轴类零件数控车削工艺分析及数控加工编程Word格式.docx

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3.4装夹方式的选择10

3.5数控车床常用装夹方式10

3.6确定合理的装夹方式11

第四章刀具及切削用量12

4.1选择数控刀具的原则12

4.2选择数控车削用刀具12

4.3设置刀点和换刀点13

4.4确定切削用量13

第五章典型轴类零件加工14

5.1轴类零件加工的工艺分析14

5.2典型轴类零件加工工艺16

5.3手工编程19

第六章数控车自动编程软件CAXA介绍23

1．CAXA数控车界面23

2.CAXA数控车进行造型设计23

3．CAXA数控车加工-CAM24

4．CAXA数控车加工类型24

第七章结束语25

第八章致谢词26

参考文献27

第一章概述

1.1国内外数控发展概况

随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。

在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。

目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。

在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；

在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；

在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。

长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。

加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。

CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。

在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。

由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。

1.2数控技术发展趋势

1.2.1　性能发展方向

（1）高速高精高效化　速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。

由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。

（2）柔性化　包含两方面：

数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；

群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。

（3）工艺复合性和多轴化　以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。

数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。

数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。

（4）实时智能化　早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。

而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。

科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。

在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：

自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。

例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。

1.2.2　功能发展方向

（1）用户界面图形化　用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。

由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。

当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。

图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。

（2）科学计算可视化　科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。

可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。

在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。

（3）插补和补偿方式多样化　多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补（非均匀有理B样条插补）、样条插补（A、B、C样条）、多项式插补等。

多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。

（4）内装高性能PLC　数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。

编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。

（5）多媒体技术应用　多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。

在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。

1.2.3　体系结构的发展

（1）集成化　采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。

应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。

平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。

应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。

通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。

（2）模块化　硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。

根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。

（3）网络化　机床联网可进行远程控制和无人化操作。

通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。

（4）通用型开放式闭环控制模式　采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。

闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。

由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。

加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。

1.3.智能化新一代PCNC数控系统

当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构的、智能化新一代PCNC数控系统已成为可能。

智能化新一代PCNC数控系统将计算机智能技术、网络技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。

第二章工艺方案分析

2.1零件图

2.2零件图分析

该零件表面由圆柱、逆圆弧、槽、螺纹、内孔、内槽、内螺纹等表面组成，尺寸标注完整，选用毛坯为45#钢，Φ65mm×

125mm，无热处理和硬度要求。

2.3确定加工方法

加工方法的选择原则是保证加工表面的精度和表面粗糙度的要求，由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差等要求全面考虑。

图上几个精度较高的尺寸，因其公差值较小，所以编程时有取平均值，而取其基本尺寸。

通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削，考虑该零件为大量加工，股加工设备采用数控车床。

根据加工零件的外形和材料等条件，选用cjk6032数控机床。

2.4确定加工方案

零件上比较精密表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。

对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确的确定毛坯到最终成形的加工方案。

毛坯先夹持右端车右端轮廓95mm处，先用中心钻打中心孔，再用Φ8的钻头钻25mm的孔，再用Φ20的钻头扩孔，再用镗刀镗Φ22.5mm的孔，再用内槽刀镗Φ28的槽，再用内螺纹刀车M24×

1.5的螺纹。

然后再车Φ40mm、R6的圆弧、Φ60mm和R45的圆弧。

调头加工Φ32mm、R4、R6的圆弧、Φ60mm的外轮廓，在切退刀槽，最后车M32×

0.75的螺纹。

该典型轴加工顺序为：

预备加工---车端面---钻孔---镗孔---切内螺纹退刀槽---车内螺纹---粗车左端面轮廓---精车左端面轮廓---调头---车端面---粗车轮廓---精车轮廓---退刀槽---粗车螺纹---精车螺纹。

第三章工件的装夹

3.1定位基准的选择

在制定零件加工的工艺规程时，正确的选择工件的定位的基准有着十分中的意义。

定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件个表面的加工顺序也有很大的影响。

合理的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。

3.2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，尽量使用工序基准，定位基准、编程原点三者统一。

2）便于装夹的原则。

所选的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位夹紧简单、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。

3.3确定零件的定位基准

以左右端大端面为定位基准。

3.4装夹方式的选择

为了工件不至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，需将工件压紧压牢。

合理的选择加紧方式十分重要，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。

3.5数控车床常用装夹方式

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。

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端用卡盘夹住，另一端用后顶尖支撑。

这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位基准，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，轴向定位基准。

3.6确定合理的装夹方式

装夹方法：

先用三爪自定心卡盘夹住右端，加工左端达到工件精度要求；

再工件调头，用三爪自定心卡盘夹住工件右端，在加工到工件精度要求。

第四章刀具及切削用量

4.1选择数控刀具的原则

刀具寿命与切削用量有密切的关系。

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道具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。

复杂和精度高的刀具寿命应选的比单刃刀具高些。

对于机夹可转位刀具，由于换到时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选的低些，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，刀具寿命应选的高些，尤其保证刀具可靠性。

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的低些，当某工序单位时间内所分担到的全厂开支M较大时，刀具寿命也应选的低些。

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，不仅需要刚性好、精度高，而求要求尺寸稳定，耐用度高断和排性能同时要求安装和调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。

数控机床上所选用的道具常采用适应高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒质硬质合金）并使用可转位刀片。

4.2选择数控车削用刀具

数控车削刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀三类。

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状和尺寸决定。

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型主副切削刃构成，如90度内外圆车刀、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）进行全面考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。

4.3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与工件运动的起点，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准上。

实际操作机床时，可以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”是指刀具定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。

用手动对到操作，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”时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他部件为准。

4.4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

第五章典型轴类零件加工

5.1轴类零件加工的工艺分析

（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。

轴颈的直径公差的等级通常为IT6-IT8，几何形状精度主要是圆度和圆柱度，一般要求是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粗糙度要求较高。

（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65mm，材料为45钢在锯床上按130mm长度下料。

（3）定位基准的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，并且能够最大限度的在一次装夹中加工出多个外圆表面和端面，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精确性，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，以工件端面或台阶面或台阶面儿作为轴向定位基准。

（4）轴类零件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或装夹不可靠。

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，也可以在普通车床上切断或在冲床上涌冲模冲切。

（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正火或退火处理，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，一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，以提高耐磨性。

（6）加工工序划分一般可按下类方法进行：

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部位。

再用第二把刀、第三把完成他们可以完成的其他部位。

这样可以减少换刀次数，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类容很多的零件，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；

先加工简单几何形状，在加工复杂的几何形状；

先加工精度较低的部位，再加工精度较高的部位。

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和工艺性，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）在加工时，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，重点是零件的刚性不被破坏。

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于加紧，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）走刀路线和对刀点的选择走刀路线包括切削加工轨迹，刀具运动切削起始点，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。

合理的确定对刀点，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加工精加工过的部位，有时在第一道工序后对刀点被加工损坏，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，这样可以根据他们之间的相对位置关系找回原对刀点。

这个相对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上。

5.2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、由远到近（由左到右）的原则确定。

工件左端加工：

即从左到右进行外轮廓粗车（留0.5mm余量精车）,然后左到右进行外轮廓精车，然后钻孔，镗内退刀槽，镗内螺纹。

工件调头，工件右端加工：

粗车外轮廓，精车外轮廓，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、精车一把刀完成。

②粗、精车外圆：

（因为程序选用G71循环，所以粗、精选用同一把刀）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）以防于零件轮廓发生干涉，如果有必要就用图形来检验。

③钻孔：

选用Ф16的硬质合金钻头。

④镗孔：

选用90度硬质合金镗刀。

⑤内槽刀：

硬质合金内槽刀。

⑥内螺纹刀：

选用60度硬质合金镗刀。

⑦槽刀：

选用硬