數(shù)控畢業(yè)論文

1、四川航天職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012年畢業(yè)論文論文題目：數(shù)控車床切削加工技巧作者姓名：唐輝班級：G09級數(shù)控二班聯(lián)系電話：指導(dǎo)教師：胡文彬目錄：一、引言二、CNC數(shù)控精密車床編程及工藝設(shè)計三、車削循環(huán)加工編程技巧四、螺紋的數(shù)控車削加工五、結(jié)論【內(nèi)容提要】摘要：以典型的FANUC一0I型數(shù)控精密車床為例，詳細地介紹了走刀式車床的手工縞程方法和工藝文件的設(shè)計，并以典型的TNC型射頻同軸連接器直角彎頭殼體為例給出了刀具分布、具體切削參數(shù)、詳實的加工工藝和工藝文件設(shè)計范例。關(guān)鍵詞：CNC數(shù)控精密車床；縞程；工藝設(shè)計一、引言CNC數(shù)控精密車床(Computerized Numerical Control Mac

2、hine T001)是采用數(shù)字控制(Nurnefical Contro1)的機械設(shè)備，就是通過數(shù)字化的信息對機床的運動及其加工過程進行控制，實現(xiàn)要求的機械動作，自動完成加工任務(wù)。與普通機床不同，數(shù)控機床加工零件的過程完全自動進行，加工過程中人工不能干預(yù)。因此首先必須將所要加工零件的全部信息，包括工藝過程、刀具運動軌跡及方向、位移量、工藝參數(shù)(主軸轉(zhuǎn)速、進給量、切削深度)以及輔助動作(換刀、變速、冷卻、夾緊、松開)等按加工順序用數(shù)控代碼和規(guī)定的程序格式正確地編制出數(shù)控程序，輸人到數(shù)控裝置，數(shù)控裝置按程序要求控制數(shù)控機床，對零件進行加工。所謂數(shù)控編程，一般指包括零件圖紙分析、工藝分析與設(shè)計、圖形數(shù)

3、學(xué)處理、編寫并輸人程序清單、程序檢驗的全部工作。因此可以說，數(shù)控程序就是數(shù)控代碼按規(guī)定的程序格式編制出來的詳細的工藝設(shè)計文件。工藝設(shè)計是編程過程中十分重要的環(huán)節(jié)，它是對工件進行數(shù)控加工的前期工藝準(zhǔn)備工作，必須在程序編制前完成。工藝設(shè)計的水平直接決定了工件的最終加工水平。在編寫程序前必須根據(jù)零件圖紙，對零件進行工藝分析，擬定加工工藝過程，確定加工路線、零件的裝夾，根據(jù)加工路線選擇合理的刀具和切削用量等工藝參數(shù)，根據(jù)零件尺寸公差的數(shù)學(xué)處理，在分析計算的基礎(chǔ)上，編寫程序清單。FANUC-0I型CNC數(shù)控精密車床具有體積小巧、精度高、操作容易等特點，適宜加工連接器的殼體等零件，采用重疊法安裝刀具一次最

4、多可安裝8把刀具，一般殼體零件一次裝夾，即可一次成型，加工的零件精度高。若連接自動送料系統(tǒng)(Auto BarFeeder System)，可以實現(xiàn)無人化自動生產(chǎn)，特別適宜于中大批量精度要求高的零件批生產(chǎn)?；谝陨系慕榻B，本文以此型號數(shù)控車床為例，淺談數(shù)控車床的編程和工藝文件的設(shè)計。同時本文所介紹的編程和工藝文件的設(shè)計也適合于FANUC-MATE等其它型號的排刀式車床。二、CNC數(shù)控精密車床編程及工藝設(shè)計一）數(shù)控編程數(shù)控編程一般包括零件圖紙分析、工藝分析與設(shè)計、圖形數(shù)學(xué)處理、編寫及輸人程序清單和程序檢驗的全部工作，數(shù)控編程方法分為手工編程和自動編程兩種，本文只討論手工編程方法。手工編程的過程包括

5、：零件圖紙分析、工藝性處理、數(shù)據(jù)計算、編寫程序清單、程序的輸入及檢驗等步驟，圖1是手工編程的工藝流程圖。11 零件圖紙分析首先明確圖紙上零件的材料、形狀、尺寸鏈、精度和表面處理或熱處理的要求，以便確定零件毛坯料形狀適合在哪種類型的數(shù)控機床上加工，并明確加工的內(nèi)容和要求。12 確定工藝性設(shè)計通過對零件圖紙的全面分析，確定零件的加工方法(如夾具、裝夾定位方法等)、加工路線(如進給路線、對刀點、換刀點)及工藝參數(shù)(如主軸轉(zhuǎn)速、切削進給速度、切削速度、切削量)等，一般情況，選用通用夾具或不用夾具，以便于安裝及協(xié)調(diào)工件坐標(biāo)系和機床坐標(biāo)系的尺寸對應(yīng)關(guān)系，對刀點應(yīng)選在容易找正、且在加工過程中便于重新對刀的位

6、置，切削進給路線應(yīng)盡量短，數(shù)值計算應(yīng)容易，加工應(yīng)安全可靠。根據(jù)所選擇的加工路線，選擇合理的切削刀具和切削用量等工藝參數(shù)，作出刀具分布圖。13 數(shù)學(xué)處理對零件圖紙進行數(shù)學(xué)處理(又稱數(shù)值計算)是數(shù)控編程前的主要準(zhǔn)備工作。圖形的數(shù)學(xué)處理就是根據(jù)零件圖紙的要求和機床數(shù)控系統(tǒng)的功能，按照已確定的加工路線和允許的編程誤差，計算出數(shù)控系統(tǒng)所輸入的數(shù)據(jù)。主要包括基點和節(jié)點的計算，刀位點軌跡計算和輔助計算，根據(jù)數(shù)控系統(tǒng)的刀具補償功能，高級曲線插補功能，由加工路線計算出刀具中心(即刀位點 理想刀尖)的運動軌跡。14 編寫零件的加工程序清單根據(jù)計算出的刀具運動軌跡坐標(biāo)值和已確定的加工工藝參數(shù)及輔助動作，編寫零件加工

7、程序清單，并輸人到CNC裝置的存儲器中。15 程序檢驗及首件試切程序檢驗過程在數(shù)控加工中十分重要和必要，程序基本格式的錯誤，數(shù)值計算的合理與否，工藝設(shè)計的刀位軌跡路線是否安全，選擇的刀具切削參數(shù)是否適當(dāng)，通過這個過程都可以發(fā)現(xiàn)出來。做好程序檢驗這個過程的工作，對整個加工過程都十分重要。首先將機床機械鎖定，檢查程序有無格式錯誤，然后空運轉(zhuǎn)進行檢驗，檢查機床的動作和運動軌跡的正確性，再用木件或鋁件試切，進行實際檢驗，檢查出由于編程計算不精確或刀具調(diào)整不當(dāng)造成的加工誤差。根據(jù)試切的情況對程序進行修改及對相關(guān)尺寸進行刀具補償，直到加工出合格的零件。應(yīng)當(dāng)指出手工編程僅適用于幾何形狀不太復(fù)雜的零件加工，以

8、及計算簡單、程序段不多、編程易于實現(xiàn)的場合。但對幾何形狀復(fù)雜的零件(尤其是由空間曲面組成的零件)，以及幾何元素不復(fù)雜、但編程時數(shù)學(xué)處理相當(dāng)繁瑣、程序檢驗困難等場合，必須采用自動編程。二） 數(shù)控加工工藝設(shè)計數(shù)控加工的工序一般要比普通機床復(fù)雜，因此，數(shù)控加工工藝文件的設(shè)計要比普通機床的加工工藝文件的設(shè)計復(fù)雜得多。數(shù)控加工工藝設(shè)計的主要內(nèi)容有： 數(shù)控加工的合理性分析； 零件的工藝性分析；工藝過程和工藝路線的確定；零件安裝方法的確定；選擇刀具，確定切削用量；數(shù)控加工專用技術(shù)文件的編寫。2I 數(shù)控加工的合理性分析從毛坯的材料和類型、零件輪廓的復(fù)雜程度、尺寸大小、加工精度、零件批量等方面考慮，以利于零件加

9、工質(zhì)量的保證，提高生產(chǎn)率，降低成本。22 零件的工藝分析零件圖紙上的尺寸標(biāo)注對編程的可能性與方便性有較大影響，根據(jù)零件圖紙的標(biāo)準(zhǔn)，計算較合理的尺寸鏈，以便于尺寸之間相互協(xié)調(diào)，也方便編程。由于數(shù)控車床加工的精度及重復(fù)定位精度很高，可以采用同一基準(zhǔn)的方法來更改圖紙上的標(biāo)注，形成工藝標(biāo)準(zhǔn)尺寸，要盡量使標(biāo)注的基準(zhǔn)盡量與零件加工時的定位基準(zhǔn)相重合，否則要設(shè)置輔助基準(zhǔn)。23 工藝過程和工藝路線的確定一般按刀具來劃分工序更具有實際意義，一次裝夾，盡可能多加工一些工序，可更好地保證零件的質(zhì)量，也使編程的思路更清晰，程序更加科學(xué)合理。確定零件加工過程中刀具的運動軌跡和運動方向是編寫程序的重要內(nèi)容之一，它不但包括

10、了工序的內(nèi)容，也反映了工序的次_序。合理的走刀路線應(yīng)滿足：保證零件的加工精度和表面粗糙度要求；加工路線最短，減少走刀時間，提高加工效率(這最具有實際意義)；編程時數(shù)值計算簡單。走刀路線對加工質(zhì)量及效率影響較大。欲使走刀路線最短，必須保證各定位節(jié)點問路線的總長最短。考慮到數(shù)控車床有反向間隙誤差，對于精度要求很高的零件而言，更要注意走刀路線的選擇。24 零件的裝夾為了確保加工質(zhì)量和提高效率，要合理地選擇定位基準(zhǔn)。零件的定位基準(zhǔn)、設(shè)計基準(zhǔn)與編程計算基準(zhǔn)應(yīng)力求統(tǒng)一，減少重復(fù)定位誤差對尺寸精度的影響；應(yīng)盡量選用通用夾具、組合夾具或可調(diào)整夾具，盡量不用專用夾具，力求一次裝夾能將零件上要加工的工序都加工出來

11、，盡量減少裝夾次數(shù)，這樣可以提高零件的加工質(zhì)量及加工效率。25 選擇切削刀具與切削用量正確選擇刀具是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，不但影響生產(chǎn)效率和加工精度，而且還關(guān)系到是否會發(fā)生打斷刀具的事故。選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工件材料加工后序的類型機床的切削用量刀具的耐用度N度、良好的斷屑性能等。選擇刀具時要依據(jù)被加工工件的尺寸和形狀，優(yōu)化刀具的參數(shù)，發(fā)揮數(shù)控車床高速、高效率、高精度的“三高”特點。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速(切削速度)、切削深度切削寬度(走刀量)等，根據(jù)刀具說明書和實際的加工經(jīng)驗，合理選擇切削參數(shù)。普通車床的切削參數(shù)都是由操作人員根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗在加工過程中靈活掌握。數(shù)控車床不同，

12、它必須在編程時把方方面面都考慮到，以使加工過程中不致出現(xiàn)刀具損壞等意外情況。切削刀具的選擇與切削參數(shù)的確定，對實際的安全生產(chǎn)具有重要的意義。刀具選擇合理，切削參數(shù)確定科學(xué)，可以實現(xiàn)高速、高效、高精度的生產(chǎn)，降低不必要的刀具損耗，使綜合生產(chǎn)成本最低。一般地說，數(shù)控車床選用可轉(zhuǎn)位機械夾緊式刀具(機夾刀)，機夾刀刀片更換效率高，磨損慢，精度高，車削加工的表面光潔度好。采用機夾刀大大降低了占機調(diào)試的時間，提高了生產(chǎn)效率。26 數(shù)控加工專用技術(shù)文件的編寫為保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高工作效率，對于中大批量的以及需要經(jīng)常加工的零件，就需要編寫數(shù)控加工工藝專用技術(shù)文件。技術(shù)文件的編寫就是對當(dāng)前工作進行總結(jié)，發(fā)現(xiàn)工作中

13、不足的地方，進行科學(xué)合理的改進，形成技術(shù)文件，為將來的工作提供重要的技術(shù)性參考資料。三） 典型零件示例圖2為典型的TNC型射頻同軸連接器直角彎頭殼體，該零件外形輪廓復(fù)雜，技術(shù)要求高，形位公差要求嚴，加工難度大。對于大批量的零件，可以用鑄件毛坯料加工，不但節(jié)省材料，而且加工效率高。但是對于中等批量的情況，就只能采用圓棒料在XKNC一20F上加工了。在這種情況下，加工工藝特別強調(diào)定位加工，尤其是在正反兩個面都要加工的情況下，工藝基準(zhǔn)的合理選擇更是十分必要，否則很難保證兩次安裝加工后兩個面上的尺寸及形狀都協(xié)調(diào)。如果零件上沒有合適的基準(zhǔn)，就必須在零件上增加工藝凸臺，在加工完成后再將其去除。如圖2，為了

14、保證零件的精度和形位公差的要求，特別設(shè)計了工藝凸臺1和工藝凸臺2，對工藝凸臺和相關(guān)的表面尺寸應(yīng)嚴格要求，盡量減少因多次裝夾造成的誤差。該零件的具體加工工藝流程如下：a)備料1Cr18NigTi ø26mmX33mm; b)普車車毛坯至如圖3所示；c)KNC20F KI 一2O11mm 彈簧夾頭刀具：RF123G10-1616H工藝頭1，外形如基準(zhǔn)B頭， 6ram精車到259OOlmm(備下道工序裝夾定位)；d)XKNC-20F KI 一2O105ram 彈簧夾頭以工藝頭1定位裝夾，車基準(zhǔn)B頭，尺寸達圖紙要求；e)線切割將圓臺沿基準(zhǔn)A的中心線割1015ram寬；f)XKNC-20F K

15、L一O H1015ram 彈簧夾頭以工藝頭2定位裝夾，車基準(zhǔn)A頭，尺寸達圖紙要求；g)XKNC-20F KI 2O1o5mm 彈簧夾頭做M9X0756H 螺紋堵頭去工藝頭1，尺寸達圖紙要求；h)XKNC20F KL2O12mm 彈簧夾頭。三、車削循環(huán)加工編程技巧1 外圓循環(huán)加工華中I型數(shù)控系統(tǒng)，要實現(xiàn)多次循環(huán)加工，還得調(diào)用子程序來實現(xiàn)外圓循環(huán)指令。G80指令的執(zhí)行過程。G80 XZF；從ABCDA 的四段單一循環(huán)。AB、DA段為R(刀具半徑)快速移動，BC、CD段按F(進給量)值移動。X、Z為C點坐標(biāo)值(或相對于A點增量)。如圖1、圖2分別用G01及G80兩種方法編寫循環(huán)加工程序。(1)G01

16、指令編寫：iG00 X42 Z0：M 98 P1001 10；O1001：G91 G01 X4 F100Z30：G00 X2 Z30：M 99；這里采用了“退2進4吃刀2”的方法，調(diào)用了子程序10次，也就是說循環(huán)了10次。循環(huán)次數(shù)決定于每次吃刀量大小，若吃刀量大，則循環(huán)次數(shù)少，反之循環(huán)次數(shù)多。如下公式：一為循環(huán)次數(shù)，D為切削前的直徑，d為切削后直徑，丁為每次吃刀量的兩倍。若 為小數(shù)，用“去尾法”取起整數(shù)，循環(huán)完成后再車一刀到指定尺寸。(1)用G80指令編寫G00 X42 Z2：M 98 P1002 10；01002；G9l G80 X4 Z32 F100：G00 X2：M 99；這里采用了讓G

17、80單一循環(huán)“框”每次進工的方法。但要注意G80進刀AB段為快速進刀，所以不能貼著工件端面進刀，同時還要注意循環(huán)起點“G00 X42 Z2”的確定。2 錐體的循環(huán)加工錐體分正錐和倒錐，如圖3所示。加工方法有平行法和三角形法(此法不能實現(xiàn)循環(huán)加工)。加工方向可從右到左切削，也可從左到右切削。(1)用G01指令進行切削，如圖4所示，編程如下：G00 X42 Z0：M 98 P1010 10；01010；G91 G01 X4 F100：X20 Z30：G00 X18 Z30；M 99這里采用了與錐面平行的切削的加工方法，也是“退2進4吃刀2”的方法，其中X18X(20 2)。(2)用G80方法進行加

18、工G80錐體加工指令如下：G80 X Z IF其中，I為切削始點B與終點C的半徑差，Ir始一r終可正可負，代表了錐度。如：I102010，負號僅代表錐體為正錐。編程如下：G00 X52 Z2：M 98 P10ll 10；01011：G91 G80 X4 Z32 I10 F120：G00 X2：M 99：這里也采用了循環(huán)“框”向前移2的方法。但在寫循環(huán)起點坐標(biāo)時要考慮到G80指令中的錐度，所以寫了“G00 X52 Z2”，否則會出錯。3 圓弧及球體的循環(huán)加工球體的加工往往采用“移圓推進法”，如下圖所示這里主要準(zhǔn)確掌握圓弧的起點、終點坐標(biāo)及退刀路線避免退刀時撞擊圓弧，如圖7，加工編程如下：G00

19、X42 Z0：M 98 P1012 10；G91 G01 X6 F200G02 X24 Z36 R20：G00 X18：X40；M 99：在這里，仍采用“退2進6吃刀4”的方法。退刀時先退X方向，此時考慮最大弧頂，即4024=16，所以這里退18。整個退刀路線為X18一Z36-X-40，X42一X24+X18的坐標(biāo)絕對值不等，以實現(xiàn)退2的目的。有時圓弧始、終點很難確定，或坐標(biāo)值不為整數(shù)，此時可采用整個半圓(或四分之一圓弧)加工方法。如圖8所示，要知圓交點，得解兩個圓方程，但解出的結(jié)果不一定是整數(shù)，此時可按整個半圓弧處理。4 粗車大循環(huán)前面介紹的循環(huán)都是單個元素的循環(huán)，如圓弧、錐體等，對于多個元

20、素，只要能用同一把刀加工出來，亦可用循環(huán)，如圖9所示，這就是粗車大循環(huán)。(1)循環(huán)原理a刀具路線：ABCDEF GH I J A；b判斷循環(huán)次數(shù)，若次數(shù)不夠，則繼續(xù)向下執(zhí)行；c由AA，重復(fù)上友誼賽步驟。利用粗車大循環(huán)，編程雖然簡單，但空走刀太多，主要用于復(fù)雜件加工。(2)起刀點的確定起刀點若定于待車圓柱表面的母線上，則第一刀幾乎全為空車刀，一般放在A點，A 到待車圓柱表面母線之距為T(T為吃刀量)。(3)循環(huán)次數(shù)的確定G00 X82 Z0；M 98 P1013 25；O1013；G91 G01 X6 F120G02 X20 Z10 10 K10G01 Z30：X2O：X20 Z30：Z30：G

21、03 X20 Z10 I20 K0：G00 X2 Z110：X 80：M 99：通過上面的加工程序可以看出，循環(huán)程序的設(shè)計給程序設(shè)計帶來了極大方便。四、螺紋的數(shù)控車削加工4.1切削方式數(shù)控車削螺紋的切削方式往往由所使用的機床、零件的材料和螺距所確定，正確的選擇切削方式，對螺紋加工極為重要，通常車螺紋的切削方式有以下四種：(1)徑向切削這是一種最常用的方法，刀具徑向直接進刀(如圖la)，編程簡單，車刀的左右兩側(cè)刃都參加切削，兩側(cè)面均勻磨損，能保證螺紋牙形清晰，而且因螺紋車刀兩側(cè)刃所受的軸向切削分力有所抵消，部分地消除了車削時因軸向切削分力導(dǎo)致車刀偏歪的現(xiàn)但由于車刀左右兩倒同時切削，存在排屑較困難

22、，散熱不好，受力集中等問題，這可能導(dǎo)致切削刃變形，刀尖容易磨損，某些材料的切屑也不易控制。當(dāng)進給量過大時，還可能產(chǎn)生扎刀現(xiàn)象。徑向切削較適用于螺距為15mm 以下的螺紋車削。(2)單側(cè)面切削刀具以和徑向成30 角進刀切削(如圖lb)，切屑從刀刃上卷開，形成條狀屑，切削熱分布在次切削刃上，散熱較好。缺點是另一刀刃因不切削而發(fā)生摩擦，這會導(dǎo)致積屑瘤、粗糙度不佳和工件硬化。(3)改良的側(cè)面切削 刀具以和徑向成27。 30。角之間進刀切削(如圖1c)，刀刃兩面切削，形成卷狀屑，排屑流暢，散熱好，且螺紋表面粗糙度值較小。一般來說，這是不銹鋼、合金錒和碳素鋼車螺紋的最好方法，約90 的車螺紋皆用此法。在數(shù)

23、控車床上螺紋加工最好采用此方法，編程簡便，對于60。標(biāo)準(zhǔn)螺紋來說，其軸向進給值可簡單地用徑向切削深度a x05而得，一般可調(diào)用數(shù)控系統(tǒng)的固定循環(huán)編程。(4)左右側(cè)面立替切削 左右交替切削是指每次作徑向進給時，橫向向左或向右移動一小段距離，以達到車刀只有一側(cè)參加切削(如圖ld)。這樣，排屑比較順利，車刀受力情況也得到了改善，兩個刀刃磨損均勻，可提高刀具壽命。因此，加工出來的螺紋表面粗糙度值也較小。但數(shù)控程序的編程比較復(fù)雜，且由于刀刃單向受軸向分力的作用，將會增大螺紋的牙形的誤差。此方法一般適用于通用車床和螺距在3mm 以上的螺紋加工。4.2切削用量對于車螺紋的切削用量選擇，一般來說，螺紋車削的切削速度要比普通車削低25 50 。原因是：刀刃容易因切削產(chǎn)生的熱量和壓力而變形進給量限制了切削速度，螺紋車削的切削速度一般可查閱有關(guān)刀具供應(yīng)商所提供的手冊，根據(jù)切削速度值，通過換算可得到車床的轉(zhuǎn)速(rmin)。螺紋的切削深度和走刀次數(shù)對于操作者或編程者來說，顯得特別重要，n 值的正確與否直接關(guān)系到螺紋是否合格，走刀次數(shù)的多少影響切削力的大小。另外，車螺紋必須遵循一個簡單的原則：每一次走刀后下一次走刀的切削深度必須減少，因為，如每次走刀均保持025的切削深度，第二次走刀切除的