毕业设计（论文）-复杂轴类配合件数控车削加工工艺及编程（全套图纸） .pdf

1 南通职业大学 毕业设计（论文） 课题：轴类配合件数控加工工艺及编程 院 部 专 业 班 级 姓 名 指导教师 完成日期 2 摘摘 要要 数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同， 但数控加工的整 个过程是自动进行的。数控加工的工序内容比普通机床的加工的工序内容复杂。 这是因为数控机床价格昂贵，若只加工简单的工序，在经济上不合算，所以在数 控机床上通常安排较复杂的工序，甚至是在通用机床上难以完成的那些工序。数 控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程编制复杂。 这是因为在普通机床的加 工工艺中不必考虑的问题，如工序内工步的安排、对刀点、换刀点及走刀路线的 确定等问题，在数控加工时，这一切都无例外地都变成了固定的程序内容，正由 于这个特点，促使对加工程序的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。 关键词关键词：轴类零件；数控车削；工艺设计 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 3 目目 录录 摘 要 . 2 第一章 绪论 4 1.0 数控机床介绍 4 1.1 数控编程的介绍 5 1.1.1 手工编程 5 第二章 零件图 5 第三章数控加工工工艺设计. 6 3.1 数控车削零件图工艺分析 . 6 3.1.1构成零件轮廓的几何条件. 6 3.1.2 尺寸精度要求 6 3.1.3形状和位置精度的要求 . 6 3.1.4表面粗糙度要求 . 7 3.1.5材料与热处理要求 . 7 3.2 加工工艺的确定. 7 第四章 程序介绍以及加工对刀 . 9 4.1 程序指令介绍 9 4.2 加工对刀 . 11 第五章 数控车床对刀具及刀具座的要求 . 15 5.1 对刀具的要求. 15 5.2 对刀座(夹)的要求 . 16 5.3 数控车床选刀过程 16 5.4 数控加工刀具卡片 18 第六章 夹具的概念及作用 数控机床夹具的类型和特点 . 19 第七章 加工进给路线的确定 . 21 7.1 加工路线与加工余量的关系 . 21 7.2 （1）刀具的切入、切出 22 7.3 零件加工工艺卡 24 第八章 零件加工过程完整介绍 . 27 4 第九章 数控机床编程. 31 9.1 数控加工程序 32 9.2 数控模拟加工 39 致谢 41 参考文献 42 第一章第一章 绪论绪论 1.0 数控机床介绍数控机床介绍 数字控制机床是用数字代码形式的信息(程序指令)，控制刀具按给定的工作 程序、运动速度和轨迹进行自动加工的机床，简称数控机床。 数控机床的组成部分包括测量系统、 控制系统、 伺服系统及开环或闭环系统， 在对数控零件进行实际程序设计之前，了解各组成部分是重要的。 数控机床具有广泛的适应性，加工对象改变时只需要改变输入的程序指令； 加工性能比一般自动机床高， 可以精确加工复杂型面， 因而适合于加工中小批量、 改型频繁、精度要求高、形状又较复杂的工件，并能获得良好的经济效果。 随着数控技术的发展， 采用数控系统的机床品种日益增多， 有车床、 铣床、 镗床、 钻床、磨床、齿轮加工机床和电火花加工机床等。此外还有能自动换刀、一次装 卡进行多工序加工的加工中心、车削中心等。 数控机床主要由数控装置、伺服机构和机床主体组成。输入数控装置的程序 指令记录在信息载体上，由程序读入装置接收，或由数控装置的键盘直接手动输 入。 数控装置包括程序读入装置和由电子线路组成的输入部分、运算部分、控制 部分和输出部分等。数控装置按所能实现的控制功能分为点位控制、直线控制、 5 连续轨迹控制等。 伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种类型。数控伺服机构是使工作台或滑 座沿坐标轴准确运动的装置。用于数控设备的伺服机构常有两种：步进电机和液 压马达。步进电机伺服机构常用于不太贵重的数控设备上。这些电机通常是大转 矩的伺服机构，直接安装在工作台或刀座的丝杠上。大多数步进电机是由来自定 子和转子组件的磁力脉冲驱动的，这种作用的结果是电机轴转一转产生 200 步 距。把电机轴接在 10 扣/英寸的丝杠上，每步能产生 0.0005 英寸的移动 （1/200x1/10=0.0005 英寸） 。液压伺服马达使压力液体流过齿轮或柱塞，从而 使轴转动。丝杠和滑座的机械运动是通过各种阀和液压马达的控制来实现的。液 压伺服马达产生比步进电机更大的转矩，但比步进电机贵，且噪声很大。大多数 大型数控机床使用液压伺服机构。 1.1 数控编程的介绍数控编程的介绍 1.1.1 手工编程手工编程 手工编程是指编制零件数控加工程序的各个步骤，即从零件图纸分析、工 艺决策、确定加工路线和工艺参数、计算刀位轨迹坐标数据、编写零件的数控加 工程序单直至程序的检验，均由人工来完成。 对于点位加工或几何形状不太复杂的轮廓加工， 几何计算较简单， 程序段不多， 手工编程即可实现。如简单阶梯轴的车削加工，一般不需要复杂的坐标计算，往 往可以由技术人员根据工序图纸数据，直接编写数控加工程序。 但对轮廓形状 不是由简单的直线、圆弧组成的复杂零件，特别是空间复杂曲面零件，数值计算 则相当繁琐，工作量大，容易出错，且很难校对，采用手工编程是难以完成的。 第二章第二章 零件图零件图 6 第三章数控加工工工艺设计第三章数控加工工工艺设计 3.1 数控车削零件图工艺分析数控车削零件图工艺分析 在设计零件的加工工艺规程时，首先要对加工对象进行深入分析。对于数控 车削加工应考虑以下几方面： 3.1.1构成零件轮廓的几何条件. 3.1.2 尺寸精度要求 分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否利用车削工艺达到，并确定控制 尺寸精度的工艺方法。 在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺 寸及尺寸链计算等。在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大 和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。 3.1.3形状和位置精度的要求 零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。加工时，要 7 按照其要求确定零件的定位基准和测量基准， 还可以根据数控车床的特殊需要进 行一些技术性处理，以便有效的控制零件的形状和位置精度。 3.1.4表面粗糙度要求 表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床、 刀具及确定切削用量的依据。 3.1.5材料与热处理要求 零件图样上给定的材料与热处理要求，是选择刀具、数控车床型号、确定切 削用量的依据。 3.2 加工工艺的确定加工工艺的确定 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 定加工顺序时，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 制定的加工顺序合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。 数控车削的加工顺序一般按照 4.1.4 和 4.2.2 中总体原则确定， 下面针对数控 车削的特点对这些原则进行详细的叙述。 (1)先粗后精 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(如图 2- 1 和 2- 2 中的虚线 内所示部分)去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。 8 图 2- 1 图 2- 2 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）内外交叉 9 对既有内表面（内型腔） ，又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，应 先进行内外表面粗加工， 后进行内外表面精加工。 切不可将零件上一部分表面 （外 表面或内表面）加工完毕后，再加工其他表面（内表面或外表面） 。 （3）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。 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。 第四章第四章 程序介绍以及加工对刀程序介绍以及加工对刀 4.1 程序指令介绍程序指令介绍 将一组命令所构成的功能，像子程序一样事先存入存储器中，用一个命令作 为代表，执行时只需要写出这个代表命令，就可以执行其功能。这一组命令称为 用户宏主体（或用户宏程序） ，简称为用户宏（custom macro）指令，这个代表 命令称为用户宏命令，也称为宏调用命令。 用户宏的最大特点有以下几个方面： 1.可以在用户宏主（本）体中使用变量。 2. 可以进行变量之间的运算。 3.用户宏命令可以对变量进行赋值。 10 使用用户宏时的方便之处在于可以用变量代替具体数值，因而在加工同一类 的零件时， 只需将实际的值赋予变量即可， 而不需要对每一个零件都遍一个程序。 用户宏程序功能有 a、b 两种类型。 （1） 宏指令 g65 宏指令 g65 可以实现丰富的宏功能，包括算术运算、逻辑运算等。 宏指令的一般形式为：g65hm p# j r # k 式中 m 宏程序功能，数值范围 01- 99； #i运算结果存放处的变量名； #j被操作的第一个变量，也可以是一个常数； #k被操作的第二个变量，也可以是一个常数。 fanuc 系统中常用的程序指令：g00：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 g32 螺纹切削 （1）外圆粗切循环 g71u（d）r（e） g71 p（ns）q（nf）u（u）w（w）f（f）t（t）式中 d 切削深度（半径给定） e 退刀量 ns 精加工程序第一个程序段的顺序号 nf精加工程序最后一个程序段的顺序号 u在 x 方向的精加工余量（直径值） w在 z 轴方向的精加工余量 f、s、tf、s、t 代码 （2）复合螺纹切削循环指令 g76 g76p（m） （r） （&）q（dmin）r（d） g76x（u）z（w）r（i）p（k）q（d）f（l）式中 m- - - 精加工重复次数（199） r倒角量 &刀尖角。 dmin最小切深（用半径指定） d（精加工余量） x（u）z（w）终点坐标 i- 螺纹半径差 k- 螺纹高 d- 第一刀切削深度 l螺距 （3）g70 外圆精加工循环 11 p精加工第一段程序号 q精加工最后程序号 g 指令（准备功能） 4.2 加工对刀加工对刀 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 12 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. 所以如果是多种类小批量加工最好买带对刀器的.节约时间. 我以前用的mazak车床,我换一个新工件从停机到新工件开始批量加工中间 时间一般只要10到15分钟就可以了.(包括换刀具软爪试切) = 数控车床基本坐标关系及几种对刀方法比较 在数控车床的操作与编程过程中， 弄清楚基本坐标关系和对刀原理是两个非 常重要的环节。这对我们更好地理解机床的加工原理，以及在处理加工过程中修 改尺寸偏差有很大的帮助。 一、基本坐标关系 一般来讲，通常使用的有两个坐标系：一个是机械坐标系 ；另外一个是工 件坐标系，也叫做程序坐标系。两者之间的关系可用图1来表示。 图1 机械坐标系与工件坐标系的关系 在机床的机械坐标系中设有一个固定的参考点(假设为(x，z)。这个参考点 的作用主要是用来给机床本身一个定位。 因为每次开机后无论刀架停留在哪个位 置，系统都把当前位置设定为(0，0)，这样势必造成基准的不统一，所以每次开 机的第一步操作为参考点回归(有的称为回零点)，也就是通过确定(x，z)来确定 原点(0，0)。 为了计算和编程方便，我们通常将程序原点设定在工件右端面的回转中心 上，尽量使编程基准与设计、装配基准重合。机械坐标系是机床唯一的基准，所 以必须要弄清楚程序原点在机械坐标系中的位置。 这通常在接下来的对刀过程中 完成。 二、对刀方法 1. 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 13 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。 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。 2. 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。对刀仪工作原理如图3所示。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” ，crt出现如图4 所示的界面。 图4 对刀数值界面 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，如图5所示。 = = 14 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。 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，在yhcnc软件里，按鼠 标右键出现对话框，按鼠标左键确认即可。 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。 数控车床对刀步骤： 一、装夹工件，安装刀具 二、在mdi模式下转动主轴，换刀t1（也可以是t2或者是其它刀具，但通常 应可以切削端面和外园）指令为t11 三、移动刀具，靠近工件 四、x向对刀： 1、 移动刀具到外圆，试切削出一段光整的圆柱表面，然后刀具沿z向退 15 出（此时刀具不可做x向移动） 2、 记录当前机床的x向机床坐标值x、测量被切出的工件外圆直径d 3、 将xd，计算结果填入menu offset-offset geometry的与刀具号 相应的x中(或者使用机床的测量功能) 五、z向对刀： 1、移动刀具，试切削出光整的端面，然后刀具沿x向退出（此时刀具不 得有z向移动） 2、记录当前机床的机床坐标系z项值，填入menu offset-offset geometry的z项值中(或者使用机床的测量功能) 第五章第五章 数控车床对刀具及刀具座的要求数控车床对刀具及刀具座的要求 5.1 对刀具的要求对刀具的要求 数控车床能兼作粗、精车削。为使粗车能大吃刀、大走刀，要求粗车刀具强 度高、 耐用度好； 精车首先是保证加工精度， 所以要求刀具的精度高、 耐用度好。 为减少换刀时间和方便对刀，应尽可能多地采用机夹刀。使用机夹刀可以为自动 对刀准备条件。如果说对传统车床上采用机夹刀只是一种倡议，那么在数控车床 上采用机夹刀就是一种要求了。机夹刀具的刀体，要求制造精度较高，夹紧刀片 的方式要选择得比较合理。由于机夹刀装上数控车床时，一般不加垫片调整，所 以刀尖高的精度在制造时就应得到保证。对于长径比例较大的内径刀杆，最好具 有抗振结构。内径刀的冷却液最好先引入刀体，再从刀头附近喷出。对刀片，在 多数情况下应采用涂层硬质合金刀片。 涂层在较高切削速度(100mmin)时才体 现出它的优越性。普通车床的切削速度一般上不去，所以使用的硬质合金刀片可 以不涂层。刀片涂层增加成本不到一倍，而在数控车床上使用时耐用度可增加两 倍以上。数控车床用了涂层刀片可提高切削速度，从而就可提高加工效率。涂层 材料一般有碳化钛、 氮化钛和氧化铝等， 在同一刀片上也可以涂几层不同的材料， 成为复合涂层。数控车床对刀片的断屑槽有较高的要求。原因很简单：数控车床 自动化程度高，切削常常在封闭环境中进行，所以在车削过程中很难对大量切屑 进行人工处置。如果切屑断得不好，它就会缠绕在刀头上，既可能挤坏刀片，也 16 会把切削表面拉伤。普通车床用的硬质合金刀片一般是两维断屑槽，而数控车削 刀片常采用三维断屑槽。三维断屑槽的形式很多，在刀片制造厂内一般是定型成 若干种标准。它的共同特点是断屑性能好、断屑范围宽。对于具体材质的零件， 在切削参数定下之后， 要注意选好刀片的槽型。 选择过程中可以作一些理论探讨， 但更主要的是进行实切试验。在一些场合，也可以根据已有刀片的槽型来修改切 削参数。要求刀片有高的耐用度，这是不用置疑的。 数控车床还要求刀片耐用度的一致性好，以便于使用刀具寿命管理功能。在 使用刀具寿命管理时， 刀片耐用度的设定原则是把该批刀片中耐用度最低的刀片 作为依据的。在这种情况下，刀片耐用度的一致性甚至比其平均寿命更重要。至 于精度，同样要求各刀片之间精度一致性好。 5.2 对刀座对刀座(夹夹)的要求的要求 刀(刃)具很少直接装在数控车床的刀架上，它们之间一般用刀座(也称刀夹) 作过渡。刀座的结构主要取决于刀体的形状、刀架的外型和刀架对主轴的配置方 式这三个因素。现今刀座的种类繁多，生产厂各行其事，标准化程度很低。机夹 刀体的标准化程度比较高，所以种类和规格并不太多；刀架对机床主轴的配置方 式总共只有几种；唯有刀架的外型(主要是指与刀座联接的部分)型式太多。用户 在选型时，应尽量减少种类、型式，以利管理。 5.3 数控车床选刀过程数控车床选刀过程 数控车床刀具的选刀过程，如图 5- 14 所示。从对被加工零件图样的分析开 始，到选定刀具，共需经过十个基本步骤，以图 5- 14 中的 10 个图标来表示。选 刀工作过程从第 1 图标“零件图样”开始，经箭头所示的两条路径，共同到达最 后一个图标“选定刀具” ，以完成选刀工作。其中，第一条路线为：零件图样、 机床影响因素、选择刀杆、刀片夹紧系统、选择刀片形状，主要考虑机床和刀具 的情况；第二条路线为：工件影响因素、选择工件材料代码、确定刀片的断屑槽 型、 选择加工条件脸谱， 这条路线主要考虑工件的情况。 综合这两条路线的结果， 才 能 确定 所选用的 刀具 。下面将讨论每一图标的内容及 选择办法。 17 图 2- 4 数控车床刀具的选刀过程 (1) 机床影响因素 “机床影响因素”图标如图 2- 5 所示。为保证加工方案的可行性、经济性， 获得最佳加工方案，在刀具选择前必须确定与机床有关的如下因素： 机床类型：数控车床、车削中心； 刀具附件：刀柄的形状和直径，左切和右切刀柄； 图 2- 5 机床影响因素 主轴功率； 18 工件夹持方式。 5.4 数控加工刀具卡片数控加工刀具卡片 数控加工刀具卡片如表 2- 1 表 2- 1 数控加工刀具卡片 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 o 90 菱形车刀 1 车外型 2 t02 60 o 外螺纹车刀 1 车外螺纹 3 t03 车切刀 1 车外槽 4 t04 内孔镗刀 1 镗内孔 5 t05 60 o 内螺纹刀 1 车内螺纹 6 t06 内车槽刀 1 切内槽 编制 审 核 批 准 共 页 第 页 19 第六章第六章 夹具的概念及作用夹具的概念及作用 数控机床夹具的类型和特点数控机床夹具的类型和特点 应用机床夹具，有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳 动生产率和降低成本；有利于改善工人劳动条件，保证安全生产；有利于扩大机 床工艺范围，实现“一机多用” 。 机床夹具的类型 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加 工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。 在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是 一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的 制造成本等。 机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。常用的分类 方法有以下几种。 （）按夹具的使用特点分类 根据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹 具、可调夹具、组合夹具和拼装夹具五大类。 通用夹具 已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具，其结构、 尺寸已规格化，而且具有一定通用性，如三爪自定心卡盘、机床用平口虎钳、四 爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架和磁力工作台等。这类夹具适 应性强，可用于装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。这些夹具已作为机床附 件由专门工厂制造供应，只需选购即可。其缺点是夹具的精度不高，生产率也较 低，且较难装夹形状复杂的工件，故一般适用于单件小批量生产中。 专用夹具 专为某一工件的某道工序设计制造的夹具， 称为专用夹具。 在产品相对稳定、 批量较大的生产中，采用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。专用 夹具的设计周期较长、投资较大。 20 专用夹具一般在批量生产中使用。除大批大量生产之外，中小批量生产中也 需要采用一些专用夹具，但在结构设计时要进行具体的技术经济分析。 可调夹具 某些元件可调整或更换，以适应多种工件加工的夹具，称为可调夹具。可调 夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。 对不同类型 和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使 用。 它一般又可分为通用可调夹具和成组夹具两种。前者的通用范围比通用夹具 更大； 后者则是一种专用可调夹具， 它按成组原理设计并能加工一族相似的工件， 故在多品种，中、小批量生产中使用有较好的经济效果。 组合夹具 采用标准的组合元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为组 合夹具。 组合夹具是一种模块化的夹具。 标准的模块元件具有较高精度和耐磨性， 可组装成各种夹具。夹具用毕可拆卸，清洗后留待组装新的夹具。由于使用组合 夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有减少专用夹具数量等优 点，因此组合夹具在单件，中、小批量多品种生产和数控加工中，是一种较经济 的夹具。 拼装夹具 用专门的标准化、系列化的拼装零部件拼装而成的夹具，称为拼装夹具。它 具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效能高、结构紧凑。它的基础板和 夹紧部件中常带有小型液压缸。此类夹具更适合在数控机床上使用。 （）按使用机床分类 夹具按使用机床不同，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、 齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具以及其他机床夹 具等。 （）按夹紧的动力源分类 夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、 气动夹具、 液压夹具、 气液增力夹具、 电磁夹具以及真空夹具等。 21 第七章第七章 加工进给路线的确定加工进给路线的确定 进给路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹， 它不但包括了工 步的内容，而且也反映出工步的顺序。进给路线也是编程的依据之一。 加工路线的确定首先必须保持被加工零件的尺寸精度和表面质量， 其次考虑 数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等。因精加工的进给路线基本上都是 沿其零件轮廓顺序进行的， 因此确定进给路线的工作重点是确定粗加工及空行程 的进给路线。下面将具体分析： 7.1 加工路线与加工余量的关系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。 对大余量毛坯进行阶梯切削时的加工路线图2- 6所示为车削大余量工件的 两种加工路线，图(a)是错误的阶梯切削路线，图(b)按 15 的顺序切削，每次切 削所留余量相等，是正确的阶梯切削路线。因为在同样背吃刀量的条件下，按图 (a)方式加工所剩的余量过多。 根据数控加工的特点，还可以放弃常用的阶梯车削法，改用依次从轴向和径 向进刀、顺工件毛坯轮廓走刀的路线(如图 2- 7 所示) 分层切削时刀具的终止位置当某表面的余量较多需分层多次走刀切削时， 从第二刀开始就要注意防止走刀到终点时切削深度的猛增。如图 2- 8 所示，设以 900 主偏角刀分层车削外圆，合理的安排应是每一刀的切削终点依次提前一小段 距离 e(例如可取 e=0.05 )。如果 e=0，则每一刀都终止在同一轴向位置上，主 切削刃就可能受到瞬时的重负荷冲击。 当刀具的主偏角大于 900， 但仍然接近 900 时， 也宜作出层层递退的安排， 经验表明， 这对延长粗加工刀具的寿命是有利的。 22 图 2- 6 车削大余量毛坯的阶梯路线 图 2- 7 双向进刀走刀路线 图 2- 8 分层切削时刀具的终止位置 7.2 （1）刀具的切入、切出）刀具的切入、切出 在数控机床上进行加工时，要安排好刀具的切入、切出路线，尽量使刀具沿 轮廓的切线方向切入、切出。尤其是车螺纹时，必须设置升速段1 和降速段 23 2（如图 2- 9） ，这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定。 图 2- 9 车螺纹时的引入距离和超越距离 （2）确定最短的切削进给路线 切削进给路线短，可有效地提高生产效率，降低刀具损耗等。在安排粗加工 或半精加工的切削进给路线时， 应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性 等要求，不要顾此失彼。图 2- 10 为粗车工件时几种不同切削进给路线的安排示 例。其中，图 2- 10(a)表示利用数控系统具有的封闭式复合循环功能而控制车刀 沿着工件轮廓进行走刀的路线；图 2- 10(b)为利用其程序循环功能安排的“三角 形”走刀路线；图 2- 10(c)为利用其矩形循环功能而安排的“矩形”走刀路线。 对以上三种切削进给路线， 经分析和判断后可知矩形循环进给路线的走刀长 度总和为最短。因此，在同等条件下，其切削所需时间（不含空行程）为最短， 刀具的损耗小。另外，矩形循环加工的程序段格式较简单，所以这种进给路线的 安排，在制定加工方案时应用较多。 24 图 2- 10 走刀路线示例 (a) 沿工件轮廓走刀 (b)“三角形”走刀 (c)“矩形”走刀 7.3 零件加工工艺卡零件加工工艺卡 零件加工工艺卡，如表 2- 1、2- 2 1.用 g71 循环粗加工工作 1. 2.用 g70 精加工20x8, 23.8x50. 3.车槽15x8386 4.用 g76 螺纹复合循环加工 m24x1.5 外螺纹. 5.用 g71 凹槽循环粗加工 sr10. 6.用 g70 精加工 sr10,手工切断,保证长度 52. 7.用 g71 循环粗加工件 2 右端.(不包括椭圆). 8.用 g70 循环精加工件 2 右端至尺寸.(不包括椭圆). 9.粗,精加工工件 2 右端椭圆. 10.调头夹36x17.用 g71 粗加工件 2 左端外形,用 g70 循环精加工 2 左端外形. 11.车 5x40 外槽. 12.用 g71 循环粗加工件 2 左端内腔,用 g70 循环精加工件 2 左端内腔. 13.车 4x25 内槽. 14.用 g76 罗纹复合循环加工 m24x1.5 内螺纹 表 2- 2 件一工艺卡 单位名称 产品名称或代号 零件名称 零件图号 典型轴 工序号 程 序 编 号 夹具名称 使用设备 车间 25 001 三爪卡盘和活动顶尖 tnd360 数控车床 工步号 工步内容 刀具号 刀具规 格 / mm 主轴转速 /r.m1 进给速度 /mm.m 1 背吃刀量 / mm 备注 1 粗车外圆 t01 800 1.5 自动 2 精车外圆 t01 1500 自动 3 切槽 t03 600 25 自动 4 车螺纹 t02 1000 自动 5 粗车外轮廓 t01 800 1.5 自动 6 精车外轮廓 t01 150080 自动 表 2- 3 件二工艺卡 单位名称 产品名称或代号 零件名称 零件图号 典型轴 工序号 程 序 编 号 夹具名称 使用设备 车间 26 001 三爪卡盘和活动顶尖 tnd360 数控车床 工步号 工步内容 刀具号 刀具规 格 / mm 主轴转速 /r.m1 进给速度 /mm.m 1 背吃刀量 / mm 备注 1 粗车外圆 t01 800 1.5 自动 2 精车外圆 t01 150080 自动 3 粗车外轮廓 t1 800 1.5 自动 4 精车外轮廓 t1 150080 5 掉头粗外轮廓 t01 800 自动 6 精车外轮廓 t02 1500 自动 7 切槽 t03 600 25 1.5 自动 8 粗镗内孔 t04 800 10 精镗内孔 t04 120080 自动 11 车内槽 t06 600 25 12 车内螺纹 t05 1000 27 第八章第八章 零件加工过程完整介绍零件加工过程完整介绍 1.用外园车刀先试车一外圆，记住当前 x 坐标，测量外园圆直径后，用 x 坐标减外圆 直径，所的值输入 offset 界面的几何形状 x 值里。 2.用外车刀先试车一外圆端面，记住当前 z 坐标，输入 offset 界面的几何形状 z 值里。 1. 调用 93 度外圆车刀，用 g71 循环粗加工工作 1. n5 g98 n10 m3 s800 t0101 n15 g0 x51 z3 n20 g71 u1.5 r1 n25 g71 p30 q65 u0.5 w0.1 f150 2. 用 g70 精加工20x8, 23.8x50. n95 g70 p30 q65 n100 g0 x100 z50 n105 m5 n110 m0 3. 换取车切槽刀车槽15x8386 n115 t0303 s600 m3 f25 n120 g1 x26 z- 38.386 n125 g1 x15.2 n130 g0 x26 n135 z- 34.386 n140 g1 x15.2 n145 g0 x26 n150 z- 34 n155 g1 x15 n160 z- 38.386 n165 g0 x24 n170 z- 32.5 n175 g1 x21 w- 1.5 n180 g0 x100 n185 z50 4. 调用 60 度外螺纹刀用 g76 螺纹复合循环加工 m24x1.5 外螺纹. n175 t0202 s1000 m3 n180 g0 x26 z- 3 n185 g76 p10160 q80 r0.1 n190 g76 x22.14 z- 31 r0 p930 q350 f1.5 n195 g0 x100 z50 n200 m5 5. 用 g71 凹槽循环粗加工 sr10. 28 n215 g71 u1.5 r1 n220 g71 p225 q245 u0.5 w0.1 f150 n225 g1 x15 z- 37 n230 z- 38.386 n235 g3 x15 z- 52 r10 n240 g1 z- 53 n245 x25 n250 g0 x100 n255 z50 n260 m5 n265 m0 6. 用 g70 精加工 sr10,手工切断,保证长度 52. n280 g70 p225 q245 n285 g0 g40 x100 n290 z50 n295 m30 7. 用 g71 循环粗加工件 2 右端.(不包括椭圆). n5 g98 n10 t0101 s800 m3 n15 g0 x51 z2 n20 g71 u1.5 r1 n25 g71 p30 q65 u0.5 w0.1 f150 n30 g1 x25.966 n35 z2 n40 z- 19 n45 x35.988 z- 29 n50 z- 46 n55 x44 n60 x45.992 z- 47 n65 z- 55 n70 g0 x100 n75 z50 n80 m5 n85 m0 8. 用 g70 循环精加工件 2 右端至尺寸.(不包括椭圆). n50 g70 p30 q65 n55 g0 x100 z50 n60 m5 n65 m0 9. 粗,精加工工件 2 右端椭圆. n80 #150=26 29 n85 if#150lt 1goto105 n90 m98 p0003 （调用椭圆子程序） n95 #150=#150- 2 n100 goto85 n105 g0 x30 z2 n110 s1500 f80 n115 #150=0 n120 m98 p0003 n125 g0 x100 z50 n130 m5 n135 m30 00003 （椭圆子程序） n5 #101=20 n10 #102=13 n15 #103=20 n20 if#103lt1goto50 n25 #104=sqrt#101*#101- #103*#103 n30 #105=13*#104/20 n35 g1 x2*#105+#150z#103- 20 n40 #103=#103- 0.5 n45 goto20 n50 g0 u2 z2 n55 m99 10.调头夹36x17.用 g71 粗加工件 2 左端外形,用 g70 循环精加工 2 左端外形. n5 g98 n10 t0101 s800 m3 n15 g0 x51 z2 n20 g71 u1.5 r1 n25 g71 p30 q55 u0.5 w0.1 f150 n30 g1 x32 n35 z0 n40 x33.992 z- 1 n45 g1 z- 5.202 n50 g2 x45.992 z- 15 r11 n55 g1 z- 46 n60 g0 x100 z50 n65 m5 n70 m0 n80 g0 x51 z2 n85 g70 p30 q55 n90 g0 x100 z50 n95 m5 n100 m0 30 11.车 5x40 外槽. n105 s600 m3 t0303 f25 n110 g0 x48 z- 20 n115 g1 x40 n120 g0 x48 n125 z- 21 n130 g1 x40 n135 g0 x48 n140 z- 30 n145 g1 x40 n150 g0 x48 n155 z- 31 n160 g1 x40 n165 g0 x48 n170 z- 40 n175 g1 x40 n180 g0 x48 n185 z- 41 n190 g1 x100 n195 g0 x100 n200 z50 n205 m5 n210 m0 12.用 g71 循环粗加工件 2 左端内腔,用 g70 循环精加工件 2 左端内腔. n215 t0404 s800 m3 n220 g0 x19.5 z2 n225 g71 u1 r0.25 n230 g71 p235 q270 u- 0.5 w0.1 f150 n235 g1 x24 n305 g70 p235 q270 n310 g0 z100 13.调用内车槽刀车 4x25 内槽. n330 s600 m3 t0606 f25 n335 g0 x21 z5 n340 z- 22 n345 g1 x25 n350 x21 n355 z- 20.5 n360 x25 n365 x21 n370 g0 z100 n375 x50 31 n380 m5 n385 m00 14.调用 60 度内螺纹刀用 g76 罗纹复合循环加工 m24x1.5 内螺纹 n390 s1000 m3 t0505 n395 g0 x21 z3 n400 g76 p10160 q80 r0.1 n405 g76 x24.05 z- 19 r0 p930 q350 f1.5 n410 g0 z100 n415 x50 n420 m5 n425 m3 第九章第九章 数控机床编程数控机床编程 毛坯加紧位置正向微调 毛坯加紧位置负向微调 屏幕安排：以固定的顺序来改变屏幕布置的功能 屏幕整体放大 屏幕整体缩小 屏幕放大、缩小 屏幕平移 屏幕旋转 x-z 平面选择 y-z 平面选择 y-x 平面选择 32 9.1 数控加工程序数控加工程序 1.用 g71 循环粗加