“机械设计制造及自动化”毕业设计（论文）-数控车床加工方案设计

“ 机械设计制造及自动化 ” 毕业设计（论文）题目：数控车床加工方案设计学员： XX 数控系统是数字控制系统简称，英文名称为Numerical Control System，早期是由硬件电路构成的称为硬件数控（ Hard NC）， 1970年代以后，硬件电路元件逐步由专用的计算机代替称为计算机数控系统。计算机数控（ Computerized numerical control，简称 CNC）系统是用计算机控制加工功能，实现数值控制的系统。 CNC系统根据计算机存储器中存储的控制程序，执行部分或全部数值控制功能，并配有接口电路和伺服驱动装置的专用计算机系统。 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、镗孔等加工。 数控车床种类较多，但主体结构都是由：车床本体、数控装置、伺服系统及辅助装置四大部分组成。 NC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。 关键词： 数控，车床，编程，加工 摘 要目录 摘 要 目 录 一、引言 数控技术是先进制造技术的基础，它是综合应用了计算机、自动控制、电气传动、自动检测、精密机械制造和管理信息等技术而发展起来的高新科技。作为数控加工的主体设备，数控机床是典型的机电一体化产品。数控机床代表一个民族制造工业现代化的水平，随着现代化科学技术的迅速发展，制造技术和自动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志。 本文主要讨论数控车床的零件加工工艺以及程序编制，主要以 FANUC数控系统为例，结合典型零件对数控车零件进行讲解。主要内容有关于数控车床的编程方法、编程的注意事项、加工工艺分析、刀具的选用、刀位轨迹计算 1数控（ NC)是数字控制（ Numerical Control）的英文简称。它是指用数字、文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设备动作控制的技术。其技术涉及多个领域： (1)机械制造技术； (2)信息处理、加工、传输技术； (3)自动控制技术； (4)伺服驱动技术； (5)传感器技术； (6)软件技术等。 2计算机数控（ CNC）是计算机数控（ Compute Numerical Control ）的英文简称。它是采用计算机实现数字程序控制的技术。这种技术用计算机按事先存贮的控制程序来执行对设备的运动轨迹和外设的操作时序逻辑控制功能。由于采用计算机替代原先用硬件逻辑电路组成的数控装置，使输入操作指令的存贮、处理、运算、逻辑判断等各种控制机能的实现，均可通过计算机软件来完成，处理生成的微观指令传送给伺服驱动装置驱动电机或液压执行元件带动设备运行。 3直接数控（ DNC）是直接数控（ Direct Numerical Control）的英文简称。它是用电子计算机对具有数控装置的机床群直接进行联机控制和管理，英文缩写 DNC。直接数控又称群控，控制的机床由几台至几十台。直接数控是在数控 (NC)和计算机数控 (CNC)基础上发展起来的。 4微机数控（ MNC）是微型计算机数控 (Micro-computer Numerical Control)的英文简称。它是指用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置。 5数控机床（ Numerical Controled Machine Tool），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。 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。二、数控的概述 2.1数控机床简介 数控车床、车削中心，是一种高精度、高效率的自动化机床。配备多工位刀塔或动力刀塔，机床就具有广泛的加工工艺性能，可加工直线圆柱、斜线圆柱、圆弧和各种螺纹、槽、蜗杆等复杂工件，具有直线插补、圆弧插补各种补偿功能，并在复杂零件的批量生产中发挥 了良好的经济效果。 “ CNC” 是英文 Computerized Numerical Control（计算机数字化控制）的缩写。数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数 (主轴转数、进给量、背吃刀量等 )以及辅助功能 (换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等 )，按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这程序单中的内容记录在控制介质上 (如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器 )，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。 这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。数控机床与普通机床加工零件的区别在于数控机床是按照程序自动加工零件，而普通机床要由人来操作，我们只要改变控制机床动作的程序就可以达到加工不同零件的目的。因此，数控机床特别适用于加工小批量且形状复杂要求精度高的零件。 数控机床种类繁多，由数控系统通过伺服驱动系统去控制各运动部件的动作，主要用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工，具有高精度、高效率、高柔性化等综合特点，适合中小批量形状复杂零件的多品种、多规格生产。 2 2数控机床特点 数控机床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控机床的大脑。与普通机床相比，数控机床有如下特点： 1加工精度高 数控机床是按数字形式给出的指令进行加工的。目前数控机床的脉冲当量普遍达到了 0.001mm，而且进给传动链的反向间隙与丝杠螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控机床能达到很高的加工精度。对于中、小型数控机床，其定位精度普遍可达 0.03 mm,重复定位精度为 0.006 mm。 2对加工对象的适应性强 数控机床上改变加工零件时，只须重新编制程序，输人新的程序郭能实现对新的零件的加工，这就为复杂结构的单件、小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利。对那些普通手工操作的普通机床很难加工或无法加工的精密复杂零件，数控机床也能实现自动加工。 3动化程度高，劳动强度低 机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了安放穿孔带或操作键盘、装卸工件、对关键工序的中间检测以及观察机床运行之外，不需要进行复杂的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均可大为减轻，加上数控机床一般有较好的安全防护、自动排屑、自动冷却和自动润滑装置，操作者的劳动条件也大为改善。 4产效率高 加工所需的时间主要包括机动时间和辅助时间两部分。数控机床主轴的转速和进给量的变化范围比普通机床大，因此数控机床的每一道工序都可选用最有利的切削用量。由于数控机床的结构刚性好，因此，允许进行大切削量的强力切削，这就提高了切削效率，节省了机动时间。因为数控机床的移动部件的空行程运动速度快，所以工件的装夹时间、辅助时间比一般机床少。 数拉机床更换被加工零件时几乎不需要重新调整机床 .故节省了零件安装调整时间。数控机床加工质量稳定，一般只做首件检验和工序间关键尺寸的抽样检验，因此节省了停机检验时间。当在加工中心上进行加工时一台机床实现了多道工序的连续加工，生产效率的提高更为明显。 5济效益良好 机床虽然价值昂贵，加工时分到每个零件上的设备折旧费高，但是在单件、小批量生产的情况下： 使用数控机床加工，可节省划线工时，减少调整、加工和检验时间，节省了直接生产费用； 使用数控机床加工零件一般不需要制作专用夹具，节省了工艺装备费用。 数控加工精度稳定，减少了废品率，使生产成本进一步下降； 数控机床可实现一机多用，节省厂房面积，节省建厂投资。因此，使用 数控机床仍获得良好的经济效益。 2.3数控机床的组成 数控机床一般由下列几个部分组成： 1主机 是数控机床的主体，包括机床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件。是用于完成各种切削加工的机械部件。 2数控装置 是数控机床的核心，包括硬件（印刷电路板、 CRT显示器、键盒、纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。 3驱动装置 是数控机床执行机构的驱动部件，包括主轴驱动单元、进给单元、主轴电机及进给电机等。在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和进给驱动。当几个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。 4辅助装置 指数控机床的一些必要的配套部件，用以保证数控机床的运行，如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。 5编程及其他附属设备 可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。 2.4数控机床的分类 数控机床的品种规格很多，分类方法也各不相同 .一般可根据功能和结构，按下面四种原则进行分类。 1按机床运动的控制执进分类 (1) 点位控制数控机床 点位控制数控机床只要求控制机床的移动部件从一点移动到另一点的准确定位，对于点与点之间的运动轨迹的要求并不严格，在移动过程中不进行加工，各坐标轴之间的运动是不相关的。为了实现既快又精确的定位，两点间位移的移动一般先快速移动，然后慢速趋近定位点，从而保证定位精度。具有点位控制功能的机床主要有数控钻床、数控镗床和数控冲床等。 (2) 直线控制数控机床 直线控制数控机床也称为平行控制数控机床，其特点是除了控制点与点之间的准确定位外 .还要控制两相关点之间的移动速度和移动轨迹，但其运动路线只是与机床坐标轴平行移动，也就是说同时控制的坐标轴只有一个，在移位的过程中刀具能以指定的进给速度进行切削 .其有直线控制功能的机床主要有数控车床、两轴控制的数控铣床和数控磨床等。 (3) 轮廓控制数控机床 廓控制数控机床也称连续控制数控机床，其控制特点是能够对两个或两个以上的运动坐标方向的位移和速度同时进行控制 .为了满足刀具沿工件轮廓的相对运动轨迹符合工件加工轮廓的要求，必须将各坐标方向运动的位移控制和速度控制按照规定的比例关系精确地协调起来。因此，在这类控制方式中 .就要求数控装置具有插补运算功能，通过数控系统内插补运算器的处理，把直线或圆弧的形状描述出来，也就是一边计算，一边加工。 根据计算结果向各坐标轴控制器分配脉冲量，从而控制各坐标轴的联动位移量与要求的轮廓相符合 .在运动过程中刀具对工件表面连续进行切削，可以进行各种直线、圆弧、曲线的加工。轮廓控制的加工轨迹。 这类机床主要有数控车削中心、数控铣床、数控电火花机床和加工中心等，其相应的数控装置称为轮廓控制数控系统。根据它所控制的联动坐标轴数不同，又可以分为下面儿种形式。 3) 三轴联动 一般分为两类，一类就是 X,Y,Z三个直线坐标轴联动，比较多地用于数控铣床和加工中心等 ;另一类是除了同时控制 X,Y,Z其中两个直线坐标轴外，还同时控制围绕其中某一直线坐标轴旋转的旋转坐标轴，如车削加工中心，它除了纵向(Z轴 )、横向 (X轴 )两个直线坐标轴联动外，还要同时控制围绕 Z轴旋转的主轴 (C轴 )联动 . 4) 四轴联动 它同时控制 X,Y,Z三个直线坐标轴与某一旋转坐标轴联动。 5) 五轴联动 除同时控制 X,Y,Z三个直线坐标轴联动外，还同时控制围绕这些直线坐标轴旋转的 A,B,C坐标轴中的两个坐标轴，形成同时控制五个轴联动。这时刀具可以被定在空间的任意方向，比如控制刀具同时绕 X轴和 Y轴两个方向摆动 .使得刀具在其切削点上始终保持与被加工的轮廓曲面成法线方向，以保证被加工曲面的光滑性，提高其加工精度和加工效率，减小被加工表面的粗糙度，提高表面加工质量。 2按伺服系统拉制的方式进行分类 (1) 开环控制数控机床 开环控制数控机床的进给伺服驱动是开环的，即没有枪测反馈装置，一般采用步进电动机。步进电动机的主要特征是控制电路每变换一次指令脉冲信号，电动机就转动一个步距角，并且电动机本身就有自锁能力。 数控系统输出的进给指令信号通过脉冲分配器来控制驭动电路。它以变换脉冲的个数来控制坐标位移量，以变换脉冲的频率来控制位移速度，以变换脉冲的分配顺序来控制位移的方向 .因此，这种控制方式的最大特点是控制方便、结构简单、价格便宜。因为数控系统发出的指令信号流是单向的，所以不存在控制系统的稳定性问题，但由于机械传动的误差不经过反馈校正，因而位移精度不高。 (2) 闭环控制数控机床 闭环控制数控机床的进给伺服驱动是按闭环反馈控制方式工作的，其驭动电动机可采用直流或交流两种伺服电动机，并需要具有位置反馈和速度反馈，在加工中随时检测移动部件的实际位移量，并及时反馈给数控系统中的比较器。它与插补运算所得到的指令信号进行比较，其差值又作为伺服驭动的控制信号，进而带动位移部件以消除位移误差。 按位置反谈检侧元件的安装部位和所使用的反馈装置的不同，它又分为全闭环控制和半闭环控制两种控制方式。 全闭环控制 其位置反馈装置采用直线位移检测元件 (目前一般采用光 栅尺 )，安装在机床的工作台侧面，即直接检侧机床工作台坐标的直线位移 M，并通过反馈消除从电动机到机床工作台的整个机械传动链中的传动误差，从而得到机床工作台的准确位置。这种全闭环控制方式主要用于精度要求很高的数控坐标镗床和数控精密磨床等。 半闭环控制 其位置反馈采用转角检测元件 (目前主要采用编码器等 )直 接安装在伺服电动机或丝杠端部。由于大部分机械传动环节未包括在系统闭环环路内，因此可获得较稳定的控制特性。理杠等机械传动误差不能通过反馈来随时校正，但是可以采用软件定仇补偿方法适当提高其精度。目前，大部分数控机床采用半闭环控制方式。 (3) 混合控制数控机床 将上述控制方式的特点有选择地集中，可以组成棍合控制的方案。如前所述。由于开环控制方式稳定性好、成本低、精度差，而全闭环稳定性差 .因此，为了互相弥补，以满足某些机床的控制要求，宜采用很合控制方式 .采用较多的控制方式有开环补偿型和半闭环补偿型两种方式。 3按数控系统的功能水平分类 按数控系统的功能水平，通常把数控系统分为低、中、高三档 .这种分类方式，在我国用得较多低、中、高三档的界限是相对的，不同时期，划分标准也会不同 .就目前的发展水平看，将各种类似的数控系统分为低、中、高档三类。其中，中、高档一般称为全功能数控或标准型数控。经济型数控属于低档数控，是指由单片机和步进电动机组成的数控系统，或其他功能简单、价格低廉的数控系统。 4按加工工艺及机床用途分类 (1) 金属切削类 金属切削类数控机床指采用车、铣、长、铰、钻、磨、刨等各种切削工艺的数控机床。它又可分为以下两类。 1) 普通型数控机床 如数控车床、数控铣床、数控磨床等。 2) 加工中心 其主要特点是具有自动换刀机构和刀具库，工件经一次装夹后，通过自动更换各种刀具，在同一台机床上对工件各加工面连续进行铣车 )、锐、铰、钻、攻螺纹等多种工序的加工，如 (镗 /铣类 )加工中心、车削中心、钻削中心等。 (2) 金属成形类 金属成形类数控机床指采用挤、冲、压、拉等成形工艺的数控机床 .常用的有数控压力机、数控折弯机、数控弯管机、数控旋压机等。 (3) 特种加工类 特种加工类数控机床主要有数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控火焰切割机、数控激光加工机等。 2.5数控机床的应用 数控机床有普通机床所不具备的许多优点。其应用范围正在不断扩大，但它并不能完全代替普通机床，也还不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题 .数控机床最适合加工具有以下特点的零件 : (1) 多品种、小批量生产的零件 (2) 形状结构比较复杂的零件 (3) 需要频繁改型的零件 (4) 价值昂贵、不允许报废的关键零件 (5) 设计制造周期短的急需零件 (6) 批量较大、精度要求较高的零件 2.6数控机床发展趋势 高速、精密、复合、智能和绿色是数控机床发展的总趋势，近几年来，在实用化和产业化等方面取得可喜成绩。主要表现在以下方面。 1机床复合技术进一步扩展随着数控机床技术进步，复合加工技术日趋成熟，包括车铣复合、车 -镗 -钻 -齿轮加工等复合，车磨复合，成形复合加工、特种复合加工等，复合加工的精度和效率大大提高。 “ 一台机床就是一个加工厂 ” 、 “ 一次装卡，完全加工 ” 等理念正在被更多人接受，复合加工机床发展正呈现多样化的态势。 2智能化技术有新突破数控机床的智能化技术有新的突破，在数控系统的性能上得到了较多体现。如：自动调整干涉防碰撞功能、断电后工件自动退出安全区断电保护功能、加工零件检测和自动补偿学习功能、高精度加工零件智能化参数选用功能、加工过程自动消除机床震动等功能进入了实用化阶段，智能化提升了机床的功能和品质。 3机器人使柔性化组合效率更高机器人与主机的柔性化组合得到广泛应用，使得柔性线更加灵活、功能进一步扩展、柔性线进一步缩短、效率更高。机器人与加工中心、车铣复合机床、磨床、齿轮加工机床、工具磨床、电加工机床、锯床、冲压机床、激光加工机床、水切割机床等组成多种形式的柔性单元和柔性生产线已经开始应用。 4精密加工技术有了新进展数控金切机床的加工精度已从原来的丝级（ 0.01mm）提升到目前的微米级（0.001mm），有些品种已达到 0.5m左右。超精密数控机床的微细切削和磨削加工，精度可稳定达到 0.05m左右，形状精度可达 0.01m左右。采用光、电、化学等能源的特种加工精度可达到纳米级（ 0.0001m）。通过机床结构设计优化、机床零部件的超精加工和精密装配、采用高精度的全闭环控制及温度、振动等动态误差补偿技术，提高机床加工的几何精度，降低形位误差、表面粗糙度等，从而进入亚微米、纳米级超精加工时代。 5功能部件性能不断提高功能部件不断向高速度、高精度、大功率和智能化方向发展，并取得成熟的应用。全数字交流伺服电机和驱动装置，高技术含量的电主轴、力矩电机、直线电机，高性能的直线滚动组件，高精度主轴单元等功能部件推广应用，极大的提高数控机床的技术水平。三、数控加工工艺分析 3.1数控加工工艺概念 数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程中。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。 数控加工工艺过程，是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。 3.2 数控加工工艺内容 选择并确定进行数控加工的内容。 1对零件图样进行数控加工工艺分析。 2零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定。 3数控加工工艺方案的制定。 4工步、进给路线的确定。 5选择数控机床的类型。 6刀具、夹具、量具的选择和设计。 7切削参数的确定。 8加工程序的编写、校验与修改。 9首件试切加工与现场问题处理。 3.3 工序与工布的划分 工序的划分：在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。首先应根据图样，考虑是否可以在一台机床上完成整个零件的加工工作。若不能，则应决定其中那一部分在数控机床上加工，那一部分在其他机床上完成。一般工序划分有以下几种方式： 1按零件装卡定位方式划分工序 由于每个零件结构形状不同，各加工表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。 2按粗、精加工划分工序 根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗加工再精加工。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工。通常在一次安装中，不允许将零件某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其他表面。 3按所用刀具划分工序 为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其他部位。在专用数控机床和加工中心中常采用这种方法。 工步的划分：主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。 1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。 2) 对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔，使其有一段时间恢复，可减少由变形引起的对孔的精度的影响。 3）按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工生产率。总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。四、数控编程方法 4.1数控编程的基本概念 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。4.2 数控编程步骤数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。1分析零件图样和工艺处理 根据图样对零件的几何形状尺寸，技术要求进行分析，明确加工的内容及要求，决定加工方案、确定加工顺序、设计夹具、选择刀具、确定合理的走刀路线及选择合理的切削用量等。 同时还应发挥数控系统的功能和数控机床本身的能力，正确选择对刀点，切入方式，尽量减少诸如换刀、转位等辅助时间。 2数学处理 编程前，根据零件的几何特征，先建立一个工件坐标系，根据零件图纸的要求，制定加工路线，在建立的工件坐标系上，首先计算出刀具的运动轨迹。对于形状比较简单的零件（如直线和圆弧组成的零件），只需计算出几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值。 3编写零件程序清单 加工路线和工艺参数确定以后，根据数控系统规定的指定代码及程序段格式，编写零件程序清单。 4程序输入 5。程序校验与首件试切如图 4-1所示，编程工作主要包括： 图 4-1数控程序编制的流程图 4.3 数控车床程序的编制 数控车削加工包括内外圆柱面的车削加工、端面车削加工、钻孔加工、螺纹加工、复杂外形轮廓回转面的车削加工等。 1 F功能： F功能指令用于控制切削进给量。在程序中，有两种使用方法： F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为 mm/r； F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为 mm/min。 2 S功能： 1） S后面的数字表示主轴转速，单位为 r/min。 2） S后面的数字表示的是恒定的线速度：单位为 m/min。 3 T功能： T功能指令用于选择加工所用刀具。 T后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。但也有 T后面用四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。4 M功能：M00：程序暂停，可用 NC启动命令（ CYCLE START）使程序继续运行；M01：计划暂停，与 M00作用相似，但 M01可以用机床 “ 任选停止按钮 ” 选择是否有效；M02：程序停止；M03：主轴顺时针旋转；M04：主轴逆时针旋转；M05：主轴旋转停止；M08：冷却液开；M09：冷却液关；M30：程序停止，程序复位到起始位置。M98：调用子程序。M99：子程序结束，返回主程序。4 G功能：例如一些常用的编程代码：G00 快速点定位；G01 直线插补； G02、 G03 顺圆和逆圆插补；G04 暂停；G28 自动返回参考点；G31 等导程螺纹切削；G32 跳步功能；G90 绝对值输入；G91 相对值输入； 5.1 数控机床的刀具特点 数控加工对刀具的要求不仅精度高、强度大、刚度好、寿命长。而且要求尺寸稳定、安装调整方便。切削刀具由传统的机械工具实现了向高科技产品的飞跃，刀具的切削性能有显著的提高。切削技术由传统的切削工艺向创新制造工艺的飞跃，大大提高了切削加工的效率。刀具工业由脱离使用、脱离用户的低级阶段向面向用户、面向使用的高级阶段的飞跃，成为用户可利用的专业化的社会资源和合作伙伴。切削刀具从低值易耗品过渡到全面进入 “ 三高一专（高效率、高精度、高可靠性和专用化） ” 的数控刀具时代，实现了向高科技产品的飞跃。成为现代数控加工技术的关键技术。与现代科学的发展紧密相连，是应用材料科学、制造科学、信息科学等领域的高科技成果的结晶。5.2 刀具材料数控车床使用的刀具材料一般为高速钢、硬质合金、涂层硬质合金和陶瓷。在数控切削加工时，数控刀具切削部分与切屑、工件相互接触的表面上承受很大的压力和摩擦，数控刀具在高温下进行切削的同时，还承受切削力、冲击和振动，因此数控刀具材料应满足以下基本条件：1硬度 刀具材料必须具有高于工件材料的硬度，常温硬度应在62HRC以上，并要求保持较高的高温硬度。2耐磨性 耐磨性表示刀具抵抗磨损的能力，它是刀具材料力学性能、组织结构和化学性能的综合反映。3强度和韧性 一种好的刀具材料，应根据它的使用要求，兼顾硬度和耐磨性两方面的性能，有所侧重。满足高切削力、冲击和振动的条件。4耐热性 数控刀具材料应在高温下保持较高的硬度、耐磨性、强度和韧性，并有良好的抗扩散、抗氧化能力。5导热性和膨胀系数 在其他条件相同的情况下，刀具材料的热导率越大，则由刀具传出的热量越多，有利于降低切削温度和提高刀具使用寿命。线膨胀系数小，则可减少刀具的热变形。6工艺性 为了便于制造，要求数控刀具材料有较好的可加工性，包括锻、轧、焊、切削加工和可耐磨性、热处理特性。材料的高温特性对热轧刀具十分重要。五、数控刀具的选用 5.3数控刀具的选择 1刀片形状的选择：正型（前角）刀片：对于内轮廓加工，小型机床加工，工艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负型（前角）刀片：对于外圆加工，金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。 2一般外圆车削常用 80凸三角形、四方形和 80菱形刀片；仿形加工用 55、 35 菱形和圆形刀片；在机床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片，反之选择刀尖角较小的刀片。 3前角的作用。大负前角用于：切削硬材料；需切削刃强度大，以适应断续切削、切削含黑皮表面层的加工条件。 大正前角用于：切削软质材料易切削材料被加工材料及机床刚性差时。 4后角的作用：小后角用于：切削硬材料；需切削刃强度高时。大后角用于：切削软材料；切削易加工硬化的材料。 5主偏角的作用：大主偏角用于：切深小的精加工；切削细而长的工件；机床刚性差时。小主偏角用于：工件硬度高，切削温度大时；大直径零件的粗加工；机床刚性高时。 6副偏角具有减少已加工表面与刀具摩擦的功能。一般为 5 15。 7刃倾角是前刀面倾斜的角度。重切削时，切削开始点的刀尖上要承受很大的冲击力，为防止刀尖受此力而发生脆性损伤，故需有刃倾角。推荐车削时为 35。5.4切屑用量的选择数控加工时对同一加工过程选用不同的切削用量，会产生不同的切削效果。合理的切削用量应能保证工件的质量要求（如加工精度和表面粗糙度），在切削系统强度、刚性允许的条件下充分利用机床功率，最大限度地发挥刀具的切削性能，并保证刀具具有一定的使用寿命。1 粗车时切削用量的选择粗车时一般以提高效率为主，兼顾经济性和加工成本。提高切削速度、加大进给量和切削深度都能提高生产率。其中切削速度对刀具寿命的影响最大，切削深度对刀具寿命的影响最小，所以考虑粗加工切削用量时首先应选择一个尽可能大的切削深度，以减少进给次数，其次选择较大的进给速度，最后在刀具使用寿命和机床功率允许的条件下选择一个合理的切削速度。2 精车、半精车时切削用量的选择精车和半精车的切削深度是根据零件加工精度和表面粗糙度要求及粗车后留下的加工余量决定的，一般情况是一次去除余量。当零件精度要求较高时，通常留 0.2 0.4 mm （直径值）的精车余量。精车和半精车的切削深度较小，产生的切削力也较小，所以可在保证表面粗糙度的情况下适当加大进给量。六、夹具选择和装夹 6.1夹具的分类 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。按专门化程度可分为以下几种类型的夹具： 通用夹具是指已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具。如三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳和万能分度头等。这类夹具主要用于单件小批生产。 专用夹具是指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具。结构紧凑，操作方便，主要用于固定产品的大量生产。 组合夹具是指按一定的工艺要求，由一套预先制造好的通用标准元件和部件组装而成的夹具。使用完毕后，可方便地拆散成元件或部件，待需要时重新组合成其他加工过程的夹具。适用于数控加工、新产品的试制和中、小批量的生产。 可调夹具包括通用可调夹具和成组夹具，它们都是通过调整或更换少量元件就能加工一定范围内的工件，兼有通用夹具和专用夹具的优点。通用可调夹具适用范围较宽，加工对象并不十分明确；成组夹具是根据成组工艺要求，针对一组形状及尺寸相似、加工工艺相近的工件加工而设计的，其加工对象和范围很明确，又称为专用可调夹具。 数控机床夹具常用通用可调夹具、组合夹具。6.2工件在数控车床上的装夹1常用装夹方式：三爪自定心卡盘装夹；两顶尖之间装夹；卡盘和顶尖装夹；双三爪定心卡盘装夹。2采用找正的方法：找正装夹时必须将工件的加工表面回转轴线（同时也是工件坐标系 Z轴）找正到与车床主轴回转中心重合。一般为打表找正。通过调整卡爪，使工件坐标系 Z轴与车床主轴的回转中心重合。3薄壁零件的装夹：薄壁零件容易变形，普通三爪卡盘受力点少，采用开缝套筒或扇形软卡爪，可使工件均匀受力，减小变形。也可以改变夹紧力的作用点，采用轴向夹紧的方式。七、零件加工编程实例 7.1 零件的工艺分析1分析零件图样如图 7-1所示，该零件包括有圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及双线螺纹等表面；其多个直径尺寸有较严的尺寸公差和表面粗糙度值等要求；球面 S50mm的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。该零件材料为 45#钢，可以用 60mm棒料，无热处理和硬度要求。2选定设备根据被加工零件的外形和材料等条件，选定数控车床；其数控系统为 FANUC3确定零件的定位基准和装夹方式定位基准：确定坯件轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。装夹方式：左端采用三爪自定心卡盘夹紧、右端采用活动顶尖支顶的装夹方式。4、确定切削用量（ 1）背吃刀量：粗车时，确定其背吃刀量为 3mm左右；精车时为 0.25mm。（ 2）主轴转速：车直线和圆弧轮廓时的主轴转速。根据实践经验确定其切削速度为 90m/min；粗车时确定主轴转速为 500r/min，精车时确定主轴转速为 800 r/min。编程中还可以对直线、圆弧采用不同的主轴转速。车螺纹时的主轴转速。主轴转速定为 320 r/min。 （ 3）进给速度：粗车时，按式 f=nf可选择f1=200mm /min；精车时，兼顾到圆弧插补运行，故选择其 f2=60mm /min左右；短距离空行程的f3=300mm /min。 7.2确定加工路线 按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则，确定加工路线。加工路线自右向左加工，先用 1号刀用 G70粗加工出零件外轮廓，具体路线为先倒角（ 245） 切削螺纹实际外径 29.6 切削 26 切削 36 切削圆弧部分 切削 34 切削锥度部分 切削 56,最后切削螺纹。 7.3制定加工方案 1、用 1号刀粗车外形，留 1.0mm（直径量）的半精车余量。 2、用 2号刀车螺纹。 螺纹大径 d =d-0.1P=30-0.1*1.5=29.85mm 螺纹小径 d = d -1.3P=29.85-1.3*1.5=27.9mm 3、用 2号刀精车全部外形。 7.4选择刀具及对刀 1、粗、精车用刀具 （ 1）硬质合金 90外圆车刀，副偏角以为 60，断屑性能应较好。 （ 2） 硬质合金 60外螺纹车刀，刀尖角取为 5930，刀尖圆弧半径取为 0.2mm。 2、对刀 （ 1）将粗车用 90外圆车刀安装在绝对刀号自动转位刀架的 1号刀位上，并定为 1号刀。 （ 2）将精车外形（含外螺纹）用 60外螺纹车刀安装在绝对刀号自动转位刀架的 2号刀位上，并定为 2号刀。 （ 3）在对刀过程中，同时测定出 2号刀相对于 1号刀的刀位偏差。 7.2确定加工路线 按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则，确定加工路线。加工路线自右向左加工，先用 1号刀用 G70粗加工出零件外轮廓，具体路线为先倒角（ 245） 切削螺纹实际外径 29.6 切削 26 切削 36 切削圆弧部分 切削 34 切削锥度部分 切削 56,最后切削螺纹。 7.3制定加工方案 1、用 1号刀粗车外形，留 1.0mm（直径量）的半精车余量。 2、用 2号刀车螺纹。 螺纹大径 d =d-0.1P=30-0.1*1.5=29.85mm 螺纹小径 d = d -1.3P=29.85-1.3*1.5=27.9mm 3、用 2号刀精车全部外形。 7.4选择刀具及对刀 1、粗、精车用刀具 （ 1）硬质合金 90外圆车刀，副偏角以为 60，断屑性能应较好。 （ 2） 硬质合金 60外螺纹车刀，刀尖角取为 5930，刀尖圆弧半径取为 0.2mm。 2、对刀 （ 1）将粗车用 90外圆车刀安装在绝对刀号自动转位刀架的 1号刀位上，并定为 1号刀。 （ 2）将精车外形（含外螺纹）用 60外螺纹车刀安装在绝对刀号自动转位刀架的 2号刀位上，并定为 2号刀。 （ 3）在对刀过程中，同时测定出 2号刀相对于 1号刀的刀位偏差。7.5 确定工件坐标系、对刀点和换刀点1、加工坐标系如图 7 2所示 O为坐标原点2、确定对刀点及换刀点位置（ 1）确定对刀点：确定对刀点距离车床主轴轴线 30 mm，距离坯件右端端面 140 mm；其对刀点在正 X和正 Z方向并处于消除机械间隙状态。（ 2）确定换刀点：为使其各车刀在换刀过程中不致碰撞到尾座上的顶尖，故确定换刀点距离车床主轴轴线 60mm，即在正 X方向距离对刀点30mm，距离坯件右端端面 0 mm，即在 Z方向与对刀点一致。零件加工编程实例 2图 7 2 工件坐标系加工如图 7 3所示零件 ,毛坯为 45棒料，切断刀宽 4mm，工件程序原点如图所示 。1.工艺分析(1)确定加工路线按先主后次，先粗后精的加工原则确定加工路线，采用固定循环指令对外轮廓进行粗加工，再精加工，然后车退刀槽，再加工螺纹，最后切断。(2)装夹方法和对刀点的选择采用三爪自定心卡盘自定心夹紧，对刀点选在工件的右端面与回转轴线的交点。加工工序 刀具号 刀具类型 主轴转速 S(r/min) 进给速度 F(mm/r)粗车外圆 T1 外圆车刀 336 0.3精车外圆 T2 外圆精车刀 475 0.08切退刀槽 T3 切槽刀 336 0.05车螺纹、凹弧 T4 螺纹刀 170 1.5切断 T3 切槽刀 336 0.05各工序的切削速度和进给速度 表 7 12.刀具的选择根据加工要求，选用四把刀， 1号为粗加工外圆车刀， 2号为精加工外圆车刀， 3号为切槽刀， 4号为车螺纹刀。采用试切法对刀，对刀的同时把端面加工出来。3.切削参数的选择4程序编制 数控系统为 FANUC 0i程序 说明O0004;N1; 工序 (一 )外形轮廓粗加工G99T0101;M43;M03;G00X40.0Z1.0;G71U1.5R0.5;G71P10Q11U0.5W0.15;N42X0;G01Z0;X19.8X27.8Z-20.0;X28.0;Z-45.0;X36.0Z-50.0;Z-59.0;N40X40.0;G00X100.0Z100.0;N2; 工序 (二 )外形轮廓精加工T0202;M44;G00X40.0Z1.0;G70P10Q0.08;G00X100.0Z100.0;N3; 工序 (三 )切槽加工T0303;M43;G00X30.0Z-24.0;G01X0.05;G01X0.2;G00X100.0