数控机床加工

1、摘要 随着科学技术的不断发展，在当代普通机床正在逐渐被高效率高精度以及高自动化生产的数控机床所代替，而数控加工作为目前机械加工的一种重要手段，已成为衡量一个国家制造水平的重要标志。而数控机床加工是随着数控机床的产生而逐渐发展并完善起来的一门实践应用技术。数控加工工艺制订也是数控工业加工的前期准备工作，制订工艺是否合理，直接关系到程序的编制、工件加工质量以及生产零件的效率。并且加工工艺制订主要包括分析工件图样、确定加工顺序、选择加工方案，选择合适刀具、确定加工余量、确定切削用量、制定进给路线，以及编写数控加工程序等。关键词：数控机床 数控机床加工 加工工艺制订AbstractWith the d

2、evelopment of science and technology, in the contemporary general machine tool is gradually replaced by the high efficiency and high precision andhigh automation production of CNC machine tools, NC processing as an important means of the pr

3、esent mechanical processing, has become an important mark to measure the manufacturing level of a country.CNC machine tools and processing is a practical technology with the CNC machine tool production and gradually developed and perfected.

4、 The NC machining process formulation is also CNC industrial processing of the preparatory work, the development of process is reasonable or not, directly related to the program, the processing quality of the workpiece and the efficiency of

5、 production parts. The formulation and processing technology mainly includes the analysis of workpiece drawings, determine the processing order, the processing scheme selection, select tools, determination of machining allowance,determine t

6、he amount of cutting, the formulation of the feed line, and NC programming etc.Keywords: the formulation of NC machine tool CNC machine tool technology目录第1章 引言61.1 数控机床的产生与发展61.2 数控机床的发展趋势61.3数控机床的特点7第二章 零件的分析82.1加工图样分析82.2工艺规程的要求8第三章 零件工艺规程的设计93.1 定

7、位基准的选择93.1.1 精基准的选择93.1.2 粗基准的选择93.2 零件表面加工方法的选择103.3 加工顺序的安排103.4 工艺的制定113.4.1机床的选择113.4.2工艺装备的选择123.4.3 加工余量的确定143.4.4切削要素的确定143.4.5 确定工序尺寸的方法16第四章 数控加工程序的编制174.1 数控编程方法及特点174.2 编写零件的加工程序单17第五章 总结20参考文献21致谢22第1章 引言1.1 数控机床的产生与发展数控机床的产生便是为了实现一些复杂或者简单零件的零件。随着我国改革开放发展。1948年，帕森公司研制了直升机的复杂螺旋浆叶片轮廓样板样的数控

8、加工设备。1949年，这个公司还与美国麻省理工学院出名的研究所共同合作，准备数控机床一些方面的研究，在1952年，世界上第一台由大型立式仿形铣床改装诞生，这是用作一些计算机的控制的三坐标立式数控上的铣床。后来经过几年改进技术，在1955年实现了部分产业化，并且一批一批地打入市场，但是由于技术上和价格上还需改进，所有就只能在航空事业中得到了应用。在此之后世界所有国家都投入大量的人力，物质进行大规模研究，使得数控机床得到了空前的发展。1959年，克耐杜列克公司开发了装上了有自动换取刀的装置，能够在一次的装夹、多个工序加工的制造。一直到了20世纪80年代末，计算机的集成制造上系统已经开始得到广泛的使

9、用，并且出现了很好的发展势头。几十年来，数控机床无论在一些品种上、数量上还是在功能的某些方面上都取得了令人赞赏的进展，这是为了我国机械制造业开始注入了新的生机与很好的活力。1.2 数控机床的发展趋势数字化便是作为特色的数控机床是柔性化制造的系统和敏捷化制造上的系统的基础，它的总的发展趋势便是：高的精度化，高的速度化，高的效率化，柔性化以及集成化，并且重视工艺合适性和经济方面注意。这些具体可以总结为13个方面。1) 一直地升高了经加工的精准度和经济性很好2) 使产品制造有了速度以及质量有了效率。3) 复合加工机床可以让最新一代的机床得到发展4) 不断涌现专门化的适用性良好数控机床正5) 数字制造

10、的主要支撑的核心技术便是智能化和集成化6) 变成了发展可以适应高速制造和网络形式分布的制造系统7) 发展只有变成了大型化或者微小化8) 配套上的装置和功能部分软件的品种质量一天一天提高9) 虚拟化的数控机床的技术10) 开放化的数控机床11) 对着标准化方向上的发展12) 向着高靠谱性方面前进13) 绿色化面向全世界 1.3数控机床的特点从普通机床发展变化到数控机床，和普通机床一起比较，数控机床具有了很多明显的特点。因此数控机床的大众化发展得很好。数控机床的特点有以下性质：1） 自己运作方面显著2） 适应很多工业环境3） 功能各个方面很独到4） 工件上的精度准确5） 生产的效率非常高6） 可靠

11、性高7） 可用于现代的生产或管理方方面面8） 减少了人工的工作量第二章 零件的分析2.1加工图样分析图1.1 如图1.1所示，本次设计的工件便是此零件轴，此零件材料为45号钢，无热处理和硬度要求。该加工零件轴表面是由圆柱、圆锥、顺圆弧及逆圆弧等表面组成的。该零件轴尺寸精度为IT8，表面粗糙度为Ra1.6。该图样形状结构简单，方便装夹，尺寸标注完整，轮廓描述清楚。2.2工艺规程的要求工艺规程设计的原则是：在一定的生产条件下，在保证产品质量的前提下，应尽量提高生产率和降低成本，使其获得良好的经济效益和社会效益。在工艺规程设计时应该注意以下四个方面的问题。1）技术上的先进性。所谓技术上的先进性，是指

12、好质量、高效益的获得不是建立在提高工人劳动强度和操作手艺的基础上，而是依靠采用相应的技术来保证。因此，在工艺规程设计时，要了解国内外本行业工艺技术的发展，通过必要的工艺试验，尽可能采用先进的工艺和工艺装备。2）经济上的合理性。在一定的生产条件下，可能会有几个都能满足产品质量的要求的工艺方案，此时要通过成本核算或评比，选择经济上最合理的方案，使产品成本最低。3）有良好的劳动条件，避免环境污染。在工艺规程设计时，要注意保证工人具有良好而安全的劳动条件，尽可能采用先进的技术，将工人从繁重的体力劳动中解放出来。同时，要符合国家环境保护法的有关规定，避免环境污染。4）格式上的规范性。工艺规程应做到正确、

13、完整、统一、清晰、所用术语、符号、计量单位、编号等都要符合相应标准。第三章 零件工艺规程的设计3.1 定位基准的选择 当工件的机械加工制造的过程当中，为保证零件的尺度精度还有相互位置，那就必须合理选择定位基准。所以在数控车削之中，必须尽可能使零件在一次装夹下完成很大部分或者全部表面的加工制造。对与轴类零件，多数情况下都以零件自身的外圆柱面来定位基准；对于套类零件便用内孔当定位基准。定位基准选择的是否合适，这不仅仅影响零件加工的精度，并且对零件各表面的加工顺序也造成极大的误差。本一节便先建立一些有关基准和定位的内容，然后再再讨论定位基准选择的原则。3.1.1 精基准的选择1) 基准重合性的原则。

14、要使用设计基准或装配基准作为定位基准，而且让定位基准和测量相互重合。2) 自己作为基准的原则。有些部分要求加工余量小还有均匀的精加工工序，他们选择加工表面以自身作为定位基准，便称之为自为基准原则。3) 全部基准都统一的原则。除第一道工序之外，其余工序应尽可能采用同一种精基准。因为基准统一后，便可以减少定位误差，提高加工制造精度，让装夹更加方便等好处。4) 互相作为基准的原则。当对工件上两个相互位置精度非常高的表面来加工时，要用两个表面互相作为基准，这样反复对它进行加工，来保证位置精度确定无误。5) 对装夹方便的原则。选择一些精度比较高、装夹可靠的表面作为精基准，并尽量选用形状简单还有尺寸较大的

15、表面作为精基准，这样会使夹具设计更加简单，操作也更加方便。3.1.2 粗基准的选择在选择粗基准的时候，便必须要达到两个基本的条件：第一就是要保证所有加工表面都有很大的加工余量；第二便保证零件上加工表面和不加工表面两者之间具有确定的位置精度。以下是粗基准的选择原则：A） 可以选择一些不加工表面来作为粗基准基准统一原则，这样减少定位误差和B） 对所有表面都加工的工件，必须依据加工余量最小的表面来找正。C） 要选用牢靠可靠的表面作为基准，要不然会让工件夹坏或松动。D） 粗基准要选择一些平整光滑的表面。 E）粗基准是不能够重复再使用的。 因此，此轴类零件图必须要先粗后精，而精基准便选择基准统一原则，方

16、便装夹加工。而粗基准可采用以轴的中心线为统一基准进行加工。3.2 零件表面加工方法的选择1)回转体的零件结构大部分都是多种多样，但是他们都是由平面、内圆柱面、曲面、螺纹等来组成，要知道每一种表面也有多种多样加工方法，实际选择的时候应考虑零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸、生产类型等有关因素，来决定零件表面的数控车削加工方法和加工方案。2）经济加工精度以及经济表面粗糙度。在加工制造的过程之中，影响加工精度和表面质量有很多因素。每一种加工方法在不同的工作环境条件下所能达到的精度或表面粗糙度都会有所不同。经济加工精度、经济表面粗糙度是指在正常加工制造条件下使用符合质量标准的设备、工艺装

17、备和标准技术等级的工人，不延长加工时间的所能达到的加工精度即表面粗糙度。 3) 典型表面加工方法和加工方案达到的简介。一般的零件都是由很多个典型表面组成的。选择数控零件的加工方法和加工方案，实际上是选择典型表面的加工方法和加工方案。首先最常见的典型表面是平面、外圆面和内孔。 4) 成型表面和复杂表面的加工。成型表面的加工可分为a）轨迹法；b）成型法；c）包络法；复杂表面的加工可分为a）程序控制法；b）电火花加工；c）电解加工。 因此，对于如图上零件轴，数控车削是最常见的加工方法，而且此零件轴经济精度IT8,表面粗糙度Ra（um）为1.6，所以最适合此零件轴的表面加工方法是粗车半精车精车。3.3

18、 加工顺序的安排 在数控车床上加工零件，安排零件车削加工顺序一般遵循下列原则。 1）先粗后精原则。在车削加工中，应先安排粗加工工序，其目的是在较短时间内，将毛坯的加工余量去掉，以提高生产效率。在零件进行了粗加工后，接着安排换刀后进行的半精加工或精加工，逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度。如果在粗加工后能满足精工。安排半精加工的目的在于：当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，可安排半精加工作为过渡性工序，使精加工的余量基本一致，便于尺寸精度的控制。在精加工阶段，为保证加工精度，精车要一刀切出图样要求的零件轮廓，保证各主要表面达到图纸规定的要求，关键是保证加工质量。2）先近后远原则。

19、这里所说的远与近，是按加工部位相对于对刀点的距离远近而言。在一般情况下，通常安排离换刀点近的部位先加工，离换刀点远的部位后加工，以便于缩短刀具移动距离，减少空行程时间，提高加工效率。3）先内后外，内外交叉原则。对既有内表面，又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，通常应先进行内、外表面粗加工，后进行内、外表面精加工，这样易于控制内、外表面的尺寸和表面形状的精度。4）刀具集中原则。同一把刀连续加工完成相应各部分后，再更换另一把刀加工零件相应的其他部位，以减少空行程和换刀时间。5）基面先行原则。用作精基准的表面，要首先加工，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。6）刚性优先原则。同一次安装中进

20、行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。因此，如图上零件轴，便需要遵循先粗后精原则，需要两次装夹。第一次装夹，夹持左端材料钢，留出135mm，平端面，加工量不大于2mm，分别粗，精加工26圆柱体，切宽5mm深1.9的凹槽和36的锥面及圆柱面。第二次装夹，夹持右端36圆柱面，保证工件长度，继续粗，精加工40圆柱面，凹面柱体，以及最后的42圆柱体。如此便加工完成的零件。3.4 工艺的制定3.4.1机床的选择 当生产批量很大时，宜采用专用的机床；在多品种、小批量生产的情况下，对复杂零件使用数控机床能获得较高的经济效益。当零件不太复杂、批量又较小时，宜采用通用的机床；选择机床时，主要考虑以下因

21、素：（1） 机床的规格应与工件的外形尺寸相适应，即大件用不机床，小件用小机床。（2） 机床精度应与工件加工精度要求相适应，机床精度过低，不能保证加工的精度；机床精度过高，又会增加工件的制造成本，应根据工件的要求合理的选择。（3） 机床的生产效率应与工件的生产类型相适应。单件小批生产用通用设备或数控机床，大批大量生产应选高效专用设备。（4） 与现有条件相适应。要根据现有设备及设备负荷状况、外协条件等确定机床，避免“闭门造车”。因此，加工此轴类零件，应选择的机床为CK6180数控车床最为符合。3.4.2工艺装备的选择1）车削夹具或装夹方案。在数控车床上装夹时，让工件与车床主轴线有个明确的位置，还有

22、在零件受到各种各样外力下，依然保持它的位置。数控车床的夹具部分用于盘类、轴类的三爪自定心卡盘或液压动力卡盘和尾座。三爪自定心卡盘或液压动力卡盘作用在夹着各种加工零件、让零件和主轴一起旋转。因此，本加工零件轴使用三爪自定心卡盘进行装夹，如图1.2，便是此三爪自定心卡盘的实物图。而装夹方式便选择一夹一顶的方式。图1.22)刀具的选择。随着机床主轴转速、主轴精度的提高、功率的增大及机床刚性的增加，刀具材料从碳素工具钢发展到今天的硬质合金和超硬材料，同时由于新的工程材料不断出现，也对切削刀具材料的发展起到了促进作用。同一批刀具的切削性能和使用寿命要稳定，以便实现按刀具使用寿命换刀或由数控系统对刀具寿命

23、进行管理。刀具必须具有较高的精度，并且刀具的耐用度应比普通机床用的刀具要更高，以减少更换、刃磨刀具及对刀次数，发挥数控机床的效益。因此，如图1.2，这些刀具便是作为加工此零件轴而选择的刀具。这些刀具都具有高精度，高耐用度。 图1.3 数控加工刀具卡序号刀具名称刀具规格/mm数量加工表面1中心钻Ø51钻Ø5mm中心孔2外圆车刀25X251自右至左车外表面3外圆螺纹刀25X251车M264外圆切槽刀25X251车外槽编制黄志坚审核18/4/2010共1页第1页3）工序卡片。由于数控加工工序比较集中，每一加工工序又可划分为多个工步，所以工序卡不仅应包含每一步的加工内容，还应包含所

24、用刀具类型，刀具号，刀具补偿号及切削用量等内容。它不仅是编程人员编程程序时必须遵循的基本工艺文件，同时也是指导操作人员进行数控机床操作和加工的主要资料。不同的数控机床，数控加工工序卡可采用不同的格式和内容。 因此，如图1.3，便是加工此零件轴的工序卡。1.4数控加工工艺卡班级机设本（3）班产品名称夹具名称使用设备姓名黄志坚零件轴三爪定心卡盘广州数控车床工步号工步内容刀具号刀具名称刀具规格主轴转速r/mm进给速度mm/r备注1钻Ø5中心孔中心钻Ø5200手动2粗车外圆，加工尺寸为120mmT01外圆车刀25X258000.3自动3精车外圆，加工尺寸为120mmT03外圆车刀2

25、5X2510000.1自动4车槽T05外圆切槽刀25X253000.15自动5外圆螺纹，加工尺寸为M26T07外圆螺纹刀25X253000.1自动4）量具的选择。如果小批生产零件的应采用的量具如游标卡尺、外径千分尺和千分表等。若大批大量生产零件的应采用极限量规和高效的专用检验夹具、量仪等。量具的精度必须与加工精度相适应。因此，加工此零件轴最好使用游标卡尺，测量此轴类零件直径，深度，长度。3.4.3 加工余量的确定在保证了加工质量的条件下，加工余量事当然是越小才越好啦。因此确定加工余量有以下三种方法。1）查表法；2）经验估计法；3）分析计算法。总加工余量： (手工造型)铸件 3.57mm自由锻件

26、 2.57mm模锻件 1.53mm圆钢料 1.52.5mm工序余量：粗车 11.5mm半精车 0.81mm高速精车 0.40.5mm低速精车 0.10.15mm磨削 0.150.25mm研磨 0.0020.005mm粗铰 0.150.35mm精铰 0.050.15mm珩磨 0.020.15mm因此，就以此零件轴加工而论，此加工余量选择2mm为佳。3.4.4切削要素的确定 车削加工中切削用量包括背吃刀量，切削速度、进给速度（进给量）等。 A)切削速度（线速度、圆周速度）v(m/min)V的选择：与刀具材料、工件材料、加工条件等有关。因为零件加工要用到90度切削刀，所以 V的速度应高些，可取100

27、米/分以上，而60度螺纹车刀和切断刀，V的速度应取低些。在一般的状况下，在外圆粗车的情况下，我们用主轴转速是600到800之间，精车时，转速可以高些。主轴转速可以取800到1000。而在螺纹加工，特别在切断的时候，主轴转速会取得比较低，这是为了防止刀具材料的损坏，所以，有时候，你会看见主轴转速一般取200到300，甚至更低。主轴转速n（r/min）是根据零件上被加工部位的直径，并且看零件或刀具的材料质量以及加工制造性质所来确定切削速度v（m/min）。因此在实际生产中，主轴转速可用以下来计算：n=1000v/d式子中： v切削速度，由刀具耐用度决定（m/min）d零件待加工表面的直径（mm）B

28、）进给量f 进给量f是指工件每转一周，车刀沿进给方向移动的距离（mm/r）,他与背吃刀量有着较密切的关系。进给量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、表面粗糙度要求、刀具及工件的材料性质选取。精加工时，表面要求高，走刀量取小：0.06到0.12mm/主轴每转。粗加工时，可取大一些。主要决定于刀具强度，一般可取0.3mm/r以上，刀具主后角较大时刀具强度差，进刀量不能太大。C）背吃刀量（切削深度）a 背吃刀量是与机床，夹具，工件和刀具的刚度等有关，尽可能选择比较大的背吃刀量，因为这样就可以减少走刀的次数而且提高生产制造效率。粗加工时，因为根据工件、刀具、机床状况决定，一般都是小

29、型车床（最大加工直径在400mm以下）车削正火状态下的45号钢，所以半径方向中的切刀深度一般来说是不超过5mm。还要而且还要注意的是，假如车床的主轴变速使用的是普通变频调速，那就是说主轴每分钟转速很低时（低于100到200转/分之间），电机输出功率也会明显降低，这个时候吃刀深度及进刀量就只可以取得很小很少了。因此，对于此零件轴，切削要素的确定如下：背吃刀量的选择：外圆表面粗车循环时选ap=2，精车ap=0.5； 主轴转速的选择：车直径和圆弧时，选粗车切削速度vc=100m/min 精车切削速度vc=150m/min然后利用公式vc=dn/1000计算主轴转速n；粗车800r/min 精车100

30、0r/min。进给速度的选择：选择粗车、精车每转进给量，再根据加工的实际情况确定粗车每转进给量为0.3/r ，精车每转进给量为0.1/r，最后根据公式Vf =nf计算粗车、进给速度分别为230 m/min和200 m/min。3.4.5 确定工序尺寸的方法（1） 基准重合时工序尺寸及其公差的计算。这是指加工的表面在各工序中均采用设计基准作为工艺基准，其工序尺寸及其公差的确定比较简单。（2） 基准不重合时工序尺寸及其公差的计算。工序尺寸或定位基准与设计基准不重合时，工序尺寸及其公差计算比较复杂，需用工艺尺寸链来分析计算。因此，此零件轴加工表面的各工序都使用统一基准，所以此工序尺寸及其公差的确定也

31、相对容易方便。第四章 数控加工程序的编制4.1 数控编程方法及特点由于这些零件的径向尺寸，无论是测量尺寸还是图纸尺寸，都是以直径值来表示的，所以数控车床采用直径编程方式，即规定用绝对值编程时，X为直径值；用相对值编程时，则以刀具径向实际位移量的二倍值为编程值。对于不同的数控车床、不同的数控系统，其编程基本上是相同的，个别有差异的地方，要参照具体机床的用户手册或编程手册。4.2 编写零件的加工程序单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成程序清单。该零件轴工件的加工程序如下：T0101-外圆粗车刀 T0303-外圆精车刀 T0505切槽刀 T040460°螺纹

32、刀O0213N10 T0101N20 G00 X100 Z100N30 M03 S800N40 G00 X70 Z20N50 G73 U4.5 W 4.5 R3N60 G73 P1 Q2 U1 W0.5 F100 N1 GO1 X24 Z0 F80 X26 Z-1 Z-19 X28 X36 Z-31 Z-43 X42 Z-49.967 G02 X42.248 Z-84.224 R31 F60 G03 X50 Z-97 R23 F60 GO1 Z-120 F80 N2 G00 X100 Z100N70 S1000 T0303N80 GOO X70 Z20N90 G70 P1 Q2N100 GOO X100N110 Z100N120 MO5N130 M00N140 TO5O5N150 M03 S300N160 G00 X28 Z-19N170 G01 X24.2 F40N180 G00 X54 N190 Z-108N200 G01 X40 F40N210 G00 X54N220 Z-115N230 G01 X40 F40N240 G00 X54N250 Z-113N260 G01 X40 F40N270 GOO X100N280 Z100N290 M05N300 M00N310 T0707N320 M