数控车床工艺方案设计书和编程.docx

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数控车床工艺方案设计书和编程

安徽蚌埠机电技师学院毕业设计

题目:

数控车床加工工艺及编程

专业:

数控技术应用

年级:

J08秋数控<1>班

学生姓名:

王银枝

指导老师:

李立宪

2010年11月22号

目录:

第一章:

数控机床的概述

1.1数控机床的产生和发展过程

1.2数控机床的组成工作原理和特点

1.3：

数控机床的分类

第二章：

数控车削加工工艺

4.1：

数控车削的主要加工对象

4.2：

数控车削的刀具与选用

4.3：

工件在数控机床上的装夹

4.4：

切削用量的选择

4.5：

数控车削加工工艺的制定

4.6：

数控车削加工前的调整与安全生产规范

第三章：

数控车床编程

5.1：

数控车床编程的特点和基础

5.2：

数控车床的编程的方法

5.3：

数控车床编程举例

第四章数控加工技术的发展与机械制造自动化的发展

6.1：

数控加工技术的发展

6.2：

计算机辅助制造和计算机辅助工艺设计

第一章：

数控机床的概述

1.1：

数控机床的产生和发展过程

数字控制（NumericalControl）技术，简称为数控（NC）技术，是指用数字指令来控制机器的动作。

采用数控技术的控制系统称为数控系统，用控制软件来实现数控功能的数控系统，称为计算机数控（CNC）系统。

装备了数控系统的机床，称为数控机床。

数控机床是为了解决复杂型面零件加工的自动化而产生的。

我国是1952年试制成功了世界上第一台数控机床样机。

20世纪90年代起，我国开始向高档数控机床发展。

一些高档数控攻关项目通过了国家鉴定并陆续在工程上得到应用。

航天I型，华中I型，华中——2000型等高性能数控系统，实现了高速，高精度和高效经济的加工效果，能完成高复杂度的五坐标曲面时插补控制，可加工出复杂得便整体叶轮及复杂刀具。

1.2：

数控机床的组成、工作原理及特点

一：

数控机床的组成及工作原理

数控机床是一种利用数控技术，按照事先编好的程序实现动作的机床，它由程序载体、输入装置、数控装置、伺服系统、位置反馈和机床机械部件组成

二：

数控机床的特点

（1）适应性强，适合加工单件或小批量复杂工件在数控机床上加工不同形状的工件，只需重新编制新工件的加工程序，就能实现新工件的加工。

（2）加工精度高，生产质量稳定数控机床的脉冲当量普遍可达0.001mm/p，传动系统和机床机构都具有很高的刚度和热稳定性，进给系统采用间隙措施，并对反向间隙与丝缸螺距误差等由数控系统实现自动补偿，所以加工精度高，

（3）生产率高工件加工所需时间包括机动时间和辅助时间。

数控机床能有效的减少这两部分时间。

数控机床主轴转速和进给量的调速都比普通机床的范围大，机床刚性好，快速移动和停止采用了加速、减速措施，数控机床更换工件时，不需要调整机床。

同一批工件加工质量稳定，无需停机检验，故辅助时间大大减少。

（4）减轻劳动强度，改善劳动条件数控机床加工是自动进行的工件过程不需要人的干预，加工完毕自动停车，这就使工人的劳动条件大为改善。

（5）良好的经济效益机床价格昂贵，分摊到每个工件的设备费用较大，但是机床可节省许多其他的费用。

例如，工件加工前不用划分工序，工件的安装、调整、加工和检验所花费的时间少，特别不用设计制造专用工装夹具，加工精度稳定，减少废品率。

（6）有利于生产管理的现代化数控机床使用数字信息与标准代码处理、传递信息，特别在数控机床上使用计算机控制。

三：

数控机床的不足之处

（1）提到了起始阶段的投资。

（2）增加了电子设备的维护。

（3）对操作人员的技术水平要求较高

1.3数控机床的分类

一：

数控机床的工艺用途分类

（1）普通类数控机床一般指在加工工艺过程中的一个工序上实现数控的自动化机床，如数控车床、数控铣床、数控镗床、数控钻床。

（2）加工中心加工中心有典型特征是有刀库和自动换刀装置。

工件在一次安装后，可以进行多种工序加工。

加工中心可分为立式，卧室，和万能型。

（3）金属成形类数控机床如数控弯管机、数控折弯机、数控转头压力机等

（4）特种加工及其他类型数控机床如数控线切割机床、数控电火花成型机床、数控激光加工机床

二：

按控制运动方式分类

1．点位控制数控机床

位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。

机床数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。

可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。

这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。

2．直线控制数控机床

直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。

直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。

直线控制的数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。

现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制数控机床。

数控铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。

3．轮廓控制数控机床

轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。

它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。

常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。

数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。

轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。

现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。

因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。

三：

按伺服系统的类型分类

1开环控制数控机床

这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。

数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。

移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。

此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。

开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。

但是，系统对移动部件的实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。

因此，步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。

开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。

2.闭环控制数控机床

闭环控制系统的数控机床是按闭环原理工作的，如图为一典型的闭环控制系统，数控装置将位移指令与位置检测元件测得的工作台实际位置反馈信号随时进行比较，根据其差值及指令进给速度的要求，按一定底规律进行转换后，得到伺服系统的进给速度指令。

图中可以看到，闭环控制系统的位置检测元件安装在机床工作台上，用以检测机床工作台的位置或位移量。

（3）半闭环控制系统的数控机床

伺服

如果将位置检测元件安装在伺服电动机的端部，或安装在传动丝缸端部，间接测量执行部件的实际位置或位移量，就是半闭环控制系统。

图中为一个半闭环数控系统，它可以获得比开闭环控制系统更高的精度，但它的位移精度比闭环控制系统要低，由于位置检测元件安装方便、调试容易，现在大多数数控机床都采用半闭环控制系统。

第二章数控车削加工工艺

1.1数控车削的主要加工对象

一：

数控车削加工概述

1.数控加工过程

数控加工与普通机床机械加工有较大的不同。

在数控机床加工前，要把在通用机床上加工是需要操作及动作，工步的划分与顺序、走刀路线、位移量和切削参数等，按规定的数码形式编成加工程序，存储在数控系统存储其器或磁盘上。

加工程序是实现人与机器联系起来的媒介物

加工时，控制介质上的加工程序控制机床运动，自动加工出我们所要求的零件形状。

二：

数控车削加工的工艺范围

数控车削加工主要用于轴类或盘类零件的内、外圆柱面、任意角度的内、外圆锥面、复杂回转内、外和圆柱、圆锥螺纹等的切削加工，并能进行切槽、钻孔、扩孔、铰孔及镗孔等的切削加工

三：

数控车削的主要加工对象

（1）轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件因为数控车床装置都具有直线和圆弧差补功能，还有部分有非圆弧差补功能，故能车削有任意平面曲线轮廓所组成的回转体零件。

（2）精度要求较高的零件零件的精度要求主要指尺寸、形状，位置和表面粗糙度值

例如，尺寸精度高（达0.001或更小）的零件，圆柱度要求高的圆柱体零件等。

（3）特殊的螺旋零件这些螺旋零件是指特大螺距（或导程）、变（增面现象/减）螺距、高精度的模数螺旋零件（如圆柱圆弧）和端面（盘形）螺纹零件等

（4）淬硬工件的加工在大型模具加工中，有不少尺寸大而形状复杂的零件。

这些零件热处理后的变形量较大，模削加工有困难。

因此可以用陶瓷车刀在数控机床上对淬硬后的零件进行车削加工，以车代模，提高加工效率。

1.2数控车削的刀具与选用

一：

数控加工对刀具的要求

（1）具有良好、稳定的切削性能刀具不仅能进行一般的切削，还能承受高速切削和强力切削，并且切削性能是稳定的。

（2）刀具有教高的寿命刀具大量采用硬质合金材料或高性能材料（如涂层刀片、陶瓷刀片、立方氮化硼刀片）并且有合理的几何参数，切削磨损最少，刀具寿命长。

（3）刀具有较高的精度对于较高精度的工件的加工，刀具应具备相应的形状和尺寸精度，特别对定尺寸型的刀具更是如此；

（4）刀具有可靠的卷削、断屑性能数控机床的切削是在封闭的环境下进行的，因此刀具必须能可靠的将切削卷曲、打断，并顺利排削，以避免不必要的停机。

（5）刀具能快速、自动更换刀具能实现快速更换或自动更换。

（6）刀具有调整尺寸的功能以实现机外预调（对刀）或机内补偿。

（7）刀具能实现标准化、系列化、模块化由于数控机床揉韧性大，加工形状复杂、工艺范围广，所以需要的刀具品种和规格多。

二：

数控车刀的类型与应用

（1）常用的数控车刀的种类和用途

数控车削常用的车刀一般分为三类，即尖形车刀、圆弧车刀和成型车刀。

（1）尖形车刀以直线切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。

这类车刀的刀尖有直线形的主、副切削刃构成，如90°内外圆车刀，左右端面车刀、切断车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀

（2）圆弧行车刀它是较为特殊的数控加工用的车刀。

圆弧形车刀可以用于车削内、外表面，特别适应于车削各种光滑连接（凹形）的成形面。

（3）成形车刀俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全有车刀刀刃的形状和尺寸决定。

2.机夹可转位刀片的选用

为了减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，数控车削加工时，应尽量采用机夹可转位车刀。

机夹可转位车刀主要由刀片、刀垫、刀柄及杠杆、螺钉等元件组成。

（1）机夹可转位刀片从刀具的材料应用方面看，数控机床用刀具材料主要是各种硬质合金。

从刀具的结构应用方面看，数控机床主要采用机夹可转位刀片的刀具。

1.3工件在数控车床上的装夹

在数控机床上加工零件，应按工序集中的原则划分工序，在一次装夹下尽可能完成大部分甚至全部表面的加工。

根据零件的结构形状不同，通常选用外圆装夹，并力求使设计基准、工艺基准和编程基准统一。

一：

轴类零件的装夹

对于轴类零件，通常以零件自身的外圆柱面作为定位基准来定位。

1.用四爪单动卡盘装夹

由于四爪单动卡盘的四爪是各自运动的，因此必须通过找正，使工件的旋转中心与车床主轴的旋转中心重合，才能车削。

适合装夹不规则的工件

2.用三爪定心卡盘装夹

三爪自定心卡盘能自动定心，工件装夹后一般不需要找正，装夹效率比四爪单动卡盘高。

适合装夹规则的零件。

3.在两顶尖间装夹

对于较长的或必须经过多次装夹加工的轴类零件，或工序较多，车削后还要铣削和磨削的轴类零件，要采用两顶尖装夹，以保证每次装夹时的装夹精度。

4.用一夹一顶装夹

由于两顶尖装夹刚性较差，因此在车削一般轴类零件，尤其是较重的工件时，常采用一夹一顶装夹。

5.自动夹紧拨动卡盘

6.拨齿顶尖

7.自定心中心架

8.复合卡盘

二：

轴类零件的装夹

盘类工件的夹具主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘

.

1.4切削用量的选择

1.理选择切削用量

对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。

这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。

经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。

切削条件的三要素：

切削速度、进给量和背吃到量直接引起刀具的损伤。

伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。

切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。

进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。

但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。

它比切削速度对刀具的影响小。

切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。

用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。

最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。

有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。

然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。

在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。

对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。

2.合理选择刀具

1）粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。

2）精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。

3）为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。

3.合理选择夹具

1）尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具；

2）零件定位基准重合，以减少定位误差。

1.5数控车削加工工艺的制定

制定工艺是数控车削加工的前期工艺准备工作。

工艺制定的合理与否，对程序编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要的影响。

一：

零件图工艺分析

1.零件结构的工艺分析

零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性、即所设计的零件结构应便于加工成形。

2.轮廓几何要素分析

在手工编程时要计算每个基点坐标，在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义，因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分。

3.精度及技术要求分析

对被加工的零件的精度及技术要求进行分析，是零件工艺分析的重要内容，只有在分析零件尺寸的精度和表面粗糙度的基础上，才能对加工方法、装夹方式、刀具及切削用量进行正常而合理的选择。

二：

制定加工方案

在数控车床上加工零件，应按工序集中的原则划分工序，在一次装夹下尽可能完成大部分甚至全部表面的加工。

根据零件的结构形状不同，通常选择外圆、端面或内孔、端面装夹，并力求设计基准、工艺基准和编程原点的统一。

对零件图的认真和仔细的分析后，制定加工方案的一般原则为先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，走刀路线最短。

三：

确定刀具的进给路线

确定进给路线，除了依靠大量的实践经验外，还要善于分析。

1.最短的空运行路线

（1）巧用起刀点图a采用矩形循环方式进行粗车的示例。

`

对刀点A的设定是考虑到精车等加工过程中需方便换刀，故设置在离坯件较远的位置处，同时将起刀点与其对刀点重合在一起，按三刀粗车的走刀路线安排如下：

第一刀为A-B-C-D-A；

第二刀为A-E-F-G-A；

第三刀为A-H-I-J-A

B图是巧将起刀点与对刀点分离，并设置B点位置，仍按相同的切削量进行三刀粗车，其走刀路线如下：

起刀点与对刀点分离的空行程为A-B；

第一刀为B-C-D-E-B；

第二刀为B-F-G-H-B；

第三刀为B-J-J-K-B。

显然，图b所示的走刀路线短。

巧设换刀点为了考虑换刀的方便和安全，有时也将换刀点像图a（b）d点那样离工件较远，换刀时空运行路线较长；如果将第二把刀的换刀点设置在图b中的B点位置上，则可缩短空运行的距离。

2.最短的切削进给路线

3.切削进给路线为最短，可有效的提高生产效率，降低刀具的磨损等。

在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求，不要顾此失彼。

1.6典型零件数控车削加工工艺分析

1.分析零件图样

该零件有圆柱、圆锥、圆弧、槽及螺纹等表面；其有尺寸公差要求。

该零件材料为45刚，可以用Φ50棒料，无热处理和硬度要求。

2.选用设备

根据被加工零件的外形和材料等条件，选定数控车床为KC6140；根据机床说明书，其数控系统为FNAUC。

3.确定零件的定位基准和装夹方式

（1）定位基准确定毛坯轴线和右端面设计基准）为定位基准

（2）装夹方法：

用三爪自定心卡盘夹紧

4.选择刀具

（1）硬质合金90度的外圆车刀，副角60度，断削性能应较好。

加工圆弧副偏角应足够大，以防副切削刃