数控课程设计异型板类零件数控加工编程

沈阳大学机械工程学院数控课程设计课 程 设 计 任 务 书学院机械工程学院班级12机自卓越姓名侯俊杰设 计 起 止 日 期2015年12月21日2015年12月25日设计题目：异型板类零件数控加工编程设计任务（主要技术参数）：编制如图所示碳素钢零件的数控车床加工程序。 工作任务：1零件的工艺分析2数控机床的选择3 编程中工艺指令的处理4编制数控铣床加工工艺过程卡5编制数控加工程序 6设计说明书1份。指导教师评语：成绩： 签字： 年 月 日异形板类零件数控加工程序编程专业：机械设计制造及其自动化 班级：12机自卓越 姓名：侯俊杰目 录引 言11.1课设的性质和任务11.2课程设计目的1正 文21零件数控铣床加工程序编制21.1 数控加工工艺的基本特点21.2数控加工工艺的主要内容313加工方法的选择与加工方案的确定51.4工序与工步的划分51.5定位安装的基本原则61.6刀具的选择与切削用量的确定81.7对刀点的确定111.8加工路线的确定132数控机床的选择163程编中工艺指令的处理174编制零件数控铣床加工工艺过程卡185编制数控加工程序20参考文献21致 谢22引 言1.1课设的性质和任务数控编程技术课程设计是机械设计制造及其自动化专业的必修课程之一，它可以提高学生的动手能力，丰富学生的理论知识。是一门理论与实践相结合的综合性专业基础课。通过数控编程技术课程设计的学习，要求学生能够设计常用的轴类零件和箱体类零件，并能够合理的选择卡具和加工设备，独立分析工艺，独立编程及完成其加工。提高实际操作和手工编程能力。同时还要求学生掌握数控机床的组成及其控制原理和方法。为以后的工作和学习打下坚实的基础。1.2课程设计目的1）运用所学的理论知识进行数控系统设计的初步训练培养综合设计能力。2）具备查阅和运用标准、手册、图册登有关及时资料的能力。3）基本掌握编写技术文件的能力。4）掌握数控机床进行机械加工的基本方法，巩固数控加工编制的相关知识。5）将理论知识与实际工作相结合，并最终达到独立从事数控加工程序编制的工作能力。正 文1零件数控铣床加工程序编制 1.1 数控加工工艺的基本特点在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量。在编程中，在普通机床上加工零件时，是用工艺规程或工艺卡片来规定每道工序的操作程序，操作者按工艺卡上规定的步骤加工零件。而在数控机床上加工零件时，要把被加工的全部工艺过程、工艺参数和位移数据编制成程序，用它控制机床加工。数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数控加工的整个过程是自动进行的，因而有自己特点： 1）工序内容具体。在普通机床上加工零件时，工序卡片的内容比较简单。很多内容，如走刀路线的安排、切削用量的大小等，可由操作员自行决定。而在数控机床上加工零件时，工序卡片上应包括详细的工步内容和工艺参数等信息，在编制数控加工程序时，每个动作、每个参数都应体现其中，以控制数控机床自动完成数控加工。2）工序的内容复杂。由于数控机床的运行成本和对操作人员的要求相对较高，在安排数控加工零件时，一般应首先考虑使用普通机床加工困难、使用数控加工能明显提高效率和质量的复杂零件，如整体叶轮、叶片、模具型腔的加工等；还应考虑在一次装夹后需加工多个面上的多个加工特征的零件，由于零件复杂、加工特征多，零件的工艺也相应复杂。3）工序集中。高档数控机床具有刚性好、精度高、刀库容量大、切削参数范围宽、多轴联动、多工位加工、多面加工等特点，可以在一次或多次装夹中对零件进行多种加工，并完成由粗加工到精加工的过程，因此工序非常集中，需要统筹考虑、合理安排。4）数控加工效率高，加工精度高，劳动强度低，对不同工件适应能力强。5）数控机械加工程序是数控机床的指令性文件。数控机床受控于程序指令，加工的全过程都是按程序指令自动进行的。数控机械加工程序不仅包括零件的工艺过程，而且还包括了完成工艺过程所必需的工艺参数，如切削用量、进给路线、刀具尺寸编号以及机床的运动过程。1.2数控加工工艺的主要内容数控加工工艺主要包括以下方面：1）选择适合在数控机床上加工的零件和确定工序内容；本设计的加工零件及尺寸如图3-1，该零件适合利用数控铣床进行加工。 图3-1 零件图工序内容包括平面及凸台外形轮廓铣削加工。在本设计中，平面和轮廓表面粗糙度要求达到Ra6.3mm，可采用粗铣、精铣方案，可完全保证尺寸、形状精度和表面粗糙度要求。凸台外形轮廓由直线和圆弧组成，圆弧半径分别为15和55。3）制订数控工艺路线，如工序划分、加工顺序的安排、基准选择、与非数控加工工艺的衔接等；工序路线方案：工序1 粗铣定位基准面（底面）工序2 粗、精铣凸台上表面工序3 凸台外轮廓铣削工序4 终检4）数控工序的设计，如工步、刀具选择、走刀路线确定、测量、切削用量的确定等；5）调整数控加工工艺程序，如对刀、刀具补偿等； 6）处理数控机床上部分工艺指令。13加工方法的选择与加工方案的确定1）加工方法的选择加工方法的选择原则应保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于该零件要求精度的表面属于平面加工，所以应该经过粗加工、半精加工、精加工逐步得到。粗铣时精度为IT7IT8，粗糙度Ra=12.5m,精铣时精度为IT8IT10，粗糙度Ra=6.3m，因此该零件首先经过粗铣，在精铣最后光整加工达到表面精度要求。凸台和其他边缘没有特殊要求，因此就进行一次铣削加工。2）加工方案的选择 该零件毛坯已加工，留有加工余量，首先要粗铣掉多余的毛坯，再把零件凸台的轮廓铣削处理，经过粗、精铣削，达到零件表面加工精度与粗糙度加工要求，最后把最上面的凸台的表面粗、精铣削，达到零件表面加工精度与粗糙度要求。 1.4工序与工步的划分在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。首先应根据零件图样，考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作，若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工，哪一部分在其他机床上加工，即对零件的加工工序进行划分。一般工序划分有以下几种方式：工步的划分工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。分析该零件，对表面精度有要求，首先应该对整体进行粗加工，粗加工后平面的边缘有毛刺，因此需要精加工达到各表面的精度要求。按粗、精加工划分工序：工序一：粗、精铣底面，作为基准面。工序二：粗铣凸台上表面，留加工余量0.5mm。工序三：粗铣凸台轮廓，留加工余量0.5mm。工序四：精铣凸台上表面,达到精度要求。工序五：精铣凸台轮廓面,达到精度要求。1.5定位安装的基本原则为了提高数控机床效率确定定位基准与夹紧方案时应注意下列三点：1）力求设计基准、工艺基准和编程计算基准统一。2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。3）避免采用占机人工调整加工方案，以便能充分发挥出数控机床的效能。该工件需要经过两次装夹，第一次装夹，已完成底面的铣削，第二次装夹，完成凸台轮廓与凸台上表面的加工。选择夹具的基本原则数控加工的特点对夹具提出了两点要求：一是要保证夹具的坐标方向要与机床的坐标方向相对固定不变；二是要协调零件的和机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还应该考虑以下几点：1）当零件加工批量不大时，应该尽量采用组合夹具、可调式夹具或其它通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。2）在成批生产时才考虑使用专用夹具。3）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短数控机床的停顿时间。4）夹具上各零部件应该以不妨碍机床对零件各表面的加工。夹具要敞开，其定位夹紧机构的元件不能影响加工中的走刀运行。该零件主要就是铣削上下表面的凸台外形轮廓，考虑经济等因素选用通用夹具。通过查机械加工手册选用通用夹具中型号为SMDV-100虎钳夹具，如图3-2所示。为防止工件下落，还要用垫块支撑，选用型号为PB-SC平行垫块做支撑。 图3-2 虎钳1.6刀具的选择与切削用量的确定1）刀具的选择刀具的选择是数控加工中重要的工艺内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常需要考虑机床的加工能力、工序内容、工具材料等因素。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高，它不仅要求精度高、刚度高、耐用度高，而且要求尺寸稳定，安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。选择刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常选用立铣刀，铣削平面时应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀，对一些主体型面和斜角轮廓形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形刀和盘形刀。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较低平坦部位时，刀具以球头顶端刃切削，切削条件较差，因而采用环形铣刀。查机械加工工具手册，所选的刀具及刀柄如下图： 图3-3 高速钢平头型立铣刀图3-4 硬质合金平头型立铣刀 图3-5 铣刀刀柄加工该零件，所选刀具参数如下：(1)粗铣底面：1号刀，用90平面端铣刀，型号为：EM4S。(2)精铣底面：2号刀，用80平面端铣刀，型号为：EM4S。(3)粗铣凸台底侧平面，3号刀，用20立铣刀，型号为：EM4S。(4)精铣凸台底侧平面，4号刀，用10立铣刀，型号为：EM4S。(5)粗铣凸台外轮廓：5号刀，10立铣刀，型号为：EM4S。(6)精铣凸台外轮廓：6号刀，10立铣刀，型号为：EM4S。(7)粗铣凸台上表面：7号刀，40立铣刀，型号为：EM4S。(8)精铣凸台上表面：8号刀，40立铣刀，型号为：EM4S。2）切削用量的确定切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。切削用量的大小对切削力、切削效率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并编入程序单中。合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也考虑经济性和加工成本；半精加工或精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。该零件在铣削平面、外轮廓面时，留0.5mm精加工余量，其次一刀完成粗铣。主轴转速和进给速度确定的基本原则为粗加工时主轴转速和切削速度慢一些，进给速度快一些，精加工时主轴转速和切削速度快一些，进给速度慢一些。主轴转速还要根据允许的切削速度来确定： 式中：v-切削速度（mm/min） d-刀具直径（mm） n-主轴转速。刀具材料选择碳素工具钢，主轴转速及进给速度如下图查的： 图3-6 主轴转速及进给速度1号刀主轴转速为320r/min,进给速度为200mm/min。2号刀主轴转速为500r/min,进给速度为230mm/min。3号刀主轴转速为740r/min,进给速度为220mm/min。4号刀主轴转速为1490r/min,进给速度为100mm/min。5号刀主轴转速为500r/min,进给速度为100mm/min。6号刀主轴转速为500r/min,进给速度为100mm/min。7号刀主轴转速为500r/min,进给速度为100mm/min。8号刀主轴转速为500r/min,进给速度为100mm/min。1.7对刀点的确定1）确定编程原点铣床上编程坐标原点的位置是任意的，他是编程人员在编制程序时根据零件的特点来选定的，为了编程方便，一般要根据工件形状和标准尺寸的基准以及计算方便的原则来确定工件上某一点为坐标原点，具体选择应注意以下几点：（1）编程原点应选在零件图的尺寸基准上，这样便于坐标的计算，并减少计算错误。（2）编程坐标原点应尽量选在精度较高的精度表面，以提高被加工零件的加工精度。（3）对称零件，编程坐标点应设在对称中心上，不对称零件，编程原点应设在外轮廓的某一角上。（4）Z轴方向原点一般设在工件表面。为方便计算，并结合加工零件实际情况，本工件坐标系原点选择在工件左前底边角上，如图3-7所示的O点。图3-7工件坐标系原点2）对刀点的确定在编制加工程序时，要正确地选择“对刀点”或“换刀点”的位置。“对刀点”就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开始执行。对刀点方便找出编程原点，便于加工，换刀点即为切换刀具的位置，与工件的距离保证刀具碰不到工件。可以选择机床参考点也可以选择离工件有一定距离，但z轴必须抬高到一定高度。该零件选择对刀点为图3-8中的M点，该点在工件坐标系中的坐标为（-10，-10，10）。图3-8对刀点1.8加工路线的确定在数控加工中，刀具相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：(1) 加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高、寻求最短加工路线。选择正确最短的加下路线可节省定位时间，提高了加工效率，可减少程序段，减少空刀时间。(2)最终轮廓一次走刀完成。为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。(3)选择切入切出方向。考虑刀具的进、退刀(切人、切出)路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停切削力突然变化造成弹性变形)，以免留下刀痕。(4)选择使工件在加工后变形小的路线。对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线。安排工步时，应先安排对工件刚性破坏较小的工步。走刀路线为：MABCDEFGAM加工路径为从起刀点M开始快速移动到点A，加工直线AB、顺圆弧BC、直线CD，逆圆弧DE、直线EF、直线FG、直线GA，在快速移动到起刀点M。刀具轨迹如图3-9所示： 图3-9刀具路线图根据计算与画图，各点在工件坐标系中对应的坐标值如表3-1所示：表3-1 各点坐标值点坐标值M-10,-10A10,5B80,5C95,20D95,51.6E50,75F41.5,75G10,302数控机床的选择数控铣床XKA5032A 图4-1 XKA5032A数控铣床表4-1机床参数项 目单 位XA5032工作台工作面积 宽*长mm320*1320承载重量kg500行程X向（劳动台纵向）手动/机动mm780Y向（滑座横向）手动/机动mm300Z向（起落台垂向）手动/机动mm3800主轴转速r/min30-1500锥孔ISO7：24 No.50主轴端面至劳动台隔断最小/最大mm50-550主轴中央线至床身笔直导轨面隔断mm进给切削进给速率mm/min快速移动进给速率mm/min电动机主轴电机功率KW7.5进给电机功率KW其他机床外形尺寸（长*宽*高）mm192920552216机床净重（约）kg精度定位精度mm/min0.015重定位精度mm/min0.0053程编中工艺指令的处理在数控机床上加工零件的动作都必须在程序中用指令方式事先予以规定，在加工中由机床自动实现。我们称这类指令为工艺指令。这类指令有国际标准，即准备功能指令G辅助功能指令M两大类。在编制加工程序时，必须按程编手册正确选用和处理。激光该零件用到的指令如下：G90绝对尺寸G92设置起刀点坐标G40取消刀具半径补偿G41刀具半径右补偿M03主轴顺时针方向旋转M30程序结束M05主轴停转G00快速进给G01直线插补G02顺时针圆弧插补G03逆时针圆弧插补4编制零件数控铣床加工工艺过程卡表6-1数控铣床加工工序卡零件名称冲压模数量12015年 12月 26日工序名称工艺要求工作者日期1下料留有加工余量的毛坯料2数控铣工步工步内容刀具号1底面去除多余毛坯T012精铣底面T022粗铣削凸台表面T033精铣凸台表面T044粗铣凸台轮廓T056精铣凸台轮廓T067粗铣凸台上表面T078精铣凸台上表面T084检验游标卡尺材料铸铁备注： XKA5032A规格数量1产品型号零件号程序编号制表工步号T码刀具型号刀柄型号刀具补偿地址备注直径（mm）长度1T01EM4SBT50-ASC2590125H01D01长度补偿半径补偿2T02EM4SBT40-ASC328092H02D02长度补偿半径补偿3T03EM4SBT40-ASC252083H03D03长度补偿半径补偿4T04EM4SBT30-ASC251057H04D04长度补偿半径补偿5T05EM4SBT40-ASC251083H05D05长度补偿半径补偿6T06EM4SBT40-ASC251083H06D06长度补偿半径补偿7T07EM4SBT40-ASC254083H07D07长度补偿半径补偿8T08EM4SBT40-ASC254083H08D08长度补偿半径补偿表6-2数控铣床加工刀具卡5编制数控加工程序 O1000N010 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 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为工件坐标系原点，M起刀点距原点X-10,Y-10启动主轴，正转建立刀具右补偿，刀具偏置寄存器号D06 加工直线AB加工半径为15的顺圆弧BC加工直线 CD加工半径为55的逆圆弧DE加工直线 EF加工直线FG加工直线GA取消刀具半径补偿，退回到起刀点程序结束主轴停转精铣凸台轮廓轨迹加工程序如下：23参考文献1余梦生,吴宗泽.机械零部件手册M.北京：机械工业出版社,2003.2胡来榕,陈启松.机械传动手册M.北京：煤炭工业出版社 ,2001.3王凤兰, 宗振奇. 机械设计学M.长春：吉林科学技术出版社, 2004. 4成大先 . 机械设计手册M.北京：化学工业出版社 ,2004.5濮良贵, 纪名刚. 机械设计M.北京：高等教育出版社, 2005.6张富洲.轴承设计手册M. 北京：机械工业出版社 ,2001.7杨黎明.新标准机械零件和刀具手册M.北京：兵器工业出版社，2006.8王爱玲. 数控编程技术社M .北京：机械工业出版社，2006.9米思米（中国）精密贸易有限公司. 上海：机械加工工具， 2006.10王树逵.数控加工技术M.北京：清华大学出版社，2009.11陈蔚芳.数控加工技术及应用M.北京：科学出版社，2008.致 谢通过这次数控铣床的设计让我学会了许多我在书本上学不到的知识，很感谢老师对我这次设计的指导和帮助！在这次设计中我明白了数控程序的编写的困难，还让我明白了设计中应该注意的细节，比如设计的图纸和实际的加工还是有很大的区别的，不能以设计的图纸为准应该以实际可以加工的零件尺寸为主，不是一把刀具就可以加工所有的图形的等等。只有在实践中我们才会发现这些问题。 最后谢谢我的指导老师程丽老师的帮助！谢谢您在我的设计中给与的指导帮助！