数控车削加工工艺及加工程序编制

题 目 数控车削加工工艺及加工程序编制

学生姓名： 王洪旗

系 另1」： 机械与电气信息工程系

专业年级： 2009级数控技术专业

指导教师： 刘庆

2012年6月20日摘要

数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国 家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动 化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机 械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床 是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术（1T与制造技术（MT结合发 展的结果。现代的CAD/CAM FMS CIMS敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控 技术之上的。

数控机床是装备制造业的工作母机， 是实现制造技术和装备现代化的基石是保证高 新技术产业发展和国防军工现代化的战略装备。在全球倡导绿色制造的大环境下，机 床数控化改造成为了热点。它包括普通机床的数控化改造和数控机床的升级。

本次设计内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。 并通过一定的实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法。第 1 章 零件结构工艺分析、毛胚及加工定位基准的确定

1.1 零件图分析

在设计零件的加工工艺规程时，首先要对加工对象进行深入分析。对于数控车车 加工应考虑以下几方面：

1、构成零件轮廓的几何条件 在车削加工中手工编程时，要计算每个节点坐标；在自动编程时，要对构成零件 轮廓所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时应注意：

（1）零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成；

（2）零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手；

（3）零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难。

（4）零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，应以同一基准标注或 直接给出坐标尺寸。

2、尺寸精度要求 分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否利用车削工艺达到，并确定控制尺寸 精度的工艺方法。

在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及 尺寸链计算等。在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极 限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。

3、形状和位置精度的要求 零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。加工时，要按照 其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技 术性处理，以便有效的控制零件的形状和位置精度。

4、表面粗糙度要求 表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床、刀具 及确定切削用量的依据。

1.2 工件的加工工艺分析

断屑处理可采用改变刀具切削部分的几何角度、增加断屑器和通过编程技巧以满 足加工中的断屑要求。

（1）连续进行间隔式暂停 对连续运动轨迹进行分段加工，每相邻加工工段中间用 G04

指令功能将其隔开并 设定较短的间隔时间（ 0.5s ）。其分段多少，视断屑要求而定。

（2）进、退刀交换安排 在钻削深孔等加工中，可通过工序使钻头钻入材料内一段并经短暂延时后，快速 退出配件后在钻入一段，并依次循环，以满足断屑、排泄的要求。 （3）进给方向的特殊安排

Z 轴方向的进给运动在沿负轴方向走刀时，有时并不合理，甚至车坏工件

1.3 工件毛坯的确定

1、零件材料及其力学性能 零件的材料及其力学性能大致确定了毛坯的种类。例如钢质零件若力学性能要求 不太高且形状不十分复杂时可选择型材毛坯，但若要求较高的力学性能，则应选择锻 件毛坯。

2、零件的结构形状与外形尺寸 如形状复杂的大型零件毛坯可采用砂型铸造；一般用途的阶梯轴，若各台阶直径 相差不大可用圆棒料，反之，则选择锻件毛坯较为合适；对于锻件毛坯尺寸大的零件 一般选择自由锻造，中小型零件可选择模锻。

1.4 定位基准的选择

定位基准包括粗基准和精基准。

粗基准：用未加工过的毛坯表面做基准。

精基准：用已加工过的表面做基准。

1、粗基准的选择原则： 粗基准影响：位置精度、各加工表面的余量大小（均匀？足够？） 。 重点考虑：如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面和加工表面间的尺寸、

位置符合零件图要求。

（1）合理分配加工余量的原则

a、 应保证各加工表面都有足够的加工余量：如外圆加工以轴线为基准；

b、 以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准， 以保证该表面加工余量分布均匀、

表面质量高；如床身加工，先加工床腿再加工导轨面；

（2）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则

一般应以非加工面做为粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较 为精确的相对位置。当零件上有几个不加工表面时，应选择与加工面相对位置精度要 求较高的不加工表面作粗基准。

2、精基准的选择原则：

（1）基准重合的原则：定为基准与设计基准重合

（2）基准统一原则 : 尽量选用一组精基准定位，以此加工工件的大多数表面的工 艺原则

（3）互为基准原则：当某些表面位置精度要求很高时，采用互为基准反复加工的 一种原则 （4）自为基准原则

当加工面的表面质量要求很高时，为保证加工面有很小的且均匀的余量，常用加 工面本身作为基准进行加工的一种工艺原则

（5）便于装夹的原则第 2 章 拟定加工工艺路线、制定工序卡片

2.1 工序的划分

数控机床与普通机床加工相比较，加工工序更加集中，根据数控机床的加工特点， 加工工序的划分有以下几种方式：

（1）根据装夹定位划分工序

这种方法一般适应于加工内容不多的工件，主要是将加工部位分为几个部分，每 道工序加工其中一部分。如加工外形时，以内腔夹紧；加工内腔时，以外形夹紧。

（2）按所用刀具划分工序

为了减少换刀次数和空程时间，可以采用刀具集中的原则划分工序，在一次装夹 中用一把刀完成可以加工的全部加工部位，然后再换第二把刀，加工其他部位。在专 用数控机床或加工中心上大多采用这种方法。

（3）以粗、精加工划分工序

对易产生加工变形的零件，考虑到工件的加工精度，变形等因素，可按粗、精加 工分开的原则来划分工序，即先粗后精。

在工序的划分中，要根据工件的结构要求、工件的安装方式、工件的加工工艺性、 数控机床的性能以及工厂生产组织与治理等因素灵活把握，力求合理。

2.2 加工顺序的安排

加工顺序的安排应根据工件的结构和毛坯状况，选择工件定位和安装方式，重点 保证工件的刚度不被破坏，尽量减少变形，因此加工顺序的安排应遵循以下原则：

（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧

（2）先加工工件的内腔后加工工件的外轮廓

（3）尽量减少重复定位与换刀次数

2.3 控机床加工工序和加工路线的设计

数控机床加工工序设计的主要任务：确定工序的具体加工内容、切削用量、工艺 装备、定位安装方式及刀具运动轨迹，为编制程序作好预备。其中加工路线的设定是 很重要的环节，加工路线是刀具在切削加工过程中刀位点相对于工件的运动轨迹，它 不仅包括加工工序的内容，也反映加工顺序的安排，因而加工路线是编写加工程序的 重要依据。

确定加工路线的原则 ① 加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。

② 设计加工路线要减少空行程时间，提高加工效率。

③ 简化数值计算和减少程序段，降低编程工作量。

④ 据工件的外形、刚度、加工余量、机床系统的刚度等情况，确定循环加工次数。

⑤ 合理设计刀具的切入与切出的方向。采用单向趋近定位方法，避免传动系统反 向间隙而产生的定位误差。

2.4 刀具的选择

刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工 件材科的性能、加工工序切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择 总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下， 尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

（1） 选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平 面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀，加工 凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀 片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣 刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

（2） 在进行自由曲面 （模具）加工时， 由于球头刀具的端部切削速度为零， 因此，

为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。而平头 刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提 下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和 精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然 增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本 大大降低。

（3） 在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和按刀 动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、 准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整 方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心 采用TSG工具系统，其刀柄有直柄（3种规格）和锥柄（4种规格）2种，共包括16 种不同用途的刀柄。

（4）在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手 动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下 原则：①尽量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤； 粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先铣后钻；⑤先进行曲 面精加工，后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自 动换刀功能，以提高生产效率等。

2.5 确定切削用量

1、 确定主轴转速主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。 其计算公式为：n=1000v/71D式中:v ――切削速度，单位为m/s，由刀具的耐用度决定;N 主轴转速，单位为r/min, D —工件直径或刀具直径，单位为 mm计算的主轴转

速 n ，最后要选取机床有的或较接近的转速。

2、 确定进给速度 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、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性 能限制。确定进给速度的原则 :当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率， 可选择较高的进给速度。一般在 100 一 200mm/min 范围内选取 ; 在切断、加工深孔或 用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在 20 一 50mm/min范围内选取； 当加工精度， 表面粗糙度要求高时， 进给速度应选小些， 一般在 20--50mm/min 范围内 选取； 刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高 进给速度。

3、 确定背吃刀量 背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可

能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。为了保 证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般 0.2 ――0.5mm,总之，切削用量的具体