長軸零件數(shù)控車削加工工藝設(shè)計與程序編制仿真

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長軸零件數(shù)控車削加工工藝設(shè)計與程序編制仿真摘要此次的設(shè)計任務(wù)是長軸加工工藝設(shè)計與程序編制及加工，利用繪圖軟件 AutoCAD將長軸的二維圖畫出來,然后用 UG軟件畫出三維圖形,再接著設(shè)計幾個方案。方案的關(guān)鍵在于以生成最佳的刀具路徑、利用最短的時間內(nèi)加工出零件,且加工工序最優(yōu),加工出來的零件的工藝符合設(shè)計圖紙的要求。根據(jù)這些要求選擇最佳的加工工藝方案,編寫加工程序并輸入相應(yīng)的加工參數(shù)利用斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件對所編制的加工程序進(jìn)行仿真驗證得到加工效果圖。關(guān)鍵詞:長軸；加工工藝；程序編制；數(shù)控機(jī)床ABSTRACTThe design task is long axis machining process design and programming and processing, the drawing software AutoCAD will map the long axis of the 2D, and then use UG software to draw the three-dimensional graphics, then several design schemes. Scheme is the key to generate the tool path, the best use of the shortest processing time of parts, and the process optimization, process the processed parts meet the requirements of design drawings. According to the requirements of processing scheme of optimal selection, preparation process and input processing parameters obtained accordingly processing effect on processing program is developed to verify the swansoft CNC simulator.Key words: Long axis; The processing technology; Programming; The numerical control machine tool目 錄摘要 ..................................................................................................................................................................1ABSTRACT ..........................................................................................................................................................2第一章 緒論 ....................................................................................................................................................31.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 ...............................................................................................................................31.2 數(shù)控加工工藝的基本知識 ...............................................................................................................31.2.1 數(shù)控加工工藝的概念 .............................................................................................................31.2.2 數(shù)控加工工藝過程 .................................................................................................................31.2.3 數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝的過程的主要內(nèi)容 .............................................................41.2.4 數(shù)控加工工藝的特點 .............................................................................................................4第二章 長軸零件的工藝分析 ........................................................................................................................52.1 零件的結(jié)構(gòu)特點分析 .......................................................................................................................52.2 零件的技術(shù)要求分析 .......................................................................................................................62.3 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 ...................................................................................................................72.4 確定毛坯 ...........................................................................................................................................72.4.1 毛坯類型 .................................................................................................................................72.4.2 毛坯余量確定 .........................................................................................................................82.4.3 毛坯-零件合圖 ........................................................................................................................8第三章 長軸零件的工藝規(guī)程設(shè)計 ................................................................................................................93.1 表面加工方法的確定 .......................................................................................................................93.2 加工順序的安排 ...............................................................................................................................93.3 定位基準(zhǔn)及裝夾方式的選擇 ...........................................................................................................93.4 制訂工藝路線 .................................................................................................................................103.5 選擇加工設(shè)備機(jī)床 ..........................................................................................................................123.6 選擇刀具與切削用量 ......................................................................................................................133.6.1 選擇切削刀具 .......................................................................................................................133.6.2 選擇切削用量 .......................................................................................................................143.7 數(shù)控加工工藝卡片擬訂 ..................................................................................................................15第四章 長軸零件的程序編制及仿真 .........................................................................................................164.1 數(shù)控編程的定義及分類 .................................................................................................................164.1.1 數(shù)控編程的定義 ...................................................................................................................164.1.2 數(shù)控編程的分類 ..................................................................................................................164.1.3 編程方法的選擇 ..................................................................................................................164.2 編程原點的確定及數(shù)值的確定 .....................................................................................................164.3 數(shù)控加工程序代碼的編寫 .............................................................................................................174.3.1 車左端時的加工程序 ..........................................................................................................174.3.2 車右端時的加工程序 ..........................................................................................................214.4 程序的仿真加工 .............................................................................................................................254.4.1 程序的導(dǎo)入 ..........................................................................................................................254.4.2 設(shè)置工件 ..............................................................................................................................254.4.3 設(shè)置刀具 ..............................................................................................................................264.4.4 對刀和輸入刀補(bǔ) ..................................................................................................................264.4.5 仿真加工 ..............................................................................................................................274.5 注意事項 ..........................................................................................................................................28結(jié)束語 ............................................................................................................................................................29參考文獻(xiàn) ........................................................................................................................................................30致 謝 ............................................................................................................................................................31第一章 緒論1.1 數(shù)控機(jī)床的發(fā)展數(shù)控技術(shù)是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機(jī)械設(shè)備動作控制的技術(shù)。它所控制的通常是位置、角度、速度等機(jī)械量和與機(jī)械能量流向有關(guān)的開關(guān)量。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進(jìn)制形式數(shù)據(jù)運(yùn)算的出現(xiàn)。1908 年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世；19 世紀(jì)末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明；1938 年，香農(nóng)在美國麻省理工學(xué)院進(jìn)行了數(shù)據(jù)快速運(yùn)算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計算機(jī)，包括計算機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是與機(jī)床控制密切結(jié)合發(fā)展起來的。1952 年，第一臺數(shù)控機(jī)床問世，成為世界機(jī)械工業(yè)史上一件劃時代的事件，推動了自動化的發(fā)展。 現(xiàn)在，數(shù)控技術(shù)也叫計算機(jī)數(shù)控技術(shù)，目前它是采用計算機(jī)實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術(shù)。這種技術(shù)用計算機(jī)按事先存貯的控制程序來執(zhí)行對設(shè)備的控制功能。由于采用計算機(jī)替代原先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置，使輸入數(shù)據(jù)的存貯、處理、運(yùn)算、邏輯判斷等各種控制機(jī)能的實現(xiàn)，均可通過計算機(jī)軟件來完成。 80 年代，我國從日本及美國、德國引進(jìn)一些新技術(shù)。這使我國的數(shù)控機(jī)床在性能和質(zhì)量上產(chǎn)生了一個質(zhì)的飛躍。1985 年，我國數(shù)控機(jī)床品種有了新的發(fā)展。數(shù)控機(jī)床是一種技術(shù)密集度及自動化程度很高的機(jī)電一體化加工設(shè)備,是綜合應(yīng)用計算機(jī)、自動控制、自動檢測及精、加工精度高、質(zhì)量容易保證，發(fā)展前景十分廣闊。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)控機(jī)床的發(fā)展也越來越快，數(shù)控機(jī)床也正朝著高性能、高精度、高速度、高柔性化和模塊化方向發(fā)展。1.2 數(shù)控加工工藝的基本知識1.2.1 數(shù)控加工工藝的概念數(shù)控加工工藝是采用數(shù)控機(jī)床加工零件時所應(yīng)用各種方法和技術(shù)手段的總和，應(yīng)用于整個數(shù)控加工工藝過程。數(shù)控加工工藝是伴隨著數(shù)控機(jī)床的產(chǎn)生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應(yīng)用技術(shù)，它是人們大量數(shù)控加工實踐的經(jīng)驗總結(jié)。 1.2.2 數(shù)控加工工藝過程數(shù)控加工工藝過程是利用切屑工具在數(shù)控機(jī)床直接改變加工對象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品的過程。1.2.3 數(shù)控加工工藝和數(shù)控加工工藝的過程的主要內(nèi)容（1）選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容。（2）對零件圖紙進(jìn)行數(shù)控加工的工藝分析。（3）零件圖形的數(shù)學(xué)處理及編程尺寸設(shè)定的確定。（4）數(shù)控加工工藝方案的制定。（5）工序、進(jìn)給路線的確定。（6）選擇數(shù)控機(jī)床的類型。（7）刀具、量具、夾具的選擇和設(shè)計。（8）切屑參數(shù)的確定。（9）加工程序的編寫、校驗與修改。（10）首件試加工與現(xiàn)場問題處理。（11）數(shù)控加工工藝技術(shù)文件的定型與歸檔。1.2.4 數(shù)控加工工藝的特點由于數(shù)控加工是應(yīng)用了計算機(jī)控制系統(tǒng)和數(shù)控機(jī)床，使得數(shù)控加工與普通加工相比具有加工自動化程度高、精度高、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高、周期短、設(shè)備使用費(fèi)高的特點。第二章 長軸零件的工藝分析2.1 零件的結(jié)構(gòu)特點分析如圖 2.1 所示軸零件圖，分析其加工工藝性。圖 1.1 長軸零件的二維平面圖圖 1.2 長軸零件的三維圖軸類零件是機(jī)械加工中常見的加工零件之一，在各類機(jī)械中應(yīng)用很廣。圖 1.1 中所示的軸零件主要由內(nèi)外圓柱面、內(nèi)錐面、內(nèi)直螺紋、外錐螺紋等組成，從這些結(jié)構(gòu)中更可以看出，該軸主要起聯(lián)接的作用。2.2 零件的技術(shù)要求分析零件的技術(shù)要求主要包括尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度要求等，這些技術(shù)要求應(yīng)當(dāng)是能夠保證零件使用性能前提下的極限值。進(jìn)行零件技術(shù)要求分析，主要是分析這些技術(shù)要求的合理性，以及實現(xiàn)的可能性，重點分析重要表面和部位的加工精度和技術(shù)要求，為制定合理的加工方案做好準(zhǔn)備。同時通過分析以確定技術(shù)要求是否過于嚴(yán)格，因為過高的精度和過小的表面粗糙度要求會使工藝過程變得復(fù)雜，加工難度大，增加不必要的成本。該零件尺寸精度等級較高，其中外圓尺寸精度最高為 0.016mm，內(nèi)輪廓尺寸精度最高為 0.023mm，長度尺寸精度最高為 0.03mm；形狀精度有：Φ50 的圓柱度為016.?0.008mm 及其端面的平面度為 0.006mnm，Φ32 內(nèi)孔的圓度為 0.008mm；位置精度036.?有：Φ58 對基準(zhǔn) A 的同軸度為 Φ0.015mm 及其左端面對基準(zhǔn) B 的垂直度為019.?0.015mm，Φ50 對基準(zhǔn) A 的同軸度為 Φ0.015mm 及其左端面對基準(zhǔn) A 的垂直度為016.0.01mm……（等等，其余的請參照零件圖紙） ；該零件的表面粗糙度要求較高，最高表面達(dá)到 Ra1.6um，最低為 3.2um。2.3 零件的結(jié)構(gòu)工藝性分析該零件屬于軸類零件，其結(jié)構(gòu)主要由內(nèi)外圓柱面、內(nèi)圓錐面、內(nèi)直螺紋、外圓弧面、槽等特征組成，這些特征在普通車床上很難完成，需要在數(shù)控車床上進(jìn)行加工，并且是數(shù)控車削加工中常見的形狀特征。2.4 確定毛坯2.4.1 毛坯類型毛坯是用來加工各種工件的坯料,毛坯的生產(chǎn)方法主要有:鑄造、鍛造、焊接、沖壓件,以及各種型材也可以用作毛坯。（一）鑄件 對形狀較復(fù)雜的毛坯，一般可用鑄造方法制造。目前大多數(shù)鑄件采用砂型鑄造，對尺寸精度要求較高的小型鑄件，可采用特種鑄造，如永久型鑄造、精密鑄造、壓力鑄造、熔模鑄造成和離心鑄造等。（二）鍛件鍛件毛坯由于經(jīng)鍛造后可得到連續(xù)和均勻的金屬纖維組織。因此鍛件的力學(xué)性能較好，常用于受力復(fù)雜的重要鋼質(zhì)零件。其中自由鍛件的精度和生產(chǎn)率較低，主要用于小批生產(chǎn)和大型鍛件的制造。模型鍛造件的尺寸精度和生產(chǎn)率較高，主要用于產(chǎn)量較大的中小型鍛件。（三）型材型材主要有板材、棒材、線材等。常用截面形狀有圓形、方形、六角形和特殊截面形狀。就其制造方法，又可分為熱軋和冷拉兩大類。熱軋型材尺寸較大，精度較低，用于一般的機(jī)械零件。冷拉型材尺寸較小，精度較高，主要用于毛坯精度要求較高的中小型零件。（四）焊接件焊接件主要用于單件小批生產(chǎn)和大型零件及樣機(jī)試制。其優(yōu)點是制造簡單、生產(chǎn)周期短、節(jié)省材料、減輕重量。但其抗振性較差，變形大，需經(jīng)時效處理后才能進(jìn)行機(jī)械加工。（五）其它毛坯其它毛坯包括沖壓件，粉末冶金件，冷擠件，塑料壓制件等。2.4.2 毛坯余量確定毛坯圖的尺寸都是在零件圖尺寸的基礎(chǔ)上，加減總加工余量得到毛坯尺寸，毛坯各面的設(shè)計基準(zhǔn)一般同零件圖一致。筆者認(rèn)為這種設(shè)計方法并不合理，這是因為從毛坯尺寸的作用來講并不要求它和零件圖一致，對它提出的要求是:(1)保證它在機(jī)械加工時有最均勻合理的粗加工余量：(2)保證非加工面與加工面有最準(zhǔn)確的位置及尺寸。根據(jù)該零件的圖紙要求，由于零件并不是很長，因此可以直接采用型材毛坯（棒料） ，又零件的最大外圓為 80mm，長度為 150mm，因此可以給毛坯的徑向單邊留3mm 余量，軸向單邊各留 5mm 余量。2.4.3 毛坯-零件合圖由毛坯余量的選擇，可確定該零件的毛坯尺寸為 Φ86×160mm。其毛坯-零件合圖如圖 2.1 所示。圖 2.1 毛坯-零件合圖第三章 長軸零件的工藝規(guī)程設(shè)計3.1 表面加工方法的確定（1）外輪廓：粗車（精度等級 IT12，粗糙度 Ra12.5um）————→半精車（精度等級 IT8~9，粗糙度 Ra3.2um）—————→精車（精度等級 IT6~7，粗糙度Ra1.6um） 。（2） 內(nèi)輪廓：鉆孔（精度等級 IT12，粗糙度 Ra12.5um）————→粗鏜（精度等級 IT9~10，粗糙度 Ra3.2um）—————→精鏜（精度等級 IT6~7，粗糙度Ra1.6um） 。3.2 加工順序的安排工件的機(jī)械加工工藝路線中要經(jīng)過切削加工、熱處理和輔助工序。因此，當(dāng)擬定工藝路線時要合理、全面安排好切削加工、熱處理和輔助工序的順序。切削加工工序的安排原則1）基準(zhǔn)先行 選為精基準(zhǔn)的表面，應(yīng)先進(jìn)行價格，以便為后續(xù)工序提供可靠的精基準(zhǔn)。如軸類零件的中心孔、箱體的地面或剖分面、齒輪的內(nèi)孔和一端面等，都應(yīng)安排在初始工序加工完成。2）先粗后精 各表面均應(yīng)按照粗加工→半精加工→精加工的順序依次進(jìn)行，以便逐步提高加工精度和降低表面粗糙度。3）先主后次 先加工主要表面（如定位基面、裝配面、工作面） ，后加工次要表面（如自由表面、鍵槽、螺紋孔等） ，次要表面常穿插進(jìn)行加工，一般安排在主要表面達(dá)到一定精度之后、最終精加工之前。該零件的加工順序應(yīng)嚴(yán)格按照以上原則進(jìn)行加工。3.3 定位基準(zhǔn)及裝夾方式的選擇（1）定位基準(zhǔn)的選擇1）粗基準(zhǔn)的選擇：粗車時以外圓和兩端面為粗基準(zhǔn)，并加工出精基準(zhǔn)2）精基準(zhǔn)的選擇：精加工時以粗加工時加工出的端面和外圓為基準(zhǔn)。（2）裝夾方式的選擇該零件為回轉(zhuǎn)型零件，其裝夾方式可直接采用三爪卡盤進(jìn)行裝夾，由于零件至少需要進(jìn)行兩次裝夾方能完成，在第二次裝夾時為保證加工面不被夾傷，需要墊上銅皮或者采用軟爪進(jìn)行裝夾。3.4 制訂工藝路線制訂工藝路線的出發(fā)點，應(yīng)當(dāng)是使零件的幾何形狀、尺寸精度及位置精度等技術(shù)要求能得到合理的保證。在生產(chǎn)綱領(lǐng)（生產(chǎn)綱領(lǐng)的大小對生產(chǎn)組織和零件加工工藝過程起著重要的作用，它決定了各工序所需專業(yè)化和自動化的程度，決定了所應(yīng)選用的工藝方法和工藝裝備。 ）已確定為大批生產(chǎn)的條件下，可以考慮采用萬能性的機(jī)床配以專用夾具，并盡量使工序集中來提高生產(chǎn)率。除此以外，還應(yīng)當(dāng)考慮經(jīng)濟(jì)效果，以便使生產(chǎn)成本盡量下降。（1）方案一：采用普通機(jī)床加工工序 1：下料。工序 2：粗車右端面、粗車 M46 螺紋大徑至 Φ52 、粗車 Φ52 外圓至 Φ58、粗車Φ60 外圓至 Φ66、粗車 Φ80 外圓至 Φ83。工序 3：粗車左端面、粗車 Φ50 外圓至 Φ56、粗車 Φ58 外圓至 Φ64、鉆底孔Φ12。工序 4：精車左端面、半精車 Φ50 外圓至 Φ50.5、半精車 Φ58 外圓至 Φ58.5、車槽 2-5×Φ45、半精鏜 Φ26 孔至 Φ25.5、半精鏜 Φ32 孔至 Φ31.5、半精鏜 M40螺紋底孔至 Φ38、車內(nèi)螺紋退刀槽 2.5×Φ44。工序 5：精車右端面、半精車 M46 螺紋大徑至 Φ46.5 、半精車 Φ52 外圓至Φ52.5、半精車 Φ60 外圓至 Φ60.5、半精車 Φ80 外圓至 Φ80.5、半精鏜內(nèi)孔 Φ22至 Φ21.5、半精鏜內(nèi)孔 Φ32 至 Φ31.5。工序 6：精車 Φ50 外圓至 Φ50、精車 Φ58 外圓至 Φ58、精鏜 Φ26 孔至 Φ26、精鏜 Φ32 孔至 Φ32、精鏜 M40螺紋底孔至 Φ38.5。工序 7：精車 M46 螺紋大徑至 Φ45.6、精車 Φ52 外圓至 Φ52、精車 Φ60 外圓至Φ60、精車 Φ80 外圓至 Φ80、精鏜內(nèi)孔 Φ22 至 Φ22、精鏜內(nèi)孔 Φ32 至 Φ32。工序 8：車外圓圓弧 R25和 R6。工序 9：車螺紋 M40*1.5和 M46*1.5。工序 10：車內(nèi)外錐面。工序 11：去毛刺。工序 12：檢驗。（2）方案二：采用數(shù)控機(jī)床加工工序 1：下料。工序 2：車左端面、車左端 Φ50 外圓、Φ58 外圓、Φ80 外圓、鉆底孔、鏜 Φ26內(nèi)孔、鏜 Φ32 內(nèi)孔、車內(nèi)槽、車內(nèi)螺紋、車外槽。工步 1：車左端面；工步 2：粗車外圓 Φ50、Φ58、Φ80 及 R6圓角，預(yù)留 0.2mm精加工余量。工步 3：鉆底孔 Φ16；工步 4：粗鏜內(nèi)孔 Φ26、Φ32、螺紋底孔 Φ38.5，預(yù)留 0.2mm精加工余量；工步 5：精鏜內(nèi)輪廓各加工面；工步 7：車內(nèi)螺紋退刀槽 2.5*Φ44；工步 8：車內(nèi)螺紋 M40*1.5；工步 9：精車左端外輪廓各段加工面；工序 10：車外槽 5*Φ45；工序 3：車右端面、車右端 M46外螺紋、車 Φ52 外圓、車 Φ60 外圓、車外錐面、車 R25圓弧面、車內(nèi)孔 Φ22、Φ32 及內(nèi)錐面、車外槽。工步 1：車右端面；工步 2：粗車外螺紋大徑 Φ45.6、外圓 Φ52、外圓 Φ60、外錐面、R25 圓弧面，預(yù)留 0.2mm精加工余量；工步 3：精車外輪廓各段；工步 4：車外槽 3*Φ42 和 6*Φ47；工步 5：車外螺紋 M46*1.5；工步 6：粗鏜內(nèi)錐面、內(nèi)孔 Φ32、內(nèi)孔 Φ22，預(yù)留 0.2mm精加工余量；工步 7：精鏜內(nèi)輪廓各段；工序 4：去毛刺。工序 5：檢驗。（3）方案三：采用數(shù)控機(jī)床加工工序 1：下料。工序 2：車右端面、車右端 M46外螺紋、車 Φ52 外圓、車 Φ60 外圓、車外錐面、車內(nèi)孔 Φ22、Φ32 及內(nèi)錐面、車外槽。工步 1：車右端面；工步 2：粗車外螺紋大徑 Φ45.6、外圓 Φ52、外圓 Φ60、外錐面、Φ80 外圓，預(yù)留 0.2mm精加工余量；工步 3：精車外輪廓各段；工步 4：車外槽 3*Φ42 和 6*Φ47；工步 5：車外螺紋 M46*1.5； 工步 6：粗鏜內(nèi)錐面、內(nèi)孔 Φ32、內(nèi)孔 Φ22，預(yù)留 0.2mm精加工余量；工步 7：精鏜內(nèi)輪廓各段；工序 3：車左端面、車左端 Φ50 外圓、Φ58 外圓、R25 圓弧、鉆底孔、鏜 Φ26 內(nèi)孔、鏜 Φ32 內(nèi)孔、車內(nèi)槽、車內(nèi)螺紋、車外槽。工步 1：車左端面；工步 2：粗車外圓 Φ50、Φ58、R6 圓角及 R25圓弧面，預(yù)留 0.2mm精加工余量。工步 3：鉆底孔 Φ16；工步 4：粗鏜內(nèi)孔 Φ26、Φ32、螺紋底孔 Φ38.5，預(yù)留 0.2mm精加工余量；工步 5：精鏜內(nèi)輪廓各加工面；工步 7：車內(nèi)螺紋退刀槽 2.5*Φ44；工步 8：車內(nèi)螺紋 M40*1.5；工步 9：精車左端外輪廓各段加工面；工序 10：車外槽 5*Φ45；工序 4：去毛刺。工序 5：檢驗。（4）方案的分析及確定從三個方案中分析得知，方案一采用的是普通機(jī)床進(jìn)行加工，粗、精加工比較明細(xì)，但由于該零件存在圓弧、螺紋等特型加工面，如若采用普通機(jī)床加工將大大增加加工成本，不利于生成，同時也對操作人員的技術(shù)水平要求較高，故不建議采取；方案二和方案三均采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工，均具有高效率、高精度，兩者的區(qū)別在于左端右端的順序不同，方案三中先加工右端再加工左端，這種方案在第二次裝夾時不易裝夾，故不建議采取，而方案二正好彌補(bǔ)了這個缺陷。綜合考慮選取方案二進(jìn)行加工。3.5 選擇加工設(shè)備機(jī)床當(dāng)工件表面的加工方法確定之后，機(jī)床的種類也就基本上確定了。但是，每一類機(jī)床都有不同的形式，其工藝范圍、技術(shù)規(guī)格、加工精度、生產(chǎn)率及自動化程度都各不相同。為了正確地為每一道工序選擇機(jī)床，除了充分了解機(jī)床的性能外，尚需考慮以下三點。1）機(jī)床的類型應(yīng)與工序劃分的原則相適應(yīng)。數(shù)控機(jī)床或通用機(jī)床適用于工序集中的單件小批生產(chǎn)；對大批量生產(chǎn)，則應(yīng)選擇高效自動化機(jī)床和多刀、多軸機(jī)床。若工序按分散原則劃分，則應(yīng)選擇結(jié)構(gòu)簡單的專用機(jī)床。2）機(jī)床的主要規(guī)格尺寸應(yīng)與工件的外形尺寸和加工表面的有關(guān)尺寸相適應(yīng)，即小工件用小規(guī)格的機(jī)床加工，大工件用大規(guī)格的機(jī)床加工。3）機(jī)床的精度應(yīng)與工序要求的加工精度相適應(yīng)。粗加工工序，應(yīng)選用精度低的機(jī)床；精度要求高的精加工工序，應(yīng)選用精度高的機(jī)床。機(jī)床精度不能過低，也不能過高，機(jī)床精度過低，不能保證加工精度；機(jī)床精度過高，會增加零件的制造成本。應(yīng)根據(jù)零件的加工精度的要求合理選擇機(jī)床。從加工工藝的角度分析，選用的數(shù)控機(jī)床功能還必須適應(yīng)被加工零件的形狀、尺寸精度和生產(chǎn)節(jié)拍等要求。隨著數(shù)控車床制造技術(shù)的不斷發(fā)展，形成了產(chǎn)品繁多，規(guī)格不一的局面，因而也出現(xiàn)了幾種不同的分類方法[2]。（1）按數(shù)控系統(tǒng)的功能分1）經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床。經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床（如圖 2-2 所示）一般是在普通車床基上進(jìn)行改進(jìn)，采用步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動的開環(huán)伺服系統(tǒng)，其控制部分采用單板機(jī)或單片機(jī)。此類車床結(jié)構(gòu)簡單，價格低廉，但無刀尖圓弧半徑自動補(bǔ)償和恒線速度切削等功能。2）全功能型數(shù)控車床。全功能型數(shù)控車床（如圖 2-3 所示）一般采用閉環(huán)或半閉環(huán)控制系統(tǒng)，具有高強(qiáng)度、高精度和高效率的特點。3）車削中心。車削中心是在全功能型數(shù)控車床的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種復(fù)合加工機(jī)床，配備刀庫、自動換刀器，分度裝置、銑削動力頭和機(jī)械手等部件，能完成回轉(zhuǎn)類零件的車、銑、鉆、鉸、攻螺紋等多工序復(fù)合加工。4）FMC 車床。FMC 車床實際上是一個由數(shù)控車床、機(jī)器人等構(gòu)成的柔性加工單元。FMC 車床能實現(xiàn)工件搬運(yùn)、裝卸的自動化和加工調(diào)整準(zhǔn)備的自動化，如下圖所示：圖 4-1 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床 圖 4-2 全功能型數(shù)控車床 圖 4-3 FMC 車床（2）按主軸配置形式分類1）臥式數(shù)控車床。主軸軸線處于水平位置的數(shù)控車床。2）立式數(shù)控車床。主軸軸線處于垂直位置的數(shù)控車床。3）雙軸臥式數(shù)控車床或雙軸立式數(shù)控車床。具有兩根主軸的數(shù)控車床。（3）按數(shù)控系統(tǒng)控制的軸數(shù)分類1）兩軸控制的數(shù)控車床。機(jī)床上只有一個回轉(zhuǎn)刀架，可實現(xiàn)兩坐標(biāo)軸控制。2）四軸控制的數(shù)控車床。機(jī)床上有兩個獨立的回轉(zhuǎn)刀架，可實現(xiàn)四坐標(biāo)軸控制。依據(jù)上述各選擇原則，我們選用長城機(jī)床廠生產(chǎn)的 CK7150A 型數(shù)控車床，系統(tǒng)為FANUCoi，配置后置式刀架。3.6 選擇刀具與切削用量3.6.1 選擇切削刀具該零件的數(shù)控加工中主要為車外圓、鏜內(nèi)孔、切內(nèi)外槽、車內(nèi)外螺紋，具體的刀具選擇情況表 3.1 所示。表 3.1 數(shù)控加工刀具卡片工序號 刀具編號 刀具名稱 刀具規(guī)格 刀片材料 加工表面T0101 端面車刀（焊接式） 90°刀尖 YT15 車端面T0202 外圓車刀（可轉(zhuǎn)位） 75°刀尖 YT15 車外輪廓T0303 麻花鉆 Φ16 高速鋼 鉆底孔T0404 車鏜刀 60° YT15 鏜內(nèi)輪廓T0505 內(nèi)槽刀 2.5mm刀寬 YT15 切內(nèi)槽T0606 內(nèi)螺紋車刀 60° YT15 車內(nèi)螺紋2T0707 外槽刀 5mm刀寬 YT15 切外槽T0101 端面車刀（焊接式） 90°刀尖 YT15 車端面T0202 外圓車刀（可轉(zhuǎn)位） 75°刀尖 YT15 車外輪廓T0303 外槽刀 3mm刀寬 YT15 切外槽T0404 外螺紋車刀 60° YT15 車外螺紋35T0505 車鏜刀 60° YT15 半精鏜內(nèi)輪廓3.6.2 選擇切削用量切削用量的合理選擇直接影響到零件的表面質(zhì)量以及加工效率，因此切削用量的選擇是數(shù)控加工工藝編制過程中不可缺少的一部分，根據(jù)經(jīng)驗及查表確定該零件在數(shù)控加工過程中的切削用量如表 3.2 所示。表 3.2 數(shù)控加工切削用量表加工表面主軸轉(zhuǎn)速（r/min）背吃刀量（mm） 進(jìn)給速度（mm/min）粗車外圓 500 2 120精車外圓 800 0.2 80粗鏜內(nèi)孔 450 1.5 80精鏜內(nèi)孔 750 0.2 60切外槽 450 —— 45切內(nèi)槽 300 —— 30車內(nèi)螺紋 450 程序自動計算 1.5車外螺紋 500 程序自動計算 63.7 數(shù)控加工工藝卡片擬訂將前面分析的各項內(nèi)容綜合成數(shù)控加工工藝卡片，具體卡片請查看附件。第四章 長軸零件的程序編制及仿真4.1 數(shù)控編程的定義及分類4.1.1 數(shù)控編程的定義編程是將加工零件的加工順序、刀具運(yùn)動軌跡的尺寸數(shù)據(jù)、工藝參數(shù)（主運(yùn)動和進(jìn)給運(yùn)動速度、切削深度）以及輔助操作（換刀、主軸正反轉(zhuǎn)、冷卻液開關(guān)、刀具夾緊松開等）加工信息，用規(guī)定的文字、數(shù)字、符號組成的代碼，按一定格式編寫成加工程序。4.1.2 數(shù)控編程的分類數(shù)控編程主要分為手工編程與自動編程。（1）手工編程 整個程序的編制過程是由人工完成的。這要求編程人員不僅要熟悉數(shù)控代碼及編程規(guī)則，而且還必須具備有機(jī)械加工工藝知識和數(shù)值計算能力。對于點位加工或幾何形狀不太復(fù)雜的零件，數(shù)控編程計算較簡單，程序段不多，手工編程即可實現(xiàn)。（2）自動編程 用計算機(jī)把人們輸入的零件圖紙信息改寫成數(shù)控機(jī)床能執(zhí)行的數(shù)控加工程序，就是說數(shù)控編程的大部分工作有計算機(jī)來實現(xiàn)。4.1.3 編程方法的選擇該零件無復(fù)雜曲面、曲線，其結(jié)構(gòu)比較規(guī)則，主要由直線、圓弧、螺紋等組成，可直接采用手工編程的方法進(jìn)行編制。4.2 編程原點的確定及數(shù)值的確定該零件屬于軸對稱零件，因此可選擇軸的端面中心為編程原點。編程時的坐標(biāo)點采用二維圖軟件進(jìn)行自動生成，如下所述：圖中 X 值代表著編程坐標(biāo) Z 的值，Y 值的 2 倍代表著編程坐標(biāo) X 的值圖 4.1 車左端時的坐標(biāo)計算圖 4.2 車右端時的坐標(biāo)計算4.3 數(shù)控加工程序代碼的編寫4.3.1 車左端時的加工程序程序 解釋說明O0001 程序號T0101; 換 1號刀，90°端面車刀M03 S500; 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速 500r/minM08; 切削液開G00 X92 Z0.5; 快速走刀至粗車位置G01 X-1 F120; 粗車端面Z2;G00 X92;Z0; 快速走刀至精車位置M03 S800; 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速 800r/minG01 X-1 F80; 精車端面Z2;G00 X100 Z200; 快速走刀至換刀位置T0202; 換 1號刀，75°外圓車刀M03 S500; 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為 500G00 X92 Z2; 快速運(yùn)動至循環(huán)起點G71 U1.5 R1; 建立外圓車削循環(huán)G71 P100 Q200 U0.3 W0.3 F120; 給定循環(huán)起點和終點，給定精加工余量N100 G00 X50; 快速走刀至切削起點G01 Z-48 F100; 車 Ф50 外圓X58; 平 Ф58 外圓左端面Z-54; 車 Ф58 外圓G02 X70 Z-60 R6; 車圓弧 R6G01 X92; 車臺階面N200 G00 Z2;G00 X100 Z200 快速運(yùn)動至換刀點T0303; 換 3號刀，Ф16 麻花鉆M03 S300;G00 X0 Z10; 快速走刀至切削起點G01 Z-180 F30; 鉆孔Z10 F100; 退刀G00 X100 Z200; 快速走刀至換刀點T0404; 換 4號刀，并調(diào)用 4號刀具補(bǔ)償M03 S450; 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為 450G00 X10 Z2; 快速運(yùn)動至循環(huán)起點G71 U1 R1; 建立復(fù)合車削循環(huán)G71 P300 Q400 U-0.3 W0.3 F80 給點起終點，精加工余量N300 G00 X41.5; 快速運(yùn)動至切削起點G01 Z0 F60; 靠近工件X38.5 Z-1.5; 倒角Z-12.5; 鏜 M40螺紋底孔X32; 平端面Z-50; 鏜 Ф32 內(nèi)孔X26; 平端面W-15; 鏜 Ф26 內(nèi)孔X16; 平端面W-15; 鏜 Ф16 內(nèi)孔X10; 退刀N400 G00 Z2; 退刀M03 S750; 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速 750r/minG70 P300 Q400; 精鏜內(nèi)輪廓G00 X100 Z200; 快速運(yùn)動至換刀位置T0505; 換 5號刀，內(nèi)槽刀M03 S300; 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為 300G00 X30 Z-12.5; 快速運(yùn)動至切槽起點G01 X44 F30; 切槽X30; 退刀G00 Z2;G00 Z200; 軸向退刀X100; 徑向退刀T0606; 換 6號刀，內(nèi)螺紋車刀M03 S450; 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為 450G00 X36 Z2; 快速運(yùn)動至循環(huán)起點G76 P020060 Q100 R200; 建立復(fù)合螺紋切削循環(huán)G76 X39.55 Z-11 P900 Q400 F1.5;G00 X100 Z200; 快速運(yùn)動至換刀點T0202; 換 2號刀，外圓車刀M03 S800; 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為 800G00 X92 Z2; 快速運(yùn)動至循環(huán)起點G70 P100 Q200; 精車外圓G00 X100 Z200; 快速運(yùn)動至換刀點T0707; 換 7號刀，外切槽刀M03 S450; 主軸正轉(zhuǎn) ，轉(zhuǎn)速為 450G00 X52 Z-25; 快速運(yùn)動至切削起點G01 X45 F45; 切槽X52 F200; 退刀G00 Z-38; 快速運(yùn)動至第二個切槽起點G01 X45 F45; 切槽X52 F200; 退刀G00 X100 Z200; 快速運(yùn)動至換刀點M05; 主軸停止M09; 切削液關(guān)M30; 程序結(jié)束4.3.2 車右端時的加工程序程序 解釋說明O0002 程序號T0101; 換 1號刀，90°端面車刀M03 S500; 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速 500r/minM08; 切削液開G00 X92 Z0.5; 快速走刀至粗車位置G01 X-1 F120; 粗車端面Z2;G00 X92;Z0; 快速走刀至精車位置M03 S800; 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速 800r/minG01 X-1 F80; 精車端面Z2;G00 X100 Z200; 快速走刀至換刀位置T0202; 換 2號刀，75°外圓車刀M03 S500; 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為 500G00 X92 Z2; 快速運(yùn)動至循環(huán)起點G71 U1.5 R1; 建立復(fù)合車削循環(huán)G71 P100 Q200 U0.3 W0.3 F120; 給定起終點，精加工余量N100 G00 X46; 快速運(yùn)動至切削起點G01 Z-15 F80; 車 Ф46 外圓X52; 平端面Z-35; 車 Ф52 外圓X60 Z-50; 車斜面Z-55; 車 Ф60 外圓G03 X80 Z-75 R25; 車 R25圓弧G03 X70 Z-90 R25; 車 R25圓弧G01 Z-92;G00 X92; 退刀N200 G00 Z2; 退刀M03 S800;G70 P100 Q200; 精車外輪廓G00 X100 Z200 快速運(yùn)動至換刀點T0303; 換 3號刀，外切槽刀M03 S450; 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為 450G00 X54 Z-15; 快速運(yùn)動至第一個切槽點G01 X42 F45; 切槽X54; 退刀G00 Z-35; 快速運(yùn)動至第二個切槽點G01 X47 F45; 切槽X54; 退刀G00 W2;G01 X47 F45; 切槽X54; 退刀G00 Z-32;G01 X47 F45; 切槽X54; 退刀G00 X100 Z200 快速運(yùn)動至換刀點T0404; 換 4號刀，外螺紋車刀M03 S500;G00 X48 Z2; 快速走刀至循環(huán)起點G76 P020060 Q100 R200; 建立復(fù)合螺紋切削循環(huán)G76 X44.05 Z-13.5 P900 Q400 F1.5; 設(shè)定切削參數(shù)G00 X100 Z200; 快速走刀至換刀點T0505; 換 4號刀，車鏜刀M03 S450; 主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為 450G00 X10 Z2; 快速運(yùn)動至循環(huán)起點G71 U1 R1 F80; 建立復(fù)合車削循環(huán)G71 P300 Q400 U-0.3 W0.3; 給點起終點，精加工余量N300 G00 X37.2; 快速運(yùn)動至切削起點G01 Z0 F60; 靠近工件X32 Z-15; 鏜錐面Z-50; 鏜 Ф32 內(nèi)孔X22; 平端面Z-65.1; 鏜 Ф22 內(nèi)孔X16; 平端面W-20; 鏜 Ф16 內(nèi)孔X10; 徑向退刀N400 G00 Z2; 軸向退刀M03 S750;G70 P300 Q400; 精鏜內(nèi)輪廓G00 X100 Z200; 快速運(yùn)動至換刀點M30; 程序結(jié)束4.4 程序的仿真加工打開斯沃?jǐn)?shù)控仿真軟件，選擇 FANUC OiT 系統(tǒng)，進(jìn)入后將看到如圖 4.3 所示操作界面，打開機(jī)床，進(jìn)行急停解除、程序解鎖、機(jī)床回零等操作。圖 4.3 FANUC OiT 操作界面4.4.1 程序的導(dǎo)入首先將所編制的程序復(fù)制到記事本中，分別取名為 O0001，O0002 ，然后在機(jī)床中新建程序 O0001，點擊“文件”菜單下的“打開” ，找到剛才所新建的記事本O0001.TXT，確定，即可完成程序的導(dǎo)入；同理新建 O0002，將程序 O0002 也導(dǎo)入到機(jī)床中記錄。4.4.2 設(shè)置工件根據(jù)該零件的毛坯，在仿真機(jī)床中設(shè)置其毛坯尺寸為 Ф90×160mm，如圖 4.4 所示。圖 4.5 設(shè)置毛坯4.4.3 設(shè)置刀具根據(jù)表 3.1 刀具卡片中的刀具，在仿真機(jī)床中設(shè)置好卡片中的刀具，首先打開菜單欄中“機(jī)床操作”下的“刀具管理” ，在里面加入所需要的刀具。4.4.4 對刀和輸入刀補(bǔ)設(shè)置好刀具和毛坯后，接下來的工作就是對刀了，對刀是在數(shù)控加工中必不可少的環(huán)節(jié)，它的準(zhǔn)確性直接影響到零件的加工質(zhì)量，下面來介紹下對刀操作。首先在刀具管理中，將 1 號刀轉(zhuǎn)到加工位置（一般機(jī)床默認(rèn) 1 號刀在加工位） ，然后單擊菜單欄中“工件操作”下的“快速定位” ，得到如圖 4.6 所示對話框，選擇默認(rèn)對刀點。 圖 4.6 刀具定位 圖 4.7 刀補(bǔ)設(shè)置界面將刀具移到軸中心后，然后在操作面板中單擊“刀補(bǔ)”按鈕，將出現(xiàn)如圖 4.7 所示界面，選擇 MDI（錄入）方式，根據(jù)現(xiàn)在位置（相對位置）下的坐標(biāo)值，將其輸入至1 號刀補(bǔ)中，如：先輸入“X90” ，再按“測量”鍵；然后再輸入 “Z5”，按下“測量”鍵，這樣第 1 把刀的刀補(bǔ)就設(shè)置好了。同理將其他刀也進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置。4.4.5 仿真加工在設(shè)置好刀具補(bǔ)償后，可以開始仿真加工了，首先關(guān)閉機(jī)床窗門，然后將功能鍵中的“循環(huán)啟動”打開，再按下“循環(huán)啟動”按鈕，開始切削，最終得到的零件如圖 4.8所示。圖 4.8 左端仿真圖同理仿真出右端的仿真圖如圖 4.9所示。圖 4.9 右端仿真圖4.5 注意事項在完成首件加工時，應(yīng)盡可能的把刀補(bǔ)在對刀后的基礎(chǔ)上，在加大一些，這樣可以更有效的保證首件零件加工尺寸不超差，可以進(jìn)行第二次加工。首件加工完成后，切勿將零件從主軸上取下，應(yīng)該直接在機(jī)床上進(jìn)行測量，若有問題，可以及時修改，再次切削，避免二次裝夾帶來的誤差。若在實際加工中，尺寸與圖上尺寸不符合，可以進(jìn)行刀補(bǔ)修改，在面板上按下“刀補(bǔ)”按鈕，在磨耗中輸入要修改的值。若加工的首件，尺寸偏小，可以將相應(yīng)的刀具的刀補(bǔ)進(jìn)行正值輸入（小多少就輸多少） ；若加工的首件尺寸偏大，可以將相應(yīng)的刀具的刀補(bǔ)進(jìn)行負(fù)值輸入。經(jīng)過反復(fù)切削，直至零件加工合格后，方可進(jìn)行批量生產(chǎn)。在生產(chǎn)過程中，要間斷性的測量工件，因為刀具存在磨損。結(jié)束語在數(shù)控車削加工中經(jīng)常遇到的軸類零件,本設(shè)計論文中采用含螺紋零件進(jìn)行編程設(shè)計,在螺紋車削編程中要注意,數(shù)控車床主軸上必須安裝有脈沖編碼器測定主軸實際轉(zhuǎn)速,從而實現(xiàn)主軸轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)刀具進(jìn)給一個螺紋導(dǎo)程的同步運(yùn)動,從螺紋粗車到精車,主軸的轉(zhuǎn)速必須保持不變. 該特殊軸零件結(jié)構(gòu)，有螺紋、倒角、圓弧、槽等。該編程螺紋車削采用螺紋加工循環(huán)指令 G76,用該指令編程可以不用寫那么多步程序，省去了很多編程時間。數(shù)控加工的基本編程方法是用點定位指令編寫接近或離開工件等空行程軌跡，要用插補(bǔ)指令編寫工件輪廓的切削進(jìn)給軌跡。幾個星期以來，從開始到畢業(yè)設(shè)計完成，每一步對我們來說都是新的嘗試和挑戰(zhàn)，在做這次畢業(yè)設(shè)計過程中使我學(xué)到很多，我感到無論做什么事情都要真真正正用心去做，才會使自