台阶轴数控编程及数控仿真设计说明书.docx
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台阶轴数控编程及数控仿真设计说明书
毕业设计（论文）
课题：
台阶轴数控编程及数控仿真设计
系科：
机械系
专业：
班级：
姓名：
指导教师：
完成日期：
摘要
高效率、高精度加工是数控机床加工最主要特点之一。
利用数控机床加工，其产品加工的质量一致性好，加工精度和效率均比普通机床高出很多，尤其在轮廓不规则、复杂的曲线或曲面、多工艺复合化加工和高精度要求的产品加工时，其优点是传统机床所无法比拟的。
本课题对异性体、复杂的曲线、多工艺复合化加工进行探索，设计出三种切实可行的工艺流程及工艺装备。
在产品的加工过程中，工件在夹具内的定位和夹紧显得特别重要。
须根据六点定位对产品进行合理的定位，欠定位、完全定位还是过定位都须根据实际的生产过程决定。
夹具是涵盖了从加工到组装的几乎所有操作过程的一种装夹设备。
由于大量的加工操作需要装夹，夹具设计在制造系统中就变得非常重要，它直接影响加工质量，生产率和制造成本。
本文通过分析连接轴的结构特点和加工要求，制定了一套较合理的夹具设计，从而为保证该零件的加工精度将提供一种经济实用的工艺装备，具有一定的实用价值。
通过对各种定位夹紧装置的分析比较，选择并组合了一套既能够满足加工要求的，又比较简洁的装置，并对各工步进行数控编程。
关键词：
数控加工，工艺流程，工艺装备，夹具设计
Abstract
Thehighefficiency,theprecisionworkareoneofnumericalcontrolenginebedprocessingmostmaincharacteristics.Usingthenumericalcontrolenginebedprocessing,itsproductprocessingqualityuniformityisgood,theprocessingprecisionandtheefficiencyoutdocomparedtotheordinaryenginebedverymuch,especiallywhenoutlinenotrule,complexcurveorcurvedsurface,multi-craftrecombineprocessingandhighaccuracyrequestproductprocessing,itsmeritisthetraditionalenginebedisunabletocompare.Thistopictotheoppositesexbody,thecomplexcurve,themulti-craftrecombineprocessingcarriesontheexploration,designsthreepracticalandfeasibletechnicalprocessesandthecraftequipment.Intheproductprocessingprocess,theworkpieceappearsinjiglocalizationandtheclampspeciallyimportantly.Mustactaccordingtosixlocalizationstocarryonthereasonablelocalizationtotheproduct,owesthelocalization,locatescompletelycrossesthelocalizationalltohavetoactaccordingtotheactualproductionprocessdecision.Thejigcoveredfromhasprocessedclampstheequipmenttotheassemblynearlyalloperatingprocessonekindofattire.Becausethemassiveprocessingoperationneedstoinstallclamps,thejigdesignchangescanitbethattheconstantweightinthemanufacturesystemtowant,itaffectstheprocessingqualitydirectly,theproductivityandtheproductioncost.Thisarticlethroughtheanalysissupportcomponents,theaircompressorsniftingvalvelidaswellasthesupportingtheuniquefeatureandtheprocessingrequestwhichwraps,hasformulatedasetofreasonablejigdesign,thusforguaranteedthiscomponentstheprocessingprecisionwillprovideoneeconomicalpracticalcraftequipment,willhavecertainpracticalvalue.Throughtoeachkindoflocalizationclampanalysiscomparison,choseandcombinesasetbothtobeabletosatisfytheprocessingrequest,andthequitesuccinctinstallment,andcarriedonthenumericalcontrolprogrammingtoeachstepworkingprocedure.
KeyWords:
numericalcontrolprocessing,technicalprocess,craftequipment,jigdesign
目录
摘要I
AbstractII
目录III
第1章绪论5
1.1本课题的研究背景5
1.1.1数控系统发展简史5
1.1.2国内数控机床状况分析5
1.1.3数控系统的发展趋势5
1.1.4国外先进机床介绍6
第1章零件图的分析8
1.1零件图的正确性及完整性分析8
1.2零件结构及结构工艺性分析9
1.3零件精度及技术要求分析9
第2章.数控设备选择10
2.1根据零件的结构及形状特点,选择机床的类型10
2.2根据零件的外形及尺寸特点,选择机床的规格10
2.3根据零件的加工精度及表面质量要求，选择机床的精度等级10
第3章.定位基准及装夹方式的确定11
3.1选择定位基准11
3.2确定工件的装夹方式12
第4章.选择对刀方式及对刀点13
4.1正确选择对刀方式13
4.2选择合理的对刀点及换刀点14
第5章.制定合理的加工方案14
5.1合理划分数控加工工序14
5.2确定各工序的工步顺序、进给路线，绘制走刀路线图。
15
5.3合理确定数控加工余量16
第7章.确定数控加工切削用量16
7.1确定背吃刀量16
7.2确定切削速度、主轴转速、进给量及进给速度16
第8章.PROENC加工仿真19
8.1PROENC加工介绍19
8.1.1NC数控加工基础知识19
8.1.2数控加工概述19
8.1.3Pro/ENC加工步骤19
8.1.4Pro/ENC加工法20
8.2PROENC加工操作步骤20
8.3加工程序（加工外轮廓）27
8.4手工编程与数控编程的区别31
总结及展望33
参考文献34
致谢35
第1章绪论
1.1本课题的研究背景
1.1.1数控系统发展简史
1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和代替脑力劳动的工具。
它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。
6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。
从此，传统机床产生了质的变化
。
近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。
1.1.2国内数控机床状况分析
近年来我国企业的数控机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。
在这些数控机床中，除少量机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用效率不高，管理方式落后的状态。
2001年，我国机床工业产值已进入世界第五名，机床消费额在世界排名上升到第三位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增长25%。
但由于国产数控机床不能满足市场的需求，是我国机床的进口额呈逐年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第2位，达24.06亿美元，比上年增长27.3%。
近年来我国出口额增幅较大的数控机床有数控车床、数控磨床、数控特种加工机床、数控剪板机、数控成型折弯机、数控压铸机等，普通机床有钻床、锯床、插床、拉床、组合机床、液压压力机、土木机床等。
出口的数控机床品种以中低档为主。
1.1.3数控系统的发展趋势
（1）继续向开放式、基于PC的第六代方向发展
基于PC所具有的开放性、低成本、高可靠性、软硬件资源丰富等特点，更多的数控系统生产厂家会走上这条道路。
至少采用PC机作为它的前端机，来处理人机界面、编程、联网通信等问题，由原有的系统承担数控的任务。
PC机所具有的友好的人机界面，将普及到所有的数控系统。
远程通讯，远程诊断和维修将更加普遍。
（2）向高速化和高精度化发展
这是适应机床向高速和高精度发展的需要。
（3）向智能化方向发展
随着人工智能在计算机领域的不断渗透和发展，数控系统的智能化程度将不断提高
。
（4）应用自适应控制技术
数控系统能检测过程中的一些重要信息，并自动调整系统的有关参数，达到改进系统运行状态的目的。
（5）引入专家系统指导加工
将熟练工人和专家的经验，加工的一般规律和特殊规律存入系统中，以工艺参数数据库为支撑，建立具有人工智能的专家系统。
（6）引入故障诊断专家系统
（7）智能化数字伺服驱动装置
可以通过自动识别负载，而自动调整参数，使驱动系统获得最佳的运行。
1.1.4国外先进机床介绍
1、新型HPM高效能加工中心
HPM（HighPerformanceMilling）高效能加工技术，可以理解为将传统加工智慧及高速加工技术的合并；HPM技术的发展是为了填充高速加工在切除量少的弱点，但同时保留高速加工可进行硬质材料加工及高工件表面光洁度
图1.1MIKRONHPM600HD高效能加工中心
的优势。
为配合HPM的发展，瑞士GF阿奇夏米尔集团—米克朗加工中心推出MIKRONHPM600HD高效能加工中心，如图1.1。
它使用了比一般铸铁吸震能力高2~4倍、变形率低4~6倍的人造花岗岩结构，底座重量达5700千克，为机床提供了一个极佳的静态刚性。
它配上了最新的向量控制的直列式电主轴，转速可达到20,000rpm，其大扭矩设计能用於去除大量切屑。
高达39kW（S6，40%，ts=2min）的最大功率在加工钢和铝材时可获得最大的去除率。
维护方面，直列式电主轴意味驱动模组和主轴模组是分开的配件组合。
因此，可以单独且经济地更换主轴模组，驱动模组则不会受影响，从而减底了因操作失误的损失。
进给系统使用了特大直径滚珠丝杠，配合直驱设计，使最大轴向推动力达6000牛顿。
驱动部分采用最新之高动态伺服马达加上机床主体极好的刚性设计，使最快进给速度达40m/min，同时轴向加速度亦能达7m/s2，亦保持了良好的工件表面光洁度，配合高分辩率光栅尺，更确保了机床的精度。
此外，机床可整合米克朗自主研发的自动托盘交换系统，使机外装夹及预设成了可能，配合自动化软件，更可实行无人操作。
MIKRONHPM600HD采用了双臂换刀装置，换刀时间可减少到1秒。
2、高产能卧式加工中心
哈斯EC-630是50-锥度，双工作台卧式加工中心，如图1.2。
它具有宽大的工作行程，一个带有数个630毫米工作台交换器和一个内置1-度工作台分度器。
可选配完全第4轴，标配带有一个50刀位的侧挂式刀库，可选配72刀位侧挂式刀库。
机床可调节至加工高度和直径均达39.4"（1000毫米），重达2645磅（1200千克）的工件。
哈斯EC-630是一款强大的配有齿轮箱的50-锥度卧式加工中心。
它的独特设计通过一个哈斯制造的高精度齿轮箱直接联接主轴与电机。
这一运行平稳的系统非常有效，并且具有极好的热稳定性。
两速齿轮箱为重力
图1.2哈斯EC-630加工中心
金属切削提供450磅-英尺的扭矩，并在精加工时能达到6,000rpm的转速。
10,000rpm主轴为可供选项。
EC-630的工作台分度系统采用高负荷、大直径、钢性齿轮，从而达到优越的强度、钢度和耐用度。
标配提供1度分度功能，可选配全4轴。
工作台采用锥体球夹头方式定位，及装夹系统固定在分度器上，可用於删性夹持，同时提供最大程度的简便性。
广受欢迎的EC-1600卧式加工中心现已添加了8"的Z轴扩展行程，将原有标准32"的Z轴行程扩展为40"。
新款EC-1600ZT具有独特的50-锥度齿轮箱，带30把刀的侧挂式刀库以及30马力的向量双驱动系统，EC-1600ZT可加工直径达74"，重达10,000磅的工件。
在重切削条下保持第4轴托盘稳定，EC-1600采用了绝佳的液压制动设计。
1,000psi的液压油被泵注入两个盘之间的密封腔，将外层盘体紧紧压在齿轮内表面上。
在装配时与齿轮壁面只有极小的间隙，因此几千分之一英寸的推动距离可产生4000磅-英尺的制动扭矩。
由於没有部件运动，系统可实现长期无故障运行。
第1章零件图的分析
1.1零件图的正确性及完整性分析
在了解零件形状和结构之后，应检查零件视图是否正确、足够，表达是否直观、清楚，绘制是否符合国家标准，尺寸、公差以及技术要求的标准是否齐全、合理等。
本次设计的工件为轴数控加工工艺规程制订，零件的图纸包括：
一张零件图。
其中零件图中的图形都是采用主视图的画法，这样就已经能够表达清楚零件的各部分尺寸。
图纸当中有对连接轴数控加工工艺规程制订各部分表面粗糙度的要求大部分为3.2μm。
1.2零件结构及结构工艺性分析
该零件连接轴数控加工工艺规程制订是由一部分组成。
零件结构工艺性好还是差对其工艺过程的影响非常大，不同结构的零件尽管都能满足使用性能要求，但它们的加工方法和制造成本却可能有很大的差别。
良好的结构工艺性就是指在满足使用性能的前提下，能以较高的生产率和最低的成本而方便地加工出来。
零件结构工艺性审查是一项复杂而细致的工作，要凭借丰富的实践经验和理论知识。
审查时，发现问题应向设计部门提出修改意见加以改进。
首先我们应当清楚工艺安排应做到正确、完整、统一和清晰，所用术语、符号、计量单位和编号都要符合相应标准。
由于该零件有外表面、台阶、切槽、外螺纹、需要加工，且各表面之间有较高的尺寸精度和长度的要求，考虑到数控机床具有在一次安装下加工出多个表面的特点，因此该零件加工适宜采用工序集中的方式，这样就使每道工序加工内容很多，工艺路线变短。
选用工序集中的方式加工不仅能够保证加工精度、充分利用了现有设备，而且也减少了工件装夹次数，利于保证表面间的位置精度，缩短了生产加工时间，大大提高了劳动生产率。
1.3零件精度及技术要求分析
零件的技术要求包括下列几个方面：
（1）加工表面的尺寸精度
（2）主要加工表面的形状精度
（3）主要加工表面之间的相互位置精度
（4）加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其他要求
（5）热处理要求
（6）其他要求（如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等）
要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在现有生产条件下能否实现。
特别要分析主要表面的技术要求，因主要表面的加工确定了零件工艺过程的大致轮廓。
该零件连接轴在加工时要保证它的各项精度指标，如：
各项尺寸精度、表面粗糙度等。
（1）首先毛坯的外形尺寸为φ50×100，加工后要求达到一定的精度要求。
（2）零件中的内螺纹要达到M30×2长13的要求。
（3）零件加工时保证不同的长度尺寸和直径尺寸及表面粗糙度要求。
（4）零件的外轮廓要光滑。
第2章.数控设备选择
2.1根据零件的结构及形状特点,选择机床的类型
由于本人设计的是轴套类零件，单件小批量生产，适合单工位连续加工，由于该件为精度要求较高、表面粗糙度要求较高、表面形状复杂的回转体零件，而数控车床刚性好，制造和对刀精度高，而毛坯的规格是φ50×100的毛坯,以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工尺寸精度要求较高、表面粗糙度要求较高、表面形状复杂的回转体的零件，在普通机床上不容易加工，所以需要采用数控车床加工。
2.2根据零件的外形及尺寸特点,选择机床的规格
（1）机床加工尺寸范围应与零件的外轮廓相适应。
（2）机床的工作精度应与工序的精度要求相适应。
（3）机床的生产效率应与零件的生产类型相适应。
（4）机床的选择应考虑车间现有设备条件,尽量采用现有设备。
本次加工的零件为回转体,长度为96毫米,最大直径为48毫米,零件是由圆圆柱、曲面、孔等组成的,形状比较复杂。
各精度要求较高。
而数控机床最大回转直径320毫米,主轴转速（rpm）：
200-2000,快速进给速度（mm/min）：
3000,最大工件距离（mm）：
750,横溜板上最大回转直径（mm）:
160数控车床可用于加工复杂轴、盘类的零件。
数控车床机床主轴采用高性能的变频无级调速驱动系统,具有过载保护功能。
数控车床步进或交流伺服驱动,进给传动采用预载荷滚珠丝杆驱动,定位精度高。
数控车床采用四工位电动刀架,适合复杂形状零件的加工。
数控机床满足所需的加工要求,学校现有设备本工件选择华中数控车床所以我采用了CK6132S卧式数控机床。
2.3根据零件的加工精度及表面质量要求，选择机床的精度等级
选择机床的精度等级应根据典型零件关键部位加工精度要求来定，数控机床精度一般可分为为普通型和精密型两种。
另外还有一些经济性数控机床配置开环伺服系统的则精度更低一些，每台机床的精度检验项目很多，但反应数控机床关键精度的项目只有几项。
一项是机床的基础部件和运动大件（如床身、立柱、工作台、主轴箱等）的直线度、平面度、垂直度等的要求，如工作台面的平面度，各坐标方向移动的直线度和相互垂直度，X、Y（立式）或X、Z（卧式）坐标方向移动时工作台面的平行度，X坐标方向移动时工作台面T型槽侧面的平行度等；另一项是对机床主轴的要求，如主轴的轴向窜动，主轴孔的径向跳动，主轴箱移动时主轴轴线的平行度，主轴轴线与工作台面的垂直度或平行度等。
由于零件的加工精度要求较高，结合实际设备的选用，我加工的零件符合普通型数控加工机床，所以我选择CK6132S来加工我所设计的零件。
第3章.定位基准及装夹方式的确定
3.1选择定位基准
（1）粗基准的选择原则
选择粗基准时，主要要求保证各加工面有足够的余量，并注意尽快获得精基面。
本综合轴的加工应遵循的原则有：
（1）合理分配加工余量原则
（2）保证零件相互位置要求原则
（3）夹紧原则
（4）不重复使用原则
本次设计的连接轴粗基准的选择遵循的是合理分配加工余量原则，所选的基准为零件的外圆柱表面。
2）精基准的选择原则
选择精基准时，主要考虑保证加工精度。
本综合轴数控加工工艺规程制订的加工应遵循的原则有：
（1）基准重合原则综合轴数控加工工艺规程制订为轴类零件即选用外表面基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合误差。
（2）自为基准原则选择加工表面本身作为定位基准，本零件对加工表面没有太高的尺寸精度要求，所以不必考虑此原则。
（3）互为基准原则当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。
（4）所选精基准应保证工件安装可靠，夹具设计简单、操作方便。
无论是精基准还是粗基准的选择，上述原则都不可能同时满足，有时还相互矛盾的，因此，选择根据实际情况分析，权衡利弊，保证其主要要求。
本次设计的连接轴数控加工工艺规程制订精基准的选择遵循的是基准重合原则，连接轴数控加工工艺规程制订轴类零件即选用外表面基准作为定位基准，以避免定位基准与设计基准不重合误差。
由于毛坯已经确定采用钢棒，比较适用于尺寸较小、精度较高的毛坯。
钢料的毛坯精度较高,硬度较大，外圆柱表面的毛坯余量均匀。
所以，可以直接采用钢料的外圆柱表面作为粗加工定位基准。
以毛坯的外圆柱表面作为粗定位基准，加工出零件的精加工定为基准。
这样可以确保重要表面的精加工余量，采用外圆柱表面作为粗加工定位基准，达到了简单、方便、快捷的目的。
缩短了加工时间，提高了生产效率。
3.2确定工件的装夹方式
常用装夹方式
1．在三爪自定心卡盘上装夹
三爪自定心卡盘的三个爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。
三爪自定心卡盘装卡工件方便、省时，自动定心好，但夹紧力较小，所以适用于装夹外形规则的中小型工件。
三爪自定心卡盘可装成正爪或反爪两种形式。
反爪用于装夹直径较大的工件。
用三爪自定心卡盘装夹精加工后的表面时，被夹住的工件表面应包一层铜皮，以免夹伤工件表面。
2.在两顶尖之间装夹
对于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。
两顶尖装夹工件方便，不需要找正，装夹精度高，但必须先在工件的两端面钻出中心孔。
该装夹方式适用与多工序加工或精加工。
3.用卡盘和顶尖装夹
用两顶尖装夹工件虽然精度高，但刚性差。
因此，车削质量较大工件时要一端用卡盘夹住，另一端用后顶尖支撑。
为了防止工件由于切削力的作用而产生轴向位移，必须在卡盘内装一限位支撑，或利用工件的工作台面限位。
这种方法比较安全，能承受较大的轴向切削力，安装刚性好，轴向定位准确，所以应用广泛。
4.用双三爪自定心卡盘装夹
对于精度要求较高、变形要求小的细长轴类零件可采用双主轴驱动式数控车床加工，机床两主轴轴线同轴、转动同步，零件两端同时分别有三爪自定心卡盘装夹并带动旋转，这样可以减少切削加工时切削力矩引起的工件扭转变形。
通过对零件图的分析,我设计的零件为了方便加工,选用三爪卡盘装夹即可。
第4章.选择对刀方式及对刀点
对刀点是用来确定刀具与工件的相对位置的关系点,是确定共建坐标系与机床坐标系的关系点。
对刀就是将刀具的刀位点置于对刀点上，以便建立工件坐标系。
本零件采用手动对刀。
4.1正确选择对刀方式
对刀方式分为机内对刀和机外对刀,本次因为加工的使用的刀具比较少,所以采用机内对刀。
对刀方法
1．试切对刀
采用G92指令建立工件坐标系对刀
采用G54～G59零点偏置指令建立工件坐标系对刀
改变参考点位置，通过回参考点直接对刀
多刀加工时的对刀—利用刀具长度补偿功能对刀
2．机外对刀仪对刀
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