“機械設計制造及自動化”畢業(yè)設計（論文）-數(shù)控車床加工方案設計

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“機械設計制造及自動化”畢業(yè)設計（論文）,題目：數(shù)控車床加工方案設計,學員：XX,,數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)字控制系統(tǒng)簡稱，英文名稱為Numerical Control System，早期是由硬件電路構成的稱為硬件數(shù)控（Hard NC），1970年代以后，硬件電路元件逐步由專用的計算機代替稱為計算機數(shù)控系統(tǒng)。計算機數(shù)控（Computerized numerical control，簡稱CNC）系統(tǒng)是用計算機控制加工功能，實現(xiàn)數(shù)值控制的系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)根據(jù)計算機存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅動裝置的專用計算機系統(tǒng)。 數(shù)控車床是目前使用最廣泛的數(shù)控機床之一。數(shù)控車床主要用于加工軸類、盤類等回轉體零件。通過數(shù)控加工程序的運行，可自動完成內外圓柱面、圓錐面、成形表面、螺紋和端面等工序的切削加工，并能進行車槽、鉆孔、擴孔、鉸孔、鏜孔等加工。 數(shù)控車床種類較多，但主體結構都是由：車床本體、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)及輔助裝置四大部分組成。 NC編程就是將加工零件的加工順序、刀具運動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)（主運動和進給運動速度、切削深度）以及輔助操作（換刀、主軸正反轉、冷卻液開關、刀具夾緊、松開等）加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。 數(shù)控機床程序編制過程主要包括：分析零件圖紙、工藝處理、數(shù)學處理、編寫零件程序、程序校驗。 關鍵詞：數(shù)控，車床，編程，加工,摘 要,目錄,摘 要Ⅰ 目 錄……………………………………………………Ⅲ一、 引 言 1 二、數(shù)控概述 3 2.1數(shù)控機床的簡介 3 2.2數(shù)控機床特點 3 2.3數(shù)控機床組成 5 2.4數(shù)控機床分類 5 2.5數(shù)拉機床的應用 9 2.6數(shù)拉機床的發(fā)展趨勢 9 三、數(shù)控加工工藝分析 11 3.1 數(shù)控加工工藝概念 11 3.2 數(shù)控加工工藝內容 11 3.3 工序與工布的劃分 11 四、數(shù)控編程方法 13 4.1 數(shù)控編程的基本概念 13 4.2 數(shù)控編程步驟 13 4.3 數(shù)控車床程序的編制 14,五、數(shù)控刀具的選用 17 5.1 數(shù)控機床的刀具特點 17 5.2 刀具材料 17 5.3數(shù)控刀具的選擇 18 5.4切屑用量的選擇 19 六、夾具選擇和裝夾 20 6.1夾具的分類： 20 6.2工件在數(shù)控車床上的裝夾： 20 七、零件加工編程實例 22 7.1 零件的工藝分析 22 7.2確定加工路線 23 7.3制定加工方案 23 7.4選擇刀具及對刀 23 7.5 確定工件坐標系、對刀點和換刀點 23 八、結 論 30 九、致謝 31 參考文獻 32,一、引言,數(shù)控技術是先進制造技術的基礎，它是綜合應用了計算機、自動控制、電氣傳動、自動檢測、精密機械制造和管理信息等技術而發(fā)展起來的高新科技。作為數(shù)控加工的主體設備，數(shù)控機床是典型的機電一體化產(chǎn)品。數(shù)控機床代表一個民族制造工業(yè)現(xiàn)代化的水平，隨著現(xiàn)代化科學技術的迅速發(fā)展，制造技術和自動化水平的高低已成為衡量一個國家或地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展水平的重要標志。 本文主要討論數(shù)控車床的零件加工工藝以及程序編制，主要以FANUC數(shù)控系統(tǒng)為例，結合典型零件對數(shù)控車零件進行講解。主要內容有關于數(shù)控車床的編程方法、編程的注意事項、加工工藝分析、刀具的選用、刀位軌跡計算 1．數(shù)控（NC)是數(shù)字控制（Numerical Control）的英文簡稱。它是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設備動作控制的技術。其技術涉及多個領域：(1)機械制造技術；(2)信息處理、加工、傳輸技術；(3)自動控制技術；(4)伺服驅動技術；(5)傳感器技術；(6)軟件技術等。 2．計算機數(shù)控（CNC）是計算機數(shù)控（Compute Numerical Control ）的英文簡稱。它是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術。這種技術用計算機按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設備的運動軌跡和外設的操作時序邏輯控制功能。由于采用計算機替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入操作指令的存貯、處理、運算、邏輯判斷等各種控制機能的實現(xiàn)，均可通過計算機軟件來完成，處理生成的微觀指令傳送給伺服驅動裝置驅動電機或液壓執(zhí)行元件帶動設備運行。 3．直接數(shù)控（DNC）是直接數(shù)控（Direct Numerical Control）的英文簡稱。它是用電子計算機對具有數(shù)控裝置的機床群直接進行聯(lián)機控制和管理，英文縮寫DNC。直接數(shù)控又稱群控，控制的機床由幾臺至幾十臺。直接數(shù)控是在數(shù)控 (NC)和計算機數(shù)控(CNC)基礎上發(fā)展起來的。 4．微機數(shù)控（MNC）是微型計算機數(shù)控(Micro-computer Numerical Control)的英文簡稱。它是指用微處理器和半導體存貯器的微型計算機數(shù)控裝置。 5．數(shù)控機床（Numerical Controled Machine Tool），是用數(shù)字代碼形式的信息(程序指令)，控制刀具按給定的工作程序、運動速度和軌跡進行自動加工的機床，簡稱數(shù)控機床。 機床夾具的種類很多，按使用機床類型分類，可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、加工中心夾具和其他夾具等。按驅動夾具工作的動力源分類，可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具和自夾緊夾具等。,二、數(shù)控的概述,2.1數(shù)控機床簡介 數(shù)控車床、車削中心，是一種高精度、高效率的自動化機床。配備多工位刀塔或動力刀塔，機床就具有廣泛的加工工藝性能，可加工直線圓柱、斜線圓柱、圓弧和各種螺紋、槽、蝸桿等復雜工件，具有直線插補、圓弧插補各種補償功能，并在復雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)揮 了良好的經(jīng)濟效果。 “CNC”是英文Computerized Numerical Control（計算機數(shù)字化控制）的縮寫。數(shù)控機床是按照事先編制好的加工程序，自動地對被加工零件進行加工。我們把零件的加工工藝路線、工藝參數(shù)、刀具的運動軌跡、位移量、切削參數(shù)(主軸轉數(shù)、進給量、背吃刀量等)以及輔助功能(換刀、主軸正轉、反轉、切削液開、關等)，按照數(shù)控機床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單，再把這程序單中的內容記錄在控制介質上(如穿孔紙帶、磁帶、磁盤、磁泡存儲器)，然后輸入到數(shù)控機床的數(shù)控裝置中，從而指揮機床加工零件。 這種從零件圖的分析到制成控制介質的全部過程叫數(shù)控程序的編制。數(shù)控機床與普通機床加工零件的區(qū)別在于數(shù)控機床是按照程序自動加工零件，而普通機床要由人來操作，我們只要改變控制機床動作的程序就可以達到加工不同零件的目的。因此，數(shù)控機床特別適用于加工小批量且形狀復雜要求精度高的零件。 數(shù)控機床種類繁多，由數(shù)控系統(tǒng)通過伺服驅動系統(tǒng)去控制各運動部件的動作，主要用于軸類和盤類回轉體零件的多工序加工，具有高精度、高效率、高柔性化等綜合特點，適合中小批量形狀復雜零件的多品種、多規(guī)格生產(chǎn)。,2．2數(shù)控機床特點 數(shù)控機床的操作和監(jiān)控全部在這個數(shù)控單元中完成，它是數(shù)控機床的大腦。與普通機床相比，數(shù)控機床有如下特點： 1．加工精度高 數(shù)控機床是按數(shù)字形式給出的指令進行加工的。目前數(shù)控機床的脈沖當量普遍達到了0.001mm，而且進給傳動鏈的反向間隙與絲杠螺距誤差等均可由數(shù)控裝置進行補償，因此，數(shù)控機床能達到很高的加工精度。對于中、小型數(shù)控機床，其定位精度普遍可達0.03 mm,重復定位精度為0.006 mm。 2．對加工對象的適應性強 數(shù)控機床上改變加工零件時，只須重新編制程序，輸人新的程序郭能實現(xiàn)對新的零件的加工，這就為復雜結構的單件、小批量生產(chǎn)以及試制新產(chǎn)品提供了極大的便利。對那些普通手工操作的普通機床很難加工或無法加工的精密復雜零件，數(shù)控機床也能實現(xiàn)自動加工。 3．動化程度高，勞動強度低 機床對零件的加工是按事先編好的程序自動完成的，操作者除了安放穿孔帶或操作鍵盤、裝卸工件、對關鍵工序的中間檢測以及觀察機床運行之外，不需要進行復雜的重復性手工操作，勞動強度與緊張程度均可大為減輕，加上數(shù)控機床一般有較好的安全防護、自動排屑、自動冷卻和自動潤滑裝置，操作者的勞動條件也大為改善。 4．產(chǎn)效率高 加工所需的時間主要包括機動時間和輔助時間兩部分。數(shù)控機床主軸的轉速和進給量的變化范圍比普通機床大，因此數(shù)控機床的每一道工序都可選用最有利的切削用量。由于數(shù)控機床的結構剛性好，因此，允許進行大切削量的強力切削，這就提高了切削效率，節(jié)省了機動時間。因為數(shù)控機床的移動部件的空行程運動速度快，所以工件的裝夾時間、輔助時間比一般機床少。 數(shù)拉機床更換被加工零件時幾乎不需要重新調整機床.故節(jié)省了零件安裝調整時間。數(shù)控機床加工質量穩(wěn)定，一般只做首件檢驗和工序間關鍵尺寸的抽樣檢驗，因此節(jié)省了停機檢驗時間。當在加工中心上進行加工時一臺機床實現(xiàn)了多道工序的連續(xù)加工，生產(chǎn)效率的提高更為明顯。 5．濟效益良好 機床雖然價值昂貴，加工時分到每個零件上的設備折舊費高，但是在單件、小批量生產(chǎn)的情況下： ① 使用數(shù)控機床加工，可節(jié)省劃線工時，減少調整、加工和檢驗時間，節(jié)省了直接生產(chǎn)費用； ② 使用數(shù)控機床加工零件一般不需要制作專用夾具，節(jié)省了工藝裝備費用。 ③ 數(shù)控加工精度穩(wěn)定，減少了廢品率，使生產(chǎn)成本進一步下降； ④ 數(shù)控機床可實現(xiàn)一機多用，節(jié)省廠房面積，節(jié)省建廠投資。因此，使用 數(shù)控機床仍獲得良好的經(jīng)濟效益。,2.3數(shù)控機床的組成 數(shù)控機床一般由下列幾個部分組成： 1．主機 是數(shù)控機床的主體，包括機床身、立柱、主軸、進給機構等機械部件。是用于完成各種切削加工的機械部件。 2．數(shù)控裝置 是數(shù)控機床的核心，包括硬件（印刷電路板、CRT顯示器、鍵盒、紙帶閱讀機等）以及相應的軟件，用于輸入數(shù)字化的零件程序，并完成輸入信息的存儲、數(shù)據(jù)的變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能。 3．驅動裝置 是數(shù)控機床執(zhí)行機構的驅動部件，包括主軸驅動單元、進給單元、主軸電機及進給電機等。在數(shù)控裝置的控制下通過電氣或電液伺服系統(tǒng)實現(xiàn)主軸和進給驅動。當幾個進給聯(lián)動時，可以完成定位、直線、平面曲線和空間曲線的加工。 4．輔助裝置 指數(shù)控機床的一些必要的配套部件，用以保證數(shù)控機床的運行，如冷卻、排屑、潤滑、照明、監(jiān)測等。包括液壓和氣動裝置、排屑裝置、交換工作臺、數(shù)控轉臺和數(shù)控分度頭，還包括刀具及監(jiān)控檢測裝置等。 5．編程及其他附屬設備 可用來在機外進行零件的程序編制、存儲等。,2.4數(shù)控機床的分類 數(shù)控機床的品種規(guī)格很多，分類方法也各不相同.一般可根據(jù)功能和結構，按下面四種原則進行分類。 1．按機床運動的控制執(zhí)進分類 (1) 點位控制數(shù)控機床 點位控制數(shù)控機床只要求控制機床的移動部件從一點移動到另一點的準確定位，對于點與點之間的運動軌跡的要求并不嚴格，在移動過程中不進行加工，各坐標軸之間的運動是不相關的。為了實現(xiàn)既快又精確的定位，兩點間位移的移動一般先快速移動，然后慢速趨近定位點，從而保證定位精度。具有點位控制功能的機床主要有數(shù)控鉆床、數(shù)控鏜床和數(shù)控沖床等。 (2) 直線控制數(shù)控機床 直線控制數(shù)控機床也稱為平行控制數(shù)控機床，其特點是除了控制點與點之間的準確定位外.還要控制兩相關點之間的移動速度和移動軌跡，但其運動路線只是與機床坐標軸平行移動，也就是說同時控制的坐標軸只有一個，在移位的過程中刀具能以指定的進給速度進行切削.其有直線控制功能的機床主要有數(shù)控車床、兩軸控制的數(shù)控銑床和數(shù)控磨床等。 (3) 輪廓控制數(shù)控機床 廓控制數(shù)控機床也稱連續(xù)控制數(shù)控機床，其控制特點是能夠對兩個或兩個以上的運動坐標方向的位移和速度同時進行控制.為了滿足刀具沿工件輪廓的相對運動軌跡符合工件加工輪廓的要求，必須將各坐標方向運動的位移控制和速度控制按照規(guī)定的比例關系精確地協(xié)調起來。因此，在這類控制方式中.就要求數(shù)控裝置具有插補運算功能，通過數(shù)控系統(tǒng)內插補運算器的處理，把直線或圓弧的形狀描述出來，也就是一邊計算，一邊加工。 根據(jù)計算結果向各坐標軸控制器分配脈沖量，從而控制各坐標軸的聯(lián)動位移量與要求的輪廓相符合.在運動過程中刀具對工件表面連續(xù)進行切削，可以進行各種直線、圓弧、曲線的加工。輪廓控制的加工軌跡。 這類機床主要有數(shù)控車削中心、數(shù)控銑床、數(shù)控電火花機床和加工中心等，其相應的數(shù)控裝置稱為輪廓控制數(shù)控系統(tǒng)。根據(jù)它所控制的聯(lián)動坐標軸數(shù)不同，又可以分為下面兒種形式。 3) 三軸聯(lián)動 一般分為兩類，一類就是X,Y,Z三個直線坐標軸聯(lián)動，比較多地用于數(shù)控銑床和加工中心等;另一類是除了同時控制X,Y,Z其中兩個直線坐標軸外，還同時控制圍繞其中某一直線坐標軸旋轉的旋轉坐標軸，如車削加工中心，它除了縱向((Z軸)、橫向(X軸)兩個直線坐標軸聯(lián)動外，還要同時控制圍繞Z軸旋轉的主軸(C軸)聯(lián)動. 4) 四軸聯(lián)動 它同時控制X,Y,Z三個直線坐標軸與某一旋轉坐標軸聯(lián)動。 5) 五軸聯(lián)動 除同時控制X,Y,Z三個直線坐標軸聯(lián)動外，還同時控制圍繞這些直線坐標軸旋轉的A,B,C坐標軸中的兩個坐標軸，形成同時控制五個軸聯(lián)動。這時刀具可以被定在空間的任意方向，比如控制刀具同時繞X軸和Y軸兩個方向擺動.使得刀具在其切削點上始終保持與被加工的輪廓曲面成法線方向，以保證被加工曲面的光滑性，提高其加工精度和加工效率，減小被加工表面的粗糙度，提高表面加工質量。,2．按伺服系統(tǒng)拉制的方式進行分類 (1) 開環(huán)控制數(shù)控機床 開環(huán)控制數(shù)控機床的進給伺服驅動是開環(huán)的，即沒有槍測反饋裝置，一般采用步進電動機。步進電動機的主要特征是控制電路每變換一次指令脈沖信號，電動機就轉動一個步距角，并且電動機本身就有自鎖能力。 數(shù)控系統(tǒng)輸出的進給指令信號通過脈沖分配器來控制馭動電路。它以變換脈沖的個數(shù)來控制坐標位移量，以變換脈沖的頻率來控制位移速度，以變換脈沖的分配順序來控制位移的方向.因此，這種控制方式的最大特點是控制方便、結構簡單、價格便宜。因為數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令信號流是單向的，所以不存在控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性問題，但由于機械傳動的誤差不經(jīng)過反饋校正，因而位移精度不高。 (2) 閉環(huán)控制數(shù)控機床 閉環(huán)控制數(shù)控機床的進給伺服驅動是按閉環(huán)反饋控制方式工作的，其馭動電動機可采用直流或交流兩種伺服電動機，并需要具有位置反饋和速度反饋，在加工中隨時檢測移動部件的實際位移量，并及時反饋給數(shù)控系統(tǒng)中的比較器。它與插補運算所得到的指令信號進行比較，其差值又作為伺服馭動的控制信號，進而帶動位移部件以消除位移誤差。 按位置反談檢側元件的安裝部位和所使用的反饋裝置的不同，它又分為全閉環(huán)控制和半閉環(huán)控制兩種控制方式。 全閉環(huán)控制 其位置反饋裝置采用直線位移檢測元件(目前一般采用光 柵尺)，安裝在機床的工作臺側面，即直接檢側機床工作臺坐標的直線位移M，并通過反饋消除從電動機到機床工作臺的整個機械傳動鏈中的傳動誤差，從而得到機床工作臺的準確位置。這種全閉環(huán)控制方式主要用于精度要求很高的數(shù)控坐標鏜床和數(shù)控精密磨床等。 半閉環(huán)控制 其位置反饋采用轉角檢測元件(目前主要采用編碼器等)直 接安裝在伺服電動機或絲杠端部。由于大部分機械傳動環(huán)節(jié)未包括在系統(tǒng)閉環(huán)環(huán)路內，因此可獲得較穩(wěn)定的控制特性。理杠等機械傳動誤差不能通過反饋來隨時校正，但是可以采用軟件定仇補償方法適當提高其精度。目前，大部分數(shù)控機床采用半閉環(huán)控制方式。 (3) 混合控制數(shù)控機床 將上述控制方式的特點有選擇地集中，可以組成棍合控制的方案。如前所述。由于開環(huán)控制方式穩(wěn)定性好、成本低、精度差，而全閉環(huán)穩(wěn)定性差.因此，為了互相彌補，以滿足某些機床的控制要求，宜采用很合控制方式.采用較多的控制方式有開環(huán)補償型和半閉環(huán)補償型兩種方式。,3．按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平分類 按數(shù)控系統(tǒng)的功能水平，通常把數(shù)控系統(tǒng)分為低、中、高三檔.這種分類方式，在我國用得較多低、中、高三檔的界限是相對的，不同時期，劃分標準也會不同.就目前的發(fā)展水平看，將各種類似的數(shù)控系統(tǒng)分為低、中、高檔三類。其中，中、高檔一般稱為全功能數(shù)控或標準型數(shù)控。經(jīng)濟型數(shù)控屬于低檔數(shù)控，是指由單片機和步進電動機組成的數(shù)控系統(tǒng)，或其他功能簡單、價格低廉的數(shù)控系統(tǒng)。 4．按加工工藝及機床用途分類 (1) 金屬切削類 金屬切削類數(shù)控機床指采用車、銑、長、鉸、鉆、磨、刨等各種切削工藝的數(shù)控機床。它又可分為以下兩類。 1) 普通型數(shù)控機床 如數(shù)控車床、數(shù)控銑床、數(shù)控磨床等。 2) 加工中心 其主要特點是具有自動換刀機構和刀具庫，工件經(jīng)一次裝夾后，通過自動更換各種刀具，在同一臺機床上對工件各加工面連續(xù)進行銑〔車)、銳、鉸、鉆、攻螺紋等多種工序的加工，如(鏜/銑類)加工中心、車削中心、鉆削中心等。 (2) 金屬成形類 金屬成形類數(shù)控機床指采用擠、沖、壓、拉等成形工藝的數(shù)控機床.常用的有數(shù)控壓力機、數(shù)控折彎機、數(shù)控彎管機、數(shù)控旋壓機等。 (3) 特種加工類 特種加工類數(shù)控機床主要有數(shù)控電火花線切割機、數(shù)控電火花成形機、數(shù)控火焰切割機、數(shù)控激光加工機等。 2.5數(shù)控機床的應用 數(shù)控機床有普通機床所不具備的許多優(yōu)點。其應用范圍正在不斷擴大，但它并不能完全代替普通機床，也還不能以最經(jīng)濟的方式解決機械加工中的所有問題.數(shù)控機床最適合加工具有以下特點的零件: (1) 多品種、小批量生產(chǎn)的零件 (2) 形狀結構比較復雜的零件 (3) 需要頻繁改型的零件 (4) 價值昂貴、不允許報廢的關鍵零件 (5) 設計制造周期短的急需零件 (6) 批量較大、精度要求較高的零件,2.6數(shù)控機床發(fā)展趨勢 高速、精密、復合、智能和綠色是數(shù)控機床發(fā)展的總趨勢，近幾年來，在實用化和產(chǎn)業(yè)化等方面取得可喜成績。主要表現(xiàn)在以下方面。 1．機床復合技術進一步擴展隨著數(shù)控機床技術進步，復合加工技術日趨成熟，包括車銑復合、車-鏜-鉆-齒輪加工等復合，車磨復合，成形復合加工、特種復合加工等，復合加工的精度和效率大大提高?！耙慌_機床就是一個加工廠”、“一次裝卡，完全加工”等理念正在被更多人接受，復合加工機床發(fā)展正呈現(xiàn)多樣化的態(tài)勢。 2．智能化技術有新突破數(shù)控機床的智能化技術有新的突破，在數(shù)控系統(tǒng)的性能上得到了較多體現(xiàn)。如：自動調整干涉防碰撞功能、斷電后工件自動退出安全區(qū)斷電保護功能、加工零件檢測和自動補償學習功能、高精度加工零件智能化參數(shù)選用功能、加工過程自動消除機床震動等功能進入了實用化階段，智能化提升了機床的功能和品質。 3．機器人使柔性化組合效率更高機器人與主機的柔性化組合得到廣泛應用，使得柔性線更加靈活、功能進一步擴展、柔性線進一步縮短、效率更高。機器人與加工中心、車銑復合機床、磨床、齒輪加工機床、工具磨床、電加工機床、鋸床、沖壓機床、激光加工機床、水切割機床等組成多種形式的柔性單元和柔性生產(chǎn)線已經(jīng)開始應用。 4．精密加工技術有了新進展數(shù)控金切機床的加工精度已從原來的絲級（0.01mm）提升到目前的微米級（0.001mm），有些品種已達到0.5μm左右。超精密數(shù)控機床的微細切削和磨削加工，精度可穩(wěn)定達到0.05μm左右，形狀精度可達0.01μm左右。采用光、電、化學等能源的特種加工精度可達到納米級（0.0001μm）。通過機床結構設計優(yōu)化、機床零部件的超精加工和精密裝配、采用高精度的全閉環(huán)控制及溫度、振動等動態(tài)誤差補償技術，提高機床加工的幾何精度，降低形位誤差、表面粗糙度等，從而進入亞微米、納米級超精加工時代。 5．功能部件性能不斷提高功能部件不斷向高速度、高精度、大功率和智能化方向發(fā)展，并取得成熟的應用。全數(shù)字交流伺服電機和驅動裝置，高技術含量的電主軸、力矩電機、直線電機，高性能的直線滾動組件，高精度主軸單元等功能部件推廣應用，極大的提高數(shù)控機床的技術水平。,三、數(shù)控加工工藝分析,3.1數(shù)控加工工藝概念 數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機床加工零件時所運用各種方法和技術手段的總和，應用于整個數(shù)控加工工藝過程中。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應用技術，它是人們大量數(shù)控加工實踐的經(jīng)驗總結。 數(shù)控加工工藝過程，是利用切削工具在數(shù)控機床上直接改變加工對象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過程。 3.2 數(shù)控加工工藝內容 選擇并確定進行數(shù)控加工的內容。1．對零件圖樣進行數(shù)控加工工藝分析。2．零件圖形的數(shù)學處理及編程尺寸設定值的確定。3．數(shù)控加工工藝方案的制定。4．工步、進給路線的確定。5．選擇數(shù)控機床的類型。6．刀具、夾具、量具的選擇和設計。7．切削參數(shù)的確定。8．加工程序的編寫、校驗與修改。9．首件試切加工與現(xiàn)場問題處理。,3.3 工序與工布的劃分 工序的劃分：在數(shù)控機床上加工零件，工序可以比較集中，在一次裝夾中盡可能完成大部分或全部工序。首先應根據(jù)圖樣，考慮是否可以在一臺機床上完成整個零件的加工工作。若不能，則應決定其中那一部分在數(shù)控機床上加工，那一部分在其他機床上完成。一般工序劃分有以下幾種方式： 1．按零件裝卡定位方式劃分工序 由于每個零件結構形狀不同，各加工表面的技術要求也有所不同，故加工時，其定位方式則各有差異。一般加工外形時，以內形定位；加工內形時又以外形定位。因而可根據(jù)定位方式的不同來劃分工序。 2．按粗、精加工劃分工序 根據(jù)零件的加工精度、剛度和變形等因素來劃分工序時，可按粗、精加工分開的原則來劃分工序，即先粗加工再精加工。此時可用不同的機床或不同的刀具進行加工。通常在一次安裝中，不允許將零件某一部分表面加工完畢后，再加工零件的其他表面。 3．按所用刀具劃分工序 為了減少換刀次數(shù)，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再換另一把刀加工其他部位。在專用數(shù)控機床和加工中心中常采用這種方法。 工步的劃分：主要從加工精度和效率兩方面考慮。在一個工序內往往需要采用不同的刀具和切削用量，對不同的表面進行加工。為了便于分析和描述較復雜的工序，在工序內又細分為工步。 1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分開進行。 2) 對于既有銑面又有鏜孔的零件，可先銑面后鏜孔，使其有一段時間恢復，可減少由變形引起的對孔的精度的影響。 3）按刀具劃分工步。某些機床工作臺回轉時間比換刀時間短，可采用按刀具劃分工步，以減少換刀次數(shù)，提高加工生產(chǎn)率?？傊ば蚺c工步的劃分要根據(jù)具體零件的結構特點、技術要求等情況綜合考慮。,四、數(shù)控編程方法,4.1數(shù)控編程的基本概念 編程就是將加工零件的加工順序、刀具運動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)（主運動和進給運動速度、切削深度）以及輔助操作（換刀、主軸正反轉、冷卻液開關、刀具夾緊、松開等）加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。數(shù)控機床程序編制過程主要包括：分析零件圖紙、工藝處理、數(shù)學處理、編寫零件程序、程序校驗。,4.2 數(shù)控編程步驟 數(shù)控編程是指從零件圖紙到獲得數(shù)控加工程序的全部工作過程。 1．分析零件圖樣和工藝處理 根據(jù)圖樣對零件的幾何形狀尺寸，技術要求進行分析，明確加工的內容及要求，決定加工方案、確定加工順序、設計夾具、選擇刀具、確定合理的走刀路線及選擇合理的切削用量等。 同時還應發(fā)揮數(shù)控系統(tǒng)的功能和數(shù)控機床本身的能力，正確選擇對刀點，切入方式，盡量減少諸如換刀、轉位等輔助時間。 2．數(shù)學處理 編程前，根據(jù)零件的幾何特征，先建立一個工件坐標系，根據(jù)零件圖紙的要求，制定加工路線，在建立的工件坐標系上，首先計算出刀具的運動軌跡。對于形狀比較簡單的零件（如直線和圓弧組成的零件），只需計算出幾何元素的起點、終點、圓弧的圓心、兩幾何元素的交點或切點的坐標值。 3．編寫零件程序清單 加工路線和工藝參數(shù)確定以后，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)規(guī)定的指定代碼及程序段格式，編寫零件程序清單。 4．程序輸入 5。程序校驗與首件試切 如圖4-1所示，編程工作主要包括：,圖4--1數(shù)控程序編制的流程圖,4.3 數(shù)控車床程序的編制 數(shù)控車削加工包括內外圓柱面的車削加工、端面車削加工、鉆孔加工、螺紋加工、復雜外形輪廓回轉面的車削加工等。 1． F功能： F功能指令用于控制切削進給量。在程序中，有兩種使用方法：F后面的數(shù)字表示的是主軸每轉進給量，單位為mm/r；F后面的數(shù)字表示的是每分鐘進給量，單位為 mm/min。 2． S功能： 1）S后面的數(shù)字表示主軸轉速，單位為r/min。 2）S后面的數(shù)字表示的是恒定的線速度：單位為m/min。 3． T功能： T功能指令用于選擇加工所用刀具。T后面通常有兩位數(shù)表示所選擇的刀具號碼。但也有T后面用四位數(shù)字，前兩位是刀具號，后兩位是刀具長度補償號，又是刀尖圓弧半徑補償號。,4． M功能： M00：程序暫停，可用NC啟動命令（CYCLE START）使程序繼續(xù)運行； M01：計劃暫停，與M00作用相似，但M01可以用機床“任選停止按鈕”選擇是否有效； M02：程序停止； M03：主軸順時針旋轉； M04：主軸逆時針旋轉； M05：主軸旋轉停止； M08：冷卻液開； M09：冷卻液關； M30：程序停止，程序復位到起始位置。 M98：調用子程序。 M99：子程序結束，返回主程序。 4． G功能： 例如一些常用的編程代碼： G00 快速點定位； G01 直線插補； G02、G03 順圓和逆圓插補； G04 暫停； G28 自動返回參考點； G31 等導程螺紋切削； G32 跳步功能； G90 絕對值輸入； G91 相對值輸入；,,5.1 數(shù)控機床的刀具特點 數(shù)控加工對刀具的要求不僅精度高、強度大、剛度好、壽命長。而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調整方便。切削刀具由傳統(tǒng)的機械工具實現(xiàn)了向高科技產(chǎn)品的飛躍，刀具的切削性能有顯著的提高。切削技術由傳統(tǒng)的切削工藝向創(chuàng)新制造工藝的飛躍，大大提高了切削加工的效率。刀具工業(yè)由脫離使用、脫離用戶的低級階段向面向用戶、面向使用的高級階段的飛躍，成為用戶可利用的專業(yè)化的社會資源和合作伙伴。切削刀具從低值易耗品過渡到全面進入“三高一專（高效率、高精度、高可靠性和專用化）”的數(shù)控刀具時代，實現(xiàn)了向高科技產(chǎn)品的飛躍。成為現(xiàn)代數(shù)控加工技術的關鍵技術。與現(xiàn)代科學的發(fā)展緊密相連，是應用材料科學、制造科學、信息科學等領域的高科技成果的結晶。,5.2 刀具材料 數(shù)控車床使用的刀具材料一般為高速鋼、硬質合金、涂層硬質合金和陶瓷。在數(shù)控切削加工時，數(shù)控刀具切削部分與切屑、工件相互接觸的表面上承受很大的壓力和摩擦，數(shù)控刀具在高溫下進行切削的同時，還承受切削力、沖擊和振動，因此數(shù)控刀具材料應滿足以下基本條件： 1．硬度 刀具材料必須具有高于工件材料的硬度，常溫硬度應在62HRC以上，并要求保持較高的高溫硬度。 2．耐磨性 耐磨性表示刀具抵抗磨損的能力，它是刀具材料力學性能、組織結構和化學性能的綜合反映。 3．強度和韌性 一種好的刀具材料，應根據(jù)它的使用要求，兼顧硬度和耐磨性兩方面的性能，有所側重。滿足高切削力、沖擊和振動的條件。 4．耐熱性 數(shù)控刀具材料應在高溫下保持較高的硬度、耐磨性、強度和韌性，并有良好的抗擴散、抗氧化能力。 5．導熱性和膨脹系數(shù) 在其他條件相同的情況下，刀具材料的熱導率越大，則由刀具傳出的熱量越多，有利于降低切削溫度和提高刀具使用壽命。線膨脹系數(shù)小，則可減少刀具的熱變形。 6．工藝性 為了便于制造，要求數(shù)控刀具材料有較好的可加工性，包括鍛、軋、焊、切削加工和可耐磨性、熱處理特性。材料的高溫特性對熱軋刀具十分重要。,五、數(shù)控刀具的選用,5.3數(shù)控刀具的選擇 1．刀片形狀的選擇：正型（前角）刀片：對于內輪廓加工，小型機床加工，工藝系統(tǒng)剛性較差和工件結構形狀較復雜應優(yōu)先選擇正型刀片。負型（前角）刀片：對于外圓加工，金屬切除率高和加工條件較差時應優(yōu)先選擇負型刀片。 2．一般外圓車削常用80°凸三角形、四方形和80°菱形刀片；仿形加工用55°、35 °菱形和圓形刀片；在機床剛性、功率允許的條件下，大余量、粗加工應選擇刀尖角較大的刀片，反之選擇刀尖角較小的刀片。 3．前角的作用。大負前角用于：切削硬材料；需切削刃強度大，以適應斷續(xù)切削、切削含黑皮表面層的加工條件。 大正前角用于：切削軟質材料易切削材料被加工材料及機床剛性差時。 4．后角的作用：小后角用于：切削硬材料；需切削刃強度高時。大后角用于：切削軟材料；切削易加工硬化的材料。 5．主偏角的作用：大主偏角用于：切深小的精加工；切削細而長的工件；機床剛性差時。小主偏角用于：工件硬度高，切削溫度大時；大直徑零件的粗加工；機床剛性高時。 6．副偏角具有減少已加工表面與刀具摩擦的功能。一般為5°～15°。 7．刃傾角是前刀面傾斜的角度。重切削時，切削開始點的刀尖上要承受很大的沖擊力，為防止刀尖受此力而發(fā)生脆性損傷，故需有刃傾角。推薦車削時為3°～5°。,5.4切屑用量的選擇 數(shù)控加工時對同一加工過程選用不同的切削用量，會產(chǎn)生不同的切削效果。合理的切削用量應能保證工件的質量要求（如加工精度和表面粗糙度），在切削系統(tǒng)強度、剛性允許的條件下充分利用機床功率，最大限度地發(fā)揮刀具的切削性能，并保證刀具具有一定的使用壽命。 1． 粗車時切削用量的選擇 粗車時一般以提高效率為主，兼顧經(jīng)濟性和加工成本。提高切削速度、加大進給量和切削深度都能提高生產(chǎn)率。其中切削速度對刀具壽命的影響最大，切削深度對刀具壽命的影響最小，所以考慮粗加工切削用量時首先應選擇一個盡可能大的切削深度，以減少進給次數(shù)，其次選擇較大的進給速度，最后在刀具使用壽命和機床功率允許的條件下選擇一個合理的切削速度。 2． 精車、半精車時切削用量的選擇 精車和半精車的切削深度是根據(jù)零件加工精度和表面粗糙度要求及粗車后留下的加工余量決定的，一般情況是一次去除余量。當零件精度要求較高時，通常留 0.2 ~ 0.4 mm （直徑值）的精車余量。精車和半精車的切削深度較小，產(chǎn)生的切削力也較小，所以可在保證表面粗糙度的情況下適當加大進給量。,六、夾具選擇和裝夾,6.1夾具的分類 機床夾具的種類很多，按使用機床類型分類，可分為車床夾具、銑床夾具、鉆床夾具、鏜床夾具、加工中心夾具和其他夾具等。按驅動夾具工作的動力源分類，可分為手動夾具、氣動夾具、液壓夾具、電動夾具、磁力夾具和自夾緊夾具等。按專門化程度可分為以下幾種類型的夾具： 通用夾具是指已經(jīng)標準化、無需調整或稍加調整就可以用來裝夾不同工件的夾具。如三爪卡盤、四爪卡盤、平口虎鉗和萬能分度頭等。這類夾具主要用于單件小批生產(chǎn)。 專用夾具是指專為某一工件的某一加工工序而設計制造的夾具。結構緊湊，操作方便，主要用于固定產(chǎn)品的大量生產(chǎn)。 組合夾具是指按一定的工藝要求，由一套預先制造好的通用標準元件和部件組裝而成的夾具。使用完畢后，可方便地拆散成元件或部件，待需要時重新組合成其他加工過程的夾具。適用于數(shù)控加工、新產(chǎn)品的試制和中、小批量的生產(chǎn)。 可調夾具包括通用可調夾具和成組夾具，它們都是通過調整或更換少量元件就能加工一定范圍內的工件，兼有通用夾具和專用夾具的優(yōu)點。通用可調夾具適用范圍較寬，加工對象并不十分明確；成組夾具是根據(jù)成組工藝要求，針對一組形狀及尺寸相似、加工工藝相近的工件加工而設計的，其加工對象和范圍很明確，又稱為專用可調夾具。 數(shù)控機床夾具常用通用可調夾具、組合夾具。,6.2工件在數(shù)控車床上的裝夾 1．常用裝夾方式：三爪自定心卡盤裝夾；兩頂尖之間裝夾；卡盤和頂尖裝夾；雙三爪定心卡盤裝夾。 2．采用找正的方法：找正裝夾時必須將工件的加工表面回轉軸線（同時也是工件坐標系Z軸）找正到與車床主軸回轉中心重合。一般為打表找正。通過調整卡爪，使工件坐標系Z軸與車床主軸的回轉中心重合。 3．薄壁零件的裝夾：薄壁零件容易變形，普通三爪卡盤受力點少，采用開縫套筒或扇形軟卡爪，可使工件均勻受力，減小變形。也可以改變夾緊力的作用點，采用軸向夾緊的方式。,七、零件加工編程實例,7.1 零件的工藝分析 1．分析零件圖樣 如圖7--1所示，該零件包括有圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及雙線螺紋等表面；其多個直徑尺寸有較嚴的尺寸公差和表面粗糙度值等要求；球面SΦ50mm的尺寸公差還兼有控制該球面形狀（線輪廓）誤差的作用。 該零件材料為45#鋼，可以用Φ60mm棒料，無熱處理和硬度要求。 2．選定設備 根據(jù)被加工零件的外形和材料等條件，選定數(shù)控車床；其數(shù)控系統(tǒng)為FANUC 3．確定零件的定位基準和裝夾方式 定位基準：確定坯件軸線和左端大端面（設計基準）為定位基準。 裝夾方式：左端采用三爪自定心卡盤夾緊、右端采用活動頂尖支頂?shù)难b夾方式。 4、確定切削用量 （1）背吃刀量：粗車時，確定其背吃刀量為3mm左右；精車時為0.25mm。 （2）主軸轉速：車直線和圓弧輪廓時的主軸轉速。根據(jù)實踐經(jīng)驗確定其切削速度為90m/min；粗車時確定主軸轉速為500r/min，精車時確定主軸轉速為800 r/min。編程中還可以對直線、圓弧采用不同的主軸轉速。車螺紋時的主軸轉速。主軸轉速定為320 r/min。 （3）進給速度：粗車時，按式υf=nf可選擇υf1=200mm /min；精車時，兼顧到圓弧插補運行，故選擇其υf2=60mm /min左右；短距離空行程的υf3=300mm /min。,,7.2確定加工路線 按由粗到精、由近到遠（由右到左）的原則，確定加工路線。加工路線自右向左加工，先用1號刀用G70粗加工出零件外輪廓，具體路線為先倒角（2×45°）→切削螺紋實際外徑Φ29.6→切削Φ26→切削Φ36→切削圓弧部分→切削Φ34→切削錐度部分→切削Φ56,最后切削螺紋。 7.3制定加工方案 1、用1號刀粗車外形，留1.0mm（直徑量）的半精車余量。 2、用2號刀車螺紋。 螺紋大徑d =d-0.1P=30-0.1*1.5=29.85mm 螺紋小徑d = d -1.3P=29.85-1.3*1.5=27.9mm 3、用2號刀精車全部外形。7.4選擇刀具及對刀1、粗、精車用刀具 （1）硬質合金90°外圓車刀，副偏角以為60°，斷屑性能應較好。 （2） 硬質合金60°外螺紋車刀，刀尖角取為59°30′，刀尖圓弧半徑取為0.2mm。2、對刀 （1）將粗車用90°外圓車刀安裝在絕對刀號自動轉位刀架的1號刀位上，并定為1號刀。 （2）將精車外形（含外螺紋）用60°外螺紋車刀安裝在絕對刀號自動轉位刀架的2號刀位上，并定為2號刀。 （3）在對刀過程中，同時測定出2號刀相對于1號刀的刀位偏差。,7.2確定加工路線 按由粗到精、由近到遠（由右到左）的原則，確定加工路線。加工路線自右向左加工，先用1號刀用G70粗加工出零件外輪廓，具體路線為先倒角（2×45°）→切削螺紋實際外徑Φ29.6→切削Φ26→切削Φ36→切削圓弧部分→切削Φ34→切削錐度部分→切削Φ56,最后切削螺紋。 7.3制定加工方案 1、用1號刀粗車外形，留1.0mm（直徑量）的半精車余量。 2、用2號刀車螺紋。 螺紋大徑d =d-0.1P=30-0.1*1.5=29.85mm 螺紋小徑d = d -1.3P=29.85-1.3*1.5=27.9mm 3、用2號刀精車全部外形。 7.4選擇刀具及對刀 1、粗、精車用刀具 （1）硬質合金90°外圓車刀，副偏角以為60°，斷屑性能應較好。 （2） 硬質合金60°外螺紋車刀，刀尖角取為59°30′，刀尖圓弧半徑取為0.2mm。 2、對刀 （1）將粗車用90°外圓車刀安裝在絕對刀號自動轉位刀架的1號刀位上，并定為1號刀。 （2）將精車外形（含外螺紋）用60°外螺紋車刀安裝在絕對刀號自動轉位刀架的2號刀位上，并定為2號刀。 （3）在對刀過程中，同時測定出2號刀相對于1號刀的刀位偏差。,7.5 確定工件坐標系、對刀點和換刀點 1、加工坐標系如圖7—2所示O為坐標原點,2、確定對刀點及換刀點位置 （1）確定對刀點：確定對刀點距離車床主軸軸線30 mm，距離坯件右端端面140 mm；其對刀點在正X和正Z方向并處于消除機械間隙狀態(tài)。 （2）確定換刀點：為使其各車刀在換刀過程中不致碰撞到尾座上的頂尖，故確定換刀點距離車床主軸軸線60mm，即在正X方向距離對刀點30mm，距離坯件右端端面0 mm，即在Z方向與對刀點一致。,零件加工編程實例2,圖7—2 工件坐標系,加工如圖7—3所示零件,毛坯為φ45棒料，切斷刀寬 4mm，工件程序原點如圖所示。 1.工藝分析 (1)確定加工路線 按先主后次，先粗后精的加工原則確定加工路線，采用固定循環(huán)指令對外輪廓進行粗加工，再精加工，然后車退刀槽，再加工螺紋，最后切斷。 (2)裝夾方法和對刀點的選擇 采用三爪自定心卡盤自定心夾緊，對刀點選在工件的右端面與回轉軸線的交點。,各工序的切削速度和進給速度 表7—1,2.刀具的選擇 根據(jù)加工要求，選用四把刀，1號為粗加工外圓車刀，2號為精加工外圓車刀，3號為切槽刀，4號為車螺紋刀。采用試切法對刀，對刀的同時把端面加工出來。 3.切削參數(shù)的選擇,,,八、結論,畢業(yè)，在我看來，是一種解脫，但同時更是一種折磨。這是一種二律背反，難以條分縷析，即便是費盡唇舌，也難以一語中的，給出一個令自身滿意的畢業(yè)時的心情結論。但有一點是毋庸置疑的，只有身處其中的人才能領會其中的酸甜苦辣，沒有親身經(jīng)歷的人很難有感同身受的體會：畢業(yè)，就意味著離別，更意味著選擇，也意味著責任。 通過這次畢業(yè)設計，使我對在廣播電視大學里所學的知識有了一次全面的綜合運用，例如：數(shù)控編程、工藝分析，這些對今后畢業(yè)工作發(fā)展都有很大的幫助。數(shù)控技術是未來制造業(yè)不可缺少的一部分，將在經(jīng)濟發(fā)展與社會進步的今天發(fā)揮重要作用，作為跨世紀的新一代，我們有理由相信，我國機械制造業(yè)會更加輝煌,祖國的明天也會更加美好。,電大的學習時光已經(jīng)接近尾聲，在此我想對我的母校，我的父母、親人們，我的老師和同學們表達我由衷的謝意。 感謝我的家人對我在電大學習的默默支持；感謝我的母校給了我在電大深造的機會，讓我能繼續(xù)學習和提高；感謝我的老師和同學們幾年來的關心和鼓勵。老師們課堂上的激情洋溢，課堂下的諄諄教誨；同學們在學習中的認真熱情，生活上的熱心主動，所有這些都讓我的幾年充滿了感動。 這次畢業(yè)論文設計我得到了很多老師和同學的幫助，其中我的論文指導老師牛玉成老師對我的關心和支持尤為重要。每次遇到難題，我最先做的就是向牛老師尋求幫助，而牛老師每次不管忙或閑，總會抽空來找我面談，然后一起商量解決的辦法。牛老師平日里工作繁多，但我做畢業(yè)設計的每個階段，從選題到查閱資料，論文提綱的確定，中期論文的修改，后期論文格式調整等各個環(huán)節(jié)中都給予了我悉心的指導。這幾個月以來，牛老師不僅在學業(yè)上給我以精心指導，同時還在思想給我以無微不至的關懷，在此謹向牛老師致以誠摯的謝意和崇高的敬意。 同時，本篇畢業(yè)論文的寫作也得到了王繼超、譚冬柳等同學的熱情幫助。感謝在整個畢業(yè)設計期間和我密切合作的同學，和曾經(jīng)在各個方面給予過我?guī)椭幕锇閭儯诖?，我再一次真誠地向幫助過我的老師和同學表示感謝！,九、致謝,十、參考文獻,（1）張超英等,數(shù)控機床加工工藝、編程及操作實訓,北京；高等教育出版社，2003，9 （2）王洪主編，數(shù)控加工程序編制，北京；機械工業(yè)出版社，2003.6 （3）古文生主編，數(shù)控機床及應用，北京；電子工業(yè)出版社，2002.3 （4）董兆偉主編，數(shù)控機床編程技術，北京；機械工業(yè)出版社，2009.9 （5）鄭文緯，吳克堅，機械原理[M]，北京；高等教育出版社，1997 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