毕业设计（论文）数控加工工艺与编程综合设计（生产要求：小批量）.doc

湖南科技工业职业技术学院毕业设计(论文)设计题目 数控加工工艺与编程综合设计（生产要求：小批量）班级： 0741 姓名： 学号： 0761056 专业： 数控 教研室： 指导老师： 联系电话： E-mail： 设计日期2009年12月20日至2010年6月15日目录封面 1 课程设计任务书 4 绪论 51 零件的分析 61.1 零件图样分析 61.2 零件毛坯图分析 82 零件工艺分析 92.1 零件加工分析 92.2 确定加工方案 9 3 加工工艺过程卡 10 4 确定数控加工内容11 5 数控加工工艺分析 125.1 数控工序主要加工内容 125.2选择加工机床 12 5.3 确定装夹方案 14 5.4 选择刀具 14 5.5 编程原点的选择 15 5.6 确定加工顺序16 5.7 工序卡17 5.8 数学处理18 6 程序编制及说明21 7 程序校验25 7.1 仿 真25 7.2 校 验25 7.3 首件试切258 机床操作 26 8.1 机床操作安全26 8.2 工件的安装与找正26 8.3 对刀 26 8.4 试切与加工26结束语 28参考文献 29 技术要求1未注倒角C1.52热处理HRC25353表面光洁度Ra6.34未注公差尺寸GB1840-M设计要求：1.绘制“轴”标准零件图一份。 2.绘制“轴”零件毛坯图一份。 3.零件加工工艺过程卡一份。 4.数控加工工序卡一份。 5.课程设计说时书一份（6000字左右）。 6.将说明书和相关图样装订成册（按A4尺寸装订）。 7.上述资料同时准备纸质和电子文件各一套。绪论 在现代科学高度发展的年代，数控技术在机械加工制造上日益普及和提高，各式各样的数控机床的出现给带来了相当大的改变，现代机械产品日趋精密复杂，发展到现代数控化是一个趋势也是必然。 数控技术是由计算机来控制机械来实现高度自动化，是典型机电一体化的高新技术。随着数控技的广泛应用，机械制造业对数控技术应用人才的要求也越来越高。 本课程设计包括在工时工艺分析，加工技术要求分析，零件加工工艺路线，零件加工工序确定；数控工序的机床，刀具，夹具选择，加工路线，切削用量确定，编制数控加工程序等内容。1. 零件分析1.1 零件图样分析 绘制轴的零件图如图1-1所示，图中以Ø30+0.021的轴线为基准，考虑工件后面的圆弧、螺纹和前面圆锥的加工，所以要必须以圆柱的两端为基准两次装夹加工。 工件材料为45号钢，毛坯为棒料。加工前要调质处理HRC2535。 零件加工时，由于加工精度要求不是很高，重点把握后面的圆弧、螺纹和前面圆锥的加工，各连接处不要发生干涉。 1.2零件毛坯图分析毛坯选定为棒料，如图1.2所示，下料规格为Ø60mm×150mm 1.2棒料毛坯2. 零件工艺分析2.1零件加工分析2.1.1 零件装夹 从零件图1-1可以看出，该零件以Ø30+0.021的轴线为基准，又要考虑螺纹加工和圆锥以及后面圆弧的加工得以保证，则必须以圆柱的两端面为基准分两次装夹来加工，但都以Ø30+0.021的轴线为统一基准。 第一次装夹在中间加工，用三爪自定心卡盘来夹持，棒料一端留出50mm长度的圆柱。一次完成圆柱，台阶和锥孔等的粗加工和精加工。 第二次装夹将工件调头，夹住Ø50的圆柱并校正工件，然后去除长度余量完成R29圆弧的粗、精加工。 第二次装夹加工内螺纹时要将圆柱车直Ø36.2，来保证螺纹的精度。2.1.2 工艺性分析 零件结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性，它包括零件整个工艺过程，如热处理，车削加工等。 机加工工艺规程时，主要进行零件车削加工工艺分析，它主要涉及以下几点：1. 工件须方便在机床上装夹，尽量减少装夹次数。2. 刀具便于接触加工部位，便于进刀、退刀、换刀和测量。3. 利于观察加工情况。4. 尽量减少刀具的更换和走刀次数。5. 尽量减少加工面积和空行程，便于提高加工效率。6. 采用标准刀具，减少刀具种类。7. 适宜的定位基准，且便于测量。 所述，在这个工件中我们要加工的是圆锥、台阶、螺纹和圆弧。加工精度不算很高，但能达到加工要求且不浪费材料和工时的情况下我们必须做好每一步。2.2 确定加工方案1. 工序1，按课题要求准备Ø60×150mm的毛坯。2. 工序2，热处理HRC25-35。3. 工序3，车削（第一次装夹），用三爪自定心卡盘来夹持棒料，棒料一端留出50mm，平端面3mm，车光既可。粗车Ø50×20mm、Ø62×10mm的圆柱和锥度为5长度为12的内圆锥。（1） 精车前端内圆锥、Ø50mm的圆柱、Ø62mm的圆柱，并按图纸要求进行倒角。4. 工序4，去除长度余量（第二次装夹），用三爪盘夹持住Ø50×20mm的圆柱，平端面并粗车R29mm的圆弧。（1） 精车R29mm的圆弧。（2） 车Ø30×12，Ø36.2×24的内孔，并按要求进行倒角，然后加工M36的螺纹。5. 工序5，按图纸要求检验工件各尺寸。工序号工序名称工序简要内容设备名称及型号夹具01准备毛坯Ø60×150mm无02热处理HRC25-35HRC25-35无03车削4. 用三爪自定心卡盘来夹持棒料，棒料一端留出50mm，平端面3mm，车光既可。粗车Ø50×20mm、Ø62×10mm的圆柱和锥度为5长度为12的内圆锥。通用三抓卡盘04精车前端内圆锥、Ø50mm的圆柱、Ø62mm的圆柱，并按图纸要求进行倒角。通用三抓卡盘04去除长度余量（第二次装夹）（3） 去除长度余量（第二次装夹），用三爪盘夹持住Ø50×20mm的圆柱，平端面并粗车R28mm的圆弧。精车R29mm的圆弧。车Ø30×12，Ø36.2×24的内孔，并按要求进行倒角，然后加工M36的螺纹通用三抓卡盘05检验按图纸要求检验工件各尺寸卡尺或千分尺4. 确定数控加工内容 数控加工采用工序集中原则，本次设计是将工序卡中两装夹内容确定为数控车削加工工序，从而进行数控加工设计。5. 数控加工工艺分析5.1 数控工序主要加工内容5.1.1主要加工内容1.（第一次装夹），用三爪自定心卡盘来夹持棒料，棒料一端留出50mm，平端面3mm，车光既可。粗车Ø50×20mm、Ø62×10mm的圆柱和锥度为5长度为12的内圆锥。2.前端内圆锥、Ø50mm的圆柱、Ø62mm的圆柱，并按图纸要求进行倒角。3.长度余量（第二次装夹），用三爪盘夹持住Ø50×20mm的圆柱，平端面并粗车R28mm的圆弧。精车R29的圆弧。4.车Ø30×12，Ø36.2×24的内孔，并按要求进行倒角，然后加工M36的螺纹。 常规加工精度：Ø26_0.035mm、M36×1.5-6g、Ø30_0.021mm。全部表面粗糙度为3.2。5.1.3 数控加工工艺分析 在SSCK20/500的数控车床上分别用三爪自定心卡盘进行两次装夹加工。 第一次装夹在中间加工，用三爪自定心卡盘来夹持，棒料一端留出50mm长度的圆柱。一次完成内圆锥，台阶等的粗加工和精加工。 第二次装夹将工件调头，夹住Ø50的圆柱并校正工件，然后去除长度余量完成R29圆弧的粗、精加工。完成内孔和螺纹的粗精加工。5.2机床选择 对于机床，每一类机床都有不同精度、功能等，其工艺范围、技术规格、加工精度、生产率都不相同。为了正确的选用机床，我们须注以下几点：1. 机床的类型须以加工内容相适应。2. 机床的主要规格尺寸应与工件的尺寸和加工表面相关尺寸想适应。3. 机床的精度应与工序要求相适应，过低则达不到加工要求，过高则浪费成本。 应根据零件的规格尺寸、加工精度、所需要的功能层次等要求符合。1） 机床的类型 由于工件需加工圆弧、螺纹、圆锥以及退刀槽，车削加工就可以全部完成。按精我们将零件分为粗加工和精加工，由于工件需加工圆弧、螺纹、圆锥以及退刀槽，所以普通车床难以加工，且质量受人的影响很大。故选择自动化成度较高的机床加工才能稳定质量、得高生产率。因此我们必须选择以车削加工为主的机床，比如数控车床或车削中心。 根据这个工件的精度要求，须经济型的数控车床，所以我们选择SSCK20/500数控车床。2） 机床的规格 SSCK20/500数控车床配备了FANUC系统，规格大小（见下面的机床参数）适合本次加工的要求。且其结构简单、成本低廉、性能稳定。3） 机床精度 加工的精度为IT7-IT8，可采用粗车、精车来完成加工。 加工的精度为IT5-IT6，可采用粗车、半精车、精车来完成加工。 因此根据图样要求，SSCK20/500数控车床精度适应轴的精度需要。4） 机床的主要参数 SSCK20/500数控车床的主要参数见下表：床身上最大回转直径400mm夹盘直径200mm最大切削直径200mm最大切削长度500mm主轴转速范围20-2400r/min主轴直径55mm快速移动速度X轴6m/min Y轴12m/min工具孔径32mm刀架工位数6工位尾座套筒直径70mm尾座套筒最大行程60mm主电机功率AC 1KW进给伺服电机X轴AC 0.6KW切削液电机功率0.12KW机床外形尺寸2600mm×1240mm×1700mm床车净重2300kg5.3 确定装夹方案 轴的加工内容为回转体的回转面，根据Ø50×20mm、Ø62×10mm、锥度为5长度为12mm的内圆锥，倒角，加工R29mm和内孔、倒角、M36×1.5-6g的内螺纹R29mm的圆弧加工质量的要求，该工件采用回转的通常定位-回转中心线。利用三爪自定心卡盘就能实现加工时的定位夹紧需要。 考虑到M36×1.5-6g的螺纹、R29mm的圆弧加工质量的要求，具体装夹如下：1）第一次装夹在中间加工，用三爪自定心卡盘来夹持，棒料一端留出50mm长度的圆柱。一次完成圆锥，台阶和螺纹的等的粗加工和精加工。2）第二次装夹将工件调头，夹住Ø30的圆柱并校正工件，然后去除长度余量完成R29圆弧的粗、精加工。5.4 刀具的选择5.4.1 刀具的类型根据以上加工要求，按两道工序在同一机床上来确定刀具。这样在加工另一头是就不用重新编号我装夹。由于圆弧加工精度不高，所以我们直接可以用外圆刀来加工，以减少刀具数量和换刀时间，直接用一把刀将圆弧面，圆柱面和端面的粗、精加工。因考虑加工圆弧时对刀具的干涉，所以我选择外圆车的负偏角为30度。用螺纹刀完成螺纹结构的加工内容。所以两道工序共用三把刀。1. 将外圆刀安装在1号刀位上，并定为1号刀。2. 将内圆刀安装在2号刀位上，并定为2号刀。3. 将内螺纹刀安装在3号刀位上，并定为3号刀。4. 将Ø25的钻头安装在4号刀位上，并定为4号刀。刀具结构和形状如下图4-10所示：内圆刀 内螺纹刀 外圆刀 钻头5.4.2 刀具的材料、参数如下： 根据选好的刀具编写出刀具的具体参数。 刀具表刀号刀具名称刀具材料刀补备注T01外圆车刀立方氮化硼01车刀副偏角30度T02内圆车刀高速钢02车刀副偏角30度T03内螺纹刀立方氮化硼03刀尖角60度T04钻头立方氮化硼04麻花钻5.5 编程原点的确定 在数控机床上加工工件时,无论是用手工编程,还是借助计算机软件编程,首先要结合图纸和工件的实际情况来确定工件的坐标原点.工件坐标原点找正误差、速度快慢都会影响产品质量和生产效率.在汽轮机行业里,工件多是半圆型、扇型及大的圆型,根据它们的特点,用普通方式找正工件坐标原点有时是很困难的,甚至是不可能的,通过使用FANUC 系统,利用机床控制系统中变量编程,快速确定工件的坐标原点。5.5.1 内圆锥端加工位置 螺纹端加工工序位置坐标如下图4-11 图4-115.5.2 圆弧端加工位置 圆弧端加工工序位置坐标如下图4-12图4-125.6 确定加工顺序1. 第一次装夹在中间加工，用三爪自定心卡盘来夹持，棒料一端留出50mm长度的圆柱。一次完成内圆锥，台阶等的粗加工和精加工。2. 第二次装夹将工件调头，夹住Ø50的圆柱并校正工件，然后去除长度余量完成R29圆弧的粗、精加工以及内孔和内螺纹的加工。5.7 工序卡数控加工工序卡零件名称轴套零件图号Lingjiantu1夹具名称三爪通用夹具设备名称及型号SSCK20/500数控车床材料名称及牌号45号钢硬度工序名称车加工工序号01工步号工步内容切削用量刀具量具Vfnf编号名称编号名称01车端面8000.301外圆刀02粗车圆柱8000.301外圆刀01卡尺03精车圆住20000.101外圆刀02千分尺04打孔4000.104钻头01卡尺05粗车内圆锥8000.102内圆刀01卡尺06精车内圆锥20000.102内圆刀01卡尺07车端面控制总长8000.301外圆刀01卡尺08粗车R29mm的外圆8000.301外圆刀01卡尺09精车R29mm的外圆20000.101外圆刀10打孔4000.104钻头01卡尺11车内孔6000.102内圆刀01卡尺12加工内螺纹60003内螺纹刀参赛选手签名共 页第 页5.8 数学处理5.8.1 确定编程坐标1. 确定工件原点，将编程坐标原点分别定在两个端面的中心上。2. 确定换刀点，换刀点必须定在保证刀具更换的安全，不至于碰到工件和尾座，故将换刀点定在Z70mm，50mm的地方。3. 确定对刀点，将对刀点设在X60mm，Z0mm的地方。5.8.2 基点的运算第一次装夹，基点位置顺序如下图：螺纹端基点的顺序点1坐标：X=23.5, Z=0点2坐标：X=25， Z=-1.5点3坐标：X=25， Z=-20点4坐标：X=29.5, Z=-20点5坐标：X=30, Z=-21.5点6坐标：X=24.95, Z=0点7坐标：X=26, Z=-12第二次装夹，基点位置顺序如下：圆弧端基点顺序点1坐标：X=29，Z=0点2坐标：X=37.8， Z=-12点3坐标：X=29.5， Z=-12点4坐标：X=31， Z=-13.5点5坐标：X=31， Z=-26.5点6坐标：X=19.5， Z=0点7坐标：X=18.1， Z=-1.5点8坐标：X=18.1， Z=-24点9坐标：X=16.5， Z=-25.5点10坐标：X=15， Z=-25.5点11坐标：X=15， Z=-365.8.3 数控加工误差数控加工误差数加是由编程误差编、机床误差机、定位误差定、对刀误差刀等误差综合形成。 即：数加=f(编+机+定+刀)图 逼近误差其中：（1）编程误差编由逼近误差、圆整误差组成。逼近误差是在用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线的过程中产生，如上图所示。圆整误差是在数据处理时，将坐标值四舍五入圆整成整数脉冲当量值而产生的误差。脉冲当量是指每个单位脉冲对应坐标轴的位移量。普通精度级的数控机床，一般脉冲当量值为0.01mm；较精密数控机床的脉冲当量值为0.005mm或0.001mm等。（2）机床误差机由数控系统误差、进给系统误差等原因产生。（3）定位误差定是当工件在夹具上定位、夹具在机床上定位时产生的。（4）对刀误差刀是在确定刀具与工件的相对位置时产生。6. 程序编制及说明按两个工序编制程如下表1，表2：表1 螺纹端加工程序0741N001G0 X70 Z50:将刀移动到换刀点N002M3 S800 T0101；主轴正转使用1号刀N003G0 X70 Z2 M8；快速到加工起刀点N004G01 Z0 F0.3；车端面N005X-0.5；N006G00 X60 Z0；回到起切点N007G71 U2 W0.5；粗车外圆循环N008G71 P009 Q013 U0.5 W0 F0.3；N009G0 X23.5 Z0；N010G1 X25 Z-1.5；N011 Z-20；N012X29.5；N013X31 Z-21.5；N014G70 P009 Q013 S2000 F0.1；精车外圆各尺寸N015G00 X70 Z50；回换刀点N016M3 S400 M8 T0404；换4号刀N017G1 X0 Z-12 F0.1；打孔N018G0 Z50；回换刀点N019X70；N020M3 S800 M8 T0202；换2号刀N021G71 U2 W0.5；粗车内孔N022G71 P23 Q24 U0.5 W0 F0.1；N023G1 X24.85 Z0；N024X26 Z-12；N025G70 Q23 Q24 S800 F0.1；精车内孔N026G0 Z50；回换刀点N027X70；N017M05；停主轴N050M09；关切削液N051M30；程序结束表2 圆弧端程序0742N001G0 X70 Z50；回换刀点N002M3 S800 T0101；换1号刀，主轴正转N003G0 X70 X50；将刀具移动到换刀点N004G1 Z0 M8 F0.3；回起刀点，打开切削液N005X-0.5；车端面控制总长N006G71 U2 W0.5；粗车圆弧N007G71 P007 Q010 U0.5 W0 F0.3；N008G0 X37.8 Z0；N009G03 X58 Z-12 R29 F0.3；N010G1 X60；N011G70 P007 Q010 S2000 F0.1；精车圆弧N012G0 X70 Z50；回换刀点N013M3 S400 M8 T0404；换4号刀N014G1 X0 Z-36；打孔N015G0 Z50；回换刀点N016Z70；N017M3 S800 M8 T0202；换2号刀N018G71 U2 W0.5；车内孔N019G71 P20 Q24 U0.5 W0 F0.1N020G1 X19.5 Z-1.5；N021X18.1 Z-24；N022X16.5 Z-24；N023X15 Z-25.5；N024X15 Z-36；N025G70 P20 Q24 S800 F0.1；精车内孔N026G0Z50；回换刀点N027X70；N028M3 S600 M8 T0303；换3号刀N029G92 X36 Z-21 F1.5；车螺纹N030X35.5；N031X35.25；N032X35；N033X34.8；N034X34.6；N035X34.4；N036X34.2；N037X34.15；N038X34.1；N039X34.08；N040X34.06；N041X34.05；N042G0 Z50;回换刀点N043X70；N044M05；停主轴N045M09；关切削液N046M30；程序停止7. 程序校验7.1 仿真 仿真，顾名思意就是不是真的但跟真的一样，数控仿真就是在电脑上进行模拟数控加工.以便查看自己编的程序有没有错误，是不是能够正常使用，这样可以减少不必要的事故隐患，而且节约时间和材料。7.2 预演将程序输入后，通过仿真系统来检验程序，判断程序是否有语法、格试或数据错误。7.3 首件试切1. 通过首件试切，检测工件的尺寸和表面粗糙度等要求，校验各程序段及参数设置的正确性。2. 通过切削过程，检验工件加工余量的分配、粗车路线是否合理及校验粗加工各程序段参数。3. 首切件三检，用游标尺、千分尺等工具对工件的长度、外径尺寸进行检测，用三针法对螺纹进行检测。4. 三检合格后程序就可以投入后产。8. 机床操作8.1 机床操作安全 （1）开机前先熟悉机床操作说明书。（2）禁止超越机器使用规格范围。（3）勿在加工中清除铁屑。（4）加工前，先确认工件是否被正确地定位夹紧。（5）开动机器前，先检查刀具与工件、夹具间的距离。（6）禁止使用不正确的刀具、工具，例如：不锐利的刀具、工具、及不牢固的工具。（7）机器运转中，禁止使用任何物料擦拭、调整主轴刀具。（8）禁止用手或其他代用品使机器停止或变慢。（9）机器运转加工前，要先关上所有安全护盖或门。（10）机器禁止在无人看管下工作。（11）主轴运转中，禁止调整切削液流量或气流量气动的压力值。（12）测量工件时，一定要使机器停止。（13）禁止使用压缩空气清扫电箱内部的电器元件。（14） 机器周围保持干净，应移去不必要的障碍物或铁屑等。（15） 机器使用的各种液体，若有泄漏，应立即处理，以免造成地面滑湿及环境的污染。（16） 机器运转操作中，禁止进行润滑或保养。（17） 在保养与润滑或机器修护中，控制器操作面板必须有适当的标志或锁定，最好派人协助看守。（18） 切勿以粗制品替代更换现有零件或部件。（19） 切勿用湿手去触摸控制器或开关。（20） 当自动换刀时，不允许人工从刀库中取出或放入刀具。（21） 电器故障应由电器工程师维修。（22） 机器有异常声音或松动情况，应先检修正常，方可使用。 8.2 工件的安装与找正1. 安装工件时，要保证加工方便，同时考虑机床主轴与刀架间的最小距离和刀具装夹的长度。确保在行程内完成工件的加工。2. 夹具的安装必须保证刀具运动有足够的空间，夹具不能与各工步刀具轨迹发生干涉。3. 夹紧点数量及夹紧位置不能影响零件的钢性。8.3 对刀8.3.1 对刀点的确定 工件装夹方式确定后，即可通过确定工件原点来确定工件坐标系。如果要运行这一程序来加工工件，必须确定刀具在工件坐标系开始运动的起点。程序起始点或起刀点一般通过对刀来确定，所以，该点又称为对刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是：（1）便于数值处理和简化程序编制；（2）易于找正并在加工过程中便于查找；（3）引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具或机床上。8.3.2 对刀的注意事项1. 根据加工要求，手动正确对刀，控制对刀误差。2. 对刀时可通过微调器来提高对刀精度。3. 对刀时要注意行程，以免撞车。4. 对刀数据必须存入与程序对应的存储地址，以免造成调用错误。5. 工件坐标的建立。可以设在毛坯的仍意位置，也可以设在毛坯的外面。但为了便于编程所以在本次课题两次装夹中我都选择了以端面为工件零点，这样也便于对刀。8.4 试切与加工程序校验正确后进行零件的加工，步骤如下：1. 安装工件毛坯，打开机床电源，确认NOT READY消失。2. 回零。3. 选择MDIO手动输入方式。4. 输入程序。5. 编辑程序。6. 设定刀具补偿值。7. 检查程序。8. 开始加工工件。设计总结 我在这次课题设计中遇到了很多问，比如说，工件加工工序的制定。后来通过查阅这方面的资料才最终确定了加工工序的制定。 在这次课题中我学到了很多东西，比如说加工工艺的制订，通过循环指令来编辑程序等。 此次课题我运用了，之前学的工程图、数控手工编程及操作等。 此次课题设计零件的整个加工过程为： 1. 分析零件图； 2. 制订零件加工总体方案； 3. 拟订工艺过程路线； 4. 选定数控工序设计内容； 5. 数控工艺分析； 6. 编制数控加工工序卡； 7. 选择机床； 8. 选择夹具和装夹方案； 9. 选择刀具和切削用量； 10. 确定加工工步； 11. 拟订走刀路线； 12. 数学处理，程序的编写与说明。本次设计的重点在于零件结构工期分析、加工方案及顺序，切削参数的选择。 通过这次设计我发现我自己的不足，在今后的工作中我会努力学习完善自己。 最后感谢我的指导老师对我的大力支持和帮助。参考文献1. 李体仁 ，孙建功. 数控手工编程技术及实倒详解北京：化学工业出版社，2007.9.2. 刘力 ， 王冰. 机械制图M. 北京：高等教育出版社.2007.3. 周晓宏. 数控加工工艺与设备. 机械工业出版社.2008.4. 王军，严丽. 机械基础. 华南理工大学出版社，2004.5. 陈洪涛，数控加工工艺与编程（第2版）， 高等教育出版社， 2009，12.6. 夏立芳， 金属热处理工艺学， 哈尔滨工业大学出版社，2007，1.