数控车床零件加工及工艺方案设计书大学本科方案设计书1.docx
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数控车床零件加工及工艺方案设计书大学本科方案设计书1
毕业论文
论文题目：
数控车床零件加工及工艺设计
班级：
大专12数控
专业：
数控技术与应用
学生姓名：
许二彬
指导教师：
林奕滔
日期:
2013年4月20日
目录
摘要…………………………………………………….…….....1
一、数控机床简介…….………..……………………………………2
二、数控激光的概念…………….…………………………………..3
三、数控机床的特点…………………………..……………….3
四、数控车削加工………………………………………………….4
五、数控车床加工程序编制………………………………….……5
六、数控车床的组成和基本原理………………….………………5
七、数控车床安全操作规………………….…………..………….…6
八、数控车床坐标的确定………………………..….……..….……6
九、运动方向的规定………………………………….……..………7
一十、轴类零件的编程与加工…………………….………….….……..7
一十一、简单套类零件的编程与加工…………………………...……13
一十二、简单的盘类零件的编程与加工…………………….……..…18
结束语……………………………..…………………….………25
参考文献……………………………….…………….…………25
数控车床零件加工及工艺设计
摘要
在车床上，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸，把它加工成符合图纸的要求。
车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。
车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。
车削是最基本、最常见的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位。
车削适于加工回转表面，大部分具有回转表面的工件都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等，所用刀具主要是车刀。
在各类金属切削机床中，车床是应用最广泛的一类，约占机床总数的50%。
车床既可用车刀对工件进行车削加工，又可用钻头、铰刀、丝锥和滚花刀进行钻孔、铰孔、攻螺纹和滚花等操作。
按工艺特点、布局形式和结构特性等的不同，车床可以分为卧式车床、落地车床、立式车床、转塔车床以及仿形车床等，其中大部分为卧式车床。
数控车削加工是现代制造技术的典型代表，在制造业的各个领域如航天、汽车、模具、精密机械、家用电器等各个行业有着日益广泛的应用，已成为这些行业不可或缺的加工手段。
为了子数控机床上加工出合格的零件，首先需根据零件图纸的精度和计算要求等，分析确定零件的工艺过程、工艺参数等内容，用规定的数控编程代码和格式编制出合适的数控加工程序。
编程必须注意具体的数控系统或机床，应该严格按机床编程手册中的规定进行程序编制。
但从数控加工内容的本质上讲，各数控系统的各项指令都是应实际加工工艺要求而设定的。
由于本人才疏学浅，缺乏知识和经验，在设计过程中难免出现不当之处，望各位给予指正并提出宝贵意见。
关键词：
车削加工刀具零件的工艺过程工艺参数程序编制
一．数控机床的简介
数控机床是一种用电子计算机和专用电子计算装置控制的高效自动化机床。
主要分为立式和卧式两种。
立式机床装夹零件方便，但切屑排除较慢；卧式装夹零件不是非常方便，但排屑性能好，散热很高。
数控铣床分三坐标和多坐标两种。
三坐标机床（X、Y、Z）任意两轴都可以联动，主要用于加工平面曲线的轮廓和开敞曲面的行切。
多坐标机床是在三坐标机床的基础上，通过增加数控分度头或者回转工作台，成为4坐标或者5坐标机床（甚至多坐标机床）。
多坐标机床主要用于曲面轮廓或者由于零件需要必须摆角加工的零件，如法向钻孔，摆角行切等。
摆角形式4坐标的主要为A或B；5坐标机床主要为AB，AC，BC，可根据零件要求选用。
摆角大小由加工的零件决定。
数控机床从组成来看，主要分为以下两方面：
1.机床本身技术参数
（1）作台工：
零件加工工作平台，尺寸大小应根据加工零件的大小进行选用。
（2）T形槽：
工作台上的T形槽主要用于零件的装夹，其中T形槽的槽数、槽宽、相互间距，需要根据加工工件的特点进行规定。
（3）主轴：
主轴形式，主轴孔形式等，
（4）进给范围：
机床XYZ三个方向的可移动距离（行程），移动速度的大小；摆角（ABC）的摆动范围，摆动的速度
（5）主轴的旋转：
主轴的转速，主轴的功率，伺服电机的转矩等
2．数控系统
数控系统是数控机床的核心。
现代数控系统通常是一台带有专门系统软件的专用微型计算机。
它由输入装置、控制运算器和输出装置等构成，它接受控制介质上的数字化信息，通过控制软件和逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分，进行规定、有序的动作。
作为用户，在考虑数控系统的时候，最关心的是系统的可靠性、可能和优越的性价比，因此应该考虑以下几个方面：
（1）分辨率分辨率越高，可以清楚的进行控制，适合工业环境使用。
（2）控制轴数和联动轴数应和购买的机床相配合，符合购买的机床情况。
（3）标准（基本）功能项目功能越全越好，结合机床使用而定，特别是一些自动补偿、自适应技术模块等先进的检测、监控系统：
红外线、温度测量、功率测量、激光检测等先进手段的采用，将在一定程度上大大提高机床的综合性能，保证机床更加可靠精确地自动工作
二．数控加工的概念
数控机床工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。
所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。
数控加工一般包括以下几个内容：
（1）对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分；
（2）利用图形软件（PRO/EUG）对需要数控加工的部分造型；
（3）根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工、半精加工、精加工轨迹）；
（4）轨迹的仿真检验；
（5）生成G代码；
（6）传给机床加工。
三．数控机床的特点
1.具有高度柔性
在保证工件表面精度，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。
因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。
也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。
2．加工精度高
数控机床的加工精度，一般可达到0.005～0.1mm，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为0.001mm），而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此，数控机床定位精度比较高。
3．加工质量稳定、可靠
加工同一批零件，在同一机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。
4.生产率高
数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产效率。
5.改善劳动条件
数控机床加工前经调整好后，输入程序并启动，机床就能自动连续的进行加工，直至加工结束。
操作者主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。
另外，机床一般是封闭式加工，即清洁，又安全。
6.利于生产管理现代化
数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。
数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。
四．数控车削加工
车削加工是切削加工中最基本的一种加工方法，它是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动来加工工件的，因此车削加工是机械加工中运用最广泛的加工方法，车床占切削加工机床总数的40﹪左右。
1.数控车床的分类
.按数控系统的功能分：
全功能型数控车床；
经济型数控车床
．按主轴的配置形式分：
卧室数控车床；
立式数控车床
．按数控系统控制的轴数分：
两轴控制的数控车床；
四轴控制的数控车床
2.数控车削加工的主要对象
数控车床主要用于加工轴类、盘状类等回转体零件，通过执行数控程序，可以自动完成外圆柱面、成形表面、螺纹、端面等工序的切削加工，并能进行车操、钻孔、扩孔、铰孔等工作。
根据数控加工的特点，数控车床最适合切削具有以下要求和特点的回转体零件
.精度要求高的回转体零件
．表面形状复杂或难以控制尺寸的回转体零件
．表面粗糙度要求好的回转体零件
．带特殊螺纹的回转体零件
3.数控车削中的加工工艺分析
数控加工以数控机床加工中的工艺问题为主要研究对象，以机械制造中的工艺理论为基础，结合数控机床的加工特点，综合运用多方面的知识来解决数控加工中的工艺问题。
工艺制定的合理与否，对程序编制、机床的加工效率、零件的加工精度都有极为重要的影响。
五．数控车床的加工程序编制
数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。
数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转车削工件。
通过数控加工程序的运行
，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔以及铰孔等工作。
车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。
1.数控程序编制的基本方法：
⑴分析零件图样和制定工艺方案
⑵数学处理
⑶编写零件加工程序
⑷程序检验
2.数控程序编制的方法：
手工编程;计算机自动编程
3.车床的工艺装备：
由于数控车床的加工对象多为回转体，一般使用三爪卡盘夹具。
4.控车床刀具的选刀过程：
第一条路线为：
零件图样、机床影响因素、选择刀杆、刀片夹紧系统和选择刀片形状，主要考虑机床和刀具的情况；第二条路线为：
工件影响因素、选择工件材料代码、确定刀片的断屑槽形代码，这条路线主要考虑工件的情况。
数控车床的编程特点：
加工坐标系：
机床坐标系是以机床原点为坐标系原点建立起来的Ｘ、Ｚ轴直角坐标系，成为机床坐标系。
车床的机床原点为主轴旋转中心与卡盘后端面之交点。
机床坐标系是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础，一般不允许随意变动。
加工坐标系与机床坐标系方向一致；
直径编程方式：
在车削加工的数控程序中，X轴的坐标值为零件图样上的直径值；
进刀与退刀方式：
快速走刀。
六.数控车床的组成和基本原理
虽然数控车床种类较多，但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成。
1．车床主体：
车床主体是实现加工过程的实际机械部件，主要包括主运动部件（如卡盘、主轴等）、进给运动部件（如工作台、刀架等）、支承部件（如床身、立柱等），以及冷却、润滑、转位部件和夹紧、换刀机械手等辅助装置。
1.数控装置和伺服系统
⑴数控装置：
它的核心是计算机及运行在其上的软件，它在数控车床中起“指挥”作用。
数控庄子接收由加工程序送来的各种信息，并经处理和调配后，向驱动机构发现执行命令。
在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，以便经处理后发出新的执行命令。
⑵伺服系统：
它通过驱动电路和执行文件（如伺服电机）。
准确地执行数控装置发出的命令，成数控装置所要求的各种位移。
数控车床的进给传动系统常用进给伺服系统代替，因此也常称为进给伺服系统。
七．数控车床安全操作规程
1.开机前应对数控机床进行全面细致的检查，内容包括操作面板、导轨面、卡爪、尾座、刀架、刀具等，认无误后方可操作。
2.数控机床通电后，检查各开关、按钮和按键是否正常、灵活、机床有无异常现象。
3.程序输入后，应仔细核对代码、地址、数值、正负号、小数点进行认真的核对。
4.正确测量和计算工件坐标系。
并对所得结果进行检查
5.输入工件坐标系，并对坐标。
坐标值、正负号、小数点进行认真的核对。
6.未装工件前，空运行一次程序，看程序能否顺利进行，刀具和夹具安装是否合理，有无“超⑴
7.试切削时快速倍率开关必须打到最低挡位。
8.试切削进刀时，在刀具运行至工件30～50㎜处，必须在进给保持下，验证Z轴和X轴坐标剩余值与加工程序是否一致。
9.试切削和加工中，刃磨刀具和更换刀具后，要重新测量刀具位置并修改刀补值和刀补号。
10.程序修改后，要对修改部分仔细核对。
11.必须在确认工件夹紧后才能启动机床，严禁工件转动时测量、触摸工件。
12.操作中出现工件跳动、打抖、异常声音、夹具松动等异常情况时必须停车处理。
13.紧急停车后，应重新进行机床“回零”操作，才能再次运行程序。
八、数控车床坐标系的确定
1.机床坐标系：
数控机床上的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系。
2.机床参考点：
参考点也是机床上的一个固定点，它是用机械挡块或电气装置来限制刀架移动的极限位置。
它的主要作用是用来给机床坐标系一个定位。
3.工件坐标系：
工件坐标系是编程人员在编程时设定的坐标系，也称为编程坐标系。
⑴工件坐标系原点：
在进行数控编程时，首先要根据被加工零件的形状特点和尺寸，将零件图上的某一点设定为编程坐标原点，该点称编程原点。
从理论上将，工件坐标系的原点选在工件上任何一点都可以，但这可能代理啊繁琐的计算问题，增添编程困难。
为了计算方便，简化编程，通常是把工件坐标系的原点选在工件的回转中心上，具体位置可考虑设置在工件的左端面（或右端面）上，尽量使编程基准与设计基准、定位基准重合。
⑵对刀：
机床坐标系是机床唯一的基准，所以必须要弄清楚程序原点在机床坐标系中的位置，通过对刀完成。
对刀的实质是确定工件坐标系的原点在机床坐标系中唯一的位置。
对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。
对到的准确性决定了零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。
⑶换刀：
当数控机床加工过程中需要换刀时，在编程时就应考虑选择合适的换刀点。
所谓换刀点是指刀架转位换刀的位置，当数控车床确定了工件坐标系后，换刀点可以是某一固定点，也可以是相对工件原点任意的一点。
换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位换刀时不碰工件及其他部位谓准。
九、运动方向的规定
1.Z与主轴轴线重合，即Z轴远离工件像尾座移动的方向为正方向（即增大工件和刀具之间距离），向卡盘移动为负。
2.X轴垂直于Z轴，X坐标的正方向是刀具离开旋转中心线的方向。
十．轴类零件的编程与加工
1）、工艺规程制定
（1）、零件图工艺分析。
该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、你圆弧等表面组成。
其中有的直径尺寸有较严格的精度要求，因其公差方向不同。
故此编程时中间值φ19±0.03取，φ19，26φ0/-0.0025取φ25.988
（2）、确定加工顺序及进给路线。
加工顺序按由粗到精、由左到右的原则确定。
即先从右到左进行粗车（留0.5mm精车余量），然后从右到左，沿零件表面轮廓进行精车。
进给路线为A→B→C→D→E→F→G→H→I→J
（3）、确定工件原点Op，精车起点A及加工起点的工件原点设在工件右端Op处；精车起点A（-3,1）；加工起点（41.5,1）
（4）、计算刀尖轨迹坐标值
绝对坐标：
A（-3,1）
增量坐标：
B（22,-11）,C（0,-9）,D（6.988,-10）,E（0,-12）.F3.326,0）,G（4.091,-7）,H（2.595,0）,I（0,-8）,J（4,0）
2）、程序编辑
用PA8000NT系统加工
程序
说明
P33
程序号
N10G54
设定工件坐标
N20G91
直径编程设定
N30G90
绝对值编程
N40P1=41500，P2=0
给P1赋值41.5，P2赋值0
N50S1000M03
主轴正转
N60G00X50M08
切削液启动
N70Z1
刀具快速接近工件（50,1）
N80G00X=P1
X随P1D变化而变化
N90G01F100
N100G91
增量值编程
N110G14X22.2Z-11K11
车A→B
G120G01Z-9
B→C
G130X6.988Z-10
C→D
N140Z-12
D→E
N150X3.326
E→F
N160G12X4.091Z-7.K13
F→G
N170G01X2.595
G→H
N180Z-8
H→I
N190X4
I→J
N200G90
绝对值编程
N210G00X50
刀具快速返回（50,1）点
N220Z1
N230P1=P1-2000
参数P1减去2mm，设每次进刀2mm
N240IFP2=1GO370
如果P2=1，则指针跳到N370程序段
N250IFP1>-3000GO80
如果P1>-3mm，则指针回到N80程序段
N260M09
切削液停
N270M05
主轴停
N280M01
程序有条件暂停
N290G54
重新设定工件坐标系，修正加工误差
N300S1500M03
主轴高速旋转
N310G191
直径指定
N320G09
绝对值编程
N330G00Z1.M08
切削液启动
N340G00X-3
刀具快速至精车起点
N350G01F50
N360P2=1
给P2赋值为任意不为零的数，给P2=1
N370GO100
跳转到N100
N380M09
切削液停
N390M05
主轴停
N400M30
程序结束
十一.简单套类零件的编程与加工
用数控车床加工如图所示的简单套类零件，工件长度为44㎜，外圆两个阶台尺寸分别为Φ45㎜，Φ65㎜，两端同轴度要求为0.04㎜，并有一个C1倒角。
内孔两个阶台尺寸分别为Φ30㎜，52㎜，内孔中两阶台端面垂直度要求为0.02㎜，有一个C5倒角和一个4㎜×2㎜的内槽。
图2-1套类零件图
1.套类零件的分析:
图中所示为简单套类零件，该零件表面由两个阶台组成，其中多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求，零件尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整；零件材料为45号钢，加工切削性能较好，无热处理和硬度要求。
套类零件是机械加工中常见的一种加工形式，套类零件哟哀求除尺寸、形状精度外，内孔一般作为配合和装配基准，孔的直径尺寸公差等级一般为IT7，精密轴套可取IT6，孔的形状精度应控制在孔径公差以内。
对于长度较长的轴套零件，除了圆度要求以外，还应注意内孔面的圆柱度，端面内孔轴线的圆跳动和垂直度，以及两端面的平行度等项要求。
2.套类零件的装夹方案
套类零件的内外圆、端面与基准轴线都有一定的形位精度要求，套类零件精基准可以选择外圆，但常以中心线及一个端面为精加工基准。
对不同结构的套类零件，不可能用一种工艺方案就可以保证其形位精度要求。
根据套类零件的结构特点，数控车加工中可采用三爪卡盘、四爪卡盘或花盘装夹，由于三爪卡盘四年定心精度存在误差，不适于同轴度要求高的工件的二次装夹。
对于能一次加工完成内外圆端面、倒角、切断的套类零件，可采用三爪卡盘装夹；较大零件经常采用四爪啦盘或花盘装夹；对于精加工零件一般可采用软卡爪装夹，也可以采用心轴上装夹；对于较复杂的套类零件有时也采用专用夹具来装夹。
3.刀具的选择
加工套类零件外圆柱面的刀具选择与轴类零件相同。
加工内孔是套类零件的特征之一，根据内孔工艺要求，加工方法较多，常用的有钻孔、扩孔、镗孔、磨孔、拉孔、研磨孔等。
套类零件一般包括内外圆、锥面、圆弧、槽、孔、螺纹等结构。
根据加工需要，常用的刀具还有粗车镗孔车刀、精车镗孔车刀、内槽车刀、内螺纹车刀以及特殊形状的成型车刀等。
4.切削用量的选择
根据被加工表面质量要求、刀具材料和工件材料，参考切削用量手册或有关资料选取切削速度与每转进给量，然后计算主轴转速与进给速度（计算过程略），并将结果填入工序卡中。
背吃刀量的选择因粗、精加工而有所不同。
粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，以减少进给次数；精加工时，为保证零件表面粗糙度哟哀求，背吃刀量一般取0.1～0.4㎜较合适。
5.切削液的选择
套类零件在数控车加工比轴类零件有更大的难度，由于套类零件的特性使的切削液不易达到切削区域，切削区的温度较高，切削车刀的磨损也比较严重。
为了使工件减少加工变形，提高加工精度，应根据不同的工件材料，选择适合的切削液浇注位置。
6.填写加工刀具和工序卡
图所示简单套类零件的加工刀具和工艺卡
零件图号
2-1-1
数控车床加工工序卡
机床型号
CKA6150
零件名称
简单套类零件
机床编号
刀具表
量具表
刀具号
刀补号
刀具名称
刀具参数
量具名称
规格（mm/min）
T01
01
93º外圆车刀
D型刀片
游标卡尺
千分尺
0～150／0.02
50～75／0.01
T02
02
91º镗孔车刀
T型刀片
内径百分表
25～50／0.01
T08
08
钻头Φ28
游标卡尺
0～150／0.02
工序
工艺内容
切削用量
加工性质
S（r/min）
F（mm/r）
ap（mm）
1
车端面确定基准
800
0.2～0.3
2
自动
2
钻孔
300
0.2～0.3
4
手动
3
车Φ45㎜外圆
1200
0.1～0.2
0.5～2
自动
4
调头软爪夹Φ45外圆，车端面确定基准
1000
0.05～0.1
0.5～1.5
自动
5
车Φ65㎜外圆
1200
0.1～0.2
0.5～2
自动
6
镗孔至尺寸
1000
0.05～0.1
0.3～3
自动
7.编写加工程序
根据图2-1所示零件，分析了工件内外圆及内槽的加工路线，并且确定了加工时的装夹方案，以及采用的刀具和切削用量，根据工艺过程按工序内容划分三个部分，并随影编程三个程序以完成加工。
1.机床钻孔、车Φ45㎜外圆的程序
O0001；
N1；
G99M03S800T0101；
G00X200.0Z150.0；
G00X68.0
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