数控编程专项设计--大学毕业设计论文.doc

数控编程专项设计

Hefei University
项目设计
PROJECT

题目： 数控编程专项设计
系别： 机械工程系
专业： 机械设计制造及自动化
学制： 四年
姓名： 胡飞
学号： 1306012005
导师： 姜海

2015年 12月15 日

目录
1 设计题目及要求 1

2 加工工艺方案设计 1

2.1 加工方式选择 1

2.2 加工工序设计 1

2.3 走刀路线设计 2

3 刀具的选择 3

4 切削用量的选择 4

5 数控切削程序的编写 4

6 设计总结 6

7 参考文献 7

1 设计题目及要求
设计要求：图示是模具芯轴的零件简图。
零件的径向尺寸公寸公差为±0.01mm，角度公差为±0.1°，材料为45#钢。毛坯尺寸为φ66mmx100mm。
生产纲领：批量30件。

2 加工工艺方案设计
2.1 加工方式选择
1.零件成型组成表面；零件由圆柱面、逆圆弧、直线、内孔和锥面几部分组成。是数控加工可选的内容。
2.零件尺寸标注完整、轮廓表达清晰、零件结构合理；
3.尺寸精度保证；图形上尺寸均为IT8级，用数控车床自身精度均可保证，编程时尺寸去基本尺寸即可。
4.材料的选取；选用45#钢（热轧），无热处理及硬度要求，材料且学加工工艺性良好。
5.各成型表面连接复杂程度中等，加工连续连续时间不长，不需用可转为刀片，用一般硬质合金刀即可。

2.2 加工工序设计
1.装夹方法（采用两次装夹）；
（一） 先加工左端，装夹右端，零件为圆柱型零件，选用三爪自定心卡盘夹持，并留有足够的的夹持长度（20毫米），如下图所示；
一次装夹示意图

（二）加工右端，装夹左端，零件为圆柱型零件，选用三爪自定心卡盘夹持，左端留有足够的长度，右端采用轴套，保证足够的刚度，如下图所示

二次装夹示意图
2.定位基准；
端面基准设为左基准，回转基准设为轴线；设计基准、定位基准与工艺基准三者重合，以防止基准不重合，影响加工精度；在相应加工之前基准端面要先行加工。
综上所述；在普车上先平端面，加工外圆去除表面的余量达到要求，完成坯料；然后把工件放在数控车床上采用三爪自定心卡盘分两次装夹，并留有足够的夹持长度和保证零件的刚度，依次完成加工的要求。

2.3 走刀路线设计
1．零件的加工顺序；
（一）先加工左端，装夹右端，车平面，然后遵循由粗到精，从右向左（先近后远的加工原则），先孔后面的原则，加工时从右到左粗车各表面，粗车时留有精加工余量0.5mm，在加工螺纹孔时先采用φ8mm的钻，钻个中心孔，保证孔的垂直度，在葱孔，最后绞孔和攻丝。
（二）在加工右端，装夹左端，平断面，依次加工圆弧，直线段，锥面。先粗车加工，在精加工，粗车时留精加工余量0.5mm。
2.进给路线；
（一）选CJK6140车床具有粗车循环和深孔螺纹的自动加工功能，加工时一句程序去自动完成。
循环加工时，依零件外轮廓的引入段及延伸尺寸要足够。
（二）对精加工，依零件外轮廓走刀一次完成精加工的切除。
（三）深孔加工走刀次数的确定。
3.走刀路线图；
（一）图a为加工左端外轮廓走刀路线图
（二）图b为加工左端精车走刀路线图
（三）图c为深孔图的加工
（四）图d为深孔加工螺纹图
（五）图e为加工右端外轮廓的走刀路线图
（六）图f为加工右端精车路线图

（图a）加工左端外轮廓走刀路线图

（图b）加工左端精车走刀路线图

（图c）深孔图的加工

（图d）深孔加工螺纹图

（图e）加工右端外轮廓的走刀路线图

（图f）为加工右端精车路线图

\\

3 刀具的选择
1.刀具材料为硬质合金：
（一） 粗车时循环车削轮廓——取一般硬质合金93度右偏刀，从右到左依次车轮廓，为防涉取K r=35度取刀杆直径D=20mmX20mm。
（二） 精车轮廓时——取硬质合金93度，右偏刀，取K r=35度取刀杆直径D=20mmX20mm。为保证刀尖圆角半径Rε小于结构上最小圆弧半径，取Rε=0.15--0.2mm。
（三） 打中心孔——取硬质合金的中心钻直径为φ8mm的中心钻，长度为40mm。
（四） 攻丝——麻花钻直径为φ12mm的麻花钻，长度为40mm。
（五） 切割---切削刃宽为4mm，取刀柄D=25mmX25mm。
2.将以上所选定的刀具参数填入刀具卡。见下表：
数控加工刀具卡
产品的名称及代号
零件图
零件名称
零件轴
图号
A4
序号
刀具号
刀具规格及名称
数量
加工表面
备注
1
T01
93度硬合外圆右偏刀
1
粗车外表面及平端面

2
T02
93度硬合外圆右偏刀
1
精车外表面

3
T03
φ8mm的中心钻
1
钻中心孔

4
T04
φ13mm的麻花钻
1
攻丝

5
T05
切割
1
切断

编制

审核

批准

页数
4 切削用量的选择
1.背吃刀量的选择 ap：（参考文献1：p221 表5-7 中间值）
得ap=（2+6）/2=4mm
由图纸得，φmax=46mm，φmin=30mm
（46-30）/2=8mm
由表面粗糙度Ra1.6-6.3，得留取精加工余量ap精=0.25
所以ap粗总=8-0.25=7.75mm
7.75/4=2次
2、 主轴转速：（参考文献1p221 表5-7，并参阅机床手册中“主轴转速”）
该零件的加工面由圆柱、圆弧、螺纹等表面组成。因为工件材料为45#中碳钢，尺寸较小。
为保证表面精度要求选取切削速度范围为：Vc=90—110m/min。
（1） 、外轮廓加工:
粗加工：取Vc=（90+110）/2=100m/min
考虑刀具耐用度，降20%，取Vc粗=80m/min
n粗=80x1000/Πx50=560r/min
精加工：Vc取中间值 Vc=100m/min
为保证表面粗糙度Ra，升20%。
取：Vc精=120m/min
n精=120x1000/Πxd均=1200x1000/3.14x40=1000r/min
考虑刀具走刀，取n精=800r/min
（2） 、深孔螺纹加工：（由参考文献1：p221 螺纹加工主轴转速公式 n=1200/p-k
n=1200/3-80=320r/min f=3mm/r
Vf=nxf=320mm/min
（3）、端面：n粗=n粗外，n精=n精外
（4）、外圆段加工时：ap=4mm
端面用左偏刀倒吃刀ap=1mm，f=0.25mm/r

根据上面的计算结果，填入下表：

Ap
（mm）
N
（r/min）
Vc
(m/mm)
F
(mm/r)
Vf
(mm/min)
车削
粗车
3
560
80

精车
0.75
800
120

螺纹
粗加工孔
1.2
320

960
精加工孔螺纹
0．2
320

960
切削
0.05
560

0.15

切端面
0.1
560

0.15

综合前面分析的各项内容并填入数控加工工艺卡片
单位

名称
数控0801
产品名称或代号

零件名称
零件图好
零件轴
零件轴
A4
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
001
O1111
三爪字定心卡盘
CJK6140数控车床
数控加工中心
工号
工布内容
刀具号
刀具规格
主轴转速
（r/min）
进给速度
（mm/min）
被吃刀量
（mm）
备注
1
车端面
T01
20x30
560

3
手动
2
车外圆
T01
20x30
560

3
自动
3
粗车外轮廓
T01
20x30
560

3
自动
4
精车外轮廓
T02
20x30
560

3
自动
5
钻中心孔
T03
φ8x40
320

0.75
自动
6
攻丝
T04
φ12x40
320

0.75
自动

二次加工；掉头加工右端
单位

名称
数控0801
产品名称或代号
零件名称
零件图好
零件轴
零件轴
A4
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
001
O2222
三爪字定心卡盘
CJK6140数控车床
数控加工中心
工号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速
（r/min）
进给速度
（mm/min）
被吃刀量
（mm）
备注
1
车端面
T01
20x30
560

3
手动
2
车外圆
T01
20x30
560

3
自动
3
粗车外轮廓
T01
25X25
560

0.05
自动
4.
精车外轮廓
T02
20x20
320
960
1.2
自动

5 数控切削程序的编写
1.编程原点处理；
将编程原点选在图形的最右端中心点处，避免基准不重合时带来的误差，而且不需进行尺寸链的换算。
2.编程时尺寸处理；
由于精度要求不高，编程时直接用基本尺寸处理
3.深孔螺纹加工时处理；
由于孔是螺纹孔，需要先用中心钻个中心孔，然后早用机床尾架，用手加工螺纹。

程序如下：
O1001；
N10 G54 G99 G21;
N20 T0101 ;
N30 M03 S600;
N40 G00 X64 Z2;
N50 G01 Z-66.24 F0.2;
N60 G00 X66 Z0;
N70 G01 X0 F0.05;
N80 G00 X200 Z100;
N90 M05;
N100 T0202;
N110 M03 S600;
N120 G00 X0 Z1;
N130 G74 R1;
N140 G74 Z32 Q10 F0.05;
N150 G00 X200 Z100;
N160 M05;
N170 T0101;
N180 G00 X66 Z2;
N190 G71 U2 R0.5;
N200 P210 Q300 U2 W2 F0.15;
N210 G00 X20;
N220 G01 Z-62.02 F0.15;
N230 X20 Z-66.24;
N240 G70 P210 Q 230;
N250 G00 X100 Z200;
N260 M05;
N270 M30;

掉头装夹左端，加工右端
02222;
N10 G54 G99 G21;
N20 T0101 ;
N30 M03 S600;
N40 G00 X64 Z2;
N50 G01 Z-32 F0.2;
N60 G00 X66 Z0;
N70 G01 X0 F0.05;
N80 G00 X66 Z2;
N90 G73 U3 W3 R4;
N100 G73 P110 Q U0.5 W0.5 F0.2;
N110 G00 X0;
N120 G03 X26 Z29.26 R19.4 F0.15;
N130 G01 Z13.26 F0.2;
N140 X61 Z-17;
N150 X61 Z-29.26;
N160 P110 Q150;
N170 M05;
N180 M30;

6 设计总结
在设计过程中,在螺纹车削编程中要注意,数控车床主轴上必须安装有脉冲编码器测定主轴实际转速,从而实现主轴转一转刀具进给一个螺纹导程的同步运动,从螺纹粗车到精车,主轴的转速必须保持不变. 该特殊轴零件结构，有螺纹、倒角、圆弧、槽等。该编程中螺纹车削采用螺纹加工循环指令G76,同时粗车时还运用多重复合循环指令G71，用这些指令编程可以不用写那么多步程序，较为方便省时。
经过此次试验，我进一步了解了数控加工制造的特点，进一步熟悉了设计流程，对数控编程又有了进一步的了解。感谢老师对这次作业的布置，使得我们加深了对数控技术各方面的特性的了解，为我们今后的就业之路奠定了基石。

7 参考文献
[1] 邵刚 主编。数控车操作技术；安徽科学技术出版社。2008
[2] 孙明江 主编。数控机床编程与仿真操作；西北工业大学出版社，2010
[3] 李华志 主编。数控加工工艺与装备；清华大学出版社，2005
[4] 徐宏海 主编。数控机床刀具及其应用；化学工业出版社2005
[5] 陈永泰.机械制造技术实践[M].北京:机械工业出版社,2003.
[6] 艾兴等 编著.高速切削加工技术.北京：国防工业出版社，2004
[7] 陈薇芳，王宏涛. 机床数控技术及应用[M] 科学出版社，2008
[8] 赵雪松，任小中，赵晓芬. 机械制造技术基础[M] 华中科技大学出版社2012
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