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典型轴类零件数控加工工艺

典型轴类零件数控加工工艺设计

**********

职业：

数控车工

身份证号：

3723717

鉴定等级：

技师

单位：

济南铁路高级技工学校

二〇一一年十二月

引言

在机械制造工业中并不是所有的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件（批量在10～100件）约占机械加工总量的80%以上。

尤其是在造船、航天、航空、机床、重型机械以及国防工业更是如此。

为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁变化的柔性自动化机床。

数控机床就是在这样的背景下诞生与发展起来的。

它为单件、小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。

根据国家标准ＧＢ／Ｔ８１２９－１９９７，对机床数字控制的定义：

用数字控制的装置（简称数控装置），在运行过程中，不断地引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。

用计算机控制加工功能，称计算机数控（computerizednumerical，缩写ＣＮＣ）。

数控机床即使采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。

从应用来说，数控机床就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、松加工件、进刀与退刀、开车与停车、选择刀具、供给切削液等）和步骤，以及刀具与工件之间的相对位移量都用数字化的代码来表示，通过控制介质将数字信息送入专用的或通用的计算机，计算机对输入的信息进行处理与运算，发出各种指令来控制机床的伺服系统或其他执行元件，是机床自动加工出所需要的零件。

一．前言…………………………………………………………………………

（2）

二．摘要…………………………………………………………………………（4）

三．零件图工艺分析……………………………………………………………（4）

四．数控加工工艺基本特点……………………………………………………（6）

五．设备选择……………………………………………………………………（6）

六．确定零件的定位基准和装夹方式…………………………………………（7）

七．加工方法的选择和加工方案的确定………………………………………（9）

八．确定加工顺序及进给路线…………………………………………………（10）

九．刀具的选择…………………………………………………………………（10）

十．切削用量的选择……………………………………………………………（11）

十一.编程误差及其控制………………………………………………………（15）

十二．程序编制及模拟运行、零件加工、精度自检…………………………（15）

结束语……………………………………………………………………………（19）

摘要

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。

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：

工艺分析、　加工方案、　进给路线、　控制尺寸

1.零件图工艺分析

该零件表面由圆柱、圆弧、圆锥、槽、螺纹等表面组成。

选用毛坯为45#钢，Φ55×150mm,无热处理和硬度要求。

调制处理HRC26~36，下面对该零件进行数控车削工艺分析

图1.1典型轴类零件图

考核要求：

以小批量生产条件编程

不准用砂布及锉刀等修饰表面

未注公差尺寸按GB1804-M

2.数控加工工艺基本特点

在数控机床上加工零件与在普通机床上加工零件所涉及的工艺问题大致相

同，处理方法也无多大差别，但数控机床是自动加工，因而有以下几点特点：

（1）数控加工的工序内容比普通车床的加工内容复杂，加工的精度高，加工的

表面质量高，加工的内容较丰富。

（2）数控机床加工程序的编制比普通车床工艺编制要复杂些。

这是因为数控机

床加工存在对刀、换刀以及退刀等特点，这都无一例外的变成程序内容，正是由

于这个特点，促使对加工程序正确性和合理性要求极高，不能有丝毫的差错，否

则加工不出合格的零件。

3.设备选择

数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内外圆柱面、圆锥表面、

圆弧面等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩等的工作。

根据零件的工艺要

求，可以选择经济型数控车床，一般采用步进电动机形式半闭环伺服系统。

此类

车床机构简单，价格相对较低，这类车床设置三爪自定心卡盘、普通尾座或数控

液压尾座，适合车削较长的轴类零件。

根据主轴的配置的要求选择卧式数控车床。

数控车床具有加工精度高，能做直线和圆弧插补，数控车床刚性良好，制造和对

刀精度高，能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，能够加工尺寸精度要求较

高的零件。

能加工轮廓形状特别复杂的表面和尺寸难于控制的回转体，而且能比

较方便的车削锥面和内外圆柱面螺纹，能够保持加工精度，提高生产效率所以对

加工是非常有利的。

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，采用数控车床。

由于本校现使用的是华中数控系统，所以利用现有资源。

我选择在本校的数

控机床HNC-CK6150加工该零件。

4.确定零件的定位基准和装夹方式

4.1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。

4.2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。

4.3确定零件的定位基准

综合上述，粗、精基准选择原则，由于是轴类零件，在车床上只需用三抓卡

盘装夹定位，以毛坯Ф55mm的棒料的轴线和右端面作为定位基准。

4.4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。

4.5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

4.6确定合理的装夹方式

装夹方法：

先用三爪自定心卡盘毛坯左端，加工右端达到工件精度要求；再

工件调头，用三爪自定心卡盘夹持右端Φ52，再加工左端达到工件精度要求。

5.加工方法的选择和加工方案的确定

5.1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要求等全面考虑。

图上几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，所以编程时没有取平均值，

而取其基本尺寸。

在轮廓线上，有个锥度10度坐标P1、和一处圆弧切点P2，在编程时要求

出其坐标，P1（45.29，75）P2（35，56.46）。

5.2加工方案的确定

零件上比较精密表面的加工，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

确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。

毛坯先夹持左端，车右端轮廓113mm处，右端加工Φ39mm、SΦ42mm、R9mm、

Φ35mm、锥度为10度的外圆、Φ52mm。

调头装夹已加工Φ52mm外圆，左端加工

Φ25mm×33mm、切退刀槽、加工螺纹M25mm×1.5mm.

该典型轴加工顺序为：

预备加工---车端面---粗车右端轮廓---精车右端轮廓---切槽---工件调头

---车端面---粗车左端轮廓---精车左端轮廓---切退刀槽---粗车螺纹---精车

6.确定加工顺序和进给路线

6.1零件加工必须遵循的安排原则

①先粗后精先车削去大部分的金属加工余量，在进行成形切削以保证零件的尺寸

要求和质量要求。

②先主后次由于所加工的表面均为重要表面，所以应按照顺序从右往左依次加工Φ

39mm、SΦ42mm、R9mm、Φ35mm、锥度为10度的外圆、Φ52mm，调头装夹已加工Φ52mm

外圆，加工Φ25mm×33mm、切退刀槽、加工螺纹M25mm×1.5mm。

③基面先行用作基准的表面，要首先加工出来。

所以我应先加工右端面作为基准面

④先面后孔由于该零件没有孔，所以在该处不作考虑。

6.2进给路线

在数控加工中，刀具刀位点相对于零件运动的轨迹称为加工路线。

编程时，加工路

线的确定原则主要有以下几点：

（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。

（2）是数值计算简便，以减少编程工作量。

（3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。

确定进给路线的工作重点，主要在于确定粗加工及空行程的进给路线，因精加工切

削过程的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。

7.刀具的选择

数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控

机床的加工效率，而且直接影响加工质量。

刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下

进行的。

应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关

因素正确选用刀具及刀柄。

刀具选择总的原则是：

安装调整方便、刚性好、耐用度和精

度高。

在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。

在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，

占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。

一般应遵循以下原则：

①尽

量减少刀具数量；②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；③粗精加工

的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；④先铣后钻；⑤先进行曲面精加工，

后进行二维轮廓精加工；⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，

以提高生产效率等。

8.切削用量选择

8.1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。

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。

（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：

即先从右到左

进行外轮廓粗车（留0.05mm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：

45度车刀。

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度防型车刀，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

3）车槽:

切槽刀。

4）车螺纹:

60度外螺纹车刀。

（3）选择切削用量

切削用量选择

主轴转速s/（r/min）

进给量f/（mm/r）

背吃刀量ap/mm

粗车外圆

800

0.3

1.5

精车外圆

1000

0.05

0.2

粗车螺纹

450

1.5

0.4

切槽

450

0.05

数控加工刀具卡片

刀具卡片

产品名称或代号

零件名称

典型轴

零件图号

序号

刀具号

刀具规格名称

数量

加工表面

备注

1

T01

45度车刀

1

粗、精车端面

2

T02

90度防型车刀

1

粗、精车外轮廓

右偏刀

3

T03

车槽刀

1

切槽

4

T04

60度外螺纹车刀

1

加工螺纹

数控加工工艺卡

单位名称

产品名称或代号

零件名称

零件图号

济南铁路高级技工学校

典型轴

工序号

程序编号

夹具名称

使用设备

车间

001

O1111

三爪自定心卡盘

CAK5085di

数控车间

工步号

工步内容

刀具号

刀具规格

主轴转速r/min

进给速度mm/r

背吃刀量mm

备注

1

车端面

T01

45度刀

500

0.1

手动

2

粗车外轮廓

T02

90度防型刀

800

0.3

1.5

自动

3

精车外圆轮廓

T02

90度防型刀

1000

0.05

0.2

自动

4

切槽

T03

切槽刀

450

0.05

自动

工序号

程序编号

夹具名称

使用设备

车间

002

02222

三爪自定心卡盘

CAK5085di

数控车间

工步号

工步内容

刀具号

刀具规格

主轴转速r/min

进给速度mm/r

背吃刀量mm

备注

1

车端面

T01

45度刀

500

0.1

手动

2

粗车外轮廓

T02

90度防型刀

800

0.1

1.5

自动

3

精车外圆轮廓

T02

90度防型刀

1000

0.05

0.2

自动

4

切退刀槽

T03

切槽刀

115

0.05

自动

5

粗车螺纹

T04

60度外螺纹刀

70

1.5

0.4

自动

6

精车螺纹

T04

60度外螺纹刀

70

1.5

0.1

自动

8.2加工坐标系设置

（1）建立工件坐标系

图1-3坐标系设定

（2）试切法对刀

在数控加工中，工件坐标系确定后，还要确定刀尖点在工件坐标系中的位置，即通

常所说的对刀问题。

在数控车床上，目前常用的对刀方法为试切对刀法。

将工件安装好之后，先用MDI方式操作机床，用已选好的刀具将工件端面车一刀，然后

保持刀具在纵向（Z）尺寸不变，沿横向（x）退刀。

当取工件右端面O为工件原点时，

对刀输入为Z0，如图3-4（a）用同样的方法，再将工件的表面车一刀，然后保持刀具

在横向上的尺寸不变，从纵向退刀，停止主轴转动，再量出工件车削后的直径如图3-4

（b）根据长度和直径，既可确定刀具在工件坐标系中的位置。

其他各刀都需要进行以

上操作，从而确定每把刀具在工件坐标系中的位置。

图3-4（a）Z轴方向对刀

9.编程误差及其控制

9.1编辑误差

编程阶段的误差是不可避免的，误差来源主要有三种形式：

近似计算误差、插补误

差、尺寸圆整误差，直接影响加工尺寸精度，本次加工主要误差是计算误差与圆弧相切

的切点坐标及未知交点坐标值。

我们是经过笔算的数值，存在着较大的误差。

9.2误差控制

为了尽可能地减少笔算误差，我们采取在AutoCAD上按其尺寸精度绘出零件图，再

利用“工具”→“查询”→“点坐标”捕捉各圆弧切点坐标，其精度达到0.001级，

这样能有效地将误差控制在（0.1-0.2）部的零件公差值内。

10.程序编制及模拟运行、零件加工、精度自检

10.1程序编制

工件右端加工

O1111；

M06X200Z100；建立工件坐标系

T0202;调用2号刀

M03S800;主轴以800r/min正转

G00X60Z5;到循环加工起点

G71U.1.5R1P01Q02X0.2Z0.08F80;粗加工循环

N01G00X39Z2；到精加工起点

G01X39Z0F40;精加工轮廓开始

G01X39Z0C2倒角C2

Z-26;加工Φ39

G03X35Z-56.46R24;加工SΦ48圆弧

G02X35Z-70R9;加工R9圆弧

G01Z-75;加工Φ35

X45.29;加工Φ35外径左端面至斜

线部分

X52Z-94;加工斜线部分

N02Z-113;精车循环结束

G00X55Z100;到换刀点

M06T0303M03S115M08；换3号切槽刀,打开切削液

G00X55Z2；刀具起切的安全点

G00X55Z-89；切槽切入点

G01X39F5；切槽

G01X55F20；切槽退刀

G01Z-82；切槽切入点

G01X39F5；切槽

G01X55F20；切槽退刀

G00Z-18；切槽切入点

G01X35F5；切槽切入点

G01X50F20；切槽退刀

G00X55Z100M09；回换刀点,关闭切削液

M05；主轴停止

M30；程序结束

工件左端加工

O2222

T0202M03S800；换2号外圆刀主轴800r/min

G00X55Z2；刀具起切的安全点

G71U1.5R1P01Q02X0.2Z0.08F80；外径粗精车循环

N01G00X50Z2；精车循环开始

G01X0Z0F40；开始加工

G01X24.7Z0C2；倒角

G01Z-33；车Φ25

G01X52Z-33C2；倒角

N02G01Z-35；精车循环结束

G00X100Z100；换刀点

M05；主轴停止

M30；程序结束

T0303M03S115；换3号切槽刀

G00X30Z2；刀具起切的安全点

G00Z-28；切槽切入点

G01X21F5；切槽

G01X30F20；退刀

G00X50Z100；回换刀点

M05；主轴停止

M30；程序结束

T0404M03S70；换4号螺纹刀

G00X25Z2；刀具起始安全点

G76C1A60X23.056Z-26K0.974U0.1V0.1Q0.4F1.5;

螺纹车削循环,C为精车次数,螺纹刀具角度,X为最终螺纹X轴小径,Z为最终螺纹Z轴

长度,,K为牙型高,U精加工余量,V最大加工量,Q第一刀最大背吃刀量,F为导程.

G01X40；退刀

G00X100Z100；回换刀点

M05；主轴停止

M30；程序结束

注：

程序编制中有关数值单位一律采用毫米（mm）制

10.2模拟运行

数控加工程序编制好后将其输入数控车床，然后对刀，在将机床锁住进行程序校

验，仔细观察其模拟加工路线是否有干涉、过切、出错等现象，若有应及时对程序错误

进行修改，修改后保存，再次调出修改后的程序进行校验，直到程序万无一失，没有任

何错误的情况下方可进行自动加工。

注：

这个环节是必不可少的，否则会发生刀具损坏

机床其他部件的情况，直接影响机床的加工精度及寿命，更严重的是存在人身安全隐患。

10.3零件加工

装夹好毛坯，调出编制好的程序，直接进行自动加工直至程序结束。

10.4精度自检

将加工好的零件卸下，用游标卡尺、千分尺对零件的尺寸精度及粗糙度进行检测，

看是否达到零件的技术要求即可。

10.5加工时的几点注意事项

（1）工件要加紧，以防在车削时打滑飞出伤人或扎刀；

（2）在车削时使全程加入冷却液，能减少受热变形，使加工表面更好的达到要求；

（3）安全文明生产。

结论

通过这次的毕业设计，我从设计的过程中学到了很多在书本上没有的内容，加深了对数控机床的了解，巩固了书本的知识。

结论总结如下：

1.对于某个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床完成。

而往往只是其中的一部分适合于数控加工。

这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。

2.在确定走刀路线时，最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去，这样可为编程带来不少方便。

3.有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如：

控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制等。

此外，程序太长会增加出错与检索困难。

因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。

致谢

时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，春梦秋云，聚散真容易。

在这个美好的

季节里，我在电脑上敲出了最后一个字，心中涌现的不是想象已久的欢欣，却是难以言喻的失落。

是的，随着论文的终结，意味着我生命中最纯美的学生时代即将结束，尽管百般不舍，这一天终究会在熙熙攘攘的喧嚣中决绝的来临。

三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。

很庆幸这些年来我遇到了许多恩师益友，无论在学习上、生活上还是工作上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长。

感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。

还要感谢我的父母，给予我生命并竭尽全力给予了我接受教育的机会，养育之恩没齿难忘;他们不仅培养了我对中国传统文化的浓厚的兴趣，让我在漫长的人生旅途中使心灵有了虔敬的归依，而且也为我能够顺利的完成毕业论文提供了巨大的支持与帮助。

在未来的日子里，我会更加努力的学习和工作，不辜负父母对我的殷殷期望！

我一定会好好孝敬和报答他们！

还有许多人，也许他们只是我生命中匆匆的过客，但他们对我的支持和帮助依然在我记忆中留底了深刻的印象。

在此无法一一罗列，但对他们，我始终心怀感激。

最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位师长表示感谢！

参考文献

（1）华茂发.数控机床加工工艺[M].北京:

机械工业出版社，2000年

（2）邹新宇.数控编程[M].清华大学出版社,2006年

（3）余英良.数控加工编程及操作[M].北京:

高等教育出版社,2004年第