常用回轉體零件的數控加工工藝和仿真畢業設計（論文） 班級 專業 數控 題目 常用回轉體零件的數控加工工藝和仿真 學生姓名 指導教師 2012年6月15日 目 錄摘要4前言51 數控機床的概述 61.1數控機床的基本組成及工作原理6 1.1.1數控機床的基本組成6 1.1.2數控機床的工作原理61.2數控機床的分類6 1.2.1按控制刀具與工件相對運動軌跡扥類6 1.2.2按加工方式分類7 1.2.3按控制坐標軸分類7 1.2.4按驅動系統的控制方式分類7 1.3數控機床的應用范圍7 1.4數控機床的特點72.AutoCAD圖樣 8 2.1工藝分析8 2.2毛坯的形狀及尺寸的確 8 2.3切削用量選擇 93.FANUC數控車床常用指令介紹10 程序編輯104.圓弧螺紋軸的加工工藝15 仿真軟件模擬155.零件精度分析 22 5.1誤差分析22 5.2測量誤差22 5.3計量器具選擇23 5.4如何減少誤差23總 結24參考文獻25摘 要 數控技術是數字控制（Numerical Control）技術的簡稱。它采用數字化信號對被控制設備進行控制，使其產生各種規定的運動和動作。利用數控技術可以把生產過程用某中語言編寫的程序來描述，將程序以數字形式送入計算機或專用的數字計算裝置進行處理輸出，并控制生產過程中相應的執行程序，從而使生產過程能在無人干預的情況下自動進行，實現生產過程的自動化。程序的編輯不同，也導致了加工工序、加工工藝的不同等。合理的編輯程序可以提高數控車床的加工效率，選擇合理的加工路亦是可以事半功倍。采用數控技術的控制系統稱為數控系統（Numerical Control System）。根據被控對象的不同，存在多種數控系統，其中產生最早應用最廣泛的是機械加工行業中的各種機床數控系統。所謂機床數控系統就是以加工機床為控制對象的數字控制系統。關鍵字：數控技術 ；自動化 ；加工工藝 ；編輯程序 前 言科學技術和社會生產的不斷發展，對機械產品的性能、質量、生產率和成本提出了越來越高的要求。機械加工工藝過程自動化是實現上述要求的重要技術措施之一。他不僅能夠提高品質質量和生產率，降低生產成本，還能改善工人的勞動條件，但是采用這種自動和高效率的設備需要很大的初期投資，以及較長的生產周期，只有在大批量的生產條件下，才會有顯著的經濟效益。隨著消費向個性化發展，單件小批量多品種產品占到70%-80%，這類產品的零件一般采用通用機床來加工。而通用機床的自動化程度不高，基本上由人工操作，難于進一步提高生產率和保證質量。特別是由曲線、曲面組成的復雜零件，只能借助靠模和仿行機床或者借助畫線和樣板用手工操作的方法來完成，其加工精度和生產率受到極大影響。為了解決上述問題，滿足多品種、小批量，特別是結構復雜精度要求高的零件的自動化生產，迫切需要一種靈活的、通用的，能夠適應產品頻繁變化的“柔性”自動化機床。數控機床才得已產生和發展。數控技術是數字控制（Numerical Control）技術的簡稱。它采用數字化信號對被控制設備進行控制，使其產生各種規定的運動和動作。利用數控技術可以把生產過程用某中語言編寫的程序來描述，將程序以數字形式送入計算機或專用的數字計算裝置進行處理輸出，并控制生產過程中相應的執行程序，從而使生產過程能在無人干預的情況下自動進行，實現生產過程的自動化。采用數控技術的控制系統稱為數控系統（Numerical Control System）。根據被控對象的不同，存在多種數控系統，其中產生最早應用最廣泛的是機械加工行業中的各種機床數控系統。所謂機床數控系統就是以加工機床為控制對象的數字控制系統。安裝有數控系統的機床稱為數控機床。它是數控系統與機床本體的結合體。數控車床是數控系統與車床本體的結合體；數控銑床是數控系統與銑床本體的結合體。除此之外還有數控線切割機床和數控加工中心等。數控機床是具有高附加值的技術密集型產品，是集機械、計算機、微電子、現代控制及精密測量等多種現代技術為一體的高度機電一體化設備。數控機床的產生使傳統的機械加工發生了巨大的變化，這不僅表現在復雜工件的制造成為可能，更表現在采用了數控技術后使生產加工過程真正實現了自動化。27常用回轉體零件的數控加工工藝和仿真1.數控機床的概述1.1數控機床的基本組成及工作原理1.1.1數控機床的基本組成數控機床加工零件的工作過程分以下幾個步驟實現：1、根據被加工零件的圖樣與工藝方案，用規定的代碼和程序格式編寫加工程序；2、所編程序指令輸入機床數控裝置；3、數控裝置將程序（代碼）進行譯碼、運算之后，向機床各個坐標的伺服機構和輔助控制裝置發出信號，以驅動機床的各運動部件，并控制所需的輔助動作，最后加工出合格的零件。由此可知，數控機床的基本組成包括加工程序、輸入輸出裝置、數控系統、伺服系統和輔助控制裝置、反饋系統、電器邏輯裝置以及機床本體。由下圖1.2.1可知機床數控系統的基本工作流程。 加工程序計算機數字控制裝置(CNC）主軸電機機床本體進給電機位置檢測速度控制單元主軸控制單元可編程控制器(PLC)圖1機床數控系統的基本工作流程1.1.2數控機床的工作原理由上圖可知，數控機床在加工時，是根據工件圖樣要求及加工工藝過程，將所用刀具及機床各部件的移動量、速度及動作先后順序、主軸轉速、主軸旋轉方向及冷卻等要求，以規定的數控代碼形式，編制成程序單，并輸入到機床專用計算機中。然后，數控系統根據輸入的指令，進行編譯、運算和邏輯處理后，輸出各種信號和指令，控制機床各部分進行規定的位移和有順序的動作，加工出各種不同形狀的工件。1.2數控機床的分類1.2.1按控制刀具與工件相對運動軌跡分類點位控制（Point to Point Control ）位置控制（Positioning）數控機床 輪廓控制Contouring Control數控機床1.2.2按加工方式分類1.金屬切削類：如數控車、鉆、鏜、銑、磨、加工中心等。2.金屬成型類：如數控折彎機、彎管機、四轉頭壓力機等。3.特殊加工類： 如數控線切割、電火花、激光切割機等。4.其他類：如數控火焰切割機、三坐標測量機等。1.2.3按控制坐標軸數分類 1.兩坐標數控機床：兩軸聯動，用于加工 各種曲線輪廓的回轉體，如數控車床。2.三坐標數控機床：三軸聯動，多用于加工曲面零件，如數控銑床、數控磨床。3.多坐標數控機床：四軸或五軸聯動，多用于加工形狀復雜的零件。1.2.4按驅動系統的控制方式分類1. 開環控制數控機床 2. 閉環控制（Closed Loop Control）數控機床 3. 半閉環控制（Semi-closed Loop Control）數控機床1.3數控機床的應用范圍 1、輪廓形狀復雜，加工精度高的零件； 2、用普通機床加工時，需要制作復雜工藝裝備的零件；3、用普通機床加工時，工藝路線過長、工裝過多的零件；4、多品種、小批量生產的零件（100件以內）；5、新產品的試制零件；6、價值昂貴，加工中不許報廢的零件；7、生產周期段的急需件；8、集銑、鉆、鏜、擴、鉸、攻螺紋等多種工序于一體的零件。1.4數控機床的特點1、適應性強，適應加工單件或中小批量復雜工件；2、加工精度高，產品質量穩定；3、自動化程度高，勞動強度低，改善勞動條件；4、生產效率高；5、良好的經濟效益；2.AutoCAD圖樣 零件圖2.1工藝分析1.加工圖樣左端的外輪廓，并同時加工完外槽；2.調頭裝夾圖樣左端已經加工部分51的外圓上，加工圖樣右端的外輪廓，并進行螺紋退刀槽的加工。4.進行外螺紋的加工5.去毛刺2.2. 毛坯的形狀及尺寸的確定毛坯尺寸和零件圖上相應的設計尺寸之差成為加工總余量，又稱毛坯余量。毛坯尺寸的公差成為毛坯公差，毛坯的余量和毛坯公差的大小同毛坯的制造方法有關生產中可參考有關工藝手冊和標準確定。毛坯雨量確定后，將毛坯雨量附加在零件相應的加工表面，即可大致確定毛坯的形狀與尺寸。此外，在毛破制造，機器加工機熱處理時，還有許多工藝因素會影響到毛坯的形狀和尺寸，本次設計為單件小批量生產，所以設計選材應從滿足工件的使用性、經濟性和切削性、取材的方便性考慮。單從經濟性考慮毛坯的選擇應使毛坯的形狀和尺寸與零件盡量接近，可以考慮選擇鑄件，但本次設計為單件小批量生產，所以設計選材應滿足工件的使用性、經濟性和切削性取材方便性考慮，選擇鑄件滿足工件的使用性和切削性能但從經濟性考慮，則是不經濟，取材不方便，鑄鐵暫不考慮。所以考慮普通鋼材45#鋼大小120mm58mm，價格低廉 取材方便、有良好的切削性和經濟性。6.刀具選擇選用3的中心鉆鉆削中心孔。粗、精車外輪廓及平斷面時選用93硬質合金偏刀（刀尖角35、刀尖圓弧半徑0.4mm）。螺紋退刀槽采用4mm切槽加工。撤銷螺紋選用60硬質合金外螺紋車刀。具體刀具參數見下表。 刀具卡序號刀具號刀具類型刀具半徑數量加工表面備注1T010193外圓刀0.4mm1從右至左外輪廓刀尖352T0202外切槽刀4mm槽寬1V型槽和螺紋退刀槽槽刀3T0303外螺紋刀1外螺紋刀尖364T040外圓車刀0.2mm1刀尖352.3切削用量選擇主軸轉速的選擇。主軸轉速的選擇主要根據工作材料、工件直徑的大小及加工的精度要求等都有聯系，根據圖1要求，選擇外輪廓粗加工轉速800r/min，精車為1500r/min。車螺紋時，主軸轉速n=400r/min。進給轉速度的選擇。根據主軸轉速選擇進給速度，分別選擇外輪廓粗精車的進給速度為130mm/min和120mm/min;切槽的進給速度為30mm/min。具體工步順序、工作內容、各工步所用的刀具及切削用量等詳見下表。 切削用量表操作序號工步內容刀具號切削用量轉速r/min進給速度mm/min切削深度mm1加工工件端面T01018001000.5粗車工件外輪廓（左端）T04048001201粗車工件外輪廓（左端）T0404100012000.52粗車工件外輪廓（左端）T010180012023精車工件外輪廓（左端）T010115001200.54粗、精車V型槽T020240050粗車工件外輪廓（右端）T01018001202精車工件外輪廓（右端）T010115001200.55車螺紋退刀槽T0202400504x26車削外螺紋M30x2T0303400螺距20.37檢驗、校核 3.FANUC數控車床常用指令介紹程序編輯數控車床程序卡零件毛坯120mm58mm編寫日期零件名稱圓弧螺紋軸圖號1材料45#車床型號CK6136夾具名稱三爪卡盤實訓車間數控中心程序號00001 編程原點：工件各端面與中心軸線交點N10%0001 右端粗加工復合循環精加工程序N20M03 S800 N08主軸正轉，轉速800r/min,冷卻液開N30T0404刀具選擇N40G00X18Z4快速點定位，工件加工起始點N50G71U1R1X-0.2Z0.1P130外徑車循環U:每次點邊車深，R:單邊退刀量，P130：精加工第一程序段號，Q240：精加工最后程序段號，X:直徑雙邊精加工余量，Z:Z向量精加工余量，F:粗車精給量N60G00X100退刀N70Z100N80M05主軸停轉N90M00 M09程序暫停，冷卻液關N100M03 S1000 M08主軸正轉，轉速1500r/min,冷卻液開N110T0404刀具選擇N120G00 X34 Z5快速點定位，工件加工起始點N130G041G00X30Z2刀具靠近工件起始點，刀補建立N140G0Z-10F120N150X20Z-18.66N160Z-40N170X18N180N2G40G00X17加工結束，刀補取消N190Z100退刀N200M05 M09主軸停轉，冷卻液關N210M30程序結束，返回程序頭程序號00002編程原點：工件各端面與中心軸線交點N100002%左端粗加工復合循環及精加工程序N20M03 S800 M08主軸正轉，轉速800r/min,冷卻液開N30T010道具選擇N40G00X60Z4N50G71U2R2X0.5Z0.1P130Q2F120外徑粗車循環U:每次單邊車深，R:單邊退刀量，P130：精加工第一程序段號，Q240：精加工最后程序段號，X:直徑雙邊加工余量，Z:Z向精加工余量，F:粗車進給量N60G00 X100退刀快速點定位，工件加工起始點N70Z100N80M05主軸停轉，程序暫停，冷卻液關N90M00 M09N100M03 S1000 M08主軸正轉，轉速1500r/min,冷卻液開N110T0404刀具選擇N120G00 X56 Z3快速點定位，工件加工起始點N130G42G00X51Z2刀具靠近工件起始點，刀補建立N140G01Z0F120N150Z-40N160X55N170Z-70N180X58N190G40X60加工結束，刀補取消N200X100退刀N210Z100N200M05 M09主軸停轉，冷卻液關N220M30程序結束，返回程序頭程序號00003編程原點：工件左端面與中心軸線交點N10%0003車V型槽N20M03 S400 M08主軸正轉，轉速40r/min,冷卻液開N30T020刀具選擇N40G00X56Z2快速點定位，工件加工起始點N50Z-57.04定位N60G01X35.5F50切槽N70G00X56N80Z-53N90G01X55N100X35.5Z-56.06N110Z-57.04N120X55Z-60N130G00X58Z-53N140G01X56N150X35Z-56.06N160G04P2暫停2秒N170Z-57.04N180G04P2暫停2秒N190X55Z-60N200G00 X100退刀N210Z100N220M05 M09主軸停轉，冷卻液關N230M30程序結束，返回程序頭程序號00004編程原點：工件右端面與中心軸線交點序號序號說明N10%0004 右端粗加工復合循環及精加工程序N20M03 S800 M08主軸正轉，轉速800r/min,冷卻液開N30T0101刀具選擇N40G00 X60 Z5快速點定位，工件加工起始點N50G71 U2 R5 P130 Q240 X0.5 Z0.1 F130外徑粗車循環U:每次單邊車深，R:單邊刀具量,P130：精加工第一程序段號，Q240：精加工最后程序段號，Z:Z向精加工余量，F:粗車進給量N60G00 X100退刀N70Z100主軸停轉N80M05N90M00 M09程序停轉，冷卻液關N100M03 S1500 M08主軸正轉，轉速1500r/min,冷卻液開N110T0101刀具選擇N120G00 X60 Z5快速點定位，工件加工起始點N130G42 G00 X28 Z3刀具靠近工件起始點，刀補建立N140G01 Z0 F120N150X30 Z-1倒角N160Z-20N170X35N180Z-25N190G02 X35 Z-44 R15N200G01 Z-49N220G40 G00 X60加工結束，刀補取消N230X100退刀N240Z100N250M05 M09 主軸停轉，冷卻液關N260M30程序結束，返回程序頭程序號00005編程原點:工件左端面與中心軸線交點序號程序說明N10%0005 螺紋退刀槽加工程序N20M03 S400 M08主軸正轉，轉速400r/min,冷卻液開N30T0202刀具選擇N40G00 X35 Z5快速點定位，工件加工起始點N50G01 Z-20 F200定位N60X24.5 F30切槽N70X35N80Z-19N100G04P2暫停2秒N110Z-20N120G00 X100暫停2秒N130Z100N140M05 M09主軸停轉，冷卻液關N150M30程序結束，返回程序頭N15100006編程原點：工件左端面與中心軸線交點N152程序說明N153%0006螺紋加工程序N154M03 S400 M08主軸正轉，轉速400r/min,冷卻液開N155T0303刀具選擇N156G00 X35 Z5快速點定位，工件加工起始點N157G76X27.4Z-21Q240F2外螺紋復合循環N158G00 X100退刀N159Z100N160M05 M09主軸停轉。冷卻液關N161M30主軸停轉，程序暫停，冷卻液關4.圓弧螺紋軸的加工工藝仿真軟件模擬選用具有直線、圓弧插補功能的數控車床加工，機床名稱：FANUC數控機床,如下圖所示（1）開機打開C6141機床開關釋放懸停按鈕（2）回參考點將方式選擇按鈕調到ZRN檔位，分別按下坐標軸方向鍵“+X”、“Z”，按住鍵不放，直到回參考點窗口顯示“0.000”符號后松開按鈕。（3）選擇毛胚 毛坯是直徑為65毫米，長為100毫米的圓柱形45號鋼材（4）設置主軸轉速機床開機后，系統默認主軸轉速為零，此時，無論按主軸正轉還是主軸反轉鍵，主軸都不會轉動，所以開機后，須首先設置主軸轉速，其操作過程為：1.轉動狀態選擇按鈕，使箭頭指向MDI模式： 2.按PROGRAM，顯示程序編輯窗口： （5）對刀X向對刀1.轉動狀態選擇旋鈕，使其箭頭指向手動（JOG）模式或手輪（HANDLE）模式； 2.按“主軸正轉”鍵（主軸將以前面設定的S800的轉速正轉）；3.試切外圓，沿Z向退刀，停主軸，測量所切外圓直徑； 4.按“OFFSET”鍵，按軟鍵“補正”及“形狀”后，顯示如圖所示的刀具偏置參數窗口；5.移動光標鍵選擇與刀具號相對應的刀補參數（如1號刀，則將光標移至“G01”行“X”列處）輸入“X+測量值”（如測量值為28.442，則輸入“X28.442”），按軟鍵“測量”，X向對刀完成。Z向對刀1. 轉動狀態選擇旋鈕，使其箭頭轉向手動（JOG）模式或手輪（HANDLE）模式；2. 按“主軸正轉”鍵，主軸將以前面設定S500的轉速正轉；3. 試切端面，沿X向退刀，停主軸；4. 按“OFFSET”鍵，按軟鍵“補正”及“形狀”后，顯示如圖所示的刀具偏置參數窗口，移動光標鍵選擇與刀具號相對應的刀補參數（如1號刀，則將光標移至“G01”行“Z”列處，輸入“Z0”，按軟鍵“測量”，Z向對刀完成。 注：如果有多把刀需對刀，只需靠兩方向的端面進行對刀，輸入上一把刀的參數即可。 （6）輸入程序將旋鈕打在EDIT的位置上,按PROG鍵，輸入所編的程序。 （7）執行程序打開程序，關閉艙門，旋鈕打在AUTO位置,按復位鍵RESET,按循環鍵Cycle Start執行程序。 （8）工件成形5.零件精度檢測5.1誤差分析（1）零件在車削中產生尺寸精度超差； （2）零件在車削中產生錐度，前后尺寸公差不一樣； （3）零件在加工完畢后，表面粗糙度不一。外形達到表面粗糙度要求，內孔比較毛糙，達不到粗糙度要求。5.2測量誤差（1）測量誤差的概念由于計量器具本身具有誤差和測量條件的限制，任何測量過程都不可避免地存在誤差。測量所得的值是被測量的真值，測得值與被測得的真值之間的差異在數值上的表現為測量誤差。測量誤差可以表示為絕對誤差和相對誤差。（2）測量誤差的來源1）計量器具的誤差計量器具的誤差是指計量器具本身在設計、制造和使用過程中造成的各項誤差。這些誤差的綜合反映可以用計量器具的示值精度或不正確來表示。2）標準件誤差標準件誤差是指作為標準的標準件本身的制造誤差和檢定誤差。3）測量方法誤差測量方法誤差是指由于測量方法不完善所引起的誤差。4）測量環境誤差測量環境誤差是指測量時的環境條件不符合標準條件所引起的誤差。5）人員誤差人員誤差是指由于測量人員的主觀因素所引起的誤差。5.3計量器具選擇（1）如何選擇計量器在選擇計量器具時，要綜合考慮計量器具的技術指標和經濟性，在保證工件性能質量的前題下還要綜合考慮加工和檢驗的經濟性。具體考慮時要注意：1）選擇計量器具應與被測工件的外形、位置、尺寸的大小及被測參數特性相對應，是所選計量器具的測量范圍能滿足工件的要求。 2）選擇計量器具應考慮精簡的尺寸公差，使所選計量器具的測量不確定值既能保證測量要求，又符合經濟性要求。（2）本文所涉及的計量器具1）游標卡尺 2）外徑千分尺 3）深度尺 4）內徑百分表 5）螺紋通規、止規 6）公法線尺5.4如何減少誤差（1）尺寸誤差避免措施是：1）要認真看清圖紙，看圖時要反復多看幾遍.2）量具使用前，必須仔細檢查和調整零件，正確使用量具。特別是精車時，游標卡尺和千分尺必須配合使用，以防測量時多一圈或少一圈。3）選擇刀尖倒棱，刀尖圓弧半徑小的刀具，精細研磨刃口，提高刀具剛性。（2）形位誤差避免措施是：1）分粗車、精車工序。2）工件裝夾松緊要適當，檢查頂尖回轉精度，及時修理或更換。（3）粗糙度誤差避免措施是：1）應消除或防止由于車床剛性不足引起的振動，適當調整車床。2）