毕业设计（论文）数控车床加工工艺设计

1、南 京 工 程 学 院 毕 业 实践报告 毕业设计题目毕业设计题目 数控车床加工工艺设计 学 院 继续教育学院 专业班级 zh 控 1371 姓 名 学 号 指导教师 2015 年 10 月 10 日 摘 要：数控车削加工设计以机械制造中的工艺基本理论为基础，结合数控机床高精度、 高效率和高柔性等特点综合多方面的知识，解决数控加工中的工艺问题。对零件进行编程 加工之前，工艺分析具有非常重要的作用。在比较数控车床加工工艺与传统加工工艺的基 础上，对数控车床加工工艺中的关键问题进行了深入分析，总结了数控车床的工艺设计方 法。通过实例，证明了正确地进行数控车床加工工艺分析与设计有助于提高零件加工质量

2、 和生产效率。本文通过对零件图样分析、工艺路线的拟订、切削用量的选择等几方面进行 了介绍。 关键词：数控加工 工艺分析 图样分析 工艺路线 目 录 1 绪论.5 2 数控加工概述.6 2.1 数控加工原理 .6 2.2 数控加工的特点 .6 2.3 加工方法的选择与加工方案的确定.7 2.4 零件的安装与夹具的选择.7 2.5 刀具的选择与切削用量的确定.8 2.6 对刀点和换刀点的确定 .8 3 数控车床加工实例.9 3.1 零件图样分析.9 3.2 工艺措施.9 3.3 确定定位基准和装夹方式.9 3.4 加工路线及进给路线.10 3.5 刀具选择.12 3.6 工艺卡片 .12 3.7

3、切削用量选择.13 4 数控加工程序的编制.13 4.1 数控程序编制的基本方法：.13 4.2 数控程序编制的方法：.13 4.3 车床的工艺装备： .13 4.4 控车床刀具的选刀过程：.14 4.5 程序校验 .16 5.结束语.16 参考文献.17 致 谢.18 1 1 绪论绪论 制造业是我国国民经济的支柱产业，其增加值约占我国国内生产总值的 40%以 上，而先进的制造技术是振兴制造业系统工程的重要组成部分。21 世纪是科学 技术突飞猛进、不断取得新突破的世纪，它是数控技术全面发展的时代。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

4、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。 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、 铰孔等工作。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和 生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。 数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处，但在数控机 床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工对刀前， 要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等 都编入程序

5、，这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础。合格的程序员首 先是一个合格的工艺人员，否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程， 以及正确、合理地编制零件的加工程序。 本文主要讨论的就是作为制造业的组成部分数控车床。主要内容有关于数 控车床的数控加工原理、加工工艺分析、刀具的选用、数控车加工操作流程。 2 2 数控加工概述数控加工概述 2.12.1 数控加工原理数控加工原理 当我们使用机床加工零件时，通常都需要对机床的各种动作进行控制，一 是控制动作的先后次序，二是控制机床各运动部件的位移量。采用普通机床加 工时，这种开车、停车、走刀、换向、主轴变速和开关切削液等操作都是由人 工直接控制的。

6、采用自动机床和仿形机床加工时，上述操作和运动参数则是通 过设计好的凸轮、靠模和挡块等装置以模拟量的形式来控制的，它们虽能加工 比较复杂的零件，且有一定的灵活性和通用性，但是零件的加工精度受凸轮、 靠模制造精度的影响，而且工序准备时间也很长。 采用数控机床加工零件时，只需要将零件图形和工艺参数、加工步骤等以 数字信息的形式，编成程序代码输入到机床控制系统中，再由其进行运算处理 后转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制机床各部件协调动作，自动地加工 出零件来。当更换加工对象时，只需要重新编写程序代码，输入给机床，即可 由数控装置代替人的大脑和双手的大部分功能，控制加工的全过程，制造出任 意复杂的零件

7、。数控加工的原理如图 1-1 所示。 图 1-1 数控加工原理框图 2.22.2 数控加工的特点数控加工的特点 总的来说，数控加工有如下特点： (1) 自动化程度高，具有很高的生产效率。除手工装夹毛坯外，其余全部 加工过程都可由数控机床自动完成。若配合自动装卸手段，则是无人控制工厂 的基本组成环节。数控加工减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件；省去 了划线、多次装夹定位、检测等工序及其辅助操作，有效地提高了生产效率。 (2) 对加工对象的适应性强。改变加工对象时，除了更换刀具和解决毛坯 装夹方式外，只需重新编程即可，不需要作其他任何复杂的调整，从而缩短了 生产准备周期。 (3) 加工精度高，

8、质量稳定。加工尺寸精度在 0.0050.01 mm 之间，不受 零件复杂程度的影响。由于大部分操作都由机器自动完成，因而消除了人为误 差，提高了批量零件尺寸的一致性，同时精密控制的机床上还采用了位置检测 装置，更加提高了数控加工的精度。 (4) 易于建立与计算机间的通信联络，容易实现群控。由于机床采用数字 信息控制，易于与计算机辅助设计系统连接，形成 cad/cam 一体化系统，并且 可以建立各机床间的联系，容易实现群控。 （5） 在可靠性方面，国外数控装置的 mtbf 值已达 6 000h 以上，伺服系 统加工方法的选择的 mtbf 值达到 30000h 以上，表现出非常高的可靠性。 2.3

9、2.3 加工方法的选择与加工方案的确定加工方法的选择与加工方案的确定 加工方法的选择原则是：同时保证加工精度和表面粗糙度的要求。此外， 应考虑生产率和经济性的要求，以及现有生产设备等实际情况。 （二）确定加工方案的原则 零件上精度要求较高的表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工 逐步达到的。对于这些表面，要根据质量要求、机床情况和毛坯条件来确定最 终的加工方案。 确定加工方案时，首先应该根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初 步确定为达到这些要求所需要的加工方法。此时要考虑到数控机床使用的合理 性和经济性，并充分发挥数控机床的功能。原则上数控机床仅进行较复杂零件 重要基准的加工和零件的

10、精加工。 2.42.4 零件的安装与夹具的选择零件的安装与夹具的选择 在数控车床上，可以用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘和两顶尖等多种夹 具安装车削。一般装夹棒料工件时，应使三爪自定心卡盘夹紧工件。为保证夹 持力度，要有一定的夹持长度。但在装夹非回转表面，或偏心工件时，经常使 用四爪单动卡盘和两顶尖等方式进行装夹。 2.52.5 刀具的选择与切削用量的确定刀具的选择与切削用量的确定 （1）刀具的选择 数控加工的刀具材料，要求采用新型优质材料，一般原则是尽可能选用硬 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，并应优选刀具参数。 （2）切削用量的确定 合理选择切削用

11、量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应 该考虑加工成本。半精加工和精加工时，一般应在保证加工质量的前提下，兼 顾切削效率和经济性和加工成本。 1）确定切削深度 t（mm） 。 在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除待加工 余量，最好一次切除待加工余量，以提高生产效率。 2）确定切削速度 v（m/min） 。 加大切削速度，也能提高生产效率。但提高生产效率的最有效措施还是应 尽可能采用大的切削深度 t。 3）确定进给速度 f（mm/min 或 mm/r） 。 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精度和 表面粗糙度要求以及刀具与零件的材料性质来

12、选取。当加工精度和表面粗糙度 要求高时，进给速度 f 应该选择得小些。最大进给速度受机床刚度和进给系统的 性能决定，并与数控系统脉冲当量的大小有关。 2.62.6 对刀点和换刀点的确定对刀点和换刀点的确定 选择对刀点的原则是： （1）选择的对刀点便与数学处理和简化程序编制。 （2）对刀点在机床上容易校准。 （3）加工过程中便于检查。 （4）引起的加工误差小。 此零件应选择工件的编程原点为对刀点。 3 3 数控车床加工实例数控车床加工实例 零件图 3.13.1 零件图样分析零件图样分析 (1)材料选 45#中碳热扎钢，无热处理及硬度要求的热扎钢 (2)成型表面组成：由圆柱面、圆锥面、球面、圆弧面

13、以及螺纹面组成。 各表面精度要求较高以及表面粗糙度要求为 ra1.6，用数控车削均可完成。 (3)轴段右侧有两段顺逆圆弧，应选用机械间隙补偿的数控机床去完成。 3.23.2 工艺措施工艺措施 (1)尺寸精度要求及表面粗糙度要求，一般取表面粗糙度为七级精度，使用 高等精度数控 cjk6140 即可保证零件的加工要求，编程时，直接带入具体尺寸。 (2)轴段右侧有两段顺逆圆弧，应选用带机械间隙补偿的数控机床去完成。 (3)各成型表面连接无复杂程度中等，不须用可转位刀片，用一般车削硬质 合金刀即可。 (4)选毛坯件：45#碳热扎圆钢，取 50 x150mm (5)数控加工前先在普床上完成外圆的准备加工

14、，使之为 48mm，同时获得 工件的回转轴线、再平端面。 3.33.3 确定定位基准和装夹方式确定定位基准和装夹方式 (1)定位基准： x 方向：坯件回转轴线 z 方向：坯件端面 设计基准和定位基准与工艺基准三者重合；在相应加工之前基准端面要 先加工。 (2)装夹方式：三爪自定心卡盘，手工夹紧夹持端。对坯料多余部分插入主 轴内部，加工时依次完成四根轴的加工。在数控机床上分别加工各成型面，最 后用切割刀切除。 综上所述，首先在普床上平端面、加工外圆去除表面的余量达到要求，然 后把工件放到数控车床上确定左段用三爪自定心卡盘夹持，加工圆球、圆弧、 圆锥、倒角、退刀槽及螺纹，最后用切割刀切断即可完成。

15、 (3)装夹图如图 3-1 所示： 图 3-1 装夹图 3.43.4 加工路线及进给路线加工路线及进给路线 (1)粗车外表面 先平端面，然后遵循由粗到精，从右到左（由近到远）的加工原则；加工 时从右到左粗车各面，粗车时留精加工余量 0.5mm。加工时用复合固定循环中 的轴向粗车循环指令（g73）自动完成加工，以减少计算时间，方面编程。加工 路线如图 3-2 所示，用一把刀即可完成所以内容。 图 3-2 加工路线及进给路线图 (2)精车外表面 编程时用 g70 指令对应 g71 指令进行精车，一刀完成。走刀路线如上 图 4-4 所示。 (3)槽加工 一刀完成。走刀路线如下图 3-3 所示： 图

16、3-3 槽加工图 (4)螺纹加工 由于螺纹系易损面，应后加工。编程时可用 g92 螺纹循环指令完成加 工。走刀路线如如图 3-4 所示： 图 3-4 螺纹加工图 (5)最后用切断刀切断。 3.53.5 刀具选择刀具选择 刀具材料为硬质合金，经几何分析 sina=oc/ok=6.5/7.5=0.866 得到 a=60 度，kr 大于 30 为安全。 （1）粗车时循环车削轮廓取一般硬质合金 90 度右偏刀，从右向左车 外廓，副偏角为 55 度，取 nk 较大的刀以防止干涉，取刀杆直径 d=20mmx20mm。 （2）精车轮廓用硬质合金 90 度右偏刀，刀尖尖角为 55 度，刀杆 d=20mmx20

17、mm，为保证刀尖圆角半径 r 小于结构上最小圆弧半径，取 r=0.150.2mm。 （3）切槽刀：切削刀宽为 5mm，刀柄 d=20mmx20mm。 （4）螺纹刀：使用 60 度外螺纹硬质合金右刀，刀柄 20mmx20mm。 （5）切割刀：切削刃宽为 4mm，刀柄 d=25mmx25mm （6）将以上所选定的刀具参数填入如下数控加工刀具卡。 3.63.6 工艺卡片工艺卡片 表 1-1 工艺卡片 序号刀具号刀具规格 与名称 数量工序内容备注 1 t01 90 度右偏硬质 合金外圆刀 1 粗车外轮 廓及端面 自动 2t02 90 度右偏硬质 合金刀 1 精车外表面自动 3t03 刀刃宽为 5mm

18、的切槽刀 1 切退刀槽自动 4t04 60 度的硬质合 金螺纹刀 1 车螺纹外螺纹 5t05 切割刀 1 切端面宽 4mm 编制易汉辉审核 3.73.7 切削用量选择切削用量选择 (1)背吃刀量（查课本 p136 表 4-3，精车余量查 p133 表 4-2） 外廓： 粗车背吃刀量 3.0mm 精车余量背吃刀量 0.5mm 螺纹： 粗车背吃刀量 0.4mm 循环依次减少 精车余量背吃刀量 0.1mm (2)主轴转速（查课本表 4-3 并参阅机床手册中“主轴转速” ） 该零件的加工面由圆柱、圆锥、螺纹、球面等表面组成，因为工件材 料为 45#中碳钢。 4 4 数控加工程序的编制数控加工程序的编制

19、 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、盘类等回转类零件。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、扩孔以及铰孔等工作。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工 序，提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。 4.14.1 数控程序编制的基本方法数控程序编制的基本方法： 分析零件图样和制定工艺方案 数学处理 编写零件加工程序 程序检验 4.24.2 数控程序编制的方法数控程序编制的方法： 手工编程计算机自动编程 4.34.3 车床的工艺装备车床的工艺装备： 由于数控车床的加工

20、对象多为回转体，一般使用三爪卡盘夹具。 4.44.4 控车床刀具的选刀过程控车床刀具的选刀过程： 第一条路线为：零件图样、机床影响因素、选择刀杆、刀片夹紧系统 和选择刀片形状，主要考虑机床和刀具的情况；第二条路线为：工件影响 因素、选择工件材料代码、确定刀片的断屑槽形代码，这条路线主要考虑 工件的情况。数控车床的编程特点：加工坐标系：机床坐标系是以机床 原点为坐标系原点建 立起来的、轴直角坐标系，成为机床坐标系。车床的机床原点为主轴 旋转中心与卡盘后端面之交点。机床坐标系是制造和调整机床的基础，也 是设置工件坐标系的基础，一般不允许随意变动。加工坐标系与机床坐标 系方向一致；直径编程方式：在车

21、削加工的数控程序中，x 轴的坐标值为 零件图样上的直径值；进刀与退刀方式：快速走刀。 按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程 编写程序清单。该工件的加工程序如下： 数控加工程序单 零件图 01 零件 名称 启动轴编制 程序号 00001 编制 日 期 2010-11-22 审核 00001 程序号 g50 x150.0 z200.0 t0100；快速定位 g96 m03 s700 t0101；主轴正转、恒线速度设定 g00 x50 z3.0；快速定位 g71 u3.0 r0.5；粗车循环进给量设定 g71 p10 q20 u0.5 w0.3 f0.4；粗车循环进给量设定

22、n10 g00 x0；快速定位 g01 z0 f0.15 s1000；设定精车进给量和转速 g02 x10 z-10 r10；顺圆弧加工 g01 z-26.5 r4.0；外轮廓加工 g01 x12.0 ；外轮廓加工 x13.5 z-28；外轮廓加工 z-49.5；外轮廓加工 x16；外轮廓加工 x18.0 z-51；外轮廓加工 z-64.5.0；外轮廓加工 n20 g00 x50.0 z3.0；退回至循环起点 g00 x150.0 z200.0 t0202；退回至安全点换 02 号刀 g00 x50.0 z3.0 s1000 f0.15；主轴转速设定、进给量设定 g70 p10 q20；精车循

23、环 g00 x150.0 z200.0；快速退刀返回安全点 t0303 s400 f0.15；换 03 号刀主轴转速进给量设 定 g00 x40.0 z-49.5；快速定位 g01 x24.0 f0.1；加工槽 g04 x1.0；暂停 1 秒 g01 x23.0；退回至加工起点 g00 x50.0 z3.0；快速退刀 g00 x150.0 z200.0；快速退刀返回安全点 t0404 s600；换 04 号刀主轴转速设定 g00 x30.0 z-25.0；快速定位至加工起点 g92 x26.2 z-47.0 f1.5；螺纹循环第一次走刀 x25.6；切螺纹第二次走刀 x25.2；切螺纹第三次走

24、刀 x25.04；切螺纹第四次走刀 x25.04；走空刀切除毛刺 g00 x50.0 z3.0；退刀 g00 x150.0 z200.0；快速退刀返回安全点 m05 t0000；取消刀具补偿 m30；程序停止 4.5 程序校验 一个完整的数控程序由程序号、程序主体和程序结束指令三部分组成，部 分数控程序还有子程序。当程序输入到数控系统中后，不能立即进行自动运行 操作，我们必须首先检查程序是否正确。 首先，我们将程序输入到数控机床中，按下数控机床上的“编辑”按钮， 使数控机床处于编辑状态，然后按下“prog”按钮，切换到输入程序的界面用 盘输入程序。 接着，我们先将机床锁住，按下“机械锁定”按钮

25、，然后点“auto”按钮， 再点“循环启动” ，最后点“循环启动”就可以模拟运行切削，通过查看 机床屏幕上走刀轨迹是否正确来判断程序是否正确，如有问题，应及时进 行调整。 5.5.结束语结束语 经过这次的毕业设计，我对所学专业有了重新的认识，在作毕业设 计的时间里，我查阅了大量的书籍，来完善我的论文。对论文的格式 以及零件的工艺编写下了很大功夫。数控加工工艺设计的主要任务是 制订加工工艺规程，也是数控机床加工前的准备工作从开始的零件的 图的绘制，再根据零件图分析工艺，以及程序的编写。数控加工工艺 设计的主要任务是制订加工工艺规程，也是数控机床加工前的准备工 作。工艺规程是规定零件、走刀路线、刀具尺寸以及机床的运动过程。 因此，是编程人员对数控机床的性能、制造工艺过程和操作方法具有 指导性的工艺文件。数控机床加工的程序是数控机床的指令性文件。 数控机床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用 量的选择、运动式、刀具系统、切削规范以及工件的装夹方法。工艺 规程定得合理与否，对程编制、机床的加工效率和零件的加工精度