1、- 1 -数控车床零件图（15）加工及工艺分析作者：李沂摘要：当前数控技术的发展速度很快，作为一个机加工行业的人来说做好一份设计是非常重要的。根据零件图纸的要求，从材料的选择，刀具的选用，装夹方案的确定，加工路线的设计，数值的计算，加工参数的设定，程序的编写，仿真加工，最后加工出符合零件图纸尺寸要求和形状要求的产品。关键字：数控 , 加工 ,工艺分析 , 刀具 一、课程设计的目的课程设计是在学完本专业所设的相关课程，并进行生产实习的基础上检查学生所学的基础理论知识与实际生产经验相结合的能力。它要求学生较全面地综合运用本专业及其有关课程的理论和实践知识，进行相应科目的课程设计。本课程设计是数控加
2、工工艺与编程课程设计，具体设计内容为：根据给定工件图纸，编写加工工艺规程，并说明工艺装备仪器和各项参数的计算和选取方法。其设计目的在于：1、培养学生运用机械制造工艺学与所涉及的有关课程（机械制造基础与实践、机械设计基础、互换性与检测技术、机械制图、AutoCAD、数控机床等）的知识，结合生产实习中掌握的实践技能，独立地分析和解决工艺问题，编写工艺规程的能力。2、培养学生熟悉并运用有关手册、规范、图表等技术资料的能力。3、进一步巩固和加深学生识图、计算机绘图、参数计算、数控编程和编写技术文件等基本技能。二、数控机床故障诊断与维修随着电子技术和自动化技术的发展，数控技术的应用越来越广泛。以微处理器
3、为基础，以大规模集成电路为标志的数控设备，已在我国批量生产、大量引进和推广应用，它们给机械制造业的发展创造了条件，并带来很大的效益。但同时，由于它们的先进性、复杂性和智能化高的特点，在维修理论、技术和手段上都发生了飞跃的变化。数控维修技术不仅是保障正常运行的前提，对数控技术的发展和完善也起到了巨大的推动作用，因此，目前它已经成为一门专门的学科。 另外任何一台数控设备都是一种过程控制设备，这就要求它在实时控制的每一时刻都准确无误地工作。任何部分的故障与失效，都会使机床停机，从而造成生产停顿。因而对数控系统这样原理复杂、结构精密的装置进行维修就显得十分必要了。尤其对引进的 CNC 机床，大多花费了
4、几十万到上千万美元。在许多行业中，这些设备均处于关键的工作岗位，若在出现故障后不及时维修排除故障，就会造成较大的经济损失。 我们现有的维修状况和水平，与国外进口设备的设计与制造技术水平还存- 2 -在很大的差距。造成差距的原因在于：人员素质较差，缺乏数字测试分析手段，数域和数域与频域综合方面的测试分析技术等有待提高等等。 下面我们从现代数控系统的基本构成入手，探讨数控系统的诊断与维修。 1、 数控系统的构成与特点 目前世界上的数控系统种类繁多，形式各异，组成结构上都有各自的特点。这些结构特点来源于系统初始设计的基本要求和工程设计的思路。例如对点位控制系统和连续轨迹控制系统就有截然不同的要求。对
5、于 T 系统和 M 系统，同样也有很大的区别，前者适用于回转体零件加工，后者适合于异形非回转体的零件加工。对于不同的生产厂家来说，基于历史发展因素以及各自因地而异的复杂因素的影响，在设计思想上也可能各有千秋。例如，美国 Dynapath 系统采用小板结构，便于板子更换和灵活结合，而日本 FANUC 系统则趋向大板结构，使之有利于系统工作的可靠性，促使系统的平均无故障率不断提高。然而无论哪种系统，它们的基本原理和构成是十分相似的。一般整个数控系统由三大部分组成，即控制系统，伺服系统和位置测量系统。控制系统按加工工件程序进行插补运算，发出控制指令到伺服驱动系统；伺服驱动系统将控制指令放大，由伺服电
6、机驱动机械按要求运动；测量系统检测机械的运动位置或速度，并反馈到控制系统，来修正控制指令。这三部分有机结合，组成完整的闭环控制的数控系统。 控制系统主要由总线、CPU、电源、存贮器、操作面板和显示屏、位控单元、可编程序控制器逻辑控制单元以及数据输入/输出接口等组成。最新一代的数控系统还包括一个通讯单元，它可完成 CNC、PLC 的内部数据通讯和外部高次网络的连接。伺服驱动系统主要包括伺服驱动装置和电机。位置测量系统主要是采用长光栅或圆光栅的增量式位移编码器。 数控系统的主要特点是：可靠性要求高：因为一旦数控系统发生故障，即造成巨大经济损失；有较高的环境适应能力，因为数控系统一般为工业控制机，其
7、工作环境为车间环境，要求它具有在震动，高温，潮湿以及各种工业干扰源的环境条件下工作的能力；接口电路复杂，数控系统要与各种数控设备及外部设备相配套，要随时处理生产过程中的各种情况，适应设备的各种工艺要求，因而接口电路复杂，而且工作频繁。 2、现代数控系统维修工作的基本条件 维修工作开展得好坏首先取决于人员条件。维修工作人员必须具备以下要求： （1） 、高度的责任心与良好的职业道德； （2） 、知识面广，掌握计算机技术、模拟与数字电路基础、自动控制与电机拖动、检测技术及机械加工工艺方面的基础知识与一定的外语水平； （3） 、经过良好的技术培训，掌握有关数控、驱动及 PLC 的工作原理，懂得CNC
8、编程和编程语言； （4） 、熟悉结构，具有实验技能和较强的动手操作能力； （5） 、掌握各种常用（尤其是现场）的测试仪器、仪表和各种工具。 3、在维修手段方面应具备的条件 （1） 、准备好常用备品、配件； （2） 、随时可以得到微电子元器件的实际支援或供应； （3） 、必要的维修工具、仪器、仪表、接线、微机。最好有小型编程系统或编程器，用以支援设备调试； - 3 -（4） 、完整资料、手册、线路图、维修说明书（包括 CNC 操作说明书）以及接口、调整与诊断、驱动说明书，PLC 说明书（包括 PLC 用户程序单） ，元器件表格等。 3、维修前的准备 接到用户的直接要求后，应尽可能直接与用户联系，
9、以便尽快地获取现场信息、现场情况及故障信息。如数控机床的进给与主轴驱动型号、报警指示或故障现象、用户现场有无备件等。据此预先分析可能出现的故障原因与部位，而后在出发到现场之前，准备好有关的技术资料与维修服务工具、仪器备件等，做到有备而去。 4、现场维修 现场维修是对数控机床出现的故障（主要是数控部分）进行诊断，找出故障部位，以相应的正常备件更换，使机床恢复正常运行。这过程的关键是诊断，即对系统或外围线路进行检测，确定有无故障，并对故障定位指出故障的确切位置。从整机定位到插线板，在某些场合下甚至定位到元器件。这是整个维修工作的主要部分。 三、工艺分析1、毛坯料的选择根据图纸尺寸毛坯直径为 40m
10、m，毛坯长度为 120mm,所以选择毛坯直径为45mm，毛坯长度 150mm 的圆棒料，材料为 Q2352、刀具的选择T01 为 D 形刀片 R 方向的 93 度外圆车刀，T02 为刀宽为 3 的外切槽刀，T03为 D 形刀片 L 方向的 93 度外圆车刀，T04 为外螺纹车刀，具体见表 1。表 1：数控加工刀具卡片产品名称 数控车床毕业设计 零件名称 数控车图 15 零件图号 015序号 刀具 号 刀具规格名称 数量 加工表面 刀尖半径 备注1 T01 D 型刀片 R 方向 93度外圆车刀 1 外圆轮廓 及端面 0.22 T02 槽宽为 3 的外切槽刀 1 槽3 T03 D 型 93 度 L
11、 方向外圆车刀 1 外圆轮廓 0.24 T04 外螺纹车刀 1 M300.75-6g 螺纹编制 李沂 审核 批准 2010-6-9 共 1页 第 1 页- 4 -3、夹具及装夹方案的确定（1）夹具三爪自动定心卡盘（2）装夹方案圆柱毛坯外圆规整，用三爪自动定心卡盘夹紧毛坯外圆，限制四个自由度，零件处于不完全定位状态，其轴向移动和绕自身轴心线转动 2 个自由度未被限制，但不影响加工要求。为保证轴向和径向的尺寸公差要求，使加工、切断零件不干涉，毛坯应露出长度 133mm。完成之后再掉头装夹。由于 R18 圆弧两测又连接 R4、R8 的圆弧，为使刀具在走刀过程中不产生干涉，应该用左、右偏刀分别加工这三
12、段圆弧。四、加工路线的确定该零件分九个工步来完成，T01 切断面、加工 R18 圆弧的右半部分、掉头后的整个外圆，先粗车后精车;T02 切槽 ，先切螺纹的退刀槽，槽深 26，然后再在 Z-90 和 Z-65 处切两个深为 2-4mm 的槽，用来掉头后的对刀和加工圆弧时的进刀;T03 加工 R18 圆弧的左半部分，先粗车后精车；T04 精车 M300.75-6g 的螺纹，具体数据见表 2。表 2：数控加工工序卡片产品名称 零件名称 零件图 号单位名称兰州职业技术学院 数控车床毕业设计 数控车图 15 15工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间001 O0015 三爪卡盘 数控机床 数控中 心
13、工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速（r/min）进给量（r/min）背吃刀量（mm）备注1 车端面 T01D 型93 度R 方向外圆车刀1000 0.2 1.62 车槽 T02槽宽为 3的外500 0.05 0.5- 5 -切槽刀3 粗加工右外轮廓（右 圆） T01D 型93 度R 方向外圆车刀1000 0.2 1.64 精加工右外轮廓（右 圆） T01D 型93 度R 方向外圆车刀1000 0.1 0.55 粗加工右外轮廓（左 圆） T03D 型93 度L 方向外圆车刀1000 0.2 1.66 精加工右外轮廓（左 圆） T03D 型93 度L 方向外圆车刀1000 0.1 0.57 精车
14、 M300.75-6g 螺纹 T04外螺纹车刀1000 0.1 0.58 粗加工左外轮廓( 掉头后) T01D 型93 度R 方向外圆车刀1000 0.2 1.69 精加工左外轮廓( 掉头后) T01D 型93 度R 方向外1000 0.1 0.5- 6 -圆车刀编制 李沂 审核 批准 2010-6-9 共 1页五、计算编程尺寸各节点或基点坐标通过 CAD 或 CAM 绘图软件进行捕捉而得到。螺纹的尺寸计算如下：牙深 =0.6490.75=0.48675导程 =螺距 =0.75总吃刀量 =0.64920.75=0.9735螺纹深度： 24-1.080.75六、加工参数的设定1、切削用量粗车：主
15、轴转速 1000r/min,进给速度 0.2mm/r，背吃刀量 1.6mm精车：主轴转速 1000r/min，进给速度 0.1mm/r，背吃刀量 0.5mm切断：主轴转速 500r/min，进给速度 0.05mm/r，背吃刀量 0.5mm2、工件坐标系的设定选取工件的右端面的中心点为坐标原点七、编写加工程序%O0015;G97G99G40G90F1.5;M03S1000;T0101; G00X60.0Z1.0; （循环的起点）G71U2.0R1.0;- 7 -G71P01Q02U10.0W2.0;N01G00X26.0Z1.0; （精加工的起点）G01X30.0Z-2.0;G01Z-30.0;
16、G01X26.0;G01Z-34.0;G02X47.985Z-38.0R6.0;G01X55.985;G01X59.985Z-42.0;N02G01Z-90.0;G70P01Q02; （ 精加工 ）G00Z100.0T0000;T0202;G00X65.0.0Z1.0;G01X56.0Z-65.0;G01X65.0;G01X56.0Z-68.0;G01X65.0;G00Z-30.0;G01X26.0;G01X61.0;G00Z100.0T0000;- 8 -T0303;G00X60.0Z1.0;G73U2.0W1.0R5; （ 仿形循环）G73P03Q04U1.0W1.0;N03G00X66.
17、498Z-59.986;G01X54.0Z-65.0;G02X53.978Z-64.369R18.0;G02X46.854Z-57.063R10.0;G03X52.0Z-50.0R4.0;N04G01X59.9985;G70P03Q04;G00Z100.0T0000;T0404; （螺纹的加工）G00X60.0Z1.0;G00X31.0Z1.5;G92X29.5Z-31.5F1.5; (螺纹循环加工)X29.0;X28.8;X28.7;X28.625;X28.525;G00Z100.0T0000;- 9 -T0101; （掉头加工）G00X60.0Z1.0;G73U2.0W1.0R5;G73P
18、05Q06U1.0W1.0;N05G00X66.498Z-58.986;G03X53.978Z-65.631R18.0;G03X46.854Z-72.837R10.0;G02X52.0Z-80.0R4.0;G01X55.866;G03X59.9985Z-82.0R2.0;N06G01X61.0;G70P05Q06;G00Z100.0T0000;M05;M30;%- 10 -外文翻译（CAM）CAM started with NC in 1949 at MIT. This project, sponsored by the U. S. Air Force , was the first appl
19、ication of computer technology to control the operation of a milling machine.Standard NC machine greatly reduced the machining time required to produce a part or complete a production run of parts, but the overall operation was still time-consuming. Tape had to be prepared for the part, editing the
20、program would result in making a new tape, and tapes had to be rewound each time a part was completed. With this in mind, the machine manufacturers added a computer to the existing NC machine, introducing the beginning of CNC.The addition of the computer greatly increased the flexibility of the mach
21、ine tool. The parts program was now run from the computers memory instead of from a tape that had to be rewound . Any revisions or editing of the program could be done at the machine, and changes could be stored.As the machine tool manufacturers continued to improve the efficiency of their machine,
22、the com-puter capabilities were greatly increased to programmable microprocessors, and many time-saving devices were introduced to increase the machines cutting tine and reduce downtime. Some of these machine op-tions are automatic tool changers, parts loader and unloaders, chip conveyors, tool wear
23、 monitors, in-process gaging and robots which brings us to todays machine centers. CAM uses all the advanced technologies to automate the operations in manufacturing and handle the date that drives the process. The tools of CAM include computer technologies,CAE, and robotics. CAM uses all these tech
24、nologies to join the process of design with automated production machine tools, material handling equipment, and control systems. Without computers, the most important tool in industry, the productivity equipment, and control systems. Without computers, the most important tool in industry, the produ
25、ctivity of the United States would be in serious trouble. Computers help people to become more productive and to do things that would almost be impossible without them.CAM ties together all the major functions of a factory. The manufacturing or production operations are joined togeth-er with the pro
26、cess planning, production scheduling, material handling, inventory control, product inspection, machinery control, and maintenance to from a total manufacturing system.A CAM system generally contains three major divisions:Manufacturing: The physical operation of controlling the machine tools, material handling equip-ment, inspection operations, etc . , in order to produce the parts required.
