套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真毕业论文【最新】

1、套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 1 南南 昌昌 工工 程程 学学 院院 毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文） 题 目：套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿 真真 系 别： 机械与动力工程系机械与动力工程系 专 业： 数控技术及应用数控技术及应用 班 级： 二二 班班 学 号： 2007011100007011100 学生姓名： 张海宁张海宁 指导教师： 杨杨 武武 完成日期： 2010-06-2010-06- 南南 昌昌 工工 程程 学学 院院 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工

2、工艺分析、编程及数控仿真 2 摘要摘要 由于现代化工业的飞速发展，普通机床已越来越不能满足现代 加工工艺及提高劳动生产率的要求，取而代之的是数控机床。如今 在我国数控机床已得到越来越广泛的应用。数控机床具有刚度、抗 震性、热变形小、无间隙、低摩擦、高速下运行平稳、定位精度高、 跟踪性好等一系列特点。现代的 cad/cam、fms、cims、敏捷 制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控 技术知识是现代机械类专业学生必不可少的。 本次设计介绍了数控加工的特点、加工工艺分析及零件程序的 一般步骤。详细介绍了数控加工工艺的分析方法。在设计中应用 auto cad 进行绘图设计并用数

3、控仿真软件进行仿真。大大提高生 产效率。 本设计还介绍数控加工技术概述、数控加工的切削基础、数控 加工工艺设计及数控加工工艺文件、数控加工的工具系统、数控加 工夹具、零件的数控加工工艺、数控车削。 关键词：工序确定，数控编程，工艺分析，数控加工 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 3 abstract because of the rapid development of modern industry, more and more general already cannot satisfy the tools of modern process

4、ing technology and improve labor productivity, instead of nc machine tools. nowadays in china has been cnc more widely. cnc machine has the stiffness and extent, thermal deformation of small, no clearance, low friction, smooth operation, high speed, high precision and so on a series of features good

5、 tracking. modern cad/cam, fms, cims, agile manufacturing and intelligent manufacturing technology, are built in the numerical control technology. mastering modern cnc technology knowledge is modern mechanical majors. this design is introduced nc machining features are introduced, the processing and

6、 analysis of general steps program parts. introduced the analysis method of nc machining process. in the design of auto cad application for graphic design and numerical simulation software simulation. greatly improve the production efficiency. this design also introduction numerical control process

7、technology outline, numerical control processing cutting foundation, numerical control processing technological design and numerical control processing technological document, numerical control processing tool system, numerical control processing jig, components numerical control processing craft, n

8、umerical control turning . key word: the working procedure determined, numerical control programming, process study, numerical control processing 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 4 目目 录录 第第一一章章绪论绪论. 1.1 数控机床的概念 . 1.2 数控机床的组成. 1.3 数控机床的分类. 1.4 数控系统的发展趋势. . 1.5 数控车床的概述. 第二章第二章 零件图分析零件图分析. 2.1

9、零件分析. 2.2 分析图形. 2.3 绘制实体图. 第三章第三章 零件加工工艺分析零件加工工艺分析 3.1 零件材料分析. 3.2 零件尺寸标注分析. 3.3 零件技术要求分析. 3.4 零件结构工艺分析. 第四章第四章 数控加工工艺分析数控加工工艺分析 4.1 数控机床的选择. 4.2 毛坯的选择及工艺性分析. 4.3 制定工艺方案与加工方法. 4.4 选择刀具. 4.5 装夹方案与选择夹具. 4.6 切削用量的选择. 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 5 4.7 零件的加工工艺卡 第五章第五章 数控编程数控编程. 第六章第六章 数控仿真数控

10、仿真. 附录附录. . 附录 1 常用螺纹切削的进给次数与背吃刀量. 附录 2 fanuc 0i 系统的指令代码. 附录 3 切削速度的参考表. 结束语结束语. . 致谢致谢. 参考文献参考文献. . 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 6 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 7 第一章第一章 绪论绪论 1.1 数控机床的概念数控机床的概念 数控机床是指应用数控技术对其加工过程进行自动控制的机床。 国际信息处理联盟第五技术委员会对数控机床做了如下定义：数控 机床是一种装有程序控制系统的机床，该系统能逻辑

11、地处理具有特 定代码或其他符号编码指令规定的程序。它是一种综合应用了计算 机技术、自动控制技术、精密测量技术和机床设计等先进技术的典 型机电一体化产品，是现代制造技术的基础。 1.2 数控机床的分类数控机床的分类 1.2.1 按控制功能分类按控制功能分类 （1）点位控制数控机床 数控机床只控制刀具从一个点到令一 个点的准确位置，而不控制运动轨迹，各坐标轴之间的运动是不相 关的，在运动过程中不对工件进行加工。这类控制机床主要有数控 钻床、数控坐标镗床和数控冲床等。 （2）直线控制数控机床 数控系统除了控制点与点之间的准确 位置外，还要保证两点间的移动轨迹为一条线，并且对移动速度也 要进行控制，也

12、称为点位直线控制。这类数控机床主要由比较简单 的数控车床、数控铣床、数控磨床等。 （3）轮廓控制数控机床 数控系统能够对两个或两个以上的运 动左边的位移和速度同时进行连续相关的控制，它不仅要控制机床 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 8 移动部件的起点与终点坐标，而且要控制整个加工过程的每一点的 速度、方向和位移量，也称为连续控制数控机床。这类数控机床主 要由数控车床、数控铣床、数控线切割机床、加工中心等。 1.2.2 按伺服控制方式分类按伺服控制方式分类 （1）开环数控机床 开环进给伺服系统没有位置测量反馈装 置，信号流是单一的，故系统稳定性好

13、。但由于无位置反馈，精度 不高，其精度主要取决于伺服驱动系统和机械传动机构的性能和精 度。 （2）半闭环数控机床 半闭环数控系统的位置检测点是从驱动 电动机或丝杆端引出，通过检测电动机和丝杆旋转角度来间接检测 工作台的位移量，而不是直接检测工作台的实际位置。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。其控制精度虽不如闭环控制数控机床，但调试比较方便，因 而被广泛采用。 （3）闭环数控机床 这类数控机床带有位置检测反馈装置，其 位置检测反馈装置采用直线位移检测元件，直接安装在机床的移动 部件上，将测量结果直接反馈到数控装置中，通过反馈可消除从电 动机到机床移动部

14、件整个机械传动链中的传动误差，最终实现精确 定位。 1.2.3 按工艺用途分类按工艺用途分类 （1）切削加工类 即具有切削加工功能的数控机床。 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 9 （2）成形加工类 此类事指具有通过物理方法改变工件形状功能的数控机床，如数 控折弯机、数控冲床等 （3）特种加工类 此类是指具有特种加工功能的数控机床，如数控电火花线切割机 床、数控电火花成形机床、数控激光割机床等。 （4）其他类型 是指一些在广义上的数控设备，如数控装配机、数控测量机、机 器人等。 1.3 数控车床的概述数控车床的概述 数控机床又称为 cnc 车床，

15、即计算机数字控制车床，是目前 国内使用量最大，覆盖面最广的一 种数控机床，约占数控机床总 数的 25%。数控机床是集机械、电气、液压、气动、微电子和信 息等多项技术为一体的机电一体化产品。是机械制造设备中具有 高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点的工作母机。数控 机床的技术水平高低及其在金属切削加工机床产量和总拥有量的 百分比是衡量一个国家国民经济发展和工业制造整体水平的重要 标志之一。数控车床是数控机床的主要品种之一，它在数控机床 中占有非常重要的位置，几十年来一直受到世界各国的普遍重视 并得到了迅速的发展。 1.3.11.3.1 数控车床的分类数控车床的分类 套类零件数控加工工艺分析、

16、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 10 （一）按数控系统的功能分 （1）全功能型数控车床 （2）经济型数控车床 （二）按主轴的配置形式分类 （1）卧式数控车床 （2）立式数控车床 1.3.21.3.2 数控车削的主要加工对象数控车削的主要加工对象 一、要求高的回转体零件 1. 精度要求高的零件 由于数控车床的刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精 确地进行人工补偿甚至自动补偿，所以它能够加工尺寸精度要求高 的零件。一般来说，车削七级尺寸精度的零件应该没什么困难。在 有些场合可以以车代磨。此外由于数控车削时刀具运动是通过高精 度插补运算和伺服驱动来实现的，再加上机床的刚性

17、好和制造精度 高，所以它能加工对母线直线度、圆度、圆柱度要求高的零件。对 圆弧以及其它曲线轮廓的形状，加工出的形状与图纸上的目标几何 形状的接近程度比仿形车床要好得多。车削曲线母线形状的零件常 采用数控线切割加工并稍加修磨的样板来检查。数控车削出来的零 件形状精度，不会比这种样板本身的形状精度差。数控车削对提高 位置精度特别有效。不少位置精度要求高的零件用传统的车床车削 达不到要求，只能用尔后的磨削或其它方法弥补。车削零件位置精 度的高低主要取决与零件的装夹次数和机床的制造精度。在数控车 床上加工如果发现位置精度较高，可以用修改程序内数据的方法来 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零

18、件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 11 校正，这样可以提高其位置精度。而在传统车床上加工是无法作这 种校正的。 2. 表面粗糙度好的回转体 数控车床能加工出表面粗糙度小的零件，不但是因为机床的刚 性和制造精度高，还由于它具有恒线速度切削功能。在材质、精车 留量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取决于进刀量和切削速度。 在传统的车床上车削端面时，由于转速在切削过程中恒定，理论上 只有某一直径处的粗糙度最小。实际上也可发现端面内的粗糙度不 一致。使用数控车床的恒线速度切削功能，就可选用最佳线速度来 切削端面，这样切出的粗糙度既小又一致。数控车床还适合于车削 各部位表面粗糙度要求不同的零件。粗糙度小的

19、部位可以用减小走 刀量的方法来达到，而这在传统车床上是做不到的。 3. 超精密、超低表面粗糙度的零件 磁盘、录象机磁头、激光打印机的多面反射体、复印机的回转鼓 、照相机等光学设备的透镜及其模具，以及隐形眼镜等要求超高的 轮廓精度和超低的表面粗糙度，它们适合于在高精度、高功能的数 控车床上加工，以往很难加工的塑料散光用的透镜，现在也可以用 数控车床来加工。超精加工的轮廓精度可达 0.1m，表面的粗糙度 可达 0.02m，超精加工所用数控系统的最小设定单位应达到 0.01 m。超精车削零件的材质以前主要是金属，现已扩大到塑料和陶瓷 。 二、表面形状复杂的回转体零件 由于数控车床具有直线和圆弧插补功

20、能，部分车床数控装置还 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 12 有某些非圆曲线插补功能，所以可以车削由任意直线和平面曲线组 成的形状复杂的回转体零件和难以控制尺寸的零件，如具有封闭内 成型面的壳体零件 三、 带横向加工的回转体零件 带有键槽或径向孔，或端面有分布的孔系以及有曲面的盘套或 轴类零件，如带法兰的轴套、带有键槽或方头的轴类零件等，这类 零件宜选车削加工中心加工。当然端面有分布的孔系、曲面的盘类 零件也可选择立式加工中心加工，有径向孔的盘套或轴类零件也常 选择卧式加工中心加工。这类零件如果采用普通机床加工，工序分 散，工序数目多。采用加工

21、中心加工后，由于有自动换刀系统，使 得一次装夹可完成普通机床的多个工序的加工，减少了装夹次数， 实现了工序集中的原则，保证了加工质量的稳定性，提高了生产率 ，降低了生产成本。 四、带一些特殊类型螺纹的零件 传统车床所能切削的螺纹相当有限，它只能车等节距的直、锥 面公、英制螺纹，而且一台车床只限定加工若干种节距。数控车床 不但能车任何等节距的直、锥和端面螺纹，而且能车增节距、减节 距，以及要求等节距、变节距之间平滑过渡的螺纹和变径螺纹。数 控车床车削螺纹时主轴转向不必象传统车床那样交替变换，它可以 一刀又一刀不停地循环，直到完成，所以它车削螺纹的效率很高。 数控车床可以配备精密螺纹切削功能，再加

22、上采用机夹硬质合金螺 纹车刀，以及可以使用较高的转速，所以车削出来的螺纹精度较高 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 13 、表面粗糙度小。可以说，包括丝杠在内的螺纹零件很适合于在数 控车床上加工。 第二章第二章 零件图的分析零件图的分析 2.1 零件分析零件分析 该零件表面由内外圆柱面、内圆锥面、顺圆弧、逆圆弧及外螺 纹等表面组成，其中多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度和 表面粗糙度要求。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，加工切削性能较好， 无热处理和硬度要求。 通过上述分析，采用以下几点

23、工艺措施。 对图样上带公差的尺寸，因公差值较小，故编程时不必取平均值， 而取基本尺寸即可。 左右端面均为多个尺寸的设计基准，相应工序加工前，应该先将 左右端面车出来。 内孔尺寸较小，镗内螺纹左右的内部表面时需掉头装夹。 2.2 分析图形分析图形 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 14 该零件为套类回转体零件，所以采用全剖视图，即可清晰表达出 该零件的外部形状结构， ，又可清楚的表达出内腔的内部结构。腔内 有一个螺纹孔，此螺纹为内螺纹 m323(p1.5)，大径为 32mm，右 旋中等旋合长度，导程为 3mm，螺距为 1.5mm。所给材料为直径 6

24、5 长度为 70 的棒料；外表面的圆柱及圆弧面的表面粗糙度要求为 1.6，内腔 36 的圆柱面及逆圆弧的表面粗糙度也为 1.6，其他的 表面粗糙度要求都为 3.2；内螺纹的右端还有一退刀槽，退刀槽 的尺寸可根据实际情况来确定，在此图中我们确定的尺寸为直径 34mm，宽度为 3mm。 2.3 绘制实体图绘制实体图 该零件为回转体零件，所以只要绘制出其中心轴所在的一个全剖 图，回转即可得到其实体图。内腔有一个螺纹孔，此螺纹为内螺纹， 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 15 在安装的时候可起到固定作用。 实体图如图所示： 第三章第三章 零件加工工艺分析

25、零件加工工艺分析 3.1 零件材料分析零件材料分析 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 16 该零件选择的材料是 45 钢，45 号优质碳素钢：抗拉强度600 (mpa)；屈服强度355 (mpa)；延 长 率16%；断面收缩率40%； 布氏硬度197 特性及应用： 未热处理时：hb229；热处理：正火；冲击功：aku39j 强度较高，塑性和韧性尚好，用于制作承受负荷较大的小截面调 质件和应力较小的大型正火零件，以及对心部强度要求不高的表面 淬火零件，如曲轴、传动轴、齿轮、蜗杆、键、销等。水淬时有形 成裂纹的倾向，形状复杂的零件应在热水或油中淬火，

26、焊接性差。 3.23.2 零件尺寸标注分析零件尺寸标注分析 在零件图上，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。在 分析尺寸时，首先看清尺寸基准，抓住主要尺寸，按形体分析的方 法，逐一认清各部分结构的定位尺寸和定型尺寸。 该零件的主要基准无疑为两端面，套类零件各表面的设计基准一 般是轴的中心线，其加工的定位基准，最常用的是法兰凸台端面， 内孔。采用法兰凸台端面，内孔作为互为基准可保证各外圆轴线的 同轴度以及端面与轴线的垂直度要求，并符合基准重合和基准统一 的原则。 3.3 零件技术要求分析零件技术要求分析 零件的技术要求主要指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面 粗糙度及热效应。 尺寸公差：允许

27、尺寸的变动量，简称公差。从零件图可知该 零件外表面圆柱的直径为 6200.03，尺寸精度要求较高，尺寸精 度为 0.03，最大极限尺寸为 62.03，最小极限尺寸为 62。 表面粗糙度：表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小 峰谷不平度。其两波峰或两波谷之间的距离（波距）很小（在1 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 17 mm 以下），用肉眼是难以区别的，因此它属于微观几何形状误 差。表面粗糙度越小，则表面越光滑。 它的产生就是由于机床震 动、材料的塑性变形、刀痕等原因。 内螺纹、退刀槽 、24 的内圆柱面、腔内顺时针弧面表面粗 糙度为 ra

28、3.2m，需粗加工，半精加工；外表面顺圆弧、内 36 圆柱面、外圆柱面及内逆圆弧面 表面粗糙度为 ra1.6m，要求较 高，需粗加工，半精加工，精加工。 3.4 零件结构工艺分析零件结构工艺分析 该零件有内、外圆柱面、螺纹、平面及圆弧等组成，结构形状复 杂，加工部位多，非常适合数控车削加工。 经零件分析，该零件为轴套类零件，该类零件的结构由孔、外圆 、端面、沟槽和螺纹等组成。各表面除尺寸、形状精度外，其位置 精度一般可能有外圆对内孔轴线的径向圆跳动（或同轴度） 、端面对 内孔轴线的端面圆跳动（垂直度）以及两端面的平行度等项要求。 轴套类零件和轴类零件同属回转体零件，因此，轴套类零件的外圆 、端

29、面、沟槽，一般都可以通过车削来进行加工。但是，轴套类零 件多数均带有“中孔” ，这些孔常有不同的尺寸与技术要求。数控车 床上除车孔外，还可以采用钻孔、扩孔、镗孔等加工方法。根据该 零件的结构与孔的尺寸及技术要求，选用先钻孔，后镗孔的工艺方 法。 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 18 第四章第四章 数控加工工艺分析数控加工工艺分析 4.1 数控机床的选择数控机床的选择 该零件有内、外圆柱面、螺纹、平面及圆弧等组成，结构形状复 杂，加工部位多，非常适合数控车削加工。 4.24.2 毛坯的选择及工艺性分析毛坯的选择及工艺性分析 4.2.1 毛坯的选择

30、原则 由课题的要求该零件材料选用 45#钢，调质处理 hrc2636，45#钢是优质碳素结构钢，强度较好，塑性和韧性尚好， 用于承受负荷较大的小截面调质件和应力较小的大型正火零件，以 及对心部强度要求不高的表面淬火零件。并且调质处理后零件具有 良好的综合机械性能，广泛的用于各种重要的结构零件，经过调质 处理后，提高了零件的表面硬度。经图纸所示零件特点及给出的尺 寸，毛坯为 6570mm 的棒料。 4.34.3 制定工艺方案与加工方法制定工艺方案与加工方法 4.3.1 分析图样，选择加工内容 由零件图可知，主要加工内容： （1）车削两端面； （2）车削外圆柱表面及顺弧面； （3）钻孔及车削内圆柱

31、面、内顺圆弧面和内逆圆弧面； 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 19 （4）加工退刀槽及螺纹。 4.3.2 选择加工方法 1.数控车削外回转表面及端面的加工方案的确定 1）加工精度为 it7it8 级、ra0.81.6m 的除淬火钢以外的常用金 属,可采用普通型数控机床,按粗车、半精车、精车的方案加工。 2）加工精度为 it5it6 级、ra0.20.63m 的除淬火钢以外的常用 金属,可采用精密型数控机床,按粗车、半精车、精车、细车的方案加 工。 3）加工精度高于 it5 级、ra0.08m 的除淬火钢以外的常用金属和 一些非金属材料，可用高档

32、精密型数控车床，按粗车、半精车、精 车、精密车的方案加工。 2. 数控车削内回转表面的加工方案的确定 1) 加工精度为 it8it9 级、ra1.63.2m 的除淬火钢以外的常用金 属,可采用普通型数控机床,按粗车、半精车、精车的方案加工。 2）加工精度为 it6it7 级、ra0.20.63m 的除淬火钢以外的常用 金属,可采用精密型数控机床,按粗车、半精车、精车、细车的方案加 工。 3）加工精度高于 it5 级、ra0.2m 的除淬火钢以外的常用金属和 一些非金属材料，可用高档精密型数控车床，按粗车、半精车、精 车、精密车的方案加工。 4.3.3 切削加工工序原则 切削加工工序通常按以下原

33、则安排： 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 20 （1）先粗后精 当加工零件精度要求较高时都要经过粗加工、半精 加工、精加工阶段，如果精度要求更高，还包括光整加工等几个阶 段。 （2）基准面先行原则 用作精基准的表面应先加工。任何零件的加 工过程总是先对定位基准进行粗加工和精加工，例如轴类零件总是 先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆和端面；箱体类零件 总是先加工定位用的平面及两个定位孔，再以平面和定位孔为精基 准加工孔系和其他平面。 （3）先面后孔 对于箱体、支架等零件，平面尺寸轮廓较大，用平 面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸又是以平面为基

34、准的，故应先 加工平面，然后加工孔。 （4）先主后次 零件的主要工作表面、装配基面应先加工，从而能 及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。次要表面可穿插进行， 放在主要加工表面加工到一定程度之后，最终精加工之前进行。 4.3.4 确定加工顺序 综上此零件加工顺序安排： （1）先钻 20 的内部通孔（基准轴） ； （2）粗精车削零件外表面（ 62 的圆柱面及 r52 的圆弧）及右 端面； 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 21 （3）粗车内孔，留精加工余量 0.20.5mm； （4）精车内孔，到达图样各项要求； （5）加工螺纹退刀槽 （6）掉头装夹

35、，找正并加紧（此处要用铜皮包裹或用软卡爪夹紧 已加工好的表面，以防损伤工件表面） （7）加工零件的左端面，保证零件的总长要求。 （8） ）粗精车削零件外表面（ 62 的圆柱面及 r52 的圆弧） （9）粗车内孔，留精加工余量 0.20.5mm； （10）精车内孔，到达图样各项要求； （11）加工内螺纹，达到图样要求； （12）去毛刺倒棱，检测工件各项尺寸要求。 4.4 选择刀具选择刀具 4.4.1 在选择刀具的类型和规格时，主要考虑以下因素的影响： （1）生产性质 在这里生产性质指的是零件的批量大小，主要从加工成本上考虑对 刀具选择的影响。例如在大量生产时采用特殊刀具，可能是合算的 ，而在单件

36、或小批量生产时，选择标准刀具更适合一些。 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 22 （2）机床类型 完成该工序所用的数控机床对选择的刀具类型（钻、车刀或铣 刀）的影响。在能够保证工件系统和刀具系统刚性好的条件下，允 许采用高生产率的刀具，例如高速切削车刀和大进给量车刀。 （3）数控加工方案 不同的数控加工方案可以采用不同类型的刀具。例如孔的加工可 以用钻及扩孔钻，也可用钻和镗刀来进行加工。 （4）工件的尺寸及外形 工件的尺寸及外形也影响刀具类型和规格的选择，例如特型表面要 采用特殊的刀具来加工。 （5）加工表面粗糙度 加工表面粗糙度影响刀具的结构形

37、状和切削用量，例如毛坯粗 铣加工时，可采用粗齿铣刀，精铣时最好用细齿铣刀。 （6）加工精度 加工精度影响精加工刀具的类型和结构形状，例如孔的最后加工 依据孔的精度可用钻、扩孔钻、铰刀或镗刀来加工。 （7）工件材料 工件材料将决定刀具材料和切削部分几何参数的选择，刀具材料 与工件的加工精度、材料硬度等有关。 4.4.2 数控刀具的材料和车刀的种类 1.现金所采用的刀具材料，大体可分为五大类： （1）高速钢 （2）硬质合金钢 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 23 （3）陶瓷 （4）立方氮化硼 （5）聚晶合金钢 2.车刀的种类 车刀形状及使用情形 1

38、 一般使用之车刀尖型式有下列几种： (1)粗车刀：主要是用来切削大量且多余部份使工作物直径接近需要 的尺寸。粗车时表面光度不重要，因此车刀尖可研磨成尖锐的刀峰， 但是刀峰通常要有微小的圆度以避免断裂。 (2)精车刀：此刀刃可用油石砺光，以便车出非常圆滑的表面光度， 一般来说精车刀之圆鼻比粗车刀大。 (3)圆鼻车刀：可适用许多不同型式的工作是属于常用车刀，磨平顶 面时可左右车削也可用来车削黄铜。此车刀也可在肩角上形成圆弧 面，也可当精车刀来使用。 (4)切断车刀：只用端部切削工作物，此车刀可用来切断材料及车度 沟槽。 (5)螺丝车刀(牙刀)：用于车削螺杆或螺帽，依螺纹的形式分 60 度， 或 5

39、5 度 v 型牙刀，29 度梯形牙刀、方形牙刀。 (6)镗孔车刀：用以车削钻过或铸出的孔。达至光制尺寸或真直孔面 为目的。 (7)侧面车刀或侧车刀：用来车削工作物端面，右侧车刀通常用在精 车轴的未端，左侧车则用来精车肩部的左侧面。 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 24 2 因工件之加工方式不同而采用不同的刀刃外形，一般可区分为： (1)右手车刀：由右向左，车削工件外径。 (2)左手车刀：由左向右，车削工件外径。 (3)圆鼻车刀：刀刃为圆弧形，可以左右方向车削，适合圆角或曲面 之车削。 (4)右侧车刀：车削右侧端面。 (5)左侧车刀：车削左侧端面

40、。 (6)切断刀：用于切断或切槽。 (7)内孔车刀：用于车削内孔。 (8)外螺纹车刀：用于车削外螺纹。 (9)内螺纹车刀：用于车削内螺纹。 4.4.3 数控刀具的选择 麻花钻钻一通孔 车外表面及端面的车刀 t01; 车 24、32、36 的孔，内顺圆弧面和内逆圆弧面的镗刀 t02; 切槽宽为 3mm 的切槽刀 t03; 攻 m323p1.5螺纹的内螺纹刀 t04. 刀具卡如下表所列。 刀具卡 序号刀具号刀具名称及刀尖半径/数量加工表面 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 25 规格 mm 1t0101 93外圆车 刀 0.41 端面、外圆 柱面 2

41、t0202 镗孔刀 0.41 内孔 3t0303 内槽刀 b=31 内槽 4t0404 60内螺纹 刀 0.21 内螺纹 5 20 麻花钻 四把刀如图所示： 1 号刀 2 号刀 3 3 号刀号刀 4 4 号刀号刀 麻花钻麻花钻 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 26 4.4.44.4.4 数控车削加工的装刀与对刀 一 数控车削加工的装刀 （一）外圆车刀装刀 1.装刀规则 （1）车刀刀杆不能伸出刀架过长 车刀刀杆伸出过长则刀杆刚性 减弱，切削时在主切削力的作用下，容易产生比赛女性和振动，影 响工件表面的粗糙度。因此一般不超过刀杆厚度的 1.5 倍。

42、 （2）车刀的垫片要平整、数量少 车刀的垫片要平整，一般只用 23 片，并与刀架对齐。垫片的片数太多或不平整，会使车刀切削 时产生振动。 （3）车刀刀尖高度要适当 1）车刀面、锥面、成形面时，刀尖 应与工件轴线等高。 2）粗车外圆时，刀尖一般应比工件轴线稍高。 3）精车细长抽时，刀尖一般应比工件轴线稍低。 (4) 车刀刀杆装刀方向要正确 车刀刀杆中心线应与走刀方向垂 直，否则影响车刀工作主、副偏角。 2 外圆车刀刀尖与工作中心线等高的装刀方法 （1） 根据尾座顶尖的高度装刀，使外圆车刀刀尖与尾座顶尖的高 度等高。 （2） 把车刀靠近工件端面，用目测估计车刀的高低，然后紧固车 刀试车端面，再根据

43、工作端面的中心装准车刀。 （3） 根据车床主轴中心高度，用钢直尺测量方法装刀。 3 紧固方法 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 27 车刀装上后，要紧固刀架螺钉。紧固时要轮流拧紧螺钉，一定要 使用专用扳手，不允许再加套管等加力工具，以免螺钉受力过大而 损坏。 （二）内孔车刀装刀 1 装刀原则 （1）伸出长度 内孔车刀伸出长度要根据加工孔的深度确定，既要保证能够加工 到要求的孔深，刀架不与工件相碰，又不能悬出刀架太长，减弱刀 杆刚性。一般车到要求孔深后，刀架与工件还有 510mm 间隙即可。 （2）装刀高度 1) 粗车孔时，刀尖一般应比工件轴线稍低

44、。 2）精车孔时，刀尖一般应比工件轴线稍高。 （3）装刀方向 孔加工车刀刀杆中心线应与走刀方向平行，否则也会影响车刀工作 的主、副偏角。 （三）螺纹车刀装刀 螺纹车刀安装的正确与否，对螺纹车削的精度有明显的影响。 1. 螺纹车刀装刀法 螺纹车刀有轴向安装和法向安装两种方法。轴向安装时，车 刀一侧刃工作前角变小、后角增大，而另一侧刃则相反，切削条 件不一致，但不会带来牙形误差。适用于精车各种螺纹以及轴向 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 28 齿廓为直线的蜗杆。法向安装螺纹车刀可使两侧刃的工作前、后 角相等，切削条件一致，切削顺利，但会使牙形产生误

45、差，主要 用于粗车螺纹升角大于 3的螺纹，以及车削法向直廓的蜗杆 2. 螺纹车刀刀尖装刀高度 螺纹车刀刀尖安装高度应和工件轴线等高。为防止硬质合金车刀 高速切削时扎刀，刀尖允许高于螺纹百分之一螺纹大经;而低速切 削的高速钢螺纹车刀的刀尖，则允许稍低于工件轴线。 3. 螺纹车刀装刀方向 螺纹车刀刃行角的平分线应垂直螺纹轴线。有三种方法，对刀精 度低，只用于一般螺纹切屑，对刀精度搞，用百分表找正刃行的 刃磨基面，对刀精度最高，用于车屑精度螺纹。三种方法应正确 选择。 （四）切槽、切断刀装刀 .伸长长度 切槽、切断刀安装时，不宜伸出过长，以防止切断时刀头颤动。 装刀时确保切到槽底或切断不发生碰撞面刀

46、杆伸出长度最小。 .装刀方向 切槽、切断刀的中心线与工件轴线垂直，以确保两幅偏角对称 .安装底面 切断刀安装部位的地面要修磨平直，或者安装时会引起副后角的 变化，故在刃磨切断刀之前，先把底面磨平，刃磨后用直角尺检 查两幅后角的大小。 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 29 .装刀高度 （1）切槽或切实心工件时，切槽、切断刀的主切刃不能高于或 低于工件中心，否者会使工件中心形成凸台，并损坏刀头。 （2）切断空心工件时，切断刀主切屑刃一般应比工件轴线稍低。 二、数控加工中与对刀有关的概念 （一）刀位点 代表刀具的基准点，也是对刀时的注视点，一般刀具上

47、的一点。 奸形车刀刀位点为假象刀尖点，刀尖带圆弧时到位点为刀尖点或圆 弧中心，钻头刀位点为钻尖，平底立铣刀刀位点为端面中心，球刀 铣刀刀位点为球尖或球心。如图 1-1 所示 数控系统控制刀具的运动轨迹，准确 图 1-1 说是控制刀位点的运动轨迹。手动编程时，程序中所给出的各点 （基点和节点）坐标值就是指刀位点的坐标值；自动编程时程序输 出的坐标值就是刀位点在每一有序位置的坐标数据，刀具轨迹就是 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 30 由一系列有序的刀位点的位置点和连接这些位置点的直线（直线插 补）或圆弧（圆弧插补）组成的。 （二）起刀点 起刀点是

48、刀具相对零件运动的起点，既零件加工程序开始时刀 位点的起始位置，而且往往还是程序运动的重点。有时也指一点循 环程序的起点。如图 4-1 所示 （三）对刀点与对刀 对刀点是用于确定刀具与工件的相对位置关系的点，是确定工 件坐标系与机床坐标系的关系点。对刀就是将刀具的刀位点置于对 刀点上，以便建立工件坐标系。当采用 g92 xz 指令简历工件 坐标系时，对到点就是程序开始时，到位点在工件坐标系内的起点 （此时对到点与起刀点重合） ，其对到工程就是在程序开始前，将到 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 31 位点置于 g92 x z 指令要求的工件坐标系

49、内的 x z 坐标位 置上，也就是说，工件坐标系原点是根据起刀点的位置来决定，当 采用 g54g59 指令简历工件坐标系时，对刀点就是工件坐标系原点， 其对刀过程就是确定出刀位点与工件坐标系原点重合时机床坐标系 的坐标值并将此值输入到 cnc 系统的零点偏置寄存器对应位置中， 从而确定工件坐标系在锯床坐标系内的位置。以此方式建立工件坐 标系与刀具的当前位置无关，若采用绝对坐标编程，程序开始运行 时，刀具的起始位置不以定非得在某一固定位置（起刀点） ，工件坐 标系原点并不是根据起刀点来确定的，此时对刀点与起刀点可不重 合，因此对刀点与起刀点是两个不同德概念，尽管在编程中它们常 常选在同一点但有时

50、对刀点是不能作为起刀点的 （四）对刀基准（点） 它是对刀时为确定对刀点的位置所依据的基准，该基准可以 是点、线或面，它可设在工件上（如定位基准或测量基准）或夹具 上（如夹具定位元件的起始基准）或机床上。如图（图中单位为 mm）所示 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 32 为工件坐标系原点、刀位点、起刀点、对刀点、对刀基准点和对刀 参考点之间的关系与区别。 （五） 对刀参考点 它是用于代表刀架、刀台或刀盘在机床坐标系内的位置的参 考点，即 crt 上显示的机床坐标系下的坐标值表示的点，也称刀架 中心或道具参考点，如图中的 b 点。可利用此坐标值进行

51、对刀操作。 数控车床回参考点时应使刀架中心与机床参考点重合 （六）换刀点 它是数控程序中指定用于还刀的位置点。数控车床上加工时， 需要经常换刀，在程序编制时，就要设置换刀点。换刀点的位置应 避免与工件、夹具和机床干涉普通数控车床的换刀点由编程员指定， 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 33 通常将其与对刀点重合。车削中心、加工中心的换刀点一般为固定 点。不能将换刀点与对刀点混为一谈。 三 确定对刀点（或对刀基准）的一般原则 对刀点（或对刀基准）可以设在被加工零件上，也可以设在零件 定位基准有固定尺寸联系的夹具的某一位置（如专门设置在夹具上 的对刀

52、元件）或机床上（如三爪自定心开盘前端面） 。其选择原则如 下： （1）对刀点的位置容易确定: （2）能够方便换刀，以便于换刀点重合： （3）采用 g54g59 指令简历工件坐标系时，对刀点应与工件坐 标系原点重合： （4）批量加工时，为应用调整法获得尺寸，即一次对刀可加工 一批工件，对刀点（或对刀基准）应选在夹具定位元件的 起始基准上，并将变成原点与定位基准重合，以便直接按 定位基准对刀或将对刀点选在夹具中专设的对刀元件上， 以方便对刀。 4.54.5 装夹方案和选择夹具装夹方案和选择夹具 4.5.14.5.1 装夹方案装夹方案 根据零件加工分析出需分 2 次装夹 一次装夹方案（车削该零件的右

53、端面、外圆柱面、外圆弧面、 内圆弧面及内圆柱面）：端面与车床工作台垂直放置，端面、外圆 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 34 柱面及内孔表面粗糙度 ra3.2m，粗加工精加工，r52 外圆弧面 ra1.6m，粗加工精加工 二次装夹方案（车削该零件左端面、外圆柱面、内圆弧面、内 圆柱面及螺纹加工）：左端面与车床工作台面垂直放置，端面、外 圆柱面、内圆弧面的表面 ra3.2m，粗加工精加工，内圆柱面 36 表面 ra1.6m 粗加工精加工，内螺纹只需要循环加工。 4.5.24.5.2 选择夹具选择夹具 该零件是先粗精加工外圆，在利用外圆定心夹紧来精

54、加工内 孔，因此夹持外圆最常用的是三爪自定心卡盘，但三爪自定心卡盘 的定心精度低，用于精加工很难保证零件的同轴度和垂直度。此时 ，可以把三爪自定心卡盘的硬卡爪改为软卡爪来装夹工件，软卡爪 用未经淬火的 45 刚制成。使用时，将硬卡爪的前半部卸下，换上软 卡爪后用螺钉紧固。然后把卡爪车成所需的圆弧尺寸，用以装夹工 件。如果卡爪是整体式的，可在卡爪夹持面上焊上一块铜料，然后 把卡爪装入卡盘内，再将卡爪车成。车削软卡爪时，为了消除间隙 ，必须在卡爪内或卡爪外，放一适当直径的定位圆柱或圆环。当用 软卡爪夹持工件外圆时，定位圆柱应放在卡爪的里面;当用软爪撑夹 工件内孔时，定位环应放在卡爪外面。车削软卡爪

55、的圆弧直径应与 装夹工件的直径基本相同或稍大 0.060.1mm，并车出一个台阶，使 工件正确定位。软卡爪圆弧直径过大，会使零件接触面减少；过小 则卡爪两边缘接触零件。这样都不易保证装夹精度。软卡爪装夹的 最大特点是工件虽经多次装夹仍能保持一定的位置精度（约为 0.02 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 35 mm） 。大大缩短了工件的装夹校正时间。当装夹已加工表面或软金属 零件时，不会夹伤零件表面。此外，还可以根据工件的特殊形状（ 夹持部分有螺纹等） ，相应的车制软卡爪以夹持工件。在车削软卡爪 或每次装卸工件时，应注意固定使用同一扳手方孔，夹紧

56、力也要均 匀一致，改用其他扳手方孔或改变夹紧力的大小，都会改变卡盘平 面螺纹的移动量，从而影响装夹后的定位精度。 4.64.6 切削用量的选择切削用量的选择 4.6.1 切削用量的选择 数控车削加工的切削用量包括：背吃刀量、主轴转速或切削 速度（用于恒线速切削）、进给速度或进给量。 （一）背吃刀量的确定 背吃刀量是根据加工余量确定的。在工艺系统刚性和机床 功率允许的条件下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次 数。一般当毛坯直径余量小于 6mm 时，根据加工进度考虑是否流 出半精车和精车余量，剩下的余量可以一次切除。当零件的精度 要求较高时，应留出半精车、精车余量，半精车一般为 0.55mm

57、，精车为 0.1-0.5mm. 1.背吃刀量的选择（ap） 在本课题中设计中考虑到粗车时精度不是很高，切削用量 可以大些，而精车时要求零件达到精度值，切削用量可小些， 故背吃刀量粗车循环时吃刀量为 1.5mm，精车时为 0.2mm，由 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 36 于孔的粗糙度为 1.6um,故粗镗时的吃刀量为 1.5mm,精镗时为 0.2mm。 （二）主轴转速的确定 1.光车时的主轴转速 光车时主轴转速应根据零件上被加工部件的直径，并按零件和 道具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速 度切削速度确定之后，用下列计算主轴

58、转速： s= 1000vc/d 式中：vc 切削速度，单位为 m/min; d -切削刃选定点处所对应的工具或刀具的回转直径， 单位为 mm; s -弓箭或刀具的转速，单位为 r/min。 （1）根据查表得，高速钢刀具材料切削中碳钢件时，切削速度 v 取 45-60m/min，根据公式 n= 1000vc/d,并根据实际情况本课 题粗加工时主轴转速选取 500r/min，精加工时选取 900 r/min，切 槽选 200 r/min，钻孔时的主轴转速为 800 r/min，粗镗孔时的转速 为 600 r/min，精镗孔时的主轴转速为 900 r/min （二）车螺纹时的主轴转速 在切削螺纹时，

59、车床的主轴转速将受到螺纹的螺距大小、驱 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 37 动电机的升降特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于 不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。如大多数普通 车床数控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下 : s=1200/p-k 式中：p-工件螺纹的螺距或导程， mm； k-保险系数，一般取为 80； s-主轴转速，r/min。故车螺纹时的主轴转速为 300 r/min。 （三）进给速度的确定 进给速度是指在单位时间内，刀具沿进给放向移动的距离 （单位为 mm/min） 。有些数控车床规定可以选用进给量（单 位为

60、mm/r）表示进给速度。 1. 确定进给速度的原则 (1) 当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产率， 可选择较高（ 2000mm/min 以下）的进给速度。 (2)切断、车削深孔或精车削时，宜选择较低的进给速度 (3) 刀具空行程，特别是远距离 “回零”时，可设定尽 量高的进给速度。 (4) 进给速度应与主轴转速和背吃刀量相适应。 套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真套类零件数控加工工艺分析、编程及数控仿真 38 故本课题选择的进给速度（f）为以下： 粗加工可选择较高的进给速度，一般取为 0.3mm/r0.8mm/r；精 加工为保证零件加工精度，常取 0.1mm/r0.3mm/r,该