1、北京航空航天大学毕业设计 (论文 ) 京航 1 单位代码 10006 学 号 12988800123 分 类 号 密 级 毕业综述 数控车零件工艺设计及 NC 编程 学习中心名称 北航校本部 专业名称 机械工程及自动化专业 学生姓名 指导教师 2014 年 9 月 15 日 北京航空航天大学毕业设计 (论文 ) 京航 2 数控车零件工艺设计及 NC 编程 摘要 随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（ IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产
2、周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工 ,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工 方案 ，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题 (如对刀点、加工路线等 )也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法 ,才能加工出合格的产品。 数控车床种类较多，但主体结构都是由：车床主体、数控装置、伺服系统三大部分组成。 NC编程就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加工程序。 数控机床程
3、序编制过程主要包括：分析零件图纸、工艺处理、 数学处理、编写零件程序、程序校验。 关键词 ： 数控，车床，编程，加工 北京航空航天大学毕业设计 (论文 ) 京航 3 Abstract Expands unceasingly along with the development of NC technology and application field, some of the major industries of the NC machining technology of beneficial to the peoples livelihood (IT, automobile, ligh
4、t industry,medical and so on) plays a more and more important rolein the development, because the efficiency, quality is the subject of advanced manufacturing technology. High speed, high precision machining technology can greatlyimprove efficiency, improve product quality and grade,shorten the prod
5、uction cycle and improve the market competitive ability. For CNC machining, either manual or automatic programming, the programming before goingthrough the process analysis of the parts processing,processing scheme worked, choose a suitable tool,determine the amount of cutting, some process problems
6、(such as the knife point, processing route etc) also need to do some processing. And control the accuracy of the method in the process, to produce qualified products. CNC lathe type are many, but the main structure iscomposed of three parts: Main lathe, numerical control device, servo system. NC pro
7、gramming is the processing parts of the processing order, tool trajectory size data, process parameters (main movement and feed velocity, cutting depth) and auxiliary operation (ATC, spindle positive inversion, coolant switch,release the tool clamping, etc.) the processing of information, consisting
8、 with the provisions of the text,numbers, symbols code, prepared according to a certain format into processing procedures. Process of NC machine program mainly include: analysis of parts drawings, process, mathematical processing,writing part program, program verification. Keywords: CNC lathes, mach
9、ining, programming, 北京航空航天大学毕业设计 (论文 ) 京航 4 一、引言 . 5 二、数控概述 . 5 1 数控系统的发展 . 5 2 机床的发展趋势 . 5 三、数控加工工艺 . 6 1 数控加工工艺内容的选择 . 6 2 数控加工工艺的主要内容 . 7 四、数控编程方法 . 7 1 数控编程的基本概念 . 7 2 数控编程步骤 . 8 2 数控车床程序的编制 . 9 五、刀具及切削用量 . 10 1 选择数控刀具的原则 . 10 2 选择数控车削用刀具 .11 3 设置刀点和换刀点 . 12 4 确定切削用量 . 12 六、夹具的选择、工件装夹方法的确定 . 12
10、1 夹具的选择 . 12 2 夹具的类型 . 13 3 零件的安装 . 13 七、零件加工编程实例 . 14 1 零 件的工艺分析 . 14 2 确定加工路线 . 15 3 制定加工方案 . 15 4 选择刀具及对刀 . 15 5 确定工件坐标系、对刀点和换刀点 . 16 结束语 . 17 致谢 . 18 参考文献 . 18 北京航空航天大学毕业设计 (论文 ) 京航 5 一、引言 数控加工是机械制造中的先进的加工技术是一种高效率，高精度与高柔性特点的自动加工方法，数控加工技术可有效解决复杂、精密、小批多变零件的加工问题，充分适应了现代化生产的需要，制造自动化是先进制造技术的重要组成部分，其核
11、心技术是数控技术，数控技术是综合计算机、自动技术、自动检测及精密机械等高新技术的产物，它的出现及所带来的巨大利益，已引起了世界各国技术与工业界的普遍重视，目前，国内数控机床使用越来越普及，如何提高数控加工技术水平已成为当务之急，随着数控加工的日益普及，越来越多的数控机床用户感到，数控加工工艺掌握的 水平是制约手工编程与 CAD/CAM 集成化自动编程质量的关键因素。 本文主要讨论数控车床的零件加工工艺以及程序编制，主要以 FANUC数控系统为例，结合典型零件对数控车零件进行讲解。主要内容有关于数控车床的编程方法、编程的注意事项、加工工艺分析、刀具的选用、刀位轨迹计算。 二、数控概述 1 数控系
12、统的发展 1从 年第一台数控机床问世后，数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展，其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控机的通用 CNC 系统。其中前三代为第一阶段，称作为硬件连接数控，简称系统；后三代为第二阶段，乘坐计算机软件数控，简称系统。 2 机床的发展趋势 数控机床总的发展趋势是工序集中、高速、高效、高精度以及方便使用、提高可靠性等。 1）工序集中 20世纪 50年代末期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心，即自备刀具库的自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工件一次装 夹后，机床的机械手可以自动更换刀具，连续的对工件进行多种工序加工。 目前，加工中心
13、机床的刀具库容量可达到 100 多把刀具，自动换刀装置的换刀时间仅需 0.5 2 秒。加工中心机床使工序集中在一台机床上完成，减少了由于工序分散，工件多次安装引起的定位误差，提高了加工精度，同时也减少了机床的台数与占地面积，压缩了半成品的库存量，减少了工序间的辅助时间，有效的提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。 北京航空航天大学毕业设计 (论文 ) 京航 6 2）高速、高效、高精度 高速、高效、高精度是机械加工的目标，数控机床因其价格昂贵，在上述三方面的发展也就更为突出 。 3）方便使用 数控机床制造厂把建立友好的人机界面、提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面。 （ 1）加
14、工编程方便 手工编程和自动编程已经使用了几十年，有了长足的发展，在手工编程方面，开发了多种加工循环、参数编程和除直线、圆弧以外的各种插补功能， CAD/CAM 的研究发展，从技术上来讲可以替代手工编程。但是一套适用的 CAD/CAM 软件加上计算机硬件，投资较大，学习、掌握时间较长，对大多数的简单工件很不经济。 近年来，发展起来的图形交互式编程系统（ WOP，又称面向车间编程），很受用户欢迎。 2这种编程方式不使用 G、 M代码，而是借助图形菜单，输入整个图形块以及相应参数作为加工指令，形成加工程序，与传统加工时的思维方式类似。图形交互编程方法在制定标准后，有可能成为各种型号的数控机床统一的编
15、程方法。 （ 2）使用方法 数控机床普遍采用彩色 CRT 进行人机对话、图形显示和图形模拟的。有的数控机床将采用说明书、编程指南、润滑指南等存入系统共使用者调阅。 三、数控加工工艺 1 数控加工工艺内容的选择 选择适合数控加工的零件 虽 然数控机床具有高精度，高柔性，高效率等优点。但不是所有的零件都适合数控机床加工的。 3一般可分为三类： （ 1） 最适合类 1.形状复杂，加工精度要求高通用机床无法加工或很难保证加工质量的零件； 2.具有复杂曲线或曲面轮廓的零件； 3.具有难测量，难控制进给，尺寸行腔的壳体或盒型零件； 4.必须在一次装夹中完成镗，绞或攻丝等多道工序的加工零件； 北京航空航天大
16、学毕业设计 (论文 ) 京航 7 （ 2）较适合类 1.零件价值高，在普通机床上加工容易受人工因素干扰而影响质量，从而造成较大经济损失的零件； 2.在通用机床上加工时必须 制造复杂专用工装的零件； 3.在通用机床上需要做长时间调整的零件； 4.需要多次更改设计才能定型的零件； （ 3）不适合类 1.生产大批量的零件； 2.装夹困难的零件； 3.加工余量不稳定，而且数控机床上无法在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件； 4.必须用特定的加工工艺装备协调加工的零件； 2 数控加工工艺的主要内容 1) 选择适合在数控上加工的零件，确定工序内容。 2) 分析加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确
17、定加工方案，制定数控加工路线，如工序的划分、加工顺序的 安排、非数控加工工序的衔接等。设计数控加工工序，如工序的划分、刀具的选择、夹具的定位与安装、切削用量的确 定、走刀路线的确定等等。 3) 调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、刀具的补偿。 4) 分配数控加工中的容差。 5) 处理数控机床上部分工艺指令。 四、数控编程方法 1 数控编程的基本概念 编程就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、刀具夹紧、松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格式编写成加 工程序。 7
18、数控机床程序编制过程主要包括：分析零件图纸、工艺处理、数学处理、编写零件程序、程序校验。 北京航空航天大学毕业设计 (论文 ) 京航 8 2 数控编程步骤 数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。 1）分析零件图样和工艺处理 根据图样对零件的几何形状尺寸，技术要求进行分析，明确加工的内容及要求，决定加工方案、确定加工顺序、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。 同时还应发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力，正确选择对刀点，切入方式，尽量减少诸如换刀、转位等辅助时间。 2）数学处理 编程前，根据零 件的几何特征，先建立一个工件坐标系，根据零件图纸的要求，
19、制定加工路线，在建立的工件坐标系上，首先计算出刀具的运动轨迹。对于形状比较简单的零件（如直线和圆弧组成的零件），只需计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值。 3）编写零件程序清单 加工路线和工艺参数确定以后，根据数控系统规定的指定代码及程序段格式，编写零件程序清单。 4）程序输入 5）程序校验与首件试切 如图 1所示，编程工作主要包括： 北京航空航天大学毕业设计 (论文 ) 京航 9 图 1 数控程序编制的内容及步骤 2 数控车床程序的编制 数控车削加工包括内外圆柱面的车削加工、端面车削加工、钻孔加工、螺纹加工、复杂外形轮廓回转面的车削加工等。 1、 F 功能：
20、 F 功能指令用于控制切削进给量。在程序中，有两种使用方法： F 后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为 mm/r； F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为 mm/min。 2、 S 功能： S后面的数字表示主轴转速，单位为 r/min。 S后面的数字表示的是最高转速： r/min。S 后面的数字表示的是恒定的线速度： m/min。 3、 T 功能： T 功能指令用于选择加工所用刀具。 T 后面通常有两位数表 示所选择的刀具号码。北京航空航天大学毕业设计 (论文 ) 京航 10 但也有 T 后面用四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。 4、 M 功能：
21、M00：程序暂停，可用 NC启动命令（ CYCLE START）使程序继续运行； M01：计划暂停，与 M00 作用相似，但 M01 可以用机床“任选停止按钮”选择是否有效； M03：主轴顺时针旋转； M04：主轴逆时针旋转； M05：主轴旋转停止； M08：冷却液开； M09：冷却液关； M30：程序停止，程序复位到起始位置。 例如一些常用的编程代码： G90 绝对值输入； G31 等导程螺纹切削 G91 相对值输入； G32 跳步功能 G00 快速点定位； M02、 M03 程序结束 G01 直线插补； M00 程序停机 G02、 G03 顺圆和逆圆插补； M01 选择停机 G28 自动返回参考点； M98 调用子程序 G04 暂停； M99 子程序结束 五、刀具及切削用量 1 选择数控刀具的原则 刀具寿命与切削用量有密切关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。
