数控车削零件加工工艺设计.doc
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摘要
数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。
随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。
高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。
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、铰孔等工作,并且具有很高的精度。
而对于数控加工,无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需做一些处理。
并在加工过程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的产品。
本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线，数控加工程序编制。
通过整个工艺的过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。
关键词：
数控车床；加工工艺；编程
目录
前言 3
第1章工艺方案分析 4
第2章工件的装夹 7
第4章典型轴类的加工 12
第5章主要加工工艺卡片 15
第6章工件加工程序 21
小结 29
第7章致谢 30
参考文献 31
前言
数控技术是工业自动化的一门基础技术，在工业生产中越来越得到广泛的应用。
数控机床问世以来，数控技术大幅度推进了制造技术与制造业的发展，数控技术应用课程在我国已成为各大院校机电类专业的主要课程之一。
数控技术是一门综合性专业技术，涉及到设计、工艺、机床、夹具、材料、数字控制、电机、检测等等。
特别是CAD/CAM一体化技术、FMS、CIMS、它们是集设备、信息、物流、能量流与一体的综合的自动化设计与制造系统，而是一门综合设计、工艺、制造及自动控制的多科学交叉型的科学技术。
数控机床和加工中心是典型的机电一体化产品，同时又是用于产品制造的机电一体化生产设备。
目前，随着数控技术的发展，数控机床已经成为我国在用机床的主流，在数控铣削钟，对于非圆曲线、曲面、圆角、倒角的加工，挡机床内存容量较小时，如何使技工程序变得简洁对实现加工来说，有着很重要的实际意义，相对普通程序编制更加容易和灵活，本文通过实例介绍数控车削加工编程中运用程序来解决有规则曲面车削加工问题。
数控加工与普通加工的本质区别在于数控加工是用程序控制机床实现自动加工，因而数控编程在数控加工中占有重要的文职。
现代数控机床本身具有多种自动编程机的功能，做到控制机与编程机合二为一，CAD/CAM软件业得到了迅速的发展，数控编程的工作效率不再完全取决于编程人员的理论基础和技巧，但无论是为充分发挥数控机床的潜力、提高数控编程的工作效率，还是为开发研制数控自动编程工具，熟练掌握数控编程的原理、方法、手段、操作和应用，都是十分必要的。
第1章工艺方案分析
1.1零件图
1.2加工分析
从图样上可以看出，该工件的外形部位加工余量明显增大，加工中刀具干涉的可能性增大。
为避免加工中径向切削力过大造成的工件移位，用尾座顶尖增加加紧力，注意加工方法与入刀位置，避免干涉情况处理。
图样中，90°的曲面夹角和30mm的位置尺寸都是常规方法不易测量的，主要靠程序保证。
R20mm圆弧段的公差较严，是重点保护部分，可利用刀具圆弧补偿加工，并通过测量Φ700/-0.046mm直径尺寸的方法间接保证。
66+0.046/0mm的轮廓长度尺寸精度也较严,但在该图样中,其与圆弧段并没有重要的精度关联,是容易保证的。
1.3加工工艺方案
工序划分原则宜采用工序集中原则,工序的划分方法采用按装夹次数划分。
该工件的加工方案有多种,可以先加工侧面和交叉空,最后加工外形面和锥管螺纹;也可以先加工锥管螺纹等内部部位,再加工侧面和交叉孔,最后加工外形面。
该工艺方案为9道工序：
下料---锻造---车端面F及凸台外径---钻、车螺纹孔---车端面E及内锥面---钻、车螺纹孔---车侧平面---钻、车孔---车工件轮廓---检验
1.4重点工序操作要点分析
1.41工序3操作要点
在第1工步装夹找正时,由于82mm尺寸的两侧平面并未加工,为了控制后续加工的位置精度,在找正两个基准面对称度与直线度的基础上,必须将82mm尺寸的一个侧面的直线度找正在0.02mm以内,并用记号笔做好标记,作为掉头加工时找正辅助基准面。
注意各工步的加工顺序,以选取最佳的刀具路径和最短的走刀路线。
在车端面时将端面凸台的外径尺寸一并加工出来可以减少换刀和走刀时间;同样,端面凸台内径与锥管螺纹底孔的粗车也可以用一个车削循环完成,但不能一次加工到位。
因为端面凸台内径精度较高,而锥螺纹底孔在车削锥螺纹时还要修车,如果一同加工到位,一是精度很难保证,二来给螺纹底孔修车带来不变,故端面凸台内径精车
与锥管螺纹底孔的修车应编制单独的程序段。
在加工Φ16.8+0.018/0mm孔底孔时,如要减少镗加工切削量而采用Φ25mm钻头去除端部余量也是可以的。
1.42工序4操作要点
在此道工序中,端面的车削是第一步要做的,而端面槽和内锥面的加工可以不分先后。
内锥面的加工需要注意120°的坡口段要最后加工出来,以制造测量基准。
1.43工序5-7这部份不涉及操作要点
1.44工序8操作要点
操作要点:
必须采用正反刀粗、精交错的加工方式，否则刀具重新装夹与对刀的工作量很大，不易保证。
第2章工件的装夹
2.1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。
2.2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，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，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。
2.3确定零件的定位基准
以左右端大端面为定位基准。
2.4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。
2.5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
第3章刀具及切削用量
3.1选择数控刀具的原则
刀具寿命与切削用量有密切关系。
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，一般取15-30min。
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，尤应保证刀具可靠性。
车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选得低些当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选得低些。
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，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，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛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。
3.2选择数控车削用刀具
数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。
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。
二是圆弧形车刀。
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。
3.3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下开始运动的位置，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。
3.4确定切削用量
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。
第4章典型轴类的加工
4.1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。
图为特殊零件，径向和轴向公差和表面精度要求较高。
（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。
如图典型轴类直径相差不大，采用直径为60mm，材料45#钢，在锯床上按150mm长度下料。
（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工出多格外圆表面和端面，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或粗加工是为了提高工作装夹刚性，可采用轴的外圆表面作定位基准，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限未支承，以工件端面或台阶儿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:
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。
切断---用棒料切得所需长度的坯料。
切断可在弓形锯床、圆盘锯床和带锯上进行，也可以在普通车床切断或在冲床上用冲模冲切。
车端面和钻中心孔—对数控车削而言，通常将他们作为预备加工工序安排。
（5）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火退火处理，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。
（6）加工工序的划分
①刀具集中分序法就是按所用刀具划分工序，用同一把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,压缩空程时间，减少不必要的定位误差。
②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。
③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，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。
另建议采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，但一定力求合理。
（7）加工顺序安排
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：
①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。
②先进行内形内腔加工序，后进行外形加工工序。
③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。
④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。
在数控车床上粗车、半精车分别用一个加工程序控制。
工件调头装夹由程序中的M00或M01指令控制程序暂停，装夹后按“循环启动”继续加工。
（8）走刀路线和对刀点选择走刀路线包括切削加工轨迹，刀具运动到切削起始点、刀具切入、切出并返回切削起始点或对刀点等非切削空行程轨迹。
由于半精加工和精加工的走刀路线是沿其零件轮廓顺序进行的，所以确定走刀路线主要在于规划好粗加工及空行程的走刀路线。
合理确定对刀点,对刀点可以设在被加工零件上，但注意对刀点必须是基准位或已精加工过的部位，有时在第一道工序后对刀点被加工毁坏，会导致第二道工序和之后的对刀点无从查找，因此在第一道工序对刀时注意要在与定位基准有相对固定尺寸关系的地方设立一个相对对刀位置，这样可以根据它们之间的相对位置关系找回原对刀点。
这个相对对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上。
4.2典型轴类零件加工工艺
（1）确定加工顺序及进给路线
加工顺序按粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。
工件右端加工：
既先从右到左进行外轮廓粗车（留0.5mm余量精车），然后从右到左进行外轮廓精车，最后切槽；工件调头，工件左端加工：
粗加工外轮廓、精加工外轮廓，切退刀槽，最后螺纹粗加工、螺纹精加工。
（2）选择刀具
1）车端面：
选用硬质合金45度车刀，粗、精车用一把刀完成。
2）粗、精车外圆：
（因为程序选用G71循环所以粗、精车选用同一把刀）硬质合金90度放型车刀，Kr=90度,Kr＇=60度;E=30度,（因为有圆弧轮廓）以防与工件轮廓发生干涉,如果有必要就用图形来检验.
3）车槽:
选用硬质合金车槽刀（刀长12mm，刀宽3mm）
4）车螺纹:
选用60度硬质合金外螺纹车刀.
（3）选择切削用量
主轴转速s/（r/min）
进给量f/（mm/r）
背吃刀量ap/mm
进给速度mm/min
粗车外圆
500
0.1
1.5
150
精车外圆
800
0.05
0.2
80
粗车螺纹
70
1.5
0.4
105
精车螺纹
70
1.5
0.1
105
第5章主要加工工艺卡片
1）、工序3加工工序卡片
工序1加工以后毛胚的形状，如图3-1所示：
切削参数
工步序号
工步内容
刀具编号
刀具名称
刀具型号
主轴转速/（r/min）
背吃刀量/mm
进给量/（mm/r）
1
四爪装夹B、C、G、H面，找正夹紧
2
车端面F及凸台外径，保证102mm、60/-0.04mm、R2.5mm
T01
外圆车刀
刀体
PCLNR2525M16
500
0.5
0.3
刀片
CNMG160612MPKC5025
3
钻Φ16.8mm孔的底孔Φ15.7mm成通孔
中心钻
A3
250
_
_
钻头
Φ15.7mm
4
粗车锥管螺纹底孔，单边留量0.2mm;车凸台外径，保证尺寸Φ49+0.04/0mm、60/-0.05mm、R2.5mm;精车锥管螺纹底孔，倒120°角，保证Φ35mm、34+0.05/0mm
T04
内孔车刀
刀体
S12M-SCLCR06
800
0.3
0.1
刀片
CCMT060204MFKU30T
5
车锥螺纹NPT1，有效长度17.5mm
T06
内螺纹车刀
刀体
SNR0020Q16
70
_
1.5
刀片
16NR11.5NPTEC1030
6
车孔Φ16.8mm
T04
内孔车刀
刀体
S12M-SCLCE06
800
0.3
0.1
刀片
CCMT060204MFKU30T
2）、工序4加工卡片
工序2加工以后毛胚的形状，如图3-2所示：
切削参数
工步序号
工步内容
刀具编号
刀具名称
刀具型号
主轴转速/（r/min）
背吃刀量/mm
进给量/（mm/r）
1
调头，四爪装夹B、C、G、H面，找正夹紧
2
车端面E，保证总长100±0.05mm
T01
外圆车刀
刀体
PCLNR2525M16
500
1
0.3
刀片
CNMG160612MPKC5025
3
粗、精车内锥面，保证Φ35+0.039/0mm、Φ37mm、Φ32.5mm、30mm、25mm、倒角60°
T04
内孔车刀
刀体
S12M—SCLCR06
800
0.5
0.1
刀片
CCMT060204MFKU30T
4
车端面槽，保证尺寸Φ490/-0.04mm、Φ71+0.04/0mm、6+0.05/0mm、倒角2×C0.6mm
T05
端面车槽刀
刀体
KGMSR2525M50
A4M50R0414B048072
500
0.2
0.05
刀片
A4G0405M04U04GMN
KU30I
3）工序5加工工艺卡片
工序3加工以后毛胚的形状，如图3-3所示：
切削参数
工步序号
工步内容
刀具编号
刀具名称
刀具型号
主轴转速/（r/min）
背吃刀量/mm
进给量/（mm/r）
1
装夹B、C、E、F面，找正夹紧
2
车侧平面G，保证尺寸81mm,保证其对C面垂直度误差不超过0.025mm
T01
外圆车刀
刀体
PCLNR2525M16
500
0.3~0.7
0.3
刀片
CNMG160612MPKC5025
3
用中心钻和Φ20+0.018/0mm钻头钻Φ20mm的底孔，孔深略过中心
中心钻
刀体
A3
250
_
_
钻头
刀片
Φ18mm
4
车孔Φ20+0.018/0mm，深40mm,保证其对中心面对称度误差不超过0.025mm
T02
内孔车刀
刀体
S16R—SCLCR09
800
1
0.15
刀片
CCMT09T304MFKU30T
4）、工序6加工工序卡片
工序4加工以后毛胚的形状，如图3-4所示：
切削参数
工步序号
工步内容
刀具编号
刀具名称
刀具型号
主轴转速/（r/min）
背吃刀量/mm
进给量/（mm/r）
1
翻面装夹B、C、E、F面，找正夹紧
2
车侧平面H，保证尺寸80±0.1mm
T01
外圆车刀
刀体
PCLNR2525M16
500
0.3~0.7
0.3
刀片
CNMG160612MPKC5025
5）、工序7加工工艺卡片
工序5加工以后毛胚的形状，如图3-5所示：
刀具清单
切削参数
工步序号
工步内容
刀具编号
刀具名称
刀具型号
主轴转速/（r/min）
背吃刀量/mm
进给量/（mm/r）
1
调转90°，装夹G、H、E、F面，找正，保证与已加工的孔Φ20+0.013/0mm
2
用中心钻和Φ18mm钻头钻Φ20mm孔的底孔，孔深略过中心
中心钻钻头
A3
250
_
_
Φ18mm
3
车孔Φ20+0.018/0mm，深40mm
T02
内孔车刀
刀体
S16R—SCLCR09
800
1
0.15
刀片
CCMT09T304MFKU30T
6）、工序8加工工序卡片
工序6加工以后毛胚的形状，如图3-6所示
切削参数
升级会员 