常用回转体零件的数控加工工艺和仿真.docx
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常用回转体零件的数控加工工艺和仿真
摘要
数控技术水平的高低和数控设备拥有的多少已成为衡量个国家工业现代化的重要标志。
数控机床作为机电一体化的典型产品，在机械制造．中发挥着巨大的作用，很好地解决了现代机械制造中结构复杂、精密、批量小、多变零件的加工问题，且能稳定产品的加工质量，大幅度提高生产效率。
但是，发展数控技术的最大障碍就是添置设备的初期投资大，这使许多中小型企业难以承受。
如果淘汰大量的普通机床，而去购买昂贵的数控机床，势必造成巨大的浪费。
因此，普通机床的数控化改造大有可为。
通过对CA6140A普通车床的数控改造，使其加工精度明显提高，定位准确可靠，操作方便，性能价格比高。
这种方法对中小企业设备的数控改造有一定的借鉴与推广作用。
本次改造主要针划车床的主轴系统、刀架系统、进给系统、反馈环节、电器控制柜及数控系统进行了改造，改造方法简单、改造操作步骤便于实施。
关键字：
数控技术；自动化；加工工艺；编辑程序
摘要…………………………………………………………………………………………………4
前言…………………………………………………………………………………………………5
1.数控机床的概述…………………………………………………………………………6
1.1数控机床的基本组成及工作原理………………………………………………7
1.1.1数控机床的基本组成……………………………………………………7
1.2.2数控机床的工作原理……………………………………………………7
1.2数控机床的应用范围……………………………………………………………8
1.3数控机床的特点…………………………………………………………………9
2.AutoCAD图样……………………………………………………………………10
2.1零件CAD图……………………………………………………………………11
2.2零件的尺寸标注分析和技术要求……………………………………………11
3.工艺路线…………………………………………………………………………11
4.毛坯及装夹………………………………………………………………………11
41毛坯的形状及尺寸的确定…………………………………………………11
4.2机床夹具的确定……………………………………………………………11
5.刀具的选择……………………………………………………………………11
道具卡片……………………………………………………………………………11
6.FANUC数控车床零件程序编辑………………………………………………11
程序编辑…………………………………………………………………………12
7.仿真软件模拟……………………………………………………………………12
8.回转体零件的特点………………………………………………………………13
.零件精度分析……………………………………………………………………23
9.1误差分析………………………………………………………………………23
9.2测量误差………………………………………………………………………24
9.3计量器具选择…………………………………………………………………24
9.4如何减少误差…………………………………………………………………25
总结………………………………………………………………………………26
参考文献………………………………………………………………………………27
前言
当今世界电子技术猛速发展，微处理器，微型计算机在各技术领域得到了广泛应用，对各领域的发展气到了极大地推动作用。
一个完善的机电一体化系统，应包括几个基本要素：
机械本体、执行机构、感测试部分、制及其信息处理部分。
机电一体化时系统技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术、检测传感器技术、伺服传动技术和机械技术等科学技术领域综合交叉的技术密集型系统工程。
随着消费向个性化发展，单件小批量多品种产品占到70%--80%，这类产品的零件一般采用通用机床来加工。
而通用机床的自动化程度不高，基本上由人工操作，难于进一步提高生产率和保证质量。
特别是由曲线、曲面组成的复杂零件，只能借助靠模和仿行机床或者借助画线和样板用手工操作的方法来完成，其加工精度和生产率受到极大影响。
数控技术是数字控制（NumericalControl）技术的简称。
它采用数字化信号对被控制设备进行控制，使其产生各种规定的运动和动作。
利用数控技术可以把生产过程用某中语言编写的程序来描述，将程序以数字形式送入计算机或专用的数字计算装置进行处理输出，并控制生产过程中相应的执行程序，从而使生产过程能在无人干预的情况下自动进行，实现生产过程的自动化。
采用数控技术的控制系统称为数控系统（NumericalControlSystem）。
根据被控对象的不同，存在多种数控系统，其中产生最早应用最广泛的是机械加工行业中的各种机床数控系统。
所谓机床数控系统就是以加工机床为控制对象的数字控制系统。
1.数控机床的概述
1.1数控机床的基本组成及工作原理
1.1.1数控机床的基本组成
数控机床加工零件的工作过程分以下几个步骤实现：
1、根据被加工零件的图样与工艺方案，用规定的代码和程序格式编写加工程序；2、所编程序指令输入机床数控装置；3、数控装置将程序（代码）进行译码、运算之后，向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置发出信号，以驱动机床的各运动部件，并控制所需的辅助动作，最后加工出合格的零件。
数控机床的基本组成包括加工程序、输入输出装置、数控系统、伺服系统和辅助控制装置、反馈系统、电器逻辑装置以及机床本体。
由下图1.2.1可知机床数控系统的基本工作流程。
1.1.2数控机床的工作原理
由上图可知，数控机床在加工时，是根据工件图样要求及加工工艺过程，将所用刀具及机床各部件的移动量、速度及动作先后顺序、主轴转速、主轴旋转方向及冷却等要求，以规定的数控代码形式，编制成程序单，并输入到机床专用计算机中。
然后，数控系统根据输入的指令，进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令，控制机床各部分进行规定的位移和有顺序的动作，加工出各种不同形状的工件。
1.2数控机床的应用范围
1、轮廓形状复杂，加工精度高的零件；
2、用普通机床加工时，需要制作复杂工艺装备的零件；
3、用普通机床加工时，工艺路线过长、工装过多的零件；
4、多品种、小批量生产的零件（100件以内）；
5、新产品的试制零件；
6、价值昂贵，加工中不许报废的零件；
7、生产周期段的急需件；
8、集铣、钻、镗、扩、铰、攻螺纹等多种工序于一体的零件。
1.3数控机床的特点
1、适应性强，适应加工单件或中小批量复杂工件；
2、加工精度高，产品质量稳定；
3、自动化程度高，劳动强度低，改善劳动条件；
4、生产效率高；
5、良好的经济效益；
6、有利于生产管理的现代化。
2.
AutoCAD图样
2.1零件CAD图
图2-1件一
图2-2件二
2.2零件的尺寸标注分析和技术要求
零件上的标准结构较多，准尺寸时应注意国家标准的规定方法。
经分析可以看出零件的尺寸精度和表面粗糙度要求较高。
形位公差有严格的要求：
直径R50mm的轴线对左端R32mm的孔轴线的同轴度公差R0.02mm;R58mm的轴线对左端R32mm的孔轴线同轴线公差为R0.015mm。
R60mm的轴线对左端R32mm的孔轴线同轴度公差为R0.02mm。
R52的轴线对左端R32mm的孔轴线同轴度公差为R0.02mm。
左右两端R32mm的孔轴线的同轴度公差为R0.02mm。
R50mm圆柱端对左边R32mm的孔轴线的垂直度度公差为0.02mm。
左端R32mm的孔内端面对左端R32mm的孔轴线的垂直度公差为R0.015mm。
R52mm的轴线对右端R32mm的孔轴线的同轴度公差为R0.02mm。
R25mm的孔轴线对右端R32mm的孔轴线同轴度公差为R0.02mm。
左右两端的R28mm的孔轴线对右端R32mm的空轴线的同轴度公差为R0.02,mm。
R42mm的圆柱端面对右端R32mm的孔轴线的垂直度公差为R0.015mm。
R58mm的圆柱端面对R32mm的孔轴线的垂直度公差为R0.015mm。
R50mm圆柱面必须位于半径差为公差值0.008的两同住圆柱之面。
R32mm的内圆柱面的任一正截面的圆周。
必须位于半径差为公差值0.008的同心圆之间。
R50mm的圆柱端面必须位于距离为公差0.006的两平行平面内。
3工艺路线
1欲钻r32mm通孔，一端反爪夹住，另一端用顶尖夹住
2用G71外径粗车循环，粗车加工坐端至r25mm半球，双边留0.5mm余量
3粗加工左端外型，r25mm半球不加工。
4切外槽
5撤销顶尖，用G71内径粗车循环加工左端内径，精加工左端内型。
6且内槽，加工M40*1.5内螺纹
7调头校正，用正爪夹R50mm外圆，另一端用顶尖夹住，用G71外径粗车循环右端至r25半径，双边留0.5mm余量。
8精加工右端外型，r25mm不加工。
9且外槽，加工M46*1.5外螺纹。
10精加工r25球面。
11撤去顶尖，用G71内径粗车循环加工右端内型，精加工右端内型。
4毛坯及装夹
更具零件所需要的形状、尺寸等而制成的进一步加工用的生产对象称为毛坯。
在制定工艺过程时，合理选择毛坯不仅影响道毛坯本身的工艺和生产费用，而且对零件机器加工工艺、生产率和经济性也有很大的影响。
另加毛坯的加工选择应具有如下要求：
满足设计使用需要、具有良好的经济性、良好的切削性、取材方便。
毛坯的选择不仅考虑经济性、实用性、还要考虑道先用的设配及工人的技术等级。
4.1毛坯的形状及尺寸的确定
毛坯尺寸和零件图上相应的设计尺寸之差成为加工总余量，又称毛坯余量。
毛坯尺寸的公差成为毛坯公差，毛坯的余量和毛坯公差的大小同毛坯的制造方法有关生产中可参考有关工艺手册和标准确定。
毛坯雨量确定后，将毛坯雨量附加在零件相应的加工表面，即可大致确定毛坯的形状与尺寸。
此外，在毛破制造，机器加工机热处理时，还有许多工艺因素会影响到毛坯的形状和尺寸，本次设计为单件小批量生产，所以设计选材应从满足工件的使用性、经济性和切削性、取材的方便性考虑。
单从经济性考虑毛坯的选择应使毛坯的形状和尺寸与零件尽量接近，可以考虑选择铸件，但本次设计为单件小批量生产，所以设计选材应满足工件的使用性、经济性和切削性取材方便性考虑，选择铸件满足工件的使用性和切削性能但从经济性考虑，则是不经济，取材不方便，铸铁暂不考虑。
所以考虑普通钢材45#钢，价格低廉取材方便、有良好的切削性和经济性。
再根据机器手册查并计算出粗精加工单边与量的总和留2mm’较适合，既80+2*2=84，因此选用84mm棒料。
4.2机床夹具的确定
在实际加工中工件的定位也是非常重要的，在加工中夹具的选择的是否合理直接影响到工件的精度、增加公认的劳动强度、加工成本严重时可能造成工件报废、打刀或伤害到操作人员的人身安全等事故，所以，在实际加工中选择的夹具也是至关重要的，要求操作者对基本装夹方法有较深入的了解。
三爪自定心卡盘装夹这种卡盘能自动定心不必花费太多的时间找到工件，但在工件伸出的较长的时候必须找正。
三爪卡盘装夹效率比四爪卡盘高，但加紧力没有四爪卡盘大，适合于装夹中小型工件。
从图纸上给出的信息可以得出产品是常见回转体，所选择的毛坯材料唯一形状规则的圆柱棒料，从加工工尺寸角度分析及实际加工考虑，三爪盘能自动定心不必花费太多的时间找工件，故选择三爪卡盘作为装夹工具
5刀具的选择
。
刀具卡片
刀具号
道具名称
刀具材料
刀片品牌
T01
93度菱形外圆车刀
硬质合金
YT15
T02
60度外螺纹刀
硬质合金
YT15
T03
切内槽刀
高速钢
W18Ct4V
T04
内孔镗刀
高速钢
W18Ct4V
T05
60度内螺纹刀
硬质合金
YT15
T06
切外槽刀
高速钢
W18Ct4V
编制
声明
审核
6FANUC数控车床程序编辑
程序编辑
序号
程序内容
程序说明
0111
程序号
N5
G99
程序编程；分进给
N10
M03S500T0101
转速500r/min1号刀
N15
G00X85
N20
Z2
快进到外径粗车循环起刀点
N25
G71U2R1
外径粗车循环
（1）每次背吃刀量单边2mm退刀量单边1mm
N26
G71P30Q65U0.5F0.2
P30：
精加工第一程序段号；Q88：
精加工最后程序号；U：
精加工余量双边0.5mmF：
粗车进给余量0.2mm/min
N30
G01X50
粗加工起点
N35
Z0
N40
Z-48
N45
X58
N50
Z-54
N55
G02X70Z-60
N60
G03X60Z-95
N65
G01X90
N70
M03S800F0.1
N75
G70P30Q65
N80
GOOX100Z200
N85
T0606
N86
G00X54Z-24
N87
G01X46
N88
G00X56
N89
G01Z-21
N90
X46
N100
G00X56
N105
Z-36
N110
G01X46
N115
X56
N120
Z-37
N125
X46
N130
G00X100
N135
Z200
N140
M05
N145
M02
序号
程序内容
程序说明
0111
程序号
N5
G99
程序编程；分进给
N10
M03S500T0101
转速500r/min1号刀
N15
G00X85
N20
Z2
快进到外径粗车循环起刀点
N25
G71U2R1
外径粗车循环
（1）每次背吃刀量单边2mm退刀量单边1mm
%0222
N5
M03S800T0404
转速800r/min，换4号内孔镗刀
N10
G00X22.5Z5
快速道内径粗车循环起点
N15
G71U1R0.5P50X-0.5Z0.1F120
内径粗车U:
每次被吃刀量单边1mm，R退刀量单边0.5mm，X:
精加工最后程序余量双边0.5mm；Z精加工余量0.1mm：
F粗车进给度120r/min
N20
G00Z100
N25
X100
退刀
N30
M05
主轴停转
N35
M00
主轴暂停
N40
M03S1200F80
精车转速1200r/min，进给速度80mm/min
N45
G00X22.5Z5
进刀
N50
G01X4105
N55
Z0
进到内经循环起点
N60
X38.5Z-1.5
倒角
N65
Z-12.5
N70
X32.005
N75
Z-50
N80
X28.005
N85
Z-65
N90
X25.005
N95
Z-87
N50~N95内径循环轮廓程序
N100
X22.5
X向退刀
N105
G00Z100
N110
X100
退刀
N115
M05
主轴停转
N120
M00
程序暂停
N125
M03S600T0606F25
转速600r/min，进给速度25mm/min，换6号内车槽刀
N130
G00X28
快进
N135
Z-12.5
快速
N140
G01X44
车内槽
N145
X28
退刀
N150
G00Z100
N155
X100
N160
M05
主轴停转
N165
M00
程序暂停
N170
M03S400T0505
转速400r/min，换5号内螺纹刀
N175
G00X28Z5
进给道内螺纹复合循环起刀点
N180
G76C2R-1E-0.5A60X40.05Z-10.5I0K0.93U-0.05U0.08Q0.4P0E1.5
C:
精加工次数2；R:
Z向退刀量1mm；E:
X向退刀量0.5mm；A:
刀尖角度；X：
有效螺纹终点X坐标40.05mm；Z:
有效螺纹终点Z坐标-10.5mm；I：
螺纹量端半径差；K：
螺纹高度单边0.93mm;U：
精加工余量单边0.05mm；U：
最小被吃刀量0.08mm；Q:
第一次被吃刀量单边0.4mm；P：
主轴转角；F：
螺纹导程1.5mm
N185
G00Z100
N190
X100
退刀
N195
M05
主轴停转
N200
M00
程序停止
%0333
N5
G90G94
N10
M03S500T0101
转速500r/min，换1号车刀
N15
G00Z2
N25
X85
快进到外径粗车循环起刀点
N35
G71U1.5R1P60Q105X0.5Z0.1F150
外径粗车循环U:
每次被吃刀量单边1.5mm；R退刀量单边1mm；P60：
精加工第一程序段号；Q105:
精加工最后程序段号；X:
精加工余量双边0.5mm;Z：
精加工余量0.1；F:
粗车竟给速度150r/min
N40
G00X150Z15
退刀
N45
M05
主轴停转
N50
M00
程序暂停
N55
M03S890T0101F80
精车转速890r/min,进给速度88mm/min
N60
G00X55Z2
快速进刀
N65
G01X43
N70
Z0
进到倒角起点
N75
X45.8Z1.5
倒角
N80
Z-15
N85
X51.99
N90
Z-35
N95
X60Z-50
N100
G03X80Z-75R25
N105
G01Z-75.5
N60~N105外径轮廓程序
N110
G00X100Z100
退刀
N115
M05
主轴停转
N120
M00
程序暂停
N125
M03S600T0303F25
转速600r/min,进给速度25mm/min，换3号刀
N130
G00X55Z-15
进刀
N140
G01X47
车槽
N145
X53
退刀
N150
Z-32
进刀
N155
X47.2
车槽
N160
R-35
进刀
N165
X47
车槽
N170
Z-32
精车槽底
N175
G00X100
X向退刀
N180
Z100
Z向退刀
N190
M03S400T0202
转速400r/min,换2号刀
N195
G00X50Z5
进给螺纹复合循环起点
N200
G76C2R0.5R2A60X44.14Z-12.5I0K0.93U0.05V0.08Q0.4P0F1.5
C:
精加工次数2；R：
Z向退刀量0.5mm;E：
X向退刀量2mm；A:
刀尖角度；X:
有效螺纹终点X坐标44.14mm；Z:
有效螺纹终点Z坐标-12.5,mm；I:
螺纹量端半径差；K：
螺纹高度单边0.93mm；U:
精加工余量单边0.05mm；U:
最小被吃量0.08mm;Q第一次吃刀量单边0.4；P：
主轴转角；F：
螺纹导程1.5mm
N205
G00X150
N210
Z15
退刀
N215
M05
主轴停转
N220
M00
程序暂停
N225
M03S800T0101
转速800r/min,换1号刀
N230
G00G42X65Z-49
进刀
N235
G01X59.99R25
N240
Z-55
进到圆弧起点
N245
G03X70Z-90R25
精车球面
N250
G01Z-92
N255
G00G40X100
N260
Z100
退刀
N265
M05
主轴停转
N270
M30
程序停止
%0444
N5
G90G94
绝对编程，分进给
N10
M03S800T0404
转速800r/min;换4号刀
N15
G00X22.5Z5
快速进到内径粗车循环起刀点
N20
G71U1R0.5P45Q70X-0.5Z0.1F120
外径粗车循环U：
每次被吃刀量单边1mm；R：
退刀量单边0.5mm；P50：
精加工第一程序段号；Q70:
精加工最后程序段号；X：
精加工余量双边0.5mm；Z:
精加工余量0.1mm；F：
粗车进给速度120mm/min
N25
G00Z100
N30
X100
退刀
N35
M03S800T0404E80
转速800r/min;进给速度80mm/min
N40
G00G41X22.5Z5
进到引入半径补偿
N45
G01X37.29
进到内循环起点
N50
Z0
N55
X32Z-15
N60
Z-50
N65
X28
N70
Z-65
N50~N70内径循环轮廓程序
N75
X22
X向退刀
N80
G00Z100
N85
G40X100
退刀，撤消半径补偿
N90
M05
主轴停转
N95
M30
程序停止
7仿真软件模拟
选用具有直线、圆弧插补功能的数控车床加工，机床名称：
FANUC数控机床,如下图所示
（1）开机
打开C6141机床开关释放悬停按钮
（2）回参考点
将方式选择按钮调到ZRN档位，分别按下坐标轴方向键“+X”、“Z”，按住键不放，直到回参考点窗口显示“0.000”符号后松开按钮。
（3）设置主轴转速
机床开机后，系统默认主轴转速为零，此时，无论按主轴正转还是主轴反转键，主轴都不会转动，所以开机后，须首先设置主轴转速，其操作过程为：
1.转动状态选择按钮，使箭头指向MDI模式：
2.按PROGRAM，显示程序编辑窗口：
4.按循环启动键CYCLESTART：
（4）对刀
X向对刀
1.转动状态选择旋钮，使其箭头指向手动（JOG）模式或手轮（HANDLE）模式；
2.按“主轴正转”键（主轴将以前面设定的S800的转速正转）；
3.试切外圆，沿Z向退刀，停主轴，测量所切外圆直径；
3.按“OFFSET”键，按软键“补正”及“形状”后，显示如图所示的刀具偏置参数窗口；
5.移动光标键选择与刀具号相对应的刀补参数（如1号刀，则将光标移至“G01”行“X”列处）输入“X+测量值”（如测量值为28.442，则输入“X28.442”），按软键“测量”，X向对刀完成。
Z向对刀
1.转动状态选择旋钮，使其箭头转向手动（JOG）模式或手轮（HANDLE）模式；
2.按“主轴正转”键，主轴将以前面设定S500的转速正转；
3.试切端面，沿X向退刀，停主轴；
按“OFFSET”键，按软键“补正”及“形状”后，显示如图所示的刀具偏置参数窗口，移动光标键选择
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