数控车削实训手册范本Word格式文档下载.docx
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按被加工表面不同，所用的车刀也有外圆车刀、端面车刀、镗孔刀、螺纹车刀、切断刀等不同类型。
此外，恰当地选择和使用夹具，不仅可以可靠地保证加工质量，提高生产率，还可以有效地拓展车削加工工艺围。
1．1数控编程的容与步骤
数控加工是根据被加工零件的图样和工艺要求，编制成以数码表示的程序，输入到机床的数控系统中，以控制刀具与工件的相对运动，从而加工出合格零件的方法。
在普通机床上加工零件时，首先应由工艺人员对零件进行工艺分析，制定零件加工的工艺规程，包括机床、刀具、定位夹紧方法及切削用量等工艺参数。
同样，在数控机床上加工零件时，也必需对零件进行工艺分析，制定工艺规程，并将工艺参数、几何图形数据等运用到程序中，再将数控程序输入到数控机床的数控装置，由数控装置控制机床完成零件的全部加工。
我们将从分析零件图样到程序校核的全部过程称为数控加工的程序编制，简称数控编程。
数控编程是数控加工的重要步骤。
理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样要求的合格零件，同时应能使数控机床的功能得到合理的利用与充分的发挥，以使数控机床能安全可靠及高效地工作。
一般来讲，数控编程过程的主要容包括：
分析零件图样、工艺处理、数值计算、编写加工程序单、制作控制介质、程序校验和首件试加工。
如图2-1所示。
图2-1数控编程过程
数控编程的具体步骤与要求如下：
1．分析零件图
首先要分析零件的材料、形状、尺寸、精度、批量、毛坯形状和热处理要求等，以便确定该零件是否适合在数控机床上加工，或适合在哪种数控机床上加工。
同时要明确加工的容和要求。
2．工艺处理
在分析零件图的基础上，进行工艺分析，确定零件的加工方法（如采用的工夹具、装夹定位方法等）、加工路线（如对刀点、换刀点、进给路线）及切削用量（如主轴转速、进给速度和背吃刀量等）等工艺参数。
数控加工工艺分析与处理是数控编程的前提和依据，而数控编程就是将数控加工工艺容程序化。
制定数控加工工艺时，要合理地选择加工方案，确定加工顺序、加工路线、装夹方式、刀具及切削参数等；
同时还要考虑所用数控机床的指令功能，充分发挥机床的效能；
尽量缩短加工路线，正确地选择对刀点、换刀点，减少换刀次数，并使数值计算方便；
合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳；
避免刀具与非加工面的干涉，保证加工过程安全可靠等。
3．数值计算
根据零件图的几何尺寸、确定的工艺路线及设定的坐标系，计算零件粗、精加工运动的轨迹，得到刀位数据。
对于形状比较简单的零件（如由直线和圆弧组成的零件）的轮廓加工，要计算出基点坐标值（即几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值），如果数控装置无刀具补偿功能，还要计算刀具中心的运动轨迹坐标值。
对于形状比较复杂的零件（如由非圆曲线、曲面组成的零件），需要用直线段或圆弧段逼近，根据加工精度的要求计算出节点坐标值，这种数值计算一般要用计算机来完成。
4．编写加工程序单
根据加工路线、切削用量、刀具、刀具补偿量、机床辅助动作及刀具运动轨迹，按照数控系统使用的指令代码和程序段的格式编写零件加工的程序单，并校核上述两个步骤的容，纠正其中的错误。
5．输入程序
把编制好的程序通过手工输入或通信传输送入数控系统。
6．程序校验与首件试切
编写的程序必须经过校验和试切才能正式使用。
校验的方法是直接运行数控系统中的程序，让机床空运转，以检查机床的运动轨迹是否正确。
在有CRT图形显示的数控机床上，用模拟刀具与工件切削过程的方法进行检验更为方便，但这些方法只能检验运动是否正确，不能检验被加工零件的加工精度。
因此，要进行零件的首件试切。
当发现有加工误差时，分析误差产生的原因，找出问题所在，加以修正，直至达到零件图纸的要求。
1.2数控加工工艺的基本特点及主要容
一、数控加工工艺的基本特点
合理确定数控加工工艺对实现优质、高效和经济的数控加工具有极为重要的作用。
数控加工工艺问题的处理与普通加工工艺基本相同，在设计零件的数控加工工艺时，首先要遵循普通加工工艺的基本原则和方法，同时还必须考虑数控加工本身的特点和零件编程要求。
由于数控加工具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生产效率高、设备使用费用高等特点，使数控加工相应形成了下列特点：
1．数控加工工艺容要求具体而详细
许多具体的工艺问题，如工艺中各工步的划分与安排、刀具的几何形状及尺寸、走刀路线、加工余量、切削用量等，在数控工艺设计时必须认真考虑，而且编程人员必须事先设计和安排好并做出正确的选择编入加工程序中。
数控工艺不仅包括详细描述的切削加工步骤，而且还包括工夹具型号、规格、切削用量和其他特殊要求的容以及标有数控加工坐标位置的工序图等。
在自动编程中更需要确定详细的各种工艺参数。
2．数控加工工艺要求更严密而精确
数控机床虽然自动化程度高，但自适应性差，它不能像普通机床加工时可以根据加工过程中出现的问题比较自由地进行人为调整。
如在攻螺纹时，数控机床不知道孔中是否已挤满切屑，是否需要退刀清理一下切屑再继续进行，这些情况必须事先由工艺员精心考虑，否则可能会导致严重的后果。
在普通机床加工零件时，通常是经过多次“试切”过程来满足零件的精度要求，而数控加工过程是严格按程序规定的尺寸进给的，因此在对图形进行数学处理、计算和编程时一定要准确无误。
在实际工作中，由于一个小数点或一个逗号的差错而酿成重大机械事故和质量事故的例子屡见不鲜。
3．制定数控加工工艺要进行零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算
编程尺寸并不是零件图上设计的基本尺寸的简单再现，在对零件图进行数学处理和计算时，编程尺寸设定值要根据零件尺寸公差要求和零件的形状几何关系重新调整计算，才能确定合理的编程尺寸。
4．制定数控加工工艺选择切削用量时要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响
数控加工时，刀具怎么从起点沿运动轨迹走向终点是由数控系统的插补装置或插补软件来控制的。
根据插补原理分析，在数控系统已定的条件下，进给速度越快，则插补精度越低；
插补精度越低，工件的轮廓形状精度越差。
因此，制定数控加工工艺选择切削用量时要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响，特别是高精度加工时影响非常明显。
5．制定数控加工工艺时要特别强调刀具选择的重要性
复杂型面的加工编程通常要用自动编程软件来实现，由于绝大多数三轴以上联动的数控机床不具有刀具补偿功能，在自动编程时必须先选定刀具再生成刀具中心运动轨迹。
若刀具预先选择不当，所编程序将只能推倒重来。
6．数控加工工艺的特殊要求
（1）由于数控机床较普通机床的刚度高，所配的刀具也较好，因而在同等情况下，所采用的切削用量通常比普通机床大，加工效率也较高。
选择切削用量时要充分考虑这些特点。
（2）由于数控机床的功能复合化程度越来越高，因此，工序相对集中是现代数控加工工艺的特点，明显表现为工序数目少，工序容多，并且由于在数控机床上尽可能安排较复杂的工序。
（3）由于数控机床加工的零件比较复杂，因此在确定装夹方式和夹具设计时，要特别注意刀具与夹具、工件的干涉问题。
7．数控加工程序的编写、校验与修改是数控加工工艺的一项特殊容
普通加工工艺中划分工序选择设备等重要容对数控加工工艺来说属于已基本确定的容，所以制定数控加工工艺的着重点在整个数控加工过程的分析，关键在确定进给路线及生成刀具运动轨迹。
复杂表面加工的刀具运动轨迹生成需借助自动编程软件，既是编程问题，当然也是数控加工工艺问题。
这也是数控加工工艺与普通加工工艺最大的不同之处。
二、数控加工工艺的主要容
根据实际应用需要，数控加工工艺主要包括以下容：
（1）选择适合在数控机床上加工的零件，确定数控机床加工容。
（2）对零件图样进行数控加工工艺分析，明确加工容及技术要求。
（3）具体设计数控加工工序，如工步的划分、工件的定位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。
（4）处理特殊的工艺问题，如对刀点、换刀点的选择，加工路线的确定，刀具补偿等。
（5）程编误差及其控制。
（6）处理数控机床上的部分工艺指令，编制工艺文件。
三、数控加工工艺设计
数控加工工艺设计首先需要选择定位基准；
再确定所有加工表面的加工方法和加工方案；
然后确定所有工步的加工顺序，把相邻工步划为一个工序，即进行工序划分；
最后再将需要的其他工序如普通加工工序、辅助工序、热处理工序等插入，并衔接于数控加工工序序列之中，就得到了要求零件的数控加工工艺路线。
1．定位基准的选择
（1）精基准的选择
精基准的选择应从保证零件的加工精度，特别是加工表面的相互位置精度来考虑，同时也必须尽量使装夹方便，夹具结构简单可靠。
精基准的选择应遵循以下原则：
①“基准重合”原则即应尽可能选用设计基准作为精基准，这样可以避免由于基准不重合而引起的误差。
②“基准统一”原则即在加工工件的多个表面时，尽可能使用同一组定位基准作为精基准，这样便于保证各加工表面的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差，并能简化夹具的设计与制造。
③“互为基准”原则当两个加工表面相互位置精度以及它们自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可以采用互为基准的原则，反复多次进行加工。
④“自为基准”原则有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，在加工时就应尽量选择加工表面本身作为精基准，而该表面与其他表面之间的位置精度则由先行工序保证。
（2）粗基准的选择
粗基准的选择主要影响不加工表面与加工表面之间的相互位置精度以及加工表面的余量分配。
粗基准的选择应遵循的原则是：
①如果必须保证工件上加工表面与不加工表面之间的相互位置精度要求，则应以不加工表面为粗基准。
如果工件上有多个不加工表面，则应以其中与加工表面要求较高的表面作为粗基准。
②若必须首先保证工件上某重要表面加工余量均匀，则应选择该表面作为粗基准。
③选作粗基准的表面应尽量平整光洁，不应有飞边、浇冒口等缺陷。
④粗基准一般只使用一次。
数控机床加工在选择定位基准时除了遵循以上原则外，还应考虑以下几点：
①应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工，为此要选择便于各个表面都能加工的定位方式。
如对于箱体零件，宜采用一面两销的定位方式，也可采用以某侧面为导向基准，待工件夹紧后将导向元件拆去的定位方式。
②如果用一次装夹完成工件上各个表面加工，也可直接选用毛面作定位基准，只是这时毛坯的制造精度要求更高一些。
2．加工方法和加工方案的确定
（1）加工方法的选择
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。
由于获得同一精度和表面粗糙度的加工方法有许多，因而在实际选择时，要结合零件的结构形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。
例如，对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上较大的孔一般采用镗削，较小的孔宜选择铰削，而箱体上的孔不宜采用磨削。
此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及现有实际生产情况等。
常用加工方法的经济加工精度和表面粗糙度可查阅有关工艺手册。
（2）加工方案的确定
确定加工方案时，首先应根据表面的加工精度和表面粗糙度要求，初步确定为达到这些要求所需要的最终加工方法，然后再确定其前面一系列的加工方法，即获得该表面的加工方案。
例如，对于箱体上孔径不大的IT7级精度的孔，先确定最终加工方法为精铰，而精铰孔前则通常要经过钻孔、扩孔和粗铰等工序的加工。
在确定表面的加工方案时，可查阅有关工艺手册。
3．加工顺序的安排
零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序（如表面处理、清洗和检验等），这些工序的顺序直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。
这里重点介绍切削加工工序的顺序安排原则。
（1）基面先行原则
用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。
例如轴类零件加工时，总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆表面和端面。
又如箱体类零件总是先加工定位用的平面和两个定位孔，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。
（2）先粗后精原则
各个表面的加工顺序按照“粗加工——半精加工——精加工——光整加工”的顺序依次进行，逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度。
（3）先主后次原则
零件的主要工作表面、装配基面应先加工，从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。
次要表面可穿插进行，放在主要表面加工到一定程度后、最终精加工之前进行。
（4）先面后孔原则
对箱体、支架类零件，平面轮廓尺寸较大，一般先加工平面，再加工孔和其他尺寸，这样安排加工顺序，一方面用加工过的平面定位，稳定可靠；
另一方面在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，特别是钻孔，孔的轴线不易偏斜。
（5）先近后远原则
在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。
对于车削而言，先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。
4．对刀点与换刀点的确定
所谓对刀就是确定工件在机床的位置，也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。
对刀过程一般是从各坐标方向分别进行，它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点（即对刀点）来实现。
选择对刀点的原则是：
便于确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置；
在机床上容易找正，加工过程中便于检查；
引起的加工误差小。
对刀点可选在工件上，也可选在夹具上或机床上，但必须与工件的定位基准（相当于与工件坐标系）有已知的准确尺寸关系，这样才能确定工件坐标系与机床坐标系的关系。
当对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选择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。
工厂常用的找正方法是将千分表装在机床主轴上，然后转动机床主轴，以使“刀位点”与对刀点一致。
一致性越好，对刀精度越高。
对刀时直接或间接地使对刀点与刀位点重合。
所谓“刀位点”，是指编制数控加工程序时用以确定刀具位置的基准点，对于平头立铣刀、面铣刀类刀具，刀位点一般取为刀具轴线与刀具底端面的交点；
对球头铣刀，刀位点为球心；
对于车刀、镗刀类刀具，刀位点为刀尖；
钻头则取为钻尖等。
对数控车床、加工中心等数控机床，加工过程中需要换刀时，在编程时应考虑选择合适的换刀点。
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（如加工中心上换刀机械手的位置是固定的），也可以是任意的一点（如数控车床）。
换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其他部位为准。
5．刀具走刀路线的确定
走刀路线是指数控加工过程中刀具（刀位点）相对于被加工工件的运动轨迹。
设计好走刀路线是编制合理加工程序的条件之一。
确定走刀路线的原则是：
（1）应能保证零件的加工精度和表面质量要求
当铣削平面零件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。
刀具切入工件时，应避免沿零件外廓的法向切入，而应沿外廓曲线延长线的切向切入，以避免在切入处产生刀具的刻痕而影响表面质量，保证零件外廓曲线平滑过渡。
同理，在切离工件时，也应避免在工件的轮廓处直接退刀，而应该沿零件轮廓延长线的切线逐渐切离工件。
铣削封闭的轮廓表面时，若轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切入、切出。
若轮廓曲线不允许外延，刀具只能沿轮廓曲线的法向切入、切出，此时刀具的切入、切出点应尽量选在轮廓曲线两几何元素的交点处。
（2）应尽量缩短走刀路线，减少刀具空行程时间或切削进给时间，提高生产率。
（3）应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。
6．切削用量的确定
切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量和进给量（或进给速度）。
切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。
数控加工中选择切削用量时，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。
合理选择切削用量的原则是：
粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和生产成本。
因此，在工艺系统刚度允许的情况下，选取较大的背吃刀量ap和进给量f，但不宜选取较高的切削速度vc。
半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和生产成本，一般应选取较小的背吃刀量ap和进给量f，以及尽可能高的切削速度vc。
具体数值应根据机床使用说明书、切削用量手册，并结合实际经验加以修正确定
1.3常用指令介绍
G功能代码
模态组别
功能含义
G00
01
快速定位
G01
直线插补
G02
圆弧插补（顺时针）
G03
圆弧插补（逆时针）
G04
暂停
G20
06
英制输入
G21
米制输入
G27
返回并检查参考点
G28
返回参考点
G32
01
螺纹切削
G40
07
取消刀尖圆弧补偿
G41
刀尖半径左补偿
G42
刀尖半径右补偿
G50
坐标系设定，主轴最高转速设定
G65
宏指令
G70
精加工循环
G71
外圆粗加工循环
G72
端面粗加工循环
G73
封闭切削粗加工循环
G74
深孔钻循环（Z方向）
G75
外径切槽循环（X方向）
G76
复合螺纹切削循环
G90
外圆、孔车循环
G92
螺纹切削循环
G94
端面切削循环
G96
02
主轴恒线速控制
G97
主轴恒转速控制
G98
05
每分钟进给
G99
每转进给
第二章数控车削加工实例
课题一外圆、锥面、圆弧面的加工
——轴类零件的加工
一、加工图纸分析
毛坯直径：
φ30
该零件表面由圆柱、圆锥、及圆弧等表面组成。
轮廓轨迹由O—A—B—C—D—E组成。
二、刀具及装夹方式
刀具：
１号刀为90°
外圆刀；
4号刀为切断刀，刀位点在左刀尖，刀宽为4mm；
装夹：
采用三爪卡盘伸出80mm。
三、确定加工路线
1、设置工件原点：
定在工件右端面中心。
2、取1号刀粗车各外表面，并留0.3mm精车余量。
3、用1号刀精车外圆至尺寸要求，退回换刀点。
4、换4号刀，并切断工件。
四、数值计算
以编程原点定在工件右端面的中心线上为例来计算并确定各基点的坐标值。
点
X坐标
Z坐标
O
A
16
-8
B
20
-23
C
-34
D
28
-38
E
-48
五、程序编制
序号
程序
注释
O0001
程序名
N10
G50X100Z100
用G50建立工件坐标系
也可以采用直接对刀的方式直接建立工件坐标系，此时该程序段不用
N20
M03S600
正转，转速600
N30
T0101
换1号刀
N40
G0X32Z2
快速移动到起刀点
N50
G01X0F0.1
加工端面
N60
G01X30Z2
快速移动到粗加工循环起点
N70
G71U2R1
粗加工循环
N80
G71P90Q160U0.3W0.2FO.25
N90
G00X0
描述零件粗加工轮廓形状
N100
G01Z0F0.1
N120
G03X16Z-8R8
N130
G01X20Z-23
N140
Z-34
N150
G02X28Z-38R4
N160
G01Z-49
N170
/G00X100Z100
选择性退刀，当不需要测量尺寸时可跳跃不执行
N180
M01
选择停，可用来测量尺寸
N190
M03S900T0101
正转，转速900，换1号刀
N200
G00X30Z2
快速移动到精加工循环起点
N210
G70P90Q160
精加工
N220
G0X100Z100
退刀
N230
N240
M03S400T0404
正转，转速400，换4号刀
N250
G00X32Z-52
快速移动到切断起点
N260
G01X-1F0.1
切断
N270
G00X100Z100
N280
T0100
取消刀补
N290
M05
主轴停
N300
M30
程序结束
六、加工操作
1、输入程序并检查修改
2、对刀并设置工件原点
3、单步加工，试切削，测量并修改参数
4、自动运行加工
课题二 外圆、锥面、圆弧面的加工
——凹凸型轴类零件的加工
外表面轮廓轨迹由A—B—C—D—E—F—G组成，为凹凸型轮廓。
外圆刀，要求刀尖角<
55°
；
1、设置工件原点，定在工件右端面中心。
2、取1号刀车右端面。
3、用1号刀粗车各外表面，并留0.3mm精车余量。
但是Z向不能留精车余量，否则凹面部分会有过切现象。
4、用1号刀精车各外表面至尺寸要求，退回换刀点。
5、换4号刀，并切断工件。
四
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