数控1201毕业设计 方炎军

1、金 华 职 业 技 术 学 院JINHUA COLLEGE OF PROFESSION AND TECHNOLOGY毕业综合项目成果 （2011届）题 目轴类螺纹零件的程序编制及加工 学 院 机电学院 专 业 数控技术 班 级 数控主z1001 学 号 姓 名 方炎军 指导教师 李银海 2012年12月30日金华职业技术学院毕业综合项目成果目 录摘要1引言 11 零件图的分析2 1.1 加工精度的要求2 1.2 确定加工方案22 定位基准选择33 加工刀具分析与确定3 3.1刀具的选择3 刀具选择应考虑的主要应素3 刀具材料的选择3 刀具结构形式选择4 3.2 确定加工刀具4 3.3 加工处理

2、54 切削用量的选择5 4.1 粗加工时的选择5 4.2 精加工时的选择55 确定加工顺序和加工路线5 5.1 加工顺序的确定5 确定加工顺序的原则5 5.2 加工路线的确定6 最短的空行程路线6 最短的切削进给路线6 大余量毛培的阶梯切削进给路线6 精加工切削进给路线66 数控车削加工的操作7 6.1 数控编程和辅助参数的确定7 6.2 数控加工的刀具安装7 6.3 零件的安装8 6.4 零件的校正8 6.5 数控加工的对刀87 数控编程98 结论129 致谢13参数文献13轴类螺纹零件的结构与加工机电学院数控专业 李杰摘要:本文以典型零件为例，结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床

3、的选择，刀具与切削用量的选择，工件的定位装夹，加工顺序和加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方式，使得零件加工方便、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、刀具消耗最低。最终形成的工艺文件要完整，并能指导实际生产。关键词: 工艺分析、刀具 数控编程 引言装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和。数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（例如：信息技术及产业，生物技术及产业，航空航天技术，国防

4、工业等等）等使能技术的的最基本装备。数控技术是当今制造技术和装备最核心的技术，当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外，世界上个工业发达国家还将数控技术机数控装备列为国家的战略物资。不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及产业而且在“高精尖”的数控技术和装备方面对其他国家实行封闭和限制。总之大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展提高综合国力和国家地位的重要途径之一。科学技术的发展，对机械产品提出了高精度、高复杂性的要求，而且产品的更新换代也在加快，这对机床设备不仅提出了精度和效率的要求，而且也对其提出了

5、通用性和灵活性的要求。数控机床就是针对这种要求而产生的一种新型自动化机床。数控机床集微电子技术、计算机技术、自动控制技术及伺服驱动技术、精密机械技术于一体，是高度机电一体化的典型产品。它本身又是机电一体化的重要组成部分，是现代机床技术水平的重要标志。数控机床体现了当前世界机床技术进步的主流，是衡量机械制造工艺水平的重要指标，在柔性生产和计算机集成制造等先进制造技术中起着重要的基础核心作用。1 零件图的分析图1-1内孔深槽螺纹心轴该零件表面由圆柱、圆弧、槽、孔以及螺纹等组成。其中大多数的尺寸有严格的尺寸精度和表面粗糙度等要求，同时螺纹的要求精度严格，尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为毛坯60

6、×155的棒料。1.1 加工精度的要求参见图1-1：在数控车削加工中，零件重要的径向加工部位有：零件的左端有28mm和45的圆柱段，宽3 30mm的槽以及深度为23mm的内孔，表面的粗糙度为1.6和1.5，零件右端有30的螺纹和圆弧。由上述尺寸可以确定，零件的轴向加工尺寸该以左端面为基准。1.2 确定加工方案零件上比较精密表面的加工，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，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。加工该零件的毛坯为60×155mm的棒料，而且零件的尺寸精度和表面粗糙度要求都很高，用外圆端面车刀

7、粗车工序去除过多余量，然后精车零件表面，保证零件的尺寸精度和表面粗糙度要求。零件各轴颈精加工后用车槽刀车槽，用螺纹刀螺纹，用镗孔刀车内孔。因为零件右端不适于装夹，所以必须先加工零件左端，经过多次加工和精加工车出左端，然后固定好左端，对右端进行加工，直至加工成型为止。2 定位基准选择定位基准选择原则（1）基准重合原则（2）基准统一原则（3）便于装夹原则（4）便于对刀原则根据定位基准选择原则，避免不重合误差，便于编程，以工序的设计基准作为定位基准。参见图1-1：该零件加工时，先以右端毛坏外圆柱为定位基准加工出零件的左端的，再以45mm的圆柱为定位基准加工零件的右端。采用三爪自动定心卡盘的装夹方式进

8、行零件的装夹定位。零件轴向的定位基准选择在28mm圆柱段的左端面。3 加工刀具分析与确定在数控加工中，刀具的选择直接关系到加工精度的高低、加工表面质量的优劣和加工效率的高低。选用合适的刀具并使用合理的切削参数，将可以使数控加工以低成本、高效率地达到最佳的加工质量3.1 刀具的选择数控刀具要求精度高、刚性好、装夹调整方便，切削性能强、耐用度高。合理选用既能提高加工效率又能提高产品质量。3.1.1 刀具选择应考虑的主要应素（1） 被加工工件的材料、性能：金属、非金属，其硬度、刚度、塑性、韧性及耐磨性等。（2）工件的几何形状、加工余量、零件的技术经济指标。刀具能承受的切削用量。（3）辅助因数：操作间

9、断时间、振动、电力波动或突然中断等。 刀具材料的选择常用刀具材料为高速钢、硬质合金钢。非金属刀具材料使用较少。（1）高速钢刀具。高速钢刀具易磨损，价格便宜，常用于加工硬度较低的工件。（2）硬质合金刀具。 硬质合金刀具耐高温，硬度高，主要用于加工硬度较高的工件，硬质合金刀具需较高转速加工，否则容易崩刀。硬质合金刀具加工效率和质量比高速钢刀具好。 刀具结构形式选择车刀可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。其中可转位车刀的应用日益广泛，在车刀中所占比例逐渐增加。（1）焊接式车刀，就是在碳钢刀杆上按刀具几何角度的要求开出刀槽，用焊料将硬质合金刀片焊接在刀槽内，并按所选择的

10、几何参数刃磨后使用的车刀。（2）机夹车刀是采用普通刀片，用机械夹固的方法将刀片夹持在刀杆上使用的车刀（3）可转位车刀是使用可转位刀片的机夹车刀（4）成形车刀是加工回转体成形表面的专用刀具，其刃形是根据工件廓形设计的，可用在各类车床上加工内外回转体的成形表面。与其他类型的车刀相比，可转为车刀有夹紧可靠、定位精确、操作方便、结构简单、排屑流畅等优点。3.2 确定加工刀具参见图1-1：在该零件的数控车削加工中采用硬质合金Kr=900外圆车刀，副偏角取为600，断屑性较好。零件中间锥台处使用硬质合金外圆精车车刀，刀尖圆弧半径取为0.2mm。零件中间圆柱槽部分使用宽度为3mm的切槽刀。零件内孔部位使用1

11、8钻头及镗孔刀，在用刀头为60°的螺纹刀，就可以满足加工所需。由零件加工的上述工艺分析，确定加工使用的设备、辅具与材料如下：（1）案例加工选择在FANUC数控系统的车床上进行；（2）配备零件毛坯1件，毛坯材料为45#钢；毛坯尺寸60mm×155mm；（3）配备三爪自动定心卡盘等相关装夹工具；（4）刀具配备：中心钻（B=2.5mm）1支；18钻头1支；外圆车刀（正刀、主偏角Kr=900）1把（T0101）；切槽车刀（刀刃宽B=3mm）1把(T0202)；外螺纹刀1把(T0303)；镗孔车刀1把(T0404)；3.3 加工处理在生产实际中，大部分零件的加工往往是以混合工艺的形式

12、来进行编制的；有的加工工艺在数控车床上不能进行操作或操作比较繁琐。所以在数控加工前要对零件的某些部位进行预加工，目的是为数控车削加工工序提供可靠的装夹工艺基准。对于该零件在数控加工前的预加工就是在零件一端钻打直径为20mm深度为28mm的内孔。4 切削用量的选择切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等都有着非常重要的影响。合理的选择切削用量是充分利用刀具切削性能和机床动力性能（功率、扭矩），在保证质量的情况下，获得高的生产率和低的加工成本。4.1 粗加工时的选择粗加工时要尽可能达到较高的生产率，同时又要保证刀具的使用寿命。在保证刀具使用寿

13、命不变的前提下，使vc、f、ap的乘积尽可能大些。因此，优先选用大的背吃刀量ap，其次取较大的进给量f，最后根据刀具的寿命确定合适的切削速度Vc。 4.2 精加工时的选择精加工时首先应确保获得要求的加工精度和表面粗糙度，同时也要考虑必要的刀具使用寿命和生产率，并控制不产生积屑瘤，保证工件获得必要的表面粗糙度。使用硬质合金车刀时，一般多采用较高的切削速度vc。精加工时应采用较小的背吃刀量ap和进给量f。5 确定加工顺序和加工路线5.1 加工顺序的确定在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定时，应该进

14、行具体分析和区别对待，灵活处理。只有这样，才能使所制定的加工顺序合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。 确定加工顺序的原则为了提高生产效率并保证零件的精加工质量，在切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。精车要保证加工精度，按产品图样尺寸切出零件的轮廓形状。在一般情况下，特别是在粗加工时，通常安排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。对于车削加工，先近后远有利于保持毛坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。分析零件图，按照上述原则，该零件的加工需要先从左到右进行粗车，尽

15、量使精车余量均匀，然后从右到左进行精车，零件的最终轮廓应一刀连续加工而成，精车后用槽刀切槽，最后进行测量。 加工路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。5.2 加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率高等因素。在保证加工质量的前提下，使加工序具有最短的进给路线，不仅可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损等。最短的空行程路线要使得空行程的路线最短，需要合理设置起刀点，合理设置换刀点，合理安排“回零”路线。 最短的切削

16、进给路线缩短切削进给路线，可以有效地提高生产效率，降低刀具的损耗。安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求。 大余量毛培的阶梯切削进给路线根据数控机床的加工特点，可以采用依次轴向和径向进给，顺着工件的轮廓切削进给的路线。 精加工切削进给路线在安排一刀或多刀进行的精加工进给路线时，其零件的完工轮廓应由最后一刀连续加工而成，并且加工刀具的进、退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切入、切出或换刀及停顿，保证表面的光滑连续，避免产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。6 数控车削加工的操作6.1 数控编程和辅助参数的确定（刀号、刀补、间隙补偿等）

17、（1）刀具刀位号的设置。.（2）刀补值未设定（加工中未使用刀具补偿）。（3) 刀偏值未设定（加工中运用程序在起始点换刀）。（4）间隙补偿值设置为使用机床的间隙测量值。（5）快速运行值采用数控系统默认值。6.2 数控加工的刀具安装车削外圆、车削台阶圆、车削端面包括车削内孔时各种类型车刀的安装与要求相同。车刀安装得是否正确，将直接影响切削能否顺利进行和工件的加工质量，因此车刀安装后必须做到：（1）刀尖严格对准工件中心，以保证车刀前角和后角不变，否则车削工件端面时，工件中心会留下凸头并损坏刀具。如下图：车刀对准工件中心的方法：使用垫片来达到车刀刀尖对准工件中心，垫片一般使用150200mm的钢片。垫

18、片要垫实，垫片的数量应尽量少。正确的垫法是：使垫片在刀头一端与四方刀架垂直于刀杆的边对齐。图1-2 车刀刀尖与工件中心未对准（2）车刀刀杆就与进给方向垂直，以保证主偏角与副偏角不变。（3）为避免加工中产生振动，要求车刀刀杆伸出长度应尽量短，一般不超过刀杆厚度的11.5倍；内孔车削加工的刀杆伸出的长度以被加工孔的深度为准，且大于被加工孔的深度。（4）最少要用刀台上的两颗螺钉压紧车刀，并且要求轮流拧紧螺钉。当车刀紧后，试车削端面，观察车刀刀尖是否对准工件中心，否则应从新调整垫片并进行试切，直到车刀刀尖对准工件中心。6.3 零件的装夹零件的加工采用三爪自动定心卡盘夹紧，为保证零件的尺寸精度，还须采用

19、垫片包裹夹紧。工件装夹时就注意如下：（1）安装工件前，必须把三爪自动定心卡盘和被夹工件的部位探试干净。（2）安装好工件后，让主轴转动，看工件是否甩动，否则从新装夹。（3）为防止工件的轴向窜动，工件应采用轴向定位。使用限位支承进行轴向定位。6.4 零件的校正由于三爪自动定心卡盘能够进行自动定心，所以当工件轴向长度不大并且加工精度要求不高时，可以不进行校正。但是，当装夹较长的工件或者加工精度要求较高时，因为远离三爪自动定心卡盘的工件端有可能与车床的轴心不重合，所以必须进行工件的校证。校正方法有：（1）用划线盘校正工件外圆和端面（划针分别指在工件的外圆和端面）。（2）用百分表校正工件的外圆和端面。6

20、.5 数控加工的对刀（1）数控车床是装夹零件，毛坯尺寸60mm×155mm。（2）在数控车削加工中，是以车刀刀尖圆弧中心进行加工的。因此在对刀时，对刀尺寸应该减去刀尖圆弧半径R2。（3）X方向对刀。为了保证零件的尺寸精度要求，采用试切法对刀。在MDI指令下采用外圆循环切削指令加工出一段圆柱，先将车刀移到离工件毛坯X2.0mm、Z3.0mm的方位，用G91指令加工，设定U=2.0、W=-15.0，MDI指令运行结束后将刀具向Z轴方向移动X轴不动。测量出已加工圆柱的直径加上设定的U值得出工件坐标系X的设定值，输入机床坐标系即完成X轴方向的对刀。（4）Z向对刀。起动车床主轴，先用切断刀将工

21、件端面切平。再以加工刀具刀尖左侧顶点在Z方向上接触工件毛坯，此时记下刀尖的Z坐标值输入机床坐标系即完成Z轴方向的对刀。7 数控编程车削左端程序：先车零件的左边O0016N1 G97 G99 G21 G40;（车外轮廓）N2 M03 S600 T0101;N3 G00 X62 Z2;N4 G73 U16 R30;N5 G73 P6 Q18 U0.5 F0.3;N6 G00 X26;N7 G01 Z0;N8 X28 W-1;N9 Z-8;N10 X30;N11 X39 Z044;N12 W-5;N13 X43;N14 X45 W-1;N15 W-10;N16 G03 X47 W-4 R8;N17

22、G02 X47 W-26 R26.5;N18 G01 X62;N19 N05;N20 M00;N21 M03 S1000 T0101 F0.15;N22 G00 X62 Z2;N23 G70 P1 Q2;N24 G00 X100 Z100;N25 M30;N26 G99 M03 S600 T0202 F0.15;(切槽)N27 G00 X47 Z-23;N28 G01 X30;N29 X47;N30 W-5;N31 X30;N32 X47;N33 W-5;N34 X30;N35 X47;N36 G00 X100 Z100;N37 M30;用直径18的麻花钻打孔N38 G99 M03 S600

23、T0404;(车孔)N39 G00 X18 Z2;N40 G71 U1 R0.5;N41 G71 P42 Q46 U-0.5 F0.3;N42 G00 X22;N43 G01 Z0;N44 X20 W-2;N45 Z-23;N46 X18;N47 M05;N48 M00;N49 M03 S1000 T0404 F0.15;N50 G00 X18 Z2;N51 G70 P42 Q46;N52 G00 Z100 X100;N53 M30;左边车完后再车零件的右边O0017;N1 G99 M03 S600 T0101;(车外轮廓)N2 G00 X62 Z2;N3 G73 U16 R30;N4 G73

24、 P5 Q13 U0.5 F0.3;N5 G00 X26;N6 G01 Z0;N7 X29.8 W-2;N8 Z-28;N9 X33;N10 X35 W-1;N11 W-10;N12 G02 X47 W-18 R20;N13 G01 X62;N14 M05;N15 M00;N16 M03 S1000 T0101 F0.15;N17 G00 X62 Z2;N18 G70 P5 Q13;N19 G00 X100 Z100;N20 M30;N21 G99 M03 S600 T0202;(车螺纹)N22 G00 X32 Z4;N23 G92 X29 Z022 F2;N24 X28.4;N25 X27.8;N26 X27.6;N27 X27.6;N28 G00 X100 Z100;N29 M30;8 结论通过本次典型零件的工艺过程的设计，充分体现了数控加工高精度、高速度、高柔性的优点。数控车床通过CNC系统控制和司服电机精确的传动，很大的提高的加工精度。通过程序控制，数控车床可以很轻易完成复杂表面的加工，在批量生产中，数控加工能很好的保证零件质量的稳定性。工艺过程的设计首先要保证的是零件的尺寸精度和表面粗糙度要求，在本工艺过程的设计中，采用一些工艺措施以保证零件较高的尺寸精度和表