复杂轴类配合件说明书.pdf

1 毕业设计（论文） 课题： 系科：机械工程系 专业： 班级： 姓名： 指导教师： 完成日期： 2 摘摘要要 数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、 盘类等回转体零件。 通过数控加工程序的运行， 可自动完成内外圆柱面、 圆锥面、 成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等 工作。 数控车床种类较多，但主体结构都是由：车床主体、数控装置、伺服系统三 大部分组成。 数控机床的编程方法有手工编程和自动编程两种。 手工编程，编制复杂零件 时，容易出错；而自动编程则不会发生这种情况。 编程就是将加工零件的加工顺序、刀具运动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主 运动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开 关、刀具夹紧、松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码， 按 一定格式编写成加工程序。 数控机床程序编制过程主要包括：分析零件图纸、工艺处理、数学处理、 编 写零件程序、程序校验。 机床夹具的种类很多，按使用机床类型分类，可分为车床夹具、铣床夹具、 钻床夹具、镗床夹具、加工中心夹具和其他夹具等。按驱动夹具工作的动力源分 类，可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具和自夹紧夹具 等。 关键词：数控，车床，编程，加工。 3 AbstractAbstract CNC lathe is the most widely used one of the CNC machine tools. CNC lathe machining for the main shaft, plates and other types of rotating parts. NC machining process through the operation can be done automatically and outside the cylinder, cone surface, forming surface, Thread and End of the processes of cutting, and the car bays, drilling and reaming, Reaming work. CNC lathe more categories, but the main structure are : the main Lathe, CNC equipment, servo system has three major components. CNC machine tool programmingmanual methodsofprogrammingand automatic program two. Manual programming, the preparation of complex parts, prone to error; And automatic programming will not happen. Programming is part of the processing sequence processing, tool trajectory size data Process parameters (main movement and feed velocity, cutting depth) and ancillary operations (ATC, spindle rotating direction Coolant switches, tool clamping, loose, etc.) the processing of information, with the words, figures and symbols of code, according to a certain format into processing procedures. CNC machine tool programming process include : analysis of parts drawings, crafts, math, procedures for the preparation of parts, calibration procedures. Fixture of many types, by the use of machine type can be divided into fixture lathe, milling machine fixture, drilling fixture. Jig Boring Machine, processing centers and other fixture fixture. Fixture driven by the dynamic source categories can be divided into manual fixture, the fixture pneumatic, hydraulic fixture, electrical fixture, Magnetic clamping fixture and the fixture since. KeyKeyKeyKeywords:words:words:words: CNC,CNC,CNC,CNC, lathe,lathe,lathe,lathe, programming,programming,programming,programming, cessing. 4 目目录录 摘要2 Abstract.3 第一章绪论6 1.1 数控机床介绍. 6 1.2 数控机床的分类.9 1.2.1 按加工工艺方法分类 9 1.2.2 按控制运动轨迹分类 9 1.2.3 按驱动装置的特点分类11 1.3 宏程序简介. 13 第二章数控加工工工艺设计19 2.1 数控车削零件图工艺分析 19 2.1.1构成零件轮廓的几何条件.19 2.1.2 尺寸精度要求.19 2.1.3形状和位置精度的要求.19 2.1.4表面粗糙度要求20 2.1.5材料与热处理要求.20 2.2 加工顺序的确定.20 2.3 数控车床对刀具及刀具座的要求22 2.3.1对刀具的要求22 2.3.2 对刀座(夹)的要求23 2.4 数控车床选刀过程.23 2.5 数控加工刀具卡片.25 2.6 加工进给路线的确定.26 2.6.1 加工路线与加工余量的关系26 2.6.2 刀具的切入、切出.27 2.6.3 零件加工过程简述.29 2.6.4 零件加工工艺卡.30 第三章数控机床编程33 3.1 MDI/CRT 窗口.33 3.1.1 YHCNC 执行和退出.33 3.1.2MDI/CRT 窗口的基本操作33 3.2 数控加工程序.35 3.3 数控模拟加工.43 第四章 总 结45 5 参考文献46 6 第一章第一章绪论绪论 1.11.1 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。 1948 年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样 板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应， 于是提出计算机控制机床的设想。1949 年，该公司在美国麻省理工学院伺服机 构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于 1952 年试制成功第一台由大型立 式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产。 当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少 数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件；1959 年，制成了晶体管元件和印 刷电路板，使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；1960 年以后， 较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快发展，使数 控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。1965 年，出现了第三代的集成电路 数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了 数控机床品种和产量的发展。60 年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多 台机床的直接数控系统(简称 DNC)，又称群控系统； 采用小型计算机控制的计算 机数控系统(简称 CNC),使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974 年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置(简 称 MNC)，这是第五代数控系统。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了 7 一倍，而体积则缩小为原来的 1/20，价格降低了 3/4，可靠性也得到极大的提高。 80 年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自 动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机 床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。 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、 连续轨迹控制三类。 点位控制是只控制刀具或工作台从一点移至另一点的准确定位， 然后进行定 点加工，而点与点之间的路径不需控制。采用这类控制的有数控钻床、数控镗床 和数控坐标镗床等。 直线控制是除控制直线轨迹的起点和终点的准确定位外， 还要控制在这两点 之间以指定的进给速度进行直线切削。采用这类控制的有平面铣削用的数控铣 床，以及阶梯轴车削和磨削用的数控车床和数控磨床等。 连续轨迹控制(或称轮廓控制)能够连续控制两个或两个以上坐标方向的联 合运动。为了使刀具按规定的轨迹加工工件的曲线轮廓，数控装置具有插补运算 的功能，使刀具的运动轨迹以最小的误差逼近规定的轮廓曲线，并协调各坐标方 向的运动速度，以便在切削过程中始终保持规定的进给速度。采用这类控制的有 能加工曲面用的数控铣床、数控车床、数控磨床和加工中心等。 伺服机构分为开环、半闭环和闭环三种类型。开环伺服机构是由步进电机驱 动线路，和步进电机组成。每一脉冲信号使步进电机转动一定的角度，通过滚珠 丝杠推动工作台移动一定的距离。这种伺服机构比较简单，工作稳定，容易掌握 使用，但精度和速度的提高受到限制。 半闭环伺服机构是由比较线路、伺服放大线路、伺服马达、速度检测器和位 置检测器组成。位置检测器装在丝杠或伺服马达的端部，利用丝杠的回转角度间 8 接测出工作台的位置。常用的伺服马达有宽调速直流电动机、宽调速交流电动机 和电液伺服马达。位置检测器有旋转变压器、光电式脉冲发生器和圆光栅等。 这 种伺服机构所能达到的精度、速度和动态特性优于开环伺服机构，为大多数中小 型数控机床所采用。 闭环伺服机构的工作原理和组成与半闭环伺服机构相同， 只是位置检测器安 装在工作台上，可直接测出工作台的实际位置，故反馈精度高于半闭环控制， 但 掌握调试的难度较大，常用于高精度和大型数控机床。闭环伺服机构所用伺服马 达与半闭环相同，位置检测器则用长光栅、长感应同步器或长磁栅。 为了保证机床具有很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力， 数控机床结 构设计的特点是具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。进给 系统的机械传动链采用滚珠丝杠、 静压丝杠和无间隙齿轮副等，以尽量减小反向 间隙。机床采用塑料减摩导轨、滚动导轨或静压导轨，以提高运动的平稳性并使 低速运动时不出现爬行现象。 由于采用了宽调速的进给伺服电动机和宽调速的主轴电动机， 可以不用或少 用齿轮传动和齿轮变速，这就简化了机床的传动机构。机床布局便于排屑和工件 装卸， 部分数控机床带有自动排屑器和自动工件交换装置。大部分数控机床采用 具有微处理器的可编程序控制器， 以代替强电柜中大量的继电器，提高了机床强 电控制的可靠性和灵活性。 随着微电子技术、计算机技术和软件技术的迅速发展，数控机床的控制系统 日益趋向于小型化和多功能化，具备完善的自诊断功能；可靠性也大大提高； 数 控系统本身将普遍实现自动编程。 未来数控机床的类型将更加多样化， 多工序集中加工的数控机床品种越来越 多； 激光加工等技术将应用在切削加工机床上， 从而扩大多工序集中的工艺范围； 数控机床的自动化程度更加提高， 并具有多种监控功能，从而形成一个柔性制造 单元，更加便于纳入高度自动化的柔性制造系统中。 9 1.21.2 数控机床的分类数控机床的分类 1.2.1 按加工工艺方法分类 1金属切削类数控机床 与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣 床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺 方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数 字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。 在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。 加工中 心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加 工中心， 它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成 的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、 镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中 心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差， 减少了机床的台数和 占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。 2特种加工类数控机床 除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、 数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光 加工机床等。 3板材加工类数控机床 常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、 数控剪板机和数控折 弯机等。 近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、 自 动绘图机及工业机器人等。 1.2.2 按控制运动轨迹分类 1点位控制数控机床 10 位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控 制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运 动无任何联系。 可以几个坐标同时向目标点运动， 也可以各个坐标单独依次运动。 这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。 点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。 2直线控制数控机床 直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度， 沿着平行于坐标 轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变 化。 直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的数 控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺 服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线 控制数控机床。 数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一 定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/ 直线控制的数控机床。 3轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关 的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制 机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位 移，将工件加工成要求的轮廓形状。 常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控 火焰切割机、 电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控 制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补 运算，然后进行相应的速度与位移控制。 11 现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现， 增加轮廓控制功能不会带来 成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控 制功能。 1.2.3 按驱动装置的特点分类 1开环控制数控机床 这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件， 伺服驱动部件通常为 反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令， 经 驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝 杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与 位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向 的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机 床。 开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。但是，系统对移动部件的实 际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。因此，步进电动机的失步、步距角 误差、 齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统仅适用 于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。 2闭环控制数控机床 接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中， 与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需 要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统 的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控 制精度高。图 1-3 所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中 A 为速度传感 器、C 为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有 移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过 A 将速度反馈信号送 到速度控制电路，通过 C 将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与 位移指令值相比较，用比较后得到的差值进行位置控制，直至差值为零时为止。 12 这类控制的数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故称为闭环控制数控机 床。 闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本 高。 3半闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角 位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部 件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。通过测速元件 A 和光电编码盘 B 可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实际位 移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。由于工作台没有包括在控 制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。 半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多将 角度检测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。 4混合控制数控机床 将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。混合控 制数控机床特别适用于大型或重型数控机床， 因为大型或重型数控机床需要较高 的进给速度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环控制， 机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。混合控制系统又 分为两种形式： （1）开环补偿型。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附 加一个校正电路。 用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的 误差。 （2）半闭环补偿型。它是用半闭环控制方式取得高精度控制，再用装在工 作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速度与高精度的统一。 其 中 A 是速度测量元件（如测速发电机），B 是角度测量元件，C 是直线位移测量 元件。 13 1.31.3 宏程序简介宏程序简介 能完成某一功能的一系列指令像子程序那样存入存储器，用一个总指令来它们， 使用时只需给出这个总指令就能执行其功能。 l 所存入的这一系列指令用户宏程序 l 调用宏程序的指令宏指令 l 特点：使用变量 一 变量的表示和使用 （一） 变量表示 I(I=1,2,3,)或式子 例：5，109，501，1212 （二） 变量的使用 1 地址字后面指定变量号或公式 格式：地址字I 地址字I 地址字式子 例：F103，设10315则为 F15 Z110，设110250则为 Z250 X2418COS1 2 变量号可用变量代替 例：30，设303则为3 3 变量不能使用地址 O，N，I 例：下述方法下允许 O1； I26.00100.0; N3Z200.0； 4 变量号所对应的变量，对每个地址来说，都有具体数值范围 例：301100 时，则 M30 是不允许的 5 0 为空变量，没有定义变量值的变量也是空变量 6 变量值定义： 14 程序定义时可省略小数点，例：123149 MDI 键盘输一 变量的种类 1. 局部变量133 一个在宏程序中局部使用的变量 例：A 宏程序B 宏程序 1020X10不表示 X20 断电后清空，调用宏程序时代入变量值 2. 公共变量100149，500531 各用户宏程序内公用的变量 例：上例中10 改用100 时，B 宏程序中的 X100 表示 X20 100149断电后清空 500531 保持型变量（断电后不丢失） 3. 系统变量 固定用途的变量，其值取决于系统的状态 例：2001 值为 1 号刀补 X 轴补偿值 5221 值为 X 轴 G54 工件原点偏置值 入时必须输入小数点，小数点省略时单位为m 一 运算指令 运算式的右边可以是常数、变量、函数、式子 式中j，k 也可为常量 式子右边为变量号、运算式 1 定义 Ij 2 算术运算 I=j+k I=jk 15 I=jk I=jk 3 逻辑运算 IJOKk IJXOKk IJANDk 4 函数 ISINj 正弦 ICOSj 余弦 ITANj 正切 IATANj 反正切 ISQRTj平方根 IABSj绝对值 IROUNDj四舍五入化整 IFIXj下取整 IFUPj上取整 IBINjBCDBIN（二进制） IBCNjBINBCD 1 说明 1) 角度单位为度 例：90 度 30 分为 905 度 2)ATAN 函数后的两个边长要用“1”隔开 例：1ATAN11时，1 为了 350 3) ROUND 用于语句中的地址，按各地址的最小设定单位进行四舍五入 例：设112345，223456，设定单位 1m G91X1；X1235 X2F300；X2346 X12；X3580 未返回原处，应改为 16 XROUND1ROUND2； 4) 取整后的绝对值比原值大为上取整，反之为下取整 例：设112，212 时 若3FUP#1时，则320 若3FIX#1时，则310 若3FUP#2时，则320 若3FIX#2时，则310 5) 指令函数时，可只写开头 2 个字母 例：ROUNDRO FIXFI 6) 优先级 函数乘除（，1，AND）加减（，OR，XOR） 例：123SIN4； 7) 括号为中括号，最多 5 重，园括号用于注释语句 例：1SIN#2+#3*#4+#5*#6； （3 重） 一 转移与循环指令 1无条件的转移 格式：GOTO1； GOTO10； 2条件转移 格式：IF条件式GOTOn 条件式： jEQk 表示 jNEk 表示 jGTk 表示 jLTk 表示 jGEk 表示 jLEk 表示 例：IF1GT10GOTO100； 17 N100G00691X10； 例：求 1 到 10 之和 O9500； 10 21 N1IF2GT10GOTO2 112； 221； GOTO1 N2M301循环 格式：WHILE条件式DOm； （m1，2，3） ENDm 说明：1条件满足时，执行 DOm 到 ENDm，则从 DOm 的程序段 不满足时，执行 DOm 到 ENDm 的程序段 2 省略 WHILE 语句只有 DOmENDm,则从 DOm 到 ENDm 之间形成死 循环 3嵌套 4EQNE 时，空和“0”不同 其他条件下，空和“0”相同 例：求 1 到 10 之和 O0001； 10； 21； WHILE2LE10DO1； 112； 221； 18 END1； M30； 19 第二章数控加工工工艺设计第二章数控加工工工艺设计 2.12.1 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： 2.1.1构成零件轮廓的几何条件 在车削加工中手工编程时，要计算每个节点坐标；在自动编程时，要对构成 零件轮廓所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时应注意： （1）零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的 构成； （2）零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手； （3）零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难。 （4）零件图上尺寸标注方法应适应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。 2.1.2 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。 2.1.3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 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 20 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。 2.1.4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。 2.1.5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。 2.22.2 加工顺序的确定加工顺序的确定 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。 21 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 22 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。 2.32.3 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 2.3.1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 23 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 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。 2.3.2 对刀座(夹)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。 2.42.4 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 24 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。 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； 25 图 2-5机床影响因素 主轴功率； 工件夹持方式。 2.52.5 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 1T01 o 90 菱形车刀 1车外型 2T02 60 o 外螺纹车刀 1车外螺纹 3T03车切刀1车外槽 4T04内孔镗刀1镗内孔 5T05 60 o 内螺纹刀 1车内螺纹 6T06内车槽刀1切内槽 编制审 核 批 准 共 页第 页 26 2.62.6 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： 2.6.1 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。 27 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 2.6.2 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 28 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 （3）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。 29 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 2.6.3 零件加工过程简述 零件加工工艺卡，如表 2-2、2-3 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 30 2.6.4 零件加工工艺卡 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 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T018001.5自动 2精车外圆T011500自动 3切槽T0360025自动 4车螺纹T021000自动 5粗车外轮廓T018001.5自动 6精车外轮廓T01150080自动 31 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 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T018001.5自动 2精车外圆T01150080自动 3粗车外轮廓T18001.5自动 4精车外轮廓T1150080 5掉头粗外轮廓T01800自动 6精车外轮廓T021500自动 7切槽T03600251.5自动 8粗镗内孔T04800 32 10精镗内孔T04120080自动 11车内槽T0660025 12车内螺纹T051000 33 第三章数控机床编程第三章数控机床编程 3.13.1 MDI/CRTMDI/CRT 窗口窗口 3.1.1 YHCNC 执行和退出 图 1-1YHCNC 的执行和退出 在执行 YHCNCSTART.exe 后，系统显示如图 1-1 那样铣削和车削集成的屏幕。点击要使 用的机床执行相应的操作。 单击“关闭”按纽，或同时按 “Alt” 键和 “F4”键 (Alt +F4) 可以退出程序。 在 程序被终止时，系统自动保存：所选择的运行模式、操作面板上的切换开关的位置、加工的 位置和屏幕的尺寸等数据。 3.1.2MDI/CRT 窗口的基本操作 （1 1）工具条和菜单的配置）工具条和菜单的配置 全部命令可以从屏幕左侧工具条上的按钮来执行。 当光标指向各按钮时系统会立即提 示其功能名称，同时在屏幕底部的状态栏里显示该功能的详细说明 34 建立新 NC 文件 打开保存的文件(如 NC 文件) 保存文件(如 NC 文件) 另存文件 机床参数 刀具库管理 工件显示模式 毛坯大小、冷却液调整 快速模拟加工 开关机床门 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 机床罩壳切换 35 声控 坐标显示 铁削显示 冷却水显示 毛坯显示 零件显示 零件截面显示 透明显示 ACT 显示 ACT 刀具显示 刀具显示 刀具透明 刀具轨迹 版本说明 在线帮助 录制参数设置 录制开始 录制结束 3.23.2 数控加工程序数控加工程序 1.用 G71 循环粗加工工作 1. 2.用 G70 精加工20x8, 23.8x50. 3.车槽15x8386 36 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 件 1 加工程序 00001主程序名 N5G98分进组 N10M3 S800T0101转速800r/min,换1号 o 93 菱形外 圆车刀 N15G0X1.5R1快进到外径粗车循环车起刀点 N25G71 P30 Q65U0.5W0.1F150P30:粗加工第一程序段号.Q65:粗 加工最后程序段号,U:精加工余 量双边 0.5mm,F:粗车进给速度 150mm/min N30G1X18进到外径粗车循环起点 N35Z0 N40X19.99Z-1倒角 N45Z-8 N50X21 N55X23.8Z-9.5倒角 N60Z-58 N65X50N30N65 外径循环轮廓程序 37 N70G0X100Z50退刀 N75M5主轴停转 N80M0程序暂停 N85S1500M3F80T0101精车转速 1500r/min,进给速度 80mm/min N90G0X51Z2快速进刀 N95G70P30Q65P30:精加工第一程序段号,Q65: 精加工最后程序段号 N100G0X100Z50退刀 N105M5主轴停转 N110M0程序暂停 N115T