数控技术专业毕业设计烟灰缸

新乡职业技术学院

毕业设计（论文）

题目烟灰缸的设计与加工

系别数控技术系

毕业设计

小组成员XX XXX XX XX XXX XX

XXXX XX XXX XX XX X

XXX XX XXX XX XXX X

XXX XX XXX XX XXX X

XXX XX XXX XX XXX X 专业名称数控技术

指导教师XX X

2013年 1 月10日

目录

内容摘要 (1)

关键词 (1)

Abstract (1)

Key words (2)

前言 (3)

一、数控加工概述 (4)

（一）、数控加工原理 (4)

（二）、数控加工的特点 (4)

二、烟灰缸数控加工的工艺分析 (5)

（一）、烟灰缸的整体设计 (5)

（二）、零件图分析 (6)

（三）、确定加工方法 (6)

三、烟灰缸的程序编制与仿真 (13)

（一）、烟灰缸的程序编制 (13)

（二）、烟灰缸数控仿真 (17)

四、烟灰缸的加工 (23)

（一）、烟灰缸在数控车床上车削操作 (23)

（二）、烟灰缸在数控加工中心铣槽操作 (24)

（三）、成品展示 (26)

结论 (27)

谢辞 (28)

参考文献 (29)

内容摘要：没有理论指导的实践是盲目的实践，没有实践的理论是空洞的理论。随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工,无论是手工编程还

是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题(如对刀点、加工路线等)也需做一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。

本文根据数控机床的特点，针对加工烟灰缸的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。

关键词：工艺分析理论指导进给路线手工编程

Abstract: no theory guidance practice is blind practice, no practice theory is empty theory. Along with numerical control technology unceasing development and application domain expansion, CNC processing technology to the people's livelihood some important professions (IT, automobile, light industry, medical service and so on) development plays more and more important role, for efficiency, quality is the main body of advanced manufacturing technology. High speed, high precision machining technology can greatly improve efficiency, improve the quality and grade of the products, shorten production cycle and improve the market competition ability. For the numerical control (NC) machining, whether manual programming or automatic programming, enrolled ChengQian are to the processing of parts for process analysis, draws up the processing plan, choose the right tool, to determine the cutting dosage, for some technology problems (such as the cutting point, processing route, etc.) also need to do some treatment. And

in the process to control the accuracy of the method, we can work out qualified products.

In this paper, according to the characteristics of the numerical control machine tool, in view of processing the ashtray parts, the technology scheme analysis, the scheme determination of tools, cutting tools and selection of cutting parameter, determine the processing sequence and processing route, nc machining programming. Through the whole process of the formulation of the process, fully embodies the numerical control equipment in the guarantee machining accuracy, processing efficiency, simplify the advantages of the process.

Key words: process analysis theory guide feed line manual programming

前言

数控技术是一门综合性专业技术，涉及到设计、工艺、机床、夹具、材料、数字控制、电机、检测等等。特别是CAD/CAM一体化技术、FMS、CIMS、它们是集设备、信息、物流、能量流与一体的综合的自动化设计与制造系统，而是一门综合设计、工艺、制造及自动控制的多科学交叉型的科学技术。数控机床和加工中心是典型的机电一体化产品，同时又是用于产品制造的机电一体化生产设备。目前，随着数控技术的发展，数控机床已经成为我国在用机床的主流，在数控铣削中，对于非圆曲线、曲面、圆角、倒角的加工，当机床内存容量较小时，如何使技工程序变得简洁对实现加工来说，有着很重要的实际意义，相对普通程序编制更加容易和灵活。

此次毕业设计的题目是烟灰缸的的设计及加工，毕业设计本着实用美观的原则进行设计，其外形的设计参照成品烟灰缸，并在其基础上进行创新。其中包括了加工的整个过程，如外形设计、实体造型、程序仿真、实际加工等部分。通过此次毕业设计巩固了同学们在大学期间所学的理论知识并且提高了同学们的动手操作能力。使同学们通过完成毕业设计对产品设计和加工整个过程有所了解。并且采用小组成员之间共同协作的方法，让同学们体会到团结的重要性。

本文通过烟灰缸的设计与加工实例介绍数控车削加工和数控铣削加工中应注意的问题，以及数控车床和加工中心在操作方面的不同和容易出现的问题。通过对烟灰缸的设计与加工课题的研究来全面了解工件设计与加工的整个过程。本课题的最大特点是将所学知识进行联合，综合了设计、制图、仿真、数控机床操作等各个方面。避免了同学们普遍存在的眼高手低现象。

一、数控加工概述

（一）、数控加工原理

当我们使用机床加工零件时，通常都需要对机床的各种动作进行控制，一是控制动作的先后次序，二是控制机床各运动部件的位移量。采用普通机床加工时，这种开车、停车、走刀、换向、主轴变速和开关切削液等操作都是由人工直接控制的。采用自动机床和仿形机床加工时，上述操作和运动参数则是通过设计好的凸轮、靠模和挡块等装置以模拟量的形式来控制的，它们虽能加工比较复杂的零件，且有一定的灵活性和通用性，但是零件的加工精度受凸轮、靠模制造精度的影响，而且工序准备时间也很长。

采用数控机床加工零件时，只需要将零件图形和工艺参数、加工步骤等以数字信息的形式，编成程序代码输入到机床控制系统中，再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制机床各部件协调动作，自动地加工出零件来。当更换加工对象时，只需要重新编写程序代码，输入给机床，即可由数控装置代替人的大脑和双手的大部分功能，控制加工的全过程，制造出任意复杂的零件。数控加工的原理如图1.1所示。

编程部分机床控制部分

图1.1 数控加工原理框图

（二）、数控加工的特点

（1）自动化程度高，具有很高的生产效率。除手工装夹毛坯外，其余全部加工过程都可由数控机床自动完成。若配合自动装卸手段，则是无人控制工厂的基本组成环节。数控加工减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件；省去了划线、多次装夹定位、检测等工序及其辅助操作，有效地提高了生产效率。

（2）对加工对象的适应性强。改变加工对象时，除了更换刀具和解决毛坯装夹方式外，只需重新编程即可，不需要作其他任何复杂的调整，从而缩短了生产准备周期。

（3）加工精度高，质量稳定。加工尺寸精度在0.005～0.01 mm之间，不受零件复杂程度的影响。由于大部分操作都由机器自动完成，因而消除了人为误差，提高了批量零件尺寸的一致性，同时精密控制的机床上还采用了位置检测装置，更加提高了数控加工的精度。

（4）易于建立与计算机间的通信联络，容易实现群控。由于机床采用数字信息控制，易于与计算机辅助设计系统连接，形成CAD/CAM一体化系统，并且可以建立各机床间的联系，容易实现群控。

（5）在可靠性方面，国外数控装置的MTBF值已达6000h以上，伺服系统的MTBF 值达到30000h以上，表现出非常高的可靠性。

二、烟灰缸数控加工的工艺分析

（一）、烟灰缸的整体设计

1、烟灰缸的实体造型如图2.1所示

图2.1 烟灰缸实体造型图

2、烟灰缸零件图如图2.2所示

图2.2 烟灰缸零件图

（二）、零件图分析

该零件表面由圆弧连接、顺圆弧、逆圆弧、槽等表面组成。尺寸标注完整，选用毛坯为铝件，Φ100 mm×35mm，无热处理和硬度要求。

（三）、确定加工方法

1、加工方法选择与加工方案确定

(1) 加工方法选择与加工方案确定的原则

加工方法的选择原则是：同时保证加工精度和表面粗糙度的要求。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及现有生产设备等实际情况。

确定加工方案的原则是：零件上精度要求较高的表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对于这些表面，要根据质量要求、机床情况和毛坯条件来确定最终的加工方案。

确定加工方案时，首先应该根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确

定为达到这些要求所需要的加工方法。此时要考虑到数控机床使用的合理性和经济性，并充分发挥数控机床的功能。

(2) 本次烟灰缸的加工方法与方案

烟灰缸加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求等全面考虑。

图上几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，所以编程时没有取平均值，而取其基本尺寸。

通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式是先上数控车床（华中数控系统）上进行上端和下底面的加工，再到数控加工中心（法那科数控系统）上对上端的夹烟槽和圆弧倒角进行加工。

2、确定定位基准和装夹方式

（1）定位安装与选择夹具的基本原则

①力求设计基准、工艺基准和编程计算基准统一。

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。

③避免采用占机人工调整加工方案，以便能充分发挥出数控机床的效能。

④当零件加工批量不大时，应该尽量采用组合夹具、可调式夹具或其它通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。

⑤在成批生产时才考虑使用专用夹具。

⑥零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短数控机床的停顿时间。

⑦夹具上各零部件应该以不妨碍机床对零件各表面的加工。夹具要敞开，其定位夹紧机构的元件不能影响加工中的走刀运行。

（2）本次烟灰缸的定位基准和装夹方式

①定位基准：

X方向：坯件回转轴线

Z方向：坯件端面

②装夹方式：因为毛坯是圆棒状所以采用三爪自定心卡盘，手工夹紧夹持端。对坯料多余部分插入主轴内部，完成加工。在数控车床上分别加工各成型面，最后在加工中心上对上端夹烟槽和圆弧倒角进行加工。

综上所述，由于烟灰缸的毛坯为一圆柱形铝材，所以装夹相对简单，如图2.3

和图2.4所示，直接采用三角卡盘即可，装夹时要特别小心，因为是铝件应采取措施以免损坏工件。

图2.3 车削时的装夹方式

图2.4 铣削时的装夹方式

3、走刀路线的确定

（1）确定工艺加工路线的原则是

①保证零件的加工精度和表面粗糙度。

②方便数值计算，减少编程工作量。

③缩短加工运行路线，减少空运行行程。

在确定工艺加工路线时，还要考虑零件的加工余量和机床、刀具的刚度，需要确定是一次走刀，还是多次走刀来完成切削加工，并确定在数控铣削加工中是采用逆铣加工还是顺铣加工等。

（2）烟灰缸的走刀轨迹

①粗精车外表面

先平端面，然后遵循由粗到精，从右到左（由近到远）的加工原则；加工时从右到左粗车各面，粗车时留精加工余量0.5mm。加工时用复合固定循环中的轴向外圆粗车循环指令G71自动完成加工，以减少计算时间，方便编程。加工轨迹如图2.5所示，用一把刀即可完成所有内容。

图2.5 外圆粗精加工轨迹

②烟灰缸腔体加工轨迹如图2.6所示

图2.6 凹槽加工轨迹

③顶部夹烟槽加工

夹烟槽采用CAXA2011软件进行造型和程序生成，其走刀轨迹如图2.7所示

图2.7 夹烟槽加工轨迹

4、刀具选择

（1）数控加工时刀具的选择

数控加工的刀具材料，要求采用新型优质材料，一般原则是尽可能选用硬质合金；精密加工时，还可选择性能更好更耐磨的陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具，并

应优选刀具参数。

（2）烟灰缸加工中常用刀具

①90°外圆刀，刀具材料硬质合金。

②镗孔刀，刃宽为5mm,刀具材料硬质合金。

③球头铣刀：直径为8mm,球头半径4mm。

所用刀具如图2.8所示

图2.8 所用刀具

5、切削用量选择

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，但也应该考虑加工成本。半精加工和精加工时，一般应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率和经济性和加工成本。

（1）确定切削深度a p（mm）。

在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除待加工余量，最好一次切除待加工余量，以提高生产效率。

（2）确定切削速度Vc（m/min）。

加大切削速度，也能提高生产效率。但提高生产效率的最有效措施还是应尽可能采用大的切削深度a p。

（3）确定进给速度f（mm/min或mm/r）。

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与零件的材料性质来选取。当加工精度和表面粗糙度要求高时，进给速度f应该选择得小些。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能决定，并与数控系统脉冲当量的大小有关。

本次烟灰缸设计的切削用量选择如表2.1所示

表2.1 切削用量的选择

根据以上分析制定烟灰缸的工艺卡如表2.2、2.3、2.4所示表2.2 烟灰缸顶部加工工艺卡

表2.3 烟灰缸底部加工工艺卡

表2.4 烟灰缸夹烟槽加工工艺卡

三、烟灰缸的程序编制与仿真

（一）、烟灰缸的程序编制

1、数控机床（华中数控系统）常用指令

（1）G71—外圆粗车循环(轨迹如图3.1所示)

格式：G71U(Δd)R(e)P(n s)Q(n f)X(Δu)Z(Δw)F()S()T()；说明：Δd—每次径向吃刀深度；

e—径向退刀量；

n s—循环中的第一个程序段号；

n f—循环中的最后一个程序段号；

Δu—径向X的精车余量；

Δw—轴向Z的精车余量；

外圆粗车循环轨迹如图3.1所示

图3.1 外圆粗车循环轨迹图

（2）G00—快速定位

格式：G00 X(U)__Z(W)__

说明：该指令使刀具按照点位控制方式快速移动到指定位置。移动过程中不得对工件进行加工。

（3）G01—直线插补

格式：G01 X(U)__Z(W)__F__(mm/min)

说明：该指令使刀具按照直线插补方式移动到指定位置，F指令控制进给速度。

（4）G02—顺时针圆插补，G03—逆时针圆弧插补

用I、K（对应X、Z，为圆心相对于圆弧起点的坐标）制定圆心位置

格式：G02（G03）X(u)____Z(w)____I____K____F_____

说明：可以用于整圆加工

用圆弧半径R指定圆心位置

格式：G02 X(u)____Z(w)____R____F____

说明：不能用于整圆的编程R为工件单边圆弧的半径。R为带符号，“＋”

表示圆弧角小于180度，“－”表示圆弧角大于180度。其中“＋”可以省略（5）其它常用指令

M03：主轴正传 M04：主轴反转 M05：主轴停止

M00：程序暂停 M01：计划停止 M02：程序停止M30：程序结束，指针返回到开头

M08：液状切削液开 M09：切削液关

G90：绝对坐标编程 G91：增量坐标编程

G41（左）、G42（右）：刀具半径补偿G40：取消刀具半径补偿

G43：长度正补偿 G44：长度负补偿 G49：取消刀具长度补偿

2、烟灰缸轮廓程序

（1）顶部外圆加工程序

%123;

G95 M03 S600 T0101 F0.2; （1号刀90°外圆刀、粗车主轴正转800r/min，

进给量0.2mm/r）

G00 X100 Z5; (快速点定位)

G71 U1 R0.5 P1 Q2 X0.5 Z0; （粗精车循环）

N1 G01 X84 M03 S800 F0.05; （循环第一段、精车主轴正转800r/min，进

给量0.05mm/r）

Z0;

G03 X90 Z-3 R3;

G01 Z-18;

N2 X100; （循环最后一段）

G00 X100; （快速退刀）

Z100;

M30; （程序结束并返回程序第一段）

（2）顶部凹槽加工程序

%123;

G95 M03 S500 T0202 F0.2; （2号刀镗孔刀、粗车主轴正转500r/min,

进给量0.2mm/r）

G00 X26 Z5; (快速点定位)

G71 U1 R0.5 P1 Q2 X-0.2 Z0; （粗精车循环）

N1 G01 X76 M03 S700 F0.05; （循环第一段、精车主轴正转700r/min，

进给量0.05mm/r）

Z0;

G02 X70 Z-3 R3;

G01 Z-16;

G03 X62 Z-20 R;4

N2 G01 X26; （循环最后一段）

G00 Z100; （快速退刀）

X100;

M30; (程序结束并返回程序第一段）

（3）底部外圆加工程序

%123;

G95 M03 S800 T0101 F0.2; （1号刀90°外圆刀、粗车主轴正转800r/min，

进给量0.2mm/r）

G00 X100 Z5; (快速点定位)

G71 U1 R0.5 P1 Q2 X0.5 Z0; （粗精车循环）

N1 G01 X86 M03 S800 F0.05; （循环第一段、精车主轴正转800r/min，进

给量0.05mm/r）

Z0;

G03 X90 Z-2 R2;

G01 Z-18;

N2 X100; （循环最后一段）

G00 X100; （快速退刀）

Z100;

M30; (程序结束并返回程序第一段）

（4）底部凹槽加工程序

%123;

G95 M03 S500 T0202 F0.2; （2号刀镗孔刀、粗车主轴正转500r/min，

进给量0.2mm/r）

G00 X5 Z5; (快速点定位)

G71 U1 R0.5 P1 Q2 X-0.2 Z0;

N1 G01 X79 M03 S700 F0.05; （循环第一段、精车主轴正转700r/min，

进给量0.05mm/r）

Z0;

G02 X75 Z-2 R2;

G01 Z-3;

G03 X71 Z-5 R2;

N2 G01 X3; （循环最后一段）

G00 Z100; （快速退刀）

X100;

M30; (程序结束并返回程序第一段）

（5）顶部夹烟槽加工程序

采用CAXA2011自动编程，由于程序较长故省略。

（二）、烟灰缸数控仿真

1、车削部分选用宇龙数控仿真软件如图3.1所示

2、数控车床采用华中数控系统如图3.2所示

图3.2 华中数控系统车床