至（100，100）點撤銷3號刀補） T0404 S150; （車螺紋部分，換4號刀建4號刀補 轉速降至150r/min） G00 X36 Z3; （快進至(36,3)點） G92 X32.5 Z -21

27、.5 F3; （簡單車螺紋循環(huán)，第一次循環(huán)螺紋，終點為（32.5，-21.5）） X31.5; (第二次循環(huán)螺紋，終點為（31.5，-21.5）) X31; （第三次循環(huán)螺紋，終點為（31，-21.5）） X30.75; （第四次循環(huán)螺紋，終點為（30.75，-21.5）） G00 X100 Z100 ; （快退至（100，100）點，） M05；

28、 （主軸停止） M30; （程序結束并返回程序頭） 第八章 畢業(yè)總結 在大學的最后一個學期，我過得既充實又繁忙.從選題的那天起，我就開始了我的畢業(yè)設計。在畢業(yè)設計的這段時間里，我有很多的感觸，它帶給我的價值是巨大的，這將對我的以后工作產生重要的影響。通過這次的設計，對辦公自動化、CAD2004等軟件的基本運用有了更深刻的了解，基本掌握了軸類零件的加工工藝規(guī)程及確定加工路線的方法，通過對零件深刻的分析，使

29、得加工出的零件與之技術要求十分紊合，達到了設計所規(guī)定的要求。更重要的是對我們所學習的專業(yè)知識有了更清楚的認識，是我不知不覺的喜歡上了我們的專業(yè)。在這里我也深刻的知道，我在實踐方面是很不夠的，這將在以后的工作中慢慢去領悟、學習。 參考文獻 [1] 《夾具設計手冊》 機械工業(yè)出版社 [2] 《機械設計手冊》 機械工業(yè)出版社 [3] 《液壓與氣動原理》 機械工業(yè)出版社 [4] 《機械制造技術基礎課程設計指南》 化學工業(yè)出版社 [5] 《機

30、械加工工藝手冊》 機械工業(yè)出版社 [6] 《機械加工余量與公差手冊》 中國標準出版社 [7] 《上海金屬切削技術協(xié)會，金屬切削手冊》 上海科學技術出版社 [8] 《數(shù)控車床 華中系統(tǒng)編程與操作實訓》 中國勞動保障出版社 后記 隨著全球經濟一體花的迅猛發(fā)展，我國的制造業(yè)面臨著嚴峻的考驗，數(shù)控技術作為當前一項先進的生產技術對我國的經濟發(fā)展起著關鍵性的作用，作為高等職業(yè)教育的畢業(yè)生我們承擔著提高國內數(shù)控技術水平的歷史重任在即將離開大學走向社會的時刻，我完成了此項畢業(yè)設計有著重要的意義，畢業(yè)設計的編寫過程中參考了近年來數(shù)控技術的諸多論著與教材對參考文獻的表示深刻的謝意。在編寫畢業(yè)設計時得到了管志強老師的支持與幫助，編者在此表示衷心的感謝。限于我的水平有限和設計中難免有錯誤和不妥之處懇請讀者不吝指正 。 22