基于数控技术的椭圆轴组合体编程与设计

1、在当代市场竞争越来越激烈，人类的需求在不断变化，为加速开发研制新产品，改变单一的大批量的生产局面。以数控加工技术为代表的现代制造技术展现出其强大的生命力。因此，采用数控加工手段，具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化的优点。数控加工作为机械制造行业中先进加工方式的代表，它推动了企业的加工技术进步和经济效益的增长。采用数控技术既可以有效的利用现有设备，又可以消除人为因素带来的误差。从而提高数控机床和材料的利用率，提高加工零件的精度和生产效率。因此将数控技术引入机械车削加工具有现实意义。我研究课题主要讨论零件的加工工艺和数控编程，数控机床加工中的工艺分析是影响加工质量和效率的关键因素。结合零件的加

2、工情况，可以对工艺采取各种优化措施，便可以有效地提高机床的利用率，和零件的加工质量。这次设计的侧重点在数控加工工艺上，对椭圆配合组件的数控加工工艺作了详尽的分析。并绘制零件图、工艺卡。用G代码，宏程序编制该零件的数控加工程序。关键词：机床 数控加工 工艺分析 加工路线 宏程序 目 录1 引言 42 零件分析 52.1 装配图 52.2 毛坯的选择 52.3 机床的选择 53 零件图加工工艺分析 63.1 零件图样分析 63.2 零件工艺分析内容 73.2.1 定位基准的选择 73.2.2 零件的装夹 83.2.3 加工刀具的选择 83.2.4 加工顺序及进给路线 93.2.5 切削用

3、量的选择 103.3 分析加工方案 113.4 编程误差及加工精度 124 数控加工程序编制 124.1编程技巧 124.2工序卡的制定及编程 13结论 27致谢 28参考文献 291 引言在实践分析中发现，随着机械制造中非标准件加工量越来越大，零件的加工工序越来越复杂，利用传统车削加工，需花费大量时间，人为因素影响较大，比如不同的人在同一台数控机床上加工相同的零件，结果却不一样，而且加工中容易出现错误等问题，这些严重制约了车削技术的发展。因此，对车削加工过程的精度和加工效率的研究非常有必要。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。数控加工技术已经得到相当大的应用，如汽车部件制造、造船、

4、机床制造、建筑、航天航空等机械制造业，取得了巨大的经济效益和科技成果。我国数控技术的发展近年一直取得了很大的进步。此次设计中，我设计的题目是：基于数控技术的椭圆轴组合体编程与设计。选择的是轴类零件，选择毛坯为70mm *132mm和65mm*50mm的45钢。零件主要的加工难点于在，件一的右端内孔和件2的外轮廓（R30圆弧）：单独加工件1右端轮廓时，如果先加工件1右端内孔，则导致外轮廓无法采用一夹一顶的方式进行装夹和加工；而如果先加工外轮廓，则因外轮廓无夹持位置而导致加工内轮廓困难。单件加工件2时，由于件二的外轮廓无足够的夹持长度而无法进行加工。 2 零件分析2.1 装配图2.2 毛

5、坯的选择毛坯的选择应根据生产实际情况如：批量的大小、零件的复杂程度、加工难易度及技术要求等综合考虑问题。在通常情况下，主要应以生产类型来决定。 确定毛坯时应考虑的因素：1.零件的材料及其力学性能2.零件的结构和尺寸3.现有生产条件4.实现少切削的发展趋势根据零件图纸选择毛坯为70mm *132mm和65mm*50mm的45号钢、无热处理和硬度要求,。2.3 机床的选择选择加工机床，首先要保证加工零件的技术要求，能够加工出合格的零件。其次是要有利于提高生产效率，降低生产成本。综合考虑以下因素的影响: （1）数控机床的类别、规格、性能。 （2）数控机床的主轴功率、扭矩、转速范围

6、等（3）数控机床的定位精度和重复定位精度。 （4）零件的定位基准和装夹方式。 （5）机床坐标系和坐标轴的联动情况。 （6）控制系统的刀具参数设置，包括机床的对刀、刀具补偿等相关的功能。根据被加工零件的外形和材料等条件，主要选用数控车床为CK6140，其系统为FNAUC。3 零件图加工工艺分析3.1 零件图样分析件1零件图件2零件图对零件图进行分析：该零件表面由圆柱、螺纹、孔、椭圆、凹槽等表面组成。无热处理和硬度要求。在数控车床上需要进行的工序为：切削件一外轮廓、内螺纹、切削件二内轮廓、外轮廓、镗孔等3.2 零件工艺分析内容绘制零件图纸：用UG、CAD软件进行画零件

7、图的二维视图、三维视图、剖面图以及装配图，标注好尺寸及技术要求后，并进行截图。选择合理的夹具、刀具并进行调整设计。用三爪自定心卡盘夹紧工件二左端外圆，将工件右端面的中心设置为工件零点，作为加工测量及编程的基准点。再掉头加工时，和上述一样。三爪自定心卡盘因其自动定心作用，能够保证工件被夹持部分基本上与车床主轴轴线同轴，但伸出部分特别是离卡爪较远部分需要敲击校正，才能使工件整个轴线与主轴轴线同轴。3.2.1 定位基准的选择由零件图可知，加工毛坯表面时要先铣一定位基准面，然后以这个表面作为定位基准铣第二个平面然后进行轮廓的加工，尽量减少其装夹的次数，保证其表面的平行度。加工时使工件的定位基准与本工序

8、的工艺基准尽量重合。零件的定位基准为：首先以62的圆柱作为定位基准，加工件二右端的内孔、直径61mm×25mm的外轮廓。以61为定位基准，加工件二左端的台阶面。以70为定位基准，加工件一左端24、60的圆柱和圆锥。以60为定位基准，加工件一右端44圆柱、槽、内螺纹。将加工好的件一和件二配合。以60的圆柱作为定位基准，组合加工件一和件二R30圆、和椭圆。3.2.2 零件的装夹零件装夹主要是使零件固定在机床上，通过定位和夹紧以保持其正确的加工位置不动，以确保达到加工技术和精度要求。对于轴类零件，通常以零件的自身的外圆柱做定位基准来定位。通常有以下装夹方法：（1）自定心卡盘（2）单动卡盘（

9、3）拨动顶尖（4）用一夹一顶方式装夹。零件大体的装夹：件二右端加工后，调头以直径61外圆装夹加工左端件一左端加工后，调头以直径60外圆装夹加工右端 用一夹一顶方式组合加工件一及件二右端外轮廓3.2.3 加工刀具的选择目前，数控机床上刀具都已经系列化、标准化。例如可转位机夹外圆车刀、端面车刀都有国家标准及系列化型号等。因为零件图中包含内螺纹、槽等，所以要选择相应的刀具来加工。数控加工刀具卡片:序号 刀具号 刀具规格名称 数量 加工表面 备注1 T05 22钻头 1 钻通孔 2 T01 93°外圆车刀 1 粗精车外轮廓表面 25×253 T02 镗刀 1 镗内孔各表面 20&#

10、215;204 T03 内螺纹刀 1 粗精车内螺纹 25×255 T04 外切槽刀 1 3mm槽、切断 25×253.2.4 加工顺序及进给路线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。顺序安排一般应按以下原则进行：（1）先粗后精。按照粗车、半精车、精车的顺序进行，逐步提高加工精度。（2）先近后远。在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。（3）内外交叉原则。对既有内表面，又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内、外表面粗加工，后进行内外表面精加工。（4）基面先行原则。用作精基

11、准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。总之加工顺序的拟定按照基面先行的原则和先粗后精的原则确定。因此，应车平面确定基准平面，然后加工内外轮廓和孔。进给路线是刀具在整个过程加工工序中相对工件的运动轨迹，它不但包括工步的内容，还反应出工步的顺序。进给路线包括平面进给和深度进给，进给路线的确定是工艺分析中一项极为重要的工作，它是编写程序的依据。进给路线的选择还应考虑刀具的进刀量和退刀量。加工过程中不应加速或减速，这样会造成刀具运动不平稳会使表面粗糙度值增大，而应在刀具匀速中切削。在确定进给路线时，要考虑零件的被加工表面的精度、表面质量、表面形状、零件的材料、切削余量，机床

12、类型、刚度、精度以及刀具的刚性等。还要考虑被加工表面与夹具的空间关系，以防碰撞。3.2.5 切削用量的选择零件在编程时，必须先确定每道工序的切削用量。(1)确定背吃刀量ap（）粗车时，要考虑选择可能大的背吃刀量（ap）和进给量（f） ，选择一个适当的切削速度（v）。精车时，精车时应选用较小的背吃刀量ap和进给量f，并选用切削性能比较高的刀具材料和合理的几何参数，尽可能提高切削速度v。为了保证加工精度和表面粗糙度，一般都留有一定的精加工余量，其大小可小于普通加工的精加工余量，一般半精车余量为0.5左右，精车余量为0.10.5。（2）主轴转速n的确定实际编程中，切削速度Vc确定后，可按照公式n=1

13、000VC/d车螺纹时主轴转速:大多数普通型车床数控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下：n<=（1000/p）-k （P螺距或导程；k保险系数，一般取为80）。(3)确定进给速度vf （mm/min ）进给速度的大小直接影响表面粗糙度的值和车削效率，因此进给速度的确定应在保证表面质量的前提下，选择较高的进给速度。一般根据零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素，再按下式计算进给速度：vf = f n（f每转进给量），粗车时一般选取为0.30.8 mm/r，精车时常取0.10.3 mm/r，切断时常取0.050.2 mm/r。 序号 工艺内容 切 削 用 量 备注S/(r/min) F

14、/(mm/r) ap/mm 1 粗加工件二右端内轮廓（加工前件二毛坯钻出直径22的通孔） 500 0.2 2 自动2 精加工件二右端内轮廓至要求 800 0.1 0.25 自动3 加工件二右端外轮廓，（直径61mm长25mm） 500 0.2 2 自动4 粗加工件二左端外轮廓(R30圆弧不加工) 500 0.2 2 自动5 精加工件二左端外轮廓至要求 800 0.1 0.25 6 粗加工件一左端外轮廓 500 0.2 自动7 精加工件一左端轮廓至要求（直径60外圆加工长82mm） 800 0.1 自动8 车外槽 400 0.05 9 钻右端内孔（直径22mm） 200 手动10 粗加工件一右端

15、内轮廓 500 0.2 2 自动11 精加工件一右端内轮廓至要求 800 0.1 0.25 自动12 加工内螺纹尺寸至要求 400 自动13 粗加工件一件二右端外轮廓 500 0.2 2 自动14 精加工件一件二右端外轮廓至要求 3.3 分析加工方案3.4 编程误差及加工精度除零件程序编制过程中产生的误差，影响数控加工精度的还有很多其他误差因素，如机床误差，系统插补误差，定位误差，对刀误差，工件变形误差，而且他们是加工误差的主要来源。因此零件加工要求的公差允许分配给编程的误差只能占很小的一部分，一般应控制在零件公差要求的10%20%以内。加工精度包括尺寸精度、形状精度和位置精度3个方面。1.

16、获得尺寸精度的方法：机械加工获得尺寸精度的方法有试切法、定尺寸刀具法、调整法等。2. 获得形状精度的方法：零件形状精度主要由机床的精度、刀具的精度及相互成形的运动来保证。3. 获得位置精度的方法：位置精度主要由机床精度、夹具精度和工件的安装精度来保证的。4 数控加工程序编制4.1编程技巧手工编程的步骤：1. 分析零件图样和工艺要求：确定该零件所采用的机床类型及型号，以及装夹方式、定位方式、选用的刀具、加工路线，即对刀点、程序起点、走刀路线、切削深度和宽度、进给速度、主轴转速等切削参数。2. 根据零件图样几何尺寸计算零件轮廓数据或根据零件图样和走刀路线计算刀具运行轨迹数据。3. 编写加工程序单：

17、根据已确定的加工方案及数值计算获得需要的数据，按照数控系统要求和代码格式的编写规则编写程序。4.输入程序：将控制介质上的程序传输到CNC系统。5. 程序检验：反复检验程序，直到程序适应生产。4.2工序卡的制定及编程表4.1 机床刀具进给路线1常州纺织服装职业技术学院 机床刀具进给路线图 比例 共1页1：1 第1页零件图号 零件名称 椭圆配合组件 程序编号 O0001、O0002 机床型号 CK6140 刀号 T01T02 粗精加工内、外轮廓刀具名称 93°外圆车刀镗刀 备注 编程 审核 日期 表4.2 第一工序的工序卡片常州纺织服装职业技术学院数控加工 产品名称或代号 零件名称 材

18、料 零件图号工序卡 1 椭圆配合组件 45钢 A4工序号 程序编号 夹具名称 设备名称 车 间1 O0001、O0002 三爪自定心卡盘 FANUCK6140数控车床 工步号 工 步 内 容 刀具号 主轴转速(r.min-1) 进给速度*（mm.r-1） 背吃刀量/mm 备注1 粗车件二右端内轮廓 T02 500 0.2 2 自动2 精车件二右端内轮廓 800 0.1 0.2 自动3 加工件二右外轮廓 T01 500 0.2 2 自动编制 审核 XXX 批准 XXX 第一页O0001(件2右端)N10 M03 S500 T0202;N20 G00 X20 Z2;N30 G73 U6 R3;N4

19、0 G73 P50 Q90 U-0.5 F0.2;N50 G01 Z0 F0.5;N60 X38 C1 F0.1 ;N70 W-7;N80 X24 W-19.6 ;N90 Z-47;N100 G00 Z200;N110 X100;N120 M05;N130 M00;N140 M03 S800 T0202 ;N150 G00 X20 Z2;N160 G70 P50 Q90;N170 M05;N180 M30;O0002 ;N190 M03 S500 T0101；N200 G00 X65 Z2;N210 G01 X61 Z-25 F0.1;N220 X65 F1;N230 G00 X100;N24

20、0 Z200;N250 M05;N260 M30; 零件号换2号镗刀到安全位置粗车内轮廓循环加工倒角程序结束部分精加工内轮廓换1号外圆车刀加工外轮廓表4.3 机床刀具进给路线2常州纺织服装职业技术学院 机床刀具进给路线图 比例 共1页1：1 第1页零件图号 零件名称 椭圆配合组件 程序编号 O0003 机床型号 CK6140 刀号 T01 粗精加工外轮廓刀具名称 93°外圆车刀 备注 编程 审核 日期 表4.4 第二工序的工序卡片常州纺织服装职业技术学院数控加工 产品名称或代号 零件名称 材 料 零件图号工序卡 1 椭圆配合组件 45钢 A4工序号 程序编号 夹具名称 设备名称 车

21、间2 O0003 三爪自定心卡盘 FANUC CK6140数控车床 数控中心工 步号 工 步 内 容 刀具号 主轴转速(r.min-1) 进给速度*（mm.r-1） 背吃刀量/mm 备注1 粗加工件二左端轮廓 T01 500 0.2 2 自动2 精加工件二左端轮廓 T01 800 0.1 0.25 自动编制 审核 XXX 批准 XXX 第一页O0003；N10 M03 S500 T0101;N20 G00 X65 Z2;N30 G71 U2 R1;N40 G71 P50 Q100 U0.5 F0.2;N50 G01 Z0 F0.1;N60 X34 C1.5;N70 Z-18;N80 X44;N

22、90 W-7;N100 X65;N110 G00 X100 Z200;N120 M05;N130 M03 S800 T0101;N140 G00 X65 Z2;N150 G70 P50 Q100;N160 G00 X100 Z200;N170 M05;N180 M30; 加工件2左端换一号刀换1号刀粗加工外轮廓,加工余量为单边0.5mm循环加工精加工外廓轮程序结束部分4.5 机床刀具进给路线3常州纺织服装职业技术学院 机床刀具进给路线图 比例 共1页1：1 第1页零件图号 零件名称 椭圆配合组件 程序编号 O0004 机床型号 CK6140 刀号 T01 粗精加工外轮廓刀具名称 93°

23、;外圆车刀 备注 编程 审核 日期 表4.6 第三工序卡卡片常州纺织服装职业技术学院 数控加工 产品名称或代号 零件名称 材 料 零件图号工序卡 1 椭圆配合组件 45钢 A4工序号 程序编号 夹具名称 设备名称 车 间2 O0004 三爪自定心卡盘 FANUC CK6140数控车床 工 步号 工 步 内 容 刀具号 主轴转速(r.min-1) 进给速度*（mm.r-1） 背吃刀量/mm 备注1 粗加工件一左端轮廓 T01 500 0.2 2 自动2 精加工件一左端轮廓 T01 800 0.1 0.25 自动3 车槽 T04 400 0.05 自动编制 审核 XXX 批准 XXX 第一页O00

24、04(件1左端)N10 M03 S500 T0101;N20 G00 X65 Z2;N30 G71 U2 R1;N40 G71 P50 Q120 U0.5 F0.2;N50 G01 Z0 F0.1;N60 X24 C1;N70 Z-17;N90 X38 Z-32 ;N100 W- 8N110 X60 ;N120 Z-82;N130 G00 X100 Z200;N140 M05;N150 M00；N160 M03 S800 T0101;N170 G00 X65 Z2;N180 G70 P50 Q120;N190 G00 X100 Z200;N200 M05;N210 T0404(B=3)N220

25、 M03 S400N230 G00 X65 Z-50N240 G01 X54 F0.05N250 X65N260 X100 Z200N270 M05;N280 M30;零件号到安全距离粗车外轮廓加工余量单边0.5mm循环加工精加工外轮廓车槽主轴停转返回程序头表4.7 机床刀具进给路线4常州纺织服装职业技术学院 机床刀具进给路线图 比例 共1页1：1 第1页零件图号 零件名称 椭圆配合组件 程序编号 O0005 机床型号 CK6140 刀号 T01T02T03 粗精加工外轮廓刀具名称 93°外圆车刀、镗刀、内螺纹刀 备注 编程 审核 日期 1.内螺纹有关尺寸计算（M36*1.5-6H）

26、：内螺纹小径D1=D-1.08P=36-1.08*1.5=34.38mm车削底孔直径：D1可车至直径34.4-34.5螺纹直径值总切削量位A=D-D1(D1取34.4mm),则A=36-34.4=1.6mm考虑配合间隙取A=1.8mm2.进刀次数考虑让刀因素，每次进刀不能太深，拟分为4刀完成即0.6mm 0.5mm 0.4mm 0.3mm表4.8 第四工序的工序卡片常州纺织服装职业技术学院 数控加工 产品名称或代号 零件名称 材 料 零件图号工序卡 1 椭圆配合组件 45钢 A4工序号 程序编号 夹具名称 设备名称 车 间1 O0005、O0006、O0007 三爪自定心卡盘 FANUC CK

27、6140数控车床 工 步号 工 步 内 容 刀具号 主轴转速(r.min-1) 进给速度*（mm.r-1） 背 吃刀量/mm 备注1 粗精车件一右端的内轮廓 T02 500 0.2 2 自动2 精车件一右端的内轮廓 T02 800 0.1 0.25 自动3 加工内螺纹 T03 400 0.2 自动4 加工外轮廓 T01 500 0.1 2 自动编制 审核 XXX 批准 XXX 第一页O0005(件1右端)N10 M03 S500 T0202;N20 G00 X20 Z2;N30 G90 X24 Z-30 F0.2;N40 X26;N50 X28;N60 X30 ;N70 X32;N80 X34

28、 ;N90 34.5 N100 X37 Z-10;N110 X39;N120 X41;N130 X43;N140 G01 Z0 F0.1 ;N150 X44 C1N160 Z-10N170 X36 C1;N180 W-20N190 G00 X20；N200 Z200;N210 X100;N220 M05;N230 M30;O0006;(件1内轮廓)N10 M03 S400 T0303;N20 G00 X20 Z2;N30 G92 X35 Z-20 F1.5;N40 X35.5;N50 X35.9N60 X36.2N70 X36.2N80 G00 Z200 ;N90 X100 ;N10

29、0 M05;N110 M30;O0007;(去除件1余量)N10 M03 S500 T0101;N20 G00 X72 Z5;N30 G01 X68 F0.1;N40 Z-52;N50 G00 X100 Z200;N60 M05;N70 M30;零件号换2号刀到安全位置粗车内轮廓循环加工精加工内轮廓换3号刀加工螺纹保证螺纹精度换1号刀加工外轮廓表4.9 机床刀具进给路线5常州纺织服装职业技术学院 机床刀具进给路线图 比例 共1页1：1 第1页零件图号 零件名称 椭圆配合组件 程序编号 O0008 机床型号 CK6140 刀号 T01 粗精加工外轮廓刀具名称 93°外圆车刀 备注 编程

30、 审核 日期 组合加工时基点坐标a1(60,-8) a2(60.06,-34) a3(44,-82) a4(44,-87) a5(59.8,-102) 表4.10 第五工序的工序卡片常州纺织服装职业技术学院数控加工 产品名称或代号 零件名称 材 料 零件图号工序卡 1 椭圆配合组件 45钢 A4工序号 程序编号 夹具名称 设备名称 车 间1 O0008 三爪自定心卡盘 FANUC CK6140数控车床 工 步号 工 步 内 容 刀具号 主轴转速(r.min-1) 进给速度*（mm.r-1） 背 吃刀量/mm 备注1 粗加工件一件二右端外轮廓 T01 500 0.2 2 自动2 精加工件一件二右端外轮廓至要求 800 0.2 自动编制 审核 XXX 批准 XXX 第一页O0008(件1件2配合加工右端外轮廓)N10 M03 S500 T0101;N20 G00 X72 Z5;N30 G73 U8 R4;N40 G73 P50 Q170 U0.5 F0.2;N50 G01 Z0 F0.5;N60 X60 F0.1 ;N70 Z-8;N80 G02 X60.06 Z-34 R30 F0.05;N100 #101=23;N120 #101=SQRT27*27-#101*#101*34/27;N