数控毕业论文 零件的数控加工工艺及编程.doc

摘要数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化柔性化集成化生产的重要手段和标志数控技术及数控机床的广泛应用给机械制造业的产业结构产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化数控机床是现代加工车间最重要的装备它的发展是信息技术与制造技术结合发展的结果现代的敏捷制造和智能制造技术都是建立在数控技术之上的数控机床是装备制造业的工作母机是实现制造技术和装备现代化的基石是保证高新技术产业发展和国防军工现代化的战略装备在全球倡导绿色制造的大环境下机床数控化改造成为了热点它包括普通机床的数控化改造和数控机床的升级本次设计内容介绍了数控加工的特点加工工艺分析以及数控编程的一般步骤并通过一定的实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法关键词数控技术加工工艺编程江西渝州科技学院毕业设计论文目录摘要第章零件结构工艺分析毛胚及加工定位基准的确定零件图分析工件的加工工艺分析工件毛坯的确定定位基准的选择第章拟定加工工艺路线制定工序卡片工序的划分加工顺序的安排控机床加工工序和加工路线的设计确定切削用量第章确定加工余量工序尺寸和公差以及工艺尺寸链计算加工余量的确定确定工序尺寸及其公差第章数控编程数控车床的编程特点数控车床的编程指令加工路线的确定零件及加工程序编制结论第章零件结构工艺分析毛胚及加工定位基准的确定零件图分析在设计零件的加工工艺规程时首先要对加工对象进行深入分析对于数控车削加工应考虑以下几方面构成零件轮廓的几何条件在车削加工中手工编程时要计算每个节点坐标在自动编程时要对构成零件轮廓所有几何元素进行定义因此在分析零件图时应注意零件图上是否漏掉某尺寸使其几何条件不充分影响到零件轮廓的构成零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清使编程无法下手零件图上给定的几何条件是否不合理造成数学处理困难零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸尺寸精度要求分析零件图样尺寸精度的要求以判断能否利用车削工艺达到并确定控制尺寸精度的工艺方法在该项分析过程中还可以同时进行一些尺寸的换算如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等在利用数控车床车削零件时常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据形状和位置精度的要求零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据加工时要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性处理以便有效的控制零件的形状和位置精度表面粗糙度要求表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求也是合理选择数控车床刀具及确定切削用量的依据工件的加工工艺分析断屑处理可采用改变刀具切削部分的几何角度增加断屑器和通过编程技巧以满足加工中的断屑要求连续进行间隔式暂停对连续运动轨迹进行分段加工每相邻加工工段中间用指令功能将其隔开并设定较短的间隔时间其分段多少断屑要求而定进退刀交换安排在钻削深孔等加工中可通过工序使钻头钻入材料内一段并经短暂延时后快速退出配件后在钻入一段并依次循环以满足断屑排泄的要求进给方向的特殊安排轴方向的进给运动在沿负轴方向走刀时有时并不合理甚至车坏工件工件毛坯的确定零件材料及其力学性能零件的材料及其力学性能大致确定了毛坯的种类例如钢质零件若力学性能要求不太高且形状不十分复杂时可选择型材毛坯但若要求较高的力学性能则应选择锻件毛坯零件的结构形状与外形尺寸如形状复杂的大型零件毛坯可采用砂型铸造一般用途的阶梯轴若各台阶直径相差不大可用圆棒料反之则选择锻件毛坯较为合适对于锻件毛坯尺寸大的零件一般选择自由锻造中小型零件可选择模锻定位基准的选择定位基准包括粗基准和精基准粗基准用未加工过的毛坯表面做基准精基准用已加工过的表面做基准粗基准的选择原则粗基准影响位置精度各加工表面的余量大小均匀足够重点考虑如何保证各加工表面有足够余量使不加工表面和加工表面间的尺寸位置符合零件图要求精基准的选择原则基准重合的原则定为基准与设计基准重合基准统一原则尽量选用一组精基准定位以此加工工件的大多数表面的工艺原则互为基准原则当某些表面位置精度要求很高时采用互为基准反复加工的一种原则自为基准原则当加工面的表面质量要求很高时为保证加工面有很小的且均匀的余量常用加工面本身作为基准进行加工的一种工艺原则便于装夹的原则第章拟定加工工艺路线制定工序卡片工序的划分数控机床与普通机床加工相比较加工工序更加集中根据数控机床的加工特点加工工序的划分有以下几种方式根据装夹定位划分工序这种方法一般适应于加工内容不多的工件主要是将加工部位分为几个部分每道工序加工其中一部分如加工外形时以内腔夹紧加工内腔时以外形夹紧按所用刀具划分工序为了减少换刀次数和空程时间可以采用刀具集中的原则划分工序在一次装夹中用一把刀完成可以加工的全部加工部位然后再换第二把刀加工其他部位在专用数控机床或加工中心上大多采用这种方法以粗精加工划分工序对易产生加工变形的零件考虑到工件的加工精度变形等因素可按粗精加工分开的原则来划分工序即先粗后精在工序的划分中要根据工件的结构要求工件的安装方式工件的加工工艺性数控机床的性能以及工厂生产组织与治理等因素灵活把握力求合理加工顺序的安排加工顺序的安排应根据工件的结构和毛坯状况选择工件定位和安装方式重点保证工件的刚度不被破坏尽量减少变形因此加工顺序的安排应遵循以下原则上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧先加工工件的内腔后加工工件的外轮廓尽量减少重复定位与换刀次数在一次安装加工多道工序中先安排对工件刚性破坏较小的工序控机床加工工序和加工路线的设计数控机床加工工序设计的主要任务确定工序的具体加工内容切削用量工艺装备定位安装方式及刀具运动轨迹为编制程序作好预备其中加工路线的设定是很重要的环节加工路线是刀具在切削加工过程中刀位点相对于工件的运动轨迹它不仅包括加工工序的内容也反映加工顺序的安排因而加工路线是编写加工程序的重要依据刀具的选择刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的应根据机床的加工能力工件材科的性能加工工序切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄刀具选择总的原则是安装调整方便刚性好耐用度和精度高在满足加工要求的前提下尽量选择较短的刀柄以提高刀具加工的刚性确定切削用量确定主轴转速主轴转速应根据允许的切削速度和工件或刀具直径来选择其计算公式为式中切削速度单位为动由刀具的耐用度决定主轴转速单位为工件直径或刀具直径单位为计算的主轴转速最后要选取机床有的或较接近的转速确定进给速度进给速度是数控机床切削用量中的重要参数主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具工件的材料性质选取最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制确定进给速度的原则当工件的质量要求能够得到保证时为提高生产效率可选择较高的进给速度一般在一范围内选取在切断加工深孔或用高速钢刀具加工时宜选择较低的进给速度一般在一范围内选取当加工精度表面粗糙度要求高时进给速度应选小些一般在范围内选取刀具空行程时特别是远距离回零时可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度确定背吃刀量背吃刀量根据机床工件和刀具的刚度来决定在刚度允许的条件下应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量这样可以减少走刀次数提高生产效率为了保证加工表面质量可留少量精加工余量一般总之切削用量的具体数值应根据机床性能相关的手册并结合实际经验用类比方法确定同时使主轴转速切削深度及进给速度三者能相互适应以形成最佳切削用量而且其数值合理与否对加工质量加工效率生产成本等有着非常重要的影响所谓合理的切削用量是指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前提下获得高的生产率和低的加工成本的切削用量第章确定加工余量工序尺寸和公差以及工艺尺寸链计算加工余量的确定确定加工余量的方法有种分析计算法经验估算法和查表修正法分析计算法本方法是根据有关加工余量计算公式和一定的试验资料对影响加工余量的各项因素进行分析和综合计算来确定加工余量用这种方法确定加工余量比较经济合理但必须有比较全面和可靠的试验资料目前只在材料十分贵重以及军工生产或少数大量生产的工厂中采用经验估算法本方法是根据工厂的生产技术水平依靠实际经验确定加工余量为防止因余量过小而产生废品经验估计的数值总是偏大这种方法常用于单件小批量生产查表修正法此法是根据各工厂长期的生产实践与试验研究所积累的有关加工余量数据制成各种表格并汇编成手册确定加工余量时查阅有关手册再结合本厂的实际情况进行适当修正后确定目前此法应用较为普遍确定工序尺寸及其公差机械加工过程中工件的尺寸在不断地变化由毛坯尺寸到工序尺寸最后达到设计要求的尺寸应用尺寸链理论去揭示它们之间的内在关系掌握它们的变化规律是合理确定工序尺寸及其公差和计算各种工艺尺寸的基础尺寸链的计算方法有两种极值法与概率法极值法是从最坏情况出发来考虑问题的即当所有增环都为最大极限尺寸而减环恰好都为最小极限尺寸或所有增环都为最小极限尺寸而减环恰好都为最大极限尺寸来计算封闭环的极限尺寸和公差事实上一批零件的实际尺寸是在公差带范围内变化的极值法解工艺尺寸链的基本计算公式尺寸链的计算方法有两种极值法与概率法极值法是从最坏情况出发来考虑问题的即当所有增环都为最大极限尺寸而减环恰好都为最小极限尺寸或所有增环都为最小极限尺寸而减环恰好都为最大极限尺寸来计算封闭环的极限尺寸和公差封闭环的基本尺寸式中为增环的环数为组成环的环数下同封闭环的极限尺寸封闭环的极限偏差封闭环的公差封闭环的平均尺寸式中增环的平均尺寸减环的平均尺寸组成环的平均尺寸工序尺寸及其公差的确定在零件加工过程中有时为方便定位或加工选用不是设计基准的几何要素作定位基准在这种定位基准与设计基准不重合的情况下需要通过尺寸换算改注有关工序尺寸及公差并按换算后的工序尺寸及公差加工以保证零件的原设计要求中间工序的工序尺寸及其公差的求解计算在工件加工过程中有时一个基面的加工会同时影响两个设计尺寸的数值这时需要直接保证其中公差要求较严的一个设计尺寸而另一设计尺寸需由该工序前面的某一中间工序的合理工序尺寸间接保证为此需要对中间工序尺寸进行计算第章数控编程数控车床的编程特点数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一数控车床主要用于加工轴类盘类等回转体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铰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由于这些零件的径向尺寸无论是测量尺寸还是图纸尺寸都是以直径值来表示的所以数控车床采用直径编程方式即规定用绝对值编程时为直径值用相对值编程时则以刀具径向实际位移量的二倍值为编程值对于不同的数控车床不同的数控系统其编程基本上是相同的个别有差异的地方要参照具体机床的用户手册或编程手册下面为一数控车床照片数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一数控车床主要用于加工轴类盘类等回转体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铰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由于这些零件的径向尺寸无论是测量尺寸还是图纸尺寸都是以直径值来表示的所以数控车床采用直径编程方式即规定用绝对值编程时为直径值用相对值编程时则以刀具径向实际位移量的二倍值为编程值对于不同的数控车床不同的数控系统其编程基本上是相同的个别有差异的地方要参照具体机床的用户手册或编程手册图为一数控车床照片图数控车床的编程指令快速移动直线插补顺时针圆弧插补逆时针圆弧插补暂停精确停止选择平面选择平面选择平面英制公制返回参考点取消刀具半径补偿刀具半径左补偿刀具半径右补偿刀具长度正向补偿刀具长度负向补偿取消刀具长度补偿工件坐标系深孔转削固定循环反螺纹攻丝固定循环精镗固定循取消固定循环钻削固定循环钻削固定循环深孔钻削固定循环攻丝固定循环镗削固定循环镗削固定循环反镗固定循环镗削固定循环镗削固定循环绝对指令编程增量指令编程固定循环返回初始点固定循环返回点程序停止有条件停止程序结束主轴正转主轴反转主轴停止换刀冷却液开冷却液关程序结束并返回程序调用子程序子程序结束返回重复执行加工路线的确定加工路线的确定首先必须保持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较高等因精加工的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的因此确定进给路线的工作重点是确定粗加工及空行程的进给路线下面将具体分析加工路线与加工余量的关系在数控车床还未达到普及使用的条件下一般应把毛坯件上过多的余量特别是含有锻铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工如必须用数控车床加工时则要注意程序的灵活安排安排一些子程序对余量过多的部位先作一定的切削加工对大余量毛坯进行阶梯切削时的加工路线图所示为车削大余量工件的两种加工路线图是错误的阶梯切削路线图按的顺序切削每次切削所留余量相等是正确的阶梯切削路线因为在同样背吃刀量的条件下按图方式加工所剩的余量过多图根据数控加工的特点还可以放弃常用的阶梯车削法改用依次从轴向和径向进刀顺工件毛坯轮廓走刀的路线如图所示图分层切削时刀具的终止位置当某表面的余量较多需分层多次走刀切削时从第二刀开始就要注意防止走刀到终点时切削深度的猛增如图所示设以主偏角刀分层车削外圆合理的安排应是每一刀的切削终点依次提前一小段距离例如可取如果则每一刀都终止在同一轴向位置上主切削刃就可能受到瞬时的重负荷冲击当刀具的主偏角大于但仍然接近时也宜作出层层递退的安排经验表明这对延长粗加工刀具的寿命是有利的图刀具的切入切出在数控机床上进行加工时要安排好刀具的切入切出路线尽量使刀具沿轮廓的切线方向切入切出尤其是车螺纹时必须设置升速段和降速段如图这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定图确定最短的空行程路线确定最短的走刀路线除了依靠大量的实践经验外还应善于分析必要时辅以一些简单计算现将实践中的部分设计方法或思路介绍如下巧用对刀点图为采用矩形循环方式进行粗车的一般情况示例其起刀点的设定是考虑到精车等加工过程中需方便地换刀故设置在离坯料较远的位置处同时将起刀点与其对刀点重合在一起按三刀粗车的走刀路线安排如下零件及加工程序编制机床和毛坯的选择这对配合件是典型的轴类零件主要加工有内外圆柱面外圆柱面内而外螺纹半椭圆面和圆弧面的加工故选择卧式高效数控车床即可完成所有加工面的加工要求具体说加工零件有粗精车外形车槽车螺纹镗内孔车内槽车内螺纹等工序所需刀具不超过八把故选择国产型卧式数控车床即可满足上述要求该机床规格为直径轴行程为轴行程为尾座体行程摧力为主轴转速范围为定位精度和重复定位精度分别为和刀架容量是把数控系统为工件在依次装夹中即可完成外圆车槽车螺纹镗孔等工步的加工毛坯零件尺寸为直径内孔毛坯零件直径图示例图表刀具切削参数表刀具号加工内容刀具规格主轴转速进给速度类型材料粗加工外轮廓菱形刀片硬质合金精加工轮外廓粗镗内轮廓内孔镗刀精镗内轮廓车内槽内车槽刀硬质合金内螺纹内螺纹车刀表零件的工艺路线序号工序内容用号刀进行毛坯固定循环粗加工零件右端外轮廓用号刀进行固定循环精加工零件右端外轮廓掉头夹毛坯用号刀进行粗加工零件左端外轮廓用号刀进行精加工件左端外形至最终尺寸暂停用直径的麻花钻钻一个直径的盲孔用号刀毛坯固定循环粗加工件左端内孔用号刀固定循环精加工左端内孔至尺寸用号刀车直径的内槽用号刀螺纹复合循环加工内螺纹图右端各基点的坐标值图左端各基点的坐标值图左端各基点的坐标值手工编程程序采用系统编程表程序表单加工零件右端外轮廓主程序名换号刀定位换刀点主轴转速正转循环始点粗车固定循环每次切深单边退刀量单边精加工余量双边精加工余量粗车进给速度进刀精车进给量刀具直线插补到点退刀会换刀点换号刀主轴转速正转粗车固定循环起点精加工退刀主轴转速正转进给速度椭圆加工起点最大切削余量毛坯余量小于则跳转到调用椭圆子程序背吃到量调制到退刀主轴转速正转进给速度毛坯余量为调用子程序精加工会换刀点主轴停转程序结束椭圆加工子程序名长半轴短半轴起点至椭圆圆心的尺寸是否走到轴终点则执行程序段计算公式轴变量椭圆插补轴步距跳转刀退刀子程序结束加工左端外轮廓主程序名换号刀回换刀点主轴转速正转粗车循环始点粗车固定循环每次切深单边退刀量单边精加工余量双边精加工余量粗车进给速度进刀精车进给量点点点走圆弧退刀换号刀主轴转速正转进给速度快速进刀精加工会换刀点主轴停转程序结束左端内孔加工程序粗镗孔刀会换刀点主轴转速正转粗车循环始点粗车固定循环每次切深单边退刀量单边精加工余量双边精加工余量粗车进给速度循环开始点点点点点点点点会换刀点精镗孔刀主轴转速正转进给速度精加工起点精加工会换刀点内切槽刀主轴转速正转进给速度移至加工附近车槽起点进刀暂停退刀进刀退刀暂停退刀会换刀点车螺纹主轴转速正转进给速度接近工件精加工次数次个导程刀尖角度精加工余量半径差为牙高深度背吃刀量螺纹螺距退刀主轴停止程序结束结论通过以上程序的数控车削加工对数控车削加工的整个过程有了较为全面的了解通过本设计中选择刀具对数控机床工具系统的特点数控机床刀具材料和使用范围有了较深的了解基本掌握了数控机床刀具的使用方法经过设计加工方案进一步了解了工件定位的基本原理定位方式与定位元件及数控机床用夹具的种类与特点对教材中有关定位基准的选择原则与数控加工夹具的选择方法有了更深的了解经过编制零件的加工程序基本熟悉数控编程的主要内容及步骤编程的种类程序结构与格式对数控编程前数学处理内容基点坐标辅助程序段的数值计算有了进一步的认识另外工艺设计数值计算及程序编制的过程比较繁重设计过程当中自己不断学习和实践每解决一个问题都会感到不尽的喜悦和兴奋通过本设计的实践真切体会到理论必须和生产实践结合教材中所学到的许多内容在实践中得到可印证但在具体操作中也出现了一些意向不到的事情在工艺方案确定后加工程序也经过多次试调修改才最终完成了零件的加工看到自己加工出合格的零件对自己所学的专业更加充满信心学生签名鲁华通日期