数控毕业设计数控车床加工工艺分析与程序设计.doc

毕业设计（论文）任 务 书题目名称：数控车床加工工艺分析与程序设计目录1摘要2关键词21引言22数控机床发展简史33数控车床的特点34数控车床编程特点35数控机床应用范围46数控机床发展趋势57程序编制过程68系统仿真过程实现119结论1210结束语1211谢辞1212参考文献13数控车床加工工艺分析与程序设计摘要：现代数控机床是综合应用了计算机、自动控制自动检测以及精密机械等高新技术的产物，集成了数控仿真模块，可以检查出代码的正确性，从而可以提高编程质量，减少出错率，加快编程速度，是典型的机电一体化产品，是完全新型的自动化机床；具有高柔，高精度与高自动化等特点。它的出现以及所带来的巨大效益，一起了世界各国科技和工业界的普遍重视。关键词：数控仿真，机电一体化，自动化机床Abstract：The modern numerical control machine tool 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 quality, 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 various countries science and technology and the industry generally took.Keywords：Numerical control simulation 、Integration of machinery 、Automatic machine tool.一、 引言随着科学技术的迅速发展，机械产品的性能，结构，形状和材料的不断的改进，精度不断提高，生产类型由大批量生产向多品种小批量转化。对零件加工质量和精度要求越来越高。由于产品的变化频繁，目前在一般机械加工中，单件小批量的生产约占了70%以上。数控技术是现代化加工设备的基础，又是精密、高效、高可靠性、高柔性加工技术的支撑。发展先进制造技术，必须以数控技术为基础。数字控制机床简称数控机床（NC)对于形状复杂、精密、小批量、多品种的零件的加工问题具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和高生产效率的优点。数控机床是车削加工功能较全的数控机床。它可以把车削，铣削，螺纹加工，钻削等集中到一台设备上，使其具有多种工艺手段。采用数控车床进行加工可以大大提高产品的质量，保证加工零件的精度，减轻劳动强度，为新产品的研制和改型换代节省了大量的时间和费用，提高了企业产品的竞争力。二、数控机床的发展简史1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业，工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比有了质的飞跃，他为人类进入信息社会奠定了基础。半个世纪以来，以计算机为主导和核心的信息技术，既通过电视，现代通信等提高了人类生活的质量，还促进生产力飞速向前发展，开创了人类文明史，生产史的新纪元。信息技术的飞速发展直接导致了知识经济的到来。六年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上。在美国诞生了第一台数控机床。计算机及控制技术在机械制造设备中的应用是世纪内制造业发展的最重大的技术进步。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控机床经历了两个阶段和六代的发展。1.数控(NC)阶段(1952-1970年)早期计算机运算速度低，这对当时的科学计算和数据处理影响还不大，不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控(HARD WIREDNC)，简称为数控(NC)。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年第一代 电子管;1959年第二代 晶体管;1965年第三代 小规模集成电路。 2.计算机数控(CNC)阶段(1970-现在)到1970年，通用小型计算机业已出现并成批量生产。其运算速度比五，六十年代有了大幅度的提高，这比专门“搭”成的专用计算机成本低，可靠性高。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控(CNC)阶段。到1971年美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件 运算器和控制器，采用大规模集成电路集成在一块芯片上，称之为微处理器(MICROPROCESSOR)，又称为中央处理单元(简称CPU)。到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕，不及采用微处理器经济合理，而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能还不够高，但可以采用多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。到了1990年，PC机(个人计算机，国内习称微机)的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求，而且PC机生产批量很大，价格便宜，可靠性高。数控系统从此进入了基于PC的时代。总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年第四代一一小型计算机;1974年第五代 微处理器;1990年第六代 基于PC(国外称为PC-BASED).数控系统近五十年来经历了两个阶段六代的发展，只是发展到了第五代以后，才从根本上解决了可靠性低，价格极为昂贵，应用很不方便等极为关键的问题。因此，即使在工业发达的国家，数控系统大规模地得到应用和普及，是在七十年代末八十年代初以后的事情，也即数控技术经过了近三十年的发展才走向普及应用的。国外早己改称为计算机数控(即CNC)，而我国仍习称数控(NC)。所以我们日常讲的“数控”实质上已是指“计算机数控”了。三、数控车床的特点1.数控车床的优点(1)提高了加工精度和同一批关键尺寸的重复精度，保证了加工质量的稳定性。(2)具有浇灌的生产效率。与普通车床相比，生产效率大致可提高2-3倍。(3)增加了设备的柔性，可以适应不同品种、规格和尺寸以及批量的工件加工。(4)操作人员的劳动强度大为减轻。(5)具有较高的经济效益。这是因为数控车床能一机多用，代替多台普通车床，减少了工序间工件的运输时间，节省厂房面积，减少工件夹具数量和投资。(6)加工普通车床所不能加工的复杂型面。(7)可向更高级的制造系统发展。2.数控车床的不足之处(1)提高了起始阶段的投资。(2)增加了电子设备的维修。(3)对操作人员的技术水平要求较高。四、数控车床编程特点1.在一个程序段中，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对值编程、增量只编程或两者混合使用。2.由于图样尺寸和测量值都是直径值，故直径方向用绝对值编程时，以x直径值表示。用增量值编程时，一径向实际位移量的二倍值表示。3.为提高工件的尺寸精度，x向的脉冲当量取z向一半。4.由于毛坯常用棒料或锻料，加工余量较大，所以数控装置常用具备不同形式的固定循环功能，可以进行多次循环切削。5.编程时,常认为车刀刀尖是一个点,而实际上是为了提高刀具寿命和工件表面质量.车刀刀尖常磨成一个半径不大的圆弧,因此为了提高工件的加工精度,当编制圆头刀程序时,需要对刀具半径进行补偿,大多数数控车床都具有刀具补偿功能(G41,G42),这类数控车床可直接按工件轮廓尺寸编程.对不具备刀具自动补偿功能的数控车床,编程时需计算补偿量。6.许多数控车床用xz表示绝对坐标指令,用uw表示增量坐标指令,而不用G90,G91指令。7.第三坐标指令I,K在不同的程序段中作用也不相同。I,K在圆弧切削时表示圆心对圆弧的起点的坐标位置。而在有自动循环指令的程序中，I,K坐标则用来表示每次循环的进刀量。8.根据刀架所在位置，有的机床左手坐标系，有的机床采用的是右手坐标系，当采用左手坐标系时，顺时针方向车削圆弧用G03，而逆时针方向用G02。五、数控机床的应用范围1.适宜数控车床加工的范围 （1）能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件。 （2）能加工超精零件。 （3）能加工普通车床不能（或不便）加工的多种零件。（4）能加工经一次装夹定位后，需进行多道工序加工的零件。 （5）一台数控机床可同时加工两个或多个相同的零件，也可同时加工多工序的不同零件。（6）数控车床加工的自动化程度很高。（7）数控车床上加工零件，能明显缩短加工的准备时间，降低生产费用。 （8）采用数控车床加工，能有效减少加工中的辅助时间，较大的提高生产效率。 （9）数控车床加工能修改加工程序，给新产品的开发，原产品的改进与改型提供了方便。2.不适宜数控车床加工的范围（1）加工轮廓简单，精度要求低或生产批量又特别大的零件。（2）装夹困难或必须依靠人工找正，定位才能保证其加工精度的零件。（3）加工余量特别大或材质及余量不均匀的坯件。（4）加工中，刀具的质量（主要是耐用度）特别差时。六、数控机床的发展趋势数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它对国计民生的一些重要行业(IT、汽车、轻工、医疗等)的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。当前数控车床呈现以下发展趋势。1.高速、高精密化高速、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为满足这个复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功今日焦点。2.高可靠性数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发挥其高性能、高精度和高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性的高低。3.数控车床设计CAD化、结构设计模块化随着计算机应用的普及及软件技术的发展，CAD技术得到了广泛发展。CAD不仅可以替代人工完成繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选择和大件整机的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模拟仿真。在模块化的基础上在设计阶段就可以看出产品的三维几何模型和逼真的色彩。采用CAD，还可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制周期，降低设计成本，提高市场竞争能力。4.功能复合化功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至最少。通过功能的复合化，可以扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多用、一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工；或在以铣为主的机床上也可以实现磨削加工。宝鸡机床厂已经研制成功的CX25Y数控车铣复合中心，该机床同时具有X、Z轴以及C轴和Y轴。通过C轴和Y轴，可以实现平面铣削和偏孔、槽的加工。该机床还配置有强动力刀架和副主轴。副主轴采用内藏式电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该机床工件一次装夹即可完成全部加工，极大地提高了效率。5.智能化、网络化、柔性化和集成化21世纪的数控装备将是具有一定智能化的系统。智能化的内容包括在数控系统中的各个方面：为追求加工效率和加工质量方面的智能化，如加工过程的自适应控制，工艺参数自动生成；为提高驱动性能及使用连接方面的智能化，如前馈控制、电机参数的自适应运算、自动识别负载自动选定模型、自整定等；简化编程、简化操作方面的智能化，如智能化的自动编程、智能化的人机界面等；还有智能诊断、智能监控等方面的内容，以方便系统的诊断及维修等。数控机床向柔性自动化系统发展的趋势是：从点(数控单机、加工中心和数控复合加工机床)、线(FMC、FMS、FTL、FML)向面(工段车间独立制造岛、FA)、体(CIMS、分布式网络集成制造系统)的方向发展，另一方面向注重应用性和经济性方向发展。柔性自动化技术是制造业适应动态市场需求及产品迅速更新的主要手段，是各国制造业发展的主流趋势，是先进制造领域的基础技术。其重点是以提高系统的可靠性、实用化为前提，以易于联网和集成为目标，注重加强单元技术的开拓和完善。CNC单机向高精度、高速度和高柔性方向发展。数控机床及其构成柔性制造系统能方便地与CAD、CAM、CAPP及MTS等联结，向信息集成方向发展。网络系统向开放、集成和智能化方向发展。七、程序编制过程 (一)零件图分析该零件的轮廓由连续的端面、圆弧面、圆柱面、圆锥面组成。各轴向尺寸要求很高，表面粗糙度亦很高，因而加工时，应先进行粗加工，检验余量后进行刀补等调整再进行精加工。据铝合金材料加工的特点，选择水溶性乳化液作为切削液。(二)刀具选择及切削用量 刀具号名称 用途 主轴转速 0101 90偏刀外轮廓粗精加工 800r/min 0201 切断刀 切断 450r/min 0303 尖刀 SR6.5粗精车、车螺纹 400r/min 切削深度进给量21.5 8050mm1.5mm8mm0.3mm 30mm(三)确定加工顺序1.夹毛坯伸出长62mm2.自右向左粗精加工外轮廓3.粗车锥面4.车退刀槽5.车螺纹6.车SR6.5圆球7.精车整个工件8.切断9.量总长检查全部(四)计算 螺纹切削的计算： 牙底圆直径=牙顶圆直径 2倍的螺距（导程）即：df = dh 2p 螺纹切削深度=2倍的螺距（导程）即：dp=2p根据进刀量和退刀量合理把2p分成若干次切削(五)程序编制%O0001N0010 G50 X100 Z50； 设定工件坐标系N0015 T0101； 选用01号车刀N0020 S800 M03；主轴正转600mm/minN0025 G00 X20 Z5；车刀快速移至X20 Z5定位N0030 G71 X0 I3 K2 L7 F80； 车刀加工90圆锥N0035 G01 X0 Z0 F10；N0040 X8 Z-4；N0045 Z-11； 车刀加工8圆柱N0050 X11.87 Z-24； 加工M12圆柱N0055 X14 Z-31； 加工 14圆柱N0060 X16.7 Z-47； 加工 16.7圆柱N0065 X17 Z-53； 加工 17圆柱N0070 G70 P35 Q65； 精车固定循环N0075 G00 X100 Z50； 回坐标设定点N0080 G00 X16 Z-27； 车刀快速移至X16，Z-27定位N0085 G01 X12 Z-31；加工锥面N0090 G00 X18 Z-47；车刀移至X18，Z-47定位N0095 G01 X12 Z-41； 加工锥面N0100 G00 X100 Z50； 回坐标设定点N0105M05； 主轴停转N0110 M30； 程序结束N0010 G50 X100 Z50；设定工件坐标系N0015 T0202；选02号刀N0020 S450 M03； 主轴正转450r/mmN0025 G00 X150 Z-24；车刀快速移至X15，Z-24定位N0030 G01 X11.5 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； 回坐标设定点N0075 M05；主轴停转N0080 M30；程序结束N0010 G50 X100 Z50； 设定工件坐标点N0015 T0303； 选用03号刀N0020 S400 M03； 主轴正转400r/mmN0025 G00 X15 Z-8； 车刀快速移至X15，Z-8定位N0030 G92 X11.6 Z-21； 螺纹车削循环N0035 X11.3；N0040 X11.1；N0045 X10.8；N0050 X10.8；N0055 G00 X20 Z-31； 车刀快速移至X20，Z-31定位N0060 G01 X16.7 Z-31；N0065 G02 X12 Z-41；N0070 G00 X100 Z50；回坐标设定点N0075 M05；主轴停转N0080 M30；程序结束%八、系统仿真过程的实现 (一)数控车削加工仿真流程随着加工零件的复杂性程度提高，反靠人工来检查NC程序显得越来越难,采用计算机动态图形技术模拟NC程序的加工过程是解决这一问题的主要途径,尽管有些控制器本身就提供模拟加工功能,但由于模拟必须在机床控制器上完成,这就势必要占用机床的使用时间,由于机床的加工成本较高,因此采用计算机来模拟NC程序无疑是较为经济有效的方法.仿真过程作为数控自动编程的一个子程序,对系统自动产生的数控车削程序进行仿真.它在计算机屏幕上以图形的方式模拟NC加工过程,可以用来检查自动编程系统的程序正确与否。整个仿真过程的流程图如图1所示:工件图形数据处理屏幕显示处理退出程序正确否开始根据NC程序识别模块图1 仿真过程流程图(二)加工过程仿真原理 在仿真过程中读取数控加工程序并以字符串的形式存储起来,然后在进行处理:首先对字符串进行分析,分成若干个程序段,然后根据程序段号的大小进行排序,并把其值赋给相应的数组.这样就得到一系列从小到大按程序号排列的子程序串,最后根据NC代码各功能的具体情况取出各功能代码的参数,并进人相应的子程序进行图形处理。九、结论利用数控机床加工零件：1.自动化程度高。2.加工精度高，加工质量稳定，3.加工对象适应性强。4.生产效率高。5.易于建立计算机通信协议。十、结束语自动编程与数控加工仿真系统模块的集成，可以在编程阶段检查数控加工程序的正确性，从而提高编程质量，减少出错率，加快编程速度，数控车床的迅猛发展需要更多的复合型人才。十一、谢辞通过毕业设计以及论文的撰写是我对所学知识有了更深一层的理解和掌握，有许多以前不明白的问题也弄明白了。感谢各辅导老师的指导，感谢老师在百忙中抽出时间对我论文给以指点，使我在有效的时间内顺利的完成论文的写作。十二、参考文献1.王泓. 机械制造基. 北京：北京理工大学出版社.2006.82.刘立. 数控车床编程与操作. 北京：北京理工大学出版社.2006.83.中国机械工业教育协会. 数控技术. 北京：机械工业出版社2007.84.徐伟. 数控机床仿真实训. 北京：电子工业出版社.2004.85.上海市职业技术教育课程改革与教材建设委员会. 机电一体化专业英语.北京：机械工业出版社.2007.86.中国机械工业教育协会. 金属工艺. 北京：机械工业出版社.2006.67.陈于萍 高晓康. 互换性与测量技术. 北京：高等教育出版社.20068.郭仁生 魏宣燕等. 机械设计基础-2版. 北京：清华大学出版社.2005129.李澄 吴天生 闻百桥. 机械制图-2版. 北京教育出版社.200510.数控机床的发展简史-天堂师-网易博客.12