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论文数控机床组合手柄的数控加工

第1章课题来源

数控机床是一种利用信息技术进行自动加工的机床，它是按照事先编制好的数控程序自动地对工件进行加工的高效自动化设备。

数控程序除了能保证加工出符合图样要求的合格零件外，还应该充分地发挥、利用数控机床的各种功能，使数控机床能安全、可靠、高校地工作。

本课题来源于张家港圣美意机械有限公司，我从事数控车床的操作，组合手柄是以数车床加工的零件，它涉及到端面的加工，孔加工，和椭圆面的加工。

以组合手柄的数控加工作为本次的毕业论文，能够让我更好的从事这项工作，对我今后的发展有莫大的好处。

1.1公司目前基本情况

张家港圣美意机械有限公司成立于一九八五年三月十八日。

是生产滤清器的专业厂家，设备、技术力量雄厚，并设有产品设计开发研究所，曾引进德国、日本、荷兰的先进技术和设备，能够承担各种滤清器产品的设计、制造、测试、开发任务。

具有各种性能试验设备和测试抽筋手段，具有完整的质量保证体系。

我公司属市一级重点企业，讲诚信、重合同、守信用，公司通过中华人民共和国船检型式认可、船级社认可、军检认可。

一九九八年一次性通过ISO9002国际质量体系认证，二零零三年十二月通过ISO9001（2000版）国际质量体系认证。

本公司注册商标“星火”系列产品，被评为国家级新产品，江苏省高新技术产品，并认定为江苏省民营科技企业。

法人代表黄圣达，注册资金800万。

我公司的质量方针是：

“科技创新，质量为本，使“星火”系列产品誉满全球”。

　　产品广泛用于舰艇、船舶的柴油机油路系统，钢铁行业和机械行业的液压系统，矿山机械、冶金、石化及重型机械油路系统，是净化的理想设备。

我厂为各种引进柴油机配套滤清器国产化工作做出了重大贡献。

我公司产品不仅畅销全国各大厂家而且销售德国、日本、韩国等国，与国际上同行业交往频繁，交流不断。

生产的SBL半自动清洗器（重油滤器）属国内独家引进技术设备生产，产品填补了国内技术空白，是国家第一批星火计划项目。

我公司产品完全替代了同类型进口产品，为我国海军及军品提供配套。

新开发的全自动清洗滤器为各大柴油机厂、各造船厂、重油系统的配套提供了更好的产品保障。

我公司的各类滤清器产品拥有国家专利三十多项。

我公司产品严格执行国际标准。

　　本公司们于国家级卫生城市张家港，环境优美，交通便捷，经济繁荣，工业发达，现有职工150余名，专业技术人员18%，高中以上文化程度70%，厂区占地面积5万多平方米，建筑面积

1万6千平方米，固定资产5800万元，各种生产、测试设备350余台套。

1.2公司发展过程

张家港圣美意机械有限公司前身是成立于1985年的张家港市乐余滤清器厂，公司位于张家港省级经济开发区，是生产滤清器的专业化、产业化的中型企业和现代化公司，是生产滤清器的龙头企业。

公司占地五万多平米，企业正式员工发展到近200人，下属企业有：

张家港市乐余滤清器厂、产品设计开发研究所、铸造分厂。

公司是得到中国船级社质量认证公司，取得中华人民共和国船检型式认可、CCS船级社型式认可、军检认可...

1.3公司的组织结构

公司属于港、澳、台商投资股份有限公司，公司主要有生产部、工程部、管理部等部门组成。

详细情况如下图1-1。

图1-1公司组成结构

第2章组合手柄的三维造型

根据厂家对该零件装配尺寸的要求，做组合手柄的三维造型，本次造型使用的是Proe软件。

造型步骤如下：

1.打开Proe软件，如图2-1所示：

图2-1视图界面图2-2新建零件图

2.“新建”零件图，如图2-2所示：

3.点击旋转指令，选择TOP面作为基准，进入草绘画面，如图2-3，2-4所示：

，

图2-3选择基准图2-4进入草绘画面

4.先画中心线，然后将手轮的半边轮廓线画出，如图2-5所示：

图2-5画轮廓图图2-6成型图

5.点击确定，旋转360º，，如图2-6所示：

6.三维图如图2-6所示：

第3章组合手柄加工工艺分析

3.1零件加工要求

手柄让人们更加方便的使用其他物件，该手柄零件的Ra的上限值为3.2，部分面的Ra上限值为1.6，锐变倒角C0.3，未注倒角C1，圆弧过渡光滑，未注公差尺寸按IT12加工和检验。

（详见图3-1，图3-2）材料为45号钢，单件小批量生产，每次500左右。

图3-1手柄零件图1

图3-2手柄零件图2

3.2零件图工艺分析

1、加工件1（图3-1）左端，包括40槽及椭圆左端槽。

2、调头夹住Φ36X28，加工右端内孔部分，车螺纹，然后粗加工外部椭圆，留双边1mm余量。

3、加工件2（图3-2）左端，留Φ25X30工艺搭子。

4、调头夹住Φ25X30工艺搭子，粗加工右端椭圆，留双边1mm余量。

5、手工切断，保证长度52。

6、将件2旋入件1，精加工椭圆。

3.3确定加工路线

加工路线，是指数控机床在加工过程中刀具中心（严格来说是刀位点）的运动轨迹和方向。

加工路线是编写程序的依据之一。

加工顺序的选择直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。

按照基面先行、先主后次、先粗后精的原则确定加工顺序。

该零件的加工路线：

粗车件1外径轮廓，精车件1外径轮廓，切40º槽粗镗孔，精镗孔，切内槽，车内螺纹，件1椭圆加工，粗车件2外径轮廓，精车，件2外径轮廓，车外螺纹，件2椭圆加工，合件精加工椭圆。

3.4刀具选择

提高数控机床的加工效益，刀具是一个十分关键的因素。

刀具的选择不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。

编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。

与普通机床加工方法相比，数控机床加工对刀具提高了更高的要求。

不仅要求精度高、刚度高、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。

这就要求采用新型优质材料制造数控加工工具，优选刀具参数。

选择刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。

在内轮廓加工中，刀具半径小于轮廓曲线的最小曲率半径。

在自动换刀机床中要预先测出刀具的结构尺寸和调整尺寸，以便在加工时进行刀具补偿。

本次零件加工选用93º菱形外圆车刀加工外径轮廓，选用内切槽刀（刀宽4mm）加工40º槽及椭圆左端槽，选用60º外螺纹车刀加工外螺纹，选用Φ20mm内孔镗刀镗Φ20mm内孔，选用内切槽刀（刀宽3mm）加工内槽，选用60º内螺纹车刀加工内螺纹。

详见（表4-1）。

表3-1数控加工刀具卡片

序号

刀具编号

刀具规格名称

数量

加工表面

备注

T01

93º菱形外圆车刀

外径轮廓加工

T02

内切槽刀（刀宽4mm）

加工40º槽及椭圆左端槽

T03

60º外螺纹车刀

加工外螺纹

T04

Φ20mm内孔镗刀

镗Φ20mm内孔

T05

内切槽刀（刀宽3mm）

加工内槽

T06

60º内螺纹车刀

加工内螺纹

3.5切削用量的选择

切削用量是指主轴转速（切削速度）、进给速度（进给量）和背吃刀量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。

切削用量各参数在编程时都要编入加工程序中，或者在加工前预先调好机床的转速。

该零件切削用量的选着如表所示。

1、主轴转速n,根据允许的切削速度来确定n=1000v/πd

切削速度m/min,由刀具寿命来确定。

根据工作经验，切削速度常选为（100~200m/min）,粗加工时取小值，精加工时取大值。

工件或刀具直径（mm）

2、进给速度（进给量）F（mm/min或mm/r）,根据工件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料进行选择。

最大进给速度受到机床刚度和进给系统性能制约，不同的机床和系统，最大进给速度不同。

当加工精度和表面粗糙度质量要求高时，进给应选小一些，通常在（20~50）m/min范围内选取。

3、背吃刀量背吃刀量由机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统的刚度确定。

在系统刚度允许的情况下，尽量选取背吃刀量等于加工余量，这样可以减少加工次数，提高加工效率。

对于质量要求较高的工件，可以留少量的加工余量，以便最后进行精加工。

粗车时，ap=2~3mm（单边），精车时ap=0.25~0.5mm（单边）

螺纹（螺距<2mm）粗车ap=0.4mm（第一刀），精车ap=0.1mm,合理选择切削用量的原则是：

粗加工时，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本。

表3-2加工刀具与切削用量参数

刀具编号

加工内容

刀具参数

主轴转速S/（r/min）

进给量f/（mm/min）

背吃刀量ap/mm

外轮廓粗加工

93º菱形外圆车刀

800

150

1.5

外轮廓精加工

93º菱形外圆车刀

1500

0.5

切40º槽

刀宽4mm

600

0.1

车外轮廓

60º外螺纹车刀

1000

0.4

粗镗

Φ20mm镗孔刀

800

120

精镗

Φ20mm镗孔刀

1200

0.1

切内槽

刀宽3mm

600

0.1

车内螺纹

60º内螺纹车刀

1000

0.4

3.6数控车削加工工序卡片

把零件加工顺序、所来用的刀具和切削用量等参数的编入如（表3-3）所示的数控加工序加工卡片中，以指导编程和加工操作。

表3-3数控加工工序卡片

工步号

工步内容

刀具号

刀具规格

主轴转速r/min

进给速度mm/min

背吃刀量mm

备注

粗车件

T01

93º

800

150

1.5

自动

1外径轮廓

精车件1外径轮廓

T01

93º

1500

0.5

自动

切40º槽

T02

4mm

600

0.1

自动

粗镗孔

T04

Φ20

800

120

自动

精镗孔

T04

Φ20

1200

0.1

自动

切内槽

T05

3mm

600

自动

车内螺纹

T06

60º

1000

0.4

自动

件1椭圆加工

T01

93º

800

150

自动

粗车件2外径轮廓

T01

93º

800

150

1.5

自动

精车件2外径轮廓

T01

93º

1500

1.5

自动

车外螺纹

T03

60º

1000

0.4

自动

件2椭圆加工

T01

93º

800

150

自动

合件精加工椭圆

T01

93º

1500

0.5

自动

第4章组合手柄的数控加工及程序的编制

4.1数控车床的简介

1数控车床的用途

数控车床主要用于加工轴类和盘类的回转体零件，如车削内外圆柱表面、圆锥表面，回转曲面和端面以及加工内外螺纹等。

2数控车床的组成及布局

（1）数控车床的组成

数控车床由数控车床主机、数控系统、驱动系统、辅助装置、机外编码器五个部分组成。

a数控车床主机即数控车床的机械部件，主要包括床身、主轴箱、刀架、尾座、进给传动机构等。

b数控系统即数字控制系统，是数控车床实现自动加工的核心。

主要南输入／输出装置、监视器、主控制系统、可编程序控制器、各类输入／输出接口等组成。

c驱动系统即伺服系统，是数控系统和车床本体之问的电传动联系环节。

主要由伺服电动机、驱动控制系统和位置检测与反馈装置等组成。

d辅助装置是为了加工服务的配套部分，主要包括自动换刀装置ATC、自动交换工作台机构APC（AutomaticPalletchanger）、工件夹紧放松机构、液压控制系统、气动装置、润滑装置、切削液装置、排屑装置、过载保护装置等。

e机外编码器

3数控车床的分类

随着数控车床制造技术的不断发展，数控车床的品种已经基本齐全，规格繁多，可以按照以下方法来进行分类。

1.按数控系统的功能分类

a经济型数控车床b全功能型数控车床c车削中心dFMC车床

2．按主轴的配置形式分类

a卧式数控车床b立式数控车床

3.按数控系统控制的轴数分类

a两轴控制的数控车床b四轴控制的数控车床

4.2数控车床的选择

本次加工零件组合手柄，单件小批量生产，轴类零件，选用经济型卧式两轴数控车床。

4.3确定装夹方法

由于夹具确定了零件在数控机床坐标系中的位置，因而根据要求夹具能保证零件在机床坐标系的正确坐标方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸。

根据零件的结构特点，加工件1时，先加工左端包括40º槽及椭圆左端槽，再调头夹住Φ36X28，加工右端内孔部分及外部椭圆。

加工件2时，先加工左端，留Φ25X30工艺搭子，调头夹住Φ25X30工艺搭子，加工右端椭圆。

4.4宏程序的简介

在编程工作中，我们经常把能完成某一功能的一系列指令像子程序那样存人存储器，用一个总指令来代表它们，使用时只需给出这个总指令就能执行其功能所存人的这一系列指令称作用户宏程序本体，简称宏程序。

这个总指令称作用户宏程序调用指令。

在编程时，编程员只要记住宏指令而不必记住宏程序。

用户宏程序与普通程序的区别在于：

在用户宏程序本体中，能使用变量，可以给变量赋值，变量间可以运算，程序可以跳转；而普通程序中，只能指定常量，常量之间不能运算，程序只能顺序执行，不能跳转，因此功能是固定的，不能变化。

用户宏功能是用户提高数控机床性能的一种特殊功能，在相类似工件的加工中巧用宏程序将起到事半功倍的效果。

宏程序本体既可以由机床生产厂提供，也可以由机床用户自己编制。

使用时，先将用户宏主体像子程序一样存人到内存里，然后用子程序调用指令调用。

用户宏程序本体的编写格式用户宏程序本体的编写格式与子程序的格式相同。

在用户宏程序本体中，可以使用普通的NC指令，采用变量的NC指令、运算指令和控制指令。

格式如下：

Oxxxx；

#26=#4+#18xCos[#1]；

G90GOOX#26；…………IF[#22GE#9]GOTO9；

……N9M99

变量可以用于宏程序本体，可以指定运算和控制指令。

用宏程序调用命令赋予变量实际值。

4.5程序的编制

表4-1件1左端加工程序

%0004

主程序名

G50X100Z80

N10

T0101S800M3

主轴转速800r/min,换1号93º菱形外圆车刀

N15

G0X100Z80

N20

X51Z2

快进到外径粗车循环起刀点

N25

G71U1.5R1

G71P30Q65U0.4W0.2F0.2

外径粗加工循环

U：

径向每次切深单边1.5mm，R：

径向退刀单边1mm，P30：

精加工第一程序段号，Q65：

精加工最后程序段号，U：

径向精加工余量双边0.4mm，W：

轴向精加工余量0.2mm，F：

粗车进给量0.2mm/r

N30

G0X5

快进

N35

G1X0Z0

进到外径粗车循环起点

N40

G3X35.992Z-4.534R38

轮廓加工

N45

G1Z-28

N50

X41.992

N55

Z-33

N60

X47.992

N65

Z-60

N30∽N65外径轮廓循环程序

N70

G0X100

退刀

N75

Z50T0100

取消刀补

N80

主轴停转

N85

M00

程序暂停

N90

T0101S1500M3F80

精车转速1500r/min，进给80r/min

N95

G0X100Z80

N100

X51Z2

进到外径粗车循环起点

N105

G70P30Q65

精加工

N110

G0X100

退刀

N115

Z80T0100

取消刀补

N120

主轴停转

N125

M00

程序暂停

N130

T0202S600M3F25

转速600r/min，进给25mm/min，换2号切槽刀

N135

G0X51Z-38.8620

快进到切槽起点

N140

G1X32.5

切槽

N145

G0X51

退刀

N150

W-1

进刀

N155

G1X32.272

切槽

N160

精车槽底

N165

G0X48

退刀

N170

G1Z-36

进到倒角起点

N175

X32.272Z-38.862

倒角

N180

G0X48

退刀

N185

G1Z-42.724

进到倒角起点

N190

X32.272Z-39.862

倒角

N195

G0X48

退刀

N200

Z-51.586

进刀

N205

G1X32.5

切槽

N210

G0X48

退刀

N215

Z-55

进刀

N220

G1X32.272

切槽

N225

Z-51.586

精车槽底

N230

G0X48

退刀

N235

W2.862

进到倒角起点

N240

G1X32.272W-2.862

倒角

N245

G0X100

N250

Z50

退刀

N250

主轴停转

N255

M30

程序停止

表4-2件1右端加工程序

%0005

主程序名

G50X100Z80

N10

T0404S800M3

主轴转速800r/min，换4号内孔镗刀

N15

G0X100Z80

N20

X19.5Z2

快进到内孔循环起刀点

N25

G71U1R0.5

G71P30Q65U0.4W0.2F0.2

内径粗车循环

U：

径向每次切深单边1mm，R：

径向退刀量单边0.5mm，P30：

精加工第一程序段号，Q65：

精加工最后程序段号，U：

径向精加工余量双边0.4mm，W：

轴向精加工余量0.2mm，F：

粗车进给量0.2mm/r

N30

G0X39

进刀

N35

G1X37Z0

进到内径循环起点

N40

X35.02Z-1

轮

N45

Z-6

廓

N50

X31

加

N55

Z-12

工

N60

X28.5Z-13

N65

Z-24

N30∽N65内径轮廓循环程序

N70

X25

X向退刀

N75

G0Z100

N80

X80

退刀

N85

主轴停转

N90

M00

程序暂停

N95

T0404S1200M3F80

精车转速1200r/min，进给80r/min

N100

G0X100Z80

N105

X19.5Z2

快进到内孔循环起刀点

N110

G70P30Q65

精加工

N115

G0X100

退刀

N120

Z80T0400

取消刀补

N125

主轴停转

N130

M00

程序暂停

N135

S600M3T0505F25

主轴转速600r/min，进给25mm/min，换5号内切槽刀

N140

G0X26Z5

快进

N145

Z-23

快进到切槽起点

N150

G1X31

切槽

N155

X26

退刀

N160

Z-24

进刀

N165

X31

切槽

N170

X26

退刀

N175

G0Z100

N180

X50T0500

退刀

N185

主轴停转

N190

程序暂停

N195

S1000M3T0606

转速1000r/min，换6号内螺纹刀

N200

G0X26

N205

快进到内螺纹复合循环起刀点

N210

G76P010060Q100R50

G76X30050Z-20200R0P975Q

内螺纹复合循环

P：

精加工次数1，倒角量0，刀尖角度

400F1.5

60˚，Q：

最小切削深度100μm，R：

精加工余量单边50μm，X：

有效螺纹终点X坐标30050μm,Z：

有效螺纹终点Z坐标-20200μm，R：

螺纹两端半径差0，P：

牙深单边975μm，Q：

第一刀切削深度单边400μm，F：

导程1.5mm

N215

G0Z100

N220

X50T0600

退刀

N225

主轴停转

N230

程序暂停

N235

T0101S800M3F150

转速800r/min，进给150mm/min，换1号93º菱形外圆车刀

N240

G0X51Z2

快进

N245

#50=50

设置最大切削余量

N250

WHILE#50GE1

判断毛坯余量是否大与等于1

N255

M98P0006

调用椭圆加工子程序

N260

#50=#50-2

每次切深双边2mm

N265

ENDW

N270

G0X100

退刀

N275

Z80T0100

N280

主轴停转

N285

M30

程序停止

%0006

椭圆加工子程序

#1=40

长轴

N10

#2=24

短轴

N15

#3=8

Z轴起始尺寸

N20

WHILE#3[-30]

判断是否走到Z轴终点

N25

#4=[#1+#1]*SQRT[1-#2*#2/#3/#3]

X轴变量

N30

G1X[2*#4+#50]Z[#3-8]

椭圆插补

N35

#3=#3-8

Z轴步距，每次0.4

N40

ENDW

N45

W-1

N50

G0U2

N55

Z2T0100

返回起点

N60

M99

子程序结束

表4-3件2（图b—见附录）左端加工程序

%0001

主程序名

G50X100Z80

N10

T0101S800M3

转速800r/min,换1号93度菱形外圆车刀

N15

G0X100Z80

N20

X51Z3

快进到外径粗车循环起刀点

N25

G71U1.5R1

G71P30Q70U0.4W0.2F0.2

外径粗车循环

U：

径向每次切深单边1.5mm，R：

径向退刀量单边1mm，P30：

精加工第一程序段号，Q70：

精加工最后程序段号，U：

径向粗加工余量双边0.4mm，Z:

轴向精加工余量0.2mm，F：

粗车进给量0.2mm/r

N30

G0X30

快速进刀

N35

G1X25Z0

进到外径粗车循环起点

N40

G1Z-30

N45

X28

N50

X29.8Z-31

倒角

N55

Z-46.5

N60

X34.988

N65

Z-50

N70

X50

N30∽N70外径轮廓循环程序

N75

G0X100

退刀

N80

Z50T0100

取消刀补

N85

主轴停转

N90

M30

程序暂停

N95

T0101S1500M3F

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