數控畢業(yè)設計數控車床加工工藝分析與程序設計.doc

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1、 畢業(yè)設計（論文） 任 務 書 題目名稱：數控車床加工工藝分析與程序設計 目錄……………………………………………………………………………………1 摘要……………………………………………………………………………………2 關鍵詞…………………………………………………………………………………2 1引言…………………………………………………………………………………2 2數控機床發(fā)展簡史…………………………………………………………………3 3數控車床的特點……………………………………………………………………3 4數控車床編程特點

2、…………………………………………………………………3 5數控機床應用范圍…………………………………………………………………4 6數控機床發(fā)展趨勢…………………………………………………………………5 7程序編制過程………………………………………………………………………6 8系統仿真過程實現………………………………………………………………11 9結論…………………………………………………………………………………12 10結束語…………………………………………………………………………12 11謝辭………………………………………………………………………………12 12參考文獻……………

3、…………………………………………………………13 數控車床加工工藝分析與程序設計 摘要：現代數控機床是綜合應用了計算機、自動控制﹑自動檢測以及精密機械等高新技術的產物，集成了數控仿真模塊，可以檢查出代碼的正確性，從而可以提高編程質量，減少出錯率，加快編程速度，是典型的機電一體化產品，是完全新型的自動化機床；具有高柔，高精度與高自動化等特點。它的出現以及所帶來的巨大效益，一起了世界各國科技和工業(yè)界的普遍重視。 關鍵詞：數控仿真，機電一體化，自動化機床 Abstract：The modern numerical control machine tool

4、is the synthesis has applied the computer, the automatic control automatic detection as well as the precision machinery and so on the high-tech product, integrated the numerical control simulation module, is allowed to inspect the code the accuracy, thus was allowed to improve the programming qualit

5、y, reduced the error ratio, sped up the programming speed, was the typical integration of machinery product, was the completely new automated engine bed; Has high is supple, characteristic and so on high accuracy and high automation. Its appearance as well as brings the huge benefit,together the var

6、ious countries science and technology and the industry generally took. Keywords：Numerical control simulation 、Integration of machinery 、Automatic machine tool. 一、 引言 隨著科學技術的迅速發(fā)展，機械產品的性能，結構，形狀和材料的不斷的改進，精度不斷提高，生產類型由大批量生產向多品種小批量轉化。對零件加工質量和精度要求越來越高。由于產品的變化頻繁，目前在一般機械加工中，單件小批量的生產約占了70%以上。數控技術是現代化加工

7、設備的基礎，又是精密、高效、高可靠性、高柔性加工技術的支撐。發(fā)展先進制造技術，必須以數控技術為基礎。數字控制機床簡稱數控機床（NC)對于形狀復雜、精密、小批量、多品種的零件的加工問題具有適應性強、加工精度高、加工質量穩(wěn)定和高生產效率的優(yōu)點。 數控機床是車削加工功能較全的數控機床。它可以把車削，銑削，螺紋加工，鉆削等集中到一臺設備上，使其具有多種工藝手段。采用數控車床進行加工可以大大提高產品的質量，保證加工零件的精度，減輕勞動強度，為新產品的研制和改型換代節(jié)省了大量的時間和費用，提高了企業(yè)產品的競爭力。 二、數控機床的發(fā)展簡史 1946年誕生了世界上第一臺電子計算機，這表明人類創(chuàng)造

8、了可增強和部分代替腦力勞動的工具。它與人類在農業(yè)，工業(yè)社會中創(chuàng)造的那些只是增強體力勞動的工具相比有了質的飛躍，他為人類進入信息社會奠定了基礎。半個世紀以來，以計算機為主導和核心的信息技術，既通過電視，現代通信等提高了人類生活的質量，還促進生產力飛速向前發(fā)展，開創(chuàng)了人類文明史，生產史的新紀元。信息技術的飛速發(fā)展直接導致了知識經濟的到來。 六年后，即在1952年，計算機技術應用到了機床上。在美國誕生了第一臺數控機床。計算機及控制技術在機械制造設備中的應用是世紀內制造業(yè)發(fā)展的最重大的技術進步。從此，傳統機床產生了質的變化。近半個世紀以來，數控機床經歷了兩個階段和六代的發(fā)展。 1.數控(NC)階段

9、(1952-1970年) 早期計算機運算速度低，這對當時的科學計算和數據處理影響還不大，不能適應機床實時控制的要求。人們不得不采用數字邏輯電路“搭”成一臺機床專用計算機作為數控系統，被稱為硬件連接數控(HARD WIREDNC)，簡稱為數控(NC)。隨著元器件的發(fā)展，這個階段歷經了三代，即1952年第一代— 電子管;1959年第二代— 晶體管;1965年第三代— 小規(guī)模集成電路。 2.計算機數控(CNC)階段(1970-現在) 到1970年，通用小型計算機業(yè)已出現并成批量生產。其運算速度比五，六十年代有了大幅度的提高，這比專門“搭”成的專用計算機成本低，可靠性高。于是將它移植過來作為

10、數控系統的核心部件，從此進入了計算機數控(CNC)階段。到1971年美國INTEL公司在世界上第一次將計算機的兩個最核心的部件— 運算器和控制器，采用大規(guī)模集成電路集成在一塊芯片上，稱之為微處理器(MICROPROCESSOR)，又稱為中央處理單元(簡稱CPU)。到1974年微處理器被應用于數控系統。這是因為小型計算機功能太強，控制一臺機床能力有富裕，不及采用微處理器經濟合理，而且當時的小型機可靠性也不理想。早期的微處理器速度和功能還不夠高，但可以采用多處理器結構來解決。由于微處理器是通用計算機的核心部件，故仍稱為計算機數控。到了1990年，PC機(個人計算機，國內習稱微機)的性能已發(fā)展到很高

11、的階段，可以滿足作為數控系統核心部件的要求，而且PC機生產批量很大，價格便宜，可靠性高。數控系統從此進入了基于PC的時代。總之，計算機數控階段也經歷了三代。即1970年第四代一一小型計算機;1974年第五代— 微處理器;1990年第六代— 基于PC(國外稱為PC--BASED). 數控系統近五十年來經歷了兩個階段六代的發(fā)展，只是發(fā)展到了第五代以后，才從根本上解決了可靠性低，價格極為昂貴，應用很不方便等極為關鍵的問題。因此，即使在工業(yè)發(fā)達的國家，數控系統大規(guī)模地得到應用和普及，是在七十年代末八十年代初以后的事情，也即數控技術經過了近三十年的發(fā)展才走向普及應用的。國外早己改稱為計算機數控(即CN

12、C)，而我國仍習稱數控(NC)。所以我們日常講的“數控”實質上已是指“計算機數控”了。 三、數控車床的特點 1.數控車床的優(yōu)點 (1)提高了加工精度和同一批關鍵尺寸的重復精度，保證了加工質量的穩(wěn)定性。 (2)具有澆灌的生產效率。與普通車床相比，生產效率大致可提高2-3倍。 (3)增加了設備的柔性，可以適應不同品種、規(guī)格和尺寸以及批量的工件加工。 (4)操作人員的勞動強度大為減輕。 (5)具有較高的經濟效益。這是因為數控車床能一機多用，代替多臺普通車床，減少了工序間工件的運輸時間，節(jié)省廠房面積，減少工件夾具數量和投資。 (6)加工普通車床所不能加工的復雜型面。 (7)可

13、向更高級的制造系統發(fā)展。 2.數控車床的不足之處 (1)提高了起始階段的投資。 (2)增加了電子設備的維修。 (3)對操作人員的技術水平要求較高。 四、數控車床編程特點 1.在一個程序段中，根據圖樣上標注的尺寸，可以采用絕對值編程、增量只編程或兩者混合使用。 2.由于圖樣尺寸和測量值都是直徑值，故直徑方向用絕對值編程時，以x直徑值表示。用增量值編程時，一徑向實際位移量的二倍值表示。 3.為提高工件的尺寸精度，x向的脈沖當量取z向一半。 4.由于毛坯常用棒料或鍛料，加工余量較大，所以數控裝置常用具備不同形式的固定循環(huán)功能，可以進行多次循環(huán)切削。 5.編程時,常認為車刀

14、刀尖是一個點,而實際上是為了提高刀具壽命和工件表面質量.車刀刀尖常磨成一個半徑不大的圓弧,因此為了提高工件的加工精度,當編制圓頭刀程序時,需要對刀具半徑進行補償,大多數數控車床都具有刀具補償功能(G41,G42),這類數控車床可直接按工件輪廓尺寸編程.對不具備刀具自動補償功能的數控車床,編程時需計算補償量。 6.許多數控車床用x﹑z表示絕對坐標指令,用u﹑w表示增量坐標指令,而不用G90,G91指令。 7.第三坐標指令I,K在不同的程序段中作用也不相同。I,K在圓弧切削時表示圓心對圓弧的起點的坐標位置。而在有自動循環(huán)指令的程序中，I,K坐標則用來表示每次循環(huán)的進刀量。 8.根據刀架所在位

15、置，有的機床左手坐標系，有的機床采用的是右手坐標系，當采用左手坐標系時，順時針方向車削圓弧用G03，而逆時針方向用G02。 五、數控機床的應用范圍 1.適宜數控車床加工的范圍 （1）能加工輪廓形狀特別復雜或難以控制尺寸的零件。 （2）能加工超精零件。 （3）能加工普通車床不能（或不便）加工的多種零件。 （4）能加工經一次裝夾定位后，需進行多道工序加工的零件。 （5）一臺數控機床可同時加工兩個或多個相同的零件，也可同時加工多工序的不同零件。 （6）數控車床加工的自動化程度很高。 （7）數控車床上加工零件，能明顯縮短加工的準備時間，降低生產費用。

16、 （8）采用數控車床加工，能有效減少加工中的輔助時間，較大的提高生產效率。 （9）數控車床加工能修改加工程序，給新產品的開發(fā)，原產品的改進與改型提供了方便。 2.不適宜數控車床加工的范圍 （1）加工輪廓簡單，精度要求低或生產批量又特別大的零件。 （2）裝夾困難或必須依靠人工找正，定位才能保證其加工精度的零件。 （3）加工余量特別大或材質及余量不均勻的坯件。 （4）加工中，刀具的質量（主要是耐用度）特別差時。 六、數控機床的發(fā)展趨勢 數控技術的應用不但給傳統制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，它對國計

17、民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數字化已是現代發(fā)展的大趨勢。當前數控車床呈現以下發(fā)展趨勢。 1.高速、高精密化 高速、精密是機床發(fā)展永恒的目標。隨著科學技術突飛猛進的發(fā)展，機電產品更新換代速度加快，對零件加工的精度和表面質量的要求也愈來愈高。為滿足這個復雜多變市場的需求，當前機床正向高速切削、干切削和準干切削方向發(fā)展，加工精度也在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機的成功今日焦點。 2.高可靠性 數控機床的可靠性是數控機床產品質量的一項關鍵性指標。數控機床能否發(fā)揮其高性能、高精度和高效率，并獲得良好的效益，關鍵取決于其可

18、靠性的高低。 3.數控車床設計CAD化、結構設計模塊化 隨著計算機應用的普及及軟件技術的發(fā)展，CAD技術得到了廣泛發(fā)展。CAD不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，更重要的是可以進行設計方案選擇和大件整機的靜、動態(tài)特性分析、計算、預測及優(yōu)化設計，可以對整機各工作部件進行動態(tài)模擬仿真。在模塊化的基礎上在設計階段就可以看出產品的三維幾何模型和逼真的色彩。采用CAD，還可以大大提高工作效率，提高設計的一次成功率，從而縮短試制周期，降低設計成本，提高市場競爭能力。 4.功能復合化 功能復合化的目的是進一步提高機床的生產效率，使用于非加工輔助時間減至最少。通過功能的復合化，可以擴大機床的使用范圍、

19、提高效率，實現一機多用、一機多能，即一臺數控車床既可以實現車削功能，也可以實現銑削加工；或在以銑為主的機床上也可以實現磨削加工。寶雞機床廠已經研制成功的CX25Y數控車銑復合中心，該機床同時具有X、Z軸以及C軸和Y軸。通過C軸和Y軸，可以實現平面銑削和偏孔、槽的加工。該機床還配置有強動力刀架和副主軸。副主軸采用內藏式電主軸結構，通過數控系統可直接實現主、副主軸轉速同步。該機床工件一次裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。 5.智能化、網絡化、柔性化和集成化 21世紀的數控裝備將是具有一定智能化的系統。智能化的內容包括在數控系統中的各個方面：為追求加工效率和加工質量方面的智能化，如加工過程

20、的自適應控制，工藝參數自動生成；為提高驅動性能及使用連接方面的智能化，如前饋控制、電機參數的自適應運算、自動識別負載自動選定模型、自整定等；簡化編程、簡化操作方面的智能化，如智能化的自動編程、智能化的人機界面等；還有智能診斷、智能監(jiān)控等方面的內容，以方便系統的診斷及維修等。 數控機床向柔性自動化系統發(fā)展的趨勢是：從點(數控單機、加工中心和數控復合加工機床)、線(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段車間獨立制造島、FA)、體(CIMS、分布式網絡集成制造系統)的方向發(fā)展，另一方面向注重應用性和經濟性方向發(fā)展。柔性自動化技術是制造業(yè)適應動態(tài)市場需求及產品迅速更新的主要手段，是各國制造業(yè)發(fā)展

21、的主流趨勢，是先進制造領域的基礎技術。其重點是以提高系統的可靠性、實用化為前提，以易于聯網和集成為目標，注重加強單元技術的開拓和完善。CNC單機向高精度、高速度和高柔性方向發(fā)展。數控機床及其構成柔性制造系統能方便地與CAD、CAM、CAPP及MTS等聯結，向信息集成方向發(fā)展。網絡系統向開放、集成和智能化方向發(fā)展。 七、程序編制過程 (一)零件圖分析 該零件的輪廓由連續(xù)的端面、圓弧面、圓柱面、圓錐面組成。各軸向尺寸要求很高，表面粗糙度亦很高，因而加工時，應先進行粗加工，檢驗余量后進行刀補等調整再進行精加工。據鋁合金材料加工的特點，選擇水溶性乳化液作為切削液。 (二)刀具選擇及切削用

22、量 　 刀具號　　　名稱　　　　 用途　　　　　　 主軸轉速　　 　 0101　　 90偏刀　　外輪廓粗精加工　　 800r/min 　 0201　　 切斷刀　　　 切斷 450r/min 　 0303　　 尖刀　 SR6.5粗精車、車螺紋 400r/min 切削深度　　進給量 2∕1.5 80∕50mm 1.5mm8mm 0.3mm 30mm (三)確定加工順序 1.夾毛坯伸出長62mm 2.自右向左粗精加工外輪廓 3.粗車錐面 4.車退刀槽 5.車螺紋 6.車SR6.5圓球 7.精車整個工件 8.

23、切斷 9.量總長檢查全部 (四)計算 螺紋切削的計算： 牙底圓直徑=牙頂圓直徑 － 2倍的螺距（導程）即： df = dh －2p 螺紋切削深度=2倍的螺距（導程）即： dp=2p 根據進刀量和退刀量合理把2p分成若干次切削 (五)程序編制 % O0001 N0010 G50 X100 Z50； 　　　　　　 設定工件坐標系 N0015 T0101；　　　　　　　　　　 選用01號車刀 N0020 S800 M03；　　　　　　　　　主軸正轉600mm/min N0025 G00 X20 Z5；　　　　　　　　車刀

24、快速移至X20 Z5定位 N0030 G71 X0 I3 K2 L7 F80；　　　 車刀加工90圓錐 N0035 G01 X0 Z0 F10； N0040 X8 Z-4； N0045 Z-11；　　 車刀加工8圓柱 N0050 X11.87 Z-24；　 加工M12圓柱 N0055 X14 Z-31； 加工 14圓柱 N0060 X16.7 Z-47； 加工 16.7圓柱 N0065 X17 Z-53； 加工 17圓柱 N0070 G70 P35 Q65； 精車固定循環(huán) N0075 G00 X100 Z50； 回坐標設定點 N0080 G00 X16 Z-27； 車刀

25、快速移至X16，Z-27定位 N0085 G01 X12 Z-31；加工錐面 N0090 G00 X18 Z-47；車刀移至X18，Z-47定位 N0095 G01 X12 Z-41； 加工錐面 N0100 G00 X100 Z50； 回坐標設定點 N0105M05； 　　　　　　　　 主軸停轉 N0110 M30； 程序結束 N0010 G50 X100 Z50；設定工件坐標系 N0015 T0202；選02號刀 N0020 S450 M03； 主軸正轉450r/mm N0025 G00 X150 Z-24；車刀快速移至X15，Z-24定位 N0030 G01 X1

26、1.5 F8； 切削退刀槽 N0035 G00 X13 Z-24； N0040 X11 Z-24； N0045 G00X12.5 Z-24； N0050 G01 X10 Z-24； N0055 G01 X10.5 Z-24； N0060 G00 X12 Z-24； N0065 G01 X10 Z-24； N0070 G00 X100 Z50； 回坐標設定點 N0075 M05；主軸停轉 N0080 M30；程序結束 N0010 G50 X100 Z50； 設定工件坐標點 N0015 T0303； 選用03號刀 N0020 S400 M03； 主軸正轉400r/m

27、m N0025 G00 X15 Z-8； 車刀快速移至X15，Z-8定位 N0030 G92 X11.6 Z-21； 螺紋車削循環(huán) N0035 X11.3； N0040 X11.1； N0045 X10.8； N0050 X10.8； N0055 G00 X20 Z-31； 車刀快速移至X20，Z-31定位 N0060 G01 X16.7 Z-31； N0065 G02 X12 Z-41； N0070 G00 X100 Z50；回坐標設定點 N0075 M05；主軸停轉 N0080 M30；程序結束 % 八、系統仿真過程的實現 (一)數控車削加工仿真流程

28、隨著加工零件的復雜性程度提高，反靠人工來檢查NC程序顯得越來越難,采用計算機動態(tài)圖形技術模擬NC程序的加工過程是解決這一問題的主要途徑,盡管有些控制器本身就提供模擬加工功能,但由于模擬必須在機床控制器上完成,這就勢必要占用機床的使用時間,由于機床的加工成本較高,因此采用計算機來模擬NC程序無疑是較為經濟有效的方法.仿真過程作為數控自動編程的一個子程序,對系統自動產生的數控車削程序進行仿真.它在計算機屏幕上以圖形的方式模擬NC加工過程,可以用來檢查自動編程系統的程序正確與否。整個仿真過程的流程圖如圖1所示: 工件圖形數據處理 屏幕顯示處理 退出 程序正確否 開始 根據NC程序識別

29、模塊 圖1 仿真過程流程圖 (二)加工過程仿真原理 在仿真過程中讀取數控加工程序并以字符串的形式存儲起來,然后在進行處理:首先對字符串進行分析,分成若干個程序段,然后根據程序段號的大小進行排序,并把其值賦給相應的數組.這樣就得到一系列從小到大按程序號排列的子程序串,最后根據NC代碼各功能的具體情況取出各功能代碼的參數,并進人相應的子程序進行圖形處理。 九、結論 利用數控機床加工零件： 1.自動化程度高。 2.加工精度高，加工質量穩(wěn)定， 3.加工對象適應性強。 4.生產效率高。 5.易

30、于建立計算機通信協議。 十、結束語 自動編程與數控加工仿真系統模塊的集成，可以在編程階段檢查數控加工程序的正確性，從而提高編程質量，減少出錯率，加快編程速度，數控車床的迅猛發(fā)展需要更多的復合型人才。 十一、謝辭 通過畢業(yè)設計以及論文的撰寫是我對所學知識有了更深一層的理解和掌握，有許多以前不明白的問題也弄明白了。感謝各輔導老師的指導，感謝老師在百忙中抽出時間對我論文給以指點，使我在有效的時間內順利的完成論文的寫作。 十二、參考文獻 1.王泓. 機械制造基. 北京：北京理工大學出版社.2006.8 2.劉立. 數控車床編程與

31、操作. 北京：北京理工大學出版社.2006.8 3.中國機械工業(yè)教育協會. 數控技術. 北京：機械工業(yè)出版社2007.8 4.徐偉. 數控機床仿真實訓. 北京：電子工業(yè)出版社.2004.8 5.上海市職業(yè)技術教育課程改革與教材建設委員會. 機電一體化專業(yè)英語.北京：機械工業(yè)出版社.2007.8 6.中國機械工業(yè)教育協會. 金屬工藝. 北京：機械工業(yè)出版社.2006.6 7.陳于萍 高曉康. 互換性與測量技術. 北京：高等教育出版社.2006 8.郭仁生 魏宣燕等. 機械設計基礎-2版. 北京：清華大學出版社.200512 9.李澄 吳天生 聞百橋. 機械制圖-2版. 北京教育出版社.2005 10.數控機床的發(fā)展簡史-天堂師-網易博客. 12