数控车床零件加工毕业设计

1、阜阳职业技术学院毕 业 论 文题 目 盘类零件的数控加工设计姓 名 徐 国 柱 所在学院 工程科技学院 专业班级 10级数控（2）班 学 号 101080234 指导教师 张 宣 升 日 期 2013 年 5 月 日摘 要数控技术，是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。数控是先进制造技术的基础技术。数控加工在现代化生产中显示出很大的优越性。数控加工就是在对工件材料进行加工前，事先在计算机上编写好程序，再将这些程序输入到使用计算机程序控制的机床指令性加工。本次的课题就是以盘型零件的加工为例子，先用AutoCAD软件画出三个配合件的直观图,再运用斯沃数控仿真软

2、件,选择FANUC-0i数控系统输入事先编好的程序来进行模拟加工。通过仿真加工，详细描述了零件的整个加工过程。其中包括一些加工前准备工作： 一、分析零件的加工工艺：（1）分析零件图、（2）选择设备、（3）确定定位基准及装夹方式；二、合理确定加工步骤、加工方式、路线以及切削用量；三、根据工艺分析和零件的形状特点进行刀具选择、主轴转速和进给速度的确定；四、零件工序卡的填写以及程序的编写；五、输入程序以及刀补修正系统等；最后根据安排的加工步骤和选择的刀具和夹具对零件进行仿真加工关键词 盘类零件，编程，工艺，斯沃数控仿真目 录一 绪 论.- 5 -（一）数控车床及其加工技术在国内(外)的现状.- 5

3、-（二） 本论文设计的内容.- 6 -二 零件数控加工工艺.- 6 -（一）零件图的工艺分析.- 7 - 1、分析零件图.- 7 - 2、选择设备.- 7 - 3、确定零件的定位基准和装夹方式以及加工起点、换刀点.- 8 -（二） 加工路线的工艺分析.- 10 - 1、零件加工必须遵守的安排原则.- 10 - 2、进给路线.- 10 -（二） 切削用量的确定.- 11 -（三） 刀具的选择.- 12 -（四）建立工件坐标系.- 14 -三 加工过程工序卡片及.- 14 -（一） 工艺文件的填写.- 15 - 1、 数控加工工序卡及工序卡片.- 15 -（三）程序编制.- 18 - 1、注意事项

4、.- 18 - 2、工件加工参考程序.- 19 -四 配合零件的数控加工仿真.- 23 -（一） 仿真操作.- 24 - 1、打开仿真软件并选择机床.- 24 - 2、工件的定义和刀具的选择.- 25 -（二） 刀补修正.- 26 - 1、程序输入及刀具补正系统.- 26 - 2、精度自检.- 26 - 3、仿真效果图.- 26 -五 总结与展望.- 27 -（一）总结.- 27 -（二）展望.- 28 -六 谢辞.- 29 -七 参考文献.- 29 -盘类零件的数控加工设计一 绪 论（一）数控车床及其加工技术在国内(外)的现状数控车床是数字程序控制车床的简称，数控车床能自动完成轴类及盘类零件

5、内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹以及各种回转曲面切削加工，并能进行切槽、钻孔等工作。他是目前国内使用量最大、覆盖面最广的一种数控机床。 从1952年美国麻省理工学院研发第一台数控机床到现在已有近60年的历史。按照电子器件的发展可分为五个发展阶段：电子管数控，晶体管数控，中小规模IC数控，小型计算机数控，微处理器数控；从体系结构的发展，可分为以硬件及连线组成的硬数控系统、计算机硬件及软件组成的CNC数控系统，后者也称为软数控系统：从伺服及控制的方式可分为步进电机驱动的开环系统和伺服电机驱动 的闭环系统。总之，数控技术的发展向着高速化，精密化，高效能化，系列化及复合化方向发展。人类发明了机器，延长

6、和扩展人的手脚功能：当出现数控系统以后，制造厂家逐渐希望数控系统能部分代替机床设计师和操作者的大脑，具有一定的智能，能把特殊的加工工艺、管理经验和操作技能放进数控系统， 同时也希望系统具有图形交互、诊断功能等。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现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，用什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的

7、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。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及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其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。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数控技术是近代发展起来的一种自动控制技术，机械加工现代化的重要基础与关键技术。数控机床是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，是国防工业现代化的重要战略装备，是关系到国家战略地位和体现国家综合国力水平的重

8、要标志。（二） 本论文设计的内容本人的设计课题是以盘型零件的加工为例子做的数控加工工艺与编程。本次毕业设计主要包括以下内容：零件图的加工工艺分析；（1）工件装夹方式的确定；（2）工艺过程的分析；（3）确定合理的加工顺序及进给路线；（4）选择合适的刀具及确定背吃刀量、进给速度和主轴转速；（5）编制工艺卡以及编写程序；（6）输入机床程序并且制定刀补修正；（7）完成程序仿真运行与调试并根据结果完善毕业设计。二 零件数控加工工艺零件结构工艺性是指在满足使用要求前提下零件加工的可行性和经济性，即所设计的零件结构应便于加工成型并且成本低、效率高。对零件进行结构工艺性分析时要充分反映数控加工的特色，一定要把

9、重点放在零件图纸和毛坯图纸初步设计与设计定型之间的工艺性审查与分析上（一）零件图的工艺分析1 分析零件图如图所示，零件的主体尺寸长度为43mm，最大位置直径为110mm,的阶梯状盘型零件。表面粗糙度为1.6，因为公差较小图样上未带公差的尺寸，故编程就不必取平均尺寸，而取基本尺寸即可。此工件为具有复杂外形面的盘型零件，需要对内外柱面及端面等加工，主要保证尺寸公差和同轴度要求。零件材料为铸铁件，除表面粗糙度外无其他要求。因此选毛坯尺寸为120mmX50mm，中间预制孔20mm，材料Q235.2 选择设备根据被加工零件的外形和材料等条件，选用FANUC OI标准数控车床。3 确定零件的定位基准和装夹

10、方式以及加工起点、换刀点（1）粗基准选择原则为了保证不加工表面与加工表面之间的位置要求，应选不加工表面作粗基准。合理分配各加工表面的余量，应选择毛坯外圆作粗基准。粗基准应避免重复使用。选择粗基准的表面应平整，没有浇口、冒口或飞边等缺陷。以便定位可靠。（2）精基准选择原则基准重合原则：选择加工表面的设计基准为定位基准；基准统一原则：自为基准原则，互为基准原则。（3）定位基准综合上述，粗、精基准选择原则，由于是盘类零件，在车床上用三爪卡盘装夹定位，定位基准应选在零件的轴线上，以毛坯120mmX50mm的棒料的轴线和左端面作为定位基准。（4）装夹方式及起、换刀点数控机床与普通机床一样也要全里选择定位

11、基准和夹紧应力求设计、工艺与编程计算的基准统一，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，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。装夹应尽可能一次装夹加工出全部或最多的加工表面。由零件图可分析，因为该工件需要调头装夹。用三爪自定心卡盘加紧定位，先加工完右端面的相关尺寸后，调头加工左端各部位的尺寸，加工起点和换刀点可以设在同一点，放在Z轴距工件前端面100mm，X轴距轴心线160mm的位置。（二） 加工路线的工艺分析（一） 加工顺序及路线的确定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

12、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。1零件加工必须遵守的安排原则（1）基面先行 工面基准为后刀面的加工提供基准面，所以应该先平左端面作为基准面；（2）先主后次 所加工的表面均为重要表面所以按照从左到有的顺序；（3）先粗后精 削去大部分的金属余量再进行成型切削，保证零件的尺寸要求和质量要求；（4）先面后孔 工零件左端面，再加工零件内孔综上所述，加工顺序为：平左（右）端面至 粗车外圆至 加工内孔至 精车轮廓。2进给路线在数控加工中，刀具好刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；（

13、2）使数值计算简单，以减少编程工作量；（3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空行程时间。（4）确定加路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定一次走刀，还是多次走刀来完成所有加工表面，。因此我觉得：首先在车床上用93°粗、精右偏外圆车刀对外轮廓进行粗车，保证外轮廓和端面光滑，尺寸到115mmX45mm，再用粗、精镗刀镗内孔和内表面。具体综合上面进给线的特点再根据具体零件具体分析，我确定该零件的进给路线如下所示：（1）、左端外表面、内表面进给路线 （2）、右端外表面、内表面进给路线 （二） 切削用量的确定1、夹住工件左端，加工右端，伸出长度为20mm左右

14、： （1）车端面，主轴转速n=500 r/min；（2）粗车端面时，主轴转速n=600r/min,背吃刀量ap=3mm，进给速度f=0.3mm/r；精车时，主轴转速n=1000r/min，进给速度f=0.1mm/r背吃刀量ap=1mm。（3）粗车30mm内孔时，主轴转速n=500r/min,背吃刀量ap=2mm，进给速度f=0.2mm/r；精车时，主轴转速n=800r/min，进给速度f=0.1mm/r背吃刀量ap=1mm。（4）粗车内表面时，主轴转速n=600r/min,背吃刀量ap=2mm，进给速度f=0.2mm/r；精车时，主轴转速n=800r/min，进给速度f=0.1mm/r背吃刀量

15、ap=1mm。2、夹住工件左端，加工右端，伸出长度为20mm左右：（1）车端面主轴转速n=500 r/min；（2）粗车端面时，主轴转速n=600r/min,背吃刀量ap=3mm，进给速度f=0.3mm/r；精车时，主轴转速n=1000r/min，进给速度f=0.1mm/r背吃刀量ap=1mm。（3）粗车内表面时，主轴转速n=600r/min,背吃刀量ap=2mm，进给速度f=0.2mm/r；精车时，主轴转速n=800r/min，进给速度f=0.1mm/r背吃刀量ap=1mm。（三） 刀具的选择刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选

16、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。与传统的加工方法相经，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度高、红硬性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，能适应高速和大切削用量切削。选刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。数控车刀外圆车刀的组成各类车刀刀刃数控镗刀根据零件的选刀条件，具体选刀如下：（1）加工外表面、端面时选用93°粗、精右偏外圆车刀，刀具半径0.2mm；（2）加工内表面时选用粗、精镗刀，刀具半径为0.4mm。刀具卡序号刀具号刀具名称及规格刀尖半径/mm加工表面备注1T010193°粗精右偏外圆车刀0.2外表面、端

17、面2T0202粗精镗刀0.4内表面（四）建立工件坐标系设定工件坐标原点，以工件前端面与轴线的交点为工件原点建立工件坐标系，当工件调头加工时，同样以工件前端面与轴线交点为工件原点建立工件坐标系。三 加工过程工序卡片及程序编程序制是零件图纸到编制零件加工程序和制作介质的全部过程，整个程序由人工完成。一台数控机床之所以能自动加工不同形状、不同尺寸、不同技术要求的零件，全在于编制人员根据零件图的要求，在制定工艺的基础上，将每一把刀具每走一次走刀的运动参数及工艺参数，按运动的顺序与所用机床规定的指令代码及程序格式编制成加工程序，输入到机床的数控装置，机床才能准确无误的加工出正确的零件。（一） 工艺文件的

18、填写1 数控加工工序卡及工序卡片（1）工序卡操作序号工步内容刀具主轴转速r/min进给速度mm/r背吃刀量mm备注主程序1：夹住工件左端，加工右端，伸出长度20mm左右1车端面T0101500手动2粗车外表面T01016000.333精车外表面T010110000.114粗车30mm内孔T02025000.225精车30mm内孔T02028000.116粗车内表面T02025000.227精车内表面T02028000.118检测、校核程序2：加工工件左端。工件调头装夹，调头用百分表找正1车端面T0101500手动保证总长2粗车外表面T01016000.333精车外表面T010110000.11

19、4粗车内表面T02026000.225精车内表面T02028000.116检测、校核（2）工件左端加工过程工序卡片序号工步工步图说明1车端面及建立工件坐标系先手动车端面，再以工件端面中点为工件原点建立工件坐标系2粗精车外表面G71粗车，G70精车，用35°外圆车刀3钻孔G01指令，用20钻头钻通4粗精内表面G71粗车，G70精车，用内孔镗刀（3）工件右端加工过程工序卡片序号工步工步图说明1车端面及建立工件坐标系先手动车端面，再以工件端面中点为工件原点建立工件坐标系2粗精车外表面G71粗车，G70精车，用35°外圆车刀3粗精车内表面G71粗车，G70精车，用内孔镗刀（三）程序

20、编制1、注意事项（1）、编程误差编程阶段的误差是不可避免的，误差来源主要有三种形式：近似计算误差、插补误差、尺寸圆整误差，直接影响加工尺寸精度，本次加工主要误差是计算误差与圆弧相切的切点坐标及未知交点坐标值。我们是经过笔算的数值，存在着较大的误差。（2）、误差控制为了尽可能的减少笔算误差，我们采取在AutoCAD上按其尺寸精度绘出零件图，再利用“工具” “查询” “点坐标”捕捉各圆弧切点坐标，其精度达到0.001级，这样能有效地将误差控制在（0.10.2）倍的零件公差值内。2、工件加工参考程序常用G指令代码功能表数控车床G功能指令（HNC-22T）代码组意义代码组意义代码组意义*G0001快速

21、点定位G2800回参考点G5200局部坐标系设定G01直线插补G29参考点返回G53机床坐标系编程G02顺圆插补*G4009刀径补偿取消*G54G5911工件坐标系16选择G03逆圆插补G41刀径左补偿G33螺纹切削G42刀径右补偿G92工件坐标系设定G0400暂停延时G4310刀长正补偿G6500宏指令调用G0716虚轴设定G44    *G1107单段允许*G49 G12单段禁止*G5004    *G1702XY加工平面G51   G18ZX加工平面G2403 

22、;   G19YZ加工平面*G25   G2008英制单位G6805    注：表内00组为非模态代码；只在本程序内有效。其他组为模态指令，一次制定后持续有效，直到被其他组其他代码所取代。标有*的G代码为数控系统通电启动后的默认状态。常用M指令代码功能表常用M指令代码代码组别意义代码组别意义代码组别意义M0000程序暂停M0600自动换刀M19 主轴准停M0100条件暂停M07b开切削液M3000程序结束并返回M02 程序结束M08开切削液M6000更换工件M03a主轴正转M

23、09关切削液M9800子程序调用M04主轴反转M10c夹紧M9900子程序返回M05主轴停转M11松开   注：表内00组为非模态代码；其余为模态代码，同驵可相互取代。作用时间为“”号者,表示该指令功能在程序段指令运动完成后开始作用；为“# ”号者，则表示该指令功能与程序段指令运动同时开始参考程序单序号程序说明主程序1：程序号为O0611N010G50 X160 Z100；N015M03 S600 T0101；N020G00 X120 Z5；N025G90 X112 Z-20 F0.3；粗加工110mm外圆N030G00 X160 Z100；N035M01；暂停检

24、测N040M03 S1000；N045G00 X120 Z5；N050G90 X110 Z-20 F0.1；精车110mm外圆N055G00 X160 Z100；N060M01；暂停检测N065M03 S500 T0202；N070G00 X18 Z2；N075G90 X24 Z-45 F0,2；粗车30mm孔N080X28；N085G00 Z100；N090M01；暂停检测N095M03 800；N100G00 X18 Z2；N105G90 X30 Z-45 F0.1；精车30mm孔N11OG00 Z100；N115M01；暂停检测N120M03 500；N125GOO X28 Z2；N13

25、0G72 U3 R1；粗车内表面N130G72 P135 Q150 U-2 W1 F0.2；N135G00 Z-26；N140G01 X63 F0.1；N145G02 X75 W6 R6；N150G01 X75 Z0；N155M03 S800；N160G70 P135 Q150；精车内表面N165GOO X160 Z100；N170M05；N175M30；主程序2：程序号为O0612N010G50 X160 Z100；N015M03 S600 T0101；N020G42 G00 X120 Z2；N025G71 U4 R1；调用外径粗车循环加工外表面N030G71 P35 Q80 U2 W1 F

26、0.3；设定精加工余量N035G00 X72；N040G01 Z0 F0.1；N045G01 Z-7；N050G02 X76 Z-11 R2；N055G01 X84；N060G03 X88 Z-13 R2；N065G01 Z-18；N070G02 X98 Z-23 R5；N075G01 X100；N080G03 X110 Z-28 R5；N085G00 X150 Z100；N090M01；选择停止，以便检测工作N095M03 S800；主轴转速调到800r/mmN100G00 X120 Z2；N105G70 P35 Q80；调用精车循环N110G40 G00 X160 Z100；N120M01

27、；选择停止，以便检测工作N125M03 S600 T0202；N130G41 G00 X28 Z2；N135G72 U3 R1；端面粗车循环加工内表面N140G72 P145 Q160 U-2 W1 F0.2；N145G01 Z-5 F0.1；N150X54；N155G03 X60 Z-2 R3；N160G01 Z1；N165G00 Z100；N170M01；选择停止，以便检测工件N175M02 S800；N180G00 X28 Z2；N185G70 P145 Q160；调用精车循环N190G40 X160 Z150；N195M05；N200M30；程序结束 四 配合零件的数控加工仿真数控仿真

28、软件的出现，是我们学习数控技术的一个突破。我们可以利用仿真软件检查程序的正确性，以及工艺分析的可行性。仿真软件有着很大的作用，可以提高我们新手去加工实体零件的安全性，还可以帮我们剩下不少材料，还可以直接在仿真软件中直接发现我们的不足等特点数控加工程序编制好后将其输入数控车床，然后对刀，在将机床锁住进行程序校验，仔细观察其模拟加工路线是否有干涉、过切、出错等现象，若有应及时对程序错误处进行修改，修改后保存，再次调出修改后的程序进行校验，直到程序万无一失，没有任何错误的情况下方可进行自动加工。注：这个环节是必不可少的，否则会发生打刀等损坏机床其它部件的情况，直接影响机床的加工精度及寿命，更严重的是

29、存在人身安全隐患。这里我采用了南京斯沃数控仿真软件，他的功能是：可以简单方便的车出不同表面粗糙度要求的回转体，有着优越的对刀系统，斯沃系统还会指出程序错误的原因及修改方法。 下面我就给大家详细的介绍下斯沃仿真软件的运用。（一） 仿真操作1、 打开仿真软件并选择机床（1）运行数控加工仿真系统如图4-1所示:2、 工件的定义和刀具的选择刀具的选择（二） 刀补修正1、 程序输入及刀具补正系统装夹好毛坯，调出编制好的程序，直接进行自动加工直至程序结束。2、精度自检将加工好的零件卸下，用游标卡尺、千分尺对零件的尺寸精度及粗糙度进行检测。看是否达到零件的技术要求即可。3、 仿真效果图本零件采用斯沃数控仿真

30、软件模拟加工，加工此零件的车床为FANUC OI标准平床身数控车床。加工仿真效果图如下： 五 总结与展望（一）总结数控机床在现代化的生产加工中的地位越来越重要，代表了一个国家先进生产力。毕业设计期间，在指导老师的精心指导下，实践了数控机床工艺编程及仿真加工技术的应用，深刻体会了数控加工技术的特点。通过对配合件的加工，了解到数控加工技术可靠性、实用性、精确性，也体现了它的普及性。通过这段时间的实践操作，基本熟悉了数控机床工艺编程及操作加工技术的应用，达到了毕业设计的目的。本文就典型盘类零件的数控加工工艺设计作了较详细的分析与阐述。此次设计主要涉及的技术问题有零件的加工工艺性分析、零件的装夹、工艺

31、路线的制订、工序与工步的划分、刀具的选择、切削用量的确定以及车削加工程序的编写。 在设计过程中遇到了零件的同轴度误差0.02、表面粗糙度Ra3.2如何保证，以及孔的加工方法的合理选择等技术难题。我们通过减少装夹次数，从左到右的加工方法有效保证了同轴度的精度要求，合理选择粗、精加工的切削用量参数，尽量减少进给量使得表面粗糙度得到了保证，采用先钻孔再扩孔的方法解决了孔加工的问题。但是，设计中仍然有不足的地方，例如编程误差的解决问题。编程阶段的误差是不可避免的，误差来源主要有三种形式：近似计算误差、插补误差、尺寸圆整误差，直接影响加工尺寸精度，本次加工主要误差是计算误差与圆弧相切的切点坐标及未知交点

32、坐标值。我们是经过笔算获得的数值，存在着较大的误差。为了尽可能的减少笔算误差，可以在AutoCAD上按其尺寸精度绘出零件图，再利用“工具” “查询” “点坐标”捕捉各圆弧切点坐标，其精度达到0.001级，这样能有效地将误差控制在（0.10.2）倍的零件公差值内。（二）展望数控机床的发展将会越来越先进。从数控机床技术水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自动化是数控机床的重要发展趋势。对单台主机不仅要求提高其柔性和自动化程度，还要求具有进入更高层次的柔性制造系统的适应能力。 在数控系统方面，产品都向系列化、模块化、高性能和成套性方向发展。在驱动系统方面，交流驱动系统发展迅速。交流传动已由模拟式方向发展，以运算放大器等模拟器件为主的控制器正在被以微处理器为主的数字集成元件取代，从而克服了零点漂移、温度漂移等弱点。数控技术的应用也会越来越广泛,对制造业的发展起着推动作用。中国是个制造业大国，相信在不久的将来数控加