1、测试块的数控加工工艺与编程- 1 -摘要数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备,是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密加工精度高,质量容易保证,发展前景十分广阔,掌握数控机床的加工编程技术尤为重要。数控机床是集机、电、液、微机和自动控制及测试技术为一身的机电一体化的典型设备。本文对现代制造技术数控加工进行了阐述，内容包括刀具及零件材料、数控加工工艺、编程，根据零件图的要求制定出加工方案，以及确定零件的加工顺序，各个工序所用的刀具，以及到最后加工出零件的实体，通过这些流程将所学的专业理论知识和实践结合起来。关键词：数控机床, 加工顺序,加工编程江苏信息职业技术学院毕业设
2、计报告- 2 -第一章 序言20 世纪 40 年代末，美国开始研究数控机床，1952 年，美国麻省理工学院（MIT）伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床，并于 1957 年投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。我国从 1958 年开始由北京机床研究所和清华大学等单位首先研制数控机床，并试制成功第一台电子管数控机床。与此同时，还开展了数控铣床加工平面零件自动编程的研究。1972-1979 年是数控机床的生产和使用阶段，例如清华大学成功研制了集成电路数控系统；在车、铣
3、、镗、磨、齿轮加工、电加工等领域开始研究和应用数控技术；数控加工中心机床研制成功；数控升降台铣床和数控齿轮加工机床开始小批生产供应市场。从数控机床的技术水平看，高精度、高速度、高柔性、多功能和高自动化是数控机床的重要发展趋势。毒单台主机不仅要求提高起柔性和自动化程度，还要求具有更高层次的柔性制造系统和计算机集成系统适应能力。我国国产数控设备的主轴转速已达 1000040000r/min，进给速度达到 3060m/min，换刀时间t2.0s，表面粗造度 Ra0.008um。如今数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现
4、一台或多台机械设备动作控制的技术。本课题主要内容包括数控车床的结构特点和加工对象，夹具、刀具的选择及对产品工艺分析和程序编写。通过查阅相关的参考资料，根据零件的结构、材料，进行零件的加工工艺分析，通过手工编程或自动编程方式，完成零件的数控加工。并采用 UG 软件仿真了零件的加工。测试块的数控加工工艺与编程- 3 -第二章 数控机床的特性2.1 数控车床的结构特点与传统车床相比，数控机床是一种机电一体化的高效自动机床，它具有以下结构特点：1、由于数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电动机驱动，所以它的传动链短，不必使用挂轮、光杠等传动部件，用伺服电动机直接与丝杠联结带动刀架运动。伺服电动机丝
5、杠间也可以用步皮带副或齿轮副联结。2、多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，按控制指令作无级变速，主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速。为扩大变速范围，现在一般还要通过一级齿轮副，以实现分段无级调速，即使这样，床头箱内的结构已比传统车床简单得多。数控车床的另一个结构特点是刚度大，这是为了与控制系统的高精度控制相匹配，以便适应高精度的加工。3、轻拖动。刀架移动一般采用滚珠丝杠副，它是数控车床的关键机械部件之一，滚珠丝杠副两端安装的滚动轴承是专用轴承，它的压力角比常用的向心推力球轴承要大得多。4、润滑比较充分，大都采用油雾自动润滑。5、数控车床一般配有自动排屑装置。6、数控车床还具有
6、加工冷却充分、防护教严密等特点，自动运转时一般都处于全封闭或半封闭的状态。7、数控车床的滑动导轨要求耐磨性好。数控车床一般采用镶刚导轨，这样机床精度保持的时间会比较长，其使用寿命也可延长许多。2.2 数控车床的加工特点与普通车床相比，加工特点有所不同，具体表现在以下几方面。1、适应性强适用于多品种小批量零件的加工。 由于数控车床能加工不同形状的零件，只要重新编制或修改加工程序，就可以迅速达到加工新零件的要求，省去了调整机床的时间，从而大大缩短技术准备时间。因此适用于多品种、单件或小批量加工。2、加工精度高，加工质量稳定数控车床的加工过程能够避免人为误差或失误，另外，由于数控车床本身的重复定位精
7、度高，在加工同一批零件时，能保证加工零件的一致性，并有稳定的质量。3、具有较高的生产效率和较低的加工成本应用数控车床，可降低加工成本，同时减少普通车床的类型和台数，有效节省设备投资，有利于工厂更好的发展再生产。江苏信息职业技术学院毕业设计报告- 4 -4、改善劳动条件，减轻操作者的劳动强度虽然数控机床分摊到每个零件上的设备费（包括折旧费、维修费、动力消耗费等）较高，但生产效率高，单件、小批量生产是节省辅助时间（如画线。机床调整、加工检验等） ，节省直接生产费用。数控机床加工精度稳定，减少废品率，使生产成本进一步降低。2.3 数控车床的主要加工对象1、精度要求高的零件由于数控车床的刚性好，制造和
8、对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿甚至自动补偿，所以它能够加工尺寸精度要求高的零件。数控车床具有恒线速度切削功能，所以它也能加工出粗糙度值小而均匀的零件，而且还适合车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。2、轮廓形状复杂的零件数控车床具有圆弧插补功能，可以直接使用圆弧指令来加工圆弧轮廓。如果说车削圆柱零件和圆锥零件既可选用传统车床也可选用数控车床，那么车削复杂转体零件就只能使用数控车床。3、带一些特殊类型螺纹的零件数控车床不但能加工任何等节距直、锥面，公、英制和端面螺纹，而且能加工增节距、减节距，以及要求等节距、变节距之间平滑过度的螺纹。 数控车床车削螺纹不必像普通车床那样交替变换主轴转向
9、，可以连续的车削，还可以使用较高的转速，所以车削螺纹的效率高，车出的螺纹精度高、表面粗糙度小。4、超精密、超底表面粗糙度的零件如磁盘、录象机磁头、复印机的回转鼓以及隐形眼镜等要求超高的轮廓精度，它们适合在高精度、高功能的数控车床上加工。 2.4 数控车削加工的主要内容数控车削加工可分为粗加工、半精加工和精加工。根据数车的工艺特点，数控车削加工内容主要如下1、车削外圆车削外圆是最常见、最基本的车削方法，下面是几种不同的车刀车削中小型零件外圆的方法 45 车刀车削外圆；90正偏刀车削外圆；反偏刀车削外圆；加工工件内部的外圆柱面；加工外沟槽2、车削内孔车削内孔是指用车削方法扩大零件的孔或加工空心件的
10、内表面，也是常用的车削加工方法之一。常见的车削内孔方法一般有 车削通孔；车削盲孔；车削台阶孔；车削内沟槽3、车削端面车削端面包括台阶端面的车削，常见的车削端面方法一般有45车刀车削测试块的数控加工工艺与编程- 5 -端面；左偏刀车削端面（由外向中心进刀） ；左偏刀车削端面（由中心向外进刀） ；右偏刀车削端面4、车削螺纹车削螺纹式数车的特点之一，螺纹的车削可以通过单刀切削的方式进行，也可以进行循环切削。2.5 西门子系统数控机床1、操作步骤：开机 接通 CNC 和机床电源，系统启动后进入“加工”区，出现“手动REE”窗口。回参考点 机床每次开机后都必须执行回参考点设置。数车对刀 X 轴和 Z 轴
11、方向对刀。 MDA 运行方式 在 MDA 运行方式下编辑一个程序加以执行。自动方式运行 在自动运行方式下，零件的程序可以自动加工执行。选择和启动零件程序 2、西门子数控系统主要功能:数控系统控制面板 5.7 英寸液晶显示器；显示语言，简体中文； 机床数据和用户数据闪存备份 128 KB ； 英制/公制编程 轮廓编程；倒角/圆角过渡功能； 操作方式 自动方式；DNC 方式；MDA 方式；JOG 方式；示教方式；显示 8 种带图形支持；程序错误显示；自诊断功能；报警显示；编程标准和操作功能 DIN66025 编程标准；带中文注释的车削工艺循环；直线插补、圆弧插补、三点圆弧插补；带图形支持轮廓编程；
12、参数化编程；集成 PLC 应用程序 3、机床的主要规格与参数(见表 2.1)江苏信息职业技术学院毕业设计报告- 6 -表 2.1 机床的主要规格与参数项 目 6132/6140 项 目 6132/6140 工件最大回转直径 320/400mm Z 轴定位精度 0.02 mm 工件最大长度 750mm X 轴重复定位精度 0.005 mm 主轴转速范围 100-1600rpm Z 轴重复定位精度 0.01 mm 主轴锥孔 英氏 6 尾座套筒内孔锥度 英氏 4 号 电动刀架 4 工位 主电机功率 34.5kw X 轴快速进给 3000mmmin 冷却泵功率 0.09 kwZ 轴快速进给 6000m
13、mmin 机床净重量 1400KG X 轴定位精度 0.01 mm 机床尺寸（长 x 宽 x 高）189010601460 mm 测试块的数控加工工艺与编程- 7 -第三章 数控加工工艺分析3.1 数控加工工艺的基本特点数控车床加工与普通机床加工在方法与内容上有许多相似之处，只是控制方式上有所不同。工件在数控机床上加工时，加工前，必须由编程人员把全部加工工艺过程、工艺参数和位移数据等编制成数控程序，并将其记录在控制介质上，然后使用它控制机床的加工。由于数控加工的整个过程是自动进行的，因而形成了其独有的工艺特点。1、数控加工工艺的内容十分具体在普通机床上加工时，许多具体的工艺问题如工步的划分、对
14、刀点、换刀点以及进给路线的确定等在很大程度上都是由操作工人根据自己的经验和习惯自行考虑、决定的，而无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定。在数控加工时，上述这些具体的工艺问题不仅成为数控工艺处理时编程人员必须认真考虑的内容，而且还必须正确地选择并编入加工程序中。换言之，本来是由操作工人在加工中灵活掌握并可以通过适时调整来处理的许多工艺问题，在数控加工时就转变成为编程人员必须事先具体设计和具体安排的工作内容。2、数控加工的工艺处理相当严密数控机床虽然自动化程度较高，但自适性较差，它不可能对加工中出现的问题自由地进行人为调整。尽管现代数控机床在自适应调整方面作了不少改进，但自由度还是不够理想。
15、因此，在进行数控加工的工艺处理时，必须注意到加工过程中的每一个细节，考虑要十分严密。3.2 数控加工注意事项数控车床加工工艺与普通车床的加工工艺类似，由于数控车床是一次装夹，连续自动加工完成所有车削工序，因而应注意以下几个方面。1、合理选择刀具 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的要求。 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。2、合理选择夹具 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具； 零件定位基准重合，以减少定位误差。3、合理选择切削用量在生产中，选择切削用量的原则如下：首先选用
16、尽可能大的切削深度，然后选用尽可能大的进给量，最后选择尽可能快的切削速度。在确定具体参数数值时，可以依据已有加工经验或查阅相关加江苏信息职业技术学院毕业设计报告- 8 -工手册。切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。切削速度：刀具切削点处主运动的线速度。 进给量：刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。 切削深度：加工时刀具每次切入工件的深度。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高 20%，刀具寿命会减少 1/2。用户要根据被加工的材料、硬度、切
17、削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。由于任意增大切削三要素中的一个都可以提高加工效率，这似乎说明切削用量选用得越大越好，但是事实并非如此。根据实验测定，当切削用量增加到一定程度后，刀具会加速磨损，这样就会得不偿失。深入分析还发现，分别增加切削用量的三要素对刀具磨损的影响各不相同：切削速度最严重，进给量其次，切削深度最小。4、确定加工路线加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。应能保证加工精度和表面粗糙要求；应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。3.3 分析零件图由图 3.1 可知，该工件材料为 45 钢，无热处理及硬度要求。该零件表面由圆柱、圆锥、逆圆弧
18、及外螺纹等表面组成，且有较高的精度和粗糙度要求，特别是 16 和 26 内圆表面，其精度比较高。该零件的尺寸标注完整、正确，零件轮廓描述清楚测试块的数控加工工艺与编程- 9 -图 3.1 测试块毛坯：40*100，单件生产3.4 制定加工工艺1、确定装夹方案 工件长度较短，可用三爪自定心卡盘直接夹紧工件外圆左端，伸出 46mm，工件零点为工件右端面中心，作为加工测量及编程的基准点。工件一次装夹即可完成所有工序。2、确定加工顺序 根据零件的形状、尺寸精度等因素，按粗加工、精加工分开的原则，先粗加工，再半精加工，最后精加工。并且按照由近及远的原则，进行加工工件。3、确定进给路线 车外圆端面；粗车所
19、有外圆及保留精车余量；精车所有外圆至尺寸；粗车内圆孔；精车内圆孔；江苏信息职业技术学院毕业设计报告- 10 -车 M30*2 的外螺纹；长度 44mm 处切断；3.5 零件的毛坯和材料的选择3.5.1 毛坯的选择原则当选择毛坯时，应主要考虑以下原则：1、零件材料的工艺特性和对内部组织的力学性能要求，即材料是否具有良好的力学性能，制作毛坯是否简单方便，是否能够满足零件工作的需要。2、零件的形状和尺寸。例如，复杂的零件尽量选用铸件。3、生产量。当生产量较大时，应选择加工质量和效率都比较高的毛坯制作方法，例如模锻，这样可以减少材料的消耗，并降低后续加工的复杂程度。3.5.2 零件毛坯的种类1、型材
20、热轧型材尺寸较大、精度较低，多用于一般零件的毛坯；冷轧型材尺寸较小、精度较高，多用于精度要求高的中小型零件。2、焊件件 所谓焊接，就是通过加热、加压的方法，同时借助于金属原子的结合和扩散作用，使分离的金属材料牢固连接起来。焊接件的优点是制造简单，生产周期短，节省材料，减轻重量。从严格意义上讲，焊接不是一种独立的毛坯生产方法，而是用于将锻件或铸件以及型材进行焊接。特别是单件生产大型的重型零件，采用锻焊或铸焊结构可以克服铸造或锻造吨位不足的问题，实现组小拼大。同时，对于结构复杂难以制造的零件，可以将其分解为简单的零件，分别加工完成后再焊接在一起。需要注意的是，焊接后零件会产生较大的应力或变形，这也是焊件的典型缺陷。3、铸件 形状复杂或尺寸较大的毛坯易选用铸造的方法。铸件毛坯有以下特点： 适应性广。铸件基本不受大小、重量和材料的限制，尤其适合制作具有复杂内腔结构（例如箱体、机床床身）的毛坯。 铸件和加工后的零件形状和尺寸相近，加工工序少，切除材料少，设备成本低，投资少。 铸件的力学性能较低，不适合制作承受重载和交变载荷的零件毛坯。同时，由于铸造本身的固有缺点，铸件毛坯缺陷多、废品率高。4、锻件 适用于对强度有一定要求，形状比较简单的零件。锻件毛坯具有以下特点： 锻件内部的金属组织在锻压过程中得到改善，材料中原有缺陷被消除，因此锻件具有较高的力学性能。
