数控车床加工工艺

数控车床加工工艺 桂林理工大学 毕业(论文) 数控车床加工工艺分析 年 级: 11级 学 号: 5111987211 姓 名: 金芝波 专 业: 数控技术 指导老师: 周敬辉 2013年6月 桂林理工大学大学高职学院毕业论文 目 录 摘 要 ........................................................................................................................... I ABSTRACT ........................................................................................................................... I 第1章 绪 论 ................................................................................................................. 1 1.1 引言 .................................................................................................................... 1 1.2 数控技术的发展背景 ......................................................................................... 1 1.3 数控技术的发展趋势........................................................................................ 1 第2章 数控机床简介及其特点 ...................................................................................... 3 2.1 数控机床简介..................................................................................................... 3 2.1.1 机床本身技术参数 .................................................................................. 3 2.1.2数控系统 .................................................................................................. 3 2.2 数控系统 ............................................................................................................ 4 第3章 数控机床加工工艺及其方法 .............................................................................. 5 3.1数控车床加工程序编制 ...................................................................................... 5 3.2数控车床刀具的选择过程 .................................................................................. 5 3.3数控车床的分类 .................................................................................................. 6 3.4数控车削加工的主要主要对象 .......................................................................... 6 3.5数控车削的加工工艺 .......................................................................................... 6 第4章 数控车床加工零件实例 .................................................................................... 7 4.1零件图 ................................................................................................................. 7 4.2 零件图工艺分析 ............................................................................................... 7 4.3 确定加工顺序及进给路线 ................................................................................ 8 结 论 ........................................................................................................................ 10 致 谢 ........................................................................................................................ 11 参考文献 ........................................................................................................................ 12 桂林理工大学大学高职学院毕业论文 摘要 数控技术是现代制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，离开了数控技 术，先进制造技术就成了无本之木。数控技术的广泛使用给机械制造业生产方式、生 产结构、管理方式带来深刻的变化，它的关联效益和辐射能力更是难以估计。数控技 术及数控装备已成为关系国家战略和体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水 平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控 化，已经成为当今制造业的发展方向。 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，大部分具有回转表面的工件 都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形 面等，所用刀具主要是车刀，它对刀具的选择有很高的要求，还有有对程序的编制要 求正确。 关键词: 车削加工 刀具 零件的工艺过程 程序编制 Absteact Numerical control technology is the modern manufacturing automation, flexibility, integrated production base, left the numerical control technology, advanced manufacturing technology is non-existent. Numerical control technology is widely used for machinery manufacturing production mode, production structure, management mode brings profound changes, its associated benefits and radiation ability is difficult to estimate. Numerical control technology and numerical control equipment has become a national strategy and reflect the national comprehensive national strength level of the important fundamental industry, its level is the core of the measure of a country's manufacturing modernization degree, realize the numerical control machine tools and production II 桂林理工大学大学高职学院毕业论文 process, has become the development direction of today's manufacturing. And turning processing is using relative to the workpiece on the lathe tool rotation method for machining the workpiece. Turning processing the cutting can be mainly provided by the workpiece instead of cutting tools. Turning is the most basic, the most common machining methods, occupies an important position in the production. Turning is suitable for processing of rotary surface, most has the workpiece can be used on the surface of the rotary cutting methods, such as the inner and outer cylinder, inner and outer conical surface, end surface, groove, thread and rotary forming surface, such as cutting tool is mainly used in cutting tool, it's choice of cutter has high requirements, and have the program compiled correctly. Key words: Turning processing The cutting tool The technological process of the parts programming 1 页 第 桂林理工大学高职学院毕业论文 第1章 绪 论 1.1 引言 数控技术是一门集计算机技术、自动化控制技术、测量技术、现代机械制造技术、微电子技术、信息处理技术等多学科交叉的综合技术，是近年来应用领域中发展十分迅速的一项综合性的高新技术。它是为适应高精度、高速度、复杂零件的加工而出现的，是实现自动化、数字化、柔性化、信息化、集成化、网络化的基础，是现代机床装备的灵魂和核心，有着广泛的应用领域和广阔的应用前景。 1.2 数控技术的发展背景 在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件(批量在10,100件)约占机械加工总量的80%以上。尤其是在造船、航天、 为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。 根据国家,,,,,,,,,,,,,，对机床数字控制的定义:用数字控制的装置(简称数控装置)，在运行过程中，不断地引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。用计算机控制加工功能，称计算机数控(computerized numerical ，缩写,,,)。 数控机床即使采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作(如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等)和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，是机床自动加工出所需要的零件。 1.3 数控技术的发展趋势 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大，他对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用。从目前世界上数控技术发展的趋势来看，主要有如下几个方面: 第 2 页 桂林理工大学大学高职学院毕业论文 1. 工序集中的发展趋势 20世纪50年代末期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心，即自备刀具库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工件一次装夹后，机床的机械手可以自动更换刀具，连续的对工件进行多种工序加工。 2. 高精度、高速度的发展趋势 效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。在各个领域都要普及，特别是在航空和宇航工业等高技术含量领域中，其加工的零部件多为薄壁和薄筋，刚度很差，材料为铝或铝合金，只有在高切削速度和切削力很小的情况下，才能对这些筋、壁进行加工，使构件的强度、刚度和可靠性得到提高。这些都对加工装备提出了高速、高精和高柔性的要求。 3. 智能化、开放式、网络化成为当代数控系统发展的主要趋势 21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统，智能化的内容包括在数控系统中的各个方面:为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成;为提高驱动性能及使用连接方便的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负自动选定模型、自整定等;简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等;还有智能诊断、智能监控方面的内容、方便系统的诊断及维修等。为解决传统的数控系统封闭性和数控应用软件的产业化生产存在的问。 目前许多国家对开放式数控系统进行研究，数控系统开放化已经成为数控系统的未来之路。所谓开放式数控系统就是数控系统的开发可以在统一的运行平台上，面向机床厂家和最终用户，通过改变、增加或剪裁结构对象(数控功能)，形成系列化，并可方便地将用户的特殊应用和技术诀窍集成到控制系统中，快速实现不同品种、不同档次的开放式数控系统，形成具有鲜明个性的名牌产品。目前开放式数控系统的体系结构、通信规范、配置规范、运行平台、数控系统功能库以及数控系统功能软件开发工具等是当前研究的核心。网络化数控装备是近两年国际著名机床博览会的一个新亮点。数控装备的网络化将极大地满足生产线、制造系统、制造企业对信息集成的需求，也是实现新的制造模式如敏捷制造、虚拟企业、全球制造的基础单元。国内外一些著名数控机床和数控系统制造公司都在近两年推出了相关的新概念和样机，反映了数控机床加工向网络化方向发展的趋势。 第 3 页 桂林理工大学大学高职学院毕业论文 第二章 数控车床的简介及其特点 2.1数控机床简介 数控机床是一种用电子计算机和专用电子计算装置控制的高效自动化机床。主要 分为立式和卧式两种。立式机床装夹零件方便，但切屑排除较慢;卧式装夹零件不是 非常方便，但排屑性能好，散热很高。数控铣床分三坐标和多坐标两种。三坐标机床 (X、Y、 Z)任意两轴都可以联动，主要用于加工平面曲线的轮廓和开敞曲面的行切。 多坐标机床是在三坐标机床的基础上，通过增加数控分度头或者回转工作台，成为4 坐标或者5坐标机床(甚至多坐标机床)。多坐标机床主要用于曲面轮廓或者由于零 件需要必须摆角加工的零件，如法向钻孔，摆角行切等。摆角形式4坐标的主要为A 或B;5坐标机床主要为AB，AC，BC，可根据零件要求选用。摆角大小由加工的零件 决定。数控机床从组成来看，主要分为以下两方面: 2.11机床本身技术参数 (1) 作台工:零件加工工作平台，尺寸大小应根据加工零件的大小进行选用。 (2) T形槽:工作台上的T形槽主要用于零件的装夹，其中T形槽的槽数、槽宽、相互间 距，需要根据加工工件的特点进行规定。 (3) 主轴:主轴形式，主轴孔形式等， (4) 进给范围:机床X Y Z三个方向的可移动距离(行程)，移动速度的大小;摆 角(A B C)的摆动范围，摆动的速度 (5) 主轴的旋转:主轴的转速，主轴的功率，伺服电机的转矩等 2.12数控系统 数控系统是数控机床的核心。现代数控系统通常是一台带有专门系统软件的专用 微型计算机。它由输入装置、控制运算器和输出装置等构成，它接受控制介质上的数 字化信息，通过控制软件和逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和 指令控制机床的各个部分，进行规定、有序的动作。 作为用户，在考虑数控系统的时候，最关心的是系统的可靠性、可能和优越的性 价比，因此应该考虑以下几个方面: (1)分辨率 分辨率越高，可以清楚的进行控制，适合工业环境使用。 (2)控制轴数和联动轴数应和购买的机床相配合，符合购买的机床情况。 第 4 页 桂林理工大学大学高职学院毕业论文 (3)标准(基本)功能项目功能越全越好，结合机床使用而定，特别是一些自动补偿、自适应 技术模块等先进的检测、监控系统:红外线、温度测量、功率测量、激光检测等先进手段的采 用，将在一定程度上大大提高机床的综合性能，保证机床更加可靠精确地自动工作 2.2数控机床的特点 1.具有高度柔性 在保证工件表面精度，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。 2(加工精度高 数控机床的加工精度，一般可达到0.005,0.1mm，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量(一般为0.001mm)，而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此，数控机床定位精度比较高。 3(加工质量稳定、可靠 加工同一批零件，在同一机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。 4. 生产率高 数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产效率。 第 5 页 桂林理工大学大学高职学院毕业论文 第3章 数控车床的加工工艺及其方法 3.1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。 1. 数控程序编制的基本方法: ? 分析零件图样和制定工艺 ? 数学处理 ? 编写零件加工程序 ? 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。 3.2控车床刀具的选刀过程: 第一条路线为:零件图样、机床影响因素、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:? 加工坐标系:机床坐标系是以机床原点为坐标系原点建立 第 6 页 桂林理工大学大学高职学院毕业论文 起来的,、,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;? 直径编程方式: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。 车削加工是切削加工中最基本的一种加工方法，它是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动来加工工件的，因此车削加工是机械加工中运用最广泛的加工方法，车床占切削加工机床总数的40,左右。 3.3数控车床的分类 ?. 按数控系统的功能分: ? 全功能型数控车床;? 经济型数控车床 ?(按主轴的配置形式分: ? 卧室数控车床; ? 立式数控车床 ?(按数控系统控制的轴数分:? 两轴控制的数控车床;?四轴控制的数控车床 3.4数控车削加工的主要对象 数控车床主要用于加工轴类、盘状类等回转体零件，通过执行数控程序，可以自动完成外圆柱面、成形表面、螺纹、端面等工序的切削加工，并能进行车操、钻孔、扩孔、铰孔等工作。 根据数控加工的特点，数控车床最适合切削具有以下要求和特点的回转体零件 ?. 精度要求高的回转体零件 ?(表面形状复杂或难以控制尺寸的回转体零件 ?(表面粗糙度要求好的回转体零件 ?(带特殊螺纹的回转体零件 3.5数控车削中的加工工艺 数控加工以数控机床加工中的工艺问题为主要研究对象，以机械制造中的工艺理论为基础，结合数控机床的加工特点，综合运用多方面的知识来解决数控加工中的工艺问题。工艺制定的合理与否，对程序编制、机床的加工效率、零件的加工精度都有极为重要的影响。 第 7 页 桂林理工大学大学高职学院毕业论文 第 4章 数控车床加工零件实例 4.1 零件图 根据下图所示的待车削零件，材料为45号钢在数控车床上需要进行的工序为:切削Ф30mm 外圆;R3mm 弧面、锥面、退刀槽、螺纹及倒角。要求分析工艺过程与工艺路线，编写加工程序。 4.2零件图工艺分析 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;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，可采用以下几点工艺措施。 ? 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。 第 8 页 桂林理工大学大学高职学院毕业论文 ? 根据零件结构，选定毛坯Ф35×75。 (1)零件的定位基准和装夹方式 确定坯件轴线和左端大端面(设计基准)为定位基准。左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，右端采用活动顶尖支承的装夹方式。 (2)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(3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,.,,?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，只要正确使用编程指令，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)。 1. 合理选择刀具 1) 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。 2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。 3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。 根据以上要求选择刀具: ? 外圆刀 ?,4的车槽刀 ? 螺纹刀 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 零件名 产品名称或代号 001 典型轴 零件图号 001 称 序号 刀具号 刀具规格名称 数量 加工表面 刀尖半径 备注 车端面及粗车轮 1 T01 硬质合金90º外圆车刀 1 自动 廓 2 T02 ,4的车槽到刀 1 车槽和车断 2 自动 3 T03 硬质合金60º外螺纹车刀 1 精车螺纹 0.15 自动 第 9 页 桂林理工大学大学高职学院毕业论文 2. 合理选择夹具 1) 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具; 2) 零件定位基准重合，以减少定位误差。 3. 确定加工路线 加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。 1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求; 2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。 4.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: O0415 G1 X22 F200 T0101 M3 S400 X16 F18 G0 X100 Z100 G4 X3 X32 Z3 X21 F100 G71 U1 R1 W1 G71 P1 Q2 U0.5 W0.1 F100 X16 F18 N1 G0 X0 G4 X3 G1 Z0 F200 X22 F200 X16 G0 X100 Z100 X19.67 Z-2 F50 M5 Z-24 F90 M00 X20 T0303 M3 S500 X24 Z-39 F40 G0 X21 Z5 Z-45 F90 G76 P020060 Q100 R0.1 G3 X30 W-3 R3 F40 G76 X16.8 Z-22 P1630 Q500 F2.5 N2 G1 Z-60 F90 G0 X100 Z100 G0 X100 Z100 M5 M5 M00 M00 T0202 M3 S200 T0101 M3 S800 G0 Z-59 G0 X32 Z3 X34 G1 X1 F18 G70 P1 Q2 G0 X100 Z100 X34 F200 M5 G0 X100 Z100 M00 M5 T0202 M3 S200 M30 G0 X32 Z3 Z-24 10 页 第 桂林理工大学高职学院毕业论文 结 论 制定符合中国国情的总体发展战略，确立与国际接轨的发展道路，对21世纪我国数控技术与产业的发展至关重要。本文在对数控技术和产业发展趋势进行简单的分析，然后重点对数控车床加工工艺进行详细探讨，对我国数控领域存在的问题进行研究的基础上，对21世纪我国数控技术和产业的发展途径进行了探讨，冲数控车床的简介到如何加工出成品并举出实例详细的论述数控车床的加工工艺。 我们衷心希望，我国科技界、产业界和教育界通力合作，把握好知识经济给我们带来的难得机遇，迎接竞争全球化带来的严峻挑战，以科技创新为先导，以商品化为主干，以管理和营销为重点，以技术支持和服务为后盾，坚持可持续发展道路的总体发展战略在此基础上，研究了发展新型数控系统、数控功能部件、数控机床整机等的具体技术途径。为在21世纪使我国数控技术和产业走向世界的前列，使我国经济继续保持强劲的发展势头而共同努力奋斗～ 第 11 页 桂林理工大学大学高职学院毕业论文 致谢 时光荏苒，美好的大学生活即将画上一个圆满的句号，回望过去放佛依然是昨天，在这个美好的季节里，我在电脑上敲出了最后一个字，心中涌现的不是想象已久的欢欣，却是难以言喻的失落。是的，随着论文的终结，意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束，尽管百般不舍，这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的来临。 我非常感谢我们的周老师安排了这次论文，通过这次毕业论文，在写作的过程中使我对大学三年所学的知识有了一次全面的综合运用，也学到了许多上课时没涉及到的知识，例如;数控零件加工，这些对今后毕业出去工作都有很大的帮助。这次写的论文是我有史以来写的最长文章数字最多的文章，同时给我写文章的水平有了一定的提高。 非常感谢校领导和老师，给我们创造了一个学习的机会，让我在毕业的最后一段时间里学到了很多知识, 本次的设计是三年来学习过程中涵盖面最广的一次设计，它不仅体现了我们对设计的思考，更重要的是对我们三年来所学知识应用到了实践，使我明白了在今后设计过程中的一般步骤和方法，经过这一个月的紧张的毕业设计,使我在理论和动手能力上都有了进一步的提高。 感谢我机械系所有老师还有我小学、初中、高中的老师们，衷心感谢他们多年来的辛勤培养和教诲，正是因为他们的鼓励和支持，才使我不畏困难，迎难而上，不断地克服一个又一个的困难，渡过了大学时代一个又一个的难关，才能让我熬到最后，而如今转眼间十几栽的学生时代即将结束，准备到自己的工作，我一定会以你们高大的形象做榜样，努力工作，不负你们对我的栽培之心。 感谢我的同学，你们是我同比肩成长的小树，有福同享有难同当，不离不弃，是人间的美好更是使我的人生画纸增添了无限的光彩，感谢你们在我无助的时候给我帮助，感谢你们让我度过美好的学生时代，我不会忘记在我们相聚的日子里，有着你们最珍惜的情谊，我会记得在我们年轻的岁月里，有我们最真诚的相知，我会很珍藏这份缘分，谢谢你们我的同学。 最后我要感谢我的父母，假如没有他们辛勤的劳动坚持送我上学，就没有今天我的成才，没有他们谆谆教导我就不会有这美好的大学时代，总之没有他们默默无闻的付出就不会有我今天的收获，非常感谢你们我会在今后的工作中慢慢报答你们对我的爱。 第 12 页 桂林理工大学大学高职学院毕业论文 参 考 文 献 1. 高职高专规划教材审委会组编.数控车削与加工技术.武汉:武汉大学出版 社，2011.3 本文引用部分起80到止96页 2. 徐英良编著.数控机床加工技术.北京: 高等教育出版社，2007.5 本文引用部分第1，10，81页，第341到350页 3. 徐宏海主编.数控加工工艺.北京:化学工业出版社，2003 4. 部分专业术语文字解释来自百度百科