数控技术专业毕业设计说明书范本样本.doc

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数控技术专业毕业设计说明书

设计题目 轴类零件加工工艺和编程

学生姓名 ####
学 号 #########
指导老师 #####
专 业 数控技术
年 级 级

摘 要
伴随科学技术飞速发展和经济竞争日趋猛烈,产品更新速度越来越快,复杂形状零件越来越多,精度要求越来越高,多品种、小批量生产比重显著增加,猛烈市场竞争使产品研制生产周期越来越短,传统加工设备和制造方法已难以适应这种多样化、柔性化和复杂形状零件高速高质量加工要求。
本课题起源于生产，是对所学知识应用，它包含了三年所学全部知识，在数控专业上含有代表性，而且提升了综合利用各方面知识能力。程序编制到程序调试，零件加工利用到了所学AutoCAD、 CAXA制造工程师软件、数控机床操作、子程序、刀具选择、零件工艺分析、数学处理、工艺路线等一系列内容。这将所学到理论知识充足利用到了实际加工中，切实做到了理论和实践有机结合。
关键词：数控；加工；工艺；编程

目 录
1引 言 1
1.1数控技术发展及趋势 1
1.2数控车削加工工艺分析关键内容 2
2轴类零件加工工艺设计 3
2.1轴类加工内容及工艺分析 3
2.1.1轴类零件加工内容 3
2.1.2轴类零件加工工艺分析 4
2.2轴类零件工艺路线确实定 4
2.2.1工艺路线确实定 4
2.2.2辅助工序安排 6
2.3数控机床及其工艺设备选择 6
2.3.1数控机床选择 6
2.3.2检测量具选择 7
2.4轴类零件切削用量参数确实定 7
2.4.1确定主轴转速 7
2.4.2确定进给速度 8
2.4.3确定背吃刀量 8
2.5确定数控加工工艺卡 8
2.5.1 数控加工工序 8
2.5.2 数控加工工序表 9
2.6刀具选择 9
2.6.1刀具 9
2.6.2确定对刀点和换刀点 10
3轴类零件夹具选择 12
3.1对轴类零件夹具基础要求 12
3.2.1 夹具类型 12
3.2.2零件安装 12
4车削零件数控加工编程 13
4.1数控坐标系确实定 13
4.2走刀路线确实定 13
4.3程序编制 14
5结 论 22
6致 谢 23
7参 考 文 献 24

1引 言
1.1数控技术发展及趋势
机床数控系统，即计算机数字控制(CNC)系统是在传统硬件数控(NC)基础上发展起来。它关键由硬件和软件两大部分组成。经过系统控制软件和硬件配合，完成对进给坐标控制、主轴控制、刀具控制、辅助功效控制等。CNC系统利用计算机来实现零件程序编辑、坐标系偏移、刀具赔偿、插补运算、公英制变换、图形显示和固定循环等。使数控机床根据操作设计要求，加工出需要零件。19，穿孔金属薄片交换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并含有辅助功效控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包含计算机数字控制系统基础。数控技术是和机床控制亲密结合发展起来。1952年第一台数控机床问世后，数控系统已经前后经历了两个阶段和六代发展，其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控PC机通用CNC系统。其中前三代为第一阶段，称作为硬件连接数控，简称NC系统；后三代为第二阶段，乘坐计算机软件数控，简称CNC系统。
数控加工技术是什么呢？简单说就是利用数字化控制系统在加工机床上完成整个零件加工。而且和传统机械加工手段相比数控加工技术含有以下优点：
①加工效率高。
利用数字化控制手段能够加工复杂曲面。而加工过程是由计算机控制，所以零件交换性强，加工速度快。
②加工精度高。
同传统加工设备相比，数控系统优化了传动装置,提升分辨率,降低了人为误差，所以加工效率能够得到很大提升。
③劳动强度低。
因为采取了自动控制方法，也就是说加工全部过程是由数控系统完成，不象传统加工手段那样烦琐，操作者在数控机床工作时，只需要监视设备运行状态。所以劳动强度很低。
④适应能力强。
数控加工系统就象计算机一样，能够经过调整部分参数达成修改或改变其运作方法，所以加工范围能够得到很大扩展。
从现在世界上数控技术及其装备发展趋势来看，数控系统正在向电气化、电子化、高速化、精密化等方面高速发展，其关键研究热点有以下多个方面：
①高精高速高效化速度
②柔性化
③多轴化
④软硬件开放化
⑤实时智能化
二十一世纪数控装备将是含有一定智能化系统，智能化内容包含在数控系统中各个方面：为追求加工效率和加工质量方面智能化，如加工过程自适应控制，工艺参数自动生成；为提升驱动性能及使用连接方便智能化，如前馈控制、电机参数自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面智能化，如智能化自动编程、智能化人机界面等；还有智能诊疗、智能监控方面内容、方便系统诊疗及维修等。
1.2数控车削加工工艺分析关键内容
①选择适合在数控机床上加工零件，确定工序内容。
②分析被加工零件图样，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件加工方案，制订数控加工工艺路线，如工序划分、加工次序安排、和传统加工工序衔接等。
③设计数控加工工序。如工步划分、零件定位和夹具选择、刀具选择、切削用量确实定等。
④调整数控加工工序程序。如对刀点、换刀点选择、加工路线确实定、刀具赔偿。
⑤分配数控加工中容差。
⑥处理数控机床上部分工艺指令。
总而言之，数控加工工艺内容较多，有些和一般机床加工相同。

2轴类零件加工工艺设计
2.1轴类加工内容及工艺分析

2.1 球头轴零件图

2.1.1轴类零件加工内容
数控车床和一般车床相比，含有加工精度高、加工零件形状复杂、加工范围广等特点。不过数控车床价格较高，加工技术较复杂。球头轴零件可分为粗车、半精车和精车等阶段。通常分为：
①车削外圆。车削外圆是最常见、最基础车削方法使用多种不一样车刀车削中小型零件外圆(包含车外回转槽)方法。其中，左偏刀关键用于需要从左向右进给，车削右边有直角轴肩外圆和右偏刀无法车削外圆。
②车削内圆。车削内圆(孔)是指用车削方法扩大工件孔或加工空心工件内表面。这也是常见车削加工方法之一。常见车孔方法在车削盲孔和台阶孔时，车刀要先纵向进给，当车到孔根部时再横向进给，从外向中心进给车端面或台阶端面。
③车削平面。车削平面关键指是车端平面(包含台阶端面)，常见方法是用左偏刀车削平面，可采取较大背吃刀量，切削顺利，表面光洁，大、小平面均可车削使用90·左偏刀从外向中心进给车削平面，适适用于加工尺寸较小平面或通常台阶端面用90·左偏刀从中心向外进给车削平面，适适用于加工中心带孔端面或通常台阶端面使用右偏刀车削平面，刀头强度较高，适宜车削较大平面，尤其是铸锻件大平面。
④车削锥面。锥面可分为内锥面和外锥面，能够分别视为内圆、外圆一个特殊形式。内外锥面含有配合紧密、拆卸方便、数次拆卸后仍能保持正确对中特点，广泛用于要求中正确和需要常常拆卸配合件上。在一般车床上加工锥面方法有小滑板转位法、尾座偏移法、靠模法和宽刀法等，小滑板转位法关键用于单件小批量生产，内外锥面精度较低，长度较短(≤100mm)；尾座偏移法用于单件或成批生产轴类零件上较长外锥面；靠模法用于成批和大量生产较长内外锥面；宽刀法用于成批和大量生产较短(≤20mm)内外锥面。
⑤车削螺纹。在一般车床上通常使用成形车刀来加工螺纹，加工一般螺纹、方牙螺纹梯形螺纹和模数螺纹时使用成形车刀。
⑥车削台阶、槽。
选择数控加工内容时，可按下列次序考虑：
①一般机床无法加工内容应优先选择；
②一般机床难加工，质量难确保内容应关键选择
③一般机床加工效率低，手工操作劳动强度大内容。
即使数控车床加工范围广泛，不过因受其本身特点制约，一些零件仍不适合在数控车床上加工。
2.1.2轴类零件加工工艺分析
①粗加工：关键是下料，下料要求是棒料直径55㎜，长度是150㎜，而且要求下料长度误差不能超出正负1㎜并在棒料两端钻中心孔，中心孔：A4/8.5，而且，要求中心应均匀一致，为下一步工序做准备。
②半精加工：半精车外圆，先粗车外圆然后，再半精车外圆，而其它各尺寸和跳动要求全部要符合图纸要求。
③精加工：精车外圆，先半精车外圆,最终精车外圆，而其它各尺寸和跳动要求全部符合图纸要求。
2.2轴类零件工艺路线确实定
2.2.1工艺路线确实定
图2.2是加工工序及每个步骤注释和注意事项。

在程序编制中，编程人员必需充足掌握组成零件轮廓几何要素参数及各几何要素间关系。因为在自动编程时要对零件轮廓全部几何元素进行定义，手工编程时要计算出每个节点坐标，不管哪一点不明确或不确定，编程全部无法进行。但因为零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略，常常出现参数不全或不清楚，如圆弧和直线、圆弧和圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查和分析图纸时，一定要仔细核实，发觉问题立即和设计人员联络。
零件外形最好采取统一几何类型及尺寸，这么能够降低换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件形状尽可能对称，便于利用数控机床镜向加工功效来编程，以节省编程时间。
2.2.2辅助工序安排
辅助工序通常包含去毛刺、清洗、上油、检验等。检验工序是关键辅助工序，是合格证产品质量关键方法，零件每道工序加工完成以后，和零件全部加工完成以后全部要进行检验工序。
2.3数控机床及其工艺设备选择
2.3.1数控机床选择
依据零件产量、加工要求选择生产设备（依据专业要求需要选择数控车床）。我们选择SIEMENSSINUMERIK802S/C数控车床。
数控车床常见功效指令有准备功效G、辅助功效M、刀具功效T、主轴转速功效S和进给功效F。因为车床种类不一样，系统配置也各不相同。
表2.1 SIEMENSSINUMERIK802S/C数控车系统常见功效指令
功效
代码
功效
代码
路径数据
暂停时间
G4
绝对/增量尺寸
G90，91
程序结束
M02
公制/英制尺寸
G71，G70
主轴运动

半径/直径尺寸
G22，G23
主轴速度
S
可编程零点偏置
G158
旋转方向
M03/M04
可设定零点偏置
G54～G57
G500，G53
主轴速度限制
G25，G26
轴运动
主轴定位
SPOS
快速直线运动
G0
特殊车床功效

进给直线插补
G1
恒速切削
G96/G97
进给圆弧插补
G2/G3
圆弧倒角/直线倒角
CHF/RND
中间点圆弧插补
G5
刀具及刀具偏置

定螺距螺纹加工
G33
刀具
T
靠近固定点
G75
刀具偏置
D
回参考点
G74
刀具半径赔偿选择
G41，G42
进给率
F
转角处加工
G450，G451
正确停/连续路径加工
G9，G60，G64
取消刀具半径赔偿
G40
在正确停时段转换
G601/G602
辅助功效
M
2.3.2检测量具选择
①游标卡尺
②数显测位尺
③外径千分尺
④螺纹塞规
2.4轴类零件切削用量参数确实定
数控编程时，编程人员必需确定每道工序切削用量，并以指令形式写人程序中。切削用量包含主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不一样加工方法，需要选择不一样切削用量。切削用量选择标准是：确保零件加工精度和表面粗糙度，充足发挥刀具切削性能，确保合理刀具耐用度，并充足发挥机床性能，最大程度提升生产率，降低成本。
2.4.1确定主轴转速
主轴转速应依据许可切削速度和工件(或刀具)直径来选择。其计算公式为：n=1000v/3.14×D
式中：v-切削速度，单位为m/m动，由刀具耐用度决定；n-主轴转速，单位为r/min，D-工件直径或刀具直径，单位为mm。
计算主轴转速n，最终要选择机床有或较靠近转速为：
车外圆，粗车主轴转速为1300r/min ,精车主轴转速为1600r/min 。
表2.2刀具切削参数
加工步骤
刀具切削参数主轴转速
序号
加工内容
刀具规格
n/r.min
进给速度
v/mm.min
类型
材料
1
粗加工外轮廓
93°外圆偏刀
硬质合金
700
200
2
精加工外轮廓
93°外圆偏刀
630
160
3
切螺纹退刀槽
切槽刀
500
80
4
车M24螺纹
60°一般螺纹车
500
800
2.4.2确定进给速度
进给速度是数控机床切削用量中关键参数，关键依据零件加工精度和表面粗糙度要求和刀具、工件材料性质选择。最大进给速度受机床刚度和进给系统性能限制。确定进给速度标准：当工件质量要求能够得到确保时，为提升生产效率，可选择较高进给速度。通常在200——800mm/min范围内选择；车外圆，进给速度为400㎜/r，精车时，进给速度为200㎜/r。刀具空行程时，尤其是远距离“回零”时，能够设定该机床数控系统设定最高进给速度。
2.4.3确定背吃刀量
车削用量选择标准是：
（1）粗车时，首先考虑选择一个尽可能大背吃刀量ap，其次选择一个较大进给量f,最终确定一个适宜切削进度v 。增大背吃刀量ap 可使走刀次数降低，增大进给量f有利于断屑，所以依据以上标准选择粗车切削用量对于提升生产效率，降低刀具消耗，降低加工成本是有利。
（2）精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且均匀，所以选择较小（但不太小）背吃刀量ap和进给量f ，并选择切削性能高刀具材料和合理几何参数，以尽可能提升切削速度v。
（3）零件加工高度H≤（1/4-1/6）RD，以确保刀含有足够刚度。
切削用量具体数值应依据机床性能，相关手册并结合实际经验用模拟方法确定。同时，使主轴转速、背吃刀量及进给速度三者能相互适应，以形成最好切削用量。
2.5确定数控加工工艺卡
2.5.1 数控加工工序
数控加工车削分十三次切削进行加工：
1.然后车削端面作为基准。
2.首优异行车削最大外圆ø80。
3.车ø70轴台阶轴
4.车削台阶平面。
5.调头装夹。
6.车削ø65轴。
7.车削椎面。
8.车削ø24圆柱。
9.车削ø20圆柱。
10.车削球面。
11.切螺纹退刀槽。
12.车削工艺槽。
13.加工螺纹M24。
2.5.2 数控加工工序表
表2.3数控加工工序表

机械厂
产品名称或代号
零件名称
零件图号
轴类零件
轴类零件
001
工艺序号
程序编号
夹具名称
使用设备
001
WK11111
无
数控车床
工步号
工步内容
刀具号
备注
1
车削端面
T01
自动
2
车削最大外圆
T02
自动
3
车削ø70圆柱
T01
自动
4
车削台阶平面
T02
自动
5
调头装夹

手动
6
车削ø65圆柱
T01
自动
7
车削椎面
T01
自动
8
车削ø24圆柱
T01
自动
9
车削ø20圆柱
T01
自动
10
车削球面
T01
自动
11
切螺纹退刀槽
T03
自动
12
车削工艺槽
T03
自动
13
加工螺纹M24
T04
自动
2.6刀具选择
2.6.1刀具
刀具选择标准：刀具使用寿命和装夹是否很方便。在加工轴时通常全部是批量生产，那就要求加工时候必需有效率，装夹要很方便，依据上面分析，我采取机夹式刀片，机夹式刀片材料是超硬质合金钢。对于机夹可转位刀具，因为换刀时间短,能够充足发挥其切削性能，提升生产效率，刀具寿命可选得低些，通常取15-30min .数控机床所选择刀具常采取适应高速切削刀具材料（如高速钢、硬质合金）并使用可转位刀片。
依据以上分析，在加工轴所采取刀具是机夹式，超硬质合金钢刀片,选择数控车削刀具。
数控加工刀具必需适应数控机床高速、高效和自动化程度高特点，通常应包含通用刀具、通用连接刀柄及少许专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床刀架上，所以已逐步标准化和系统化。为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等要求，近几年机夹式可转位刀具得到广泛应用，在数量上达成整个数控刀具30%-40%，金属切除量占总数80%-90%。
而加工轴所用刀片超硬质合金钢, 超硬质合金钢是以碳化钨(WC), 碳化钛(TiC)等,高熔点,高硬度碳化物粉末一起粘连作用金属钴粉末混合,加压成型,再烧结而制成一个粉末冶金制品。硬质合金含有高硬度(69-81HRC),高热硬性(可达900-1000度),高耐磨性和较高抗压强度.用它制造刀具,起切削速度,耐磨性和寿命全部比高速钢高, 超硬质合金钢制刀片,装夹在刀体上使用.使用方便,大大提升加工效率。
另外，对所选择刀具，在使用前全部需对刀具尺寸进行严格测量以取得正确数据，并由操作者将这些数据输入数据系统，经程序调用而完成加工过程，从而加工出合格工件。依据以上分析,采取超硬质合金钢制刀片。依据加工要求,关键选择刀具。
表2.4刀具表：
序号
加工内容
刀具规格
类型
材料
1
粗加工外轮廓
93°外圆偏刀
硬质合金
2
精加工外轮廓
93°外圆偏刀
3
切螺纹退刀槽
切槽刀
4
车M24螺纹
60°一般螺纹车
2.6.2确定对刀点和换刀点
对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具和工件相对位置是很关键，它是经过对刀点来实现。“对刀点”是指经过对刀确定刀具和工件相对位置基准点。在程序编制时，不管实际上是刀具相对工件移动，还是工件相对刀具移动，全部把工件看作静止，而刀具在运动。对刀点往往也是零件加工原点。选择对刀点标准是：
①方便数学处理和简化程序编制；
②在机床上轻易找正，便于确定零件加工原点位置；
③加工过程中便于检验；
④引发加工误差小。
对刀点能够设在零件上、夹具上或机床上，但必需和零件定位基准有已知正确关系。当对刀精度要求较高时，对刀点应尽可能选在零件设计基准或工艺基准上。对于以孔定位零件，能够取孔中心作为对刀点。
对刀时应使对刀点和刀位点重合。所谓刀位点，是指确定刀具位置基准点。

3轴类零件夹具选择
3.1对轴类零件夹具基础要求
数控加工对夹具关键有两大要求：一是夹具应含有足够精度和刚度；二是夹具应有可靠定位基准。选择夹具时，通常考虑以下几点：
①尽可能选择可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采取专用夹具，以缩短生产准备时间。
②在成批生产时才考虑采取专用夹具，并努力争取结构简单。
③装卸工件要快速方便，以降低机床停机时间。
④夹具在机床上安装要正确可靠，以确保工件在正确位置上加工。
此次设计采取一般三爪自动定心卡盘，其工作效率高，使用方便、正确度高3.2工件装夹类型及安装
3.2.1 夹具类型
数控车床上夹具关键有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在带可调卡爪卡盘（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架顶尖间，工件由主轴上拨动卡盘传动旋转
3.2.2零件安装
数控机床上零件安装方法和一般机床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，注意以下两点：
①努力争取设计、工艺和编程计算基准统一，这么有利于编程时数值计算简便性和正确性。
②尽可能降低装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。
因为此次设计零件属于短轴类零件，故采取三爪自定心卡盘装夹。其安装方便、安装精度较高。

4车削零件数控加工编程
4.1数控坐标系确实定
数控车床坐标系统分为机床坐标系和工件坐标系。
① 机床坐标系
以机床原点为坐标系原点建立起来X、Z轴直接坐标系，称为机床坐标系。车床机床原点为主轴旋转中心和卡盘后端面之交点。机床坐标系是制造和调整机床基础，也是设置工件坐标系基础，通常不许可随意变动参考点参考点是机床上一个固定点。该点是刀具退离到一个固定不变极限点，其位置由机械挡块和行程开关来确定。以参考点为原点，坐标方向和机床坐标方向相同所建立坐标系叫做参考坐标系，在实际使用中通常是以参考坐标系计算坐标值。
②工件坐标系
数控编程时应该首先确定工件坐标系和工件原点。零件在设计中有设计基准，在加工过程中有工艺基准，同时应尽可能将工艺基准和设计基准统一，该基准点通常称为工件原点。以工件原点为坐标原点建立起来X、Z轴直角坐标系为工件坐标系。在车床上工件原点能够选择在工件左或右端面上，即工件坐标系是将参考坐标系经过对到平移得到
4.2走刀路线确实定
①车端面。
②钻孔。将棒料运进另一个车间，工序是给棒料进行钻中心孔和车端面。这也是很关键一步工序。因为，钻中心孔好坏将会直接影响下一道工序进行。要求也是很高，关键一步去毛刺，因为上一道工序是锯料，在锯掉地方会有毛刺，在把毛刺去掉后，要对每一个棒了进行测量，以预防上一道工序出现废料。再进行认真测量，将要加工工件放在专门钻床上，对工件进行钻孔，是两头同时进行，而且要求钻孔在棒料中心位置。中心孔：A4/8.8，而且，要求中心孔应均匀一致。在进行好钻孔后，将料放到一般车床进行车两端面，对于车要求是很高，要求棒料长度是150㎜，正负0.5㎜，要求每一个工件全部要进行检验。
②粗车外圆。
③精车外圆。上一道工序，将工件运进到另一个车间，关键数控车床车间，这道工序是最关键一步。是进行精车外圆，先精车外圆，然后，是进行精车外圆，在数控车床上进行加工。用到工装夹具是三爪液压卡盘，还需要顶针，顶针作用就是使加工棒料，保持同轴度，使加工零件精度能够达成更高，也使加工时愈加安全。所用到测量工具是游标卡尺，外径千分尺。同理，再加工时加工要求和加工要求是一样，而其它各尺寸和跳动要求全部要符合图纸要求。
④割槽。端面进行定位割槽并去毛刺；还要求对每批次量生产槽轴向位置需结合内外球笼装配后之轴向窜动间隙和总成压缩总长来定。同上一样，是在CNC车床上进行割槽，所用到工装夹具是三爪卡盘，顶针，用到测量检具是游标卡尺。
⑤车螺纹。
4.3程序编制
数控车床关键是加工回转体零件，经典加工表面不外乎外圆柱、外圆锥、螺纹、圆弧面、切槽等。我所做工序是精车外圆，加工程序以下：
加工程序及其备注
N10 G50 S10000 ；程序开始
N12 G00 G97 S700 T01
N14 M03
N16 M08
N18 G00 X46.777 Z27.753
N20 G00 X49.807 Z0.807
N22 G00 X44.807 Z0.807
N24 G00 X44.100 Z0.100
N26 G01 X44.100 Z-24.100 F200
N28 G00 X44.807 Z-23.393
N30 G00 X49.807 Z-23.393
N32 G00 X49.807 Z0.807
N34 G00 X42.807 Z0.807
N36 G00 X42.100 Z0.100
N38 G01 X42.100 Z-24.100 F200
N40 G00 X42.807 Z-23.393
N42 G00 X47.807 Z-23.393
N44 G00 X47.807 Z0.807
N46 G00 X40.807 Z0.807
N48 G00 X40.100 Z0.100
N50 G01 X40.100 Z-24.100 F200
N52 G00 X40.807 Z-23.393
N54 G00 X45.807 Z-23.393
N56 G00 X45.807 Z-0.293
N58 G00 X40.807 Z-0.293
N60 G00 X40.100 Z-1.000
N62 G01 X40.100 Z-11.000 F200
N64 G01 X40.100 Z-23.000
N66 G00 X41.100 Z-23.000
N68 G00 X49.807 Z-23.000
N70 G00 X46.777 Z27.753
N72 M09
N74 M30
N75 G50 S0
N76 G00 G97 700 T02
N77 M03
N78 M08
N79 G00 X42.450 Z24.023
N80 G00 X46.966 Z24.023
N81 G00 X46.966 Z3.600
N82 G00 X46.966 Z-1.400
N83 G00 X46.100 Z-1.900
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