毕业论文(轴类零件加工)

数控车削加工工艺及编程

第一章   绪论

关键词：数控车床 车削加工工艺 工艺分析 

摘要：数控机床的加工工艺与普通机床的加工艺虽有诸多相同之处，但也有许多不同之处。为此，分析了数控车削的加工工艺。  

数控机床产生20世纪40年代，随着科学技术和社会生产的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对零件的加工质量要求越来越高，零件的形状越来越复杂，传统的机械加工方法已无法达到零件加工的要求，迫切需要新的加工方法。

数控车床又称为CNC（computer numerical control）车床，即用计算机数字控制的车床，是国内使用量最大、覆盖面最广的一种数控机床。CNC车床能加工各种形状不同的轴类、盘类即其它回转体零件。

一、数控车削加工工艺的内容  

　　数控车削加工工艺是采用数控车床加工零件时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）加工轨迹的计算和优化；

（六）数控车削加工程序的编写、校验与修改；

（七）首件试加工与现场问题的处理；

（八）编制数控加工工艺技术文件；

总之，数控加工工艺内容较多，有些与普通机床加工相似。  

二、数控车削加工工艺分析  

　　工艺分析是数控车削加工的前期工艺准备工作。工艺制定得合理与否，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。掌握编程语言及编程格式，还应熟练掌握工件加工工艺，确定合理的切削用量、正确地选用刀具和工件装夹方法。因此，应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点，认真而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其合理性；确定工件在数控车床上的装夹方式；各表面的加工顺序、刀具的进给路线以及刀具、夹具和切削用量的选择等。  

（一）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、轮廓几何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。  

　　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，要计算每个节点坐标。在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义。因此在零件图分析时，要分析几何元素的给定条件是否充分。  

　　3．精度和技术要求分析  

　　对被加工零件的精度和技术进行分析，是零件工艺性分析的重要内容，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、装夹方式、刀具及切削用量等。其主要内容包括：分析精度及各项技术要求是否齐全、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式弥补时，应给后续工序留有余量；对图纸上有位置精度要求的表面，应保证在一次装夹下完成；对表面粗糙度要求较高的表面，应采用恒线速度切削（注意：在车削端面时，应主轴最高转速)。 

（二）夹具和刀具的选择  

　　1．工件的装夹与定位  

　　数控车削加工中尽可能做到一次装夹后能加工出全部或大部分代加工表面，尽量减少装夹次数，以提高加工效率、保证加工精度。对于轴类零件，通常以零件自身的外圆柱面作定位基准；对于套类零件，则以内孔为定位基准。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、电动及气动夹具外，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  

　　刀具的使用寿命除与刀具材料相关外，还与刀具的直径有很大的关系。刀具直径越大，能承受的切削用量也越大。所以在零件形状允许的情况下，采用尽可能大的刀具直径是延长刀具寿命，提高生产率的有效措施。

第二章    零件图纸分析

2.1   零件的特征

一、零件材料

    该零件是一回转体零件（单位：mm），以45#调质处理的毛坯，毛坯尺寸Φ70×112mm。

二、零件特点

     从图纸中我们可以看出该零件轮廓由直线、圆弧、螺纹共同构成一个复杂成型曲线回转轴。加工部分包括螺纹，外圆，一个退刀槽，锥面，倒角，等

2.2    数值计算

    生活中，我们对几何信息的认知有多种方法，常用的有数形结合法（解析法）。但有时面对复杂的图形，解析法会带来繁重的数学计算。AUTO CAD作为一套专业的绘图软件，它强大的信息处理功能为图形中繁杂点的计算带来了可能。我们在操作界面中绘制图形后就可以打开状态栏中的捕捉、对象捕捉按钮，在绘图区捕捉相关的点。同时，在状态栏中就可以看到这些点的坐标。

第三章    工件的定位与装夹

3.1加工精度要求

加工图纸如上图，零件加工部分包括M34×3螺纹，Φ70 外圆，一个Φ28退刀槽， R12圆弧，Φ28×26孔等。零件的主体尺寸长度为110mm，最大位置直径为Φ70。

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。零件加工时，先以Φ70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轴件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。

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位置和牢固的安装，即定位和夹紧，

从而使数控加工顺序进行，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。

      车削加工的工件一般是回转体，对于回转体零件，一般选择三爪自定心卡盘。本零件选择三爪自定心卡盘作夹具。

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有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。

考虑到零件的形状不易装夹，故先加工零件的左边的部分，然后以左面的零件轴线为定位基准加工右面的部分。并且考虑到加工原则中的先近后远先粗后精制定加工工艺如下：

为减少换刀，对刀次数及减少辅助时间，选用90°外圆车刀进行粗加工和精加工、用切断刀进行切槽加工 

调头用三爪卡盘固定住左端Φ70外圆。留有5mm长以防刀具与夹具发生干涉并用活动顶尖顶住工件右端，保证同轴度和精度并防止工件转动时摇晃不定。用90°外圆车刀依次进行粗精加工；用刀宽为5mm的切槽刀车退刀槽，用螺纹车道粗、精加工M34×3螺纹。

第四章  车削工艺分析

4.1   选择夹具

对于回转体零件，一般选择三爪自定心卡盘。本零件选择三爪自定心卡盘作夹具。

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、切槽以及车螺纹加工等工步：

1）粗车外圆。

2）精车循环。

3）切槽。

4）车螺纹。

4.3   刀具选择

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少的要求，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（4）被吃刀量，进给速度，切削速度考虑到以上因素故粗车时，要选用强度高，耐用度高的刀具以满足粗车时大吃刀量，大进给量的要求.精车时要选用精度高,耐用度好的刀具以保证加工精度的要求. 

1）粗车——90°外圆车刀——T0101。

2）精车——90°外圆车刀——T0202。

3）切槽——切断刀（刀宽5mm）——T0303。

4）车螺纹——螺纹车刀——T0404。

刀具列表如下

生产

4.4   设计走刀路线

（1）粗车循环

   粗车的主要任务是去除余量，可以用复合循环指令来设定。设计走刀路线时，应设定工件坐标系XOZ。要求：①画出刀具形状；②标注工件坐标系；③标明进刀点，起刀点，每层切深，退刀量，精车余量ΔＵ，ΔＷ；④画出刀具运动轨迹，如图所示。    ,起刀点（100，200）为安全位置，进刀点（72，3）为接近工件点，切深Δd=2，退刀量 e=0.5，精车余量ΔＵ=1、ΔＷ=0.5。

                   粗车外圆走刀路线

（2）精车

精车外圆即在粗车基础上车一刀即可，其走刀路线较为简单，主要需标出关键点，画出刀具轨迹，如图所示，起刀点坐标为（100，100），进刀点（接近）坐标为（0，3），退刀点坐标为（72，-85），将每一走刀段都标上序号，以便编程时一一对应。要算出所有基点坐标，并标在图上。

                     精车外圆走刀路线

(3)切槽

    切槽即在工件上切一个退刀槽，用切断刀加工，刀宽5mm。切槽时，只能X向进退刀，不能Z向切削，否则易打刀（刀具折断），当刀宽等于槽宽，切槽刀只切一次；当刀宽小于槽宽时，应根据情况切多次，路线为先X向退刀，Z向平移，再X向进刀。如图所示，起刀点坐标（100，100），进刀点坐标为（36，-24），基点A坐标为（28，-24）。

                        切槽走刀路线

（4）车螺纹

车螺纹车刀走的轨迹是平行于Z轴的直线，只是进给的速度为每转进给一个导程。如图所示标出了起刀点坐标为（100，100），进刀点坐标为（36，3），终止点为坐标为（30，-21.5）及每层进刀量X1、X2，（螺纹的外径在车螺纹前应加工到比公称直径小0.2ｍｍ，即φ33.8ｍｍ）。

                     车螺纹走刀路线

第五章   切削用量

5.1  切削用量

切削用量包括切削速度,背吃刀量和进给量.对于不同的加工方法需要选择不同的切削用量。粗加工时一般以加工效率为主通常选择较大的背吃刀量和进给量,采用较小的切削速度 .精加工时通常选择较小的背吃刀量和进给量采用较高的切削速度，对于原材料45#，粗加工时ap取3㎜ ，Vf取800m/min ，f取0.4mm/r;精加工时ap取0.25㎜ ， Vf取1000m/min ，f取0.2㎜/r。

对于牙型较深，螺距较大时，可分数次进给，每次进给的背吃刀量用螺纹深度减速去精加工背吃刀量所得之差按递减速：所以

粗车S800,F0.3；

精车S1200,F0.15；

切槽S300,F0.05；

车螺纹S150,F3(螺距)

5.2   主轴转速的确定

主轴的转速是由切削刃上选定点相对于工件的主运动的线速度

主运动速度   n=1000Vc/πd       单位为r/min 

第六章  数控车床的对刀

6.1 刀位点

在进行数控加工的编程时，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照点。对刀操作就是要测定出程序起点处刀具刀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、夹具上或机床上面（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，至到指示灯亮时停止动作，保持 Z轴 向不动，取出轴向设定器。然后在机床操作面板上调出刀具补偿菜单栏中刀偏表，在相关的试切长度填空栏中键入有关数值（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刀毛坯端面角附近，然后用增量方式调节 X 、Z 轴向进给至刀位点刚好切到毛坯外表面，再用MDI方式运行进行外圆车削。同时保持X轴轴向坐标不变，退出刀具。用游标卡尺测量出试切外圆直径。然后在刀偏表中键入试切直径。

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以一基准点，此时屏幕上显示的坐标既是该刀号刀具的几何偏置 △Xj, △Zj .同理，可依次测定出其它刀具相对于基准刀具的几何偏置。在相应的刀偏表中依次键入选用刀具刀位点的几何补偿。

第七章   编程

附：根据上述工艺分析所编制的加工程序，系统为FANUC-0T。

程序

车削（FANUC-0T系统）

O0001                              （程序号）

T0101 S800 M03;                    （粗车部分，选一号刀具，设定1号刀补及坐标系，主轴正转，速度800r/min）

G99 G00 X72 Z3;                      (设定精车程序段起始序号10，终止序号20，精车余量X1,Z0.5进给量0.3mm/r)

G71 Z2 R0.5;                         （粗车循环，设定每次进刀背吃刀量2mm，退刀量0.5mm）

G71 P10 Q20 U1 W0.5 F0.3;            (设定精车程序段起始序号10，终止序号20，精车余量X1,Z0.5进给量0.3mm/r)  

N10 G00 X0 Z3;                      (对应走刀路线①快进至（0，3）点)

G01 Z0 F0.15 S1200;                （对应走刀路线②段，公进至（0，0）进给量0.15mm/r）

X30;                                (对应走刀路线③段，工进至(30,0)点,

X34 Z -2;                            （对应走刀路线④段，工进至（34，-2）点，若严格按车螺纹工艺34应小于0.2为33.8）

Z -29;                               （对应走刀路线⑤段，工进至（34，-29点）

G02 W -12 R12；                     （对应走刀路线⑥段，顺时针圆弧进给至（34.-41）点，半径R12）

G01 W -11;                          （对应走刀路线⑦段，工进至（34，-52）点）

X55 W -13;                       （对应走刀路线⑧段,工进至(55,-65)点）

G01 Z -85;                        (对应走刀路线⑨段,工进至(55,-58)点)

N20 X72;                          (精车程序结束段，对应走刀路线⑩段，工进至（72，-85）点)

G00 X100 Z200 T0100;               （对应走刀路线⑾段，快速退之（100，200）点，撤销刀补）

T0202;                             （换2号刀具）

G70 P10 Q20;                       （精车循环指令，加工零件的外圆部分）

T0303 S300;                        （切槽部分，换3号刀具设定3号刀补，转速降至300r/min）

G00 X36 Z -24;                      （快进至（36，-24）点）

G01 X26 F0.05；                     （工进切槽至（26，-24）点）

G04 P1000;                          （暂停1s）

G01 X36;                            （工退至（36，-24）点）

G00 X100 Z100 T0300;                 （快速退刀至（100，100）点撤销3号刀补）

T0404 S150;                         （车螺纹部分，换4号刀建4号刀补 转速降至150r/min）

G00 X36 Z3;                          （快进至(36,3)点） 

G92 X32.5 Z -21.5 F3;                （简单车螺纹循环，第一次循环螺纹，终点为（32.5，-21.5））

X31.5;                                (第二次循环螺纹，终点为（31.5，-21.5）)

X31;                                  （第三次循环螺纹，终点为（31，-21.5））

X30.75;                               （第四次循环螺纹，终点为（30.75，-21.5））

G00 X100 Z100 M05 T0400;             （快退至（100，100）点，主轴停撤销刀补）

M03;                                 （程序结束）

%

第八章 结论

数控机床作为一种使用广泛、典型的机电一体化产品，综合应用了微电子技术、计算机技术、自动控制、精密测量和机床结构等方面的最新成就，是一种高效的自动化机床。随着科学技术的不断发展，迄今，国际上又出现了以一台或多台加工中心、车削中心为主体，再配以工件自动装卸和监控检查装置的柔韧性制造系统FMS、计算机集成制造系统CIMS和无人化工厂FA。

由于数控机床极高效率、高精度和高柔韧性于一身，很好的代表了机床的主要发展方向。时代和社会生产力的不断发展，要求数控系统与数控机床向更高的水平与层次迈进（高精度化、运动高速化、高柔韧性化、智能化）。

  近年来，在国外的数控系统与伺服系统制造技术突飞猛进的大背景下，通过大量的技术引进，我过现代制造工业在飞速发展（数控技术得到广泛的应用）。同时，我们还要看清现阶段中国数控业与世界先进水平的差距。我国只有拥有完全自主知识产权上的数控核心技术，才能实现真正意义上的“世界工厂”和“制造大国”乃至“工业强国”。这使国人不得不开始重新思索中国数控在未来的发展之路………

参考文献

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[3] 夏凤芳 数控机床 北京：高等教育出版社；2005

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[7] 王爱玲 数控机床加工工艺 北京：机械工业出版社；2006

[8] 蒋建强  数控编程技术200例 科学出版社 北京希望电子出版社；2005

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[13] 武汉华中数控系统有限公司  华中数控车床操作说明书；

[14]陈海舟著 数控铣削加工宏程序及应用实例  北京：机械工业出版社；2006

致谢

随着全球经济一体花的迅猛发展我国的制造业面临着严峻的考验数控技术作为当前一项先进的生产技术对我国的经济发展起着关键性的作用，作为高等职业教育的毕业生我们承担着提高国内数控技术水平的历史重任在即将离开大学走向社会的时刻我我完成了此项毕业设计有着重要的意义毕业设计的编写过程中参考了近年来数控技术的诸多论著与教材对参考文献的表示深刻的谢意在编写毕业设计时得到了常德XX学校指导老师的支持与帮助，编者在此表示衷心的感谢。限于编者的水平有限和设计中难免有错误和不妥之处恳请读者不吝指正                                          

                                          编者 

                                          2011年00月00日