1、河南農業大學本科生畢業論文（設計）題目數控機床操作與工藝編程學院機電工程學院專業班級08機制3班學生姓名 羅建航 指導教師 何予鵬 撰寫日期：2012年5月6日摘 要隨著科學技術飛速發展和經濟競爭的日趨激烈，機械產品的更新速度越來越快，數控加工技術作為先進生產力的代表，在機械及相關行業領域發揮著重要的作用，機械制造的競爭，其實質是數控技術的競爭。本次設計就是進行典型軸類零件的數控加工工藝與編程，側重于該零件的工藝分析、加工路線的確定及加工程序的編制。并繪制零件圖、加工路線圖。其中零件工藝規程的分析是此次論文的重點和難點。本文主要設計內容有：運用三維設計軟件設計復雜零件圖；分析零件并制定加工工藝

2、流程；運用數控編程代碼編制該零件的數控加工程序；運用廣州數控GSK980TDb車床進行加工操作。 關鍵詞：數控加工；加工路線；數控編程；操作實踐CNC machine tool operation and PracticeAbstractwith the rapid development of science and technology and economic competition becomes more intense, mechanical product update speed faster and faster, CNC machining technology as a

3、representative of advanced productive forces, in the machinery and related industry sector plays an important role, machinery manufacturing competitive, essentially CNC technology competition. This design is for typical shaft parts of CNC machining technology and programming, focuses on the part of

4、the process of analysis, processing route and processing program. And draws a roadmap for parts, processing. where the part process analysis is the focus of this paper and difficulty. The text main design elements include: the use of three-dimensional design software design of complex parts drawing;

5、 analysis of parts and develop process; use of CNC programming code compiled the parts of NC machining program; the use of Guangzhou GSK980TDb CNC lathe processing.Key Words：NC machining;Processing route; NC programming; operation practice目錄1 引言31.1 數控技術的發展及趨勢31.2 數控車機床的基本結構41.3 數控機床的優點52 復雜軸零件的加工工藝

6、設計52.1 軸類零件加工的內容和工藝分析52.1.1 軸類零件加工的內容5軸類零件的加工工藝分析62.2 復雜軸加工的工藝路線的擬定62.2.1 工藝路線的確定62.2.2 輔助工序的安排72.3 加工路線圖72.4 切削用量等參數的確定122.4.1 確定主軸轉速122.4.2 確定進給速度122.4.3 確定背吃刀量133 復雜軸零件數控加工的編程133.1 坐標系的確定133.2 程序的編制134 復雜軸的加工操作164.1 機床的選擇164.2 開機174.3 刀具的選擇184.3.1 數控機床的刀具184.3.2 復雜軸零件的刀具選擇184.3.3 確定對刀點和換刀點194.4 機

7、床回零194.4.1 機床零點194.4.2 機床回零的操作步驟194.5 刀具偏置與對刀204.5.1 定點對刀204.5.2 試切對刀214.5.3 回機床零點對刀224.5.4 刀具偏置值的設置與修改244.6 進給、快進倍率的調整254.7 主軸速度調節254.8 程序的輸入254.8.1 建立新程序254.9 自動運行264.9.1 運行程序的選擇264.9.2 自動運行的啟動275 結束語28參考文獻29致謝301 引言數控車床作為當今使用最廣泛的數控機床之一，主要用于加工軸類、盤套類等回轉體零件，能夠通過程序控制自動完成內外圓柱面、錐面、圓弧、螺紋等工序的切削加工，并進行切槽、鉆

8、、擴、鉸孔等工作。1.1 數控技術的發展及趨勢（1）性能發展方向高速高精高效化。柔性化。工藝復合性和多軸化。實時智能化。（2）功能發展方向用戶界面圖形化。科學計算可視化。多媒體技術應用。（3）體系結構的發展集成化。模塊化。網絡化。通用型開放式閉環控制模式。1.2 數控車機床的基本結構數控機床一般由輸入輸出設備、CNC裝置（或稱CNC單元）、伺服單元、驅動裝置（或稱執行機構）、可編程控制器PLC及電氣控制裝置、輔助裝置、機床本體及測量反饋裝置組成。(1) 機床本體數控機床的機床本體與傳統機床相似，由主軸傳動裝置、進給傳動裝置、床身、工作臺以及輔助運動裝置、液壓氣動系統、潤滑系統、冷卻裝置等組成。

9、(2) CNC單元CNC單元是數控機床的核心，CNC單元由信息的輸入、處理和輸出三個部分組成。輸入/輸出設備輸入裝置將各種加工信息傳遞于計算機的外部設備。在數控機床產生初期，輸入裝置為穿孔紙帶，現已淘汰，后發展成盒式磁帶，再發展成鍵盤、磁盤等便攜式硬件，極大方便了信息輸入工作，現通用DNC網絡通訊串行通信的方式輸入。輸出指輸出內部工作參數（含機床正常、理想工作狀態下的原始參數，故障診斷參數等），一般在機床剛工作狀態需輸出這些參數作記錄保存，待工作一段時間后，再將輸出與原始資料作比較、對照，可幫助判斷機床工作是否維持正常。(4) 伺服單元伺服單元由驅動器、驅動電機組成，并與機床上的執行部件和機械

10、傳動部件組成數控機床的進給系統。它的作用是把來自數控裝置的脈沖信號轉換成機床移動部件的運動。(5) 驅動裝置驅動裝置把經放大的指令信號變為機械運動，通過簡單的機械連接部件驅動機床，使工作臺精確定位或按規定的軌跡作嚴格的相對運動， 最后加工出圖紙所要求的零件。(6) 可編程控制器可編程控制器 (PC，Programmable Controller) 是一種以微處理器為基礎的通用型自動控制裝置，專為在工業環境下應用而設計的。(7) 測量反饋裝置測量裝置也稱反饋元件，包括光柵、旋轉編碼器、激光測距儀、磁柵等。通常安裝在機床的工作臺或絲杠上，它把機床工作臺的實際位移轉變成電信號反饋給CNC裝置，供CN

11、C裝置與指令值比較產生誤差信號，以控制機床向消除該誤差的方向移動。1.3 數控機床的優點(1)數控機床可以提高零件的加工精度，穩定產品質量。(2)有廣泛的適應性和較大的靈活性。(3)可以實現一機多用。(4)不需要專用夾具。(5)大大減輕了工人的勞動強度。但是，數控機床的初投資及技術維修等費用較高，要求管理及操作人員的素質也較高。合理地選擇及使用數控機床，可以降低企業的生產成本，提高經濟效益和競爭能力。2 復雜軸零件的加工工藝設計2.1 軸類零件加工的內容和工藝分析2.1.1 軸類零件加工的內容數控車床與普通車床相比，具有加工精度高、加工零件的形狀復雜、加工范圍廣等特點。但是數控車床價格較高，加

12、工技術較復雜。復雜軸零件可分為粗車、半精車和精車等階段。一般分為：（1）車削外圓：車削外圓是最常見、最基本的車削方法使用各種不同的車刀車削中小型零件外圓(包括車外回轉槽)的方法。（2）車削內圓：車削內圓(孔)是指用車削方法擴大工件的孔或加工空心工件的內表面。（3）車削平面：車削平面主要指的是車端平面(包括臺階端面)，常見的方法是用左偏刀車削平面，可采用較大背吃刀量，切削順利，表面光潔，大、小平面均可車削使用。（4）車削錐面：錐面可分為內錐面和外錐面，可以分別視為內圓、外圓的一種特殊形式。（5）車削螺紋：在普通車床上一般使用成形車刀來加工普通螺紋、方牙螺紋、梯形螺紋和模數螺紋。（6）車削槽：可使

13、用標準的成型槽刀加工切削符合要求的溝槽、退刀槽等。雖然數控車床加工范圍廣泛，但是因受其自身特點的制約，某些零件仍不適合在數控車床上加工。2.1.2軸類零件的加工工藝分析（1）確定主要表面加工方法和加工方案。（2）劃分加工階段選擇定位基準。（3）熱處理工序的安排。（4）加工順序安排。2.2 復雜軸加工的工藝路線的擬定圖2-1 復雜軸圖2.2.1 工藝路線的確定（1）車基準面，作為零件加工及編程的基準。（2）車零件外圓ø28，車削零件最大外圓。（3）車零件外圓ø26。（4）車零件外圓ø20。（5）車零件外圓ø16。（6）車削ø16右端面2x2倒角（

14、7）車削ø16-ø20錐面，此段必須保證零件尺寸和光潔度。（8）車削ø26右端面2x2倒角。（9）車削ø26面圓弧半徑R10，此段加工要注意背吃刀量的選擇。（10）車削ø28右端面的R1倒圓。（11）切削螺紋退刀槽，保證零件的光潔度。（12）車削M16螺紋，用成型刀切削螺紋，循環切削。在程序編制中，必須充分掌握構成零件輪廓的幾何要素參數及各幾何要素間的關系。因為在編程時要對零件輪廓的所有幾何元素進行定義，手工編程時要計算出每個節點的坐標，無論哪一點不明確或不確定，編程都無法進行。但由于零件設計人員在設計過程中考慮不周或被忽略，常常出現參數不全或

15、不清楚，如圓弧與直線、圓弧與圓弧是相切還是相交或相離。所以在審查與分析圖紙時，一定要仔細核算，發現問題及時與設計人員聯系。2.2.2 輔助工序的安排輔助工序一般包括去毛刺、清洗、上油、檢驗等。檢驗工序是主要的輔助工序，是合格證產品質量的重要措施，零件的每道工序加工完成之后，和零件全部加工完成之后都要進行檢驗工序。2.3 加工路線圖圖2-2 車削ø28外圓圖2-3 車削ø26外圓圖2-4 車削ø20外圓圖2-5 車削ø16外圓圖2-6 車ø16右端面倒角圖2-7車ø16-ø20錐面圖2-8車ø26右端面倒角圖2-9車

16、ø26面R10圓弧圖2-10 車削ø28右端面R1圓角圖2-11 車削ø16面退刀槽圖2-12 車削M16螺紋對于復雜軸類零件的加工，要非常認真仔細地訂制其加工路線。因為這種零件在安排加工路線時，稍有不慎就會增加空行程時間，降低工作效率。2.4 切削用量等參數的確定切削用量包括主軸轉速、進給速度及背吃刀量等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發揮機床的性能，最大限度提高生產率，降低成本。2.4.1 確定主軸轉速主軸轉速應根據允許的切削速度和工件直徑來選擇

17、。其計算公式為：v-切削速度，單位為mm/min，由刀具的耐用度決定，硬質合金材料的刀具切削低碳鋼工件時切削速度v取100-150mm/min；n-主軸轉速，單位為r/min，D-工件直徑，單位為mm。最后根據經驗、文獻及實驗設備，T01刀具的主軸轉速取為600r/min。 D-工件直徑，單位為mm。2.4.2 確定進給速度進給速度是數控機床切削用量中的重要參數，主要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統的性能限制。確定進給速度的原則：當工件的質量要求能夠得到保證時，為提高生產效率，可選擇較高的進給速度。一般在100-150mm/min

18、范圍內選取；車外圓，進給速度為150/r，車削螺紋時，進給速度為100/r。刀具空行程時，特別是遠距離“回零”時，可以設定該機床數控系統設定默認最高進給速度。2.4.3 確定背吃刀量背吃刀量根據機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數，提高生產效率。為了保證加工表面質量，可留少量精加工余量，一般0.2一0.5mm,總之，切削用量的具體數值應根據機床性能、相關的手冊并結合實際經驗用類比方法確定。3 復雜軸零件數控加工的編程3.1 坐標系的確定數控車床坐標系統分為機床坐標系和工件坐標系(編程坐標系)。無論哪種坐標系統都規定與車床主

19、軸軸線平行的方向為z軸，且規定從卡盤中心至尾座頂尖中心的方向為正方向。在水平面內與車床主軸軸線垂直的方向為x軸，且規定刀具遠離主軸旋轉中心的方向為正方向。(1) 機床坐標系以機床原點為坐標原點建立起來的x，z軸直角坐標系，稱為機床坐標系。機床坐標系是機床固有的坐標系，它是制造和調整機床的基礎，也是設置工件坐標系的基礎（2）工件坐標系(編程坐標系)工件坐標系是編程時使用的坐標系，所以又稱為編程坐標系。數控編程時，應該首先確定工件坐標系和工件原點。零件在設計中有設計基準。在加工過程中有工藝基準，同時要盡量將工藝基準與設計基準統一，該基準點通常稱為工件原點。以工件原點為坐標原點建立的X、Z軸直角坐標

20、系，稱為工件坐標系。3.2 程序的編制M03 S600 T0101; 主軸正轉，轉速為600；G00 X30 Z2;G01 X0 F150;G00 X30 Z2;G90 X29 Z-70 F15O;直線循環切削；X28;X27 Z-60;X26;X25 Z-35;X24;X23;X22;X21;X20; X19 Z-20; X18;X17;X16;G00 X12;Z2;G01 X16 Z-2 F150;切削零件最右端倒角；G00 X16;Z-20;G01 X20 Z-22 F150;圓錐切削；G00 X16;Z-20;G01 X20 Z-24 F150;G00 X16;Z-2O;G01 X20

21、 Z-26 F150;G00 X16;Z20;G01 X20 Z-28 F150;G00 X16;Z-2O;G01 X20 Z-30 F150;G00 X30Z-35X22G01 X26 Z-37 F150G00 X100Z100T0404G00 X30Z-43X26G01 Z-45 F150G02 U0 W-10 R10 順時針加工圓弧；G00 X30Z-60X26G03 U2 W-1 R1 倒圓角；G00 X100 Z100T0202G00 X30Z-20G01 X12 F150 加工退刀槽；G00 X100Z100T0303G00 X30Z2G92 X16 Z-15.8 F1.5 螺紋切

22、削，導程為1.5；X15.5X15X14.5X13.835G00 X100Z100T0202G00 X30Z2X28G01 Z-74.4 X0 F150G00 X100Z100M05M304 復雜軸的加工操作4.1 機床的選擇根據零件產量、加工要求選擇廣州數控的GSK980TDb數控車床。數控車床常用的功能指令有準備功能G、輔助功能M、刀具功能T、主軸轉速功能S和進給功能F。表4-1 GSK980TDb數控系統G代碼指令代碼功能代碼功能代碼功能G00快速定位G20英制單位選擇G72徑向粗車循環G01直線插補G21公制單位選擇G73封閉切削循環G02順時針圓弧插補G28自動返回機床零點G70精加

23、工循環G03逆時針圓弧插補G30回機床第2、3、4 參考點G74軸向切槽循環G12.1極坐標插補G37自動刀具補償測量ZG92螺紋切削循環G7.1圓柱插補G40取消刀尖半徑補償G94徑向切削循環GSK采用集成式操作面板，面板顯示如圖4-1：圖4-1 GSK980TDb操作面板4.2 開機GSK 980TDb通電開機前，應確認：機床狀態正常;電源電壓符合要求;接線正確、牢固。GSK 980TDb上電后顯示頁面如圖4-2：圖4-2此時GSK 980TDb自檢、初始化。自檢、初始化完成后，顯示現在位置（相對坐標）頁面。如圖4-3圖4-34.3 刀具的選擇4.3.1 數控機床的刀具數控機床刀具、工具系

24、統和刀具管理系統是發揮數控機床加工效率、保證加工質量的基礎。只有先進的數控機床，沒有與之相配套的先進刀具、工具系統和刀具管理系統，或者沒有掌握刀具的合理使用技術，數控機床的效能就得不到充分發揮。刀具的選擇的原則：刀具的使用的壽命控制和裝夾要求方便。對于機夾可轉位刀具，由于換刀時間短,可以充分發揮其切削性能，提高生產效率。4.3.2 復雜軸零件的刀具選擇表2-2 刀具表序號加工內容刀具規格類型材質1粗加工外圓90°外圓車刀硬質合金2切斷成品工件切斷刀硬質合金3車削M16螺紋60°標準螺紋車刀硬質合金4外圓車刀90°外圓車刀硬質合金4.3.3 確定對刀點和換刀點對于數

25、控機床來說，在加工開始時，確定刀具與工件的相對位置是很重要的，它是通過對刀點來實現的。“對刀點”是指通過對刀確定刀具與工件相對位置的基準點。對刀點往往也是零件的加工原點。選擇對刀點的原則是：（1）方便數學處理和簡化程序編制；（2）在機床上容易找正，便于確定零件的加工原點的位置；（3）加工過程中便于檢查；（4）引起的加工誤差小。對刀點可以設在零件上、夾具上或機床上，但必須與零件的定位基準有已知的準確關系。當對刀精度要求較高時，對刀點應盡量選在零件的設計基準或工藝基準上。4.4 機床回零4.4.1 機床零點機床坐標系是CNC 進行坐標計算的基準坐標系，是機床固有的坐標系，機床坐標系的原點稱為機床零

26、點（或機床參考點），機床零點由安裝機床上的零點開關或回零開關決定，通常零點開關或回零開關安裝在X 軸和Z 軸正方向的最大行程處。4.4.2 機床回零的操作步驟（1）按鍵，進入機床回零操作方式，顯示頁面的最下行顯示“機床回零”字樣，顯示如圖4-4：圖4-4（2）按、鍵，選擇X、Z軸機床回零。（3）機床沿著機床零點方向移動，經過減速信號、零點信號檢測后回到機床零點，此時軸停止移動，回零結束指示燈亮。4.5 刀具偏置與對刀為簡化編程，允許在編程時不考慮刀具的實際位置，GSK980TDb提供了定點對刀、試切對刀及回機床零點對刀三種對刀方法，通過對刀操作來獲得刀具偏置數據。4.5.1 定點對刀操作步驟如

27、下：(1) 首先確定X、Z 向的刀補值是否為零，如果不為零，必須把所有刀具號的刀補值清零；(2) 使刀具中的偏置號為00，并將其中的刀偏值執行；(3) 選擇任意一把刀（一般是加工中的第一把刀，此刀將作為基準刀）(4) 將基準刀的刀尖定位到某點（對刀點），如圖4-7；(5) 在錄入操作方式、程序狀態頁面下用G50 X_ Z_代碼設定工件坐標系；(6) 使相對坐標(U,W)的坐標值清零，清零方法詳見附錄十常用操作一覽表；(7) 移動刀具到安全位置后，選擇另外一把刀具，并移動到對刀點，如圖4-8；(8) 按鍵，按鍵、鍵移動光標選擇該刀對應的刀具偏置號；(9) 按地址鍵，再按鍵，X 向刀具偏置值被設置

28、到相應的偏置號中；(10) 按地址鍵、再按鍵，Z 向刀具偏置值被設置到相應的偏置號中；(11) 重復步驟710，可對其它刀具進行對刀。4.5.2 試切對刀操作步驟如下：(1) 選擇任意一把刀，使刀具沿A 表面切削；(2) 在Z 軸不動的情況下沿X 軸退出刀具，并且停止主軸旋轉；(3) 按鍵進入偏置界面，選擇刀具偏置頁面，按鍵、鍵移動光標選擇該刀具對應的偏置號；(4) 依次鍵入地址鍵、數字鍵及鍵；(5) 使刀具沿B 表面切削；(6) 在X 軸不動的情況下，沿Z 軸退出刀具，并且停止主軸旋轉；(7) 測量直徑""（假定=15）；(8) 按鍵進入偏置界面，選擇刀具偏置頁面，按鍵、

29、鍵移動光標選擇該刀具對應的偏置號；(9) 依次鍵入地址鍵、數字鍵、及鍵；(10) 移動刀具至安全換刀位置，換另一把刀,重復步驟,即可完成所有刀的對刀。圖4-10圖4-104.5.3 回機床零點對刀用此對刀方法不存在基準刀非基準刀問題，在刀具磨損或調整任何一把刀時，只要對此刀進行重新對刀即可。對刀前回一次機床零點。斷電后上電只要回一次機床零點后即可繼續加工，操作簡單方便。操作步驟如下（以工件端面建立工件坐標系）：圖4-11(1) 按鍵進入機床回零操作方式，使兩軸回機床零點；(2) 選擇任意一把刀，使刀具中的偏置號為00（如T0100，T0300）(3) 使刀具沿A 表面切削；(4) 在Z 軸不動

30、的情況下，沿X 退出刀具，并且停止主軸旋轉；(5) 按鍵進入偏置界面，選擇刀具偏置頁面，按鍵、鍵移動光標選擇某一偏置號；(6) 依次按地址鍵、數字鍵及鍵，Z 軸偏置值被設定；(7) 使刀具沿B 表面切削；(8) 在X 軸不動的情況下，沿Z 退出刀具，并且停止主軸旋轉；(9) 測量距離""（假定15）；(10) 按進入偏置界面，選擇刀具偏置頁面，按鍵、鍵移動光標選擇偏置號；(11) 依次鍵入地址鍵、數字鍵、及鍵，X 軸刀具偏置值被設定；(12) 移動刀具至安全換刀位置；(13) 換另一把刀，使刀具中的偏置號為00（如T0100，T0300）；(14) 使刀具沿A1 表面切削；

31、(15) 在Z 軸不動的情況下沿X 軸退出刀具，并且停止主軸旋轉；測量A1 表面與工件坐標系原點之間的距離"1"（假定11）；(16) 按進入偏置界面，選擇刀具偏置頁面，按鍵、鍵移動光標選擇某一偏置號；(17) 依次按地址鍵、符號鍵、數字鍵及鍵，Z 軸刀具偏置值被設定；(18) 使刀具沿B1 表面切削；(19) 在X 軸不動的情況下，沿Z 退出刀具，并且停止主軸旋轉；(20) 測量距離"1"（假定110）；(21) 按進入偏置界面，選擇刀具偏置頁面，按鍵、鍵移動光標選擇偏置號；(22) 依次鍵入地址鍵、數字鍵、及鍵，X 軸刀具偏置值被設定；(23) 移動

32、刀具至安全換刀位置；(24) 重復步驟1223，即可完成所有刀的對刀。4.5.4 刀具偏置值的設置與修改按鍵進入偏置界面，通過鍵、鍵分別顯示No. 000No.032偏置號。圖 4-124.6 進給、快進倍率的調整自動運行時，可以通過調整進給、快速移動倍率改變運行速度，而不需要改變程序及參數中設定的速度值。(1) 進給倍率的調整按鍵，可實現進給倍率實時調節。(2) 快速倍率的調整按鍵，可實現快速倍率的調節。4.7 主軸速度調節自動運行中，當選擇模擬電壓輸出控制主軸速度時，可修調主軸轉速。按鍵，修調主軸倍率改變主軸速度，可實現主軸倍率50120共8 級實時調節。4.8 程序的輸入4.8.1 建立

33、新程序在編輯操作方式，按鍵，進入程序內容頁面，顯示如圖4-13：圖 4-13按地址鍵，選擇一個程序目錄頁面中沒有的程序名（如0001），依次按數字鍵、，按鍵，建立新程序，頁面顯示如圖4-14：圖 4-144.9 自動運行4.9.1 運行程序的選擇(1)檢索法選擇編輯或自動操作方式；按鍵, 并進入程序內容顯示畫面；按地址鍵，鍵入程序號；按或鍵，在顯示畫面上顯示檢索到的程序，若程序不存在，CNC 出現報警。(2)掃描法選擇編輯或自動操作方式；按鍵, 并進入程序顯示畫面；按地址鍵；按或鍵，顯示下一個或上一個程序；重復步驟逐個顯示存入的程序。(3)光標確認法選擇自動操作方式（必須處于非運行狀態）按鍵進入程序目錄顯示頁面（必要時再按鍵、鍵）；按，鍵將光標移動到待選擇程序名。按鍵。4.9.2 自動運行的啟動(1) 按鍵選擇自動操作方式；(2) 按鍵啟動程序，程序自動運行。程序運行結束，加工零件圖如下：5 結束語通過這次畢業設計，讓我對實際零件的加工的總體工藝流程有了一定的了解和掌握，這對我今后參加工作將有很大的幫助。通過這次的畢業設計是我意識到了自己存在的不足之處，從而使自己看清了今后應該努力的方向，也使我對以前所學知識有了更好、更全面的溫習和鞏固，對以前所學的專業知識總體有了更深入的理解。本文