毕业设计基于数控车中级工新题库的典型零件的工艺设计与加工.docx
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毕业设计基于数控车中级工新题库的典型零件的工艺设计与加工
基于数控车中级工新题库的典型零件的工艺设计与加工
系（院）：
精密制造工程系
学生姓名：
唐晓彬
专业班级：
数控11C6班
学号：
111021629
指导教师：
黄华栋
2014年3月31日
声明
本人所呈交的基于数控车中级工新题库的典型零件项目化工艺设计与加工
（1）论文，是我在指导教师的指导和查阅相关著作下独立进行分析研究所取得的成果。
除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。
作者签名：
日期：
2012年10月25日
【摘要】
此次在数车中级新题库中抽取了三类典型的零件，通过对它们的图纸分析，程序编写到成品加工完成等步骤，使得我们对于数车零件程序的编制得到更深刻的理解，对于操作数控车床的熟练程度能够得到更进一步的提高。
典型零件的加工过程经常出现的例如：
外圆、圆弧、沟槽、内孔、螺纹等等，对于它们的分析、加工时采用的程序、选用的刀具都可以在我们上大学以来拿到的教科书上找到。
譬如图纸的分析就可以以《机械基础》这门课上学到的知识来解决，零件的加工则要归功与车间实训了。
理论同实践的结合使我在数控车床加工方面有了更多的心得，相信这些心得在将来的就业选择中会带给我不少的帮助。
【关键词】：
数车中级新题库零件，零件分析，程序编写
引言
作为一名数控班的学生，经历过数控车床的实训，对于数控车床的相关操作都熟悉，对于一些相对不是太复杂的零件的程序能够快速并且合理的编写出来，工艺的分析也能够大致的有印象。
那么，以下的数控车中级新题库中抽取的三个典型零件的加工以及工艺分析等操作就是对我的小小考验，考验我是否在实训中将所学的数控方面的知识合理的应用，融会贯通。
下面就由我向大家展示我的成果。
一、背景介绍
以前的模具加工需要工人师傅们使用手工操作，利用车床，铣床，磨床等等机械设备来完成。
这种加工出来的模具无法大规模的量产，因为太耗时耗力，而且机械设备的操作，以及模具精确度的把握都是需要至少工作过几时年的老师傅才能完成的。
但是师傅们无法靠双手车铣出空间曲面，这样的难题困扰了人们许多年，直到计算机的出现以及普及化，人们就想到了将当时出现的电子计算机与之前提到的那些机械设备完美的结合起来，于是就产生了如今普遍化的数控类机械设备。
起初的设想在军工业上得到了实现，美国空军所属同提出了设想的帕森斯公司以及麻省理工学院伺服机构研究所三方合作于1952年研制除了世界第一台数控机床--三坐标立式铣床。
数控技术经过无数人的改进与完善，渐渐走向成熟化，趋向于完美。
由于实训时在数控车间不像其他同学那样喜欢吵吵闹闹，所以大部分时间都花在了数控车床的操作以及程序的编写上面，尤其喜欢同当时带我们的老师聊一些程序上面的问题，所以当看到毕业论文的设计时，我就想到了将实训时学到的专业知识和一些操作方法同毕业论文结合在一起，于是就有了这个“基于数控车中级新题库典型零件工艺设计与加工”课题的产生。
二、数控知识的简介
（一）数控装置（核心）
平时我们说的数控装置根据类型差异分成硬件和软件：
第一种是NC（NumericalControl）装置，即所谓的专用硬件装置，它的构成采用的都是硬件逻辑电路；另一种是CNC（ComputerNumericalControl）装置，它是属于计算机数控装置，由计算机系统和应用软件以及硬件两部分组成。
NC装置作为早期数控技术发展的产物，带有一定的局限性和不适应性，随着时代的脚步的前进，NC装置渐渐走向下坡，而新时代的宠儿CNC装置则发展迅猛。
通常完成加工任务由软硬两件在系统操作下一同完成，图1-1展示的就是CNC装置系统的大概组成部分。
现代的数控装置可以利用读取类似存储在USB等读卡器的程序来获取加工程序，也可以通过手动输入编写的程序，高级一点的数控装置自带的计算机设计辅助和自动编程系统更加可以轻松便捷的获取加工程序。
图1-1数控系统的基本组成
（二）CNC装置的主要功能（控制、准备、插补、主轴、进给、刀具、辅助）
（1）对轴的控制以及联动控制时的数量的差异代表了CNC装置控制功能的好与差。
CNC装置功能越强，代表它控制轴数量越多，程序的编制方面也更加复杂。
（2）用来控制机床动作方式的G代码，具有准备功能。
快速定位、直线插补、顺，逆时针圆弧插补、定时暂停、进给加速等等都会使用到G代码。
国际标准化组织规定了100种G代码，分别是G00到G99.但如今很多数控系统已经使用到超过G99以外的代码。
（3）通常程序中使用的圆弧插补，直线插补。
它们的原理是将某段曲线无限分割，在某段中曲线也就渐渐形成类似直线的状态。
这样做便于曲面加工。
实际是采用的数学上的微积分的原理。
由于涉及微积分计算，对于计算机的计算功能格外严格。
（4）主轴功能。
由字母S和2～4位数字构成，代表了主轴转速的功能。
主轴转速有两种运转方式，分别是表面恒线速（mm/min）和恒转速（r/min）。
通常我们使用的大多是恒定线速度，因为它能有效保证机床加工工件端面或锥面的质量。
（5）进给功能。
我们通常指的是机床刀具进给速度，一般用F表示。
（6）刀具功能。
刀具的表示方式和主轴转速的设置方法类似，也是采用字母与数字的结合。
刀具的是采用T和2～4数字来表示，例如1号刀就是T0101。
刀具功能中的刀具选择需要满足刚性好，互换性好，易调整，规格化等特点，这也是区别于普通机床的一个方面；刀具的自动换刀方式以及刀具的编码方式也是刀具的主要常用功能。
（7）辅助功能。
辅助功能是通过M代码控制机床上面的一些辅助装置来更好的加工工件或者便于技术人员测量，观察。
比如说冷却液，照明灯，润滑剂，换刀的刀塔等等都是数控加工过程中必不可少的。
因此辅助功能在数控加工中占据了相当大的地位。
（三）数控机床概述
1.数控机床工作原理图1-2
图1-2数控机床工作原理
2.数控机床坐标系
1）右手直角坐标系，如图1-3。
图2-3右手直角笛卡尔坐标系
2）机床坐标系
图1-4是几台常见机床的坐标系。
a）卧式车床b）立式升降台铣床c）卧式铣床
图1-4常见的数控机床的坐标系
三、数控车中级工典型零件的工艺设计
（一）数控车中级工典型零件一的工艺设计
1.项目要求
此次我们加工的第一类零件是轴套类零件，它是属于中等难度类型的零件。
我们可以通过学生对外圆柱、外圆弧、外沟槽、内螺纹与内孔类等形状的加工，图样的分析状况，加工方案的合理性，加工之前刀具及测量器材的准备完成度，刀具及工件安装熟练度，加工程序编写的合理及完善程度，以及最终产品的检测方式和状况来了解他们是否对此类零件有足够的掌握。
2.考场提前为考生提供加工材料及设备。
A.材料准备见表1。
表1
名称
规格
数量
要求
铝棒
Φ50mmX100mm
1件/考生
考场准备
B.设备准备见表2。
表2
名称
规格
数量
要求
三爪卡盘
对应工件
1副/台
三爪卡盘扳手
对应机床
1副/台
四工位立式刀架
对应机床
1副/台
3.考生准备
考生需要根据下表自备相关器具。
表4
序号
名称
型号
数量
要求
1
外圆轮廓粗、精车刀
90°外圆偏刀
1
考生自备
2
车内孔轮廓粗、精刀
内孔粗车刀
1
3
内螺纹刀
60°内螺纹刀
1
4
外切槽刀
高速钢材质，宽3mm外切槽刀
1
5
内切槽刀
高速钢材质，宽3mm内切槽刀
1
6
切断刀
高速钢材质，宽4mm切断刀
1
7
中心钻
A3
1
8
麻花钻
Φ14mm
1
9
螺纹塞规
M24X1.5
1套
考场提供
10
游标卡尺
0.02mm/0~150mm
1
11
百分表
分度值为0.01mm
1
12
对刀角度样板
螺纹刀对刀样板
1
13
毛刷
若干
14
铁屑钩
1自定
15
其它
自定
4.图纸分析
1）主要加工内容：
半圆、外圆柱、T型沟槽、外圆弧、内孔、内螺纹（如零件图3-1、零件实体图3-2所示）
图3-1
图3-2
（1）图样分析
分析零件图可知，由半圆、外圆柱、T型沟槽、外圆弧及部分倒角组成了零件的外轮廓，内轮廓由内孔、退刀沟槽、内螺纹、内倒角等轮廓组成。
零件总长82±0.05mm，左端由外圆弧、梯形槽、外圆柱组成，外圆弧半径R40mm，呈40°的梯形槽；右端由内孔、圆弧、内螺纹、内沟槽组成，内孔的直径为ф30mm，轴向长度20mm，右端有C1倒角1mm，内螺纹规格为M24x1.5mm，长度为10mm，4xф30的内沟槽，外部为圆弧1-2半径为R30mm、圆弧2-3半径为R5mm，总长39mm，内螺纹右端有一处倒角C2。
零件ф46及ф38的外圆表面粗糙度要求Ra1.6um。
由于材料选用的是铝棒，在数控车床加工时不需要做热处理，但是精加工时需要准备切削液冷却包，不仅可以吸收切削产生的热能，还可以保护刀具。
（2）难点分析
该零件包括了外圆弧面、内外沟槽、内螺纹等复杂的内外型，所以加工时有一定的难度。
其中最大的两大难点，首先是加工内螺纹时无法在第一次就保证能与塞规吻合。
其次在于内外轮廓的精度保证。
（3）工艺分析
第一个难点的处理方式就是在在编制螺纹加工程序时，将内螺纹的起刀点坐标和终点坐标根据公式（作为螺纹≤2内螺纹，小径d=大径D-1.1螺距P）准确计算出来，另外刀具装夹要垂直于主轴，刀尖略微高于主轴轴线为宜。
第二个难点的处理方式不是注重于计算，而是采用分步走的原则。
粗加工和精加工分为两步走，具体操作如下：
（1）以工件右端面的毛坯面（未切削）作为基准装夹固定工件，车削端面，手动对刀。
（2）选取匹配规格的钻头钻孔，孔深略微高出要求的尺寸3-5mm。
（3）外圆的加工过程中，保证外圆的尺寸以及要求的公差，譬如圆弧半径R40mm、R30mm、R5mm，外圆ф38、32、ф46，内孔ф30mm及长度82mm等等。
（4）内孔轮廓车削时，如内圆柱孔、内沟槽、内螺纹，保证各尺寸精度和
内孔表面粗糙度要求。
（5）加工内螺纹，内螺纹牙顶尺寸比理论值大0.2mm，避免螺纹加工中因挤压后变
小而影响测量螺纹质量和尺寸。
（6）手动车削对刀，切下工件，同时保证工件总长。
1）刀具使用列表表5。
表5
刀具号
刀具规格
刀尖半径（mm）
加工内容
主轴转速（r/min）
进给速度（mm/r）
数量
备注
T01
外圆偏刀
0.2
粗车外圆
精车外圆
600
1200
0.15
0.05
1
T02
3mm高速钢外切槽刀
0.2
切梯形槽
500
0.05
1
T03
宽4mm高速钢割断刀
0
切断
400
0.05
1
T04
中心钻
0
钻中心孔
300
0.1
1
T05
麻花钻
0
钻孔
400
/
1
T06
93°内孔镗刀
0.2
粗镗内孔
精镗内孔
500
600
0.15
1.05
1
T07
60°内螺纹刀
0.2
车内螺纹
200
1.5
1
T08
3mm高速钢内切槽刀
0.2
切内沟槽
400
0.05
1
2）数控加工工艺列表见表6。
表6
工步号
工步内容
刀具号
选用刀具
主轴转速
（r/min）
进给速度
（r/mm）
背吃刀量
（mm）
1
装夹毛坯，伸出55mm，端面车平
1
外圆刀
1000
0.1
0.5
2
粗精加工ø38、ø46外圆
1
外圆刀
600/1200
0.15/0.05
1.5/0.25
3
切梯形槽
2
外切槽刀
500
0.05
/
4
掉头，垫铜皮装夹ø38外圆，车端面，保证总长
1
外圆刀
1000
0.1
0.5
5
钻孔
5
钻头
400
/
/
6
粗精加工右侧外形
1
外圆刀
600/1200
0.15/0.05
1.5/0.25
7
粗精加工内形
6
镗刀
500/600
0.15/0.05
1/0.25
8
切槽
8
内切槽刀
400
0.05
/
9
车内螺纹
7
内螺纹刀
200
1.5
/
5.程序编制
（1）加工零件右端外轮廓和内孔程序
1）设置工件坐标系
以外圆定位，用三爪卡盘固定Φ50外圆的铝棒，毛坯伸出55mm粗精车削外轮廓并加工内孔。
如零件图所示，工件坐标系设置在在工件端面中心轴线上。
2）三基点的坐标见下表7。
表7
基点
坐标
A
B
C
X
46
33.776
32
Z
0
-29.315
-31.829
3）加工程序
编写程序见表8。
表8
手动编写的程序
加工解释
N10T0101
加工左侧外形
N20M03S600
设置正转，主轴转速600r/min
N30GOOX52Z2
点定位至坐标点（52,2）
N40G71U1R1
粗加工开始，退刀量及切削深度均为1mm
N50G71P60Q110U0.5F0.15
精加工开始，保留0.5mm作为余量
N60G01X0
刀具进给至（0,2）
N70Z0
刀具进给至端面（0,0）
N80G03X38Z-5R40
精加工R40的圆弧
N90G01Z-25
精加工长20，∮38的外圆
N100X46
精加工∮46的外圆
N110Z-44
（车长1mm）
N120G00X100Z100
退刀至安全位置（100,100）
N130M0
程序暂停（进行粗加工结束后的外圆尺寸测量）
N140T0101
选外圆精车刀
N150M03S1200
主轴正转，转速1200r/min
N160G00X52Z2
刀具快速点定位至循环起点（52,2）
N170G70P60Q110F0.05
精加工循环
N180G00X100Z100
退刀至安全位置（100,100）
N190M0
程序暂停（进行精加工结束后的外圆尺寸测量）
N200T0202
切外槽
N210M03S500
设置500r/min的正转转速
N220G00X48Z-34
刀具快速点定位至循环起点（48,-34）
N230G01X37F0.05
切槽
N240X48
X向退刀至X48处
N250Z-37
Z向进给至Z-37
N260X37
X方向进给至X37
N270X48
X向退刀至X48处
N280Z-32
Z向进给至Z-32
N290X46
X向退刀至X46处
N300X36Z-33.82
切槽刀进给至（36，-33.82）
N310Z-37.18
Z向进给至Z-37.18
N320X48Z-39.36
切槽刀退刀至（48，-39.36）
N330G00X100Z100
退刀至安全位置（100,100）
N340M0
程序暂停
N350T0101
加工右侧外形
N360M03S600
主轴正转，转速600r/min
N370GOOX52Z2
刀具快速点定位至循环起点（52,2）
N380G73U10R8
粗加工切削深度10mm，退刀量8mm
N390G73P400Q440U0.5F0.15
精加工余量0.5mm
N400G01X26Z0
外圆刀进给至（26,0）
N410G03X33.776Z-29.315R30
加工R30的1-2圆弧
N420G02X32Z-31.829R5
加工R5的2-3圆弧
N430G01X32Z-39
精加工∮32的外圆
N440X48
X像退刀至X48
N450G00X100Z100
退刀至安全位置（100,100）
N460M0
程序暂停（进行粗加工结束后的外圆尺寸测量）
N470T0101
N480M03S1200
主轴正转，转速1200r/min
N490G00X52Z2
刀具快速点定位至循环起点（52,2）
N500G70P400Q440F0.05
精加工循环
N510G00X100Z100
退刀至安全位置（100,100）
N520M0
程序暂停（进行精加工结束后的外圆尺寸测量）
N530T0606
加工内形
N540M03S500
主轴正转，转速500r/min
N550G00X17Z2
刀具快速点定位至循环起点（17,2）
N560G71U1R1
粗加工切削深度1mm，退刀量1mm
N570G71P260Q300U-0.5F0.15
精加工余量：
0.5mm
N580G01X32
镗孔刀进给至（32,2）
N590Z0
刀具进给至端面（32,0）
N600X30Z-1
精加工C1倒角
N610Z-5
精加工∮30的内孔
N620X25.5
X像退刀至X25.5处
N630X22.5Z-6.5
精加工C2倒角
N640Z-22
精加工∮22.5的轮廓，车长2mm
N650G00X100Z100
退刀至安全位置（100,100）
N660M0
程序暂停（进行粗加工结束后的内孔尺寸测量）
N670T0606
N680M03S600
主轴正转，转速600r/min
N690GOOX17Z2
刀具快速点定位至循环起点（17,2）
N700G70P260Q300F0.05
精加工循环
N710GOOX100Z100
退刀至安全位置（100,100）
N720M0
程序暂停（进行精加工结束后的内孔尺寸测量）
N730T0202
切内槽
N740M03S400
主轴正转，转速400r/min
N750G00X21Z2
刀具快速点定位至循环起点（21,2）
N760G00Z-18
Z向快速点定位至Z-18
N770G01X26F0.05
切槽刀直线进给至X26
N780Z-20
Z向进给至Z-20
N790X21
X向退刀至X21处
N800G00Z5
刀具快速点定位至点（21,5）
N810G00X100Z100
退刀至安全位置（100,100）
N820M0
程序暂停（主轴停转，进行槽尺寸测量）
N830T0707
车内螺纹
N840M03S200
主轴正转，转速200r/min
N850G00X21Z2
刀具快速点定位至循环起点（21,2）
N860G92X23Z-17F1.5
车削螺纹第1刀，螺距1.5
N870X23.4
车削螺纹第2刀
N880X23.7
车削螺纹第3刀
N890X23.9
车削螺纹第4刀
N900X24
车削螺纹至螺纹大径
N910G00X100Z100
退刀至安全位置（100,100）
N920M30
程序结束（使用螺纹塞规检验合格与否）
6.工件加工理论知识
（1）加工准备
1）查看准备好的毛抷的尺寸。
2）开机完成后让刀塔退回安全位置。
3）将编写完成并确认无误的程序手动输入系统，通过控制面板上空运行的按键空刀轨走一遍程序，确认完全没有问题才可以装夹工件正式加工。
4）将毛坯用卡盘固定完全，可以在毛坯上敲打敲打确定无松动。
毛坯伸出长度大约55cm，这样就可以车削工件左端的轮廓了。
5）根据需要，外圆车刀对应T01刀位装夹好，内孔刀、割断刀、内螺纹刀分别对应T06、T03、T07号刀位。
6）对应刀具装夹完成，可以将各把刀的刀具补偿输入到系统中，刀具补偿涉及到位置及刀尖圆弧半径等参数，每次装夹完刀具记得对刀，设刀补。
7.操作注意事项
1）刀具在装夹过程中，要最大程度的使得刀具刀尖同主轴的中心线齐平，镗刀比起外圆刀在装夹时可以多垫一些贴片，使得它稍稍比主轴中心线高一点。
内螺纹刀只需和外圆车刀一样的装夹要求即可。
2）加工时要考虑存在刀尖圆弧半径的刀具，也就是需要设刀补，如果没有设刀具半径补偿，加工的内外圆弧会出现一定的误差。
3）选择切断刀要考虑刃长是否符合切断要求。
4）在车削时，多使用试切、试测来保证尺寸精度。
5）加工程序中的合适的换刀点可根据选择的刀具类型和机床自身状况重新设置。
（二）数控车中级工零件二项目化工艺设计
1.项目要求
此次我们加工的第二类零件是外螺纹内孔类零件，它也是属于中等难度类型的零件。
我们可以通过学生对外圆、圆弧、外螺纹、槽与内孔等形状的加工，图样的分析状况，加工方案的合理性，加工之前刀具及测量器材的准备完成度，刀具及工件安装熟练度，加工程序编写的合理及完善程度，以及最终产品的检测方式和操作熟练状况来了解他们是否对此类零件有足够的掌握。
2.考场提前为考生提供加工材料及设备。
A.材料准备见表9。
表9
名称
规格
数量
要求
铝棒
Φ50mmX100mm
1件/考生
考场准备
B.设备准备见表10。
表10
名称
规格
数量
要求
三爪卡盘
对应工件
1副/台
三爪卡盘扳手
对应机床
1副/台
四工位立式刀架
对应机床
1副/台
3.考生准备
考生需根据下表自备相关器具。
表11
序号
名称
型号
数量
要求
1
外圆轮廓粗、精车刀
90°外圆偏刀
1
考生自备
2
内孔轮廓粗、精车刀
内孔镗刀
1
3
精车内孔刀
内孔精车刀
1
4
外切槽刀
高速钢材质，宽3mm切槽刀
1
5
外螺纹刀
60°螺纹车刀
1
6
切断刀
切断刀
1
7
中心钻
A3
1
8
麻花钻
Φ14mm
1
9
螺纹环规
M30X1.5
1套
10
游标卡尺
0.02mm/0~150mm
1
11
百分表
分度值为0.01mm
1
12
对刀角度样板
螺纹刀对刀样板
1
13
毛刷
1
14
铁屑钩
1
15
其它
自备
4.图纸分析
1）加工名称：
外圆、外槽、内孔、外螺纹（如零件图3-3、实体图3-4）
图3-3
图3-4
（1）图样分析
分析零件图可知，该零件主要由外圆、圆弧、外沟槽、内孔、外螺纹等轮廓组成。
零件总轴长80mm，左端由内孔、圆弧、外沟槽组成，内孔的直径为ф26mm、ф20mm，圆弧半径为R3mm、R2mm、R30mm，外沟槽呈60°的T型槽。
右端有两处倒角C1\C1.5,规格为M30X1.5的外螺纹，零件ф45、ф35、ф20的外圆柱以及圆弧R30的表面粗糙度值要求均为Ra1.6um，其他表面粗糙度值要求为Ra3.2。
由于材料选用的是铝棒，在数控车床加工时不需要做热处理，但是精加工时需要准备切削液冷却包，不仅可以吸收切削产生的
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