课题设计方案底座零件数控加工与编程Word下载.docx

1、6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台 数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历 了两个阶段和六代的发展。1.数控NC）阶段19521970年）早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但 不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路 搭成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控 vHARD-WIRED NC），简称为数控NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即 1952年的第一代-电子管；1959年的第二代-晶体管；1965年的第三代-小规模集成电路。2.计算机数控CNC）阶段1970年

2、现在）到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为 数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控 CNC）阶段 把计算机前面应有的通用两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算 机的两个最核心的部件-运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一 块芯片上，称之为微处理器 vMICROPROCESSOR）,又可称为中央处理单元 简称CPU）。到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控 制一台机床能力有富裕 故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用 微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度

3、 和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计 算机的核心部件，故仍称为计算机数控。到了 1990年，PC机个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高 的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于 PC的阶段。总之，计算机数控阶段也经历了三代。即 1970年的第四代-小型计算机；1974年的第五代-微处理器和 1990年的第六代-基于PC国外称为 PCBASED ）。还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控 即CNC）了，而我国仍 习惯称数控NC）。所以我们日常讲的数控，实质上已是指计算机数控了。 2）国内数控机床量的现状近年来我国企业的数控

4、机床占有率逐年上升，在大中企业已有较多的使 用，在中小企业甚至个体企业中也普遍开始使用。在这些数控机床中，除少量 机床以FMS模式集成使用外，大都处于单机运行状态，并且相当部分处于使用 效率不高，管理方式落后的状态。2001年，我国机床工业产值已进入世界第 5名，机床消费额在世界排名上升到第3位，达47.39亿美元，仅次于美国的53.67亿美元，消费额比上一年增 长25%。但由于国产数控机床不能满足市场的需求，使我国机床的进口额呈逐 年上升态势，2001年进口机床跃升至世界第 2位，达24.06亿美元，比上年增 长27.3%。 目前，中国机床工业厂多人众。2000年，金切机床制造厂约 358家

5、（20.6万人，成形机床制造厂191家（约6.5万人，共计549家（27.1万人。 其中生产数控金切机床的约150家，生产数控成形机床的约 30家，共计约180 家，占厂家总数的1/3。2001年金切机床产量19.2万台内数控金切机床1.752万 台，约占9%。1.1数控加工工艺规程的制定生产过程和工艺过程生产过程机械产品的生产过程是将原材料转化为成品的全过程。包括生产技术准备、毛坯制造、机械加工、热处理、装配、测试检验及涂装等过程，凡对加工 对象的尺寸、形状或性能产生一定变化的均为直接生产过程。机械生产过程还包括工艺装备的制造、原材料的供应、工件的运输和储 存、设备的维修及动力供应等。不使加

6、工对象发生变化的称为辅助生产过程。工艺过程在生产过程中改变生产对象的形状、尺寸、相对位置和性质等，使其成为 成品或半成品的过程称为工艺过程，如毛坯制造、机械加工、热处理和装配等 过程，均为工艺过程。工艺过程是生产过程的主要组成部分。采用机械加工的方法，直接改变毛坯形状、尺寸和表面质量，使成为合格 的零件的过程成为机械加工工艺过程。1.2数控加工工艺的主要内容1.2.1数控加工工艺的主要内容1）数控加工工艺分析的主要内容实践证明，数控加工工艺分析主要包括 以 下 几 方 面1选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容 2分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定 零件的加工方案

7、，制定数控加工工艺路线，如工序的划分、加工顺序 的安排、与传统加工工序的衔接等。3设计数控加工工序。如工步的划分、零件的定位与夹具的选择、刀 具的选择、切削用量的确定等4调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、加工路线的 确 定、 刀 具 的 补 偿5 分 配 数 控 加 工 中 的 容 差 6处理数控机床上部分工艺指令。1.2.2数控加工的工艺特点数控加工与通用机床加工相比较，许多方面遵循的原则基本一致。但由于 数控机床本身自动化程度高，控制方式不同，设备费用高，使数控加工工艺响 应形成了以下几个特点。1） 工艺的内容十分具体2） 工艺设计非常严密3） 注重加工的适应性1.3数控加工

8、工艺过程的组成根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用例行的机床，制定加 工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和切削用量等。一、机 床的合理选用。1）要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品。 2）有利于提高生产率。3）尽可能降低生产成本。二、数控国加工零件工艺性分 析。1）零件加工零件工艺性分析。2）零件各加工部位的结构工艺性应符合 数控加工的特点。三、加工方法的选择与加工方案的确定。 1）加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。 2）加工方案确定的原则零件比较精密的最终加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达 到的。四、工序与工步的划分。五、

9、零件的安装与夹具的选择。六、刀具的选 择与切削用量的确定。七、对刀点与换刀点的确定。八、加工路线的确定。数控加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序组成，而工序又可 分为安装、工位、工步和行程。工序一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成 的那部分工艺过程，称为工序。工步与行程工步是指在加工表面 或装配时的连接表面）、切削用量 主要是进给量 f和速度v）和加工工具不变的条件下所连续完成的那一部分工序称为工步。一 个工序可以包括几个工步，也可以只有一个工步。安装与工位工件在加工之前，在机床或夹具上先占剧一个正确的位置 定位），然后在予以加紧的过程称为装夹。工件在经一次装夹

10、后所完成的那部分工序内容称 为安装。为了完成一定的工序内容，一次装夹后，工件与夹具或设备的可动部 分一起相对刀具或设备的固定不分所占据的每一个位置称为工位。1.4数控编程的种类及常用代码手工编程和计算机辅助编程CAM ）本零件加工用后者常用G代码：G00快速点定位G01直线插补G02顺圆弧插补G03逆圆弧插补G04暂停G40半径补偿取消G41半径补偿 左）G42半径补偿 右）G90绝对尺寸G91增量尺寸G98每分钟进给G99每转进给常用M指令：M00程序停止M01计划停止M02程序结束M03主轴顺时针旋转M04主轴逆时针旋转M05主轴停止M06换刀M07M08 切削液开M09切削液关M30程序

11、结束并返回常用F、S、T指令：进给功能指令F主轴功能指令S刀具功能代码T1.5数控加工程序基本结构程序说明O1212程序开始N10 G00 G92 X0 Y0 Z0 。程序段1N20 G42 G01 X-30 Y30 F150 。程序段2N30 G02 X40 R30。程序段3N40G00 G40 X0 Y0。程序段4N50 M02或者M301.6数控机床的分类数控机床的品种和规格繁多，分类方法不一。根据不完全统计，目前已有 近500种数控机床。根 据数控机床的功能和组成，一般可分为以下几类。分类方法机床类型按坐标轴数分类一般数控机床数控加工中心机床多坐标数控机床按系统控制特点分 类点位控制数

12、控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床按有无测量装置分 类开环数控系统半闭环数控系统闭环数控系统按功能水平分类经济型普及型高级型1.7刀具的选择刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响 数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。 CAD/CAM技术的发展，使得在数控加工中直接利用CAD的设计数据成为可能，特别是微机与数控机床的联 接，使得设计、工艺规划及编程的整个过程全部在计算机上完成，一般不需要 输出专门的工艺文件。现在，许多CAD/CAM软件包都提供自动编程功能，这些软件一般是在编 程界面中提示工艺规划的有关问题，比如，刀具选择、加工路径规划、切削用 量设定等，编程

13、人员只要设置了有关的参数，就可以自动生成 NC程序并传输 至数控机床完成加工。因此，数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机 交互状态下完成的，这与普通机床加工形成鲜明的对比，同时也要求编程人员 必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则，在编程时充分考虑数控加工的 特点。本文对数控编程中必须面对的刀具选择和切削用量确定问题进行了探 讨，给出了若干原则和建议，并对应该注意的问题进行了讨论。1.7.1数控加工常用刀具的种类及特点数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点，一般 应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床 动力头上，因此已逐渐标准化和系列化

14、。数控刀具的分类有多种方法。根据刀 具结构可分为：整体式；镶嵌式，采用焊接或机夹式连接，机夹式又可分 为不转位和可转位两种；特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。根据制 造刀具所用的材料可分为：高速钢刀具；硬质合金刀具；金刚石刀具； 其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为： 车削刀具，分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；钻削刀具，包括钻头、 铰刀、丝锥等；镗削刀具；铣削刀具等。为了适应数控机床对刀具耐用、 稳定、易调、可换等的要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛的应用，在数 量上达到整个数控刀具的30%40%，金属切除量占总数的80%90%。数控刀具与普通机床上所用的刀

15、具相比，有许多不同的要求，主要有以下 特点：刚性好尤其是粗加工刀具），精度高，抗振及热变形小；互换性好，便于快速换刀；寿命高，切削性能稳定、可靠；刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间； 刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑的排除； 系列化，标准化，以利于编程和刀具管理。1.7.2数控加工刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能 力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及 刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满 足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加

16、工工件的表面尺寸相适应。生产中， 平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣 刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选 取镶硬质合金刀片的玉 M铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常 采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保 证加工精度，切削行距一般取得很能密，故球头常用于曲面的精加工。而平头 刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切 的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀 具的耐用度和精度与刀具价格关系极大

17、，必须引起注意的是，在大多数情况 下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的 提高，则可以使整个加工成本大大降低。在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换 刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀 具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄 的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺 寸。目前我国的加工中心采用 TSG工具系统，其刀柄有直柄 三种规格）和锥 柄 四种规格）两种，共包括16种不同用途的刀柄。在经济型数控加工中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行

18、， 占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原 则：尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工 部位；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；先铣后 钻；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下，应尽 可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。1.7.3数控加工切削用量的确定合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，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。切削深度t。在机床、工

19、件和刀具刚度允许的情况下，t就等于加工余量，这 是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般 应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。数控刀具分两大系统：车削系统和铣镗削系统）的特点与要求数控刀具要求精度高、刚性好、装夹调整方便，切削性能强、耐用度高。合 理选用既能提高加工效率又能提高产品质量。刀具选择应考虑的主要因素1、 被加工工件的材料、性能：金属、非金属，其硬度、刚度、塑性、韧性及 耐磨性等。2、 加工工艺类别；车削、钻削、铣削、镗削或粗加工、半精加工、精加工和 超精加工等。3、 工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指标。4、 刀具能承

20、受的切削用量。5、 辅助因数：操作间断时间、振动、电力波动或突然中断等。车削系统 整体式工具系统）1、 组成：由刀片 刀具）、刀体、接柄 或柄体）、刀盘等2、 可转位刀片的代码及参数3、 可转位刀片的断屑槽槽型：断屑自如、排屑流畅4、 可转位刀片的夹紧方式：楔块上压式、杠杆式、螺钉上压式要求：夹紧可靠、定位准确、排屑流畅、结构简单、操作方便5、 可转位刀片的选择1） 、刀片材料选择：高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方碳化硼 或金刚石2） 、刀片尺寸选择：有效切削韧长度、被吃刀量、主偏角等3） 、刀片形状选择：依据表面形状、切削方式、刀具寿命、转位次数等4）、刀片的刀尖半径选择:A、粗加

21、工、工件直径大、要求刀刃强度高、机床刚度大时选大刀尖圆弧E、精加工、切深小、细长轴加工、机床刚度小选小刀尖圆弧刀具系统 模块式工具系统）1、 组成；刀片 刀具）、刀杆 或柄体）、主轴或刀片 刀具）、工作头、连 接杆、主柄、主轴所组成2、 数控铣削刀具的选择1）、铣刀类型的选择：A、加工较大平面选择面铣刀，E、加工凸台、凹槽、小平面立铣刀，C、 加工毛坯面和粗加工孔选择镶硬质合金玉 M铣刀，D、 曲面加工选择球头铣刀，E、 加工空间曲面模具型腔与凸模表面选择模具铣刀，F、 加工封闭键槽选键槽铣刀，等等2）、铣刀参数的选择A、面铣刀主要参数选择a、标准可转位面铣刀直径在 16-630 :粗铣时直径

22、选小的， 精铣时铣刀直径选大的，b、依据工件材料和刀具材料以及加工性质确定其几何参数：铣削加工通常选前角小的铣刀，强度硬度高的材料选负前角，工件材料硬 度不大选大后角、硬的选小后角，粗齿铣刀选小后角，细齿铣刀取大后角，铣 刀的刃倾角通常在-5-15度，主偏角在4 5 - 9 0度E、立铣刀主要参数选择a、刀具半径r应小于零件内轮廓最小曲率半径 pb、零件的加工高度 H 1/4 1/6） rc、不通孔或深槽选取l=H+（510mmd、加工外形及通槽时选取 匸H+r +（510mme、加工肋时刀具直径为D=（510bf、粗加工内轮廓面时，铣刀最大直径 DD=d+2 S sin（ -/21/1sin

23、（ /23、加工中心刀具的选择加工中心刀具通常由刃具和刀柄两部分组成 ，刃具有面加工用的各种铣刀和孔加工用的各种钻头、扩孔钻、镗刀、铰刀及丝锥等，刀柄要满足机床主轴 自动松开和夹紧定位，并能准确地安装各种刃具和适应换刀机械手的夹持等要 求。1） 、对加工中心刀具的基本要求A、刀具应有较高的刚度E、重复定位精度高C、刀刃相对主轴的一个定位点的轴向和径向位置应能准确调整2） 、孔加工刀具的选择A、钻孔刀具及其选择E、扩孔刀具及其选择C、镗孔刀具及其选择，应特别重视刀杆的刚度3）、刀具尺寸的确定主要是刀具的长度和直径的选择，如加工孔依据其深度和孔径选择4、刀柄的选择1） 、依据被加工零件的工艺选择刀

24、柄2） 、刀柄配备的数量：与被加工零件品种、规格、数量、难易程 度、机床负荷有关3） 、正确选择刀柄柄部形式4） 、坚持选择加工效率高的刀柄5） 、综合考虑合理选用模块式和复合式刀柄工具系统1、 工具系统发展趋势：向着柔性制造系统和模块化组合结构发展2、 车削类工具系统3、 镗铣类工具系统：分整体失和模块式工具系统4、 刀具管理系统：1） 、是柔性制造系统中一个很重要、技术难度很大的系统2） 、刀具管理系统的任务3）、刀具管理系统的基本功能原始资料、系统计划、硬件配置和软件系统等等总结：1、 数控刀具要求精度高、刚性好、装夹调整方便，切削性能强、耐用度 高。合理选用既能提高加工效率又能提高产品

25、质量。2、 刀具选择应考虑的主要因素。3、 工具系统向着柔性制造系统和模块化组合结构发展2.1查表对不同零件进行选材，表格如下表2-1具钢的牌号、成分、性能和用途牌号化学成分3 Me/ %硬度用途举例CMnSi退火 状态试样淬火HBS不大 于淬火温度/C和冷却 剂HRC不小于T7、T7A0.65 0.74 0.40 0.35187800820水62淬火、回火后，常 用于制造能承受震 动、冲击，并且在 硬度适中情况下有 较好韧性的工具， 如凿子、冲头、木工工具、大锤等T8、T8A0.75 0.84780800淬火、回火后，常 用于制造要求有较 高硬度和耐磨性的 工具、如冲头、木 工工具、剪切金属 用剪刀等。T8MnT8MnA0.80 0.900.40 0.60性能和用途和T8相 似，但加入了锰提 高淬透性，故可以 制作横截面较大的工具。T9、T9A0.85 0.94192760780用于制造一定韧性 的工具，如冲模、 冲头、凿岩石用凿子等。T10、T10A0.95 1.04197用于制造耐磨性要 求较高，不受剧烈 震动，具有一定韧 性及具有锋利刃口 的各种工具，如刨 刀、车刀、钻头、 丝锥、手锯锯条、 拉丝模、冷冲模 等。T11、T11A1.05 1.14207