数控机床毕业设计

毕业设计

院系：机械工程系

专业：数控技术

班级学号：

学生姓名：

指导教师：

2009年月日

摘要

在数字化制造技术中，计算机数控技术和数控编程技术是最重要的技术之一，

本文主要对模具加工所使用的动模板进行CNC加工，采用西门子系统对动模板进行数控编程加工。首先是对工件进行加工工序的确定，并且进行工艺分析，装夹方式的选择，切削用量的确定。再对刀具进行了选择。然后就工艺路线进行编程加工。

当前数控加工的重点发展方向是无图化生产、单件高精度并行加工、少人化无人化加工，这就要求数控机床能满足高速、高动态精度、高刚性、热稳定性、高可靠性、网络化以及与之配套的控制系统，最重要的是模具三维型面加工特别注重机床的动态性能国内已有一些公司引进了高速铣床，并开始应用。国内机床厂陆续开发出一些准高速的铣床，并正开发高速加工机床。

数控技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。

数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备,是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密加工精度高,质量容易保证,发展前景十分广阔,因此掌握数控车床的加工编程技术尤为重要

关键词：数控技术、手工编程、精度

第一章概述

1.1数控机床的优点

数控机床采用了计算机数控系统，因此也称为计算机数控机床或CNC 机床。数控机床作为一种新型的自动化机床、在具有高自动程度的同时还具有广泛的通用性。

这是因为数控机床都具有以下一些共同的优点：

（1）数控机床能缩短生产准备时间，增加切削加工时间的比率。最佳切削参数和最佳走刀路线的合理使用，能够大大地缩短加工时间，提高生产率。

（2）数控机床按照程序自动加工，不需要人工干预，而且还可以利用软件进行校正及补偿。因此，使用数控机床进行生产，可以保证零件的加工精度。稳定产品质量。

（3）只要改变程序，就能改变数控机床刀具与工件之间的相对运动轨迹，就可以加工不同的零件，使数控加工具备了广泛的适应性和较大的灵活性。从而能够完成很多普通机床难以完成或者不能加工的、具有复杂型面的零件的加工。

第二章加工前的准备

2．1加工步骤：

在自动编程过程中，加工工艺决策是加工能否顺利完成的基础，必须依据零件的形状特点、工件的材料、加工的精度要求、表面粗糙度要求，选择最佳的加工方法、合理划分加工阶段、选择适宜的加工刀具、确定最优的切削用量、确定合理的毛坯尺寸与形状、确定合理的走刀路线，最终达到满足加工要求、减少加工时间、降低加工费用的目的。

2.2工序划分的主要原则；

1、保证加工质量；

2、合理使用设备；

3、先粗后精。

4、先主后次。

5、先基准后其他。

6、尽量减少换刀次数

2.3数控机床的选择：

初步选用普通数控机床本机床适用于成批、小批及单件生产加工圆柱齿轮和蜗轮，也可用花键滚刀连续分度滚切长度小于300mm的齿及6齿以上的短花键轴。加工圆柱齿轮时可采用逆铣和顺铣滚切，可采用轴向进给（垂直进给）的方法加工出全齿宽。本机床滚切普通蜗轮是采用手动径向进给的方法进行加工。本机床加工花键轴时机床调整及加工方法与加工圆柱只齿轮时一样。刀架采用快速电机和手动调整。根据用户的特殊要求可配置西门子数控系统，完成鼓形齿和小锥度锥齿轮的加工，还可以将机床加高、加长扩展机床的加工范围。通过对加工零件图纸进行分析后，最后确定采用加工中心对零件进行加工。

2.4装夹方式和夹具的选择：

2.4.1．夹具的选择

数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点：

1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。

2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。

3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。

4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。

2.4.2．夹具的类型

数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘（三爪、四爪）中，由卡盘传动旋转；另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。

数控铣床上的夹具，一般安装在工作台上，其形式根据被加工工件的特点可多种多样。如：平口钳。

2.4.3．工件装夹方法的选择

数控机床上零件的安装方法与普通机床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，注意以下两点：

1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性。

2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。

综合以上分析可选用：平口钳。

2.5 刀具的选择：

2.5.1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。

选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些，一般取15-30min。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤应保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。

根据对零件图纸的分析，加工所选择的刀具请参看附录（刀具工序卡）。2.6切削用量：

2.6.1确定进给速度

进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则：当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100一200mm/min范围内选取；在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20一50mm/min范围内选取；当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20--50mm/min范围内选取；刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。

2.6.2 确定主轴转速

S = 1000V /πd

试中S--主轴转速,r/min;

v--切削速度,m/min

d--工件待加工表面直径;mm

计算的主轴转速n，最后要选取机床有的或较接近的转速。

主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)直径来选择。其计算公式为:n= 1 0 00 v/7 1D

式中: v—切削速度，单位为m/m动，由刀具的耐用度决定; n一一主轴转速，单位为r/min, D—工件直径或刀具直径，单位为mm。计算的主轴转速n，最后要选取机床有的或较接近的转速。

主轴转速的计算举例：

已知铣刀直径5，选用上表的粗加工时15m/min,求S？

S = 1000V /πd

S =1000 x12/3.14x5=764.331 r/min

取值S =800 r/min

2.6.3 确定进给速度

进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则:当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100一200mm/min范围内选取;在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20一50mm/min范围内选取;当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20--50mm/min范围内选取;刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。

进给速度的计算举例：

已知铣刀齿数3，主轴转速800r/min, 进给吃刀量af=0.8mm求F？

F =af.S.z=0.8*800*3=1920mm/min

2.6.4 确定背吃刀量

背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.2一0.5m m,总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。

同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。

2.7确定定位基准：

工件在加工时，用来确定工件在夹具中正确位置的表面（点、线、面）称为定位基准。定位基准的选择是夹具设计中的重要工作之一。工件的定位基准确定后，其他部分的位置也随之确定。为防止工件上下来回移动，我们用一个长定位销插入直径为14的孔中，从而相应得到定位。在该图中定位基准是直径为14孔中的中心线。定位基准除了工件的孔中心线外，也可以是工件上的实际表面、表面的几何中心或对称面。

由运动学可知，刚体在空间可以有六个独立运动，即有六个自由度。将刚体置于OXYZ直角坐标系中，这六个自由度是沿X、Y、Z轴的平移运动，沿 X、Y、Z轴的转动。

根据定模板工件的加工要求，可以看出关键只有厚度、平面度和垂直度要求，并不需要限制工件的全部自由度，只要限制X，Y方向的旋转和Z轴的移动

第三章数控加工

3.1加工工艺决策

在自动编程过程中，加工工艺决策是加工能否顺利完成的基础，必须依据零件的形状特点、工件的材料、加工的精度要求、表面粗糙度要求，选择最佳的加工方法、合理划分加工阶段、选择适宜的加工刀具、确定最优的切削用量、确定合理的毛坯尺寸与形状、确定合理的走刀路线，最终达到满足加工要求、减少加工时间、降低加工费用的目的。

加工阶段划分

1.粗加工阶段粗加工一般称为区域清除。在此加工阶段中，应该公差允许范围内尽可能多地切除材料。比较典型的区域清除方式是等高切面，即在毛坯上沿着高度方向等距离划分出数个切削层，每次切削一个层面的毛坯余量，如图所示。粗加工阶段主要任务是切削掉尽可能多的余量，精度保障不是主要目标，因此，在这个阶段一般采用圆柱立铣刀进行加工，除了切削角度外，选择刀具的主要参数是刀具直径。同时在粗加工阶段一般采用行切方式进行切削，产生区域清除刀具径。

2.精加工阶段对于复杂的曲面加工，我们可以把加工阶段进一步划分成半精加工和精加工阶段，也常常只划分成一个精加工阶段。在精加工阶段主要任务是满足加工精度、表面粗糙度要求，而加工余量是非常小的。如果是曲面铣削，一般选取球头铣刀，除了刀具角度外主要刀具参数就是球头直径参数。精加工阶段可以采用行切方式，也可以采用环切方式。

3.2加工程序

加工程序如下：

G54X0Y0Z50

S800M03

G00Z5

Y-60

G01Z-8.025F80

G0235

G40G01Y-60

X12.425

42G01Y-60

X12.426

G42G01Y-42.426

G02X42.426Y-12.426R30

G01Y12.426 G40G01Y-60 G01X-9

G42Y-50

G01Y-16

G02X9Y-16R9 01Y-50

G40G00Y-60 Z5

X60

Y-9

Z-8.025

G42G00X50Y-9 G01X16

2Y9R9

G01X50

G40G01X60

Z5

X9

Y60

Z-8.025

G42G00Y50

G01Y16

G02X-9Y9R9

G01Y50

G40G00Y6

Z5

X-60Y9

Z-8.025

G42G01X-50

G01X-16

G02Y-9R9

G01X-50

G40G00X-60

Z30

X0Y0

M05M30

第四章小结

几个月的毕业设计设计在紧张而又繁忙中结束了，这次的毕业设计让我对数控技术又有了更深的认识。需要我们运用多学科的理论、知识与技能，分析和解决工程问题。

加工中心台式加工中心适用于加工板类零件，典型的加工表面不外乎箱盖、盖板、壳体、型腔模具和平面凸轮等单面加工的零件。该零件加工适合它，因此把它选为固定板的加工可以更好的认识和了解加工中心的加工性能特点，通过这次设计能够更好的将在学校中所学习到的知识和实际生产联系结合起来。深化我们对理论知识的学习，从而为以后的实际生产带来更大的帮助。使我熟

悉了实际生产零件的整个加工过程，其次熟悉了实际生产中工艺设计的全方案。加工过过程中的注意点：

1．对刀时，应注意合适的进给速度；特别是主轴进给的速度，如果太快的话刀一下就撞上去了，我们不应该因为这些小点而影响到我们整个零件的加工，那就因小失大了。

2．加工过程中如发生异常情况，或是程序出现了错误，可按下“急停”按钮，以确保人生和设备安全然后找出现问题的原因，并尽快把它调整好恢复到正常生产中。

3．主轴启动开始切削之前，一定要关好防护罩门，程序正常运行中严禁开启防护罩门。

刚开始准备着手做毕业设计时还是怀着好奇的心理积极性还是很高的，但是过了一两天积极性就没有这么高了，因为那几天一个劲的忙找这找那的，整天也是忙的不变乐乎，然而由于没有接触过这方面的知识，所以一点头绪都没有，根本就没有不知道怎么做，在我特别迷茫的时候我就打电话寻问我的毕业实习老师想让她给我点建议，通过老师的悉心指导和自己的认真学习，刻苦分析，查阅相关资料，最终做完了毕业设计。首先找到与我的设计有关的资料，分析并制定加工工艺，然后计算各点的坐标，再后来就是编写程序最后把它加工出来。

通过这次毕业设计我的收获不小，使我对该零件的加工过程有了全方面了解，及对它的工艺安排也有了比较清晰的思路，我想以后再碰到相似的零件加工我就不会再感到陌生了，至少我有过这次数经历。我有信心把它做好。

在老师的指导和自己的努力下，顺利完成了课程设计的任务和要求，使自己得到更进一步的发展。毕业设计虽已结束，但我们钻研的精神不能结束。为把自己培养成对社会有用的人才而不断努力。

参考文献：

1. 王志平. 数控编程与操作. 北京高等教育出版社，2003

2. 周兰. 模具设计与制造. 清华大学出版社，2003

3. 黄卫. 数控技术与数控编程. 机械工业出版社，1998

4. 史明. 机械加工切削数据手册. 机械工业出版社，1998

5. 刘江. 数控编程. 机械工业出版社, 1998

6. 李真峰. 数控加工工艺. 上海交通出版社, 2004

7. 赵如福. 金属机械加工工艺人员手册. 上海科学技术出版社，1999

8. 赵长明. 刀具设计手册. 机械工业出版社，1998

9. 马占永. 机械加工工艺设计实用手册. 航空工业出版社，2003

10．陈宏钧. 实用机械加工工艺手册. 机械工业出版社，2001

后记

“模具”这个名词对于人们已经不在陌生了，近二十年来，它越来越多的出现在人们视线中，尤其在长江三角洲，珠江三角洲等东部沿海地区，这里是全国工业制造中心，众多模具企业云集，而模具的需求也与日俱增。社会对从事模具的人才的要求也越来越高。这就要求我们学好专业，学精专业。

在这次毕业设计过程中王丽萍老师对我的帮助很大，如果没有她细心的指导，我这个失去指南针的船不知何时才能到达彼岸，在这我非常感谢你，在设计的过程中王丽萍老师对本次的毕业设计的任务、要求、以及说明书的格式、章节的设置都提出了许多宝贵的修改和补充意见，在其中我遇到了不少麻烦，我向她寻求帮助的时候，她总会帮我分析问题，并教我怎么分析，然后找出问题的根源，再列举几种解决的方法，最后解决问题，同时还给我一些意见，这又给我上了一课，因为我现在有能独立解决问题的能力了。

最后，对本次毕业设计中的各位指导老师和毕业答辩老师表示谢意以及本次设计中的所列参考文献的作者们表示谢意。谢谢你们在本次设计对我的指导，我学会的不仅是这个事情的解决方法更重要的是明白了万事都是一通百通的遇到任何困难都可以解决，只要思想不滑坡方法总比困难多，老师能给我拐杖但给不了我坚强，将来的路还需要我自己走，让我在这五个多月的时间内学到了许多的知识，让我受益匪浅。