论文 轴类零件加工.pdf

本文由梁研渊贡献 d o c 文档可能在WAP端浏览体验不佳 建议您优先选择TXT 或下载源文件到本机 查看 摘要 数控技术是数字控制 Nu m e r i c a l Co n t r o l 技术的简称 它采用数字化信号对 被控制设 备进行控制 使其产生各种规定的运动和动作 利用数控技术可以把生产过 程用某中语言编 写的程序来描述 将程序以数字形式送入计算机或专用的数字计算装 置进行处理输出 并控 制生产过程中相应的执行程序 从而使生产过程能在无人干预 的情况下自动进行 实现生产 过程的自动化 采用数控技术的控制系统称为数控系统 Nu m e r i c a l Co n t r o l Sy s t e m 根据 被控对象的不同 存在多种数控系统 其中 产生最早应用最广泛的是机械加工行业中的各种 机床数控系统 所谓机床数控系统就 是以加工机床为控制对象的数字控制系统 关键字 数控技术 关键字 CAD CAM 轴类零件 加工 运动 Ab s t r a c t Th e n u m e r i c a l c o n t r o l t e c h n o l o g y i s t h e n u m e r i c a l c o n t r o l Nu m e r i c a l Co n t r o l t h e t e c h n i c a l a b b r e v i a t i o n It u s e s t h e d i g i t i z e d s i g n a l t o c a r r y o n b y t h e c o n t r o l d e v i c e t h e c o n t r o l c a u s e s i t t o h a v e e a c h k i n d o f s t i p u l a t i o n m o v e m e n t a n d t h e m o v e m e n t Ma y w i t h s o m e c e n t e r l a n g u a g e c o m p i l a t i o n p r o c e d u r e d e s c r i b e u s i n g t h e n u m e r i c a l c o n t r o l t e c h n o l o g y t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s s e n d s i n t h e p r o c e d u r e b y t h e d i g i t a l f o r m t h e c o m p u t e r o r t h e s p e c i a l p u r p o s e d i g i t a l c o m p u t i n g s y s t e m c a r r i e s o n t h e p r o c e s s i n g o u t p u t a n d i n c o n t r o l p r o d u c t i o n p r o c e s s c o r r e s p o n d i n g e x e c u t i v e r o u t i n e t h u s e n a b l e s t h e p r o d u c t i o n p r o c e s s a u t o m a t i c a l l y t o c a r r y o n i n n o b o d y i n t e r v e n t i o n s i t u a t i o n r e a l i z a t i o n p r o d u c t i o n p r o c e s s a u t o m a t i o n Us e s t h e n u m e r i c a l c o n t r o l t e c h n o l o g y t h e c o n t r o l s y s t e m t o b e c a l l e d t h e n u m e r i c a l c o n t r o l s y s t e m Nu m e r i c a l Co n t r o l Sy s t e m Ac c o r d i n g t o i s c o n t r o l l e d t h e o b j e c t t h e d i f f e r e n c e t h e e x i s t e n c e m a n y k i n d s o f n u m e r i c a l c o n t r o l s s y s t e m i n w h i c h p r o d u c e s m o s t e a r l y a p p l i e s w i d e l y i s i n t h e m a c h i n e f i n i s h i n g p r o f e s s i o n e a c h k i n d o f e n g i n e b e d n u m e r i c a l c o n t r o l s y s t e m Th e s o c a l l e d e n g i n e b e d n u m e r i c a l c o n t r o l s y s t e m i s t a k e p r o c e s s e s t h e e n g i n e b e d a s t h e c o n t r o l l e d m e m b e r n u m e r i c a l c o n t r o l s y s t e m Ke y w o r d NC t e c h n o l o g y CAD CAM a x l e s l e e v e c l a s s c o m p o n e n t s p r o c e s s i n g m o t i o n 1 引 言 引 科学技术和社会生产的不断发展 对机械产品的性能 质量 生产率和成本提出 了越来 越高的要求 机械加工工艺过程自动化是实现上述要求的重要技术措施之一 他不仅能够提 高品质质量和生产率 降低生产成本 还能改善工人的劳动条件 但是 采用这种自动和高效 率的设备需要很大的初期投资 以及较长的生产周期 只有在大 批量的生产条件下 才会有 显著的经济效益 随着消费向个性化发展 单件小批量 多品种产品占到 70 80 这类产品的零件一般采 用通用机床来加工 而通用机床 的自动化程度不高 基本上由人工操作 难于进一步提高生 产率和保证质量 特别是 由曲线 曲面组成的复杂零件 只能借助靠模和仿行机床或者借助 画线和样板用手工 操作的方法来完成 其加工精度和生产率受到极大影响 为了解决上述问题 满足多 品种 小批量 特别是结构复杂精度要求高的零件的自动化 生产 迫切需要一种灵活 的 通用的 能够适应产品频繁变化的 柔性 自动化机床 数控 机床才得已产生和 发展 数控技术是数字控制 Nu m e r i c a l Co n t r o l 技术的简称 它采用数字化信号 对被控制设 备进行控制 使其产生各种规定的运动和动作 利用数控技术可以把生产 过程用某中语言编 写的程序来描述 将程序以数字形式送入计算机或专用的数字计算 装置进行处理输出 并控 制生产过程中相应的执行程序 从而使生产过程能在无人干 预的情况下自动进行 实现生产 过程的自动化 采用数控技术的控制系统称为数控系 统 Nu m e r i c a l Co n t r o l Sy s t e m 根据 被控对象的不同 存在多种数控系统 其 p a g e 1 中产生最早应用最广泛的是机械加工行业中的各种 机床数控系统 所谓机床数控系统 就是以加工机床为控制对象的数字控制系统 安装有数控系统的机床称为数控机床 它是数控系统与机床本体的结合体 数控车床是 数控系统与车床本体的结合体 数控 铣床是数控系统与铣床本体的结合体 除此之外还有数 控线切割机床和数控加工中心 等 数控机床是具有高附加值的技术密集型产品 是集机械 计算机 微电子 现代 控制及精密测量等多种现代技术为一体的高度机电一体化设备 数控 机床的产生使传 统的机械加工发生了巨大的变化 这不仅表现在复杂工件的制造成为可能 更表现在 采用了数控技术后使生产加工过程真正实现了自动化 2 数控机床的概述 数控机床的概述 2 1 数控及自动编程的发展简介 2 1 1 数控机床的发展过程 数控机床的发展 过程 由于计算机科学技术的发展 1952 年美国泊森斯公司 p a r s o n s 和麻省 理工学院 M I T 合作 研制成功了世界上第一台以数字计算机原理为基础的数 字控制 Nu m e r i c a l Co n t r o l 简称 NC 三坐标铣床 开创了机械加工自动化的新纪元 1955 年数字控制 简称数控 机床 进入使用化阶段 在发展曲面的加工中发挥了 重要的作用 我国从 1958 年开始研制数控机床 60 年代中期进入实用阶段 目前 我国已有许多机床厂能够生产不同类型的数控机床 我国经 济型数控机床的研究 生 产和推广也取得了较大的发展 有力的推动了各行业的技术改造 取得了明显的经济 效益和社会效益 未来数控机床的发展趋势主要表现在以下三个方面即数 控技术水平 方面 数控系统方面及驱动系统方面 2 1 2 自动编程软件的发展 联系及优越性 自动编程软件的发展 CAD CAM 技术是现代制造技术领域中的重要组成部分 经历半 个多世纪的发展 至今已 形成了比较完整的科学技术体系 并在高新技术领域占有很 重要的位置 随着 CAD 技术的发 展 CAD CAM 一体化成为可能 从 20 世纪 90 年 代起 CAD CAM 技术向标准化 智能化的方向 发展 为了实现系统集成 资源共享和 产品生产与组织管理的高度自动化 提高产品的竞争 CAD CAM 系统之间和各个子系统 之间要进行统一的数据交换 从狭义上讲 NC 编程就是 CAM 的同意词 利用 NC 加 工技术 可以快速应对市场的变化 提高产品的竞争力 同传统机械加工相比 NC 加工具有如下优势 1 缩短了产品加工是的辅助时间 提高了加工效率 利用数控 机床 特别是数控加工中 心进行 NC 加工 基本上一次装夹 减少了夹具设计与制造 以及工件定位与装夹时间 2 加工精度高 安全可靠 利用数控机床和 NC 加工技 术 可以在制造前进行加工路径的 模拟和仿真 减少加工过程中的误差 并能进行干 涉检查 能够及早发现加工过程中的问题 并加以修正 3 可以加工复杂的零件 一 般机床不能加工的零件 都可以在数控机床上进行加工并且 加工精度高 可重复性好 随着 CAD CAM 一体化技术的发展 很多著名的软件都具有很强的 NC 功能 在中 国使用较 为广泛的集成软件有 Pr o ENGINEER UGIL Ma s t e r CAM 和 CATIA 等 Pr o ENGINEER 是 CAD CAM CAPP POM 于一体的 能够完成制造业所需的各个方面功能设 计的软件包 Pr o ENGINEER 集成了零件设计产品装配及 NC 加工 具有铣削 车削 点火花线切割等加工 编程能力 2 2 数控机床的基本组成及工作原理 2 2 1 数控机床的基本组成 数控机床加工 零件的工作过程分以下几个步骤实现 1 根据被加工零件的图样与工艺方 案 用规 定的代码和程序格式编写加工程序 2 所编程序指令输入机床数控装置 3 数控 装 置将程序 代码 进行译码 运算之后 向机床各个坐标的伺服机构和辅助控制装置 发出 信号 以驱动机床的各运动部件 并控制所需的辅助动作 最后加工出合格的零 件 由此可知 数控机床的基本组成包括加工程序 输入输出装置 数控系统 伺服 系统和 辅助控制装置 反馈系统 电器逻辑装置以及机床本体 由下图 2 2 1 可知 机床数控系统的 基本工作流程 主轴 控制 单元 加工程序 计算机 数字控 制装置 CNC 可 编 程 控 制 器 PLC 主轴电机 机床本体 速度 控制 单元 进给电机 位置检测 p a g e 2 图 2 2 1 机床数控系统的基本工作流程 2 2 2 数控机床的工作原理 由上图可 知 数控机床在加工时 是根据工件图样要求及加工工艺过程 将所用刀具及 机床各 部件的移动量 速度及动作先后顺序 主轴转速 主轴旋转方向及冷却等要求 以规 定的数控代码形式 编制成程序单 并输入到机床专用计算机中 然后 数控系统根 据输入 的指令 进行编译 运算和逻辑处理后 输出各种信号和指令 控制机床各部 分进行规定的 位移和有顺序的动作 加工出各种不同形状的工件 2 3 数控机床的 分类 2 3 1 按控制刀具与工件相对运动轨迹分类 点位控制 Po i n t t o Po i n t Co n t r o l 位置控制 Po s i t i o n i n g 数控机床 轮廓控制 Co n t o u r i n g Co n t r o l 数控机床 2 3 2 按加工方式分类 1 金属切削类 如数控车 钻 镗 铣 磨 加工中心等 2 金属成型类 如数控折弯机 弯管机 四转头压力机等 3 特殊加工类 如数控线切割 电火花 激光切割机等 4 其他类 如数控火 焰切割机 三坐标测量机等 2 3 3 按控制坐标轴数分类 1 两坐标数控机床 两轴 联动 用于加工 各种曲线轮廓的回转体 如数控车床 2 三坐标数控机床 三轴联 动 多用于加工曲面零件 如数控铣床 数控磨床 3 多坐标数控机床 四轴或五轴 联动 多用于加工形状复杂的零件 2 3 4 按驱动系统的控制方式分类 1 开环控制 数控机床 2 闭环控制 Cl o s e d Lo o p Co n t r o l 数控机床 3 半闭环控制 Se m i c l o s e d Lo o p Co n t r o l 数控机床 2 4 数控机床的应用范围 1 轮廓形状复杂 加工精 度高的零件 2 用普通机床加工时 需要制作复杂工艺装备的零件 3 用普通机 床加工时 工艺路线过长 工装过多的零件 4 多品种 小批量生产的零件 100 件以内 5 新产品的试制零件 6 价值昂贵 加工中不许报废的零件 7 生 产周期段的急需件 8 集铣 钻 镗 扩 铰 攻螺纹等多种工序于一体的零件 2 5 数控机床的特点 1 适应性强 适应加工单件或中小批量复杂工件 2 加工精 度高 产品质量稳定 3 自动化程度高 劳动强度低 改善劳动条件 4 生产效 率高 5 良好的经济效益 6 有利于生产管理的现代化 为了达到机床的有效利 用 获得较好的经济效益 一般轴套类零件的加工使用数控车床 在 下面的章节里 我将围绕两种典型的数控车床来阐述轴套类零件的加工工艺 3 轴类零件的加工工艺 轴类零件的加工工艺 轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一 它主要用来支承传动零部件 传递 扭矩和 承受载荷 轴类零件是旋转体零件 其长度大于直径 一般由同心轴的外圆柱 面 圆锥面 内孔和螺纹及相应的端面所组成 根据结构形状的不同 轴类零件可分 为光轴 阶梯轴 空 心轴和曲轴等 轴的长径比小于 5 的称为短轴 大于 20 的称 为细长轴 大多数轴介于两者之 间 轴用轴承支承 与轴承配合的轴段称为轴颈 轴 颈是轴的装配基准 它们的精度和表面 质量一般要求较高 其技术要求一般根据轴的 主要功用和工作条件制定 主要要求如下 1 尺寸精度比一般的零件的尺寸精度要 求高 轴类零件中支承轴颈的精度要求最高 为 IT5 IT7 配合轴颈的尺寸精度要求 可以低一些 为 IT6 IT9 2 形状精度高 3 位置精度高 其一般轴的径向跳动 为 0 01 0 03 高精度的轴为 0 001 0 005 4 表面粗糙度比一般的零件高 支 承轴颈和重要表面的表面粗糙度 Ra 常为 0 1 0 8u m 配合轴颈和次要表面的表面 粗糙度 Ra 为 0 8 3 2u m 轴类零件一般常用的材料有 45 钢 40Cr 合金钢 轴承 钢 GCr 15 和弹簧钢 65Mn 还有 20Cr Mo Ti 20Mn 2B 20Cr 等 轴类零件最常用的毛 坯是棒料和锻件 只有一些大型或结构复 杂的轴 在质量允许时才采用铸件 由于毛 坯经过锻造后 能使金属内部纤维组织沿表面均 匀分布 可获得较高的抗拉 抗弯及 抗扭强度 所以除了光轴 直径相差不大的阶梯轴可使 用热轧料棒料或冷拉棒料外 一般比较重要的轴大都采用锻件 另外轴类零件的毛坯还需要 经过热处理 轴的结构 设计原则 1 节约材料 减轻重量尽量采用等强度的外形尺寸 或大的截面系数的 截面形状 2 易于轴上零件的精确定位 稳固装配拆卸和调整 3 采用各种减少 应力应用和提高强度的结构措施 4 便于加工制造和保证精度 轴类零件中工艺规 程的制订 直接关系到工件质量 劳动生产率和经济效益 一零件可 以有几种不同的 加工方法 但只有某一种较合理 在制订机械加工工艺规程中 须注意以下 几点 1 零件图工艺分析中 需理解零件结构特点 精度 材质 热处理等技术要求 且要 研究 产品装配图 部件装配图及验收标准 2 渗碳件加工工艺路线一般为 下料 锻造 正火 粗加工 半精加工 渗碳 去碳加工 对不需提高硬度部分 淬火 p a g e 3 车螺纹 钻孔或铣槽 粗磨 低温时效 半精磨 低温时 效 精磨 3 粗基准选择 有非加工表面 应选非加工表面作为粗基准 对所 有表面都需加工的铸件 轴 根据加工余量最小表面找正 且选择平整光滑表面 让开 浇口处 选牢固可靠表面为粗 基准 同时 粗基准不可重复使用 4 精基准选择 要符合基准重合原则 尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准 符合 基准统一原 则 尽可能在多数工序中用同一个定位基准 尽可能使定位基准与测量基准重合 选 择精度高 安装稳定可靠表面为精基准 4 轴类零件实例加工 一 轴类零件实例加工 轴类零件实例加工 4 1 实体零件的生成 实体是利用 Pr o E 软件生成的 首先打开 Pr o E 软件新 建一个零件窗口 然后草绘出来 零件的二维零件图 在利用软件中的实体把二维图转 换成实体 如图 2 1 所示 先保存一 下 然后在打开一个制造的窗口 这样会 弹出一个对话框 先点装配 有回弹出一个子菜单 再点装配 把刚才保存的零件装 配到制造这个窗口上 调一下约束 把零件调到完全约束状 态 然后点击完成 点里 面的创建按扭 在下面的菜单栏里点定义后会弹出一个窗口 然后 在实体零件上选一 个与轴长平行的基准面 在选一个与轴垂直的基准面 然后会自动弹出草 绘界面 在 那上面草绘出一个比实体零件大的圆 70 然后点确定按扭 把生成的毛坯覆 盖住零件长度 146 这样就完成了毛坯的生成 如图 2 2 所示 图 2 1 图 2 2 4 2 加工工艺分析 如图 4 2 1 1 4 2 1 分析零件图纸和工艺分析 该轴类零件由圆柱 圆锥 圆弧 螺纹和槽等表面组成 零件材料为 45 号钢 无热处理 要求 该零件进行精加工 图 4 2 1 1 中 70 不加工 通过上述分析 可以采用下面的工艺措施 选用具有直线 圆弧插补功能的数控车床加工 机床名 称 CJK6032A 数控机床 如下图所示 相关参数如下 1 零件螺纹外径 圆锥 侧角 外圆和台阶可一次加工 圆弧已大于 90 加 工是要 注意保证加工不干涉 2 为便于装夹 坯件左端预车出加持部分 右端也应 先车出并钻好中心孔 毛坯用料为 直径 70m m 棒料 3 该零件在加工中只需要一次 装夹加工 从图纸上进行尺寸标注分析 工件坐标系的工 件原点应选择定在零件装夹 后的右端面圆心处 O 0 0 点 如图 4 2 1 1 所示 4 2 2 确定装夹方案 由于夹 具确定了零件在数控机床坐标系中的位置 因而根据要求夹具能保证零件在机床 的正 确坐标方向 同时协调零件与机床坐标系的尺寸 因此数控机床的夹具应定位可靠 稳 定 一般采用三爪自定心卡盘 四爪单动卡盘或弹簧夹头 分析本工件为外轮廓加 工 外表 面可以依次加工 无内孔 可采用一次装夹完成粗 精加工 为了保证在 加工螺纹时确保工件不来回晃动 减少误差 一般以轴线和左端面为定位基准 左端采 用三爪自定心卡盘定心夹紧 右端采用活动顶尖支撑装夹方案 4 2 3 确定加工路线 及进给路线 加工顺序的确定按由内到外 由粗到精 由近到远的原则确定 在一次装 夹中尽可能加 工出较多的工件表面 因此在本设计中加工路线是按先粗车 给精车留余量 1m m 然后再精 车 按先主后次的加工原则尽量使 刀具集中 即用一把刀加工 完相应的部位 在换另一把 刀加工其他部位 以减少空行程和换刀时间 因此 1 车外圆 自右向左加工 起加工路线为 先倒角 切削螺纹的实际外圆 28 侧 角 切削锥度部分 撤消圆弧部分 车削 66 2 切槽 考虑到槽不太宽 可采用一把刀一刀完成 选择刀具宽度与槽宽相等 分多刀步 进切削 步进深度为 1m m 3 车螺纹 分析螺纹深度不深 采用两刀完成螺纹加工 4 切断 零件加工 结束后 选择切断刀将工件从棒料上分离出来完成一个零件的加工 加工路线如下图 4 2 3 所示 数控自动加工工序卡 如图 4 2 3 无锡职业技 术学院 基本材 料 数控自动加工工序卡 零件名称 硬度 轴类零件 HRC26 28 工序名称 区域车 削 工序 号 型 别 车削 零件图号 3 1 NC01 45 钢 工步号 1 2 3 4 工步内容 粗车外圆 精车槽 精车螺纹 精车外圆 p a g e 4 夹刀具 编号 01 02 03 03 名称 外圆车 刀 切槽刀 螺纹刀 螺纹刀 量具 编号 01 02 01 02 名称 游标卡 尺 千分尺 游标卡 尺 千分尺 4 2 4 刀具的选择 与普通机床相比 数控加工时对刀具提出了更高的要求 不 仅要求刚性好 精度高 而 且要求尺寸稳定 耐用度高 断屑和排屑性能好 同时要 求安装调整方便 满足数控机床的 高效率 因此 刀具的选择是数控车削加工工艺中 的重要内容之一 它不仅影响机床加工效率 而且直接影响零件的加工质量 在编程时 选择刀具通常要考虑机床的加工能力 工序内容 被加工零件材料等因素 数控加工 刀具材料要求采用新型优质材料 一般原则是尽可能选择 硬质合金精密加工时还可选 择性能更好 更耐磨的陶瓷立方氮化硼和金刚石刀具并优选刀具 参数 一般来说需将 所选定的刀具参数填入表轴承套数控加工刀具卡片中 以便于编程和操 作管理 常见 的轴的类数控加工刀具如下 轴的数控加工刀具卡片 产品名称或代 数控车工艺分析 实例 号 序号 刀具 刀具规格名称 号 1 2 3 4 5 6 7 编制 T01 T02 T03 T04 T05 T 06 T07 45 硬质合金端面车刀 中心钻 割槽刀 镗刀 90 外圆车刀 大钻头 60 外螺 纹车刀 零件名称 轴承套 零件图号 La t h e La t h e 01 数量 加工表面 1 1 1 1 1 1 1 车端面 钻中心孔 割槽 镗内孔各表面 车外圆表 面 钻底孔 车 M45 螺纹 刀尖半径 m m 备注 审核 批准 年 月 共 1 页 日 第1页 根据加工要求 选用三把刀具 号刀车外圆 号刀切槽 号刀车螺纹及进 行精加 工 刀具应正确的选择换刀点 以便在换刀过程中 刀具与工作机床和夹具不 会碰撞 此设 计中 换刀点为 P 100 100 见图 4 2 1 1 1 粗车外轮廓选择 硬质合金 90 度外圆刀 其副偏角应取大一些为防止干涉 现取副偏角 为 35 度 2 切槽选择硬质合金切槽刀 刀尖宽度为 5m m 3 精车倒角 外圆 圆锥 圆 弧 车 M28 1 5 螺纹 应选用硬质合金 60 外螺纹刀 取 刀尖半径为 0 15 0 2 m m 刀具选择完毕 工件装夹方式确定后 即可通过确定工件原点来确定工件坐标系 如果 要运行这一程序来加工工件 必须确定刀具在工件坐标系开始运动的起点 程 序起始点或起 刀点一般通过对刀来确定 所以 该点又称为对刀点 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 1 便于数值处理和简化程序编制 2 易于找正并在加工过程中便于查找 3 引起的加工误差小 对刀点可以设置在加 工零件上 也可以设置在夹具或机床上 4 3 选择切削用量 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 4 3 1 主轴转速的确定 主轴转速应根据允许的切削速度和工件 或刀具 直径来选择 根 据本次加工的实际情 况选择主轴转速为 车直线 圆弧和切槽时其粗车主轴转速为 400r m i n 精车时 主轴转速 900r m i n 车螺纹时的主轴转速为 400r m i n 4 3 2 进给速度的确定 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数 主要根据零件的加工 进度和表面粗糙度要 求以及刀具 工件的材料性质选取 最大进给速度受机床刚度和 进给系统的性能限制 一般 粗车选用较高的进给速度 以便较快去除毛坯余量 精车 以考虑表面粗糙和零件精度为原则 应选择较低的进给速度 得出下表 粗 外圆 内 孔 槽 0 15m i n r 0 05m i n r 0 04 m i n r 精 0 08m i n r 0 04m i n r 在本例中选择进给速度为 粗车时 选取进给量为 0 14m m r 精车时 选取进 给量为 0 08m m r 车螺纹时 进给量等于螺纹导程 选为 1 5m m r 4 3 3 背吃刀 量确定 背吃刀量根据机床 工件和刀具的刚度来决定 在刚度允许的条件下 应尽可 能使背吃 刀量等于工件的加工余量 除去精车量 这样可以减少走刀次数 提高生产 效率 为了保证 加工表面质量 可留少量精加工余量 一般 0 2 0 4m m 本例中 背 吃刀量的选择大致为如 下表 4 3 3 p a g e 5 如表 4 3 3 粗 外圆 内孔 螺纹 槽 1 5 2 m m 1 1 5 m m 随进刀次数依次减 少 根据刀宽 分两次进行 精 0 2 0 4 m m 0 1 0 3 m m 注意 注意 背吃刀量的选择因粗 精加工而有所不同 粗加工时 在工艺系统 刚性和机床功 率允许的情况下 尽可能取较大的背吃刀量 以减少进给次数 精加工 时 为保证零件表面 粗糙度要求 背吃刀量一般取 0 l 0 4 m m 较为合适 故在本例 中粗加工时 切削深度为 4m m 精车时切削深度为 0 4m m 4 4 编程 数控机床是一 种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备 是综合应用计算 机 自动控 制 自动检测及精密机械等高新技术的产物 随着数控机床的发展与普及 现代 化企 业对于懂得数控加工技术 能进行数控加工编程的技术人才的需求量必将不断增加 数 控车床是目前使用最广泛的数控机床之一 4 4 1 编程技巧 数控车床与普通车床 相比 一个显著的优点是 对零件变化的适应性强 更换零件只需 改变相应的程序 对刀具进行简单的调整即可做出合格的零件 为节约成本赢得先机 但是 要充分发 挥数控机床的作用 不仅要有良好的硬件 如 优质的刀具 机床的精度等 更 重要的是软件 编程 即根据不同的零件的特点 编制合理 高效的加工程序 数控车床虽然加工柔性比普通车床优越 但单就某一种零件的生产效率而言 与普通 车 床还存在一定的差距 因此 提高数控车床的效率便成为关键 而合理运用编程技 巧 编制 高效率的加工程序 对提高机床效率往往具有意想不到的效果 1 灵活设 置参考点 一般来说 数控车床共有二根轴 即主轴 Z 和刀具轴 X 棒料中心为坐标 系原点 各 刀接近棒料时 坐标值减小 称之为进刀 反之 坐标值增大 称为退刀 当退到刀具开始 时位置时 刀具停止 此位置称为参考点 参考点是编程中一个非 常重要的概念 每执行完 一次自动循环 刀具都必须返回到这个位置 准备下一次循 环 因此 在执行程序前 必须 调整刀具及主轴的实际位置与坐标数值保持一致 然 而 参考点的实际位置并不是固定不变 的 编程人员可以根据零件的直径 所用的刀 具的种类 数量调整参考点的位置 缩短刀具 的空行程 从而提高效率 2 化零为整法 在低压电器中 存在大量的短销轴 类零件 其长径比大约为 2 3 直径多在 3m m 以下 由于零件几何尺寸较小 普通 仪表车床难以装夹 无法保证质量 如果按照常规方法编程 在每一次循环中只加工 一个零件 由于轴向尺寸较短 造成机床主轴滑块在床身导轨局部频 繁往复 弹簧夹 头夹紧机构动作频繁 长时间工作之后 便会造成机床导轨局部过度磨损 影响机床 的加工精度 严重的甚至会造成机床报废 而弹簧夹头夹紧机构的频繁动作 则会 导 致控制电器的损坏 要解决以上问题 必须加大主轴送进长度和弹簧夹头夹紧机构的 动作 间隔 同时不能降低生产率 由此设想是否可以在一次加工循环中加工数个零件 则主轴送 进长度为单件零件长度的数倍 甚至可达主轴最大运行距离 而弹簧夹 头夹紧机构的动作时 间间隔相应延长为原来的数倍 更重要的是 原来单件零件的辅 助时间分摊在数个零件上 每个零件的辅助时间大为缩短 从而提高了生产效率 为 了实现这一设想 我联想到电脑程 序设计中主程序和子程序的概念 如果将涉及零件 几何尺寸的命令字段放在一个子程序中 而将有关机床控制的命令字段及切断零件的 命令字段放在主程序中 每加工一个零件时 由 主程序通过调用子程序命令调用一次 子程序 加工完成后 跳转回主程序 需要加工几个零 件便调用几次子程序 十分有 利于增减每次循环加工零件的数目 通过这种方式编制的加工 程序也比较简洁明了 便于修改 维护 值得注意的是 由于子程序的各项参数在每次调用 中都保持不变 而主轴的坐标时刻在变化 为与主程序相适应 在子程序中必须采用相对编 程语句 3 减少刀具空行程 在数控车床中 刀具的运动是依靠步进电动机来带动的 尽管在 程序命令中有快速点定 位命令 G00 但与普通车床的进给方式相比 依然显得效率不 高 因此 要想提高机床效率 必须提高刀具的运行效率 刀具的空行程是指刀具接 近工件和切削完毕后退回参考点所运行 的距离 只要减少刀具空行程 就可以提高刀 具的运行效率 对于点位控制的数控车床 只 要求定位精度较高 定位过程可尽 可能快 而刀具相对工件的运动路线是无关紧要的 在机 床调整方面 要将刀具 的初始位置安排在尽可能靠近棒料的地方 在程序方面 要根据零件 的结构 使用尽 可能少的刀具加工零件使刀具在安装时彼此尽可能分散 在很接近棒料时彼 此就不会 发生干涉 另一方面 由于刀具实际的初始位置已经与原来发生了变化 必须在程 序 中对刀具的参考点位置进行修改 使之与实际情况相符 与此同时再配合快速点定位 p a g e 6 命令 就可以将刀具的空行程控制在最小范围内从而提高机床加工效率 优化参数 平衡刀具负荷 4 优化参数 平衡刀具负荷 减少刀具磨损 由于零件结构的千变万化 有可能导致刀具切削负荷的不平衡 而由于自身几何 形状的 差异导致不同刀具在刚度 强度方面存在较大差异 例如 正外圆刀与切断刀 之间 正外圆 刀与反外圆刀之间 如果在编程时不考虑这些差异 用强度 刚度弱的 刀具承受较大的切削 载荷 就会导致刀具的非正常磨损甚至损坏 而零件的加工质量 达不到要求 因此编程时必 须分析零件结构 用强度 刚度较高的刀具承受较大的切 削载荷 用强度 刚度小的刀具承 受较小的切削载荷 使不同的刀具都可以采用合理 的切削用量 具有大体相近的寿命 减少 磨刀及更换刀具的次数 4 4 2 编程特点 1 在一个程序段中 根据图样上标注的尺寸 可以采用绝对值编程 增量值编程或二 者 混合编程 2 由于被加工零件的径向尺寸在图样上和测量时 都是以直径值表示 所以直径方向用 绝对值编程时 X 以直径值表示 用增量值编程时 以径向实际位 移量的二倍值表示 并附 上方向符号 正向可以省略 3 为提高工件的径向尺寸精 度 X 向的脉冲当量取 Z 向的一半 4 由于车削加工常用棒料或锻料作为毛坯 加 工余量较大 所以为简化编程 数控装 置常具备不同形式的固定循环 可进行多次重 复循环切削 5 编程时 常认为车刀刀尖是一个点 而实际上为了提高刀具寿命和工 件表面质量 车 刀刀尖常磨成一个半径不大的圆弧 因此为提高工件的加工精度 当 编制圆头刀程序时 需 要对刀具半径进行补偿 大多数数控车床都具有刀具半径自动 补偿功能 G41 G42 这类数控 车床可直接按工件轮廓尺寸编程 对不具备刀具半径自 动补偿功能的数控车床 编程时 需 先计算补偿量 4 4 3 编程方法 数控编程方法 有手工编程和自动编程两种 手工编程是指从零件图样分析工艺处理 数 据计算 编 写程序单 输入程序到程序校验等各步骤主要有人工完成的编程过程 它适用于 点位 加工或几何形状不太复杂的零件的加工 以及计算较简单 程序段不多 编程易于实 现 的场合等 但对于几何形状复杂的零件 尤其是空间曲面组成的零件 以及几何 元素不复 杂但需编制程序量很大的零件 由于编程时计算数值的工作相当繁琐 工作 量大 容易出错 程序校验也较困难 用手工编程难以完成 因此要采用自动编程 所谓自动编程即程序编制 工作的大部分或全部有计算机完成 可以有效解决复杂零件 的加工问题 也是数控编程未来 的发展趋势 同时 也要看到手工编程是自动编程的 基础 自动编程中许多核心经验都来源 于手工编程 二者相辅相成 4 4 4 编程步骤 拿到一张零件图纸后 首先应对零件图纸分析 确定加工工艺 过程 也即确定零件的加 工方法 如采用的工夹具 装夹定位方法等 加工路线 如进给路线 对刀点 换刀点等 及工艺参数 如进给速度 主轴转速 切削速度和 切削深度等 其次应进行数值计算 绝 大部分数控系统都带有刀补功能 只需计算 轮廓相邻几何元素的交点 或切点 的坐标值 得出各几何元素的起点终点和圆弧的 圆心坐标值即可 最后 根据计算出的刀具运动轨迹坐 标值和已确定的加工参数及辅 助动作 结合数控系统规定使用的坐标指令代码和程序段格式 逐段编写零件加工 程序单 并输入 CNC 装置的存储器中 4 4 5 实例分析 数控车床主要是加工回转体 零件 典型的加工表面不外乎外圆柱 外圆锥 螺纹 圆弧 面 切槽等 由于该零 件的加工路线 切削用量 刀具选择在上文已分析完毕 在此不在做重复 分析 走 刀路线图 编写程序单 确定 O 为工件坐标系的原点 见图 4 2 1 1 并将 A 点作为换 刀点 即程 序的起点 该零件加工程序见附录 1 加工程序 JXCP1 MPF N05 G90 G95 G00 X80 Z100 N10 T1D1 M03 S500 M08 CNAME L01 R105 1 R106 0 25 R108 1 5 设置坯料切削循环参数 换刀点 外圆粗车 刀 R109 7 R110 2 R111 0 3 R112 0 08 N15 LCYC95 N20 G00 X80 Z100 M05 M09 N25 M00 N30 T2D1 M03 S800 M08 N35 R105 5 N40 LCYC95 N45 G00 X80 Z100 M05 M 09 N50 M00 N55 T3D1 M03 S300 M08 N60 G00 X37 Z 23 N65 G01 X26 F0 1 N70 G01 X37 N75 G01 Z 22 N80 G01 X25 8 N85 G01 Z 23 N90 G01 X37 N95 G00 X80 Z100 M05 M09 N100 M00 N105 T4D1 M03 S300 M08 R100 29 8 R101 3 R102 29 8 R103 18 R104 2 R105 1 R106 0 1 R109 4 R110 2 R111 1 24 R112 0 R113 5 R114 1 N11 0 LCYC97 N115 G00X80 Z100 M05 M09 调用螺纹切削循环 三角形螺纹车刀 p a g e 7 设置螺纹切削循环参数 切槽车刀 刀宽 4m m 外圆精车刀 设置坯料切 削循环参数 调用坯料切削循环精加工 调用坯料切削循环粗加工 N120 M00 N125 T3D1 M03 S300 M08 N130 G00 X45 Z 60 N135 G01 X0 F0 1 N1 40 G00 X80 Z100 M05 M09 N145 M02 子程序 L01 SPF N05 G01X0 Z12 N10 G03 X24 Z0 CR 12 N15 G01 Z 3 N20 G01 X25 8 N25 G01 X29 8 Z 5 N30 G01 Z 23 N35 G0 1 X33 N40 G01 X35 Z 24 N45 G01 Z 33 N50 G02 X36 725 Z 37 838 CR 14 N55 G01 X42 Z 45 N60 G01 Z 60 N65 G01 X45 N70 M17 切断车刀 刀宽 4m m 6 小结 小 要实现数控加工 编程是关键 本设计虽然只对两例数控车床加工零件的进行了 编程分 析 但它具有一定的代表性 由于数控车床可以加工普通车床无法加工的复杂 曲面 加工精 度高 质量容易保证 发展前景十分广阔 因此掌握数控车床的加工编 程技术尤为重要 同时 数控机床在机械制造业中得到日益广泛的应用 是因为其具 有许多如下优越的特 点 1 生产柔性大 在数控机床上加工不同零件时 只需要改 变加工程序而不需要特别制造 或更换刀具和夹具 2 加工精度高 产品质量稳定性 好 数控机床采用了精密机械组件 灵敏的测量系统 精确的位置控制器和告警度的 加工处理技术 所以具有很高的控制精度和加工精度 其自动 加工方法除了操作者的 人为误差 提高了同一批零件加工尺寸的一致性 使加工质量稳定 产品合格率高 3 生产效率高 具有较大的切削用量 自动更换刀具实现了多工序集中加工 快速移 动 和停止采用了加速 减速控制措施 大大节省工时 一般不用专用夹具 节省夹具 设计 制 造和更换的时间 4 较高的可靠性 较好的宜人性 在数控系统中集成了 对部件的监控和诊断功能 5 良好的经济效率 采用数控机床可以提高产品质量 降 低材料及其他资源损耗使生产 成本降低 可以缩短新产品开发的生产周期 降低其他 生产设备投资的费用 所以总体成本 下降 可获得很好的经济效益 6 减轻劳动强 度 改善劳动条件 其是按预先编好的程序自动完成加工的 操作者只操 作键盘 装 卸零件和监视加工过程 不需进行繁重的 重复性的手工操作 7 有利于生产管理的 现代化 数控机床使用数字信息与标准代码处理 传递信息 特别 是在数控机床上使 用计算机控制 为计算机辅助设计 制造及管理一体化奠定了基础 制造业为人类创 造着辉煌的物质文明 我国人民在各个历史年代在机械方面都有