數控課程設計異型板類零件數控加工編程

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1、沈陽大學機械工程學院數控課程設計 課 程 設 計 任 務 書 學院 機械工程學院 班級 12機自卓越 姓名 侯俊杰 設 計 起 止 日 期 2015年12月21日——2015年12月25日 設計題目：異型板類零件數控加工編程 設計任務（主要技術參數）： 編制如圖所示碳素鋼零件的數控車床加工程序。 工作任務：1零件的工藝分析2數控機床的選擇3 編程中工藝指令的處理4編制數控銑床加工工藝過程卡5編制數控加工程序 6設計說明書1份。 指導教師評語： 成績： 簽字：

2、年 月 日 異形板類零件數控加工程序編程 專業(yè)：機械設計制造及其自動化 班級：12機自卓越 姓名：侯俊杰 目 錄 引 言 1 1.1課設的性質和任務 1 1.2課程設計目的 1 正 文 2 1零件數控銑床加工程序編制 2 1.1 數控加工工藝的基本特點 2 1.2數控加工工藝的主要內容 3 13加工方法的選擇與加工方案的確定 5 1.4工序與工步的劃分 5 1

3、.5定位安裝的基本原則 6 1.6刀具的選擇與切削用量的確定 8 1.7對刀點的確定 11 1.8加工路線的確定 13 2數控機床的選擇 16 3程編中工藝指令的處理 17 4編制零件數控銑床加工工藝過程卡 18 5編制數控加工程序 20 參考文獻 21 致 謝 22 引 言 1.1課設的性質和任務 《數控編程技術》課程設計是機械設計制造及其自動化專業(yè)的必修課程之一，它可以提高學生的動手能力，豐富學生的理論知識。是一門理論與實踐相結合的綜合性專業(yè)基礎課。通過《數控編程技術》課程設計的學習，要求學生能夠設計常用的軸類零件和箱體類零件，并能夠合理的選擇卡具和加

4、工設備，獨立分析工藝，獨立編程及完成其加工。提高實際操作和手工編程能力。同時還要求學生掌握數控機床的組成及其控制原理和方法。為以后的工作和學習打下堅實的基礎。 1.2課程設計目的 1）運用所學的理論知識進行數控系統(tǒng)設計的初步訓練培養(yǎng)綜合設計能力。 2）具備查閱和運用標準、手冊、圖冊登有關及時資料的能力。 3）基本掌握編寫技術文件的能力。 4）掌握數控機床進行機械加工的基本方法，鞏固數控加工編制的相關知識。 5）將理論知識與實際工作相結合，并最終達到獨立從事數控加工程序編制的工作能力。 正 文 1零件數控銑床加工程序編制 1

5、.1 數控加工工藝的基本特點 在編程前都要對所加工的零件進行工藝分析，擬定加工方案，選擇合適的刀具，確定切削用量。在編程中，在普通機床上加工零件時，是用工藝規(guī)程或工藝卡片來規(guī)定每道工序的操作程序，操作者按工藝卡上規(guī)定的步驟加工零件。而在數控機床上加工零件時，要把被加工的全部工藝過程、工藝參數和位移數據編制成程序，用它控制機床加工。數控機床加工工藝與普通機床加工工藝在原則上基本相同，但數控加工的整個過程是自動進行的，因而有自己特點： 1）工序內容具體。在普通機床上加工零件時，工序卡片的內容比較簡單。很多內容，如走刀路線的安排、切削用量的大小等，可由操作員自行決定。而在數控機床上加工零件時，

6、工序卡片上應包括詳細的工步內容和工藝參數等信息，在編制數控加工程序時，每個動作、每個參數都應體現(xiàn)其中，以控制數控機床自動完成數控加工。 2）工序的內容復雜。由于數控機床的運行成本和對操作人員的要求相對較高，在安排數控加工零件時，一般應首先考慮使用普通機床加工困難、使用數控加工能明顯提高效率和質量的復雜零件，如整體葉輪、葉片、模具型腔的加工等；還應考慮在一次裝夾后需加工多個面上的多個加工特征的零件，由于零件復雜、加工特征多，零件的工藝也相應復雜。 3）工序集中。高檔數控機床具有剛性好、精度高、刀庫容量大、切削參數范圍寬、多軸聯(lián)動、多工位加工、多面加工等特點，可以在一次或多次裝夾中對零件進行多

7、種加工，并完成由粗加工到精加工的過程，因此工序非常集中，需要統(tǒng)籌考慮、合理安排。 4）數控加工效率高，加工精度高，勞動強度低，對不同工件適應能力強。 5）數控機械加工程序是數控機床的指令性文件。數控機床受控于程序指令，加工的全過程都是按程序指令自動進行的。數控機械加工程序不僅包括零件的工藝過程，而且還包括了完成工藝過程所必需的工藝參數，如切削用量、進給路線、刀具尺寸編號以及機床的運動過程。 1.2數控加工工藝的主要內容 數控加工工藝主要包括以下方面： 1）選擇適合在數控機床上加工的零件和確定工序內容； 本設計的加工零件及尺寸如圖3-1，該零件適合利用數控銑床進行加工。

8、 圖3-1 零件圖 工序內容包括——平面及凸臺外形輪廓銑削加工。在本設計中，平面和輪廓表面粗糙度要求達到Ra6.3mm，可采用粗銑、精銑方案，可完全保證尺寸、形狀精度和表面粗糙度要求。凸臺外形輪廓由直線和圓弧組成，圓弧半徑分別為15和55。 3）制訂數控工藝路線，如工序劃分、加工順序的安排、基準選擇、與非數控加工工藝的銜接等； 工序路線方案： 工序1 粗銑定位基準面（底面） 工序2 粗、精銑凸臺上表面 工序3 凸臺外輪廓銑削 工序4 終檢 4）數控工序的設計，如工步、

9、刀具選擇、走刀路線確定、測量、切削用量的確定等； 5）調整數控加工工藝程序，如對刀、刀具補償等； 6）處理數控機床上部分工藝指令。 13加工方法的選擇與加工方案的確定 1）加工方法的選擇 加工方法的選擇原則應保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于該零件要求精度的表面屬于平面加工，所以應該經過粗加工、半精加工、精加工逐步得到。粗銑時精度為IT7~IT8，粗糙度Ra=12.5μm,精銑時精度為IT8~IT10，粗糙度Ra=6.3μm，因此該零件首先經過粗銑，在精銑最后光整加工達到表面精度要求。凸臺和其他邊緣沒有特殊要求，因此就進行一次銑削加工。 2）加工方案的選擇

10、 該零件毛坯已加工，留有加工余量，首先要粗銑掉多余的毛坯，再把零件凸臺的輪廓銑削處理，經過粗、精銑削，達到零件表面加工精度與粗糙度加工要求，最后把最上面的凸臺的表面粗、精銑削，達到零件表面加工精度與粗糙度要求。 1.4工序與工步的劃分 在數控機床上加工零件，工序可以比較集中，在一次裝夾中盡可能完成大部分或全部工序。首先應根據零件圖樣，考慮被加工零件是否可以在一臺數控機床上完成整個零件的加工工作，若不能則應決定其中哪一部分在數控機床上加工，哪一部分在其他機床上加工，即對零件的加工工序進行劃分。一般工序劃分有以下幾種方式：工步的劃分工步的劃分主要從加工精度和效率兩方面考慮。在一個工序內往往需

11、要采用不同的刀具和切削用量，對不同的表面進行加工。為了便于分析和描述較復雜的工序，在工序內又細分為工步。 分析該零件，對表面精度有要求，首先應該對整體進行粗加工，粗加工后平面的邊緣有毛刺，因此需要精加工達到各表面的精度要求。按粗、精加工劃分工序： 工序一：粗、精銑底面，作為基準面。 工序二：粗銑凸臺上表面，留加工余量0.5mm。 工序三：粗銑凸臺輪廓，留加工余量0.5mm。。 工序四：精銑凸臺上表面,達到精度要求。 工序五：精銑凸臺輪廓面,達到精度要求。 1.5定位安裝的基本原則 為了提高數控機床效率確定定位基準與夾緊方案時應注意下列三點： 1）力求設計基準、工藝基準和編程計

12、算基準統(tǒng)一。 2）盡量減少裝夾次數，盡可能在一次定位裝夾后，加工出全部待加工表面。 3）避免采用占機人工調整加工方案，以便能充分發(fā)揮出數控機床的效能。 該工件需要經過兩次裝夾，第一次裝夾，已完成底面的銑削，第二次裝夾，完成凸臺輪廓與凸臺上表面的加工。 選擇夾具的基本原則 數控加工的特點對夾具提出了兩點要求：一是要保證夾具的坐標方向要與機床的坐標方向相對固定不變；二是要協(xié)調零件的和機床坐標系的尺寸關系。除此之外，還應該考慮以下幾點： 1）當零件加工批量不大時，應該盡量采用組合夾具、可調式夾具或其它通用夾具，以縮短生產準備時間，節(jié)省生產費用。 2）在成批生產時才考慮使用專用夾具。

13、3）零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短數控機床的停頓時間。 4）夾具上各零部件應該以不妨礙機床對零件各表面的加工。夾具要敞開，其定位夾緊機構的元件不能影響加工中的走刀運行。 該零件主要就是銑削上下表面的凸臺外形輪廓，考慮經濟等因素選用通用夾具。通過查《機械加工手冊》選用通用夾具中型號為SMDV-100虎鉗夾具，如圖3-2所示。為防止工件下落，還要用墊塊支撐，選用型號為PB-SC平行墊塊做支撐。 圖3-2 虎鉗 1.6刀具的選擇與切削用量的確定 1）刀具的選擇 刀具的選擇是數控加工中重要的工藝內容之一，它不僅影響機床的加工效率

14、，而且直接影響加工質量。編程時，選擇刀具通常需要考慮機床的加工能力、工序內容、工具材料等因素。 與傳統(tǒng)的加工方法相比，數控加工對刀具的要求更高，它不僅要求精度高、剛度高、耐用度高，而且要求尺寸穩(wěn)定，安裝調整方便。這就要求采用新型優(yōu)質材料制造數控加工刀具，并優(yōu)選刀具參數。選擇刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應。生產中，平面零件周邊輪廓的加工，常選用立銑刀，銑削平面時應選硬質合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀，對一些主體型面和斜角輪廓形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形刀、錐形刀和盤形刀。曲面加工常采用球頭銑刀，但加工曲面較低平坦部位時，刀具以球頭頂端刃切削

15、，切削條件較差，因而采用環(huán)形銑刀。 查《機械加工工具》手冊，所選的刀具及刀柄如下圖： 圖3-3 高速鋼平頭型立銑刀 圖3-4 硬質合金平頭型立銑刀 圖3-5 銑刀刀柄 加工該零件，所選刀具參數如下： (1)粗銑底面：1號刀，用Φ90平面端銑刀，型號為：EM4S。 (2)精銑底面：2號刀，用Φ80平面端銑刀，型號為：EM4S。 (3)粗銑凸臺底側平面，3號刀，用Φ20立銑刀，型號為：EM4S。 (4)精銑凸臺底側平面，4號刀，用Φ10立銑刀，型號為：EM4S。 (5

16、)粗銑凸臺外輪廓：5號刀，Φ10立銑刀，型號為：EM4S。 (6)精銑凸臺外輪廓：6號刀，Φ10立銑刀，型號為：EM4S。 (7)粗銑凸臺上表面：7號刀，Φ40立銑刀，型號為：EM4S。 (8)精銑凸臺上表面：8號刀，Φ40立銑刀，型號為：EM4S。 2）切削用量的確定 切削用量包括主軸轉速（切削速度）、切削深度或寬度、進給速度（進給量）等。切削用量的大小對切削力、切削效率、刀具磨損、加工質量和加工成本均有顯著影響。對于不同的加工方法，需選擇不同的切削用量，并編入程序單中。 合理選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產率為主，但也考慮經濟性和加工成本；半精加工或精加工時，應在

17、保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊，并結合經驗而定。該零件在銑削平面、外輪廓面時，留0.5mm精加工余量，其次一刀完成粗銑。 主軸轉速和進給速度確定的基本原則為粗加工時主軸轉速和切削速度慢一些，進給速度快一些，精加工時主軸轉速和切削速度快一些，進給速度慢一些。 主軸轉速還要根據允許的切削速度來確定： 式中：v-切削速度（mm/min） d-刀具直徑（mm） n-主軸轉速。 刀具材料選擇碳素工具鋼，主軸轉速及進給速度如下圖查的：

18、 圖3-6 主軸轉速及進給速度 1號刀主軸轉速為320r/min,進給速度為200mm/min。 2號刀主軸轉速為500r/min,進給速度為230mm/min。 3號刀主軸轉速為740r/min,進給速度為220mm/min。 4號刀主軸轉速為1490r/min,進給速度為100mm/min。 5號刀主軸轉速為500r/min,進給速度為100mm/min。 6號刀主軸轉速為500r/min,進給速度為100mm/min。 7號刀主軸轉速為500r/min,進給速度為100mm/min。 8號刀主軸轉速為500r/min,進給速度為100mm/min

19、。 1.7對刀點的確定 1）確定編程原點 銑床上編程坐標原點的位置是任意的，他是編程人員在編制程序時根據零件的特點來選定的，為了編程方便，一般要根據工件形狀和標準尺寸的基準以及計算方便的原則來確定工件上某一點為坐標原點，具體選擇應注意以下幾點： （1）編程原點應選在零件圖的尺寸基準上，這樣便于坐標的計算，并減少計算錯誤。 （2）編程坐標原點應盡量選在精度較高的精度表面，以提高被加工零件的加工精度。 （3）對稱零件，編程坐標點應設在對稱中心上，不對稱零件，編程原點應設在外輪廓的某一角上。 （4）Z軸方向原點一般設在工件表面。 為方便計算，并結合加工零件實際情況，本工件坐標系原點選

20、擇在工件左前底邊角上，如圖3-7所示的O點。 圖3-7工件坐標系原點 2）對刀點的確定 在編制加工程序時，要正確地選擇“對刀點”或“換刀點”的位置。 “對刀點”就是在數控機床上加工零件時，刀具相對于工件運動的起點。由于程序段從該點開始執(zhí)行。對刀點方便找出編程原點，便于加工，換刀點即為切換刀具的位置，與工件的距離保證刀具碰不到工件?？梢赃x擇機床參考點也可以選擇離工件有一定距離，但z軸必須抬高到一定高度。該零件選擇對刀點為圖3-8中的M點，該點在工件坐標系中的坐標為（-10，-10，10）。 圖3-8對刀點 1.8加工路線的確定 在數控加工中，刀具相對于工件的運動軌跡和方向稱

21、為加工路線。即刀具從對刀點開始運動起，直至結束加工程序所經過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程。 編程時，加工路線的確定原則主要有以下幾點： (1) 加工路線應保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高、尋求最短加工路線。選擇正確最短的加下路線可節(jié)省定位時間，提高了加工效率，可減少程序段，減少空刀時間。 (2)最終輪廓一次走刀完成。為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求，最終輪廓應安排在最后一次走刀中連續(xù)加工出來。 (3)選擇切入切出方向?？紤]刀具的進、退刀(切人、切出)路線時，刀具的切出或切入點應在沿零件輪廓的切線上，以保證工件輪廓光滑；應避免在工件輪廓面上垂直上

22、、下刀而劃傷工件表面；盡量減少在輪廓加工切削過程中的暫停切削力突然變化造成彈性變形)，以免留下刀痕。 (4)選擇使工件在加工后變形小的路線。對橫截面積小的細長零件或薄板零件應采用分幾次走刀加工到最后尺寸或對稱去除余量法安排走刀路線。安排工步時，應先安排對工件剛性破壞較小的工步。走刀路線為： M→A→B→C→D→E→F→G→A→M 加工路徑為從起刀點M開始快速移動到點A，加工直線AB、順圓弧BC、直線CD，逆圓弧DE、直線EF、直線FG、直線GA，在快速移動到起刀點M。刀具軌跡如圖3-9所示： 圖3-9刀具路線圖 根據計算與畫圖，各點在工

23、件坐標系中對應的坐標值如表3-1所示： 表3-1 各點坐標值 點 坐標值 M -10,-10 A 10,5 B 80,5 C 95,20 D 95,51.6 E 50,75 F 41.5,75 G 10,30 2數控機床的選擇 數控銑床XKA5032A 圖4-1 XKA5032A數控銑床 表4-1機床參數 項 目 單 位 XA5032 工作臺 工作面積 寬*長 mm 320*1320 承載重量 kg 500 行程 X向（勞動臺縱向）手動/機動 mm 780

24、 Y向（滑座橫向）手動/機動 mm 300 Z向（起落臺垂向）手動/機動 mm 3800 主軸 轉速 r/min 30-1500 錐孔 ISO 7：24 No.50 主軸端面至勞動臺隔斷最小/最大 mm 50-550 主軸中央線至床身筆直導軌面隔斷 mm 進給 切削進給速率 mm/min 快速移動進給速率 mm/min 電動機 主軸電機功率 KW 7.5 進給電機功率 KW 其他 機床外形尺寸（長*寬*高） mm 192920552216 機床凈重（約） kg 精度 定位精度 mm/min 0.01

25、5 重定位精度 mm/min 0.005 3程編中工藝指令的處理 在數控機床上加工零件的動作都必須在程序中用指令方式事先予以規(guī)定，在加工中由機床自動實現(xiàn)。我們稱這類指令為工藝指令。這類指令有國際標準，即準備功能指令G輔助功能指令M兩大類。在編制加工程序時，必須按程編手冊正確選用和處理。激光該零件用到的指令如下： G90——絕對尺寸 G92——設置起刀點坐標 G40——取消刀具半徑補償 G41——刀具半徑右補償 M03——主軸順時針方向旋轉 M30——程序結束 M05——主軸停轉 G00——快速進給 G01——直線插補 G02——順時針圓弧插補 G03—

26、—逆時針圓弧插補 4編制零件數控銑床加工工藝過程卡 表6-1數控銑床加工工序卡 零件名稱 沖壓模 數量 1 2015年 12月 26日 工序 名稱 工藝要求 工作者 日期 1 下料 留有加工余量的毛坯料 2 數控銑 工步 工步內容 刀具號 1 底面去除多余毛坯 T01 2 精銑底面 T02 2 粗銑削凸臺表面 T03 3 精銑凸臺表面 T04 4 粗銑凸臺輪廓 T05 6 精銑凸臺輪廓 T06 7 粗銑凸臺上表面 T07 8 精銑凸臺上表面

27、T08 4 檢驗 游標卡尺 材料 鑄鐵 備注： XKA5032A 規(guī)格數量 1 產品型號 零件號 程序編號 制表 工步號 T碼 刀具型號 刀柄型號 刀具 補償地址 備注 直徑（mm） 長度 1 T01 EM4S BT50-ASC25 Φ90 125 H01 D01 長度補償 半徑補償 2 T02 EM4S BT40-ASC32 Φ80 92 H02 D02 長度補償 半徑補償 3 T03 EM4S BT40-ASC25 Φ20 83 H0

28、3 D03 長度補償 半徑補償 4 T04 EM4S BT30-ASC25 Φ10 57 H04 D04 長度補償 半徑補償 5 T05 EM4S BT40-ASC25 Φ10 83 H05 D05 長度補償 半徑補償 6 T06 EM4S BT40-ASC25 Φ10 83 H06 D06 長度補償 半徑補償 7 T07 EM4S BT40-ASC25 Φ40 83 H07 D07 長度補償 半徑補償 8 T08 EM4S BT40-ASC25 Φ40 83 H08 D08 長度補償 半

29、徑補償 表6-2數控銑床加工刀具卡 5編制數控加工程序 O1000 N010 G90 G92 X-10.0 Y-10.0 Z10.0//; N020 S500 M03 T05; N030 G17 G00 G42 X10.0 Y5.0 D06; N040 G01 X80.0 F100.0; N050 G02 X95.0 Y20.0 R15.0 F50.0； N060 G01 Y51.62; N070 G03 X50.0 Y75.0 R55.0 F50.0; N080 G01 X41.5 F100; N090 G01 X10.0

30、Y30.0; N100G01 Y5.0; N110 G00 G40 X-10.0 Y-10.0; N120 M30; N130 M05; 以工件底面左左前角O為工件坐標系原點，M起刀點距原點X-10,Y-10 啟動主軸，正轉 建立刀具右補償，刀具偏置寄存器號D06 加工直線AB 加工半徑為15的順圓弧BC 加工直線 CD 加工半徑為55的逆圓弧DE 加工直線 EF 加工直線FG 加工直線GA 取消刀具半徑補償，退回到起刀點 程序結束 主軸停轉 精銑凸臺輪廓軌跡加工程序如下： 23 參考文獻 [1]余夢生,吳宗澤.機械零部

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