圆弧轴数控车削加工工艺的编制

圆弧轴数控车削加工工艺编制

摘要：伴随科技不停发展，数控技术在企业中发挥越来越关键作用。数控

加工制造技术正逐步得到广泛应用，对零件进行编程加工之前，工艺分析含有很

关键作用。本设计经过对经典数控车床轴类零件工艺特点、数控加工工艺分析，

给HI了对于通常零件数控加工工艺分析方法，设计合理加工工艺过程，充足发挥

数控加工优质、高效、低成本特点。设计说明书以经典数控车床轴类零件为例，

依据被加工工件材料、轮廓形状、加工精度等选择适宜机床，制订加工方案，确

定零件加工次序，各工序所用刀具，夹具和切削用量等，编写加工零件程序。根

据说明书要求将加工出零件，并对零件自检数据进行分析•，说明在加工过程中应

注意事项。对于提升制造质量、实际生产含有一定指导意义。

关键词：轴类零件；数控加工；工艺设计；工艺分析；刀具；切削用量；加

工程序；加工注意事项

目录

目录...............................................

1机床选择及介绍......................................

1.1机床选择........................................

1.2机床组成........................................

1.2.1数控机床组成................................

1.2.2数控系统和数控机床组成.....................

1.3机床工作原理....................................

1.3.1数控机床工作原理和工作方法................

1.4机床工作特点....................................

2零件工艺分析........................................

2.1零件工艺分析....................................

2.1.1零件图分析..................................

2.2确定加工方案.....................................

2.3加工路线和加工次序确实定.......................

2.3.1加工工艺路线................................

2.4切削用量选择....................................

2.5刀具选择........................................

3加工工序编排........................................

3.1工序和工步划分.................................

3.2加工工序编排....................................

3.3加工工序卡片....................................

3.4加工程序.......................................

3.5零件加工中难点和处理方案......................

4数控车床操作注意事项...............................

5结论................................................

6参考文件............................................

1机床选择及介绍

1.1机床选择

在选择机床时，即要考虑其生产经济性，又要考虑其适用性和合理性。

其选择标准是：

①机床工作区域尺寸必需和所加工零件外形轮廓尺寸相适应。如直径不大导

柱、导套等可选在卧式车床上加工，而外径较大长度较短轴类零件，则应选择在

立式车床上加工；小零件孔可用立式一般钻床加工；而大工件上孔宜在

摇臂钻床上加工；对于孔径和孔距要求比较高孔，可选择在坐标

像床或立式镇床上加工，以做到合理使用设备。

②机床功率和加工量应和零件工序加工要求相适应。如粗加工工序应选择功

率较大机床加工；在利用刀具做精细切削时，应选择转速较高机床。

③选择机床精度应和工序要求加工精度相适应。

④选择机床应和现有设备条件相适应。即要充足利用现有设备，又要充足考

虑生产发展方向规模，和添置新设备可能性。

依据毛坯材料和类型、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、工件

数量、生产条件等要求，选择经济型数控车床可达成要求。

CK-6136/6140/6150

数控车床

CNCLathe

图1.1数控机床选择

1.2机床组成

1.2.1数控机床组成

数控机床通常由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。图1.1

实线所表示为开环控制数控机床框图。

；-……-图一…j

图1.1数控机床组成

1.2.2数控系统和数控机床组成

司算机政权系统

*未

」

一

进

壬

辅

蛤

助

运

传

控

动

动

制

机

机

机

构

构

构

图1.2数控系统和数控机床组成

1.3机床工作原理

1.3.1数控机床工作原理和工作方法

0

图L3数控机床工作原理

1.4机床工作特点

和一般机床相比，数控机床含有以下特点⑴。

①适应性强：因为数控机床能实现多个坐标联动，所以数控机床能完成复杂

型面加工，尤其是对于可用数学方程式和坐标点表示形状复杂零件,加工很方便。

当改变加工零件时，数控机床只需更换零件加工NC程序，无须用凸轮、靠模、

样板或其它模具等专用工艺装备，且可采取成组技术成套夹具。所以，生产准备

周期短，有利于机械产品快速更新换代。所以，数控机床适应性很强。

②加工质量稳定：对于同一批零件，因为使用同一机床和刀具及同一加工程

序，刀具运动轨迹完全相同，且数控机床是依据数控程序自动进行加工，能够

避免人为误差，这就确保了零件加工致性好且质量稳定。

③生产效率高：数控机床上能够采取较大切削用量，有效地节省了机动工时。

还有自动换速、自动换刀和其它辅助操作自动化等功效，使辅助时间大为缩短，

而且无需工序间检验和测量，所以，比一般机床生产率高3〜4倍甚至更高。数

控机床主轴转速及进给范围全部比一般机床大。现在数控机床最高进给速度可达

成100m/min以上，最小分辨率达0.01u唳通常来说，数控机床生产能力约为

一般机床三倍，甚至更高。数控机床时间利用率高达90%,而一般机床仅为3。%〜

50%o

④加工精度高：数控机床有较高加工精度，通常在0.005〜0.1mm之间,数

控机床加工精度不受零件复杂程度影响，机床传动链反向齿轮间隙和丝杠螺龙误

差等全部能够经过数控装置自动进行赔偿，其定位精度比较高，同时还能够利用

数控软件进行精度校正和赔偿。

⑤工序集中，一机多用：数控机床尤其是带自动换刀数控加工中心，在一次

装夹情况下，几乎能够完成零件全部加工工序，一台数控机床能够替换数台一般

机床。这么能够降低装夹误差，节省工序之间运输、测量和装夹等辅助时间，还

能够节省车间占地面积，带来较高经济效益。加工中心工艺方案更和一般机床常

规工艺方案不一样，常规工艺以“工序分散”为特点，而加工中心则以工序集中

为标准，着眼于降低工件装夹次数，提升反复定位精度。

⑥减轻劳动强度：在输入程序并开启后，数控机床就自动地连续加工，直

至零件加工完成。这么就简化了工人操作，使劳动强度大大降低。数控机床是一

个高技术设备，尽管机床价格较高，而且要求含有较高技术水平人员来操作和维

修，不过数控机床优点很多，它有利于自动化生产和生产管理，使用数控机床经

济效益还是很高。

2零件工艺分析

2.1零件工艺分析

2.1.1零件图分析

①零件长度为138mm,从右到左依次为：长20mm、公称直径为30mm、有

2mm45。倒角双头螺纹；长5mm、公称直径为26mm退刀槽；长10mm53。锥面;

长10mm直径为36mm圆柱面；依次相连半径为15mm逆弧面、半径为25mm

顺弧面、直径为50mm球面和半径为15mm顺弧面；长5mm、公称直径为34mm

槽；长15mm30。锥面；长10mm、公称直径为56mm圆柱面。该零件表面由圆柱、

圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严尺寸精度

和表面粗糙度等要求：球面S①50mm尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）

误差作用。视图正确，表示直观、清楚，绘制符合国家标准，尺寸、公差、表面

粗糙度和技术要求标注齐全、合理。

②分析零件图可知：①26-①36锥面、①30圆柱端面和①26圆柱端面表面粗

糙度Ra为3.2即，其它表面粗糙度Ra为6.3卜urn

③零毛坯材料为45#,强度、硬度、塑性等力学性能好，切削性能、热处理

性能等加工工艺性能好，便丁加工，能够满足使用性能。毛坯下料为

①60mmx145mm0

2.2确定加工方案

经过分析零件尺寸精度、几何形状精度、位置精度和表面粗糙度要求，确定

以下加工方法：

①对图样上给定多个精度要求较高尺寸，因其公差值较小，故编程时不无须

取平均值，而全部取其基础尺寸即可。

②在轮廓曲线上，有三处为圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向轮廓

曲线，所以在加工时应该进行机械间隙赔偿，以确保轮廓曲线正确性。

③为便于装夹，胚件需在左端左端，右端面也应先粗车出井钻好中心孔。采

取一夹一顶方法，毛胚选@60mm棒料。

④用手动中心钻钻孔，再用中18麻花钻，再用镶刀粗精加工

⑤外圆表面：粗车一一精车

⑥外螺纹：在精车外圆表面分数次进给加工

2.3加工路线和加工次序确实定

在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动轨迹和方向称为加工路线。却刀

具从对刀点开始运动起，直至结束，加工程序所经过路径，包含切削加工路径及

刀具引入、返回等非切削空行程。

加工路线确实定标准关键有以下几点：

①应能确保零件加工精度和表面粗糙度要求，且效率高。

②应尽可能缩短加工路线，既能够降低程序段，又能够降低刀具空程移动时

间。

③应使数值计算简单，以降低编程工作量。

另外，确定加工路线时，还要考虑工件加工余量和机床、刀具刚度等情况,

确定是一次走刀，还是数次走刀完成加工。

根据上述标准，确定以下加工路线：

加工次序按由粗到精、由近到远（由右到左）标正确定。即先从右到左进行

粗车（留0.5皿u精车氽量），然后从右到左进行精车，最终车削螺纹。

CK6140数控卧式车床含有粗车循环和车螺纹循环功效，只要正确使用编程

指令，机床数控系统就会自动确定其进给路线，所以，该零件粗车循环和车螺纹

循环不需要人为确定其进给路线（但精车进给路线需要人为确定）。该零件从右

到左沿零件表面轮廓精车进给，图2.2所表示。

图2.2精车轮廓进给路线

2.3.1加工工艺路线

①工序一加工工艺：

a.工件伸出三爪自定心卡盘外145mm,找正后夹紧。

b.手动车工件右端面。

c.打中心孔。

d.用活顶尖顶住中心孔，完成一夹一顶装夹方法。

c.用小18mm麻花钻，再用内镶刀粗精加工。

②工序二加工工艺：

a.调头装夹，用93。外圆刀车粗车656X142,外径留0.5mm精车余量（以

下各粗车直径处均留0.5mm精车余量）。

b.粗车＜1）30X45外圆。

c.粗车636X25外圆。

d.用切槽刀车26X5退刀槽，再用切槽刀倒左、右两端C2角。

e.用90°外圆刀主右端圆锥。

f.用硬质合金尖刀循环车削右端圆弧轮廓。

g.用硬质合金尖刀精刀精车工件全部轮廓。

h.用螺纹车刀车M30X2双头螺纹。

2.4切削用量选择

数控编程时，必需确定每道工序切削用量，并以指令形式写入程序中，切削

用量包含主轴转速、进给速度及背吃刀量等。切削用量选择标准是：确保零件加

工精度和表面粗糙度，充足发挥刀具切削性能，确保合理刀具寿命，充足发挥机

床性能，最大程度提升生产率，降低成本。

①主轴转速确实定

a.车外圆时主轴转速

主轴转速应依据许可切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式为

n=1000v/兀d

其中v一切削速度（m/min）,由刀具寿命决定；

n一主轴转速（r/min）；

d一工件直径或刀具直径（mm）o

b.车螺纹时主轴转速

在车削螺纹时，车床主轴转速将受到螺纹螺距P（或导程）大小、驱动电机

升降频特征，和螺纹插补运算速度等多个原因影响，故对于不一样数控系统，推

荐不一样主轴转速选择范围。大多数经济型数控车床推荐车螺纹时主轴转速

n（r/min）为：nW（1200/P）—k

式中P一—被加工螺纹螺距，mm；

k一一保险系数，通常取为80。

主轴转速n最终要依据上述计算值、机床说明书而定，选择机床有或较靠近

计算值转速。

②进给速度确实定

进给速度是数控机床切削用量中关键参数，美键依据零件加工精度和表面粗

糙度要求和刀具、工件材料性质选择。最大进给速度受机床刚度和进给系统性能

限制。确定进给速度标准是：

a.当工件质量要求能得到确保时，为提升生产效率，可选择较高进给速度。

通常在100〜200nmi/min范围内选择。

b.在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低进给速度，通常在

20-50iiun/iiiiu范围内选择。

c.当加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度应选小部分，通常在20〜

50mm/min范围内选择。

d.当刀具空行程，尤其是远距离“回零”时，能够设定该机床数控系统设定

最高进给速度。

③背吃刀量确实定

背吃刀量依据机床、工件和刀具刚度来决定，在刚度许可条件下，应尽可能

使背吃刀量等于工件加工余量，这么能够降低走刀次数，提升生产效率。为了确

保加工表面质量，能够留少许加工余量，通常为0.2〜0.5mm。

切削用量选择是否合理，对于能否充足发挥机床潜力和刀具切削性能，实现

优质、高产、低成本和安全操作含有很关键作用。车削用量具体选择以下：粗车

时，首先选择一个尽可能大背吃刀量，其次选择一个较大进给量，最终确定一个

适宜切削速度。精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且均匀,

所以选择较小背吃刀量和进给量。

怎样确定加工时切削速度，除了可参考《数控加工技术》表2-1列出数值外,

关键依据实践经验进行确定。

依据《数控车削用量推荐表》，选择适宜切削用量。

a.用端面车刀手动车端面时，主轴转速为500r/min；

b.打中心孔时主轴转速选择400r/min<>

c.粗、精车外轮廓时，切削用量选择和车左端时相同：粗车时，主轴转速为

600r/min,进给速度为150mm/min,背吃刀量为2mm；精车时，主轴转速为

1200r/min,进给速度为100mm/min,背吃刀量为0.2mmo

d.钻孔时主轴转速选择400r/mino

e.粗馍孔时,选择Vc=80m/min,f=0.2,ap=lmm,加工时直径为22mm。

则：主轴转速:n=1000Vc/nd=[(1000X80)/(3.14X22)]r/min=1158r/min

进给速度:F=fXn=(0.2X1158)mm/min=231mm/min。

考虑刀具强度，机床刚度等实际加工情况，选择n=600r/min,F=150nlm/min,

ap=lmnio

1.精心孔时,选择Vc=120山/u山i,f=0.luini/i,ap=0.2nuii,精加工时取直径

27nlni。

则：主轴转速：n=1000Vc/nd=[(1000X120)/(3.14X27)]i7min=1415r,/min

进给速度：F=fXn二(0.1X1415)mm/min=141mm/min

考虑刀具强度，机床刚度等实际情况，选择n=1000r/min,F=80mm/min,

ap=0.2mm,n=400r/mino

表2.1数控车削用量推荐表

切削速度/进给量/

工件材料工件材料切削深度/mm刀具材料

(m.min-1)(mm.r-1)

粗加工5〜760〜800.2〜0.4

粗加工2〜380〜1200.2〜0.4YT类

碳素钢精加工0.2〜0.3120〜1500.1〜0.2

(6b>600Mpa)钻中心孔500—800

W18Cr4V

钻孔0〜300.1〜0.2

切断（宽度V5mm）70-1100.1〜0.2YT类

粗加工50〜700.2〜0.4

铸铁

精加工70〜1000.1〜0.2YG类

（2OOHBS以下）

切断（宽度V5mm）50〜700.1〜0.2

另外，在安排粗、精车削用量时，应注意机床说明书给定许可切削用量范围,

对于主轴采取交流变频调速数控车床，因为主轴在低转速时扭矩降低，尤其应注

意此时切削用量选择。

2.5刀具选择

数控加工中刀具选择和切削用量确定是在人机交互状态下完成要求编程人

员必需掌握刀具选择和切削用量确定基础标准，在编程时充足考虑数控加工特

点，能够正确选择刀刃具及切削用量。

数控刀含有以下特点：刚性好（尤其是粗加工刀具）、精度高、抗振及热变

形小；交换性好，便于快速换刀；寿命高，切削性能稳定、可靠；刀具尺寸便于

调整，以降低换刀调整时间；刀具应能可靠地断屑或卷屑，以利于切屑排除；系

列化、标准化，以利于编程和刀具管理。

数控机床上用刀具应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求。

数控车床兼作粗精车削，粗车时吃刀深、进给快，要求车刀有足够强度，能一次

进给车去较多余量；精车时要达成图样要求尺寸精度和较小表面粗糙度，车去余

量较少，要求车刀锋利，切削刃平直光洁，必需时还可磨出修光刃。为降低换刀

时间、方便对刀、提升生产效率，便于实现机械加工标准化，在数控车削加工时,

应尽可能采取机夹刀和机夹片刀，机夹片刀常采取可转位车刀。

刀片材质选择关键依据被加工工件材料、被加工表面精度、表面质量要求、

切削载荷大小和切削过程有没有冲击和振动，故加工此零件选择硬质合金刀片，

依据零件外形结构，加工需要以下刀具：

①粗车及端面选择93。硬质合金外圆正偏刀，为预防副后刀面和工件轮廓

干涉（可用作图法检验），副偏角不宜太小，选Kr'=35°

②5mm切槽刀。

③60°硬质合金三角形外螺纹刀。

④选择①5mm中心钻钻削中心孔＜,

⑤①18mm麻花钻。

@650内孔镶刀。

将所选定刀具参数填入数控加工刀具卡片中（见表2-2）,方便编程和操作

管理。

表2.2数控加工刀具卡片

产品名称或代码零件名称：圆弧轴零件图号

序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注

1T01硬质合金90。外圆车刀1车端面及外轮廓正偏刀

2T025mm外切槽刀1切槽右偏刀

3T0360。硬质合金外螺纹刀1加工外螺纹自动

4T04①5mm中心钻1钻①5mm中心孔手动

5T05①18mm麻花钻1钻①20mm孑L手动

6T0665。内孔镇刀1镣孔自动

3加工工序编排

3.1工序和工步划分

在数控机床上加工零件，工序能够比较集中，一次装夹应尽可能完成全部工

序。常见工序划分标准有汽

①确保精度标准。数控加工要求工序应尽可能集中，通常粗、精加工在一次

装夹下完成，为降低热变形和切削力变形对工件形状、位置精度、尺寸精度和表

面粗糙度影响，应将粗、精加工分开进行。此时可用不一样机床或不一样刀具进

行加工，通常在一次安装中，不许可将零件某一部分表面加工完成后，再加工零

件其它表面。对轴类或盘类零件，将待加工面先阻加工，留少许余量再精加工，

以确保表面质量要求。对轴上有孔、螺纹加工工件，应先加工表面以后加工孔、

螺纹。

②提升生产效率标准。在数控加工中，为降低换刀次数，节省换刀时间，应

在需用同一把刀加工加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其它部位。同时

应尽可能降低空行程，当用同一把刀加工工件多个部位时，应以最短路线抵达各

加工部位。

根据上述划分标准，综合本零件工艺性，装夹一次为一个工序，换一次刀为

一个工步。故加工此冬件划分两个工序，加工右端为第一道工序，有.5个工步；

调头后加工为第二道工序，有8个工步。

3.2加工工序编排

经过零件工艺分析，确定加工零件时采取调头加工，编程时尺寸公差取中间

值。编程所用尺寸说明：

D

图3.1零件加工需用到坐标

(1)求右端R25和S650处切点A坐标。

EF40

Tana=°尸=30

好53.13°

/.AC=^i=OAsina=25sin53.13°=20

0C=^'=0Acosa=25cos53.13°=15

A坐标(X40,Z-69)

(2)求左端R15和S50切点B坐标。

GH32

Tana=OH=24

a=53.13°

ABD=^2=0Bsina=25sin53.13°=20

0C=^2=0Bcosa=25cos53.130=15

B坐标(X40,Z-99)

(3)求M30X2一般螺纹直径

D=d-2X0.649P=30-2X0.62X2=27.404mm

(4)确定进刀量分布：1mm、0.5mm、0.3mm、0.06mmo

3.3加工工序卡片

工序号程序编号零件图号零件名称使用设备产品名称夹具名称夹具编号材料

1,2圆弧轴数控车床三爪卡盘145#

切削三要素

刀具规格加工余量

加工内容刀具号刀具名称主轴转速背吃刀量进给进度备注

/mm/mm

r/minmmnm/inin

站中心孔T04中心钻800手动

①18mm麻

钻孔T0518400手动

花钻

65°内镇

粗精镶孔T060.S60011500.2自动

刀

粗精车外93°外圆

T010.85600/12002150/100自动

圆车刀

5mm切槽

切槽T025400800自动

刀

60°螺纹

车削螺纹T0360°450自动

刀

3.4加工程序

左端钻孔程序:

00001；

T0606；;用镶孔刀

G99；选择每转进给，；单位mm/r

G50S;最高转速限制为r/min

M03S600；；主轴正转，转速600r/min

G0X18Z3；;快速进刀

G71U0.5R0.3；

G71P10Q20U-0.5W0.2F0.2；

N10G0X24；

G01Z0F0.1；

X20Z-2；

Z-20；

X18；

N20Z3；

GOOX1OOZ1OO；;退回起刀点

M05；;主轴停转

MOO；;暂停

T0606；;用镶孔刀

M03S1200；；主轴正转,转速1200r/min

G00X18Z3；

G70P10Q20：;精加工内孔

GOOX1OOZ1OO；;退回起刀点

M05；;主轴停转

M30；；程序结束

右端面车削外圆：

00002；

T0101;；选择93°正偏刀

G99;；选择每转进给，单位mni/r

G50S;最高转速限制是r/min

M03S600;;主轴正转，转速600r/min

G00X60Z3;;快速进刀

G73U19R19;;粗加工

G73P10Q20U0.5W0.02F0.2

N10G00X26；

G01Z0F0.1；

X29.8Z-2;

Z-25;

X36W-20;

G02X40Z-69R25;

G03X40Z-99R50;

G02X34Z-108R15;

G01W-5;

X56W-15;

Z-138;

N20X65;

G00X100Z100;;退回起刀点

M05;;主轴停转

MOO;;暂停

T0101;>

M03S1200;

G00X60Z3;;快速进刀

G70P10Q20;；精加工

G00X100Z100：:退回起刀点

M05;;主轴停转

M30;;程序结束

T0202;；切槽刀（切宽5mm）

G99;;选择每转进给，单位mm/r

M03S400;;主轴正转，转速400r/min

G00X40Z3;

Z-25;

G01X26F0.05;

G04X5;;刀具在原地暂停5秒

G01X36W-10;

W10;

X26;

X29.8W2;

X40;

G00X100Z100;；退回起刀点

M05;;主轴停转

M30;;程序结束

T0303;;60。硬质合金三角形外螺纹车刀

M03S450;

G0X35Z3;

G92X30Z-22F2.0;

X29.1;;第一条螺纹切削循环1,背吃刀量0.9皿

X28.5;；第二条螺纹切削循环2,背吃刀量0.6nm

X27.9;;第三条螺纹切削循环3,背吃刀量0.6nm

X27.5;;第四条螺纹切削循环3,背吃刀量0.4口m

X27.4;;第五条螺纹切削循环3,背吃刀量O.lnm

X27.4;;原刀走一次，目标是为了去毛剌

G00X100Z100：:退回起刀点

M05；;主轴停转

M30；;程序结束

T0202;;切槽刀（切宽5nim）；

M03S400;；主轴正转，转速400r/min

G00X65Z-143;;快速进刀

G01X0F0.05;;切断

G00X100;;退回起刀点

Z100;

M05;;主轴停转

M30;;程序结束

3.5零件加工中难点和处理方案

①在左端加工之前，应测量剩下毛坯长度，确保所需要尺寸60±0.12mm。

②钻孔时，尺寸不易确保。在钻孔时，当钻头接触工件时记下刻度值，计算

出孔深所需刻度，依据计算值手动进给钻孔。

③用三爪卡盘夹毛胚，夹紧后应用百分表测量同轴度，用铜锤轻轻敲打校正。

④加工圆弧面和圆球面时，为确保尺寸、形状等技术要求，不产生过切或少

切现象，在编程时，应考虑刀具半径赔偿。

⑤加工螺纹时应分数次进给，参