数控编程数控加工工艺分析毕业设计.docx
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数控编程数控加工工艺分析毕业设计
目录
第一章数控加工工艺分析………………………………………1
1.1、零件图…………………………………………………1
1.2、零件结构分析…………………………………………1
1.3、数值计算………………………………………………1
1.4、加工精度要求…………………………………………2
1.5、零件装夹与定位基准选择……………………………2
1.6、加工刀具分析与确定…………………………………3
第二章数控车削加工…………………………………………4
2.1、零件装夹………………………………………………4
2.2、对刀……………………………………………………5
2.3、数控机床坐标系规定和零件原点确定………………6
2.4、数控加工编程技巧……………………………………7
总结……………………………………………………………16
致谢……………………………………………………………17
参考文献…………………………………………………………18
摘要
程序编的好不好就看数控加工的走刀路线,所谓走刀路线即按图纸、工艺单要求,确定加工路线,为保证零件的尺寸和位置的精度,选择适当的加工顺序和装夹方法。
在其确定过程中,要注意遵循先粗后精、先近后远、走刀路线最短等一般性原则,编程中应将工件的余量考虑进去,避免事故发生。
走刀路线非常的重要,只要能更快更好的用最短的加工路线完成所加工的零件,编程多些也不碍事的,但应尽量的减少编程量,能减的地方就减,能用简化编程的都用上。
关键词:
走刀路线、加工顺序、最短。
第一章数控加工工艺分析
1.1、零件图:
图a
1.2、零件结构分析
该零件为单件生产,主要由有圆柱、圆弧、凹槽以及孔等构成的轴类复合体。
整体结构并不算太复杂,加工过程难度并不算太高,但加工精度要求比较高,形位公差都有要求,且公差范围大多在几丝以内,要加工出达标的零件主要的就是把精度做为加工的重点。
1.3、数值计算
生活中,我们对几何信息的认知有多种方法常用的有,数形结合法(解析法)。
如图4(X为直径值):
以端面圆中心点为原点,以此为基础:
A、B两点位于1.5的倒角两端,故A点坐标Z值为0,B点Z值为-1.5:
;同时B、C点同在Φ35圆柱上故X值都为35,所以A点X值为32;由已知数据可得D、C点Z值为-20,同时D点在Φ44圆柱上所以D点X值为44:
综上所述各点坐标为A(32,0)、B(35,-1.5)、C(35,-20)、D(44,-20)。
但有时面对复杂的图形,解析法会带来繁重的数学计算。
AUTOCAD作为一套专业的绘图软件,它强大的信息处理功能为图形中繁杂点的计算带来了可能。
我们在操作界面中绘制图形后就可以打开状态栏中的捕捉、对象捕捉按钮,在绘图区捕捉相关的点。
同时,在状态栏中就可以看到这些点的坐标。
1.4、加工精度要求
加工精度就是对加工零件尺寸的偏差范围要求,精度要求越高加工技术难度越大、成本越高。
实际应用中虽然精度越高性价比越好,但一般会根据实际条件以及成本折中处理。
本零件精度要求参见图a,零件的径向的精度与横向精度要求都做了明确的要求,如现状公差Φ35
、Φ44
、Φ24
,位置公差21
。
要达到要求加工精度,首先我们先粗车毛坯,留有一定的加工余量再精车,其次走刀量和进给速度也极为关键。
同时,为保证加工精度我们还可以在保证尺寸的前提下先把毛坯加工出一个台阶,再夹持这个台阶来加工基准面,从而降低因毛坯形状因素给精度带来的影响,如图b所示。
1.5、定位基准选择
定位基准选择原则
(1)基准重合原则
(2)基准统一原则
(3)便于装夹原则
(4)便于对刀原则
根据定位基准选择原则,避免不重合误差,同时便于编程,以工序的设计基准作为定位基准。
参见图a该零件右端为Φ20mm、Φ24
的圆柱,左端为Φ35
mm,左边的圆柱比右边的台阶长,装夹时不容易出现滑动等现象,零件从左到右直径逐渐增大且不同台阶的角度较大,如果夹持右边加工左边由于离心力的作用容易出现摆动,从而降低加工精度,作为现加工的基准面精度也比较高,更利于保证整体的精度。
综上所述,先以右端毛坏外圆柱加工出零件的左端,再以Φ35
mm的圆柱为定位基准加工零件的左端。
1.6、加工刀具分析与确定
参见图a在该零件的数控车削加工中采用硬质合金Kr=930外圆车刀,副偏角取为600,断屑性较好。
零件靠近圆柱Φ20mm的凹槽部分使用刀口宽度为1.5mm的切槽刀,再选一把镗孔刀车刀,就可以满足加工所需。
数控刀具卡
零件图号
第二组A图
数控刀具卡片
使用设备
FANUC0i—TB
刀具名称
共1页
第1页
道具编号
换刀方式
自动
程序编号
序号
编号(型号)
名称
规格
数量
备注
T01
93°外圆车刀
20*20
1
T02
镗孔车刀
5*5
1
T03
槽刀
刀宽1.5
1
由零件加工的上述工艺分析,和学校的实际条件,确定加工使用的设备、辅具与材料如下:
1)案例加工选择在FANUC0i—TB数控系统的车床上进行;
2)配备零件毛坯1件,毛坯材料为50#钢;毛坯尺寸Φ50mm×98mm;
3)刀具配备:
中心钻(B=2.0mm)1支;
Φ12钻头1支;
外圆车刀(正刀、主偏角Kr=930)1把;
切槽车刀(刀刃宽B=1.5mm)1把;
镗孔刀1把(最小镗孔直径Φ10);
第二章数控车削加工
2.1零件装夹
数控装夹的夹具主要由两大要求:
一、夹具应该具有足够的刚度的精度;二、夹具要有可靠的定位基准。
本设计零件长度相对较短,直径也不太大,可以选用三爪卡盘自动定心装夹,不需要尾座及顶针。
零件夹持步骤:
一、用卡盘钥匙松开爪牙使之张开到一定位置加工零件既能轻松放进去,余量适当即可;二、用钥匙轻轻锁紧零件至三爪都均匀接触零件时用手握住毛坯轻轻旋转一周,确保卡盘的中心线和零件的圆心线重合。
三、用均匀的力慢慢将零件锁紧,也可以用加力杆套在钥匙上一起使用,既省力又可以保证加紧,如果没夹紧当卡盘高速运转时由于离心力的作用将零件甩出伤人,但也要注意不要用力过大,否则容易夹坏以加工好的部位。
四、零件装夹无误后,低速启动主轴转速,大约200转每分钟,观察零件在转的过程中有无摆动及其它不正常运动,如没有即可正式加工,如有异常取下重新装夹。
第一次装夹时夹持毛坯Φ50右端部位至68mm处,伸出长度为30mm,自动平端面,加工零件的左端台阶以及锥孔,具体装夹部位如图1所示。
第二次装夹先松开三爪卡盘,卸下毛坯调头夹持毛坯左端圆柱Φ35至20mm处,伸出长度为78mm,加工毛坯右端部分,如图2所示。
2.2、对刀
数控车床可用对刀仪或试切等方式进行对刀。
还要确定刀具的刀位点在工件坐标系中的位置。
即常说的对刀问题。
数控机床上,目前,常用的对刀方法为手动试切对刀。
数控车床对刀方法基本相同,首先将工件在三爪卡盘上装夹好之后,用手动方法操作机床,具体步骤如下:
1)回参考点的目 我们都知道开启机床之后首先第一件事就是回参考点,回参考点的目的是建立工件坐标系,也就是让机床知道你的工件装在机床的什么坐标位置上,这样,机床才能按照编定的程序进行切削加工!
回参考点时要注意机床主轴的运动轨迹和工件之间是否有干涉,也就是不能使主轴和工件有相互碰撞的可能。
2)回参考点的操作步骤 检查操作面板上回原点指示灯是否亮,若指示灯亮,则已进入回原点模式;若指示灯不亮,则点击“回原点”按钮,转入回原点模式。
再在回原点模式下,先将X轴回原点,点击操作面板上的“X轴选择”按钮,使X轴方向移动指示灯变亮,点击“正方向移动”按钮,此时X轴将回原点,X轴回原点灯变亮,同样,再点击“Z轴选择”按钮,使指示灯变亮,点击,Z轴将回原点,Z轴回原点灯变亮,这样就完成回零的操作了。
3)试切对刀先用已选好的刀具将工件外圆表面车一刀,如图3所示。
保持X向尺寸不变,Z向退刀,然后,停止主轴,测量工件外圆直径D,根据不同的数控系统输入刀具的X向刀具长度补偿。
再将工件端面车一刀,z向尺寸不变,X向退刀,
根据不同的数控系统输入刀具的z向刀具长度补偿。
4)建立工件坐标系程序运行时刀具添加相应对刀时的补偿值,刀具即处于编程的坐标系,工件坐标系即建立。
2.3、数控机床坐标系规定和零件原点确定
数控坐标系是以刀具相对静止工件运动为原则。
数控机床坐标系采用的是右手笛卡尔直角坐标系,其基本坐标轴为X、Y、Z直角坐标,如下图所示,规定了X、Y、Z三个直角坐标轴的方向,这个坐标系的各个坐标轴与机床的主要导轨相平行。
根据右手螺旋法则,我们可以确定出A、B、C三个旋转坐标的方向。
z轴坐标的确定:
(1)与主轴轴线平行的标准坐标轴即为Z坐标.
(2)若无主轴则Z坐标垂直于工件装夹面。
(3)若有几个主轴,可选一个垂直于装夹面的轴作为主轴并确定为Z坐标。
Z轴的正方向-----增加刀具和工件之间距离的方向。
X轴坐标的确定:
(1)没有回转刀具或工件的机床上,X轴平行于主要切削方向且以该方向为正方向。
(2)在回转工件的机床上,X方向是径向的且平行于横向滑座,正方向为刀具离开工件回转中心的方向。
(3)在回转刀具的机床上:
若Z坐标水平,由刀具主轴向工件看,X坐标正方向指向右方;若Z坐标垂直,由刀具主轴向立柱看,X坐标正向指向右方。
Y轴坐标方向由右手笛卡尔坐标确定。
工件原点即工件坐标原点,也称程序原点或编程原点,它是编程时定义在工件上的几何基准点。
工件原点要根据编程计算方便、机床调整方便、对刀方便以及零件的特点来确定。
一般应选择在零件的设计基准、工艺基准、精度要求较高的工作表面上;对于几何元素对称的零件,工件原点应该设在零件的对称中心上,如图1所示。
编程时,以零件图上所选择的某一点为原点建立工件坐标系,编程尺寸均按工件坐标系中的尺寸给定,按工件坐标系进行编程。
加工时,为了使刀具在工件上按编程轨迹运动,必须使工件原点和机床原点重合,我们可以通过对刀这一过程实现两点的重合。
2.4、数控加工编程技巧
数控加工可获得精度高、质量得定的产品,因而在机械制造领城得到了越来越广泛的应角,数控编程是应用数控机床进行零件加工的前提,因而如何合理地编制数控程序成为数控加工的关健。
数控车床虽然加工柔性比普通车床优越,但单就某一种零件的生产效率而言,与普通车床还存在一定的差距。
因此,提高数控车床的效率便成为关键,而合理运用编程技巧,编制高效率的加工程序,对提高机床效率往往具有意想不到的效果。
我学院实习工厂现有的是FANUC0i—TB系统数控车床,我比较了解和有实际操作经验的也就是系统,就拿FANUC0i—TB系统为例总结一些老师教我们的技巧
现在浅谈数控车削编程技巧摘要:
要充分发挥数控车床的作用,关键是程序的编制,理想得数控程序不仅应该保证加工出符合图样要求的合格工件,还应该是数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥,以使机床能够安全、可靠、高效的工作。
根据不同的零件的特点和精度要求,编制合理、高效的加工程序。
2.4.1常用的数控编程方法有手工编程和自动编程两种。
1)手工编程手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序、输入程序到程序检验等各步骤主要由人工手动完成的编程过程。
它适用于几何形状不太复杂的零件的加工,以及计算较简单、程序段不多、出错几率比较小、编程易于实现的场合等。
对于几何形状复杂的零件,编制程序量很大的零件,用手工编程难以完成,因此要考虑采用自动编程。
手工编程又可以根据运动的参考点不同分为绝对坐标编程和增量坐标编程。
1.绝对坐标编程
在坐标系中所有点的坐标,都是以某一固定点为坐标原点给出的,即以固定的坐标原点为起点,计算各点的坐标值,这种坐标系称为绝对坐标系。
利用绝对坐标系确定刀具运动轨迹坐标的编程方法称为绝对坐标编程。
绝对坐标值与刀具的运动方向无关,它是由运动轨迹终点在坐标系中的位置确定的。
如图4刀具从A点运动到D点程序段可表示为:
O0011
N10G00X100Z30M03S600
N20X51Z1
N30G01X32F0.3
N40Z0
N50X35Z-1.5
N60Z-20
N70X44
N80Z-25
2、增量坐标编程
在坐标系中,刀具运动轨迹的坐标值是以前一个位置为零点计算的,这样的坐标系称为增量坐标系,又称为相对坐标系。
利用增量坐标系确定刀具运动轨迹坐标值的编程方法,称为增量坐标编程。
增量坐标值与刀具的运动方向有关,当刀具运动的方向与机床坐标系正方向相同时为正,反之为负。
如图4刀具从A点运动到D点程序段可表示为:
O0012
N10G00X100Z30M03S600
N20X51Z1
N30G01U-16F0.3
N40W-1
N50U3W-1.5
N60W-18.5
N70U9
N80W-5
在实际编程过程中,我们手工编程并不局限于使用某一种编程方式,而是根据程序的具体情况采用最合理的编程方式。
对于一些相对原点坐标明确的点就可以直接采用绝对坐标编程,对于一些相对于原点比较难于计算而相对于上一点坐标的位移比较明确的点就可以采用增量坐标编程。
往往这些情况会在同一个程序段中交替出现,无论才用那一种都相对较复杂时,我们可以在同一程序段中同时采用两种编程方式,这时二者的区别至为关键,不可混淆。
如:
绝对坐标编程点用X、Y、Z,增量坐标编程点用U、V、W_。
合理的编程方式可以减小我们对数据的计算量,从而提高编程效率。
2)自动编程自动编程分为两种:
APT软件编程和CAM软件编程。
APT软件是利用计算机和相应的处理程序、后置处理程序对零件源程序进行处理,以得到加工程序的编程方法。
在具体编程过程中,除拟定工艺方案仍主要依靠人工进行外(有些自动编程系统能自动确定最佳的加工工艺参数),其余的工作,包括数值计算、编写程序单、制作控制介质、程序检验等各项工作均由计算机自动完成。
编程人员只需要根据图样的要求,使用数控语言编写出零件加工源程序,送入计算机,由计算机自动地进行数值计算、后置处理,编写出零件加工程序单,并在屏幕上模拟显示加工过程,及时修改,直至自动穿出数控加工纸带,或将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床,指挥机床工作。
CAM软件是将加工零件以图形形式输入计算机,由计算机自动进行数值计算、前置处理,在屏幕上形成加工轨迹,及时修改,再通过后置处理形成加工程序输入数控机床进行加工。
自动编程的出现使得一些计算繁琐、手工编写困难、或手工无法编写出的程序都能够实现。
本设计加工零件结构和尺寸,都由一些简单的几何体组成,没有什么特殊结构,数值不大且为整数,各点的坐标明确,手工编制程序也比较的容易,且条件容易满足,综上所述以及现有条件本设计采用手工编程来完成加工任务。
2.4.2、合理确定走刀路线,并使其最短以提高效率。
确定走刀路线的工作是加工程序编制的重点,进给路线是刀具在整个加工工序中的运动轨迹,即刀具从对刀点开始进给运动起,直到结束加工程序后退刀返回该
点及所经过的路径,是编写程序的重要依据之一。
合理地选择进给路线对于数控加工是很重要的。
应考虑以下几个方面:
1)巧用起刀点。
如在循环加工中,根据工件的实际加工情况,将起刀点与对刀点分离,在确保安全和满足换刀需要的前提条件下,使起刀点尽量靠近工件,减少空走刀行程,缩短进给路线,节省在加工过程中的执行时间,如图5所示。
2)粗加工或半精加工时,毛坯余量较大,应采用合适的循环加工方式,在兼顾被加工零件的刚性及加工工艺性等要求下,采取最短的切削进给路线,减少空行程时间,提高生产效率,降低刀具磨损
程序编的好不好就看数控加工的走刀路线,所谓走刀路线即按图纸、工艺单要求,确定加工路线,为保证零件的尺寸和位置的精度,选择适当的加工顺序和装夹方法。
在其确定过程中,要注意遵循先粗后精、先近后远、走刀路线最短等一般性原则,编程中应将工件的余量考虑进去,避免事故发生。
走刀路线非常的重要,只要能更快更好的用最短的加工路线完成所加工的零件,编程多些也不碍事的,但应尽量的减少编程量,能减的地方就减,能用简化编程的都用上。
尽量缩短进给路线,减少空走刀行程,提高生产效率。
由于精加工切削程序走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的,因此主要内容是确定粗加工及空行程的走刀路线。
图6、图7简要的描述了本设计零件的走刀路线。
2.4.3、准确掌握各种切削指令的加工特点及其对工件加工精度所产生的影响,并进行合理选用。
在FANUC0i—TB数控系统中,数控车床有很多种切削加工指令,每一种指令都有各自的加工特点,工件加工后的加工精度也有所不同,各自的编程方法也不同,我们在选择的时候要仔细分析,合理选用,争取加工出精度高的零件。
如凹槽的加工就有两种加工指令:
G04单一指令割槽和G94复合指令割槽。
由于切削刀具进刀方式的不同,使这两种加工方法有所区别,各自的编程方法也不同,造成加工误差也不同工件加工后槽的加工精度也有所不同。
G04割槽时必须与G01指令一起使用,单一使用没有实际意义,也割不了槽,对于比较深的槽,一次迟到深度不能太深,用G04指令不能一次切割到位,而且G04指令割槽相临两刀不受影响,容易出现相交之处有刀口印,从而影响整个槽的表面精度。
G94克服了G04在割槽方面的缺陷,割槽过程中当加工一定深度时就自动停顿一段时间从而消除一次吃到过深的影响,同时多刀加工同一个槽时,下一刀加工完成退刀时会移动到第一刀加工的位置再退回,从而保证同一槽表面精度。
所以一般情况单纯割槽时几乎都采用G94,对于本设计零件我选用的也是G94指令割槽。
不同的切削指令,决定程序的多少。
合理的使用循环切削指令不尽可以缩短程序段,同时也可以减小因为繁杂的程序段带来的错误,一般情况下都优先选用循环指令来提高实际工作效率,减小成本的投入。
2.4.4、合理选择切削用量
数控车削中的切削用量是表示机床主体的主运动和进给运动大小的重要参数,包括切削深度、主轴转速、进给速度。
1、背吃刀量的选择:
轮廓粗车循环时选ap≥3mm,精车ap≈1~0.05㎜;车槽粗车循环时选ap=2㎜。
2、主轴转速的选择:
车直径时,查表选粗车切削速度vc=90m/min精车切削速度vc=130m/min。
然后利用公式vc=πdn/1000技术主轴转速n(粗车直径D=50㎜,精车工件直径取平均值);粗车n=570r/min,精车n=1200r/min。
车槽时,参照式计算主轴转速n=400r/min。
3、进给速度的选择查表选择粗车、精车每转进给量,再根据加工的实际情况确定粗车每转进给量为0.3㎜/r,精车每转进给量为0.1㎜/r,最后根据公式Vf=nf计算粗车、精车进给速度分别为231m/min和210m/min。
它们的选择与普车所要求的基本对应一致,但数控车床加工的零件往往较复杂,切削用量按一定的原则初定后,还应结合零件实际加工情况随时进行调整,调整方法是利用数控车床的操作面板上各种倍率开关,随时进行调整,本设计在数据计算的基础上联系实际加工经验对数据做了小的调整。
本次设计的编程总原则是先粗后精、先进后远、程序段最少、走刀路线最短,这就要求我们在编程时,特别注意理论联系实际,并在大量的实践中,对所学的知识进行验证或修正,做到编制的程序最实用。
本文总结的一些具体结论仅适用于FANUC0i—TB数控车床,但是它表现的编程思想具有普遍意义。
要编制合理高效的加工程序,必须要熟悉所使用机床的程序语言并能加以灵活运用,了解机床的主参数,深入分析零件的结构特点、材料特性及加工工艺等。
综上所述以及根据本文零件的结构特性,既可以选用计算机进行自动编程,也可选择手工编程方式编程,下面我来介绍一种手工编程;
参考程序:
O0001
N10T0101(外圆车刀)
N20G00X100Z30M03S600(换刀点)
N30X51Z1(循环起点)
N40G73U17W1R5(粗车循环)
N50G73P60Q115U0.3W0.1F0.3
N60G01X32F0.1
N70Z0
N80X35Z-1.5(倒角1.5X45°)
N90Z-20(粗车圆柱Φ35)
N100X44
N110Z-25(粗车圆柱Φ44)
N115X51
N120G00X100Z30
N130M00(程序暂停检查尺寸)
N140T0101
N150X51Z1M03S1200
N160G70P60Q115(精车循环)
N170G00X100Z30
N180M00(程序暂停手动打孔Φ12mm深10mm)
N190T0100
N200T0202(镗孔刀)
N210G00X100Z30M03S700
N220X10Z1
N230G71U1.5R1(粗车镗孔循环)
N240G71P250Q276U-0.3W0.1F0.3
N250G01X18F0.1
N260Z0
N270X14Z-8
N275X13
N276G00X13Z1
N280X100Z30
N290M00
N300T0202
N310G00X10Z1M03S1400
N320G70P250Q276(精车镗孔循环)
N330G00X100Z30
N340M05(主轴停止)
N350M30(程序结束)
O0002
N10T0101
N20G00X100Z30M03S600
N30X51Z1
N40G73U10W1R10
N50G73P60Q165U0.3W0.1F0.3
N60G01X17F0.1
N70Z0
N80X20Z-1.5
N90Z-19.5(粗车圆柱Φ20)
N100X17Z-21
N105Z-23
N110X21
N120X24Z-24.5
N130Z-38(粗车圆柱Φ24)
N140X30Z-54
N150X35
N160G02X44Z-74R50(粗车圆弧R50)
N165G01X51
N170G00X100Z30
N180M00
N190T0101
N200G00X51Z1M03S1200
N210G70P60Q165
N220G00X100Z30
N230M00
N240T0100
N250T0303(割槽刀1.5mm)
N260G00X100Z30M03S400
N260X25Z-22.5
N270G94X12Z-22.5F0.1
N290G94X12Z-23F0.1(割槽宽2mm)
N300G00X100Z30
N310M05(主轴停止)
N320M30(程序暂停)
总结
本学期是我在学校求学的最后一个学期,也是完成我的毕业设计的时间表,在这最后一个学期里面,我学到了很多知识,其中有很多是很有实用价值的。
这在我以后的工作中有很大的帮助,本次毕业设计是我们三年所学知识做的一次总测验,是锻炼也是检验自我三年来所学知识和掌握、运用知识的能力,是我们学习的最后环节,也是学到最多实际知识的时候。
通过这次设计,我学到了许多原来未能学到的东西,对过去没有掌握的知
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- 关 键 词:
- 数控 编程 加工 工艺 分析 毕业设计