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1、目录1 课程性质和任务11.1 课程设计的性质11.2 课程设计的任务12 课程设计目的23零件数控车床加工程序编制33.1零件的工艺分析33.1.1数控加工工艺的基本特点33.1.2数控加工工艺的主要内容73.1.3工序与工步的划分73.1.4刀具的选择与切削用量的确定83.1.5对刀点和换刀点的确定113.1.6加工路线的确定133.2数控机床的选择143.3编制数控车床加工刀具卡及加工工艺卡片153.4 编制数控加工程序15致 谢18参考文献191 课程性质和任务1.1 课程设计的性质数控机床与编程是机械设计制造及自动化专业必修的主干专业课之一 ，本课程设计是在机械制造技术的基础上，结合
2、本阶段已学课程及其它相关教学内容，使学生能掌握数控机床加工的特数控车床作为当今使用最广泛的数控机床之一，主要用于加工轴类、盘套类等回转体零件，能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、锥面、圆弧、螺纹等工序的切削加工，并进行切槽、钻、扩、铰孔等工作，而近年来研制出的数控车削中心和数控车铣中心，使得在一次装夹中可以完成更多得加工工序，提高了加工质量和生产效率，因此特别适宜复杂形状的回转体零件的加工点及其发展前景，掌握数控系统的工作原理和加工编程的方法，并能理论联系实际解决数控机床加工编程的实际问题；培养学生数控加工编程的应用能力。1.2 课程设计的任务本课程设计是在机械制造技术的基础上，结合本阶段已学
3、课程及其它相关教学内容，使学生能掌握数控机床加工的特点及其发展前景，掌握数控系统的工作原理和加工编程的方法，并能理论联系实际解决数控机床加工编程的实际问题；培养学生数控加工编程的应用能力。2 课程设计目的（1）巩固和加深学生所学课程的理论知识，培养学生设计、计算、绘图、计算机应用能力，使学生逐步树立正确的设计思想。（2）掌握数控机床加工工艺的编制，学会使用常用功能指令和固定循环指令的编程方法及应用；会用选刀、换刀、对刀、刀补和固定循环编制一个轴类、套类或箱体类零件的数控加工程序。（3）提高学生独立分析问题、解决问题的能力，逐步增强实际工程训练。（4）训练学生围绕设计内容查阅有关规范、设计手册等
4、资料的能力。（5）训练学生撰写技术文件的基本技能。（6）加强理论联系实际，培养学生科学严谨、实事求是的工作作风和勇于探索的创新精神。3零件数控车床加工程序编制3.1零件的工艺分析3.1.1数控加工工艺的基本特点本次课程设计用的图样如下： 图3-1 零件图在实际编程过程中，该毛坯为40110mm，对其进行编程时，分别求出它的坐标为A(34.84,-1)、B(31.333,-31.41)、C(35.926,-42.105)、D(38,-44.592)、E(22,-32.702)、F(20.504,-34.684)、G(19.014，-36.521) 、H(18,-47)。数控加工工艺问题处理与普通
5、加工基本相同，但又其特点。设计零件数控加工工艺时，既要遵循普通加工工艺基本原则和方法，又要考虑数控加工本身特点和零件编程要求。1)零件装夹方法确与夹具选择，数控机床上被加工零件装夹方法与一般机床上一样，也要合理选择定位基准和夹紧方案。选择精基准时，也要遵循“基准统一”和“基准重合”等原则，除此之外，还应考虑几点：（1）应尽量一次定位夹紧中完成所有能加工各表面加工，为此要选择便于各个表面都可被加工定位方式。如对箱体零件，宜采用两销定位方式，也可采某侧面为导向基准，带工件夹紧后将导向元件拆去定位方式。（2）工件一次装夹可完成工件上各个表面加工，也可直接选用毛面作定位基准，这时毛坯制造精度要求要高一
6、些。（3）加工中心，工件工作台上安放位置确定要兼顾各个工位加工，要考虑刀具长度及其刚度对加工质量影响。如进行单工位单面加工，应将工件靠工作台一侧放置工作台正中位置。这样可减少刀杆伸出长度，提高具刚度。（4）数控加工中使用夹具，其结构大多比较简单，并应尽可能选用由通用元件拼装组合可调节夹具，以缩短生产准备周期。简化定位、编程和对刀，保证工件能正确位置上按程序加工，必须协调工件、夹具与机床坐标系之间尺寸关系。2)加工顺序安排，因“先面后孔”“先粗后精”等基本原则安排加工顺序外，还应注意遵循以下原则：（1）减少换刀次数和时间，通常应按刀具集中工序。即一次装夹中，用同一把刀具加工完工件上所有需要该刀具
7、加工各个部位后，换下一把刀具进行加工。加工中心，若换刀时间较工作台转位时间，则应采用相同工位集中加工完毕所有可以加工待加工表面，然后转动工作台去加工其他表面。（2）同轴度要求很高孔系，应一次定位后(同一工位下)，顺序连续换刀，顺序连续加工完该孔系全部孔后，加工其他坐标位置孔，以消除重复定位误差影响，提高孔系同轴度。（3）对刀点和换刀点确定，对刀点是数控加工时刀具相工件运动起点。程序也是从这一点开始执行，对刀点也称作程序起点或起刀点。例如，对车床而言，是指车床主轴回转中心与车头卡盘端面的交点。就本次课程设计而言，对刀点在工件的右端面中心。 图3-2 对刀点加工精度要求不高时，可直接用工件上或夹具
8、上某些表面作对刀面;加工精度要求较高时，对刀点应尽量选零件设计基准或工艺基准上，如以孔定位零件，取孔轴心作为对刀点就比较合适。对刀点必须与工件定位基准有一定坐标关系，这样才能确定机床标系与工件坐标系之间关系。对刀点选择应便于坐标值计算。则是指线电极轴心与零件面焦点。图3-3 毛坯示意图加工过程中需换刀时，应规定换刀点，换刀点位置应换刀时不碰伤工件、夹具以及机床原则而设定。在这次课程设计中，依照毛坯尺寸为40100mm,因此，选择换刀点为（100,100）。而刀位点镗刀、车刀刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心；钻头是钻尖或钻头底面中心；线切割的刀位点则是线电极的轴心与零件面的交点。 3）进给路线规划，进
9、给路线是指数控加工过程中刀具(刀位点)想被加工零件运动轨迹，规划进给路线时应遵循原则是：(1)保证被加工零件获良好加工精度和表面质量;(2)使数值计算工作简单;(3)使进给路线最短。另外，数控车床加工的工序内容比普通车床的加工的工序内容复杂。这是因为数控车床价格昂贵，若只加工简单的工序，在经济上不合算，所以在数控车床上通常安排较复杂的工序，甚至是在通用机床上难以完成的那些工序。此零件加工的工序内容中包含：车端面、倒角、外圆、螺纹、切槽加工和切断。工序内容较复杂，所以在数控车床上加工更为合适。数控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程编制复杂。这是因为在普通机床的加工工艺中不必考虑的问题，如工序内
10、工步的安排、对刀点、换刀点及走刀路线的确定等问题，在数控加工时，这一切都无例外地都变成了固定的程序内容，正由于这个特点，促使对加工程序的正确性和合理性要求极高，不能有丝毫的差错，否则加工不出合格的零件。3.1.2数控加工工艺的主要内容 数控加工工艺主要包括以下方面：（1）选择适合在数控机床上加工的零件和确定工序内容:零件材料为45号钢，调质后综合机械性能较好。（2）零件图纸的数控工艺性分析：零件的表面粗糙度Ra要求为1.6，对数控车床要求较高。（3）制订数控工艺路线，如工序划分、加工顺序的安排、基准选择、与非数控加工工艺的衔接等。（4）零件图纸的数控工艺性分析。零件的表面粗糙度要求为1.6，对
11、数控加工精度有严格要求。该工件加工内容为外轮廓和螺纹内孔加工，加工内孔和轮廓时选择三爪自动卡盘装夹，装卡的位置和工件的原点选择在工件的右端面的中心。3.1.3工序与工步的划分一般工序划分有以下几种方式(1)按零件装卡定位方式划分工序由于每个零件结构形状不同，各表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。(2)按粗、精加工划分工序根据零件的加工精度、刚度和变形等因素杰划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先作粗加工再精加工。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工。通常在一次安装中，不
12、允许将零件的某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其它表面。(3)按所用刀具划分工序为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其它部位。编程过程中，按照道具的使用先后顺序，又可以划分为细工序。工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。综上所述，本次课程设计根据表面粗糙度、尺寸精度和刀具加工的要求，本次课程设计划分工序如下：工序一：下料，选择加工零件的毛坯尺
13、寸为40100;工序二：调制热处理;工序三：数控车床加工;工步一：粗、精加工外轮廓;工步二：粗、精镗内孔17mm;工步三：切内沟槽（退刀槽）6mm;工步四：车螺纹;工步五：切断，保证工件的加工长度为50mm。3.1.4刀具的选择与切削用量的确定1）刀具的选择刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹、端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。车削中心可
14、在一次装夹中完成更多的加工工序，进步加工精度和生产效率，特别适合于复杂外形回转类零件的加工。根据本零件加工要求选用如下刀具：图3-4 90度外圆车刀图3-5 45度外圆车刀图3-6 内孔镗刀内沟槽车刀：可以在内孔中加工退刀槽，越程槽，或内腔等。图3-7 内沟槽车刀图3-8 内螺纹刀图3-9 内切断刀2）切削用量的确定切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入程序单内。合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性
15、和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。根据零件和刀具的材料等特点，参考数控车床编程100例P230附表A-2可查得背吃刀量、切削速度、进给量。粗车外轮廓背吃刀量ap=57mm进给量f=0.20.4mm,精车外轮廓切削速度Vc=80120mm/min背吃刀量ap=26mm。由切削用量简明手册查参数：根据n=r/min,由CK6140车床说明书，选择主轴转速,计算实际切削速度 =，结合本次的零件图样要求，选定精加工余量为0.5mm。根据粗车：相对慢的转速，相对快的进给 , 较大的背刀量。精车：相对快的转速，相对慢的进给 ，较小的背刀量。因此，由切削用量简明手册，在粗车
16、外轮廓时选择主轴转速300r/min,进给速度选择0.04mm/r,而精车选用主轴转速350r/min,进给速度选择0.02mm/r。在内孔粗车循环时选择1000r/min,进给速度选择0.08mm/r,精车时选用1200r/min,进给速度选择0.06mm/r。车内沟槽时300r/min,进给速度为0.05mm/r。车内螺纹时200r/min,进给速度为1.5mm/r。3.1.5对刀点和换刀点的确定在编制加工程序时，要正确地选择“对刀点”和“换刀点”的位置。“对刀点”就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开始执行，所以对刀点心也叫做“程序起点”或“起刀点”。选
17、择对刀点的原则是：（1）要便于数学处理和简化程序编制；（2）在机床上找正容易；（3）加工过程中检查方便；（4）引起的加工误差小。对刀点可选在工件上，也可选在工件外面（如选在夹具上或机床上）。但必须与零件的定位基准有一定的尺寸联系。这样才能确定机床坐标系和工件坐标系的关系。为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。刀具的位置则以此孔来找正，使“刀位点”与“对刀点”重合。所谓“刀位点”是指车刀、镗刀的刀尖；钻头的钻尖；立铣刀、端铣刀刀头底面的中心、球头铣刀的球头中心。零件安装时，工件坐标系要与机床坐标系有确定的尺寸关系，在工件坐标系设定
18、后，从对刀点开始的第一个程序段的坐标值，为对刀点在机床坐标系中的坐标值。对刀点既是程序的起点，也是程序的终点。因此在成批生产中要考虑对刀点的重复精度，该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值来校核。所谓“机床原点”是指机床上一个固定不变的极限点。例如，对车床而言，是指车床主轴回转中心与车头卡盘端面的交点。“换刀点”是为数控车床、数控加工中心等多刀加工机床的编程设定的，回为这些机床加工中途需更换刀具，故应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转位换刀时的位置。该点可以是某一固定点（如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的），也可以是任意的一点（如车床）。换刀点的位置应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时
19、不碰工件及其它部件为准。其设定值可用实际测量方法或计算确定。根据车床及零件特点，应选零件右端面与零件中心轴的交点为对刀点，结合本次课程设计的加工毛坯来看，选远离零件的点（100,100）为换刀点，避免对零件造成伤害。3.1.6加工路线的确定在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；（2）使数值计算简单，以减少编程工作量；（3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间；（4）此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定是一次走刀。先车零件
20、右部，按照先粗车后精车的顺序加工，将外轮廓进行加工，再加工内孔直径为18mm，接着进行加工沟槽，之后螺纹加工，最后切断，使其达到要求的长度。走刀图如下： 图3-10粗、精车外轮廓 图3-11镗内孔 图3-12 切内沟槽 图3-13 车内螺纹3.2数控机床的选择 数控车床CK6140图3-14数控车床CK6140表3-1数控车床基本参数床身上最大回转直径400mm拖板上最大回转直径200mm两顶尖最大距离750 mm主轴转速2500r/min主轴端部型式 A2-6主轴锥孔 莫氏6号主轴通孔直径56 mm主电机功率5.5 kw刀台最大行程 X向行程240mm刀台最大行程 Z向行程680mm大快移速
21、度 X向8m/min最大快移速度 Z向10m/min刀架工位数 4或6 刀柄尺寸尾座选配 2525 mm*mm尾架套筒直径75 mm座选配尾架套筒最大行程140mm尾架套筒锥孔莫氏5号冷却电机功率90W冷却泵流量25L/min机床外形尺寸（长宽高）机床重量1900Kg210013701500 mm*mm*mm3.3编制数控加工工艺卡片表3-2数控加工工艺卡1零件名称工考件5数量12014年 01月 9 日工序名称工艺要求工作者日期1下料40x100mm2热处理调制处理3数控车床工步工步内容刀具号1粗车加工外轮廓T012精车加工外轮廓T013粗车内孔T024精车内孔T025车内沟槽（退刀槽）T0
22、36车螺纹T047切断T054检验游标卡尺材料45号钢备注： CK6140规格数量13-3数控加工工步卡片2零件号002程序号O0205编制日期2014-1-9零件名称数控车床高级工考件5编制工步号程序段号工步内容使用刀具名称切削参数刀具号补偿号S/(r/min)F/(mm/r)ap /(mm)1N45粗车外轮廓90度外圆车刀3000.042T01012N45精车外轮廓45度外圆车刀3500.021T01013N135粗车内孔17内孔镗刀10000.082T02024N135精车内孔17内孔镗刀8000.061T02025N215车内沟槽6mm内沟槽刀3000.050.1T03036N405车
23、螺纹内螺纹刀2001.50.2T04047N500切断外切断刀3000.050.5T05053.4 编制数控加工程序% O0205; N5 G99; N10 S300 M03 F0.04;N15 T0101;N20 Z0.0;N25 G01 X16.0;N30 G00 X42.0 Z2.0;N35 G73 U2 R2;N40 G73 P45 Q75 U0.5;N45 G01 X32.84;N50 Z0.0;N55 X34.84 Z-1;N60 G03 X31.333 Z-31.41 R50;N65 G02 X35.926 Z-42.105 R10;N70 G03 X37.9805 Z-44.5
24、92 R3.5;N75 G01 Z-52.0;N80 G00 X100.0 Z100.0;N85 G99;N90 S1000 M03 F0.08;N95 T0101;N96 GOO X42.0 Z2.0;N100 G70 P45 Q75;N105 G00 X100.0 Z100.0;N110 G99;N115 S400 M03 F0.04;N120 T0202;N125 G00 X16.0 Z2.0;N130 G71 U1.0 R1.0;N131 G71 P135 Q180 U-0.5;N135 G01 X26.14;N140 Z0.0;N145 X22.14 Z-2;N150 Z-24.0;
25、N155 X22.0165;N160 Z-32.702;N165 G03 X20.504 Z-34.684 R3;N170 G02 X19.014 Z-36.521 R3;N175 G01 X18.0135 Z-47.0;N180 Z-52.0;N185 G00 Z100;N190 X100;N195 G99;N200 S1000 M03 F0.08;N201 T0202;N205 G70 P135 Q180; N210 G00 Z100.0 X100.0;N211 G99;N220 S300 M03 F0.05;N230 T0303;N235 G00 X16.0 Z2.0;N240 G01
26、Z-24.0;N245 X27.0;N250 G00 X16.0;N255 Z-21.0;(假设内割刀宽为3mm)N260 G01 X27.0;N265 Z-24.0;N270 G00 X16.0;N275 Z-19.0;N280 X22.14;N285 X18.0 Z-21.0;N290 G00 X16.0;N295 Z100.0;N300 X100.0;N350 G99;N400 S200 M03 F0.04;N405 T0404;N410 G00 X16.0 Z4.0;N415 G92 X22.94 Z-22.0 F1.5;N420 X23.44;N425 X23.84;N430 X24
27、.0; N435 X24.0;N436 X24.0;N440 G00 X100.0 Z100.0;N445 G99;N450 S300 M03 F0.05;N500 T0505;N505 G00 X42.0 Z-61.0(55+外切刀宽）；N510 G01 X16.0;N515 G00 X100.0;N520 Z100.0;N525 T0100;N530 M05;N535 M30;%致 谢在这次课程设计中，我学到了很多有关数控编程方面的知识，通过查阅相关书籍，使我对学过的知识有了更深的理解。在设计过程中尤其锻炼自己观察、分析、解决问题的能力，这些问题的解决将我以后的工作和学习有极大的帮助。再者
28、，本次设计全面锻炼了我驾御知识的能力，对理论知识进行了系统化条理化全面化的回顾和复习，让我在懂得如何运用所学知识解决工程实际问题，锻炼了自己解决问题的能力。同时，在这次的课程设计中，也感谢宋老师和同学对我的帮助，衷诚感谢他们对我的支持。由于我的知识水平有限，在编程过程中仍然有不足之处，请老师帮忙指正。在今后的实际生产过程中，会给我带来启迪和指引。参考文献 1 吴明友,程国标.数控机床与编程 M.华中科技大学出版社，2013 2 刘鹏玉. 数控车床编程100例M.北京:机械工业出版社,2011. 3 刘雄伟.数控机床操作与编程培训教程M.北京:机械工业出版社,2001 4 王爱玲.现代数控编程技术与应用M.北京:国防工业出版社 ,2002. 5 蒋建强.数控编程技术228例M.北京:科学出版社，2001. 6 方沂.数控机床编程与操作M.北京:国防工业出版社，2003 7 周志强.模具数控加工技术M.北京:高等教育出版社 ,2005.
