毕业设计论文数控车床上零件的加工工艺与编程.doc

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1、 数控车床上零件的加工工艺与编程专 业 CAD09-10作者姓名 指导教师 定稿日期：2023年05月20日新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计（论文）任务书学 生 姓 名 张彪专业班级 CAD09-10设计(论文)题目 数控车床上零件的加工工艺与编程 接受任务日期2012年2月25日完成任务日期2012年4月15号指 导 教 师陆亦工指导教师单位机械工程系设计(论文)内容目标通过本次毕业论文，培养学生综合运用所学基础理论、基本知识、基本技能和专业知识，联系生产及科研实际完成某一课题，全面检验学生分析和解决问题的能力，使学生掌握基本设计方法，能力得到一定的提高。设计(论文)要求1.论文格式要

2、正确；2.题目要求；论文题目尽可能选择与生产、现实生活等任务相结合的实际题目，完成一个真实的小型课题或大课题中一个完整的部分； 3.论文要求学生整个课题由学生独立完成。论文指导记录1.2月25号下达做论文的任务2.2月25-3月1号开始找资料3.3 月2 号-3月10号整理资料4.3月15-3月25号，定初稿5.3月26号-31号对论文进行修改6.4月1号-10号论文定稿参考资料1邵泽强.数控原理与数控系统.北京理工大学出版社20092杜家熙.数控加工工艺.机械工业出版社,20093周文玉.数控加工编程及操作教程.中国轻工业出版社,20084顾京. 数控机床加工程序编制.机械工业出版社，200

3、6新疆工业高等专科学校机械工程系毕业设计（论文）成绩表学 生 姓 名张彪专业班级 CAD09-10设计(论文)题目 数控车床上零件的加工工艺与编程指导教师（签名）指导教师单位 机械工程系指导教师评语评阅成绩： 评阅教师签字： 年月日答辩记录成绩： 提问教师签字： 年月日答辩小组意见答辩成绩： 答辩小组组长签字： 年月日数控车床上零件的加工工艺与编程摘 要在数控机床中得到广泛应用的数控技术，是一种采用计算机对机械加工过程中各种控制信息进行数字化运算、处理，并通过高性能的驱动单元对机械执行构件进行自动化控制的高新技术。当前已有大量机械加工装备采用了数控技术，其中最典型而应用面最广的是数控机床。由于

4、机械加工工艺的多样性和加工零件的复杂性，使数控机床的规格、品种多样、性能差异极大，控制参数复杂，调试操作繁琐，因此在将不断飞速发展的通用计算机技术及其体系结构、现代自动控制理论及现代的电力电子技术应用于新一代数控机床时，要强调使其具有“开放式”与“智能化”的特点。关键词 ： 数控车削 ； 加工工艺； 数控编程新疆工业高等专科学校机械工程系IIIAbstractIn CNC machine tools are widely used in the numerical control technology, is a machining process using computer control

5、 information in a variety of digital computing, processing, and high-performance drive units through the implementation of mechanical components for automatic control of high-tech. The current equipment has been used a lot of CNC machining technology, the most typical and most widespread is the appl

6、ication of CNC machine tools. The machining process of the diversity and complexity of machining parts, CNC machine tools to the specifications, types and properties very different from the complexity of the control parameters, debugging complicated operation, so in general will continue the rapid d

7、evelopment of computer technology and its architecture , the modern automatic control theory and modern technology to a new generation of power electronics CNC machine tools, we should emphasize them with open and intelligent features. Key Word: the umerical control urning; processing technology ; C

8、NC programming目 录摘 要IAbstractII第 1 章 前言11.1 数控系统发展简史11.2 数控车床简介21.3 数控机床及其特点31.4 数控机床的工艺范围41.5 数控车削加工51.5.1 数控车床的加工程序编制71.5.2 数控车床的组成和基本原理81.5.3 数控车床安全操作规程81.6 数控车床坐标系的确定9第2章 工艺方案分析112.1 零件图分析112.2 加工方法122.3 加工方案12第3章 工件的夹装133.1 定位基准的选择133.2 定位基准选择的原则133.3 确定零件的定位基准133.4 装夹方式的选择133.5 数控车床常用的装夹方式133.

9、6 确定合理的装夹方式14第4章 刀具及切削用量154.1 选择数控刀具的原则154.2 选择数控车削用刀具154.3 设置刀点和换刀点164.4 确定切削用量16第5章 典型轴类零件的加工185.1 轴类零件加工工艺分析185.2 典型轴类零件加工工艺205.3 加工坐标系设置205.4 手工编程21第6章 总结24致谢25参考文献26数控车床上零件的加工工艺与编程前言在机械加工工艺教学中，机械制造专业学生及数控技术专业学生都要学习数控车床操作技术。让学生了解相关工种的先进技术，同时培养工作岗位的前瞻性；在讲授数控知识的同时，必须要求学生掌握基本的机械加工工艺，增强系统意识，理解手动操作与自

10、动操作之间的联系，真正把学生培养成为适应各种工作环境和岗位的多面手。使数控车工基础工艺理论与技能有机融合，包括夹具的使用、量具的识读和使用、刃具的刃磨及使用、基准定位等，而且还应熟悉车床操作、数控车床自动编程仿真操作等。本文以切削用量的选择，工件的定位装夹，加工顺序和典型零件为例，结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具加工路线的确定，数控程序的编制，最终加工出零件。在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方式，使得零件加工方便、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效

11、率最高、刀具消耗最低。最终形成的工艺文件要完整，并能指导实际生产。 1.1 数控系统发展简史1946年诞生了世界上第一台电子计算机，这表明人类创造了可增强和部分代替脑力劳动的工具。它与人类在农业、工业社会中创造的那些只是增强体力劳动的工具相比，起了质的飞跃，为人类进入信息社会奠定了基础。6年后，即在1952年，计算机技术应用到了机床上，在美国诞生了第一台数控机床。从此，传统机床产生了质的变化。近半个世纪以来，数控系统经历了两个阶段和六代的发展。 1.数控（NC）阶段（19521970年）早期计算机的运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，但不能适应机床实时控制的要求。人们不得不采用数

12、字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机作为数控系统，被称为硬件连接数控（HARD-WIRED NC），简称为数控（NC）。随着元器件的发展，这个阶段历经了三代，即1952年的第一代电子管；1959年的第二代晶体管；1965年的第三代小规模集成电路。2.计算机数控（CNC）阶段（1970年现在）到1970年，通用小型计算机业已出现并成批生产。于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入了计算机数控（CNC）阶段（把计算机前面应有的“通用”两个字省略了）。到1971年，美国INTEL公司在世界上第一次将计算机的两个最核心的部件运算器和控制器，采用大规模集成电路技术集成在一块芯片上，称之为微处理器

13、（MICROPROCESSOR），又可称为中央处理单元（简称CPU）。到1974年微处理器被应用于数控系统。这是因为小型计算机功能太强，控制一台机床能力有富裕（故当时曾用于控制多台机床，称之为群控），不如采用微处理器经济合理。而且当时的小型机可靠性也不理想。早期的微处理器速度和功能虽还不够高，但可以通过多处理器结构来解决。由于微处理器是通用计算机的核心部件，故仍称为计算机数控。到了1990年，PC机（个人计算机，国内习惯称微机）的性能已发展到很高的阶段，可以满足作为数控系统核心部件的要求。数控系统从此进入了基于PC的阶段。总之，计算机数控阶段也经历了三代。即1970年的第四代小型计算机；197

14、4年的第五代微处理器和1990年的第六代基于PC（国外称为PC-BASED）。还要指出的是，虽然国外早已改称为计算机数控（即CNC）了，而我国仍习惯称数控（NC）。所以我们日常讲的数控，实质上已是指计算机数控了。1.2 数控车床简介 控机床工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。所以，数控加工的关键是加工数据和

15、工艺参数的获取，即数控编程。数控加工一般包括以下几个内容： (1)对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分； (2)利用图形软件（PRO/E UG）对需要数控加工的部分造型； (3)根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工、半精加工、精加工轨迹）； (4)轨迹的仿真检验； (5)生成G代码； (6)传给机床加工。 1.3数控机床及其特点数控机床（Numerical Control Machine Tools）是指采用数字形式信息控制机床。详言之，凡是用数字化的代码将零件加工过程中所需的各种操作和步骤以及刀具与工件之间的相对位移量等记录在程序介质上，送入计算机或数控系统，经过译码

16、、运算以及处理，控制机床的刀具与工件的相对运动，加工出所需要的工件的一类机床即为数控机床。 数控机床较好地解决了复杂、精密、小批、多变的零件加工问题，是一种灵活的、高效能的自动化机床，尤其对于约占机械加工总量80%的单件、小批量零件的加工，更显示出其特有的灵活性。概括起来，采用数控机床有以下几方面的好处： 提高加工精度，尤其提高了同批零件加工的一致性，使产品质量稳定； 提高生产效率，一般约提高效率35倍，使用数控加工中心机床则可提高生产率510倍； 可加工形状复杂的零件； 减轻了劳动强度，改善了劳动条件； 有利于生产管理和机械加工综合自动化的发展。 然而，数控机床毕竟是一种高度自动化的机床，技

17、术复杂，成本较高。在实际采用时，一定要充分考虑其技术经济效果。目前，选用数控机床时主要考虑以下三种因数：即单件、中小批量的生产；形状比较复杂，精度要求高的加工；产品更新频繁，生产周期要求短的加工。凡是符合这三种因素之一的情况，采用数控机床，对于改进产品质量、减轻工人劳动强度、提高经济效益等，都会获得显著的效果.1.4 数控机床的工艺范围 根据数控加工的优缺点及国内外大量应用实践，一般可按适用程度将零件分为三类：（1）最适用类 1）形状复杂，加工精度要求高，用通用机床无法加工或虽然能加工但很难保证产品质量的零件。 2）用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件。3）有难测量、难控制进给、难控制尺寸的

18、不开敞内腔的壳体或盒型零件。4）必须在依次装夹中合并完成铣、镗、铰或螺纹等多工序的零件。（2）较适用类1）在通用机床加工时极易受人为因素（如：情绪波动、体力强弱、技术水平高低等）干扰，零件价值又高，一旦质量失控会造成重大经济损失的零件；2）在通用机床上加工时必须制造复杂的专用工装的零件。3）需要多次更改设计后才能定型的零件。4）在通用机床上加工需要很长时间调整的零件。5）用通用机床加工时，生产率很低或体力劳动强度很大的零件。（3）不适用类1）生产批量大的零件。2）装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件。3）加工余量不稳定，且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件。4)必须用

19、特定的工艺装备协调加工的零件。1.5数控车削加工车削加工是切削加工中最基本的一种加工方法，它是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动来加工工件的，因此车削加工是机械加工中运用最广泛的加工方法，车床占切削加工机床总数的40左右。1.数控车床的分类按数控系统的功能分： 全功能型数控车床； 经济型数控车床 按主轴的配置形式分： 卧室数控车床； 立式数控车床按数控系统控制的轴数分： 两轴控制的数控车床；四轴控制的数控车床2.数控车削加工的主要对象数控车床主要用于加工轴类、盘状类等回转体零件，通过执行数控程序，可以自动完成外圆柱面、成形表面、螺纹、端面等工序的切削加工，并能进行车操、钻孔、扩孔、铰孔等工

20、作。根据数控加工的特点，数控车床最适合切削具有以下要求和特点的回转体零件：精度要求高的回转体零件表面形状复杂或难以控制尺寸的回转体零件表面粗糙度要求好的回转体零件带特殊螺纹的回转体零件3.数控车削中的加工工艺分析数控加工以数控机床加工中的工艺问题为主要研究对象，以机械制造中的工艺理论为基础，结合数控机床的加工特点，综合运用多方面的知识来解决数控加工中的工艺问题。工艺制定的合理与否，对程序编制、机床的加工效率、零件的加工精度都有极为重要的影响。 （一）确定工件的加工部位和具体内容 确定被加工工件需在本机床上完成的工序内容及其与前后工序的联系。 1.工件在本工序加工之前的情况。例如铸件、锻件或棒料

21、、形状、尺寸、加工余量等。 2.前道工序已加工部位的形状、尺寸或本工序需要前道工序加工出的基准面、基准孔等。 3.本工序要加工的部位和具体内容。 4.为了便于编制工艺及程序，应绘制出本工序加工前毛坯图及本工序加工图。 （二）确定工件的装夹方式与设计夹具 根据已确定的工件加工部位、定位基准和夹紧要求，选用或设计夹具。数控车床多采用三爪自定心卡盘夹持工件；轴类工件还可采用尾座顶尖支持工件。由于数控车床主轴转速极高，为便于工件夹紧，多采用液压高速动力卡盘，因它在生产厂已通过了严格的平衡，具有高转速(极限转速可达40006000rmin)、高夹紧力(最大推拉力为20008000N)、高精度、调爪方便、

22、通孔、使用寿命长等优点。为减少细长轴加工时受力变形，提高加工精度，以及在加工带孔轴类工件内孔时，可采用液压自动定心中心架，定心精度可达0.03mm。 （三）确定加工方案 1.确定加工方案的原则 制定加工方案的一般原则为：先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，走刀路线 ，最短以及特殊情况特殊处理。这些原则并不是一成不变的，对于某些特殊情况，则需要采取灵活可变的方案。如有的工件就必须先精加工后粗加工，才能保证其加工精度与质量。 2.加工路线与加工余量的关系 在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯件上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，

23、则要注意程序的灵活安排。安排一些子程序对余量过多的部位先作一定的切削加工。 （四）确定切削用量与进给量 在编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量。选择切削用量时，一定要充分考虑影响切削的各种因素，正确的选择切削条件，合理地确定切削用量，可有效地提高机械加工质量和产量。影响切削条件的因素有：机床、工具、刀具及工件的刚性；切削速度、切削深度、切削进给率；工件精度及表面粗糙度；刀具预期寿命及最大生产率；切削液的种类、冷却方式；工件材料的硬度及热处理状况；工件数量；机床的寿命。 进给量f(mmr)或进给速度F(mmmin)要根据零件的加工精度、表面粗糙度、刀具和工件材料来选。最大进给速度受机床刚度

24、和进给驱动及数控系统的限制。 制定加工工艺是数控车削加工的前期准备工作，工艺制定的合理与否，对程序的编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有十分重要的影响。数控车削加工工艺的内容是：分析零件图样、确定工件在车床上的装夹方式、各表面的加工顺序和刀具进给路线以及切削用量的选择等。1.5.1数控车床的加工程序编制数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转类零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面 、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔以及铰孔等工作。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，特别适合

25、于复杂形状回转类零件的加工。1. 数控程序编制的基本方法： 分析零件图样和制定工艺方案 数学处理 编写零件加工程序 程序检验2. 数控程序编制的方法：手工编程; 计算机自动编程。3. 车床的工艺装备：由于数控车床的加工对象多为回转体，一般使用三爪卡盘夹具。4. 控车床刀具的选刀过程第一条路线为：零件图样、机床影响因素、选择刀杆、刀片夹紧系统和选择刀片形状，主要考虑机床和刀具的情况；第二条路线为：工件影响因素、选择工件材料代码、确定刀片的断屑槽形代码，这条路线主要考虑工件的情况。数控车床的编程特点： 加工坐标系：机床坐标系是以机床原点为坐标系原点建立起来的、轴直角坐标系，成为机床坐标系。车床的机

26、床原点为主轴旋转中心与卡盘后端面之交点。机床坐标系是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础，一般不允许随意变动。加工坐标系与机床坐标系方向一致； 直径编程方式：在车削加工的数控程序中，X轴的坐标值为零件图样上的直径值；进刀与退刀方式：快速走刀。1.5.2 数控车床的组成和基本原理虽然数控车床种类较多，但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成。1.车床主体：是实现加工过程的实际机械部件，主要包括主运动部件（如卡盘、主轴等）、进给运动部件（如工作台、刀架等）、支承部件（如床身、立柱等），以及冷却、润滑、转位部件和夹紧、换刀机械手等辅助装置。 2.数控装置和伺服系统数控装置：它的核

27、心是计算机及运行在其上的软件，它在数控车床中起“指挥”作用。数控庄子接收由加工程序送来的各种信息，并经处理和调配后，向驱动机构发现执行命令。在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，以便经处理后发出新的执行命令。伺服系统：它通过驱动电路和执行文件（如伺服电机）。准确地执行数控装置发出的命令，形成数控装置所要求的各种位移。数控车床的进给传动系统常用进给伺服系统代替，因此也常称为进给伺服系统。1.5.3数控车床安全操作规程 1.开机前应对数控机床进行全面细致的检查，内容包括操作面板、导轨面、卡爪、尾座、刀架、刀具等，确认无误后方可操作。2. 数控机床通电后，检查各开关、按钮和按

28、键是否正常、灵活、机床有无异常现象。3. 程序输入后，应仔细核对代码、地址、数值、正负号、小数点进行认真的核对。 4. 正确测量和计算工件坐标系。并对所得结果进行检查。 5. 输入工件坐标系，并对坐标。坐标值、正负号、小数点进行认真的核对。 6. 未装工件前，空运行一次程序，看程序能否顺利进行，刀具和夹具安装是否合理。 7. 试切削时快速倍率开关必须打到最低挡位。 8. 试切削进刀时，在刀具运行至工件3050处，必须在进给保持下，验证Z轴和X轴坐标剩余值与加工程序是否一致。 9. 试切削和加工中，刃磨刀具和更换刀具后，要重新测量刀具位置并修改刀补值和刀补号。 10. 程序修改后，要对修改部分仔

29、细核对。 11. 必须在确认工件夹紧后才能启动机床，严禁工件转动时测量、触摸工件。 12. 操作中出现工件跳动、打抖、异常声音、夹具松动等异常情况时必须停车处理。 13. 紧急停车后，应重新进行机床“回零”操作，才能再次运行程序。1.6数控车床坐标系的确定1.机床坐标系：数控机床上的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系。2.机床参考点：参考点也是机床上的一个固定点，它是用机械挡块或电气装置来限制刀架移动的极限位置。它的主要作用是用来给机床坐标系一个定位。 3.工件坐标系：工件坐标系是编程人员在编程时设定的坐标系，也称为编程坐标系。工件坐标系原点：在进行数控编程时，首先要根据被加工零件的形状特点和尺寸

30、，将零件图上的某一点设定为编程坐标原点，该点称编程原点。从理论上将，工件坐标系的原点选在工件上任何一点都可以，但这可能带来繁琐的计算问题，增添编程困难。为了计算方便，简化编程，通常是把工件坐标系的原点选在工件的回转中心上，具体位置可考虑设置在工件的左端面（或右端面）上，尽量使编程基准与设计基准、定位基准重合。对刀：机床坐标系是机床唯一的基准，所以必须要弄清楚程序原点在机床坐标系中的位置，通过对刀完成。对刀的实质是确定工件坐标系的原点在机床坐标系中唯一的位置。对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。对刀的准确性决定了零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。换刀：当数控机床加工过程中需

31、要换刀时，在编程时就应考虑选择合适的换刀点。所谓换刀点是指刀架转位换刀的位置，当数控车床确定了工件坐标系后，换刀点可以是某一固定点，也可以是相对工件原点任意的一点。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位换刀时不碰工件及其他部位为准。新疆工业高等专科学校机械工程系6 数控车床上零件的加工工艺与编程第2章 工艺方案分析2.1零件图分析图2-1 轴类零件的加工选用材料为45#钢，棒料直径为40mm，长度为120mm。1. 刀具设置机夹刀具（硬质合金右转位刀片）为1号刀，宽4mm的硬质合金焊接切槽刀为2号刀，600硬质合金机夹螺纹刀为3 号刀。2. 工艺路线（1） 棒料伸出卡盘外约85mm,找正后夹

32、紧。（2） 用1号刀，采用G71进行轮廓循环粗加工。（3） 用1号刀采用G70进行轮廓精加工。（4） 用2号刀，采用G75进行切槽，循环加工。（5） 用3 号刀，采用G76进行螺纹循环加工。（6） 用2 号刀具切下零件。3. 相关计算螺纹总切深：h=0.6495P=0.6495x1.5=0.974mm.2.2加工方法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。2.3加工方案 零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅

33、根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。第3章 工件的夹装3.1 定位基准的选择在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。3.2 定位基准选择的原则1基准重合原则。为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。2.便于装夹的原则。所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，夹紧机构简单、易操作，敞开性好

34、，能够加工尽可能多的表面。3.便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。3.3 确定零件的定位基准以右端大端面为定位基准。3.4 装夹方式的选择为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。3.5 数控车床常用的装夹方式1.在三爪自定心卡盘上装夹。三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。2.在两顶尖之间装夹。对于

35、尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。该装夹方式适用于多序加工或精加工。3.用卡盘和顶尖装夹。当车削质量较大的工件时要一段用卡盘夹住，另一段用后顶尖支撑。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确，应用较广泛。4.用心轴装夹。当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确。3.6 确定合理的装夹方式装夹方法：先用三爪自定心卡盘卡住毛坯左端，夹紧后从右端加工达到工件精度要求。新疆工业高等专科学校机械工程系23 第4章 刀具及切削用量4.1 选择数控刀具的原则刀具

36、寿命与切削用量有密切的关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。 选择刀具寿命时可考虑如下几点：根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选得比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选得低些。对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选得高些，尤其应保证刀具可靠性。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，

37、刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来确定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断屑和排屑性能良好。同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料(如高速钢、超细粒度硬质合金)并使用可转位刀片。4.2 选择数控车削所用刀具数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀和圆弧形车刀这三类。成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。尖形

38、车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90内外圆车刀、左右端面车刀、切槽(切断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数(主要是几何角度)的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点(如加工路线、加工干涉等)进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接(凹形)的成型面。选择车刀圆弧半径时应考虑两点车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零

39、件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干浅。该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。4.3 设置刀点和换刀点刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢?所以在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系中开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点又称对刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是:便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查，引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精

40、度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基谁上。实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。平底立铣刀是刀具轴线与刀具底面的交点。球头铣刀是球头的球心，钻头是钻尖等。用手动对刀操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其它部件为准。 4.4 确定切削用量 数控编程时，编程人员必须确定每

41、道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。表4-1切削用量参考表主轴转速s/(r/min)进给量f/(mm/r)背吃刀量ap/mm粗车外圆8000.11.5精车外圆8000.050.2粗车螺纹701.50.4精车螺纹701.50.1切槽1150.04第5章 典型轴类零件的加工5.1 轴类零件加工工艺分析1.技术要求 轴类零件的技术要求主要是支承轴颈和配合轴颈的

42、径向尺寸精度和形位精度，轴向一般要求不高。轴颈的直径公差等级通常为IT6-IT8，几何形状精度主要是圆度和圆柱度，一般要求限制在直径公差范围之内。相互位置精度主要是同轴度和圆跳动；保证配合轴颈对于支承轴颈的同轴度，是轴类零件位置精度的普遍要求之一。2.毛坯选择 轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴采用热轧或冷拉圆棒料外，一般采用锻件；发动机曲轴等一类轴件采用球墨铸铁铸件比较多。3.定位基准选择 轴类零件外圆表面、内孔、螺纹等表面的同轴度，以及端面对轴中心线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计基准一般都是轴中心线。用两中心孔定位符合基准重合原则，并且能够最大限度地在一次装夹中加

43、工出多个外圆表面和端面，因此常用中心孔作为轴加工的定位基准。当不能采用中心孔时，可采用轴的外圆表面作为定位基准，或是以外圆表面和中心孔共同作为定位基准，能承受较大的切削力，但重复定位精度并不太高。数控车削时，为了能用同一程序重复加工和工件调头加工轴向尺寸的准确性，或为了端面余量均匀，工件轴向需要定位。采用中心孔定位时，中心孔尺寸及两端中心孔间的距离要保持一致。以外圆定位时，则应采用三爪自定心卡盘反爪装夹或采用顶尖支承，以工件端面或台阶面作为轴向定位基准。4. 轴类零件的预备加工 车削之前常需要根据情况安排预备加工，内容通常有:（1）校直 毛坯出厂时或在运输、保管过程中，或热处理时常会发生弯曲变

44、形。过量弯曲变形会造成加工余量不足及装夹不可靠。因此在车削前需增加校直工序。（2）切断 切得所需长度的坯料。切断可在弓形锯床、圆盘锯床上进行，也可以在普通车床切断或在冲床上用冲模冲切。（3）热处理工序 铸、锻件毛坯在粗车前应根据材质和技术要求安排正火或退火处理，以消除应力，改善组织和切削性能。性能要求较高的毛坯在粗加工后、精加工前应安排调质处理，以提高零件的综合机械性能；对于硬度和耐磨性要求不高的零件，调质也常作为最终热处理。相对运动的表面需在精加工前或后进行表面淬火处理或进行化学热处理，以提高其耐磨性。5. 加工工序的划分一般可按下列方法进行：刀具集中分序法 就是按所用刀具划分工序，用同一把

45、刀具加工完零件上所有可以完成的部位。再用第二把刀、第三把完成它们可以完成的其它部位。这样可减少换刀次数，减少不必要的定位误差。以加工部位分序法 对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。以粗、精加工分序法 对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数等。另外采

46、用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，要根据实际情况来确定，但一定要求合理。6.工序 加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位夹紧的需要来考虑，重点是工件的刚性不被破坏。顺序一般应按下列原则进行：上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。先进行内形内腔加工序，后进行外形加工工序。以相同定位、夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压板次数。在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序。5.2 典型轴类零件加工工艺确定加工顺序及进给路线按粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。5.3 加工坐标系设置 1.建立工件坐标系(举例） 图5-1坐标系设定 2.试切法对刀在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀尖点在工件坐标系中的位置，即通常所说的对刀问题。在数控车床上，目前常用的对刀方法为试切对刀法。将工件安装