數(shù)控編程課程設計.doc

目 錄1.零件的分析. 12.工藝處理. 22.1刀具、工夾具的設計和選擇. 22.2選擇對刀點和換刀點. 32.3確定加工路線. 32.4確定切削用量. 32.5制作數(shù)控加工工藝卡片. 43.刀具軌跡設計分析及軌跡計算. 44.數(shù)控加工程序. 65.加工程序的調(diào)試及運行結果. 86.小結與體會. 97.參考資料. 101.分析階梯軸零件圖樣 圖1 階梯軸零件圖該零件為階梯回轉(zhuǎn)軸，零件表面由兩段圓錐表面，50、60、80的三段圓柱表面，R10,R8，R14的三段圓弧表面，44*5，65*5的兩個退刀槽以及M80*2的螺紋表面組成，如圖1所示。零件圖尺寸標注完整，輪廓描述清楚。零件的材料為45鋼，無熱處理和硬度要求。 由于該零件表面粗糙度為Ra6.3，最高達到Ra0.8，故需精密機床來加工；未給出同軸度和垂直度要求，故按一般位置精度處理。首先，由于該零件為回轉(zhuǎn)軸類，顯爾需在車床上加工。其次，該回轉(zhuǎn)零件表面較復雜，至少需要換三把刀具，如果采用人工加工，生產(chǎn)效率低下，精度也難以得到保證，因此本次設計采用數(shù)控車床來加工。它在加工本零件時至少具有以下三方面的優(yōu)點：(1) 生產(chǎn)率高。由于數(shù)控機床能合理選用切削用量，機加工時間短，又由于其定位精度高，停機檢測次數(shù)少，加工準備時間也因采用通用夾具而大大縮減。(2) 減少工人勞動強度。本零件各圓錐表面，圓柱表面需用粗、精車刀加工，退刀槽需要那個切槽刀，螺紋加工需用螺紋刀。由于數(shù)控機床主要是自動加工，能自動換刀，開/關切削液，自動變速，其大部分操作不需要人工完成，因而改善了勞動條件。由于操作失誤少，液降低了廢品率和次品率。(3) 加工精度高，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。本零件表面有較高的表面要求，而數(shù)控車床自動加工，人為因素干擾少。其加工精度可采用軟件來校正和補償誤差，因此，能獲得比機床本身精度還要高的加工精度和重復精度。綜上所述，本零件采用數(shù)控車床加工。圖2 UG軟件繪制的零件三維仿真圖圖3 毛坯三維仿真圖 2.工藝處理本次設計選用華中數(shù)控世紀之星車削加工中心加工本零件。由于最大回轉(zhuǎn)直徑Dmax=80mm，選用的毛坯為直徑D=82mm的棒料。在數(shù)控車削之前，由普通車床完成毛坯外圓柱面和端面的粗車加工。圖3 棒料的三維仿真圖2.1刀具、工夾具的設計和選擇零件毛坯材料為45鋼，無熱處理和硬度要求，選用刀具材料為硬質(zhì)合金。外圓柱面和圓錐面的粗加工和精加工分別采用外圓粗車刀和精車刀。為防止刀具副后刀面與工件輪廓干涉，車刀均選用45硬質(zhì)合金右偏刀；退刀槽的加工采用寬度為4mm切斷刀；M80*2的螺紋加工采用螺紋刀。具體的所選刀具參數(shù)見下表：表1 數(shù)控加工刀具卡片 產(chǎn)品名稱或代號0000零件名稱階梯軸零件圖號0001序號刀具號刀具規(guī)格名稱數(shù)量加工表面?zhèn)渥?T01硬質(zhì)合金450外圓粗車刀1粗車端面及輪廓右偏刀2T02外圓精車刀1精車輪廓右偏刀3T03切斷刀1車退刀槽寬4mm4 T04螺紋刀1車螺紋編制余文念審核批準零件毛坯為棒料，裝夾方案為左端采用三爪自定心卡盤定心夾緊。加工過程中使用合成切削液。2.2選擇對刀點對刀點是工件坐標系的原點，所選對刀點應使程序編制簡單，對刀點容易找正，并在加工過程中便于檢查的位置上，減小加工誤差。根據(jù)零件坯料和所選車床情況，選擇零件坯料右端中心為對刀點。即圖2中的O點，并以此點建立工件坐標系，編制加工程序。換刀點是工件加工過程中刀具換刀點，要正確選擇換刀點，以避免換刀時刀具與機床，工件夾具發(fā)生碰撞現(xiàn)象。本設計選擇換刀點為上述工件坐標系的P（100，100）點，具體見圖4。2.3確定加工路線首先確定刀具的刀位點。車削過程中刀位點在車刀刀尖。加工順序按由粗到精、由近到遠（由右到左）的原則確定。即先從右到左進行粗車（留0.2mm精車余量），然后從右到左進行精車。數(shù)控車床具有粗車循環(huán)功能，只要正確使用編程指令，機床數(shù)控系統(tǒng)就會自行確定其進給路線，因此，該零件的粗車循環(huán)和精車循環(huán)不需要人為確定進給路線。故其刀具軌跡的設計計算只需要分析設計精車路線即可。2.4確定切削用量在粗加工時，選擇背吃刀量為2mm，切削速度為80 mmm-1，主軸轉(zhuǎn)速為800r/min，進給量為80mm/min。在精加工時，選擇背吃刀量為0.2mm，切削速度為120 mmm-1，主軸轉(zhuǎn)速為1200r/min，進給量為40 mm/min。表2 數(shù)控車床切削用量簡表 工具材料加工方式背吃刀量Ap/mm切削速度V/ mm/min進給量f/ mm*min碳素鋼粗加工5-760-8080-1202-380-12080-120精加工0.2-0.3120-15040-802.5制作數(shù)控加工工藝卡片表3 數(shù)控加工工藝卡片將前面分析的各項內(nèi)容綜合成表2所示的數(shù)控加工工藝卡片，主要內(nèi)容包括：工步順序、工步內(nèi)容、各工步所用的刀具及切削用量等。 單位名稱武漢理工大學產(chǎn)品名稱或代號0000零件名稱階梯軸零件圖號0001工序號001夾具名稱三爪自定心卡盤使用設備華中數(shù)控世紀之星車削加工中心車間數(shù)控中心工步號工步內(nèi)容刀具號刀補號主軸轉(zhuǎn)速r/min進給速度mm/min / mm/r背吃刀量mm備注1平右端面面T0101800802粗車外輪廓T01018008023精車外輪廓T02021200400.24切退刀槽T0303800605車螺紋T040420026切斷工件T030380060編制余文念審核批準日期2009.1.233.刀具軌跡設計分析及軌跡計算由于零件的輪廓加工，不論是粗車循環(huán)還是精車循環(huán)不需要人為確定進給路線，故其刀具軌跡的編程只需按工件實際輪廓進行各點的坐標計算和軌跡計算（粗車要指定所留余量），機床會自動選擇合適的加工路線和相應的切削用量，計算來回切削次數(shù)，切削時間等，軌跡基點及加工路線圖如圖4所示。圖4 軌跡基點及加工路線圖如圖2所示，O為工件坐標原點，P為換刀點，Q為粗精車循環(huán)起點，其余各點均為輪廓上基點。該加工路線先車削外形輪廓，待循環(huán)車削完畢，再逐一車退刀槽和螺紋。根據(jù)圖1給定尺寸計算各點坐標值（X，Z)如下: 點代號坐標值點代號坐標值點代號坐標值點代號坐標值O(0,0)A(10,0)B(30,-10)C(34,-22)D(50,-30)E(50,-45)F(60,-50)G(60,-52)H(60,-72)I(80,-80)J(80,-92)K(80,-97)L(80,-110)M(44,-45)N(44,-50)R(65,-92)S(65,-97)P(100,100)Q(85,0)表4 各點坐標值4.數(shù)控加工程序由表3工序卡片以及表4各點坐標，即可以編制該零件的數(shù)控加工程序。首先需說明三點，數(shù)控程序編制采用G代碼，不同的數(shù)控系統(tǒng)各代碼的含義有所不同，本設計按FANUC數(shù)控系統(tǒng)代碼編程。另外，切5mm退刀槽時，由于切斷刀只有4mm寬，故需分兩次切削，切削軌跡重合4mm。最后，車削螺紋時，編程終點坐標值是螺紋底徑終點坐標，而工程圖紙上標出的是螺紋公稱直徑（大徑），這就必須計算牙深，而螺紋牙深理論值H=0.866螺距，但是理論值是無法實現(xiàn)的，一般按經(jīng)驗計算螺牙深度，即實際值約為0.65螺距。因而本設計，h=0.652=1.3mm，則螺紋底徑D1=80-20.652=77.4mm。為避免在加減速過程中進行螺紋切削，要設置引入距離1和超越距離2。一般1=（2-3）f，2= f，本設計 取1=3mm，2=1mm。數(shù)控加工程序如下所示：表5 數(shù)控加工程序單階梯軸數(shù)控加工程序單O0821N010G54設定X,Z平面N020T0101 M03 S800 M08換外圓粗車刀，主軸正轉(zhuǎn)，切削液開N030G00 X85 Z0平右端面N040G01 X-1 F80N050G00 X85N060G71 U2 R1 P070 Q170 X0.2 Z0.1粗車循環(huán)，每次吃刀2mm，退1mm，留精車余量X向0.2mm，Z向0.1mmN070G00 X10 Z0N080G03 X30 Z-10 R10車R10圓弧N090G01 X34 Z-22車錐面N100G02 X50 Z-30 R8車R8圓弧N110G01 Z-45車圓柱面N120 X60N130 Z-52N140G02 X60 Z-72 R14車R14圓弧N150G01 X80 Z-80車錐面N160 Z-110車圓柱面N170X85 W0回至循環(huán)起點N180G00 X100 Z100快速回到換刀點N190T0202 S1200 M03換2號精車刀，轉(zhuǎn)速加大至1200r/minN200G70 P070 Q170 F40精車循環(huán)，進給量降至40mm/minN210G00 X100 Z100精車完后回至換刀點N220T0303 S800 M03換3號切斷刀，轉(zhuǎn)速調(diào)至800r/minN230G00 X62 Z-50定位至第一個退刀槽口N240G01 X44 W0切進第一次N250G04 X5停5秒N260G01 X62N270Z-49N280X44切進第二次N290G04 X5N300G00 X82 W0N310Z-97定位至第二個退刀槽口N320G01 X65N330G04 X5N340G01 X82N350Z-96N360X65N370G04 X5N380G00 X85N390Z-114定位至螺紋退刀槽口N400G01 X70N410G04 X5N420G00 X85N430 X100 Z100回至換刀點N440T0404 S200 M03換4號螺紋刀，轉(zhuǎn)速調(diào)至200r/minN450G00 X82 Z-94N460G92 X79.1 Z-111 F2分5次循環(huán)切制螺紋，螺距P為2mmN470X78.5N480X77.9N490X77.5N500X77.4N510G00 X82N520X100 Z100回至換刀點N530T0303 S800 M03換3號切斷刀N540G00 X85 Z-114N550G01 X-1 F60切斷工件N560G00 X85N570X100 Z100回至換刀點N580M05 M09主軸停轉(zhuǎn)，關切削液N590M30程序結束5.加工程序的調(diào)試及運行結果本程序的調(diào)試是在實驗室里的華中數(shù)控世紀之星加工中心完成的，雖然所編制程序采用的是FANUC數(shù)控系統(tǒng)的G代碼，但大部分程序和代碼與華中數(shù)控系統(tǒng)是兼容的，只有個別G代碼功能不同。比如FANUC系統(tǒng)的粗、精車循環(huán)分別為G70和G71，但華中數(shù)控統(tǒng)一由G71代碼完成粗、精加工，至于各自切削用量，切削時間等均由數(shù)控車床自動生成。再比如，F(xiàn)ANUC的螺紋切削指令為G92，但華中數(shù)控系統(tǒng)默認的是G73。但這些差別并不影響程序的移植，只需要更改個別指令，華中數(shù)控系統(tǒng)就能調(diào)試和運行該程序。開機床回零輸入加工程序夾持工件，對刀調(diào)試，模擬加工路徑圖5 加工程序調(diào)試流程圖圖6 實際運行后的刀具加工軌跡圖 6.收獲與體會 本次課程設計，是根據(jù)給定的零件輪廓尺寸及其尺寸工藝要求，進行數(shù)控工藝路線設計，并按照手工編程的步驟，編制數(shù)控加工（包括粗、精加工）程序，最后在數(shù)控機床上實現(xiàn)其加工。雖然給定的零件為簡單的回轉(zhuǎn)軸類零件，工藝路線的擬定以及數(shù)控程序編制并不繁瑣，但由于是首次進行數(shù)控加工工藝路線設計以及加工工序的編制，在設計之初仍感艱難和生疏。當然這次數(shù)控課程設計，收獲也頗