数控车床加工工艺分析与程序设计.docx

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数控车床加工工艺分析与程序设计

CompanyDocumentnumber：

WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998

数控车床加工工艺分析与程序设计

数控车床加工工艺分析与程序设计

摘要：

数控技术及数控机床在当今机械制造业中起着重要地位。

而现代数控机床是综合应用了计算机、自动控制、自动检测以及精密机械等高新技术的产物，集成了数控仿真，可以检查出代码的正确性，从而可以提高编程质量，减少出错率，加快编程速度，是典型的机电一体化产品，是完全新型的自动化机床；这显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。

关键词：

数控技术、数控仿真、机电一体化、自动化机床

Abstract:

NumericalcontroltechnologyandCNCmanufacturingindustryintodayistheimporterpositioninthecountry.Andthemodernumericalcontrolmachinetoolisthesynthesishasappliedthecomputer,theautomaticnontrolantomaticdetetionaswellastheprecisionmachineryandsoonthehigh-techproduct,integratedthenumericalcontrolsimulationmodule,isallowedtoinspectthecodetheaccuracy,thuswasallowedtoimprovetheprogrammingquality,reducedtheerrorratio,speduptheprogrammingspeed,wasthetyoicalintegrationofmachineryproduct,wasthecompletelynewautomatedenginebed:

andhasbecomeatraditionalmechanicalmanufacturingindustryupgradingtransformationandautomation,flexibilityandintegratedproductionofimportantmeansandlogo.

Keywords:

Numericalcontrol、Numericalcontrolsimulation、Integrationofmachinery、Automaticmachinetool.

引言

随着科学技术的发展，机电产品日益精密复杂。

机械制造业的发展规模和水平，则是反映国民经济实力和科学技术水平的重要标志之一。

现在机械产品的性能，结构，形状和材料的不断的改进，精度不断提高，生产类型由大批量生产向多品种小批量转化。

对零件加工质量和精度要求越来越高。

而数控技术是现代化加工设备的基础，又是精密、高效、高可靠性、高柔性加工技术的支撑。

发展先进制造技术必须以数控技术未基础。

数控技术它综合了计算机、自动控制、电机、电气传动、测量、监控、机械制造等学科领域最新成果而形成的一门边缘科学技术。

对制造业实现自动化、柔性化、集成化、智能化生产起到举足轻重的作用。

目前，数控机床是车削加工能较全的数控机床。

它可以把车削，铣削，螺纹加工，钻削等集中到一台设备上，使其具有多种工艺手段。

由于产品的变化频繁，在一般机械加工中，单件小批量的生产约占70%以上。

这样一来采用数控车床进行加工可以大大提高产品的质量，保证加工零间的精度，减轻劳动强度，为新产品的研制和改型换代节省大量时间和费用，从而提高了企业产品的竞争力。

一、数控机床的发展简历

1946年第一台电子计算机诞生世界之上，这表明人们创造了可用机械这一代替脑力的劳动工具。

它为人类进入信息社会奠定了基础。

信息技术的飞速发展直接导致了知识经济的到来。

20世纪40年代末，美国开始研究数控机床，1952年，第一台数控机床诞生。

从此，传统机床产生了质的变化。

近半世纪来数控机床经历两个阶段和六代的发展。

1.数控（NC）阶段（1952-1970年）

早期计算机运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，不能适应机床实时控制的要求。

人们不得不采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机实作为数控系统，被成为硬件连接数控，简称未数控（NC）。

2.计算机数控（CNC）阶段（1970-现在）

到1970年，通用小型计算机业已出现并成批量生产。

其运算速度比五、六十年代大幅度提高，这比专门“搭”成的专用计算机成本低，而且可靠性高。

于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入计算机数控（CNC）阶段。

到了1990年，PC机（个人计算机，国内习称微机）的性能已发展到很高的阶段，总之计算机阶段也经历了三代。

即1970年第四代——小型计算机；1974年第五代——微处理器；1990年第六代——基于PC（国外称为PC——BASED）

二、数控车床编程特点

1.采用绝对值编程、增量值编程或二者混合编程

根据被加工零件的图样标注尺寸，从便于编程的角度出发，在一个程序段中，以采用绝对值编程、增量值编程或二者混合编程。

按绝对坐标编程时，用坐标字X、Z表示；按增量坐标编程时，用坐标字U、W表示。

2.可以采用直径值编程或半径值编程和半径值编程两种表示方法。

数控系统默认的编程方式为直径值编程，这是由于被加工零件的径向尺寸在图样上合测量时，都是以直径值表示的，因而采用直径值编程最方便，即在直径方向，用绝对值编程时，X以直径值表示；用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值表示，并附上方向符号（正向可以省略）。

3.具有各种不同形式的固定循环功能

由于车削加工常用圆棒料或锻料作为毛坯，交给那个余量较大，要加工到图样尺寸，需要一层一层切削，如果每层切削加工都编写程序，编程工作量会大大增加。

因此，为简化编程数控装置通常具备各种不同形式的固定循环功能，如车内、外圆柱表面固定循环，车端面、车螺纹固定循环等。

4.具有刀具自动补偿功能

大多数数控车床都具有刀具自动补偿功能，利用此功能可以实现刀尖圆弧半径补偿、刀具磨损补偿以及在安装刀具时产生的位置误差补偿。

加工前操作人员只要将相关补偿值输入到规定的储存器中，数控系统就能自动进行刀具补偿。

无论刀尖圆弧半径、刀具磨损还是道具位置的变化都无需更改加工程序，因而编程人员可以按照工件的实际轮廓尺寸进行编程。

5.具有恒表面切削速度控制和主轴最高转速限定功能

在加工端面、圆弧、圆锥以及阶梯直径相差较大的零件时，沿X轴方向进给时，虽然进给速度不变，但切削线速度却不断地变化，导致加工表面质量变化。

为了保证加工表面质量，数控车床一般都具有恒表面切削速度控制功能。

该功能可以使数控系统根据刀尖所处的X坐标值，作为工件的直径值来计算主轴转速，使切削速度保持恒定。

当刀具逐渐移近工件旋转中心时，主轴转速越来越高，工件有从卡盘中飞出去的危险，为了防止出现事故，数控车床具有主轴最高转速限定功能。

下面是个典型的例子

N型轴

三、程序编制过程

（一）零件图分析

该零件的轮廓由螺纹、槽、连续的端面、N型圆柱面组成。

各轴向尺寸要求不高，表面粗糙度亦很高，因而加工时，应先进行粗加工，检验余量后进行刀补等调整在进行精加工。

根据45#材料加工的特点，选择防锈切削水。

因为工件特殊，加工工件时选用数控机床加工，而为什么不选用普通机床呢

（1）数控车床的优点

1、提高加工精度，结构上引入滚珠丝杠、采用软件精度补偿技术、加工全程由程序控制加工，减小人为因素对加工精度的影响，尤其提高了同批零件加工的一致性，使产品质量稳定；

2、提高生产效率，一般约提高效率3—5倍，使用数控加工中心则可提高生产率5—10倍，节约时间与资金；

3、可加工形状复杂的零件

4、减轻了劳动强度，改善了劳动条件；

5、有利于生产管理和机械加工综合自动化的发展。

（2）数控车床的缺点

1、由于费用高昂，加工大批量零件不利

2、操作人员要求素质高，工资成本高；

3、系统复杂，修理复杂，维护费用高，需要好的工作环境。

所以选用数控车床加工，而加工工件分为两步骤：

（1）装夹工件，先加工φ14螺纹、槽深3、φ17、φ24、φ46等基本尺寸

（2）用设计的夹具装夹工件加工φ20的基本尺寸（设计的夹具如下套具1、套具2）

（二）刀具选择及切削用量

刀具号名称用途主轴转速

010190偏刀外轮廓精粗加工粗600r/min精1200r/min

0202切断刀切槽切断300r/min

0303螺纹刀车螺纹600r/min

040475左偏刀外轮廓粗精加工粗600r/min精1200r/min

（三）确定加工顺序

1.夹毛坯伸长195mm

2.自右向左粗精加工外轮廓

3.精加工工件

4.车退刀槽

5.车螺纹

6.用设计的夹具装夹原工件

7.用左偏刀粗精加工φ20圆柱面

8.切断工件

9.量总长检查全部

（四）计算

螺纹切削的计算：

牙底圆直径=牙顶圆直径—2倍的螺距（导程）即：

dr=db-2p

螺纹切削深度=2倍的螺距（导程）即：

dp=2p

根据进刀量和退刀量合理把2p分成若干次切削

（五）程序编制

加工步骤一：

%

00001

N5G50X100Z100;设定工件坐标系

N10M03S600;主轴正转600r/min

N15T0101;选用01号车刀

N20G00X20Z3;车刀快速移至X20Z3定位

N25G71U3R1;车刀加工φ14φ17φ24φ46台阶

N30G71P35Q85U1W0F100;

N35G00X12;

N40G01Z0F50;

N45X14Z-1;

N50Z-17;

N55X17;

N60Z-34;

N65X24;

N70Z-39;

N75X42;

N80X46Z-41;

N85Z-190;

N86G00X100Z100;回坐标设定点

N87M05;主轴停转

N88M00;

N89M03S1200;换转速1200r/min精车

N90G00X20Z3;

N91G70P35Q85;精车工件

N95G00X100Z100;回坐标设定点

N100T0202;切断刀

N105G00X20Z-14;车刀快速移到X20Z-14定位

N110X15;

N115G01X10F30;

N120G00X100;回坐标设定点

N125Z100;

N130T0303;螺纹刀

N135G00X20Z3;

N140G92Z-15;加工螺纹

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N200G00X100Z100;回坐标设定点

N205M05;主轴停转

N210M30;程序结束

如图3

加工步骤二：

%

00002

N5G50X100Z100;

N10M03S600;

N15T0303;

N20G00X30Z-135;

N25G71U2R1;

N35G71P40QW0F100;

N40

夹具用来装夹被加工工件以完成加工过程，同时要保证被加工工件的定位精度，并使装卸尽可能方便、快捷。

数控加工的特点对夹具提出两个基本要求：

一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调和机床坐标系的尺寸关系。

四、系统仿真过程的实现

（一）数控车削加工仿真流程

随着加工零件的复杂性程度提高，反靠人工来检查NC程序显得越来越难，采用计算动态图形技术模拟NC程序的加工过程是解决这一问题的主要途径，由于机床的加工成本较高，因此采用计算机来模拟NC程序无疑是较为经济有效的方法。

整个仿真过程的流程图如图：

五、数控机床的应用范围

1、适合数控车床加工的范围

（1）能加工普通车床不能加工的多种零件。

（2）能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件。

（3）能加工经一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。

（4）能加工更精的零件。

（5）加工零件，能缩短加工的准备时间，降低生产费用。

2、不适宜数控车床加工的范围

（1）加工中，刀具的质量特别差时。

（2）加工轮廓简单，精度要求低或生产批量特别大的零件。

（3）加工余量特别大或材质及余量不均匀的坯件。

六、数控机床的发展趋势

一、个性化的发展趋势

1.高速化、高精度化、高可靠性

高速化：

提高进给速度与提高主轴转速。

高精度化：

其精度从微米级到亚微米级，乃至纳米级（

高可靠性：

一般数控系统的可靠性要高于数控设备的可靠性在一个数量级以上，但也不是可靠性越高越好，因为商品受性能价格比的约束。

2.复合化

数控机床的功能复合化的发展，其核心是在一台机床上要完成车、铣、钻、攻丝、绞孔和扩孔等多种操作工序，从而提高了机床的效率和加工精度，提高生产的柔性。

3.智能化

智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：

为追求加工效率和加工质量方面的智能化；为提高驱动性能及使用连接方便等方面的智能化；简化编程、简化操作方面的智能化；还有如智能化的自动编程、智能化的人机界面等，以及智能诊断、智能监控等方面的内容，方便系统的诊断及维修。

4.柔性化、集成化

当今世界上的数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：

从点（数控单机、加工中心和数控复合加工机床）、线（FMC、FMS、FTL、FML）向面（工段车间独立制造岛FA）、体（CIMS、分布式网络集成制造系统）的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。

柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。

二、个性化是市场适应性发展趋势

当今的市场，国际合作的格局逐渐形成，产品竞争日趋激烈，高效率、高精度加工手段的需求在不断升级，用户的个性化要求日趋强烈，专业化、专用化、高科技的机床越来越得到用户的青睐。

三、开放性是体系结构的发展趋势

新一代数控系统的开发核心是开放性。

开放性有软件平台和硬件平台的开放式系统，采用模块化，层次化的结构，并通过形式向外提供统一的应用程序接口。

为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问题。

目前许多国家对开放式数控系统进行研究，数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。

目前开放式数控系统的体系结构规范、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。

网络化数控装备是近两年的一个新的焦点。

数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。

国内外一些着名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机。

七、结论

利用数控机床加工零件：

1.生产效率高

2.自动化程度高

3.加工精度高，加工质量稳定

4.加工对象适应性强

5.易于建立计算机通信协议

6.能加工较为复杂的零件

八、结束语

机械制造技术是研究产品预设、出产、加工制造、销售使用、维修办事以致收受接管再生的整个历程的工程学科,是以提高质量、效益、竞争力为方针,包罗事物流、信息流和能量流的完整的系统工程。

自动编程与数控加工仿真系统模块的集成，可以在编程阶段检查数控加工程序的正确性，从而提高编程质量，减小出错率，加快编程速度，数控车床的迅猛发展需要更多的符合型人才

谢辞

毕业设计能顺利完成，是因为在设计当中我得到了许多人得帮助，小组上的钟文东同学、闫伟同学、以及指导教师纪伟泓老师的帮助。

通过毕业设计以及论文的撰写是我对所学知识有了更深一层的理解和掌握，有许多以前不明白的问题也弄明白了。

感谢辅导老师在百忙时间对我的指点。