毕业设计椭圆螺纹配合件数控加工工艺与宏程序设计

1、目录第1章 数控加工的工艺311零件图样的要求312零件加工的特点313 加工方法的选择与加工方案的确定314 工序与工步的划分315零件的安装与夹具的选择4151定位安装的基本原则4152选择夹具的基本原则416刀具的选择与切削用量的确定4161数控车削刀具的选择4162切削用量的确定5第2章 宏程序的理论721宏程序的分类722变量7221变量的书写规格7222变量的类型7223忽略小数点7224变量的类型7225引用变量823算术和逻辑操作824分支和循环语句9第3章 椭圆螺纹配合件数控加工工艺与宏程序设计113.1零件图样工艺分析1232装夹方案的确定1233加工顺序及走刀路线的确定1

2、234刀具的选择1235数控加工工艺卡片的在拟订1336加工程序14椭圆螺纹配合件数控加工工艺与宏程序设计 摘要：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。应用数控机床进行加工椭圆、抛物线、双曲线等可采用宏程序，使用变量、算术和逻辑运算及条件转移，使得编制相同的程序更方便、更容易。本文研究了椭圆螺纹及配合件数控加工工艺与宏程序的设计。关键词：数控加工工艺、宏程序的设计第章数控加工的工艺11零件图样的要求零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则；a 零件图样上尺寸标注方法应适应数控加工的特点，在数控加工零件图上，应以同一基准引注尺寸直接给

3、出坐标尺寸。b 构成零件轮廓的几何元素的条件应充分在手工编程时，要计算每个节点坐标。在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分。如果构成零件几何元素条件不充分，编程时则无法下手。12零件加工的特点零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点a 零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便，生产效益提高。b 内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。c 零件铣削底平面时，槽底圆角半径不应过大，否则铣刀端刃铣削平面的能力差、效率低。d 应采用统一的基准定位。在数控加工中

4、，若没有统一的基准定位，会因工件重新安装而导致加工后的两个面年轮廓位置及尺寸不协调现象。此外，还应分析零件所要求的加工精度、尺寸公差是否为以得到保证，有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。13加工方法的选择与加工方案的原则1）加工方法的选择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。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。2）加工方案确定的原则零件上比较精确表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从

5、毛坯到最终成形的加工方案。14工序与工步的划分一般工序划分有以下几种方式1）按零件装卡定位方式划分工序由于每个零件结构形状不同，各表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。2）按粗、精加工划分工序根据零件的加工精度、刚度和变形等因素杰划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先作粗加工再精加工。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工。通常在一次安装中，不允许将零件的某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其它表面。3）按所用刀具划分工序为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差

6、，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其它部位。工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。15零件的安装与夹具的选择151定位安装的基本原则在数控机床上加工零件时，定位安装的基本原则与普通机床相同，也要合理选择定位基准和夹紧方案。为了提高数控机床效率确定定位基准与夹紧方案时应注意下列三点：（1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一；

7、（2）减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面；（3）避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。152选择夹具的基本原则数控加工对夹具要有两方面要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。此外，尚需考虑以下四点：（1）夹具结构应力求简单。当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其它通用夹具，以缩短生产准备时间、节省生产费用；成批生产时考虑采用专用夹具；（2）零件的装卸要迅速、方便，以缩短机床的停顿时间；（3）夹具要开敞，其定位、夹紧机构或其它元件不得影响加工中的走刀；（4）夹具在机床上的安装及工件

8、在夹具上的安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上按程序加工。此外，为了提高数控加工的效率，在成批生产中还可以采用多位、多件夹具。16刀具的选择与切削用量的确定161数控车削刀具的选择刀具的选择是数控加工工艺设计中的重要内容之一。刀具选择合理与否不仅影响机床的加工效率，而且还直接影响加工质量。选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。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，以提高刀具加工时的刚性。与传统的车削方法相比，数控车削对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度好、耐用度高、而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要

9、求采用新型优质材料制作数控加工刀具，并优选刀具参数。粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足大背吃刀量、大进给量的要求；精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。此外，为减少换刀时间和方便对刀，应尽可能采用机夹刀和机夹刀片。夹紧刀片的方式要选择得比较合理，刀片最好选择涂层硬质合金刀片。刀片的选择是根据零件的材料种类、硬度、以及加工表面粗糙度要求和加工余量等已知条件来决定刀片的几何结构（如刀尖圆角）、进给量、切削速度和刀片牌号。162切削用量的确定切削用量(ap、f、v)选择是否合理，对于能否充分发挥机床潜力与刀具切削性能，实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。车

10、削用量的选择原则是：粗车时，首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap，其次选择一个较大的进给量f ，最后确定一个合适的切削速度v。增大背吃刀量ap 可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑，因此根据以上原则选择粗车切削用量对于提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是有利的。精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀，因此选择精车切削用量时，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。因此精车时应选用较小（但不太小）的背吃刀量ap和进给量f，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v。1背吃刀量ap的确定在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下，尽

11、可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。当零件精度要求较高时，则应考虑留出精车余量，其所留的精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取0.10.5。2进给量f（有些数控机床用进给速度vf） 进给量f的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。在保证工件加工质量的前提下，可以选择较高的进给速度（2000/min以下）。在切断、车削深孔或精车时，应选择较低的进给速度。当刀具空行程特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。粗车时，一般取f=0.30.8/r，精车时常取f=0.10.3/r，切断时f=0.050.2/r。3主轴转速的确定 光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材

12、料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度除了计算和查表选取外，还可以根据实践经验确定。需要注意的是，交流变频调速的数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。切削速度确定后，用公式n =1000 vc/d计算主轴转速n（r/min）。第2章 宏程序的基础理论宏指令编程是指像高级语言一样，可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数混合运算的程序编写形式。在宏程序形式中，一般都提供循环、判断、分支和子程序调用的方法，可用于编制各种复杂的零件加工程序。熟练应用宏程序指令进行编程，可大大精简程序量，在一定意义上说，还可以增强机床的加工适应能力。21宏程序的分类宏程序可分为两类：a类和b类，

13、a类fanuc0td老式的数控车床宏程序需要使用“g65hm”格式的宏指令来表达各种数学运算逻辑关系，极不直观，且可读性非常差。b类fanuc0i先进的数控车床宏程序具有逻辑性强、程序简单、修改方便等特点，在实际生产中也得到了广泛的应用。22变量一个普通的零件加工程序指定g码并直接用数字值表示移动的距离，例：g100 x100.0。而利用用户宏，既可以直接使用数字值也可以使用变量号。当使用变量号时，变量值既可以由程序改变，也可以用mdi面板改变。如下图2-1所示：#1=#2+100g01 x#1 f300 图2-1221变量的书写规格 当指定一个变量时，在#后指定变量号。个人计算机允许赋名给变

14、量，宏程序没有此功能。例：#1也可以用表达式指定变量号，这是表达式要用方括号括起来。例：#1+#2-12222变量的类型局部变量和公共变量可以有值0和在下述范围内的值： -1047到-10-29或10-29到1047，如果计算结果无效，发出111号报警。223忽略小数点在程序中定义变量时，可以忽略小数点。例：当#1=123被定义时，变量#1的实际值为123.000。未定义的变量：当变量的值未定义时，这样的一个变量被看作“空”变量，变量#0总是“空”变量，是一个只读变量。224变量的类型根据变量号将变量分为四类，见下表2-2：表2-2 fanuc 0i变量类型变量号变量类型功能#0“空”这个变量

15、总是空的,不能赋值。#1-#33局部变量局部变量只能在宏中使用，以保持操作的结果，关闭电源时，局部变量被初始化成“空”。宏调用时，自变量分配给局部变量。#100-#149（#199）#500-#531（#999）公共变量公共变量可在不同的宏程序间共享。关闭电源时变量#100-#149被初始化成“空”，而变量#500-#531保持数据。公共变量#150-#199和#532-#999可以选用，但是当这些变量被使用时，纸带长度减少了8.5米。#1000以上系统变量系统变量用于读写各种nc数据项，如当前位置、刀具补偿值。225引用变量为了在程序中引用变量，指定一个字地址其后跟一个变量号。当用表达式指定

16、一个变量时，须用方括号括起来。例：g01 x#1+#2 f#3。引用的变量值根据地址的最小输入增量自动进行四舍五入。例：g00 x#1；其中#1值为12.3456，cnc最小输入增量1/1000mm，则实际命令为g00 x12.346。为了将引用的变量值的符号取反，在#号前加“”号。 例：g00 x#1；当引用一个未定义的变量时，忽略变量及引用变量的地址。例：#1=0 ，#2=“空”， 则g00 x#1 y#2；的执行结果是g00 x0；23算术和逻辑操作在下表中列出的操作可以用变量进行。操作符右边的表达式，可以含有常数和（/或）由一个功能块或操作符组成的变量。表达式中的变量#j和#k可以用常

17、数替换。左边的变量也可以用表达式替换。见下表2-3： 表2-3 算术和逻辑运算一览表功能格式注释赋值#i=#j加#i=#j+#k减#i=#j#k乘#i=#j*#k除#i=#j/#k正弦#i=sin#j角度以度为单位，如：90度30分表示成90.5度余弦#i=cos#j正切#i=tan#j反正切#i=atan#j平方根#i=sqrt#j绝对值#i=abs#j进位#i=round#j下进位#i=fix#j上进位#i=fup#jor（或）#i=#jor#k用二进制数按位进行逻辑操作。xor（异或）#i=#jxor#kand（与）#i=#jand#k将bcd码转换成bin码#i=bin#j用于与pmc

18、间信号的交换。将bin码转换成bcd码#i=bcd#j24分支和循环语句在一个程序中，控制流程可以用goto、if语句改变。有三种分支循环语句如下：goto语句（无条件分支）；if语句（条件分支:if，then）;while语句(循环语句while)。无条件分支（goto语句）功能 转向程序的第n句。当指定的顺序号大于1-9999时，出现128号报警，顺序号可以用表达式。格式goto n；n是顺序号（1-9999）条件分支（if 语句）功能 在if后面指定一个条件表达式，如果条件满足，转向第n句，否则执行下一段。格式if 条件表达式 goto n；其中：条件表达式一个条件表达式一定要有一个操作

19、符，这个操作符插在两个变量或一个变量和一个常数之间，并且要用方括号括起来，既表达式 操作符 表达式。操作符见下表2-4： 表2-4 运算符操作符意义eq=negtgeltle循环(while语句)功能在while 后指定一个条件表达式，条件满足时，执行do到end之间的语句，否则执行end后的语句。格式while 条件表达式 do m；（m=1，2，3）:：end m；m只能在1、2、3中取值，否则出现126号报警。嵌套数13可以多次使用。不能交叉执行do语句， 嵌套层数最多3级。注意：1） 混合运算时的运算顺序加减乘除等运算和函数可以混合运算，即涉及到运算的优先级，其运算顺序与一般数学上的定

20、义基本一致，优先级顺序从高到低一次为：函数运算、乘法和除法运算、加法和减法运算2） 括号嵌套用“ ”可以改变运算顺序，最里层的 优先运算。括号 最多可以嵌套五级（包括函数内部使用的括号）当超出5级时，触发程序错误p/s报警no.118。第3章 椭圆螺纹配合件数控加工工艺与宏程序设计 图1 图23.1零件图样工艺分析该零件图由外圆柱面、槽、内外螺纹、外圆锥面、圆弧、内外椭圆等表面组成。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。零件图尺寸标注完整，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钢，切削性能较好，无热处理和硬度要求。图1毛坯为45x82；图2毛坯为45

21、x50通过上述分析，制定工艺时采取以下几点措施：（1） 零件图上带公差的尺寸，因公差值较小，故编程时不必取其平均值，而取基本尺寸即可。（2） 加工图2时，左右端面均为尺寸的设计基准，相应工序加工前，应该先将左右端面车出来。32装夹方案的确定 零件均为45钢，且为单件小批量，工件伸出较短，所以采用三爪自定心卡盘进行装夹即可满足要求。33加工顺序及走刀路线的确定 加工顺序的确定按由内到外，由粗到精，有近到远的原则确定，在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。结合本零件的结构特征，可先加工图2左端内孔轮廓，然后调头加工内椭圆。然后加工图1左端轮廓，加工好以后将图2与图1螺纹配合加工图1与图243外圆

22、柱面，然后调头加工图1右端。由于该零件为单件小批量生产，走刀路线设计不必考虑最短进给路线或最短空行程路线，外轮廓表面车削走刀路线可沿零件轮廓顺序进行。34刀具的选择1） 选用4中心钻钻引导孔2） 用26钻头钻通孔3） 75内孔镗刀4） 4mm宽内切槽刀，车螺纹退刀槽5） 60内螺纹车刀，车内螺纹。6） 为了减少刀具数量，及换刀次数粗、精车及平端面选用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k=35。7） 4mm外切槽刀车螺纹退刀槽。8） 60外螺纹车刀，车m30*1.5外螺纹表3-1刀具工具卡片产品名称或代号szjm零件名 称椭圆轴零件图号003序

23、号刀具号刀具规格名称数量加工表面刀尖半径/mm1无4中心钻1钻4中心孔2无26麻花钻1钻26内孔3t01硬质合金90外圆车刀1粗精车端面及轮廓0.4右偏刀4t02硬质合金75盲孔镗刀1粗精车螺纹底孔0.45t03硬质合金4mm内切槽刀1车内螺纹退刀槽0.16t04硬质合金60内螺纹车刀1车内螺纹0.17t05硬质合金4mm外切槽刀1车外螺纹退刀槽0.1硬质合金4mm外切槽刀8t06硬质合金60外螺纹车刀1车外螺纹0.1编制徐少康审核姜辉批准姜辉共1页第1页35数控加工工艺卡片的拟订见下表3-2表3-2 数控加工工艺卡片单位名称苏州经贸产品名称或代号零件名称零件图椭圆螺纹配合szjm003工序程

24、序编号夹具名称使用设备车间001三爪自定心卡盘cak6140实训楼工部号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/rmin-1进给量fmm/r背吃刀量备注1平件2（套）左端面t0125*25500手动2钻中心孔4600手动3钻通孔26400手动4粗镗内孔t0218*183200.151自动5精镗内孔t0218*188000.080.5自动6车内沟槽t0318*183500.08自动7精车内螺纹t0418*184501.50.2自动8调头车件2右端面t0125*25500手动9粗车内椭圆t0218*183200.151自动10精车内椭圆t0218*188000.080.5自动11车件1左端端面t01

25、25*25500手动12粗车螺纹外径及倒角t0125*255000.151.5自动13精车螺纹外径及倒角t0125*2512000.080.25自动14精车螺纹退刀槽t0525*253500.08自动15精车m30*1.5螺纹t0625*256001.50.15自动16把件2螺纹拧在件1上进行车削件2与件1的43外圆t0125*255000.151自动17调头车件1右端面t0125*25500手动18粗车件1右端30外圆，锥面，r3圆弧t0125*255000.151自动19 精车件1右端30外圆，锥面，r3圆弧t0125*2512000.080.25自动20粗车件1右端椭圆t0125*255

26、000.151自动21精车件1右端椭圆t0125*2512000.080.25自动36加工程序件2左端内孔程序o0001；n05 g40 g97 g99 m03；n10 s320 t0202；n15 g00 x19 z2；n20 g71 u1 r0.5；n25 g71 p30 q60 u-0.5 w0.1 f0.15；n30 g00 x32.425；n35 g01 z0 f0.08；n40 x28.425 z-2；n45 z-26；n50 x24；n55 z-46；n60 x22；n65 s800；n70 g70 p30 q60；n75 g00 x100 z100；n80 s350 t0303

27、；n85 g00 x23 z2；n90 g00 z-24；n95 g75 r0.5；n100 g75 x34 z-26 p1500 q3500 r0 f0.08；n105 g00 z2；n110 g00 x100 z100；n115 s450 t0404；n120 g00 x26 z3；n125 g92 x28.6 z-22 f1.5；n130 x28.8；n135 x29；n140 x29.2；n145 x29.4；n150 x29.6；n155 x29.8；n160 x30；n165 x30.05；n170 x30.05；n175 g00 x100 z100；n180 m05；n185 m

28、30；调头加工内椭圆程序o0002；n05 g40 g97 g99 m03；n10 s320 t0202；n15 g00 x19 z2；n20 #105=-6；n25 #101=0.15；n30 m98 p0003；n35 #105=#105+1；n40 if#105 le -0.5goto30；n45 s800；n50 #105=0；n55 #101=0.08；n60 m98 p0003；n65 g00 x100 z100；n70 m05；n75 m30；内椭圆子程序o0003；n05 #1=0；n10 #3=#1/20；n15 #2=30*sqrt1-#3*#3；n20 g01 x#2+#

29、105 z#1 f#101；n25 #1=#1-0.2；n30 if#1 ge -12goto10；n35 g00 u-2；n40 z2；n45 m99；件1左端程序o0004；n05 g40 g97 g99 m03；n10 s500 t0101；n15 g00 x47 z2；n20 g71 u1.5 r0.5；n25 g71 p30 q60 u0.25 w0.1 f0.15；n30 g00 x25.85；n35 g01 z0 f0.08；n40 x29.85 z-2；n45 z-26；n50 x42；n55 x45 z-27.5；n60 x47；n65 s1200；n70 g70 p30 q

30、60；n75 g00 x100 z100；n80 s350 t0505；n85 g00 x32 z-24；n90 g75 r0.5；n95 g75 x26 z-26 p1500 q3500 r0 f0.08；n100 g00 x100 z100；n105 s600 t0606；n110 g00 x32 z3；n115 g92 x29.5 z-22 f1.5；n120 x29.3；n125 x29.2；n130 x28.9；n135 x28.7；n140 x28.5；n145 x28.3；n150 x28.2；n155 x28.1；n160 x28.05；n165 x28.05；n170 g00

31、 x100 z100；n175 m05；n180 m30；将件2的螺纹拧在件1上，加工件2与件1的外圆程序o0005；n05 g40 g97 g99 m03；n10 s500 t0101；n15 g00 x47 z2；n20 g71 u1.5 r0.5；n25 g71 p30 q50 u0.5 w0.1 f0.15；n30 g00 x42；n35 g01 z0 f0.08；n40 x43 z-0.5；n45 z-52.5；n50 x47；n55 s1200；n60 g70 p30 q50；n65 g00 x100 z100；n70 m05；n75 m30；件1与件2螺纹配合，夹持件2，加工件1右端程序o0006；n05 g40 g97 g99 m03；n10 s500 t0101；n15 g00 x47 z2；n20 g71 u1.5 r0.5；n25 g71 p30 q65 u0.5 w0.1 f0.