数控加工论文

1、摘 要当前采用数控加工是解决该类零件圆弧曲面、锥面和高精要求圆柱面最有效的加工方法，小圆头轴是轴类零件中比较复杂的一种零件，是连接或转换的关键部件，也是较难加工的零件。数控加工工艺制定和编程是实现其高精度和高效率加工的重要环节。小圆头轴数控加工中涉及到零件图样工艺分析、加工方法和加工顺序的确定、装夹方案和夹具的选择、选择刀具及确定切削用量等关键技术。通过对这些技术的链接和研究，完成小圆头轴数控加工。关键词 小圆轴 数控加工工艺 编程AbstractThe axis is in the axis class components model, Is the energy conversion k

2、ey component, Also is the components which more difficult to process, At present uses the numerical control processing is solves this kindof components circular arc camber, the conical surface and Gao Jingrequests the round cylinder most effective processing method. Thenumerical control processing c

3、raft formulation and the programming arerealizes its high accuracy and the high efficiency processingimportant link. This article introduced in the axis numerical controlprocessing involves to the components pattern craft analysis, theprocessing method and the processing order determination, the att

4、ireclamps the plan and the jig choice, chooses the cutting tool and thedetermination cutting specifications and so on the essentialtechnology. Through to these technical links and the research,completes the axis numerical control processing.Key word Axis ;numerical control processing craft； programm

5、ing目录摘 要Abstract前言1. 数控加工工艺1.1数控加工工艺内容选择1.2数控加工工艺设计方法2.小圆头轴的加工2.1 零件图工艺分析2.2 工件的定位基准与夹具方案的确定2.3 工序尺寸及其偏差的确定2.4 数控加工工艺文件填写3.数控加工程序4.加工零件图结束语鸣谢参考文献前言 随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈，产品更新的速度越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加。同时，随着航空工业、汽车工业和轻工业消费品生产的高速增长，复杂形状的零件越来越多，精度要求也越来越高。此外，激烈的市场竞争要求产品研制、生产周期越来越短，传统的加工设备和制造方法已难以适合这种多样化、

6、柔性化与复杂形状零件的高效、高质量加工要求。所以，近几十年来，世界各国十分重视发展能有效解决复杂、精密、小批量、多变零件加工的数控加工技术。在机械制造业中，大量采用以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术，并将机械技术与现代控制技术、传感检测技、信息处理技术、网络通信技术有机地结合在一起，使其生产方式发生了革命性变化。当前数控技术和数控机床正持续更新换代，向高速度、多功能、智能化、开放型以及高可靠性等方面迅速发发展。数控技术的应用和数控机床的生产量已成为衡量一个国家工业化水准和技术水平的得要标志。 1949年，美国帕森斯公司与美国麻省理工学院(MIT)开始共同研究，并于1952年试制成功第一台

7、三坐标数控铣床，当时的数控装置采用电子管元件。 1959年，数控装置采用了晶体管元件和印刷电路板，出现带自动换刀装置的数控机床，称为加工中心( MC Machining Center)，使数控装置进入了第二代。， 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

8、数控装置(简称 MNC)，这是第五代数控系统。 20世纪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。 20世纪90年代后期，出现了PC+CNC智能数控系统，即以PC机为控制系统的硬件部分，在PC机上安装NC软件系统，此种方式系统维护方便，易于实现网络化制造。1. 数控加工工艺1.1数控加工工艺内容选择对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺

9、分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序，这样才能充分发挥数控加工的优势。1.1.1选择并确定进行数控加工的内容1. 适于数控加工的内容一般情况下通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容，例如： 由轮廓曲线构成的回转；表面具有微小尺寸要求的结构表面；同一表面采用多种设计要求的结构表面间有严格关系的要求的表面。 一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。2. 不适于数控加工的内容一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。下列一些内容不宜选择采用数控加工：(1) 占机调整时间长。

10、如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容；(2) 加工部位分散，需要多次安装、设置原点。(3) 按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。1.1.2对零件图进行数控加工工艺分析1. 结构工艺性分析(1) 零件结构工艺性 零件结构工艺性是指在满足使用要求前提下零件加工的可行性和经济性，即所设计的零件结构应便于加工成型并且成本低、效率高。对零件进行结构工艺性分析时要充分反映数控加工的特色，一定要把重点放在零件图纸和毛坯图纸初步设计与设计定型之间的工艺性审查与分析上。(2) 零件结构工艺性分析的主

11、要内容a 审查与分析零件图纸中的尺寸标注方法是否适应数控加工的特点。b 审查与分析零件图纸中构成轮廓的几何元素的条件是否充分、正确。c 审查与分析在数控机床上加工时零件结构的合理性。2. 精度及技术要求分析只有在分析零件精度和表面粗糙度的基础上，才能对加工方法、装夹方式、进给路线、刀具及切削用量等进行正确而合理的选择。主要包括：一. 分析精度及各项技术要求是否齐全、合理。二. 分析本工序的数控加工精度能否达到图样要求，若达不到，需采取其它措施弥补的话，注意给后续工序留有余量。三. 找出图样上有较高位置精度要求的表面，这些表面应在一次安装下完成。四. 对表面粗糙度要求较高的表面，应确定用恒线速切

12、削。数控加工是一种基于的加工，分析数控加工工艺过程不可避免地要进行数字分析和计算。对零件图形的数字处理正是数控加工这一特点的突出体现。（一）编程原点的选择 同一个零件，同样的加工由于编程原点选的不同，尺寸字中得数据就不一样，所以变成之前首先要选定编程原点。从理论上说，编程原点选在任何位置都是可以的。但实际上，为了换算尽可能简便以及尺寸较为直观（至少让部分点的指令值与零件上的尺寸值相同），应尽可能把编程原点的位置选的合理，编程原点的确定原则为： （1）将编程原点选在设计基准上并以设计基准为定位基准，这样可避免基准不重合而产生的误差及不必要的尺寸换算。 （2）容易找正对刀，对刀误差小。 （3）编程

13、方便。 （4）在毛坯上的位置能够容易，准确地确定，并且各面得加工余量均匀。（5）对称零件的编程原点应选在对称中心。一方面可以保证加工余量均匀，另一方面可采用镜像编程，编一个程序加工两个工序，零件的形廓精度高。（二）编程尺寸设定值的确定编程尺寸设定值应为该尺寸误差分散中心，但由于事先无法知道分散中心的确切位置，可先由平均尺寸代替，最后根据试加工结果进行修正，以消除常值系统性误差的影响。编程尺寸设定值确定的步骤(1) 精度高的尺寸处理，将基本尺寸换算成平均尺寸；(2) 几何关系的处理，保持原重要的几何关系，如角度，相切等不变；(3) 精度低的尺寸的调整，通过修改一般尺寸保持零件原有几何关系，使之协

14、调；(4) 节点坐标尺寸的计算，按调整后的尺寸计算有关未知节点的坐标尺寸；(5) 编程尺寸的修正，按调整后的尺寸编程并加工一组工件，测量关键尺寸的实际分散中心并求出常值系统性误差，再按此误改程序。1.2数控加工工艺设计方法数控加工工序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内容、切削用量、工艺装备、定位夹紧方式及刀具运动轨迹确定下来，为编制加工程序作好准备。1.2.1机床的选择 当工件表面的加工方法确定之后，机床的种类就基本确定了。为了正确的为每一道工序选择机床，除了充分了解机床的技术性能外，还要考虑以下几点：1. 工序节拍适应性机床的类型应与工序的划分原则相适应，再根据加工对象的批量和生产节拍要

15、求来决定。2. 形状尺寸适应性机床的主要规格尺寸应与工件的外形尺寸和加工表面的有关尺寸相适应。即小工件则选小规格的机床加工，大工件则选大规格的机床加工。3. 加工精度适应性机床的精度与工序要求的加工精度相适应。机床精度过低，不能保证加工精度，机床精度过高，又会增加零件的制造成本，应根据加工精度要求合理选择，保证有三分之一的储备量。1.2.2 确定走刀路线和安排工步顺序1. 走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点：（1）首先按已定工步顺序确定各表面加工进给路线的顺序。（2）所定进给路线应能保

16、证工件轮廓表面加工后的精度和粗糙度要求。（3）寻求最短加工路线，可节省定位时间，提高了加工效率。（4）选择使工件在加工后变形小的路线，对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线。2. 工步顺序安排的一般原则：（1）先粗后精。（2）先近后远。（3）内外交叉。（4）保证工件加工刚度原则。（5）同一把刀能加工内容连续加工原则。1.2.3 确定定位和夹紧方案1. 在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：(1)尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；(2)尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面；(3)避免采用占机

17、人工调整时间长的装夹方案；(4)夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。2. 夹具的选择：(1)当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短准备时间，节省生产费用。（2）在成批生产时才考虑采用专用，并力求结构简单，夹具结构应有足够的刚度和强度。（3）因为在数控机床上通常一次装夹完成工件的全部工序，因此应防止工件夹紧引起的变形造成工件加工不良。（4）夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞，加工部位开阔，夹具的定位、夹紧机构元件不能影响加工中的进给。1.2.4 选择刀具并确定刀具与工件的相对位置 应根据机床的加工能力、工件材料的性质、加工工序、切削用

18、量以及其他相关因素正确选择刀具及刀柄。刀具选择的总原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。选择刀具还要考虑几点：（1）切削性能好（2）精度高（3）可靠性高（4）耐用度高（5）断屑及排屑性能好。对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点的选择原则如下： （1）所选的对刀点应使程序编制简单； （2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置； （3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置； （4）对刀点的选择应有利于提高加工精度。 使用对刀点确定加工原点时，就需要进

19、行“对刀”。所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。“刀位点”是指刀具的定位基准点。换刀点是为加工中心、数控车床等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。1.2.5确定切削用量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。 a. 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

20、刀具）直径来选择。其计算公式为： n=1000v/D 式中 v-切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定； n- -主轴转速，单位为 r/min； D-工件直径或刀具直径，单位为mm。计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。b. 进给速度的确定进给速度主要根据零件的加工精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。确定原则： (1) 当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100200mm/min范围内选取。 (2) 在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般

21、在2050mm/min范围内选取。 (3) 当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在2050mm/min范围内选取。 (4) 刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。c. 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，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0.20.5mm。d. 切削速度的确定切削速度与机床主轴之间的转换关系为：Vc=dn/10001.2.6 加工余量的确定加工余量是指加工时从加工表面上切去的金属层厚度。加工余量可

22、分为工序余量和总余量。又因为结合本工件实际情况，运用经验估计法，该工件的粗车余量为1mm,精车余量为0.2mm。如有变动，将在后面继续论述。确定加工余量的基本原则是在保证加工质量的前提下，尽可能减小加工余量。主要方法有：经验估计法、查表修正法、分析计算法。 2.小圆头轴的加工2.1 零件图工艺分析 该零件由外圆柱面、槽、圆头、倒角及锥面等组成，结构形状复杂，加工部位多，非常适合数控车削加工。精度上，该零件的多处外圆尺寸精度要求较高，编程时可取平均值。此外，工件外圆柱头上有的圆头，由于圆弧半径较大，可采用圆弧插补程序切削，这样方可保证切削精度。倒角处角度为45。又因该零件较复杂，故应当先加工右端

23、，车外圆到45处，调头装夹，在先干出左端，后精车出右端，再一次掉头后，精车出右端，车削结束。车右端面粗车45处调头粗车外圆精车再次调头粗车车槽车螺纹。零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求，轮廓描述清楚完整，零件材料为45#钢，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。在数控加工中车削加工余量粗车时直径余量1.0mm，精车时直径余量0.2mm。（查数控加工工艺及设备表41）根据要求上述工艺要求，综合加工效率等因素，该零件加工可选用大连机床厂的CKA6150数控车床，此车床操作系统为FANUCOi ，车床布局为水平床身水平导轨,回转刀架。 (零件图如图2.1) （2.1 零件图）2.2 工件的

24、定位基准与夹具方案的确定为了便于装夹和使工序基准与定位基准统一，并敞开所有的加工部分，选择毛坯轴线为径向定位基准，利用卡盘装夹。这种方法比较安全并且精度高，但需要调头装夹。具体如下，先将工件右端车削，车出45台阶，用来作为左端加工时的基准，再在右端夹紧情况下，车出左端的尺寸，然后，再一次的调头装夹，车出右端的尺寸，故该工件需两次调头，两次所选夹具为硬质卡盘，又因为调头装夹后精度会有偏差，故应当用跳动百分表找正，用铜皮垫在工件与卡盘接触面间，用以防止卡盘夹伤已加工表面，再进行切削。又因为第二次调头装夹时工件定位不准确，故应当在卡盘卡口装上一填塞物，使得每次调头时，伸出的长度为35mm,这样才能保

25、证工件的顺利装夹与切削。2.3 工序尺寸及其偏差的确定由零件图可知，先确定加工余量，查数控加工工艺及设备表4-1得粗车余量为1.0 mm，精车余量为0.2 mm，总余量为1.2 mm。图中多处有较高精度要求，可取公差的平均值为设计尺寸，即分别为55.995 90 45 48.005又因轴向相对位置要求精度一般，而定位基准和设计基准相重合，在数控加工中足以满足加工要求，可不进行尺寸链计算。2.4 数控加工工艺文件填写2.4.1 数控加工工序卡片山东交通职业学院数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号小圆头轴车间使用设备CKA6150数控车床工艺序号程序编号01 O0001夹具名称夹具编号卡

26、盘工步号工步作业内容加工面刀具号刀补量主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm备 注1车端面014000.201.52粗车外圆至45024000.201.5编制审核批准年月日第 页山东交通职业学院数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号小圆头轴车间使用设备CKA6150数控车床工艺序号程序编号02 O0002夹具名称夹具编号卡盘工步号工步作业内容加工面刀具号刀补量主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm备注1调头装夹,车端面014000.21.02粗车外圆024000.22.53车圆弧024000.22.54精车034000.20.256车槽044000.1编制审核批

27、准年月日第 页山东交通职业学院数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号小圆头轴车间使用设备CKA6150数控车床工艺序号程序编号03 O0003夹具名称夹具编号卡盘工步号工步作业内容加工面刀具号刀补量主轴转速r/min进给速度mm/min背吃刀量mm备注1调头装夹,粗车外圆024000.212精车外圆034000.20.53精车034000.20.24切槽044000.10.25车螺纹050.1编制审核批准年月日第页2.4.2 数控加工刀具卡片产品名称或代号零件名称小圆头轴零件图号程序编号工步号刀具号刀具名称刀具型号刀片刀尖半径型号牌号1T01机夹可转位端面刀PCGCC2525-09QC

28、CMT097308GC4350.82T02机夹可转位粗车刀PCGCC2525-08QCCMW080304GC4350.43T03机夹可转位精车刀PCGCL2525-09QLCMT097336QU4560.24T04成形 切槽刀刀宽为3mm5T05机夹可转位螺纹刀QWLKB3662-01Q_CCMT085454WE630.22.4.3 数控加工量具卡片量具名称量具规格数量测量部位备注游标卡尺精确到0.02mm1各槽及总长尺寸最大量程150mm 千分尺精确到0.01mm1外圆有要求处56 45 48最大量程分别为50 75圆弧样板1外圆螺规M3611M3612.4.4尺寸计算（1）坐标尺寸的计算圆

29、弧处圆心坐标为： 半径：（7.5）（7.5）+（X-3）(X-3)=XX 半径：X=10.875 Z=60.875 螺纹牙型深度:t=0.65P=0.65mm D大=35.9 D小=D-1.3P=34.7mm3.数控加工程序O001N101 G21 S400.0 T0101 M03 主轴正转N102 G00 X150 Z100 M08 快速到换刀点，开切削液N103 G00 X105.0 Z4.0 ; 快速到起刀点 N104 M08 G01 Z0 F0.2 接近工件N105 G01 X0 车端面 N106 G00 X150 Z100 快退换刀 N107 T0202 G00 X105 Z3 换刀

30、 N108 G71 U2.5 R0.5 开始G71循环N109 G71P110 Q114 U1.1 W0 F0.2 G71指令 N110 G00 X45 G71内容N111 G01 Z-36 粗车 N112 G01 X48 车台阶 N113 G01 Z-54 N114 G00 X150 Z100 退刀N115 T0101 M09 换刀N116 M05 M30 停止掉头装夹O0002N117 T0101 M08 M03 S400 换刀主轴旋转 N118 G00 X105 Z0 快速定位 N119 G01 X0 F0.2 车端面N120 G00 X105 Z100 退刀 N122 T0202 G0

31、0 X105 Z4 换刀定位 N123 G71 U2.5 R0.5 粗车循环 N124 G71 P126 Q132 U1.1 W0 F0.2 设定 N126 G00 X54 内容N128 Z0 靠近圆心 N129 G01 X55.992 Z-1 车倒角 N130 G01 Z-10 N131 G02 X56 Z-25 I7.875 K-7.5 F0.2 车圆弧 N132 G01 Z-35 N133 G01 U-1 w-1 车倒角 N134 G00 X150 快速退刀N134 Z150 T0303 换刀 N135 G00 X54 Z3 快速定位N136 G70 P126 Q132 精车 N137

32、G00 X150 Z100 换刀 N138 T0404 G00 X105 -38 快速定位N139 G01 X46 F0.1 切槽 N140 G01 X50 F1 退刀N141 G01 Z-51 点定位N142 G01 X48 F0.2 切槽第二刀N143 G01 X46 Z-41 F0.1 N144 G01 Z-35 快退N145 G01 X56 车端面N146 G00 X150 Z100 退刀N147 M09 M05 切削液N148 M30 停止 掉头装夹O0003N149 M03 M08 T0202 主轴旋转N150 G00 X47 Z3 快速定位N151 G71 U2.5 R0.5 循

33、环开始N152 G71 P153 Q161 U0.5 W0 F0.2 循环设定N153 G00 X0 循环内容N154 G01 Z0 F0.2 靠近工件N155 G03 X10.1 Z-6.0 R11.5 车圆弧N156 G01 X34N157 G01 X35.9 Z-7 车倒角N158 G01 Z-19 N159 X43 N160 G01 X45 W-8 车锥面N161 G01 W-9N162 G00 X105 Z100 退刀N163 T0303 换刀N164 G00 X47 Z3 定位N165 G70 P153 Q161 精车N166 G00 X48 Z-30 快速定位N167 G01 X48.005 Z-36 靠近工件N168 W-4N169 G00 X105 Z100 退刀N170 T0404 G00 X45 Z-19 定位N171 G01 X30 F0.1 车槽N172 G01 X49 F3 快退N173 G01 Z-36N174 G01 X40 F0.1 车槽N175 G01 X46 F1 N176 W3 定位N177 G01 X40 F0.1N178 W-3 N179 G00 X105 快退N180 Z100N191 T0505 G00 X38 Z-4 S2