最新毕业设计车铣削类典型零件数控加工设计.docx
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最新毕业设计车铣削类典型零件数控加工设计
C.限定分组检索结果D.限定查询条件
A.数据库系统只是比文件系统管理的数据更多
34.下面关于查询描述正确的是________。
C.VFP基类的事件也可以由用户创建
【答案】A
else
B.类是实例对象的抽象
?
"0-999中该数的值等于该数中各位数字的立方和：
",i
A.一对一联系B.一对二联系C.多对多联系D.一对多联系。
【答案】D广州航海高等专科学校毕业设计（论文）任务书
编号：
GMC-2-017-02
设计
（论文）
题目
车、铣削类典型零件数控加工设计
完成时间
2008年2月25日
至6月15日
设计者
（作者）
指导教师
毕业设计（论文）任务（主要包括设计或论文要点、字数、图纸数、设计或论文要求）：
一、毕业设计内容：
1、车削类零件的数控加工工艺设计及程序设计
铣削类零件的数控加工工艺设计及程序设计
内容主要包括以下三方面：
（1）数控加工工艺设计
（2）数控加工程序编制
（3）数控机床操作技能实现
2、绘制车、铣削类零件二维、三维图（A4图纸）共4张
3、撰写设计设计论文
二、毕业设计要求：
1、论文按《数控专业05级毕业设计指导书》内容完成；
2、毕业设计论文要求8000字以上；
3、车、铣削类零件要求独立绘制，严禁拷贝；
5、按学校要求，按时完成设计任务，（六月十五号前交论文和图纸）按时回校答辩。
（六月二十号开始答辩）
指导教师填写签名：
2008年2月25日
教研室主任意见：
教研室主任签名：
年月日
备注：
1、画图可采用计算机画图，也可采用手工画图（自选）。
2、车、铣削类零件在毕业答辩时要求在计算机上仿真出。
注：
一式三份，设计者（作者）、指导教师、教研室各一份
目 录
毕业设计标题：
数控车铣床零件加工
内容摘要
数控技术是一项高速发展的现代先进技术，本文主要是介绍数控技术的发展历史及发展趋势，并通过数控车铣零件的加工，了解车床、铣床加工零件的过程，熟悉数控编程，掌握数控仿真等操作。
本论文安排了三章内容，第一章为绪论，主要介绍数控技术的发展趋势，从数控技术、数控编程、数控仿真技术及发展趋势四个方面进行介绍。
随着科学技术的高速发展，制造业发生了根本性的变化，高效率、高精度的数控机床逐渐取代普通机床，形成了巨大的生产力。
数控机床的核心是机床数控技术，其发展和应用的水平标志着综合国力水平，也是实现制造系统自动化、柔性化、集成化、系统化的基础。
第二、三章介绍数控车、铣床的零件加工过程，分别选取一个典型的车、铣床加工零件进行具体系统地分析其加工过程。
分析其加工工艺，包括零件图的工艺性分析、加工方法的选择、定位与加紧方式的选择、加工顺序的安排、走刀路线的确定、加工刀具的选择、切削用量的选择等。
分析其加工的程序编制过程，详细记录每个步骤编写的程序。
分析零件实操的操作过程，包括准备工作、毛坯及刀具的夹紧、对刀、程序录入、加工成品、校对测量值等方面。
通过介绍数控机床典型零件的加工过程，了解数控技术的应用与操作，促进数控技术的推广与发展。
关键词：
数控技术数控机床数控编程数控仿真
第一章绪论
数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。
这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。
因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。
在我国，数控技术与装备的发展亦得到了高度重视，近年来取得了相当大的进步。
特别是在通用微机数控领域，以PC平台为基础的国产数控系统，已经走在了世界前列。
1.1数控技术
数控技术（NumericalControl）是近代发展起来的一种自动控制技术，是用数字化信息实现机床控制的一种方法。
数字控制机床（NmericallyControlMachineTool）是采用数控技术的机床，简称数控机床。
数控机床是一种装有数控系统的机床，该系统能逻辑地处理具有使用数字号码或其他符号编码指令规定的程序。
数控系统是一种控制系统，它能自动完成信息的输入、译码、运算，从而控制机床的运动和加工过程。
1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；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，包括计算机数字控制系统的基础。
数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。
1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。
它是采用计算机实现数字程序控制的技术。
这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。
由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。
1.2数控编程
数控编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设计加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要作用。
在诸如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用。
由于生产实际的强烈需求，国内外都对数控编程技术进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果。
数控编程是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。
它的主要任务是计算加工走刀中的刀位点（cutterlocationpoint简称CL点）。
刀位点一般取为刀具轴线与刀具表面的交点，多轴加工中还要给出刀轴矢量。
1.3数控仿真技术
从工程的角度来看，仿真就是通过对系统模型的实验去研究一个已有的或设计中的系统。
分析复杂的动态对象，仿真是一种有效的方法，可以减少风险，缩短设计和制造的周期，并节约投资。
计算机仿真就是借助计算机，利用系统模型对实际系统进行实验研究的过程。
它随着计算机技术的发展而迅速地发展，在仿真中占有越来越重要的地位。
数控机床加工零件是靠数控指令程序控制完成的。
为确保数控程序的正确性，防止加工过程中干涉和碰撞的发生，在实际生产中，常采用试切的方法进行检验。
但这种方法费工费料，代价昂贵，使生产成本上升，增加了产品加工时间和生产周期。
后来又采用轨迹显示法，即以划针或笔代替刀具，以着色板或纸代替工件来仿真刀具运动轨迹的二维图形（也可以显示二维半的加工轨迹），有相当大的局限性。
对于工件的三维和多维加工，也有用易切削的材料代替工件（如，石蜡、木料、改性树脂和塑料等）来检验加工的切削轨迹。
但是，试切要占用数控机床和加工现场。
为此，人们一直在研究能逐步代替试切的计算机仿真方法，并在试切环境的模型化、仿真计算和图形显示等方面取得了重要的进展，目前正向提高模型的精确度、仿真计算实时化和改善图形显示的真实感等方向发展。
1.4 数控技术发展趋势
1.4.1 性能发展方向
（1）高速高精高效化 速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。
由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。
（2）柔性化 包含两方面：
数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。
（3）工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。
数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。
数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。
（4）实时智能化 早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。
而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。
技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。
在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：
自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、控制、前馈控制等。
例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。
1.4.2 功能发展方向
（1）用户界面图形化 用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。
由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。
当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。
图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。
（2）可视化 科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。
可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。
在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。
（3）插补和补偿方式多样化 多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补（非均匀有理B样条插补）、样条插补（A、B、C样条）、多项式插补等。
多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。
（4）内装高性能PLC 数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。
编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。
（5）多媒体技术应用 多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。
在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。
1.4.3 体系结构的发展方向
（1）集成化 采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。
应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。
平板显示器具有含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。
应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。
通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。
（2）模块化 硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。
根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。
（3）网络化 机床联网可进行远程控制和无人化操作。
通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。
（4）通用型开放式闭环控制模式 采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。
闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。
由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。
加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。
第二章数控车床零件加工
2.1数控加工工艺设计
2.1.1零件图的工艺性分析；
该零件表面由圆柱、圆锥、圆弧、和螺纹组成，尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
零件材料为45钢，无热处理和硬度要求，切削工艺性能良好。
2.1.2选择设备
根据被加工零件的外形和材料等条件，选GSK928T数控车床。
2.1.3定位与夹紧方式的选择；
由于是轴类零件，确定坯料轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。
左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧的装夹方式。
为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分，毛坯选φ25㎜棒料。
2.1.4加工顺序的安排，确定走刀路线和工步顺序；
加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。
即先从右到左进行粗车（留0.4㎜精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。
确定工艺加工路线的原则是：
⑴保证零件的加工精度和表面粗糙度；
⑵方便数值计算，减少编程工作量；
⑶缩短加工运行路线，减少空运行行程。
在确定工艺加工路线时，还要考虑零件的加工余量和机床、刀具的刚度，需要确定是一次走刀，还是多次走刀来完成切削加工，并确定在数控铣削加工中是采用逆铣加工还是顺铣加工等。
其工艺路线为：
⑴粗精车倒角—М12螺纹外圆—Ф16端面—倒角—Ф16外圆—R40圆弧面—Ф24外圆；
⑵车М12螺纹—R8圆弧；
⑶粗精车Φ20处退刀槽—Φ24处倒角—Φ24端面—Φ20外圆—倒角；
2.1.5选择加工刀具及对刀点和换刀点的确定
根据加工要求选用外圆车刀、切断刀及60°螺纹车刀各一把，其编号分别为01、02和03。
将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中（见表2.1.5），以便编程和操作管理。
表2.1.5数控加工刀具卡片
产品名称或代号
零件名称
典型轴
零件图号
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
备注
1
T01
外圆车刀
1
车端面及粗精车轮廓
右偏刀
2
T02
切断刀
1
车轮廓面及切断端面
刀尖宽为3mm
3
T03
外螺纹车刀
1
车螺纹
刀尖为60°
编制
×××
审核
×××
批准
×××
××年×月×日
共1页
第1页
对刀点是数控加工时刀具相对零件运动的起点。
由于程序也是从这一点开始执行，所以对刀点也称为程序起点。
选择对刀点的原则是：
⑴选择的对刀点便与数学处理和简化程序编制；⑵对刀点在机床上容易校准；⑶加工过程中便于检查；⑷需要换刀时，每次换刀所选的换刀点位置应在工件外部的合适位置，避免换刀时刀具与工件、夹具与机床相碰；⑸引起的加工误差小。
对刀点选在工件的右端面与回转轴线的交点。
该零件加工时的换刀点为（100，100）
2.1.6切削用量的选择；
合理选择切削用量的原则是：
粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应该考虑加工成本。
半精加工和精加工时，一般应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率和经济性和加工成本。
⑴背吃刀量的选择
在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除待加工余量，最好一次切除待加工余量，以提高生产效率。
轮廓粗车循环时选ap=1.2㎜，精车ap=0.4㎜；螺纹粗车时选ap=0.4㎜，逐刀减少，精车ap=0.1㎜。
⑵主轴转速的选择
加大切削速度，也能提高生产效率。
车直线和圆弧时，选粗车切削速度vc=90m/min、精车切削速度vc=120m/min，然后利用公式：
vc=πdn/1000（2-1）
计算主轴转速n（粗车直径D=60㎜，精车工件直径取平均值）：
粗车500r/min、精车1200r/min。
车螺纹时，参照式（2-1）计算主轴转速n=320r/min.
⑶进给速度的选择
进给速度是数控机床切削用量中的重要参数。
主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具与零件的材料性质来选取。
当加工精度和表面粗糙度要求高时，进给速度f应该选择得小些。
最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能决定，并与数控系统脉冲当量的大小有关。
选择粗车、精车每转进给量，再根据加工的实际情况确定粗车每转进给量为0.4㎜/r，精车每转进给量为0.15㎜/r，最后根据公式vf=nf计算粗车、精车进给速度分别为200㎜/min和180㎜/min。
综合前面分析的各项内容，并将其填入表2.1.6所示的数控加工工艺卡片。
表2.1.6数控加工工艺卡片
单位名称
产品名称或代号
零件名称
零件图号
典型轴
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
001
三爪卡盘
GSK928T数控车床
工步号
工序内容
刀具号
主轴转速
r/min
进给速度
㎜/min
背吃刀量/mm
备注
1
粗车轮廓
T0101
1200
200
1.2
自动
2
精车轮廓
T0101
1200
180
0.4
自动
3
车螺纹
T0303
500
80
0.4—0.05
自动
4
车轮廓及切断
T0202
1000
180
1.2
自动
编制
×××
审核
×××
批准
×××
××年×月×日
共1页
第1页
2.2数控加工程序编制
2.2.1加工工艺分析；
同轴度：
尺寸为φ16的轴线对公共基准轴线A的同轴度公差为0.03mm
线轮廓度：
尺寸为φ19处圆弧的线轮廓度公差为0.04mm
尺寸为φ16处圆弧的线轮廓度公差为0.03mm
粗糙度：
尺寸为φ24的轴面及尺寸为φ16处的圆弧面用去除材料的方法得到的表面，Ra的上限值为1.6um。
尺寸为φ24的轴面及尺寸为φ19处的圆弧面用去除材料的方法得到的表面，Ra的上限值为3.2um。
其余的用去除材料的方法得到的表面，Ra的上限值为6.4um。
2.2.2数值计算；
对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值为正负值，故编程时取平均值，即全部取其基本尺寸即可。
Φ19处圆弧两端的坐标经计算为：
（24，-39.2）（24，-50.8）
M12螺纹加工计算：
12-（2-0.13*26）=10.05mm所以经加工后的尺寸为10.05mm，分五步加工螺纹过程中x轴坐标值分别为：
X11.4、X11、X10.6、X10.3、X10.1、X10.05
2.2.3编写零件加工程序单；
⑴粗精车倒角—М12螺纹外圆—Ф16端面—倒角—Ф16外圆—R40圆弧面—Ф24外圆；
O0111
G00X100Z100
T0101
M03S1000
G00X27Z0
G71U1.2R1
G71P10Q20U0.4W0.6F80
N10G00X10
G01X12Z-1F60
Z-15
X14
X16Z-16
Z-23
G02X24Z-35R40
N20G01Z-55
G70P10Q20
G00X100Z100
⑵车М12螺纹—R8圆弧；
T0303
G00X14Z0
G92X11.4Z-13F1.5
X11Z-13
X10.6Z-13
X10.3Z-13
X10.1Z-13
X10.05Z-13
X10.05Z-13
G00X26Z-37
G73U3W2R0.006
G73P30Q40U0.4W0.6F60
N30G01X24Z-39.2
N40G02X24Z-50.8R8
G70P30Q40
G00X100Z100
⑶粗精车Φ20处退刀槽—Φ24处倒角—Φ24端面—Φ20外圆—倒角；
T0202
G00X27Z-65
G75R1
G75X18P1200F30
G72W1.5R1
G72P50Q60U0.4W0.6F60
N50G01Z-54
G01X24F60
X22Z-55
X20
Z-64
N60X18Z-65
G70P50Q60
G00X20Z-65
G75R1
G75X0P1200F30
G00X100Z100
T0100
M05
M30
2.3数控机床操作技能实现
数控车削加工编程、操作及调试（980T数车）；
以980T数控车床为对象，实现零件成功加工的步骤：
⑴准备工作：
机床机械回零，确认机床坐标系
⑵装夹工件毛坯：
通过夹具使零件定位，并使工件定位基准面与机床运动方向一致
⑶安装刀具：
分别安装T0101外圆车刀、T0202切断刀及T0303螺纹车刀
⑷输入程序及空运行程序
⑸对刀测量
采用试切对刀测量，分别测出各把刀的X值、Z值，再在刀补界面下输入测量数值。
⑹加工成品
启动程序进行自动加工，注意加工过程中的切削液要充足，防止切屑刮伤工件。
⑺校对设定值
用游标卡尺进行测量，对照零件图纸测量尺否达到该尺寸的公差。
第三章数控铣床零件加工
3.1数控加工工艺设计
3.1.1零件图的工艺性分析；
该零件为曲面类（立体类）零件，坯料上下表面不加工，其轮廓曲线为直线-圆弧等组成；
如图左边为R18半圆突台，中间为弧形曲面（两段R5圆弧相切），右边为R25半圆凹槽及R5的倒圆角、4个Φ5孔；
3.1.2加工方法的选择；
⑴内孔表面的加工方法⑵平面的加工方法⑶平面轮廓加工方法⑷曲面轮廓加工方法。
根据该零件的工艺分析，该零件首先进行平面轮廓加工，再进行曲面轮廓加工，再进行钻孔。
3.1.3定位与夹紧方式的选择；
该零件的毛坯为100*60*30的立方体，所以用虎钳夹紧即可。
3.1.4加工顺序的安排，确定走刀路线和工步顺序；
⒈切削加工顺序的安排:
a．基面先行原则；b．先粗后精原则；c．先主后次原则；d．先面后孔原则。
⒉加工路线的确定原则主要有以下几点：
1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面质量，且效率要高；2）使数值计算简单，以减少编程运算量；3）应使加工路线最短，这样既可简化程序段，又可减少空走刀时间。
⒊其走刀工艺路线：
⑴外形铣削外轮廓—左边R30半圆的挖槽加工—右边R25半圆的挖槽加工—左边R18半圆的平面铣削加工—中间曲面粗加工（平行铣削）；
⑵左边R23半圆与R18半圆间的挖槽加工（使用岛屿深度挖槽）；
⑶右边4个R2.5孔的钻孔加工；
⑷中间曲面精加工（平行铣削）；
3.1.5数控加工刀具的选择；
铣刀的选择：
①减少刀具数量；②一把刀具完成其所能进行的所有加工部位
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