数控技术毕业设计1.docx

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数控技术毕业设计1

数控技术作为一项机械加工的技术，其目的就是提高生产率，提高生产精度，减轻工人的劳动强度，包括数控车，数控铣，数控加工中心等，数控车和铣是针对回转体或单一面零件的加工技术，而加工中心则是针对多面体零件的加工，其操作，编程和维护方面都要比前两者复杂许多，而随着当今世界生产力的逐步发展，对机加工产品的精度要求越来越高，加工中心更是不可或缺，其特点在于可加工工艺要求复杂的零件，更可以把几道序结合在一起，这样就缩短了生产周期，提高了生产率。

本文主要介绍加工中心，与之相关工件的加工工艺流程，以中国大连华凯机床有限公司的MDH80卧式加工中心为代表，于机床各系统的构造，工作原理，工装，刀具等各方面展开全面论述，分析其技术特点，然后，以时风拖拉机354传动箱体为主要对象，对工件的加工工艺流程进行详细介绍，其中包括对图纸的分析，编程，工件的装夹，刀具的选用等内容，以便读者对加工中心的工件加工工艺流程有一个全面的认识。

关键字：

加工中心加工工艺数控机床刀具

第一章数控机床概述…………………………………………………………3

1.1数控技术及其发展…………………………………………………3

1.1.1数控技术的简介…………………………………………………3

1.1.2数控技术的发展…………………………………………………3

1.2数控机床的分类简介……………………………………………4

第二章刀具选择

第三章数控加工工艺分析……………………………………………………13

3.1数控加工工艺流程简介…………………………………………13

第四章程序编制………………………………………………………21

参考文献…………………………………………………………24

致谢…………………………………………………………23

第一章数控机床

1.1数控技术及其发展

1.1.1数控技术的简介

数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。

1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。

现在，数控技术也叫计算机数控技术，目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术，通过用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。

由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成。

数控技术是制造业信息化的重要组成部分。

数控装备是指应用数控技术对工作机械的工作过程进行控制的装备。

它是以数控技术为代表的新技术对传统制造产业和新兴产业的渗透形成的机电一体化产品，即所谓的数字化装备，其技术范围覆盖很多领域：

（1）机械制造技术；

（2）信息处理、加工、传输技术；（3）自动控制技术；（4）伺服驱动技术；（5）传感器技术；（6）软件技术等。

其特点是高精度、高效率、高柔性和高超的信息处理和传输能力。

当前，我国社会经济飞速发展使得中国制造技术正在发生日新月异的变化。

但是，中国目前只是非创新产品的制造大国，靠劳动力、价格、资源和非竞争性的比较优势，在低端产品上世界上占有一席之地。

中国的制造业一定要掌握现金的数控技术应用，实现从低端到高端，从初级产品加工到高精尖产品实现，实现从中国制造到中国创造，从制造大国到制造强国的转变。

1.1.2数控技术的发展

数控技术的发展是由数控机床为依托的，而数控机床的发展先后经历了电子管，晶体管，小规模集成电路，大规模集成电路及小型计算机和微处理机等五代数控系统，前三代系统采用专用电子线路实现的硬件式数控系统，一般称为普通数控系统，简称NC，第四代和第五代系统采用微处理器及大规模或超大规模集成电路组成的软件式数控系统，称为现代数控系统，简称CNC（第四代）和MNC（第五代）。

自动编程系统的发展始于上世纪50年代后期，由美国首先研制成功APT系统，由于它具有语言直观易懂，制带快捷，加工精度高等优点，很快称为广泛的使用的自动编程系统。

到上世纪60年代和70年代，又先后发展了APT3和APT4系统。

自动化生产系统的发展随着CNC技术，信息技术，网络技术以及系统工程学的发展，为单机数控化向计算机控制的多机制造系统自动化发展创造了必要的条件，在上世纪60年代末期出现了由一台计算机直接管理和控制一群数控机床的计算机群控系统，即直接控制系统DNC，1967年出现了由多台数控机床连接成可调加工系统，这就是最初的柔性制造系统FMS，近十年来，FMS发展迅速，在1989年第八届欧洲国际机床展览会上，展出的FMS就超过了200条。

我过也已开始在这方面的探索与研究，并取得可喜的成果，已有一些FMS和CIMS成功地用于生产。

1.2数控机床的分类简介

一、按加工工艺方法分类

1．金属切削类数控机床与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。

尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，但具有较高的生产率和自动化程度。

2．特种加工类数控机床

除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。

图1.1线切割数控机床

3．板材加工类数控机床

常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。

二、按控制运动轨迹分类

1．点位控制数控机床

点位控制数控机床的特点是机床移动部件只能实现由一个位置到另一个位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。

2．直线控制数控机床

直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。

如数控镗铣床、加工中心等机床。

3．轮廓控制数控机床

轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。

常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。

三、按驱动装置的特点分类

1．开环控制数控机床

这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。

2．闭环控制数控机床

闭环控制数控机床是在机床移动部件上直接安装直线位移检测装置，直接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。

3．半闭环控制数控机床

半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。

第二章刀具选择

加工中心所用的刀具是由通用刀具（又称工作头或刀头）和与加工中心主轴前端锥孔配套的刀柄等组成。

在应用中，要根据加工中心机床的要求、夹具的要求、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具。

刀具选择总的原则是：

刀具的安装和调整方便，刚性好，耐用度和精度高。

在保证安全和满足加工要求的前提下，刀具长度应尽可能短，以提高刀具的刚性。

在加工中心机床上，各种刀具分别装在刀库中，按程序的规定进行自动换刀。

因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的刀具能迅速、准确地装到机床主轴上。

编程人员应充分了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。

加工中心机床所用的刀具必须适应加工中心高速、高效和自动化程度高的特点，其刀柄部分要联接通用刀具并装在机床主轴上，由于加工中心类型不同，其刀柄柄部的型式及尺寸不尽相同。

JT（ISO7388）表示加工中心机床用的锥柄柄部（带有机械手夹持槽），其后面的数字为相应的ISO锥度号，如50、45、和40分别代表大端直径为69.85、57.15和44.45毫米的7：

24锥度。

ST（ISO297）表示一般数控机床用的锥柄柄部（没有机械手夹持槽），数字意义与JT类相同。

BT（MAS403）表示用于日本标准MAS403的带有机械手夹持槽联接。

加工中心刀具的刀柄分为整体式工具系统和模块式工具系统两大类。

模块式工具系统由于其定位精度高，装卸方便，连接刚性好，具有良好的抗振性，是目前用得较多的一种型式，它由刀柄、中间接杆以及工作头组成。

它具有单圆柱定心，径向销钉锁紧的联接特点，它的一部分为孔，而另一部分为轴，两者之间进行插入连接，构成一个刚性刀柄，一端和机床主轴连接，另一端安装上各种可转位刀具便构成一个工具系统。

根据加工中心类型，可以选择莫氏及公制锥柄。

中间接杆有等径和变径两类，根据不同的内外径及长度将刀柄和工作头模块相联接。

工作头有可转位钻头、粗镗刀、精镗刀、扩孔钻、立铣刀、面铣刀、弹簧夹头、丝锥夹头、莫氏锥孔接杆、圆柱柄刀具接杆等多种类型。

可以根椐不同的加工工件尺寸和工艺方法，按需要组合成铣、钻、镗、铰、攻丝等各类工具进行切削加工。

通用刀具根据制造所用的材料可分为以下几种：

（1）高速钢刀具；

（2）硬质合金刀具；（3）金刚石刀具；（4）其他材料刀具，如陶瓷刀具等。

刀具的切削过程是非常复杂的，影响因素很多。

在铣削加工时，刀具材料的性能、刀具类型、刀具几何参数、切削速度、切削深度和进给量等都影响切削力，从而影响整个工艺系统，最终影响加工精度和质量。

在加工中心机床上进行加工，其主轴转速比普通机床的主轴转速一般至少要高1到2倍，因此，在加工中心上进行铣加工，选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。

平面铣削应选用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀。

一般采用二次走刀，第一次走刀最好用端铣刀粗铣，沿工件表面连续走刀。

选好每次走刀的宽度和铣刀的直径，使接痕不影响精铣精度。

因此，加工余量大又不均匀时，铣刀直径要选小些。

精加工时，铣刀直径要选大些，最好能够包容加工面的整个宽度。

在实际工作中，平面的半精加工和精加工，一般用可转位密齿面铣刀，可以达到理想的表面加工质量，甚至可以实现以铣代磨。

密布的刀齿使进给速度大大提高，从而提高切削效率。

精切平面时，可以设置2到4个刀齿。

可转位螺旋立铣刀适用于高效率粗铣大型工件的台阶面、立面及大型槽的加工。

如更换不同牌号的刀片，可加工钢、铸铁、铸钢、耐热钢等多种材料。

硬质合金螺旋齿立铣刀是一种用于加工铸铁、钢件、有色金属的精加工刀具，刀片一般为焊接式。

镶硬质合金刀片的端铣刀和立铣刀主要用于加工凸台、凹槽和箱口面。

为了提高槽宽的加工精度，减少铣刀的种类，加工时采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后再利用刀具半径补偿（或称直径补偿）功能对槽的两边进行铣加工。

铣削盘类零件的周边轮廓一般采用立铣刀。

所用的立铣刀的刀具半径一定要小于零件内轮廓的最小曲率半径。

一般取最小曲率半径的0.8到0.9倍即可。

零件的加工高度（Z方向的吃刀深度）最好不要超过刀具的半径。

若是铣毛坯面时，最好选用硬质合金波纹立铣刀，它在机床、刀具、工件系统允许的情况下，可以进行强力切削。

加工中心上用的立铣刀一般有三种形式：

球头刀（R=r）、端铣刀（r=0）和R刀（r）（有的称为“牛鼻刀”），其中R为刀具的半径、r为刀角半径。

刀具参数中还有刀杆长度L和刀刃长度l，如图1所示。

图1立铣刀结构示意图

加工空间曲面和变斜角轮廓外形时，由于球头刀具的球面端部切削速度为零，而且在走刀时，每两行刀位之间，加工表面不可能重叠，总存在没有被加工去除的部分，每两行刀位之间的距离越大，没有被加工去除的部分就越多，其高度（通常称为“残留高度”）就越高，加工出来的表面与理论表面的误差就越大，表面质量也就越差。

加工精度要求越高，走刀步长和切削行距越小，编程效率越低。

因此，应在满足加工精度要求的前提下，尽量加大走刀步长和行距，以提高编程和加工效率。

而在两轴及两轴半加工中，为提高效率，应尽量采用端铣刀，由于相同的加工参数，利用球头刀加工会留下较大的残留高度。

因此，在保证不发生干涉和工件不被过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀或R刀（带圆角的立铣刀）。

不过，由于平头立铣刀和球头刀的加工效果是明显不同的，当曲面形状复杂时，为了避免干涉，建议使用球头刀，调整好加工参数也可以达到较好的加工效果。

在选择刀刃长度和刀杆长度时，应考虑机床的情况及零件的尺寸是否会干涉。

在可能的情况下，应尽量选短一些，以提高刀具的刚度。

钻孔时，要用中心钻打中心孔，用以引正钻头。

先用较小的钻头钻孔至所需深度Z，再用较大的钻头进行钻孔，最后用所需的钻头进行加工，以保证孔的精度。

在进行较深的孔加工时，特别要注意钻头的冷却和排屑问题，一般利用深孔钻削循环指令G83进行编程，可以工进一段后，钻头快速退出工件进行排屑和冷却，再工进，再进行冷却和排屑直至孔深钻削完成。

若工件为铸件，则不能使用冷却液。

在选用刀具进行编程时，应注意区分刀尖和刀心，两者均是刀具的对称轴上的点，其间差一个刀角半径。

图2三种形式的立铣刀的刀心和刀尖

实际应用时，要规定刀具的结构尺寸，在刀具装到机床上之前，应根据编程时确定的参数，在机外的预调装置中调整到所需的尺寸。

下面利用CAXA制造工程师软件中“铣刀参数”对刀具参数进行说明。

图3铣刀参数设置对话框

（1）当前铣刀名为当前铣刀的名称，用于刀具标识和列表，刀具名是唯一的。

通过下拉列表，可以显示刀具库中的所有刀具，并可在列表中选择当前刀具。

（2）刀具号刀具安装在加工中心机床的刀具库中的刀位号。

用于后置处理的自动换刀指令。

刀具号唯一。

（3）刀具补偿号刀具补偿值的序列号，其值可以与刀具号不一致。

（4）刀具半径刀具的半径值。

该参数用于确定刀具半径补偿的量。

（5）刀角半径刀具的刀角半径，应不大于刀具半径。

（6）刀刃有效长度刀具的刀杆可用于切削部分的长度。

（7）刀杆长度刀尖到刀柄之间的距离。

刀杆长度应大于刀刃有效长度。

并且一般刀杆长度要大于工件总切深。

如果不大于总切深，一定要检查刀柄是否会与工件相接触。

（8）增加刀具用于增加刀具到软件系统的刀具库中，并非加工中心机床的刀具库。

单击“增加铣刀”按钮→弹出“增加铣刀”对话框→输入增加的铣刀的名称→单击“确定”→可以修改刀具的各个参数，如图4所示。

图4增加铣刀对话框

（9）删除当前刀具删除CAXA系统的刀具库中不需要的刀具。

而不是删除机床刀具库中的刀具。

选择需删除的刀具→鼠标单击“删除当前铣刀”按钮→按“确认”按钮后，该刀具即被删除，如图5所示。

图5删除铣刀对话框

（10）预显刀具参数修改刀具参数后，按“预显刀具参数”按钮可显示参数修改后刀具的形状。

加工中心机床刀具是一个较复杂的系统，如何根据实际情况进行正确选用，是编程人员必须掌握的。

只有对加工中心刀具结构和选用有充分的了解和认识，在实际工作中才能灵活运用，提高工作效率和安全生产

第三章数控加工工艺

3.1数控加工工艺流程简介

数控加工工艺是以数控机床加工中的工艺问题为研究对象的一门加工技术。

它以机械制造中的工艺理论为基础，结合数控机床的特点，综合运用多方面知识解决面临的数控加工中的工艺问题。

数控加工工艺的内容包括金属切削和加工工艺的基本知识和基本理论，金属切削刀具，典型零件加工及工艺分析等。

其具体过程如下：

1选择并确定数控加工的内容

2数控加工的工艺分析

3零件图形的数控处理及编程尺寸的确定

4制定数控加工工艺方案

5制定工步和进给路线

6选择数控机床的类型

7选择和设计刀具夹具和量具

8确定切削参数

9编写和修改加工程序

10首件试加工与现场处理

11数控加工工艺技术文件的定型与存档

3.2拖拉机354传动箱体的加工工艺流程

图3.1354传动箱体

一、零件图分析

354传动箱体加工表面有两个Φ130，两个Φ90，一个Φ88，三个Φ80，三个Φ72，一个Φ32，一个Φ19的内孔表面组成的，每个孔的加工精度及形位公差要求较高，符合数控加工尺寸标注要求，切削加工性能较好，用为各孔分布在四个工作面上，宜采用卧式加工中心进行加工。

二、加工工艺性分析

354传动箱体毛坯材料是HT200，铸造件，切削性能较好，毛坯余量适中。

毛坯要先在普通机床上加工端面，先加工出一个端面作为基准面，钻定位孔。

然后先粗后精加工其他四个面。

最后由先前所选的底面为基准面，再在加工中心上加工各内孔。

三、确定工序和装夹方式

加工顺序按由外到内，先面后孔，先粗后精的原则确定，一次装夹尽可能加工出最多的工件表面。

先粗镗Φ130，Φ90，Φ88，Φ80，Φ72的孔，然后钻Φ32，Φ19的孔，再精镗Φ130，Φ90，Φ88，Φ80，Φ72的孔，粗镗精镗Φ32，Φ19的孔，最后各孔倒角。

最后铣Φ75的沟槽。

装夹方式采用自制专用夹具，能够实现一次装夹，加工较多的工件表面。

装夹方便，能够根据工件特点进行适当调整。

装夹方式如图：

四、选择刀具和制定加工工序卡

山东时风集团汽车厂金五车间

机械加工工序卡

零件编号

零部件名称

354拖拉机传动箱体

程序编号

O0016

机床型号

MDH-80

夹具号

工序名

机床名称

卧式加工中心

夹具名

工步

工步内容

刀具及辅具

主轴转速

r/min

进给

速度

m/min

切削深度

编号

规格

名称

数量

N1

粗镗Ø90

T26

粗镗刀

1

353

88

N2

粗镗Ø80

T28

粗镗刀

1

400

100

N3

粗镗Ø88

T30

粗镗刀

1

542

162

N4

粗镗Ø72

T32

粗镗刀

1

400

100

N5

粗镗Ø130

T54

粗镗刀

1

295

74

N6

Ø31钻孔

T34

钻头

1

260

60

N7

倒孔Ø19

T36

钻头

1

1193

180

N8

钻Ø19孔

T37

钻头

363

73

N9

精镗Ø130

T55

精镗刀

1

400

60

N10

精镗Ø90

T27

精镗刀

1

400

60

N11

精镗Ø80

T29

精镗刀

1

400

60

N12

精镗Ø88

T31

精镗刀

1

650

98

N13

精镗Ø72

T33

精镗刀

1

650

120

N14

粗镗Ø32

T35

粗镗刀

1

1193

240

N15

精镗Ø32

T38

精镗刀

1

750

60

N16

镗Ø19孔

T43

镗刀

1

600

50

N17

倒角Ø80-Ø90-Ø130孔

T42

倒角刀

1

612

306

N18

铣Ø80环沟

T44

环沟铣刀

120

90

绘制

审核

批准

共页

第页

刀具特点：

对于本工件，因为主要是孔的加工，刀具大部分是镗刀，有Φ130分为粗镗和精镗，Φ90，Φ88，Φ80，Φ72，Φ32的，刀片全部是可转位刀片。

钻头的材料是硬质合金的，转速最高可达3000r/min，倒角刀的刀尖往后的部分表面镀钛，这样可大大降低刀具的磨损和腐蚀。

五、加工程序的编制

O0016（354-TI-SU）

G00G91G30Z0;

G30X0Y0;

T07;

M06;

T26;

G90G54.1P7B0;

X-50.0Y40.0;

S200;

Z200.0;

M00;

G00G91G30Z0;

G90G54.1P8B0;

Z200.0;

M00;

（90C）;

G00G91G30Z0;

G30X0Y0;

T26;

M06;

T28;

G90G54.1P7B0;

X0Y92.0;

M03S353;

M08;

G43Z200.0H26;

Z3.0;

G01Z-35.0F88;

G01Z-255.0F10000;

G01Z-325.0F88;

M05;

M09;

G00Z200.0;

G00G91G30Z0;

G30X0Y0;

M01;

（80C）;

T28;

M16M06;

T30;

G90G54.1P7B0;

X0Y0;

M03S400;

M08;

G43H28Z200.0;

Z3.0;

G01Z-32.0F100;

Z-250.0F10000;

Z-281.0F100;

G04P500;

M05;

M09;

G00Z200.0;

G00G91G30Z0;

（80C2）;

G90G54.1P8B0;

M03S400;

M08;

X0Y110.0;

G43Z200.0H28;

Z3.0;

G01Z-40.0F100;

M05;

M09;

G00Z200.0;

G00G91G30Z0;

G30X0Y0;

M01;

（88C）;

T30;

M06;

T32;

G90G54.1P8B0;

X0Y110.0;

S542M03;

M08;

G43Z200.0H30;

G82X0Y110.0Z-12.04R3.0P500F162;

M80M05;

M09;

G00G91G30Z0;

G30X0Y0;

M01;

（72C）;

T32;

M06;

T54;

G90G54.1P8B0;

X0Y0;

S400M03;

M08;

G43Z200.0H32;

Z3.0;

G01Z-43.0F100;

G01Z-115.0F5000;

G01Z-160.0F100;

M05;

G00Z50.0;

S400M03;

X0Y110.0;

Z3.0;

G01Z-115.0F5000;

Z-155.0F100;

M05;

M09;

G00Z200.0;

G00G91G30Z0;

G30X0Y0;

M01;

（130CT）;

G00G91G30Z0;

G30X0Y0;

T54;

M16M06;

T34;

G90G54.1P9B0;

X0Y0;

M03S295;

M08;

G43H54Z200.0;

G98G81X0Y0Z-35.0R5.0F74;

G80M05;

G00G91G30Z0;

G90G54.1P10B0;

X0Y0;

M03S295;

G43Z200.0H54;

G98G81X0Y0Z-35.0R5.0F74;

G80M05;

M09;

G00G91G30Z0;

G30X0Y0;

M01;

（31ZK）;

T34;

M06;

T36;

G90G54.1P7B0;

X-59.511Y