张军大学本科方案设计书轴类零件数控加工工艺方案设计书张军.docx

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张军大学本科方案设计书轴类零件数控加工工艺方案设计书张军

郑州轻工业学院成人教育

专科毕业设计（论文）

题目轴类零件数控加工工艺设计

学生姓名张军

专业班级09数控班

学号

院（系）郑州轻工学院

指导教师（职称）罗工（工程师）

完成时间2011年2月26日

摘要

此次设计是基于FANUC-OI-TD的典型零件的编程与加工。

数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。

数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。

数控机床是现代加工车间最重要的装备。

它的发展是信息技术（1T）与制造技术（MT）结合发展的结果。

现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。

掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。

本次设计内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。

并利用CAXA制造工程师软件完成零件的三维造型，进行加工轨迹设计，实现加工仿真。

利用FANUC-OI-TD仿真软件完成仿真加工。

利用CAD/CAM软件及G代码指令进行手工编程。

关键词：

数控技术CAXA2008制造工程师三维造型仿真加工手工编程自动编程

Abstract

Thetaxsystemofrealestateisapowerfulleveragetokeepthemarket’sfaircompetitionandrealizethemacroadjustmentandcontrolonrealestate.ThedesignisbasedonthetypicalcomponentsFANUC-OI-TDprogrammingandprocessing.

CNCtechnologyandCNCmachinetoolsintoday'smachinerymanufacturingindustryintheimportantpositionandgreatefficiency,showingitspresenceinthenationalinfrastructureinthestrategicroleofindustrialmodernization,andhasbecomethetraditionalmechanicalmanufacturingindustrytoenhancethetransformationandrealizationofautomation,flexible,integratedanimportantmeansofproductionandlogo.CNCtechnologyandCNCmachinetoolwidelyusedforindustrialmachinerymanufacturingindustry,producttypeandgradeaswellasthemodeofproductionhasbroughtarevolutionarychange.CNCmachinetoolisthemostimportantmodernprocessingplantequipment.Itsdevelopmentofinformationtechnology（1T）andManufacturingTechnology（MT）integrateddevelopmentresults.ModernCAD/CAM,FMS,CIMS,agilemanufacturingandintelligentmanufacturingtechnology,arebasedonnumericalcontroltechnologyontopof.TomastermodernCNCtechnology,modernmachineryandelectronicknowledgeisessentialforstudents.

ThedesignofthecontentpresentedthecharacteristicsofCNCmachining,processingtechnologyanalysis,andnumericalcontrolprogramminggeneralsteps.AndtakeadvantageofCAXA2008ManufacturingEngineertocompletepartofthethree-dimensionalmodelingsoftware,forprocessingtrajectorydesign,implementationprocesssimulation.CompletethesimulationusingsimulationsoftwareFANUCprocessing.TheuseofCAD/CAMsoftwareandGcodeinstructionsmanualprogramming.

Keywords：

CNCTechnologyCAXA2008ManufacturingEngineerThree-dimensionalmodelingSimulationprocessingManualprogrammingAutomaticProgramming

第一章：

概述

1.1数控加工的特…………………………………………9

1.2数控机床………………………………………………10

1.3数控加工………………………………………………15

1.4数控编程系……………………………………………16

1.5CAD/CAM系统…………………………………………17

第二章：

数控机床的分类

2.1按加工工艺方法分……………………………………19

2.1.1金属切削类数控机床………………………………19

2.1.2特种加工类数控机床…………………………………20

2.1.3板材加工数控机床……………………………………20

2.2按控制控制运动轨迹分类……………………………20

2.2.1点位控制数控机床…………………………………20

2.2.2直线控制数控机床………………………………21

2.2.3轮廓控制数控机床……………………………19

2.3按驱动装置的特点分类……………………………20

2.3.1开环控制数控机床………………………………20

2.3.2闭环控制数控机床…………………………………23

2.2.3半闭环控制数控机床……………………………23

2.2.4混合控制数控机床…………………………………24

第三章数控车的工艺与工装

3.1.合理选择切削用量………………………………..25

3.2合理选择刀具…………………………………………26

3.3合理选择夹具……………………………………………27

3.4确定加工路线………………………………………………27

3.5加工路线与加工余量的联系………………………………27

3.6夹具安装要点………………………………………………27

第四章数控车轴类零件加工

4.1轴类零件数控加工工艺设计…………………………28

4.1.1零件图工艺分析……………………………………28

4.2数控走刀路线图：

（用CAXA数控车2008生成）……29

4.2.1粗车外形走刀路线图：

（用CAXA数控车2008生成）..29

4.2.2精车外形走刀路线图：

（用CAXA数控车2008生成）..30

4.2.3切槽走刀路线图：

（用CAXA数控车2008生成）….31

4.2.4切螺纹走刀路线图：

（用CAXA数控车2008生成）….32

4.2.5工件调头装夹以后的加工路线图………….33

4.2.6精加工调头后的外形刀路线图：

（用CAXA数控车2008生成）……………..34

4.2.7工艺措施……………………………………………34

4.2.8选择设备…………………………………………….35

4.2.9确定零件的定位基准和装夹方式…………………………..35

4.2.10刀具选择与参数………………………………………….36

4.2.11.表1数控加工刀具卡片………………………………..40

4.2.12合理选择切削用量……………………………………41

4.2.13典型轴类零件数控加工工艺卡片………………..42

4.2.14零件粗精加工程序（FAUNC─TD系统;主轴是无极调速）……43

（1）粗加工外形………………………………………………..43

（2）精加工外形尺寸…………………………………………….48

（3）加工螺纹退刀槽………………………………………………50

（4）加工外螺纹…………………………………………………….52

（5）利用装有正爪的卡盘的数控车床装夹加工…………………54

（5.1）粗加工外形…………………………………………………..54

（5.2）精加工外形………………………………………………….57

4.2.15实际加工程序：

（整合后）…………………………………….59

4.2.16程序传输……………………………………………………….68

4.2.17孔加工专用夹具……………………………………….71

4.2.18.直径6mm的孔的加工………………………….83

第五章程序首句妙用与控制尺寸精度的技巧

5.1程序首句妙用G00的技巧……………………………85

5.2控制尺寸精度的技巧…………………………………………86

5.2.1修改刀补值保证尺寸精度……………………………………87

5.2.2半精加工消除丝杆间隙影响保证尺寸精度…………………87

5.2.3程序编制保证尺寸精度………………………………87

5.2.4修改程序和刀补控制尺寸……………………………88

第六章数控电气技术

6.1数控机床电气控制系统综述…………………………89

6.2数控机床运动坐标的电气控制……………………92

结束语…………………………………………………………95

致谢………………………………………………………………96

参考文献………………………………………………97

第一章概述

1.1数控加工的特点

数控加工，也称之为NC（NumericalControl）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。

数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。

数控加工的最大特征有两点：

一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。

也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。

数控加工具有如下优点：

（1）提高生产效率；

（2）不需熟练的机床操作人员；

（3）提高加工精度并且保持加工质量；

（4）可以减少工装卡具；

（5）可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，数控加工一次装夹完成加工，缩短加工周期，提高生产效率；

（6）容易进行加工过程管理；

（7）可以减少检查工作量；

（8）可以降低废、次品率；

（9）便于设计变更，加工设定柔性；容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；

（11）操作容易，极大减轻体力劳动强度

随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用，在模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业是否具有竞争力的象征。

数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统的质量。

1.2数控机床

20世纪40年代末，美国开始研究数控机床，1952年，美国麻省理工学院（MIT）伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床，并于1957年投入使用。

这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代开始。

数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。

世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究的发展。

我国于是1958年开始研制数控机床，成功试制出配有电子数控系统的数控机床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。

经过几十年的发展，目前的数控机床已经在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。

数控机床种类繁多，模具制造常用数控加工机床有：

数控铣床、数控电火花

成型机床、数控电火花线切割机床、数控磨床和数控车床。

数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其它辅助系统组成。

控制系统用于数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和1运算并对机床产生作用；伺服系统根据控制系统的指令驱动机床，使刀具和零件执行数控代码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件（工作台、转台、滑板等）的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比较，根据其差别调整机床运动；机床传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置；辅助系统种类繁多，如：

固定循环（能进行重复加工）、自动换刀（可交换指定的刀具）、传动间隙补偿（补偿机械传动系统产生的间隙误差）等等。

  我国数控机床制造业在８０年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品实现向数控化产品的转型。

但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在９０年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到５０％，库存超过４个月。

从１９９５年“九五”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是在１９９９年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。

从２０００年８月份的上海数控机床展览会和２００１年４月北京国际机床展览会上，也可以看到多品种产品的繁荣景象。

但也反映了下列问题：

    （１） 低技术水平的产品竞争激烈，互相靠压价促销；   

    （２） 高技术水平、全功能产品主要靠进口；   

    （３） 配套的高质量功能部件、数控系统附件主要靠进口；   

    （４） 应用技术水平较低，联网技术没有完全推广使用；   

    （５） 自行开发能力较差，相对有较高技术水平产品主要靠引进图纸、合资生产或进口件组装。

    当今世界工业国家数控机床的拥有量反映了这个国家的经济能力和国防实力。

目前我国是全世界机床拥有量最多的国家（近３００万台），但我们的机床数控化率仅达到１．９％左右，这与西方工业国家一般能达到２０％的差距太大。

日本不到８０万台的机床却有近１０倍于我国的制造能力。

数控化率低，已有数控机床利用率、开动率低，这是发展我国２１世纪制造业必须首先解决的最主要问题。

每年我们国产全功能数控机床３０００～４０００台，日本１年产５万多台数控机床，每年我们花十几亿美元进口７０００～９０００台数控机床，即使这样我国制造业也很难把行业中数控化率大幅度提上去。

因此，国家计委、经贸委从“八五”、“九五”就提出数控化改造的方针，在“九五”期间，我协会也曾做过调研。

当时提出数控化改造的设备可达８～１０万台，需投入８０～１００亿资金，但得到的经济效益将是投入的５～１０倍以上。

因此，这两年来承担数控化改造的企业公司大量涌现，甚至还有美国公司加入。

“十五”刚刚开始，国防科工委就明确提出了在军工企业中投入６．８亿元，用于对１．２～１．８万台机床的数控化改造。

    数控技术经过５０年的２个阶段和６代的发展：

 第１阶段：

硬件数控（ＮＣ） 第１代：

１９５２年的电子管 第２代：

１９５９年晶体管分离元件 第３代：

１９６５年的小规模集成电路。

    第２阶段：

软件数控（ＣＮＣ） 第４代：

１９７０年的小型计算机 第５代：

１９７４年的微处理器 第６代：

１９９０年基于个人ＰＣ机（ＰＣ－ＢＡＳＥＯ） 第６代的系统优点主要有：

    （２） 基于ＰＣ平台，技术进步快，升级换代容易；   

    （３） 提供了开放式基础，可供利用的软、硬件资源丰富，使数控功能扩展到很宽的领域（如ＣＡＤ、ＣＡＭ、ＣＡＰＰ，连接网卡、声卡、打印机、摄影机等）；   

    （４） 对数控系统生产厂来说，提供了优良的开发环境，简化了硬件。

 目前，国际上最大的数控系统生产厂是日本ＦＡＮＵＣ公司，１年生产５万套以上系统，占世界市场约４０％左右，其次是德国的西门子公司约占１５％以上，再次是德海德汉尔，西班牙发格，意大利菲地亚，法国的ＮＵＭ，日本的三菱、安川。

    国产数控系统厂家主要有华中数控、北京航天机床数控集团、北京凯恩帝、北京凯奇、沈阳艺天、广州数控、南京新方达、成都广泰等，国产数控生产厂家规模都较小，年产都还没有超过３００～４００套。

    近１０年数控机床为适应加工技术发展，在以下几个技术领域都有巨大进步。

    （１） 高速化 由于高速加工技术普及，机床普遍提高各方面速度，车床主轴转速由３０００～４０００ｒ／ｍｉｎ提高到８０００～１００００ｒ／ｍｉｎ，铣床和加工中心主轴转速由４０００～８０００ｒ／ｍｉｎ提高到１２０００ｒ／ｍｉｎ、２４０００ｒ／ｍｉｎ、４００００ｒ／ｍｉｎ以上快速移动速度由过去的１０～２０ｍ／ｍｉｎ提高到４８ｍ／ｍｉｎ、６０ｍ／ｍｉｎ、８０ｍ／ｍｉｎ、１２０ｍ／ｍｉｎ在提高速度的同时要求提高运动部件起动的加速度，其已由过去一般机床的０．５Ｇ（重力加速度）提高到１．５～２Ｇ，最高可达１５Ｇ，直线电机在机床上开始使用，主轴上大量采用内装式主轴电机。

    （２） 高精度化 数控机床的定位精度已由一般的０．０１～０．０２ｍｍ提高到０．００８ｍｍ左右，亚微米级机床达到０．０００５ｍｍ左右，纳米级机床达到０．００５～０．０１μｍ，最小分辨率为１ｎｍ（０．０００００１ｍｍ）的数控系统和机床已有产品。

 数控中两轴以上插补技术大大提高，纳米级插补使两轴联动出的圆弧都可以达到１μ的圆度，插补前多程序段预读，大大提高插补质量，并可进行自动拐角处理等。

    （３） 复合加工、新结构机床大量出现 如５轴５面体复合加工机床，５轴５联动加工各类异形零件。

也派生出各新颖的机床结构，包括６轴虚拟轴机床，串并联铰链机床等。

采用特殊机械结构，数控的特殊运算方式，特殊编程要求。

    （４） 使用各种高效特殊功能的刀具使数控机床“如虎添翼”。

如内冷钻头由于使高压冷却液直接冷却钻头切削刃和排除切屑，在钻深孔时大大提高效率。

加工钢件切削速度能达１０００ｍ／ｍｉｎ，加工铝件能达５０００ｍ／ｍｉｎ。

    （５） 数控机床的开放性和联网管理，已是使用数控机床的基本要求，它不仅是提高数控机床开动率、生产率的必要手段，而且是企业合理化、最佳化利用这些制造手段的方法。

因此，计算机集成制造、网络制造、异地诊断、虚拟制造、异行工程等等各种新技术都在数控机床基础上发展起来，这必然成为２１世纪制造业发展的一个主要潮流。

1.3数控加工

数控加工是将待加工零件进行数字化表达，数控机床按数字量控制刀具和零件的运动，从而实现零件加工的过程。

被加工零件采用线架、曲面、实体等几何体来表示，CAM系统在零件几何体基础上生成刀具轨迹，经过后处理生成加工代码，将加工代码通过传输介质传给数控机床，数控机床按数字量控制刀具运动，完成零件加工。

其过程如下图所示：

【零件信息】→【CAD系统造型】→【CAM系统生成加工代码】→【数控机床】→【零件】

（1）零件数据准备：

系统自设计和造型功能或通过数据接口传入CAD数据，如STEP，IGES，SAT，DXF，X-T等；在实际的数控加工中，零件数据不仅仅来自图纸，特别在广泛采用Internet网的今天，零件数据往往通过测量或通过标准数据接口传输等方式得到。

（2）确定粗加工、半精加工和精加工方案。

（3）生成各加工步骤的刀具轨迹。

（4）刀具轨迹仿真。

（5）后期处理输出加工代码。

（6）输出数控加工工艺技术文件。

（7）传给机床实现加工。

1.4数控编程系统

数控加工机床与编程技术两者的发展是紧密相关的。

数控加工机床的性能提升推动了编程技术的发展，而编程手段的提高也促进了数控加工机床的发展，二者相互依赖。

现代数控技术下在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展，而编程方式也越来越丰富。

数控编程可分为机内编程和机外编程。

机内编程指利用数控机床本身提供的交互功能进行编程，机外编程则是脱离数控机床本身在其他设备上进行编程。

机内编程的方式随机床的不同而异，可以以“手工”的形式分行输入控制代码（手工编程）、交互方式输入控制代码（会话编程）、图形方式输入控制代码（图形编程），甚至可以语音方式输入控制代码（语音编程）或通过高级语言方式输入控制代码（高级语言编程）。

但机内编程一般来说只适用于简单形体，而且效率较低。

机外编程也可以分成手工编程、计算机辅助APT编程和CAD/CAM编程等方式。

机外编程由于其可以脱离数控机床进行数控编程，相对机内编程来说效率较高，是普遍采用的方式。

随着编程技术的发展，机外编程处理能力不断增强，已可以进行十分复杂形体的灵敏控加工编程。

随着微电子技术和CAD技术的发展，自动编程系统也逐渐过渡到以图形交互为基础的与CAD集成的CAD/CAM系统为主的编程方法。

与以前的语言型自动编程系统相比，CAD/CAM集成系统可以提供单一准确的产品几何模型，几何模型的产

生和处理手段灵活、多样、方便，可以实现设计、制造一体化。

虽然数控编程的方式多种多样，毋庸置疑，目前占主导地位的是采用CAD/CAM数控编程系统进行编程。

1.5CAD/CAM系统

20世纪90年代以前，市场上销售的CAD/CAM软件基本上为国外的软件系统。

90年代以后国内在CAD/CAM技术研究和软件开发方面进行了卓有成效的工作，尤其是在以PC机动性平台的软件系统。

其功能已能与国外同类软件相当，并在操作性、本地化服务方面具有优势。

一个好的数控编程系统，已经不是一种仅仅是绘图，做轨迹，出加工代码，他还是一种先进的加工工艺的综合，先进加工经验的记录，继承，和发展。

北航海尔软件公司经过多年来的不懈努力，推出了CAXA制造工程师数控编程系统。

这套系统集CAD、CAM于一体，功能强大、易学易用、工艺性好、代码质量高，现在已经在全国上千家企业的使用，并受到好评，不但降低了投入成本，而且提高了经济效益。

CAXA制造工程师数编程系统，现正在一个更高的起点上腾飞。

（国产）CAD/CAM软件

第二章数控车床分类

2.1按加工工艺方法分类

2.1.1金属切削类数控机床

与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。

尽