轴类零件的数控车削工艺与编程.doc

济源职业技术学院济源职业技术学院 毕毕 业业 设设 计计 题目 轴类零件的数控车削工艺与编程 系别 机 电 系 专业 模具设计与制造 班级 模具 0501 姓名 学号 指导教师 日期 年月 济源职业技术学院毕业设计 i 设计任务书 设计题目：设计题目： 轴类零件的数控加工工艺及编程 设计要求：设计要求： 第一熟悉数控车床结构及的加工性能 第二零件图的分析及编程 设计进度要求：设计进度要求： 第一周：题目确定。 第二周：查阅资料。 第三周：查阅资料、定设计方案。 第四周：进行资料的编辑设计。 第五周：进行零件的分析与编程设计。 第六周：修改。 第七周：审核、定稿。 第八周：答辩。 指导教师（签名）：指导教师（签名）： 济源职业技术学院毕业设计 ii 摘 要 大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发 展，提高综合国力和国家地位的重要途径。数控加工工艺设计的主要任务是制订加 工工艺规程，也是数控机床加工前的准备工作。工艺规程是规定零件制造工艺过程 和操作方法，具有指导性的工艺文件。数控机床加工的程序是数控机床的指令性文 件。数控机床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量、走刀 路线、刀具尺寸以及机床的运动过程。因此，要求编程人员对数控机床的性能、特 点、运动方式、刀具系统、切削规范以及工件的装夹方法都要非常熟悉。工艺规程 定得合理与否，对程序编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响。因 此，应遵循一般的工艺原则并结合数控机床的特点认真而详细地制订数控加工工艺。 本设计结合一具体零件进行了零件图分析，加工设备、刀具、工装的选择，切削速 度、进给量、背吃刀量等参数的选择，制订了零件的数控加工工艺；根据所选择机 床的指令系统编写了零件的加工程序。 关键词：数控机床,加工工艺,数控编程 济源职业技术学院毕业设计 i 目 录 摘 要 .ii 1 数控车床的简介 1 1.1 数控的前景.1 1.2 数控车床的分类.1 1.3 数控机床的工作原理.2 2 数控车床的常见结构与发展方向 3 2.1 数控车床的现状.3 2.2 数控车床发展趋势.8 3 数控车削的加工工艺与工装 .10 3.1 零件图分析10 3.2 数控加工工艺设计11 3.3 数控加工的注意事项11 3.4 刀具的选择与方法13 3.5 对刀的方法16 3.6 夹具的选择18 3.7 螺纹车削23 4 数控车床坐标系的确定 .28 4.1 规定原则28 4.2 坐标轴确定的方法及步骤29 4.3 数控机床的两种坐标系29 5 典型零件编程与加工实例32 总 结 .42 致 谢 .43 参考文献 .44 济源职业技术学院毕业设计 1 1 数控车床的简介 1.11.1 数控的前景数控的前景 数控技术，简称数控（numerical control） 。 利用数字化的信息对机床运动 及加工过程进行控制的一种方法。用数控技术实施加工控制的机床，或者说装备了 数控系统的机床称为数控(nc)机床。数控系统包括：数控装置、可编程控制器、主 轴驱动器及进给装置等部分.数控机床是机、电、液、气、光高度一体化的产品。要 实现对机床的控制，需要用几何信息描述刀具和工件间的相对运动以及用工艺信息 来描述机床加工必须具备的一些工艺参数。例如：进给速度、主轴转速、主轴正反 转、换刀、冷却液的开关等。这些信息按一定的格式形成加工文件(即正常说的数控 加工程序)存放在信息载体上(如磁盘、穿孔纸带、磁带等)，然后由机床上的数控系 统读入(或直接通过数控系统的键盘输入，或通过通信方式输入)，通过对其译码， 从而使机床动作和加工零件.现代数控机床是机电一体化的典型产品,是新一代生产 技术、计算机集成制造系统等的技术基础。 现代数控机床的发展趋向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、复合化、智能 化和开放式结构。主要发展动向是研制开发软、硬件都具有开放式结构的智能化全 功能通用数控装置。数控技术是机械加工自动化的基础，是数控机床的核心技术， 其水平高低关系到国家战略地位和体现国家综合实力的水平. 它随着信息技术、微 电子技术、自动化技术和检测技术的发展而发展。数控加工中心是一种带有刀库并 能自动更换刀具，对工件能够在一定的范围内进行多种加工操作的数控机床。在加 工中心上加工零件的特点是：被加工零件经过一次装夹后，数控系统能控制机床按 不同的工序自动选择和更换刀具；自动改变机床主轴转速、进给量和刀具相对工件 的运动轨迹及其它辅助功能，连续地对工件各加工面自动地进行钻孔、锪孔、铰孔、 镗孔、攻螺纹、铣削等多工序加工。由于加工中心能集中地、自动地完成多种工序， 避免了人为的操作误差、减少了工件装夹、测量和机床的调整时间及工件周转、搬 运和存放时间，大大提高了加工效率和加工精度，所以具有良好的经济效益。加工 中心按主轴在空间的位置可分为立式加工中心与卧式加工中心。 1.21.2 数控车床的分类数控车床的分类 随着数控车床制造技术的不断发展，形成了产品繁多、规格不一的局面。对数 济源职业技术学院毕业设计 2 控车床的分类可以采用不同的方法。 1.2.11.2.1 按数控系统的功能分类按数控系统的功能分类 全功能型数控车床。如配有 fanuc-6t 系统、fanuc-ote 系统的数控车床都是 全功能型的。 经济型数控车床。经济型数控车床是在普通车床基础上进行改进设计的，一 般采用步进电动机驱动的开环伺服系统，其控制部分通常采用单片机实现。 1.2.21.2.2 按主轴的配置形式分类按主轴的配置形式分类 卧式数控车床。主轴轴线处于水平位置的数控车床。 立式数控车床。主轴轴线处于垂直位置的数控车床。 还有具有两根主轴的车床，称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。 1.2.31.2.3 按数控系统控制的轴数分类按数控系统控制的轴数分类 两轴控制的数控车床。机床上只有一个回转刀架，可实现两坐标轴控制。 四轴控制的数控车床。机床上有两个独立的回转刀架，可实现四轴控制。 对于车削中心或柔性制造单元，还要增加其它的附加坐标轴来满足机床的功能。 目前，我国使用较多的是中小规格的两坐标连续控制的数控车床。 1.31.3 数控机床的工作原理数控机床的工作原理 数控机床的工作原理，首先根据被加工零件的形状、尺寸及工艺要求等，采用 手工或计算机进行零件加工的程序编制，把加工零件所需机床的各种动作及工艺参 数变成数控装置所能接收的程序代码，并将这些程序代码储存在控制介质（穿孔带、 磁带、光盘等）上，然后经输入装置读出信息并送入数控装置。当控制介质为穿孔 带时，用光电读带机输入；若控制介质为磁带或光盘时，可用驱动器输入，或用计 算机和数控机床的接口直接进行通信。进入数控装置的信息经一系列的处理和运算 转变成脉冲信号，有的脉冲信号被传送到机床的伺服系统，经传动装置驱动机床有 关的运动部件；有的脉冲信号则被传送到可编程控制器中，按顺序控制机床的其它 辅助动作，如工件夹紧、松开，冷却液的开闭，刀具的自动更换等。 济源职业技术学院毕业设计 3 2 数控车床的常见结构与发展方向 2.12.1 数控车床的现状数控车床的现状 2.1.12.1.1 床身床身 机床的床身是整个机床的基础支承件，是机床的主体，一般用来放置导轨、主 轴箱等重要部件。床身的结构对机床的布局有很大的影响。按照床身导轨面与水平 面的相对位置，床身有图 1 所示的 5 种布局形式。一般来说，中、小规格的数控车 床采用斜床身和平床身斜滑板的居多，只有大型数控车床或小型精密数控车床才采 用平床身，立床身采用的较少。平床身工艺性好，易于加工制造。由于刀架水平放 置，对提高刀架的运动精度有好处，但床身下部空间小，排屑困难；刀架横滑板较 长，加大了机床的宽度尺寸，影响外观。平床身斜滑板结构，再配置上倾斜的导轨 防护罩，这样既保持了平床身工艺性好的优点，床身宽度也不会太大。斜床身和平 床身斜滑板结构在现代数控车床中被广泛应用，是因为这种布局形式具有以下特点： 容易实现机电一体化； 机床外形整齐、美观，占地面积小； 容易设置封闭式防护装置； 容易排屑和安装自动排屑器； 从工件上切下的炽热切屑不至于堆积在导轨上影响导轨精度； 宜人性好，便于操作； 便于安装机械手，实现单机自动化。 例如，宝鸡机床厂设计生产的 cjk6140h 系列简式数控车床采用的是平床身平滑 板结构；ck75 系列全功能数控车床采用的是后斜床身斜滑板结构。而我们刚刚研制 开发完成的 ck535d 全功能数控倒置立式车床，采用的是直立床身直立滑板结构。该 机床采用大功率内藏式电主轴结构，主轴可沿 x 和 z 轴移动，以实现自动上下料功 能。该机床配置有自动回转料库，从而实现单机自动化，同时该机床也很容易被加 入生产线。 济源职业技术学院毕业设计 4 a)后斜床身-斜滑板 b)直立床身-直立滑板 c)平床身-平滑板 d)前斜床身-平滑板 e)平床身-斜滑板 图 2.1 床身布局 2.1.22.1.2 导轨导轨 车床的导轨可分为滑动导轨和滚动导轨两种。 滑动导轨具有结构简单、制造方便、接触刚度大等优点。但传统滑动导轨摩擦 阻力大，磨损快，动、静摩擦系数差别大，低速时易产生爬行现象。目前，数控车 床已不采用传统滑动导轨，而是采用带有耐磨粘贴带覆盖层的滑动导轨和新型塑料 滑动导轨。它们具有摩擦性能良好和使用寿命长等特点。 济源职业技术学院毕业设计 5 导轨刚度的大小、制造是否简单、能否调整、摩擦损耗是否最小以及能否保持 导轨的初始精度，在很大程度上取决于导轨的横截面形状。车床滑动导轨的横截面 形状常采用山形截面和矩形截面。山形截面导轨导向精度高，导轨磨损后靠自重下 沉自动补偿。下导轨用凸形有利于排污物，但不易保存油液。矩形截面导轨制造维 修方便，承载能力大，新导轨导向精度高，但磨损后不能自动补偿，需用镶条调节， 影响导向精度。 宝鸡机床厂生产的 cjk6140h 系列简式数控车床床身采用的是山形贴塑导轨， ck75 系列全功能数控车床采用的是矩形贴塑导轨。 滚动导轨的优点是摩擦系数小，动、静摩擦系数很接近，不会产生爬行现象， 可以使用油脂润滑。数控车床导轨的行程一般较长，因此滚动体必须循环。根据滚 动体的不同，滚动导轨可分为滚珠直线导轨和滚柱直线导轨。后者的承载能力和刚 度都比前者高，但摩擦系数略大。宝鸡机床厂生产的 ck75c 系列全功能数控车床采 用的是滚珠直线导轨，ck535d 全功能数控倒置立式车床 x 向导轨采用的是滚柱直线 导轨。 2.1.32.1.3 主轴变速系统主轴变速系统 经济型数控车床大多数是不能自动变速的，需要变速时，只能把机床停止，然 后手动变速。而全功能数控车床的主传动系统大多采用无级变速。目前，无级变速 系统主要有变频主轴系统和伺服主轴系统两种，一般采用直流或交流主轴电机，通 过带传动带动主轴旋转，或通过带传动和主轴箱内的减速齿轮(以获得更大的转矩) 带动主轴旋转。由于主轴电机调速范围广，又可无级调速，使得主轴箱的结构大为 简化。主轴电机在额定转速时可输出全部功率和最大转矩。 2.1.42.1.4 刀架系统刀架系统 数控车床的刀架是机床的重要组成部分。刀架用于夹持切削用的刀具，因此其 结构直接影响机床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的结构和性能体现 了机床的设计和制造技术水平。随着数控车床的不断发展，刀具结构形式也在不断 翻新。 刀架是直接完成切削加工的执行部件，所以，刀架在结构上必须具有良好的强 度和刚度，以承受粗加工时的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取决于刀 尖位置，所以要求数控车床选择可靠的定位方案和合理的定位结构，以保证有较高 济源职业技术学院毕业设计 6 的重复定位精度。此外，刀架的设计还应满足换刀时间短、结构紧凑和安全可靠等 要求。 按换刀方式的不同，数控车床的刀架系统主要有回转刀架、排式刀架和带刀库 的自动换刀装置等多种形式。 (1)排式刀架 排式刀架一般用于小规格数控车床，以加工棒料或盘类零件为主。它的结构形 式为，夹持着各种不同用途刀具的刀夹沿着机床的 x 坐标轴方向排列在横向滑板上。 刀具的典型布置方式如图 2.2 所示。这种刀架在刀具布置和机床调整等方面都较为 方便，可以根据具体工件的车削工艺要求，任意组合各种不同用途的刀具，一把刀 具完成车削任务后，横向滑板只要按程序沿 x 轴移动预先设定的距离后，第二把刀 就到达加工位置，这样就完成了机床的换刀动作。这种换刀方式迅速省时，有利于 提高机床的生产效率。宝鸡机床厂生产的 ck7620p 全功能数控车床配置的就是排式 刀架。 图 2.2 排式刀架 (2)回转刀架 回转刀架是数控车床最常用的一种典型换刀刀架，通过刀架的旋转分度定位来 实现机床的自动换刀动作，根据加工要求可设计成四方、六方刀架或圆盘式刀架， 并相应地安装 4 把、6 把或更多的刀架。回转刀架的换刀动作可分为刀架抬起、刀 架转位和刀架锁紧等几个步骤。它的动作是由数控系统发出指令完成的。回转刀架 根据刀架回转轴与安装底面的相对位置，分为立式刀架和卧式刀架两种。宝鸡机床 厂生产的 cjk6140h 系列简式数控车床配置的是四工位立式刀架或六工位卧式刀架， ck75 系列全功能数控车床配置的是 8 工位或 12 工位卧式刀架，如图 2.3 所示。 济源职业技术学院毕业设计 7 图 2.3 卧式回转刀架 (3) 带刀库的自动换刀装置 上述排刀式刀架和回转刀架所安装的刀具都不可能太多，即使是装备两个刀架， 对刀具的数目也有一定限制。当由于某种原因需要数量较多的刀具时，应采用带刀 库的自动换刀装置。带刀库的自动换刀装置由刀库和刀具交换机构组成。 (4) 进给传动系统 数控车床的进给传动系统一般均采用进给伺服系统。这也是数控车床区别于普 通车床的一个特殊部分。 数控车床的伺服系统一般由驱动控制单元、驱动元件、机械传动部件、执行件 和检测反馈环节等组成。驱动控制单元和驱动元件组成伺服驱动系统。机械传动部 件和执行元件组成机械传动系统。检测元件与反馈电路组成检测系统。 进给伺服系统按其控制方式不同可分为开环系统和闭环系统。闭环控制方式通 常是具有位置反馈的伺服系统。根据位置检测装置所在位置的不同，闭环系统又分 为半闭环系统和全闭环系统。半闭环系统具有将位置检测装置装在丝杠端头和装在 电机轴端两种类型。前者把丝杠包括在位置环内，后者则完全置机械传动部件于位 置环之外。全闭环系统的位置检测装置安装在工作台上，机械传动部件整个被包括 在位置环之内。 开环系统的定位精度比闭环系统低，但它结构简单、工作可靠、造价低廉。由 于影响定位精度的机械传动装置的磨损、惯性及间隙的存在，故开环系统的精度和 快速性较差。 全闭环系统控制精度高、快速性能好，但由于机械传动部件在控制环内，所以 系统的动态性能不仅取决于驱动装置的结构和参数，而且还与机械传动部件的刚度、 济源职业技术学院毕业设计 8 阻尼特性、惯性、间隙和磨损等因素有很大关系，故必须对机电部件的结构参数进 行综合考虑才能满足系统的要求。因此全闭环系统对机床的要求比较高，且造价也 较昂贵。闭环系统中采用的位置检测装置有：脉冲编码器、旋转变压器、感应同步 器、磁尺、光栅尺和激光干涉仪等。 数控车床的进给伺服系统中常用的驱动装置是伺服电机。伺服电机有直流伺服 电机和交流伺服电机之分。交流伺服电机由于具有可靠性高、基本上不需要维护和 造价低等特点而被广泛采用。 2.22.2 数控车床发展趋势数控车床发展趋势 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化 的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它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，因为这些行业所 需装备的数字化已是现代发展的大趋势。当前数控车床呈现以下发展趋势。 2.2.12.2.1 高速、高精密化高速、高精密化 高速、精密是机床发展永恒的目标。随着科学技术突飞猛进的发展，机电产品 更新换代速度加快，对零件加工的精度和表面质量的要求也愈来愈高。为满足这个 复杂多变市场的需求，当前机床正向高速切削、干切削和准干切削方向发展，加工 精度也在不断地提高。另一方面，电主轴和直线电机的成功应用，陶瓷滚珠轴承、 高精度大导程空心内冷和滚珠螺母强冷的低温高速滚珠丝杠副及带滚珠保持器的直 线导轨副等机床功能部件的面市，也为机床向高速、精密发展创造了条件。 数控车床采用电主轴，取消了皮带、带轮和齿轮等环节，大大减少了主传动的 转动惯量，提高了主轴动态响应速度和工作精度，彻底解决了主轴高速运转时皮带 和带轮等传动的振动和噪声问题。采用电主轴结构可使主轴转速达到 10000r/min 以 上。 直线电机驱动速度高，加减速特性好，有优越的响应特性和跟随精度。用直线 电机作伺服驱动，省去了滚珠丝杠这一中间传动环节，消除了传动间隙(包括反向间 隙)，运动惯量小，系统刚性好，在高速下能精密定位，从而极大地提高了伺服精度。 直线滚动导轨副，由于其具有各向间隙为零和非常小的滚动摩擦，磨损小，发 热可忽略不计，有非常好的热稳定性，提高了全程的定位精度和重复定位精度。 济源职业技术学院毕业设计 9 通过直线电机和直线滚动导轨副的应用，可使机床的快速移动速度由目前的 1020m/mim 提高到 6080m/min，甚至高达 120m/min。 2.2.22.2.2 高可靠性高可靠性 数控机床的可靠性是数控机床产品质量的一项关键性指标。数控机床能否发挥 其高性能、高精度和高效率，并获得良好的效益，关键取决于其可靠性的高低。 2.2.32.2.3 数控车床设计数控车床设计 cadcad 化、结构设计模块化化、结构设计模块化 随着计算机应用的普及及软件技术的发展，cad 技术得到了广泛发展。cad 不仅 可以替代人工完成繁琐的绘图工作，更重要的是可以进行设计方案选择和大件整机 的静、动态特性分析、计算、预测及优化设计，可以对整机各工作部件进行动态模 拟仿真。在模块化的基础上在设计阶段就可以看出产品的三维几何模型和逼真的色 彩。采用 cad，还可以大大提高工作效率，提高设计的一次成功率，从而缩短试制 周期，降低设计成本，提高市场竞争能力。 通过对机床部件进行模块化设计，不仅能减少重复性劳动，而且可以快速响应 市场，缩短产品开发设计周期。 2.2.42.2.4 功能复合化功能复合化 功能复合化的目的是进一步提高机床的生产效率，使用于非加工辅助时间减至 最少。通过功能的复合化，可以扩大机床的使用范围、提高效率，实现一机多用、 一机多能，即一台数控车床既可以实现车削功能，也可以实现铣削加工；或在以铣 为主的机床上也可以实现磨削加工。宝鸡机床厂已经研制成功的 cx25y 数控车铣复 合中心，该机床同时具有 x、z 轴以及 c 轴和 y 轴。通过 c 轴和 y 轴，可以实现平面 铣削和偏孔、槽的加工。该机床还配置有强动力刀架和副主轴。副主轴采用内藏式 电主轴结构，通过数控系统可直接实现主、副主轴转速同步。该机床工件一次装夹 即可完成全部加工，极大地提高了效率。 济源职业技术学院毕业设计 10 3 数控车削的加工工艺与工装 3.13.1 零件图分析零件图分析 数控加工的工艺分析是数控车削加工的前期工艺准备工作。工艺制定的 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。 加工零件及加工内容确定后，应对零件的数控车床加工工艺性进 行全面分析。主要内容包括产品的零件图样分析，零件结构工艺性分析与零 件毛坯的工艺性分析等内容。 3.1.13.1.1 零件图分析零件图分析 熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，清楚各项技术要求对 零件装配质量和使用性能的影响，找出主要的关键的技术要求、然后对图样进行分 析。 1. 尺寸标住方法分析。 零件图上的尺寸标注方法应适合数控车床加工的特点，应以同一基准标注尺寸 或直接给出坐标尺寸。这种标注方法即便于编程、又有利于设计基准、工艺基准、 测量基准和编程原点的统一。 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，要对构成零件轮廓的所 有几何元素进行定义、因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分。 3. 精度及技术要求分析 对被加工零件的精度及技术要求进行分析 ，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。精度及技术要求分析的主要内容如下： （1）析精度及各项技术是否齐全，是否合理。 （2）析本工序的数控车削加工精度能否达到图样要求，如达不到，需采取 其他措施（如磨削）弥补的话，则应给后续工序留有余量。 （3）找出图样上有位置精度要求的表面，这些表面应在一次安装下完成。 济源职业技术学院毕业设计 11 （4）对表面精度要求较高的表面，应采用恒线速切削。 3.1.23.1.2 结构工艺分析结构工艺分析 零件的结构工艺性实质零件对加工方法的适应性，即此零件结构应便于 加工成型。在数控车上加工零件时，应根据数控车的特点认真审视零件结构 的合理性。 3.23.2 数控加工工艺设计数控加工工艺设计 工艺设计是机械加工的基础。他包括机械产品从零件的加工到产品的装 配和生产规划的全过程。 零件工艺设计包含从毛坯选择到通过机械加工的手 段使零件达到图纸设计要求的加工设备、刀具、量具、夹具及辅具的选择， 以及安排整个零件加工工艺路线的全过程。 在数控加工中，零件的工艺规程是编制其加工程序的依据和基础，与常 规加工工艺设计不同，它要求： （1） 工艺详细具体到每一个步骤。 （2） 工艺准确计算每一个坐标尺寸。 （3） 工艺完整选择每一种刀具、辅具、安排其前后次序，设计每一把 刀具的切削用量。 在审查零件的设计图纸并进行零件的工艺性分析、制定出零件的加工方 案之后，就可以进行零件的工艺设计。 3.33.3 数控加工的注意事项数控加工的注意事项 数控车床加工的工艺与普通车床的加工工艺类似，但由于数控车床是一次装夹， 连续自动加工完成所有车削工序，因而应注意以下几个方面。 3.3.1.3.3.1. 合理选择切削用量合理选择切削用量 对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要 素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理 的选择了切削条件。 切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切 削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提 高 20%，刀具寿命会减少 1/2。 济源职业技术学院毕业设计 12 进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上 升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削 速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具 的寿命。 用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择 使用的切削速度。 最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨 损达到寿命才是理想的条件。 然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质 量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。 对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。 3.3.23.3.2 合理选择刀具合理选择刀具 (1) 粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大 进给量的要求。 (2) 精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加工精度的要求。 (3) 为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。 3.3.33.3.3 合理选择夹具合理选择夹具 (1) 尽量选用通用夹具装夹工件，避免采用专用夹具； (2) 零件定位基准重合，以减少定位误差。 3.3.43.3.4 确定加工路线确定加工路线 加工路线是指数控机床加工过程中，刀具相对零件的运动轨迹和方向。 (1) 应能保证加工精度和表面粗糙要求； (2) 应尽量缩短加工路线，减少刀具空行程时间。 3.3.53.3.5 加工路线与加工余量的联系加工路线与加工余量的联系 目前，在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯上过多的余量， 特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时， 则需注意程序的灵活安排。 济源职业技术学院毕业设计 13 3.3.63.3.6 夹具安装要点夹具安装要点 目前液压卡盘和液压夹紧油缸的连接是靠拉杆实现的，液压卡盘夹紧要点如下： 首先用搬手卸下液压油缸上的螺帽，卸下拉管，并从主轴后端抽出，再用搬手卸下 卡盘固定螺钉，即可卸下卡盘。 3.43.4 刀具的选择与方法刀具的选择与方法 现代制造技术的发展及数控加工设备的广泛使用，极大地推动了切削技术的进 步。随着生产加工过程数控化和自动化的需要，对金属切削刀具提出了高可靠度、 高精度、长寿命、快速转位更换、断屑良好等更高要求。自 80 年代以来，可转位不 重磨刀具已被各国广泛应用，但是可转位不重磨刀片及刀具 cad/cam 技术的应用和 发展，使刀具结构设计及切削部分的形状种类变得十分繁多，给机械加工和刀具设 计人员合理选择刀具带来一定困难。同时，刀片型号的增加也给刀片采购和销售带 来不便，为用户快速、高效及正确选择刀具增加困难。为使企业对市场需求迅速做 出响应，在切削加工中，快速高效选择刀具成为切削加工系统的客观需求。根据不 同加工特征，自动选择所需刀具对实现高度自动化切削加工或无人加工具有十分重 要的意义。 3.4.13.4.1 可转位车刀结构可转位车刀结构 可转位车刀为广泛使用的机夹式刀具。它的几何参数完全由刀片和刀槽来保证， 不受工人技术水平的影响，因此切削性能稳定，适合现代化大批量生产使用。以 iso 标准为例，可转位车刀由,10 个特征代号组成，其 号位顺序见表 3.1。 1 号位表示车刀刀片的夹紧方式（p 表示杠杆偏心 式夹紧）；2 号位表示车刀刀片形状（t 表示正三角形 刀片）；3 号位表示车刀头部形状（g 表示 90偏头外圆车刀）；4 号位表示车刀刀 片法后角（n 表示其法后角为 0）；5 号位表示车刀的切削方向（r 表示右切）； 6 号位表示车刀的刀尖高度（20 表示车刀刀尖高度为 20mm）；7 号位表示车刀的刀 杆宽度（20 表示车刀刀杆宽度为 20mm）；8 号位表示车刀的长度（k 表示车刀长度 为 125mm）；9 号位表示车刀刀片的边长（16 表示车刀刀片边长为 16.5mm）；10 号 位表示不同测量基准的精密级车刀（q 表示以车刀的外侧面和后端面为测量基准的 精密级车刀）。 表 3.1 车刀型号的表示方法 号位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 型号 p t g n r 20 20 k 16 q 济源职业技术学院毕业设计 14 3.4.23.4.2 基于加工特征的车刀选择原则及方法基于加工特征的车刀选择原则及方法 (1)车刀选择原则 (2)加工特征是指零件加工过程中与 该加工工序相关的加工信息集成。如外 圆车削特征可包括起始直径（加工前的 零件直径）、最小完成直径（零件加工 后允许的最小直径）、最大完成直径 （零件加工完后允许的最大直径）、加 工长度、刀尖圆弧半径及工件刚度等特 征参数，如图 2.1 所示。 (3)从图 3.1 可以看出，加工特征能比较准确地描述工件的加工要求，而这些要 求是选定机床、夹具、刀具及其工艺参数的前提。由于每种加工特征都需输入多个 特征参数，为使刀具选择变得简捷方便，这里只对各种加工特征进行定性描述。根 据起始直径和零件加工完成直径值将车削加工分为粗加工（半精加工）和精加工两 类，根据零件刚度将其分为刚度高和刚度低两类。综合上述要求，将外圆车削加工 分为以下四种加工特征：车削外圆（粗切或半精切，刚度高）；车削外圆（粗 切或半精切，刚度低）；车削外圆（精切或半精切，刚度高）；车削外圆（精 切或半精切，刚度低）。 (4)根据上述定性描述的加工特征来选择刀具。例如，加工特征为车削外圆（粗 切或半精切，刚度高）时，因粗加工或半精加工主要是切除多余金属，切削力较大， 故应选择稳固的刀片夹紧方式，刀尖角尽可能选择大一些，以增加刀尖强度。由于 减小主偏角会导致径向分力 fy增大，当工艺系统的刚度较强时，可适当减小刀具主 偏角。小的刀具主偏角能够增加参与切削的切削刃长度，减少单位长度切削刃的负 荷，从而提高刀具的使用寿命。 图 3.1 车刀的几何参数 济源职业技术学院毕业设计 15 (5)通过上述分析及 实际生产调研，我们 确定了 9 种车削加工 特征。这 9 种车削加 工特征与刀具代号的 对应关系初步确定见 表 3.2。 (6)刀具选择方 法 根据用户选择的 夹紧方式确定刀具的 第一号位，再根据第 一号位进行第一次选 择，将符合所选夹紧 方式的刀具全部选出 来，程序将在此次筛 选的基础上确定第二、 三、四位的代号。当 用户选择了加工特征 后，根据表中的选择 原则，对二、三、四 位的相同号位进行 “或”运算，不同号 位进行“和”运算， 从而确定刀具的前四 位代号，这样就可根 据所确定的刀具代号 从刀具数据库中选择出符合加工特征要求的刀具。 表 3.2 车削加工特征及与刀具代号的对应关系 序号 车削加工特 征 刀片形状代 号 刀具主偏角代 号 刀具 后 角代号 1 车外圆（粗 切或半精 切，刚度高） c，t，f，w f，l，g，c， a n，c ，p 2 车外圆（粗 切或半精 切，刚度低） t，f a，b，g，l， j n，c 3 车外圆（精 切或半精 切，刚度低） t，s，f a，b，d，e， g，l，j n，c 4 车外圆（精 切或半精 切，刚度高） t，f a，g，l，j n，c 5 车直通端面 t，s，f a，b，d，e， g，l，j n，c 6 车台肩端面 t，f，d，c a，g，j，l n，c 7 车削台肩 s，f s，g，c，f， y n，c 8 镗内孔 c，d，a，t ，r e，a，g，n， p n，c 9 仿形车削 d，a，t，c ，k，s q，x，j，l， y n，c ，p 济源职业技术学院毕业设计 16 3.53.5 对刀的方法对刀的方法 车床分有对刀器和没有对刀器,但是对刀原理都一样,先说没有对刀器的吧. 车床本身有个机械原点,你对刀时一般要试切的啊,比如车外径一刀后 z 向退出, 测量车件的外径是多少,然后在 g 画面里找到你所用刀号把光标移到 x 输入 x.按 测量机床就知道这个刀位上的刀尖位置了,内径一样,z 向就简单了,把每把刀都在 z 向碰一个地方然后测量 z0 就可以了. 这样所有刀都有了记录,确定加工零点在工件移里面(offshift),可以任意一把 刀决定工件原点. 这样对刀要记住对刀前要先读刀. 有个比较方便的方法,就是用夹头对刀,我们知道夹头外径,刀具去碰了输入外径 就可以,对内径时可以拿一量块用手压在夹头上对,同样输入夹头外径就可以了. 如果有对刀器就方便多了,对刀器就相当于一个固定的对刀试切工件,刀具碰了 就记录进去位置了. 3.5.13.5.1 试切法对刀试切法对刀 试切法对刀是实际中应用的最多的一种对刀方法。下面以采用 mitsubishi 50l 数控系统的 rfcz12 车床为例，来介绍具体操作方法。 工件和刀具装夹完毕，驱动主轴旋转，移动刀架至工件试切一段外圆。然后保 持 x 坐标不变移动 z 轴刀具离开工件，测量出该段外圆的直径。将其输入到相应的 刀具参数中的刀长中，系统会自动用刀具当前 x 坐标减去试切出的那段外圆直径， 即得到工件坐标系 x 原点的位置。再移动刀具试切工件一端端面，在相应刀具参数 中的刀宽中输入 z0，系统会自动将此时刀具的 z 坐标减去刚才输入的数值，即得工 件坐标系 z 原点的位置。 例如，2#刀刀架在 x 为 150.0 车出的外圆直径为 25.0，那么使用该把刀具切削 时的程序原点 x 值为 150.0-25.0=125.0；刀架在 z 为 180.0 时切的端面为 0，那么 使用该把刀具切削时的程序原点 z 值为 180.0-0=180.0。分别将(125.0，180.0)存 入到 2#刀具参数刀长中的 x 与 z 中，在程序中使用 t0202 就可以成功建立出工件坐 标系。 济源职业技术学院毕业设计 17 事实上，找工件原点在机械坐标系中的位置并不是求该点的实际位置，而是找 刀尖点到达(0，0)时刀架的位置。采用这种方法对刀一般不使用标准刀，在加工之 前需要将所要用刀的刀具全部都对好。 3.5.23.5.2 对刀仪自动对刀对刀仪自动对刀 现在很多车床上都装备了对刀仪，使用对刀仪对刀可免去测量时产生的误差， 大大提高对刀精度。由于使用对刀仪可以自动计算各把刀的刀长与刀宽的差值，并 将其存入系统中，在加工另外的零件的时候就只需要对标准刀，这样就大大节约了 时间。需要注意的是使用对刀仪对刀一般都设有标准刀具，在对刀的时候先对标准 刀。 下面以采用 fanuc 0t 系统的日本 wasino lj-10mc 车削中心为例介绍对刀仪工 作原理及使用方法。刀尖随刀架向已设定好位置的对刀仪位置检测点移动并与之接 触，直到内部电路接通发出电信号(通常我们可以听到嘀嘀声并且有指示灯显示)。 在 2#刀尖接触到 a 点时将刀具所在点的 x 坐标存入到图 2 所示 g02 的 x 中，将刀尖 接触到 b 点时刀具所在点的 z 坐标存入到 g02 的 z 中。其他刀具的对刀按照相同的 方法操作。 事实上，在上一步的操作中只对好了 x 的零点以及该刀具相对于标准刀在 x 方 向与 z 方向的差值，在更换工件加工时再对 z 零点即可。由于对刀仪在机械坐标系 中的位置总是一定的，所以在更换工件后，只需要用标准刀对 z 坐标原点就可以了。 操作时提起 z 轴功能测量按钮“z-axis shift measure”面。 手动移动刀架的 x、z 轴，使标准刀具接近工件 z 向的右端面，试切工件端面， 按下“position recorder”按钮，系统会自动记录刀具切削点在工件坐标系中 z 向 的位置，并将其他刀具与标准刀在 z 方向的差值与这个值相加从而得到相应刀具的 z 原点，其数值显示在 work shift 工作画面上。 fanuc 系统数控车床对刀及编程指令介绍 fanuc 系统数控车床设置工件零点常用方法 一 直接用刀具试切对刀 (1)用外园车刀先试车一外园，记住当前 x 坐标，测量外园直径后，用 x 坐标减 外园直径，所的值输入 offset 界面的几何形状 x 值里。 济源职业技术学院毕业设计 18 (2)用外园车刀先试车一外园端面，记住当前 z 坐标，输入 offset 界面的几何 形状 z 值里。 二 用 g50 设置工件零点 (1)用外园车刀先试车一外园，测量外园直径后，把刀沿 z 轴正方向退点，切端 面到中心（x 轴坐标减去直径值）。 (2)选择 mdi 方式，输入 g50 x0 z0，启动 start 键，把当前点设为零点。 (3)选择 mdi 方式，输入 g0 x150 z150 ，使刀具离开工件进刀加工。 (4)这时程序开头：g50 x150 z150 .。 (5)注意：用 g50 x150 z150，你起点和终点必须一致即 x150 z150，这样才能 保证重复加工不乱刀。 (6)如用第二参考点 g30，即能保证重复加工不乱刀，这时程序开头 g30 u0 w0 g50 x150 z150 (7)在 fanuc 系统里，第二参考点的位置在参数里设置。 三 用工件移设置工件零点 (1)在 fanuc0-td 系统的 offset 里，有一工件移界面，可输入零点偏移值。 (2)用外园车刀先试切工件端面，这时 z 坐标的位置如：z200，直接输入到偏移 值里。 (3)选择“ref”回参考点方式，按 x、z 轴回参考点，这时工件零点坐标系即建 立。 (4)注意：这个零点一直保持，只有从新设置偏移值 z0，才清除。 四 用 g54-g59 设置工件零点 (1)用外园车刀先试车一外园，测量外园直径后，把刀沿 z 轴正方向退点，切端 面到中心。 (2)把当前的 x 和 z 轴坐标直接输入到 g54-g59 里,程序直接调用如: g54x50z50。 (3)注意:可用 g53 指令清除 g54-g59 工件坐标系。 3.63.6 夹具的选择夹具的选择 3.6.13.6.1 确定工件的加工部位和具体内容确定工件的加工部位和具体内容 确定被加工工件需在本机床上完成的工序内容及其与前后工序的联系。 济源职业技术学院毕业设计 19 (1)工件在本工序加工之前的情况。例如铸件、锻件或棒料、形状、尺寸、加工余量 等。 (2)前道工序已加工部位的形状、尺寸或本工序需要前道工序加工出的基准面、基准 孔等。 (3)本工序要加工的部位和具体内容。 (4)为了便于编制工艺及程序，应绘制出本工序加工前毛坯图及本工序加工图。 3.6.23.6.2 确定工件的装夹方式与设计夹具确定工件的装夹方式与设计夹具 根据已确定的工件加工部位、定位基准和夹紧要求，选用或设计夹具。数控车 床多采用三爪自定心卡盘夹持工件；轴类工件还可采用尾座顶尖支持工件。由于数 控车床主轴转速极高，为便于工件夹紧，多采用液压高速动力卡盘，因它在生产厂 已通过了严格的平衡，具有高转速(极限转速可达 40006000rmin)、高夹紧力: (最大推拉力为 20008000n)、高精度、调爪方便、通孔、使用寿命长等优点。还: 可使用软爪夹持工件，软爪弧面由操作者随机配制，可获得理想的夹持精度。通过 调整油缸压力，可改变卡盘夹紧力，以满足夹持各种薄壁和易变形工件的特殊需要。 为减少细长轴加工时受力变形，提高加工精度，以及在加工带孔轴类工件内孔时， 可采用液压自动定心中心架，定心精度可达 0.03mm。 3.6.33.6.3 确定加工方案确定加工方案 (一)确定加工方案的原则 加工方案又称工艺方案，数控机床的加工方案包括制定工序、工步及走刀路线 等内容。 在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位 置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加 工方案时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。只有这样，才能使所制定的 加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。 制定加工方案的一般原则为：先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少， 走刀路线最短以及特殊情况特殊处理。 （1）先粗后精 济源职业技术学院毕业设计 20 为了提高生产效率并保证零件的精加工质量，在切削加工时，应先安排粗加工 工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量，同时尽量满足精加工的余量 均匀性要求。 当粗加工工序安排完后，应接着安排换刀后进行的半精加工和精加工。其中， 安排半精加工的目的是，当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，则 可安排半精加工作为过渡性工序，以便使精加工余量小而均匀。 在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时，其零件的最终轮廓应由最后一刀 连续加工而成。这时，加工刀具的进退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓 中安排切人和切出或换刀及停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光 滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。 （2）先近后远 这里所说的远与近，是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的。在一般情 况下，特别是在粗加工时，通常安排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。对于车削加工，先近后远有利 于保持毛坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。 （3）先内后外 对既要加工内表面(内型、腔)，又要加工外表面的零件，在制定其加工方案时， 通常应安排先加工内型和内腔，后加工外表面。这是因为控制内表面的尺寸和形状 较困难，刀具刚性相应较差，刀尖(刃)的耐用度易受切削热影响而降低，以及在加 工中清除切屑较困难等。 （4）走刀路线最短 确定走刀路线的工作重点，主要用于确定粗加工及空行程的走刀路线，因精加 工切削过程的走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。 走刀路线泛指刀具从对刀点(或机床固定原点)开始运动起，直至返回该点并结 束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程。 在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路线，不仅可以节省整 个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件 的磨损等。 济源职业技术学院毕业设计 21 优化工艺方案除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时可辅以一些 简单计算。 上述原则并不是一成不变的，对于某些特殊情况，则需要采取灵活可变的方案。 如有的工件就必须先精加工后粗加工，才能保证其加工精度与质量。这些都有赖于 编程者实际加工经验的不断积累与学习。 (二)加工路线与加工余量的关系 在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯件上过多的余量，特别 是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则 要注意程序的灵活安排。安排一些子程序对余量过多的部位先作一定的切削加工。 （1）对大余量毛坯进行阶梯切削时的加工路线 （2）分层切削时刀具的终止位置 (三)车螺纹时的主轴转速 数控车床加工螺纹时，因其传动链的改变，原则上其转速只要能保证主轴每转 一周时，刀具沿主进给轴(多为 z 轴)方向位移一个螺距即可，不应受到限制。但数 控车床加工螺纹时，会受到以下几方面的影响： （1）螺纹加工程序段中指令的螺距(导程)值，相当于以进给量（mm/r）表示的 进给速度 f，如果将机床的主轴转速选择过高，其换算后的进给速度(mm/min)则必 定大大超过正常值； （2）刀具在其位移的始/终，都将受到伺服驱动系统升/降频率和数控装置插补 运算速度的约束，由于升/降频特性满足不了加工需要等原因，则可能因主进给运动 产生出的“超前”和“滞后”而导致部分螺牙的螺距不符合要求； （3）车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能而实现，即车削螺纹需要有主轴脉 冲发生器(编码器)。当其主轴转速选择过高，通过编码器发出的定位脉冲(即主轴每 转一周时所发出的一个基准脉冲信号)将可能因“过冲”(特别是当编码器的质量不 稳定时)而导致工件螺纹产生乱扣。 因此，车螺纹时，主轴转速的确定应遵循以下几个原则： （1）在保证生产效率和正常切削的情况下，宜选择较低的主轴转速； （2）当螺纹加工程序段中的导入长度 1 和切出长度 2 考虑比较充裕，即螺 纹进给距离超过图样上规定螺纹的长度较大时，可选择适当高一些的主轴转速； 济源职业技术学院毕业设计 22 （3）当编码器所规定的允许工作转速超过机床所规定主轴的