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数控编程课程设计

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数控编程课程设计

新鄉学院数控编程课程设计姓名XXXXXX学号XXXXXXXXXXXX所在学院名称机电工程学院专业名称机械设计制造与自动化指导教师姓名XXXXXXXXX目录一、课程设计任务书...........................................................................................................11.1课程设计目的........................................................................................................11.2工艺文件设计步骤.................................................................................................11.3设计说明书内容.....................................................................................................1二、数控加工工艺...............................................................................................................22.1零件的分析.............................................................................................................2三、工艺处理.....................................................................................................................33.1刀具和夹具的设计与选择.....................................................................................33.2选择对刀点.............................................................................................................43.3确定加工路线.........................................................................................................43.4确定切削用量.........................................................................................................63.5刀具轨迹设计分析及轨迹计算.............................................................................7四、数控加工程序...............................................................................................................8五、加工程序的调试及运行结果.....................................................................................10六、总结.............................................................................................................................14参考文献..............................................................................................................................151一、课程设计任务书1.1课程设计目的本课程设计是学完数控编程之后,进行的下一个实践性教学环节,学生通过设计综合运用所学过知识解决零件的数控加工问题,另一方面,为今后的毕业设计、今后从事数控加工进行一次综合训练准备。每人完成数控车床、铣床的工艺和程序设计。1.2工艺文件设计步骤1、详读零件图,分析零件结构及技术要求。2、确定毛坯类型及技术要求,初步建立零件制造的过程和方法。3、选择加工方法,合理划分粗、精加工阶段,确定最佳工艺路线。4、工艺设计和计算选择加工设备与工艺装备,确定工序尺寸,选择各工序切削用量。5、进行详细的数控加工工艺规程设计。6、编写工艺规程。7、确定工件坐标系,计算节点和基点坐标,编写数控加工程序。8、画出数控铣一个程序的走刀路线图。9、数控车、铣仿真加工。10、其它与加工制造有关之必要说明。1.3设计说明书内容1、学院统一印刷的课程设计封皮2、课程设计成绩评定表3、目录4、设计任务书5、零件图26、工艺设计7、零件工艺规程(车、铣的完整路线卡片、一个工序的工序卡片)8、程序设计9、数控加工程序清单(车、铣程序)10、数控车、铣床程序仿真结果。11、参考书及资料目录二、数控加工工艺2.1零件的分析该零件为阶梯回转轴,零件表面由圆柱、圆锥、圆弧、及螺纹组成。其中零件表面由两段圆锥表面,Φ50、Φ60、Φ80的三段圆柱表面,R10、R8、R14的三段圆弧表面,544,565的两个退刀槽以及280M的螺纹表面组成,如图2-1所示。零件图尺寸标注完整,轮廓描述清楚。零件的材料为45钢,无热处理和硬度要求。由于该零件表面粗糙度为Ra6.3,最高达到Ra0.8,故需精密机床来加工;未给出同轴度和垂直度要求,故按一般位置精度处理。首先,由于该零件为回转轴类,显尔需在车床上加工。其次,该回转零件表面较复杂,至少需要换三把刀具,如果采用人工加工,生产效率低下,精度也难以得到保证,因此本次设计采用数控车床来加工。它在加工本零件时至少具有以下三方面的优点1生产率高。由于数控机床能合理选用切削用量,机加工时间短,又由于其定位精度高,停机检测次数少,加工准备时间也因采用通用夹具而大大缩减。2减少工人劳动强度。本零件各圆锥表面,圆柱表面需用粗、精车刀加工,退刀槽需要那个切槽刀,螺纹加工需用螺纹刀。由于数控机床主要是自动加工,能自动换刀,开/关切削液,自动变速,其大部分操作不需要人工完成,因而改善了劳动条件。由于操作失误少,液降低了废品率和次品率。3加工精度高,产品质量稳定。本零件表面有较高的表面要求,而数控车床自3动加工,人为因素干扰少。其加工精度可采用软件来校正和补偿误差,因此,能获得比机床本身精度还要高的加工精度和重复精度。综上所述,本零件采用数控车床加工。图2-1阶梯轴零件图三、工艺处理本次设计选用华中数控世纪之星车削加工中心加工本零件。由于最大回转直径mmD80max选用的毛坯为直径mmD85的棒料。在数控车削之前,由普通车床完成毛坯外圆柱面和端面的粗车加工。3.1刀具和夹具的设计与选择零件毛坯材料为45钢,无热处理和硬度要求,选取刀具材料为硬质合金。外圆柱面和圆锥面的粗加工和精加工分别采用外圆粗车刀和精车刀。为防止刀具副后刀面与工件轮廓干涉,车刀均选用45硬质合金右偏刀,副偏角不能太小,必要时应作图4检验,本设计取35rk。精车刀取刀尖角3059r,取刀尖圆弧半径mmrr2.015.0。退刀槽的加工采用宽度为4mm切断刀;M80*2的螺纹加工采用螺纹刀。具体的所选刀具参数见下表3.1-1数控加工刀具卡片产品名称或代号001零件名称阶梯轴零件图号1序号刀具号刀具规格名称数量加工表面刀尖半径/mm备注1T01硬质合金刀45粗车刀1粗车外轮廓/右偏刀2T02外圆精车刀1精车外轮廓/右偏刀3T03切断刀1加工退刀槽宽4mm4T04螺纹刀1车螺纹0.15编制许林超审核批准共1页第1页零件材料零件毛坯为棒料,装夹方案为左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧。加工过程中使用合成切削液。3.2选择对刀点对刀点是工件坐标系的原点,所选对刀点应使程序编制简单,对刀点容易找正,并在加工过程中便于检查的位置上,减小加工误差。根据零件坯料和所选车床情况,选择零件坯料右端中心为对刀点。即图3.2-1中的O点,并以此点建立工件坐标系,编制加工程序。换刀点是工件加工过程中刀具换刀点,要正确选择换刀点,以避免换刀时刀具与机床,工件夹具发生碰撞现象。本设计选择换刀点为上述工件坐标系的P(100,100)点,具体见图3.2-13.3确定加工路线首先确定刀具的刀位点。车削过程中刀位点在车刀刀尖。加工顺序按由粗到精、由近到远(由右到左)的原则确定。即先从右到左进行粗5图3.2-1轮廓各点车(留0.2mm精车余量),然后从右到左进行精车。最后车螺纹。数控车床具有粗车循环功能,只要正确使用编程指令,机床数控系统就会自行确定其进给路线,因此,该零件的粗车循环和精车循环不需要人为确定进给路线。故其刀具轨迹的设计计算只需要分析设计精车路线即可。该零件是从右到左沿零件表面轮廓进给,如图3.3-1所示。图3.3-1进给路线63.4确定切削用量1背吃刀量粗车循环时,确定其背吃刀量mmap2;精车时mmap2.02主轴转速a.车削直线和圆弧轮廓时的主轴转速。查表3.4-1取粗车的切削速度min/80mvc,精车的切削速度min/120mvc,根据毛坯直径(精车时取平均直径),利用下式计算Dvnc1000,并结合机床说明选取;粗车时,主轴转速min/800rn;精车时,主轴转速min/1200rn。b.车螺纹的主轴转速。利用Dvnc1000计算,取主轴转速min/200rn。3进给速度先选取进给量,然后计算。粗车时,选取进给量rmmf/2.0;精车时,选取rmmf/15.0。计算得粗车进给速度min/800mmvf;精车进给速度min/400mmvf。车螺纹的进给量等于螺纹导程,即rmmvf/2。短距离空行程的进给速度取min/300mmvf。表3.4-1数控车削用量推荐值综合前面分析的各项内容,并将其填入表3.4-2所示的加工工艺卡片。此表是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件,主要内容包括工步顺序、工步内容。个工步所用的刀具及切削用量等。表3.4-2数控加工工艺卡片单位名称新乡学院产品名称或代号零件名称零件图号1阶梯轴1工具材料加工方式背吃刀量mmap/切削速度min//mmv进给量min/mmf碳素钢粗加工5-760-8080-1202-380-12080-120精加工0.2-0.3120-15040-807工序号程序编号夹具名称使用设备车间11三爪卡盘华中数控车床数控车间工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速进给速度背吃刀量/mm备注1平右端面T0125x2580080/手动2粗车外轮廓T0125x25800802自动3粗车外轮廓T0225x251200400.2自动4切退刀槽T0325x2580060/自动5车螺纹T0425x252002/自动6切断工件T0325x2580060/自动编制许林超审核批准2013年12月30日共1页第1页3.5刀具轨迹设计分析及轨迹计算由于零件的轮廓加工,不论是粗车循环还是精车循环不需要人为确定进给路线,故其刀具轨迹的编程只需按工件实际轮廓进行各点的坐标计算和轨迹计算(粗车要指定所留余量),机床会自动选择合适的加工路线和相应的切削用量,计算来回切削次数,切削时间等,轨迹基点及加工路线图如图3.5-1所示。图3.5-1加工路线图如图3.2-1所示,O为工件坐标原点,P为换刀点,Q为粗精车循环起点,其余各点均为轮廓上基点。该加工路线先车削外形轮廓,待循环车削完毕,再逐一车退刀槽和螺纹。再根据图2-1所给尺寸计算各点坐标值X,Z如下表3.5-1所示8表3.5-1外轮廓各点坐标值四、数控加工程序由表3.4-2工序卡片以及表3.5-1各点坐标,即可以编制该零件的数控加工程序。首先需说明三点,数控程序编制采用G代码,不同的数控系统各代码的含义有所不同,本设计按FANUC数控系统代码编程。另外,切5mm退刀槽时,由于切断刀只有4mm宽,故需分两次切削,切削轨迹重合4mm。最后,车削螺纹时,编程终点坐标值是螺纹底径终点坐标,而工程图纸上标出的是螺纹公称直径(大径),这就必须计算牙深,而螺纹牙深理论值H0.866螺距,但是理论值是无法实现的,一般按经验计算螺牙深度,即实际值约为0.65螺距。因而本设计,h0.6521.3mm,则螺纹底径mmD4.77265.02801。为避免在加减速过程中进行螺纹切削,要设置引入距离1和超越距离2。一般f321,f212,本设计取mm31,mm12。数控程序如下表4-1所示表4-1数控加工程序阶梯轴数控加工程序单O0821N010G54设定X,Z平面N020T0101M03S800M08换外圆粗车刀,主轴正转,切削液开N030G00X85Z0平右端面点代号坐标值点代号坐标值点代号坐标值点代号坐标值O0,0A10,0B30,-10C34,-22D50,-30E50,-45F60,-50G60,-52H60,-72I80,-80J80,-92K80,-97L80,-110M44,-45N44,-50R65,-92S65,-97P100,100Q85,09N040G01X-1F80N050G00X85N060G71U2R1P070Q170X0.2Z0.1粗车循环,每次吃刀2mm,退1mm,留精车余量X向0.2mm,Z向0.1mmN070G00X10Z0N080G03X30Z-10R10车R10圆弧N090G01X34Z-22车锥面N100G02X50Z-30R8车R8圆弧N110G01Z-45车圆柱面N120X60N130Z-52N140G02X60Z-72R14车R14圆弧N150G01X80Z-80车锥面N160Z-110车圆柱面N170X85W0回至循环起点N180G00X100Z100快速回到换刀点N190T0202S1200M03换2号精车刀,转速加大至1200r/minN200G70P070Q170X0.2W0.1F40精车循环,进给量降至40mm/minN210G00X100Z100精车完后回至换刀点N220T0303S800M03换3号切断刀,转速调至800r/minN230G00X62Z-50定位至第一个退刀槽口N240G01X44W0切进第一次N250G04X5停5秒N260G01X62N270Z-49N280X44切进第二次N290G04X5N300G00X82W0N310Z-97定位至第二个退刀槽口N320G01X65N330G04X5N340G01X82N350Z-96N360X65N370G04X5N380G00X8510N390Z-114定位至螺纹退刀槽口N400G01X70N410G04X5N420G00X85N430X100Z100回至换刀点N440T0404S200M03换4号螺纹刀,转速调至200r/minN450G00X82Z-94N460G92X79.1Z-111F2分5次循环切制螺纹,螺距P为2mmN470X78.5N480X77.9N490X77.5N500X77.4N510G00X82N520X100Z100回至换刀点N530T0303S800M03换3号切断刀N540G00X85Z-114N550G01X-1F60切断工件N560G00X85N570X100Z100回至换刀点N580M05M09主轴停转,关切削液N590M30程序结束五、加工程序的调试及运行结果本程序的调试是在实验室里的华中数控世纪之星加工中心完成的,虽然所编制程序采用的是FANUC数控系统的G代码,但大部分程序和代码与华中数控系统是兼容的,只有个别G代码功能不同。比如FANUC系统的粗、精车循环分别为G70和G71,但华中数控统一由G71代码完成粗、精加工,至于各自切削用量,切削时间等均由数控车床自动生成。再比如,FANUC的螺纹切削指令为G92,但华中数控系统默认的是G73。但这些差别并不影响程序的移植,只需要更改个别指令,华中数控系统就能调试和运行该程序。本程序只需把N460N500程序段改为“N460G76C1A60K1.3X77.4Z-113U0.2V0.1Q0.45F2”。本设计即可进行仿真加工。加工程序调试步骤如下所示111、开机床2、回零3、夹持工件、设置参数、对刀124、调试、模拟加工路径5、加工后零件1314六、总结本次课程设计,是根据给定的零件轮廓尺寸及其尺寸工艺要求,进行数控工艺路线设计,并按照手工编程的步骤,编制数控加工(包括粗、精加工)程序,最后在数控机床上实现其加工。虽然给定的零件为简单的回转轴类零件,工艺路线的拟定以及数控程序编制并不繁琐,但由于是首次进行数控加工工艺路线设计以及加工工序的编制,在设计之初仍感艰难和生疏。当然这次数控课程设计,收获也颇多,一方面,它不仅加深了我们对数控加工的认识,巩固了我们的理论知识,另一方面,它也锻炼了我们的实际动手能力,机床操作能力以及工程思维分析能力。由于课程设计时间紧,且各科课程设计和实验重叠,这次课程设计过程中难免会有不少纰漏和错误,恳请老师指正。15参考文献[1]朱晓春等主编.数控技术(第二版)[M].机械工业出版社,2007年2月.[2]熊良山等主编.机械制造技术基础(第三版)[M].华中科技大学出版社,2006年1月.[3]高凤英主编.数控机床(第二版).东南大学出版社,2009年3月.[4]杨叔子主编.机械加工工艺师手册.机械出版社,2012年5月[5]马立克主编.机械编程与加工技术.大连理工出版社.2004年12月.[6]董玉红主编.数控技术.高等教育出版社.2012年11月.忽略此处..

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