调节盘的数控车床编程与模拟仿真

1、摘要 近几年来,数控技术在机械行业得到了较大的发展,本次课题就是调节盘的数控车床的编程与模拟仿真。首先介绍了当前了数控机床及数控技术的发展史,进而熟悉数控技术在机械行业的应用。本次调节盘零件在尺寸和精度方面都有很高的要求,是用FANUC-OTD系统进行加工的, 应当熟悉FANUC-OTD系统机床的特点, 再用CAD对所要加工的零件进行绘图, 对零件进行加工工艺分析, 选择合理的刀具和夹具,制定工艺工序卡, 进行数控编程以及数控模拟仿真,得出结论。该设计为调节盘的数控车床编程与模拟仿真，首先要分析零件图中的重要尺寸与精度，以便确定合适的加工方法，并据此制定加工工艺，设计夹具。关键词：加工精度 定

2、位精度 质量AbstractIn recent years, the NC Technology in machinery industry has been substantial development, The subject site is regulated by the NC lathe programming and simulation. First on the current CNC machine tools and NC history of the development of technology, thus familiar with the CNC machin

3、ery industry in the application. The adjustment in parts disk size and precision is high and FANUC is - OTD system for processing and should be familiar with the FANUC - OTD system machine characteristics, reuse of CAD processing to be carried out mapping the parts of the components for processing a

4、nalysis, reasonable choice of tool and fixture, the development of processes card, NC NC programming and simulation, draw conclusions. The regulation was designed for the CNC lathe programming and simulation, we must first of the important parts of the map size and precision in order to determine th

5、e appropriate processing methods, and, accordingly develop processing technology, design fixture.Key words : Processing precision pointing accuracy quality目录第一章 绪论41.1 数控机床的定义41.2数控机床的背景41.3 数控机床加工的经济性5 1.4 国内外数控系统发展概况.61.5 本课题应解决的主要问题及技术要求5第二章 调节盘主要讨论的问题62.1 设计和论文的背景及意义62.2 设计和论文的基本内容及关键问题72.3 本课题调

6、研情况综述82.4 本课题的方案论证8第三章 数控加工工艺分析103.1零件的图样（见附录一）103.2 分析零件图中的重要尺寸与精度103.3加工工艺的分析103.3.1 编程原点的确定103.3.2 零件基准和加工定位基准的选择103.3.3 工序的确定103.3.4 加工顺序的确定113.3.5 确定加工参数11车削加工123.4 夹具的选择133.5刀具的选择15第四章 数控加工194.1 机械加工工艺工序卡片（见附录二）194.2数控加工程序19第五章 模拟仿真225.1 FANUC 0TD 机床操作面板操作22机床操作面板225.1.2 FANUC OTD系统面板功能介绍225.2

7、 FANUC 0TD 数控系统操作235.3仿真加工235.4 调节盘的仿真操作24第六章 总结29第一章 绪论1.1 数控机床的定义数控机床(Numerical Control Machine Tool ) 是采用了数字控制技术的机械设备,就是通过数字化的相信对机床的运动几起加工过程进行控制实现要求的机械动作,自动完成加工任务。数控机床是典型的技术密集且自动化程度很高的机电一体化加工设备。1.2 数控机床的背景随着科学技术和社会生产的不断发展，机械制造技术有了深刻的变化，由于社会对产品多样化的需求更加强烈，多品种、中小批量生产的比重明显增加，采用传动的普通加工设备已难于适应高效率、高质量、多

8、样化的加工要求。机床数控技术的应用，一方面促使机械加工的大量前期准备工作于机械加工过程连为一体；另一方面，促使机械加工的全过程与柔性自动化水平不断提高，即提高了制造系统适应各种生产条件变化的能力。数控系统实质上是一台专门用于机床信息处理的计算机。50、60年代的通用计算机在处理速度和结构上满足不了机床加工的要求，不得不要电子元件来构造专门的逻辑部件，组成专用计算机来实现机床加工的要求，故称之为Hard-Wired NC(硬线连接数控)，一般简称NC。到60年代后期，小型计算机走向成熟并被引入数控，从此NC进化为CNC，NC部分功能改由软件来实现。到70年代初，由于微电子技术的发展，由大规模集成

9、电路构成的微处理器引入数控并取代小型计算机。但由于当时CPU的位数少，速度低，数控系统一些实时性很强的功能如插补运算，位子控制等不得不仍旧依靠硬件来实现，故当时硬件品质的高低，就决定了CNC品质的高低。进入80年代中期及以后，由于微电子技术的飞跃发展，数控系统的高速化，多功能化，智能化、高精度化及高可靠性等方面得到了提高。现在所说的CNC系统实际上就是微机数控系统（MNC）。CNC从价格、功能、使用等综合指标考虑有标准型数控系统和经济型数控系统。标准型数控系统也称全功能数控系统，功能齐全，控制精度和运行精度都比较高，基本上都是闭环或半闭环控制系统；经济型数控系统功能比较简单，在我国，经济型数控

10、通常和步进驱动组成开环控制系统。 随着数控技术的发展，用通用微机技术开发数控系统可以得到强有力的硬件和软件支持，这些软件和硬件是开放式的，此时的通用微机除了具备本身的功能外，还具备全功能数控系统的全部功能，这是一条发展数控技术的途径。数控车床是车削加工功能较全的数控机床。采用数控车床进行加工可以大大提高产品质量，保证加工零件的精度，减轻劳动强度，为新产品的研制和改型换代节省大量的时间和费用，提高企业产品的竞争能力。1.3 数控机床加工的经济性数控机床的价格比较贵，所以加工的费用比常规加工的要高。加工费用由机床折旧费、日常维护费、操作人员和管理人员费、加工中的正常损耗如刀具、电、气、冷却液等费用

11、构成。最简单的计算方法是单位工时价格工时数。工时包括软件计算工时和装夹、换刀等工时。确定数控加工的方法非常丰富，从2.5轴至5轴联动，速度从低速至高速、工艺变化很多，刀位轨迹变化多，为有良好的经济性，应根据不同加工件的产品质量要求，选定最优数控加工程序和经济的加工方法。比如，加工余量的确定是为了保证零件能加工出来，应根据零件的大小、厚度，选择合适的加工余量，盘类零件的尺寸可放513mm余量；为了经济、高效又高精度的加工调节盘，加工精度可通过人机交互设定。粗加工时重切削加工去除大量表面余量，精加工时采用高速加工，消除加工死角及薄壁处的振动和弹性退让，表面加工后不用打磨。在运行软件上可以首先用CA

12、D三维设计、造型叶片，修改调节盘表面缺陷，对表面光滑处理。然后用CAM灵活设计加工方法、确定加工参数、刀具等，进行刀轨的校核、编辑、优化、模拟仿真以获得最佳加工刀位轨迹，通过后处理程序生成加工程序1. 5国内外数控系统发展概随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭

13、式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。 长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和

14、CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。 1.5本课题应解决的主要问题及技术要求1. 毛坯的设定和材料的选择。2. 夹具的设计（

15、怎样定位所加工的零件，设计出合理、简单的夹具）。3. 刀具的选择（加工零件过程中要用到的刀，如外圆刀、切槽刀、镗刀、钻头以及刀具的参数、结构、国标）。4. 切削用量的选择（车成型面主轴的转速，钻孔主轴的转速，镗空主轴的转速，切槽主轴的转速，进给速度的确定，背吃刀量包括粗精加工，要根据机床的自身情况决定）。5. 零件加工的顺序，先加工孔，再加工外圆面。加工零件的走刀路线。6. 程序的编写，在编程序的过程中各个节、基点的计算。第二章 调节盘主要讨论的问题2.1 设计和论文的背景及意义数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩

16、大，它对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。当前数控车床呈现以下发展趋势： 1. 高速、高精密化2. 高可靠性 3. 数控车床设计CAD化、结构设计模块化4. 功能复合化 5. 智能化、网络化、柔性化和集成化盘盖类零件的结构特点：主体结构是同轴回转体，并且轴向尺寸远小于径向尺寸。零件上常常具有轴孔；为了加强交承，减少加工面积，常设计有凸缘、凸台或凹坑等结构；为了与其它零件相连接，盘盖类零件上还常有较多的螺孔、光孔、沉孔、销孔或键槽等结构；此外，有些盘类零件上还具有轮辐、辐板、肋板以及用于防漏的油沟和毡圈

17、槽等密封结构。功能：（轮）与轴配合用来传递旋转运动和扭矩，盘（盖）主要起支承、轴向定位及密封。这类零件一般装在箱体的两端支承孔中，起支承传动轴和密封作用，或通过其使所属不见与相邻件连接起来。加工方法：毛坯多为铸件或锻件，机械加工以车削为主，装夹时零件轴线水平放置。盘盖类零件包括端盖、阀盖、齿轮等，这类零件的基本形体一般为回转体或其它几何形状的扁平的盘状体，通常还带有各种形状的凸缘、均布的圆孔和肋等局部结构。盘盖类零件一般用于传递动力、改变速度、转换方向或起支承、轴向定位或密封等作用。盘盖类零件与轴类零件相比，有其自己的特点。盘盖类零件的直径较大而长度较小，另外，盘盖类零件需要加工的形状相对比较

18、复杂。由于这些特点，盘盖类零件的加工程序一般比较长，所使用的刀具也比轴类零件要多些。盘盖类零件根据形状的要求，有时可能需要使用“两次装夹，调头加工”的工艺。这对于数控车削也是一个问题。因为此时工件需要进行二次装夹，对加工的位置误差会产生一定的影响。在数控车削工艺路线设计时，应考虑到这个因素。另外，有些盘盖类零件的壁厚可能比较小，使用一般的三爪卡盘装夹会带来变形，造成加工工件的形状误差增大。这时应使用“包容式”卡爪，或者使用夹紧压力可调的气动卡盘和液压卡盘，并把卡盘的夹紧压力调整到合适的大小。数控车削的走刀路线也包括刀具的运动轨迹和各种刀具的使用顺序，是预先编制在加工程序中的。合理地确定走刀路线

19、、安排刀具的使用顺序对于提高加工效率、保证加工质量是十分重的。数控车削的走刀路线不是很复杂，也有一定的规律可遵循。盘盖类零件安排走刀路线的原则是径向走刀、轴向进刀，循环去除余量的循环终点在粗加工起点。编制盘盖类零件的加工程序时，与轴套类零件相反，是从大直径端开始顺序向前。2.2 设计和论文的基本内容及关键问题在完成此次课题中要了解的基本内容：1)熟悉Fanuc-0TD数控系统指令系统、数控系统的特点、精度与以前所学的区别；2)熟悉AutoCAD软件操作并进行绘制零件图用CAD对所要加工的零件进行绘图；3)数控加工工艺分析包括：分析零件图、重要尺寸与精度的分析、工件的定位、定位基准的选择、工件的

20、夹紧、夹具设计、加工余量的确定、切削用量的选择、冷却液的选择、工序尺寸与公差的确定、机械加工精度与表面精度、加工所用的刀具的设计与选择（刀具的材质、几何角度与形状、各种参数的设计）、制定工艺工序卡；4)零件数控编程根据工艺工序卡进行数控编程，在程序中进行必要的加工过程的说明；5)学习与熟悉Fanuc-0TD模拟系统的操作熟悉模拟系统的操作，并对所要加工的零件进行模拟加工；6)零件的质量检验与分析熟悉评价零件的标准与要求，了解质量检验的方法，并用一种典型的方法对所加工零件进行检验，并分析其误差与加工不足。在此次课题中要解决的关键问题：1)零件图的分析、重要尺寸与精度的分析2)工件的定位、定位基准

21、的选择、工件的夹紧、夹具设计3)加工余量的确定、切削用量的选择4)冷却液的选择5)工序尺寸与公差的确定、机械加工精度与表面精度6)加工所用的刀具的设计与选择(刀具的材质、几何角度与形状、各种参数的设计)、制定工艺工序卡7)模拟系统的操作2.3 本课题调研情况综述盘类零件的主体多数是由共轴的回转体构成，也有一些盘类零件其主体是方形的。它与轴套类零件正好相反，一般是轴向尺寸较小，而径向尺寸较大。盘类零件一般用于传递动力、改变速度、转换方向或起支承、轴向定位或密封等作用。在工业上，为了加强交承，减少加工面积，常设计有凸缘、凸台或凹坑等结构；另外，为了与其它零件相连接，盘类零件上还常有较多的螺孔、光孔

22、、沉孔、销孔或键槽等结构；此外，有些盘类零件上还具有轮辐、辐板、肋板以及用于防漏的油沟和毡圈槽等密封结构。2.4 本课题的方案论证一 、课题的正确性1、毛坯选择,如图: 盘类零件常采用钢、铸铁、青铜或黄铜制成。孔径小的盘一般选择热轧或冷拔棒料，根据不同材料，亦可选择实心铸件，孔径较大时，可作预孔。若生产批量较大，可选择冷挤压等先进毛坯制造工艺，既提高生产率，又节约材料。 2、基准选择 AUTO：自动加工模式。 EDIT: 编辑程序模式。 MDI：手动数据输入。 HOME：回参考点。 JOG：手动方式。 JOGINC:增量进给。 MPG: 手轮方式移动工作台或刀具。 TRVRS：快速手动方式移动

23、工作台或刀具。 TEACH:示教。 OFSET MESUR:刀补测量。5.2 FANUC 0TD 数控系统操作数控系统操作键盘在视窗的右上角，其左侧为坐标和程序显示屏，右侧是编程面板。如图5.2所示: 图5.2 FANUC-0TD数控机床操作键盘5.3仿真加工 1）回参考点2）移动对机床微量调整3）开主轴4）启动程序加工零件5）试运行程序6）单步运行7）编辑NC程序8）通过操作面板手工输入NC程序9）输入零件原点参数 10）输入刀具补偿参数11）MDI手动数据输入5.4 调节盘的仿真操作(1) 电源的接通。a.检查CNC车床的外表是否正常b. 打开位于车床后面电柜上的主电源开关,应听见电控柜风

24、扇和主轴电动机开始工作的声音。c. 按操作面板上的POWER ON按钮接通电源,几秒钟后CRT显示屏上出现画面,才能操作数控系统上的按钮。d. 顺时针方向松开急停按钮。e. 绿灯亮后,机床液压泵已启动,机床进入准备状态。(2)调节盘的装夹a. 先装夹72mm的外圆面,加工187的端面和外圆面,钻孔和镗孔。b.再装夹187mm的外圆面,加工另一面的轮廓。c. 在装夹过程中要用校正划针校正工件,经校正后将工件夹紧,装夹工作完成。主体装夹如图 图 工件的装夹(3) 刀具的的安装a. 手动操作控制面板上的 “刀架旋转”按钮,选择1号刀位,装上外圆粗刀b. 选定2号刀位,装上精车刀。c. 选择3号刀位,

25、装上粗镗刀,注意刀尖的高度要与对刀点重合。d. 选择4号刀位,装上精镗刀, 注意刀尖的高度要与对刀点重合。e. 手动操作控制面板上的 “刀架旋转”按钮,选择4号刀位,装上割断刀如图图 刀具的选择(4) 回零的操作 a. 将机床操作模式开关设置为手动方式位置上,+X,-Z方向移动刀架一段距离。b. 再操作机床控制面板上的 “-X”方向按钮,进行X轴向回零操作。c. X轴向回零后,按操作面板上的 “+Z”方向按钮,进行Z轴向回零操作。(5) 换刀点的设置换刀点是加工过程中自动装置的换刀装置,该点可以是固定的,也可以是任意的,换刀点的位置应保证刀具转位时不碰撞工件及其它的部件。一个加工程序中换刀点只

26、设置一个。选择X200 Z50为换刀点。(6)对刀将调节盘安装好之后,先用手动方式操作机床,用选择好的镗刀将调节盘端面车一刀,然后保持镗刀在纵向(Z向)的尺寸不变,沿横向(X向)退刀。把0输入显示器上刀具长度补偿里。用同样的方法,再将调节盘外圆面上车一刀,然后保持刀具横向(X向)上的尺寸不变,从纵向退刀停止主轴,再量出车削后的直径值,将它输入到刀具直径补偿中,即可确定刀具在调节盘坐标系中的位置。其他各刀具都要进行一上操作,从而确定每把刀具在调节盘中坐标系中的位置。(7) 程序的存储、编辑操作前的准备a.把程序保护开关置于ON上,接通数据保护键(KEY)b.将操作方式置为EDIT方式c.按显示机

27、能键PRGRM或程序软键后,显示程序后方可编辑程序。d. 把调节盘的程序按顺序输入进去,再把程序存入存储器中。e. 调节盘程序的检索:选择扫描方法对程序检索,选择手动或自动,按字母O,再按CURSOR键,EDIT方式时,反复按O与CURSOR键,可以逐个显示存入的程序。当存的程序全部显示完,便返回到头一个程序。选择验索方法程序进行检索，选择手动或自动，按屏幕下方的程序按键，显示程序画面，键入要检索的程序号，按CURSOR键，检索结束时，在CRT画面显示检索出的程序并在画面的右上部显示已检索程序号。（8）调节盘的图形模拟a.在9英寸CRT画面上，可以描绘调节盘加工程序的刀具轨迹。b.首先自定毛坯

28、，毛坯的直径和长度。c.设置刀架的换刀点。d.选择刀具切毛坯的外圆和端面（如图），进行对刀。对完后退回换刀点。图 毛坯的选择e.掉出调节盘的加工程序，并锁定机床效验。f.切换CRT显示屏，看刀具的走刀路线，是否正确。g.再检查加工出来的图形是否符合所要加工调节盘的要求（如图）。图 工件的检测（9）机床空运行 a. 机床锁定，使机床操作面板的机床锁定开关接通，自动运行加工程序时，机床刀架并不移动，只有在CRT上显示各轴的位移位置，用于加工程序的检查。注：用G27、G28来指令，机床也不回参考点，且指令灯也不亮。b. 接通机床操作面板的辅助功能锁开关后，程序中的M、S、T代码指令被锁，不能执行，该

29、功能与机床锁定一起用于程序检测。M00、M01、M30、M98、M99可正常执行。c.若按一下空运行开关，空运行灯变亮，不装工件，在自动运行状态运行加工程序，机床空跑，程序指定的进给速度无效。根据参数（No.0001，RDRN）的设定运行。（10）加工零件的首件试切削a.当刀具、毛坯、夹具程序等都已经准备就绪后，即可进行调节盘的试切削工作。首先将机床锁定，空运行程序，检查程序中可能出现的错误。b.检查刀具在X、Y平面内的走刀轨迹的情况，采用单段运行，并将G00快速移动速度调慢，以便发生程序错误而紧急停车。在试切工作中，同时观察屏幕上显示的程序、坐标、位置、图形显示等，以确定各个运行段的正确性。

30、c.首次切削完毕后，应对其进行全面检测，必要时进行适当的修改程序或调整机床，直到加工的工件全部合格后，程序编制才算结束，并将已经验证的程序及有关资料进行妥善保存，便于以后查询和总结。d.一般首件试切削均采用单段程序执行，将单段开关置于“ON”位置，在自动运行方式下，执行一个程序段后自动停止，每执行一个程序段后，按下机床操作面板上的循环启动START按钮，直到加工完为此。第六章 总结通过对调节盘的数控车床编程与模拟仿真,基本上来说它的一系列参数都达到规定的要求。在对零件图进行前期分析的时候，发现它的零件图的结构尺寸和粗糙度精度都符合标准，布局合理，有利于对它的各个加工表面进行分析，作出正确的工艺分析结论和数控编程。但是调节盘的装夹比