组合零件的数控车削及宏程序编辑与加工

1、毕业设计题 目： 组合零件的数控车削及宏程序编辑与加工 院 (系)： 机电工程系 专 业： 数 控 技 术 姓 名： 学 号： 指导教师： 二一一年十一月十五日毕业设计任务书学生姓名学号专 业数控技术院（系）机电工程系毕业设计题目组合零件的数控车削及宏程序编辑与加工任务与要求1. 完成字数不少于5000字的毕业论文一篇2. 完成产品的二维设计图3. 完成合理毛坯的选择 4. 完成合理刀具的选择5. 完成加工余量的确定6. 完成高速切削刀具加工产品的数控加工工艺路线7. 完成答辩PPT一份要求:1. 字数足够，逻辑层次清晰，格式排版正确2. 分析合理，公式运用正确3. 图表清晰，全部自己绘制完成

2、，不能复制或粘贴4. 论文是在自己参考其他文献的基础上自主完成。5. 参考文献不少于8篇（尽量有一篇外文参考文献）完成时间段2011年11月4日 至2012年3月20日 共18周指导教师单位职称讲师院（系）审核意见毕业设计进度计划表日 期工 作 内 容执 行 情 况指导教师签 字2011.11.4-2011.11.18选题2011.11.18-2011.12.20下达任务书2011.12.21-2012.1.20毕业设计初稿2012.1.21-2012.2.10毕业设计二稿2012.2.11-2012.2.25准备答辩2011.3月进行答辩教师对进度计划实施情况总评 签名 年 月 日 本表作评

3、定学生平时成绩的依据之一毕业设计中期检查记录表学生填写毕业设计题目: 组合零件的数控车削及宏程序编辑与加工学生姓名: 学号：专业： 数控技术指导教师姓名: 韩亚军职称:讲师检查教师填写毕业设计题目工作量饱满一般不够毕业设计题目难度大适中不够毕业设计题目涉及知识点丰富比较丰富较少毕业设计题目价值很有价值一般价值不大学生是否按计划进度独立完成工作任务学生毕业设计(论文)工作进度填写情况指导次数学生工作态度认真一般较差其他检查内容：存在问题及采取措施:检查教师签字: 年 月 日院（系）意见(加盖公章): 年 月 日摘 要数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数控加工的整个过程是自动进

4、行的。数控加工的工序内容比普通机床的加工的工序内容复杂。本文主要针对轴类配合零件的加工进行零件草图的绘制及零件工艺分析和编制加工程序。轴类零件通常由内外圆柱面、端面、台阶面、螺纹、圆弧等组成。为完成本设计，在设计过程中初步了解了宏程序的基本知识，然后根据零件图运用大学所学知识编制程序，并在加工过程掌握控制精度的方法，才能加工出合格的零件。关键词：数控车削、Auto CAD、工艺分析、宏程序目录第一章 零件草图的绘制11.1 数控机床基本概述11.2 组合零件的零件图41.3 运用Auto CAD软件进行零件草图的绘制7第二章 组合零件的工艺分析102.1 零件的形状分析102.2 零件的材料分

5、析102.3 加工步骤分析11第三章 工件的定位与装夹123.1 定位基准的选择123.2 定位基准选择的原则123.3 装夹方式的选择123.4 数控车床常用装夹方式123.5 确定合理的装夹方式13第四章 刀具及切削用量144.1 选择数控刀具的原则144.2 选择数控车削用刀具14第五章 宏程序简介165.1 宏程序概述165.2 变量（HNC、FANUC系统）165.3 运算符与表达式175.4 椭圆举例18第六章 数控加工程序的编写216.1工序一程序216.2工序二程序226.3工序三程序23结束语24致谢25参考文献26附录一27第一章 零件草图的绘制1.1 数控机床基本概述随着

6、社会生产和科学技术的飞速发展，机械制造技术发生了深刻的变化，机械产品日趋精密复杂，且改型频繁，尤其是在宇航、军事、造船等领域所需的零件，精度要求高，形状复杂，批量又小。传统的普通加工设备已难以适应市场对产品多样化的要求。为了满足上述要求，以数字控制技术为核心的新型数字程序控制机床应运而生。1948年，美国帕森斯公司（Parsons Co）受美国空军委托与麻省理工学院伺服机构研究所（Servo Mechanismus Laboratory of the Massachusetts Institute of Technology）合作进行数控机床的研制工作。1952年，第一台三坐标立式铣床试制成功

7、，但第一台工业用数控机床直到1954年11月才生产出来。我国数控机床的研制是从1958年起步的，由清华大学研制出了最早的样机。早期的数控机床控制系统采用电子管，其体积大，功耗高，只在军事部门应用，只有在微处理机用于数控机床后，才真正使数控机床得到了普及。一 何谓数控机床（1）数控（NC）是数字控制（Numerical Control）的简称，是20世纪中叶发展起来的一种用数字化信息进行自动控制的一种方法。装备了数控技术的机床，称为数控机床，也简称为NC机床。（2）70年代初，随着计算机技术的发展，使小型计算机的价格急剧下降，采用小型计算机代替专用控制计算机的第四代数控系统，不仅在经济上更为合算

8、，而且许多功能可用编制的专用程序来实现，将它存储在小型计算机的存储器中，构成所谓控制软件，提高了系统的可靠性和功能特色。这种数控系统又称为软接线（软线）数控，即计算机数控系统，简称CNC（Computerized NC）。（3）1976年制成以微处理机为核心的数控系统，称为第五代微型机数控系统。简称MNC（Microcomputerized NC）。（4）国际信息联盟第五技术委员会对数控机床做了如下定义：（5）数控机床是一个装有程序控制系统的机床。该系统能够逻辑地处理，具有使用号码或其他符号编码指令规定程序。定义中的控制系统就是数控系统。二 数控车床的分类（1）经济型数控车床，经济型数控车床它

9、们一般是在普通车床的基础上进行改进设计，并采用步进电机驱动的开环伺服系统。其控制部分采用单板机和单片机来实现。此类车床结构简单、价格低廉，但无刀尖圆弧半径自动补偿和恒线速度切削等功能。（2）全能型数控车床。全能型数控车床就是通常所说的“数控车床”又称标准型数控车床，即它的控制系统是标准型的，带有高分辨率的CRT显示器以及各种显示、图形仿真和刀具补偿等功能，而且带有通信或网络接口。全功能型数控车床采用闭环或半闭环控制的伺服系统，可以进行多个坐标轴的控制、具有高刚度、高精度和高效率等特点。（3）车削中心。车削中心是以全功能型数控车床为主体，并配置有刀库、换刀装置、分度装置铣削动力头和机械手等，以实

10、现多工序复合加工的机床。在工件一次装夹后，它可以完成回转类零件的车、铣、钻、绞和攻螺纹等多种加工工序。其功能全面，但价格较高。（4）FMC车床。它实际上是一个由数控车床和机器人等构成的柔性加工单元。它能实现工件搬运、装卸的自动化和加工调整准备的自动化。三 数控车床的组成（1）主轴箱（床头箱）。它固定在车床的最左边。主轴箱中的主轴通过卡盘等夹具装夹工件主轴箱的功能是支撑并传动主轴。使主轴带动工件按照规定的转速旋转，以实现机床的主运动。（2）转塔刀架。它安装在机床的刀架滑板上，加工时可实现自动换刀。在加工时能准确、迅速的选择刀具。（3）刀架滑板。它由纵向（Z向）滑板和横向（X向）滑板（4）尾座。安

11、装在床身导轨上，可沿导轨进行纵向移动。（5）床身。固定在机床底座上，是机床的基本支撑件。（6）底座 。它是车床的基础，用于支撑机床的各部件。连接电器柜，支撑防护罩和安装排屑装置。（7）防护罩。 安装在机床的底座上。（8）机床的液压传动系统 。实现机床上的一些辅助运动，主要实现机床主轴的变速、未座套筒的移动及自动夹紧机构的操作。（9）机床润滑系统。 它为机床的运动部件提供润滑和冷却。（10）机床切削液系统。为机床提供充足的切削液，以满足切削加工的要求。（11）机床电气控制系统。主要由数控系统（包括数控装置、伺服系统及可编程控制器）和机床的强电气控制系统组成。机床电气控制系统能完成对机床的自动控制

12、。1.2 组合零件的零件图图1-1 零件图图1-2 零件图图1-3 零件图图1-4 装配图1.3 运用Auto CAD软件进行零件草图的绘制（1）打开Auto CAD,进行CAD图层的建立。分别设置不同的图层，如中心线用紫色点划线、零件图1用红色0.25mm细实线、零件图2用绿色细实线、零件图3用蓝色0.25mm细实线、标注尺寸用粉红色细实线、填充用红色等。如下图：图1-5 图层的建立（2）中心线、坐标的建立。图1-6 坐标中心点的建立（3）执行画直线命令，在对话框中输入”L”根据图纸尺寸要求画出零件图上半部分形状，再执行倒角命令完成零件的倒角。如图1-7 零件一上半部分（4）执行镜像命令，讲

13、上端零件草图按水平中心线镜像到下端。形成图1-8 图1-8 镜像后的零件图 （5）执行椭圆命令，再输入C选择椭圆中心，再输入数值15作为椭圆短半轴。再输入椭圆长半轴长度25mm。完成椭圆的绘制。如图1-9图1-9 椭圆部分执行修剪命令，得到 图1-10 修剪后零件图（6）执行尺寸标注命令，对零件图一进行尺寸标注。再对尺寸修改进行尺寸前缀、后缀的添加。如图1-11 图1-11零件图加前后缀完成后的零件图一如下、图1-12完成零件图一 （7）再选择另外设置好的图层，重复同样的动作完成零件图二、三的绘制。如图 图1-13完成后零件图二、三第二章 组合零件的工艺分析 2.1 零件的形状分析该零件为组合

14、零件，分三个零件组合而成，配合精度及椭圆是加工时的难点。三零件的表面质量Ra1.6，左端和右端分别有两个椭圆，需要用到宏程序的编辑。零件二和零件三都有内孔，零件二需要钻通孔，零件三要钻长度为25mm左右的盲孔。该零件有M24的螺纹配合，需在图一中加工外螺纹，在图二中加工M24的内螺纹，然后进行组合。2.2 零件的材料分析零件材料的选用是非常重要的，选材不当制成的零件不能满足使用要求，过早损伤和破坏产生不良影响或经济效益差等。机械零件选材的一般原则是：首先满足使用性能的要求，同时兼顾工艺性、经济性和环保性。对于轴类零件的选材应具有以下几点要求： 1.优良的综合力学性能，即要求有高的强度和韧性，以

15、防止由于过载和冲击而引起的变形和断裂。2.高的疲劳极限，防止疲劳断裂。3.良好的耐磨性。4.在特殊条件工作时，还应有特殊要求。本零件的材料是45号钢，它属于低淬透性合金调质钢。其化学成分是：碳含量0.37%0.45%，铬含量0.8%1.1%，锰含量0.17%0.37%，硫含量0.5%0.8% ，其中碳含量过高、过低均不能满足经调质后获得良好综合力学性能的要求，主加元素为铬，在配以硫、锰等合金元素，其作用是提高淬透性，强化铁素体和细化晶粒，因此，此钢的热处理变形小，废品率低，因而降低了工艺成本。其热处理特点是：当原始组织为珠光体时，预先热处理可采用正火或退火处理;该类钢最终热处理均采用淬火后在5

16、00-650的高温回火工艺，即调质处理工艺，调质处理可使材料具有良好的综合力学性能。取一件50x100的45号钢棒料备用。2.3 加工步骤分析首先在华中数控车床上加工加零件一：用外圆车刀粗加工左端外形，倒角,切槽，车外螺纹, 再换刀提高转速精加工一次，然后用手工切断。掉头用铝皮包住再夹紧，防止夹紧力过大破坏已加工表面。再保证总长92mm，用外圆车刀车椭圆，完成零件一的加工。零件图二、先用中心钻钻中心孔，再用直径20mm钻头钻出长为30左右的内孔，再用内镗刀对内孔进行镗削加工 ,用外圆车刀加工出外形，倒角，切槽，手工切断。再掉头装夹 保证总长，再用内镗刀镗出有台阶的通孔。再以零件图一为基准和零件

17、二进行配合，直到能达到图纸要求配合精度即可。零件图三、用中心钻钻出定位中心孔，再用直径20mm钻头钻出长24mm孔。再利用内镗刀镗出直径 22mm的内孔，再选择合适内螺纹刀以零件一位准则加工出M24的内螺纹和零件一进行配合。接着加工出外形，切断。再掉头运用宏程序加工出椭圆部分。第三章 工件的定位与装夹3.1 定位基准的选择在制定零件加工的工艺规程时，正确的选择工件的定位的基准有着十分中的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件个表面的加工顺序也有很大的影响。合理的选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。3.2 定位基准选择的原则基准重合原则

18、。为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使用工序基准，定位基准、编程原点三者统一。便于装夹的原则。所选的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位夹紧简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。3.3 装夹方式的选择为了工件不至于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧压牢。合理的选择加紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。3.4 数控车床常用装夹方式1）在三爪自定心卡盘上装夹。三爪自定心卡盘的三个爪是同

19、步运动的，能自动定心，一般不需要找正。该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。2）在两顶尖之间装夹。对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖。该装夹方式适用于多序加工或精加工。3）用卡盘和顶尖装夹。当车削质量较大的工件时要一端用卡盘夹住，另一端用后顶尖支撑。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位基准，应用较广泛。4）用心轴装夹。当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位基准。3.5 确定合理的装夹方式装夹方法：先用三爪自定心卡盘夹住

20、右端，加工左端达到工件精度要求；再工件调头，铝皮包住已加工表面再用三爪自定心卡盘夹住工件右端，再加工到工件精度要求。第四章 刀具及切削用量4.1 选择数控刀具的原则刀具寿命与切削用量有密切的关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。选择刀具寿命时可考虑如下几点根据道具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选的比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选的低些，一

21、般取15-30min对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选的高些，尤其保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选的低些，当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选的低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而求要求尺寸稳定，耐用度高断和排性能同时要求安装和调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的道具常采用适应高速切削的刀具材料（如高

22、速钢、超细粒质硬质合金）并使用可转位刀片。4.2 选择数控车削用刀具数控车削刀具常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线型主副切削刃构成，如90度内外圆车刀、左右端面车刀、切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面考

23、虑，并应兼顾刀尖本身的强度。第五章 宏程序简介5.1 宏程序概述在数控程序的编制中，宏程序是含有变量的程序。因为它允许使用变量、运算以及条件功能，则使程序顺序结构更加合理。宏程序编制方便、简单易学，是手工编程的一部分，多用于零件形状有一定规律的情况下。 在编程工作中，我们经常把能完成某一功能的一系列指令像子程序那样存入存储器，用一个总指令来代表它们，使用时只需给出这个总指令就能执行其功能。所存入的这一系列指令称作用户宏程序本体，简称宏程序。这个总指令称作用户宏程序调用指令。5.2 变量（HNC、FANUC系统）在常规的主程序和子程序内，总是将一个具体的数值赋给一个地址，为了使程序更具通用性、灵

24、活性，在宏程序中设置了变量。华中世纪星和FANUC 0i数控系统的变量有相同的表达方式，以“#”和数字来表示，比如：“#10”表示一个变量。而西门子SINUMERIK 802D的变量又叫做R参数，它用字母“R”和数字来表示，比如“R10”。现在以列表形式来比较各系统的区别。表5.1 变量的区别华中世纪星 FANUC 0i SINUMERIK 802D 定义变量#0=50.0#10=50.0R10=50.0变量引用G01 X#10G01 X#10G01 X=R10改变引用变量的值的符号G01 X-#10G01 X-#10G01 X=-R10局部变量和全局变量是华中世纪星和FANUC的说法。局部变

25、量只能用于宏程序中存储数据，比如：运算结果等。当断电时，局部变量被初始化为空。调用宏程序时，自变量对局部变量赋值。全局变量在不同的宏程序中的意义相同。FANUC系统的空变量#0总是空，没有值能赋给该变量。（1）变量的表示 变量可以用“#”号和跟随其后的变量序号来表示。 #i (i=1,2,3,) 例： #5，#109，#501 （2）变量的引用 将跟随在一个地址后的数值用一个变量来代替，即引入了变量。 例：对于 F#103=50时，则为F50； 对于Z=-#110,若#110=100时，则Z为-100； 对于G#130，若#130=3时,则为G03。表5.2 各系统变量引用和赋值的对比华中世纪

26、星 FANUC 0i SINUMERIK 802D 定义变量#10=50.0#10=50.0R10=50.0变量引用G01 X#10G01 X#10G01 X=R10改变引用变量的值的符号G01 X-#10G01 X-#10G01 X=-R105.3 运算符与表达式（1）算数运算符算术运算主要是指加、减、乘、除、乘方、函数等。在宏程序中经常使用的算术运算有：表5.3算术运算符 （加） （减）* （乘） （除）SIN （正弦）ASIN （反正弦）COS （余弦）ACOS （反余弦）TAN （正切）ATAN （反正切）SQRT （平方根）ABS （绝对值）ROUND （舍入）EXP （指数）LN

27、（对数）FIX （上取整）FUP （下取整）MOD （取余）（2） 逻辑运算逻辑运算可以理解为比较运算，它通常是指两个数值的比较或者关系。在宏程序中，主要是对两个数值的大小进行比较，常用的运算有：表5.4逻辑运算符EQ （等于）NE （不等于）GT （大于）GE （大于且等于）LT （小于）LE （小于且等于）AND （与）OR （或）NOT （非）（3）条件条件是指程序中的条件语句，通常与转移语句同用，在宏程序中的常条件语句有：表5.5条件运算符GOTO 无条件跳转IF 条件转移WHILE 当型循环（4）表达式 用运算符连接起来的常数，宏变量构成表达式。例如：175/SQRT2 * COS5

28、5 * PI/180 ；#3*6 GT 14 5.4 椭圆举例1 先加工一长轴为100短轴为50的椭圆图5-1用普通算点的方法来加工这个椭圆显然是不科学的，如果采用编程软件（如MASTERCAM）来生成这个程序的话（设使用10的铣刀，步距取1mm），那么程序长度将在400段左右，对于程序本身的阅读和修改都不是很方便 ，而且也会过多的占用计算机的内存。使用宏程序的话，那么很轻意的就可以解决这个问题，O0001 G92 X0 Y0 Z0 S1200 M03 ; 确定坐标系;N10 G01 G41 X50 ; 图1中OX距离;N20 #1=0 ; 将角度设为自变量，赋初值为0;N30 X50*COS

29、#1 Y25*SIN#1 F200 ; XY轴联动的步距;N40 #1=#11 ; 自变量每次自加1O;N50 IF#1LT360GOTO30 ; 如果变量自加后不足360度，则转到第30段执行，否则执行下一段;（30前不用加行号N）N60 GO G40 X0 ; 撤消刀补，回到起点N70 M30 ; 程序结束。总结：宏程序的最大特点就是将有规律的形状或尺寸用最短的程序段表示出来，极具有易读性和易修改性，熟练的掌握宏程序，才能使一个程序更加合理完善。随着数控技术的发展，计算机自动编程逐渐会取代手工编程，但宏程序的简捷，依然具有实用价值。不论使用什么方法，最短时间内，编制出合格的程序，加工出合格

30、的零件，这才是我们所要追求的。第六章 数控加工程序的编写工序一程序OLUN1%6789M3S300T0202G0X51Z2G71U1R1P1Q2X0.7Z0F60N1G0X20S800G1Z0X24Z-2Z-16X27X30Z-17.5W-22.5X35X38W-1.5W-10.5X43X46W-1.5X46.5Z-92N2G1X51G0X100Z10T0404S300G0X39Z-40G1X28F10G04P2G1X32G1W0.5X28G04P2G1X32G0Z-16G1X20F10G04P2X26G0X100Z100T0303G0X26Z3G82X23.5Z-13F2X23.1Z-13X

31、22.8Z-13X22.5Z-13X22.3Z-13X22.1Z-13X21.9Z-13X21.8Z-13X21.8Z-13G0X100Z100M5M30宏程序（椭圆）M3S300T0202G0X47Z2G71U1R1P3Q4X0.7Z0F60N3G0X0S800G1Z0#1=30WHILE#1GE0#2=20*SQRT1-#1*#1/900G1X2*#2Z#1-30#1=#1-0.2ENDWG1X43X46W-1.5N4W-12G0X100Z100M5M02工序二程序OLUN2%1234M3S300T0202G0X51Z2G71U0.6R1P1Q2X0.5Z0F60N1G0X43S800G1

32、Z0X46Z-1.5w-6.5x43w-12w-8.5x40w-1.5x43w-1.5N2G1X51G0X100Z100T0404S300G0X48Z-20G1X38F10G04P2G1X48G0W4G1X38G04P2X48G0W3G1X38G04P2X48G0X100Z100M5M30M3S300T0202G0X26Z2G71U0.6R1P3Q4X-0.5Z0F50N3G0X40S700G1Z0X38Z-1Z-5X32X30W-1Z-32N4X26G0Z100X100M5M30工序三程序%1234T0202M3S700G0X48Z2G0X26G1Z0F30X22Z-2Z-21X20G0Z1

33、00X100M5M30T0202MS250G0X20Z3G82X22.3Z-22F2X22.6Z-22X22.8Z-22X23Z-22X23.2Z-22X23.4Z-22X23.6Z-22X23.8Z-22X23.9Z-22X24Z-22X24.1Z-22X24.2Z-22X24.2Z-22G0X100Z100M5M30T0303(图三外形)M3S300G00X51Z2G71U0.6R1P1Q2X0.4Z0F50N1G0X40S800G1Z0X43Z-1.5Z-20N2G1X51G0X100Z100T0404S300G00X51Z-20G1X38F10G04P3G1X51F30W0.5G1X38F10G04P3G1X51F30W1X43F20X41W-1X45G0X100Z100M5M30图三椭圆部分程序%1234T0303M3S300G0X50Z2G71U0.6R1P1Q2X0.4Z0F50N1G0X0S800