轴类零件数控加工编程.docx
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轴类零件数控加工编程
轴类零件数控加工编程
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
13机自1
姓名：
赵勃
课程设计任务书
学院
机械工程院
班级
13机自1
姓名
赵勃
设计起止日期
2016年12月12日——2016年12月16日
设计题目：
轴类零件数控加工程序编制
设计任务（主要技术参数）：
编制如图所示轴类零件的数控车床加工程序。
工作任务：
1.零件的工艺分析2.数控机床的选择3.编程中工艺指令的处理4.编制数控车床加工工艺过程卡5.编制数控加工程序6.设计说明书1份。
指导教师评语：
成绩：
签字：
年月日
引言······················································1
1轴类零件的工艺分析······································2
1.1数控加工工艺的基本特点·································2
1.2数控加工工艺的主要内容·································2
2数控机床的选择··········································3
3编制轴类零件数控车床加工工艺过程卡······················5
3.1工序与工步的划分······································5
3.2加工路线的确定········································5
4编制轴类零件数控车床加工工艺过程卡······················7
4.1刀具的选择与切削用量的确定······························7
4.2对刀点和换刀点的确定···································9
5数控加工程序编制········································12
5.1工件坐标系确定·······································12
5.2数控加工程序········································13
参考文献·················································16
引言
随着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。
数控编程技术是数控技术重要的组成部分。
从数控机床诞生之日起，数控编程技术就受到了广泛关注，成为CAD/CAM系统的重要组成部分。
以数控编程中的加工工艺分析及设计为出发点，着力分析零件图，从数控加工的实际角度出发，以数控加工的实际生产为基础，以掌握数控加工工艺为目标，在了解数控加工铣削基础、数控铣床刀具的选用、数控加工工件的定位与装夹、拟定加工方案、确定加工路线和加工内容以及对一些特殊的工艺问题处理的基础上，控制数控编程过程中的误差，从而大大缩短了加工时间，提高了效率，降低了成本。
1轴类零件的工艺分析
1.1数控加工工艺的基本特点
数控机床上加工零件时，要把被加工的全部工艺过程、工艺参数和位移数据编制成程序，并以数字信息的形式记录在控制介质。
用它控制机床加工。
由此可见，数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数控加工的整个过程是自动进行的，因而又有其特点。
具体来说数控加工工艺特点分为以下三点：
1、工艺详细。
2、工序集中。
3、工序内容复杂。
1.2数控加工工艺的主要内容
图1加工零件图
该工件毛坯为φ58㎜的长棒料，材料为铝。
加工内容为外轮廓、退刀槽和螺纹，根据工件结构选择卧式数控车床进行加工，选择三爪自动卡盘装夹。
2数控机床的选择
因为加工工件为轴类工件所以选用CAK6150DJ数控车床。
图2CAK6150DJ数控车床
表1CAK6150DJ数控车床参数
项目
单位
规格
床身上最大回转直径
㎜
Φ500
导轨跨度
㎜
400
最大工件长度
㎜
1900
最大车削长度
㎜
1860
最大直削直径
㎜
Φ500
滑板上最大回转直径
㎜
Φ300
主轴端部型式及代号
-
A8
卡盘
手动
Φ250
主轴前端锥孔锥度
-
1:
20
主轴孔径
㎜
70
主轴转速级数
双速电机
12级
主轴转速范围
r/min
40-1800
主电机功率
双速电机
6.5/8
中心高
距床身㎜
250
距地面㎜
1130
快移速度X/Z
m/min
4/8（1900㎜时Z为6）
刀架转位时间（一工位）
s
3
刀架转位重复定位精度
“
±1.5
表1CAK6150DJ数控车床参数（续表）
X轴行程
㎜
250
Z轴行程
㎜
1860
工件精度
-
IT6-IT7
工件表面粗糙度
μm
Ra1.6
尾座套筒直径/行程
㎜
75/150
尾座锥孔锥度
㎜
莫氏5号
刀架形式
㎜
标准配置
刀架尺寸
外圆㎜
25×25
内孔㎜
φ32
机床重量
kg
2900
3编制轴类零件数控车床加工工艺过程卡
3.1工序与工步的划分
（1）表面精度为IT7级精度使用CAK6150DJ数控车床，保证零件的加工要求，编程时可直接用基本尺寸代入。
（2）选取毛坯，为符合加工要求，选取φ58的铝棒。
（3）数控加工前先在普通车床上完成外圆的准备加工，先使之获得φ58的外圆，从而获得工件的回转轴线，然后在平端面，获得工件的长度基准。
（4）装夹方法：
用卡盘夹持坐右端，并留有足够的夹持长度。
（5）定位基准：
端面基准设为右端面，回转基准设为轴线；设计基准与工艺基准三者要重合，这即符合基准统一原则，又可以防止基准不重合，影响加工精度；在响应加工之前基准端面要先行加工。
综上所述，在普通机床上先平端面，加工外圆去除表面的余量达到要求，完成坯料，然后把工件放在数控车床上用卡盘夹持右端，并留有足够的夹持长度，由课程设计内容依次加工圆锥、圆弧、圆柱、退刀槽与螺纹，最后用切割刀割断即可完成。
3.2加工路线的确定
根据表面粗糙度和尺寸精度要求，确定加工路线为粗车轮廓→精车轮廓→切槽→车螺纹→切断→掉头平端面的，粗车为精车留单边0.2㎜的余量。
表2数控加工工序卡
工号
工步内容
刀具号
S/（r/min）
F/（㎜/r）
ap/㎜
1
粗车轮廓
T01
500
0.2
1.5
2
精车轮廓
T02
800
0.1
0.2
3
切槽
T03
400
0.15
0.5
4
车螺纹
T04
500
2（螺纹导程）
5
切断
T05
400
0.15
1
4编制轴类零件数控车床加工刀具卡
4.1刀具的选择与切削用量的确定
4.1.1刀具的选择
粗车选择90°外圆车刀，精车选择35°精车刀，切槽和切断选择4㎜切断刀，车螺纹选择60°螺纹车刀。
表3数控加工刀具卡
序号
刀具号
刀具规格及名称
数量
加工表面
1
T01
90°外圆车刀
1
粗车外表面及平端面
2
T02
35°精车刀
1
精车外表面
3
T03
4㎜切断刀
1
快退刀槽
4
T04
60°螺纹车刀
1
车螺纹
4.1.2切削用量的确定
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写入程序中。
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。
1.主轴转速的确定
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/πD
式中：
v----切削速度，单位为m/min，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㎜。
计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。
通过查询和计算确定粗车时主轴转速为0.2㎜/r，精车时主轴转速为0.1㎜/r，切槽时主轴转速为0.15㎜/r，切断时主轴转速为0.15㎜/r。
2．进给速度的确定
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：
1）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100～200㎜/min范围内选取。
2）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20～50㎜/min范围内选取。
3）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20～50㎜/min范围内选取。
4）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。
通过查询和计算确定粗车时进给速度为0.2㎜/r，精车时进给速度为0.1㎜/r，切槽时进给速度为0.15㎜/r，切断时进给速度为0.15㎜/r。
3．背吃刀量确定
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0.2～0.5㎜。
总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。
同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。
通过查询和计算确定粗车时背吃刀量为1.5㎜，精车时背吃刀量为0.2㎜，切槽时背吃刀量为0.5㎜，，切断时背吃刀量为1㎜。
4.螺纹的切削次数和背吃刀量确定
表4常用螺纹切削的进给次数与吃刀量
公制螺纹
螺距/㎜
1.0
1.5
2
2.5
3
3.5
4
牙深（半径量）/㎜
0.649
0.974
1.299
1.624
1.949
2.273
2.598
切削次数及吃刀量（直径值）/㎜
1次
0.7
0.8
0.9
1.0
1.2
1.5
0.5
2次
0.4
0.6
0.6
0.7
0.7
0.7
0.8
3次
0.2
0.4
0.6
0.6
0.6
0.6
0.6
4次
0.16
0.4
0.4
0.4
0.6
0.6
5次
0.1
0.4
0.4
0.4
0.4
6次
0.15
0.4
0.4
0.4
7次
0.2
0.2
0.4
8次
0.15
0.3
9次
0.2
因为本次使用的螺纹螺距是2㎜，所以切削5次，背吃刀量分别为ap1＝0.9㎜、ap2＝0.6㎜、ap3＝0.6㎜、ap4＝0.4㎜、ap5＝0.15㎜。
4.2对刀点和换刀点的确定
在编制加工程序时，要正确地选择“对刀点”和“换刀点”的位置。
“对刀点”就是在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。
由于程序段从该点开始执行，所以对刀点心也叫做“程序起点”或“起刀点”。
选择对刀点的原则是：
1）要便于数学处理和简化程序编制
2）在机床上找正容易；
3）加工过程中检查方便；
4）引起的加工误差小。
对刀点可选在工件上，也可选在工件外面（如选在夹具上或机床上）。
但必须与零件的定位基准有一定的尺寸联系。
这样才能确定机床坐标系和工件坐标系的关系。
为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。
刀具的位置则以此孔来找正，使“刀位点”与“对刀点”重合。
所谓“刀位点”是指车刀、镗刀的刀尖；钻头的钻尖；立铣刀、端铣刀刀头底面的中心、球头铣刀的球头中心。
零件安装时，工件坐标系要与机床坐标系有确定的尺寸关系，在工件坐标系设定后，从对刀点开始的第一个程序段的坐标值，为对刀点在机床坐标系中的坐标值。
对刀点既是程序的起点，也是程序的终点。
因此在成批生产中要考虑对刀点的重复精度，该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值来校核。
所谓“机床原点”是指机床上一个固定不变的极限点。
例如，对车床而言，是指车床主轴回转中心与车头卡盘端面的交点。
“换刀点”是为数控车床、数控加工中心等多刀加工机床的编程设定的，回为这些机床加工中途需更换刀具，故应规定换刀点。
所谓“换刀点”是指刀架转位换刀时的位置。
该点可以是某一固定点（如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的），也可以是任意的一点（如铣床）。
换刀点的位置应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其它部件为准。
其设定值可用实际测量方法或计算确定。
表5数控加工工序卡
零件号
001
程序号
O100
编制日期
2016-12-13
零件名称
轴类零件
编制
赵勃
工步号
程序段号
工步内容
使用刀具名称
切削参数
刀具号
补偿号
S/（r/min）
F/
（㎜/r）
ap/㎜
1
N1
粗车轮廓
90°外圆车刀
500
0.2
1.5
T01
01
2
N2
精车轮廓
35°外圆车刀
800
0.1
0.2
T02
02
3
N3
切槽
4㎜切断刀
400
0.15
0.5
T03
03
4
N4
车螺纹
60°螺纹车刀
500
2（螺纹导程）
T04
04
5
N5
切断
4㎜切断刀
400
0.15
1
T03
03
5数控加工程序编制
5.1工件坐标系确定
车床坐标系的设置是根据相对位置来确定的，工件的纵向零点可以设置在工件右端面，或是左端面，x相的零点在主轴的回转中心上。
该工件将编程原点选在图形的最右端，避免基准不重合原则带来的误差，而且毋须进行尺寸链换算。
图1加工零件图
图3加工零件图
该工件上所有编程节点相对于工件坐标系原点的坐标值为A（24，0）,B（20，28）,C（26，28）,D（26，38）,E（42.78，62.29）,F（53.12，73）,G（56,74）,H（56,95）
5.2数控加工程序
表6数控加工程序
O100
程序号100
N1;
粗车轮廓段
N5G00G97G99S500M03T0101F0.2;
快速定位，主轴正转，以每分钟500转设定主轴转速，以每转进给0.2㎜设定进给速度，刀具号01刀具补偿号01。
N10X80.Z20.;
快速定位到点（80,20）
N15G42X60.Z2.;
刀尖圆弧半径右补偿，快速定位到点（60,2）
N20G71U1.5R0.5;
粗车复合固定循环，背吃刀量1.5㎜，退刀量0.5㎜.
N25G71P30Q75U0.4W0.2;
粗车复合固定循环，精车形状程序段组中起始程序段的顺序号30，精车形状程序段组中结束程序段的顺序号75.X方向预留的精加工余量0.4，Z方向预留的精加工余量0.2。
N30G00X24.;
快速定位到点（24,2）
N35G01Z0.;
直线插补进给到点（24,0）
N40Z-28.;
直线插补进给到点（24,-28）
N45X26.;
直线插补进给到点（26,-28）
N50Z-38;
直线插补进给到点（26,-38）
N55X42.78Z-69.29;
直线插补进给到点（42.78，-69.29）
N60G02X52.41Z-73.R5
顺时针圆弧插补中点坐标为（52.12，-73）圆弧半径为5㎜
N65G01X56.C1.；
直线插补进给到点（56，-73）过渡圆角（C1）
N70Z-100;
直线插补进给到点（56，-100）
N75X60.;
直线插补进给到点（60，-100）
N80G00G40X80.Z20.;
取消刀尖圆弧半径右补偿，快速定位到点（80,20）
N85M05;
主轴停转
表6数控加工程序（续表）
N2;
精车轮廓段
N90G00S800M03T0202F0.1;
快速定位，主轴正转，以每分钟800转设定主轴转速，以每转进给0.1㎜设定进给速度，刀具号02刀具补偿号02。
N95G42X60.Z2.;
刀尖圆弧半径右补偿，快速定位到点（60,2）
N100G70P30Q75;
精车固定循环精车形状程序段组中起始程序段的顺序号30，精车形状程序段组中结束程序段的顺序号75。
N105G00G40X80.Z20.;
取消刀尖圆弧半径右补偿，快速定位到点（80,20）
N110M05;
主轴停转
N3;
切槽段
N115G00S400M03T0303F0.15;
快速定位，主轴正转，以每分钟400转设定主轴转速，以每转进给0.15㎜设定进给速度，刀具号03刀具补偿号03。
N120Z-28.;
快速定位到点（80，-28）
N125X30.;
快速定位到点（30，-28）
N130G75R0.5;
切槽固定循环，X向退刀量是0.5㎜
N135G75X20P500;
切槽固定循环，径向进刀的终点坐标是20，X方向每次进刀量为500μm。
N140G00X80.;
快速定位到点（80，-28）
N145Z20.;
快速定位到点（80,20）
N150M05;
主轴停转
N4;
车螺纹段
N155G00S500M03T0404;
快速定位，主轴正转，以每分钟500转设定主轴转速，刀具号04刀具补偿号04。
N160X26.Z2.;
快速定位到点（26,2）
表6数控加工程序（续表）
N165G92X23.1Z-30.F2.;
车削圆柱螺纹的终点坐标为（23.1，-30）螺纹导程是2
N170X22.5;
车削圆柱螺纹的终点坐标为（22.5，-30）螺纹导程是2
N175X21.9;
车削圆柱螺纹的终点坐标为（21.9，-30）螺纹导程是2
N180X21.5;
车削圆柱螺纹的终点坐标为（21.5，-30）螺纹导程是2
N185X21.4;
车削圆柱螺纹的终点坐标为（21.4，-30）螺纹导程是2
N190G00X80.;
快速定位到点（80，-30）
N195Z20.;
快速定位到点（80，-20）
N200M05;
主轴停转
N5;
切断段
N205G00S400M03T0303F0.15;
快速定位，主轴正转，以每分钟400转设定主轴转速，以每转进给0.15㎜设定进给速度，刀具号03刀具补偿号03。
N210Z-99.5;
快速定位到点（80，-99.5）
N215X58.;
快速定位到点（58，-99.5）
N220G75R0.5;
切槽固定循环，X向退刀量是0.5㎜
N225G75X0.5P1000;
切槽固定循环，径向进刀的终点坐标是20，X
方向每次进刀量为1000μm。
N230G00X80.;
快速定位到点（80，-99.5）
N235Z20.;
快速定位到点（58，20）
N240M05;
主轴停转
N245M30;
程序结束
参考文献
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