毕业设计数控零件加工及编程设计.docx
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毕业设计数控零件加工及编程设计
天津滨海职业学院毕业设计（论文）
论文题目：
数控零件加工及编程设计
作者:
院系:
天津滨海职业学院机电工程系
专业：
机电一体化技术
年级：
学号：
指导教师
毕业设计任务书
设计题目：
数控车床零件加工及编程设计
完成期限：
自2011年12月5日至2012年3月20日止
一、设计原始依据（资料）
数控加技术及编程实训
二、设计内容和要求
内容：
数控机床简介、车削加工、程序编制、坐标系确定及简单零件编程设计。
要求：
坐标的确定及加工零件刀具的选择。
本人签字：
2012年3月20日
目录
一、数控机床简介…………………………………………………1
二、数控车削加工…………………………………………………2
三、数控车床的加工程序编制………………………………………3
四、数控车床坐标系的确定………………………………………4
五、简单轴类零件的编程及加工……………………………………5
六、简单套类零件的编程及加工…………………………………10
七、致谢……………………………………………………………15
八、参考文献………………………………………………………16
一．数控机床的简介
数控机床是一种用电子计算机和专用电子计算装置控制的高效自动化机床。
主要分为立式和卧式两种。
立式机床装夹零件方便，但切屑排除较慢；卧式装夹零件不是非常方便，但排屑性能好，散热很高。
数控铣床分三坐标和多坐标两种。
三坐标机床（X、Y、Z）任意两轴都可以联动，主要用于加工平面曲线的轮廓和开敞曲面的行切。
多坐标机床是在三坐标机床的基础上，通过增加数控分度头或者回转工作台，成为4坐标或者5坐标机床（甚至多坐标机床）。
多坐标机床主要用于曲面轮廓或者由于零件需要必须摆角加工的零件，如法向钻孔，摆角行切等。
摆角形式4坐标的主要为A或B；5坐标机床主要为AB，AC，BC，可根据零件要求选用。
摆角大小由加工的零件决定。
1.1.1数控车床的基本构成
数控车床的整体结构组成基本上与普通车床相同，同样具有床身、主轴、刀架、拖板和尾座等基本部件，但数控操作面板、显示监视器等却是数控机床特有的部件。
总体上包含以下四个部分：
机床主体、控制部分、驱动装置以及辅助装置，如图2-1-2所示。
（1）机床主体机床主体是数控车床的机械部件，通常包括主轴箱、床鞍与刀架、尾座、进给机构和床身等。
（2）控制部分（CNC装置）控制部分是数控车床的控制核心，一般包括专用计算机、液晶显示器、控制面板及强电控制系统等等。
（3）驱动装置驱动装置是数控车床执行机构的驱动部件，包括主轴电动机、进给伺服电机等。
（4）辅助装置辅助装置是指数控车床上的一些配套部件，包括对刀仪、润滑、液压及气
1.1．2数控车床的装夹方式
通常数控车床上的夹具主要有三类：
一类是在三爪自定心卡盘上装夹，适用于盘类或短轴类零件，使用方便、省时，自动定心好，但加紧力较小；第二类是用卡盘和顶尖装夹，适用于车削质量较大或轴向刚度较小的工件，这种方法装夹工件刚性好，轴向定位准确，能承受较大的轴向切削力，比较安全；第三类毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转，适用于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类零件，这种装夹工件不需找正，装夹精度高。
二．数控车削加工
车削加工是切削加工中最基本的一种加工方法，它是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动来加工工件的，因此车削加工是机械加工中运用最广泛的加工方法，车床占切削加工机床总数的40﹪左右。
1.数控车床的分类
.按数控系统的功能分：
全功能型数控车床；
经济型数控车床
．按主轴的配置形式分：
卧室数控车床；
立式数控车床
．按数控系统控制的轴数分：
两轴控制的数控车床；
四轴控制的数控车床
2.数控车削加工的主要对象
数控车床主要用于加工轴类、盘状类等回转体零件，通过执行数控程序，可以自动完成外圆柱面、成形表面、螺纹、端面等工序的切削加工，并能进行车操、钻孔、扩孔、铰孔等工作。
根据数控加工的特点，数控车床最适合切削具有以下要求和特点的回转体零件
.精度要求高的回转体零件
．表面形状复杂或难以控制尺寸的回转体零件
．表面粗糙度要求好的回转体零件
．带特殊螺纹的回转体零件
3.数控车削中的加工工艺分析
数控加工以数控机床加工中的工艺问题为主要研究对象，以机械制造中的工艺理论为基础，结合数控机床的加工特点，综合运用多方面的知识来解决数控加工中的工艺问题。
工艺制定的合理与否，对程序编制、机床的加工效率、零件的加工精度都有极为重要的影响。
三．数控车床的加工程序编制
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、盘类等回转类零件。
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、扩孔以及铰孔等工作。
车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。
1.数控程序编制的基本方法：
⑴分析零件图样和制定工艺方案
⑵数学处理
⑶编写零件加工程序
⑷程序检验
2.车床的工艺装备：
由于数控车床的加工对象多为回转体，一般使用三爪卡盘夹具。
3.控车床刀具的选刀过程：
第一条路线为：
零件图样、机床影响因素、选择刀杆、刀片夹紧系统和选择刀片形状，主要考虑机床和刀具的情况；第二条路线为：
工件影响因素、选择工件材料代码、确定刀片的断屑槽形代码，这条路线主要考虑工件的情况。
数控车床的编程特点：
加工坐标系：
机床坐标系是以机床原点为坐标系原点建立起来的Ｘ、Ｚ轴直角坐标系，成为机床坐标系。
车床的机床原点为主轴旋转中心与卡盘后端面之交点。
机床坐标系是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础，一般不允许随意变动。
加工坐标系与机床坐标系方向一致；
直径编程方式：
在车削加工的数控程序中，X轴的坐标值为零件图样上的直径值；
进刀与退刀方式：
快速走刀。
四、数控车床坐标系的确定
1.机床坐标系：
数控机床上的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系。
2.机床参考点：
参考点也是机床上的一个固定点，它是用机械挡块或电气装置来限制刀架移动的极限位置。
它的主要作用是用来给机床坐标系一个定位。
3.工件坐标系：
工件坐标系是编程人员在编程时设定的坐标系，也称为编程坐标系。
⑴工件坐标系原点：
在进行数控编程时，首先要根据被加工零件的形状特点和尺寸，将零件图上的某一点设定为编程坐标原点，该点称编程原点。
从理论上将，工件坐标系的原点选在工件上任何一点都可以，但这可能代理啊繁琐的计算问题，增添编程困难。
为了计算方便，简化编程，通常是把工件坐标系的原点选在工件的回转中心上，具体位置可考虑设置在工件的左端面（或右端面）上，尽量使编程基准与设计基准、定位基准重合。
⑵对刀：
机床坐标系是机床唯一的基准，所以必须要弄清楚程序原点在机床坐标系中的位置，通过对刀完成。
对刀的实质是确定工件坐标系的原点在机床坐标系中唯一的位置。
对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。
对到的准确性决定了零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。
⑶换刀：
当数控机床加工过程中需要换刀时，在编程时就应考虑选择合适的换刀点。
所谓换刀点是指刀架转位换刀的位置，当数控车床确定了工件坐标系后，换刀点可以是某一固定点，也可以是相对工件原点任意的一点。
换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位换刀时不碰工件及其他部位谓准。
五．轴类零件的编程与加工
根据下图所示的待车削零件，材料为45号钢，其中Ф85圆柱面不加工。
在数控车床上需要进行的工序为：
切削Ф80mm和Ф62mm外圆；R70mm弧面、锥面、退刀槽、螺纹及倒角。
要求分析工艺过程与工艺路线，编写加工程序。
图1-1轴类零件图
1.零件图工艺分析
该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及双线螺纹等表面组成。
其中多个直径尺寸有较严格的尺寸精度何表面粗糙度等要求；球面Sφ50㎜的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。
尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。
通过上述分析，可采用以下几点工艺措施。
对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小。
故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸。
在轮廓曲线上，有三处为过象限圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。
为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分（双点画线部分），右端面也应先粗车出并钻好中心孔。
毛坯选φ60㎜棒料。
2．零件的定位基准和装夹方式
确定坯件轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。
左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，右端采用活动顶尖支承的装夹方式。
3．选择设备
根据加工零件的外形和材料等条件，选用TND360数控车床。
4．确定加工顺序及进给路线
加工顺序按由粗到精＼由远到近（由右到左）的原则确定。
即先从右到左进行粗车（留０.２５㎜精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。
TND360数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自动确定进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线（但精车的进给路线需要人为确定）。
该零件从右到左沿零件表面轮廓精车进给，如图所示：
图1-1-1精车轮廓进给路线
5．刀具的选择
选用φ５㎜中心钻钻削中心孔。
粗车及平端面选用９０°硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉（可用作图法检验），副偏角不宜太小，选kr′=35º。
精车选用90°硬质合金右偏刀，车螺纹选用硬质合金60°外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取r=0.15～0.2㎜。
将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中（见表1-1），以便编程和操作管理
表1-1数控加工刀具卡片
产品名称或代号
XXX
零件名称
典型轴
零件图号
XXX
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
刀尖半径
备注
1
T01
偏尖刀
1
粗车端面
2
T02
偏尖刀
1
精车端面
右偏刀
3
T03
外螺纹车刀
1
车轮廓及螺纹
0.15
编制
XXX
审核
XXX
批准
XXX
共页
第页
6．切削用量的选择
背吃刀量的选择：
轮廓粗车循环时选ap=3㎜，精车ap=0.25㎜；螺纹粗车循环时选ap=0.4㎜，精车ap=0.1㎜。
主轴转速的选择：
车直径和圆弧时，查表选粗车切削速度vc=90m/min精车切削速度vc=120m/min
然后利用公式vc=πdn/1000技术主轴转速n（粗车直径D=60㎜，精车工件直径取平均值）；粗车800r/min精车1200r/min。
车螺纹时，参照式计算主轴转速n=320r/min
进给速度的选择查表选择粗车、精车每转进给量，再根据加工的实际情况确定粗车每转进给量为0.4㎜/r，精车每转进给量为0.15㎜/r，最后根据公式Vf=nf计算粗车、进给速度分别为200m/min和180m/min。
、
综合前面分析的各项内容，并将其填入表1-2所示的数控加工工艺卡片。
此表是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。
主要内容包括：
工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。
表1-2数控加工工艺卡片
单位名称
产品名称或代号
零件名称
零件图号
典型轴
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
001
三爪卡盘和活动顶尖
数控中心
工步号
工步内容
刀具号
刀具规格㎜
主轴转速r/mm
进给速度
mm/min
背吃刀量
mm
备注
1
粗车轮廓
T01
25×25
800
200
0.15
自动
2
精车轮廓
T02
25×25
1200
180
0.15
自动
3
切削螺纹
T03
25×25
500
960
0.2
自动
编制
XXX
审核
XXX
批准
XXX
年月日
共页
第页
8.编写程序
按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。
该工件的加工程序如下：
O0001;
N1;
加工外轮廓
S800TO101M03;
G00X62.0Z1.0;
G73U18.R18;
G73P10Q11U0.4R0.1;
N10G00Z0;
X0;
X26.;
X30.Z-2.0;
Z-25.;
X36.Z-35;
Z-45.;
G02X30.Z-54.R55.F0.15;
G02X40.Z-69.R25.F0.15;
G03X40.Z-99.R25.F0.15;
G02X34.Z-108.R55.F0.15;
G01Z-113.;
X56.Z-155.;
Z-168;
N11G01X60.;
G00X100.Z200.;
N2;
精加工外轮廓
S1000T0202M03;
G00X62.Z1.0;
G70P10Q11;
G00X100.Z200.;
N3;
切削螺纹
S600T0303M03;
G00X32.Z1.0;
G92X28.6Z-22.F1.5;
X28.3;
X28.0;
X27.8;
X27.7;
X27.6;
X27.5;
X27.4;
X27.3;
X27.2;
X27.1;
X27.0;
G00X100.Z200.;
M30;
六.简单套类零件的编程与加工
用数控车床加工如图所示的简单套类零件，工件长度为44㎜，外圆两个阶台尺寸分别为Φ45㎜，Φ65㎜，两端同轴度要求为0.04㎜，并有一个C1倒角。
内孔两个阶台尺寸分别为Φ30㎜，52㎜，内孔中两阶台端面垂直度要求为0.02㎜，有一个C5倒角和一个4㎜×2㎜的内槽。
图2-1套类零件图
1.套类零件的分析:
图中所示为简单套类零件，该零件表面由两个阶台组成，其中多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求，零件尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整；零件材料为45号钢，加工切削性能较好，无热处理和硬度要求。
套类零件是机械加工中常见的一种加工形式，套类零件哟哀求除尺寸、形状精度外，内孔一般作为配合和装配基准，孔的直径尺寸公差等级一般为IT7，精密轴套可取IT6，孔的形状精度应控制在孔径公差以内。
对于长度较长的轴套零件，除了圆度要求以外，还应注意内孔面的圆柱度，端面内孔轴线的圆跳动和垂直度，以及两端面的平行度等项要求。
2.套类零件的装夹方案
套类零件的内外圆、端面与基准轴线都有一定的形位精度要求，套类零件精基准可以选择外圆，但常以中心线及一个端面为精加工基准。
对不同结构的套类零件，不可能用一种工艺方案就可以保证其形位精度要求。
根据套类零件的结构特点，数控车加工中可采用三爪卡盘、四爪卡盘或花盘装夹，由于三爪卡盘四年定心精度存在误差，不适于同轴度要求高的工件的二次装夹。
对于能一次加工完成内外圆端面、倒角、切断的套类零件，可采用三爪卡盘装夹；较大零件经常采用四爪啦盘或花盘装夹；对于精加工零件一般可采用软卡爪装夹，也可以采用心轴上装夹；对于较复杂的套类零件有时也采用专用夹具来装夹。
3.刀具的选择
加工套类零件外圆柱面的刀具选择与轴类零件相同。
加工内孔是套类零件的特征之一，根据内孔工艺要求，加工方法较多，常用的有钻孔、扩孔、镗孔、磨孔、拉孔、研磨孔等。
套类零件一般包括内外圆、锥面、圆弧、槽、孔、螺纹等结构。
根据加工需要，常用的刀具还有粗车镗孔车刀、精车镗孔车刀、内槽车刀、内螺纹车刀以及特殊形状的成型车刀等。
4.切削用量的选择
根据被加工表面质量要求、刀具材料和工件材料，参考切削用量手册或有关资料选取切削速度与每转进给量，然后计算主轴转速与进给速度（计算过程略），并将结果填入工序卡中。
背吃刀量的选择因粗、精加工而有所不同。
粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，以减少进给次数；精加工时，为保证零件表面粗糙度哟哀求，背吃刀量一般取0.1～0.4㎜较合适。
5.切削液的选择
套类零件在数控车加工比轴类零件有更大的难度，由于套类零件的特性使的切削液不易达到切削区域，切削区的温度较高，切削车刀的磨损也比较严重。
为了使工件减少加工变形，提高加工精度，应根据不同的工件材料，选择适合的切削液浇注位置。
6.填写加工刀具和工序卡
图所示简单套类零件的加工刀具和工艺卡
零件图号
2-1-1
数控车床加工工序卡
机床型号
CKA6150
零件名称
简单套类零件
机床编号
刀具表
量具表
刀具号
刀补号
刀具名称
刀具参数
量具名称
规格（mm/min）
T01
01
外圆车刀
D型刀片
游标卡尺
千分尺
0～150／0.02
50～75／0.01
T02
02
镗孔车刀
T型刀片
内径百分表
25～50／0.01
T08
08
钻头Φ28
游标卡尺
0～150／0.02
工序
工艺内容
切削用量
加工性质
S（r/min）
F（mm/r）
ap（mm）
1
车端面确定基准
800
0.2～0.3
2
自动
2
钻孔
300
0.2～0.3
4
手动
3
车Φ45㎜外圆
1200
0.1～0.2
0.5～2
自动
4
调头软爪夹Φ45外圆，车端面确定基准
1000
0.05～0.1
0.5～1.5
自动
5
车Φ65㎜外圆
1200
0.1～0.2
0.5～2
自动
6
镗孔至尺寸
1000
0.05～0.1
0.3～3
自动
7.编写加工程序
根据图2-1所示零件，分析了工件内外圆及内槽的加工路线，并且确定了加工时的装夹方案，以及采用的刀具和切削用量，根据工艺过程按工序内容划分三个部分，并随影编程三个程序以完成加工。
1.机床钻孔、车Φ45㎜外圆的程序
O0001；
N1；
S800T0101M03；
G00X200.0Z150.0；
G00X68.0Z2.0；
G71U1.5R0.5；
G71P10Q11U0.5W0.05F0.15；
N10G00X0；
G01Z-16.0；
N11G00X68.0；
M03S1200T0101；
G00X200.0Z150.0；
G70P10Q20；
G00X200.0Z150.0；
M30；
2.机床车Φ65㎜外圆的程序
00002；
N1；
M03S800T0101；
G00X200.0Z150.0；
G00X68.0Z2.0；
G71U1.5R0.5；
G71P10Q20U0.5F0.15；
N10G00X65.0；
G01Z-28.0；
N11G00G40X68.0；
G00X200.0Z150.0
N2；
M03S1200T0101；
G00X200.0Z150.0；
G70P10Q11；
G00X200.0Z150.0；
M30；
3.机床镗孔的程序
00002；
N1；
M03S800T0202；
G00X200.0Z150.0；
G00X26.0Z2.0；
G71U1.5R0.5；
G71P10Q20U-0.4F0.15；
N10G00X52.0；
G01Z-20.0F0.1；
X40.0；
X30.0Z-25.0；
N11G00X26.0；
G00Z150M09；
N2；
M03S1200T0202；
M08；
G00X26.0Z2.0；
G70P10Q11；
G00X200.0Z150.0；
M30；
致谢:
人生最快乐的时光即将结束,通过这次设计让我学会了许多,包括：
CAD,数控，PPT等在此我首先感谢我的指导老师章黎丽，在章老师的指导下让我成功的完成毕业设计，再次感谢系老师班主任和同学们，谢谢你们三年来的关心照顾。
我们即将步入社会让我们共同努力，创造实现属于自己的梦想。
参考文献：
1．陈天祥：
数控加工技术及编程实训2005
2.发那科机电有限公司.FANUC0i-TB操作维修说明书.2001
3.张宝忠现代机械制造技术基础实训教程。
北京：
清华大学出版社；北京交通大学出版社，2004
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