零件数控车工艺与编程本科毕设论文.docx

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零件数控车工艺与编程本科毕设论文

****本科毕业设计（论文）

零件数控车工艺与编程

学生姓名：

学生学号：

院（系）：

机电工程学院

年级专业：

级机械设计制造及其自动化

指导教师：

助理指导教师：

二〇年月

摘要

数控机床是一种装有程序控制系统的自动化机床。

该控制系统能够逻辑地处理具有控制编码或其他符号指令规定的程序，并将其译码，从而使机床动作并加工零件。

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、盘类等回转体零件。

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、铰孔等工作。

数控加工工艺包括分析零件图纸，确定工件在车床上的装夹方式、各表面的加工顺序和刀具的进给路线以及刀具、夹具和切削用量的选择等。

数控编程就是将被加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等）等加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。

关键词数控机床,数控车床，加工工艺,数控编程

BSTRACT

CNCmachineisequippedwithanautomaticmachinecontrolsystem.Thecontrolsystemcanbelogicallyprocessinghascontrolofcodeorothersymbols,andtheproceduresstipulatedbytheinstructiondecode,thusmakethemachineandmachiningpartsmovement.

CNClatheiscurrentlythemostwidelyusedoneofncmachinetools.CNClatheismainlyusedformanufacturingaxialandaxisymmetricalparts.Throughthencmachiningprogramoperation.Cuttingprocessingcanbedoneautomatically,suchascylindricalsurface,circularconicalsurface,formingsurface,threadandheadfacemachiningprocesses,andcanbecutting,drilling,reaming,etc.

Ncmachiningprocessincludinganalysisofpartsdrawing,determinetheclampingmethodofworkpieceonalathe,eachclampingsurfacemachiningsequenceandtoolforcutting,clampandrouteandcuttingdosagesetc.

CNCprogrammingistheprocess.Intheprocesstheprocessingdata,suchasprocessingsequence,sizeofthetrajectorydata,processparameters（themovementandfeedmovementspeed,cuttingdepth）andtheauxiliaryoperation（exchangeoftools,spindlepositive&negativerotating,openingandclosingofthecoolingfluid,theclampingandlooseningoftools,etc）formatintotheprocessingprogramsusingthegivenwords、figuresandsymbols.

KeywordsCNC,CNCturningmachine，machiningprocess,NCProgramming

目录

摘要………………………………………………………………………………ⅠABSTRACT……………………………………………………………………..…Ⅱ

1绪论1

1.1课题背景及意义1

1.1.1课题背景1

1.1.2课题研究意义2

1.2数控机床国内外应用现状与发展趋势2

1.2.1数控机床国内外应用现状2

1.2.2数控机床发展趋势3

2数控机床概述4

2.1．数控机床简介4

2.1.1数控机床的定义4

2.1.2数控机床的特点4

2.2.数控机床的组成、工作原理与分类5

2.2.1数控机床的组成5

2.2.2数控机床的工作原理5

2.2.3数控机床的分类5

2.3数控车床概述6

2.3.1数控车床工作原理6

2.3.2数控车床的结构组成7

2.3.3数控车床主要加工对象9

3数控车削工艺制定11

3.1数控车床加工工艺的主要内容和基本特点11

3.2零件图分析11

3.3工件在数控车床上的定位与装夹13

3.3.1工件在数控车床上的定位13

3.3.2工件在数控车床上的装夹14

3.4数控车削切削用量的选择15

3.4.1粗、精加工时切削用量的选择原则15

3.4.2切削用量的选择方法16

3.4.3检验机床功率17

3.5数控车刀的选择17

3.5.1常用车刀的类型17

3.5.2车刀的类型及选择18

3.6数控车床加工工艺路线拟定19

3.6.1加工阶段的划分19

3.6.2工序划分和加工顺序的安排20

3.7数控加工工艺文件22

4数控车床编程简介23

4.1数控车削编程概述23

4.1.1数控车床编程特点23

4.1.2数控车削加工的坐标系统23

4.2数控编程中的数值计算25

4.2.1数值计算的内容25

4.2.2基点坐标的计算26

4.2.3非圆曲线节点坐标的计算26

4.2.4辅助计算28

4.3数控车削指令简介及应用28

4.3.1数控车削指令简介28

4.3.2西门子840D系统常用车削循环指令的应用29

5螺纹轴数控车工艺及程序编制32

5.1螺纹轴加工工艺分析32

5.1.1零件图分析32

5.1.2工艺处理33

5.1.3刀具的选用及切削用量选择33

5.2螺纹轴加工程序编制35

5.2.1工件坐标系35

5.2.2螺纹轴加工程序编制35

总结39

参考文献40

致谢41

1绪论

1.1课题背景及意义

1.1.1课题背景

数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础；数控技术的应用是提高制造业的产品质量和劳动生产率必不可少的重要手段；数控机床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。

专家们预言:

二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。

加入世贸组织后，中国正在逐步变成“世界制造中心”。

为了增强竞争能力，中国制造业开始广泛使用先进的数控技术。

数控机床是制造装备业的工作母机，是实现先进制造技术和装备现代化的基石，是保证高技术产业发展和国防军工现代化的战略装备。

数控机床适用于加工多品种小批量零件、结构较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求100%检验的零件。

数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展的重要装备，被认为是航空航天、船舶、精密仪器、发电等行业加工关键部件的最主要加工工具。

普通车床靠齿轮和普通丝杠螺母传动。

由于各运动副间存在间隙，加上手工操作不准确，因此重复精度较低。

普通车床测量时需停车后手工测量，测量误差较大，而且效率低下。

适合批量较小，精度要求不高，零活类零件。

它投资较数控车床低，但对工人的操作技能要求较高，因为低水平工人的废品率较高和生产率较低。

数控车床靠步进电机带动滚珠丝杠传动，由于滚珠丝杠可以有过盈量，传动无间隙，精度主要靠机床本身和程序保证。

在加工过程中可以自动测量，并能自动补偿刀具磨损及其他原因产生的误差。

所以加工质量好，精度稳定。

还可以用编程的方法车出形状复杂，普通车床难以加工的复杂零件。

适合精度高，批量大，形状复杂的零件。

数控机床作为机电一体化的典型产品,在机械制造业中发挥着巨大的作用,很好的解决了现代机械制造中结构复杂，精密，批量小,多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量,大幅度提高生产效率，由于高技术水平的人才越来越缺，现在新上的企业多采用数控，以提高生产率和产品质量，降低废品率。

而数控车床主要是加工回转体零件，典型的加工表面不外乎外圆柱、外圆锥、螺纹、圆弧面、切槽等。

要实现数控加工，编程是关键。

本课题就外圆柱面、圆锥面、圆弧面、切槽、螺纹的加工的工艺分析和加工方法进行分析，虽然只对一例数控车床加工零件进行了分析，但它具有一定的代表性。

1.1.2课题研究意义

随着计算机技术、信息技术和微电子技术等高新技术的发展，数字控制技术已经广泛应用于工业控制的各个领域，机械制造业也因此发生了革命性的变化，传统的加工设备正逐渐被高效率、高精度、高自动化的数控加工设备所代替。

当前，数控加工技术正迅速发展并逐步得到普及，发展前景十分广阔。

能熟练掌握数控机床编程、操作、维护等技术的工程技术人才成为社会紧缺、企业急需的人才，因此掌握数控车床的加工编程技术尤为重要。

本课题通过完成螺纹轴数控车加工工艺及程序编制探究如何使数控车床快速、高效、高精度的加工出所给定的零件，以达到减少零件的机加工时间、提高数控加工的经济效益、扩大数控加工的应用领域。

1.2数控机床国内外应用现状与发展趋势

1.2.1数控机床国内外应用现状

世界主要工业发达国家的数控机床已进入批量生产阶段，如美国、日本、德国、法国等，其数控化率达到80%。

其中日本发展最快。

1977年，日本年产数控机床5400多台；1985年，日本年产数控机床约为50000台，数控化率约为70%，居世界第一位。

目前世界数控机床消费趋势已从初期以数控电加工机床、数控车床、数控铣床为主转向以加工中心、专用数控机床、成套设备为主，并广泛应用于航空航天、国防等领域。

目前，国外数控机床最多控制轴数达到8通道24轴，最多联动轴数达24轴，最小设定单位为0.001um,快退、快进速度高达1000m/min,可完成直线、圆弧、圆柱、螺旋线、渐开线、极坐标、样条、螺旋线、NURBS等插补。

具有纳米插补及高精轮廓控制，前预测控制、前馈控制、同步协调控制等功能。

我国数控机床经过多年的发展，特别是近几年的发展，与世界先进水平正在缩短。

目前，我国各种门类的数控机床都能生产，水平参差不齐，有的是世界水平，有的比国外先进水平落后10～l5年。

“十五”期间，我国数控机床行业实现了超高速发展，但位于低档的经济型数控机床仍占据较大比重。

国产数控机床特别是中高档数控机床仍然缺乏市场竞争力，究其原因主要在于国产数控机床的研究开发深度不够、制造水平依然落后、服务意识与能力欠缺、数控系统生产应用推广不力及数控人才缺乏等。

1.2.2数控机床发展趋势

随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。

数控机床正向着高精度、多功能、高速化、高效率，复合加工功能、智能化等方向迈进，主要表现为以下几方面。

首先是高精度化，当代工业产品对精度提出了越来越高的要求，典型的高精度零件如陀螺框架、伺服阀体、涡轮叶片、非球面透镜、光盘、磁头、反射鼓等，这些零件的尺寸精度要求均在微米、亚微米级。

因此，加工这些零件的机床也必须受到需求的牵引而向高精度发展。

其二是高速化，提高生产率是机床技术发展追求的基本目标之一，而实现这个目标的最主要、最直接的方法就是提高切削速度和减少辅助时间。

其三高柔性化，柔性是指机床适应加工对象变化的能力，当代产品的多样化和个性化，对机床提供了更高的柔性加工要求。

数控机床在提高单机柔性化的同时，朝着单元柔性化和系统柔性化方向发展。

不仅中、小批量的生产方式在努力提高柔性化能力，就是在大批量生产方式中，也积极向柔性化方向转向。

其次高自动化，高自动化是指在全部加工过程中尽量减少“人”的介入而自动完成规定的任务，它包括物料流和信息流的自动化。

其五复合化，复合化包含了工序复合化和功能复合化。

其六智能化，数控技术的一个重要发展趋势是加工过程的智能化。

带有自适应控制功能的控制系统，可以在加工过程中根据切削力和切削温度等加工参数，自动优化加工过程，从而达到提高生产率，增加刀具寿命并改善加工表面质量等目的。

再次是网络化，为适应制造业的网络化和全球化发展趋势，数控系统的网络化功能也日趋重要。

在企业内部，具有网络功能的数控系统可以充分实现企业内部的资源和信息共享，适应未来车间的面向任务的定单的生产发展模式，使得生产控制系统的集成更加简便有效。

在生产企业之间，数控系统的网络化功能可以更好地适应敏捷制造（AM）等先进制造模式。

同时，系统制造商也可以通过系统的网络功能进行远程诊断服务。

最后是高可靠性，数控机床与传统机床相比，增加了数控系统和相应的监控装置等，应用了大量的电气、液压和机电装置，易于导致出现失效的概率增大数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标，数控机床能否发挥其高性能、高精度、高效率，并获得良好的效益，关键取决于可靠性。

2数控机床概述

2.1．数控机床简介

2.1.1数控机床的定义

数字控制（NumericalControl，简称NC）技术是指用输入数控装置的数字化信息来控制执行预定动作的自动控制技术。

数控机床是一种利用数控技术，准确地按照事先安排的工艺流程，实现规定动作的金属切削机床。

即它把刀具和工件之间的相对位置，机床电动机的起动和停止，主轴变速，工件松开夹紧，刀具的选择，冷却泵的起停等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字信息送入数控装置或计算机，经过译码、运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其它执行元件，使机床自动加工出所需要的工件。

数控机床的核心部分是数控系统，数控系统是数控机床的程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统中具有特定代码的程序，并将其译码，从而使机床运动，并加工零件。

世界上第一台数控机床诞生于1952年，是由美国帕森斯公司（Parsons）和麻省理工学院（MIT）合作研制成功的，它是一台三坐标数控铣床，用于加工直升飞机叶片轮廓检查用样板。

2.1.2数控机床的特点

数控机床以其精度高、效率高、能适应小批量多品种复杂零件的加工等优点，在机械加工中得到日益广泛的应用。

概括起来，数控机床具有以下几方面的特点：

数控系统取代了通用机床的手工操作，具有充分的柔性，只要重新编制零件程序，更换相应工装，就能加工出新的零件；零件加工精度一致性好，避免了通用机床加工时人为因素的影响；生产周期短，特别适合小批量、单件零件的加工；可加工复杂形状的零件，如二维轮廓或三维轮廓加工；易于调整机床，与其他加工方法相比，所需调整时间较少；易于建立计算机通信网络；设备初期投资大；由于系统本身的复杂性，增加了维修的技术难度和维修费用。

2.2.数控机床的组成、工作原理与分类

2.2.1数控机床的组成

如图2-1所示，数控机床一般由输入设备、数控装置（CNC）、伺服单元、驱动装置（或称执行机构）、可编程控制器（PLC）及电气控制装置、辅助装置、机床本体及测量装置组成。

图2－1数控机床的基本结构

2.2.2数控机床的工作原理

数控机床加工零件时，首先编制零件的数控程序，这是数控机床的工作指令。

将数控程序输入到数控装置，再由数控装置机床主运动的变速、启停，进给运动的方向、速度和位移大小，以及其他诸如刀具选择交换，工件夹紧、松开和冷却、润滑的启、停等动作，使刀具与其他辅助装置严格地按照数控程序规定的顺序、路程和参数进行工作，从而加工出形状、尺寸与精度等符合要求的零件。

2.2.3数控机床的分类

由于数控系统的强大功能，使数控机床种类繁多。

根据不同的分类方法，可以将数控机床分为不同的类型。

按数控机床的用途可分为以下三类：

①金属切削类数控机床，金属切削类数控机床包括数控车床、数控铣床、数控磨床、数控钻床、数控镗床、加工中心等。

②金属成形类数控机床，金属成形类数控机床有数控折弯机、数控弯管机、数控冲床和数控压力机等。

③数控特种加工机床，数控特种加工机床包括数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光加工机床，数控淬火机。

按控制运动轨迹分为点位控制数控机床、直线控制数控机床、连续控制数控机床；按驱动装置的特点分为开环控制数控机床、闭环控制数控机床、半闭环控制数控机床，其中半闭环控制系统用得较多，其控制原理图如图2-2所示。

图2-2半闭环控制数控机床的系统框图

2.3数控车床概述

2.3.1数控车床工作原理

数控车床是目前使用最广的数控机床之一，主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。

与普通车床相比，数控车床具有以下特点：

采用了全封闭或半封闭防护装置数控车床采用封闭防护装置可防止切屑或切削液飞出，给操作者带来意外伤害；采用了自动排屑装置数控车床大都采用斜床身结构布局，排屑方便，便于采用自动排屑机；主轴转速高，工件装夹安全可靠，数控车床大都采用了液压卡盘，夹紧力调整方便可靠，同时也降低了操作工人的劳动强度；可自动换刀数控车床都采用了自动回转刀架，在加工过程中可自动换刀，连续完成多道工序的加工；主、进给传动分离数控车床的主传动与进给传动采用了各自独立的伺服电机，使传动链变得简单、可靠，同时，各电机既可单独运动，也可实现多轴联动。

图2－3　数控车床的工作过程

数控车床的工作过程如图2-3所示。

在数控车床上加工零件时，要事先根据加工图样的要求确定零件加工方案、工艺参数和位移数据，再按编程手册的有关规定编写零件数控加工程序，然后通过MDI方式或DNC方式将数控加工程序送到数控系统，数控系统将所接受的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号形式向伺服系统发出执行的命令。

伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动车床进给机构严格按照指令的要求进行位移，使车床自动完成相应零件的加工。

2.3.2数控车床的结构组成

数控车床大体由车床主机、辅助装置、驱动系统、数控系统、机外编程器等五大部分组成，如图2-4所示。

车床主体：

车床主体指的是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。

数控系统：

数控系统是指数控机床的程序控制系统，它能逻辑地处理输入到系统中具有特定代码的程序，并将其译码，从而使机床运动，并加工零件。

驱动系统：

驱动系统是数控车床切削工作的动力部分，主要实现主运动和进给运动。

在数控车床中，驱动系统称为伺服系统，由伺服驱动电路和驱动装置两大部分组成。

伺服驱动电路的作用是接受指令，经过软件的处理，推动驱动装置运动。

驱动装置主要由主轴电机、进给系统的步进电机或交、直流伺服电机等组成。

图2－4　数控车床的组成

辅助装置：

与普通车床相类似，辅助装置是指数控车床中一些为加工服务的配套部分，如液压、气动装置、冷却、照明、润滑、防护和排削装置等。

机外编程器：

由于数控车床经常用于加工一些复杂的零件，所以有一些加工程序会比较复杂。

如果在车床上编制这些加工程序，一方面要占用大量的机时，另一方面在程序的编制过程中容易发生错误。

机外编程器是在普通的计算机上安装一套编程软件，使用这套编程软件以及相应的后置处理软件，就可以在机外编制加工程序。

通过车床控制系统上的通信接口或其他存储介质（如软盘、光盘等），把编制的加工程序输入到车床的控制系统中，完成零件的加工。

从总体上看，数控车床与卧式车床的机械结构相似，仍然是由主轴箱、刀架、进给传动系统、床身、液压系统、冷却系统、润滑系统、等部分组成，但是数控车床的进给系统与卧式车床的进给系统在结构上存在着本质的差别。

卧式车床主轴的运动经过挂轮架、进给箱、溜板箱传到刀架，实现纵向和横向进给运动。

而数控车床是采用伺服电动机，经滚珠丝杠传到滑板和刀架，实现Z轴（纵向）和X轴（横向）进给运动。

数控车床也有加工各种螺纹的功能，主轴旋转和刀架移动间的运动关系通过数控系统来控制。

数控车床主轴箱内安装有脉冲编码器，旋转时，脉冲编码器便发出检测脉冲信号给数控系统，使主轴电动机的旋转与刀架的切削进给之间保持加工螺纹所需的运动关系，即实现加工螺纹时主轴转一转，刀架Z向移动工件一个导程的运动关系。

图2-5为数控车床的结构示意图。

数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电动机驱动，所以它的传动链短，不必使用交换齿轮、光杆等传动部件。

伺服电动机可以直挂，与丝杠联接带到刀架运动，也可以用同步齿形带联接。

现代多功能数控车床绝大部分采用交流主轴驱动系统，主轴具有很高的转速和很宽的调整范围，主轴按控制指令无级变速，数控车床主轴箱内的结构比卧式车床简单得多。

图2-5数控车床结构示意图

在数控车床上增加刀库和C轴控制，可使它除了能车削、镗削外，还能进行端面和圆周面上任意部位的钻、铣、攻螺纹，而且在具有插补功能的情况下，还能镗削曲面，这样就构成了车削中心，如图2-6所示。

图2－6车削中心结构示意图

2.3.3数控车床主要加工对象

数控车削是数控加工中应用最多的加工方法之一。

数控车床可以进行端面、圆柱面、圆锥面、圆弧面及回转槽、内孔、倒角及各种螺纹的车削。

综合数控车床的特点，数控车床适合具有以下要求和特点的回转体零件。

精度要求高的零件。

由于数控车床刚性好，制造精度高，并且能方便地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工精度要求较高的零件，甚至可以以车代磨。

数控车床刀具的运动是通过高精度插补运算和伺服驱动束实现的，并且工件的一次装夹可完成多道工序的加工，因此提高了加工工件的形状精度和位置精度。

表面粗糙度好的回转体。

数控车床能加工出表面粗糙度小的零件，不但是因为机床的刚性和制造精度高，还由于它具有恒线速度切削功能。

使用数控车床的恒线速度切削功能，就可选用最佳线速度来切削端面，这样切出的粗糙度既小又一致。

超精密、超低表面粗糙度的零件。

轮廓精度要求超高和表面粗糙度超低的零件，适合于在高精度、高功能的数控车床上加工。

超精加工的轮廓精度可达0.1μm，表面的粗糙度可达0.02μm，超精加工所用数控系统的最小设定单位应达到0.01μm。

超精车削零件的材质以前主要是金属，现已扩大到塑料和陶瓷。

表面形状复杂的回转体零件。

由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，部分车床数控装置还有某些非圆曲线插补功能，所以可以车削由任意直线和平面曲线组成的形状复杂的回转体零件和难以控制尺寸的零件，如具有封闭内成型面的壳体零件。

带一些特殊类型螺纹的零件。

数控车床不但能车任何等节距的直、锥和端面螺纹，而且能车增节距、减节距，以及要求等节距、变节距之间平滑过渡的螺纹和变径螺纹。

如图2-6所示为数控车床实现螺纹加工的控制原理图。

图2-6螺纹加工控制原理图

3数控车削工艺制定

3.1数控车床加工工艺的主要内容和基本