机床数控技术课程设计参考资料(参考)

机床数控技术课程设计参考资料 一、数控车削类（轴类零件的数控车削加工工艺）下面以图1所示零件为例，介绍其数控车削加工工艺。所用机床为MJ460数控车床。图1 轴类零件1零件图工艺分析该零件表面有圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严格的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面S50mm的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45号钢，无热处理和硬度要求。通过上述分析，采取以下几点工艺措施。1）对图样上给定的几个精度（IT7IT8）要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。2）在轮廓曲线上，有三处为过象限圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。3）为便于装夹，毛坯件左端应预先车出夹持部分（双点划线部分），右端面也应先车出并钻好中心孔。毛坯选60mm棒料。2确定装夹方案确定毛坯件轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧、右端采用活动顶尖支承的装夹方式。3确定加工顺序加工顺序按由粗到精的原则确定。即先从右到左进行粗车（留0.20mm精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。MJ460数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自行确定其加工路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其加工路线。但精车的加工路线需要人为确定，该零件是从右到左沿零件表面轮廓进给加工。4数值计算为方便编程，可利用AutoCAD画出零件图形，然后取出必要的基点坐标值；利用公式对螺纹大径、小径进行计算。（1）基点计算 以图1上O点为工件坐标原点，则A、B、C三点坐标（mm）分别为： XA=40mm（直径量）、ZA=69 mm；XB=38.76 mm（直径量）、ZB=-99 mm；XC=56 mm（直径量）、ZC=154.09 mm。（2）螺纹牙顶尺寸d、 牙底d1计算d= d-0.2165P=(30-0.21652)mm=29.567mm；d1= d-1.299P=(29.567-1.2992)mm=26.969mm。5选择刀具1）粗车、精车均选用35菱形涂层硬质合金外圆车刀，副偏角48，刀尖半径0.4mm，为防与工件轮廓发生干涉，必要时应用AutoCAD作图检验。2）车螺纹选用硬质合金60外螺纹车刀，取刀尖圆弧半径0.2mm。6选择切削用量（1）背吃刀量 粗车循环时，确定其背吃刀量ap=2mm；精车时，确定其背吃刀量ap=0.2mm。M30螺纹共分5次车削，但每次背吃刀量不同，查表3-7确定为（直径量）：0.9、0.6、0.6、0.4、0.1（mm）。（2）主轴转速1）车直线和圆弧轮廓时的主轴转速：查表取粗车时的切削速度v=90m/min ,精车时的切削速度v=120m/min，根据坯件直径（精车时取平均直径），利用式n=1000v/d计算，并结合机床说明书选取：粗车时，主轴转速n=500r/min；精车时，主轴转速n=1200r/min。2）车螺纹时的主轴转速：按公式np1200（n为主轴转速，p为螺距）。取主轴转速n=320r/min。（3）进给速度 粗车时，选取进给量f = 0.3 mm/r，精车时选取f = 0.05 mm / r。车螺纹的进给量等于螺纹导程，即f = 2mm/r。7数控加工工艺文件的制定1）按加工顺序将各工步的加工内容、所用刀具及其切削用量等填入表1数控加工工序卡片中。2）将选定的各工步所用刀具的型号、刀片型号、刀片牌号及刀尖圆弧半径等填入表2数控加工刀具卡片中。表1 数控加工工序卡片（单位）数控加工工序卡产品名称产品代号零件名称零件图号轴（工序图略）工序号工序名称设备名称数控车床夹具编号夹具名称设备型号三爪卡盘MJ460材料名称材料牌号切削液45号钢45#乳化液程序编号工 时车 间工步号工 步 内 容刀具号刀具规格（mm）主轴转速（rmin-1）切削速度（mmin-1）进给速度（mmmin-1）或进给量（mmr-1）背吃刀量（mm）备注1粗车轴表面，留精车余量0.2mmT010135菱形500900.322精车轴表面至尺寸T020235菱形12001200.050.23车螺纹M302T030360320302设 计日期校 对日 期审 核日 期共1页第1页标记处数更改文件号签字日期 表2 数控加工刀具卡片（单位）数控加工刀具卡产品名称产品代号零件名称零件图号轴设备名称数控车床设备型号MJ460工序号工序名称程序编号工 步刀具号刀 具名 称刀 杆规 格刀尖半径（mm）刀尖位置刀 片备 注牌号型 号1T010135菱形可转位车刀20200.43YB415VBMT1604042T020235菱形可转位车刀20200.43YB415VBMT1604043T0303螺纹车刀20200.28YB415RT16.01W设计日期校对日期审核日期共1页第1页标记处数更改文件号签 字日期编程实例1 编写图1典型轴类零件的精加工程序，工件右段中心点O为工件坐标原点，2号刀为基准刀，该刀尖的起始位置为（280，130）。精加工程序如下：O3000； 程序名N010 G50 X280 Z130； 建立工件坐标系N020 M04 S1200 T0200； 启动主轴，换2号刀N030 G00 X26 Z3 M08； 快速接近工件，并打开冷却液N040 G42 G01 Z0 T0202 F0.05； 建立右刀补N050 X29.567 Z-2； 倒角N060 Z-18； 车螺纹外表面29.567N070 X26 Z-20； 倒角N080 W-5； 车26槽N090 U10 W-10； 车锥面N100 W-10； 车36外圆柱面N110 G02 U-6 W-9 R15； 车R15圆弧N120 G02 X40 Z-69 R25； 车R25圆弧N130 G03 X38.76 Z-99 R25； 车S50球面N140 G02 X34 W-9 R15； 车R15圆弧N150 G01 W-5； 车34圆柱面N160 X56 Z-154.05； 车锥面N170 Z-165； 车56圆柱面N180 G40 G00 U10 T0200 M05 M09； 取消刀补并关闭冷却液N190 G28 U2 W2； 返回参考点N200 M04 S320 T0300； 主轴换速，换3号螺纹刀N210 G00 X40 Z3 T0303 M08； 刀具定位并建立位置补偿N220 G92 X28.667 Z-22 F2； 螺纹循环第一刀N230 X28.067； 螺纹循环第二刀N240 X27.467； 螺纹循环第三刀N250 X27.067； 螺纹循环第四刀N260 X26.969； 螺纹循环第五刀N270 G00 X45 T0300 M09； 取消刀具位置补偿并关冷却液N280 G28 U2 W2； 返回参考点N290 M30； 程序结束以上程序没有考虑粗加工，请同学们自己写出全部程序。二、数控铣削类（ 平面凸轮零件的数控铣削加工工艺及编程）平面凸轮零件是数控铣削加工中常见的零件之一，其轮廓曲线组成不外乎直线圆弧、圆弧圆弧、圆弧非圆曲线及非圆曲线等几种。所用数控机床多为两轴以上联动的数控铣床。加工工艺过程也大同小异。下面以图2所示的平面槽形凸轮为例分析其数控铣削加工工艺。图2 平面槽形凸轮简图1零件图纸工艺分析图样分析主要分析凸轮轮廓形状、尺寸和技术要求、定位基准及毛坯等。本例零件（图2）是一种平面槽形凸轮，其轮廓由圆弧HA、BC、DE、FG和直线AB、HG以及过渡圆弧CD、EF所组成，需要两轴以上联动的数控铣床加工。零件毛坯材料为铸铁，切削加工性能较好。该零件在数控铣削加工前，工件是一个经过加工、含有两个基准孔、直径为280mm、厚度为18mm的圆盘。圆盘底面A及35G7和12H7两孔可用作定位基准，无需另作工艺孔定位。凸轮槽组成几何元素之间关系清楚，条件充分，编程时，所需基点坐标很容易求得。凸轮槽内外轮廓面对A面有垂直度要求，只要提高装夹精度，使A面与铣刀轴线垂直，即可保证；35G7对A面的垂直度要求已有前工序保证。2确定装夹方案一般大型凸轮可用等高垫块垫在工作台上，然后用压板螺栓在凸轮的孔上压紧。外轮廓平面盘形凸轮的垫块要小于凸轮的轮廓尺寸，不与铣刀发生干涉。对小型凸轮，一般用心轴定位、压紧即可。根据图3-53所示凸轮的结构特点，采用“一面两孔”定位，设计“一面两销”专用夹具。用一块320mm320mm40mm的垫块，在垫块上分别精镗35mm及12mm两个定位销安装孔。孔距为800.015mm，垫块平面度为0.05mm，加工前先固定垫块，使两定位销孔的中心连线与机床的x轴平行，垫块的平面要保证与工作台面平行，并用百分表检查。图3为本例凸轮零件的装夹方案示意图。采用双螺母夹紧，提高装夹刚性，防止铣削时振动。图3 凸轮装夹示意图1开口垫圈 2带螺纹圆柱销 3压紧螺母 4带螺纹削边销 5垫圈 6工件 7垫块3确定加工路线加工路线包括平面内进给和深度进给两部分路线。对平面内进给，对外凸轮廓从切线方向切入，对内凹轮廓从过渡圆弧切入。在2.5轴联动的数控铣床上，对铣削平面槽形凸轮，深度进给有两种方法：一种方法是在xz(或yz)平面内来回铣削逐渐进刀到既定深度；另一种方法是先打一个工艺孔，然后从工艺孔进刀到既定深度。本例进刀点选在P（150，0），刀具在y= 15及y= 15之间来回运动，逐渐加深铣削深度，当达到既定深度后，刀具在xy平面内运动，铣削凸轮轮廓。为保证凸轮的工作表面有较好的表面质量，采用顺铣方式，即从P（150，0）从开始，对外凸轮廓，按顺时针方向铣削，对内凹轮廓按逆时针方向铣削，图4所示即为铣刀在水平面内的切入加工路线。图4 平面槽形凸轮的切入加工路线a）直线切入外凸轮廓 b）过渡圆弧切入内凹轮廓4选择刀具及切削用量铣刀材料和几何参数主要根据零件材料切削加工性、工件表面几何形状和尺寸大小选择；切削用量是依据零件材料特点、刀具性能及加工精度要求确定。通常为提高切削效率要尽量选用大直径的铣刀；侧吃刀量取刀具直径的1/3到1/2，背吃刀量应大于冷硬层厚度；切削速度和进给速度应通过试验选取效率和刀具寿命的综合最佳值。精铣时切削速度应提高一些。本例零件材料（铸铁）属于一般材料，切削加工性能较好，选用18mm硬质合金立铣刀，主轴转速取150235r/min，进给速度取3060mm/min。槽深14mm，铣削余量分三次完成，第一次背吃刀量8mm，第二次背吃刀量5mm ，剩下的1mm随同轮廓精铣一起完成。凸轮槽两侧面各留0.50.7mm精铣余量。在第二次进给完成之后，检测零件几何尺寸，依据检测结果决定进刀深度和刀具半径偏置量，分别对凸轮槽两侧面精铣一次，达到图样要求的尺寸。5基点坐标确定 分析此槽形凸轮轮廓线的特点有两点，其一是已知两圆求它们的公切线的两个切点坐标；其二是已知两圆及过渡圆半径，求它们的过渡圆的两个切点坐标。为确定各切点A、B、C、D、E、F、G、H的坐标值，可用列方程的方法计算，也可用 AutoCAD画出槽形凸轮轮廓线，然后从计算机上读出各切点的坐标值。见下表3表3 平面槽形凸轮轮廓线各切点坐标值 （mm）切 点A 点B 点C 点D 点坐 标XAYAXBYBXCYCXDYD坐 标 值37.60157.8557.95587.463102.73489.514148.52520.983切 点E 点F 点G 点H 点坐 标XEYEXFYFXGYGXHYH坐 标 值149.9970.974122.56456.04454.83975.4437.53968.587本例由于工艺比较简单，数控加工工序卡片及数控加工刀具卡片已省略，对复杂零件的两种卡片的制定可参考加工中心实例。编程实例2：已知铸铁板料18018020mm ；16mm高速钢铣刀（T02 、 D02），10 mm 钻头（T03、 D03）。 加工零件如图5所示 ：零件加工程序如下(仅供参考)AB10N1 G90 G17 M04 S375 T03 D03 N2 G0 X0 YO Z30 N3 CYCLE81（10，0，3，-30）N4 G0 X50 Y0N5 MCALL CYCLE81（10，0，3，-30）N6 HOLES2（0，0，50，0，0，4）N7 MCALLN8 G0 Z50 N9 X150 Y0N10 M05 M00图5N11 T05 D05 M04 S475N12 G0 G42 X0 Y0 N13 POCKET4（10，0，3，-22，15，0，0，5，0.2，0，80，40，2，21，8，0，0，10，2）N14 G0 X50 Y0N15 MCALL POCKET4（10，0，3，-22，15，0，0，5，0.2，0，80，40，2，21，8，0，0，10，2）N16 HOLES2（0，0，50，0，0，4） N17 MCALLN18 G0 Z50N19 G40 X150 Y0N20 M05 N21 M30 三、加工中心类（盖板零件加工中心的加工工艺）盖板是机械加工中常见的零件，加工表面有平面和孔，通常需经过铣平面、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔以及攻螺纹等工步才能完成。下面以图6所示盖板为例介绍其加工工艺。图6 盖板零件简图1分析图样，选择加工内容该盖板的材料为铸铁，故毛坯为铸件。由图6可知，盖板的四个侧面为不加工表面，全部加工表面都集中在A、B面上。最高精度为IT7级。从工序集中和便于定位两个方面考虑，选择B面及位于B面上的全部孔在加工中心上加工，将A面作为主要定位基准，并在前道工序中先加工好。2选择加工中心由于B面及位于B面上的全部孔，只需单工位加工即可完成，故选择立式加工中心。加工表面不多，只有粗铣、精铣、粗镗、半精镗、精镗、钻、扩、锪 、铰及攻螺纹等工步，所需刀具不超过20把。选用QM-40S型立式加工中心即可满足上述要求。该机床工作台工作面尺寸为115005200mm，x轴行程为1000mm，y轴行程为520mm，z轴行程为505mm，定位精度和重复定位精度分别为0.005mm（全程）和0.002mm，刀库容量为24把，工件在一次装夹后可自动完成铣、钻、镗、铰及攻螺纹等工步的加工。3设计工艺（1）选择加工方法 B平面用铣削方法加工，因其表面粗糙度Ra6.3m，故采用粗铣精铣方案；60H7孔为已铸出毛坯孔，为达到IT7级精度和Ra0.8m的表面粗糙度，需经三次镗削，即采用粗镗半精镗精镗方案；对12H8孔，为防止钻偏和达到IT8级精度，按钻中心孔钻孔扩孔铰孔方案进行；16mm孔在12mm基础上锪至尺寸即可；M16螺纹孔采用先钻底孔后攻螺纹的加工方法，即按钻中心孔钻底孔倒角攻螺纹方案加工。（2）确定加工顺序 按照先面后孔、先粗后精的原则确定。具体加工顺序为粗、精铣B面；粗镗、半精镗、精镗60H7孔；钻各光孔和螺纹孔的中心孔；钻、扩、锪、铰12 H8及16孔；M16螺孔钻底孔、倒角、和攻螺纹，详见表4。(3)确定装夹方案和选择夹具 该盖板零件形状简单，四个侧面较光整，加工面与不加工面之间的位置精度要求不高，故可选用通用台钳，以盖板底面A和两个侧面定位，用台钳钳口从侧面夹紧。（4）选择刀具 所需刀具有面铣刀、镗刀、中心钻、麻花钻、铰刀、立铣刀（锪16孔）及丝锥等，其规格根据加工尺寸选择。B面粗铣铣刀直径应选小一些，以减小切削力矩，但也不能太小，以免影响加工效率；B面精铣铣刀直径应选大一些，以减少接刀痕迹，但要考虑到刀库允许装刀直径也不能太大。刀柄柄部根据主轴锥孔和拉紧机构选择。（5）确定加工路线 B面的粗、精铣削加工加工路线根据铣刀直径确定，因所选铣刀直径为100mm ，故安排沿x方向两次进给（见图7）。所有孔加工进给路线均按最短路线确定，因为孔的位置精度要求不高，机床的定位精度完全能保证，图8 图12所示的即为各孔加工工步的加工路线。 图7 铣削B面加工路线图8 镗60H7孔加工路线图9 钻中心孔加工路线图10 钻、扩、铰12H8孔加工路线图11 锪16mm孔加工路线图12 钻螺纹底孔、攻螺纹加工路线（6）选择切削用量 查表确定切削速度和进给量，然后计算出机床主轴转速和机床进给速度，详见表( 4)4数控加工工艺文件的制定（1）按加工顺序将各工步的加工内容、所用刀具及其切削用量等填入表4数控加工工序卡片中。（2）将选定的各工步所用刀具的名称、规格、刀辅具型号等填入表5数控加工刀具卡片中。表4 数控加工工序卡片（单位）数控加工工序卡产品名称产品代号零件名称零件图号盖 板（工序图略）工序号工序名称设备名称加工中心夹具编号夹具名称设备型号台 钳QM-40S材料名称材料牌号切削液铸铁HT200乳化液程序编号工 时车 间工步号工 步 内 容刀具号刀具规格（mm）主轴转速（rmin-1）切削速度（mmin-1）进给速度（mmmin-1）或进给量（mmr-1）背吃刀量（mm）备注1粗铣B平面留余量0.5mmT0110030095703.52精铣B平面至尺寸T13100350110500.53粗镗60H7孔至58mmT0258400736014半精镗60H7至59.95mmT0359.9545085500.955精镗60H7孔至尺寸T0460H750095400.056钻412H8、4M16中心孔T053100010507钻412H8至10T061060020608扩412H8至11.85T0711.8530012409锪416至尺寸T081615083010铰412H8至尺寸T0912H810044011钻4M16底孔至14T1014450206012倒4M16底孔端角T1118300174013攻4M16螺纹孔T12M161005200设 计日期校 对日 期审 核日 期共1页第1页标记处数更改文件号签字日 期表5 数控加工刀具卡（单位）数控加工刀具卡产品名称产品代号零件名称零件图号盖 板设备名称加工中心设备型号QM-40S工序号工序名称程序编号工 步刀具号刀 具名 称刀 柄型 号刀具规格刀片备 注直径（mm）长度（mm）牌号型号1T01面铣刀BT40-FMA25.4-601002T13面铣刀BT40-FMA25.4-601003T02镗刀BT40-BSB50-165584T03镗刀BT40.40-11059.955T04镗刀BT40.40-11060H76T05中心钻BT40-APU13-11037T06麻花钻BT40-APU13-110108T07扩孔钻BT40-APU13-11011.859T08阶梯铣刀BT40-EM16-631610T09铰刀BT40-ER25-10012H811T10麻花钻BT40-ER25-1001412T11麻花钻BT40-ER25-1001813T12机用丝锥BT40-ER25-100M16设计日期校对日期审核日期共1页第1页标记处数更改文件号签字日期