数控车床加工工艺.docx
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数控车床加工工艺
第2章数控车床加工工艺
在数控车床编制程序过程中，必将经历一个重要过程，就是加工工艺设计过程，它包含图纸分析、工序的划分、坐标尺寸、机床选择、工件加工工序的安排，装夹方式、加工线路，刀具切削用量等比较广泛的工艺问题，本章介绍数控车床加工中的各项加
工工艺处理问题。
2.1数控车床加工工艺分析
2.1.1数控车床加工工艺的主要内容根据数控车床加工实际要求，数控加工工艺主要包括以下几个内容：
1.分析零件图样、选择并决定适合在数控车床上加工的内容
2.加工工序的划分原则及工序间的衔接要求
3.典型零件加工工序的处理
4.加工方案制定原则及加工线路的确定
5.工件的定位与装夹
6.数控车床刀具
7.切削用量的确定
8.制定补偿方案
9.处理特殊的工艺问题。
2.1.2数控车床加工工艺基本特点
无论是普通车床加工还是数控车床加工，在加工前都要对所加工的零件进行工艺过程分析，拟定加工方案，确定加工线路和加工内容，选择合适的刀具和切削用量，设计合适的夹具及装夹方法。
特别是在数控车床加工中，加工工艺的制定则比普通车床显得更为重要，也要更为详细，因为在普通车床加工中，制定了工艺卡，操作者按加工工艺进行操作，在加工中如遇到某些问题，（如在加工内孔时，铁屑堵塞，可停机
清理），可灵活进行调整处理，不会受太大影响，而数控车床则不同。
数控车床受控于程序指令，加工过程都是自动进行加工的，每一个数据、加工路线、刀具、切削用量的不合理，都会造成工作量的成倍增加，甚至要重来，这样就要对零件的加工从装夹到加工完毕每一工步都十分清晰，要细化每一工步的切削变化、切削用量、走刀线路等较细致的问题。
加工工艺设计是对工件加工前的前期准备工作，它必须在程序编制工作以前完成，
只有在确定了工艺设计方案后，编程才有依据并通过首件加工来检验、修正。
工艺方
面考虑不周是造成数控加工出错的主要原因之一，因此，编程人员一定注意先将工艺
设计做好，对一些拿捏不定的数据（如切削用量，刀具切削效果等），可进行必要的测
试，匆匆忙忙就进行编程往往会顾此失彼。
数控车床在加工工艺上与普通车床加工工艺原理上基本相同，但由于数控车床与之相比，在加工性能、控制方式也有其优势、缺点，因而又有其特点。
首先，数控车床加工工序比普通车床加工的工序内容要复杂。
数控车床通常安排
-6-
较复杂的工序或是在普通车床上加工难以控制的工序，如圆弧面连接、锥度螺纹、台阶螺纹、内弧面等，这样，在工艺处理方面难度相对增大。
其次，数控车床加工程序的编制要比普通车床的工艺规程编制复杂。
这是因为在
普通车床加工中，许多加工工艺不必考虑的问题（如排屑、换刀、定位装夹），在数控
加工工艺中都不能忽视，普通车床这些问题在加工中可由操作者根据情况随时调整，而数控车床在加工中调整则较繁锁。
2.1.3数控车床加工零件工艺性分析
数控机床加工，必须根据数控机床的性能特点、应用范围，对零件加工工艺进行分析。
一是分析零件数控加工的可能性：
对零件毛坯的可安装性、材质的加工性、刀具运动的可行性和加工余量状况进行分析。
二是分析程序编制的方便性：
视零件图纸尺寸的标注方法是否便于坐标计算和程序
编制，能否减少刀具的规格和换刀次数，提高生产效率和加工质量。
三是通过工艺分析选择合适的加工方案：
对于同一零件，由于安装定位的方式、刀具的配备、加工路径的选取、工件坐标系的设置以及生产规模等的差异，往往会有许多可能的加工方案，也就是根据零件的技术要求选择经济、合理的工艺方案。
具体要分析的内容大致有如下几个方面：
1•分析零件图纸给标示构成零件轮廓的几何元素的条件是否充分。
2•分析零件图纸尺寸的标注方法是否适应数控加工的特点。
通常零件图的尺寸标
注方法都是要据装配要求和零件的使用特性分散地从设计基准引注，这样的标注方法会
给工序安排、坐标计算和数控加工增加许多麻烦。
而数控加工零件图则要求从同基准引注尺寸或直接给出相应的坐标值（或坐标尺寸），这样有利于编程和协调设计基准、工
艺基准、测量基准与编程零点的设置和计算。
3•材质的加工性分析。
是分析所提供的毛坯材质本身的机械性能和热处理状态，毛坯的铸造品质和被加工部位的材料硬度，是否有白口、夹砂、疏松等。
判断其加工的难易程度，为刀具材料和切削用量的选择提供依据。
4•零件毛坯的可安装性分析：
是分析被加工零件的毛坯是否便于定位和装夹，要不要增加工艺辅助装置，安装基准需不需要进行加工，装夹方式和装夹点的选取是否会有碍刀具的运动，夹压变形是否对加工质量造成影响等。
为工件定位、安装和夹具设计提供依据。
5•刀具运动的可行性分析：
是分析工件毛坯（或坯件）外形和内腔是否有碍刀具定位、运动和切削的地方，有无加工干涉现象，对有碍部位检验是否通过。
为刀具运动路线的确定和程序设计提供依据。
6.加工余量状况的分析：
是分析毛坯（或坯料）是否留有足够的加工余量，孔加工部位是通孔还是盲孔，有无加工干涉等，为刀具选择、加工安排和加工余量分配提供依据。
7.分析零件结构工艺性是否有利于数控车床加工。
是分析零件的外形、内腔是否
可以采取统一的几何类型或尺寸，尽可能减少刀具数量和换刀次数。
8.分析加工工序的划分是否有利于数控车床加工，各工序尺寸是否容易保证
否对加工质量有影响，是否能提高加工效率，是否经济合理。
2.2数控车床加工工艺设计
工艺设计是数控车床加工过程中较为复杂又非常重要的环节，与加工程序的编制、零件加工的质量、效益都有着密切的联系。
要掌握好数控车床加工的工艺设计环节，不仅要掌握普通车床加工的工艺规程、切削知识，还应具有扎实的加工工艺基础知识，及对数控车床加工工艺方案制定的各个方面都有比较全面的了解，在数控车床的加工中，造成加工失误或质量、效益不尽人意的主要原因就是对工艺设计考虑不周。
做好工艺设计、处理工作，对于数控车床加工中程序的编制和零件的加工是非常重要的。
但工艺设计工作的实践性很强。
在学习中，要善于思考，充分利用所掌握的各项知识，理论联系实际，在大量的实际运用中，不断总结、提高自己的工艺设计、处理的水平。
现对数控车床加工工艺设计过程给予分析：
2.2.1分析零件图样、选择并决定适合在数控车床上加工的内容
2.2.1.1分析零件图样
分析零件图样是工艺准备中的首要工作，因为工件图样包括工件轮廓的几何条件、尺寸、形状位置公差要求、表面粗糙度要求、毛坯、材料与热处理要求及件数要求，这些都是制定合理工艺处理所必需要考虑到的，也直接影响到零件加工程序的编制及加工的结果。
分析零件图样主要包括以下几个内容：
1•检查构成加工轮廓的几何条件有无缺陷
由于零件图纸设计、绘制等多方面原因，可能在图样上出现构成加工轮廓的数据不充足（如图样上漏掉某尺寸或所给定的几何条件不合理，造成数学处理困难，及给定的几何条件自相矛盾等），尺寸模糊不清，或图样上图线位置模糊、及尺寸封闭等缺
陷，这些缺陷不仅增加编程工作难度，有时甚至无法编程或由于图样几何条件不清，造成加工失误，使零件报废，造成不必要的损失。
当发生了上述或其它图样上的各项缺陷时，应及时向图样的设计人员或技术管理人员反映，解决后方可进行程序的编制工作，不可凭自己盲目推断或想象来进行加工，以避免不必要的错误发生。
2•分析零件材质、尺寸公差、表面粗糙度要求
分析零件图样的尺寸公差要求和表面粗糙度要求，明确零件材质是确定机床、刀具、切削用量的重要依据，以确定零件尺寸精度的控制方法、手段和加工工艺。
在该
项分析过程中，对不同的工件材料、不同精度的尺寸要求和表面粗糙度要求。
在刀具选择、切削用量、走刀线路等方面进行合理的选择，并将这些选择在程序编制中予以应
用。
3.形状和位置公差要求
零件不仅尺寸公差和表面粗糙度要求要达到图样要求，同时形状和位置公差也是保
证零件精度的重要要求。
在工艺准备过程中，应按图样的形状和位置公差要求来确定零件的定位基准、加工工艺，以满足其公差要求。
对于数控车床加工，零件的形状和位置公差要求主要受车床机械运动副精度和加工
工艺的影响，如对于圆柱度、垂直度的公差要求，其车床本身在Z轴和X轴方向线与
主轴轴线的平行度和垂直度和公差要小于其图样的形位公差要求，否则无法保证其加工
精度，即车床机械运动副误差不得大于图样的形位公差要求。
在机床精度达不到要求时，
则需在工艺准备中，考虑进行技术性处理的有关方案。
另在分析图样的形位公差要求时，
要选择正确的加工工艺来保证其公差要求。
生产实践证明加工工艺的不合理，是造成形位公差超差的主要原因。
2.2.1.2选择并决定适合在数控车床上加工的内容
当选择并决定某个零件进行数控加工后，并不等于要把它所有的加工内容都包下来，可能只是其中的一部分进行数控加工。
必须对零件图纸进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。
在选择并作出决定时，应结合设备的实际情况，立足于解决难题、攻克关键和提高生产率，充分发挥数控车床的优势。
在选择时，一般可按下列顺序考虑：
1.普通车床无法加工的内容应作为优先选择内容；
2.普通车床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；
3.普通车床加工效率低，工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富余的基础上进行选择。
一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产率与综合经济效
益等方面都会得到明显提高。
相比之下，下列一些内容则不宜选择采用数控车床加工：
1•装夹定位不准且不易解决，需通过较长时间占机调整的加工内容；
2.难加工材料，刀具容易磨损，刀具调整时间过多的加工内容；
3•不能在数控上一次安装加工完成的零星部位、分序加工定位不易解决需多次调整、效益不明显的加工内容。
2.2.2加工工序的划分原则及工序间的衔接要求
2.2.2.1工序的划分原则、方法
1.工序划分原则工序的划分可以采用两种原则，即工序集中原则和工序分散原
则。
（1）工序集中原则工序集中就是将工件的加工集中在少数几道工序内完成，每
道工序的加工内容较多。
工序集中有利于采用高效的专用设备和数控机床；减少了机床数量、操作工人数和占地面积；一次装夹后可加工较多表面，不仅保证了各个加工表面之间的相互位置精度，同时还减少了工序间的工件运输和装夹工件的辅助时间。
但数控机床、专用设备和工艺装备投资大，对操作工人要求高，尤其是专用设备和工艺装备调整和维修比较麻烦，不利于转产。
（2）工序分散原则工序分散就是将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道
工序的加工内容很少。
工序分散使设备和工艺装备结构简单，调整和维修方便，操作简单，对操作工人要求低，转产容易；有利于选择合理的切削用量，减少机动时间。
但工艺路线长，所需设备及工人人数多，占地面积大。
2.工序划分方法：
工序划分主要考虑生产规模、所用设备及零件本身的结构和
技术要求等因素。
大批量生产时，若使用多刀架、塔式刀架等高效数控车床，工序可按集中原则划分；若在经济型数控车床或组合机床组成的自动线上加工，工序一般按分散原则划分。
现代企业生产的发展多趋向于前者。
单件小批生产时，工序划分通常采用集中原则。
成批生产时，工序可按集中原则划分，也可按分散原则划分，应视具体情况而定。
对于尺寸和质量都很大的重型零件，为减少装夹次数和运输量，应按集中原则划分工序。
对于刚性差且精度高的精密零件，应按工序分散原则划分工序。
按照工序划分原则考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作，若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工，哪一部分在其他机床上加工，
即对零件的加工工序进行划分。
一般工序划分有以下几种方式：
1•按零件装夹定位方式划分工序由于每个零件结构形状不同，各表面的技术要
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，可按刀具集工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能性用同一把刀具加工出可能加工所有部位，然后再换另一把刀加工其他部位。
4.按安装次数划分工序即以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。
这
种方法适合于加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态。
5.按设备情况及零件数量，以提高生产效率为原则来划分工序：
工序的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。
在一个零件的加工中往往需要采用
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，简化零件的加工，在保证加工精度和提高效率的前提下来进行零件加工工序的划分。
总之，工序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。
2222工序间的衔接及要求
数控车床的工艺路线设计往往包含其他加工工序工艺过程，由于数控车床工序常常
穿插于零件加工的整个工艺过程中间，因此在工艺路线设计中使之与整个工艺过程协
调。
这样才能保证数控车床的加工要求，如：
留多少加工余量；定位面与定位孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理要求等。
目的是达到相互间能满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，主要是确定加工顺序的安排和工序尺寸的大小。
1.加工顺序的安排
加工顺序的安排应根据零件结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的需要来考虑，重点是保证定位夹紧时工件的刚性和有利于保证加工精度。
加工顺序安排一般应遵循下
列原则：
⑴上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序
的也要综合考虑；
⑵一般先进行外形加工工序，后进行内型加工工序；
⑶以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压紧元件次数；
⑷在不同安装中进行的多道工序，应先安排对工件精度、刚性破坏较小的工序。
2.工序尺寸衔接要求
在数控车床的分序加工中一定要注意建立好相互间的连接。
在工艺设计时，要全面的考虑将各个工件的装夹方式、加工部位、尺寸要求、余量大小、编程原点、工艺线路等，如要不要留余量，什么地需要加工，能否保证零件的精度要求等。
只要认真处理好这些问题，分序加工能够帮助生产率的提高。
数控工序工艺设计是整个零件加工的基础，其设计的质量会直接影响零件的加工质
量与生产效率。
工序工艺设计时应对零件图、毛坯图认真消化，结合数控加工的特点灵活运用普通加工工艺的一般原则，尽量把数控车床加工工序工艺设计得更合理、更有效率一些。
2.2.3典型零件加工工序的处理
在数控车床的加工中许多零件经过合理工序划分来进行加工，会取得较好的效果,
现以实际加工如图2-1所示的零件一模钉来分析工序划分处理，经过工序划分的加工,
有以下几个优点：
1.减少辅助换刀、对刀时间，提高加工效率；
2.节省材料、提高经济效率；
3.简化程序编制；
4•可方便进给尺寸控制的调整，对操作人员要求不高，可实现流水线生产。
全部Ra3.2
44
图2—1模钉数量：
5000件
以下是两种加工方式的比较
方式一：
零件一次在数控车床上加工完毕。
优点：
不需要多次分序加工，便于管理。
缺点：
1.需多刀加工，刀具磨损后，调整辅助时间较多，
2.材料浪费较大，由于不可能将棒材预留得太短，每段材料将浪费一个装夹位长的材料。
3•对操作者有一定技术要求，如进行对尺寸精度调整。
4.定位不准而且加工效率不高。
方式二：
分序加工及各工序尺寸公差。
1.普车切断此工序须保证工件总长在44.4至45mm之间，太短两端无精车余
量，太长可能造成崩刀，为数控定位车削提供保证。
2.数控加工e18、e15及锥体部份，此工序将e18往右的部分全部车至要求尺
寸。
总长须控制在44.2±0.1之间，且在①18外圆处，长度车削要超过5毫米，可
定在5.5毫米左右。
3.数控加工$15±0.05台阶R1.5圆孤。
由于分序加工每个工序都是单刀加工，可以方便地换刀，减少了很多辅助时间，既方便地实现了车削中途的尺寸调态，也节省了材料，克服了在一次装夹中的许多不足。
但分序加工中一定要注意建立好相互间的连接，如要不要留余量，什么地方需要加工，能否保证零件的精度要求等。
只要认真处理好这些问题，分序加工对提高生产率是有很大帮助的。
2.2.4加工方案制定原则及加工线路的确定
在数控车床的加工零件一般与普通车床所加工的零件基本相同，但数控车床也有其加工的特点。
如加工轮廓形状较复杂或难以控制尺寸的回转体零件等，在对于具体零件制定加工方案及加工线路时，应根据图样形状、大小、材料、刀具、批量等因素，进行具体的分析和区别对待，灵活处理。
只有这样才能制定出合理的加工方案。
从而达到质量优、效率高和成本低的目的。
加工方案制定的一般原则为：
先粗后精、先近后远、先内后外、程序段最少、走刀路线最短及特殊情况特殊处理。
1.先粗后精
在车削加工中，应先安排粗加工工序。
在较短的时间内，将毛坯的加工余量去掉，以提高生产效率。
如图2—2中虚线内所示的部分。
同时应尽量满足精加工的余量均匀
性要求，以保证零件的精加工质量。
图2—2零件中需要粗加工的部分
在零件进行了粗加工后，应接着安排进行换刀后的半精加工和精加工。
当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，需要安排半精加工。
如图2—2中的R圆弧（AB）处余量比其它处较多，则可安排半精车作为过渡性加工，使精车的余量基本一致，便于尺寸精度的控制。
在数控车床精车加工时，最后一刀的精车加工应一次走刀连续加工而成，加工刀具的进刀、退刀方向要考虑妥当。
这时，尽可能不要在连续的轮廓中安排切入和切出或停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形致使光滑连接的轮廓上产生表面划伤，或滞留刀痕及尺寸精度不一样等缺陷。
1.先近后远
在一般情况下，在数控车床的加工中，通常安排离刀具起点近的部位先加工离刀具起点远的部位后加工，一是可缩短刀具移动距离，减少空走刀次数，提高效率。
二是有利于保证工件的刚性，改善其切削条件。
例如，当加工图2-3所示零件时，如果按先车好？
28mm处到车？
26mm处，再到
车？
24mm处的次序安排车削，刀具车削走刀和退刀有三次往返过程，这样不仅增加了空运行时间，增加导轨的磨损，而且可能使台阶的外直角处产生毛刺，对这类直径相差不大的车削场合时，（最大切深单边为3mm）。
宜按先车？
24mm处，退到？
26mm
处车削，再退到刀至？
28mm处车削。
这样，车刀在一次走刀往返中就可完成了三个
台阶的车削，提高了效率。
图2—3阶梯轴
2.先内后外
在加工既有内表面（内孔），又有外表面的零件时，通常应先安排加工内表面后加
工外表面，这是由于加工内表面时，由于受刀具刚性较差影响，及工件的刚性不足，
会使其振动加大，不易控制其内表面的尺寸和表面形状的精度。
如图2—4所示零件,
如将外表面加工好，再加工内表面，不仅装夹不方便，工件的刚性较差，而且加工内
孔过程中，排屑困难，散热不良，刀杆刚性又不足，工件的尺寸精度和表面粗糙度都
；$
不易得到保证。
如先将
图2—4内孔与外轮廓的加工图例
内孔加工好，利用心轴或胀力心轴装夹，既可准确实现其定位，尺寸精度、形状精度也都较易控制。
3•程序段最少
在数控车床的加工中，在保证加工效率的前提下，总是希望以最少的程序段数即
可实现对零件的加工，以使程序简洁，减少编程工作量和编程出错率，也便于程序的
检查和修改。
随着数控车床的编程功能日益完善，许多仿形、循环车削的指令的车削
线路是按最便捷的方式运行。
如GSK928TA中G80、G84等，GSK980T在系统升级后
G70、G71、G73等指令。
在加工中都非常实用，但在加工中也要根据产品数量、轮廓选择正确加工工序、合理地运用各种指令，大大简化程序编制工作，提高加工效率。
4.走刀线路最短
在数控车床上确定走刀线路的重点，主要是指粗车加工和空运行走刀线路方面。
在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路线，不仅可以节省整个加工过程的时间，还能减少车床的磨损等。
图2—5导柱
要实现最短的走刀路线，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，并在实践加工中不断总结，充分利用数控系统所提供的功能，特别是对切削进给路线的安排上
（其加工时间较长）要仔细考虑，利用各类刀具的切削性能（如断屑性能）、特点来合
理地安排其走刀路线，有效地提高加工速度。
如图2—5所示，R8部份的车削，可使用60。
尖刀进行车削，刃磨时两侧要有一
定后角，走刀线路可使用两种，如2—6中箭头所示。
两种方式的车削特点，都是车刀
在向负Z方向车削后，不用返回起点，而是直接在终点附近又向正Z向车削，这样可
减少走刀行程，实现了最短车削线路。
图2—6
走刀示意图
5.特殊处理
（1）先精后粗
在特殊情况下，加工顺序可能不按“先近后远”、“先粗后精”的原则考虑。
加
工如图2—7所示长筒零件时，若按一般情况安排最后加工孔的走刀路线为680mm
f060mmf$52mm。
这时，加工基准将由所车第一个台阶孔（$80mm）来体现,
对刀时也以其为参考。
由于该零件上的$52mm孔要求与滚动轴承形成过渡配合，
其尺寸公差较严只有0.03mm公差。
加外，该孔的位置较深，因此，车床纵向长丝
杠在该加工段区域可能产生误差，车刀的刀尖在切削过程中也可能产生磨损等，使
其尺寸精度难以保证。
对此，在安排工艺路线时，宜将$52mm孔作为加工（兼对
刀）的基准，并按$52mmf$80mmf$60mm的顺序车削各孔，就能较好地保证其尺寸公差要求。
图2—7长筒零件
（2）分序加工
在数控车床加工零件时，有的零件经过分序加工的特殊安排，其加工效率可明显提高。
如图2—8所示模套，其加工工序分为三步进行：
1）普车进行钻①14通孔、粗车①18外圆留0.5余量，长度11毫米处控制在+0.15
至+0.4之间，切断总长控制在35.2至35.7之间。
2）数控车加工内孔①18、锥体及①15内孔至尺寸。
3）上心轴加工①18外圆及大外圆。
这样，工序虽较多，但每个工序加工，控制尺寸、精度都有保证、效率也高。
有的零件按照先外后内的工序加工，可以提高孔的加工精度，避免外加工时所引起的切削变形。
因此，在实际加工中，特别是批量生产中要认真分析、合理安排加工工序，才能充分发挥数控车床效能。
通过对各类加工线路的了解，在进行制定加工方案时，具体情况应具体分析，主要是考虑以下三个方面的问题：
1
且能保证
•是否能在一台数控车床上经一次装夹就能完成零件的所需加工内容，加工的连续性。
2•所确定的加工线路是否经济合理，效益是否明显提高。
3•所确定加工路线是否能保证加工质量。
另外，在数控车床的加工中，特殊的情况较多，可根据实际情况，在进给方向的安排上
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