毕业论文（设计）数控车床零件加工设计

1、车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方 法。车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。车削是最基本、最常见 的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位。车削适于加工回转表面， 大部分具有回转表而的工件都可以用车削方法加工，如内外圆柱而、内外圆 锥而、端面、沟槽、螺纹和回转成形而等，所用刀具主要是车刀。在各类金属切削机床中，车床是应用最广泛的一类，约占机床总数的50%。 车床既可用车刀对工件进行车削加工，又可用钻头、较刀、丝锥和滚花刀进 行钻孔、较孔、攻螺纹和滚花等操作。按工艺特点、布局形式和结构特性等 的不同，车床可以分为卧式车床、落地车床、立式车床、转塔车床以及仿形

2、车床等，其中大部分为卧式车床。数控车削加工是现代制造技术的典型代表，在制造业的各个领域如航天、汽车、 模具、精密机械、家用电器等各个行业有着fi益广泛的应用，己成为这些行业不 可或缺的加工手段。为了子数控机床上加工出合格的零件，首先需根据零件图纸的精度和计算要求 等，分析确定零件的工艺过程、工艺参数等内容，用规定的数控编程代码和格式 编制出合适的数控加工程序。编程必须注意具体的数控系统或机床，应该严格按 机床编程手册中的规定进行程序编制。但从数控加工内容的本质上讲，各数控系 统的各项指令都是应实际加工工艺要求而设定的。关键词：数控加工车削加工刀具程序编制摘要1第一章绪论3第二章数控机床概述4第

3、一节数控机床的特点42. 1. 1数控机床的加工特点4笫二节 数控机床的组成和工作原理52. 2.1程序编制及程序载体52. 2.2输入装置62. 2.3数控装置62. 2.4驱动装置和位置检测装置62. 2.5辅助控制装置72.2.6机床本体7第三章程序设计8第四章结束语1921致 谢20参考文献数控车床零件加工设计第一章绪论在数字化制造技术中，计算机数控技术和数控编程技术是最重要的技术之一, 本文主要对模具加工所使用的动模板进行cnc加工，采用西门子系统对动模板进 行数控编程加工。首先是对工件进行加工工序的确定，并且进行工艺分析，装夹 方式的选择，切削用量的确定。再对刀具进行了选择。然后就

4、工艺路线进行编程 加工。当前数控加工的重点发展方向是无图化生产、单件高精度并行加工、少人化 无人化加工，这就要求数控机床能满足高速、高动态精度、高刚性、热稳定性、 高可靠性、网络化以及与之配套的控制系统，最重要的是模具三维型面加工特别 注重机床的动态性能国内已有一些公司引进了高速铳床，并开始应用。国内机床 厂陆续开发出一些准高速的铳床，并正开发高速加工机床。数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综 合应用计算机、自动控制、自动检测及精密加工精度高，质量容易保证，发展前景 十分广阔，因此掌握数控车床的加工编程技术尤为重要。第二章数控机床概述第一节数控机床的特点2. 1.

5、 1数控机床的加工特点数控机床以其精度高、效率高、能适应小批量多品种复杂零件的加工等优点， 在机械加工中得到日益广泛的应用。概括起来，数控机床的加工有以下几方面的 优点。（1）适应性强。适应性即所谓的柔性，是指数控机床随生产对象变化而变化 的适应能力。在数控机床上改变加工零件时，只需重新编制程序，输入新的程序 后就能实现对新的零件的加工；而不需改变机械部分和控制部分的硬件，且生产 过程是自动完成的。这就为复杂结构零件的单件、小批量生产以及试制新产品提 供了极大的方便。适应性强是数控机床最突出的优点，也是数控机床得以生产和 迅速发展的主要原因。（2）精度高，质量稳定。数控机床是按数字形式给出的指

6、令进行加工的，一 般情况下工作过程不需要人工干预，这就消除了操作者人为产生的误差。在设计 制造数控机床时，采取了许多措施，使数控机床的机械部分达到了较高的精度和 刚度。此外，数控机床的传动系统与机床结构都具有很高的刚度和热稳定性。通 过补偿技术，数控机床可获得比本身精度更高的加工精度。尤其提高了同一批零 件生产的一致性，产品合格率高，加工质量稳定。（3）生产效率高。零件加工所需的时间主耍包括机动时间和辅助时间两部分。 数控机床主轴的转速和进给量的变化范围比普通机床大，因此数控机床每一道工 序都可选用最有利的切削用量。由于数控机床结构刚性好，因此允许进行大切削 用量的强力切削，这就提高了数控机床

7、的切削效率，节省了机动时间。数控机床 的移动部件空行程运动速度快，工件装夹时间短，刀具可自动更换，辅助时间比 一般机床犬为减少。（4）能实现复杂的运动。普通机床难以实现或无法实现轨迹为三次以上的曲 线或曲面的运动，如螺旋桨、汽轮机叶片之类的空间曲面；而数控机床则可实现儿乎是任意轨迹的运动和加工任何形状的空间曲面，适应于复杂界形零件的加工。（5）良好的经济效益。数控机床虽然设备昂贵，加工时分摊到每个零件上的 设备折旧费较高。但在单件、小批量生产的情况下，使用数控机床加工可节省划 线工时，减少调整、加工和检验时间，节省直接生产费用。数控机床加工零件一 般不需制作专用夹具，节省了工艺装备费用。数控机

8、床加工精度稳定，减少了废 品率，使生产成本进一步下降。此外，数控机床可实现一-机多用，节省厂房面积 和建厂投资。因此使用数控机床可获得良好的经济效益。（6）有利于牛产管理的现代化。数控机床使用数字信息与标准代码处理、传 递信息，特别是在数控机床上使用计算机控制，为计算机辅助设计、制造以及管 理一体化奠定了基础。第二节数控机床的组成和工作原理如图1-1所示，数控机床由程序编制及程序载体、输入装;、数控装置（cnc）、伺服驱动及位置检测、辅助控制装置、机床本体等几部分组成。伺服驱动 及位置检测机床主运动 进给运动 辅助动作图2-1数控机床的基本结构辅助控制 （即强电控制） 装置数控装置c n c输

9、入装置程序编制2. 2.1程序编制及程序载体数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令。在对加工零件进行工艺分析 的基础上，确定零件坐标系在机床坐标系上的相对位置，即零件在机床上的安装 位置；刀具与零件相对运动的尺寸参数；零件加工的工艺路线、切削加工的工艺 参数以及辅助装置的动作等。得到零件的所有运动、尺寸、工艺参数等加工信息 后，用由文字、数字和符号组成的标准数控代码，按规定的方法和格式，编制零 件加工的数控程序单。编好的数控程序，存放在便于输入到数控装置的一种存储 载体上，它可以是穿孔纸带、磁带和磁盘等，采用哪一种存储载体，取决于数控 装置的设计类型。2. 2. 2输入装置输入装置的作用是将

10、程序载体（信息载体）上的数控代码传递并存入数控系 统内。根据控制存储介质的不同，输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱 动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统；数控加 工程序还可由编程计算机用rs232c或采用网络通信方式传送到数控系统中。零件加工程序输入过程有两种不同的方式：一种是边读入边加工（数控系统 内存较小时），另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加 工时再从內部存储器中逐段逐段调出进行加工。2. 2. 3数控装置数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取岀或接受输入装置 送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软

11、件进行编译、 运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进 行规定的有序运动和动作。零件的轮廓图形往往由直线、圆弧或其他非圆弧曲线组成，刀具在加工过程 中必须按零件形状和尺寸的要求进行运动，即按图形轨迹移动。但输入的零件加 工程序只能是各线段轨迹的起点和终点坐标值等数据，不能满足要求，因此要进 行轨迹插补，也就是在线段的起点和终点坐标值之间进行“数据点的密化”，求出 一系列中间点的坐标值，并向相应坐标输出脉冲信号，控制各坐标轴（即进给运 动的各执行元件）的进给速度、进给方向和进给位移量等。2. 2. 4驱动装置和位置检测装置驱动装置接受来h数控装置的指令信息，经功率放

12、大后，严格按照指令信息 的要求驱动机床移动部件，以加工出符合图样要求的零件。因此，它的伺服精度 和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的垂要因素之一。驱动装置包括控制器（含功率放人器）和执行机构两人部分。目前人都采用直流 或交流伺服电动机作为执行机构。位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置之后，数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较, 控制驱动装置按照指令设定值运动。2. 2. 5辅助控制装v辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、 逻辑判别和运动，再经功率放人后驱动相应的电器，带动机床的机械、液

13、压、气 动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、 换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启动停止，工件和 机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。2. 2. 6机床本体数控机床的机床本体与传统机床和似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、 工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但数控 机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方面都 已发生了很大的变化。这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数 控机床的特点。第三章程序设计一、数控车床的加工程序编制数控车床是目前使用最广泛的数

14、控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘 类等回转类零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、 成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔以及较孔 等工作。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效 率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。1. 数控程序编制的基本方法：(1) 分析零件图样和制定工艺方案(2) 数学处理(3) 编写零件加工程序(4) 程序检验2. 数控程序编制的方法：手工编程；计算机自动编程3. 车床的工艺装备：由于数控车床的加工对象多为回转体，一般使用三爪卡盘夹具。4. 控车床刀具的选刀过程：第一条路线为：零件图样、机

15、床影响因素、选择刀杆、刀片夹紧系统和选择刀 片形状，主要考虑机床和刀具的情况；第二条路线为：工件影响因素、选择工件 材料代码、确定刀片的断屑槽形代码，这条路线主要考虑工件的情况。数控车床的编程特点：(1)加工坐标系：机床坐标系是以机床原点为坐标系原 点建立起来的x、z轴直角坐标系，成为机床坐标系。车床的机床原点为主轴旋 转中心与卡盘后端面之交点。机床坐标系是制造和调整机床的基础，也是设置工 件坐标系的基础，一般不允许随意变动。加工坐标系与机床坐标系方向一致；肓 径编程方式：在车削加工的数控程序中，x轴的坐标值为零件图样上的直径值； 进刀与退刀方式：快速走刀。二、数控车床的组成和基本原理虽然数控

16、车床种类较多，但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三 大部分组成。1. 车床主体：车床主体是实现加工过程的实际机械部件，主要包括主运动部件（如卡盘、 主轴等）、进给运动部件（如工作台、刀架等）、支承部件（如床身、立柱等）， 以及冷却、润滑、转位部件和夹紧、换刀机械手等辅助装置。2. 数控装置和伺服系统 （1）数控装置：它的核心是计算机及运行在其上的软件，它在数控车床中起“指挥”作用。数控庄子接收由加工程序送来的各种信息，并经处理和 调配后，向驱动机构发现执行命令。在执行过程中，其驱动、检测等机构同 时将有关信息反馈给数控装置，以便经处理后发出新的执行命令。（2）伺服系统：它通过驱动电路和执行

17、文件（如伺服电机）。准确地执行 数控装置发出的命令，成数控装置所要求的各种位移。数控车床的进给传动 系统常用进给伺服系统代替，因此也常称为进给伺服系统。三、数控车床安全操作规程1. 开机前应对数控机床进行全面细致的检查，内容包括操作面板、导轨面、 卡爪、尾座、刀架、刀具等，认无误后方可操作。2. 数控机床通电后，检查各开关、按钮和按键是否正常、灵活、机床有无异常现象。3. 程序输入后，应仔细核对代码、地址、数值、正负号、小数点进行认真的 核对。4. 正确测量和计算工件坐标系。并对所得结果进行检查5. 输入工件坐标系，并对坐标。坐标值、正负号、小数点进行认真的核对。6. 未装工件前，空运行一次程

18、序，看程序能否顺利进行，刀具和夹具安装是 否合理，有无“超7. 试切削时快速倍率开关必须打到最低扌当位。& 试切削进刀时，在刀具运行至工件3050 nmi处，必须在进给保持下，验 证z轴和x轴坐标剩余值与加工程序是否一致。9. 试切削和加工中，刃磨刀具和更换刀具后，耍重新测量刀具位置并修改刀 补值和刀补号。10. 程序修改后，要对修改部分仔细核对。11. 必须在确认工件夹紧后才能启动机床，严禁工件转动i寸测量、触摸工件。12. 操作中出现工件跳动、打抖、异常声咅、夹具松动等异常情况吋必须停 车处理。13. 紧急停车后，应重新进行机床“回零”操作，才能再次运行程序。四、数控车床坐标系的确

19、定1. 机床坐标系：数控机床上的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系。2. 机床参考点：参考点也是机床上的一个i古i定点，它是用机械挡块或电气 装置来限制刀架移动的极限位置。它的主要作用是用来给机床坐标系一个定位。3. 工件坐标系：工件坐标系是编程人员在编程时设定的坐标系，也称为编 程坐标系。（1）工件坐标系原点：在进行数控编程时，首先要根据被加工零件的形状 特点和尺寸，将零件图上的某一点设定为编程坐标原点，该点称编程原点。从理 论上将，工件坐标系的原点选在工件上任何一点都可以，但这可能代理啊繁琐的 计算问题，增添编程困难。为了计算方便，简化编程，通常是把工件坐标系的原 点选在工件的回转中心上，具体

20、位置可考虑设置在工件的左端面（或右端面）上, 尽量使编程基准与设计基准、定位基准重合。（2）对刀：机床坐标系是机床唯一的基准，所以必须耍弄清楚程序原点在 机床坐标系中的位置，通过对刀完成。对刀的实质是确定工件坐标系的原点在机 床坐标系屮唯一的位置。对刀是数控加工屮的主要操作和重要技能。对到的准确 性决定了零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。（3）换刀：当数控机床加工过程中需要换刀时，在编程时就应考虑选择合 适的换刀点。所谓换刀点是指刀架转位换刀的位置，当数控车床确定了工件坐标 系后，换刀点可以是某一固定点，也可以是相对工件原点任意的一点。换刀点应 设在工件或夹具的外部，以刀架

21、转位换刀时不碰工件及其他部位谓准。五、运动方向的规定1. z与主轴轴线重合，即z轴远离工件像尾座移动的方向为正方向（即增大 工件和刀具z间距离），向卡盘移动为负。2. x轴垂直于z轴，x坐标的正方向是刀具离开旋转屮心线的方向。六、轴类零件的编程与加工根据下图所示的待车削零件，材料为45号钢，其中85圆柱面不加工。在数 控车床上需要进行的工序为：切削80mm和62nini外圆；r70mm弧面、锥面、图3-1轴类零件图1 零件图工艺分析该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及双线螺纹等表面组成。其中多 个直径尺寸有较严格的尺寸精度何表面粗糙度等要求；球面s 4）50俪的尺寸公差 还兼有控制该球面形

22、状（线轮廓）误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。 零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。通过上述分析，可采用以下儿点工艺措施。（1）对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小。故编程时不 必取平均值，而全部取其基本尺寸。（2）在轮廓曲线上，有三处为过象限圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。（3）为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分（双点画线部分），右端而也应 先粗车出并钻好中心孔。毛坯选* 60 mm棒料。2.零件的定位基准和装夹方式确定坯件轴线和左端大端而（设计基准）为定位基准。左端采用三爪自定心卡盘定心

23、夹紧，右端采用活动顶尖支承的装夹方式。3. 选择设备根据加工零件的外形和材料等条件，选用tnd360数控车床。4. 确定加工顺序及进给路线加工顺序按由粗到精由远到近（由右到左）的原则确定。即先从右到左进行粗车（留0. 2 5 mm精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。tnd360数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要止确使用编程指令，机床数控系统就会自动确定进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线（但精车的进给路线需要人为确定）。该零件从右到左沿零件表面轮廓精车进给，如图所示:图32精车轮廓进给路线5. 刀具的选择 选用4）5 mm中心钻钻削中心孔。

24、粗车及平端面选用9 0 °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° o 精车选用90°便质合金右偏刀，车螺纹选用便质合金60°外螺纹车刀，刀尖 圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取r=0. 150. 2 mnio将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中（见表1-1）,以便编程和操作 管理。表1-1数控加工刀具卡片产品名称或代号xxx零件名称典型轴零件图号xxx序号刀具号刀具规格名称数量加工表面刀尖半径备注1t0105中心钻1钻5 mm中心孔2t02硬质合金90°外圆车刀1车端面及粗车轮廓右偏

25、刀3t03硬质合金60。外螺纹车刀1精车轮廓及螺纹0. 15编制xxx1核xxx批准xxx共页第页6. 切削用量的选择背吃刀量的选择：轮廓粗车循环吋选ap=3 mm,精车ap=0. 25 mm；螺纹粗车 循环口寸选 ap=0. 4 mm,精车 ap=0. 1 mmo（2）主轴转速的选择：车肓径和圆弧时，查表选粗车切削速度vf90m/niiri精 车切削速度vc=120m/min然后利用公式v = ndn/1000技术主轴转速n （粗车直径d=60 mm,精车工件直 径取平均值）；粗车500r/min精车1200r/mino车螺纹时，参照式计算主轴转速 n=320r/min（3）进给速度的选择

26、查表选择粗车、精车每转进给量，再根据加工的实际情 况确定粗车每转进给量为0. 4 mm/r ,精车每转进给量为0. 15 mm/r,最后根据公 式vf =nf计算粗车、进给速度分别为200 m/min和180 m/min。、综合前面分析的各项内容，并将其填入表1-2所示的数控加工工艺卡片。此表是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。主要内容包括：工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。表1-2数控加工工艺卡片单位产品名称或代号零件名称零件图号名称典型轴工序号程序编号夹具名称使用设备车间001三爪卡盘和活动顶尖数控中心工步号工步内容刀具号刀具规格mm主轴

27、转 速 r/mm进给速度mm/min背吃刀量mm备注1平端面t0225x25500手动2钻中心孔t015950手动3粗车轮廓t0225x255002003口动4精车轮廓t0325x2512001800. 25口动5粗车螺纹t0325x253209600.4自动6精车螺纹t0325x253209600. 1自动编制xxx 审核xxx批准xxx年 月曰共页第页7. 编写程序按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。该工件的加工程序如下：n0010g59x0z195n0020g90n0030g92x70z30n0040m03s450n0050n06t01n0060g

28、00x57z1n0070g01x57z-170f80n0080g00x58z1n0090g00x51z1no11ogoox52z1no 120g91no 130g81p3no 140goox-5zono 150g01xoz-63f80no 160gooxoz63no 170g80n0180g81p2n0190goox-3zon0200g01xoz-25f80n0210gooxoz25n0220g80n0230g90n0240goox31z-25n0250g01x37z-35f80n0260goox37z1n0270goox23z-72.5n0280goox26z1n0290g01x30z-2f

29、60n0300g01x30z-25f60n0310g01x36z-35f6n0320g01x36z-63f60n0330goox56z-63n0340g01x56z-170fn0350g28n0360g29n0370m06t03n0390goox31z-25n0400go1x26z-25f40n0410goox31z-23n0420go1x26z-23f40n0430goox30z-21n0440go1x26z-23f40n0450goox36z-35n0460go1x26z-25f40n0470goox57z-113n0480go1x34.5z-113f40n0490goox57z-llln

30、0500go1x34.5 z-lll f40n0510g28n0520g29n0530m06t05n0540goox30z2n0550g91n0560g33d30127.8 xo.1 p3qon0570go1xoz1.5n0580g33d30127. 8 xo. 1p3 qon0590g90n0600goox38z-45n0610g03x32z-54160k-54f40n0620g02x42z-69t80k-54f40n0630g03x427-99 tok-84f40n0640g03x36z-108164k-108f40n0660g01x56z-135.4f60n0670goox56z-113

31、n0680goox40z-113n0690go1x56z-135.4f60n0700goox50z-113n0710goox36z-113n0720go1x56z-108f60n0730goox36z-45n0740goox36z-45n0750m03s800n0760g03x30z-54160 k-54f40n0770g03x40z-69180 k-54f40n0780g02x40z-99io k-84f40n0790g03x34z-108164 k-108f40n0800go1x34z-113f40n0810go1x56z-135.4f40n0820g28n0830g29n0840m06t03n0850m03s400n0860goox57z-168n0870go1xoz-168f40n0880g28n0890g29n0900m05n0910m028. 加工过程 此工件要经两个过程加工完成，所以调头时重新确定工件原点，程序中编 程原点要与工件原点相对应。执行完成第一个程序后，工件调头执行另一 个程序时需重新对两把刀的z向原点，因为x向的原点在轴线上，无论工 件犬小都不会改变的，所以x方向不必再次对刀。输入程序。进行程序校验及加工轨迹仿真。（4）自动加工。零件精度检测。第四章结