西門子-數(shù)控車床操作與編程的技巧

摘 要

本文通過一個典型的軸套類二件組合件的加工工藝進行分析以及程序設(shè)計，重點為零件的加工工藝分析，從而準確選擇加工參數(shù)，保證加工的準確性，性。節(jié)約加工原材料，提高生產(chǎn)效率,數(shù)控機床是按照預先編好的數(shù)控程序自動地對工件進行加工的自動化設(shè)備。數(shù)控程序除了能保證加工出符合圖樣要求的合格零件外，還應該充分發(fā)揮、利用數(shù)控機床的各種功能，使數(shù)控機床能安全、可靠、地工作。

關(guān) 鍵 詞：數(shù)控技術(shù)，加工工藝，編程，規(guī)程，技巧

目 錄

摘 要1

目 錄2

1 緒論3

2 數(shù)控車床的編程特點4

3 典型軸套類零件工藝分析5

3.1零件圖的工藝分析5

3.1.1 零件圖的正確性與完整性的分析5

3.1.2 零件圖與裝配圖的技術(shù)分析7

3.2毛坯的選擇7

3.3加工設(shè)備、測量儀器的選擇8

3.3.1 機床的選擇8

3.3.2 夾具的選擇9

3.4確定加工工藝路線9

3.5刀具的選擇11

3.6選擇切削用量12

3.6.1主軸轉(zhuǎn)速的確定13

3.6.2 進給速度的確定14

3.6.3 背吃刀量確定15

3.7制定機械加工工藝規(guī)程16

3.7.1 件一的加工工藝規(guī)程16

3.7.2 件二的加工工藝規(guī)程18

3.8編制數(shù)控加工程序23

4 結(jié)論26

參考文獻27

致謝28

論文題目

《西門子數(shù)控車床操作與編程的技巧》

1緒 論

機床是人類進行生產(chǎn)勞動的重要工具，也是社會生產(chǎn)力發(fā)展水平的重要標志。

普通機床經(jīng)歷了近兩百年的歷史。隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)及自動化，精密機械與測量等技術(shù)的發(fā)展與綜合應用，生產(chǎn)了機電一體化的新型機床--數(shù)控機床。數(shù)控機床一經(jīng)使用就顯示出了它*的*性和強大生命力，使原來不能解決的許多問題，找到了科學解決的途徑。

數(shù)控車床是數(shù)字程序控制車床的簡稱，它集通用性好的型車床、加工精度高的精密型車床和加工效率高的型車床的特點于一身，是國內(nèi)使用量大，覆蓋面廣的一種數(shù)控機床，也是是一種通過數(shù)字信息，控制機床按給定的運動軌跡，進行自動加工的機電一體化的加工裝備，經(jīng)過半個世紀的發(fā)展，數(shù)控機床已是現(xiàn)代制造業(yè)的重要標志之一，在我國制造業(yè)中，數(shù)控機床的應用也越來越廣泛，是一個企業(yè)綜合實力的體現(xiàn)。

2 數(shù)控車床的編程特點

數(shù)控機床是按照預先編好的數(shù)控程序自動地對工件進行加工的自動化設(shè)備。數(shù)控程序除了能保證加工出符合圖樣要求的合格零件外，還應該充分發(fā)揮、利用數(shù)控機床的各種功能，使數(shù)控機床能安全、可靠、地工作。

數(shù)控編程的主要內(nèi)容有：分析零件圖樣，確定加工工藝過程，數(shù)值計算，編寫零件加工程序，制作控制介質(zhì)，程序檢驗和*試切。

數(shù)控車床主要用于軸類回轉(zhuǎn)體零件的加工，能自動完成內(nèi)外因校面、圓錐面、母線為圓弧的旋轉(zhuǎn)體、螺紋等工序的切削加工，并能進行切槽，鉆、擴、鉸孔及攻螺紋等工作。數(shù)控編程主要有以下特點：

（1）在一個程序段中，根據(jù)圖樣上標注的尺寸，可以采用值編程、增量值編程或二者混合編程。

（2）數(shù)控車床上工件的毛坯大多為圓棒料，加工余量較大，一個表面往往需要進行多次反復的加工．如果對每個加工循環(huán)編寫若干個程序段，就會增加編程的工作量．為了簡化加工程序，一般情況，數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)中都車外圓，車端面和車螺紋等不同形式的循環(huán)功能．

（3）編程時，常認為車刀刀尖是一個點，而實際上為了提高刀具壽命和工件表面質(zhì)量，車刀刀尖常磨成一個半徑不大的圓弧，因此為提高工件的加工精度，當編制圓頭刀程序時，需要對刀具半徑進行補償。數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)中都有刀具補償功能．刀具補償功能為編程提供方便，編程人員可以按工件的實際輪廓編寫加工程序．在加工過程中對于刀具位置的變化，刀具幾何形狀的變化及刀尖的圓弧半徑的變化，都無需更改加工程序，只要將變化的尺寸或圓弧半徑輸入到存儲器具便能自動進行補償．

（4）數(shù)控車床的編程有直徑，半徑兩種方法．所謂直徑編程是指Ｘ軸上的有關(guān)尺寸為半徑值，半徑編程是指X軸上的有關(guān)尺寸為半徑值。CAK6140數(shù)控車床中的編程是采用直徑編程．

（5）為了提高機床徑向尺寸的加工精度，數(shù)控系統(tǒng)在X方向的脈沖當量應取X方向的的脈沖當量的一半。例如經(jīng)濟型數(shù)控車床中，Z方向的脈沖當量為0.01mm/P，X軸的脈沖當量取0.005mm/P。

3 典型軸套類零件工藝分析

3.1 零件圖的工藝分析

3.1.1 零件圖的正確性與完整性的分析

零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指所設(shè)計的零件在能滿足使用要求的前提下制造的可行性和經(jīng)濟性，即所設(shè)計的零件結(jié)構(gòu)應便于成形，并且成本低，效率高。它的涉及面廣，因此有必要對零件進行結(jié)構(gòu)工藝性分析，找出技術(shù)關(guān)鍵，以便在擬定工藝規(guī)程時采用適當?shù)募庸ご胧┘右员ＷC。

零件的視圖應符合國家標準的要求，位置準確，表達清楚；幾何元素（點、線、面）之間的關(guān)系（如相切、相交、平行）應準確；尺寸標注應完整、清晰。

由圖3-1、圖3-2、圖3-3可知，該軸套類組合零件二件的尺寸均標注完整、正確，零件輪廓均描述清楚。圖3-1 錐套 工件材料： 45鋼

圖3-2 螺桿錐軸 工件材料：45鋼

圖3-3 配合件

3.1.2 零件圖與裝配圖的技術(shù)分析

零件的技術(shù)要求主要包括尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度要求等，這些技術(shù)要求應當是能夠保證零件使用性能前提下的極限值。進行零件技術(shù)要求分析，主要是分析這些技術(shù)要求的合理性以及實現(xiàn)的可能性，重點分析重要表面和部位的加工精度和技術(shù)要求，為制定合理的加工方案做好準備。同時通過分析以確定技術(shù)要求是否過于嚴格，因為過高的精度和過小的表面粗糙度要求會使工藝過程變得復雜，加工難度加大，增加不必要的成本。

該零件是配合件，由件一錐套和件二螺桿錐軸組成，裝配圖如上圖3-3所示。其中件二上的零件特征包括外錐、外圓弧、M34x2普通螺紋。兩件配合后，要求錐配間隙為1±0.10。在此可考慮采用配車件二的大端直徑，以達到配合間隙1±0.10的尺寸要求；同時，滿足錐套相對于A-B基準的跳動量不大于0.05mm。

3.2 毛坯的選擇

毛坯是根據(jù)零件所要求的形狀,工藝尺寸等方面而制成的供進一步加工使用的生產(chǎn)對象。毛坯種類的選擇不僅影響著毛坯制造的工藝裝備及制造費用，對零件的機械加工工藝裝備及工具的消耗，工時定額計算有很大影響。

確定毛坯的形狀與尺寸的步驟是：首先選取毛坯加工余量和毛坯公差，其次將毛坯加工余量疊加在零件的相應加工表面上，從而計算出毛坯尺寸，后標注毛坯尺寸與公差。其總的要求是：減少“肥頭大耳”，實現(xiàn)少屑或無屑加工。因此，毛坯形狀要力求接近成品形狀，以減少機械加工的勞動量。

根據(jù)零件圖樣中對工件材料的規(guī)定，工件材料確定為45鋼；

本設(shè)計中件一、件二均為回轉(zhuǎn)軸類零件，形狀不復雜，用于旋合場合，要求具有較高的強度和一定的硬度。依據(jù)毛坯的選擇原則，綜合考慮工件的使用要求以及機械加工的效率和經(jīng)濟性，確定毛坯為棒料鍛件。具體尺寸：兩件為同一棒料，采取切斷方法分離：φ55×190mm

3.3 加工設(shè)備、測量儀器的選擇

3.3.1 機床的選擇

分析零件圖可知，本次設(shè)計加工的零件特征包括：外圓、槽、螺紋、圓弧、內(nèi)外錐，加工工序復雜。為少減換刀和對刀時間，保證良好精度和表面粗糙度要求，結(jié)合我院實訓中心生產(chǎn)設(shè)備的實際情況，決定選用沈陽機床廠生產(chǎn)Fanuc-0i 系統(tǒng)CAK6140型落地臥式數(shù)控車床。機床外形如圖3-4所示。

圖3-4

其主要性能數(shù)據(jù)如下:

加工零件的大直徑為400 mm；

加工零件的大長度為1 m；

刀架規(guī)定刀桿的規(guī)格為20×20 mm；

主軸轉(zhuǎn)速范圍為

X軸大行程600mm，Z軸大行程1080 mm；

快速移動速度為7.6—12 m/min；

重復定位精度：ｘ軸方向≤0.004 mm，ｚ軸方向≤0.004 mm；

圓跳動≤0.003 mm，錐度≤0.005/100 mm，圓柱度≤0.003/100 mm；

粗糙度：黑色金屬小于Ra 1.25，有色金屬小于Ra 0.4；

3.3.2 夾具的選擇

為了充分發(fā)揮數(shù)控機床的高速性、高精度、率等特點，在數(shù)控加工中，裝夾方式直接關(guān)系到加工零件的效率，因此制定合理的裝夾方式也是比較重要。根據(jù)該零件的特征，經(jīng)分析，零件是車削，各工序都可以使用通用夾具即可?？紤]到經(jīng)濟性、使用性，采用卡盤夾緊和活動ding尖一夾一頂?shù)难b夾方式比較合理。

根據(jù)該零件形狀規(guī)則、加工特點及加工精度較高，所以選擇三爪自定心卡盤。之所以選擇三爪自定心卡盤是因為它是常用的車床通用夾具，它可以自定中心，夾持范圍大，裝夾工件的效率高，適用于裝夾中小型以外圓定位的零件，具體三爪卡盤參數(shù)見表3-1。

表3-1 三爪自定心卡盤參數(shù)

3.4 確定加工工藝路線

在數(shù)控機床上加工零件，與普通機床有所不同，不僅要考慮夾具、刀具、切削用量等常規(guī)工藝的選擇，更要考慮對刀點、編程原點等設(shè)置，在保證質(zhì)量的前提下，盡可能提高機床的加工效率。數(shù)控編程中走刀路線的選擇主要考慮以下幾點：

（1）量縮短走刀路線，減少空走刀時間，提高生產(chǎn)效率；

（2）保證加工零件的精度和表面粗糙度要求；

（3）能簡化數(shù)值計算，減少程序段數(shù)目和編程工作量；

（4）盡量減少換刀次數(shù)，用一把刀具盡量加工完成相關(guān)工序。

經(jīng)過分析該零件的終加工路線如下：

件一：

（1）夾持工件，伸出長度60 mm，車端面；

（2）鉆孔φ18 mm，深45 mm；

（3）粗、精車內(nèi)孔φ20

mm至尺寸；

（4）粗、精車φ50±0.012至尺寸，倒角；

（5）粗、精車內(nèi)錐至尺寸；

（6）倒角、切斷；

（7）自檢；

件二：

（1）夾φ20

mm毛坯外圓，長30 mm，校正；

（2）車端面，鉆中心孔；

（3）一夾一頂，粗車工件外輪廓

（5）調(diào)頭夾M34×2外圓共50 mm，車端面，取總長；

（6）粗、精車φ20 mm外圓、外錐、外圓弧1/2段至尺寸；

（7）調(diào)頭，夾φ20 mm外圓長14 mm，一夾一頂；

（8）倒角2×45°精車M34×2外圓至φ34

×69mm、另1/2段外圓??；

（9）距M34×2螺紋斷面55 mm處切槽至尺寸φ30×14 mm，倒角2×45°；

（10）車螺紋M34×2至尺寸；

（11）自檢；

3.5 刀具的選擇

在金屬切削加工過程中，刀具直接完成切削工作。刀具切削性能的優(yōu)劣，直接影響到工件被加工表面的質(zhì)量、切削效率、刀具的使用壽命和加工成本的高低。合理選擇刀具切削部分的材料以及刀具幾何形狀和結(jié)構(gòu)是十分重要的。

在選擇刀具時,應根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。通常優(yōu)先選用常用刀具, 對于不同材料的零件,一般都有適合其切削的刀具。刀具在切削過程中，要承受切削力、高溫、沖擊和振動，并被磨損。與普通機床相比，數(shù)控加工時對刀具提出了更高的要求，不僅要求剛性好、精度高，而且要求尺寸穩(wěn)定、耐用度高、斷屑 和排屑性能好，同時要求安裝調(diào)整方便，滿足數(shù)控機床的率。刀具選擇總的原則是：安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。

刀具材料應具備以下幾方面的性能：足夠的硬度和耐磨性、足夠的強度于韌性、高的耐熱性、良好的導熱性 、良好的工藝性能和工藝性。

硬質(zhì)合金是將一些難熔的、高硬度的合金碳化物微米數(shù)量級粉末與金屬粘結(jié)劑混合，經(jīng)加壓成形，燒結(jié)而成的粉末冶金材料。合金碳化物是硬質(zhì)合金的主要成分，具有高硬度、高熔點和化學穩(wěn)定性好等特點。因此，硬質(zhì)合金的硬度、耐磨性、耐熱性均超過高速鋼，硬質(zhì)合金的常溫硬度為89-93 HRA，切削溫度達800-1000 C°時，仍能進行切削切削性能比高速鋼好，切削速度可提高4-10倍。應是合金的性能取決于化學成分、碳化物粉末粗細及其燒結(jié)工藝。碳化物含量增加時，硬度隨之增高，抗彎強度反而降低。燒結(jié)劑含量增加時，抗彎強度隨之增高，硬度反而下降。

硬質(zhì)合金的切削性能良好，現(xiàn)已成為主要的刀具材料之一。絕大多數(shù)車刀和面銑刀的切削部分都采用硬質(zhì)合金。深孔鉆、鉸刀以及某些復雜刀具也廣泛采用硬質(zhì)合金。而硬質(zhì)合金按化學成分可以分為以下幾類：鎢鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈷類硬質(zhì)合金、鎢鈦鈮類硬質(zhì)合金。

YT類硬質(zhì)合金主要用于加工以鋼為代表的塑性材料。加工鋼時塑性變形大，摩擦劇烈，切削溫度較高。YT類合金磨損慢，刀具壽命高。合金中含TiC較多者，含Co就少，耐磨性就更好，適合精加工。

在滿足加工要求的條件下，綜合考慮刀具的經(jīng)濟成本與可磨削性能，決定選用焊接刀具。本組合零件的具體加工刀具如下表3-2所示：

3.6 選擇切削用量

數(shù)控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、背吃刀量及進給速度等。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(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度；并充分發(fā)揮機床的性能，大限度提高生產(chǎn)率，降低成本。

3.6.1主軸轉(zhuǎn)速的確定

1、主軸轉(zhuǎn)速的確定

主軸轉(zhuǎn)速應根據(jù)零件上被加工部位的直徑，并按零件和刀具的材料及加工性質(zhì)等條件所允許的切削速度來確定。切削速度除了計算和查表選取外，還可根據(jù)經(jīng)驗確定，需要注意的是交流變頻調(diào)速數(shù)控車床低速輸出力矩小，因而切削速度不能太低。

光車時，主軸的速度主要根據(jù)允許的切削速度Vc選取，計算公式如下：

根據(jù)切削原理可知，切削速度的高低主要取決于被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。從理論上講，Vc的值越大越好，因為這不僅可以提高生產(chǎn)率，而且可以避免生成積屑瘤的臨界速度，獲得較低的表面粗糙度值。但實際上由于機床、刀具、工件材料等因素的影響和限制，車削切削用量可參考表3-3選取。表3-3 車削切削用量選擇表

在實際車削加工時，考慮到加工內(nèi)孔時排屑難、冷卻難、刀桿剛性差和觀察困難的特點，在選擇切削用量時，可參照對應外部加工切削用量的30%-50%進行選取。綜合考慮：

外部輪廓加工時選?。?粗車Vc=150 m/min

精車Vc=220 m/min

內(nèi)部輪廓加工時選?。?粗車Vc=50 m/min

精車Vc=70 m/min

高速鋼麻花鉆鉆孔?。?Vc=25 m/min

由公式（3.1）、（3.2）、（3.3），按照毛坯直徑為55mm，螺紋導程為2 mm，計算可得：

外部輪廓加工時： 粗車n=860 r/min

精車n=1200 r/min

內(nèi)部輪廓加工時： 粗車n=290 r/min

精車n=400 r/min

鉆孔時： 轉(zhuǎn)速n=150 r/min

車削螺紋時： 轉(zhuǎn)速n< 520 r/min，據(jù)經(jīng)驗，取n=400 r/min

3.6.2 進給速度的確定

進給速度是數(shù)控機床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工進度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)選取。大進給速度受機床剛度和進給系統(tǒng)的性能限制。一般粗車選用較高的進給速度，以便較快去除毛坯余量，精車以考慮表面粗糙和零件精度為原則，應選擇較低的進給速度。進給速度Vf可以按公式Vf =f×n計算，式中f表示每轉(zhuǎn)進給量,在加工本設(shè)計中的組合零件時進給速度，依據(jù)表3-3進行選取，粗加工時取f=0.2 mm/r,精加工時取f=0.1 mm/r，則所得加工時的進給速度如下：

外部輪廓加工時為： 粗車Vf=172 mm/min

精車Vf=120 mm/min

內(nèi)部輪廓加工時為： 粗車Vf=54 mm/min

精車Vf=40 mm/min

在車床上鉆孔時的進給量是用手轉(zhuǎn)動車床尾座手輪來實現(xiàn)的。用小直徑麻花鉆鉆孔時，進給量太大會折斷麻花鉆。本次設(shè)計件一錐套的麻花鉆規(guī)格為φ18mm，故選擇進給量f=0.2 mm/r，

則可知鉆孔時的進給量為： Vf=30 mm/min

3.6.3 背吃刀量確定

背吃刀量根據(jù)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(除去精車量)，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。為了保證加工表面質(zhì)量，可留少量精加工余量，一般0.2-0.8 mm，具體背吃刀量值參照表3-3進行選擇，如下表所列：

表3-4 被吃刀量

總之，切削用量的具想學習UG編程加Q群614096521體數(shù)值應根據(jù)機床性能、相關(guān)的手冊并結(jié)合實際經(jīng)驗用類比方法確定。同時，使主軸轉(zhuǎn)速、切削深度及進給速度三者能相互適應，以形成*切削用量。

3.7 制定機械加工工藝規(guī)程

3.7.1 件一的加工工藝規(guī)程

機械加工工藝過程卡片

機械加工工藝過程卡片

機械加工工序卡

3.7.2 件二的加工工藝規(guī)程

機械加工工序卡

機械加工工藝過程卡片

3.8 編制數(shù)控加工程序

程序一:

O0001;

M03S860;

T0101;

G00X52.Z0.;

G01X-1.F0.2;

Z1.;

M00; （鉆孔）

M03S290;

T0303;

G00X15.Z2.;

G71U1.5Z2.;

G71P10Q20U0.4W0.1;

G00X25.;

G01X20.Z-40.F0.15;

Z-54.;

X15.Z2.;

M03S400;

T0303;

G00X15.Z2.;

G70P10Q20;

G00X15.Z100.;

X150.;

M00;

M03S860;

T0101;

G00X52.;

G71U1.5R0.5.;

G71P30Q40U0.4W0.1F0.2;

N30G00X46.;

G01X50.Z-2..F0.2;

N40Z-55.;

G00X150.Z100.;

M00;

M03S1200;

T0101;

G00X52.Z1.;

G70P30Q40;

G00X150.Z100.;

T0202;

M03S400;

G00Z-54.;

X-1.;

G00X150.Z100.;

M05;

M30;

程序二:

O0001

M03S860

T0404

G00X58.Z0.;

G01Z-1.F0.1;

G00X150.Z100.;

T0101

G00X58.Z2.

G71U1.5R1.;

G71P10Q20U0.5W0.1F0.2;

N10G00X18.;

G01Z0.F0.1;

X20.Z-1.;

Z-15.;

X25.Z-25.;

X30.;

G03X50.Z-35.R10.;

N20G00X58.;

G00X150.Z150.;

M00;

M03S1200;

T0101;

G00X58.Z2.;

G70P10Q20;

G00X150.;

Z100.;

M05;

M00;

O0002;

G00X150.Z100.;

M03S860;

T0404; <調(diào)頭>

G00X58.Z0.;

G01Z-1.F0.1;

G00X150.Z100.;

T0101;

G00X58.Z2.;

G71U0.5R1.;

G71P10Q20U0.5W0.1F0.3;

N10G00X29.8;

G01Z0.F0.1;

X33.8Z-2.;

Z-89.

X30.;

G03X50.Z-99.R10.;

N20G00X58.;

G00X150Z100.;

M00;

M30S1200;

T0101;

G00X58.Z2.;

G70P10Q20;

G00X150.Z100.;

T0202;

M03S400;

G00X36.Z-59.;

G01X30.F0.1

G00X100.;

Z100;

T0101;

G00X36.Z-57.;

G91X32.Z-89.;

X30.;

G00X100.;

Z100.;

T0303;

M03S600;

GOOX36.Z2.;

G92X33.8X-60.F0.2;

X33.3;

X32.8

X32.3;

X31.8;

X31.4;

G00X100.;

Z100.;

M05;

M30;

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