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蚌埠学院数控实训

数控加工实训报告

题目名称

数控加工实训

专业班级

材料成型及控制工程

学生姓名

学号

指导教师

机械与车辆工程系

二○一六年6月12日

《数控技术》实训任务书

蚌埠学院13材料成型及控制工程专业第二组

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

一、课程设计课题：

数控技术实训

二、课程设计工作日：

自2016年5月30日至2016年6月12日

三、课程设计进行地点：

CAD/CAMJD205/206、金工实训加工中心

四、课程设计任务要求：

为了使同学们具备编制数控机床加工工艺规程的能力；具备选择工艺参数、编制数控机床加工程序的能力；具备操纵、调试数控机床的能力；实训要求如下

1.必须独立完成实训，先进行程序编制工作，然后在数控仿真计算机实验室上机模拟，每位学生所编程序必须在微机上调试通过，然后进行加工实践；

2.实训完成后每人上交一份总结报告。

必须包含

1）计算机绘制图纸，根据零件图样要求、毛坯情况，确定工艺方案及加工路线（附：

数控加工工序卡和数控加工走刀路线图），计算走刀轨迹的基点坐标值（附：

轨迹基点的坐标计算值列表）

（2）选择刀具，计算确定切削用量（附：

数控加工刀具卡）

（3）确定工件坐标系、对刀点和换刀点

（4）编制数控加工程序单

（5）附打印的模拟结果

（6）实训心得等内容；

3.每组数控车床、数控铣床各一题，设计任务技术图纸如A、B；

4.实训的时间为2周，同学们要抓紧时间，做到秩序井然、按时完成任务；

5.凡不符合上述要求的必须重做。

五、课程设计题图：

A课题:

如图所示螺纹特形轴，生产纲领为小批量，毛坯为φ40㎜×100㎜㎜棒材，材料为45号钢。

数控车削前毛坯已粗车端面、钻好中心孔。

外圆车刀粗精加工外圆，切槽刀切槽，外圆螺纹车刀加工螺纹。

（先做工艺，编程，仿真然后上机床操作）

B课题：

毛坯为100㎜×100㎜×40㎜板材，生产纲领为小批量，要求加工出如图所示的轮廓及φ6㎜的孔。

工件材料为40Gr，正火：

HB129-229。

4㎜的厚度需分两层铣削，即每层铣削厚度为2㎜，轮廓铣削刀具使用φ12端铣刀，加工孔用φ6㎜的钻头。

（本题目需做做两种方式，1、做工艺，手工编程，仿真。

2、做工艺，自动编程，仿真）

目录

一、车削实训1

1、零件工艺分析，毛坯及零件基准的确定1

2、零件的工艺方案、切削用量及加工2

（1）、零件的工艺方案2

②、根据图纸要求按先主后次的加工原则，确定零件的加工工艺路线2

a）、先从右至左切削外轮廓面3

（2）、确定零件的切削用量3

3、计算轨迹坐标值5

（1）、外轮廓面刀具轨迹坐标值5

（2）、退刀槽刀具轨迹坐标值6

（3）.、螺纹加工刀具轨迹坐标值6

4、程序的编写7

5、加工程序仿真图形及操作步骤8

二、数控铣削实训的准备过程13

1、数控铣床的开关机与回零操作13

2、数控铣床基本操作13

（1）数控铣床常用刀具认识13

（2）．按铣刀结构形式不同可分为14

（3）．数控铣刀的选择及应用14

3、刀具的安装16

4、数控铣床的对刀16

5、数控铣床加工的准备工作19

6、数控铣床程序模拟23

三、铣削实训过程24

1、被加工零件的零件图24

2、实训步骤25

（1）.分析零件图样25

（2）.工艺分析25

（3）．加工程序编制27

（4）、自动编程加工过程图29

四、实训总结31

参考文献32

五、附表………………………………………………………………………………………33

一、车削实训

1、零件工艺分析，毛坯及零件基准的确定

（1）、零件工艺分析与实训目的

图1.1螺纹特型轴

从上图1.1螺纹特型轴可看出，该零件是阶梯轴，径向尺寸的基准是中心线，轴向基准是零件的右端面。

尺寸精度与粗糙度要求较低。

生产纲领为小批量生产。

（2）、毛坯的确定

由于是小批量生产所以可以用数控车床进行加工，毛坯的材料选择45号钢，尺寸为：

的棒料。

（3）、零件基准的确定

此工件的径向尺寸设计基准为中心线，轴向尺寸设计基准为右端面。

采用三抓自定位卡盘装夹，定位基面为外圆，可认为定位基准为中心线，满足基准重合原则。

用三抓自定心卡盘夹持

外圆，使工件伸出卡盘

，一次装夹完成粗精加工。

2、零件的工艺方案、切削用量及加工

（1）、零件的工艺方案

1、确定工件坐标系，换刀点及循环起点

根据零件的尺寸标注特点及基准统一的原则，编程原点选择零件的右端面。

确定O点位工件坐标系原点；A点为换刀点，也为编程起点，B点为循环起点。

具体如下图2.1所示：

图2.1螺纹特型轴坐标系

2、根据图纸要求按先主后次的加工原则，确定零件的加工工艺路线

a）、先从右至左切削外轮廓面。

其路线为：

倒角→切削螺纹外圆面→车台阶平面→车削

外圆→切削圆弧部分→车削

外圆→车削

外圆。

b）、切

的槽。

c）、车

的螺纹。

③、选择刀具填写加工刀具卡并绘制刀具布置图

根据加工要求选择三把刀具。

Ⅰ号刀为外圆车刀，Ⅱ号刀为切槽刀，Ⅲ号刀为螺纹刀

（2）、确定零件的切削用量

刀具选择卡片

数控加工工艺卡

单位名称

蚌埠学院

45号钢

零件图号

工序号

程序编号

夹具名称

使用设备

车间

台钳

工步号

工步内容

刀具号

刀具材料

主轴转速r/min

每齿进给量mm/min

背吃刀量/mm

备注

1

外圆车刀

T01

硬质合金

1500

0.5

4

2

割刀

T02

高速钢

500

0.18

1.55

3

螺纹刀

T03

高速钢刀具W18Cr4V

450

0.1

编制

审核

第页

共页

由刀具选择卡片可得：

①、粗车

a）、确定被吃刀量:

。

b）、确定主轴转速：

查《数控机床加工工艺》表5-2，选用切削速度

则根据公式：

取n=1200r/min

c）、确定进给速度：

查《数控机床加工工艺》表5-3，取进给量

则进给速度

②、精车

a）、确定背吃刀量：

b）、确定主轴转速：

查《数控机床加工工艺》表5-2，选用切削速度v=200m/min，则根据公式：

取n=1600r/min

c）、确定进给速度：

精车进给量

，进给速度

③、切槽

a）、确定背吃刀量：

b）、确定主轴转速：

查《数控机床加工工艺》表5-2，选用切削速度

，则根据公式：

取取n=430r/min

c）、确定进给速度：

查《切削用量简明手册》，取进给进给量

，进给速度

④、车螺纹

螺纹大径

，查《实用金属切削手册》表1-93可知螺距p=

，小径d=19.25mm。

a）、确定背吃刀量：

查《切削用量简明手册》长用螺纹切削的进给次数与背吃刀量表，螺距

，切削次数为

次，背吃刀量分别为

，

，

，

，

。

b）、确定主轴转速：

根据《数控机床加工工艺》，车螺纹时主轴转速

，式中P—被加工螺纹螺距，k—保险系数，一般为80

则主轴转速

取主轴转速n=400r/min

c）、确定进给速度：

螺纹加工进给量与螺距相等，即进给量

进给速度

3、计算轨迹坐标值

（1）、外轮廓面刀具轨迹坐标值

图2.1螺纹特型轴各坐标点

由图2.1可得各坐标的值分别为：

A（80,50）B（43,5）C（20,0）

D（22,-1）E（19,-21）F（22,-21）G（28,-24）H（28,-28）

I（31.1,-35.72）J（34,-42.59）K（34,-49.59）L（38,-51.59）M（38,-57.59）

N（40,-57.59）M（40,-62.59）

（2）、退刀槽刀具轨迹坐标值

退刀槽刀具轨迹各点的坐标分别为：

A（80,50）H（25,-21）S（19,-21）

（3）.、螺纹加工刀具轨迹坐标值

①螺纹加工各点坐标的坐标值分别为：

A（30,5）B（21.1,-19）

C（20.4,-19）

D（20,-19）E（19.7,-19）F（19.4,-19）

②确定走刀路线

根据以上各点坐标值可得外轮廓面的走刀路线如下图所示：

图2.2外轮廓面走刀路线图

4、程序的编写

程序内容及注释如下：

O0001

程序号

N20

M03S1200T0101;

选1号倒及1号刀补，正转，1200r/min

N30

G00X43Z5D01;

对刀，车端面

N40

G71U1R0.5;

粗车循环指令

N50

G71P60Q170U1W0.5F0.1;

留0.1精车余量，进行粗车循环

N60

G00X10Z5;

N70

G01X22Z-1S800;

N70-N170表示粗加工路径，向车床传达零件的形状，并执行程序

N80

W-20;

N90

X28W-3;

N100

W-4;

N110

G02X31.1W-7.72R20;

N120

G03X34W-10.87R17;

N130

G01W-7;

N140

G02X38W-2R2;

N150

G01W-6;

N160

X40;

N170

W-5;

N180

G40G01X43;

取消刀补

N190

G70P60Q170;

N210

T0202M03S430F0.2;

2号刀和2号刀补

N220

G00X25Z-21;

N230

G01X19F0.2;

切退刀槽至尺寸

N240

G04X2.0;

N250

G01X25;

退刀

N260

G00X80Z50;

回到换刀点

N270

T0303M03S400F0.2;

3号刀和刀补

N280

G00X30Z5;

N290

G92X21.1Z-19F0.1;

车削螺纹

N300

X20.4;

N310

X20;

N320

X19.7;

N330

X19.4;

N340

G00X80Z50;

N350

M05;

N360

M30

程序结束

5、加工程序仿真图形及操作步骤

（1）、仿真图形

基于南京宇航数控仿真软件得到的仿真图形如下：

粗加工截图：

精加工截图：

切槽截图：

切螺纹截图：

完成时的工件截图（2D）：

基于数控车床所得的实体图形如下：

（说明：

为了帮助学生动手实践，灵活运用所学知识，临时将零件材料改为塑料材料）

（2）、操作步骤

①、开机

1）打开机床电源；2）打开数控系统电源；3）打开急停开关。

②、回零（建立机床坐标系）

选择回参考点方式，按下“+X”、“+Z”，直到显示X0.000，Z0.000，（指示灯亮时），表示已经完成回零操作。

③、安装工件与安装刀具

1）工件要留有一定的夹持长度，其伸出长度要考虑零件的加工长度及必要的安全距离。

2）①安装前保证刀杆及刀片定位面清洁，无损伤；

②将刀杆安装在刀架上时，应保证刀杆方向正确；

③安装刀具时需注意使刀尖等高于主轴的回转中心；

④车刀不能伸出过长，一般为30-35毫米左右。

④、程序输入

选择程序编制方式，按下“PRGRM”按钮，先输入文件名（必须以英文字母O开头，后面四位数字），按INSRT键，再按EOB（；），然后输入程序内容，每一段程序的结束符为EOB（；），再按INSRT键，一段程序输入完成……直到全部输入。

⑤、对刀（建立工件坐标系）

通常将工件坐标系原点建立在工件右端面的中心，手轮方式进行对刀

Ⅰ、先让主轴旋转，分别选择X轴、Z轴“-”向移动至靠近棒料右端面处；

Ⅱ、对Z原点：

分别选择X轴、Z轴并移动使刀尖轻碰右端面，并用很小的切削量切平端面后，沿+X方向退出，主轴停止。

在手动数据输入方式下，按OFFSET按钮---形状---光标移到与程序对应的刀补号里，输入“Z0”，点击“测量”；

Ⅲ、对X原点：

刀尖轻碰外圆，并用很小的切削量切一段外圆（游标卡尺能测量即可），然后沿+Z方向退出，主轴停止。

在手动数据输入方式下，按OFFSET按钮---形状---光标移到与程序对应的刀补号里，输入用游标卡尺测量的试切外圆的直径，点击“测量”；

Ⅵ、选择自动循环方式，选中程序，选择循环启动，加工结束用游标卡尺测量外圆尺寸。

Ⅶ、加工结束，注意机床保养。

Ⅷ、关机

1）关闭急停开关；2）关闭数控系统电源；3）关闭机床电源；

二、数控铣削实训的准备过程

1、数控铣床的开关机与回零操作

数控铣床的开关机操作

操作步骤：

按回零→“Z+”→“X+”“Y+”→机床自动运行直到“X零点”“Y零点”“Z零点”指示灯都亮后→回零完毕。

由于机床采用增量式测量系统，故一旦机床断电后，其上的数控系统就失去了对参考点坐标的记忆。

当再次接通数控系统的电源后，操作者必须进行回零操作。

其回零的目的在于让各坐标轴回到机床一固定点上,即机床的零点,也叫机床的参考点。

另外，机床在操作过程中遇到急停信号或超程报警信号，待故障排除后，恢复机床工作时，也必须回参。

数控机床回零的主要作用：

机床坐标系是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点称为机床原点或机床零点。

在机床经过设计、制造和调整后，这个原点便被确定下来，它是固定的点。

数控装置上电时并不知道机床零点，为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个机床参考点（测量起点），机床起动时，通常要进行机动或手动回参考点，以建立机床坐标系。

机床参考点可以与机床零点重合，也可以不重合，通过参数指定机床参考点到机床零点的距离。

机床回到了参考点位置，也就知道了该坐标轴的零点位置，找到所有坐标轴的参考点，CNC就建立起了机床坐标系。

2、数控铣床基本操作

（1）数控铣床常用刀具认识

①、高速钢刀具

高速钢（HSS）刀具过去曾经是切削工具的主流，随着数控机床等现代制造设备的广泛应用，大力开发了各种涂层和不涂层的高性能、高效率的高速钢刀具，高速钢凭借其在强度、韧性、热硬性及工艺性等方面优良的综合性能，在切削某些难加工材料以及在复杂刀具，特别是切齿刀具、拉刀和立铣刀造中仍有较大的比重。

但经过市场探索一些高端产品逐步已被硬质合金工具代替。

②、硬质合金刀具

硬质合金是用高硬度、难熔的金属碳化物（WC、TiC等）和金属粘结剂（C。

、Ni等）在高温条件下烧结而成的粉末冶金制品。

硬质合金的常温硬度达89～93HRA，760℃时其硬度为77～85HRA，在800～1000℃时硬质合金还能进行切削，刀具寿命比高速钢刀具高几倍到几十倍，

Ⅲ陶瓷刀具

与硬质合金相比，陶瓷材料具有更高的硬度、红硬性和耐磨性。

陶瓷材料的缺点是脆性大、横向断裂强度低、承受冲击载荷能力差，这也是近几十年来人们不断对其进行改进的重点。

陶瓷刀具材料可分为三大类：

①氧化铝基陶瓷。

在Al2O3基体材料中加入TiC、WC、ZiC、TaC、ZrO2等成分，经热压制成复合陶瓷刀具，其硬度可达93～95HRC，为提高韧性，常添加少量Co、Ni等金属。

③氮化硅基陶瓷。

常用的氮化硅基陶瓷为Si3N4+TiC+Co复合陶瓷，其韧性高于氧化铝基陶瓷，硬度则与之相当。

④氮化硅—氧化铝复合陶瓷。

⑤超硬刀具

人造金刚石、立方氮化硼（CBN）等具有高硬度的材料统称为超硬材料。

超硬刀具主要是以金刚石和立方氮化硼为材料制作的刀具，其中以人造金刚石复合片（PCD）刀具及立方氮化硼复合片（PCBN）刀具占主导地位。

许多切削加工概念，如绿色加工、以车代磨、以铣代磨、硬态加工、高速切削、干式切削等都因超硬刀具的应用而起，故超硬刀具已成为切削加工中不可缺少的重要手段。

金刚石是世界上已知的最硬物质，并具有高导热性、高绝缘性、高化学稳定性、高温半导体特性等多种优良性能，可用于铝、铜等有色金属及其合金的精密加工，特别适合加工非金属硬脆材料。

（2）．按铣刀结构形式不同可分为

1）整体式：

将刀具和刀柄制成一体。

如：

钻头、立铣刀等。

2）镶嵌式：

可分为焊接式和机夹式。

3）减振式：

当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，多采用此类刀具。

4）内冷式：

切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部；

5）特殊型式：

如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。

（3）．数控铣刀的选择及应用

被加工零件的几何形状是选择刀具类型的主要依据：

1）加工曲面类零件时，为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切，而避免刀刃与工件轮廓发生干涉，一般采用球头刀，粗加工用两刃铣刀，半精加工和精加工用四刃铣刀,如图所示。

球头铣刀

2）铣较大平面时，为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀，如图所示：

盘形铣刀

3）铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀，如图所示：

立铣刀

4）铣键槽时，为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀，如图所示：

键槽铣刀

5）孔加工时，可采用钻头、镗刀等孔加工类刀具，如图所示：

钻头

3、刀具的安装

（1）、刀柄

数控铣床/加工中心上用的立铣刀和钻头大多采用弹簧夹套装夹方式安装在刀柄上的，刀柄由主柄部，弹簧夹套、夹紧螺母组成。

（2）、铣刀的装夹

铣刀安装顺序：

1）、把弹簧夹套装置在夹紧螺母里；

2）、将刀具放进弹簧夹套里边；

3）、将前面做的刀具整体放到与主刀柄配合的位置上并用扳手将夹紧螺母拧紧使刀具夹紧。

4）、将刀柄安装到机床的主轴上。

4、数控铣床的对刀

在加工程序执行前，调整每把刀的刀位点，使其尽量重合某一理想基准点，这一过程称为对刀。

对刀的目的是通过刀具或对刀工具确定工件坐标系与机床坐标系之间的空间位置关系，并将对刀数据输入到相应的存储位置。

它是数控加工中最重要的工作内容，其准确性将直接影响零件的加工精度。

对刀作分为X、Y向对刀和Z向对刀。

1、对刀方法

根据现有条件和加工精度要求选择对刀方法，可采用试切法、寻边器对刀、机内对刀仪对刀、自动对刀等。

其中试切法对刀精度较低，加工中常用寻边器和Z向设定器对刀，效率高，能保证对刀精度。

2、对刀工具

（1）寻边器

   寻边器主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系中的X、Y值，也可以测量工件的简单尺寸。

   寻边器有偏心式和光电式等类型，如图2-9所示。

其中以偏心式较为常用。

偏心式寻边器的测头一般为10mm和4mm两种的圆柱体，用弹簧拉紧在偏心式寻边器的测杆上。

光电式寻边器的测头一般为10mm的钢球，用弹簧拉紧在光电式寻边器的测杆上，碰到工件时可以退让，并将电路导通，发出光讯号。

通过光电式寻边器的指示和机床坐标位置可得到被测表面的坐标位置。

（2）、Z轴设定器

   Z轴设定器主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系的Z轴坐标，或者说是确定刀具在机床坐标系中的高度。

   Z轴设定器有光电式和指针式等类型，如图2-10所示。

通过光电指示或指针判断刀具与对刀器是否接触，对刀精度一般可达0.005mm。

Z轴设定器带有磁性表座，可以牢固地附着在工件或夹具上，其高度一般为50mm或100mm。

（a）偏心式寻边器            （b）光电式

寻边器

（a）光电式                  （b）指针式 

Z轴设定器

3、注意事项

在对刀作过程中需注意以下问题：

（1）根据加工要求采用正确的对刀工具，控制对刀误差；

（2）在对刀过程中，可通过改变微调进给量来提高对刀精度；

（3）对刀时需小心谨慎作，尤其要注意移动方向，避免发生碰撞危险；

（4）对Z轴时，微量调节的时候一定要使Z轴向上移动，避免向下移动时使刀具、辅助刀柄和工件相碰撞，造成损坏刀具，甚至出现危险。

（5）对刀数据一定要存入与程序对应的存储地址，防止因调用错误而产生严重后果。

4、刀具补偿值的输入和修改

根据刀具的实际尺寸和位置，将刀具半径补偿值和刀具长度补偿值输入到与程序对应的存储位置。

 需注意的是，补偿的数据正确性、符号正确性及数据所在地址正确性都将威胁到加工，从而导致撞车危险或加工报废。

5、数控铣床加工的准备工作

（1）数控铣床刀补的使用方法

刀具补偿可分为刀具长度补偿和刀具半径补偿，其内容和方法已在前面章节中作了详细说明，本章拟用另外一种指令格式对刀具长度补偿功能进行介绍，目的在于进一步强调不同的数控系统对同一编程功能可能采用不同的指令格式。

刀具半径补偿G41、G42、G40

刀具半径补偿有两种补偿方式，分别称为B型刀补和C型刀补。

B型刀补在工件轮廓的拐角处用圆弧过渡，这样在外拐角处，由于补偿过程中刀具切削刃始终与工件尖角接触，使工件上尖角变钝，在内拐角处会则引起过切。

C型刀补采用了比较复杂的刀偏矢量计算的数学模型，彻底消除了B型刀补存在的不足。

下面仅讨论C型刀补。

（1）.指令格式

指令格式：

G17/G18/G19G00/G01G41/G42

G41：

刀具半径左补偿

G42：

刀具半径右补偿

半径补偿仅能在规定的坐标平面内进行，使用平面选择指令G17、G18或G19可分别选择XY、ZX或YZ平面为补偿平面。

半径补偿必须规定补偿号，由补偿号L存入刀具半径值，则在执行上述指令时，刀具可自动左偏（G41）或右偏（G42）一个刀具半径补偿值。

由于刀补的建立必须在包含运动的程序段中完成，因此以上格式中，也写入了GOO（或GO1）。

在程序结束前应取消补偿。

具体的判断方法见本书第二章。

（2）.刀补过程

刀具补偿包括刀补建立，刀补执行和刀补取消这样三个阶段，其中刀补建立与刀补取消均应在非切削状态下进行。

程序中含有G41或G42的程序段是建立刀补的程序段，含有G40的程序段是取消刀补的程序段，在执行刀补期间刀具始终处于偏置状态。

为了在建立刀补和取消刀补时，避免发生过切或撞刀，以及在刀补执行期间掌握刀具在运动段的拐角处的运动情况，有必要对刀补过程作一简要说明。

（3）.刀具偏置矢量

刀具偏置矢量是二维矢量，其大小等于D代码所规定的偏置量，矢量方向的计算是依照各轴刀具进给情况而于控制单元内自动完成的。

通过该偏置矢量计算出刀具中心偏离编程轨迹的实际轨迹。

偏置计算在由G17、G18和G19确定的平面内进行，该平面称之为偏置平面。

例如在已经选择了XY平面时，仅对程序中（X、Y）或（1、J）计算偏置量，并计算偏置矢量。

不在偏置平面内的轴的坐标值不受偏置的影响。

在3轴联动控制中，投影到偏置平面上的刀具轨迹才得到偏置补偿。

（4）.刀补的建立与刀补的取消

刀补的建立是进入切削加工前的一个辅助程序段，刀补的取消是加工完成时要写入到程序中的辅助程序段，如果处理得好则有利于简捷快速而又安全地使刀具进入切入位置和加工完了时退出刀具。

刀补建立时的核心问题是刀具从何处下刀并进入到工件加工的起始位置，刀补取消时则主要应考虑刀具沿何方向退离工件。

系统操作说明书中讨论了各种可能遇到的情况，为简化叙述，下面仅根据习惯的编程方法讨论刀补建立与刀补取消的问题。

不使用这些方法一般也可以正确地完成刀补建立与刀