数控车削工件与工艺设计.docx

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数控车削工件与工艺设计

数控车削工件与工艺设计

摘要

数控（英文名字：

NumericalControl简称：

NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。

数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控（ComputerizedNumericalControl），简称CNC，国外一般都称为CNC，很少再用NC这个概念了。

关键词：

数控数字指令程序控制

目录

目录·······················································1

一、数控的简介··············································2

1数控的简介················································2

2数控的发展史··············································3

二、数控车削加工工艺原则····································4

1数控加工工序的划分········································4

2车刀刀位点的选择··········································4

3分层切削时刀具的终止位置··································4

4“让刀”时刀补值的确定····································5

5车削时的断屑问题··········································5

6可转位刀具刀片形状的选择·································6

7切槽的走刀路线···········································7

三、数控车床的基本组成···································8

1数控车床的基本组成······································8

2.液压卡盘和液压尾架·····································8

3.数控车床的刀架·········································8

4.铣削动力头·············································8

5.数控车床的刀具········································8

6数控车床的主要分类·····································9

四、数控车床的车削加工特点及编程特点······················10

1数控车床的车削加工特点··································10

2数控车床的编程特点······································10

致谢······················································11

一数控的简介

1数控的简介

数控（英文名字：

NumericalControl简称：

NC）技术是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。

数控一般是采用通用或专用计算机实现数字程序控制，因此数控也称为计算机数控（ComputerizedNumericalControl），简称CNC，国外一般都称为CNC，很少再用NC这个概念了。

2数控的发展史

1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制直升飞机螺旋桨叶片轮廓检验用样板的加工设备。

由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出采用数字脉冲控制机床的设想。

　　1949年，该公司与美国麻省理工学院（MIT）开始共同研究，并于1952年试制成功第一台三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。

　　1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心（MCMachiningCenter），使数控装置进入了第二代。

1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。

60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称DNC），又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称CNC），使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。

　　1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置（简称MNC），这是第五代数控系统。

　　20世纪80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。

　　20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。

　　现在，数控技术也叫计算机数控技术（ComputerizedNumericalControl简称：

CNC），目前它是采用计算机实现数字程序控制的技术。

这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的控制功能。

由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入数据的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可以通过计算机软件来完成。

数控技术是制造业信息化的重要组成部分。

二、数控车削加工工艺原则

1数控加工工序的划分

在数控机床上加工零件，工序比较集中，一次装夹应尽可能完成全部工序，常用的工序划分原则有以下两种。

（1）保证精度原则

数控加工具有工序集中的条件，粗、精加工常在一次装夹中完成，以保证零件的加工精度，当热变形和切削力变形对零件的加工精度影响较大时，应将粗、精加工分开进行。

（2）提高生产效率的原则

数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其它部位。

同时应尽量减少空行程，用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。

实际生产中，数控加工常按刀具或加工表面划分工序。

2车刀刀位点的选择

数控加工中，数控程序应描述出刀具相对于工件的运动轨迹。

在数控车削中，工件表面的形成取决于运动着的刀刃包络线的位置和形状，但在程序编制中，只需描述刀具系统上某一选定点的轨迹即可。

刀具的刀位点即为在程序编制时，刀具上所选择的代表刀具所在位置的点，程序所描述的加工轨迹即为该点的运动轨迹。

在数控车削中，从理论上讲可选择刀具上任意一点作为刀位点，但为了方便编程和保证加工精度，刀位点的选择有一定的要求和技巧。

在数控加工中，刀位点的选择一般遵循以下规则：

立铣刀应是刀具轴线与刀具底面的交点：

球头铣刀是球头的球心：

钻头应是钻尖：

车刀应是假想刀尖或刀尖圆弧中心，刀具刀位点在选择时应注意：

（1）选择刀具上能够直接测量的点，刀位点与刀具长度预调时的测定点应尽量一致：

（2）在可能的情况下，刀位点应直接与精度要求较高的尺寸或难于测量的尺寸发生联系：

（3）所选择的刀位点能使刀具极限位置直接体现于程序的运动指令中：

（4）编程人员应有习惯性的刀位点选择方法，不宜多变：

（5）所选定的刀位点，在刀具调整图中应以图形标示。

3分层切削时刀具的终止位置

当某外圆表面的加工余量较多需分层多次走刀切削时，从第二刀开始要注意防止走刀至终点时背吃刀量的突增。

如图2所示，设以90°主偏角的刀具分层车削外圆，合理的安排应是每一刀的切削终点依次提前一小段距离e（e=0.05）。

如果e=0，即每一刀都终止在同一轴向位置上，车刀主切削刃就可能受到瞬时的重负荷冲击。

如分层切削时的终止位置作出层层递退的安排，有利于延长粗加工刀具的使用寿命。

4“让刀”时刀补值的确定

对于薄壁工件，尤其是难切削材料的薄壁工件，切削时“让刀”现象严重，导致所车削工件尺寸发生变化，一般是外圆变大，内孔变小。

“让刀”主要是由工件加工时的弹性变形引起，“让刀”程度与切削时的背吃刀量密切相关。

采用“等背吃刀深度法”，用刀补值作小范围调整，以减少“让刀”对加工精度的影响。

如图3所示，设欲加工的外圆尺寸为A，双面余量为2t。

试切削时，取t值的一半作为切削时的背吃刀量，试切削在该表面的全长上进行，试切削后，程序安排停车，测量该外圆尺寸是否等于A+t，按出现的误差大小调整刀具的刀补值，然后继续运行程序，完成精加工走刀。

由于精加工过程与试切削过程采用相同的背吃刀量和同样的切削速度和进给速度，切削抗力相同，工件相应的弹性变形相同，所输入的刀补值刚好能抵消“让刀”所产生的变形，保证车削工件的尺寸精度。

5车削时的断屑问题

数控车削是自动化加工，如果刀具的断屑性能太差，将严重妨碍加工的正常进行。

为解决这一问题，首先应尽量提高刀具本身的断屑性能，其次应合理选择刀具的切削用量，避免产生妨碍加工正常进行的条带形切屑。

数控车削中，最理想的切屑是长度为50～150mm，直径不大的螺卷状切屑，或宝塔形切屑，它们能有规律地沿一定方向排除，便于收集和清除。

如果断屑不理想，必要时可在程序中安排暂停，强迫断屑：

还可以使用断屑台来加强断屑效果。

使用上压式的机夹可转位刀片时，可用压板同时将断屑台和刀片一起压紧：

车内孔时，则可采用刀具前刀面朝下的切削方式改善排屑。

6可转位刀具刀片形状的选择

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。

数控车削中广泛采用机夹可转位刀具，它是提高数控加工生产率，保证产品质量的重要手段。

可转位车刀刀片种类繁多，使用最广的是菱形刀片，其次是三角形刀片、圆形刀片及切槽刀片。

菱形刀片按其菱形锐角不同有80°、55°和35°三类。

80°菱形刀片刀尖角大小适中，刀片既有较好的强度、散热性和耐用度，又能装配成主偏角略大于90°的刀具，用于端面、外圆、内孔、台阶的加工。

同时，这种刀片的可夹固性好，可用刀片底面及非切削位置上的80°刀尖角的相邻两侧面定位，定位方式可靠，且刀尖位置精度仅与刀片本身的外形尺寸精度相关，转位精度较高，适合数控车削。

35°菱形刀片因其刀尖角小，干涉现象少，多用于车削工件的复杂型面或开挖沟槽

7切槽的走刀路线

较深的槽型，在数控车床上常用切槽刀加工，如果刀宽等于要求加工的槽宽，则切槽刀一次切槽刀位，若以较窄的切槽刀加工较宽的槽型，则应分多次切入。

合理的切削路线是：

先切中间，再切左右。

因为刀刃两侧的圆角半径通常小于工件槽底和侧壁的转接圆角半径，左右两刀切下时，当刀具接近槽底，需要各走一段圆弧。

如果中间的一刀不提前切削，就不能为这两段圆弧的走刀创造必要的条件。

即使刀刃两侧圆角半径与工件槽底两侧的圆角半径一致，仍以中间先切一刀为好，因这一刀切下时，刀刃两侧的负荷是均等的，后面的两刀，一刀是左侧负荷重，一刀是右侧负荷重，刀具的磨损还是均匀的。

机夹式的切槽刀不宜安排横走刀，只宜直切。

三、数控车床的基本组成

1数控车床的基本组成

数控车床由数控装置、床身、主轴箱、刀架进给系统、尾座、液压系统、冷却系统、润滑系统、排屑器等部分组成。

2.液压卡盘和液压尾架

　　液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，对一般回转类零件可采用普通液压卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采用专用卡盘；用棒料直接加工零件时需要采用弹簧卡盘。

对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，需要采用安装在液压尾架上的活顶尖对零件尾端进行支撑，才能保证对零件进行正确的加工。

尾架有普通液压尾架和可编程液压尾架。

3.数控车床的刀架

　　数控车床可以配备两种刀架：

（1）专用刀架由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。

这种刀架的优点是制造成本低，但缺乏通用性。

（2）通用刀架根据一定的通用标准（如VDI，德国工程师协会）而生产的刀架，数控车床生产厂商可以根据数控车床的功能要求进行选择配置。

4.铣削动力头

数控车床刀架上安装铣削动力头后可以大大扩展数控车床的加工能力。

如：

利用铣削动力头进行轴向钻孔和铣削轴向槽。

5.数控车床的刀具

　　在数控车床或车削加工中心上车削零件时，应根据车床的刀架结构和可以安装刀具的数量，合理、科学地安排刀具在刀架上的位置，并注意避免刀具在静止和工作时，刀具与机床、刀具与工件以及刀具相互之间的干涉现象

6数控车床的主要分类

数控车床分为立式数控车床和卧式数控车床两种类型：

立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件车削加工。

卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。

卧式数控车床按功能可进一步分为经济型数控车床、普通数控车床和车削加工中心。

（1）经济型数控车床：

采用步进电动机和单片机对普通车床的车削进给系统进行改造后形成的简易型数控车床。

成本较低，自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。

（2）普通数控车床：

根据车削加工要求在结构上进行专门设计，配备通用数控系统而形成的数控车床。

数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。

这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即x轴和z轴。

（3）车削加工中心：

在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的机床还带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是（X、Z）、（X、C）或（Z、C）。

由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外，还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工

四、数控车床的车削加工特点及编程特点

1数控车床的车削加工特点

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、盘类等回转体零件。

通过数控加工程序的运用，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成型表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、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，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。

2数控车床的编程特点

（1）加工坐标系

加工坐标系应与机床坐标系的坐标方向一致，X轴对应工件径向，Z轴对应工件轴向，C轴（主轴）的运动方向，则以从机床尾架向主轴看，逆时针为+C向，顺时针为-C向。

加工坐标系的原点选择在便于测量或对刀的基准位置，一般设置在工件的右端面或左端面上。

（2）直径编程方式

在数控车削加工的程序编制中，X轴的坐标值取零件图中的直径值。

采用直径尺寸编程与零件图中的尺寸标注一致。

这样可以避免尺寸换算过程中造成的错误，给编程带来很大方便。

（3）进刀和退刀

对于车削加工，进刀时采用快速走刀接近工件切削起点附近的某个点后，再改用切削进给，以减少空走刀的时间，提高加工效率。

切削起点的确定与工件毛坯的余量大小有关，应该以刀具快速运行到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。

致谢

历时一个多月，从论文选题到搜集资料，从开题报告、写初稿到反复修改，期间经历了喜悦、聒噪、痛苦和彷徨，在写作论文的过程中心情是如此复杂。

如今，伴随着这篇毕业论文的最终成稿，复杂的心情烟消云散，自己甚至还有一点成就感。

当然我知道能完成这次的课题不光光是我自己的功劳，在这我要感谢指导老师，是她的严格要求让我更加努力得去做本次的毕业课题，在做毕业课题期间常常会有不懂的地方，老师亦会耐心细致得给我讲解，她那渊博的专业知识和循循善诱的传授方式令我获益良多，从她身上我看到了为人师表的可敬可佩之处，在此我要向伊老师表达深深的谢意。

最后，我要感谢3年的大专生活，感谢07数控3班的所有老师同学以及我的家人和那些永远也不能忘记的朋友，他们的支持与情感，是我永远的财富。