数控机床课程教学设计.doc

.\ 太原科技大学 数控技术课程设计 学 院：机械工程学院 专 业：机械电子工程 班 级：机电091201班 姓 名： 崔 世 君 学 号： 200912010103 指导教师： 贾 育 秦 时 间：2013年1月15号 数控技术课程设计任务书 一、 课程设计题目： 设计轴类零件数控加工工艺规程及数控技术仿真 二、 课程设计目的： 通过数控加工工艺课程设计，掌握零件的数控加工工艺的编制及加工方法。 三、 课程设计内容： 1.毛坯图 一张 2.零件图 一张 3.机械加工工艺过程卡 一张 4.机械加工工序卡 四张 5.仿真结果图 一张 6.设计说明书 一份 班级：机电091201 学生：崔世君 学号：200912010103 指导教师：贾育秦 宋建军 教研室主任：贾育秦 目 录 一、前言 第3页 二、零件图的工艺分析 第3页 1.加工内容 第4页 2.毛坯的选择 第4页 3.定位基准的确定 第4页 4.加工顺序的确定 第4页 5.加工工序、工步的确定 第5页 三、机床的选择 第6页 四、刀具的选择 第6页 五、夹具的选择 第7页 六、量具的选择 第7页 七、切削用量的确定 第7页 八、机械加工时间的计算 第8页 九、编写数控部分程序 第9页 十、数控仿真及其结果 第10页 十一、总结 第13页 十二、参考文献 第14页 一、前 言 制造技术和装备是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用数控技术，以提高制造能力，提高对动态多变市场的适应能力和竞争力。大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。 数控技术是制造业实现自动化、集成化的基础，是提高产品质量，提高劳动生产率不可少的物资手段。数控技术的广泛应用给传统制造业的生产方式、产品结构带来了深刻的变化。也给传统的机械、机电专业的人才带来新的机遇和挑战。 随着我国综合国力的进一步加强。我国经济全面与国际接轨，并逐步成为全球制造中心。现如今，我国企业广泛应用现代化数控技术参与国际竞争。这就体现了学好数控技术的重要性。 这次课程设计让我们更好的熟悉数控车床、确定加工工艺、学会分析零件、学会简单的程序编程以及数控仿真，为走上工作岗位打下坚实的基础。 二、零件图的工艺分析 1.加工内容 该零件主要有两端面、φ16外圆面、φ20外圆面、φ25外圆面、槽、倒角、圆弧面等组成。过少，根据书上的立体进行丰富。 2.毛坯的选择 该零件为轴类零件，强度要求不是很高，因此毛坯选择45钢锻件，锻造方法没自由锻，毛坯的尺寸精度要求为IT12级以下即可。选择φ30的棒料，长度为90mm。 3.定位基准的确定 该零件φ16外圆面、φ20外圆面及圆弧面的精度要求较高粗糙度值为1.6，其余各面粗糙度值为6.3。 （1） 粗基准的选择：按照粗基准的选择原则，选择次要加工表面为粗基准。在该零件中左端面加工精度较低，故选择毛坯左端面为轴向粗基准，毛坯的的轴线为径向粗基准。 （2） 精基准的选择：按照基准重合、基准统一原则及加工要求，选择左端面为轴向精基准，φ25的轴线为径向精基准。 4.加工顺序的确定 根据加工顺序的安排原则：（1）基面先行原则；（2）先粗后精原则；（3）先主后次原则；（4）先面后孔原则；（5）先内后外原则；（6）上道工序的加工不影响下道工序的定位与夹紧；（7）相同安装方式或用同一刀具加工的工序，最好连续加工；（8）在一次装夹中先加工破坏性较小的工序等原则安排加工顺序如下： 在普通车床上加工：加工准备—粗车左端面—粗车φ25外圆面 —半精车左多面—半精车φ25外圆面—工件掉头—粗车右端面—粗车φ20外圆面—粗车圆锥面—粗车φ16外圆面—测量各加工面尺寸 在数控车床上加工：先精车右端面—精车外轮廓面—切槽—检测已加工零件是否符合加工要求 5.加工工序、工步的确定 根据工序的划分原则：（1）按定位方式划分（2）按所用刀具划分（3）按粗精加工划分（4）按加工部位划分等原则 具体工序安排如下： （1） 在普通车床上粗车左端面、φ25外圆面； （2） 在普通车床上精车左端面、φ25外圆面； （3） 在普通车床上加工右端面、φ20外圆面、φ16外圆面、锥面； （4） 在数控车床上精车右端面、外轮廓面并切槽。 具体工步安排如下： （1）毛坯调制处理； （2）在普通车床上粗车左端面； （3）在普通车床上粗车φ25外圆面； （4）在普通车床上精车左端面，保证粗糙度值为6.3； （5）在普通车床上精车φ25外圆面，保证径向尺寸为25mm； （6）在普通车床上粗车右端面； （7）在普通车床上粗车φ20外圆面； （8）在普通车床上粗车圆锥面； （9）在普通车床上粗车φ16外圆面； （10）测量零件尺寸以便进一步加工； （11）在数控车床上精车右端面，保证零件长度80mm； （12）在数控车床上精车外轮廓面，保证加工要求； （13）高频表面淬火； （14）检验零件是否符合加工要求。 三、机床的选择 根据零件样图要求，选择C6140A型卧式车床及数CK6132（FANAC系统）型数控卧式车床即可满足加工要求。 四、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。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚度高、红硬性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，能适应高速和大切削用量切削。选刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。 综上所述，加工端面及外圆面选择93硬质合金外圆车刀，切槽选用4mm宽的高速钢切槽刀。 选择刀具安排表 刀号 刀具参数 刀具材质 使用机床 T01 93外圆车刀 硬质合金 数控车床 T02 4mm宽切槽刀 高速钢 数控车床 T03 93外圆车刀 硬质合金 普通车床 五、夹具的选择 该工件为轴类零件，选用三爪自定心卡盘即可满足加工要求。 六、量具的选择 该工件为轴类零件，在加工过程中需要测量其直径及长度，考虑到该零件尺寸较小，故选择千分尺即可满足测量要求。 七、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；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。 选取切削用量的合理顺序应是：首先选取尽可能大的吃刀量；其 次根据机床动力与刚性限制条件或加工表面粗糙度的要求，选择尽可 能大的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，选取尽可能大的切 削速度，以达到吃刀量、进给量、切削速度三者乘积值最大，这一顺 序不能颠倒。 根据《切削用量简明手册》表1.4 初步估计进给量，然后根据CA6140参数确定实际选择的进给量。依据表1.10各工序在相应进给量下的切削速度，然后根据公式n=1000v/πD计算出所需要的转速，最后根据CA6140的参数确定主轴转速。根据主轴转速，工件的尺寸由公式v=nπD/1000，单位为m/min ，D为工件待加工表面的最大直径。 具体选择如下： （1）背吃刀量 粗车时，取背吃刀量ap为2mm；精车时，取背吃刀量ap为0.5mm。 （2）进给量 粗车时，取进给量f为0.2mm/r；精车时，取进给量f为0.1mm/r；切槽时，取进给量为0.1mm/r。 （3）主轴转速（切削速度） 粗车时，主轴转速取为600r/min，由公式v=nπD/1000得最大切削速度为56.52m/min 精车时，主轴转速取为1000r/min，由公式v=nπD/1000得最大切削速度为78.5m/min 切槽时，主轴转速取为500r/min，由公式v=nπD/1000得最大切削速度为25.12m/min 八、机械加工时间的计算 单件时间定额主要由基本时间（机动时间）、辅助时间、布置工作的时间、休息及生理需要时间、准备与终结时间组成。本课题主要计算机动时间。车削的机动时间由公式T=L/nf 计算得出。 各工序、工步的机动时间具体见工序卡。 九、编写数控部分程序 编程原点设置为左端面与轴心线的交点 O0001 N10G00X100Z200; N20M03S1000F0.1M08; N30T01; N40G00X35Z80; N50G01X0; N60G00X35Z82; N70G71U0.5R1； N80G71P90Q140U0.01W0.05; N90G00X12Z80; N100G01X16Z78; N110G01Z60; N120G01X20Z58; N130G01Z40; N140G02X25Z15R20; N150GOOX200Z100; N160M06T02; N170G00X30Z60; N180G01X12; N190G04X2; N200G01X30; N210G00X100Z200; N220M05M09; N230M30; 十、数控仿真及其结果 1.数控仿真系统的开启及回原点 进入数控仿真系统界面——按操控面板上得“急停”按钮——按“系统启动”——按“回原点”按钮——按“Z”按钮——按 “+”——按“X”——按 “+”——X，Z对应的指示灯亮.即完成上述操作. 2、数控仿真工件装夹及刀具的选择安装: （1）点击工具栏上“定义毛坯”——设置直径为30mmX90mm的45钢圆柱毛坯——点击“放置零件”——出现“选择零件”对话框——点“选择毛坯”——点“安装零件”——出现“移动零件”对话框——点击黄色“方向箭头”——使毛坯外伸 75mm。 （2）外圆车刀 T01 的选择安装：点击工具栏上“选择刀具”——出现“刀具选择”对话框——选“1 号刀位”——选择“VBMT160402 刃长为16mm刀尖半径为0.2mm的35度菱形刀片”——选择刀柄为93 度外圆右向横柄——点击“确定”完成操作。T02切槽车刀的选择和 T01的选择流程基本是一样的，只是刀位号是“2 号刀位”。 （3）内螺纹刀的选择安装：选择刀位号5——选择60度角的菱形刀片——选择“内孔刀柄”——点击“确定”完成操作。 （4）外螺纹刀的选择安装：选择刀位号6——选择60度角的菱形刀片——选择“外圆刀柄”——点击“确定”完成操作。 3、数控仿真刀具的对刀按 （1）“MDI”键——PROGRAM——键入T0101——按“EOB”键——按“INSERT”键——按“循环启动”键，调出T01外圆车刀。 （2）将模式调到“手动模式”——按“主轴正转”按钮——车刀沿“Z 轴负向以合适的背吃刀量切入”——保持 X 轴不变——按“主轴停止”——“测量”得 X 为直径值——按“编辑”键——按“OFFSETSETING”键——点击软键“形状”——在番号01区域输入“X（ ）”——点击软键“测量”完成 X 轴的对刀——按“主轴正转”——保持Z轴不变——X 轴正向提刀——按“主轴停止”——点击工具栏“测量”得 Z（ ）——将“Z（ ）+2=Z-k”——在番号01区域输入Z-k——点击软键“测量”完成Z轴的对刀。 （3）内孔车刀的对刀方式和外圆车刀是一样的，在这里不再赘述。 （4）螺纹刀的X轴的对刀方式与外圆车刀一样。在这里仅说一下Z轴的对刀：调到“手动方式”模式——按“主轴正转”按钮——调XZ 轴使螺纹刀靠近圆柱有端面——调出手轮——调XZ轴使刀尖刚好接触右端面的外圆——按“OFFSETSETING”键——点击软键“形状”——在番号04区域输入Z2.0——点击软键“测量”完成Z轴的对刀。 4、数控仿真程序的导入、试运行、首件试切及自动加工 （1）按“编辑”模式键——PROGRAM——点击软键“操作”——点击软键向右的黑色箭头——点击工具栏“DNC 传送”——选择保存的程序——在操控面板上输入O0001——点击软键“READ”——点击软键“EXEC”——程序被导入 NC 系统——呈现在 CRT/MDI 操控面板上。 （2）按“自动运行”模式——按“试运行”——按“CUSTOM”键——按“循环启动”键。如果不出现报警，则说明程序运行正常。可以用来加工零件。 （3）按“自动运行”模式——按单段——按“循环启动”键——不停地按直道完成加工——测量——修正。 （4）按“自动运行”模式——按“试运行——按“CUSTOM”键——按“循环启动”键——自动加工。 5.仿真结果 十一、总结 数控技术课程设计说明书的制作用到了几乎所有的本专业知识，具有很强的知识综合性，包含以前学的机械制造、机械制图、机械设计、公差与配合、金属工艺CAD绘图等专业课程，使我更好的把以前学的各专业课知识相结合起来。提高了我的综合能力，开阔了思路。 通过这次系统的设计，使我摆脱了单纯的学理论知识的阶段，实际设计提高了我综合运用所学专业基础知识去解决实际问题的能力，同时也提高了我查文献资料，设计手册，设计规范以及电脑制图的等其他专业能力水平，而且对数控知识的整体掌握，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志力和耐力都得到不同程度的提高。 我对数控工具系统的特点和数控机床的一般零件的加工和刀具材料和使用范围有了比较深刻的了解，基本掌握了数控机床刀具的选用方法;经过设计加工工艺方案，进一步了解了工件定位的基本原理，定位方式与定位元件，对教材中有关定位基准的选择原则方法有了更深的理解；经过编制零件的加工程序，基本熟悉数控编程的基本内容及步骤，编程的种类，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，辅助程序段的数值计算有了进一步的认识。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，但在设计过程中通过自己不断的学习，尤其自主学习和实践以及实验，我克服了许多的难题，这种成就感使我感到十分的喜悦和兴奋。 这次课程设计对我今后的学习工作有很大帮助。 十二、参考文献 1.王先逵、张平宽编著.机械制造工程学基础.北京（清华）：国防工业出版社.2011 2.孙丽媛编著.机械制造工艺及专用夹具设计指导.北京：冶金工业出版社.2003 3.王光斗、王春福主编.机床夹具设计手册.上海：上海科学出版社.1988 4.吴宗泽、罗圣国主编.机械设计课程设计手册.北京：高等教育出版社.1998 5.李益民主编.机械制造工艺简明手册.北京：机械工业出版社.1994 6.王伯平主编.互换性与测量技术基础.北京：机械工业出版社.2011 7.陈俊龙主编.数控技术与数控机床.浙江：浙江大学出版社.2012 8.尹成湖主编.机械制造技术基础.北京：高等教育出版社.2008 9.明兴祖等主编.数控加工综合实践教程.北京：清华大学出版社2008 10.张进生、房晓东主编.机械工程专业课程设计指导.北京：机械工业出版社.2003 11.于大国主编.机械制造技术基础与机械制造工艺学课程设计教程.北京：国防工业出版社.2011