數(shù)控車床編程課程設(shè)計

1、<p>　　1 課程性質(zhì)和任務(wù)</p><p>　　《數(shù)控編程技術(shù)》課程設(shè)計是近機類專業(yè)的重要的綜合性實踐教學課程。是對學生數(shù)控機床加工工藝、實施能力、數(shù)控編程及加工調(diào)整能力的綜合評價。</p><p>　　本課程設(shè)計是在《機械制造技術(shù)》的基礎(chǔ)上，結(jié)合本階段已學課程及其它相關(guān)教學內(nèi)容，使學生能掌握數(shù)控機床加工的特點及其發(fā)展前景，掌握數(shù)控系統(tǒng)的工作原理和加工編程的方法，并能理論聯(lián)

2、系實際解決數(shù)控機床加工編程的實際問題；培養(yǎng)學生數(shù)控加工編程的應(yīng)用能力。</p><p>　　2 課程設(shè)計目的及基本要求</p><p>　　2.1 課程設(shè)計目的 </p><p>　?、澎柟毯图由顚W生所學課程的理論知識，培養(yǎng)學生設(shè)計、計算、繪圖、計算機應(yīng)用能力，使學生逐步樹立正確的設(shè)計思想。</p><p>　?、普莆諗?shù)控機床加工工藝的編制

3、，學會使用常用功能指令和固定循環(huán)指令的編程方法及應(yīng)用；會用選刀、換刀、對刀、刀補和固定循環(huán)編制一個軸類、套類或箱體類零件的數(shù)控加工程序。</p><p>　?、翘岣邔W生獨立分析問題、解決問題的能力，逐步增強實際工程訓練。</p><p>　?、扔柧殞W生圍繞設(shè)計內(nèi)容查閱有關(guān)規(guī)范、設(shè)計手冊等資料的能力。</p><p>　　⑸訓練學生撰寫技術(shù)文件的基本技能。</p

4、><p>　?、始訌娎碚撀?lián)系實際，培養(yǎng)學生科學嚴謹、實事求是的工作作風和勇于探索的創(chuàng)新精神。</p><p>　　2.2 課程設(shè)計基本要求</p><p>　?、艔碗s零件的工藝分析。</p><p><b>　?、茢?shù)控機床的選擇。</b></p><p>　?、浅叹幹泄に囍噶畹奶幚怼?lt;/p>

5、;<p>　　⑷編制數(shù)控車床加工工藝過程卡。</p><p>　　⑸編制數(shù)控加工程序，寫設(shè)計說明書。</p><p>　　3 軸類零件的數(shù)控車床加工程序編制</p><p>　　3.1 零件工藝性分析</p><p>　　無論是手工編程還是自動編程，在編程前都要對所加工的零件進行工藝分析，擬定加工方案，選擇合適的刀具，確定切削

6、用量。在編程中，對一些工藝問題（如對刀點、加工路線等）也需做一些處理。因此程序編制中的零件的工藝分析是一項十分重要的工作。</p><p>　　3.1.1數(shù)控加工工藝的基本特點</p><p>　　數(shù)控機床加工工藝與普通機床加工工藝在原則上基本相同，但數(shù)控加工的整個過程是自動進行的，因而又有其特點。</p><p>　?。?）  數(shù)控加工的工序內(nèi)容比普通機

7、床的加工的工序內(nèi)容復雜。這是因為數(shù)控機床價格昂貴，若只加工簡單的工序，在經(jīng)濟上不合算，所以在數(shù)控機床上通常安排較復雜的工序，甚至是在通用機床上難以完成的那些工序。</p><p>　　（2）數(shù)控機床加工程序的編制比普通機床工藝規(guī)程編制復雜。這是因為在普通機床的加工工藝中不必考慮的問題，如工序內(nèi)工步的安排、對刀點、換刀點及走刀路線的確定等問題，在數(shù)控加工時，這一切都無例外地都變成了固定的程序內(nèi)容，正由于這個特點，促

8、使對加工程序的正確性和合理性要求極高，不能有絲毫的差錯，否則加工不出合格的零件。</p><p>　　3.1.2 數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容</p><p>　　數(shù)控加工工藝主要包括以下方面：</p><p>　?。?）選擇適合在數(shù)控機床上加工的零件和確定工序內(nèi)容，零件的圖形和尺寸如圖1—1</p><p><b>　　圖1-1軸類零件

9、</b></p><p>　　工序內(nèi)容包括：車端面，外圓，錐面，切槽加工，切斷，檢驗。</p><p>　?。?）零件圖紙的數(shù)控工藝性分析</p><p>　　該零件表面由圓柱，圓錐，螺紋組成。有較高的尺寸精度和表面粗糙度要求，粗糙度選為Ra1.6。</p><p>　　尺寸精度 本工件中精度要求較高的尺寸有：外圓直徑，Φ48,

10、 Φ36, Φ30；內(nèi)孔Φ24，長度55,15，螺紋的中徑等。</p><p>　　形位精度 主要有：錐度1.5；外圓Φ36, Φ30軸線對Φ48基準軸線的同軸度。</p><p>　　表面粗糙度 外圓表面，內(nèi)孔、螺紋、端面、切槽等。通過對該零件圖的工藝分析，采取的工藝措施如下：</p><p>　?。?）制訂數(shù)控工藝路線，如工序劃分、加工順序的安排、基準選擇、與

11、非數(shù)控加工工藝的銜接等；</p><p>　　按所用刀具劃分工序：</p><p>　　工序一：下料，選擇加工零件的毛坯尺寸為Φ50×57mm，有預(yù)留孔Φ18。</p><p>　　工序二：熱處理。對零件進行調(diào)制處理使零件的硬度達到HRB140～160。</p><p>　　工序三：數(shù)控車床車削。以工件右端毛坯面作為裝夾基準裝卡工件

12、，手動車削外圓與端面進行對刀。車左端內(nèi)孔。加工內(nèi)螺紋退刀槽。加工內(nèi)螺紋。</p><p>　　工序四：工件掉頭裝卡后校正，手動車削對刀。</p><p>　　工序五：粗精車右端外圓輪廓。粗精車右端內(nèi)輪廓。</p><p>　　工序六：工件去毛刺，檢驗。</p><p>　　3.1.3數(shù)控加工零件的合理選擇</p><p&g

13、t;　　程序編制前對零件進行工藝分析時，要有機床說明書、編程手冊、切削用量表等資料，方能進行如下一些問題的研究。</p><p>　　在數(shù)控機床上加工零件時，一般有兩種情況。第一種情況：有零件圖樣和毛坯，要選擇適合加工該零件的數(shù)控機床。第二種情況：已經(jīng)有了數(shù)控機床，要選擇適合在該機床上加工的零件。無論哪種情況，考慮的主要因素主要有，毛坯的材料和類型、零件輪廓形狀復雜程度、尺寸大小、加工精度、零件數(shù)量、熱處理要求等

14、。概括起來有三點，即零件技術(shù)要求能否保證，對提高生產(chǎn)率是否有利，經(jīng)濟上雖否合算。</p><p>　　數(shù)控機床通常最適合加工具有以下特點的零件：</p><p>　?。?）多品種、小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件；</p><p>　　（2）輪廓形狀復雜，對加工精度要求較高的零件；</p><p>　　（3）用普通機床加工時，需要有昂貴的

15、工藝裝備（工具、夾具和模具）的零件；</p><p>　　（4）需要多次改型的零件；</p><p>　　（5）價值昂貴，加工中不允許報廢的關(guān)鍵零件；</p><p>　?。?）需要最短生產(chǎn)周期的急零件。</p><p>　　數(shù)控加工工藝性分析涉及面很廣，在此僅從數(shù)控加工的可能性和方便性兩方面加以分析。</p><p>

16、;　　（1）零件圖樣上尺寸數(shù)據(jù)的給出應(yīng)符合編程方便的原則；</p><p>　　A 零件圖樣上尺寸標注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控加工的特點，在數(shù)控加工零件圖上，應(yīng)以同一基準引注尺寸直接給出坐標尺寸。</p><p>　　B 構(gòu)成零件輪廓的幾何元素的條件應(yīng)充分</p><p>　　在手工編程時，要計算每個節(jié)點坐標。在自動編程時，要對構(gòu)成零件輪廓的所有幾何元素進行定義。因此在分

17、析零件圖時，要分析幾何元素的給定條件是否充分。如果構(gòu)成零件幾何元素條件不充分，編程時則無法下手。</p><p>　?。?）零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點</p><p>　　A 零件的內(nèi)腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸。這樣可以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)，使編程方便，生產(chǎn)效益提高。</p><p>　　B 內(nèi)槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，因

18、而內(nèi)槽圓角半徑不應(yīng)過小。</p><p>　　C 零件銑削底平面時，槽底圓角半徑不應(yīng)過大，否則銑刀端刃銑削平面的能力差、效率低。</p><p>　　D 應(yīng)采用統(tǒng)一的基準定位。在數(shù)控加工中，若沒有統(tǒng)一的基準定位，會因工件重新安裝而導致加工后的兩個面年輪廓位置及尺寸不協(xié)調(diào)現(xiàn)象。</p><p>　　此外，還應(yīng)分析零件所要求的加工精度、尺寸公差是否為以得到保證，有無

19、引起矛盾的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺寸等。</p><p>　　3.1.4加工方法的選擇與加工方案的確定</p><p>　　（1）加工方法的選擇</p><p>　　加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于獲得同一級精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實際選擇時，要結(jié)合零件的形狀、尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。</p&

20、gt;<p>　?。?）加工方案確定的原則</p><p>　　零件上比較精確表面加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達到的。對這些表面僅僅根據(jù)質(zhì)量要求選擇相應(yīng)的最終加工方法是不夠的，還應(yīng)正確地確定從毛坯到最終成形的加工方案。</p><p>　　3.1.5工序與工步的劃分</p><p>　　一般工序劃分有以下幾種方式</p>

21、<p>　?。?）按零件裝卡定位方式劃分工序</p><p>　　由于每個零件結(jié)構(gòu)形狀不同，各表面的技術(shù)要求也有所不同，故加工時，其定位方式則各有差異。一般加工外形時，以內(nèi)形定位；加工內(nèi)形時又以外形定位。因而可根據(jù)定位方式的不同來劃分工序。</p><p>　　（2）按粗、精加工劃分工序</p><p>　　根據(jù)零件的加工精度、剛度和變形等因素杰劃分工序時

22、，可按粗、精加工分開的原則來劃分工序，即先作粗加工再精加工。此時可用不同的機床或不同的刀具進行加工。通常在一次安裝中，不允許將零件的某一部分表面加工完畢后，再加工零件的其它表面。</p><p>　?。?）按所用刀具劃分工序</p><p>　　為了減少換刀次數(shù)，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次裝夾中，盡可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，

23、然后再換另一把刀加工其它部位。</p><p>　　工步的劃分主要從加工精度和效率兩方面考慮。在一個工序內(nèi)往往需要采用不同的刀具和切削用量，對不同表面進行加工。為了便于分析和描述較復雜的工序，在工序內(nèi)又細分為工步。</p><p>　　總之，工序與工步的劃分要根據(jù)具體零件的結(jié)構(gòu)特點、技術(shù)要求等情況綜合考慮。</p><p>　　3.1.6零件的安裝與夾具的選擇<

24、;/p><p><b>　　定位安裝的基本原則</b></p><p>　　在數(shù)控機床上加工零件時，定位安裝的基本原則與普通機床相同，也要合理選擇定位基準和夾緊方案。為了提高數(shù)控機床效率確定定位基準與夾緊方案時應(yīng)注意下列三點：</p><p>　　1）力求設(shè)計、工藝與編程計算的基準統(tǒng)一；</p><p>　　2）減少裝夾次數(shù)

25、，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面；</p><p>　　3）避免采用占機人工調(diào)整式加工方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機床的效能。</p><p>　　3.1.7刀具的選擇與切削用量的確定</p><p><b>　　1）刀具的選擇</b></p><p>　　刀具的選擇是數(shù)控加工中重要的工藝內(nèi)容之一，它不僅影響機床的

26、加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。編程時，選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內(nèi)容、工件材料等因素。</p><p>　　與傳統(tǒng)的加工方法相比，數(shù)控加工對刀具的要求更高。不僅要求精度高、剛度高、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、安裝調(diào)整方便。這就要求采用新型優(yōu)質(zhì)材料制造數(shù)控加工刀具，并優(yōu)選刀具參數(shù)。</p><p><b>　　2）切削用量的確定</b></p>

27、<p>　　切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）、切削深度或?qū)挾取⑦M給速度（進給量）等。對于不同的加工方法，需選擇不同的切削用量，并應(yīng)編入程序單內(nèi)。</p><p>　　合理選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產(chǎn)率為主，但也考慮經(jīng)濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應(yīng)在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧切削效率、經(jīng)濟性和加工成本。具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機床說明書、切削用量手冊，并結(jié)合經(jīng)驗而定。</p>

28、;<p>　　數(shù)控車床CAK6150DJ的主軸轉(zhuǎn)速表如下表3-1所示：</p><p>　　表3-1 CAK6150DJ主軸轉(zhuǎn)速表</p><p>　　主軸轉(zhuǎn)速的計算公式：</p><p>　　n=1000v/πd</p><p>　　式中：n——主軸轉(zhuǎn)速，r/min;</p><p>　　v——切削速度

29、，m/min;</p><p>　　d——工件加工直徑，mm。</p><p>　　根據(jù)材料性能，選取背吃刀量，進給量。</p><p>　　在《機械加工工藝設(shè)計手冊》第433頁表9-16和第435頁表9-18查得，粗車外圓時的進給速度為f=0.1mm/r，切削速度v=1.667m/s。精車外圓時的進給速度為f=0.05mm/r，切削速度v=1.667m/s。<

30、;/p><p>　　根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速計算公式得：</p><p>　　粗車時主軸轉(zhuǎn)速n=1000×1.667×60/3.14×50=637r/min。根據(jù)表3-1最后確定n=640r/min。</p><p>　　精車時主軸轉(zhuǎn)速n=1000×1.667×60/3.14×48.2=660r/min。根據(jù)表3-1最后確

31、定n=900r/min。</p><p>　　在《機械加工工藝設(shè)計手冊》第436頁表9-20查得，切槽時的進給速度為f=0.05mm/r，切削速度v=0.5m/s。</p><p>　　根據(jù)主軸轉(zhuǎn)速計算公式得n=1000×0.5×60/3.14×26=367r/mm。根據(jù)表3-1最后確定n=475r/min.</p><p>　　根據(jù)經(jīng)

32、驗和機床給定車螺紋的主軸轉(zhuǎn)速為335r/min。</p><p>　　3.1.8對刀點和換刀點的確定</p><p>　　在編制加工程序時，要正確地選擇“對刀點”和“換刀點”的位置。</p><p>　　“對刀點”就是在數(shù)控機床上加工零件時，刀具相對于工件運動的起點。由于程序段從該點開始執(zhí)行，所以對刀點心也叫做“程序起點”或“起刀點”。選擇對刀點的原則是：</

33、p><p>　　1）要便于數(shù)學處理和簡化程序編制</p><p>　　2）在機床上找正容易；</p><p>　　3）加工過程中檢查方便；</p><p>　　4）引起的加工誤差小。</p><p>　　對刀點可選在工件上，也可選在工件外面（如選在夾具上或機床上）。但必須與零件的定位基準有一定的尺寸聯(lián)系。這樣才能確定機床坐

34、標系和工件坐標系的關(guān)系。</p><p>　　為了提高加工精度，對刀點應(yīng)盡量選在零件的設(shè)計基準或工藝基準上，如以孔定位的工件，可選孔的中心作為對刀點。刀具的位置則以此孔來找正，使“刀位點”與“對刀點”重合。所謂“刀位點”是指車刀、鏜刀的刀尖；鉆頭的鉆尖；立銑刀、端銑刀刀頭底面的中心、球頭銑刀的球頭中心。</p><p>　　零件安裝時，工件坐標系要與機床坐標系有確定的尺寸關(guān)系，在工件坐標系

35、設(shè)定后，從對刀點開始的第一個程序段的坐標值，為對刀點在機床坐標系中的坐標值。</p><p>　　3.1.9加工路線的確定</p><p>　　在數(shù)控加工中，刀具刀位點相對于工件運動軌跡稱為加工路線。編程時，加工路線的確定原則主要有以下幾點：</p><p>　　1）加工路線應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；</p><p>　　

36、2）使數(shù)值計算簡單，以減少編程工作量；</p><p>　　3）應(yīng)使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空刀時間。</p><p>　　4）此外，確定加工路線時，還要考慮工件的加工余量和機床、刀具的剛度等情況，確定是一次走刀，還是多次走刀來完成加工。</p><p>　　3.1.10程序編制誤差及其控制</p><p>　　數(shù)控機床突出

37、特點之一是：零件的加工精度不僅在加工過程中形成，而且在加工前程編階段就已形成，程編階段的誤差是不可避免的，這是由于程序控制的原理本身決定的。在程編階段，圖紙上的信息轉(zhuǎn)換成控制系統(tǒng)可以接受的形式，會產(chǎn)生如下三種誤差：近似計算誤差、插補誤差、尺寸圓整誤差。</p><p>　　在點位控制加工中，程編誤差包含尺寸圓整誤差一項，并且直接影響孔位置尺寸精度。</p><p>　　在輪廓控制加工中，影

38、響輪廓加工精度的主要是插補誤差，而尺寸圓整誤差的影響則居次要地位，所以，一般所就的程編誤差系指插補誤差而言。</p><p>　　因為還有控制系統(tǒng)與拖動系統(tǒng)的誤差，零件定位誤差，對刀誤差，刀具磨損誤差，工件變形誤差等等，所以，零件圖紙上給出的公差，只有一小部分允許分配給程編過程中產(chǎn)生的誤差。一般取允許的編程誤差等于零件公差的0.1~0.2。</p><p>　　本設(shè)計中：螺紋加工引入量=3

39、mm，超越量=2mm</p><p>　　3.2 數(shù)控設(shè)備的選擇</p><p><b>　　3.2.1計算機</b></p><p>　　利用計算機進行零件圖形的設(shè)計，并且利用計算機查找零件圖中各個基點的坐標值。</p><p>　　3.2.2數(shù)控機床的選擇</p><p>　　選擇適合該零件加

40、工的數(shù)控機床類型和型號，包括主參數(shù)及工作臺尺寸，確定定位方案，選擇CAK6150DJ數(shù)控車床，機床參數(shù)如表3-2所示。</p><p><b>　　表3-2 機床參數(shù)</b></p><p>　　3.3 程序編制中工藝指令的處理</p><p>　　在數(shù)控機床上加工零件的動作都必須在程序中用指令方式事先予以規(guī)定，在加工中由機床自動實現(xiàn)。我們稱這

41、類指令為工藝指令。這類指令有國際標準，即準備功能指令G輔助功能指令M兩大類。在編制加工程序時，必須按程編手冊正確選用和處理。</p><p>　　3.3.1常用G指令代碼功能表</p><p>　　FANUC系統(tǒng)數(shù)控機床在此次加工過程中應(yīng)用到的一些G功能指令功能如下表3-3所示。</p><p><b>　　表3-3 G代碼</b></p

42、><p>　　注：模態(tài)代碼與非模態(tài)代碼可詳見數(shù)控機床加工程序手冊。</p><p>　　3.3.2常用M指令代碼功能表</p><p>　　FANUC系統(tǒng)數(shù)控機床在此次加工過程中應(yīng)用到的一些M功能指令功能如下表3-4所示。</p><p><b>　　表3-4 M代碼</b></p><p>　　注：

43、模態(tài)代碼與非模態(tài)代碼可詳見數(shù)控機床加工程序手冊。</p><p>　　4 編制零件數(shù)控車床加工工藝過程卡</p><p>　　編寫工藝過程卡片，應(yīng)從零件毛坯制造開始，直至零件的精度檢驗。</p><p>　　表4-1 數(shù)控車床加工工序卡</p><p>　　表4-2 數(shù)控車床加工刀具卡</p><p><b&g

44、t;　　編制數(shù)控加工程序</b></p><p>　　表5-1 數(shù)控車床零件加工程序單</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 顧京.數(shù)控機床加工程序編制[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.6</p><p>　　[2] 李佳.數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用[M].北京:清化大學出版社,