数控 车削加工 工艺路线 说明书Word下载.docx
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This
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machine
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tailored
specific
parts,
determination
tooling
programme,
parameters
selection,
order
lines
simplify
processes,
other
benefits.
Keywords：
analysis
、programme、
feeding
line
、control
size
目录
摘要II
AbstractIII
第一章绪论1
第二章数控车削加工工艺分析3
2.1数控加工概述3
2.2数控车削工艺分析4
2.2.1数控车削零件图工艺分析4
2.2.2工序和装夹方式的确定6
2.2.3加工顺序的确定7
2.2.4进给路线的确定8
2.2.5夹具的选择9
2.2.6刀具的选择10
2.2.7切削用量的选择11
第三章数控车削刀具分析12
3.1刀具的几何参数12
3.1.1刀具切削部分的结构要素12
3.1.2确定刀具标注角度的参考平面13
3.1.3刀具的主要角度及其作用13
3.2刀具的分类与型号15
3.2.1刀具的分类15
3.2.2刀具材料的选择16
3.3刀具选择的方法和步骤20
3.3.1选择变量20
3.3.2刀具选择的步骤21
3.3.3刀具的选择23
3.4刀具磨损27
3.4.1刀具磨损的类型27
3.4.2刀具磨损的原因28
3.4.3刀具磨损的解决29
第四章CAXA数控车自动编程应用30
4.1CAXA数控车概述30
4.2CAXA数控车的机床设置与后置处理31
4.2.1机床设置31
4.2.2后置处理31
4.3CAXA数控车不同加工类型分析33
4.3.1轮廓粗车33
4.3.2轮廓精车35
4.3.3切槽37
第五章数控车削加工实践41
5.1典型零件加工综合实践141
5.2典型零件加工综合实践250
结束语51
参考文献52
致谢53
第一章绪论
在数控车床加工过程中，由于加工对象杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料的不同、批量多少等多方面的因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应该具体分析和区别对待，灵活处理。
只有这样，才能制定出合理的加工工艺，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。
在数控车床上加工零件，需要考虑零件整个加工工艺安排。
如果加工工艺比较长，就要考虑是否可以在一台数控车床上完成整个零件的加工工作。
如果可以，则进一步考虑其他问题，如采用整体循环或分段加工等；
如果不可以，则应决定其中一部分在一台数控车床上完成，另外部分在其他机床上完成。
随着社会生产和科学技术在迅速地发展，机械产品也日趋精密复杂化，并且需要频繁改型。
特别是在宇航、造船、军事等领域所需的机械零件，精度要求高，形状复杂，批量小。
加工这类产品需要经常改装或调整设备，普通机床或专用化程度高的自动化机床已不能适应这些要求。
为了解决上述问题，一种新型的机床——数控机床便应运而生了。
与普通机床相比，数控机床是一种机电一体化的高效自动机床。
它具有以下加工特点：
1.自动化程度高,在数控机床上加工零件时，除了手工装卸工件外,全部加工过程都由机床自动完成。
在柔性制造系统（FMS）中，上下料、检测、诊断、对刀、传输、调度、管理等也都由机床自动完成，这样不仅减轻了工人的劳动强度，而且改善了工人的劳动条件。
2.加工精度高，质量稳定,目前数控加工的尺寸精度最高可达0.015mm，而且不受零件形状复杂程度的影响，加工过程中消除了操作者的人为误差，提高了同批零件的尺寸稳定性，从而使产品加工质量保持稳定。
3.对加工对象的适应性强,数控机床上实现自动加工的控制信息是NC加工程序，当加工对象改变时，除了相应更换刀具和解决工件装夹方式外，只要重新编写并输入该零件的NC加工程序，便可自动加工出新的零件，而不必对机床作任何复杂的调整，这样不仅缩短了生产准备周期，而且给新产品的研制开发及产品的改进、改型提供了捷径。
4.生产效率高,数控机床能提高生产效率3~5倍，使用加工中心则可提高生产效率5~10倍。
数控机床的加工效率高，一方面是自动化程度高，在一次装夹中能完成较多表面的加工，省去了划线、多次装夹、检测等工序；
另一方面是数控机床的运动速度高，空行程时间短。
目前，数控车床的主轴转速已达到5000~7000r/min，数控高速磨削的砂轮线速度达到100~200m/s，加工中心的主轴转速已达到20000~50000r/min，各轴的快速移动速度达到18~24m/min。
5.易于建立计算机通讯网络,有利于向计算机控制和管理方面发展。
数控机床综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后机床控制的发展方向。
数控技术的出现和应用，使机械、电子、汽车、船舶、航天、国防等领域的生产方式、产业结构、管理方式发生了深刻全面的变化，同时也带来了巨大的效益。
近年来，数控技术发展十分迅速，我国数控机床的普及率也越来越高，提高了制造业的制造水平。
加入WTO以来，中国作为世界制造中心的地位日益显现，机械制造业已成为国民经济的支柱产业。
我国的数控机床在品种上、性能上及水平上均有了新的飞跃，为社会提供了高质量、多品种及高可靠性的机械产品。
总之，在我国现代制造业中，数控加工起着主导作用。
正因为如此，所以急需大批熟练掌握现代数控机床编程、操作、维修的机械设计专业工程应用型人才。
但经验表明，以往的学习研究方法存在很大弊病，研究人员只懂研究理论而不了解实际加工，不能很好的解决实际加工中可能出现的问题，使得书本知识与实际操作脱钩，理论与实际没有相结合。
本课题就是以解决上述问题为目的，全面、深入地培养掌握复杂典型零件CAD/CAM以及CNC数控技术（车削）的工程技术人员。
通过对典型零件的工艺分析，学习数控车削加工工艺。
熟悉刀具的几何角度及其作用，分析不同类型加工选用的不同刀具，掌握数控车刀的选择。
学习CAXA数控车自动编程软件，并结合特定的机床参数，解决典型零件的自动编程和后置处理以及参数中刀具自然角度和编程角度的区别等问题。
通过在SIEMENS802S数控车床上实际加工典型零件，掌握实际加工的过程和方法。
下面的章节将具体介绍典型零件的数控车削加工工艺分析，数控车刀的选择，CAXA数控车自动编程及典型零件的加工方法。
第二章数控车削加工工艺分析
分析加工工艺是数控车削加工前的准备工作，是数控加工的核心内容。
工艺规程制定的合理与否，对程序编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要的影响。
2.1数控加工概述
数控加工，就是在数控机床上进行零件加工的工艺过程。
金属切削机床加工零件，是操作者根据图纸要求、手动控制机床操作系统，不断改变刀具与工件相对运动参数（位置、速度等），是刀具从工件上切除多余材料，最终获得符合技术要求的尺寸、形状、位置要求和表面质量的零件。
图2-1数控加工过程框图
数控加工的基本工作原理就是将加工过程所需的各种操作如：
主轴变速、工件夹紧、进给、启停、刀具选择、冷却液进给等步骤以及工件的形状尺寸用程序即数字化的代码来表示称为数字信息，再由计算机数控装置对这些输入的信息进行处理和运算。
即最小位移量，然后由数控系统按照零件程序的要求控制机床伺服驱动系统，使坐标位移若干个最小位移量，从而实现刀具与工件的相对运动，以完成零件的加工。
图2-1是数控加工过程框图。
G2-1Numericalcontrolprocessestheprocessblockdiagram
从框图中可以看出，在数控机床上加工零件所涉及的知识范围较广，与相关的配套技术都有密切的关系。
这就要求数控编程人员所掌握的知识要新，面要广，要远远超过普通的工艺人员，否则就无法胜任程序的设计和编制工作。
合格的编程员首先应该是一个很好的工艺员，应熟练掌握工艺分析、工艺设计和切削用量的选择，能正确地提出刀辅具和零件的装卡方案，懂得刀具的测量方法，了解数控机床的性能和特点，熟悉程序编程方法和程序的输入方式。
数控车削是数控加工中用得最多的加工方法之一，由于数控车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补以及在加工过程中能自动变速的特点，因此，其工艺范围较普通机床宽得多。
下面就具体介绍一下数控车削工艺。
2.2数控车削工艺分析
制定加工工艺规程是数控车削加工的前期准备工作。
应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点认真而详细地制定好零件的数控车削加工工艺。
其主要内容及分析顺序见下图2-2。
零件图纸的工艺分析
工序和装夹方式的确定
加工顺序的确定
G2-2numericalcontrollatheworkhandicraft
2.2.1数控车削零件图工艺分析
在设计零件的加工工艺规程时，首先要对加工对象进行深入分析。
对于数控车削加工应考虑以下几个方面：
1.构成零件轮廓的几何条件
在车削加工中手工编程时，要计算每个节点坐标，在自动编程时,要对构成零件轮廓所有几何元素进行定义，因此在分析零件同时应注意。
（1）零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成。
（2）零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手。
（3）零件图给定的几何条件是否不合理，造成数字处理困难。
2.尺寸精度的要求
分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否利用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法，在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等。
3.形状和位置精度的要求
零件图上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据，加工时要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，以便有效的控制零件的形状和位置精度。
4.表面粗糙度的要求
表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床，刀具及确定切削用量的依据。
5.材料与热处理的要求.
零件图上给定的材料与热处理要求，是选择刀具数控车床型号，确定切削用量的依据。
具体分析如下：
1.结构工艺性分析
图2-3结构工艺性示例
G2-3structuremanufacturabilitygivesademonstration
就以切槽加工来说明结构工艺性。
图2-3a所示的零件，需要用三把不同宽度的切槽刀切槽，显然是不合理的，如果改成图2-3b所示的结构，只需一把刀即可切出三个槽。
既减少了刀具数量，少占了刀架刀位，又节省了换刀时间。
不难理解，零件的结构工艺性就是指零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工成型。
2.轮廓几何要素分析
图2-4所示的零件，给定的几何条件自相矛盾,总长不等于各段长度之和，这种情况一定要避免。
图2-4几何要素缺陷
G2-4geometrykeyelementsdefects
3.加工斜面钻孔和钻头切削时应注意
避免在斜面上钻孔和钻头单刃切削
如图2-5所示，避免了因钻头两边切削力不等使钻孔轴线倾斜或折断钻头。
（a）
（b）
图2-5避免在斜面上钻孔和钻头单刃切削
（a）错误
（b）正确
G2-5avoidsmountingtheboreholeandborebitShanedgecuttingintheinclinedplane
（a）Mistake（b）rightness
2.2.2工序和装夹方式的确定
在数控车床上加工零件，应按工序集中的原则划分工序，在一次安装下尽可能完成大部分甚至全部表面的加工。
根据零件的结构形状不同，通常选择外圆、端面或内孔、端面装夹，并力求设计基准、工艺基准和编程原点的统一。
在批量生产中，常用下列两种方法划分工序。
1.提高生产效率
数控加工中，为减少换刀次数节省换刀时间，应将需用的同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另外一把刀来加工其它部位。
2.按粗、精加工划分
对毛坯余量较大和加工精度要求较高的零件，应将粗车和精车分开，划分成两道或更多的工序。
将粗车安排在精度较低、功率较大的数控车床上，将精车安排在精度较高的数控车床上。
加工如图2-6a所示球阀零件，批量生产，用一台数控车床加工，要求划分工序并确定装夹方式。
工序1：
如图2-6b所示，夹外圆柱面，车圆柱面留出总长余量切断。
工序2：
如图2-6c所示，用细圆柱面和靠近它的端面装夹，所有圆弧表面半精车所有圆弧表面精车成型。
G2-6vehiclecutsworkingprocedurearrangeasketchmapfor
2.2.3加工顺序的确定
在分析了零件图样和确定了工序、装夹方式之后，接下来即要确定零件的加工顺序。
制订零件车削加工顺序一般遵循下列原则：
1.先粗后精
图2-7先粗后精示例
G2-7firstthickqueensgiveademonstrationaccurate
图2-7中的零件就按照粗车精车的顺序进行加工，逐步提高加工精度。
粗车将在较短的时间内将工件表面上的大部分加工余量切掉，一方面提高金属切除率，另一方面满足精车的余量均匀性要求。
如果粗车后所留余量的均匀性满足不了精加工的要求，则要安排半精车，以此为精车作准备。
精车要保证加工精度，按图样尺寸一刀切出零件轮廓。
2.先近后远
图2-8先近后远示例
在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间，保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。
如图2-8所示。
G2-8firstclosequeensaredistant
3.内外交叉
对既有内表面（内型腔），又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。
不能将零件上一部分表面（外表面或内表面）加工完毕后，再加工其它表面（内表面或外表面），否则加工好的部分就会发生变形。
2.2.4进给路线的确定
进给路线（走刀路线）指刀具从对刀点（或机床固定原点）开始运动起，直至返回该点并结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具切入，等非切削空行程路径。
在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的进给路线，不仅可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损等。
最短进给路线的类型及实现方法如下：
粗车进给路线
G2-9feedsrouteexplanation
1.最短的空行程路线
图2-9中的进给路线是巧将起刀点与对刀点分离，显然，这种方法就比起刀点与对刀点重合在一起的进给路线短，节省了加工时间。
2.最短的切削进给路线
切削进给路线缩短，可有效提高生产效率，降低刀具损耗。
安排最短切削进给路线时，应同时兼顾工件的刚性和加工工艺性等要求，不要顾此失彼。
图2-9中矩形循环进给路线就是最短的，因此在同等切削条件下的切削时间最短，刀具损耗也最少。
3.大余量毛坯的阶梯切削进给路线
如图2-9所示每次切削所留余量相等，是正确的阶梯切削进给路线。
4.零件轮廓精加工的连续切削进给路线
零件轮廓的精加工可以安排一刀或几刀精加工工序，其完工轮廓应由最后一刀连续加工而成，此时刀具的进、退位置要考虑适当，尽量不要在连续的轮廓中安排切入和切出或换刀及停顿，以免因切削力突然变化而破坏工艺系统的平衡状态，致使零件轮廓上产生划伤、形状突变或滞留刀痕。
2.2.5夹具的选择
车床夹具的典型结构可分为五种：
三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、花盘、拨齿顶尖夹具和圆柱心轴。
见图2-10。
图2-10车床夹具的典型结构
G2-10Representativelatheclampsstructure
下面通过加工如下图2-11中的偏心轴零件，来更深刻地理解车床夹具。
图2-11偏心轴
G2-11partialityaxes
在数控车车床上加工偏心有三种方法。
可以在三爪自定心卡盘上的一个爪上加垫片，用垫片的厚度来控制偏心的大小；
或者使用三爪自定心卡盘，先按顺序装入1、2号卡爪，再将3号卡爪安装在卡爪紧固盘中平面螺纹的下一个螺距上，因为紧固盘中阿基米德螺旋线的螺距为5mm，这样加工出来的偏心就固定为5mm的倍数；
第三种方法就是用四爪单动卡盘来装夹。
这里使用的是第一种方法。
2.2.6刀具的选择
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，而且还直接影响加工质量。
选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。
与传统的车削方法相比，数控车削对刀具的要求更高。
不仅要求精度高、刚性好、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造型数控加工刀具，并优选刀具参数。
1.常用车刀种类和用途
数控车削用的车刀一般分为三类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。
2.机夹可转位车刀的选用
图2-12机夹可转位式车刀结构型式
为了减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。
如图2-12。
G2-12machinegripsbutrotatesthedyadiclathetoolofplacestructurepattern
因为有关刀具的内容很复杂，也很多，并且是本课题的核心部分，所以详细的内容在第3章进行展开。
2.2.7切削用量的选择
数控车削加工中的切削用量包括：
背吃刀量aP、主轴转速S或切削速度v（用于恒线速度切削）、进给速度vf或进给量f。
这些参数均应在机床给定的允许范围内选取。
1.背吃刀量ap的确定
在工艺系统刚度和车床功率允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数，当零件精度要求较高时，通常留0.2～0.4㎜的精车余量。
2.主轴转速的确定
（1）光车主轴的转速
光车主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。
（2）车螺纹时主轴转速
数控车床加工螺纹时，其传动链的改变，则上其转速只要能保证主轴每转一周时，具沿主轴进给（多为主轴）方向位移一个螺矩即可，应受到限制，数控车螺纹时，受到螺矩值的影响，具在其位移过程始／终影响着。
3.进给速度vf的确定，一般根据零件的表面粗糙度，刀具及工件材料等因素，查阅切削用量手册选择。
加工图2-11中的偏心轴，如果材料是尼龙棒料，主轴转速可定在320rpm，背吃刀量aP大致定在2.5~3.5mm，进给量设为F=100mm/min时，倍率为40%~80%，精加工或螺纹加工时的切削用量与上面相同；
如果材料是45号钢，主轴转速要降低在200rpm以下，背吃刀量aP要在2mm以下，粗加工时倍率为40%~60%，精加工则要降到6%~10%。
第三章数控车削刀具分析
数控车削的刀具分析是数控加工的重要内容。
数控车刀种类繁多，功能也各不相同。
根据不同的加工条件正确选择刀具是编制出正确程序的关键，因此必须对车刀的种类、特点有一定的了解。
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：
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