基于FANUC-0iT数控车床的手工编程和仿真加工——典型轴套类零件Ⅱ 毕业论文.doc

目 录摘 要1绪 论21 数控技术的概述31.1、数控技术的基本概念31.2、数控机床的基本组成及工作原理31.2.1、数控机床的基本组成31.2.2、数控机床的工作原理41.3、数控机床的应用范围41.4、数控机床的特点42 典型零件图的分析53 零件设备的选择84 确定零件的定位基准和装夹方式94.1、确定装夹方案94.2、工件的定位104.3、工件的基准105 确定加工顺序及进给路线105.1、进给路线105.2、确定走刀顺序136 数控机床编程156.1、数控车床的编程特点156.2、数控编程的分类156.3、确定编程坐标系及编程原点156.4、编程中的有关规定166.5、基本编程指令166.6、机床坐标轴187 选择刀具和切削用量187.1、刀具的选择187.2、切削用量的选择197.3、保证加工精度的方法218 加工工艺卡和刀具卡片的编制228.1、数控加工工序卡片228.2、数控加工刀具卡片249 加工坐标系设置269.1、建立工件坐标系269.2、试切法对刀2610 工序尺寸和编程尺寸2711 典型轴类零件车削的编程2811.1、数控加工的特点2811.2.1、加工程序2812 轴类零件仿真加工及检验4212.1、仿真软件介绍4212.1.1、软件简介4212.1.2.斯沃界面4212.2、仿真加工过程4313 solidworks装配体46结 论48致 谢49参考文献50附 录50第 51 页 共 53 页基于fanuc-0it数控车床的手工编程和仿真加工典型轴套类零件摘 要本次设计主要是对数控加工工艺进行分析与具体零件图的仿真加工，首先对数控加工技术进行了简单的介绍；然后以四个零件图进行数控加工分析，根据零件图来确定的加工工序、切削用量、刀具、刀柄以及其它相关因素，针对零件图图形进行手工编程，并用编程模拟软件对轴类零件进行仿真加工及校验；最后录制加工视频。实例在给定fanuc-0it数控系统和仿真条件下，运用cad和solidworks软件完成给定典型零件的平面图形及三维图绘制，并且完成其数控加工工艺分析以及手工编制零件的数控加工工艺卡片和数控程序。通过整个工艺过程的制定，充分体现了数控设备在保证加工精度，加工效率，简化工序等方面的优势。关键词：数控车床；零件工艺分析；刀具表；数控编程；数控加工工艺；数控车削仿真加工； 绪 论由于数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服系统、精密检测与新型机械结构等方面的技术成果，具有高柔性、高精度与高度自动化的特点，因此，采用数控加工手段，解决了机械制造中常规加工技术难以解决甚至无法解决的单件、小批量，特别是复杂型零件的加工。应用数控加工技术是机械制造业的一次技术革命，使机械制造的发展进入了一个新的阶段，提高了机械制造业的制造水平，为社会提供高质量，多品种及高可靠性的机械产品。机械加工的目的是将毛坯加工成符合产品要求的零件。通常毛坯需要经过若干工序才能转化为符合产品要求的零件。一个相同结构相同要求的机器零件，可以采用几种不同的工艺过程完成，但其中总有一种工艺过程在某一特定条件下是最经济、最合理的。在现有的生产条件下，如何采用经济有效的加工方法，合理地安排加工工艺路线以获得符合产品要求的零件，最重要的就是要编制出零件的工艺规程。此次设计，要求对所给的零件图进行数控加工工艺分析和用编程指令进行手工编写程序，这就对我们关于数控技术的掌握提出了比较高的要求，并且让我们对数控方面的知识有了更加了解,是对我们日后的发展打下坚实的基础。1 数控技术的概述1.1、数控技术的基本概念 数控技术是用数字或数字信号构成的程序对设备的工作过程实现自动控制的一门技术，简称数控（numerical control即nc）。数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础。这个基础是否牢固直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。因此，世界上各工业发达国家均采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业。数控技术综合运用了微电子、计算机、自动控制、精密检测、机械设计和机械制造等技术的最新成果，通过程序来实现设备运动过程和先后顺序的自动控制，位移和相对坐标的自动控制，速度、转速及各种辅助功能的自动控制。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。1908年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19世纪末，以纸为数据载体并具有辅助功能的控制系统被发明；1938年，香农在美国麻省理工学院进行了数据快速运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是与机床控制密切结合发展起来的。1952年，第一台数控机床问世，成为世界机械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。1.2、数控机床的基本组成及工作原理1.2.1、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1.2.1可知机床数控系统的基本工作流程。 图1.2.11.2.2、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。 1.3、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。1.4、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).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，我将围绕四种典型的数控车床来阐述轴套类零件的加工工艺。2 典型零件图的分析图2-1 简单轴类零件典型零件的数控车削加工，主要流程包括零件图分析、确定其加工工艺、加工方法、加工路线、工艺参数和加工这个零件用到的刀具，预备刀具，计算相邻轮廓交点坐标（如圆弧切点），以及怎么装夹，所用的夹具，然后手工编程，程序校验，校验无误，最后进行加工。(以下将进行四个零件图分析)。如上图2-1所示该零件表面由圆柱、锥面、倒角、退刀槽、等表面组成，两次装夹即可完成粗精加工，后续槽处理。符合数控加工的标注，尺寸标注完整，表面粗糙度全部为1.6，未注倒角0.5x45,毛坯：。根据课题，选用毛坯为45#钢（它的化学成分中含碳（c）量是0.420.50%，si含量为0.170.37%，mn含量0.500.80%，cr含量=0.25%），40mm100mm，无热处理和硬度要求。图2-2 套类零件图2-3 复合零件如上图2-2所示该零件表面由圆柱、圆弧、内孔、倒角、退刀槽、螺纹等表面组成，需两次装夹即可完成粗精加工，后续槽、螺纹的处理。符合数控加工的标注，尺寸标注完整，有同轴度要求，表面粗糙度全部为1.6，未注公差尺寸按it14加工，未注倒角1x45,毛坯：。根据课题，选用毛坯为45#钢（它的化学成分中含碳（c）量是0.420.50%，si含量为0.170.37%，mn含量0.500.80%，cr含量=0.25%），40mm100mm，无热处理和硬度要求。如上图2-3所示该零件表面由圆柱、圆弧、锥面、倒角、退刀槽、螺纹等表面组成，两次装夹即可完成粗精加工，后续槽、螺纹的处理。符合数控加工的标注，尺寸标注完整，表面粗糙度全部为1.6，未注公差尺寸按it14加工，未注倒角,毛坯：。根据课题，选用毛坯为45#钢（它的化学成分中含碳（c）量是0.420.50%，si含量为0.170.37%，mn含量0.500.80%，cr含量图2-4 配合零件=0.25%），40mm100mm，无热处理和硬度要求。如上图2-4所示本零件上由球面、圆柱面、内孔、内圆锥面、圆弧面、退刀槽、和螺纹等部分组成。符合数控加工的标注，尺寸标注完整。根据课题，选用毛坯为45#钢（它的化学成分中含碳（c）量是0.420.50%，si含量为0.170.37%，mn含量0.500.80%，cr含量=0.25%），40mm100mm，无热处理和硬度要求。零件车削加工成形轮廓的结构形状较复杂、需两头加工，后续槽、螺纹、切断的处理，零件的加工精度和表面质量要求都很高。该零件重要的径向加工部位有圆柱段（表面粗糙度r=1.6m）、圆柱段（表面粗糙度r=1.6m）、圆柱段（表面粗糙度r=1.6m）、r6mm弧与1:5内外锥度相切过渡区、的内孔（表面粗糙度r=1.6m），其余表面粗糙度均为r=3.2m。零件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，毛坯：通过以上分析，采取下面几点工艺措施：1）、对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，编程时采用中间值。2）、根据零件的几何形状关系按一定数学方法（如三角、几何等）计算编程所需要的有关节点的坐标值；或者通过autocad直接标注出来。3）、作为短轴类零件，可以采取毛坯夹持左端，从右端加工，一般表面先粗车g71循环加工外轮廓再进行精车，对于球面先用g73粗车循环加工外轮廓在精车，切槽后加工螺纹，最后进行切断处理。4）、本次设计的零图，应尽量在一次装夹中完成多道工序的加工以保证其数值。二次装夹采用一顶一夹装夹，这种方法装夹安全可靠，能承受较大的进给力，应用广泛。5）、本设计图纸中的各平面和外轮廓表面的粗糙度要求可采用粗加工-精加工加工方案，并且在精加工的时候将进给量调小些，主轴转速提高。6）、螺纹加工时，为保证其精度及配合要求，在加工的最后一次走刀重复走一次，加工螺纹时利用螺纹千分尺或螺纹环规保证精度要求。选择以上措施可保证尺寸、形状、精度和表面粗糙度3 零件设备的选择数控车床能对轴类或盘类等回转体零件自动地完成内外圆柱面、圆锥表面、圆弧面等工序的切削加工，并能进行切槽、钻、扩、内外螺纹等的加工。根据零件的工艺要求，可以选择经济型数控车床，一般采用步进电动机形式半闭环伺服系统。此类车床机构简单，价格相对较低，这类车床设置三爪自定心卡盘、普通尾座或数控液压尾座，适合车削较长的轴类零件。根据主轴的配置的要求选择卧式数控车床。数控车床具有加工精度高，能做直线和圆弧插补，数控车床刚性良好，制造和对刀精度高，能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，能够加工尺寸精度要求较高的零件。能加工轮廓形状特别复杂的表面和尺寸难于控制的回转体，而且能比较方便的车削锥面和内外圆柱面螺纹，能够保持加工精度，提高生产效率。这样对加工是非常有利的。根据加工零件的外形和材料等条件，选择fanuc-0it数控车床(如图3.1所示)。该数控系统的特点：系统具有很高的可靠性；功能全，适用范围广。4 确定零件的定位基准和装夹方式4.1、确定装夹方案在数控车床上工件定位安装的基本原则与普通机床相同。工件的装夹方法影响工件的加工精度和效率，为了充分发挥数控机床的工作特点，在装夹工件时，应考虑以下几种因素：1).尽可能采用通用夹具，必须时才设计制造专用夹具；2).结构设计要满足精度要求；3).易于定位和装夹； 4).易于切削的清理；5).抵抗切削力需足够的刚度； 使用三爪自定心卡盘（如图）夹持零件的毛坯外圆，确定零件伸出合适的长度（应将机床的限位距离考虑进去）。本次设计的零件都需要加工两端，因此需要考虑用三爪卡盘两次装夹的位置。图2-1先夹持右端加工左端，然后在掉头加工另一端；图2-2、图2-3、图2-4轴承考虑到右端有外螺纹，而左端的台阶可以用来装夹，因此先加工左端，然后调头夹住左端的台阶加工右端；图2-4的套筒只需一次装夹就可完成整套工序，最后用切断。4.2、工件的定位六点定位原理将工件在机床上或夹具中定位，夹紧的过程，称为装夹。工件在空间的位置相当于刚体在空间直角坐标系中的位置。工件没有定位时，可看作在空间处于自由状态的刚体（在空间有六个自由度）。限制这六个自由度，使工件在空间的位置得以确定，就是六点定位原理。本此设计都是采用不完全定位，限制五个自由度，工件就被完全夹紧。4.3、工件的基准基准：用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点、线、面。工件的定位与基准应与设计基准保持一致，应防止过定位。定位基准就是加工工件时定位所用的基准。用夹具装夹时，定位基准就是工件上直接与夹具的定位元件相接触的点、线、面。根据以上论述，本次设计零件选择大端面、大外圆轴线作为定位基准。5 确定加工顺序及进给路线5.1、进给路线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。依据本次设计零件的特点，选用的进给路线下面将具体介绍：（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车削大余量毛坯的阶梯路线图4-1所示按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。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4-2所示)双向进刀走刀路线。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4-3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。图4-3 分层切削时刀具的终止位置。（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2（如图4-4），这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定。图4-4 车螺纹时的引入距离和超越距离。（3）确定最短的空行程路线确定最短的走刀路线，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时辅以一些简单计算。现将实践中的部分设计方法或思路介绍如下。 图4-5巧将起刀点与对刀点分离，并设于图示b点位置，仍按相同的切削用量进行三刀粗车，其走刀路线安排如下：起刀点与对刀点分离的空行程为ab 第一刀为 bcdeb 第二刀为 bfghb 第三刀为 bijkb 显然走刀路线最短。巧设换刀点为了考虑换（转）刀的方便和安全，有时将换（转）刀点也设置在离坯件较远的位置处。如将第二把刀的换刀点也设置在图4-5中的b点位置上，则可缩短空行程距离。 合理安排“回零”路线 在手工编制较复杂轮廓的加工程序时，为使其计算过程尽量简化，既不易出错，又便于校核，编程者（特别是初学者）有时将每一刀加工完后的刀具终点通过执行“回零”（即返回对刀点）指令，使其全都返回到对刀点位置，然后再进行后续程序。这样会增加走刀路线的距离，从而大大降低生产效率。因此，在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短，或者为零，即可满足走刀路线为最短的要求。（4）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4-6为利用其矩形循环功能而安排的“矩形”走刀路线，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。 本设计零件的加工刀具进给路线为“沿工件轮廓走刀”和“矩形”，因为本设计零件属于典型轴类零件，结合了螺纹、圆锥、槽、圆弧和孔五个工艺，采用“沿工件轮廓走刀”和“矩形”就会使整个加工过程变得简单易操作。5.2、确定走刀顺序先粗后精 先安排粗加工，中间安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。先主后次 先安排零件的装配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如键槽、紧固用的光孔和螺纹孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常与主要表面有精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前进行。先面后孔 对于箱体、支架、连杆、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。这样可使工件定位夹紧稳定可靠，利于保证孔与平面的位置精度，减小刀具的磨损，同时也给孔加工带来方便。基面先行 用作精基准的表面，要首先加工出来。所以，第一道工序一般是进行定位面的粗加工和半精加工(有时包括精加工)，然后再以精基面定位加工其它表面。例如，图2-4配合零件的加工综上所诉：此零件的的加工顺序如下：工序 车左端面，将毛坯车为115mm的棒料工序 左端面打中心孔 选用5mm的中心钻（手动钻孔）工序 左端钻孔（钻18mm深-32mm的孔）手动钻孔钻头走刀路线如下图：工序 粗、精车左端内孔至要求尺寸工序 粗、精车零件左端面外圆至要求尺寸工序 调头车右端面将零件车至要求尺寸进给路线如图4-7。工序 调头粗、精车右端面各部倒角、切外螺纹退刀槽、三角形螺纹图 4-7 6 数控机床编程6.1、数控车床的编程特点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。6.2、数控编程的分类数控编程一般分为两种：一种是手工编程，另一种是自动编程。数控编程方法有手工编程和自动编程两种。对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序，经过处理后生成加工程序，称为自动编程。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。由于该零件相对比较简单，所以采用手工编程。6.3、确定编程坐标系及编程原点数控机床采用右手笛卡儿直角坐标系，其基本坐标轴为x、z直角坐标系，相对坐标轴u、w。编程原点也称工件原点，一般用g92或g54-g59（对于数控镗铣床）和g50（对于数控车床）设置，但实际加工中常选用无基准刀对刀法。根据以上可以知道，编程坐标系及编程原点的选择要满足以下几个方面的要求：(1).所选的编程原点及坐标系要使程序编制简单。(2).编程原点应选在容易找正，并在加工过程中便于检查的位置。(3).引起的加工误差小。(4).一般回转体零件的编程零点选在其加工面的回转轴线与端面交点处。6.4、编程中的有关规定（1）数控车床坐标系：数控车床一般是两坐标机床（x轴、z轴）。随着数控车床刀架的位置不同，坐标系的方位不同 。（2）数控车床的编程方式 直径编程和半径编程。 刀具接近于工件时，必须用g01； 绝对编程和相对编程。 6.5、基本编程指令1)g00与g01指令（快速定位与直线插补），指令格式:g00后面不能跟f指令g00 ()_()_； 01 ()_()_f_；2)g02/g03指令（圆弧插补）x（u）_ z（w）_f; 指令格式： 顺时针圆弧插补（g02）与逆时针圆弧插补（g03）的判断方法：沿着弧所在平面（如平面）的正法线方向（+y轴）向负方向（y轴）观察，圆弧插补按顺时针方向为02，逆时针方向为03，如图6-7所示 3)g70、g71、g73（1）71（内、外径粗车循环）g71指令通过与z轴平行的运动来实现内孔、外圆加工，常用于毛坯为棒料的粗加工。指令格式：g00 x _ z _ ；71 d e；71 ns nf u wff ； g71外径粗车循环路线图重要提示：u（+）w(+)为零件外轮廓纵向粗车复合循环；u（-）w(+)为零件内轮廓纵向粗车复合循环；u（+）w(-)为零件外轮廓横向粗车复合循环；u（-）w(-)为零件内轮廓横向粗车复合循环（2）g70（精车循环）g70指令用于切除g71或g73指令粗加工后留下的加工余量 指令格式：g00 x_ z_；70 ns nf ff ；程序段中各地址的含义同g71。（3）g73（仿形粗车循环）g73仿形切削循环就是按照一定的切削形状逐渐地接近最终形状。 指令格式：g00 x_ z_；73 di dk d；73 ns nf u w ff ；4)、g92（单一循环螺纹切削指令）指令格式：92 （）_（）_ r_f_；6.6、机床坐标轴数控车床是以其主轴轴线方向为z 轴方向，刀具远离工件的方向为 z 轴正方向。 x 坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横向拖板，刀具离开工件旋转中心的方向为 x 轴正方向。故此 fanuc 车床的各轴方向如图6-1，所示： 参考点为机床上一固定点，如图6-1 所示，（点 o 即为参考点）。其固定位置，由 x 向与 z向的机械挡块及电机零点位置来确定，机械挡块一般设定在 z 轴正向最大位置。当进行回参考点的操作时，装在纵向和横向拖板上的行程开关，碰到挡块后，向数控系统发出信号，由系统控制拖板停止运动，完成回参考点的操作。7 选择刀具和切削用量7.1、刀具的选择数控刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容，它不仅影响数控机床的加工效率，而且直接影响加工质量。刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。 在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则：尽量减少刀具数量；一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；先铣后钻 ；先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。综上所述：本设计零件的加工，(1) 车端面：选用硬质合金45车刀，粗、精车各用一把完成。(2) 选用5mm中心钻钻削中心孔。用18mm、22mm的钻头加工左端的孔及套筒。(3) 粗精车外圆（程序选用g71或g73循环，粗、精车各用一把刀）选用35硬质合金左偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉，副偏角不宜太小，选kr=35。(4) 粗精车内孔镗刀选用35硬质合金刀。(5) 车槽与切断：选用硬质合金车槽刀（刀长12mm,宽3mm）。(6) 车螺纹选用硬质合金60内外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取re=0.150.2mm 。（同时把每个零件用到的刀在自动换刀刀架上安装好，且都对好刀，把它们的刀偏值输入相应的刀具参数中。）刀具的选择是数控加工工艺设计中的重要内容之一。刀具选择合理与否不仅影响机床的加工效率、而且还影响加工质量。选择刀具通常考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等。与传统的车削方法相比，数控车削对刀具的要求较高。不仅要求精度高、钢度好、耐用度高、而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。7.2、切削用量的选择数控编程时，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。粗、精加工时切削用量的选择原则如下：粗加工时切削用量的选择原则 首先尽可能大的选取背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性等限制条件，尽可能大的选取进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。精加工时切削用量的选择原则 首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的表面粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定。1）、主轴转速的确定（公式：）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。根据本例中零件的加工要求，考虑工件材料为45钢，刀具材料为硬质合金钢，粗加工选择转速500r/min,精加工选择1000r/min车削外圆，考虑细牙螺纹切削力不大，采用400r/min来车螺纹，而内孔由于刚性较差，采用粗车600 r/min，比较容易达到加工要求，切槽的切削刀较大，采用350 r/min更稳妥。2）、进给速度（进给量）f(mm/r，mm/min)的选择 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。粗加工时，由于对工件的表面质量没有太高的要求，这时主要根据机床进给机构的强度和刚性、刀杆的强度和刚性、刀具材料、刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度。精加工时，则按表面粗糙度要求、刀具及工件材料等因素来选取进给速度。进给速度可以按公式计算，式中f表示每转进给量，粗车时一般取0.30.8mm/r；精车时常取0.10.3mm/r；切断时常取0.050.2mm/r。应选择较低的进给速度，得出下表粗精外圆0.2mm/r0.1mm/r内孔0.2mm/r0.1mm/r槽0.05 mm/r3）、背吃刀量确定（公式：）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。本设计中，背吃刀量的选择大致为（如下表所示）粗精外圆1.5-2(mm)0.2-0.5(mm)内孔1-1.5(mm)0.1-0.5(mm)螺纹随进刀次数依次减少槽根据刀宽，分几次进行总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。切削用量对于不同的加工方法，需选用不同的切削用量。合理的选择切削用量，对零件的表面质量、精度、加工效率影响很大。切削用量的选择方法：粗车时，应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。精车时，对加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀，应着重考虑如何保证加工精度，且在此基础上如何提高加工效率。因此，要求精车时应选用较小（但不能太小）的背吃刀量和进给量，并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。7.3、保证加工精度的方法为了保证和提高加工精度，必须根据生产加工误差的主要原因，采取相应的误差预防或误差补偿等有效的工艺途径措施来直接控制原始误差或控制原始误差对零件加工精度的影响。1)、刀具半径的选定 (1).刀具的半径r比工件转角处半径大时不能加工；(2).刀具较小时不能用较大的切削量加工（刀具刚性差）。2)、采用合适的切削液(1).切削液主要用来减少切削过程中的摩擦和降低切削温度。合理使用切削液，对提高刀具耐用度和加工表面质量、加工精度起重要的作用。(2).非水溶性切削液：切削油、固体润滑剂，非溶性切削液主要起润滑作用。(3).水溶性切削液：水溶液、乳化液，水溶性切削液有良好的冷却作用和清洗作用。故本设计加工时采用水溶液进行冷却。8 加工工艺卡和刀具卡片的编制按加工顺序将各工序、工步的加工内容、所用刀具、切削用量等填写数控加工工艺卡，如下表所示。8.1、数控加工工序卡片数控加工工序卡片(图2-1)材料45钢零件图号夹具名称三爪自定心卡盘工步号工步内容g功能t刀具主轴转速s/（r/min）进给量f/（mm/r）背吃刀量ap/mm备注1车削左端面g01t01016000.152粗车零件左端外轮廓g71t02025000.223精车零件左端外轮廓g70t030315000.10.44切5mm2mm退刀槽g01t04043500.0525车削右端面g01t01016000.156粗车零件右端外轮廓g71t02025000.227 精车零件右端外轮廓g70t030315000.10.48切5mm1mm退刀槽g01t04043500.0529检测、校核数控加工工序卡片(图2-2)材料45钢零件图号夹具名称三爪自定心卡盘工步号工步内容g功能t刀具主轴转速s/（r/min）进给量f/（mm/r）背吃刀量ap/mm备注1车削左端面g01t01016000.152中心钻120033钻孔5004粗车零件左端内轮廓g71t02026000.215精车零件左端内轮廓g70t030315000.10.46内切3mm2mm退刀槽g01t06063500.0527车削m32mm1.5mm内螺纹g92t07074008粗车零件左端外轮廓g73t04045000.229精车零件左端外轮廓g70t050515000.10.410车削右端面g01t01016000.1511粗车零件右端外轮廓g71t04045000.2212 精车零件右端外轮廓g70t050515000.10.413切5mm2mm退刀槽g01t08083500.05214车削m24mm1.5mm外螺纹g92t090940015检测、校核数控加工工序卡片(图2-3)材料45钢零件图号夹具名称三爪自定心卡盘工步号工步内容g功能t刀具主轴转速s/（r/min）进给量f/（mm/r）背吃刀量ap/mm备注1车削左端面g01t01016000.152中心钻120033钻孔5004粗车零件左端内轮廓g71t02026000.215精车零件左端内轮廓g70t030315000.10.46内切3mm2mm退刀槽g01t06063500.0527车削m30mm1.5mm内螺纹g92t07074008粗车零件左端外轮廓g71t04045000.229精车零件左端外轮廓g70t050515000.10.410车削右端面g01t01016000.1511粗车零件右端外轮廓g73t04045000.2212 精车零件右端外轮廓g70t050515000.10.413切退刀槽g01t08083500.05214车削m28mm2mm外螺纹g92t090940015检测、校核数控加工工序卡片(图2-4)材料45钢零件图号夹具名称三爪自定心卡盘工步号工步内容g功能t刀具主轴转速s/（r/min）进给量f/（mm/r）背吃刀量ap/mm备注1车削左端面g01t01016000.152中心钻120033钻孔5004粗车零件左端内轮廓g71t02026000.215精车零件左端内轮廓g70t030315000.10.46粗车零件左端外轮廓g71t04045000.227精车零件左端外轮廓g70t050515000.10.48车削右端面g01t01016000.159粗车零件右端外轮廓g73t04045000.2210 精车零件右端外轮廓g70t050515000.10.411切5mm2mm退刀槽g01t06063500.05212车削m27mm1.5mm外螺纹g92t0707400加工套筒13车削端面g01t01016000.1514中心钻1200315钻孔5003016粗车零件内轮廓g71t02026000.2117精车零件内轮廓g70t030315000.10.418车削m27mm1.5mm内螺纹g92t080840019粗车零件外轮廓g71t04045000.2220精车零件外轮廓g70t050515000.10.421切断g01t06063500.05222检测、校核8.2、数控加工刀具卡片数控加工刀具卡片(图2-1)序号刀具号刀具名称及规格刀尖半径r刀尖位置t数量加工表面备注1t010145端面车刀1端面2t020235右偏外圆车刀0.2mm2mm1粗车外轮廓3t030335右偏外圆车刀0.2mm2mm1精车外轮廓4t0404外切槽车刀b=5mm1切槽左刀尖数控加工刀具卡片(图2-2)序号刀具号刀具名称及规格刀尖半径r刀尖位置t数量加工表面备注1t010145端面车刀1端面2中心钻1左端面手动322mm钻头1钻孔手动4t0202镗孔刀0.1mm3mm1粗镗孔5t0303镗孔刀0.1mm3mm1精镗孔6t040435右偏外圆车刀0.2mm2mm1粗车外轮廓7t050535右偏外圆车刀0.2mm2mm1精车外轮廓8t0606内切槽车刀b=3mm1切槽左刀尖9t070760内螺纹车刀0.2mm01三角形螺纹10t0808外切槽车刀b=5mm1切槽左刀尖11t090960外螺纹车刀0.2mm01三角形螺纹数控加工刀具卡片(图2-3)序号刀具号刀具名称及规格刀尖半径r刀尖位置t数量加工表面备注1t010145端面车刀1端面2中心钻1左端面手动322mm钻头1钻孔手动4t0202镗孔刀0.1mm3mm1粗镗孔5t0303镗孔刀0.1mm3mm1精镗孔6t040435右偏外圆车刀0.2mm2mm1粗车外轮廓7t050535右偏外圆车刀0.2mm2mm1精车外轮廓8t0606内切槽车刀b=3mm1切槽左刀尖9t070760内螺纹车刀0.2mm01三角形螺纹10t0808外切槽车刀b=3mm1切槽左刀尖11t090960外螺纹车刀0.2mm01三角形螺纹数控加工刀具卡片(图2-4)序号刀具号刀具名称及规格刀尖半径r刀尖位置t数量加工表面备注1t010145端面车刀1端面2中心钻1左端面手动318mm钻头1钻孔手动4t0202镗孔刀0.1mm3mm1粗镗孔5t0303镗孔刀0.1mm3mm1精镗孔6t040435右偏外圆车刀0.2mm2mm1粗车外轮廓7t050535右偏外圆车刀0.2mm2mm1精车外轮廓8t0606外切槽车刀b=5mm1切槽、切断左刀尖9t070760外螺纹车刀0.2mm01三角形螺纹10t080860内螺纹车刀0.2mm01三角形螺纹9 加工坐标系设置9.1、建立工件坐标系图92 坐标系设定为了便于在编程时对工件的几何要素位置进行描述，编程人员必须在零件图上选择建立一个过渡坐标系，即工件坐标系，也称为编程坐标系。数控编程时应该首先确定工