配合件的数控车加工工艺设计与编程.docx
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配合件的数控车加工工艺设计与编程
配合件的数控车加工工艺设计与编程
摘要
数控技术，是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。
数控是先进制造技术的基础技术。
数控加工在现代化生产中显示出很大的优越性。
数控加工就是在对工件材料进行加工前，事先在计算机上编写好程序，再将这些程序输入到使用计算机程序控制的机床指令性加工。
本次的课题就是以螺纹配合件为例子，先用AutoCAD软件画出三个配合件的直观图,再运用斯沃数控仿真软件,选择FANUC-0i数控系统输入事先编好的程序来进行模拟加工。
通过仿真加工，详细描述了螺纹配合件的整个加工过程。
其中包括一些加工前准备工作：
分析零件的加工工艺；合理确定加工步骤；根据工艺分析和零件的形状特点进行刀具选择、主轴转速和进给速度的确定；最后根据安排的加工步骤和选择的刀具和夹具对零件进行仿真加工。
关键词配合件，编程，工艺，斯沃数控仿真
第一章绪论
1.1数控加工技术在国内（外）的研究现状综述
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。
1.2本论文设计的内容
本人的设计课题是配合零件的数控加工工艺与编程。
本次毕业论文主要包括以下内容：
1）零件的加工工艺的分析
2）数控加工工序卡片的制定
3）零件的数控加工程序编制
4）完成程序仿真运行与调试
第二章零件数控加工工艺
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。
2.1零件图的工艺分析
2.1.1分析零件图
图2-1配合零件1
如图2-1所示，零件的主体尺寸长度为87.0mm，最大位置直径为Φ38.0mm,从零件图上看左端是一个长轴50.0mm短轴30mm的椭圆，右端是一个带螺纹的阶梯轴,有四个圆跳动M16、Φ22.0mm、Φ30.0mm、Φ38.0mm四个圆柱面组成，并且保证在Φ0.033mm的公差，表面粗糙度为1.6,如图所示,对图样上带公差的尺寸，因公差的尺寸较小，故编程就不必取平均尺寸，而取基本尺寸即可。
该零件表面由外圆柱面、椭圆面、槽、倒角及螺纹表面组成，槽的切入与切出角度都为90°,螺纹的公称直径是16.0mm。
零件图上的二个槽宽尺寸为5.0mm，另一个为4.0mm。
零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整。
通过以上分析，采用以下几点工艺措施：
对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，同时公差值偏向一边，故编程时全部取其基本尺寸即可。
毛坯选Φ40mm×90mm的45#钢棒料，先加工带螺纹的阶梯轴一端，再加工带椭圆面的一端。
以完成配合件1的加工。
图2-2配合零件2
如图2-2所示，零件的主体尺寸长度为30.0mm，外圆最大位置直径为Φ38.0mm,并且保证在Φ0.1的公差，表面为粗糙度1.6,内孔最小尺寸为Φ22.0mm的通孔，并且保证在Φ0.052的公差。
有圆度跳动Φ30.0mm的内孔，内孔粗糙度为3.2。
零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整。
通过以上分析，采用以下几点工艺措施：
对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，同时公差值偏向一边，故编程时全部取其基本尺寸即可。
毛坯选Φ40mm×35mm的45#钢棒料，先加工外圆直径为Φ35.0mm的一端，再加工另一端。
以完成配合件2的加工。
图2-3配合零件3
如图2-3所示，零件的主体尺寸长度为36.14mm，最大位置直径为Φ38.0mm,从零件图上看左端是外圆直径为Φ35.0mm的圆柱，并且保证在Φ0.052mm的公差，粗超度为1.6。
内孔是M16的螺纹孔。
右端是一个长轴为38.0mm，短轴为20.0mm的椭圆，表面粗糙度为3.2,如图所示,对图样上带公差的尺寸，因公差的尺寸较小，故编程就不必取平均尺寸，而取基本尺寸即可。
该零件表面由外圆柱面、椭圆面、槽、倒角表面组成，槽的切入与切出角度都为45°,内孔螺纹的公称直径是16.0mm。
零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整。
通过以上分析，采用以下几点工艺措施：
对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，同时公差值偏向一边，故编程时全部取其基本尺寸即可。
毛坯选Φ40mm×40mm的45#钢棒料，先加工带螺纹孔的阶梯轴一端，再加工带椭圆面的一端。
以完成配合件3的加工。
2.1.2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（平床身前置12方刀架）数控车床。
2.1.3确定零件的定位基准和装夹方式
配合零件1的定位基准和装夹方式。
1）右外轮廓加工
定位基准：
确定零件轴线和右端面为定位基准；装夹方式：
用三爪卡盘夹持。
2）左外轮廓加工
定位基准：
确定零件轴线和左端面为定位基准；装夹方式：
用三爪卡盘夹持。
配合零件2的定位基准和装夹方式。
1）右外轮廓加工
定位基准：
确定零件轴线和右端面为定位基准；装夹方式：
用三爪卡盘夹持。
2）左外轮廓加工
定位基准：
确定零件轴线和左端面为定位基准；装夹方式：
用三爪卡盘夹持。
配合零件3的定位基准和装夹方式。
1）右外轮廓加工
定位基准：
确定零件轴线和右端面为定位基准；装夹方式：
用三爪卡盘夹持。
2）左外轮廓加工
定位基准：
确定零件轴线和左端面为定位基准；装夹方式：
用三爪卡盘夹持。
2.2加工路线的工艺分析
2.2.1加工路线的确定
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。
配合零件1右侧选用35°菱形外圆车刀，车工件的外轮廓，车右端，车至54mm处。
用刀宽为4mm的切槽刀，车槽宽分别为4mm、5mm的槽。
用60°的螺纹车刀车深2.6mm，螺距为2mm，长度为12mm，直径Φ16mm的螺纹，螺纹切入角度为45°
配合零件1左侧选用35°菱形外圆车刀，车工件的外轮廓椭圆面，车右端，车至35mm处。
配合零件2选用选用35°菱形外圆车刀，车工件的外轮廓，车右端，车至18mm处。
用刀宽为4mm的切槽刀，车槽宽为8mm的槽。
用Φ20的钻头，钻Φ20的通孔。
用107.78°菱形内孔车刀车内圆，车至25.5mm处。
配合零件2选用选用35°菱形外圆车刀，车工件的外轮廓，车左端，车至10mm处。
用107.78°菱形内孔车刀车内圆，车至5mm处。
配合零件3左侧用Φ10mm的钻头，钻Φ12mm，深17mm的孔。
用107.78°菱形内圆车刀车内圆，车至15mm处，用刀宽为4mm的内孔切槽刀，车槽宽为4mm的内孔槽。
用60°的内孔螺纹车刀车大径为16.0mm，螺距为2mm，长度为13mm的螺纹，螺纹切入角度为45°。
选用35°菱形外圆车刀，车工件的外轮廓，车左端，车至15mm处。
配合零件3右侧选用35°菱形外圆车刀，车工件的外轮廓椭圆面，车右端，车至23.14mm处。
2.2.2切削用量的确定
1）配合零件1右侧粗车外轮廓时，主轴转速n=800r/min,背吃刀量ap=2mm，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。
切外槽时，主轴转速n=600r/min，进给速度f=0.15mm/r。
车螺纹时，主轴转速n=600r/min，进给速度f=0.15mm/r。
2）配合零件1左侧粗车外轮廓时，主轴转速n=800r/min,背吃刀量ap=2mm，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。
3）配合零件2右侧钻孔时，主轴转速n=600r/min,进给速度f=0.1mm/r。
粗车内轮廓时，主轴转速n=800r/min,背吃刀量ap=2mm，进给速度f=0.3mm/r，精车内轮廓时，主轴转速n=1000r/min,进给速度f=0.1mm/r。
粗车外轮廓时，主轴转速n=800r/min,背吃刀量ap=2mm，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。
切外槽时，主轴转速n=600r/min，进给速度f=0.15mm/r。
4）配合零件2右侧粗车内轮廓时，主轴转速n=800r/min,背吃刀量ap=2mm，进给速度f=0.3mm/r，精车内轮廓时，主轴转速n=1000r/min,进给速度f=0.1mm/r。
粗车外轮廓时，主轴转速n=800r/min,背吃刀量ap=2mm，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。
5）配合零件3左侧钻孔时，主轴转速n=600r/min,进给速度f=0.1mm/r。
粗车内轮廓时，主轴转速n=800r/min,背吃刀量ap=2mm，进给速度f=0.3mm/r，精车内轮廓时，主轴转速n=1000r/min,进给速度f=0.1mm/r。
切内槽时，主轴转速n=600r/min,进给速度f=0.15m/r。
车内螺纹时，主轴转速n=600r/min,进给速度f=0.15m/r。
粗车外轮廓时，主轴转速n=800r/min,背吃刀量ap=2mm，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。
6）配合零件3右侧粗车外轮廓时，主轴转速n=800r/min,背吃刀量ap=2mm，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。
2.2.3刀具的选择
配合零件1的刀具选择。
1）粗精车选用硬质合金35°外圆车刀，副偏角不能太小，以防与工件轮廓发生干涉，必要时应作图检验。
2）车外螺纹选用硬质合金60°外螺纹车刀，取刀尖圆弧半径γ=0.15~0.2mm。
车内螺纹选用硬质合金60°内螺纹车刀。
3）切槽选用刀宽为4.0mm的切槽。
配合零件2的刀具选择。
1）车外轮廓选用硬质合金35°外圆车刀，副偏角不能太小，以防与工件轮廓发生干涉，必要时应作图检验。
2）粗精车选用硬质合金107.78°内孔车刀。
3）钻孔选用直径为20mm的钻头。
配合零件3的刀具选择。
1）粗精车选用硬质合金35°外圆车刀，副偏角不能太小，以防与工件轮廓发生干涉，必要时应作图检验。
2）车内螺纹选用硬质合金60°内螺纹车刀。
3）切槽选用刀宽为4.0mm的内切槽刀。
第三章加工过程工序卡片及程序
程序编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。
3.1工艺文件的填写
3.1.1数控加工工序卡及工序卡片
表3-1配合件1右端加工工序卡
零件号
图2-1
材料
45#钢
程序名
O0010
制表
审核
工步号
加工内容
T码
刀具名称
主轴转速
进给速率
备注
指令
r/min
mm/r
1
车端面
T202
4mm外圆切槽刀
600
0.15
手动
2
粗车轮廓面
T101
35°外圆车刀
G71
800
0.3
自动
3
精车轮廓面
T101
35°外圆车刀
G70
1000
0.1
自动
4
车矩形槽
T202
4mm外圆切槽刀
G01
600
0.15
自动
5
车M16螺纹
T303
外圆螺纹刀
G92
600
0.15
自动
表3-2配合件1右端加工过程工序卡片
序号
工步
工步图
说明
1
车端面及建立工件坐标系
先手动车端面，再以工件右端面中点为工件原点建立工件坐标系
2
粗精车削右端轮廓面
G71粗车，G70精车
用35°外圆车刀
3
车矩形槽
G01指令车槽，
用4mm宽度的外圆车槽刀
4
车外圆螺纹
用G92指令车外螺纹，用60°外圆螺纹刀
表3-3配合件1左端加工工序卡
零件号
图2-1
材料
45#钢
程序名
O0011
制表
审核
工步号
加工内容
T码
刀具名称
主轴转速
进给速率
备注
指令
r/min
mm/r
1
车端面
T202
4mm外圆切槽刀
600
0.15
手动
2
粗车轮廓面
T101
35°外圆车刀
G71
800
0.3
自动
3
精车轮廓面
T101
35°外圆车刀
G70
1000
0.1
自动
表3-4配合件1左端加工过程工序卡片
序号
工步
工步图
说明
1
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
2
粗精车削右端轮廓面
G71粗车，G70精车，用35°外圆车刀
表3-5配合件2右端加工工序卡
零件号
图2-2
材料
45#钢
程序名
O0012
制表
审核
工步号
加工内容
T码
刀具名称
主轴转速
进给速率
备注
指令
r/min
mm/r
1
车端面
T202
4mm外圆切槽刀
600
0.15
手动
2
钻孔
T707
Φ20钻头
G01
600
0.15
自动
3
粗车内孔轮廓面
T404
107.78°内孔车刀
G01
800
0.3
自动
4
精车内孔轮廓面
T404
107.78°内孔车刀
G01
1000
0.1
自动
5
粗车外圆轮廓面
T101
35°外圆车刀
G71
800
0.3
自动
6
精车外圆轮廓面
T101
35°外圆车刀
G70
1000
0.1
自动
7
车矩形槽
T202
4mm外圆切槽刀
G01
600
0.15
自动
表3-6配合件2右端加工过程工序卡片
序号
工步
工步图
说明
1
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
2
钻孔
G01指令，用Φ20钻头钻通孔
3
粗精车内孔
G71粗车，G70精车，用107.78°内孔车刀
4
粗精车外圆面
G71粗车，G70精车，用35°外圆车刀
5
车削矩形槽
G01指令，用宽为4mm的外圆切槽刀
表3-7配合件2左端加工工序卡
零件号
图2-2
材料
45#钢
程序名
O0013
制表
审核
工步号
加工内容
T码
刀具名称
主轴转速
进给速率
备注
指令
r/min
mm/r
1
车端面
T202
4mm外圆切槽刀
600
0.15
手动
2
粗车内孔轮廓面
T404
107.78°内孔车刀
G01
800
0.3
自动
3
精车内孔轮廓面
T404
107.78°内孔车刀
G01
1000
0.1
自动
4
粗车外圆轮廓面
T101
35°外圆车刀
G71
800
0.3
自动
5
精车外圆轮廓面
T101
35°外圆车刀
G70
1000
0.1
自动
表3-8配合件2左端加工过程工序卡片
序号
工步
工步图
说明
1
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
2
粗精内孔轮廓面
G71粗车，G70精车，用107.78°内孔车刀
3
粗精车外圆轮廓面
G71粗车，G70精车，用35°外圆车刀
表3-9配合件3左端加工工序卡
零件号
图2-3
材料
45#钢
程序名
O0014
制表
审核
工步号
加工内容
T码
刀具名称
主轴转速
进给速率
备注
指令
r/min
mm/r
1
车端面
T202
4mm外圆切槽刀
600
0.15
手动
2
钻孔
T808
Φ12钻头
G01
600
0.15
自动
3
粗车内孔轮廓面
T404
107.78°内孔车刀
G01
800
0.3
自动
4
精车内孔轮廓面
T404
107.78°内孔车刀
G01
1000
0.1
自动
5
车内孔退刀槽
T505
4mm内孔切槽刀
G01
600
0.15
自动
6
车内孔螺纹
T606
内孔螺纹刀
G92
600
0.15
自动
7
粗车外圆轮廓面
T101
35°外圆车刀
G71
800
0.3
自动
8
精车外圆轮廓面
T101
35°外圆车刀
G70
1000
0.1
自动
表3-10配合件3左端加工过程工序卡片
序号
工步
工步图
说明
1
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
2
钻孔
用G01指令，
用Φ12钻头钻深度为17.0mm的孔
3
粗精车内孔轮廓面
G71粗车，G70精车，选107.78°内孔车刀
4
车内孔螺纹退刀槽
G01指令，选刀宽为4.0mm的内孔切槽刀
5
车M16的内孔螺纹
G92指令，选60°内孔螺纹刀
6
粗精车外圆轮廓面
G71粗车，G70精车，选35°外圆车刀
表3-11配合件3右端加工工序卡
零件号
图2-3
材料
45#钢
程序名
O0015
制表
审核
工步号
加工内容
T码
刀具名称
主轴转速
进给速率
备注
指令
r/min
mm/r
1
车端面
T202
4mm外圆切槽刀
600
0.15
手动
2
粗车轮廓面
T101
35°外圆车刀
G71
800
0.3
自动
3
精车轮廓面
T101
35°外圆车刀
G70
1000
0.1
自动
表3-12配合件3右端加工过程工序卡片
序号
工步
工步图
说明
1
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
2
粗精车削外圆轮廓面
G71粗车，G70精车
用35°外圆车刀
3.2配合零件的数控加工编程
分析零件图可以知道，配合件2与配合件1属于光滑表面配合，所以不适合配合后一次性加工，必须分步加工每个配合件。
分析配合件1，左端是椭圆面不适合装夹，所以先加工右端圆柱面。
分析配合件2，没有特别的加工特征，因此可以随便先加工哪一端，这里选择先加工右端。
分析配合件3，右端是一个椭圆不适合装夹，所以选择先加工左端圆柱面，根据机械制造技术先孔后面原则，所以选择先加工左端内孔开始。
3.2.1配合零件1右侧的程序
程序段号
程序
说明
O0010
车配合件1右端外圆面程序名
N010
M03S800G99T101；
主轴正转，选择1号外圆车刀
N020
G00X40Z2；
快速点定位
N030
G71U2R1；
定义粗车一次切屑量及退刀量
N040
G71P50Q170U1F0.3；
设定粗车循环程序段号及进给速率
N050
G00X12；
快速点定位
N060
G01Z0；
直线插补
N070
X16Z-2；
第一个C2倒角
N080
Z-16；
N090
X18；
N100
X22W-2；
第二个C2倒角
N110
Z-40；
N120
X26；
N130
X30W-2；
第三个C2倒角
N140
Z-52；
N150
X34；
N160
X38W-2；
第三个C2倒角
N170
Z-54；
N180
G00X100Z100；
刀具回到换刀点
N190
M05；
主轴停止转动
N200
M00；
程序暂停
N210
M03S1000G99T101；
主轴正转，选择1号外圆车刀
N220
G00X40Z2；
快速点定位
N230
G70P50Q170F0.1；
精车循环指令
N240
G00X100Z100；
刀具回到换刀点
N250
M05；
主轴停止转动
N260
M00；
程序暂停
N270
M03S600G99T202；
主轴正转选择，选择2号外圆切槽刀
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