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第一章绪论………………………………………………………………………2

第二章数控加工……………………………………………………………………5

第三章零件图纸分析………………………………………………………………8

第四章装夹方法与量具的选择.…………………………………………………10

4.1轴类零件的装夹……………………………………………………………10

4.2套筒类零件的装夹……………………………………………………………10

4.3量具的选择…………………………………………………………………11

第五章夹具的选择及工艺过程的制定……………………………………………12

5.1夹具选择……………………………………………………………………………12

5.2工艺过程的制定…………………………………………………………………16

第六章刀具的选择………………………………………………………………13

6.1刀具的选择…………………………………………………………………13

6.2设计走刀路线…………………………………………………………………15

第七章切削用量…………………………………………………………………18

7.1切削用量…………………………………………………………………17

7.2主轴转速的确定…………………………………………………………18

第八章数控车床的对刀…………………………………………………………19

8.1刀位点…………………………………………………………19

8.2待加工毛坯的对刀…………………………………………………………20

8.3刀偏值的测定………………………………………………………………20

第九章编程………………………………………………………………………20

第十章结论…………………………………………………………………………24

参考文献……………………………………………………………………………25

后记……………………………………………………………………………………26

数控车削加工工艺及编程

第一章绪论

关键词：

数控车床车削加工工艺工艺分析

摘要：

数控机床的加工工艺与普通机床的加工艺虽有诸多相同之处，但也有许多不同之处。

为此，分析了数控车削的加工工艺。

数控机床产生20世纪40年代，随着科学技术和社会生产的发展，机械产品的形状和结构不断改进，对零件的加工质量要求越来越高，零件的形状越来越复杂，传统的机械加工方法已无法达到零件加工的要求，迫切需要新的加工方法。

数控车床又称为CNC（computernumericalcontrol）车床，即用计算机数字控制的车床，是国内使用量最大、覆盖面最广的一种数控机床。

CNC车床能加工各种形状不同的轴类、盘类即其它回转体零件。

一、数控车削加工工艺的内容

　　数控车削加工工艺是采用数控车床加工零件时所运用的方法和技术手段的总和。

其主要内容包括以下几个方面：

（一）选择并确定零件的数控车削加工内容；

（二）对零件图纸进行数控车削加工工艺分析；

（三）工具、夹具的选择和调整设计；

（四）工序、工步的设计；

（五）加工轨迹的计算和优化；

（六）数控车削加工程序的编写、校验与修改；

（七）首件试加工与现场问题的处理；

（八）编制数控加工工艺技术文件；

与常规加工相比，数控加工具有如下特点：

（1）适应性强数控加工是根据零件要求编制的数控程序来控制设备执行机构的各种动作，当数控工作要求改变时，只要改变数控程序软件，而不需改变机械部分和控制部分的硬件，就能适应新的工作要求。

因此，生产准备周期短，有利于机械产品的更新换代。

（2）精度高，质量稳定数控加工本身的加工精度较高，还可以利用软件进行精度校正和补偿；数控机床加工零件是按数控程序自动进行，可以避免人为的误差。

因此，数控加工可以获得比常规加工更高的加工精度。

尤其提高了同批零件生产的一致性，产品质量稳定。

   （3）生产率高数控设备上可以采用较大的运动用量，有效地节省了运动工时。

还有自动换速、自动换刀和其它辅助操作自动化等功能，而且无需工序间的检验与测量，故使辅助时间大为缩短。

   （4）能完成复杂型面的加工许多复杂曲线和曲面的加工，普通机床无法实现，而数控加工完全可以完成。

   （5）减轻劳动强度，改善劳动条件因数控加工是自动完成，许多动作不需操作者进行，故劳动条件和劳动强度大为改善。

   （6）有利于生产管理采用数控加工，有利于向计算机控制和管理生产方向发展，为实现制造和生产管理自动化创造了条件。

二、数控车削加工工艺分析

　　工艺分析是数控车削加工的前期工艺准备工作。

工艺制定得合理与否，对程序的编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响。

为了编制出一个合理的、实用的加工程序，要求编程者不仅要了解数控车床的工作原理、性能特点及结构。

掌握编程语言及编程格式，还应熟练掌握工件加工工艺，确定合理的切削用量、正确地选用刀具和工件装夹方法。

因此，应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点，认真而详细地进行数控车削加工工艺分析。

其主要内容有：

根据图纸分析零件的加工要求及其合理性；确定工件在数控车床上的装夹方式；各表面的加工顺序、刀具的进给路线以及刀具、夹具和切削用量的选择等。

（一）零件图分析

　　零件图分析是制定数控车削工艺的首要任务。

主要进行尺寸标注方法分析、轮廓几何要素分析以及精度和技术要求分析。

此外还应分析零件结构和加工要求的合理性，选择工艺基准。

　　1．尺寸标注方法分析

　　零件图上的尺寸标注方法应适应数控车床的加工特点，以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。

这种标注方法既便于编程，又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。

如果零件图上各方向的尺寸没有统一的设计基准，可考虑在不影响零件精度的前提下选择统一的工艺基准。

计算转化各尺寸，以简化编程计算。

　　2．轮廓几何要素分析

　　在手工编程时，要计算每个节点坐标。

在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义。

因此在零件图分析时，要分析几何元素的给定条件是否充分。

　　3．精度和技术要求分析

　　对被加工零件的精度和技术进行分析，是零件工艺性分析的重要内容，只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上，才能正确合理地选择加工方法、装夹方式、刀具及切削用量等。

其主要内容包括：

分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理；分析本工序的数控车削加工精度能否达到图纸要求，若达不到，允许采取其他加工方式弥补时，应给后续工序留有余量；对图纸上有位置精度要求的表面，应保证在一次装夹下完成；对表面粗糙度要求较高的表面，应采用恒线速度切削（注意：

在车削端面时，应限制主轴最高转速）。

（二）夹具和刀具的选择

　　1．工件的装夹与定位

　　数控车削加工中尽可能做到一次装夹后能加工出全部或大部分代加工表面，尽量减少装夹次数，以提高加工效率、保证加工精度。

对于轴类零件，通常以零件自身的外圆柱面作定位基准；对于套类零件，则以内孔为定位基准。

数控车床夹具除了使用通用的三爪自动定心卡盘、四爪卡盘、液压、电动及气动夹具外，还有多种通用性较好的专用夹具。

实际操作时应合理选择。

　　2．刀具选择

　　刀具的使用寿命除与刀具材料相关外，还与刀具的直径有很大的关系。

刀具直径越大，能承受的切削用量也越大。

所以在零件形状允许的情况下，采用尽可能大的刀具直径是延长刀具寿命，提高生产率的有效措施。

第二章数控加工

（一）数控加工概述

一数控设备的工作原理与组成

   1．数控设备的工作原理

   操作者根据数控工作要求编制数控程序，并将数控程序记录在程序介质（如穿孔纸带、磁带、磁盘等）上。

数控程序经数控设备的输入输出接口输入到数控设备中，控制系统按数控程序控制该设备执行机构的各种动作或运动轨迹，达到规定的工作结果。

图0-1是数控设备的一般工作原理图。

   2．数控设备的组成与功能

   数控设备的基本结构：

主要由输入输出装置、计算机数控装置、伺服系统和受控设备等四部分组成。

（1）输入输出装置

 输入输出装置主要用于零件数控程序的编译、存贮、打印和显示等。

简单的输入输出装置只包括键盘和发光二极管显示器。

一般的输入输出装置除了人机对话编程键盘和CRT外，还包括纸带、磁带或磁盘输入机、穿孔机等。

高级的输入输出装置还包括自动编程机或CADCAM系统。

（2）计算机数控装置

   计算机数控装置是数控设备的核心。

它根据输入的程序和数据，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令。

   （3）伺服系统

  伺服系统由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成，并与设备的执行部件和机械传动部件组成数控设备的进给系统。

它根据数控装置发来的速度和位移指令，控制执行部件的进给速度、方向和位移。

   （4）受控设备

 控设备是被控制的对象，是数控设备的主体，一般都需要对它进行位移、角度和各种开关量的控制。

在闭环控制的受控设备上一般都装有位置检测装置，以便将位置和各种状态信号反馈给计算机数控装置。

   二数控设备的分类

   数控设备的种类很多，各行业都有自己的数控设备和分类方法。

在机床行业，数控机床通常从以下不同角度进行分类。

   1．按工艺用途分类

   按其工艺用途可以划分为以下四大类：

（1）金属切削类指采用车、铣、镗、钻、铰、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。

它又可分为两类：

   ①普通数控机床普通数控机床一般指在加工工艺过程中的一个工序上实现数字控制的自动化机床，有数控车、铣、钻、镗及磨床等。

普通数控机床在自动化程度上还不够完善，刀具的更换与零件的装夹仍需人工来完成。

   ②数控加工中心数控加工中心MC是带有刀库和自动换刀装置的数控机床。

在加工中心上，可使零件一次装夹后，实现多道工序的集中连续加工。

加工中心的类型很多，一般分为立式加工中心、卧式加工中心和车削加工中心等。

加工中心由于减少了多次安装造成的定位误差，所以提高了零件各加工面的位置精度，近年来发展迅速。

（2）金属成形类指采用挤、压、冲、拉等成形工艺的数控机床，常用的有数控弯管机、数控压力机、数控冲剪机、数控折弯机、数控旋压机等。

   （3）特种加工类主要有数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控激光与火焰切割机等。

   （4）测量、绘图类主要有数控绘图机、数控坐标测量机、数控对刀仪等。

   2．按控制运动的方式分类

（1）点位控制数控机床这类数控机床有数控钻床、数控坐标镗床、数控冲床等。

（2）点位直线控制数控机床这类机床有数控车床和数控铣床等。

   （3）轮廓控制数控机床这类机床有数控车床、铣床、磨床和加工中心等。

   3．按伺服系统的控制方式分类

（1）开环数控机床它没有位置检测元件，其结构较简单、成本较低、调试维修方便，但由于受步进电机的步距精度和传动机构的传动精度的影响，难于实现高精度的位置控制，进给速度也受步进电机工作频率的限制。

一般适用于中、小型经济型数控机床。

（2）半闭环控制数控机床它是将位置检测元件安装在驱动电机的端部或传动丝杆端部，间接测量执行部件的实际位置或位移。

这类控制可以获得比开环系统更高的精度，调试比较方便，因而得到广泛应用。

   （3）闭环控制数控机床它是将位置检测元件直接安装在机床工作台上。

由于它采用了反馈控制，可以清除包括工作台传动链在内的传动误差，因而定位精度高，速度更快。

但由于系统复杂，调试和维修较困难，成本高，一般适用于精度要求高的数控机床。

   此外，按所用数控系统的档次通常把数控机床分为低档、中档、高档三类数控机床。

中档、高档数控机床一般称为全功能数控或标准型数控。

（二）数控加工在机械制造中的地位和作用

 随着科学技术和社会生产的不断发展，机械制造技术发生了深刻的变化，机械产品的结构越来越合理，其性能、精度和效率日趋提高，因此对加工机械产品的生产设备提出了高性能、高精度和高自动化的要求。

   在机械产品中，单件和小批量产品占到70﹪～80﹪。

由于这类产品的生产批量小、品种多，一般都采用通用机床加工，其自动化程度不高，难于提高生产效率和保证产品质量。

要实现这类产品生产的自动化成为了机械制造业中长期未能解决的难题。

   为解决大批大量生产的产品的高产优质问题，一般采用专用机床、组合机床、专用自动化机床以及专用自动生产线和自动化车间进行生产。

但其生产周期长，产品改型不易，因而使新产品的开发周期增长，生产设备使用的柔性很差。

   现代机械产品的一些关键零部件，往往都精密复杂，加工批量小，改型频繁，显然不能在专用机床或组合机床上加工。

而借助靠模和仿形机床，或者借助划线和样板用手工操作的方法来加工，加工精度和生产效率受到很大的限制。

特别对空间的复杂曲线曲面，在普通机床上根本无法实现。

   为了解决单件、小批量生产，特别是复杂型面零件的自动化加工，数控加工应运而生。

自1952年美国PARSONS公司与麻省理工学院（MIT）合作研制了第一台三坐标立式数控铣床以来，机械制造行业发生了技术革命，使机械制造业的发展进入了一个新的阶段。

以后成功研制了数控转塔式冲床、数控转塔钻床、加工中心MC等。

随着CNC技术、信息技术、网络技术以及系统工程学的发展，在20世纪60年代以后先后出现了直接数字控制系统DNC、柔性制造系统FMS、柔性制造单元FMC、计算机集成制造系统CIMS等。

   数控加工是机械制造中的先进加工技术。

它的广泛使用给机械制造业的生产方式、产品结构、产业结构带来了深刻的变化，是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，为机械制造行业和国民经济产生了巨大的效益。

第三章零件图纸分析

在制订零件的机械加工工艺规程之前，对零件进行工艺性分析，以及对产品零件图提出修改意见，是制订工艺规程的一项重要工作。

  首先应熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，搞清楚各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出主要的和关键的技术要求，然后对零件图样进行分析。

1.零件图的完整性和正确性

在了解零件形状和结构之后，应检查零件视图是否正确、足够，表达是否直观、清楚，绘制是否符合国家标准，尺寸、公差以及技术要求的标注是否齐全、合理等。

2.零件的技术要求

零件的技术要求包括下列几个方面：

加工表面的尺寸精度；主要加工表面的形状精度；主要加工表面之间的相互位置精度；加工表面的粗糙度以及表面质量方面的其它要求；热处理要求；其它要求（如动平衡、未注圆角或倒角、去毛刺、毛坯要求等）要注意分析这些要求在保证使用性能的前提下是否经济合理，在现有生产条件下能否实现。

3.零件的材料分析

即分析所提供的毛坯材质本身的机械性能和热处理状态，毛坯的铸造品质和被加工部位的材料硬度，是否有白口、夹砂、疏松等。

判断其加工的难易程度，为选择刀具材料和切削用量提供依据。

所选的零件材料应经济合理，切削性能好，满足使用性能的要求。

4.零件的尺寸标注

零件图上的重要尺寸应直接标注，而且在加工时应尽量使工艺基准与设计基准重合，并符合尺寸链最短的原则。

零件图上标注的尺寸应便于测量，不要从轴线、中心线、假想平面等难以测量的基准 标注尺寸。

零件图上的尺寸不应标注成封闭式，以免产生矛盾。

零件上非配合的自由尺寸，应按加工顺序尽量从工艺基准注出。

零件上各非加工表面的位置尺寸应直接标注，而非加工面与加工面之间只能有一个联系尺寸。

根据生产、技术条件和对产品的使用要求，从工艺的角度出发，审查零件图样的视图、尺寸、公差和技术要求的完整性与正确性;加工要求的合理性；零件结构的工艺性等

毕业设计该零件为轴类零件和套筒零件，需通过旋转运动的加工方法进行切削加工，所以使用车床进行加工。

零件视图完整清晰，尺寸标注与公差要求合理，工艺正确，加工要求合理，查公差等级表可知加工尺寸精度要求不高，其他技术要求有表面粗糙度，要求Ra最大值为3.2该零件是一回转体零件（单位：

mm），以45#调质处理的毛坯，毛坯尺寸Φ45x80mm,Φ60x120mm。

从图纸一和二中我们可以看出该零件轮廓由直线、圆弧、螺纹共同构成一个复杂成型曲线回转轴。

加工部分包括外螺纹，外圆，内孔，内螺纹，一个退刀槽，倒角，曲面等，未注倒角1x45°除内孔表面粗糙度为3.2外，其余都为1.6，去除毛刺飞边。

查数控加工工艺数可知此次设计外轮廓采用“粗车——精车，内孔采用粗镗——半精镗方案”。

而对于图纸所示同轴度要求，可采用如下方法：

手动平断面，钻中心孔及光一刀外圆，然后掉头用百分表校正后进行孔的加工。

零件图如下

图一

图二

第四章装夹方法与量具的选择

在数控加工中，既要保证加工质量，又要减少辅助时间，提高加工效率。

因此要注意选用能准确和迅速定位并夹紧工件的装夹方法和夹具。

零件的定位基准应尽量与设计基准及测量基准重合，以减少定位误差。

在数控铣床上的工件装夹方法与普通铣床一样，所使用的夹具往往并不很复杂，只要有简单的定位、夹紧机构就行。

为了不影响进给和切削加工，在装夹工件时一定要将加工部位敞开。

选择夹具时要尽量做到在一次装夹中将零件要求加工表面都加工出来。

4.1轴承零件的装夹

本零件以粗车一刀后的外圆定位，用三爪自定心卡盘夹紧加工出左端面内外轮廓，由于该轴表面有较高的位置精度，故需在一次安装下加工出左端的全部内外轮廓以免多次安装所产生的安装误差影响位置精度，此外该零件加工要求较高，应将粗车和精车分开。

4.2套筒零件的装夹

a当仅使用三爪自定心卡盘加紧加工图二外圆时，毛坯大部分会伸出，刀具切削时，切削力会沿着径向作用于毛坯棒料，这样会导致毛坯在加工时的不稳定，严重影响加工精度，甚至还会导致棒料弯曲，从而撞刀或使棒料在外力作用下从卡盘处飞出危害加工人员人身安全，此装夹方法不行。

b针对上面棒料毛坯少部分被夹持以及右端有内螺纹，可以在毛坯的另一端增加装夹专用夹具，使用顶尖装夹左端，以固定毛胚

效果图如下

4.3量具的选择

量具的选择主要根据工序中检验要求的精度和生产批量的大小决定，在单件小批量生产中，广泛采用通用量具，如游标卡尺、百分表等。

大批量生产中，主要采用各种界限量规和一些高生产率的专用量具与测量仪等。

量具的精度必须与加工精度相适应，以提高工件的测量精度。

本次毕业设计为了能充分利用学校的设备，所以在大量的量具中我经过考虑选择使用通用量具，以便于检测与使用。

游标卡尺（0—200mm）—————————量具轮廓的基本尺寸。

1把

外径千分尺（0—25mm，25—50mm）——测量凸台的基本尺寸。

各1把

内径千分尺（25—50mm）——测量孔的直径。

各1把

圆弧样板（R15，R20.66，R34.64，R34.72mm）——————测量圆弧半径。

各1套

M30x1.5通规，止规各一套————检测外螺纹

M30x1.5塞规一套————————检测内螺纹

第五章夹具的选择及工艺过程制定

5.1夹具的选择

图一所示零件采用三爪自定心卡盘夹持毛胚

由图二所示可得知该零件外形规则,被加工部分的各尺寸,形位,表面粗糙度值都达到了较高的要求,因此采用三爪自定心卡盘夹持图三所示夹具专用夹具图样如下专用夹具图样如下

图三

5.2工艺过程制定

由于每个零件结构形状不同，各表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。

一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。

因而可根据定位方式的不同来划分工序。

考虑到零件的形状不易装夹，故

零件一先加工零件的左边的部分，然后以左面的零件轴线为定位基准加工右面的部分。

并且考虑到加工原则中的先近后远先粗后精制定加工工艺如下：

为减少换刀，对刀次数及减少辅助时间，选用90°外圆车刀进行粗加工和精加工、用切断刀进行切槽加工

由于零件一和所用夹具相似，所以可先加工好夹具，然后将零件一切下来。

即先加工好Φ30外圆，然后调头用三爪卡盘固定住左端Φ30外圆。

留有36mm长以防刀具与夹具发生干涉，保证同轴度和精度并防止工件转动时摇晃不定。

用90°外圆车刀依次进行粗精加工；用刀宽为4mm的切槽刀车退刀槽，用螺纹车刀粗、精加工M30×1.5螺纹。

当零件二加工完时用刀宽为4mm的切槽刀将零件一切下来.

零件二

1在另一台机床上先在左端平端面、钻中心孔及光一刀外圆，掉头夹持左端，用镗孔刀依次粗精加工右端内孔，用内螺纹车刀粗、精加工M30×1.5内螺纹。

2利用已加工好的夹具，将零件二的内螺纹与夹具的外螺纹配合，用顶尖顶着右端中心孔。

用副偏角为43°的90°外圆车刀加工外轮廓。

工序卡片如下

单位

名称

湖南电气职

业技术学院

产品名称

或代号

零件

名称

材料

零件图号

数控车工工艺案例分析

45钢

工序号

程序编号

夹具名称

使用设备

车间

工步号

三爪卡盘和自制心轴

CA6136

实训楼

1

工步内容

刀具号

刀具规格mm

主轴转速

rmin

进给速度

mmmin

背吃刀量

mm

备注

2

平零件二左端端面，光一刀外圆

T01

25x25

500

120

1.2

手动

3

钻中心孔

T06

φ5

800

2.5

手动

4

掉头钻孔

T05

φ26

300

10

5

粗镗φ28.5mm内孔

T02

20x30

450

120

1

自动

6

半精镗φ28.5mm内孔

800

80

0.5

自动

7

粗精车内螺纹M30x1.5mm

T03

20x30

600

80

自动

8

车夹具夹位

T01

25x25

500

120

1.5

手动

9

掉头，粗车外圆φ30mm

T01

20x30

750

120

1

自动

10

精车φ30mm至尺寸

20x30

1000

80

0.5

自动

11

切槽4x2mm至尺寸

T02

25x25

300

4

自动

12

粗精车外螺纹M30x1.5mm

T03

25x25

800

120

1.2

自动

13

将零件二与夹具配合，粗车外轮廓

T04

25x25

600

120

0.5

自动

14

精车外轮廓

T04

25x25

800

60

0.25

自动

15

切下零件一

T02

25x25

300

4

自动

第六章刀具的选择

6.1刀具选择

为适应数控机床加工精度高、加工效率、加工工序集中及零件装夹次数少的要求，数控刀具具有很高的切削效率.高精度.高重复定位精度.可靠度和耐用度。

选择刀具通常要考虑

（1）被加工工件的材料及性能

（2）切削工艺的类别（3）被加工工件的几何形状，零件精度，加工余量（4）背吃刀量，进给速度，切削速度考虑到以上因素故粗车时，要选用强度高，耐用度高的刀具以满足粗车时大吃刀量，大进给量的要求.精车时要选用精度高,耐用度好的刀具以保证加工精度的要求.这里选用硬质合金刀具。

1.钻孔刀具

钻孔刀具较多，有普通麻花钻，可转位浅孔钻及扁钻等。

应根据工件材料，加工尺寸及加工质量要求等合理选用。

在数控车床上钻孔，大多采用普通麻花钻，麻花钻有高速钢和硬质合金两种。

这里选用：

中心钻直径φ5