数控机床毕业设计说明.docx
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数控机床毕业设计说明
摘要
机械制造业是国家工业体系的重要基础和国民经济的重要组成部分，是衡量一个国家科技水平的重要标志之一；进入21世纪，工业技术的发展严重影响着社会的发展。
机床工业是国家基础工业的基础，它直接影响到国家各个工业部门的装备自动化水平，劳动生产率的提高和国防现代化的实现。
主轴是机床的关键零件,其质量的好坏直接影响机床的精度,因此对主轴加工及热处理均需采用先进可靠的工艺及操作技术来获得高质量。
本文主要研究车床主轴的工艺分析，根据其功用和结构形状选择合适的材料和毛坯件，并分析其工艺过程进行参数计算等，根据其材料和硬度各条件选择合理的切削加工工艺和热处理工艺来完成主轴的技术要求，并编制了切削加工过程规程和工艺卡片等工艺文件。
本文也介绍了数控加工特点，数控机床——普通机床在不断使用过程中随着电子技术、计算机技术及自动化，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电一体化的新型机床。
本文对车床主轴某一工序进行了完整的数控工艺的分析，让我们很明显的看出数控加工工艺和普通车加工工艺的不同。
关键词:
毛坯 切削加工热处理 工艺 编程
前言
第一章 绪论
1.1 数控加工在机械制造业中的地位和作用
1.2 主要研究容
第二章 数控车床及程序
2.1 程序定义
2.2 程序结构
2.3 程序代码
2.４ 车床的特点
2.５ 车床的使用条件
第三章 刀具及加工工艺
3.1 刀具与加工精度
3.2 刀具补偿
3.3 刀具的选择
3.４ 加工工艺
第四章 走刀路线及切削用量
4.1 加工路线
4.2 切削用量选择的原则
4.3 切削用量的选择
第五章 定位及基准的选择
4.１ 粗基准的选择
4.２ 精基准的选择
４.３ 工件的定位
第六章 程序
前言
数控机床综合了精密机械、电子、电力拖动、自动控制、自动检测、故障诊断和计算机等多方面的技术，是典型的高精度、高效率及高柔性的机电一体化产品。
数控机床在国应用非常广泛，数控车削加工是机械加工中最主要的数控加工方法之一。
本文从数控车床加工实训的要求出发，注重技能训练，结合典型实例，详细介绍了机床操作、车削加工工艺分析、编程核心容。
数控加工是机械制造中的先进加工技术，是一种高效率、高精度与高柔性的自动化加工方法。
数控加工技术可有效解决复杂、精密、小批多变零件的加工问题，充分适应了现代化生产的需要。
目前，随着数控加工的日益普及，越来越多的数控机床用户感到，数控加工工艺与实施掌握的水平是制约数控手工编程与CAD/CAM集成化自动编程质量的关键因素。
第1章绪论
1.1、数控加工在机械制造业中的地位和作用
随着科学技术的发展，机械产品结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，更新换代频繁，生产类型由大批量生产向多品种小批量生产转化。
因此，对机械产品的加工相应地提出了高精度、高柔性与高度自动化的要求。
所以数控加工在现在机械制造中有着重要的作用。
1.2、主要研究容
数控机床加工工艺是以数控机床加工中的工艺问题为研究对象的一门加工技术。
数控机床加工工艺的容包括金属切削和加工工艺的基本知识和基本理论、金属切削刀具、典型零件加工及工业分析等。
数控机床加工工艺研究的宗旨是，如何科学地、最优地设计加工工艺，充分发挥数控机床的特点，实现在数控加工中的优质、高产、低耗。
第2章数控车床及程序
2.1程序的定义
主轴主要传递动力供工件旋转、刀具进退、刀架运动……地位相当于汽车的传动轴。
CA6140车床的主轴要比620的主轴多一套轴承车床的主轴抗振性，刚性更好，使主轴的前后轴承间隙，轴向窜动磨损的慢而且精度要高使加工出的工件也要比620在同样条件下加工的工件精度好。
2．2程序的结构
数控车程序可以分成程序开始、程序容和程序结束三部分容。
第一部分程序开始部分
主要定义程序号，调出零件加工坐标系、加工刀具，启动主轴、打开冷却液等方面的容。
主轴最高转速限制定义G50S2000，设置主轴的最高转速为2000RPM，对于数控车床来说，这是一个非常重要的指令。
坐标系定义如不作特殊指明，数控系统默认G54坐标系。
返回参考点指令G28U0，为避免换刀过程中，发生刀架与工件或夹具之间的碰撞和/或干涉，一个有效的方法是机床先回到X轴方向的机床参考点，并离开主轴一段安全距离。
刀具定义G0T0808M8，自动调8号左偏刀8号刀补，开启冷却液。
主轴转速定义G96S150M4，恒定线速度S功能定义，S功能使数控车床的主轴转速指令功能，有两种表达方式，一种是以r/min或rpm作为计量单位。
另一种是以m/min为计量单位。
数控车床的S代码必须与G96或G97配合使用才能设置主轴转速或切削速度。
G97：
转速指令，定义和设置每分钟的转速。
G96：
恒线速度指令，使工件上任何位置上的切削速度都是一样的。
第二部分程序容部分
程序容是整个程序的主要部分，由多个程序段组成。
每个程序段由若干个字组成，每个字又由地址码和若干个数字组成。
常见的为G指令和M指令以及各个轴的坐标点组成的程序段，并增加了进给量的功能定义。
F功能是指进给速度的功能，数控车床进给速度有两种表达方式，一种是每转进给量，即用mm/r单位表示，主要用于车加工的进给。
另一种和数控铣床相同采用每分钟进给量，即用mm/min单位表示。
主要用于车铣加工中心中铣加工的进给。
第三部分程序结尾部分
在程序结尾，需要刀架返回参考点或机床参考点，为下一次换刀的安全位置，同时进行主轴停止，关掉冷却液，程序选择停止或结束程序等动作。
回参考点指令G28U0为回X轴方向机床参考点，G0Z300.0为回Z轴方向参考点。
停止指令M01为选择停止指令，只有当设备的选择停止开关打开时才有效；M30为程序结束指令，执行时，冷却液、进给、主轴全部停止。
数控程序和数控设备复位并回到加工前原始状态，为下一次程序运行和数控加工重新开始做准备。
2.3 程序代码
G00快速定位
G01主轴直线切削
G02主轴顺时针圆壶切削
G03主轴逆时针圆壶切削
G04暂停
G04X4主轴暂停4秒
G10资料预设
G28原点复归
G28U0W0；U轴和W轴复归
G41刀尖左侧半径补偿
G42刀尖右侧半径补偿
G40取消
G97以转速进给
G98以时间进给
G73循环
G80取消循环G1000数据设置模态
G1100数据设置取消模态
G1716XY平面选择模态
G1816ZX平面选择模态
G1916YZ平面选择模态
G2006英制模态
G2106米制模态
G2209行程检查开关打开模态
G2309行程检查开关关闭模态
G2508主轴速度波动检查打开模态
G2608主轴速度波动检查关闭模态
G2700参考点返回检查非模态
G2800参考点返回非模态
G3100跳步功能非模态
G4007刀具半径补偿取消模态
G4107刀具半径左补偿模态
G4207刀具半径右补偿模态
G4317刀具半径正补偿模态
G4417刀具半径负补偿模态
G4917刀具长度补偿取消模态
G5200局部坐标系设置非模态
G5300机床坐标系设置非模态
G5414第一工件坐标系设置模态
G5514第二工件坐标系设置模态
G5914第六工件坐标系设置模态
G6500宏程序调用模态
G6612宏程序调用模态模态
G6712宏程序调用取消模态
G7301高速深孔钻孔循环非模态
G7401左旋攻螺纹循环非模态
G7601精镗循环非模态
G8010固定循环注销模态
G8110钻孔循环模态
G8210钻孔循环模态
G8310深孔钻孔循环模态
G8410攻螺纹循环模态
G8510粗镗循环模态
G8610镗孔循环模态
G8710背镗循环模态
G8910镗孔循环模态
G9001绝对尺寸模态
G9101增量尺寸模态
G9201工件坐标原点设置模态
【用直径依次递增的回转零件的车削】
G71UWR
G71PQUWF
U:
每次进刀的背吃刀量
W：
一般不用，或很少用
R：
退刀量
P:
指定循环指令的启开始程序行
Q：
指定循环指令的终止始程序行
U:
X方向上的精车余量
W:
Z方向上的精车余量
F:
循环粗车的进给速度
【带凹槽，即外圆尺寸时大时小的回转工件】
G73UWR
G73PQUWF
U:
零件的最大直径与最小直径之差，再除以2
W：
一般不用，或很少用
R：
循环次数，一般视材料而定，用U除以背吃刀量
P:
指定循环指令的启开始程序行
Q：
指定循环指令的终止始程序行
U:
X方向上的精车余量
W:
Z方向上的精车余量
F:
循环粗车的进给速度
【螺纹车削】
G92XZRF
X：
每次车削时的X值
Z：
螺纹的车削长度
R：
车学锥螺纹时，小径直径减去大经直径除以2，一般情况下为负数
F：
螺纹的螺距值
２.４ 车床的特点
一、数控机床与普通机床的区别
数控机床对零件的加工过程，是严格按照加工程序所规定的参数及动作执行的。
它是一种高效能自动或半自动机床，与普通机床相比，具有以下明显特点：
1、适合于复杂异形零件的加工
数控机床可以完成普通机床难以完成或根本不能加工的复杂零件的加工，因此在宇航、造船、模具等加工业中得到广泛应用。
2、加工精度高
3、加工稳定可靠
实现计算机控制，排除人为误差，零件的加工一致性好，质量稳定可靠。
4、高柔性
加工对象改变时，一般只需要更改数控程序，体现出很好的适应性，可大大节省生产准备时间。
在数控机床的基础上，可以组成具有更高柔性的自动化制造系统—FMS。
5、高生产率
数控机床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，生产率高，一般为普通机床的3～5倍，对某些复杂零件的加工，生产效率可以提高十几倍甚至几十倍。
6、劳动条件好
机床自动化程度高，操作人员劳动强度大大降低，工作环境较好。
7、有利于管理现代化
采用数控机床有利于向计算机控制与管理生产方面发展，为实现生产过程自动化创造了条件。
8、投资大，使用费用高
9、生产准备工作复杂
由于整个加工过程采用程序控制，数控加工的前期准备工作较为复杂，包含工艺确定、程序编制等。
10、维修困难
数控机床是典型的机电一体化产品，技术含量高，对维修人员的技术要求很高。
二、数控机床的适用围
由于数控机床的上述特点，适用于数控加工的零件有：
1、批量小而又多次重复生产的零件；
2、几何形状复杂的零件；
3、贵重零件加工；
4、需要全部检验的零件；
5、试制件。
对以上零件采用数控加工，才能最大限度地发挥出数控加工的优势
２.５ 车床的使用条件
数控车床的正常使用必须满足如下条件，机床所处位置的电源电压波动小，环境温度低于30摄示度，相对温度小于80%。
一.机床位置环境要求
机床的位置应远离振源、应避免直接照射和热辐射的影响，避免潮湿和气流的影响。
如机床附近有振源，则机床四周应设置防振沟。
否则将直接影响机床的加工精度及稳定性，将使电子元件接触不良，发生故障，影响机床的可靠性。
二.电源要求
一般数控车床安装在机加工车间，不仅环境温度变化大，使用条件差，而且各种机电设备多，致使电网波动大。
因此，安装数控车床的位置，需要电源电压有严格控制。
电源电压波动必须在允许围，并且保持相对稳定。
否则会影响数控系统的正常工作。
三.温度条件
数控车床的环境温度低于30摄示度，相对温度小于80%。
一般来说，数控电控箱部设有排风扇或冷风机，以保持电子元件，特别是中央处理器工作温度恒定或温度差变化很小。
过高的温度和湿度将导致控制系统元件寿命降低，并导致故障增多。
温度和湿度的增高，灰尘增多会在集成电路板产生粘结，并导致短路
第3章刀具及加工工艺
3.1 刀具与加工精度
在粗加工的条件下，我们一般都会采用效率优先原则。
在这一阶段，快速去除工件毛坯上的加工余量，快速接近工件完工尺寸的“净尺寸”状态，是我们考虑刀具选择及加工参数的第一因素。
但在精加工的条件下，情况会有很大差别。
精加工时我们应该采用精度优先原则，即首先保证加工的尺寸精度、表面粗糙度和表面质量。
现在典型的一种以保证精度为优先考虑的刀具被国外许多刀具厂商所青睐，这就是接近完美90°主偏角的立铣刀。
我们从数学上可以得出，如果用一个平面（对于刀具是前刀面）去截一个圆柱面（理想的切削刃绕刀具轴线所形成的表面），只有在该平面包含圆柱面轴线（即刀具轴向前角为零）时，其截交线才会是一段直线。
但这时刀刃受力通常不理想，我们常常需要用一个正的轴向前角来改善刀具的切削性能。
但这样一来就产生了回转面的形状精度问题：
一根交错的直线（切削刃）绕刀具轴线回转所产生的不是圆柱面，而是双曲面。
只有切削刃成为椭圆的一部分时，它绕刀具轴线回转的结果才会形成圆柱面。
于是国外一些刀具公司先后开发了这样的刀具：
肯纳金属的被称为Mill1，山特维克可乐满的被称为R390，而瓦尔特的则被称为F4042。
这些刀具的本质都是一样的，他们用一段曲线形的切削刃来构筑接近完美的圆柱面。
虽说不同直径的铣刀应该有不同的曲线，而刀片生产的经济性要求又不允许这样做，各厂用在不同直径上选用不同轴向前角的方法来改善其中的差异。
这种产品开发的思路值得国厂家好好学习。
研究用户的需要，分析目前存在的问题，进而想方设法去为客户解决这些问题，是企业不断创新、不断进步、不断满足客户增长的需求的有效手段。
还有一些刀具是经过改进，能够一次加工达到最终质量要求的。
也就是在原本用于粗加工的刀具上引入精度改进方案，从而使一次加工获得更好的精度和表面质量。
车削上的Wiper刀片和铝合金钻孔的三刃钻（如肯纳的TF钻）都是这样的例子。
图1是Wiper刀片例子。
红色线条为传统刀片，蓝色刀片为Wiper刀片，如果我们采用相同的进给量（如0.05mm），传统刀片加工的表面粗糙度比Wiper刀片的高到5倍。
这样加工精度得到了保证，许多时候甚至可以以车代磨。
2006年5月在举行的高速加工国际研讨会（ICHSM,InternationalConferenceofHighSpeedMachine）上，德国达姆斯特大学的PTW研究所介绍了他们对钻削的一些研究成果。
其中有一部分就是关于钻头不对称对钻削精度的影响。
研究表明，对称的钻头的两个切削刃形成的是一个完整的圆形，如图2（黑色是钻芯轨迹，红色与蓝色分别是两个钻尖拐角的轨迹）。
而如果钻芯不对称，则会形成非圆的形状，见图3。
我们知道那叫等轴曲线。
等轴曲线的特点是任何对边的尺寸是相等的。
这样就使钻头钻出的孔（尤其是钻入部分）丧失精度。
一些廉价的钻头和廉价的刃磨设备导致或是助长了这种现象。
最终用户可能不得不增加一道扩孔的工序来纠正这种形状精度的误差。
3.２ 刀具补偿
在粗加工的条件下，我们一般都会采用效率优先原则。
在这一阶段，快速去除工件毛坯上的加工余量，快速接近工件完工尺寸的“净尺寸”状态，是我们考虑刀具选择及加工参数的第一因素。
但在精加工的条件下，情况会有很大差别。
精加工时我们应该采用精度优先原则，即首先保证加工的尺寸精度、表面粗糙度和表面质量。
现在典型的一种以保证精度为优先考虑的刀具被国外许多刀具厂商所青睐，这就是接近完美90°主偏角的立铣刀。
我们从数学上可以得出，如果用一个平面（对于刀具是前刀面）去截一个圆柱面（理想的切削刃绕刀具轴线所形成的表面），只有在该平面包含圆柱面轴线（即刀具轴向前角为零）时，其截交线才会是一段直线。
但这时刀刃受力通常不理想，我们常常需要用一个正的轴向前角来改善刀具的切削性能。
但这样一来就产生了回转面的形状精度问题：
一根交错的直线（切削刃）绕刀具轴线回转所产生的不是圆柱面，而是双曲面。
只有切削刃成为椭圆的一部分时，它绕刀具轴线回转的结果才会形成圆柱面。
于是国外一些刀具公司先后开发了这样的刀具：
肯纳金属的被称为Mill1，山特维克可乐满的被称为R390，而瓦尔特的则被称为F4042。
这些刀具的本质都是一样的，他们用一段曲线形的切削刃来构筑接近完美的圆柱面。
虽说不同直径的铣刀应该有不同的曲线，而刀片生产的经济性要求又不允许这样做，各厂用在不同直径上选用不同轴向前角的方法来改善其中的差异。
这种产品开发的思路值得国厂家好好学习。
研究用户的需要，分析目前存在的问题，进而想方设法去为客户解决这些问题，是企业不断创新、不断进步、不断满足客户增长的需求的有效手段。
还有一些刀具是经过改进，能够一次加工达到最终质量要求的。
也就是在原本用于粗加工的刀具上引入精度改进方案，从而使一次加工获得更好的精度和表面质量。
车削上的Wiper刀片和铝合金钻孔的三刃钻（如肯纳的TF钻）都是这样的例子。
图1是Wiper刀片例子。
红色线条为传统刀片，蓝色刀片为Wiper刀片，如果我们采用相同的进给量（如0.05mm），传统刀片加工的表面粗糙度比Wiper刀片的高到5倍。
这样加工精度得到了保证，许多时候甚至可以以车代磨。
2006年5月在举行的高速加工国际研讨会（ICHSM,InternationalConferenceofHighSpeedMachine）上，德国达姆斯特大学的PTW研究所介绍了他们对钻削的一些研究成果。
其中有一部分就是关于钻头不对称对钻削精度的影响。
研究表明，对称的钻头的两个切削刃形成的是一个完整的圆形，如图2（黑色是钻芯轨迹，红色与蓝色分别是两个钻尖拐角的轨迹）。
而如果钻芯不对称，则会形成非圆的形状，见图3。
我们知道那叫等轴曲线。
等轴曲线的特点是任何对边的尺寸是相等的。
这样就使钻头钻出的孔（尤其是钻入部分）丧失精度。
一些廉价的钻头和廉价的刃磨设备导致或是助长了这种现象。
最终用户可能不得不增加一道扩孔的工序来纠正这种形状精度的误差。
3.3刀具的选择
1、数控车床常用刀具
在数控车床上使用的刀具有外圆车刀、钻头、镗刀、切断刀、螺纹加工刀具等，其中以外圆车刀、镗刀、钻头最为常用。
数控车床使用的车刀、镗刀、切断刀、螺纹加工刀具均有焊接式和机夹式之分，除经济型数控车床外，目前已广泛使用机夹式车刀，它主要由刀体、刀片和刀片压紧系统三部分组成，如图所示，其中刀片普遍使用硬质合金涂层刀片。
2、刀具选择
在实际生产中，数控车刀主要根据数控车床回转刀架的刀具安装尺寸、工件材料、加工类型、加工要求及加工条件从刀具样本中查表确定，其步骤大致如下：
（1）确定工件材料和加工类型（外圆、孔或螺纹）；
（2）根据粗、精加工要求和加工条件确定刀片的牌号和几何槽形；
（3）根据刀架尺寸、刀片类型和尺寸选择刀杆。
二、刀具安装
如前选择好合适的刀片和刀杆后，首先将刀片安装在刀杆上，再将刀杆依次安装到回转刀架上，之后通过刀具干涉图和加工行程图检查刀具安装尺寸。
三、注意事项
在刀具安装过程中应注意以下问题：
1、安装前保证刀杆及刀片定位面清洁，无损伤；
2、将刀杆安装在刀架上时，应保证刀杆方向正确；
3、安装刀具时需注意使刀尖等高于主轴的回转中心
3.４ 加工工艺
数控加工是现代制造的重要组成部分，它和传统的机加工工艺有较大的区别。
传统的机加工通常是加工→测量→再加工的模式，其加工工艺在某种程度上有一定的随意性，且和人员的经验有很大的关系。
数控加工是通过计算机控制刀具做精确的切削加工运动，是完全建立在复杂的数值运算之上的，能实现传统的机加工无法实现的合理、完整的工艺规划。
尽管如此，因为人脑并不擅长于直接进行复杂、精确的数值计算，所以，手工编程也只能完成一些简单的数控程序，对较复杂的零件加工就显得无能为力了。
二、下刀工艺规划
下刀工艺规划是整个数控加工工艺中的重要组成部分。
毛坯实体域的粗加工、零件表面精加工以及高速铣削采用不同的下刀方式对刀具寿命、工件精度至关重要。
在Cimatronit软件中，表面精加工有垂直、法向、切线和反向切线下刀等多种方式，实体域加工有垂直、螺旋两种下刀方式，以及圆弧和法向两种切削进刀方式。
螺旋下刀适用于立铣刀直接在实体域中加工。
垂直下刀在实体域中只适用于键槽刀，在实体域外也适用于立铣刀。
三、粗加工工艺
随着数控机床性能的提高，综合加工能力大大加强，加工工序进一步集中，人们已经不再局限于把数控机床看作专门用于作精密加工的设备，直接用棒料、方料或板料毛坯在数控机床上加工已经越来越普遍，因此，是否具有实用高效的粗加工工艺解决方案，已经成为CAM软件的重要功能指标之一。
为了适应对毛坯的直接数控加工，大多数软件都有各自的粗加工工艺解决方案，粗加工的目的是去除大面积余量以及使残留的毛坯尽可能接近工件的形状。
Cimatroni软件提供的等高切削加工方式具有较好的工艺性，它在做粗加工时，采取两个工艺步骤：
第一步，根据最高、最低加工深度和每刀加工深度，在加工区域，以环切或行切的方式，对所有能加工的实体域均采用等高切削，因为每个层间的层降量是相同的，所以，刀具是以最快的时间去除毛坯中的大部分余量，对于斜面留下的台阶状的余量和高度在层之间的岛屿留下的余量，将在第二步中继续加工。
第二步，根据MIN2DDIST参数，软件会自动判别上一步每层留下的余量在水平方向投影大于该参数的区域，进而单独对这些区域做进一步的细分加工，从而使残留毛坯每层留下的余量在水平方向投影都控制在MIN2DDIST参数以，这一过程也称为层间加工。
这种粗加工的工艺策略对编程员来说是最简单的，因为他要做的就是控制加工后表面精度的数值，至于哪些层之间留下的余量需要加工完全由软件控制。
同时，加工的效率也是最高的，因为，如果采用一步加工的话，要么精度
第四章走刀路线及切削用量
4.1 走刀路线的原则
1）加工路线的确定原则
在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。
确定加工路线是编写程序前的重要步骤，加工路线的确定应遵循以下原则。
1.加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。
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，这样既可以减少程序段，又可以减少空刀时间。
此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀，还是多次走刀来完成加工，以及在铣削加工中是采用顺铣还是逆铣等。
2）辅助程序段的设计
1.轮廓加工的进退刀路径设计在对零件的轮廓进行加工时，为了保证零件的加工精度和表面粗糙度符合要求，应合理地设计进退刀路径。
3）.螺纹加工的引伸距离的确定在数控车床上车螺纹时，沿螺距方向的Z向进给应和车床主轴的旋转保持严格的速度比例关系，因此应避免在进给机构加速或减速的过程中切削。
为此要有引入距离ε1
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