数控技术课程设计说明书.docx
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数控技术课程设计说明书
《数控编程》课程设计
姓名：
武刚刚
系别：
机电工程学院
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
12级机自专升本1班
指导教师：
陈小静
学号：
12042010119
新乡学院
2013年12月
前言
数控加工作为机械制造业中先进生产力的代表，经过十余年的引进与发展，已经在汽车、航空、航天、模具等行业发挥了巨大的作用。
它推动了企业的技术进步和经济效益的增长。
数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程，它的主要任务是计算加工走刀中的刀位点。
刀位点一般取为刀具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。
随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主题。
高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。
而对于数控加工，无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工技术方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需要一些处理。
并在加工过程掌握控制精度的方法，才能加工出合格的产品。
数控编程课程设计是我们机械设计制造及其自动化专业切削方向学生在学习完本科大纲要求的“数控编程”“工艺设计”后进行的一次综合性课程设计。
本课程设计的目的在于通过编程，并在数控加工仿真软件中进行仿真，使我们熟悉数控车床编程流程。
当然，由于水平有限，在设计中有很多纰漏，恳请老师指正。
1.课程设计任务书
1.1、目的与要求
数控技术课程设计是学习数控技术课程后进行的一个重要的实践教案环节，可提高学生的数控编程能力，加深对数控原理及数控机床结构的理解，为学生进一步学习数控机床知识及从事相关工作打下基础。
教案目的：
本课程设计是学完数控技术之后，进行的实践性教案环节，它一方面要求学生能根据零件图，编制数控加工工艺，用ISO码编制数控加工程序，熟悉加工程序输入、检查、编辑及执行的方法，另一方面，为今后的毕业设计、今后从事数控加工进行一次综合训练。
培养学生运用理论知识独立解决有关本课程实际问题的能力，使学生更深入掌握数控编程方法、数控原理等方面的知识。
使学生掌握数控加工工艺制定、手工编程方法。
掌握插补，刀补的使用方法。
基本要求：
掌握数控加工工艺特点及工序划分方法；掌握数控车床、铣床的手工及计算机辅助程序编写方法；掌握数控加工仿真的使用方法等。
1.2、课程设计内容
根据相关的零件图及技术要求，进行相关数控加工工艺的制定，并用FUNUC数控系统（车削数控系统和铣削数控系统及加工中心）的编程指令编程，最后通过数控加工仿真软件加工出工件。
1.3、课程设计步骤与方法
1、绘制零件图（手绘或CAD制图）；
2、根据零件图样要求、毛坯情况，确定工艺技术方案及加工路线；
3、选择机床设备；选择刀具；确定定位技术方案，选择或设计夹具确定切削用量；确定工件坐标系；
4、对刀点和换刀点；制定加工工艺规程；
5、编写程序；
6、用加工仿真软件进行加工仿真；
1.4、课程设计说明书与图纸
1、零件图一张（手绘或CAD制图），加工工艺卡一套（包括工序卡、刀具卡、走刀路线卡等），手工编程（至少50行），
2、设计说明书一份，包括课程设计目的，本人的设计任务，设计步骤，结论，心得体会和建议；说明书中要有相关过程截图，包括：
机床图，毛坯图、刀具图、走到路线图、每个工步、工序加工最终图。
加工仿真视频一份。
1.5、课程设计进度表
序号
内容
所用时间（天）
1
数控编程讲解、准备有关资料
0.5
2
绘制零件图
1
3
分析零件数控加工工艺
1
4
设计数控加工工艺卡
1
5
编写数控加工走刀路线图
1
6
编写数控加工程序
1
7
上机调试程序，加工仿真
3
8
编写设计说明书
1
9
答辩
0.5
合计
10
2.零件的数控工艺分析
2.1、工艺分析
2.1.1、分析零件图样
该零件表面由圆柱、圆锥、圆弧球面、螺纹等表面组成。
其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求，圆锥面的锥角有公差的要求，还有C2的倒角。
尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
零件的材料为35钢，加工前需要进行调质处理，并且两端面及中心孔已由普通机床加工好，毛坯的长度为零件上的尺寸，即长度的尺寸已经在进行数控加工前加工好了。
2.1.2、选择毛坯
毛坯的种类和质量对零件加工质量、生产率、材料消耗以及加工成本有密切关系。
轴类零件的毛坯类型和轴的结构有关。
一般光轴或直径相差不大的阶梯轴可用热轧或冷拔的圆棒料；直径相差较大或比较重要的轴，大都采用锻件；少数结构复杂的大型轴，也有采用铸钢的。
分析该零件的特点，可知大部分的直径相差都不是特别大，而且考虑到编程方便的原则，应采用圆棒料作为本零件的毛坯，毛坯的材料为35钢，长度选取182mm，直径为54mm。
2.1.3、拟定工艺路线
工艺路线是工艺规程的主干，它合理与否将直接影响整个零件的机械加工质量、生产率和经济性。
因此，工艺路线的拟定是制定工艺规程的关键性一步，在具体工作中，应在充分分析的基础上，提出几个技术方案，通过比较，选择最佳的工艺路线。
2.1.4、零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则
（1）零件图样上尺寸标注方法应该适应数控加工的特点
图1零件图
由零件图的分析可知，该零件必须经过两次装夹，所以就要在加工过程中进行工件的调头，所以零件的标注采用了两个基准以便两次装夹后便于编程和加工。
上一页是适合数控加工用的具体的零件图图1。
（2）构成零件轮廓的几何要素条件要充分
零件中由球面、锥面、圆柱面及螺纹等组成，没有特别复杂的非圆曲线，便于进行手工编程计算相关的基点，重点计算图2中的两个切点的坐标，即两个圆弧相切的点，圆弧和直线相切的点。
2.1.5、零件加工部位的结构工艺性
图2基点图
零件的外形有螺纹、圆弧、槽等特殊的平面，需要四把不同的车刀才能完成零件的加工；原始的零件螺纹后面的退刀槽的宽为5mm，与另一端的两个槽宽相同均为3mm，这样的话仅仅切槽就需要两把车刀，不便于进行加工编程。
所以在不影响零件正常使用又能保证零件能够加工出来的情况下，允许将原来的5mm的槽改为3mm的槽，可以减少刀具的使用。
2.1.6、加工方法的选择与加工技术方案的确定
（1）加工方法的选择
数控车床主要用于轴类、套类和盘类等回转体零件的加工。
由于这些零件的径向尺寸，无论是图样尺寸还是测量尺寸，都是以直径来表示的，所以数控车床也采用直径编程方式，即规定用绝对值编程时，X为直径；用相对值编程时，则以刀具径向实际位移量的二倍为编程值。
对于不同的数控车床、数控系统，其编程基本上是相同的，个别有差异的地方，要参照具体机床的用户手册或编程手册。
分析零件可知，零件轴上有圆弧面、圆锥面、螺纹、槽，选用车削加工的方法完全能够保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求，不需要再辅助以其他的加工方法。
因此，选择数控车床进行该零件的加工。
（2）加工技术方案的确定
对于轴上左端的Ф30mm和Ф45mm的外圆柱的加工精度比较高，以及圆锥部位还有角度方面的误差，精度要求也相对较高，应采用粗车、精车的加工方法，只是这个部位的进给量选择的比其他外圆面处的要小一些。
其他部位的加工方法也采用粗车、精车的加工方法。
这样的话，不仅可以保证加工质量，也便于手工编程。
2.1.7、工序与工步的划分
（1）工序的划分
按所用刀具和加工部位划分工序
工序一车左半部分外轮廓；
工序二切左半部分的两个3mm的槽；
工序三车右半部外轮廓；
工序四切右半部分螺纹尾部的3mm的槽；
工序五车螺纹尾部的2×2的倒角；
工序六车螺纹。
（2）工步的划分
从工件的尺寸精度和表面粗糙度的要求来分析，可以将工序划分为粗车、精车两个工步，这样既便于编写程序，也能实现加工的要求，只是对某些部位的要求比较高时可以在选择切削用量的时候，把切削用量制定的比其他部位的要更合理，并且能够实现加工精度。
2.2、工件定位与装夹
2.2.1、采用统一的基准定位
由于零件是轴，所以采用外圆进行定位，定位的基准为轴的中心线，能够保证统一的基准定位的原则，即使是需要多次装夹也不会影响定位。
零件上的公差等级为IT7级，数控车床的精度可以达到所要求的加工精度及尺寸公差。
零件上有一个用来调节的尺寸，在零件上没有标注出该位置的轴向尺寸，此处的位置是圆锥面。
2.2.2、零件的安装和夹具的选择
由于工件的加工批量不大，并且以轴线作为定位基准，夹紧时作用点在外圆柱面上，并且应用顶尖辅助装夹以减小零件变形，因此可以选用车床上的通用夹具三爪自定心卡盘装夹，能够降低费用。
能完全满足加工的要求，同时可以缩短生产准备时间，提高生产效率。
2.3、机床的合理选用
图3零件批量与加工费用的关系
首先由零件图的分析可知，零件的外形稍微复杂一些，并且属于轴类零件，应该选择数控车床进行加工；已知零件的加工数量为60，根据图3应选择数控机床加工，会使综合费用比较低，能够获得比较好的经济效益。
数控机床的数控系统的品种也是比较多的，但是比较成熟和常用的数控系统主要有日本的FANUC公司的数控系统和德国SIEMENS公司生产的数控系统，还有一些国产的数控系统，例如华中数控系统。
其中日本的FANUC系统系列比较多，具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点，在中国的应用也比较多；德国的SIEMENS系统装置采用模块化结构设计，经济性好，在一种规范硬件上配置多种软件，使其具有多种工艺类型，可以满足各种机床的需求。
虽然中国也有自己的系统，但是，品种比较少，适用性也不如国外的系统。
综合分析，为保证加工精度和加工质量，以及从经济性方面来考虑的话，选择日本的FANUC系统比较好，然而比较重要的是我们教案采用的就是FANUC系统，用起来比较方便，所以最终选择FANUC系统中数控车的系统（FANUC-OiT）。
2.4、选择刀具和确定切削用量
2.4.1、切削用量选择原则
数控车床加工中的切削用量包括背吃刀量、主轴转速或切削速度（用于恒线速切削）、进给速度或进给量。
上述切削用量应在机床说明书给定的允许范围内选取。
（1）背车刀量的确定
在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。
当零件精度要求高时，则应考虑适当留出精车余量，其所留精车余量一般比普通车削时所留余量少。
（2）主轴转速的确定
1）光车时主轴转速
光车时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。
切削速度除了计算和查表外，还可根据实践经验确定。
需要注意的是交流变频调速数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。
切削速度确定之后，就可以计算主轴转速了。
2）车螺纹时主轴转速
在切削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距（或导程）的大小、驱动电机的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。
（3）进给转速的确定
进给速度的确定是指在单位时间内刀具沿进给方向移动的距离（单位为mm/min）。
有些数控车床规定可以选用进给量（单位为mm/r）表示进给速度。
1）确定进给速度的原则
a、当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产率，可以选择较高（2000mm/min以下）的进给速度。
b、切断、切削深孔或精车时，宜选择较低的进给速度。
c、刀具空行程，特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。
d、进给速度应与主轴转速和背车刀量相适应。
2）进给速度的计算
单向进给速度的计算：
单向进给速度包括纵向进给速度和恒向进给速度，其值可根据进给量计算而得。
进给量在粗车时一般取为0.3～0.8mm/r，精车时常取0.1～0.3mm/r，切断时常取0.05～0.2mm/r。
合成进给速度的计算：
合成进给速度是指刀具作合成（斜线及圆弧插补等）运动时，如加工斜线及圆弧等轮廓零件时的进给速度，这时刀具的进给速度由纵、横两个坐标轴同时运动的速度决定。
由于计算合成进给速度的过程比较烦琐，所以，除特别需要外，在编制加工程序时，大多凭实践经验或通过试切确定速度值。
2.4.2、确定合理的切削用量
（1）背吃刀量的选择
粗车循环时，确定其背车刀量
=1.5mm；精车时
=0.4mm。
（2）主轴转速选择
车直线和圆弧轮廓时查表取粗车切削
=90m/min，精车的切削速度
=120m/min。
而主轴转速则根据坯件直径（精车时取平均直径）进行计算，并结合机床说明书选取：
粗车时，主轴转速n=500r/min；精车时，主轴转速n=900r/min。
车槽和倒角时，取主轴转速n=400r/min；车螺纹时取主轴转速n=500r/min。
（3）进给速度的选择
粗车时，选取进给量f=0.5mm/r；重要部位精车时，选取进给量f=0.08mm/r；其他部位精车时，选取进给量f=0.1mm/r；车槽和倒角时，选取进给量f=0.05mm/r；车螺纹时，选取进给量f=2mm/r。
以上切削用量的确定，均由《切削用量手册》和《数控车床》中查相关表得到，大多为经验值。
2.4.3、制定数控加工工艺过程卡片、工序卡片、刀具明细表
数控加工工艺过程卡、工序卡片、刀具明细表等参见另外附加的详细参数卡片。
2.5、确定走刀路线
走到路线是指加工过程中刀具（严格说是刀位点）相对于被加工零件的运动轨迹。
即刀具从对刀点（或机床原点）开始运动起，直到返回该点并结束程序所经过的路径，包括切削加工路径及刀具引入、返回等非切削空行程。
确定走刀路线，主要是确定粗加工及空行程的走刀路线，因为精加工切削过程的走刀路线基本上是沿零件轮廓进行的。
在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路线，这样可以节省整个加工过程执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部位的磨损。
3.轨迹坐标的计算
3.1、基点坐标计算
数控机床一般只有平面直线和圆弧插补功能，该轴零件由直线和圆弧组成的平面轮廓，编程时数值计算的主要任务是求各基点的坐标。
在该零件加工时，把零件分成左半部分和右半部分两个部分分别加工，也就需要两次装夹，因此每次装夹后需要重新对刀，分别在两部分分别设定了不同的坐标原点，所以基点的坐标计算也是分别在两个坐标下分别计算的。
3.1.1、左半部基点坐标计算
左半部分图形参见图4
图4左半部图
参考点M1（160.0,50.0）
由于都是直线组成，不需要计算，直接由图和工作坐标系可得各坐标基点。
A1（54.0,0）对刀点
4（45.0，-38.0）
8（45.0，-46.0）
12（45.0，-54.0）
1（26.0,0）
5（45.0，-43.0）
9（45.0，-51.0）
13（45.0，-58.0）
2（30.0，-2.0）
6（39.0，-43.0）
10（39.0，-51.0）
14（37.0，-80.7）
3（30.0，-38）
7（39.0，-46.0）
11（39.0，-54.0）
15（37.0，-96.7）
3.1.2、右半部基点坐标计算
右半部分图形参见图5
图5右半部图
参考点M2（160.0,150.0）
这部分的主要计算位置在点7和点8处的基点坐标，下面是这两点坐标计算的过程，计算辅助图6，并且假设SR26的圆心为坐标原点O。
作图可得：
△O1BC与△O1AO2相似，已知O1O2=34，O1C=26，O2A=26。
→
可知点C处的Y轴的坐标值为
带入大圆的方程
图6基点计算图
中，得C点的坐标为（16.7539,19.8824），将C点的坐标值带入小圆的方程，假设O2的坐标为（a,26）可得小圆方程为
，C点的值带入后得a=21.9089，从而计算出D点的坐标为（21.9089,18），其中C点和D点的坐标需要进行一下坐标的平移和坐标轴的对换，就可以得到加工工件坐标系中的7点和8点的坐标了。
整理后得到的坐标为7点的为（36.0,40.1089），8点的为（39.7648,34.9539）。
得到各基点的坐标为
A2（54.0,85.3）对刀点
4（21.0,50.3）
8（39.7648,34.9539）
1（21.0,85.3）
5（20.0,47.3）
9（37.14,0）
2（25.0,83.3）
6（36.0,47.3）
10（25.0,47.3）
3（25.0,52.3）
7（36.0,40.1089）
4.数控加工程序的编制
4.1、左半部分程序的编制
4.1.1、车左端外轮廓
N20T0101
N25T01
N30G96S900M03
N40G54X160.0Z50.0
N50G00X54.0Z0
N55G71U1.5R1.0
N60G71P70Q135U0.4W0.2F0.5S500
N70G00X26.0Z0S900
N80G01X30.0Z-2.0F0.08
N90X30.0Z-38.0
N100X45.0Z-38.0
N110X45.0Z-58.0
N120X37.0Z-80.7
N130X37.0Z-96.7
N135X54.0
N140G70P70Q135
N150G00X160.0Z50.0M05
N160M00
4.1.2、车左端的两个槽
N165G55X160.0Z50.0
N170T0202S400M03
N175T02
N180G00X60.0Z-46.0
N190X45.0
N200G01X39.0Z-46.0F0.05
N210G04X1.0
N220G00X60.0Z-46.0
N235X45.0Z-54.0
N240G01X39.0Z-54.0
N250G04X1.0
N255G00X60.0Z-54.0
N260G00X160.0Z50.0M05
N270M30
4.2、右半部分程序的编制
4.2.1、车右端外轮廓
N25T0101
N30T01
N35G54X160.0Z150.0
N40G96S500M03
N50G00X54.0Z85.3
N55G71U1.5R1.0
N60G71P70Q140U0.5W0.1F0.5
N70G00X21.0Z85.3S900F0.1
N80G01X25.0Z83.3
N90Z47.3
N100X36.0
N110X36.0Z40.1089
N120G02X39.7648Z34.9539R8.0
N130G03X37.14Z0R26.0
N135G01X37.14Z-1.0
N140G01X54.0Z0
N150G70P70Q140
N160G00X160.0Z150.0M05
N170M00
4.2.2、车右端的槽
N175G55X160.0Z150.0
N240T0202S400M03
N245T02。
N250G00X36.0Z47.3
N260X25.0
N270G01X20.0Z47.3F0.05
N280G04X1.0
N285G00X54.0Z47.3
N290X160.0Z150.0M05
N300M00
4.2.3、车右端的螺纹尾部倒角
N310T0101S400M03
N315T01
N320G00X25.0Z55.0
N325Z52.3
N330G01X21.0Z50.3F0.05
N335G00X36.0Z50.3
N340X160.0Z150.0M05
N350M00
4.2.4、车右端的螺纹
N355G56X160.0Z150.0
N360T0303
N365T03
N365G97S500M03
N370G00X82.835Z90.3M08
N375G76P040260Q1000R0.1
N380G76X22.835Z50.3P1072.5Q0.5F2.0
N390G00X160.0Z150.0M05
N400M30
5.加工程序的调试及运行结果
5.1、仿真软件简介
南京斯沃软件技术有限公司开发FANUC、SINUMERIK、MITSUBISHI、广州数控GSK、华中世纪星HNC、北京凯恩帝KND、大连大森DASEN数控车铣及加工中心仿真软件，是结合机床厂家实际加工制造经验与高校教案训练一体所开发的。
通过该软件可以使学生达到实物操作训练的目的，又可大大减少昂贵的设备投入。
斯沃数控仿真软件具有FANUC、SINUMERIK、MITSUBISHI、广州数控GSK、华中世纪星HNC、北京凯恩帝KND系统、大连大森DASEN编程和加工功能，学生通过在PC机上操作该软件，能在很短时间内掌握各系统数控车、数控铣及加工中心的操作，可手动编程或读入CAM数控程序加工，教师通过网络教案，可随时获得学生当前操作信息，根据学生掌握的情况进行教育，既节省了成本和时间，从而提高学生的实际操作水平。
5.2、加工仿真过程叙述
5.2.1、打开斯沃数控仿真软件
先选择单机版，在下拉对话框中选择FANUCOiT，然后单击运行即可进入数控车床仿真界面。
下面即为数控数控车床的数控仿真界面，上面有控制面板、右显示器、输入键盘，以及数控车床的仿真三维图形。
5.2.2、程序导入
先单击红色按钮
使机床运行，然后单机面板上手动输入键
，接着在小键盘上单击按键
，用小键盘输入O××××（例如O0001），继续单击按键
即完成程序段的登记；单击“文件”菜单中的“打开”子菜单，选择所要导入的程序文件，就可以加载程序了。
此时程序已经导入了仿真机床。
5.2.3、设置毛坯
单击菜单中的“工件操作”中的“毛坯设置”子菜单，接着输入所要设定的毛坯类型、材料、尺寸，然后后选择“更换工件”单选框，单击“确定”按钮即可完成毛坯的设置。
5.2.4、选择并装入刀具
单击菜单中的“机床操作”中的“刀具经管”子菜单，选择需要的刀具，有些刀具参数不满足需要，可以进行修改，然后把选择好的刀具添加到刀架上即可。
刀架可以在机床的设置里面选择用四方刀架还是八方刀架，不同的刀架所能添加的刀具的数量是不同的，对于在车削加工时所用的刀具比较多的时候，可以选择用八方刀架，一般都会选用四方刀架。
由于斯沃里面的刀具库中的刀具比较少，有必要的话可以从网上下载相关的刀具库进行安装，这样可以的到所要用的刀具，下面是刀具库经管的界面。
5.2.5、对刀
单击快捷键
，里面有“快速定位”的选项点击进入，如下图
可以选择端面的轴心出对刀，也可以选择端面外圆处的点进行对刀，根据不同的需要进行对刀，一般选择轴线处进行对刀；但是，有些刀具无法定位到中心线上，只能用端面外圆处的点进行定位对刀。
选择完后，单击小键盘上的按键
，然后在显示器的下方点击“坐标系”，即可进行对刀了。
对刀界面如下图。
对刀完成之后，将刀具回零点，接着就可以进行仿真加工了。
5.3、加工仿真结果
5.3.1、机床相关截图
（1）机床截图
（2）毛坯截图
（3）刀具截图
1）90度车刀
2）切槽刀
3）螺
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