轴类零件加工工艺分析及数控编程论文Word格式.docx

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数控技术是应用计算机.自动控制.自动检验及精密机器等高新技术得产物。

它得出现及所带来得巨大效益，已经引起了世界各国技术与工业界的普遍重视。

目前，随着国内数控机床用量得剧增，急需培养大批的能够熟练掌握现代数控机床编程.操作和维护得应用型高级技术人才。

数控技术是以数字的形式实现自动加工控制得一门技术，其指令得数字和文字编码得方式，记录在控制介质上，经过计算机得处理后，对机床各种动作得顺序位移量及速度实现自动控制。

但是，在机械零件的加工中特别是数控车床，经常要加工特形面的工件，特别是一些球形的工件。

对一些球形工件的装夹问题有针对性地采取措施，设计出一种专门夹持球形的夹具并对其进行加工，取得了显著的效果。

关键词：

球形工具、数控车床、夹具、程序编制

Keywords：

Itsmanufacturingautomationtechnologyinadvancedmanufacturingtechnologywasanimportantpartofthecoretechnologyisthenumericalcontroltechnology.Istheapplicationofcomputernumericalcontroltechnology,automaticcontrolandautomaticinspectionwastheproductofhigh-techprecisionmachinery.Itwasthereandwasbroughtenormousbenefits,technologyhasattractedworldwideattentionwithindustry.Now,withtheverysharpincreaseindomesticconsumptionofCNCmachinetools,neededtotrainalargenumberofthemasterofmodernCNCmachineprogramming.Haveappliedtooperateandmaintainhigh-leveltechnicalpersonnel.

CNCtechnologyisintheformofdigitalprocessingtoachieveautomaticcontrolwithatechnology,theinstructionwastoodigitalandtextencodingmethod,recordedinthecontrolmedia,wereprocessedthroughthecomputer,themachinewastheorderofdisplacementofmovementandspeedtoachieveautomaticcontrol.However,theprocessingofmechanicalparts,especiallyinCNClathes,oftenspeciallyshapedsurfaceoftheworkpieceprocessing,especiallysomesphericalworkpiece.Forsomesphericalworkpiececlampingproblemstargetedmeasures,designedaspecialclampingfixtureanditssphereofprocessing,hasachievedremarkableresults.

Abstract：

Sphericaltools,CNClathes,jig,programming

1数控机床的简介、应用、和发展

1.1数控机床的简介

数控机床是一种利用电子计算机和专用电子计算装置控制的高效自动化机床。

主要分为立式和卧式两种。

立式机床装夹零件方便，但切屑排除较慢；

卧式装夹零件不是非常方便，但排屑性能好，散热很高。

数控铣床分三坐标和多坐标两种。

三坐标（XYZ）任意两轴都可以联动，主要用于加工平面曲线和轮廓和开敞曲面的行切。

多坐标机床是在三坐标的基础上，通过增加分度头或者回转工作台，成为4坐标或者5坐标机床（甚至多坐标机床）。

多坐标机床主要用于曲面轮廓或者由于零件需要必须摆角加工的零件，如法向钻孔，摆线行切等，摆角形式坐标主要为A或B;

5坐标机床主要为AB、AC、BC，可根据零件需要选用，摆角加工大小由加工的零件决定。

数控机床从组成来看。

主要分为以下两方面：

机床本身技术参数：

数控机床主要的技术参数由下面几个：

1、工作台：

零件加工工作平台，尺寸大小应根据加工零件的大小进行选用

2、T形槽：

工作台上的T形槽主要用于零件的装夹，其中T形槽数、槽宽、相互间距，需要根据加工工件的符号进行规定。

3、主轴：

主轴形式，主轴孔形式等。

4进给范围：

机床XYZ三个方向的可移动距离（行程），移动速度的大小；

摆角（ABC）的摆动范围，摆动的速度

主轴的旋转：

主轴的转速，主轴的功率，伺服电机的转矩等

1.2数控加工

数控加工是将待加工零件进行数字化表达，数控机床按数字量控制刀具和零件的运动，从而实现零件加工的过程。

被加工零件采用线架、曲面、实体等几何体来表示，CAM系统在零件几何体基础上生成刀具轨迹，经过后处理生成加工代码，将加工代码通过传输介质传给数控机床，数控机床按数字量控制刀具运动，完成零件加工。

其过程如下图所示：

【零件信息】→【CAD系统造型】→【CAM系统生成加工代码】→【数控机床】→【零件】

（1）对图纸进行分析，确定需要数控加工的地方；

（2）利用图形软件（PRO/EUG）造型；

（3）根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工，半精加工，精加工轨迹）；

（4）轨迹仿真检验；

（5）生成G代码

（6）传给机床实现加工；

1.3数控加工的特点

数控加工，也称之为NC（NumericalControl）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。

数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。

数控加工的最大特征有两点：

一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；

二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。

也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。

数控加工具有如下优点：

1、提高生产效率；

2、不需熟练的机床操作人员；

3、提高加工精度并且保持加工质量；

4、可以减少工装卡具；

5、可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，数控加工一次装夹完成加工，缩短加工周期，提高生产效率；

6、容易进行加工过程管理；

7、可以减少检查工作量；

8、可以降低废、次品率；

9、便于设计变更，加工设定柔性；

10、容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；

11、操作容易，极大减轻体力劳动强度

随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用，在模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业是否具有竞争力的象征。

1.4数控系统

数控系统是控制机床的核心。

现代数控系统通常是一台带有专用系统软件的专用微型计算机。

它由输入装置、控制运算器和输出装置等构成，它接受控制介质上的数字化信息，通过控制软件和逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分，进行规定、有序的动作。

作为用户，在考虑数控系统的时候，最关心的是系统的可靠性、可能和优越的性价比因此应该可以考虑以下几个方面：

1、分辨率：

分辨率越高，可以清楚的进行控制，适合工业环境使用。

2控制轴数和联动轴数：

应和购买的机床相配合，符合购买的机床情况

3、标准功能项目：

功能越全越好，结合机床使用而定，特别是一些自动补偿、自动适应技术模块等

1.5利用CAXA制造工程师CAD/CAM系统进行自动编程的基本步骤

CAM系统的编程基本步骤如下：

（1）理解二维图纸或其它的模型数据

（2）建立加工模型或通过数据接口读入

（3）确定加工工艺（装卡、刀具等）

（4）生成刀具轨迹

（5）加工仿真

（6）后期处理生成NC代码

（7）输出加工代码

（8）现在分别予以说明。

1、加工工艺的确定

（1）加工工艺的确定目前主要依靠人工进行，其主要内容有：

（2）核准加工零件的尺寸、公差和精度要求

（3）确定装夹位置

（4）选择刀具

（5）确定加工路线

（6）选定工艺参数

2、加工模型建立

利用CAM系统提供的图形生成和编辑功能将零件的被加工部位绘制计算机屏幕上。

作为计算机自动生成刀具轨迹的依据。

加工模型的建立是通过人机交互方式进行的。

被加工零件一般用工程图的形式表达在图纸上，用户可根据图纸建立三维加工模型。

针对这种需求，CAM系统应提供强大几何建模功能，不仅应能生成常用的直线和圆弧，还应提供复杂的样条曲线、组合曲线、各种规则的和不规则的曲面等的造型方法，并提供种过渡、裁剪、几何变换等编辑手段。

被加工零件数据也可能由其他CAD/CAM系统传入，因此CAM系统针对此类需求应提供标准的数据接口，如DXF、IGES、STEP等。

由于分工越来越细，企业之间的协作越来越频繁，这种形式目前越来越普遍。

被加工零件的外形不可能是由测量机测量得到，针对此类的需求，CAM系统应提供读入测量数据的功能，按一定的格式给出的数据，系统自动生成零件的外形曲面。

3、刀具轨迹生成

建立了加工模型后，即可利用CAXA制造工程师系统提供的多种形式的刀具轨迹生成功能进行数控编程。

CAXA制造工程师中提供了十余种加工轨迹生成的方法。

用户可以根据所要加工工件的形状特点、不同的工艺要求和精度要求，灵活的选用系统中提供的各种加工方式和加工参数等，方便快速地生成所需要的刀具轨迹即刀具的切削路径。

CAXA制造工程师在研制过程中深入工厂车间并有自己的实验基地，它不仅集成了北航多年科研方面的成果，也集成了工厂中的加工工艺经验，它是二者的完美结合。

在CAXA制造工程师中做刀具轨迹，已经不是一种单纯的数值计算，而是工厂中数控加工经验的生动体现，也是你个人加工经验的积累，它人加工经验的继承，

为满足特殊的工艺需要，CAXA制造工程师能够对已生成的刀具轨迹进行编辑。

CAXA制造工程师还可通过模拟仿真检验生成的刀具轨迹的正确性和是否有过切产生。

并可通过代码较核，用图形方法检验加工代码的正确性。

4、后期G代码生成

在屏幕上用图形形式显示的刀具轨迹要变成可以控制机床的代码，需进行所谓后期处理。

后期处理的目的是形成数控指令文件，也就是平我们经常说的G代码程序或NC程序。

CAXA制造工程师提供的后期处理功能是非常灵活的，它可以通过用户自己修改某些设置而适用各自的机床要求。

用户按机床规定的格式进行定制，即可方便地生成和特定机床相匹配的加工代码。

5、加工代码输出

生成数控指令之后，可通过计算机的标准接口与机床直接连通。

CAXA制造工程师可以提供我们自己开发的通信软件，完成通过计算机的串口或并口与机床连接，将数控加工代码传输到数控机床，控制机床各坐标的伺服系统，驱动机床。

随着我们国家加工制造业的迅猛发展，数控加工技术得到空前广泛的应用，CAXA的CAD/CAM软件得到了日益广泛的普及和应用。

2零件的工艺分析

2.1分析零件

这是一个典型的球形工件，这是由一个球体、圆锥体、以及内孔内螺纹等加工内容。

按照车削工艺分析要先把球体及圆锥体加工出来，再调头加工内孔内螺纹等。

这样一来问题就来了，因为球体是圆的如果按照通常的做法是，调头用三爪卡盘装夹。

但三爪卡盘是不能把圆球夹牢的，而且会把球体夹坏。

但是如果该工件先做内孔、内螺纹、外圆锥体，然后再调头装夹车削圆球。

因为圆锥体同样也是不能装夹牢固的，显然用普通的方法是不能完成该工件的车削。

所以需要研制出一套夹具来辅助加工。

1.图纸及加工性能

1、首先加工一个锥体底座，这个锥体与数控车床的主轴孔的锥孔是相一致的也就是说只要把锥体底座插入车床主轴孔，就可连成一体传递动力及转矩。

具体形状如下图

（表2-1）

工件1锥体底座的加工工艺：

装夹材料，伸出150MM长，一夹一顶。

车外圆，车圆弧，车外圆锥，车外圆。

然后调头把外圆锥插入车床主轴孔，钻孔，车内孔，再车止口位和轴肩。

然后在加工中心钻孔和攻丝。

数控加工工序卡片

零件

名称

轴

数量

1

工作者

时间

工序

锥体底座的加工工艺

下料

直径为Ø

120长度160mm棒料1根

2

数控车

工步

工步内容

刀具号

刀具名称

外圆柱面粗车

T01

90°

外圆车刀

外圆柱面精车

3

钻孔

钻头

4

车内孔

T03

内孔刀

5

切槽

T02

切槽刀（刀宽5mm）

加工中心

攻丝

M7.8绞孔

检验

材料

钢45

备注

规格数量

120长度160mm

程序编制：

程序内容

程序说明

MO3

启动主轴

S800T0101

转速500r/min调用外圆车刀

G00X54Z2

定位至（54,2）

G71U2R1

G71外圆车削循环,对外圆进行加工

G71P10Q20U0.3W0F100

N10X54

Z-2

X58.62

Z-98

G02X63.62W-20R10

G01X118

N20Z-140

S800

G70P10Q20

G00X100Z100

回到起刀点

T0303

调用内孔刀

G00X24Z2

G71内孔车削循环,对内孔进行加工

G71P30Q40U-0.3W0F100

N30G00X24

N40G01Z-50

G70P30Q40

T0101

调用外圆车刀

GOOX72Z2

G71P50Q60U0.3W0F100

N50G00X72

G01Z-5

G00X82

N60X72

G70P50Q60

T0100

调用1号刀并取消1号刀刀补

M05

主轴停止

M30

程序结束

2、加工第二个工件法兰套（90º

锥形件），这个法兰套带有90°

的锥孔，具体形状及加工工艺如下图：

（表2-2）

工件2法兰套（90º

锥形件）的加工工艺：

装夹材料，伸出45MM长，车端面。

钻中心孔，用Ø

22麻花钻钻孔，钻穿，车外圆Ø

75长40MM。

调头车内孔，再车出内止口位。

然后在加工中心钻孔和钻沉孔。

用内六角螺丝把第一个工件连接在一齐，然后把外圆锥插入车床主轴孔再车第二件的外圆，槽，和外螺纹。

法兰套（90º

锥形件）

120长度80mm棒料1根

车端面

钻中心孔

Ø

22麻花钻

车外圆

TO2

6

7

钻沉孔

2

3

车槽

车外螺纹

T04

螺纹刀

O0002

程序段号

M03

启动主轴

S500T0202

转速500r/min调用内孔车刀

定位至（24,2）

G71P10Q20U-0.2WOF100

N10G00X24

G01Z-13.32

X71

Z-6.5

GOOX100Z100

调头

T0202

调用内孔车刀

GOOX55Z2

G71P30Q40U-0.2W0F100

N30G00X55

G01Z-7

G03X55Z-13.32R27

G00X100

Z100

调用90°

G00X71Z2

G71P50Q60U0.220F100

N50GOOX71

G01Z-40

X118

N60Z-50

调用切槽刀

GOOX73Z-20

G01X67

GOOX73W-5

G00X73W-5

G00X73Z-40

G00X100

T0404

调用内螺纹刀

G0OX71Z2

G92螺纹车削循环,对螺纹进行加工

G92X70.68Z-20F1.5

X70.15

X70.05

X69.95

X69.85

X69.75

X69.65

X69.55

X69.45

X69.35

GOOX100

MO5

3、最后加工一个索母（帽形件）。

具体形状如下图。

（表2-3）

工件3索母（帽形件）的加工工艺：

装夹材料，伸出20MM长，车端面。

27麻花钻钻孔，钻穿。

车内锥孔，车内孔，切内槽，车内螺纹。

把索母旋进件二。

再车外圆，车圆弧，滚花。

索母（帽形件）

100长度70mm棒料1根

钻中心孔（通孔）

27麻花钻

内孔车刀

车内锥孔

切内槽

内切槽刀（刀宽5mm）

车内螺纹

内螺纹刀

索母旋进件二

8

9

车圆弧

10

滚花

滚花刀

O0003

S500

转速500r/min

TO2O2

GOOX70Z2

定位至（70,2）

G71U2R1

N10G00X70.5

N20G01Z-30

调用内切槽刀

GOOX68Z-25

G01X73

GOOX68

Z5

GOOX81Z2

G71P30Q40U0.2W0F100

N30G01X30

Z-10

G01X56.37

W-13.18

X81

N40Z-53.18

M5

4、夹具的装配：

先把圆锥体底座插入车床主轴孔用四个内六角螺栓把圆锥体底座1和法兰套2联接，然后放入球形工件再旋入索母3，把扳