数控车床编程课程设计.docx

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1、1 课程性质和任务数控编程技术课程设计是近机类专业的重要的综合性实践教学课程。是对学生数控机床加工工艺、实施力量、数控编程及加工调整力量的综合评 价。本课程设计是在机械制造技术的根底上，结合本阶段已学课程及其它相关教学内容，使学生能把握数控机床加工的特点及其进展前景，把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；培育学生数控加工编程的应用力量。2 课程设计目的及根本要求2.1 课程设计目的稳固和加深学生所学课程的理论学问，培育学生设计、计算、绘图、计算机应用力量，使学生逐步树立正确的设计思想。把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

2、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。提高学生独立分析问题、解决问题的力量，逐步增加实际工程训练。训练学生围绕设计内容查阅有关标准、设计手册等资料的力量。训练学生撰写技术文件的根本技能。加强理论联系实际，培育学生科学严谨、实事求是的工作作风和勇于探究的创精神。2.2 课程设计根本要求简单零件的工艺分析。数控机床的选择。程编中工艺指令的处理。编制数控车床加工工艺过程卡。编制数控加工程序，写设计说明书。3 轴类零件的数控车床加工程序编制3.1 零件工艺性分析无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进展工艺分1NO沈阳大学

3、机械学院课程设计论文析，拟定加工方案，选择适宜的刀具，确定切削用量。在编程中，对一些工艺问题如对刀点、加工路线等也需做一些处理。因此程序编制中的零件的工艺分析是一项格外重要的工作。3.1.1 数控加工工艺的根本特点数控机床加工工艺与一般机床加工工艺在原则上根本一样，但数控加工的整个过程是自动进展的，因而又有其特点。（1） 数控加工的工序内容比一般机床的加工的工序内容简单。这是由于数控机床价格昂贵，假设只加工简洁的工序，在经济上不合算，所以在数控机床上通常安排较简单的工序，甚至是在通用机床上难以完成的那些工序。（2） 数控机床加工程序的编制比一般机床工艺规程编制简单。这是由于在一般机床的加工工艺

4、中不必考虑的问题，如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及走刀路线确实定等问题，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，不能有丝毫的过失，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，零件的图形和尺寸如图 11图 1-1 轴类零件工序内容包括：车端面，外圆，锥面，切槽加工，切断，检验。沈阳大学机械学院课程设计论文NO 2（2） 零件图纸的数控工艺性分析该零件外表由圆柱，圆锥，螺纹组成。有较高的尺寸精度和外表粗糙度要求，粗糙度选为Ra1

5、.6。尺寸精度 本工件中精度要求较高的尺寸有：外圆直径， 48, 36, 30；内孔 24，长度 55,15，螺纹的中径等。形位精度 主要有：锥度 1.5；外圆 36, 30 轴线对 48 基准轴线的同轴度。外表粗糙度 外圆外表，内孔、螺纹、端面、切槽等。通过对该零件图的工艺分析，实行的工艺措施如下：（3） 制订数控工艺路线，如工序划分、加工挨次的安排、基准选择、与非数控加工工艺的连接等；按所用刀具划分工序：工序一：下料，选择加工零件的毛坯尺寸为 5057mm，有预留孔 18。工序二：热处理。对零件进展调制处理使零件的硬度到达HRB140160。工序三：数控车床车削。以工件右端毛坯面作为装夹基

6、准装卡工件，手动车削外圆与端面进展对刀。车左端内孔。加工内螺纹退刀槽。加工内螺纹。工序四：工件掉头装卡后校正，手动车削对刀。工序五：粗精车右端外圆轮廓。粗精车右端内轮廓。工序六：工件去毛刺，检验。3.1.3 数控加工零件的合理选择程序编制前对零件进展工艺分析时，要有机床说明书、编程手册、切削用量表等资料，方能进展如下一些问题的争论。在数控机床上加工零件时，一般有两种状况。第一种状况：有零件图样和毛坯，要选择适合加工该零件的数控机床。其次种状况：已经有了数控机床， 要选择适合在该机床上加工的零件。无论哪种状况，考虑的主要因素主要有， 毛坯的材料和类型、零件轮廓外形简单程度、尺寸大小、加工精度、零

7、件数 量、热处理要求等。概括起来有三点，即零件技术要求能否保证，对提高生 产率是否有利，经济上虽否合算。数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件：（1） 多品种、小批量生产的零件或产品试制中的零件；（2） 轮廓外形简单，对加工精度要求较高的零件；（3） 用一般机床加工时，需要有昂贵的工艺装备工具、夹具和模具 的零件；（4） 需要屡次改型的零件；（5） 价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件；（6） 需要最短生产周期的急零件。10NO沈阳大学机械学院课程设计论文数控加工工艺性分析涉及面很广，在此仅从数控加工的可能性和便利性两方面加以分析。（1） 零件图样上尺寸数据的给出应符合编程便利的原则；A 零

8、件图样上尺寸标注方法应适应数控加工的特点，在数控加工零件图上，应以同一基准引注尺寸直接给出坐标尺寸。B 构成零件轮廓的几何元素的条件应充分在手工编程时，要计算每个节点坐标。在自动编程时，要对构成零件轮廓的全部几何元素进展定义。因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分。假设构成零件几何元素条件不充分，编程时则无法下手。（2） 零件各加工部位的构造工艺性应符合数控加工的特点A 零件的内腔和外形最好承受统一的几何类型和尺寸。这样可以削减刀具规格和换刀次数，使编程便利，生产效益提高。B 内槽圆角的大小打算着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。C 零件铣削底平面时，槽底圆角半径不应过大

9、，否则铣刀端刃铣削平面的力量差、效率低。D 应承受统一的基准定位。在数控加工中，假设没有统一的基准定位，会因工件重安装而导致加工后的两个面年轮廓位置及尺寸不协调现象。此外，还应分析零件所要求的加工精度、尺寸公差是否为以得到保证，有无引起冲突的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。3.1.4 加工方法的选择与加工方案确实定（1） 加工方法的选择加工方法的选择原则是保证加工外表的加工精度和外表粗糙度的要求。由于获得同一级精度及外表粗糙度的加工方法一般有很多，因而在实际选择时， 要结合零件的外形、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。（2） 加工方案确定的原则零件上比较准确外表加工，常常是通过粗加工、半精加

10、工和精加工逐步到达的。对这些外表仅仅依据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。3.1.5 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构造外形不同，各外表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。因而可依据定位方式的不同来划分工序。（2） 按粗、精加工划分工序依据零件的加工精度、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展加工。通常在一次安装中，不允许将零件的某一局

11、部外表加工完毕后，再加工零件的其它外表。（3） 按所用刀具划分工序为了削减换刀次数，压缩空程时间，削减不必要的定位误差，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全部部位，然后再换另一把刀加工其它部位。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承受不同的刀具和切削用量，对不同外表进展加工。为了便于分析和描述较简单的工序，在工序内又细分为工步。总之，工序与工步的划分要依据具体零件的构造特点、技术要求等状况综合考虑。3.1.6 零件的安装与夹具的选择定位安装的根本原则在数控机床上加工零件时，定位安装的根本原则与一般机床一样，也要合理选择定

12、位基准和夹紧方案。为了提高数控机床效率确定定位基准与夹紧方案时应留意以下三点：1） 力求设计、工艺与编程计算的基准统一；2） 削减装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工外表；3） 避开承受占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。3.1.7 刀具的选择与切削用量确实定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力量、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、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整便利。这就要求承受型优质材料制

13、造数控加工刀具，并优选刀具参数。2） 切削用量确实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本钱；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、经济性和加工本钱。具体数值应依据机床说明书、切削用量手册，并结合阅历而定。数控车床CAK6150DJ 的主轴转速表如下表 3-1 所示：表 3-1 CAK6150DJ 主轴转速表H级数S4转速r/min1800备注M44S31320M43S2900M42S1640M41MS44

14、75M44S3335M43S2236M42S1170M41LS4112M44S380M43S256M42S140M41主轴转速的计算公式：式中：n主轴转速，r/min; v切削速度，m/min; d工件加工直径，mm。n=1000v/d依据材料性能，选取背吃刀量，进给量。在机械加工工艺设计手册第433 页表 9-16 和第 435 页表 9-18 查得， 粗车外圆时的进给速度为 f=0.1mm/r，切削速度 v=1.667m/s。精车外圆时的进给速度为f=0.05mm/r，切削速度v=1.667m/s。依据主轴转速计算公式得：粗车时主轴转速n=10001.66760/3.1450=637r/m

15、in。依据表 3-1 最终确定n=640r/min。精车时主轴转速n=10001.66760/3.1448.2=660r/min。依据表3-1最终确定n=900r/min。在机械加工工艺设计手册第436 页表 9-20 查得，切槽时的进给速度为f=0.05mm/r，切削速度v=0.5m/s。依据主轴转速计算公式得 n=10000.560/3.1426=367r/mm。依据表3-1 最终确定n=475r/min.依据阅历和机床给定车螺纹的主轴转速为 335r/min。3.1.8 对刀点和换刀点确实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

16、，刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开头执行，所以对刀点心也叫做“程序起点”或“起刀点”。选择对刀点的原则是：1） 要便于数学处理和简化程序编制2） 在机床上找正简洁；3） 加工过程中检查便利；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。但必需与零件的定位基准有肯定的尺寸联系。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

17、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，在工件坐标系设定后，从对刀点开头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。3.1.9 加工路线确实定在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。编程时， 加工路线确实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外表粗糙度，且效率高；2） 使数值计算简洁，以削减编程工作量；3） 应使加工路线最短，这样既可削减程序段，又可削减空刀时间。4） 此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等状况，确定是一次走刀，还是屡次走刀来完成加工。3.1.10 程序编制误差

18、及其掌握数控机床突出特点之一是：零件的加工精度不仅在加工过程中形成，而且在加工前程编阶段就已形成，程编阶段的误差是不行避开的，这是由于程序 掌握的原理本身打算的。在程编阶段，图纸上的信息转换成掌握系统可以接 受的形式，会产生如下三种误差：近似计算误差、插补误差、尺寸圆整误差。在点位掌握加工中，程编误差包含尺寸圆整误差一项，并且直接影响孔位置尺寸精度。在轮廓掌握加工中，影响轮廓加工精度的主要是插补误差，而尺寸圆整误差的影响则居次要地位，所以，一般所就的程编误差系指插补误差而言。由于还有掌握系统与拖动系统的误差，零件定位误差，对刀误差，刀具磨损误差，工件变形误差等等，所以，零件图纸上给出的公差，只

19、有一小局部允许安排给程编过程中产生的误差。一般取允许的编程误差等于零件公差的0.10.2。本设计中：螺纹加工引入量=3mm，超越量=2mm3.2 数控设备的选择3.2.1 计算机利用计算机进展零件图形的设计，并且利用计算机查找零件图中各个基点的坐标值。3.2.2 数控机床的选择选择适合该零件加工的数控机床类型和型号，包括主参数及工作台尺寸， 确定定位方案，选择CAK6150DJ 数控车床，机床参数如表 3-2 所示。表 3-2 机床参数工程单位规格床身上最大回转直径mm 500导轨跨度mm400最大工件长度mm1900最大车削长度mm1860最大直削直径mm 500滑板上最大回转直径mm 30

20、0主轴端部型式及代号-A8卡盘手动 250主轴前端锥孔锥度-1：20主轴孔径mm70主轴转速级数双速电机12 级主轴转速范围r/min401800主电机功率双速电机6.5/8中心高距床身mm250距地面mm1130快移速度X/Zm/min4/81900mm 时Z 为 6刀架转位时间一工位s3刀架转位重复定位精度“1.5X 轴行程mm250Z 轴行程mm1860工件精度IT6IT7工件外表粗糙度 mRa1.6尾座套筒直径/行程mm75/150尾座锥孔锥度mm莫氏 5 号刀架形式mm标准配置刀架尺寸外圆 mm25 X 25内孔 mm 32机床重量kg29003.3 程序编制中工艺指令的处理在数控机

21、床上加工零件的动作都必需在程序中用指令方式事先予以规 定，在加工中由机床自动实现。我们称这类指令为工艺指令。这类指令有国际标准，即预备功能指令 G 关心功能指令 M 两大类。在编制加工程序时，必需按程编手册正确选用和处理。3.3.1 常用G 指令代码功能表FANUC 系统数控机床在此次加工过程中应用到的一些G 功能指令功能如下表 3-3 所示。表 3-3G 代码G 代码功能含义G 代码功能含义G00快速点定位G41刀具半径左补偿G01直线插补G42刀具半径右补偿G02顺时针圆弧插补G54G59工件坐标系设定G03逆时针圆弧插补G70精加工循环G17XY 平面选择G71外圆粗切削循环G18ZX

22、平面选择G72端面粗加工循环G19YZ 平面选择G73封闭切削循环G20英制输入G90确定坐标编程G21公制输入G92螺纹切削循环G40取消刀具半径补偿G99切削进给量单位mm/r注：模态代码与非模态代码可详见数控机床加工程序手册。3.3.2 常用M 指令代码功能表FANUC 系统数控机床在此次加工过程中应用到的一些M 功能指令功能如下表 3-4 所示。表 3-4 M 代码M 代码功能含义M 代码功能含义M00程序停顿M05主轴停顿M01选择性程序停顿M07、M08切削液启动M02程序完毕M09切削液停顿M03主轴正转M30程序完毕并复位M04主轴反转M98/M99子程序的调用/完毕注：模态代

23、码与非模态代码可详见数控机床加工程序手册。4 编制零件数控车床加工工艺过程卡编写工艺过程卡片，应从零件毛坯制造开头，直至零件的精度检验。材料规格数量45 钢小批量备注：CAK6150DJ表 4-1 数控车床加工工序卡零件名称轴类零件数量12年月日工序名称工艺要求工作者日期1下料 5057mm，有 18 预留孔2热处理调制处理HRB1401603数控车工步1工步内容手动车端面刀具号T012粗车外圆轮廓T013精车外圆轮廓T014粗精车内孔T025加工螺纹退刀槽T036车螺纹T044数控车1粗车外圆轮廓T012粗车外圆轮廓T013加工内轮廓T025检验游标卡尺表 4-2 数控车床加工刀具卡工刀具辅

24、具切削用量步号工步内容T 码规格主轴转速r/min进给速度(mm/min)切削深度(mm)1粗车外圆轮廓T010190外圆偏6401501.5手动车端面刀2精车外圆轮廓T0101外圆精车刀900800.153粗车T0202内孔车刀6401001.0精车内孔900500.154车内沟槽T0303内切槽车刀475505车内螺纹T0404内螺纹车刀3357505 编制数控加工程序程序一 零件第一次装卡程序二 零件其次次装卡%O0001;O0002;表 5-1 数控车床零件加工程序单N010G98G40 G21;N010G98 G40 G21;N020G28U0 W0;N020G28 U0 W0;N0

25、30T0101；N030T0101；N040M03 S640 M08;N040M03 S640 M08;N050GOO X52.0 Z2.0;N050GOO X52.0 Z2.0;N060G90 X48.3 Z-25.0F100；N060G73 U20.0 W0.0 R10.0；N070X48.0 F50 S900;N070G73 P120 Q170 U0.3 W0 F150 S900;N080G28 U0 W0；N080G01 X30.0 F80 S900；N090T0303;N090Z-5.0;N100G00 X16.0 Z2.0;N100G03 X36.0 Z-25.0 R20.0;N1

26、10G71 U1.0 R0.3；N110G01 Z-37.0；N120G71 P130 Q170 U0.3 W0F100S640；N120G02 X42.0 Z-40.0 R3.0；N130G01 X25.5 F50 S900；N130G01 X50.0；N140Z0.0；N140G28 U0 W0；N150X22.5 Z-1.5；N150T0202；N160Z-23.0；N160G00 X52.0 Z2.0；N170X16.0；N170G70 P120 Q170；N180G70 P130 Q170；N180G28 U0 W0；N190G28 U0 W0；N190；T0303;N200T040

27、4;N210 G00 X16.0 Z2.0；N210G00 X20.0 Z2.0；N220 G71 U1.0 R0.3；N220Z-21.0；N230 G71 P270 Q300 U0.3 W0 F100 S640；N230G75 R0.3；N240 G01 X24.0 F50 S900；N240G75 X26.0 Z-23.0 P1500 Q2023N250Z0.0;F50 S475；N260X24.0 Z-18.0；N250G00 Z2.0;N270X16.0；N260G28 U0 W0；N280 G70 P270 Q300；N270T0505；N290 G28 U0 W0;N280G00

28、 X22.0 Z2.0；N300 M05 M09;N290G76 P020560 Q50 R-0.08;N330 M30；N300G76 X24.0 Z-20.0 P975 Q500 F1.5;%N310G28 U0 W0；N320M05 M09;N330M30；%参考文献1 顾京.数控机床加工程序编制M.北京:机械工业出版社,2023.62 李佳.数控技术及应用M.北京:清化大学出版社,2023.73 杜君文,邓广敏.数控技术M.天津:天津大学出版社,2023.124 李宏胜.机床数控技术及应用M.北京:高等教育出版社,2023.85 韩鸿鸾 , 邹玉洁 . 数控车工全技师培训教程 M. 北京: 化学工业出版社,2023.6