国际象棋王数控加工工艺分析与编程.doc

学校：贵州师范大学
姓名： 梁永茂
学号： 0000000000
国际象棋“王”数控加工说明书
摘要：数控机床作为自动化设备正被越来越普遍采用，而数控编程技术则是一门集综合性、实践性和灵活性和一体的专业课程。数控仿真软件的使用，使得我们在一些实际不能加工的东西，把它模拟出来，它还使我们在对一些零件的加工有问题时，先进行模拟试验，当模拟成功时，在实际生产中运用，这样就减少了对材料的浪费。我国制造业正面临着市场全球化、经济一体化的趋势，现今正处于竞争战略不断升级，相应的制造理念和制作模式不断创新的时期。因此，在数控技术中很多都引入了计算机，而数控加工、是支撑现代制造业的基础。简称计算机辅助设计，它帮助人们从繁琐的手工绘图中解脱出来，实现无纸、无笔、无尺、无图版设计，不仅对简单工件的绘图效率快。而且对复杂工件的准确率和效率也很高，并且还有利于图纸的系统化管理。
本设计内容主要是利用数控车床来加工零件，主要解决的问题是零件的装夹、刀具的对刀、工艺路线的制定、工序和工步的划分、刀具的选择、切削用量的确定、车削加工程序的编写、机床的熟练操作。主要困难的是装夹中的水平z向长度难以保证、切削用量的参数设定、对刀的精度、工艺路线的制定。
运用数控原理、数控工艺、数控编程、专业软件等专业知识和数控机床的一次实际操作的一次综合练习，能让我感触当代科技的前沿，体验数控魅力，为人们的生活带来方便，进一步认识数控技术，熟练数控机床的操作。
关键词：数控车床 车削加工工艺 工艺分析 国际象棋“王”
1.1 数控机床技工工艺分析
数控车削加工工艺是采用数控车床加工零件所运用的方法和技术手段的总和。其主要内容包括以下几个方面：
（一） 选择并确定零件的数控车削加工内容；
（二） 对零件图纸进行数控车削加工工艺分析；
（三） 工具、夹具的选择和调整设计；
（四） 工序、工步的设计；
（五） 数控车削加工程序的编写、校正和修改；
（六） 首件加工和现场问题的处理；
（七） 编制数控加工工艺技术文件；
总之，数控加工工艺内容较多，有些和普通机床加工相似。

1.2 数控车削加工工艺分析
工艺分析是数控加工效率的前提工艺准备工作。工艺制定的合理和否，对程序的编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响。为了编制出一个合理的、实用的加工程序，要求编程者不仅要了解数控车床的工作原理、性能特点及结构。掌握程序语言机编程方法。因此，应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点，认真详细地进行数控车削加工工艺分析。其主要内容有：根据图纸分析零件的加工要求及合理性；确定工件在整个机床上的装夹方式；各表面的公共顺序，刀具的进给路线以及刀具、和切削用量的选择等。

1.3 零件图分析
零件图分析是制定数控车削工艺的首要任务。主要进行尺寸标注方法分析、轮廓主要要素分析以及精度和技术要求分析。此外还应分析零件结构和加工要求的合理性，选择工艺基准。

图一、国际象棋“王”
但就目前我们现有的材料（铝棒，直径30）、加工技术及设备考虑，我们将加工的零件改成如下图所示的零件。

图二、改后的国际象棋“王”
1）、尺寸标注方法分析
零件图上的尺寸标注方法应适应数控车床的加工特点，以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。如果零件图上各个方向的尺寸没有统一的设计基准，可考虑在不影响零件精度的前提下选择统一的工艺基准。计算转化各尺寸，以简化编程计算。
2）、轮廓几何要素分析
在手工编程时，要计算每个节点左边。在自动编程时要对轮廓的所有几何要素进行定义。因此在零件图分析时，要分析几何要素的给定条件是否充分。
3）、精度和技术要求的分析
对被加工零件的精度和技术进行分析，是零件工艺分析的重要内容，只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上，才能正确合理地选择加工方法、装夹方法、夹具及切削用量等。其主要内容包括：分析精度及各项技术是否齐全、是否合理；分析本工序的数控车削加工精度能否达到图纸要求，若达不到，允许采取其他加工方法弥补时，应给后续工序留有加工余量；对图纸上有位置精密要求的表面，应保证在一次装夹下完成；对表面粗糙度要求较高的表面，应采用恒线速切削（注意：在切削端面时，应限制主轴最高转速）。
1.3 夹具和刀具的选择
（1）工件的装夹和定位
数控车削加工中尽可能做到一次装夹后能加工全部或大部分待加工表面，尽量减少装夹次数，以提高加工效率、保证加工精度。对轴类零件，通常以零件自身的外圆柱面为定位基准；对于套类零件，则以内空为定位基准。数控车床夹具除了使用通用的三爪自动定心卡盘、四爪卡盘、液压、电动及气动夹具，还有多种通用性较好的专用夹具。实际操作时应合理选择。
（2）刀具选择
刀具的使用寿命除和刀具材料相关外，还和刀具的直径有很大的关系。刀具直径越大，能承受的切削用量就越大。所以在零件形状的情况下，采用尽可能大的刀具直径是延长刀具寿命，提高成产率的有效措施。
2 零件的特征及特点
该零件是一回转体（单位：),毛坯尺寸是直径30，长度75 的铝棒料。从零件图中可以看出该零件轮廓由直线、圆弧共同构成一个复杂成型曲线回转轴。加工部分包括外圆、外圆弧面，倒圆角等。
3、工件的定位和装夹
3.1 加工精度要求
加工图纸如下图，零件加工部分主要包括R3.16 R1.85 R2.9 R1 R1.5 R4的圆弧。零件的主体长度为64,最大位置的直径为27.91。

图三、加工精度要求
3.2 定位基准的选择
定位基准选择原则：
（1）基准重合原则
（2）基准统一原则
（3）便于装夹原则
（4）便于对刀原则
根据定位基准选择原则，避免不重合误差，便于编程，以工序的设计基准作为定位基准。分析零件图纸结合相关数控加工方面的知识，该零件可以通过一次装夹多次走刀能够达到加工要求。 零件加工时，先以直径为30的外圆的轴线作为轴向定位基准，加工零件；然后以零件轴线作为轴向定位基准，以轴台的端面的中心作为该剩余工序的轴向定位基准，并且把编程原点选在设计基准上，如图：

图四 定位图
3.3装夹方式
1）选择夹具
夹具的作用是保证工件在机床上的正确和牢固的安装，即定位和装夹，从而使数控加工循序渐进，保证工件的位置精度，同时也保证工件坐标系能够建立在正确的位置上。车削加工的零件一般是回转体，对于回转体零件，一般选用三爪自定心卡盘。本零件选用三爪自定心卡盘作为夹具。如图：

图五、装夹图
3.4 工艺过程制定
由于每个零件结构形状不同，各表面的技术要求也不同，故加工时，其定位方式也各有差异，考虑到加工原则的先进后远，先粗后精制定加工顺序如下：先粗车后精车。为减少换刀、对刀次数以及减少辅助时间，选用右偏外圆车刀、左偏外圆车刀和割刀三把。先对零件进行粗加工、精加工和倒圆角，最后割刀在64处割断。
4 车削工艺分析
4.1 选择夹具
对于回转体零件，一般选用三爪自定心卡盘。本零件选用三爪自定心卡盘作为夹具。
4.2 工步设计
该零件从棒料开始加工，要进行粗加工、精加工和切断等工步：
1) 顺粗加工
2）顺精加工
3）反向粗加工
4）反向精加工
5）切断
4.2 刀具的选择
为适应数控机床加工精度高、加工效率、加工工序集中及零件装夹次数的要求，数控刀具具有很高的切削效率、高精度、高重复定位精度、可靠度和耐用度。选择刀具通常要考虑：（1）被加工工件的材料及性能 （2）切削工艺的类别 （3）被加工工件的几何形状、零件精度、加工余量 背刀吃量、进给速度、切削速度。考虑到以上因素，故精车时要选用精度高耐用度高的刀具以保证加工精度的要求。
1) 粗车：T形的外圆车刀T0101
2) 精车：T形的外圆车刀T0101
3) 切断：割刀T0404
4.4 设计走刀路线

图六 粗、精车和切断走刀路线
4．5 加工工艺卡片
表一、零件数控加工刀具卡(车削)
序号
刀具编号
刀具规格名称
数量
加工表面
刀尖半径
备注
1
T01
T形的硬质合金外圆车刀
1
粗车和精车外圆轮廓
0.4
右偏
2
T03
T形的硬质合金外圆车刀
1
粗车和精车外圆轮廓
0.4
左偏
3
T04
割刀
1
切断
0.4
左偏
编
制

审核

批准

日期
2012年12月
表二、零件加工工序卡片
学校
机械加工工序卡片
产品型号

贵州师范大学
产品名称
国际象棋“王”
工序号
工序名称
工序内容
设备
夹具
刀具
量具
1
粗车
粗加工出零件外形
6140
三爪自定心卡盘
T形外圆车刀
游标卡尺
2
精车
精加工零件
6140
三爪自定心卡盘
T形外圆车刀
游标卡尺
3
粗车
反向粗加工出零件外形
6140
三爪自定心卡盘
左偏T形外圆车刀
游标卡尺
4
精车
反向精加工零件
6140
三爪自定心卡盘
左偏T形外圆车刀
游标卡尺
5
切断
将加工好的零件从底部切断
6140
三爪自定心卡盘
切断刀
游标卡尺
编制

审核

批准

日期
2012年12月

5、切削用量的选择
切削用量包括主轴转速（切削速度）、切削深度或宽度、进给速度（进给量）等。切削用量的大小对切削力、切削速率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。对于不同的加工方法，需选择不同的切削用量，并应编入创新单内。
合理选择切削用量的原则是：粗加工时一般以提高生产率为主，单也考虑经济性和加工成本；精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验而定。因为每一把刀在粗加工的背刀量相同，不易划分工步。

5.1 被刀吃量
根据数控车床设备、材料及只能用毛刷沾油来冷却的情况，确定：
被吃刀量为0.5
进给量选择1
切削速度（主轴转速)的选择S300
注：具体机械加工工艺卡见附录表一
6、数控车床的对刀
6.1 刀位点
在进行数控加工的编程，往往将整个刀具浓缩视为一个点，那就是刀位点。它是在刀具上用于表现刀具位置的参考点。对刀操作就是要测出程序起点处刀具位点相对机床原点以及工件原点的坐标位置。在对刀时，常用的仪器有：对刀测头、千分表或对刀瞄准仪等。对刀点可以设置在零件、夹具或机床上（尽可能设置在零件的设计基准或工艺基准上）。
6.2 待加工毛坯的对刀
试切端面：将两端面已经加工好的待加工毛坯装夹到主轴上，在工件的伸出端安装z轴向设定器。快移刀具接近到z轴向设定器，改用增量方式控制刀具工进，至指示灯亮时停止动作，保持z轴向不动，去出轴向设定器。然后在机床操作面板上测出刀具补偿菜单中刀偏表，在相关的试刀长度填空栏中输入有关数值（当前刀具刀位点相对于程序原点的距离）。
试切外圆：快速将刀具刀位点移动到毛坯端面角附近，然后用增量方式调节X、Z轴向进给至刀位点，刚好到毛坯外表面，再用方式运行外圆车削。同时保持X轴轴向坐标不变，退出刀具。用游标卡尺量出试切外圆直径。然后在刀偏表中输入试切直径。
6.3 刀偏值的测定
刀偏值就是各刀具相对于基准刀具的几何补偿。用点动或步进方式操作移动刀具，使基准刀具刀位点对准工件的基准点，然后进行x轴Z轴坐标清零，退刀。换置刀具，再用点动或步进方式使该刀具刀位点对准工件上的同一基准点，此时屏幕上显示的坐标既是该刀号刀具的几何偏置△, △。同理，可以测定出其他刀具相对于基准刀具的几何偏置。在相应的刀偏表中依次输入选用刀具刀位点的几何补偿。
7 编程及仿真加工

%1235
M03 S300
T0101
G00 X30 Z1
G71 U1 R0.5 P1 Q2 X0.2 Z0.2 F100
N1 G00 X2 Z0
G01 X3 0.5
3
X6
2
X3 3.29
G03 X6.93 5.71 R4
G01 X15.9 2.96
1
X10.18 5.01
G02 X10.75 24.28 R1
G03 X11.4 26.4 R1.5
G02 X11.4 27.6 R1
G03 X11.02 29.61 R1.5
G02 X10.48 30.68 R1
G01 X19.73 35.29
G03 X18.32 37 R1
G01 X12.92 49.34
G02 X17.79 2.67 R2.9
G02 X19.63 3.34 R1.85
G01 X21.32 0.23
G03 X26 5.43 R3.16
G01 2
N2 X24 64
G00 X30 64
X50 Z50
T0100
T0303
G00 37
X20
G71 U1 R0.5 P03 Q04 E0.1 F100
N03 G00 X18.32
G01 X9.04 37
N04 X12.92 49.34
G00 X30
G00 7
X6
G71 U1 R0.5 P05 Q06 E0.1 F100
N05 G00 x3
N06 G01 5
G00 X30
G00 X50 Z50
T0300
T0404
G00 X35 64
G01 X6
X35
G00 X50 Z50
T0400
M05
M30

图七、仿真过程
8 最终加工的实物

图八、加工实物图