数控车床实训报告

《数控车床加工技术》毕业实习报告

摘要:随着科学技术的机械进步,数控技术也飞速发展。数控技术是现代机

械系统、机器人、FMS 、CIMS 、CAD\CAM等高新技术的基础,是典型的机电一体

化高新技术。当前,社会对数控技术人才的需求越来越多,要求越来越高。作为

当代大学生,特别是专业的大学生,我们应学习数控技术,特别是一些典型的数

控机床的操作:掌握数控编程的基础知识,增强编程的分析与解决问题的能力,

提高数控编程与加工中心的技能技巧。

关键字:数控机床; 仿真; 实际操作

Abstract: With the improvement of mechanical science and technology,

numerical control technology is also rapid development. Numerical control

technology is the modern mechanical system, robot, FMS, CIMS, CAD \ CAM,

such as the basis of high and new technology, is a typical

electromechanical integration of new and high technology. At present,

more and more social demand for talent of numerical control technology,

the demand is higher and higher. As a contemporary college students,

especially the professional college students, we should learn the

numerical control technology, in particular, some typical numerical

control machine tool operation: to master the basic knowledge of CNC

programming, analysis and problem solving skills, improve programming

skills to improve CNC programming and machining center.

Key words: the numerical control turning CNC milling machine tool the

simulation and actual operation

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学生:张伊凯 学号:[1**********]4 题目:《数控车床加工技术》

目 录

第一章 数控车床的基本组成和工作原理. .............................(3)

1.1 任务准备.....................................................(3)

1.2 工作原理.....................................................(5)

1.3 数控车床的分类...............................................(5)

1.4 数控车床的性能指标...........................................(5)

1.5 数控车床的特点...............................................(7)

第二章 数控车床编程与操作....... ...............................(7)

2.1 数控车床概述................................................(7)

2.1.1数控车床的组............................................ (8)

2.1.2数控车床的机械构成...................................... (8)

2.1.3数控系统................................................ (9)

2.1.4数控车床的特点...........................................(9)

2.1.5数控车床的分类.......................................... (10)

第三章 实训内容.................................................(10)

3.1 实训相关要求......................................... ...... (10)

3.2 了解各代码指令功能..........................................(12)

3.3 实训内容....................................................(14)

3.4 综合加工....................................................(16)

参考文献.........................................................(24)

致谢.............................................................(25)

第一章 数控车床的基本组成和工作原理

1.1任务准备

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数控机床一般由输入输出设备、CNC 装置(或称CNC 单元)、伺服单元、驱

动装置(或称执行机构)、可编程控制器PLC 及电气控制装置、辅助装置、机床

本体及测量反馈装置组成。如下图是数控机床的组成框图。

图1-1机床机构

⑴机床本体

数控机床的机床本体与传统机床相似,由主轴传动装置、进给传动装置、床

身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。但

数控机床在整体布局、外观造型、传动系统、刀具系统的结构以及操作机构等方

面都已发生了很大的变化,这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发

挥数控机床的特点。

⑵CNC 单元

CNC 单元是数控机床的核心,CNC 单元由信息的输入、处理和输出三个部分

组成。CNC 单元接受数字化信息,经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码、

插补、逻辑处理后,将各种指令信息输出给伺服系统,伺服系统驱动执行部件作

进给运动。

⑶输入/输出设备

输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备。在数控机床产生初期,

输入装置为穿孔纸带,现已淘汰,后发展成盒式磁带,再发展成键盘、磁盘等便

携式硬件,极大方便了信息输入工作,现通用DNC 网络通讯串行通信的方式输入。

输出指输出内部工作参数(含机床正常、理想工作状态下的原始参数,故障

诊断参数等),一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存,待工作一段

时间后,再将输出与原始资料作比较、对照,可帮助判断机床工作是否维持正常。

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⑷伺服单元

伺服单元由驱动器、驱动电机组成,并与机床上的执行部件和机械传动部件

组成数控机床的进给系统。它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移

动部件的运动。对于步进电机来说,每一个脉冲信号使电机转过一个角度,进而

带动机床移动部件移动一个微小距离。每个进给运动的执行部件都有相应的伺服

驱动系统,整个机床的性能主要取决于伺服系统。

⑸驱动装置

驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动,通过简单的机械连接部件驱动

机床,使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动, 最后加工出图纸

所要求的零件。和伺服单元相对应,驱动装置有步进电机、直流伺服电机和交流

伺服电机等。

伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统,它是机床工作的动力装置,CNC

装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施,所以,伺服驱动系统是数控机床的重要

组成部分。

⑹可编程控制器

可编程控制器 (PC,Programmable Controller) 是一种以微处理器为基础

的通用型自动控制装置,专为在工业环境下应用而设计的。由于最初研制这种装

置的目的是为了解决生产设备的逻辑及开关控制, 故把称它为可编程逻辑控制

器( PLC, Programmable Logic Controller)。当PLC 用于控制机床顺序动作

时,也可称之为编程机床控制器( PMC , Programmable Machine Controller ) 。

PLC 己成为数控机床不可缺少的控制装置。CNC 和PLC 协调配合,共同完成对数

控机床的控制。

⑺测量反馈装置

测量装置也称反馈元件,包括光栅、旋转编码器、激光测距仪、磁栅等。通

常安装在机床的工作台或丝杠上,它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈

给CNC 装置,供CNC 装置与指令值比较产生误差信号,以控制机床向消除该误差

的方向移动。

1.2工作原理

使用数控机床时,首先要将被加工零件图纸的几何信息和工艺信息用规定的

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代码和格式编写成加工程序; 然后将加工程序输入到数控装置,按照程序的要

求,经过数控系统信息处理、 分配,使各坐标移动若干个最小位移量,实现刀

具与工件的相对运动,完成零件的加工。

1.3数控车床的分类

数控车床的品种和规格繁多,一般可以用下面三种方法分类。

⑴按控制系统分

目前市面上占有率较大的有法拉克、华中、广数、西门子、三菱等。

⑵按运动方式分类

①点位控制数控机床

②点位/直线控制数控机床

③连续控制数控机床

⑶按控制方式分类

按控制方式分类可以分为开环控制数控机床、闭环控制数控机床和半闭环控

制数控机床。

1.4数控车床的性能指标

⑴主要规格尺寸

数控车床主要有床身与刀架最大回转直径、最大车削长度、最大车削直径

等。

⑵主轴系统

数控车床主轴采用直流或交流电动机驱动,具有较宽调速范围和较高回转精

度,主轴本身刚度与抗振性比较好。现在数控机床主轴普遍达到5000~10000r

/min 甚至更高的转速,对提高加工质量和各种小孔加工极为有利;主轴可以通

过操作面板上的转速倍率开关调整转速;在加工端面时主轴具有恒线切削速度

(恒线速单位:mm/min),是衡量车床的重要性能指标之一。

⑶进给系统

该系统有进给速度范围、快速(空行程) 速度范围、运动分辨率(最小移动增

量) 、定位精度和螺距范围等主要技术参数。

进给速度是影响加工质量、生产效率和刀具寿命的主要因素,直接受到数控

装置运算速度、机床动特性和工艺系统刚度限制。数控机床的进给速度可达到

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10~30m /min 其中最大进给速度为加工的最大速度,最大快进速度为不加工时

移动的最快速度,进给速度可通过操作面板上的进给倍率开关调整。

脉冲当量(分辨率) 是CNC 重要的精度指标。有其两个方面的内容,一是机床

坐标轴可达到的控制精度(可以控制的最小位移增量) ,表示CNC 每发出一个脉冲

时坐标轴移动的距离,称为实际脉冲当量或外部脉冲当量;二是内部运算的最小

单位,称之为内部脉冲当量,一般内部脉冲当量比实际脉冲当量设置得要小,为

的是在运算过程中不损失精度,数控系统在输出位移量之前,自动将内部脉冲当

量转换成外部脉冲当量。

实际脉冲当量决定于丝杠螺距、电动机每转脉冲数及机械传动链的传动比,

其计算公式为

实际脉冲当量=传动比⨯丝杠螺距

电动机每转脉冲数

数控机床的加工精度和表面质量取决于脉冲当量数的大小。普通数控机床的

脉冲当量—,般为0.001mm ,简易数控机床的脉冲当量一般为0.01mm ,精密或超

精密数控机床的脉冲当量一般为0.0001mm ,脉冲当量越小,数控机床的加工精

度和表面质量越高。

定位精度和重复定位精度,定位精度是指数控机床各移动轴在确定的终点所

能达到的实际位置精度,其误差称为定位误差。定位误差包括伺服系统、检测系

统、进给系统等的误差,还包括移动部件导轨的几何误差等。它将直接影响零件

加工的精度。

重复定位精度是指在数控机床上,反复运行同一程序代码,所得到的位置精

度的一致程度。重复定位精度受伺服系统特性、进给传动环节的间隙与刚性以及

摩擦特性等因素的影响。一般情况下,重复定位精度是呈正态分布的偶然性误差,

它影响一批零件加工的一致性,是一项非常重要的精度指标。一般数控机床的定

位精度为0.001mm ,重复定位精度为±0.005mm 。

⑷刀具系统

数控车床包括刀架工位数、工具孔直径、刀杆尺寸、换刀时间、重复定位精

度各项内容。加工中心刀库容量与换刀时间直接影响其生产率,换刀时间是指自

动换刀系统,将主轴上的刀具与刀库刀具进行交换所需要的时间,换刀一般可在

5~20s 的时间内完成。

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数控机床性能指标还有电机、冷却系统、机床外形尺寸、机床重量等。

1.5数控车床的特点

与普通车床相比,数控车床具有以下几个特点:

⑴适应性强

由于数控机床能实现多个坐标的联动,所以数控机床能加工形状复杂的零

件,特别是对于可用数学方程式和坐标点表示的零件,加工非常方便。更换加工

零件时,数控机床只需更换零件加工的NC 程序。

⑵加工质量稳定

对于同一批零件,由于使用同一机床和刀具及同一加工程序,刀具的运动轨

迹完全相同这就保证了零件加工的一致性好,且质量稳定。

⑶效率高

数控机床的主轴转速及进给范围比普通机床大。目前数控机床最高进给速度

可达到100m/min以上,最小分辨率达0.01um 。一般来说,数控机床的生产能力

约为普通机床的三倍,甚至更高。数控机床的时间利用率高达90%,而普通机

床仅为30%~50%。

⑷精度高

数控机床有较高的加工精度,一般在0.005mm ~0.1mm 之间。数控机床的加

工精度不受零件复杂程度的影响,机床传动链的反向齿轮间隙和丝杠的螺距误差

等都可以通过数控装置自动进行补偿。因此,数控机床的定位精度比较高。

⑸减轻劳动强度

在输入程序并启动后,数控机床就自动地连续加工,直至完毕。这样就简化

了工人的操作,使劳动强度大大降低。

还有能实现复杂的运动、产生良好的经济效益、利于生产管理现代化等特点。

第二章 数控车床编程与操作

2.1数控车床概述

数控车床作为当今使用最广泛的数控机床之一,主要用于加工轴类、盘套类

等回转体零件,能够通过程序控制自动完成内外圆柱面、锥面、圆弧、螺纹等工

序的切削加工,并进行切槽、钻、扩、铰孔等工作,而近年来研制出的数控车削

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中心和数控车铣中心,使得在一次装夹中可以完成更多得加工工序,提高了加工

质量和生产效率,因此特别适宜复杂形状的回转体零件的加工。

2.1.1数控车床的组成

数控车床由床身、主轴箱、刀架进给系统、冷却润滑系统及数控系统组成。

与普通车床所不同的是数控车床的进给系统与普通车床有质的区别,它没有传统

的走刀箱溜板箱和挂轮架,而是直接用伺服电机或步进电机通过滚珠丝杠驱动溜

板和刀具,实现进给运动。数控系统由NC 单元及输入输出模块,操作面板组成。

从机械结构上看,数控车床还没有脱离普通车床的结构形式,即由床身、主

轴箱、刀架进给系统,液压、冷却、润滑系统等部分组成。与普通车床所不同的

是数控车床的进给系统与普通车床有质的区别,它没有传统的走刀箱、溜板箱和

挂轮架,而是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀具,实现运动,因而大

大简化了进给系统的结构。由于要实现CNC ,因此,数控车床要有CNC 装置电器.

控制和CRT 操作面板。。

2.1.2数控车床的机械构成

(1)主轴箱

数控车床主轴箱的构造,主轴伺服电机的旋转通过皮带轮送刀主轴箱内的变

速齿轮,以此来确定主轴的特定转速。在主轴箱的前后装有夹紧卡盘,可将工件

装夹在此。

(2)主轴伺服电机

主轴伺服电机有交流和直流。直流伺服电机可靠性高,容易在宽范围内控制

转矩和速度,因此被广泛使用,然而,近年来小型、高速度、更可靠的交流伺服

电机作为电机控制技术的发展成果越来越多地被人们利用起来。

(3)夹紧装置

这套装置通过液压自动控制卡爪的开/合。

(4)往复拖板

在往复拖板上装有刀架,刀具可以通过拖板实现主轴的方向定位和移动,从

而同Z 轴伺服电机共同完成长度方向的切削。

(5)刀架

此装置可以固定刀具和索引刀具,使刀具在与主轴垂直方向上定位,并同Z

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轴伺服电机共同完成截面方向的切削。

(6)控制面板

控制面板包括CRT 操作面板(执行NC 数据的输入/输出)和机床操作面板(执行机床的手动操作)。

2.1.3数控系统

数控车床的数控系统是由CNC 装置、输入/输出设备、可编程控制器(PLC )、主轴驱动装置和进给驱动装置以及位置测量系统等几部分组成, 如图2-4所示。

图2-4 CNC系统构成

数控车床通过CNC 装置控制机床主轴转速、各进给轴的进z 给速度以及其他辅助功能。

2.1.4数控车床的特点

(1)传动链短

数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电机驱动。伺服电机直接与丝杠联结带动刀架运动,伺服电机与丝杠也可以按控制指令无级变速,它与主轴之间无须再用多级齿轮副来进行变速。随着电机宽调速技术的发展,目标是取消变速齿轮副,目前还要通过一级齿轮副变几个转速范围。因此,床头箱内的结构已比传统车床简单得多。

(2)刚性高

与控制系统的高精度控制相匹配,以便为了拖动轻便,数控车床的润滑都比较充分,大部分采用油雾自动润滑。适应高精度的加工。

(3)轻拖动

刀架移动一般采用滚珠丝杠副,

为了提高数控车床导轨的耐磨性,一般采用镶钢导轨,这样机床精度保持的时间就比较长,也可延长使用寿命。另外,数控车床还具有加工冷却充分、防护

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严密等结构特点,自动运转时都处于全封闭或半封闭状态。数控车床一般还配有自动排屑装置。

2.1.5数控车床的分类

数控车床品种繁多,按数控系统功能和机械构成可分为简易数控车床(经济型数控车床)、多功能数控车床和数控车削中心。

(1)简易数控车床(经济型数控车床)。是低档次数控车床,一般是用单板机或单片机进行控制,机械部分是在普通车床的基础上改进设计的。

(2)多功能数控车床。也称全功能型数控车床,由专门的数控系统控制,具备数控车床的各种结构特点。

(3)数控车削中心。在数控车床的基础上增加其他的附加坐标轴。

第三章 实训内容

3.1 实训相关要求

一、实习时间安排

本次实习自2014年3月17日起至2014年4月25日止,共计6周。

二、安全教育

1、工作时应穿工作服、并且工作服衣边和袖口应系紧,女同志操作时要带工

作帽。

2、穿好安全防护鞋以防铁屑飞溅伤及皮肤,保证操作安全。

3、车床上操作严禁戴手套。

4、机床周围环境应保持干燥整洁,光线适宜,附近不能堆放垃圾。

5、工作人员必须熟悉所有数控机床的使用环境、条件及工作参数等,严格按

照开关及步骤操作,加工过程应按相关要求正确合理操作机床。

6、熟练掌握数控车床面板按键的名称和功能,特别记住急停按钮的位置以便

在紧急情况下快速按下,确保人身和设备的安全。

7、避免电源不稳定给电子元件造成损坏,数控车床应采取专线供电或增设稳

压装置。

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8、接通电源后必须进行各轴的返回参考点操作,然后在进入其他进行方式,

以确保各轴坐标的正确性。

9、车刀必须装夹牢固,以防飞出伤人。

10、车床主轴启动并开始切学前要关闭防护门,程序正常运行过程中可通过防

护玻璃进行观察,手不得接近旋转工件,更不允许对旋转工件进行测量。 11、车床正常运行过程中不允许打开电气柜门。

12、加工程序必须经过严格的校验,无误后方可操作运行。

13、手动车削时应选择合适的切削速度,手动换刀时,刀架应移至安全位置,

方可进行操作。

14、残留在刀盘里以及掉入排屑装置里的铁屑不应用手清理,清理应停机。 15、工作中若发现车床电气设备出现故障,应及时上报,由专业人员检修。 16、不得随意拆卸数控车床零部件,不得随意改动数控系统内部厂家设定的参

数。

17、经常润滑机床导轨,做好机床清洁保养工作。

18、认真填写数控车床工作日志,做好交接工作,消除事故隐患。 三、实习目的

1、接受有关的生产劳动纪律及安全生产教育,培养良好的业务素质,提高自身的专业技能。

2、了解数控车床的一般结构和基本工作原理。 3、了解CJK6140H 型数控车床的功能及操作使用方法。 4、掌握常用代码指令的含义及使用方法。 5、学会简单程序的简单编程方法。

6、了解数控加工中编程坐标系(工件坐标系)与机床坐标系的含义及区别。 7、学习工件的对刀方法,掌握相关刀具知识和加工工艺知识。 8、能够正确使用外径千分尺进行轴零件的测量; 9、能根据加工要求,合理选择切削用量和切削液; 10、能够正确选择加工程序方案,编制加工程序。

11、能主动获取有效信息,展示工作成果,对学习与工作进行反思总结,并

能与他人开展良好合作,进行有效的沟通

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12、综合加工后,达到中级或高级数控车工水平。

四、实习条件

1、场地条件:宝鸡技师学院数控车工实训教室。 2、设备条件:CJK6140H 型数控车床1台。 3、工具及材料条件

①工具:装拆工件专用扳手、装拆刀具专用扳手、垫片若干。 ②量具:游标卡尺一套(50cm 0.02mm)

千分尺两套(0-25mm 0.01mm 、25-50mm 0.01mm)

③刀具:90°外圆车刀、60°螺纹车刀、3mm 切槽刀、4mm 切槽刀、5mm

切槽刀、镗刀、Φ23麻花钻。

④材料:Φ45mm 、Φ50mm 的45钢棒料若干。

五、相关要求

1、要求每人都能独立操作机床,完成简单工件加工。 2、强化手工编程和实际操作技能。 3、要求每人独立完成实习报告。 3.2了解各代码指令功能 M 代码指令

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G 代码指令

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3.3 实训内容

1、面板操作练习

①工作方式(功能键)

增量方式 单位:mm

反向开关、X 或Z )、

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菜单键(软功能键)

数字键、字母键

删除键(删

除后面的字符)

空运行键

急停键(按完此键后必须按回零键)

2、程序编辑练习

①程序建立

②查看程序

③删除程序

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④对刀

对外圆:

12cm

左右时调节进给修调至

10%→刀尖接近外圆1-2mm 左右时按增量键选择

2)F10扩展→F2刀偏表→光标移至“试切直径” →Enter →输

入测得值→Enter

对端面:1)手动→主轴正转→刀尖接近端面2cm 左右时调节进给修调至

10%→刀尖接近端面

1-2mm 左右时按增量键选择

2

3.4 综合加工

1、领取工作任务图。 2、工艺分析。 3、计算相关点坐标。 4、确定切削用量 5、选择刀具。 6、编制加工程序。 7、加工注意事项 8、工件检测。 9、质量分析报告。 (1)、领取工作任务图。

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(2)、工艺分析

①钻Φ23孔,孔深30mm 。 ②镗孔至加工要求。 ③粗精车外圆。

路径:圆角R0.5→外圆Φ38→圆弧R23→圆弧R3→外圆Φ30→圆弧R3

→外圆Φ29→圆弧R20→外圆Φ10→圆弧R5→端面→圆角R0.5→外圆Φ33→倒角C1

④切断。

(3)、计算相关点坐标

A(38,0)、B (39,-0.5)、C (39,-1)、D (30,-10)、E (30,-14.5) F(30,-25.5)、G (30,-28.5)、H (29,-32.5)、I (10,-46) J(10,-59,5)、K (21,-64.5)、L (30,-64.5)、M (33,-66)

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N(33,-68)、P (31,-69) (4)、确定相关切削用量

(5)、选择刀具

(6)、编制加工程序 ①定位程序 %0001

N10 G90 G95 G00 X100 Z100 T0303 N20 X0 Z0 N30 M30

②镗孔程序 %0002

N10 G90 G95 G00 X100 Z100 T0404 M03 N20 X22 Z2

N30 G71 U1 R0.3 P1 Q2 X-0.5 Z0 F0.2 N40 G01 X37 Z0

N50 G02 X26 Z-18 R30 F0.1 N60 G01 Z-32

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N70 X23 N80 G00 Z100 N90 X100 ③主程序 %0003

N10 G90 G95 G00 X100 Z100 T0101 M03 N20 X41 Z2

N30 G71 U0.75 R0.3 P40 Q160 X1 Z0 F0.2 N40 G01 X38 Z0

N50 G03 X39 Z-0.5 R0.5 F0.1 N60 G01 Z-1

N70 G02 X30 Z-10 R23 N80 G02 X30 Z-14.5 R3 N90 G01 Z-25.5

N100 G02 X30 Z-28.5 R3 N110 G01 Z-32.5 N120 G03 X10 Z-46 R15 N130 G01 Z-59.5 N140 G02 X21 Z-64.5 R5 N150 G01 X30

N160 G03 X33 Z-66 R1.5 N170 G01 Z-68 N180 X31 Z-69.3 N190 X41

N200 G00 X100 Z100 ④切断程序 %0004

N10 G90 G95 G00 X100 Z100 T0202 M03

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N20 X45 N30 Z0

N40 G01 X13 F0.1 N50 X4 F0.05 N60 G00 X100 N70 Z100 N80 M30 (7)、加工注意事项

①加工前将机床回零后方可进行后续操作。

②加工时严禁戴手套,衣领、袖口要系紧,女同志要戴工作帽。 ③主轴旋转后降低主轴修调和进给修调。 ④钻孔时要用冷却液降温。

⑤钻孔、镗空前要调整主轴转速,结束后继续调整满足下一步工序要求的主轴转速,方可进行粗精车外圆以及切断。 ⑥切断时切至Φ4即可结束。

(8)、工件检测

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(9)、质量分析报告

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参 考 文 献

张耀宗. 机械加工实用手册编写组. 机械工业出版社,1997 李军. 数控机床参考点的设定间. 制造技术与机床,1994 许镇宇. 机械零件. 北京:高等教育出版社,1983 濮良贵 纪名刚. 机械设计. 北京:高等教育出版社,2011 杨后川 梁炜,机床数控技术及应用. 北京:北京大学出版社2010

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[1] [2] [3] [4] [5]

致谢

通过本次实训,使我对数控机床得到了很大的认识,数控机床不仅功能强大,而且很实用,只要输入正确的程序,它就可以通过机床车出你想要的工件来,之前我对数控这门知识掌握的还不够,在这次实习中也遇到了很多问题:比如,程序出现错误、系统故障、车刀没有对好等等问题,这些问题不仅是对我们学习知识的检验,而且使我们更充分的学习到数控加工的精髓。

在此期间要非常的感谢带班老师给予我们的莫大帮助,老师的一丝不苟与耐心指导才让我们学习到了真正的知识。因此我们要再接再厉,努力学习好数控知识,为以后的工作做好充分的准备,这次实训只有短短的6周,但是相信对我今后的工作会带来了很大的帮助。

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