毕业设计（论文）-数控机床数控程序编写.doc

中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 摘摘 要要 随着制造业对数控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速 进步，数控机床的应用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的 需要。本文从理性客观的从分析数控机床性能发展方向、功能发展方向、体系 结构的发展三方面，针对性的提出我国数控机床发展中存在的一些问题，并阐 述相关解决方法以供研究。 关键词关键词：数控机床；性能；功能；体系结构 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 abstractabstract with the manufacturing of cnc machine tools, as well as the high demand of computer technology and modern design techniques of rapid progress, the scope of application of cnc machine tools is also growing, and the continuous development of more adapted to the needs of production and processing. in this paper, a rational and objective performance of cnc machine tools from the analysis of the direction of development, the functional development of the direction of the development of architecture in three areas, to focus on the development of cnc machine tools in china a number of problems and the solutions for the relevant research. keywords: cnc machine tools, performance, functionality, architecture 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 摘摘 要要 .1 abstractabstract .2 前言前言 .4 第一章第一章 数控机床概述数控机床概述 .5 1.1 数控技术的发展5 1.2 数控加工的特点6 第二章第二章 典型轴类零件分析典型轴类零件分析 .7 2.1 定位基准的选择8 2.2 工件的定位与装夹10 2.3 加工方法和方案的确定11 2.4 加工顺序的安排12 2.5 刀具选择与加工刀具卡片的确定13 2.6 切削用量的确定16 2.7 对刀点与换刀点的确定18 第三章第三章 程序的编制程序的编制 .20 3.1 加工零件轮廓粗车以及精车外圆20 3.2 加工螺纹退刀槽21 3.3 粗、精车螺纹22 致谢致谢 .22 参考文献参考文献 .23 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 前言前言 从 20 世纪中叶数控技术出现以来，数控机床给机械制造业带来了革命性的 变化。数控加工具有如下特点：加工柔性好，加工精度高，生产率高，减轻操 作者劳动强度、改善劳动条件，有利于生产管理的现代化以及经济效益的提高。 数控机床是一种高度机电一体化的产品，适用于加工多品种小批量零件、结构 较复杂、精度要求较高的零件、需要频繁改型的零件、价格昂贵不允许报废的 关键零件、要求精密复制的零件、需要缩短生产周期的急需零件以及要求 100% 检验的零件。数控机床的特点及其应用范围使其成为国民经济和国防建设发展 的重要装备。 进入 21 世纪，我国经济与国际全面接轨，进入了一个蓬勃发展 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 的新时期。机床制造业既面临着机械制造业需求水平提升而引发的制造装备发 展的良机，也遭遇到加入世界贸易组织之后激烈的国际市场竞争的压力，加速 推进数控机床的发展是解决机床制造业持续发展的一个关键。随着制造业对数 控机床的大量需求以及计算机技术和现代设计技术的飞速进步，数控机床的应 用范围还在不断扩大，并且不断发展以更适应生产加工的需要。 第一章第一章 数控机床概述数控机床概述 1.11.1 数控技术的发展数控技术的发展 随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着 高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。数控技术的应用不但 给传统制造业带来了革命性的变化，而且他对国计民生的一些重要行业（it、 汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术 发展趋势看，其主要研究热点有以下几个方面13 。 （1） 高速、高精加工技术及装备的新趋势。 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工可提高效率，提高产 品质量档次，缩短生产周期和提高市场竞争力。 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 （2） 5 轴联动加工和复合加工机床快速发展 采用 5 轴联动对三维曲面零件加工，可用刀具最佳几何形状进行切削，不 仅光洁度高，而且效率大幅度提高。一般认为，1 台 5 轴联动机床效率等于 2 台 3 轴联动机床，特别是立方氮化硼等超硬材料铣刀进行高速铣削淬硬钢件时， 5 轴联动加工可发挥更高的效益。 （3） 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21 世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，内容包括以下各个方面： 为追求加工效率和加工质量方面的智能化；为提高驱动性能及使用连接方便的 智能化；还有智能诊断、智能监控、方便系统的诊断及维修等。数控系统开放 化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可 以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结 构对象，形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系 统中，快速实现不同品种、档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌 产品。 网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的 网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实 现新的全球制造模式的基础。 1.21.2 数控加工的特点数控加工的特点 总的来说，数控加工有如下特点： (1) 自动化程度高，生产效率高。除手工装夹毛坯外，其余全部加工过程 都由数控机床自动完成。数控加工减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件； 有效地提高了生产效率。 (2) 对加工对象适应性强。改变加工对象时，除了更换刀具和毛坯定位和 装夹外，只需重新编程即可，缩短生产准备周期。 (3) 加工精度高，质量稳定。加工尺寸精度在 0.0050.01 mm 之间，大 部分操作都由机器自动完成，消除了人为误差，同时机床上还采用了位置检测 装置，更加提高了数控加工的精度。 (4) 易于建立与计算机间的通信联络，容易实现群控。由于机床采用数字 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 信息控制，易于与计算机辅助设计系统连接，形成 cad/cam 一体化系统，并且 可以建立各机床间的联系，容易实现群控。 第二章第二章 典型轴类零件分析典型轴类零件分析 内容提要：内容提要：如图：21 为典型轴类零件，该零件材料为 45 号钢，毛坯尺 寸为 85mm290mm,没有热处理和硬度要求。 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 （1）零件图分析 该零件表面由圆柱、圆锥、凹圆弧及螺纹等表面组成。零件材料：45 号钢。 切削加工性能好，无特殊加工问题，故加工中不需要特殊工艺措施。有一个 345 的螺纹退刀槽和两个 145倒角，毛坯尺寸为 85mm290mm,没有 热处理和硬度要求。 （2）选择设备 根据被加工零件的外形和材料等条件，选用 ck6140 数控车床。 2.12.1 定位基准的选择定位基准的选择 定位时用来确定工件在夹具中位置的点、线、面等称为定位基准.正确选择 定位基准是制订机械加工工艺规程和进行夹具设计的关键。定位基准主要分为 精基准和粗基准。在起始工序中，只能选用未经加工过的毛坯表面作为定位基 准，称为粗基准。用加工过的表面来作为定位基准，称为精基准。 2.1.12.1.1 精基准的选择精基准的选择 选择精基准应掌握五个原则： 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 (l) 基准重合原则 以设计基准为定位基准，避免基准不重合误差，调整 法加工零件时，如果基准不重合将出现基准不重合误差。所谓调整法，是在预 先调整好刀具与机床的相对位置，并在一批零件的加工过程中保持这种相对位 置的加工方法。 (2) 基准统一原则 选用统一的定位基准来加工工件上的各个加工表面。 以避免基准的转换带来的误差，利于保证各表面的位置精度,简化工艺规程,夹 具设计和制造，缩短生产准备周期。典型的基准统一原则是轴类零件、盘类零 件和箱体类零件。轴的精基准为轴两端的中心孔，齿轮是典型的盘类零件，常 以中心孔及端面为精加工基准，而箱体类常以一个平面及平面上的两个定位 用工艺孔为精基准。 (3) 自为基准原则 当某些精加工表面要求加工余量小而均匀时，可选择该 加工表面本身作为定位基准，以搞高加工表面本身的精度和表面质量。(4)互为 基准原则 能够提高重要表面间的相互位置精度，或使加工余量小而均匀。 (5) 保证工件定位准确、夹紧安全可靠、操作方便、省力的原则。 2.1.22.1.2 粗基准的选择粗基准的选择 选择粗基准时，主要要求保证各加工表面有足够的余量，使加工表面与不 加工表面间的位置符合图样要求，并特别注意要尽快获得精基面。具体选择时 应考虑下列原则： （1） 选择重要表面为粗基准。为保证工件上重要表面的加工余量小而均匀， 则应该选择该表面为粗基准。所谓重要表面一般是工件上加工精度以及表面质 量要求较高的表面。 （2） 选择不加工表面为粗基准。为了保证加工表面与不加工表面间的位置 要求，一般应该选择不加工表面为粗基准。如果工件上有多个不加工面，则应 选其中与加工表面位置要求较高的不加工表面为粗基准，以便保证精度要求， 使外形对称等。 （3） 选择加工余量最小的表面为粗基准。在没有要求保证重要表面加工余 量均匀的情况下，如果零件上每个表面都要加工，则应选择其中加工余量最小 的表面为粗基准，以避免该表面在加工时因余量不足而留下部分毛坯面，造成 工件废品。 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 （4） 选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准，以便工件定位可 靠、夹紧方便。 （5） 粗基准在同一尺寸方向上只能用一次。 粗基准都是未经加工的毛坯 面，表面粗糙且精度低，重复使用将产生误差大。 实际上，无论精基准还是粗基准的选择，在选择时应根据具体情况进行分 析，权衡利弊，保证其主要的要求。 2.22.2 工件的定位与装夹工件的定位与装夹 2.2.12.2.1 工件的定位工件的定位 定位： 加工前，使工件在机床上或夹具上占有正确的加工位置的过程，称 为定位。 工件定位的基本原理： 1. 六点定位原理 工件在空间具有六个自由度，即沿 x、y、z 三个直角坐 标轴方向的移动自由度和围绕这三个坐标轴的转动自由度。因此，要完全确定 工件的位置，就必须消除这六个自由度，通常用六个支承点（即定位元件）来 限制工件的六个自由度，其中每一个支承点应限制相应的一个自由度。 2. 六点定位原理的应用 六点定位原理对于任何形状工件的定位都是适用 的，如果违背这个原理，工件在夹具中的位置就不能完全确定。然而，用工件 六点定位原理进行定位时，必须根据具体加工要求灵活运用，工件形状不同， 定位表面不同，定位点的布置情况会各不相同，宗旨是使用最简单的定位方法， 使工件在夹具中迅速获得正确的位置。 3. 工件的定位: （l） 完全定位 工件的六个自由度全部被夹具中的定位元件所限制，而 在夹具中占有完全确定的惟一的位置，称为完全定位 （2） 不完全定位 根据工件加工表面的不同要求，定位支承点的数目可以 少于六个。有些自由度对加工要求有影响，有些则无影响，这种定位称为不完 全定位。不完全定位是允许的。 （3） 欠定位 按照加工要求该限制的自由度没有被限制的定位称为欠定位。 欠定位是不允许的，因为它保证不了加工要求。 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 （4） 过定位 工件的一个或几个自由度被不同定位元件重复限制的定位称 为过定位。当过定位导致工件或定位元件变形，影响加工精度时禁用；对提高 加工精度有利时，也可以采用。 2.2.22.2.2 工件的装夹工件的装夹 夹紧：用施加外力的定位形式，把工件已确定的位置固定下来的过程，称 为夹紧。 工件被定位、夹紧的过程，称为工件的安装或装夹。 工件的安装对加工质量、生产率、加工成本及操作安全都有直接影响。 工件的装夹方式： （1） 直接找正装夹。此法是用百分表、划线盘或目测直接在机床上找正工 件位置装夹方法。直接找正法生产产率低，对工人技术水要求高，一般用于单 件小批生产。 (2) 划线法找正装夹。此法是先在毛坯零件图上划出中心线、对称线等， 然后将工件装上机床，划好线来找正工件安装位置。此法生产率低，精度低， 对工人技术要求高，一般用于单件小批生产中加工复杂而笨重或毛坯尺寸公差 大的零件。 (3) 用夹具装夹。夹具是为加工工序要求而专门设计的，夹具定位元件能 使工件相对机床与刀具迅速占有正确位置，不需找正就能保证工件安装的定位 精度。此法生产率高，定位精度高，但需要设计、制造专用夹具，广泛用于成 批及大量生产。 2.32.3 加工方法和方案的确定加工方法和方案的确定 2.3.12.3.1 加工方法的选择加工方法的选择 加工方法的选择应以满足加工精度和表面粗糙度的要求为原则。在实际选 择时，要结合零件的形状、尺寸和热处理要求等全面考虑。 2.3.22.3.2 加工方案的确定原则加工方案的确定原则 零件上比较精密的尺寸及表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精 加工逐步达到的。确定加工方案时，首先应该根据主要表面的精度和表面粗糙 度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 2.42.4 加工顺序的安排加工顺序的安排 2.4.12.4.1 加工阶段的划分加工阶段的划分 工艺路线按工序性质的不同，一般可划分成以下几个阶段： （1） 粗加工阶段。其主要任务是切除各加工表面上的大部分加工余量，使 毛坯在形状和尺寸上尽量接近成品。因此，在此阶段中应采取措施尽可能提高 生产率。 （2） 半精加工阶段。其任务是达到一般的技术要求，包括完成一些次要表 面的加工、为主要表面的精加工作好准备。 （3） 精加工阶段。其任务是保证各主要表面达到规定的质量要求。在这 个阶段，加工余量一般均较小。当有些零件具有很高的精度和很细的表面粗糙 度要求时，还需要增加超精加工阶段，其主要任务是提高尺寸精度和降低表面 粗糙度。 2.4.22.4.2 工序的合理划分工序的合理划分 根据数控加工特点，加工工序的划分一般可按下列方法： （1） 以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装加工 出很多待加工面，但考虑到程序太长会出错率高、检查困难。因此程序不能太 长，一道工序的内容不能太多。 （2） 以加工部分划分工序。对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将 加工部位分成几个部分。 （3） 以粗、精加工划分工序。对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后 可能发生较大的变形而需要进行校形，因此一般凡要粗、精加工的工件都要将 工序分开。 综述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性、机床功能、零件加 工内容、安装次数及本单位生产状况灵活掌握。 2.4.32.4.3 加工顺序的安排加工顺序的安排 加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的需 要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。加工顺序安排一般应按下列原则进行： （1） 先粗后精。先粗加工，再半精加工，最后精加工。 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 （2） 先主后次。先对零件的装配基面和工作表面等主要表面加工，后对如 键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小， 又常与主要表面有位置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精 加工之前进行。 （3） 先面后孔。对于箱体、支架、连杆、底座等零件，要先加工用作定位 的平面和孔的端面，然后再加工孔。这样可使工件定位夹紧稳定可靠，利于保 证孔与平面的位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔的加工带来方便。 （4） 基面先行。用作精基准的表面，要首先加工出来。所以，第一道工序 一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工)，然后再以精基面定 位加工其它表面。 2.52.5 刀具选择与加工刀具卡片的确定刀具选择与加工刀具卡片的确定 2.5.12.5.1 数控加工刀具的选择数控加工刀具的选择 刀具的选择应该根据机床的加工能力、工件的材料、加工工序、切削用量 以及其他相关因素正确选用刀具和刀柄。 刀具选择原则：安装调整方便，刚度好，耐用度和精度高。在满足加工情 况下，尽量选择短刀柄，提高加工精度。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加 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，可选取镶嵌硬质合金刀片的玉米铣刀；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。 2.5.22.5.2 刀具走刀路线确定 走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括工步的内容， 也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意 以下几点： （1） 寻求最短加工路线，减少空运行时间以提高加工效率。 （2） 为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一 次走刀中连续加工出来。 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 （3） 考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线。 （4） 选择使工件在加工后变形小的路线 对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称 去除余量法安排走刀路线。2.5.3 加工刀具卡片的确定 表2-1 加工刀具卡片 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 产品名称或代 号 零件名称典型轴零件图号 序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注 1t01硬质合金 90外圆 车刀 1粗、精车外轮 廓 右偏刀 2t02硬质合金 75外圆 车刀 1粗、精车外轮 廓 右偏刀 3t03宽 3mm 切槽刀1切退刀槽 4t04硬质合金 60外螺 纹刀 1车外螺纹 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 2.62.6 切削用量的确定切削用量的确定 切削用量包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量和进给量。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，通常选择较大背吃刀量和进给量，采用较低的切削速度；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，通常选择较小的 背吃刀量和进给量，并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可 能提高切削速度。 （1） 背吃刀量(mm)，亦称切削深度。主要根据机床、夹具、刀具和工件的 刚度来决定。在刚度允许情况下，应以最少的进给次数切除加工余量，最好一 次切除余量提高生产效率。精加工时，则应着重考虑如何保证加工质量，并在 此基础上尽量提高生产率。在数控机床上，精加工余量一般取(0.20.5) mm。 （2） 主轴转速(r/min),主要根据允许的切削速度 vc(m/min)选取。 式中： vc切削速度，由刀具的耐用度决定； d工件或刀具直径(mm)。 （3） 进给量(mm/min 或 mm/r),又叫做进给速度，是数控机床切削用量中的 重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件材料性 质选取。最大进给量则受机床刚度和进给系统的性能限制并与脉冲当量有关。 当加工精度、表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在 2050 mm/min 范围内选取。粗加工时，为缩短切削时间，一般进给量大一些。 d v1000 c n 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 表2-1 加工刀具卡片 产品名称或代 号 零件名称典型轴零件图号 序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注 1t01硬质合金 90外圆 车刀 1粗、精车外轮 廓 右偏刀 2t02硬质合金 75外圆 车刀 1粗、精车外轮 廓 右偏刀 3t03宽 3mm 切槽刀1切退刀槽 4t04硬质合金 60外螺 纹刀 1车外螺纹 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 2.72.7 对刀点与换刀点的确定对刀点与换刀点的确定 在进行数控加工编程时，往往是将整个刀具浓缩视为一个点，那就是“刀 位点” 。它是在刀具上用于表现刀具位置的参照点。 对刀操作就是要测定出在程序起点处刀具刀位点(即对刀点，也称起刀点) 相对于机床原点以及工件原点的坐标位置。 数控机床对刀时常采用千分表、对刀测头仪或对刀瞄准仪进行找正对刀， 具有很高的对刀精度。在编程时，应正确地选择“对刀点”的位置。其大致选 择原则是： (1) 便于数学处理和简化程序编制。 (2) 在机床上找正比较容易，加工中便于检查。 (3) 引起的加工误差小，保证加工精度高。 对刀点可以设置在零件、夹具上或机床上面，尽可能设在零件的设计基准 或工艺基准上。 换刀点则是指加工过程中需要换刀时刀具的相对位置点。换刀点往往设在 工件的外部，以能顺利换刀、不碰撞工件和其他部件为准。 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 表2-3数控机床刀具运行轨迹 比例共 2 页 机械厂数控机床刀具运行轨迹 第 1 页 零件图号 0200911 零件名称 程序编号n0001机床型号ck6140 刀具号t01 刀具直径 直径补偿 刀具长度 加工右零件端面处曲线轮廓轨迹 （295 , 48.53） （230，50） （170,55） （170,62） （70,80） （70,70） （70,80） （70,80） （295,48.53） 备注 编程员审核日期 年 月 日 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 第三章第三章 程序的编制程序的编制 3.13.1 加工零件轮廓粗车以及精车外圆加工零件轮廓粗车以及精车外圆 3.1.13.1.1 车外轮廓车外轮廓 o0001； t0101 m03 s600 ； （选用 01 号刀具，主轴正转，转速 600r/min） g00 x87 z2； （快速定位 x87 z2） g71 u1 r1 ； （外圆粗加工，背吃刀量 1,退刀量 1） g71 p10 q20 u0.5 w0.1 f0.8； （精加工） n10 g00 x50 ； （快速定位 x50） g01 z-60； （加工 48 外圆柱面） x62 z-120 ； （加工锥面） w-15； （加工 62 的圆柱） x78； （加工 78 端面） x80 w-1； （加工 145倒角） w-90； （加工 80 圆柱） n20 x87 ； z2； g70 p10 q20 f0.5； （精加工 p10 q20） g00 x100 ； z50； （退刀） m05； （主轴停止） m30； （程序结束） 3.1.23.1.2 车螺纹处倒角车螺纹处倒角 o0002； t0101 m03 s800； (选用 01 号刀具，主轴正转，转速 800r/min) g00 x46 z2； (快速定位 x46 z2) g01 z0； 中国石油大学胜利学院专科毕业设计论文 x48 z-1； （加工 145倒角） z-60； (加工 48 外圆柱面) g00 x100 z50； （退刀） t0100； （取消 1 号刀具补偿） 3.1.33.1.3 车车 r70r70 圆弧圆弧 o0003； t0202 m03 s600； （选用 02 号刀具，主轴正转，转速 600r/min） g00 x90 z-155； （快速定位循环起点 x90 z-155） g71 u1 r1； （外圆粗加工，背吃刀量 1,退刀量 1） g71 p30 q40 u1 w0.1 f0.6 （精加工） ； n30 g01 x80 f0.5； g02 x80 w-60 r70； （加工 r70 圆弧） n40 g01 x85； g70 p30 q40 f0.3； （精加