基于fanuc-0it数控车床的手工编程和仿真加工——典型轴套类零件ⅱ毕业论文

基于fanuc-0it数控车床的手工编程和仿真加工——典型轴套类零件ⅱ毕业论文内容摘要：

数控机床编程 、数控车床的编程特点 1)在一个程序段中，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对值编程、增量值编程或二者混合编程。 2)由于被加工零件的径向尺寸在图样上和测量时，都是以直径值表示。 所以直径方向用绝对值编程时， X 以直径值表示，用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值表示，并附上方向符号 (正向可以省略 )。 3)为提高工件的径向尺寸精度， X 向的脉冲当量取 Z 向的一半。 4)由于车削加工常用棒料或锻料作为毛坯，加工余量较大，所以为简化编程，数控装置常具备不同形式的固定循环，可进行多次重复循环切削。 5)编程时，常认为车刀刀尖是一个点，而实际上为了提高刀具寿命和工件表面质量，车刀刀尖常磨成一个半径不大的圆弧，因此为提高工件的加工精度，当编制圆头刀程序时，需要对刀具半径进行补偿。 大多数数控车床都具有刀具半径自动补偿功能 (G4 G42)这类数控车床可直接按工件轮廓尺寸编程。 对不具备刀具半径自动补偿功能的数控车床，编程时，需先计算补偿量。 、数控编程的分类 数控编程一般分为 两种：一种是手工编程，另一种是自动编程。 数控编程方法有手工编程和自动编程两种。 对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序，称为自动编程。 手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤主要有人工完成的编程过程。 它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及计算较简单，程序段不多，编程易于实现的场合等。 由于该零件相对比较简单，所以采用手工编程。 、 确定编程坐标系及编程原点 数控机床采用右手笛卡儿直角坐标系，其基本 坐标轴为 X、 Z 直角坐标系，相对坐标轴 U、 W。 编程原点也称工件原点，一般用 G92 或 G54G59（对于数控 第 16 页 共 52 页 镗铣床）和 G50（对于数控车床）设置，但实际加工中常选用无基准刀对刀法。 根据以上可以知道，编程坐标系及编程原点的选择要满足以下几个方面的要求： (1).所选的编程原点及坐标系要使程序编制简单。 (2).编程原点应选在容易找正，并在加工过程中便于检查的位置。 (3).引起的加工误差小。 (4).一般回转体零件的编程零点选在其加工面的回转轴线与端面交点处。 、 编程中的有关规定 （ 1）数控车床坐标系 ： 数控车床一般是两坐标机床（ X 轴、 Z 轴）。 随着数控车床刀架的位置不同，坐标系的方位不同。 （ 2）数控车床的编程方式 ① 直径编程和半径编程。 刀具接近于工件时，必须用 G01； ② 绝对编程和相对编程。 、基本编程指令 1)． G00 与 G01 指令 （快速定位与直线插补） ， 指令格式 :G00 后面不能跟 F指令 G00 Ｘ (Ｕ )_Ｚ (Ｗ )_； Ｇ 01 Ｘ (Ｕ )_Ｚ (Ｗ )_F_； 2)． G02/G03 指令 （圆弧插补） 指令格式： 顺时针圆弧插补（ G02）与逆时针圆弧插补（ G03）的判 断方法 ：沿着弧所在平面（如ＸＺ平面）的正法线方向（ +Y 轴）向负方向（ −Y 轴）观察，圆弧插补按顺时针方向为Ｇ 02，逆时针方向为Ｇ 03，如图 67 所示 G02G03RIKX（ U） _ Z（ W） _ F＿。 第 17 页 共 52 页 3)． G70、 G7 G73 （ 1）Ｇ 71（内、 外径粗车循环） G71 指令通过与 Z 轴平行的运动来实现内孔、外圆加工，常用于毛坯为棒料的粗加工。 指令格式： G00 X _ Z _ ； Ｇ 71 Ｕ ∆d Ｒ e； Ｇ 71 Ｐ ns Ｑ nf Ｕ 177。 ∆u Ｗ 177。 ∆wFf ； G71 外径粗车循环路线图 重要提示： U（ +） W(+)为零件外轮廓纵向粗车复合循环； U（ ） W(+)为零件内轮廓纵向粗车复合循环； U（ +） W()为零件外轮廓横向粗车复合循环； U（ ） W()为零件内轮廓横向粗车复合循环 （ 2） G70（精车循环） G70 指令用于切除 G71 或 G73 指令粗加工后留下的加工余量 指令格式： G00 X_ Z_； Ｇ 70 Ｐ ns Ｑ nf Ff ； 程序段中各地址的含义同 G71。 （ 3） G73（仿形粗车循环） G73 仿形切削循环就是按照一定的切削形状逐渐地接近最终形状。 指令格式： G00 X_ Z_； Ｇ 73 Ｕ 177。 i Ｗ 177。 k Ｒ d； Ｇ 73 Ｐ ns Ｑ nf Ｕ 177。 ∆u Ｗ 177。 ∆w Ff ； 4)、 G92（单一循环螺纹切削指令） 指令格式：Ｇ 92 Ｘ（Ｕ） _Ｚ（Ｗ） _ R_F_； 第 18 页 共 52 页 、 机床坐标轴 数控车床是以其主轴轴线方向为 Z 轴方向，刀 具远离工件的方向为 Z 轴正方向。 X 坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横向拖板，刀具离开工件旋转中心的方向为 X 轴正方向。 故此 FANUC 车床的各轴方向如 图 61，所示： 参考点为机床上一固定点，如图 61 所示，（点 O 即为参考点）。 其固定位置，由 X 向与 Z 向的机械挡块及电机零点位置来确定，机械挡块一般设定在 Z 轴正向最大位置。 当进行回参考点的操作时，装在纵向和横向拖板上的行程开关，碰到挡块后，向数控系统发出信号，由系统控制拖板停止运动，完成回参考点的操作。 7 选择刀具和切削用 量 、刀具的选择 数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。 刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。 应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。 刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。 在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。 在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排 刀具的排列顺序。 一般应遵循以下原则：①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先铣后钻 ；⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。 第 19 页 共 52 页 综上所述：本 设计 零件的加工， (1) 车端面：选用硬质合金 45186。 车刀，粗、精车各用一把完成。 (2) 选用φ 5mm 中心钻钻削中心孔。 用 φ 18mm、φ 22mm的钻头加工左端的孔 及套筒。 (3) 粗 精 车 外圆（程序选用 G71 或 G73 循 环，粗、精车各用一把刀） 选用 35176。 硬质合金左偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉，副偏角不宜太小，选 Kr180。 =35176。 (4) 粗精车内孔 镗刀 选用 35186。 硬质合金刀。 (5) 车槽与切断：选用硬质合金车槽刀（刀长 12mm,宽 3mm）。 (6) 车螺纹选用硬质合金 60176。 内外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取 re=～。 （ 同时把 每个零件用到的 刀在自动换刀刀架上安装好，且都对好刀，把它们的刀偏值输入相应的刀具参数中。 ） 刀具的选择是数控加工工艺设计中的重要内容之一。 刀具选择合理与否不仅影响机床 的加工效率、而且还影响加工质量。 选择刀具通常考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等。 与传统的车削方法相比，数控车削对刀具的要求较高。 不仅要求精度高、钢度好、耐用度高、而且要求尺寸稳定、安装调整方便。 这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。 、切削用量的选择 数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。 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。 粗、精加工时切削用量的选择原则如下： ①粗加工时切削用量的选择原则 首先尽可能大的选取背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性等限制条件，尽可能大的选取进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。 ②精加工时切削用量的选择原则 首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的表面粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。 切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合 实际经验确定。 第 20 页 共 52 页 1）、主轴转速的确定 （公式： 3181000 ndndV wwc   ） 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。 根据本例中零件的加工要求，考虑工件材料为 45 钢，刀具材料为硬质合金钢，粗加工选择转速 500r/min,精加工选择 1000r/min 车削外圆，考虑细牙螺纹切削力不大，采用400r/min 来车螺纹，而内孔由于刚性较差，采用粗车 600 r/min，比较容易达到加工要求，切槽的切削刀较大，采用 350 r/min 更稳妥。 2） 、进给速度（进给量） F(mm/r， mm/min)的选择 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进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。 一般粗车选用较高的进给速度，以便较快去除毛坯余量，精车以考虑表面粗糙和零件精度为原则。 粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。 精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。 进给速度 fV 可以按公式 nfVf  计算，式中 f表示每转进给量，粗车时一般取 ～ ；精车时常取 ～ ；切断时常取 ～。 应选择较低的进给速度，得出下表 粗 精 外圆 内孔 槽 mm/r 3）、背吃刀量确定 （公式： 2 mwp dda  ） 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 (除去精车量 )，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。 本 设计 中，背吃刀 第 21 页 共 52 页 量的选择大致为 （如下表所示） 粗 精 外圆 (mm) (mm) 内孔 (mm) (mm) 螺纹 随进刀次数依次减少 槽 根据刀宽，分 几 次进行 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。 切削用量对于不同 的加工方法，需选用不同的切削用量。 合理的选择切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大。 切削用量的选择方法：粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。 精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀，应着重考虑如何保证加工精度，且在此基础上如何提高加工效率。 因此，要求精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。 、保证加工精度的方法 为了保证和提高加工精度，必须根据生产加工误差的主要原因，采取相应的误 差预防或误差补偿等有效的工艺途径措施来直接控制原始误差或控制原始误差对零件加工精度的影响。 1)、刀具半径的选定 (1).刀具的半径 R 比工件转角处半径大时不能加工；(2).刀具较小时不能用较大的切削量加工（刀具刚性差）。 2)、采用合适的切削液 (1).切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切削温度。 合理使用切削液，对提高刀具耐用度和加工表面质量、加工精度起重要的作用。 (2).非水溶性切削液：切削油、固体润滑剂，非溶性切削液主要起润滑作用。 (3).水溶性切削液：水溶液、乳化液，水溶性切削液有良好的 冷却作用和清洗作用。 故本设计加工时采用水溶液进行冷却。 第 22 页 共 52 页 8 加工工艺卡 和刀具卡片 的编制 按加工顺序将各工序、工步的加工内容、所用刀具、切削用量等填写数控加工工艺卡，如下表所示。 、数控加工工序卡片 数控加工工序卡片 (图 21) 材料 45钢 零件图号 夹具名称 三爪自定心卡盘 工步号 工步内容 G功能 T刀具 主轴转速S/（ r/min） 进给量f/（ mm/r） 背吃刀量ap/mm 备注 1 车削左端。