数控课程设计

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数控工艺与编程课程设计

题目零件数控加工工艺设计与编程

学生姓名王林学号 0904011217 年级 09机制2 系别机电工程系专业机械制造及自动化指导教师刘培跃

石家庄职业技术学院机电系

数控工艺与编程课程设计任务书

题目名称零件数控加工工艺设计与编程学生姓名指导教师姓名王林刘培跃所学系别所教专业机电工程班级 09机制2班数控工艺与编程一、设计（论文）主要内容本设计以CAK6150数控车床为核心，采用数控编程加工轴套类零件及轴套类零件的工艺性分析。主要内容是对工艺的分析以及刀具的选择。如：零件图的分析、毛坯的选择零件、自检数据进行分析等。二、主要技术指标(或研究目标) 设计兼做实物实做类：设计说明书：字数在4000以上；文献查阅：6篇以上。实物：能综合反映其专业水平，具有一定复杂程度的实物制品。三、进度计划 1.2011年10月1日，开始选题 2.2011年10月4日，确认目的，开始准备材料 3.2011年11月12日，完成论文初稿。 4.2011年12月10日，上交论文定稿。四、重要参考文献 [1]．袁锋．数控车床培训教程.［M］--北京：机械工业出版社．2008． [2]．陈洪涛.数控加工工艺与编程.［M］--北京：高等教育出版社。2003.9 [3]．王定勇.数控车削编程与加工.［M］--北京：国防教育出版社。2008.2 [4]．薛彦成.公差配合与技术测量.［M］-- 机械工业出版社。2005. [5]．罗学科.数控机床编程与操作实例.［M］--北京：化学工业出版社。2001 [6]．焦小明.机械加工技术.［M］—北京：机械工业出版社。2005.7 [7]．玄炳唐、宋业钧.数控设备选用指导手册.机械工业出版社.2002 教研室主任签字：年月日

1. 零件图及技术要求————————————————4 2. 零件的数控加工工艺分析—————————————4

2.1零件图的结构工艺分析——————————————————4 2.2毛坯的选择———————————————————————4 2.3零件装夹方案——————————————————————4

3. 数控加工工艺方案的制定—————————————5

3.1工序与工步的划分————————————————————5 3.2刀具的选择———————————————————————5 3.3量具的选择———————————————————————6 3.4夹具的选择———————————————————————6 3.5切削用量的选择—————————————————————7 3.5.1确定被吃刀量—————————————————————7 3.5.2确定主轴转速—————————————————————7 3.5.3确定进给量或进给速度—————————————————7 3.6数控加工过程卡—————————————————————8 3.7数控加工刀具卡—————————————————————10

4. 数控加工程序单—————————————————10

1 零件图及技术要求

技术要求：材料为φ30×68铝棒，锐边倒钝C0.3，未注公差按GB/T1804-m。

2 零件的数控加工工艺分析

2.1 零件图的结构工艺分析

轴是各种机器中最常见的零件之一。数控车床加工的轴类零件一般由圆柱面、圆锥面、圆弧面、台阶、端面、内孔、螺纹和沟槽构成，材料为铝棒。如上图所示的轴套配合件适合采用数控车床加工。通常轴类零件上的圆柱面用于支撑传动零件（如带轮、齿轮等）和传递扭矩，圆锥面有传递扭矩、高精度定心和装卸方面等特点，端面和台阶用来确定装在轴上的零件的轴向位置，螺纹常用于轴或轴上零件的锁紧，沟槽的作用是使磨削外圆或车螺纹时退刀方便，还可以对轴上的传动零件进行轴向定位。加工如图1-1所示轴类零件为该零件未进行热处理前的零件工序图。

该零件属于轴类零件。其主要技术要求为：材料为φ30×68铝棒，锐边倒钝C0.3，未注公差按GB/T1804-m。左端Φ222的外圆对中间Φ20的外圆的同轴度公差为0.08mm，Φ28的外径截面与中间Φ20外径的垂直度为0.06mm. 2.2 毛坯的选择

毛坯材料为铝棒，强度、硬度、塑性

等力学性能好，切学性能、没有经过热处理、等加工工艺性能好，便于加工，能够满足使用性能。轴毛坯下料长为Φ30mm×68mm。

2.3 零件装夹方案

数控车床上零件的安装方法与普通车床一样，要合理选择定位基准和夹紧方

案，主要注意以下两点：

（1）力求设计、工艺与偏程计算的基准统一，这样有利于提高编程时数值计算的简便性和精确性。

（2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次装夹后，加工出全部待加工面。根据零件的尺寸、精度要求和生产条件选择最常用的车床通用的三爪自定心卡盘。三爪自定心卡盘可以自定心，夹持范围大，适用于截面为圆形、三角形、六边形的轴类和盘类上小型零件。

3 数控加工工艺方案的制定

3.1 工序与工步的划分 1.先加工轴的右端， 2.然后加工轴的左端。 3.2刀具的选择

数控加工中的刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成的要求编程人员必须掌握刀具选择和切削用量确定的基本原则在编程时充分考虑数控加工的特点，能够正确选择刀具及切削用量。数控车床对刀具提出了更高的要求,不仅要求刀具精度高,刚性好,耐用度高,而且要求安装、调整、刃磨方便,断屑及排屑性能好。

在全功能数控车床上,可预先安装8～12把刀具,当被加工工件改变后,一般不需要更换刀具就能完成工件的全部车削加工.为了满足要求,刀具配备时应注意以下几个问题.

①在可能的范围内,使被加工工件的形状、尺寸标准化,从而刀具的种类,实现不换刀或少换刀,以缩短准备和调整时间.

②使刀具规格化和通用化,以减少刀具的种类,便于刀具管理. ③尽可能采用可转位刀片,磨损后只需更换刀片,增加了刀具的互换性. ④在设计或选择刀具时,应尽量采用高效率、断屑及排屑性能好的刀具.

车床主要用于回转表面的加工,如内/外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹、内孔加工等的切削加工。

数控车削常用的车刀一般分为三类,即尖形车刀、圆弧车刀和成形车刀。如下图所示为常用车刀的种类、形状和用途。

综上分析该零件主要以外圆加工为主。选择硬质合金车刀，需要90°右偏车刀、切断刀、螺纹刀。 3.3 量具的选择

外圆柱和长度用规格为0～150mm游标卡尺进行测量外圆面、端面的圆跳动用百分表测量，其中圆弧用R规测量。如下图。

游标卡尺：测量范围：0-150mm：分度值：0.02mm

3.4 夹具的选择

夹具用来装夹被加工工件以完成加工过程，同时要保证被加工工件的定位精度，并使装卸尽可能方便、快捷。数控加工时夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点：

（1）尽量选用可调整夹具，组合夹具及其它适用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。

（2）在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。（3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。

（4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。（5）夹具是否使用方便、安全。夹具的类型

数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在可调卡爪的卡盘（三爪、四爪）中，由卡盘传动旋转；另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾座顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。

综上所述，三爪卡盘具有自动定心的特点，加工该零件选用三爪卡盘加工。

3.5 切削用量的选择 3.5.1 确定被吃刀量

1）确定背吃刀量ap（mm）

背吃刀量的大小主要依据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚度来决定，在系统刚度答应的情况下，为保证以最少的进给次数去除毛坯的加工余量，根据被加工零件的余量确定分层切削深度，选择较大的背吃刀量，以提高生产效率。在数控加工中，为保证零件必要的加工精度和表面粗糙度，一般留少量的余量（0.2～0.5mm），在最后的精加工中沿轮廓走一刀。粗加工时，除了留有必要的半精加工和精加工余量外，在工艺系统刚性答应的条件下，应以最少的次数完成粗加工。留给精加工的余量应大于零件的变形量和确保零件表面完整性。

综合考虑得到：粗加工时选取2.0mm的背吃刀量。

精加工余量取0.1～0.2mm 3.5.2 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。外圆车削及其计算公式为： n=1000v/πD 式中

v----切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定； n----主轴转速，单位为 r/min； D----工件直径或刀具直径，单位为mm。而车螺纹时的主轴转速如下：

1200n＜p-k

式中：P—工件螺纹的螺距或导程（mm）； k—保险系数，一般取75-85之间的值。

计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。切削速度VC与刀具耐用度关系比较密切，随着VC的加大，刀具耐用度将急剧下降，故VC的选择主要取决于刀具耐用度。

主轴转速n确定后，必须按照数控机床控制系统所规定的格式写入数控程序中。在实际操作中，操作者可以根据实际加工情况，通过适当调整数控机床控制面板上的主轴转速倍率开关，来控制主轴转速的大小，以确定最佳的主轴转速。

综上所述：切削零件外圆时主轴转速粗加工转速为800 mm/r，精加工转速为1500 mm/r。螺纹转速为300 mm/r。 3.5.3 确定进给量或进给速度

进给速度F是切削时单位时间内零件与铣刀沿进给方向的相对位移量，单位为mm/r或mm/min。

进给量或进给速度在数控机床上使用进给功能字F表示的，F是数控机床切削用量中的一个重要参数，主要依据零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及所使用的刀具和工件材料来确定。零件的加工精度要求越高，表面粗糙度要求越低时，选择的进给量数值就越小。实际中，应综合考虑机床、刀具、夹具和被加工零件精度、材料的机械性能、曲率变化、结构刚性、工艺系统的刚性及断屑情况，选择合适的进给速度。

进给率数是一个非凡的进给量表示方法，即进给率的时间倒数——FRN（Feed Rate Number的缩写），对于直线插补的进给率数为：

式中F——进给量（m/min）。

L——程序段的加工长度，是刀具沿工件所走的有效距离（mm）。

程序段中编入了进给率数FRN，实际上就规定了执行该程序段的时间T，它们之间的关系是：

程序编制时选定进给量F后，刀具中心的运动速度就一定了。在直线切削时，切削点（刀具与加工表面的切点）的运动速度就是程序编制时给定的进给量。但是在做圆弧切削时，切削点实际进给量并不等于程序编制时选定的刀具中心的进给量。

在轮廓加工中选择进给量F时，应注重在轮廓拐角处的“超程”问题，非凡是在拐角较大而且进给量也较大时，应用在接近拐角处适当降低速度，而在拐角过后再逐渐提速的方法来保证加工精度。

数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。为了获得最高的生产率和单位时间的最高切除率，在保证零件加工质量和刀具耐用度前提下，应合理地确定切削参数。

所以，此处我们应当根据经验和粗精加工而定,粗加工选取F0.2左右。精加工时选取较少的加工余量F0.05—F0.08。 3.6 数控加工过程卡

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。

3）选择切入切出方向，尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕。

4）应尽量简化数学处理时的数值计算工作量，以减少编程工作量。加工路线如下： 1、平右端面；

2、用G71循环粗加工指令加工右轮廓到28； 3、用G70精加工指令进行精加工；

4、然后用G75指令切φ12的槽； 5、用G92指令加工M16的螺纹； 6、调头加工左端轴、并且保证长度； 7、用G71循环粗加工指令加工右轮廓到22； 8、用G70精加工指令进行精加工左端外轮廓；

9、对工件进行测量，取下工件，收拾工具，进行总结；数控加工工艺卡

产品名零件名姓名王林工序号 01 工步号 1 2 3 4 5 6 7 8

称称零件图号 A4 O0001 轴类零件的数控加工工艺分析夹具名称三爪卡盘程序号使用设备卧式数控车床 O0002 O0003 车间工厂厂房程序编号 O0001 O0002 O0003 工步内刀具刀具主轴转速容号规格（r/min） 800 800 1500 300 300 800 800 1500 进给速度背吃备注 (mm/r) 0.25 0.15 0.2 0.3 0.2 0.2 刀量 0.2 0.08 0.08 0.5 0.2 0.08 手动自动自动自动自动手动自动自动车右端面 T01 90° 粗车轴右T01 90° 端外轮廓精车轴右T01 90° 端外轮廓切槽车螺纹 T02 T03 调头保证T01 90° 长度粗车车左T01 90° 端轮廓精车左端T01 90° 轮廓

3.7 数控加工刀具卡数控加工刀具卡产品名称工部号 01 轴类零件零件名称轴类零件零件图号 A4 规格 20×20 20×20 20×20 姓名刀具半径补偿量 0.2 王林刀具号刀具名称 90°外圆刀 4mm切槽刀 60°螺纹车刀加工表面备注 T01 车外轮廓自动 02 T02 切4mm宽槽 0 自动 03 T03 车削螺纹 0 自动 4 数控加工程序单

G99 M3 S8OO T0101 F0.2; 加工右端 G0 X32 Z2; G71 U1 R1;

G71 P10 Q20 U0.5 WO.O5; N10 G1 X13; Z0;

X15.8 Z-1.5; Z-16;

X20 Z-30; Z-35;

G02 X20 Z-43 R10; G1 Z-46;

G02 X28 Z-49 R3; N20 G1 X32; G0X100; Z200; M00;

G99 M3 S1500 T0101 F0.08; G0 X32 Z2; G70 P10 Q20; G0 X100; Z200;

M00; 加工槽 G99 M3 S300 T0202 F0.08; G0 X20 Z-16; G1 X12;

X20;

G0 X100; Z200;

M00; 加工螺纹 G99 M3 S300 T0303 ; G0 X20 Z2;

G92 X15.8 Z-13 F1.5; X15.5; X15; X14.5; X14; X13.85; X13.85; G1 X20; G0 X100; Z200; M5;