数控车床零件加工毕业设计.docx

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数控车床零件加工毕业设计

阜阳职业技术学院

毕业论文

题目盘类零件的数控加工设计

姓名徐国柱

所在学院工程科技学院

专业班级10级数控

（2）班

学号101080234

指导教师张宣升

日期2013年5月日

盘类零件的数控加工设计

一绪论

（一）数控车床及其加工技术在国内（外）的现状

数控车床是数字程序控制车床的简称，数控车床能自动完成轴类及盘类零件内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹以及各种回转曲面切削加工，并能进行切槽、钻孔等工作。

他是目前国内使用量最大、覆盖面最广的一种数控机床。

从1952年美国麻省理工学院研发第一台数控机床到现在已有近60年的历史。

按照电子器件的发展可分为五个发展阶段：

电子管数控，晶体管数控，中小规模IC数控，小型计算机数控，微处理器数控；从体系结构的发展，可分为以硬件及连线组成的硬数控系统、计算机硬件及软件组成的CNC数控系统，后者也称为软数控系统：

从伺服及控制的方式可分为步进电机驱动的开环系统和伺服电机驱动的闭环系统。

总之，数控技术的发展向着高速化，精密化，高效能化，系列化及复合化方向发展。

人类发明了机器，延长和扩展人的手脚功能：

当出现数控系统以后，制造厂家逐渐希望数控系统能部分代替机床设计师和操作者的大脑，具有一定的智能，能把特殊的加工工艺、管理经验和操作技能放进数控系统，同时也希望系统具有图形交互、诊断功能等。

装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。

马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。

制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。

当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。

此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。

总之，大力发展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

数控技术是近代发展起来的一种自动控制技术，机械加工现代化的重要基础与关键技术。

数控机床是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，是国防工业现代化的重要战略装备，是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重要标志。

（二）本论文设计的内容

本人的设计课题是以盘型零件的加工为例子做的数控加工工艺与编程。

本次毕业设计主要包括以下内容：

零件图的加工工艺分析；

（1）工件装夹方式的确定；

（2）工艺过程的分析；

（3）确定合理的加工顺序及进给路线；

（4）选择合适的刀具及确定背吃刀量、进给速度和主轴转速；

（5）编制工艺卡以及编写程序；

（6）输入机床程序并且制定刀补修正；

（7）完成程序仿真运行与调试并根据结果完善毕业设计。

二零件数控加工工艺

零件结构工艺性是指在满足使用要求前提下零件加工的可行性和经济性，即所设计的零件结构应便于加工成型并且成本低、效率高。

对零件进行结构工艺性分析时要充分反映数控加工的特色，一定要把重点放在零件图纸和毛坯图纸初步设计与设计定型之间的工艺性审查与分析上

（一）零件图的工艺分析

1分析零件图

如图所示，零件的主体尺寸长度为43mm，最大位置直径为Φ110mm,的阶梯状盘型零件。

表面粗糙度为1.6，因为公差较小图样上未带公差的尺寸，故编程就不必取平均尺寸，而取基本尺寸即可。

此工件为具有复杂外形面的盘型零件，需要对内外柱面及端面等加工，主要保证尺寸公差和同轴度要求。

零件材料为铸铁件，除表面粗糙度外无其他要求。

因此选毛坯尺寸为Φ120mmX50mm，中间预制孔Φ20mm，材料Q235.

2选择设备

根据被加工零件的外形和材料等条件，选用FANUCOI标准数控车床。

3确定零件的定位基准和装夹方式以及加工起点、换刀点

（1）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。

（2）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。

（3）定位基准

综合上述，粗、精基准选择原则，由于是盘类零件，在车床上用三爪卡盘装夹定位，定位基准应选在零件的轴线上，以毛坯ф120mmX50mm的棒料的轴线和左端面作为定位基准。

（4）装夹方式及起、换刀点

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，因为该工件需要调头装夹。

用三爪自定心卡盘加紧定位，先加工完右端面的相关尺寸后，调头加工左端各部位的尺寸，加工起点和换刀点可以设在同一点，放在Z轴距工件前端面100mm，X轴距轴心线160mm的位置。

（二）加工路线的工艺分析

（一）加工顺序及路线的确定

由于每个零件结构形状不同，各表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。

一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。

因而可根据定位方式的不同来划分工序。

1．零件加工必须遵守的安排原则

（1）基面先行工面基准为后刀面的加工提供基准面，所以应该先平左端面作为基准面；

（2）先主后次所加工的表面均为重要表面所以按照从左到有的顺序；

（3）先粗后精削去大部分的金属余量再进行成型切削，保证零件的尺寸要求和质量要求；

（4）先面后孔工零件左端面，再加工零件内孔

综上所述，加工顺序为：

平左（右）端面至粗车外圆至加工内孔至精车轮廓。

2．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，。

因此我觉得：

首先在车床上用93°粗、精右偏外圆车刀对外轮廓进行粗车，保证外轮廓和端面光滑，尺寸到Φ115mmX45mm，再用粗、精镗刀镗内孔和内表面。

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如下所示：

（1）、左端外表面、内表面进给路线

（2）、右端外表面、内表面进给路线

（二）切削用量的确定

1、夹住工件左端，加工右端，伸出长度为20mm左右：

（1）车端面，主轴转速n=500r/min；

（2）粗车端面时，主轴转速n=600r/min,背吃刀量ap=3mm，进给速度f=0.3mm/r；精车时，主轴转速n=1000r/min，进给速度f=0.1mm/r背吃刀量ap=1mm。

（3）Φ粗车30mm内孔时，主轴转速n=500r/min,背吃刀量ap=2mm，进给速度f=0.2mm/r；精车时，主轴转速n=800r/min，进给速度f=0.1mm/r背吃刀量ap=1mm。

（4）粗车内表面时，主轴转速n=600r/min,背吃刀量ap=2mm，进给速度f=0.2mm/r；精车时，主轴转速n=800r/min，进给速度f=0.1mm/r背吃刀量ap=1mm。

2、夹住工件左端，加工右端，伸出长度为20mm左右：

（1）车端面主轴转速n=500r/min；

（2）粗车端面时，主轴转速n=600r/min,背吃刀量ap=3mm，进给速度f=0.3mm/r；精车时，主轴转速n=1000r/min，进给速度f=0.1mm/r背吃刀量ap=1mm。

（3）粗车内表面时，主轴转速n=600r/min,背吃刀量ap=2mm，进给速度f=0.2mm/r；精车时，主轴转速n=800r/min，进给速度f=0.1mm/r背吃刀量ap=1mm。

（三）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。

数控车刀

外圆车刀的组成

各类车刀刀刃

数控镗刀

根据零件的选刀条件，具体选刀如下：

（1）加工外表面、端面时选用93°粗、精右偏外圆车刀，刀具半径0.2mm；

（2）加工内表面时选用粗、精镗刀，刀具半径为0.4mm。

刀具卡

序号

刀具号

刀具名称及规格

刀尖半径/mm

加工表面

备注

T0101

93°粗精右偏外圆车刀

0.2

外表面、端面

T0202

粗精镗刀

0.4

内表面

（四）建立工件坐标系

设定工件坐标原点，以工件前端面与轴线的交点为工件原点建立工件坐标系，当工件调头加工时，同样以工件前端面与轴线交点为工件原点建立工件坐标系。

三加工过程工序卡片及

程序编程序制是零件图纸到编制零件加工程序和制作介质的全部过程，整个程序由人工完成。

一台数控机床之所以能自动加工不同形状、不同尺寸、不同技术要求的零件，全在于编制人员根据零件图的要求，在制定工艺的基础上，将每一把刀具每走一次走刀的运动参数及工艺参数，按运动的顺序与所用机床规定的指令代码及程序格式编制成加工程序，输入到机床的数控装置，机床才能准确无误的加工出正确的零件。

（一）工艺文件的填写

1．数控加工工序卡及工序卡片

（1）工序卡

操作序号

工步内容

刀具

主轴转速r/min

进给速度mm/r

背吃刀量mm

备注

主程序1：

夹住工件左端，加工右端，伸出长度20mm左右

车端面

T0101

500

手动

粗车外表面

T0101

600

0.3

精车外表面

T0101

1000

0.1

粗车Φ30mm内孔

T0202

500

0.2

精车Φ30mm内孔

T0202

800

0.1

粗车内表面

T0202

500

0.2

精车内表面

T0202

800

0.1

检测、校核

程序2：

加工工件左端。

工件调头装夹，调头用百分表找正

车端面

T0101

500

手动保证总长

粗车外表面

T0101

600

0.3

精车外表面

T0101

1000

0.1

粗车内表面

T0202

600

0.2

精车内表面

T0202

800

0.1

检测、校核

（2）工件左端加工过程工序卡片

序号

工步

工步图

说明

车端面及建立工件坐标系

先手动车端面，再以工件端面中点为工件原点建立工件坐标系

粗精车外表面

G71粗车，G70精车，用35°外圆车刀

钻孔

G01指令，用Φ20钻头钻通

粗精内表面

G71粗车，G70精车，用内孔镗刀

（3）工件右端加工过程工序卡片

序号

工步

工步图

说明

车端面及建立工件坐标系

先手动车端面，再以工件端面中点为工件原点建立工件坐标系

粗精车外表面

G71粗车，G70精车，用35°外圆车刀

粗精车内表面

G71粗车，G70精车，用内孔镗刀

（三）程序编制

1、注意事项

（1）、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。

（2）、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（0.1～0.2）倍的零件公差值内。

2、工件加工参考程序

常用G指令代码功能表

数控车床G功能指令（HNC-22T）

代码

组

意义

代码

组

意义

代码

组

意义

*G00

快速点定位

G28

回参考点

G52

局部坐标系设定

G01

直线插补

G29

参考点返回

G53

机床坐标系编程

G02

顺圆插补

*G40

刀径补偿取消

*G54～G59

工件坐标系1～6选择

G03

逆圆插补

G41

刀径左补偿

G33

螺纹切削

G42

刀径右补偿

G92

工件坐标系设定

G04

暂停延时

G43

刀长正补偿

G65

宏指令调用

G07

虚轴设定

G44

*G11

单段允许

*G49

G12

单段禁止

*G50

*G17

XY加工平面

G51

G18

ZX加工平面

G24

G19

YZ加工平面

*G25

G20

英制单位

G68

注：

①表内00组为非模态代码；只在本程序内有效。

其他组为模态指令，一次制定后持续有效，直到被其他组其他代码所取代。

②标有*的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。

常用M指令代码功能表

常用M指令代码

代码

组别

意义

代码

组别

意义

代码

组别

意义

M00

程序暂停

M06

自动换刀

M19

主轴准停

M01

条件暂停

M07

开切削液

M30

程序结束并返回

M02

程序结束

M08

开切削液

M60

更换工件

M03

主轴正转

M09

关切削液

M98

子程序调用

M04

主轴反转

M10

夹紧

M99

子程序返回

M05

主轴停转

M11

松开

注：

①表内00组为非模态代码；其余为模态代码，同驵可相互取代。

②作用时间为“★”号者,表示该指令功能在程序段指令运动完成后开始作用；为“#”号者，则表示该指令功能与程序段指令运动同时开始

参考程序单

序号

程序

说明

主程序1：

程序号为O0611

N010

G50X160Z100；

N015

M03S600T0101；

N020

G00X120Z5；

N025

G90X112Z-20F0.3；

粗加工Φ110mm外圆

N030

G00X160Z100；

N035

M01；

暂停检测

N040

M03S1000；

N045

G00X120Z5；

N050

G90X110Z-20F0.1；

精车Φ110mm外圆

N055

G00X160Z100；

N060

M01；

暂停检测

N065

M03S500T0202；

N070

G00X18Z2；

N075

G90X24Z-45F0,2；

粗车Φ30mm孔

N080

X28；

N085

G00Z100；

N090

M01；

暂停检测

N095

M03800；

N100

G00X18Z2；

N105

G90X30Z-45F0.1；

精车Φ30mm孔

N11O

G00Z100；

N115

M01；

暂停检测

N120

M03500；

N125

GOOX28Z2；

N130

G72U3R1；

粗车内表面

N130

G72P135Q150U-2W1F0.2；

N135

G00Z-26；

N140

G01X63F0.1；

N145

G02X75W6R6；

N150

G01X75Z0；

N155

M03S800；

N160

G70P135Q150；

精车内表面

N165

GOOX160Z100；

N170

M05；

N175

M30；

主程序2：

程序号为O0612

N010

G50X160Z100；

N015

M03S600T0101；

N020

G42G00X120Z2；

N025

G71U4R1；

调用外径粗车循环加工外表面

N030

G71P35Q80U2W1F0.3；

设定精加工余量

N035

G00X72；

N040

G01Z0F0.1；

N045

G01Z-7；

N050

G02X76Z-11R2；

N055

G01X84；

N060

G03X88Z-13R2；

N065

G01Z-18；

N070

G02X98Z-23R5；

N075

G01X100；

N080

G03X110Z-28R5；

N085

G00X150Z100；

N090

M01；

选择停止，以便检测工作

N095

M03S800；

主轴转速调到800r/mm

N100

G00X120Z2；

N105

G70P35Q80；

调用精车循环

N110

G40G00X160Z100；

N120

M01；

选择停止，以便检测工作

N125

M03S600T0202；

N130

G41G00X28Z2；

N135

G72U3R1；

端面粗车循环加工内表面

N140

G72P145Q160U-2W1F0.2；

N145

G01Z-5F0.1；

N150

X54；

N155

G03X60Z-2R3；

N160

G01Z1；

N165

G00Z100；

N170

M01；

选择停止，以便检测工件

N175

M02S800；

N180

G00X28Z2；

N185

G70P145Q160；

调用精车循环

N190

G40X160Z150；

N195

M05；

N200

M30；

程序结束

四配合零件的数控加工仿真

数控仿真软件的出现，是我们学习数控技术的一个突破。

我们可以利用仿真软件检查程序的正确性，以及工艺分析的可行性。

仿真软件有着很大的作用，可以提高我们新手去加工实体零件的安全性，还可以帮我们剩下不少材料，还可以直接在仿真软件中直接发现我们的不足等特点

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。

这里我采用了南京斯沃数控仿真软件，他的功能是：

可以简单方便的车出不同表面粗糙度要求的回转体，有着优越的对刀系统，斯沃系统还会指出程序错误的原因及修改方法。

下面我就给大家详细的介绍下斯沃仿真软件的运用。

（一）仿真操作

1、打开仿真软件并选择机床

（1）运行数控加工仿真系统如图4-1所示:

2、工件的定义和刀具的选择

刀具的选择

（二）刀补修正

1、程序输入及刀具补正系统

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。

2、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。

3、仿真效果图

本零件采用斯沃数控仿真软件模拟加工，加工此零件的车床为FANUCOI标准平床身数控车床。

加工仿真效果图如下：

五总结与展望

（一）总结

数控机床在现代化的生产加工中的地位越来越重要，代表了一个国家先进生产力。

毕业设计期间，在指导老师的精心指导下，实践了数控机床工艺编程及仿真加工技术的应用，深刻体会了数控加工技术的特点。

通过对配合件的加工，了解到数控加工技术可靠性、实用性、精确性，也体现了它的普及性。

通过这段时间的实践操作，基本熟悉了数控机床工艺编程及操作加工技术的应用，达到了毕业设计的目的。

本文就典型盘类零件的数控加工工艺设计作了较详细的分析与阐述。

此次设计主要涉及的技术问题有零件的加工工艺性分析、零件的装夹、工艺路线的制订、工序与工步的划分、刀具的选择、切削用量的确定以及车削加工程序的编写。

在设计过程中遇到了零件的同轴度误差Φ0.02、表面粗糙度Ra3.2如何保证，以及孔的加工方法的合理选择等技术难题。

我们通过减少装夹次数，从左到右的加工方法有效保证了同轴度的精度要求，合理选择粗、精加工的切削用量参数，尽量减少进给量使得表面粗糙度得到了保证，采用先钻孔再扩孔的方法解决了孔加工的问题。

但是，设计中仍然有不足的地方，例如编程误差的解决问题。

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。

我们是经过笔算获得的数值，存在着较大的误差。

为了尽可能的减少笔算误差，可以在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（0.1～0.2）倍的零件公差值内。

（二）展望

数控机床的发展将会越来越先进。

从数控机床技术水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自动化是数控机

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