毕业设计（论文）-数控车典型零件的工艺分析和编程.doc

江苏省徐州机电工程高等职业学校2013届毕业论文 数控车典型零件的工艺分析和编程08高职数控3班摘要：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数控车进行加工轨迹设计，实现加工仿真。并且完成仿真加工。数控加工程序的编制是数控加工技术的重要方面，程序编制水平直接影响到零件加工的质量和效率。因此，高质量，高效率的编程方法，一直是数控技术研究的重要课题之一，目前国内外研究开发了大量的数控自动编程软件。关键词：数控技术 工艺分析 手工编程 自动编程一、本文的研究背景及意义1.数控加工技术概况：数字控制简称数控，是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信号对机械设备的运动及加工过程进行控制的一种方法，它所控制的一般是位置、角度、速度等机械量，也可以控制温度、压力、流量等物理量。 数控加工具有自动化程度高、加工复杂形状零件的能力、生产准备周期短、加工精度高、质量稳定、生产效率高等优点。2.数控机床的加工原理可简要概述为：在数控机床上加工零件时，要是想根据零件的加工图样的要求确定零件的工艺过程、工艺参数和刀具参数，再按规定编写零件数控加工程序，然后通过手动数据输入方式或计算机通信等方式将数控加工程序送到数控系统，在数控系统控制软件的支持下，经过分析处理与计算后发出相应的指令，通过伺服系统使机床按预定的轨迹运动，从而控制机床进行零件的自动加工。 3.数控加工原理及加工过程：零件图阅读零件图工艺分析制定工艺数控编程程序传输数控机床程序校验加工。4.数控编程的内容包括：分析零件图，确定工艺过程；数学处理；编写程序单；制作程序介质并输入程序信息；程序校验。 5.数控加工工艺分析的目的是在数控机床上加工零件，首先应根据零件图样进行工艺分析、处理，编制数控加工工艺，然后再能编制加工程序。整个加工过程是自动的。它包括的内容有机床的切削用量、工步的安排、进给路线、加工余量及刀具的尺寸和型号等。 二、数控编程技术的历史目前，世界先进制造技术不断兴起，超高速切削、超精密加工等技术的应用，柔性制造系统的迅速发展和计算机集成系统的不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求。当今数控机床正在朝着以下几个方向发展：1.高速度、高精度化。速度和精度是数控机床的两个重要指标，它直接关系到加工效率和产品质量。目前，数控系统采用位数、频率更高的处理器，以提高系统的基本运算速度。同时，采用超大规模的集成电路和多微处理器结构，以提高系统的数据处理能力，即提高插补运算的速度和精度，并采用直线电动机直接驱动机床工作台的直线伺服进给方式，其高速度和动态响应特性相当优越。采用前馈控制技术，使追踪滞后误差大大减小，从而改善拐角切削的加工精度。2.多功能化。配有自动换刀机构（刀库容量可达把以上）的各类加工中心，能在同一台机床上同时实现铣削、镗削、钻削、车削、铰孔、扩孔、攻螺纹等多种工序加工，现代数控机床还采用了多主轴、多面体切削，即同时对一个零件的不同部位进行不同方式的切削加工。数控系统由于采用了多结构和分级中断控制方式，即可在一台机床上同时进行零件加工和程序编制，实现所谓的“前台加工，后台编辑”。为了适应柔性制造系统和计算机集成系统的要求，数控系统具有远距离串行接口，甚至可以联网，实现数控机床之间的数据通信，也可以直接对多台数控机床进行控制。3.智能化。现代数控机床将引进自适应控制技术，根据切削条件的变化，自动调节工作参数，使加工过程中能保持最佳工作状态，从而得到较高的加工精度和较小的表面粗糙度，同时也能提高刀具的使用寿命和设备的生产效率。具有自诊断、自修复功能，在整个工作状态中，系统随时对系统本身以及与其相连的各种设备进行自诊断、检查。一旦出现故障时，立即采用停机等措施，并进行故障报警，提示发生故障的部位、原因等。 还可以自动使故障模块脱机，而接通备用模块，以确保无人化工作环境的要求。为实现更高的故障诊断要求，其发展趋势是采用人工智能专家诊断系统。4. 可靠性最大化。数控机床的可靠性一直是用户最关心的主要指标。数控系统将采用更高集成度的电路芯片，利用大规模或超大规模的专用及混合式集成电路，以减少元器件的数量，来提高可靠性。通过硬件功能软件化，以适应各种控制功能的要求，同时采用硬件结构机床本体的模块化、标准化和通用化及系列化，使得既提高硬件生产批量，又便于组织生产和质量把关。还通过自动运行启动诊断、在线诊断、离线诊断等多种诊断程序，实现对系统内硬件、软件和各种外部设备进行故障诊断和报警。利用报警提示，及时排除故障；利用容错技术，对重要部件采用“冗余”设计，以实现故障自恢复；利用各种测试、监控技术，当生产超程、刀损、干扰、断电等各种意外时，自动进行相应的保护。 5. 控制系统小型化。数控系统小型化便于将机、电装置结合为一体。目前主要采用超大规模集成元件、多层印刷电路板，采用三维安装方法，使电子元器件得以高密度安装，较大规模缩小系统的占有空间。而利用新型的彩色液晶薄型显示器替代传统的阴极射线管，将使数控操作系统进一步小型化。这样可以方便地将它安装在机床设备上，更便于对数控机床的操作使用。二、 数控编程中的加工工艺分析及设计1.零件图图1 装配图图2图3 图42.分析零件图纸（1）零件的完整性和正确性的分析本次我们要分析的轴类零件是一根复合轴，复合轴为典型的轴类零件，生产规模为小批量加工，零件的轨迹比较复杂，必须保证曲面轴零件的尺寸精度。可以看出这幅图是由m30的螺纹；左端分别有两个凹圆弧，右端有内孔及锥度组合而成的外圆结构，组合在一起的可以看出有三个圆弧和一个v形槽。从整体的机构来看轴的轮廓是完整的，而且从尺寸的标准到表面粗糙度的标准都比较完整，而且整体看起来这根轴没有什么结构上的缺陷，精度的要求和粗糙度的要求也比较合理，符合轴和孔之间的配合。总体看起来轴之间的结构是正确的，每一段螺纹后都加工了退刀槽，圆弧的大小也合适，没有超过车刀的要求；还有就是内孔的大小也比较合理，不过大也不过小。如果是内孔的直径过大那么左端的锥度的外圆柱段的壁厚就显得比较小，这时我们在数控车上加工起来就比较的困难，还要考虑更多的问题来保证轴的精度，因而我们的夹紧也就成了一个大问题，但是在这里没有出现，也就说明作为典型的轴类零件的加工在数控车上加工的正确性，通过精车基本上都能达到，体现出了数控技术的精度高的特点。 （2）零件材料的分析工程材料，特别是钢铁，是现代工业、农业、国防及科学技术等部门使用最广泛的材料。工程材料之所以能获得如此广泛的应用，不仅由于它的来源广泛，而且还由于它具有优良的性能。钢铁材料，又称黑色金属材料，它是可以用于制造机械构件和工具的铁基合金。可分为刚和铸铁两大类，其主要区别在于含碳量的不同。钢的含碳量低于2.11%，铸铁的含碳量则在2.11%以上。 （3）零件精度的分析 零件的加工精度是指零件加工后的实际几何参数（尺寸、形状和位置）与理想几何参数相符合的程度。符合程度越高则加工精度就越高。实际加工不可能做得与理想零件完全一致，总会有大小不同的偏差，零件加工后的实际几何参数对理想几何参数的偏离程度，称为加工误差。 由于在加工过程中有很多因素影响加工精度，所以同一种加工方法在不同的工作条件下所能达到的精度是不同的。任何一种加工方法，只要精心操作，细心调整，并选用合适的切削参数进行加工，都能使加工精度得到较大的提高，但这样会降低生产率，增加加工成本。由机床、夹具、刀具和工件组成的机械加工工艺系统(简称工艺系统)会有各种各样的误差产生，这些误差在各种不同的具体工作条件下都会以各种不同的方式(或扩大、或缩小)反映为工件的加工误差。 工艺系统的原始误差主要有工艺系统的几何误差、定位误差、工艺系统的受力变形引起的加工误差、工艺系统的受热变形引起的加工误差、工件内应力重新分布引起的变形以及原理误差、调整误差、测量误差等。这些都会影响到零件的加工精度。如图4就是我们本次要加工的轴：在这次的数控车削加工中，零件重要的径向加工部位有：三角螺纹、锥度、左端分别有两个凹圆弧，在外螺纹的下面还有孔。 （2）表面粗糙度的分析 表面粗糙度反映的是零件加工表面的微观几何形状误差，及、即指加工表面所具有的较小间距和微小峰谷不平度。它不同于宏观几何形状，也不同于表面波度。主要由加工过程中刀具和零件表面的摩擦、切削分离时表面金属层塑性变形及工艺系统变频振动等原因而形成。三、数控加工工艺概念与工艺过程1.数控加工工艺概念是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。2.数控加工工艺过程是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。3.加工工艺的主要内容（工艺卡片的内容只包括零件图4其它的不在一一写出）表1徐州机电工程高等职业学校工 艺 过 程 卡产品名称组合件零（部）件名称椭圆加工梯形螺纹材料牌号45毛坯种类棒料毛坯外形尺寸60*72每毛坯件数3每台件数备注工序号工序名称工 序 内 容工 艺 装 备工 时夹具辅具刀、量具准终单件 1钻车钻b=2.5的中心孔车左端端面三爪卡 盘外圆车刀游标卡尺2车粗精车左端外圆，再车分别车两个r4的凹圆弧三爪卡 盘外圆车刀游标卡尺3钻车调头，手动钻20的孔三爪卡 盘钻头4车车右端面及粗精车24孔及145倒角，三爪卡 盘外圆车刀游标卡尺5车粗精车右端外轮廓三爪卡 盘外圆车刀游标卡尺6车适配做锥度保证配合间隙三爪卡 盘外圆尖刀游标卡尺7车车退刀槽加工三角螺纹三爪卡 盘切刀三角螺纹刀8检测检测零件的外形尺寸游标卡尺9将零件清洗组合 乳化油 表2单位名称产品名称零件名称零件图号材料45#钢工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备编号三爪卡盘工歩号加工内容刀具名称刀具规格/mm主轴转速/（r/min）背吃刀量/mm进给速度/(mm/r)加工余量/mm备注1车外径端面外圆车刀90外圆刀120020.20.5t02022车凹圆弧外圆车刀35外圆刀120020.20.5t01013切外沟槽切刀刀头宽46000.10.1t0404 4车梯形螺纹梯形螺纹车刀螺距650060.1t02025中心钻钻中心孔a31200手动6车内孔镗孔刀90盲孔车刀120020.20.5t03037内外三角螺纹螺纹刀60三角螺纹刀12001.50.1p1.58车半圆r刀r2球头刀120010.21t0404在生产实际中，大部分的零件的数控加工，往往仍然需要以混合工艺的形式来进行工艺编制。本次加工零件的工艺内容如下： （1）零件左端打b型中心孔b2.5.目的是为数控车削加工工序提供可靠的装夹工艺基准 。 （2）用三爪自动定心卡盘装夹零件，采用一夹一顶进行装夹定位，数控粗车加工零件右端外形以及倒角145，加工后的零件各部尺寸留下精加工的余量。 （3）精车、零件右端b型中心孔，为精车加工提供可靠的定位基准。 （4）用三爪自动定心卡盘装夹零件，数控精车加工零件内形以及倒角145与内孔和刀槽，加工后的零件各部尺寸达到图纸技术的要求。 （5）用一加一顶的方法加工、可以提高精度和安全性能。 （6）零件调头后用一夹一顶的方式夹紧定位好零件，加工组合工件上的椭圆以及圆弧、提高圆弧于圆弧的链接性达到表面要求。 四、加工方法选择及加工方案确定 1.数控机床的合理选用 本次加工的零件较为简单，因为在学校期间实习过，所以选择fanuc数控车床。操作简单易掌握！2.加工方法的选择 一种加工方法能够保证的加工精度有一个相当大的范围，但如果要求它保证的加工精度过高，需要采取的一些特殊的工艺措施，将使加工成本随之增大。同样理由，作为一种加工方法，有加工经济表面粗糙度的概念。每一种加工方法都有一个加工精度的范围，例如在普通车床上加工外圆，所能获得尺寸的加工经济精度为：it8it9级，加工经济表面粗糙度为：ra1.252.5m。普通外圆磨床磨削外圆，尺寸的加工经济精度为：it5it6 级，加工经济表面粗糙度ra0.160.32m.各种的加工方法到达的加工经济精度和加工经济表面粗糙度都可以查阅各种金属切削加工工艺手册。 机械零件都是一些简单的几何表面如外圆、孔、平面等组合而成的，因此的零件的工艺路线的就是这些表面加工路线的恰当的组合。可以通过对我们这次加工的轴的分析和上表的参考，来选择我们我们零件的加工路线。由前面对轴精度和表面粗糙度的分析，知道这根轴的精度和表面粗糙度的要求都不是很高，最高的表面粗糙度值也是ra1.6，如果是我们所使用的数控车精度比较高的话，精车也就可以达到了。 （1） 外圆加工方法：粗车半精车精车。它能达到的公差等级为it7it8，表面粗糙度也能达到ra0.81.6m。完全复合零件的加工要求。 （2) 内孔的加工方法：钻粗车半精车，它能达到的公差等级是it10it8,粗糙度 ra1.6 6.3m，而我们此次加工的零件的内孔的表面粗糙度的值ra 3.2，内圆的公差最小的也有0.05mm，所以这样的的加工方法也能到达我们的要求。 （3） 端面的加工方法：粗车。端面一边是用来做基准的，因此在端面没有作具体的要求的时候我们一般只是采用粗车的方法来加工。在这里我们只采用粗车的原因主要是，我们通过粗车端面作为我们打b型中心孔的基准，然后再以b型的中心孔作为精基准来加工其他的表面。2.加工方案设计的原则本次零件加工的原则是，以达到图纸规定的要求为基础，一步步来确保零件尺寸和图纸规定的相符。五、数控加工工艺路线的设计 1.数控车削加工零件的工序顺序 在轴的数控加工中，分为粗车加工和精车加工二次切削进行，其工序如下：（1）粗车加工：使用外圆车刀车削加工零件右端各部外圆与所在端面。工件各部位均留精车余量。（2）粗车加工：零件调头重新安装装夹定位后，先用8、25的钻头手动加工20的孔，再使用外圆车刀、内孔精镗刀。车削加工端各部内型面与所在端面达到要求零件左端各部内、外圆型面与所在的端面，零件各部均留精车余量。（3）精车加工：使用内孔镗刀精车加工零件右。（4）精车加工：使用外圆精车车刀、切槽车刀，精车加工左端各部外圆型面与所在端面达到要求。（5）零件调头重新安装装夹定位后，使用外圆精车车刀、切槽刀、螺纹刀车削加工零件右端各部外圆型面与所在端面达到精车的要求。 2.按零件装夹定位方式划分工序 三爪卡盘夹住左端，先粗加工右端外圆，然后精加工右端外圆及螺纹三爪卡盘夹住右端，先粗加工左端外形面，然后换精加工，达到图纸要求。换镗刀，镗孔右端内形。六确定零件的夹紧方法和夹具的选择在机械制造中，用以装夹工件（和引导刀具）的装置，称为夹具。它是用来固定加工对象，使之占有正确位置，以接受施工会检测和装置。例如：焊接过程中用于拼焊的焊接夹具，检验过程中用的检验夹具；装配过程中用的装配夹具；机械加工中用的机床夹具等。夹具的类型有很多，按照机床夹具的通用化程度可将夹具分为一下几种：通用夹具、专用夹具、成组夹具、组合夹具；、随行夹具。在这次的加工中我采用的是通用夹具。利用fanuc数控车床的三爪自动定心卡盘作为夹具，这种方法使工件定位所迅速方便，定位精度高。且在加工中还才用了鸡心夹作为左端外圆精加工时的辅助夹具。保证左端外圆的价加工精度。刀具的选择由图4可知，在该零件的数控车削加工中我选用的是机夹刀，且零件外圆加工应该使用主偏角kr=93、刀尖圆弧半径r0.4外圆精车车刀，零件内孔加工应该使用内孔精车车刀。零件内、外圆退刀槽加工使用外圆切槽车刀，螺纹加工使用螺纹车刀，就可以满足加工要求。具体加工用的刀具如下：t0：中心钻b2.5，钻头8、20；t1：主偏角kr=93，刀尖圆弧半径r0.4刀尖圆弧、半径r0.4外圆精车车刀； t2：主偏角为90的镗刀；t3：b=5mm的内孔车槽车刀；t4：刀刃宽b=5mm切槽车刀；t5：刀刃宽b=2mm切槽车刀；t6：螺纹车刀60三角螺纹车刀。七、吃刀量的选择数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量p 、切削速度c(主轴转速n)、进给量f。这些参数均应用在机床给定的允许范围内选用。精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀。选择精车的切削用量，应着重考虑如何保证加工质量，并在基础上尽量提高生产率。因此，精车时应选择用较小的背吃刀量和进给量，并选用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。 所以通过以上的分析和查阅车削切削用量手册可以确定本次加工的用量如下：粗车外圆时的背吃刀量p =2mm，主轴转速n=600r/min，进给速度f=120mm/r。精车时的背吃刀量p =0.4mm，主轴转速n=500r/min，进给速度f=80mm/r。车削螺纹是的背吃刀量p 根据进的次数和查阅的手册来定，主轴转速n=800r/min，进给速度f=80 mm/r。八、装配图的分析 1.三件配合后能达到装配要求的总长度。2.三件配合后锥度的2mm间隙应控制在公差的范围之内，件2和件4的锥度接触面积要达到70%以上。3.件4和件2的内外三角螺纹配合松紧程度应适中。4.件2和件4配合好以后件2应很轻松的配合进去，否则同轴度达不到要求且配合总长也不能保证。5.总体配合上以后整体美观，摸上去应不能伤手，未注倒角的地方应去锐。九、图3程序编写（程序只包括图3的，其它不在一一编写）1、梯形螺纹外圆加工 外轮廓加工程序o0001 程序名g99 进给方式t0101 m031200 刀具 主轴转速g00x50 z2 快速定位g73u18r9 粗加工循环g73p1q2u1f0.2n1g00x22 z0 程序的起始g01x24c1z-7.02x29x36z-8.96z-35.04x29z-37z-45x48c1z-57x46z-58n2g00x52 程序的终止z2t0202 m03s1600g00x52 z2g70p1q2f0.1 精加工循环g00x100z100m30 程序结束 2、 梯形螺纹加工 梯形螺纹加工程序 o0002 程序名g99 每转进给to202 m3s450 刀具 转速g00x45 z6 螺纹起刀点#1=36 螺纹大径#2=29 螺纹小径while#1ge#2do1 #1