数控车编程及论文.docx

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数控车编程及论文

机械与电子工程系

2011届专科毕业生毕业设计

轴套螺纹配合零件

作者姓名

指导教师

学科专业

研究方向数控技术

所在班级

学习年限

二〇一一年六月

摘要

21世纪，人类已迈入了一个知识经济快速发展的时代。

同时，随着科学技术和社会生产的迅速发展，产品更新换代的速度加快，人们对产品多样化的需求增加，使得机械制造业向多品种小批量的生产方式发展。

从而促进数控机床朝着高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化以及开放化等方向发展。

为适应时代的要求，一种灵活、通用、高精度、高效率的“柔性”自动化生产设备---数控机床应运而生。

它中综了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面得计术成果，已成为先进制造技术不可缺少的工艺装备。

数控加工特点及对象：

1.可以加工具有复杂型面的工件；2.加工精度高、质量稳定；3.生产效率高；4.改善劳动条件；5.有利于生产管理现代化；6.数控加工是CAD/CAM技术和先进制造技术的基础。

对象：

1.适合多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件；2.几何形状复杂的零件；3.精度及表面粗糙度要求高的零件；4.加工过程中需要进行多工序加工的零件；5.用普通机床加工时，需要昂贵的工装设备（工具、夹具和模具）的零件。

关键词；多样化、粗糙度、柔性、智能化

Abstract

The21stcentury,mankindissteppingintoaknowledge-basedeconomyhasdevelopedrapidly.meanwhile,withtheageoftechnologyandproductionofrapiddevelopmentandproductofvelocity,thediversifieditsproductsincreaseddemand,thatmachineryindustrytoavarietyofsmallquantitiesofdevelopment.Promotedigitcontrolmachinetoolthemachinedirectionofhighprecision,highspeed,highreliability,andintelligentandopenness,suchdirection.

Tomeettherequirementsofthetimes,aflexible,general-purpose,highprecisionandhighefficiencyof"soft"---CNCmachinetoolsautomaticproductionequipment,cameintobeing.Itinacomputerintegrated,automaticcontrol,servodrives,precisionmeasurement,andanewmechanicalstructureoftheoutcomeofmanypatientsmustberight,advancedmanufacturingtechnologyhasbecomeanindispensabletechniqueandequipment.

Machiningfeaturesandobjects:

1.Canbeprocessedwithcomplexsurfaceoftheworkpiece;2.Processingofhighprecisionandstablequality;3.Productionefficiency;4.Toimprovetheworkingconditions;5.Conducivetotheproductionmanagementmodernization;6.NCisaCAD/CAMtechnologyandadvancedmanufacturingtechnologybase.Object:

1.Formanyvarieties,singleandsmallbatchproductionofpartsorcomponentsinnewproductsdevelopment;2.Geometricallycomplexparts;3.Forhighaccuracyandsurfaceroughnessofparts;4.Theneedforprocessingmulti-processmachiningparts;5.withthegeneralmachining,theRequiresexpensivetoolingequipment（tools,fixturesandmolds）oftheparts.

Keywords;diversification,roughness,flexibility,intelligent

第一章基础知识

1.1数控车床的组成和工作原理

1.1.1数控机床的组成

数控机床一般由输入、输出装置、数控装置、可编程控制器、伺服系统、检测反馈装置和机床主机等组成如下图所示：

输入、输出装置

输入输出设备的作用是实现数控加工程序及相关数据的输入、显示、存储以及打印等。

常用输入设备由软盘驱动器、RS232C串行通信口以及MDI方式等，输出设备有显示器、打印机等。

数控装置

数控装置是数控机床的核心与主导，完成所有加工数据的处理、计算工作，最终实现数控机床各功能的指挥工作。

它包含微计算机的电路，各种接口电路、CRT显示器等硬件及相应的软件。

可编程控制器

即PLC，它对主轴单元实现控制，将程序中的转速指令进行处理而控制主轴转速；管理刀库，进行自动刀具交换、选刀方式、刀具累计使用次数、刀具剩余寿命及刀具刃磨次数等管理；控制主轴正反转和停止、准停、切削液开关、卡盘夹紧松开、机械手取送刀等动作；还对机床外部开关（行程开关、压力开关、温控开关等）进行控制；对输出信号（刀库、机械手、回转工作台等）进行控制。

伺服系统

伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动，使工作台（或溜板）精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出符合图纸要求的零件。

在数控机床的伺服系统中，常用的伺服驱动元件有功率步进电机、电液脉冲马达、直流伺服电机和交流伺服电机等。

检测反馈装置

由检测元件和相应的电路组成，主要是检测速度和位移，并将信息反馈于数控装置，实现闭环控制以保证数控机床加工精度。

机床本体

数控机床的主体，是用于完成各种切削加工的机械部分。

主要包括床身、主轴、进给传动机构等机械部件，还有冷却、润滑、转位部件以及夹紧、换刀机械手等辅助装置。

1.1.2数控机床的工作原理

用数控机床技工零件时，首先应将加工零件的几何信息和工艺信息编织成加工程序，由输入部分送入数控装置，将过数控装置的处理、运算，按各坐标的分量送到各轴的驱动电路，经过转换、放大后驱动伺服电动机，带动各轴运动，并进行反馈控制，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数有条不紊的工作，从而加工出零件。

1.2数控车床编程指令

在数控加工中编程指令有很多，我现在所接触的主要是FANCU

0i车床常用编程的几种指令：

T刀具号，刀在刀盘上的位置，我们所用的刀盘是8刀位的旋转刀盘

D刀具补偿号，从0~9刀补号。

M辅助指令,一般常用的M00程序暂停，可以按”启动”加工继续执行、M03主轴正转、M04主轴反转、M05主轴停止、M30主程序结束、M08冷却液开、M09冷却液关、M02子程序结束

S主轴转速主轴单位为转/分

F进给率单位毫米/分钟或毫米/转

G00指令为快速插补指令，在快速走刀时候所用的指令，一般注意走刀路线不与工件生干涉现象，例如G00X100Z150，刀具就会快速的移动到工件坐标系X100、Z150的位置。

G01指令为直线插补指令，在刀具做直线切削的时候所用的指令，一般注意道具的背吃刀量和走刀速度，

G02顺时针圆弧插补

G03逆时针圆弧插补

G71外径、内径粗车循环指令

格式：

G71U_R_

G71P_Q_U_W_F_S_T_

G72端面粗车循环指令

该指令的执行过程除了其切削进程平行于X轴之外，其他与G71相同

G73成型车削循环指令

该指令只需只需指定精加工路线，系统会自动给出粗加工路线，适于车削铸造、锻造毛胚或半成品。

G70精车循环指令

用G71、G72、G73粗车完毕后，可用G70指令，使刀具进行精加工。

G90直线车削循环、锥体车削循环

G92螺纹车削循环指令

G99每转进给量单位（毫米/转）

G97主轴速度以转速设定单位（r/min）

G40刀尖半径补偿方式的取消

G28返回参考点

第二章轴套螺纹配合零件加工

2.1分析图纸

该装配图是一个轴孔配合零件，是由三个零件组合而成的一个套类零件，如图2.1所示：

图2.1装配图

图2.2零件一

图2.2所示零件是内外轮廓组成的零件，零件由外圆柱面和外螺纹组成的外轮廓表面，零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整。

图2.3零件二

图2.3所示零件是内外轮廓组成的零件，零件外轮廓是由外圆柱面组成的外轮廓表面，零件内轮廓是由内圆柱面所组成的零件，零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整。

图2.4零件三

图2.4所示零件是内外轮廓组成的零件，零件外轮廓是由外圆柱面、外螺纹外直角凹槽、外逆时针圆弧组成的外轮廓表面，组成的外轮廓表面，零件内轮廓是由内圆柱面所组成的零件，零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整。

通过上述分析采用以下几点工艺措施：

1.对图样上带公差的尺寸分析，因公差值较小而且同向，所以编程时不必取平均值，而取基本尺寸即可。

2.三个零件左右端面均有多个设计尺寸的基准，相应的工序加工之前，应首先将左右端车出来。

2.2设计工艺过程

在数控加工中还需要分析加工工艺过程，确定好加工路线和加工方法以免零件加工一半而无法再加工下去。

1.通过图样了解零件的形状、结构并检验图样的完整性。

2.分析图样上规定的尺寸及其公差、表面粗粗度、形状和位置公差等技术要求，并审查其合理性，必要时应参阅部、组件装配图或总装图。

3.找出主要加工表面和某些特殊的工艺要求，分析其可行性，以确保其最终能顺利实现加工。

2.2.1划分工艺过程组成

首先加工零件1作为配合基准：

1.加工右端面

2.加工外圆柱面

3.凹槽加工

4.掉头加工左端面

5．加工外轮廓

6.外螺纹加工

然后加工零件2：

1.钻孔

2.加工右端面

3.加工内轮廓圆柱面

4.加工外轮廓

5.加工内螺纹

6.切断零件

最后加工零件3：

1.加工右端面

2.切螺纹退刀槽

3.加工外螺纹

4.零件掉头

5.钻孔

6加工左端面

7.加工外轮廓

8加工内孔

2.2.2选择定位基准

在制定零件加工工艺规程时，正确选择定位基准对保证加工表面的尺寸精度和相互位置精度的要求，以及合理安排加工顺序都有重要影响，定为基准选择不同，工艺过程也随之而异。

定位基准包括粗基准和精基准。

粗基准：

用未加工过的毛坯表面做基准。

精基准：

用已加工过的表面做基准。

1、粗基准的选择原则：

粗基准影响：

位置精度、各加工表面的余量大小（均匀？

足够？

）。

重点考虑：

如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面和加工表面间的尺寸、位置符合零件图要求。

1）合理分配加工余量的原则

a、应保证各加工表面都有足够的加工余量：

如外圆加工以轴线为基准；

b、以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面加工余量分布均匀、表面质量高；

2）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则

一般应以非加工面做为粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置。

当零件上有几个不加工表面时，应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准。

2、精基准的选择原则：

精基准的选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便，夹具结构简单。

1）“基准重合”原则。

为了较容易地获得加工表面对其设计基准的相对位置精度要求，应选择加工表面的设计基准作为定位基准。

2）“基准统一”原则。

当工件以某一精基准定位可以比较方便地加工其他表面时，应尽可能在多数工序中采用此组精基准定位。

3）“自为基准”原则。

当精加工或光整加工工序要求余量尽可能小且均匀时，应选择加工表面本身作为精基准。

4）“互为基准”原则。

为了获得均匀的加工余量或较高位置精度，可采用互为基准、反复加工的原则。

5）保证工件定位基准、加紧可靠、操作方便的原则。

2.2.3选择零件加工方法和加工顺序

零件1表面加工方法：

1.加工右端面，外圆车刀（T1），手动编程加工

2.外圆车刀（T1）加工外圆柱面，使用G71轮廓循环指令

3.切断刀（T2）加工凹槽，使用G01指令

4.掉头加工左端面，外圆车刀（T1），手动编程加工

5加工外轮廓，外圆车刀（TI）,使用G71轮廓循环指令

6.外螺纹刀（T3）加工外螺纹，使用G92螺纹循环指令

零件2表面加工方法：

1.钻孔加工（T6），使用手动钻孔

2.加工右端面，外圆车刀（T1），手动编程加工

3.镗刀（T4）加工内圆锥面，使用G71轮廓循环指令

4.外圆车刀（T1）加工外圆柱面，使用G71轮廓循环指令

5外罗纹刀（T3）加工内螺纹，使用G92螺纹循环指令

6.切断刀（T3）切断零件，使用G01指令

零件3表面加工方法：

2.外圆车刀（TI）加工右端面，外圆车刀（T1），手动编程加工

3.切断刀（T2）切削螺纹槽，使用G01指令

4.外罗纹刀（T3）加工外罗纹，使用G92罗纹循环指令

5.钻孔加工（T6），手动钻孔

6.掉头加工左端面，外圆车刀（T1），手动编程加工

7.镗刀（T4）加工内圆柱面，使用G71轮廓循环指令

8.外圆车刀（T1）加工外圆锥面，使用G71轮廓循环指令

2.3选择毛坯

在对零件图纸进行工艺性分析后，还应结合数控车削的特点，对所用毛坯（加工所用的毛坯为铝料）进行工艺性分析，否则，如果毛坯不适合数控车削（如选用的是四方体铝料），加工将很难进行下去。

根据经验，下列几方面应作为毛坯工艺性分析的要点：

1.毛坯的加工余量是否充分，零件加工时的毛坏余量是否稳定。

2.分析毛坯在安装定位方面的适应性。

主要是考虑毛坯在加工时的安装定位方面的可靠性与方便性，以便充分发挥数控车削在一次安装中加工出许多待加工面。

3.分析毛坯的余量大小及均匀性。

主要是考虑在加工时要不要分层切削，分几层切削，也要分析加工中与加工后的变形程度，考虑是否应采取预防性措施与补救措施。

此零件毛坯选用的是直径为50mm铝料，零件一长度85mm,零件二长度58mm,零件三长度120mm.

2.4工序设计

数控加工工序设计的主要任务是为每一道工序选择机床、夹具、刀具及量具，确定定位夹紧方案、走刀路线、工步顺序、加工余量、工序尺寸及其公差、切削用量和工时定额等，为编制加工程序做好充分准备。

2.4.1机床的选择和工艺装备

1、机床的选择：

我所要加工的零件为圆柱体配合零件，所以选用的数控机床为大连CL-15

2、工艺装备的选择包括夹具、刀具和量具的选择：

（1）夹具的选择：

夹具尽量要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀，以免产生碰撞。

装卸零件要方便可靠，以缩短准备时间。

三爪自动定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。

三爪自动定心卡盘装夹工件方便、省时、自动定心好，但夹紧力小，适用于装夹外型规则的中、小型工件。

（2）量具的选择：

我所选用的量具为游标卡尺（0-150mm）、外径千分尺（0-25mm25-50mm）、内径千分尺（5-30mm）

（3）刀具的选择：

刀具的选择应从切削性能好、精度高、可靠性高、耐用度高、切屑及排屑性能好等多方面考虑

在加工零件中我所选用的刀具由外轮廓车刀（T1型号90W25—3k13或90W20—3K10）、切断刀（T2型号ZQ2020R—03）、外螺纹刀（T3型号L20）、镗刀（T4型号S10M—SCLCR06）、内螺纹刀（T5型号SNR0012K11）、麻花钻头（T6钻头直径为16）

2.4.2计算尺寸及公差

尺寸计算

1.零件1尺寸计算：

零件1左端外螺纹外径计算，理论值为30mm,实际配合尺寸应为29.85mm，

L（外螺纹直径）=M（理论值30mm）—0.1P（螺距1.5mm）

2.零件2尺寸计算：

零件2左右端内孔外径尺寸计算，左端理论值为22mm，螺距为1.5mm;右端理论值为30mm，螺距为1.5mm.

右端内螺纹外径尺寸计算：

L（内螺纹外径）=M（理论值30mm）-P（螺距1.5mm）+0.1

作端内螺纹外径尺寸计算：

L（内螺纹外径）=M（理论值22mm）-P（螺距1.5mm）+0.1

2.4.3确定切削用量

切削用量包括主轴转速、进给速度和切削深度。

合理选择切削用量的原则是：

粗加工时，一般以提高生产效率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工中心加工成本。

具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。

（1）主轴转速的确定：

主轴转速的确定方法，应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。

（2）进给速度的确定：

进给速度痛常是根据零件的加工精度和表面粗糙度及刀具和材料进行选择。

确定进给速度的原则：

当工件的质量要求能得到保证时，为提高生产效率，可选择较高转速；在切断、加工深孔或高速钢刀具加工时，宜选择较低转速；当加工精度较高时，进给速度应小一点，常在20~50mm/min选取；刀具空运行时，特别时远距离“回零”时，可以设定尽量高的转速。

（3）切削深度的确定：

既背吃刀量。

在机床、夹具、刀具和零件的刚度允许的条件下，应尽量选择较大背吃刀量，以减少走刀次数，提高生产效率。

2.5编制程序

零件1右端程序：

粗车外轮廓：

O1111;

G99G97G40G21;

G28U0;

G28W0;

T0101（外圆尖刀）;

M4S800F0.1;

G00X55Z3;

G73U3W3R5;

G73P10Q20U0.3W0.1;

N10G0X0Z0;

G01X45R22.5;

Z-33.5;

G02X45Z-53.5R25；

G01W-5；

N20X55；

G28U0；

G28W0；

精车外轮廓：

T0101（外圆尖刀）；

M4S1000F0.01；

G0X55Z3；

G70P10Q20；

G28U0；

G28W0；

M0；

T0202（切断刀）；

M4S800F0.1；

G00X50Z3；

G01Z-28.5；

X37.1；

X50；

W-2；

X37；

W2；

X50；

G28U0；

G28W0；

掉头加工左端：

T0303（外圆车刀）；

M4S800F0.1；

G0X55Z3；

G71U1.5R0.5；

G71P10Q20U0.5W0.1；

N10G0X27.9；

G01Z0；

X29.9Z-1；

Z-25；

N20X50；

G28U0；

G28W0；

T0303；

M4S1000F0.01；

G00X50Z3；

G70P10Q20；

G28U0；

G28W0；

M0；

T0404（外螺纹刀）；

M4S500F0.1；

G0X35Z3；

G92X29.5Z-20F1.5；

X29.1；

X28.8；

XZ8.6；

X28.5；

X28.4；

X28.35；

G28U0；

G28W0；

M05；

M30；

零件2右端程序：

O1112；

G99G97G40G21；

G28U0；

G28W0；

T0505（麻花钻）；

M4S600F0.1；

G30U0；

G83Z-60R5Q8000F0.1；

G28U0；

G28W0；

T0101（尖刀）；

M4S800F0.1；

G00X55Z3；

G7U2.01W2.01R1；

G71P10Q20U0.3W0.1；

N10G00X44Z0；

G01X48R2；

Z-20；

G02X48Z-35R15；

N20G00X55；

G28U0；

G28W0；

T0101（尖刀）；

M4S1000F0.01；

G00X55Z3；

G70P10Q20；

G28U0；

G28W0；

T0606（镗刀）；

M4S600F0.1；

G00X16Z3；

G71U1R0.5；

G71P10Q20U-0.3W0.1；

N10G0X31.1；

G01Z0；

X29.1Z-1；

Z-23；

X24；

Z-30；

N20X16；

G28U0；

G28W0；

T0606；

M4S800F0.06；

G00X16Z3；

G70P10Q20；

G28U0；

G28W0；

M0；

T0707（内螺纹刀）；

M4S500F0.1；

G0X25Z3；

G92X29.5Z-20F1；

X29.8；

X30；

X30.2；

X30.3；

G28U0；

G28W0；

掉头加工左端：

T0303（外圆车刀）；

M4S800F0.1；

G00X55Z3；

G71U1.5R0.5；

G71P10Q20U0.3W0.1；

N10G00X44；

G01Z0；

X48R2；

Z-20；

N20X55；

G28U0；

G28W0；

T0606（镗刀）；

M4S600F0.1；

G00X16Z3；

G71U1R0.5；

G71P10Q20U-0.3W0.1；

N10G0X23.1；

G1Z0；

X21.1Z-1；

Z-25；

X16；

G28U0；

G28W0；

T0606；

M4S800F0.1；

G0X16Z3；

G70P10Q20；

G28U0；

G28W0；

T0707（内螺纹刀）；

M4S500F0.1；

G00X18Z3；

G92X21.5Z-20F1；

X21.8；

X22；

X22.2；

X22.3；

G28U0；

G28W0；

M05；

M30；

零件3右端程序：

O1113；

G99G97G40G21；

G28U0；

G28W0；

T0101（外圆尖刀）；

G00X55Z3；

G73U2W2R13；

G73P10Q20U0.3W0.1；

N10G00X20Z0；

G01X22Z-1；

Z-25；

X30；

Z-30；

X42R6；

Z-50；

X48；

Z-55；

G02X48Z-70R20；

G01W-5；

N20X55；

G28U0；