数控编程课程设计指导书.docx
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数控编程课程设计指导书
《数控加工编程》综合训练
课程设计指导书
前言
1课程设计的目的和任务．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..1
1.1设计目的．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..........．1
1.2设计任务．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．............1
1.3设计内容和要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．......1
2课程设计的步骤和方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．......2
2.1主要步骤．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.............2
2.2设计方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..........．2
3设计说明书内容要求及时间安排．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
3.1设计说明书内容及书写格式要求．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5
3.2时间安排．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.............5
4课程设计题目．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..........6
4.1设计题目．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.............6
4.2数控加工综合实例．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.....6
5数控编程课程设计的基础知识．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．7
5.1基本概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.............7
5.1.1生产过程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．...........7
5.1.2工艺过程的组成．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.....7
5.1.3生产纲领、生产类型及其工艺特征．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10
5.2机械加工工艺规程的制定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12
5.3零件表面加工方法的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．16
5.4工件的定位与夹紧．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.....17
5.4.1工件装夹的基本概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.17
5.4.2六点定位原理、定位方式及定位元件的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
5.4.3工件的夹紧及夹紧方式．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
5.4.4数控机床常用夹具简介．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18
5.5切削要素和切削用量的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21
5.6加工余量．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.............22
5.6.1加工余量的概念．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.....22
5.6.2加工余量的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．........24
5.7机床坐标系和工件坐标系．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．..24
5.8对刀点和换刀点的确定．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．...25
5.9走刀路线的选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．.......25
5.10数控刀具的选用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．......25
5.11数控机床的合理选用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．....25
附录1常用加工余量表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．26
附录2切削用量表．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．37
参考文献．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．............．．．．．51
前言
数控加工技术作为现代机械制造技术的基础，使得机械制造过程发生了显著的变化。
现代的数控加工技术与传统加工技术相比，无论在加工工艺、加工过程控制、还是加工设备与工艺装备等诸多方面均有显著不同。
高等院校将数控加工及编程技术作为机械类和机电类专业学生的必修知识是十分必要的。
随着我国工业现代化进程逐步加快，数控技术在制造业中越来越多地得到应用。
目前，在我国制造工业中，从事数控机床制造和生产的科技人员以及数控机床的操作员、程序员和维修人员都非常缺乏。
专家们预言：
二十一世纪机械制造业的竞争，其实质是数控技术的竞争。
所以，为适应社会发展的需要，在我院机械设计、制造及自动化专业中，开设了数控加工编程综合训练课程设计，这是一门实践性很强的课程，它是对学生的数控加工工艺规程设计及实施能力、数控编程能力、数控操作及加工调整能力等的综合训练和评价。
课程设计的目的是在已学课程及其它相关教学内容的基础上,通过对零件图分析、数控工艺设计、数控加工程序编制、数控加工仿真几个方面，将基本概念与实际应用、数控加工程序的编制与工艺设计很好地结合在一起，以此增强数控编程技术的应用能力，达到使学生初步具备数控加工技术综合应用的能力。
1课程设计的目的和任务
1.1课程设计的目的
本课程设计是继“数控编程技术”课程之后进行的一个实践性教学环节。
通过本次课程设计，了解并掌握利用数控机床进行机械加工的基本方法，巩固数控加工编程的相关知识。
通过数控加工工艺规程设计、数控程序编制、数控加工仿真及数控机床操作等方面的实训，增强数控编程技术的应用能力，并为今后的毕业设计和将来从事数控加工程序编制的工作进行一次实际训练，最终达到具备数控加工技术的综合应用能力。
1.2课程设计的任务
根据《数控加工编程》综合训练课程设计指导书提供的零件图及相关技术要求，先对零件图进行分析、然后进行数控加工工艺设计、用FANUC-0型数控系统（铣削数控系统和车削数控系统）的编程指令编制数控加工程序、最后进行数控加工仿真。
通过课程设计应达到以下基本要求：
1.掌握对零件图的分析方法。
2．掌握数控加工工艺的设计方法，包括：
选择加工设备、工序划分，确定加工路线以及设备、工装、刀具、量具、工艺参数的确定方法。
3．具备一般复杂程度零件数控编程的能力。
4．掌握数控程序仿真软件（VNUC数控加工仿真网络版软件）的使用方法，包括：
数控代码编程练习；模拟加工；熟悉和了解多种数控系统的操作；刀具和夹具的选择等。
5.具备编写技术文件、独立撰写实训报告的基本能力
1.3课程设计的内容和要求
1．绘制零件图
了解给定零件在部件或总成中的位置和功用，以及部件或总成对该零件提出的技术要求；找出其主要技术要求和技术关键，并在下面拟定工艺规程时予以考虑；对所加工的零件进行结构工艺性分析，分析其结构特点；检查所给零件图的完整性和正确性，按照机械制图标准绘制其零件图；
2.编制零件数控加工工艺规程
在对零件进行详细分析的基础上，按照数控加工工艺确定原则，确定整个零件的加工工艺规程、确定毛坯、确定加工的工艺基准；拟定零件的工艺路线，包括确定各加工表面的加工方法、正确划分加工阶段、合理安排加工工序的顺序、选择工装、刀具、量具，并对其加工工艺参数进行确定；确定对刀点和换刀点。
3．编制零件数控加工程序
对拟进行数控加工的工序，确定加工零点、换刀方式，确定其编程坐标系，并最终通过绘制数控加工编程坐标系的方式予以明确。
标识对刀点和换刀点。
参照数控加工编程坐标系图，按照数控加工工艺规程，采用手工编程或自动编程方式对该工序进行数控程序的编制。
4．仿真调试
用VNUC数控加工仿真软件对给定零件进行仿真加工。
主要内容有：
数控代码编程、设定机床和刀具、定义毛坯、选择夹具并安装工件、基准测量、设定工件坐标系、代码处理、自动加工等。
5．编写课程设计说明书
设计说明书一份，包括：
课程设计目的、本人的设计任务、设计步骤和内容、仿真结果、心得体会和建议。
2课程设计的步骤和方法
2.1主要步骤
1．根据零件图样要求、毛坯情况，确定工艺方案及加工路线；
2．选择机床设备；
3．确定工件的安装定位及夹紧方式；
4．选择刀具、确定切削用量；
5．确定工件坐标系、对刀点和换刀点；
6．编写数控加工程序。
7．仿真运行
2.2设计方法
1．任务分析及方案确定
根据设计要求进行如下工作：
1）零件分析，明确零件的结构特点，熟悉零件所在产品的性能、用途和工作条件，了解其装配关系。
分析零件图上各项技术要求是否合理，零件的结构工艺性，检查零件图纸是否完整正确等；
2）根据其生产纲领，分析各加工面的加工要求及零件的结构特点，确定各加工面的加工工艺方法，拟定该零件的几种加工方案，通过比较分析最终确定其加工方案；
3）通过对各工序的分析，并根据设计依据，确定各工序的工装；
2．编制零件数控加工工艺规程
1）根据设计依据确定哪些工序在数控机床上进行加工；
2）结合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等因素，选择适当的加工方法以保证加工表面的加工精度和表面粗糙度；
3）分析零件的设计要求，按照定位基准的选择原则合理选择零件加工的粗、精基准，并选择合适的定位装夹方法；
4）确定加工路线，编制零件加工的完整工艺规程。
其中，加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高，同时数值计算简单；
5）确定每道工序的工装、刀具、夹具、量具及相应的切削用量。
刀具的选择应使刀具的类型与加工特点相适应，并使其尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应；数控加工的切削用量主要包括主轴转速、进给速度和背吃刀量；选择按下面的原则进行：
粗加工时，一般以提高生产率为主，相应考虑经济性和加工成本，半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。
具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。
3．建立数控编程坐标系、编制零件数控加工程序
按照加工中的安装方式，建立数控编程坐标系，并绘制该坐标系。
其中，编程坐标系的建立应保证编程计算方便，便于对刀和换刀。
在该坐标系图中明确加工起点、对刀点、换刀点等特征点。
在前面分析的基础上，对加工路线进行确定，采用手工编程或自动编程方法对零件的数控加工进行编程。
参见数控编程教材。
4．仿真运行
采用VNUC数控加工仿真软件对给定零件模拟真实机床的实际加工过程。
3设计说明书内容要求及时间安排
3.1设计说明书内容及书写格式要求
1．设计题目；
2．设计依据；
3．任务分析、方案确定。
包括零件分析、加工工艺的分析和确定、装夹方案的确定、加工工序的划分及加工路线的确定等；
4．绘制零件图；
5．编制零件数控加工工艺规程；
6．数控加工程序的编制；
7．数控加工程序仿真校验；
8．编写课程设计说明书。
设计说明书的书写格式按学校相关规定执行。
3.2时间安排
1．理解题目要求，查阅资料，分析绘制零件图1天
2．编制零件数控加工工艺规程1天
3．编制零件数控加工程序1天
4．数控加工程序仿真校验1天
5．撰写说明书0.5天
6．答辩0.5天
4课程设计题目
4.1设计题目
每班给出12-15套零件图（2～3人一组），针对给定零件图的技术要求，完成《数控加工编程》综合训练课程设计的全部内容。
零件图另附。
4.2数控加工综合实例
参见教材《数控编程技术及应用》任晓虹、刘红军、许立福主编（后简称教材）：
3.5.1端盖零件的加工实例
6.7.1端盖零件的仿真加工
3.5.2动模板零件的加工实例
4.1.3典型零件的车削加工工艺分析
4．5数控车削加工综合实例
4.5.1盘类零件的加工实例
5.4.1加工中心的加工工艺设计及典型零件的工艺分析
5.5.2箱体类零件的加工实例
6.7.2叶轮零件的仿真加工
6.8.1轴类零件的仿真加工
5数控编程课程设计的基础知识
5.1．基本概念
5.1．1生产过程
1．生产过程
生产过程是指产品由原材料转变为成品的全部过程。
对机械产品的制造而言,其生产过程主要包括下列过程：
（1）生产技术准备过程
如产品的开发和设计、工艺设计、专用工艺装备的设计与制造、各种生产资料的准备以及生产组织等方面的准备工作。
（2）毛坯的制造过程
如铸造、锻造、热轧、冲压和焊接等。
（3）零件的机械加工与热处理过程
如机械加工、焊接、热处理和其他表面处理等。
（4）产品的装配过程
包括组装、部装、总装、调试及油漆等工作。
（5）辅助劳动过程
如工具的供应、设备的维修以及产品的包装、保管和发运等。
2．工艺过程及机械加工工艺过程
由上述过程可以看出,机械产品的生产过程是相当复杂的。
在这些过程中,改变原材料使其成为成品或半成品的过程称为工艺过程。
它是生产过程的主要部分,如毛坯制造、机械加工、热处理和装配等。
采用机械加工的方法,直接改变毛坯的形状、尺寸和表面质量等,使其成为零件的过程称为机械加工工艺过程。
5.1．2工艺过程的组成
机械加工工艺过程是由一个或若干个顺序排列的工序所组成的,而每一个工序又可分为若干个安装、工位、工步、走刀。
1．工序
一个或一组工人在同一个工作地点,对一个或同时对一批工件连续完成的加工过程,称为一道工序。
划分工序的主要依据是工人、工作地点（或加工设备）及工件并加上连续完成。
需要注意的是,随着车间的生产条件和生产批量不同,同一种零件的工序划分及每一道工序所包含的内容也不同。
如图5-1所示,当阶梯轴的生产类型为单件小批生产时,其加工工艺及工序划分见表5-1所示；当生产类型为成批生产时,其加工工艺及工序划分见表5-2所示。
工序是组成机械加工工艺过程的基本单元，也是生产计划的基本单元。
图5-1阶梯轴简图
表5-1单件小批生产阶梯轴的加工工艺过程
工序号
工序内容
设备
1
车端面、钻中心孔、车全部外圆、切槽与倒角
车床
2
铣键槽、去毛刺
铣床
3
磨外圆
外圆磨床
表5-1成批生产阶梯轴的加工工艺过程
工序号
工序内容
设备
1
铣端面、钻中心孔
组合机床
2
车外圆、切槽与倒角
车床
3
铣键槽
铣床
4
去毛刺
钳工台
5
磨外圆
外圆磨床
2．安装
加工之前,工件在机床上或夹具中占据某一正确位置的过程称为定位。
工件定位后将其固定,使其在加工过程中保持定位位置不变的操作称为夹紧。
工件经一次定位夹紧所完成的那一部分加工过程称为一次安装。
在一道工序中,工件的加工可能要进行一次或多次安装。
表5-1所列的工序1要进行两次安装：
先定位夹紧工件一端,车端面、钻中心孔、车部分外圆,称为安装1；然后调头定位夹紧工件,车另一端面、钻中心孔、车其余外圆、切槽与倒角,称为安装2。
为了减少安装时间和安装误差,工件在加工中应尽量减少安装次数。
3．工位
为了减少工件安装的次数,常采用各种回转工作台、回转夹具或移位夹具,使工件在一次安装中先后处于几个不同位置进行加工。
此时,工件相对于机床（刀具）每占据一个位置所完成的那部分加工过程称为一个工位。
图5-2为一多工位机床,利用回转工作台在一次安装中完成工件装卸（Ⅰ工位）、钻孔（Ⅱ工位）、扩孔（Ⅲ工位）、铰孔（Ⅳ工位）4个工位的加工。
图5-2多工位加工
4．工步
在一个安装或工位中,加工表面、切削刀具及切削用量都不变的情况下所连续完成的加工内容称为一个工步。
这里所指的切削用量是指主轴转速和进给量,不包括切深（或称背吃刀量）。
构成工步的任一要素（加工表面、刀具及切削用量）改变后,一般即变为另一工步。
表2-2所列的工序1中,铣端面、钻中心孔应视为两个工步；工序3中铣键槽只有一个工步。
再例如,工件同一表面的粗、精加工应视为两个工步。
在自动、半自动机床上自动变更切削用量应视为—个工步。
为了简化工艺文件,对于在一次安装中连续进行的若干个相同加工内容,通常看作一个工步。
如图5-3所示，工件上进行4个φ15㎜孔的钻削,可写成一个工步,即钻4×φ15㎜孔。
有时为了提高生产效率,同时用几把刀具分别加工几个表面的工步,称为复合工步。
复合工步应视为一个工步，如图5-4所示。
图5-3多个相同表面加工的工步图5-4复合工步
5．走刀
在一个工步内,若被加工表面需要切除的材料很厚,可分为几次切削,则每切削一次完成的加工内容为一次走刀。
图5-5为工序、安装、工位、工步和走刀的关系示意图。
图5-5工序、安装、工位、工步和走刀间的关系
5.1.3生产纲领、生产类型及其工艺特征
机械产品加工工艺过程取决于企业的生产类型,而企业的生产类型又由生产纲领所决定。
1．生产纲领
生产纲领是指企业在计划期内应当生产的产品的产量。
计划期常定为1年，所以生产纲领也称年产量。
零件的生产纲领要计入备品和废品的数量,其计算公式为
N=Qn（1+a+b）
式中,N——零件的年生产纲领,件/年；
Q——产品的年生产纲领,台/年；
n——每台产品中该零件的数量,件/台；
a——备品的百分率；
b——废品的百分率。
2．生产类型
生产类型是指企业（或车间、工段、班组、工作地）生产专业化程度的分类。
生产类型的划分一方面要考虑生产纲领,另一方面要考虑产品本身的大小和结构的复杂性,通常可分为单件生产、成批生产（包括小批生产、中批生产和大批生产）和大量生产3种类型。
表5-3列出了生产纲领和生产类型的大致关系。
表5-3生产纲领和生产类型的关系
（1）单件生产
产品种类多,同一产品的产量少,各个工作地的加工对象经常改变,而且很少重复生产。
例如重型机械产品制造,新产品试制和专用设备、工艺装备的制造。
（2）成批生产
产品品种较多,每种产品均有一定的数量,各种产品是分期分批地轮流进行生产。
例如机床、机车、电机和纺织机械的制造。
同一产品（或零件）每批投入生产的数量称为批量。
根据产品的特征和批量的大小,成批生产可分为小批生产、中批生产和大批生产。
从工艺特点看,小批生产和单件生产工艺特点相似,大批生产和大量生产工艺特点相似,中批生产的工艺特点则介于两者之间。
（3）大量生产
产品产量大,品种少,大多数厂家按照一定的生产节拍进行某种零件的某道工序的重复加工。
例如汽车、柴油机、轴承的制造等。
表5-4列出了各类生产类型的工艺特点比较。
由表可知,不同生产类型的零件的加工工艺有很大不同。
产量大、产品固定时,可以采用各种高效率的专用机床和专用工艺装备,因此生产效率高、生产成本低；但在产量小、品种多时,不宜采用专用机床和专用工艺装备,因为机床调整时间长、利用率低、折旧率高,成本反而增加。
所以生产类型对工艺规程的制订影响很大。
表5-4各类生产类型的工艺特点
5.2机械加工工艺规程的制定
用表格的形式规定机械零件制造工艺过程和操作方法等的工艺文件称为机械加工工艺规程。
它是根据工厂具体的生产条件确定合理的工艺过程和操作方法,并按规定的格式书写成文件,经审批后用来指导生产的。
1．机械加工工艺规程的作用
①工艺规程是指导生产的主要技术文件。
工艺规程是在总结广大工人和技术人员的实践基础上,依据工艺理论和必要的工艺试验而制定的。
按照工艺规程组织生产可以达到高质、优产和最佳的经济效益。
②工艺规程是生产、组织和管理工作的基本依据。
从工艺规程所涉及的内容可以看出：
在生产管理中,原材料和毛坯的供应,机床设备、工艺装备的调配,专用工艺装备的设计和制造,作业计划的编排,劳动力的组织以及生产成本的核算等都是以工艺规程作为基本依据的。
③工艺规程是生产准备和技术准备的基本依据。
根据工艺规程能正确地确定生产所需的机床和其他设备的种类、规格、数量,车间的面积,机床的布置,工人的工种、等级和数量以及辅助部分的安排等。
2．定机械加工工艺规程的基本要求
制定工艺规程的基本要求是在保证产品质量的前提下,尽量提高生产效率和降低成本,使经济效益最大化。
另外,还应在充分利用本企业现有生产条件的基础上,尽可能采用国内外的先进工艺技术和经验,并保证工人具有良好而安全的劳动条件。
同时工艺规程还应做到正确、完整、统一和清晰,所用术语、符号、单位、编号等都要符合相应标准,并积极采用国际标准。
3．制定机械加工工艺规程的主要依据
①产品的全套装配图和零件图。
②产品的技术设计说明书。
它是针对技术设计中确定的产品结构、工作原理和技术性能等方面的说明性文件。
③产品的验收质量标准。
④产品的生产纲领及生产类型。
⑤工厂的生产条件。
包括毛坯的生产条件或协作关系,工厂设备和工艺装备的情况,专用设备和专用工艺装备的制造能力,工人的技术等级,各种工艺资料,如工艺手册、图册和各种标准。
⑥国内外同类产品的有关工艺资料。
4．制定机械加工工艺规程的步骤
①收集和熟悉制定工艺规程的有关资料图纸,进行零件的结构工艺性分析。
②确定毛坯的类型及制造方法。
③选择定位基准。
④拟定工艺路线。
⑤确定各工序的工序余量,工序尺寸及其公差。
⑥确定各工序的设备,刀、夹、量具和辅助工具。
⑦确定各工序的切削用量及时间定额。
⑧确定主要工序的技术要求及检验方法。
⑨进行技术经济分析,选择最佳方案。
⑩填写工艺文件。
5．机械加工工艺规程的格式
1）机械加工工艺规程的一般格式
①机械加工工艺过程卡片描述整个零件加工所经过的工艺路线（包括毛坯、机械加工和热处理等）。
它是制定其他工艺文件的基础,也是生产技术准备、编制作业计划和组织生产的依据。
这种卡片由于各工序的说明不够具体,故一般不能直接指导工人操作,多作为生产管理方面使用。
具体格式略。
②机械加工工艺卡片是以工序为单位详细说明整个工艺过程的工艺文件。
它是用来指导工人生产和帮助车间管理人员和技术人员掌握整个零件加工过程的一种主要技术文件,广泛用于成批生产的零件和小批生产中的重要零件。
其格式参见教材表1-5、表1-6数控加工工艺卡片。
。
③机械加工工序卡片是在工艺过程卡片的基础上按每道工序所编写的一种工艺文件,一般具有工序简图,并详细说明该工序的每一个工步的加工内容、工艺参数、操作要求以及所用设备和工艺装备等。
主要用于大批大量生产中所有零件、中批生产中的重要零件和单件小批生产中的关键工序。
具体格式略
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