数控技术课程设计异形轴零件的数控工艺分析与编程.docx
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数控技术课程设计异形轴零件的数控工艺分析与编程
1前言
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（cutterlocationpoint简称CL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。
在普通机床上加工零件时，首先应由工艺人员对零件进行工艺分析，制定零件加工的工艺规程，包括机床、刀具、定位夹紧方法及切削用量等工艺参数。
同样，在数控机床上加工零件时，也必需对零件进行工艺分析，制定工艺规程，同时要将工艺参数、几何图形数据等，按规定的信息格式记录在控制介质上，将此控制介质上的信息输入到数控机床的数控装置，由数控装置控制机床完成零件的全部加工。
我们将从零件图样到制作数控机床的控制介质并校核的全部过程称为数控加工的程序编制，简称数控编程。
数控编程是数控加工的重要步骤。
理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样要求的合格零件，同时应能使数控机床的功能得到合理的利用与充分的发挥，以使数控机床能安全可靠及高效地工作。
数控编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。
在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用。
由于生产实际的强烈需求，国内外都对数控编程技术进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果。
数控编程课程设计是我们机械设计制造及其自动化专业数控方向学生在学习完本科大纲要求的“数控编程”“工艺设计”及数控仿真系统加工软件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和数控铣床编程流程。
当然，由于水平有限，在设计中难免有很多纰漏，恳请老师指正。
2零件的数控工艺分析
2.1零件图的分析
该零件表面由圆柱、圆锥以及圆球表面组成，如图1。
其中尺寸精度和表面粗糙度如图所示。
零件材料为45钢，热处理调质硬度220-250HBS，为了便于装夹，坯件左端应预先留出夹持部分，所以毛坯件选φ75mm的棒料，长度为180mm。
图1零件图
2.2确定数控加工工艺
加工顺序从右到左进行，具体加工工步：
1）车端面为半圆球其半径为R10；2）车φ20圆柱面，圆锥，φ40圆球面，φ40圆柱面，圆锥，φ70圆柱面；3）换切断刀，于离原点125mm处切断。
表1零件的加工工序卡
数控加工工序卡
零件图号
零件名称
文件编号
第页
NC01
轴
工序号
工序名称
材料
车轮廓
45
加工车间
设备型号
主程序名
子程序名
加工原点
%001
G50
刀具半径补偿
刀具长度补偿
工装
工步号
工步内容
夹具
刀具
1
车外圆
三爪卡盘
T01
2
切断零件
三爪卡盘
T02
工艺员
薛旭利
校对
薛旭利
审定
批准
2.3刀具和切削用量的选择
采用外圆加工方式，选取1号刀具：
刀尖半径0.4mm，刀具长度60mm，35度刀片，外圆左向93度型刀柄。
主轴转速取粗车切削速度V=90m/min，根据毛坯直径，并结合实际选取粗车时转速n=600r/min。
进给速度计算得，车外圆时选取进给量f=0.2mm/r，计算得车进给速度V=200mm/min，切断用F=50mm/min。
表2刀具选择及参数
刀号
刀具名称
规格
用途
T01
外圆车刀
93°
车端面、外轮廓
T02
切断刀
宽4mm
切断零件
2.4零件的装夹及夹具的选择
装夹方案可知坯件轴线和左端端面为定位基准，左端采用三爪自定心卡盘夹紧即可，如图2所示。
图2三爪自定心卡盘夹具图
3数控加工程序的编制
3.1程序原点的设置
程序原点是指程序中的坐标原点，即在数控加工时，刀具相对于工件运动的起点。
本次加工中以右端球面的表面中心O点为基准建立坐标系，坐标原点为O。
3.2对刀方法和设置
采用G50设定工件坐标系时的对刀方法：
毛坯为φ80mm的棒料，欲加工最大直径为φ70mm，总长为125mm的零件。
编程时采用程序段G54T0101设定工件坐标系，工件坐标系原点O设在以右端球心O点。
加工时采用的1号刀具为93°硬质合金机夹偏刀，并作为基准刀具；2号刀具为硬质合金机夹切断刀（如图3所示）。
基准刀具刀尖点的起始点为P。
图3刀具示意图
以上操作步骤完成了基准刀具的对刀。
此时，若执行程序段G54T0101后，则CRT屏幕上的绝对坐标值处显示基准刀具刀尖在工作坐标系的位置。
3.3数值计算
起刀点坐标（0，0）；
3.4编制程序
O0001；
N01G50X200.0Z50.0T0101S600M03；
N02G00G42X80.0Z5.0；
N03G71U1.5R0.05；
N04G71P05Q15U0.5W0.0D0.5F0.2S450；
N05G00X0.0Z5.0；
N06G01Z0.0；
N07G03X20.0Z-10.0R10.0；
N08G01Z-30.0；
N09X40.0Z-40.0；
N10G03X40.0Z-80.0R40.0；
N11G01Z-90.0；
N12X70.OZ-105.0；
N13Z-130.0；
N14G00X80.0；
N15Z5.0；
N16G70P05Q15S1000F0.1；
N17G00X200.0Z50.0；
N18T0100；
N19T0202S200；
N20G00X80.0Z-129.0；
N21G01X0.0F0.5；
N22X200.0；
N23G40Z50.0T0200；
N24M05；
N25M30；
（2）
O0008；
G50X200.0Z50.0T0101；
S600M03；
G00G42X0.0Z5.0；
G01Z0.0；
G03X20.0Z-10.0R10.0；
G01Z-30.0；
X40.0Z-40.0；
G03X40.0Z-80.0R40.0；
G01Z-90.0；
X70.OZ-105.0；
Z-130.0；
G01X80.0
G00G40T0100X200.0Z50.0；
M05；
M30；
4仿真过程和结果
4.1数控加工仿真系统软件简介
上海宇龙软件工程有限公司的《数控加工仿真系统》是一个应用虚拟现实技术于数控加工操作技能培训和考核的仿真软件。
该软件经历了五年多时间、三十多万人的大量使用，已经成为较成熟的数控仿真软件。
本软件产品正在为我国当前紧缺的数控操作技术人员的培养作出有目共睹的贡献。
本软件具备对数控机床操作全过程和加工运行全环境仿真的功能。
可以进行数控编程的教学，能够完成整个加工操作过程的教学。
使原来需要在数控设备上才能完成的大部分教学功能可以在这个虚拟制造环境中实现。
由于大部分的实训活动可以在本仿真系统中实现，使用本仿真软件将大大减少在数控机床设备上的资金投入，从而可以加快当前紧缺数控加工操作技术人员的培训速度。
由于使用仿真软件，也大大减少工件材料和能源的消耗，从而可以降低培训成本。
由于仿真软件不存在安全问题，学员可以大胆地、独立地进行学习和练习。
本软件中不仅具有对学员编制的数控程序进行自动检测、具体指出错误原因的功能，还具有在真实设备上无法实现的三维测量功能。
这些功能使得学员可以进行自我学习，自我检测加工零件几何形状的精度，大大降低了教师的工作强度。
4.2仿真过程
图4数控加工仿真选择机床示意图
图5“数控加工仿真系统”软件界面
图6机床回零
图7安装零件示意图
图8控制零件移动示意图
图9导入程序示意图
图10输入数控程序前后的CRT界面
图11装刀具示意图
图12安装刀具后的机床
图13X向对刀示意图
图14测量零件示意图
图15Z向对刀示意图
图16程序O0001的输入
图17加工准备图
4.3仿真结果
图18最后仿真结果
5总结
通过这次课程设计对数控车床系统进行程序指令编写以及应用，使自己进一步熟悉了工艺编制过程及数控基本编程指令基本意义。
从以上编写的程序，我们可以了解到数控技术在生产中的应用，熟悉了数控编程的步骤和方法，基本上掌握了数控车削零件加工编程，使自己加深了数控指令的应用和重要性。
而且通过本次课程设计，基本达到了对已修课程熟悉并加深了基础知识的练习与应用能力的基本要求，达到了大学教育的目的。
6致谢
通过这次实践机会，我熟悉了将理论知识运用到实践中，并且学会利用图书资料及网络材料查询自己需要的知识，总体上提高了设计能力。
本次设计是在赵老师的悉心指导下完成的。
她学识渊博、工作务实、积极进取的勇气和魄力、以及对学生从严要求的治学态度都深深感染了我，值得我终身学习。
她无私的奉献精神是我毕生学习和追求的目标。
在今后的学习和生活之中，老师的教诲必将激励我不断奋发向上。
同时也要感谢与我相关的课题组的同学，他们在设计中给了我很大的帮助，和他们的讨论时常使我豁然开朗，他们给了我很多很好的设计建议，使我的设计加快了进程。
在此向所有给予我帮助和支持的老师和同学表示深深的谢意！
参考文献
[1]戴曙.金属切削机床.北京：
机械工业出版社，2007
[2]王爱玲.现代数控编程技术及应用.北京：
国防工业出版社，2005
[3]王绍俊.机械制造工艺设计手册.哈尔滨：
哈尔滨工业大学出版社，1981
[4]朱勇，吴敏，周芸，陈洁.数控机床仿真加工.上海：
上海科学技术出版社，2009
[5]王先逵.机械制造工艺学.北京：
机械工业出版社，1999
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