数控车床毕业设计.docx

1、数控车床毕业设计数控车床毕业设计、前言制造业是我国国民经济的支柱产 业，其增加值约占我国国内生产总值的 40%以上，而先进的制造技术是振兴制造 业系统工程的重要组成部分。21世纪是 科学技术突飞猛进、不断取得新突破的 世纪，它是数控技术全面发展的时代。 数控机床代表一个民族制造工业现代化 的水平，随着现代化科学技术的迅速发 展，制造技术和自动化水平的高低已成 为衡量一个国家或地区经济发展水平的 重要标志。数控车床是LI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、 盘类等回转体零件。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

2、进行车槽、钻孔、扩孔、 狡孔等工作。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。本文主要讨论的就是作为制造业的 组成部分数控车床。主要内容有关于数 控车床的编程方法、编程的注意事项、 加工工艺分析、刀具的选用、刀位轨迹 计算。下面就是本文的主题，关于数控车 床的编程与实例。二、数控机床（主要介绍 数控车床）2. 1数控车床简介数控车床即装备了数控系统的车 床。山数控系统通过伺服驱动系统去控 制各运动部件的动作，主要用于轴类和 盘类回转体零件的多工序加工，具有高 精度、高效率、高柔性化等综合特点， 适合中小批量形状复杂零件的多品种、

3、 多规格生产。数控车床按车削中心是在普通数控 车床基础上发展起来的一种复合加工机 床。除具有一般二轴联动数控车床的各 种车削功能外，车削中心的转塔刀架上 有能使刀具旋转的动力刀座，主轴具有 按轮廓成形要求连续（不等速回转）运 动和进行连续精确分度的c轴功能，并 能与X轴或Z轴联动，控制轴除X、Z、C 轴之外，还可具有Y轴。可进行端面和 圆周上任意部位的钻削、铳削和攻螺纹 等加工，在具有插补功能的条件下，还 可以实现各种曲面铳削加工。数控车床 种类较多，但主体结构都是山：车床主 体、数控装置、伺服系统三大部分组成。2.2数控技术的发展趋势随着数控技术的发展，数控车床的 工艺和工序将更加复合化和集

4、中化。即 把各种工序（如车、铳、钻等）都集中 在一台数控车床上来完成。LI前国际上 出现的双主轴结构就是这种构思的体 现。采用四轴三联动配置，线性轴X/Y/Z 及旋转C轴，C轴绕主轴旋转。机床除具 备一般的车削功能外，还具备在零件的 端面和外圆面上进行铳加工的功能。双主轴、3刀塔的复合加工CNC车床 可以同时连续对零部件进行车削、铳削 加工，只需进行一次装夹就可以完成对 零部件的全加工。三、数控机床的编程方法3. 1手工编程山人工完成零件图样分析、工艺处 理、数值计算、书写程序清单直到程序 的输入和检验。适用于点位加工或儿何 形状不太复杂的零件，不仅费时，而且 编制复杂零件还容易出错。3.2自

5、动编程自动编程是用计算机把输入的零件 图纸信息改写成数控机床能执行的数控 加工程序，也就是说数控编程的大部分 工作由计算机来实现。利用CAD或者CAM软件，实现造型 及图象自动编程。其中典型的是Master CAM软件，其可以完成铳削二坐标、三坐 标、四坐标和五坐标、车削、线切割的 编程，这种软件功能单一，简单易学。数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。如图1所 示，编程工作主要包括：图1数控程序编制的内容4. 3数控车床程序的编制数控车削加工包括内外圆柱面的车 削加工、端面车削加工、钻孔加工、螺 纹加工、复杂外形轮廓回转面的车削加 工等。四、数控机床程序的编制4. 1数控编

6、程的基本概念编程就是将加工零件的加工顺序、 刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主 运动和进给运动速度、切削深度）以及 辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液 开关、刀具夹紧、松开等）加工信息， 用规定的文字、数字、符号组成的代码, 按一定格式编写成加工程序。4. 2数控编程的步骤1.F功能：F功能指令用于控制切削进给量。在 程序中，有两种使用方法：F后面的数字 表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r； F后面的数字表示的是每分钟进给量，单 位为 mm/mino2.S功能：S后面的数字表示主轴转速，单位为 r/mino S后面的数字表示的是最高转速: r/mino S后面的数字表示的是恒定的线 速度

7、：m/minoT功能指令用于选择加工所用刀具。T后面通常有两位数表示所选择的刀具 号码。但也有T后面用四位数字，前两 位是刀具号，后两位是刀具长度补偿号, 又是刀尖圆弧半径补偿号。4. M功能：M00：程序暂停，可用NC启动命令 （CYCLE START）使程序继续运行；M01：计划暂停，与M00作用相似， 但M01可以用机床“任选停止按钮”选 择是否有效；M03：主轴顺时针旋转;M04：主轴逆时针旋转；M05：主轴旋转停止；M08：冷却液开；M09：冷却液关;M30：程序停止，程序复位到起始位 置。五、数控刀具的选用切削刀具山传统的机械工具实现了 向高科技产品的飞跃，刀具的切削性能 有显著的

8、提高。切削技术山传统的切削 工艺向创新制造工艺的飞跃，大大提高 了切削加工的效率。刀具工业由脱离使 用、脱离用户的低级阶段向面向用户、 面向使用的高级阶段的飞跃，成为用户 可利用的专业化的社会资源和合作伙 伴。切削刀具从低值易耗品过渡到全面 进入“三高一专（高效率、高精度、高 可靠性和专用化）”的数控刀具时代， 实现了向高科技产品的飞跃。成为现代 数控加工技术的关键技术。与现代科学 的发展紧密相连，是应用材料科学、制 造科学、信息科学等领域的高科技成果 的结晶。5.2数控车削的刀具与选用1、 刀片形状的选择：正型（前角） 刀片：对于内轮廓加工，小型机床加工, 丄艺系统刚性较差和工件结构形状较复

9、 杂应优先选择正型刀片。负型（前角） 刀片：对于外圆加工，金属切除率高和 加丄条件较差时应优先选择负型刀片。2、 一般外圆车削常用80凸三角 形、四方形和80 菱形刀片；仿形加工 常用55 、35 菱形和圆形刀片；在 机床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片，反之 选择刀尖角较小的刀片。3、 前角的作用。大负前角用于：切 削硬材料；需切削刃强度大，以适应断 续切削、切削含黑皮表面层的加工条件。 大正前角用于：切削软质材料易切削材 料被加工材料及机床刚性差时。4、 后角的作用：小后角用于：切削 硬材料；需切削刃强度高时。大后角用 于：切削软材料；切削易加工硬化的材 料。5

10、、 主偏角的作用：大主偏角用于： 切深小的精加工；切削细而长的工件； 机床刚性差时。小主偏角用于：工件硬 度高，切削温度大时；大直径零件的粗 加工；机床刚性高时。6、 副偏角具有减少已加工表面与刀 具摩擦的功能。一般为515。六、工艺分析方法数控机床的加工工艺与通用机床的 加工工艺有许多相同之处，但在数控机 床上加工零件比通用机床加工零件的工 艺规程要复杂得多。在数控加工前，要 将机床的运动过程、零件的工艺过程、7、 刃倾角是前刀面倾斜的角度。重 切削时，切削开始点的刀尖上要承受很 大的冲击力，为防止刀尖受此力而发生 脆性损伤，故需有刃倾角。推荐车削时 为35 。刀具的形状、切削用量和走刀路线

11、等都 编入程序，这就要求程序设计人员具有 多方面的知识基础。合格的程序员首先 是一个合格的工艺人员，否则就无法做 到全面周到地考虑零件加工的全过程， 以及正确、合理地编制零件的加工程序。6.1零件图的工艺性分析1、 分析零件的几何要素首先从零件图的分析中，了解工件 的外形、结构，工件上须加工的部位，及 其形状、尺寸精度、和表面粗糙度；了 解各加丄部位之间的相对位置和尺寸精 度；了解工件材料及其它技术要求。从 中找出工件经加工后，必须达到的主要 加工尺寸和重要位置尺寸精度。2、 分析了解工件的工艺基准包括其外形尺寸、在工件上的位置、 结构及其他部位的相对关系等。对于复 杂丄件或较难辨工艺基准的零

12、件图，尚 需详细分析有关装配图，了解该零件的 装配使用要求，找准工件的工艺基准。6. 2切削用量的选择1、确定合理切削用量的意义数控加工时对同一加工过程选用不 同的切削用量，会产生不同的切削效果。 合理的切削用量应能保证工件的质量要 求（如加工精度和表面粗糙度），在切 削系统强度、刚性允许的条件下充分利 用机床功率，最大限度地发挥刀具的切 削性能，并保证刀具具有一定的使用寿 命。2、选择切削用量的一般原则（1） 粗车时切削用量的选择粗车时一般以提高效率为主，兼顾 经济性和加工成本。提高切削速度、加 大进给量和切削深度都能提高生产率。 其中切削速度对刀具寿命的影响最大， 切削深度对刀具寿命的影响

13、最小，所以 考虑粗加工切削用量时首先应选择一个 尽可能大的切削深度，以减少进给次数, 其次选择较大的进给速度，最后在刀具 使用寿命和机床功率允许的条件下选择 一个合理的切削速度。（2） 精车、半精车时切削用量的选 择精车和半精车的切削深度是根据零 件加工精度和表面粗糙度要求及粗车后 留下的加工余量决定的，一般情况是一 次去除余量。当零件精度要求较高时， 通常留0.2 0.4 mm （直径值）的精 车余量。精车和半精车的切削深度较小, 产生的切削力也较小，所以可在保证表 面粗糙度的情况下适当加大进给量。3、 如何选择切削用量（1） 切削用量一般可以根据刀具供 应商所提供的刀具样本数据来确定，这

14、是比较快捷而稳妥的方法；也可以根据 经验或试切来确定。（2） 查阅切削用量手册。（3） 生产实践经验。4、 关于螺纹车削的主轴转速（1）数控车螺纹时，会受到以下儿 方面的影响：1螺纹加工程序段中的导程值， 相当于进给量f （mm / r）,如果将机床 的主轴转速选择过高，其换算后的进给 速度F（mm / min）则必定大大超过正常 值。2刀具在其位移过程的始/终， 都将受到伺服驱动系统升/降频率和 数控装置插补运算速度的约束，山于升 /降频率特性满足不了加工需要等原因， 则可能因主进给运动产生出的“超 前”和“滞后”而导致部分螺牙的螺 距不符合要求。3车削螺纹必须通过主轴的同步 运行功能而实现

15、，即需要主轴编码器。 当其主轴转速选择过高，通过编码器发 出的定位脉冲（即主轴每转一周时所发 出的一个基准脉冲信号）将可能 因 过冲”（特别是当编码器的质量 不稳定时）而导致工件螺纹产生乱纹（俗 称“烂牙”）。（2）鉴于上述原因，不同的数控系 统车螺纹时推荐不同的主轴转速范围， 大多数经济型数控车床的数控系统推荐 车螺纹时主轴转速如下：nW1200 / P - k式中：P被加工螺纹导程，mm：k 保险系数，一 般为80。控加工、新产品的试制和中、小批量的 生产。七、工件的装夹和夹具选择7.1夹具的分类机床夹具的种类很多，按使用机床 类型分类，可分为车床夹具、铳床夹具、 钻床夹具、锂床夹具、加工

16、中心夹具和 其他夹具等。按驱动夹具工作的动力源 分类，可分为手动夹具、气动夹具、液 压夹具、电动夹具、磁力夹具和自夹紧 夹具等。按专门化程度可分为以下儿种 类型的夹具：通用夹具是指已经标准化、无需调 整或稍加调整就可以用来装夹不同工件 的夹具。如三爪卡盘、四爪卡盘、平口 虎钳和万能分度头等。这类夹具主要用 于单件小批生产。专用夹具是指专为某一工件的某一 加工工序而设计制造的夹具。结构紧凑, 操作方便，主要用于固定产品的大量生 产。组合夹具是指按一定的工艺要求， 山一套预先制造好的通用标准元件和部 件组装而成的夹具。使用完毕后，可方 便地拆散成元件或部件，待需要时重新 组合成其他加工过程的夹具。

17、适用于数可调夹具包括通用可调夹具和成组 夹具，它们都是通过调整或更换少量元 件就能加工一定范圉内的工件，兼有通 用夹具和专用夹具的优点。通用可调夹 具适用范围较宽，加工对象并不十分明 确；成组夹具是根据成组工艺要求，针 对一组形状及尺寸相似、加工工艺相近 的工件加工而设讣的，其加工对象和范 围很明确，乂称为专用可调夹具。数控机床夹具常用通用可调夹具、 组合夹具。7.2工件在数控车床上的装夹1、 常用装夹方式：三爪自定心卡盘 装夹；两顶尖之间装夹；卡盘和顶尖装 夹；双三爪定心卡盘装夹。2、 釆用找正的方法：找正装夹时必 须将工件的加工表面回转轴线（同时也 是工件坐标系Z轴）找正到与车床主轴 回转

18、中心重合。一般为打表找正。通过 调整卡爪，使工件坐标系Z轴与车床主 轴的回转中心重合。3、 薄壁零件的装夹：薄壁零件容易 变形，普通三爪卡盘受力点少，采用开 缝套筒或扇形软卡爪，可使工件均匀受 力，减小变形。也可以改变夹紧力的作图1车削加工实例&1.1、图纸分析（1） 加工内容：此零件加工包括车 端面，外圆，倒角，圆弧，螺纹，槽等。（2） 工件坐标系：该零件加工需调 头，从图纸上尺寸标注分析应设置2个 坐标系，2个工件零点均定于装夹后的右 端面（精加工面）装夹（1）50外圆，平端面，对刀，设 置笫1个工件原点。此端面做精加工面, 以后不再加工。八、零件加工编程实例调头装夹（1）48外圆，平端面

19、，测量 总长度，设置第2个工件原点（设在精 加工端面上）8.1零件的工艺分析:(3)换刀点：(120, 200)图2刀具选择图（4）公差处理：尺寸公差取中值。&1.2、工艺处理（1）工步和走刀路线的确定，按加 工过程确定走刀路线如下：装夹小50外圆表面，探出65mm,粗 加工零件左侧外轮廓：2X45倒角， （1）48 外圆，R20, R16, R10 圆弧。精加工上述轮廓。手工钻孔，孔深至尺寸要求。粗加工孔内轮廓。精加工孔内轮廓。调头装夹（1）48外圆，粗加工零件右 侧外轮廓:2X45。倒角，螺纹外圆,巾36 端面，锥面，（1）48外圆到圆弧面。精加工上述轮廓。切槽。螺纹加工。8.2刀具的选择

20、及对刀刀具的选择和切削用量的确定，根 据加工内容确定所用刀具如图2所示：T0101外轮廓粗加工：刀尖圆弧半径 0.8mm，切深2mm,主轴转速800r/min,进 给速度 150mm/minoT0202外轮廓精加工：刀尖圆弧半径 0. 8mm,切深 0. 5mm,主轴转速 1500r/min, 进给速度80mm/minoT0303切槽：刀宽4mm,主轴转速 450r/min,进给速度 20mm/min。T0404加工螺纹：刀尖角60 ,主 轴转速400r/min,进给速度2mm/r （螺 距）。T0505钻孔：钻头直径16mm,主轴 转速 450r/minoT0606内轮廓粗加丄：刀尖圆弧半径

21、G01 Z10 F0. 6；0. 8mm,切深1mm,主轴转速500r/min,进给速度 100mm, min。GOO X80 Z80；T0707内轮廓精加丄：刀尖圆弧半径M06 T0303：内孔刀0. 8mm,切深 0. 4mm,主轴转速 800r/min,进给速度60mm/minoGOO Z10：8. 3数值计算X0：未知点坐标计算：G01 Z-28 F0. 2；P1 (40. 7,-33. 52), P2 (42. 95,-53. 36)X10；螺纹尺寸计算：螺纹外圆=32-0. 2=31. 8X19 Z-10：8. 4编写程序Z5；外圆GOO X100：00002；Z100；T0404

22、；钻头M05；M03 S500；M30；GOO Z5；%X0；外圆G01 Z-50 F0. 15；T0101：外圆刀G04 X3；M03 S600：G71 Q3 Rl. 5；X40：G71 P20 Q110 uO. 5 wO. 3 FO. 2；G01 X28 FO. 15；N20 G01 ZO F0.2：G04 X3：N30 X30 Z-2；G01 X40 FO. 2N40 Z-30；GOO X100：X50 X36；Z100：N60 X45 Z-42；M05；N70 Z-52；M30：N80 G02 X42. 95 Z53. 36 RIO FO. 2；%N90 GO3 X40. 7 Z-73

23、. 5 R16 FO. 2；工厂数控加工工序卡零件名称材第片轴类45屛工序号程序编号夹具名称车间三爪自定心卡盘数控中心工步号工步内容刀具号主轴转速进给遊1粗精车左端面外形T016000.22切断T024000. 11表2 轴类的数控加工工序卡片N120 GOO X100；Z100；M06 T0202：切断刀M03 S400；3粗精车圆弧表面T03600G56 0 : 14选用3号工件坐标系4粗车内孔加工T04500G57 14选用4号工件坐标系GSjP* 1J 14选用5 0匸件坐标系G代码分组功能G5914选用6号工件坐标系G6000单一方向泄位G6115精确停止方式G代码分组功能*G641

24、5切削方式*G00()1定位（快速移动）G6500宏程序调用*G01()1直线插补（进给速度）G6612模态宏程序调用G0201顺时针圆弧插补*G6712模态宏程序调用取消G0301逆时针圆弧插补G7309深孔钻削固定循环G0400暂停，精确停止G7409反螺纹攻丝固立循环G0900精确停止G7609精镇固泄循环*G1702选择X Y平而*G80()9取消固定循环G1802选择ZX平而G8109钻削固定循环G1902选择YZ平而G8209钻削固定循环G2700返回并检查参考点G8309深孔钻削固妃循环G2800返回参考点G8409攻丝固泄循环G29(X)从参考点返回G8509镣削固泄循环G3000返回第二参考点G86()9锂削固泄循环*G4007取消刀具半径补偿G8709反镇固定循环G4107左侧刀具半径补偿G8809镣削固定循环G4207右侧刀具半径补偿G8909锂削固定循环G43OX刀具长度补偿+*G9003绝对值指令方式G4408刀具长度补偿一*G9103增虽值指令方式*G4908取消刀具长度补偿G9200工件零点设定G5200设置局部坐标系*G9810固泄循环返回初始点G5300选择机床坐标系G9910固泄循环返回R点*G5414选用1号工件坐标系G5514选用2号工件坐标系