机床数控技术_课程设计参考资料

机床数控技术_课程参考资料 . 机床数控技术课程设计参考资料 3.3.1 轴类零件的数控车削加工及编程 下面以图3-52所示零件为例，介绍其数控车削加工工艺。所用机床为MJ460数控车床。 图3-52 轴类零件 1(零件图工艺 该零件表面有圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严格的尺寸精度和表面粗糙度等要求;球面Sφ50mm的尺寸公差还兼有控制该球面形状(线轮廓)误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45号钢，无热处理和硬度要求。 通过上述分析，采取以下几点工艺措施。 1)对图样上给定的几个精度(IT7~IT8)要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。 2)在轮廓曲线上，有三处为过象限圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。 3)为便于装夹，毛坯件左端应预先车出夹持部分(双点划线部分)，右端面也应先车出并钻好中心孔。毛坯选φ60mm棒料。 2(确定装夹 确定毛坯件轴线和左端大端面(设计基准)为定位基准。左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧、右端采用活动顶尖支承的装夹方式。 3(确定加工顺序 加工顺序按由粗到精的原则确定。即先从右到左进行粗车(留0.20mm精车余量)，然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。 MJ460数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自行确定其加工路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其加工路线。但精车的加工路线需要人为确定，该零件是从右到左沿零件表面轮廓进给加工。 4(数值计算 为方便编程，可利用AutoCAD画出零件图形，然后取出必要的基点坐标值;利用公式对螺纹大. . 经、小经进行计算。 (1)基点计算 以图3-52上O点为工件坐标原点，则A、B、C三点坐标(mm)分别为: X=40mmA(直径量)、Z=–69 mm;X=38.76 mm(直径量)、Z=-99 mm;X=56 mm(直径量)、Z=–154.09 ABBCCmm。 (2)螺纹大经、小经计算 d= d –0.2165p=30–0.2165×2=29.567 mm;d= d–1.299p=29.567–1.299×2=26.969mm。 大小大 (选择刀具 5 1)粗车、精车均选用35?菱形涂层硬质合金外圆车刀，副偏角48?，刀尖半径0.4mm，为防与工件轮廓发生干涉，必要时应用AutoCAD作图检验。 2)车螺纹选用硬质合金60?外螺纹车刀，取刀尖圆弧半径0.2mm。 6(选择切削用量 (1)背吃刀量 粗车循环时，确定其背吃刀量a=2mm;精车时，确定其背吃刀量a=0.2mm。 pp (2)主轴转速 1)车直线和圆弧轮廓时的主轴转速:查表取粗车时的切削速度v=90m/min ,精车时的切削速度v=120m/min，根据坯件直径(精车时取平均直径)，利用式n=1000v/πd计算，并结合机床说明书选取:粗车时，主轴转速n=500r/min;精车时，主轴转速n=1200r/min。 2)车螺纹时的主轴转速:按公式np?1200(n为主轴转速，p为螺距)。取主轴转速n=320r/min。 (3)进给速度 粗车时，选取进给量f = 0.3 mm/r，精车时选取f = 0.05 mm / r。车螺纹的进给量等于螺纹导程，即f = 2mm/r。 7(数控加工工艺文件的制定 )按加工顺序将各工步的加工内容、所用刀具及其切削用量等填入表3-8数控加工工序卡片中。 1 2)将选定的各工步所用刀具的型号、刀片型号、刀片牌号及刀尖圆弧半径等填入表3-9数控加工刀具卡片中。 表3-8 数控加工工序卡片 产品名称或代号 零件名称 材 料 零件图号 (工厂) 数控加工工序卡 轴 45 工序号 程序编号 夹具名称 夹具编号 使用设备 车 间 三爪自定心卡盘 MJ460 工加刀 主轴 背吃刀具 进给量 备转速 步工 步 内 容 工具 刀量 -1规格 (mm?r) 注 -1号 面 号 (r?min) (mm) 粗车轴外表面，留精车余量1 T0101 35?菱形 500 0.3 2 0.2mm 2 精车轴外表面至尺寸 T0202 35?菱形 1200 0.05 0.2 3 车螺纹M30×2 T0303 60? 320 2 见注 编 制 审 核 批 准 共 1 页 第 1 页 注:M30螺纹共分5次车削，但每次背吃刀量不同，查表3-7确定为(直径量):0.9、0.6、0.6、0.4、0.1(mm)。 表3-9 数控加工刀具卡片 产品名称 零件名称 轴 零件图号 程序编号 刀 片 刀具位置补偿值 刀尖 工 刀 具 刀 具 刀尖刀具号 半径 备 注 步 名 称 型 号 X Z 位置 型 号 牌 号 (mm) (mm) (mm) . . 35?菱形可1 T0101 0 0 0.4 3 转位车刀 35?菱形可2 T0202 1.203 0.758 0.4 3 转位车刀 3 T0303 螺纹车刀 –2.302 –2.819 0.2 8 编 制 审 核 批 准 共 1 页 第 1 页 例4-5 编写图3-52典型轴类零件的精加序，工件右段中心点O为工件坐标原点，2号刀 为基准刀，该刀尖的起始位置为(280，130)。精加工程序如下: O3000; 程序名 N010 G50 X280 Z130; 建立工件坐标系 N020 M04 S1200 T0200; 启动主轴，换2号刀 N030 G00 X26 Z3 M08; 快速接近工件，并打开冷却液 N040 G42 G01 Z0 T0202 F0.05; 建立右刀补 N050 X29.567 Z-2; 倒角 N060 Z-18; 车螺纹外表面φ29.567 N070 X26 Z-20; 倒角 N080 W-5; 车φ26槽 N090 U10 W-10; 车锥面 N100 W-10; 车φ36外圆柱面 N110 G02 U-6 W-9 R15; 车R15圆弧 N120 G02 X40 Z-69 R25; 车R25圆弧 N130 G03 X38.76 Z-99 R25; 车Sφ50球面 N140 G02 X34 W-9 R15; 车R15圆弧 N150 G01 W-5; 车φ34圆柱面 N160 X56 Z-154.05; 车锥面 N170 Z-165; 车φ56圆柱面 N180 G40 G00 U10 T0200 M05 M09; 取消刀补并关闭冷却液 N190 G28 U2 W2; 返回参考点 N200 M04 S320 T0300; 主轴换速，换3号螺纹刀 N210 G00 X40 Z3 T0303 M08; 刀具定位并建立位置补偿 N220 G92 X28.667 Z-22 F2; 螺纹循环第一刀 N230 X28.067; 螺纹循环第二刀 N240 X27.467; 螺纹循环第三刀 N250 X27.067; 螺纹循环第四刀 N260 X26.969; 螺纹循环第五刀 N270 G00 X45 T0300 M09; 取消刀具位置补偿并关冷却液 N280 G28 U2 W2; 返回参考点 N290 M30; 程序结束 以上程序没有考虑粗加工，请同学们自己写出全部程序。 . . 例4-6 精密轧辊(图4-35)主要用于轧制冷凝管，淬火硬度HRC55~58，材料为Cr12MoV， 其工作面常规的精加工工艺是磨削，现在我们使用FD22型φ6圆形陶瓷刀具在MJ460数控车床上 进行快速车削加工，实现了以车代磨，加工精度高，加工效率提高了5倍以上。已知加工余量1mm(直 径量)。下面介绍这种精密轧辊外圆工作面的加工程序。 图4-35 精密轧辊 O 4000;(主程序) N010 G40 G97 M04 S180 T0200; N020 G50 X217.880 Z196.582; N030 G00 X140.7 Z12; N040 M98 P24001; N050 G00 X139.7; N060 G50 S1500; N070 G96 S80; N080 G42 G00 Z2 T0202; N090 G01 W-17.48 F0.1; N100 G03 U-1.267 W-0.783 R0.8 F0.08; N110 G02 U0 W-11.925 R6.096; N120 G03 U1.267 W-0.783 R0.8; N130 G01 Z-55 F0.1; N140 G97 G40 G00 U5 T0200; N150 G28 U3 W3; N160 M30; O 4001;(子程序) N010 G00 U-0.4; N020 G42 G00 Z2 T0202; N030 G01 W-17.48 F0.2; N040 G03 U-1.267 W-0.783 R0.8 F0.15; N050 G02 U0 W-11.925 R6.096; N060 G03 U1.267 W-0.783 R0.8; N070 G01 Z-55 F0.2; N080 G40 G00 U5 T0200; N090 Z12; . . N100 U-5; N110 M99; 例4-7 已知T0101为外圆刀(基准刀)，T0202为φ3mm钻头，T0303为刀宽3mm的切断刀， T0404为φ16mm钻头，T0606为镗刀。毛坯为φ53mm×100 mm的棒料。选取工件轴线与工件右端 面的交点O为坐标原点(如图4-36)。试编写其加工程序。 图4-36 带孔短轴 O 5000;(主程序) N010 G40 G97 M04 S800 T0100; N020 G50 X250 Z210; N030 G00 X55 Z0 T0101 M08; G01 X0 0.05; N040 N050 G00 Z2; N060 X50; N070 G01 Z-75 F0.15; N080 G00 X53 Z10; N090 M98 P55001; N100 G28 U2 W2; N110 M04 S1500 T0200; N120 G00 X0 Z2 T0202 M08; N130 G01 Z-4 F0.05; N140 G00 Z2 M09; N150 X100 Z100 T0200; N160 G28 U2 W2; N170 M04 S500 T0400; 00 X0 Z2 T0404 M08; N180 G N190 M98 P35002; N200 G01 W-5 F0.1; N210 G00 Z2; N220 G00 X100 Z100 T0400 M09; N230 G28 U2 W2; N240 M04 S1000 T0600; N250 G00 X18 Z2 T0606 M08; N260 G01 Z-30 F0.08; N270 G00 X16; . . N280 Z2; N290 X20; N300 G01 Z30 F0.08; N310 G00 X18; N320 Z2; N330 X22; N340 G01 Z0 F0.1; N350 X20 Z-1; N360 G00 Z2; N370 X100 Z100 T0600 M09; N380 M04 S500 T0300; N390 G00 X52 Z-73 T0606 M08; N400 G01 X0 F0.1; N410 G00 X55 M09; N420 Z100 T0600; N430 G28 U2 W2; N440 M30; O 5001;(子程序1) N010 G00 U-5; N020 G42 G01 Z0 F0.2 T0101; 2 F0.1; N030 G01 U4 W- N040 Z-45; N050 G02 U10 W-5 R5; N060 G40 G00 U2 T0100; N070 Z10; N080 U-14; N090 M99; O 5002;(子程序2) N010 G01 W-15 F0.1; N020 G00 W5; N030 M99; 3.3.2 平面凸轮零件的数控铣削加工工艺及编成 平面凸轮零件是数控铣削加工中常见的零件之一，其轮廓曲线组成不外乎直线—圆弧、圆弧— 圆弧、圆弧—非圆曲线及非圆曲线等几种。所用数控机床多为两轴以上联动的数控铣床。加工工艺 过程也大同小异。下面以图3-53所示的平面槽形凸轮为例分析其数控铣削加工工艺。 . . 图3-53 平面槽形凸轮简图 1(零件图纸工艺分析 图样分析主要分析凸轮轮廓形状、尺寸和技术要求、定位基准及毛坯等。 本例零件(图3-53)是一种平面槽形凸轮，其轮廓由圆弧HA、BC、DE、FG和直线AB、HG以及过渡圆弧CD、EF所组成，需要两轴以上联动的数控铣床加工。 零件毛坯材料为铸铁，切削加工性能较好。 该零件在数控铣削加工前，工件是一个经过加工、含有两个基准孔、直径为φ280mm、厚度为18mm的圆盘。圆盘底面A及φ35G7和φ12H7两孔可用作定位基准，无需另作工艺孔定位。 凸轮槽组成几何元素之间关系清楚，条件充分，编程时，所需基点坐标很容易求得。 凸轮槽内外轮廓面对A面有垂直度要求，只要提高装夹精度，使A面与铣刀轴线垂直，即可保证;φ35G7对A面的垂直度要求已有前工序保证。 2(确定装夹方案 一般大型凸轮可用等高垫块垫在工作台上，然后用压板螺栓在凸轮的孔上压紧。外轮廓平面盘形凸轮的垫块要小于凸轮的轮廓尺寸，不与铣刀发生干涉。对小型凸轮，一般用心轴定位、压紧即可。 根据图3-53所示凸轮的结构特点，采用“一面两孔”定位，设计“一面两销”专用夹具。用一块320mm×320mm×40mm的垫块，在垫块上分别精镗φ35mm及φ12mm两个定位销安装孔。孔距为80?0.015mm，垫块平面度为0.05mm，加工前先固定垫块，使两定位销孔的中心连线与机床的x轴平行，垫块的平面要保证与工作台面平行，并用百分表检查。 图3-54为本例凸轮零件的装夹方案示意图。采用双螺母夹紧，提高装夹刚性，防止铣削时振动。 . . 图3-54 凸轮装夹示意图 1—开口垫圈 2—带螺纹圆柱销 3—压紧螺母 4—带螺纹削边销 5—垫圈 6—工件 7—垫块 3(确定加工路线 加工路线包括平面内进给和深度进给两部分路线。对平面内进给，对外凸轮廓从切线方向切入，对内凹轮廓从过渡圆弧切入。在2.5轴联动的数控铣床上，对铣削平面槽形凸轮，深度进给有两种方法:一种方法是在xz(或yz)平面内来回铣削逐渐进刀到既定深度;另一种方法是先打一个工艺孔，然后从工艺孔进刀到既定深度。 本例进刀点选在P(150，0)，刀具在y= –15及y= 15之间来回运动，逐渐加深铣削深度，当达到既定深度后，刀具在xy平面内运动，铣削凸轮轮廓。为保证凸轮的工作表面有较好的表面质量，采用顺铣方式，即从P(150，0)从开始，对外凸轮廓，按顺时针方向铣削，对内凹轮廓按逆时针方向铣削，图3-55所示即为铣刀在水平面内的切入加工路线。 图3-55 平面槽形凸轮的切入加工路线 a)直线切入外凸轮廓 b)过渡圆弧切入内凹轮廓 4(选择刀具及切削用量 铣刀材料和几何参数主要根据零件材料切削加工性、工件表面几何形状和尺寸大小选择;切削用量是依据零件材料特点、刀具性能及加工精度要求确定。通常为提高切削效率要尽量选用大直径的铣刀;侧吃刀量取刀具直径的1/3到1/2，背吃刀量应大于冷硬层厚度;切削速度和进给速度应通过试验选取效率和刀具寿命的综合最佳值。精铣时切削速度应提高一些。 本例零件材料(铸铁)属于一般材料，切削加工性能较好，选用φ18mm硬质合金立铣刀，主轴转速取150~235r/min，进给速度取30~60mm/min。槽深14mm，铣削余量分三次完成，第一次背吃刀量8mm，第二次背吃刀量5mm ，剩下的1mm随同轮廓精铣一起完成。凸轮槽两侧面各留0.5~0.7mm精铣余量。在第二次进给完成之后，检测零件几何尺寸，依据检测结果决定进刀深度和刀具半径偏置量，分别对凸轮槽两侧面精铣一次，达到图样要求的尺寸。 5(基点坐标确定 . . 分析此槽形凸轮轮廓线的特点有两点，其一是已知两圆求它们的公切线的两个切点坐标;其二是已知两圆及过渡圆半径，求它们的过渡圆的两个切点坐标。为确定各切点A、B、C、D、E、F、G、H的坐标值，可用列方程的方法计算，也可用 AutoCAD画出槽形凸轮轮廓线，然后从计算机上读出各切点的坐标值。见下表3-9 表3-10 平面槽形凸轮轮廓线各切点坐标值 (mm) 切 点 A 点 B 点 C 点 D 点 坐 标 XY XY XY XY A AB BC CD D 坐 标 值 57.855 7.955 87.463 102.734 89.514 148.525 20.983 –37.601 切 点 E 点 F 点 G 点 H 点 坐 标 XY XY XY XY E EF FG GH H 坐 标 值 149.997 0.974 122.564 54.839 –56.044 –75.443 –7.539 –68.587 本例由于工艺比较简单，数控加工工序卡片及数控加工刀具卡片已省略，对复杂零件的两种卡片的制定可参考加工中心实例。 编程举例:已知铸铁板料180×180×20mm ;,16mm高速钢铣刀(T02 、 D02)，,10 mm 钻头(T03、 D03)。 加工零件如图2-1所示 : 零件加工程序如下(仅供参考) AB10 N1 G90 G17 M04 S375 T03 D03 N2 G0 X0 YO Z30 N3 CYCLE81(10，0，3，-30) N4 G0 X50 Y0 N5 MCALL CYCLE81(10，0，3，-30) N6 HOLES2(0，0，50，0，0，4) N7 MCALL N8 G0 Z50 N9 X150 Y0 N10 M05 M00 N11 T05 D05 M04 S475 图2-1 N12 G0 G42 X0 Y0 N13 POCKET4(10，0，3，-22，15，0，0，5，0.2，0，80，40，2，21，8，0，0，10，2) N14 G0 X50 Y0 N15 MCALL POCKET4(10，0，3，-22，15，0，0，5，0.2，0，80，40，2，21，8，0，0，10，2) N16 HOLES2(0，0，50，0，0，4) N17 MCALL N18 G0 Z50 N19 G40 X150 Y0 N20 M05 N21 M30 3.3.3 盖板零件加工中心的加工工艺(属加工中心，不是数控铣床) 盖板是机械加工中常见的零件，加工表面有平面和孔，通常需经过铣平面、钻孔、扩孔、镗孔、铰孔以及攻螺纹等工步才能完成。下面以图3-56所示盖板为例介绍其加工工艺。 . . 图3-56 盖板零件简图 1(分析图样，选择加工内容 该盖板的材料为铸铁，故毛坯为铸件。由图3-56可知，盖板的四个侧面为不加工表面，全部加工表面都集中在A、B面上。最高精度为IT7级。从工序集中和便于定位两个方面考虑，选择B面及位于B面上的全部孔在加工中心上加工，将A面作为主要定位基准，并在前道工序中先加工好。 2(选择加工中心 由于B面及位于B面上的全部孔，只需单工位加工即可完成，故选择立式加工中心。加工表面不多，只有粗铣、精铣、粗镗、半精镗、精镗、钻、扩、锪 、铰及攻螺纹等工步，所需刀具不超过20把。选用国产TH5632型立式加工中心即可满足上述要求。该机床工作台工作面尺寸为 0mm，x轴行程为750mm，y轴行程为400mm，z轴行程为470mm，主轴端面至工作台1000mm×32 台面距离为180~650mm，定位精度和重复定位精度分别为0.012mm和0.006mm，刀库容量为16把，工件在一次装夹后可自动完成铣、钻、镗、铰及攻螺纹等工步的加工。 3(设计工艺 (1)选择加工方法 B平面用铣削方法加工，因其表面粗糙度R6.3μm，故采用粗铣—精铣a 方案;φ60H7孔为已铸出毛坯孔，为达到IT7级精度和R0.8μm的表面粗糙度，需经三次镗削，a 即采用粗镗—半精镗—精镗方案;对φ12H8孔，为防止钻偏和达到IT8级精度，按钻中心孔—钻孔—扩孔—铰孔方案进行;φ16mm孔在φ12mm基础上锪至尺寸即可;M16螺纹孔采用先钻底孔后攻螺纹的加工方法，即按钻中心孔—钻底孔—倒角—攻螺纹方案加工。 (2)确定加工顺序 按照先面后孔、先粗后精的原则确定。具体加工顺序为粗、精铣B面;粗镗、半精镗、精镗φ60H7孔;钻各光孔和螺纹孔的中心孔;钻、扩、锪、铰φ12 H8及φ16孔;M16螺孔钻底孔、倒角、和攻螺纹，详见表3-11。 (3)确定装夹方案和选择夹具 该盖板零件形状简单，四个侧面较光整，加工面与不加工面之间的位置精度要求不高，故可选用通用台钳，以盖板底面A和两个侧面定位，用台钳钳口从侧面夹紧。 (4)选择刀具 所需刀具有面铣刀、镗刀、中心钻、麻花钻、铰刀、立铣刀(锪φ16孔)及丝锥等，其规格根据加工尺寸选择。B面粗铣铣刀直径应选小一些，以减小切削力矩，但也不能太小，以免影响加工效率;B面精铣铣刀直径应选大一些，以减少接刀痕迹，但要考虑到刀库允许装刀直径(TH5632型加工中心的允许装刀直径:无相邻刀具为φ150mm，有相邻刀具为φ80mm)也不能太大。刀柄柄部根据主轴锥孔和拉紧机构选择。 (5)确定加工路线 B面的粗、精铣削加工加工路线根据铣刀直径确定，因所选铣刀直径为φ100mm ，故安排沿x方向两次进给(见图3-57)。所有孔加工进给路线均按最短路线确定，因为孔. . 的位置精度要求不高，机床的定位精度完全能保证，图3-58 ~ 图3-62所示的即为各孔加工工步的加工路线。 图3-57 铣削B面加工路线 图3-58 镗φ60H7孔加工路线 图3-59 钻中心孔加工路线 . . 图3-60 钻、扩、铰φ12H8孔加工路线 -61 锪φ16mm孔加工路线 图3 图3-62 钻螺纹底孔、攻螺纹加工路线 (6)选择切削用量 查表确定切削速度和进给量，然后计算出机床主轴转速和机床进给速度，详见表( 3-11) (数控加工工艺文件的制定 4 (1)按加工顺序将各工步的加工内容、所用刀具及其切削用量等填入表3-11数控加工工序卡片中。 (2)将选定的各工步所用刀具的名称、规格、刀辅具型号等填入表3-12数控加工刀具卡片中。 表3-11 数控加工工序卡片 产品名称或代号 零件名称 材 料 零件图号 (工厂) 数控加工工序卡 盖 板 HT200 工序号 程序编号 夹具名称 夹具编号 使用设备 车 间 台 钳 TH5632 . . 工加刀 刀具 主轴 背吃进给速度 备步工 步 内 容 工具 规格 转速 刀量 -1(mm?min) 注 -1号 面 号 (mm) (r?min) (mm) 1 粗铣B平面留余量0.5mm T01 φ100 300 70 3.5 2 精铣B平面至尺寸 T13 φ100 350 50 0.5 3 粗镗φ60H7孔至φ58mm T02 φ58 400 60 4 半精镗φ60H7孔至φ59.95mm T03 φ59.95 450 50 5 精镗φ60H7孔至尺寸 T04 φ60H7 500 40 6 钻4×φ12H8及4×M16中心孔 T05 φ3 1000 50 7 钻4×φ12H8至φ10 T06 φ10 600 60 8 扩4×φ12H8至φ11.85 T07 φ11.85 300 40 9 锪4×φ16至尺寸 T08 φ16 150 30 10 铰4×φ12H8至尺寸 T09 φ12H8 100 40 11 钻4×M16底孔至φ14 T10 φ14 450 60 12 倒4×M16底孔端角 T11 φ18 300 40 13 攻4×M16螺纹孔 T12 M16 100 200 编 制 审 核 批 准 共 1 页 第 1 页 表3-12 数控加工刀具卡 产品名称 零件名称 盖 板 零件图号 程序编号 刀 具 刀 具 刀 柄 补偿量 工 步 刀具号 备 注 名 称 型 号 (mm) 直径(mm) 长度(mm) 1 T01 面铣刀 φ100 2 T13 面铣刀 φ100 3 T02 镗刀 φ58 4 T03 镗刀 φ59.95 5 T04 镗刀 φ60H7 6 T05 中心钻 φ3 7 T06 麻花钻 φ10 8 T07 扩孔钻 φ11.85 9 T08 阶梯铣刀 φ16 10 T09 铰刀 φ12H8 11 T10 麻花钻 φ14 12 T11 麻花钻 φ18 13 T12 机用丝锥 M16 编 制 审 核 批 准 共 1 页 第 1 页 .. . . 附录 7.1清单 表3-5材料清单综合布线系统设备配置清单及报价 . . 7.2平面布置图 .