利用数控车床加工零件毕业论文.doc

利用数控车床加工零件目 录第一章 零件图工艺分析1第一节 数控加工工艺基本特点2第二节 设备选择3第三节 确定零件的定位基准和装夹方式4一、粗基准选择原则4二、精基准选择原则4三、定位基准4四、装夹方式4第四节 加工方法的选择和加工方案的确定6一、加工方法的选择6二、加工方案的确定6第五节 工序与工歩的划分7一、按工序划分7二、工歩的划分7第六节 确定加工顺序及进给路线8一、零件加工必须遵守的安排原则8二、进给路线8第七节 刀具的选择10第八节 切削用量选择12一、背吃刀量的选择12二、主轴转速的选择12三、进给速度的选择12第九节 编程误差及其控制13一、编程误差13二、误差控制13第二章 编程中工艺指令的处理14第一节 常用G指令代码功能表14第二节 常用M指令代码功能表15第三章 程序编制及模拟运行、零件加工或精度自检16第一节 程序编制16第二节 模拟运行19第三节 零件加工19第四节 精度自检19参考文献20致 谢21摘 要此次的毕业设计主要解决的问题是零件的装夹、刀具的对刀、工艺路线的制订、工序与工步的划分、刀具的选择、切削用量的确定、车削加工程序的编写、机床的熟练操作。运用数控原理、数控工艺、数控编程、专业软件等专业知识和数控机床实际操作的一次综合练习，能让我感触当代科学的前沿，体验数控魅力，为人们的生活带来方便，进一步认识数控技术，熟练数控机床的操作，掌握数控，开发数控内在潜力。关键词：工艺分析、夹具的选择、工艺路线、刀具选择、数控编程前 言本次毕业设计是学院为了提高学生的数控技术及相关技能等综合运用能力，通过毕业设计和完成毕业论文也是学院对毕业生生毕业资格的审核条件，同时也为我们以后的工作打下理论基础。数控技术是数字程序控制数控机械实现自动工作的技术。它广泛用于机械制造和自动化领域，较好地解决多品种、小批量和复杂零件加工以及生产过程自动化问题。随着科技的迅猛发展，自动控制技术已广泛地应用于数控机床、机器人以及各类机电一体化设备上。同时，社会经济的飞速发展，对数控装置和数控机械要求在理论和应用方面有迅速的发展和提高。数控加工和编程毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们学会了对相关学科中的基本理论、基本知识进行综合运用，同时使对本专业有较完整的、系统的认识，从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的，培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力，以及培养了科学的研究和创造能力。数控技术不断的发展，数控技术很快会普极中国工业基地，成为工业发展的标志，数控技术的成熟也是当代科技发展的标志，所以数控技术也是国家经济的体现，中国经济正加快向新兴工业化道路发展，制造业已成为国民经济的支柱产业。先进数控技术的广泛使用，导致数控应用型人才严重短缺、作为当代的数控技术的学者我感到无比的荣幸，又感到无比的艰巨。本毕业设计内容主要是详细叙述利用数控车床来加工零件。大致包含了数控技术特点的阐述、零件的工艺的分析过程、加工中一些问题的解决方法、数控加工过程、数控编程、机床操作与零件自检过程等，另外还有参考文献、致谢。第一章 零件图工艺分析零件车削工艺分析C-3所示，零件材料处理为：45钢，调制处理HRC2636，下面对该零件进行数控车削工艺分析。 零件如图：图1.1 零件图 ABCDE1组18281620222组18.528.516.520.522.53组19291721234组19.529.517.521.523.5有关参数：考生抽签决定按14组数据进行加工。考核要求：以小批量生产条件编程。不准用砂布及锉刀等修饰表面。未注倒角0.5×45o。未注公差尺寸按 GB1804-M。有关参数：考生抽签决定按14组数据进行加工。第一节 数控加工工艺基本特点数控机床加工工艺与普通机床加工原则上基本相同，但数控机床是自动进行加工，因而有如下特点：数控加工的工序内容比普通机床的加工内容复杂，加工的精度高，加工的表面质量高，加工的内容较丰富。数控机床加工程序的编制比普通机床工艺编制要复杂些。这是因为数控机床加工存在对刀、换刀以及退刀等特点，这都无一例外的变成程序内容，正是由于这个特点，促使对加工程序正确性和合理性要求极高，不能有丝毫的差错。否则加工不出合格的零件。在编程前我们一定要对零件进行工艺分析，这是必不可少的一步，如图C3我要对该零件进行精度分析，选择加工方法、拟定加工方案、选择合理的刀具、确定切削用量。该零件由螺纹、圆柱、圆锥、圆弧、槽等表面组成，其中由较严格直径尺寸精度要求的如28±0.02mm,mm,轴线长度的精度如5±0.04mm，27.5±0.04mm，粗糙度3.2，球面Smm。可控制球面形状精度、30°的锥度等要求。经上面的分析，我可以采用一下几点工艺措施：（1）零件上由精度较高的尺寸数据如圆柱28±0.02mm、mm，轴向长度5±0.04mm、27.5±0.04mm，球Smm，在加工时为了保证其尺寸精度应取其中间值分别取值为28mm、23.005mm长度5mm，27.5mm，球S29.015mm即可。注：上述座标值是以半径值给出的。形式如（X，Z）（2）在轮廓曲线上，有四处圆弧依次相连，既过象限又改变进给方向的轮廓曲线。为了保证其轮廓曲线的准确性，我们通过计算到端部R5mm的圆弧与直线的切点坐标为（2.922，0），与RCmm的圆弧切点坐标为（7.791，-6.136），RC与SBmm的切点坐标为（11.210，-20.791），SBnmm与R5mm的切点为（12.271，-37.739），R5mm与Emm的切点坐标为（11.5，-40.406）。注：上述座标值是以半径值给出的。形式如（X，Z）。（3）为便于装夹，为了保证工件的定位准确、稳定，夹紧方面可靠，支撑面积较大，零件的左端是螺纹，中段最大的直径的圆柱28mm。右端是依次相连的圆弧，显然右端都是圆弧相连不可能装夹，所以应留在最后加工，应先装夹毛坯加工出左端螺纹及圆柱28mm。调头装夹28mm的圆柱加工右端圆弧，毛坯选30×120mm。第二节 设备选择根据该零件的外形是轴类零件，比较适合在车床上加工，由于零件上既有切槽尺寸精度又有圆弧数值精度,在普通车床上是难以保证其技术要求。所以要想保证技术要求,只有在数控车床上加工才能保证其加工的尺寸精度和表面质量。第三节 确定零件的定位基准和装夹方式一、粗基准选择原则（1）为了保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选不加工表面作粗基准。（2）合理分配各加工表面的余量，应选择毛坯外圆作粗基准。（3）粗基准应避免重复使用。（4）选择粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷。以便定位可靠。二、精基准选择原则（1）基准重合原则：选择加工表面的设计基准为定位基准；（2）基准统一原则，自为基准原则，互为基准原则。三、定位基准综合上述，粗、精基准选择原则，由于是轴类零件，在车床上只需用三抓卡盘装夹定位，定位基准应选在零件的轴线上，以毛坯35mm的棒料的轴线和右端面作为定位基准。四、装夹方式数控机床与普通机床一样也要全里选择定位基准和夹紧应力求设计、工艺与编程计算的基准统一，减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面，避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。装夹应尽可能一次装夹加工出全部或最多的加工表面。由零件图可分析，我应先装夹毛坯30mm的棒料的一端，夹紧其40mm的长度加工螺纹。一直加工到零件右端的Emm，然后将棒料卸下。装夹28mm的圆柱表面，加工另一端的圆弧。这样两次装夹即可完成零件的所有加工表面，且能保证其加工要求。装夹图如下：图1.3.1 加工螺纹的装夹图图1.3.2 加工圆弧的装夹图第四节 加工方法的选择和加工方案的确定一、加工方法的选择加工方法的选择原则是在保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的前提下，兼顾生产效率和加工成本。在实际选择中，要结合零件形状、尺寸大小、热处理要求和现有生产条件等全面考虑。因为该零件是轴类零件，比较适合在车床上加工，又经过对零件图尺寸分析，尺寸精度比较高。如28±0.02mm，29mm，23mm等，在普通车床是难以保证其尺寸精度、表面粗糙度，所以应该选择在数控车床上加工。二、加工方案的确定零件上精度比较高度表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。该零件有两种加工方案：直接用三抓卡盘装夹、调头加工。用三抓卡盘装夹夹紧和自由端活动顶尖，经试验论证第二种方案装夹困难，对刀、退刀及换刀相当困难，所以在这里选择第一种方案加工，能够保证其技术要求。第五节 工序与工歩的划分一、按工序划分工序划分有三种方法 按零件的装夹定位方式划分 按粗、精加工划分工序 按所用的刀具划分工序。由于零件需要调头加工，如果按粗、精加工划分工序。在调头加工前后各有一次粗加工和精加工，显得比较繁琐，所以不可取；如果按所用的刀具划分工序，刀具有四把，虽然不多，但是在调头加工前后至少要重复使用三把刀，而同一把刀的两次粗、精加工分别在调头加工前后，加工内容不连续，所以也不合理，不易划分工序；只有按零件的装夹定位方式划分工序比较符合该零件的加工工序，且能保证两次装夹的位置精度，每一次装夹为一道工序。该零件只需调头前、后加工两道工序即可完成所有的加工表面，且能保证各尺寸精度及表面粗糙度。二、工歩的划分因为每一把刀在粗加工的背吃刀量一致，在精加工中背吃刀量相同，不易划分工歩；这里选用加工不同的表面来划分工序就比较容易：车削螺纹端的工歩为:90°外圆车刀平端面右端面外圆车刀车削1.5×45°的倒角，D×25mm端面28mm圆柱28mm30°的锥台面E×10mm切槽刀切槽5×1.5mm外螺纹车刀车削MD×1.5mm。车削圆弧端的工歩为：90°外圆车刀平端面右端面外圆车刀圆弧R5mm圆弧RCmm球Bmm圆弧R5mmE×5mm切槽刀切槽5×1.5mm第六节 确定加工顺序及进给路线一、零件加工必须遵守的安排原则（1）基面先行 先加工基准面为后面的加工提供经基准面，所以我应线平右端面作为基准面。（2）先主后次 由于所加工的表面均为重要表面，所以应按照顺序从右到左依次加工MD×1.5mm，28mm，Emm螺纹调头后一次加工R5mm，Bmm，Emm等。（3）先粗后精   先车削去大部分的金属余量，再进行成形切削保证零件的尺寸要求和质量要求。（4）先面后孔 由于该零件没有孔，所以在该处不做考虑。二、进给路线在数控加工中，刀具好刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；（2）使数值计算简单，以减少编程工作量；（3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空行程时间。（4）确定加路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定一次走刀，还是多次走刀来完成所有加工表面，具体综合上面进给线的特点再根据具体零件具体分析，我确定该零件的进给路线有两步如下图所示：图1.6.1 零件轮廓第一步: 车削带有的螺纹的一端，从右到左先粗车外形Dmmm、28mm、Emm到槽5±0.04mm的左端面处后，精车外形路线统粗车一样，再换刀切削5×1.5mm的槽，最后再换刀切削螺纹。如图4.2螺纹加工路线。 图1.6.2 螺纹加工路线第二步: 车削带有圆弧的一端，从右到左先粗车外形R5mm、RCmm、Bmm到Emm后2mm后精车外形路线同粗车一样。最后切削5±0.04mm的槽。如图4.3螺纹加工路线。 图1.6.3 圆弧加工路线第七节 刀具的选择刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选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。与传统的加工方法相经，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度高、红硬性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，能适应高速和大切削用量切削。选刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。接合零件轮廓相对还是较复杂，所以具体选刀如下：1、平端面可选用90°WC-Co的硬质合金外圆车刀，粗车、精车及在这里我选择一把硬质合金右端面外圆车刀，为防止在进行圆弧切削时刀具的副后刀面与工件轮廓表面发生干涉（可用作图法检验），副偏角应选择Kr大一点的，取Kr=40°右端面外圆车刀的材料选择及Kr值这里分别参照金属切削与刀具实用技术一书表1-1，表1-17。2、切槽时由于零件中槽宽5±0.04mm，一般都选刀宽4mm,刀杆25×25mm材料为高速钢W18CrV4R的切断刀，切槽时选用4mm 刀宽即可。切槽刀的选择及型号这里分别参照金属切削与刀具实用技术一书表1-3，表2-2。3、切螺纹时为了保证其螺纹刀的强度这里选用W18CrV4R高速金60°外螺纹车刀，为了保证螺纹牙深，刀尖应小于轮廓最小圆弧半径R，R=0.150.2mm。刀具选材料参照金属切削与刀具实用技术一书表1-3即可。表1.7.1 数控车加工刀具卡片序号刀具号刀具规格名称数量加工表面1T0190°硬质合金外圆车刀1平端面、粗车轮廓2T02右端面外圆车刀1精车轮廓3T03高速钢切槽刀1切槽4T0460°高速钢外螺纹车刀1车削螺纹第八节 切削用量选择切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内。合理选择切削用量的原则是：粗加工是，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；精加工进，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。一、背吃刀量的选择零件轮廓粗车循环时选ap=2mm，精加工时选ap=0.2mm，螺纹粗车时选ap=0.4mm，逐刀减少粗车4次后，精车时选ap=0.1mm。这里粗车ap值、精车ap值都是金属切削与刀具实用技术一书。二、主轴转速的选择粗车直线和圆弧时n=800r/min，精车时n=1500r/min，切槽时n=600r/min，切螺纹时n=300r/min，精车时选n=300r/min。粗车和精车的主轴转速的选取都是根据平时上课所讲的及前人的实践经验所给定的。三、进给速度的选择粗车直线、圆弧时选F=150mm/min，精车时选F=50mm/min，切槽时选F=8mm/min，粗车螺纹时选F=100mm/min，精车时选F=50mm/min。参照数控加工与编程一书表1-2选取。综上所述，工艺卡片上其主要内容有：工步分析、工步内容、各工步所用的主轴转速、刀具及进给速度。第九节 编程误差及其控制一、编程误差编程阶段的误差是不可避免的，误差来源主要有三种形式：近似计算误差、插补误差、尺寸圆整误差，直接影响加工尺寸精度，本次加工主要误差是计算误差与圆弧相切的切点坐标及未知交点坐标值。我们是经过笔算的数值，存在着较大的误差。二、误差控制为了尽可能的减少笔算误差，我们采取在AutoCAD上按其尺寸精度绘出零件图，再利用“工具” “查询” “点坐标”捕捉各圆弧切点坐标，其精度达到0.001级，这样能有效地将误差控制在（0.10.2）倍的零件公差值内。第二章 编程中工艺指令的处理第一节 常用G指令代码功能表代码组意义代码组意义*G001快速点定位G4310刀长正补偿G01直线插补G44G02顺圆插补*G49G03逆圆插补*G504G33螺纹切削G51G040暂停延时G243G0716虚轴设定*G25*G117单段允许G685G12单段禁止G520局部坐标系设定*G172XY加工平面G53机床坐标系编程G18ZX加工平面*G54G5911工件坐标系16选择G19YZ加工平面G92工件坐标系设定G208英制单位G650宏指令调用G280回参考点G29参考点返回第二节 常用M指令代码功能表代码组别意义代码组别意义M000程序暂停M07b开切削液M010条件暂停M08开切削液M02程序结束M09关切削液M03a主轴正转M10c夹紧M04主轴反转M11松开M05主轴停转M19主轴准停M060自动换刀M300程序结束并返回M600更换工件M990子程序返回M980子程序调用第三章 程序编制及模拟运行、零件加工或精度自检第一节 程序编制程序段号程序内容程序注释001%0001程序起始行N01T0101右端面外圆车刀N02M03S800主轴正转N03G00X35Z3循环起点N04M08开切削液N05G71U1R2P06Q13X0.2Z0.2F150粗车轮廓N06G00X18Z3S1000快速定位N07G01Z0F50精车起点N08X21Z-1.5精车倒角N09Z-25精车21的外圆N10X28精车28的端面N11Z-38.16928的外圆表N12X23.05Z-47.530°的锥面N13G01W-10E的外圆面N14G00X100退刀快速定位N15Z100退刀快速定位N16T0202换切槽刀N17G00X32Z-25快速定位N18G01X18F10切槽至18N20G04P3暂停修光N21G00X25快速定位N22W1.5快速定位N23G01X21倒角起点N24X18W-1.5倒角1.5N25G04P3暂停修光N26G00X100退刀快速定位N27Z100退刀快速定位N28T0303换外螺纹车刀N29G00X30Z3S300车螺纹循环起点N30G76C2R2E3A60X19.04Z-22K0.974U0.32V0.16Q0.5F1.5车螺纹N31G00X100Z100退刀快速定位N32M09关切削液N33M05主轴停转N34M30程序结束并返回002%0001N01T0101右端面外圆车刀N02M03S800主轴正转N03G00X30Z3循环起点N04M08开切削液N05G71UI1R2P06Q12E0.2F200粗车轮廓N06G00X5.844Z3S1000快速定位N07G01Z0F80精车起点N08G03X15.582Z-6.136R5精车R5的圆弧N09G02X22.420Z-20791R17精车R17的圆弧N10G03X24.542Z-37.739R14.508精车29的圆弧N11G02X23.05Z-40.406R5精车R5的圆弧N12G01Z-44E的外圆面N13G000X100退刀快速定N14Z100退刀快速定位N15T0202换切槽刀N16G00X35Z-46.5快速定位N17G01X19F10切槽至19N18G04P3暂停修光N19G00X35退刀N20Z-47.5快速定位N21G01X19切槽至19N22G04P3暂停修光N23G00X100退刀N24Z100退刀N25M09关切削液N26M05主轴停转N27M30程序结束并返回注:程序编制中有关数值单位一律采用毫米(mm)制第二节 模拟运行数控加工程序编制好后将其输入数控车床，然后对刀，在将机床锁住进行程序校验，仔细观察其模拟加工路线是否有干涉、过切、出错等现象，若有应及时对程序错误处进行修改，修改后保存，再次调出修改后的程序进行校验，直到程序万无一失，没有任何错误的情况下方可进行自动加工。注：这个环节是必不可少的，否则会发生打刀等损坏机床其它部件的情况，直接影响机床的加工精度及寿命，更严重的是存在人身安全隐患。第三节 零件加工装夹好毛坯，调出编制好的程序，直接进行自动加工直至程序结束。第四节 精度自检将加工好的零件卸下，用游标卡尺、千分尺对零件的尺寸精度及粗糙度进行检测。看是否达到零件的技术要求即可。参考文献1 冯桂安等.机械制造装备设计M. 北京:机械工业出版社，1999:113-135.2 符 钢 ,张芳丽.提高机床制造业的核心竞争力J.制造技术与机床,2005(1):3-6.3 张新义.经济型数控机床系统设计M.北京:机械工业出版社,1994:1-17.4 师鸿飞 等.我国数控机床的现状和发展趋势(一)EB/OL.http:/ www.MW,2004-08-13.5 师鸿飞 等.我国数控机床的现状和发展趋势(二)EB/OL. http:/ www.MW 2004.8.25. 6 王爱玲，白恩远.现代数控机床M.北京：国防工业出版社，2003:17-24，146-189.7 许兆丰等.车工工艺学M.北京:机械工业出版社,1980:102-105.8 成大先.机械设计手册,第五卷M. 北京:化学工业出版社，2002:22-3 - 22-109.9 王昆等.机械设计课程设计M. 北京:高等教育出版社,1995:1-11,47-49,140.10 王杰等.机械制造工程学M.北京:北京邮电大学出版社，2004:25-33.11 良贵，纪名刚.机械设计M. 北京:机械工业出版社，2001:100-106,147-156,200-203,301-318,335-345,355-362.12 机械设计手册联合编写组.机械设计手册（上）M.北京:化学工业出版社；1983：592-631，732-862,863-886,977-982. 13 贵州工学院机械制造工艺教研室.机床夹具结构图册M.贵州：贵州人民出版社，1983:10.致 谢经过这次的毕业设计，让我深刻的体会到什么叫做作真正的学以置用，这正是我们做学问真正的目的，也正是大多数学者难以做到的一点。在课堂上学到的都是以理论为主，实践为辅，而现实生活中不论是做什么事情都是以理论为办事依据，实际行动为主。在设计期间，我们以小组为单位，遇到问题一起分析，找出关键地方，使我们能在较短的时间内找到解决方案，让我们在零件的加工实践操作中和工艺方面的分析得到进一步的认识，也看到了互相学习钻研和拼搏的精神,在这里我学到了做任何事情要细心、认真、有耐心，考虑每一个细节问题要全面周到。在这里我要忠心的感谢我们的指导老师的精心指导以及我们组其他成员的帮助。我还要真诚的祝福各老师在以后的岁月里身体健康；祝福同学们在今后的人生道路上工作顺利、事业有成。