毕业设计黎政新

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1、武汉职业技术学院机电工程学院毕业设计课题名称：车削零件数控加工与编程专 业： 数控技术与应用班 级： 06204班设 计 者： 黎政新合 作 者：设计时间： 2008年4月25日指导老师： 李艳华目 录第一篇第一章 绪论1第二篇 设计任务 第二章 零件图纸分析2 第三章 加工工艺分析33.1加工精度要求33.2选择毛坯33.3加工方案制定33.4定位装夹方案53.5加工顺序6 第四章 刀具的选则 6 第五章 切削用量的选择 65.1背吃刀量的选择 65.2主轴转速的选择 65.3进给速度的选择 7 第六章 数控加工宏指令 76.1宏编程的概述 76.2车削加工的宏编程技术 86.3车削的宏编程

2、应用实例 86.4铣削的宏程序应用实例13 第七章 零件加工的数控编程14 第八章 车床的对刀 18 第九章 数控机床的安全操作规程 19第十章 对数控编程及其发展的认识 21第三篇 设计总结 第十一章 毕业小结 22第四篇 参考 文献 23第一章 绪论随着社会的生产和科学技术的不断发展，机械产品日趋精密复杂，人们对机械产品的质量和生产率也提出了越来越高的要求，尤其是航空航天，军事，造船等领域所需要的零件，精度要求越来越高，形状也越来越复杂，这些零件用普通机床难以加工。数控机床是按照事先编制好的数控程序自动地对工件进行加工的高效自动化设备。数控程序除了能保证加工除符合图样要求的合格零件外，还应

3、该充分地发挥、利用数控机床的各种功能，使数控机床能安全、可靠、高效地工作。数控加工工艺则是考虑机床和程序的基础上，对零件的整个加工过程进行分析，从而优化加工过程和零件加工的精度，并最终以获得最高的经济效益，目前数控已经进入到了很多行业。数控车床加工组件数控机床也是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的机床，或者是说装备了数控系统的机床。它是一种技术精密度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是数控技术与机床相结合的产物。所以21世纪是机械与制造业的竞争，实质就是数控技术的竞争，也就是数人才的竞争。 第二章 零件图纸分析 图1-1所示为加工零件简图，零件的材料为45#调质，该零件主要由圆

4、柱面，椭圆面，外锥面，凹圆弧面，外螺纹等表面组成，零件尺寸标注完整，轮廓描述清晰。第三章 加工工艺分析3.1 加工精度要求：零件结构形状较复杂；加工的部分多，零件的，和三处尺寸精度要求较高，加工精度要求高；外圆柱和椭圆面，凸圆弧面表面粗糙度均为1.6，加工精度要求高，加工难度较大，因此特别适应数控车削加工。3.2选择毛坯：毛坯造115的热轧棒料。3.3 加工方案制定：工序图1工序1：三爪卡盘夹装夹，先车平一个端面；然后掉头车平另一个端面，确保尺寸 110，在车平的一个端面打中心孔；三爪卡盘夹装夹，利用数控系统的循环功能进行若干次分层切削：车6圆弧面，的外圆柱面，锥度1：2的圆锥面，接着倒角C1

5、，的圆柱面，完成粗车后，再按粗车的走刀路线进行精车。工序图2工序2：一夹一顶装夹：如图工序图2所示，利用数控系统的循环功能进行若干次分层切削；先倒C1.5角，车的圆柱面，车的圆柱面，车40的凸圆弧面，车613833的圆锥面，车的圆柱面，车椭圆面，车的圆柱面，完成粗车后，再按粗车的走刀路线进行精车，注意：用三爪卡盘夹装的那一端，为了保护零件的表面不留下牙痕，应用铜皮包着，工序2就是为了使这个零件能一次性的装夹就能全部把轮廓加工出来，也为了确保同轴度这个尺寸而制定的最佳加工方法。工序图3工序3：如图所示：挖5，5两个槽，最后削301.5的螺纹。3.4定位装夹方案：3.4定位装夹方案图如图所示，加工

6、工序1时，以外圆定位，用三爪卡盘夹紧；加工工序2时，为确保一次装夹中加工出全部外轮廓，需要设计一圆锥心轴，加工时用三爪卡盘和顶尖一夹一顶装夹，以便提高工艺系统的刚性；而加工工序 3时，也采用三爪卡盘和顶尖一夹一顶装夹，一次加工出来。3.5加工顺序：除尽可能做到由粗到精，由近到远以及在一次装夹中加工出较多的工件表面外；加工顺序为先粗车后精车，粗车的时候给精车留0.25的余量；工步顺序按由近到远（由右到左）的原则进行，即先从右到左进行粗车（留0.25精车余量），然后从右到左进行精车，最后削螺纹。第四章 刀具的选择 粗车选用硬质合金90外圆车刀，副偏角不能太小，以防与工件轮廓发生干涉，必须时应作图检

7、查；精车和车螺纹选用硬质合金60度外螺纹车刀，取刀尖角=58，取刀尖圆弧半径在0.20.35。第五章 切削用量的选择5.1 背吃刀量的选择粗，精加工中应有所不同，粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率可以的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，以减少进给次数；精加工时，为保证零件的加工精度和表面粗糙度要求，背吃刀量一般取0.10.4，较为合适。而在加工本零件时，粗车循环时，其背吃刀量确定为3；精车时，取0.25。5.2 主轴转速的选择车直线和圆弧轮廓时的主轴转速可能够国查表获得，取粗车的切削速度=70，精车的切削速度=150，根据坯件直径（精车时取平均直径），利用公式计算，并结合机床说明书选取（粗车时，

8、主轴转速=500；精车时，主轴转速=1200）；车螺纹时的主轴转速取=250。5.3进给速度的选择先选取进给量，然后用公式（=）计算进给速度。粗车时，选取进给量=0.4；精车时，选取=0.15。计算得粗车进给速度=180。车螺纹的进给量等于螺纹导程，即=3，短距离定行程的进给速度取=300。 因该零件工步数及所用刀具较少，故工艺文件略。 第六章 数控加工宏指令6.1 宏编程的概念宏指令编程是指像计算机高级语言一样，可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数混合运算的程序编写形式。在宏程序形式中，一般都提供顺序、选择分支、循环三大程序结构和子程序调用的方法，程序指令的坐标数据根据运算结果动态获得，

9、可用于编制各种复杂的零件加工程序，特别是在非圆方程曲线的处理上显示出其强大的扩展编程功能。熟练应用宏程序指令进行编程，可大大精简程序量，对于开放式PC-NC系统来说，还可利用宏指令语言作二次开发，以扩展编程指令系统，增强机床的加工适应能力。6.2车削加工的宏编程技术数控车削加工编程的对象是简单的二维图形，车削系统已经提供了非常全面的从粗车到精车的各类功能指令，指令格式简单且实用。对于边廓以直线、圆弧为主的常规零件加工，大多采用手工编程的方法，宏编程技术的优势在车削加工中主要表现在非圆曲线边廓的处理上。图5-4 抛物线精车轮廓加工FANUC的宏编程只能在非圆曲线轮廓的精车时独立使用，且不能为G7

10、1G73的粗车提供参考边廓数据，而HNC精车的程序段若用宏编程，其计算的数据可提供给G71G73作边廓参考依据，这使得HNC的车削宏编程技术更具实用性。使用主、子程序调用的宏编程技术，在调用子程序时可通过宏变量传递参数的功能，易于实现子程序的模块化，整个程序修改起来更简单，程序通用性得到了增强。6.3车削的宏编程应用实例例1使用宏编程编制加工如图5-4所示抛物线轮廓的精车程序。图示抛物线方程为：X2 = -10Z（此处X为半径值）若X用直径值，则抛物线方程应为：X2 = -40Z编程思路：采用循环程序结构，以Z值为循环变量，循环间距0.1（等间距直线逼近法），按照X2 = -40Z来计算每一步

11、的X值，Z值取值范围：（-40 Z 0）参考程序编写如下（直径编程）：O0001T0101G90 G00 X45.0 Z5.0 S600 M3；G90G0X0 Z2 (走到右端的起刀点)G1Z0F200 (走刀到抛物线的起点)#1=-0.1 (循环初值,Z右边界)#2=-40 (循环终值,Z左边界)WHILE #1 GE #2 （循环语句，以Z作循环变量）#3=SQRT-40*#1 (计算X直径值)G01X#3 Z#1 (加工拟合的小线段)#1=#1-0.1 (Z变化一个步长)ENDWG90G0X#3+0.5 (X方向向外退刀0.5) Z5 (退刀到右端外5mm处)M5M30例2利用HNC-2

12、2T的宏编程技术实现多曲线段车削零件的粗、精加工。图5-5 多曲线段轮廓车削如图5-5所示轮廓各区段分别为：抛物线段（-U Z 0）方程：Z= - 斜线段（-V Z -U） 1/4椭圆段（-V+a Z -V） 标准方程：=1 圆柱段（-W Z -V+a） 抛物线段拟用等间距直线逼近法，以Z值间距为循环变量，按标准方程求算；椭圆段拟用参数方程求算，以接近等步长直线逼近算法，即等离心角变化增量为循环变量；直线段就直接算出端点坐标后作直线插补处理。由于HNC-22T系统在粗车循环调用的精车程序段中允许使用宏指令，因此本例参照G71粗、精车加工编程思路，用半径编程模式。参考程序如下：程 序 内 容 含

13、 义O0002G37 T0101#0=4 #1=5 #2=15#3=20#10=-0.1#12=PI/2 #20=-16 #21=-30#22=-40 G00G90 X#3+2 Z2 S600M03G71U1R2P100Q200X0.1Z0.15F100N100 G0 X0 Z2G01 X0 Z0 F80WHILE #10 GE #20 #11=2*SQRT-#10G01X #11 Z#10#10=#10-0.2ENDWG01 X#11 Z#20G01 X#2 Z#21 #12=PI/2+0.02WHILE #12 LE PI #13=#2+#1-#1*SIN#12#14=#0*COS#12+

14、#21G01 X#13 Z#14#12=#12+0.02ENDWG01 X#3 Z#21-#0G01 X#3 Z#22 N200 G01 X#3+2 Z#22 G0 X#3+2 Z2M05 M30半径编程模式椭圆Z向短半轴a椭圆X向长半轴b斜线段X向终点半径 R1圆柱段X向半径 R2抛物线的初始Z坐标椭圆段初始角斜线段起始Z值 U斜线段终止Z值 V圆柱段终止Z值 W走到粗车循环起点执行粗车循环精车起始行进刀到抛物线顶点抛物线段的加工范围循环求算计算X半径坐标值小线段加工Z变化一个步长（等间距）循环结束走到斜线段的起点加工斜线段椭圆段的加工范围循环求算计算X半径坐标值计算Z坐标值小线段加工角度变

15、化一个步长（等步长）循环结束走到圆柱段的起点车圆柱段精车结束行-退刀返回主轴停转程序结束程序计算说明：抛物线段：由抛物线方程Z=得：X= +；斜线段：起点X值由抛物线终点来计算= +，直线终点坐标为（R1，V）；椭圆段：椭圆中心坐标在编程坐标系中的坐标（V，R1+b），由椭圆参数方程Z = cos t ，X = b sin t得椭圆动点实际坐标算法为：X = R1 + b - b sin t ，Z = V + cos t；圆柱段：X=R2，Z向终点为W。HNC-22T宏程序编写与调试技巧：1、轮廓尺寸数据尽可能用变量代替且其初始赋值安排在程序头部以便于统一修改。2、由于粗车需多次重复引用精车轮

16、廓的算法获取参考边廓数据，精车的几个轮廓段使用循环求算时，不同类型的循环变量最好不要使用同样的#地址，以免交叉赋值后循环体算法溢出（分母为零或求负平方根）而出现“非法语句”的错误警示。3、若赋循环初值的语句安排在精车程序中循环语句之前，则每次引用精车程序时系统都会因为变量值在循环范围之内，认为可能会有其余的边廓存在而再次进入循环进行计算；若赋循环初值的语句安排在精车之外，则作过一次循环后，由于循环变量已达极限，下次再引用精车程序时将会因为变量值不满足循环条件而跳过循环计算，这将大大加快程序的运行速度。6.4铣削的宏程序应用事例：加工如图61所示的图形轨迹图6-1123G40G49G80G17G

17、90G0G54X60Y0S2600M03G43H1Z20G0Z2M8G01Z-2F800G42G01X50#1=0WHILE#1 LE360#2=#1PI/180#3=50COS#2#4=25SIN#2#1=#1+0.1G01X#3Y#4F600ENDWG40G01X60Y0M05M09G00Z20Y100M30第七章 零件加工的数控编程编程工序10001T0101 M03 S800G90G00X45Z3G71U1R2P100Q200X0.2Z0.2F100N100G01X0Z0X8G03X20Z-6R6G01X20Z-10X24G01X29Z-20G01X40C1N200G01X40Z-25

18、G90G00X50Z10 T0100M05M30编程工序图20002M03 S800G90G00X50Z3G71U1R2P100Q200X0.2Z0.2F100N100G01X27Z0G01X30C1.5Z-15X42G01X42Z-21.778G03X32.4Z-40.767R40G01X30Z-48.542M98P100N200G01X40Z-95G00X50Z30M05M30100#1=40；长半轴#2=20；短半轴#3=-48.542；Z坐标WHILE#3GE-75#4=SQRT1600-#3+75 #3+75/4G01X#4Z#3F100#3=#3-0.5ENDWM99编程工序图30

19、003T0101 M03 S800G90G00X50Z30G00Z15G01X24F50Z-13G00X50Z-78G01X34Z-80G01X40C1G00X50Z50M05M00T0202G00X32Z5S200M03G82X29.2Z-13F1.5G82X28.6Z-13G82X28.2Z-13G82X28.04Z-13G00X50Z30 T0300M05M30第八章 车床的对刀（1）：装夹好工件和刀具后，在手动的操作的方式下，然后按-X，-Z轴移动键，使刀具慢慢靠近工件，并调好一定的吃刀深度为车外圆作准备，再按+Z方向键稍微离开工件。（2）：按主轴正转按钮，启动主轴。（3）：在MDI的

20、情况下，输入“G91G01Z-30F20”，“自动”“循环启动”，车完后，再输入“G91G01Z30F300”退出。这时让主轴停下来。（4）：测量加工后工件的外径，记作D。（5）：在增量的操作方式下，点按一下-Z方向键，调整好用于端面车削的吃刀深度，然后正转启动按钮。（6）：切换到MDI的情况下，输入“G91G01X-D/2F15”，然后再按；“自动”“循环启动”键执行程序。注：-D/2应为按步骤（4）实测值计算的结果。（7）：待车完端面后，让主轴停下来，则刀尖就已经定位在工件右端回转轴心处。（8）：返回控制界面，在“刀补表”“刀偏表”里把直径和试切直径值输入进去。（9）：这时候对刀完毕。第九

21、章 数控机床的安全操作规程在数控机床的操作中，安全工作是第一的，因此必须严格按照下列规章操作。（1）：工作前认真检查电网电压，油泵，润滑泵的油量是否正常，检查压力。冷却，油管，刀具，夹具是否完好，并做好机床的定期保养工作。（2）：机床通电启动后，先进行机械回零操作，然后试运转5分钟，确认机械，刀具，夹具，工件，数控参数等正确无误后，方能正常工作。（3）：认真查验程序编制，参数设置，动作排序，刀具干涉，工件夹具，开关开关保护等环节是否完全无误，以免循环加工时造成事故而损坏刀具及相关部件。严格按操作流程进行试切对刀，调试完成后要做好程序保护工作。（4）：自动循环加工时，应关好防护拉门，在主轴旋转期

22、间需要进行手动操作时，一定要使自己的身体和衣物远离旋转及运动部位，以免将衣物卷入造成事故。（5）：主轴或刀塔，刀库装刀操作一定要在运动停止状态下进行，并注意和协作人员间的配合，以免出现事故。在手动换刀或自动换刀的时候，要注意刀塔，刀库，机械手臂转动及刀具等的安装位置，身体和头部要远离刀具回转部位，以免碰伤。对加工中心机床，还应注意检查刀库刀套号与刀具号间的对应关系，以防止刀库号码混乱造成换刀干涉或加工时出现撞刀事故。（6）：工件装夹时要夹牢，以免工件飞出造成事故。完成装夹后，要注意将卡盘扳手及其它调整工具取出，以免主轴旋转后甩出而造成事故。（7）：机床操作者应能够处理一般性报警故障。若出现严重

23、故障，则应迅速断电并保护现场，及时上报，并做好记录。（8）：工作完毕后，应将机床导轨与工作台擦干净，并认真填写工作日记。第十章 对数控编程及其发展的认识数控机床和普通机床不同，整个加工过程中不需要人的操作，而由程序来进行控制，在数控机床上加工零件时，首先要分析零件的图样要求，确定合理的加工路线及工艺参数，计算刀具中心运动轨迹及其位置数据；然后把全部工艺过程以及其他铺助功能（主轴的正转与反转，切削液的开与关，变速，换刀等）按运动顺序，用规定的指令代码及程序格式编制成数控加工程序，经过调试后记录在控制介质（或称程序载体）上，最后输入到数控机床的数控装置中，从此控制数控机床完成工作的全部加工过程，因

24、此，把从分析零件图样开始到获得正确的程序载体为止的全过程称为零件加工程序的编制。数控编程一般可以分为手工编程和自动编程两种。手工编程是指程序编制的整个步骤几乎全部由人工来完成，多用于几何形状比较简单的零件。但是如果工件轮廓复杂，特别是加工圆弧曲线、曲面等表面，或工件加工工序比较长时，手工编程则将是十分繁琐、费时，而且容易出错，此时自动编程较好。自动编程是指利用计算机软件对零件源程序进行加工处理得到加工程序，包括APT软件编程和AmsterCAM软件编程，就实际而言，用AmsterCAM比较普片，因为它的功能相对强一些。此类软件编程一般用来加工比较复杂的零件，特别是有圆弧曲线类的。本设计中的零件

25、有圆弧曲线，而且有四分之三的凸圆弧轮廓，手工编程很难实现，对于中间类似六边形的凸轮廓，应为各节点的坐标不知道，所以用AmsterCAM编辑较好，对于四各角的圆孔，可以用手工编程，故此零件的工艺设计中包括自动编程和手工编程。第十一章 设计小结经过几周的设计和操作，成功的完成了数控车削零件的编程与加工，加工的零件各部分尺寸精度和表面质量均达到零件图样的技术要求，整个设计工艺方案选择合理，程序编制正确，加工过程中严格按照操作规程，没有出现撞刀或运动干涉的现象。通过本课题的设计，我对数控加工的整个过程有了较全面的了解，经过设计加工工艺方案，进一不了解工件定位的基本原理，定位方式与定位元件及数控机床用夹

26、具的种类及特点。经过编制零件的加工顺序，基本熟悉数控编程的主要内容及步骤，变成的种类，程序的结构与格式，对数控编程前数学处理的内容，基点坐标，铺助程序段的数值计算等有了进一步的认识。工艺设计，数值计算及程序编制的整个过程，虽然任务比较繁重，但是设计过程中自己通过不断的学习和实践，每解决一个问题，都会感到不尽的喜悦和兴奋。通过本设计的实践，真切体会到理论必须和生产实践相结合，教材中学到的许多知识，在实践中得到了印证，但是在具体操作中也出现了一些意想不到的问题，在工艺方案确定后，加工程序也经过多次调试，修改才最终完成了零件的加工。看到自己加工出来的合格零件，我对自己和我的专业更加充满信心。参考文献1.赵长旭. 数控加工艺. 西安电子科技大学出版社, 2006.12.周家泽. 机械基础. 西安电子科技大学出版社, 2004.43.王群. AutoCAD2006基础教程. 机械工业出版社,2007.14.詹华西. 数控加工技术实训教程. 西安电子科技大学出版社,2006.8 西安电子科技大学出版社,2005.15.张导成. 三维CAD/CAM-MasterCAM应用.机械工业出版社,2007.16.詹华西 电切削加工技术.26