数控车床加工工艺分析与程序设计Word文件下载.docx

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机械工业是国民经济各部门的装备部，国民经济各部门的生产技术水平和经济效益，在很大程度上取决与机械工业所能提供装备的技术性能、质量和可靠性，因此，机械工业的技术水平和规模是衡量一个国家科技水平和经济实力的重要标志。

工艺规程的编制直接对企业的产品质量、效益、竞争能力起着重要作用。

目前，数控机床是车削加工能较全的数控机床。

它可以把车削，铣削，螺纹加工，钻削等集中到一台设备上，使其具有多种工艺手段。

由于产品的变化频繁，在一般机械加工中，单件小批量的生产约占70%以上。

这样一来采用数控车床进行加工可以大大提高产品的质量，保证加工零间的精度，减轻劳动强度，为新产品的研制和改型换代节省大量时间和费用，从而提高了企业产品的竞争力。

近年来，世界各国都把提高产业竞争力和发展技术、抢占未来经济制高点作为科技发展提出更高的要求，特别是制造技术更加得到了重视。

所以，我们要振兴机械工业，使之成为国民经济的支柱产业。

从而确定机械工业在国民经济中的重要地位，同时也向机械工业提出更高的要求。

一、数控机床简介

数控机床是一种用电子计算机和专用电子计算装置控制的高效自动化机床。

主要分为立式和卧式两种。

立式机床装夹零件方便，但切屑排除较慢；

卧式装夹零件不是非常方便，但排屑性能好，散热很高。

数控铣床分三坐标和多坐标两种。

三坐标机床（X、Y、Z）任意两轴都可以联动，主要用于加工平面曲线的轮廓和开敞曲面的行切。

多坐标机床是在三坐标机床的基础上，通过增加数控分度头或者回转工作台，成为4坐标或者5坐标机床（甚至多坐标机床）。

多坐标机床主要用于曲面轮廓或者由于零件需要必须摆角加工的零件，如法向钻孔，摆角行切等。

摆角形式4坐标的主要为A或B；

5坐标机床主要为AB，AC，BC，可根据零件要求选用。

摆角大小由加工的零件决定。

数控机床从组成来看，主要分为以下两方面：

机床本身技术参数

1）工作台：

零件加工工作台，尺寸大小应根据加工零件的实际尺寸大小进行选用。

2）T形槽：

工作台上的T形槽主要用于零件的装夹，其中T形槽的槽数、槽宽、相互间距，需要根据加工工件的特点进行规定。

3）主轴：

主轴形式，主轴孔形式等。

4）进给范围：

机床XYZ三个方向的可移动距离（行程），移动速度的大小；

摆角（ABC）的摆动范围，摆动的速度。

5）主轴的旋转：

主轴的转速，主轴的功率，伺服电机的转矩等。

数控系统

数控系统是数控机床的核心。

现代数控系统通常是一台带有专门系统软件的专用微型计算机。

它由输入装置、控制运算器和输出装置等构成，它接受控制介质上的数字化信息，通过控制软件和逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分，进行规定、有序的动作。

作为用户，在考虑数控系统的时候，最关心的是系统的可靠性、可能和优越的性价比，因此应该考虑以下几个方面：

A分辨率分辨率越高，可以清楚的进行控制，适合工业环境使用。

B控制轴数和联动轴数应和购买的机床相配合，符合购买的机床情况。

C标准（基本）功能项目功能越全越好，结合机床使用而定，特别是一些自动补偿、自适应技术模块等先进的检测、监控系统：

红外线、温度测量、功率测量、激光检测等先进手段的采用，将在一定程度上大大提高机床的综合性能，保证机床更加可靠精确地自动工作。

二、数控车床的发展

1946年第一台电子计算机诞生世界之上，这表明人们创造了可用机械这一代替脑力的劳动工具。

它为人类进入信息社会奠定了基础。

信息技术的飞速发展直接导致了知识经济的到来。

20世纪40年代末，美国开始研究数控机床，1952年，第一台数控机床诞生。

从此，传统机床产生了质的变化。

近半世纪来数控机床经历两个阶段和六代的发展。

1）数控（NC）阶段（1952-1970年）

早期计算机运算速度低，对当时的科学计算和数据处理影响还不大，不能适应机床实时控制的要求。

人们不得不采用数字逻辑电路“搭”成一台机床专用计算机实作为数控系统，被成为硬件连接数控，简称未数控（NC）。

2）计算机数控（CNC）阶段（1970-现在）

到1970年，通用小型计算机业已出现并成批量生产。

其运算速度比五、六十年代大幅度提高，这比专门“搭”成的专用计算机成本低，而且可靠性高。

于是将它移植过来作为数控系统的核心部件，从此进入计算机数控（CNC）阶段。

到了1990年，PC机（个人计算机，国内习称微机）的性能已发展到很高的阶段，总之计算机阶段也经历了三代。

即1970年第四代——小型计算机；

1974年第五代——微处理器；

1990年第六代——基于PC（国外称为PC——BASED）。

三、数控车床编程特点

1．采用绝对值编程、增量值编程或二者混合编程。

根据被加工零件的图样标注尺寸，从便于编程的角度出发，在一个程序段中，以采用绝对值编程、增量值编程或二者混合编程。

按绝对坐标编程时，用坐标字X、Z表示；

按增量坐标编程时，用坐标字U、W表示。

2.可以采用直径值编程或半径值编程和半径值编程两种表示方法。

数控系统采用的编程方式为直径值编程，这是由于被加工零件的径向尺寸在图样上合量量时，都是以直径值表示的，因而采用直径值编程最方便，即在直径方向，用绝对值编程时，X以直径值表示；

用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值表示，并附上方向符号（正向可以省略）。

3.具有各种不同形式的固定循环功能。

由于车削加工常用圆棒料或锻料作为毛坯，交给那个余量较大，要加工到图样尺寸，需要一层一层切削，如果每层切削加工都编写程序，编程工作量会大大增加。

因此，为简化编程数控装置通常具备各种不同形式的固定循环功能，如车内、外圆柱表面固定循环，车端面、车螺纹固定循环等。

四、数控车床的组成和基本原理

虽然数控车床种类较多，但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成。

1.车床主体

车床主体是实现加工过程的实际机械部件，主要包括主运动部件（如卡盘、主轴等）、进给运动部件（如工作台、刀架等）、支承部件位部件和夹紧、换刀机械手等辅助装置。

（如床身、立柱等），以及冷却、润滑、转位部件和夹紧、换刀机械手等辅助装置。

2.数控装置和伺服系统

（1）数控装置：

它的核心是计算机及运行在其上的软件，它在数控车床中起“指挥”作用。

数控庄子接收由加工程序送来的各种信息，并经处理和调配后，向驱动机构发现执行命令。

在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，以便经处理后发出新的执行命令。

（2）伺服系统：

它通过驱动电路和执行文件（如伺服电机）。

准确地执行数控装置发出的命令，成数控装置所要求的各种位移。

数控车床的进给传动系统常用进给伺服系统代替，因此也常称为进给伺服系统。

五、数控车床安全操作规程

1.开机前应对数控机床进行全面细致的检查，内容包括操作面板、导轨面、卡爪、尾座、刀架、刀具等，认无误后方可操作。

2.数控机床通电后，检查各开关、按钮和按键是否正常、灵活、机床有无异常现象。

3.程序输入后，应仔细核对代码、地址、数值、正负号、小数点进行认真的核对。

4.正确测量和计算工件坐标系。

并对所得结果进行检查。

5.输入工件坐标系，并对坐标。

坐标值、正负号、小数点进行认真的核对。

6.未工件前，空运行一次程序，看程序能否顺利进行，刀具和夹具安装是否合理，有无超出导轨面、卡爪、尾座、刀架、刀具等是否牢固。

7.试切削时快速倍率开关必须打到最低挡位。

8.试切削进刀时，在刀具运行至工件30～50㎜处，必须在进给保持下，验证Z轴和X轴坐标剩余值与加工程序是否一致。

9.试切削和加工中，刃磨刀具和更换刀具后，要重新测量刀具位置并修改刀补值和刀补号。

10.程序修改后，要对修改部分仔细核对。

11.必须在确认工件夹紧后才能启动机床，严禁工件转动时测量、触摸工件。

12.操作中出现工件跳动、打抖、异常声音、夹具松动等异常情况时必须停车处理。

13.紧急停车后，应重新进行机床“回零”操作，才能再次运行程序。

六、数控车床坐标系的确定

1.机床坐标系：

数控机床上的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系。

2.机床参考点：

参考点也是机床上的一个固定点，它是用机械挡块或电气装置来限制刀架移动的极限位置。

它的主要作用是用来给机床坐标系一个定位。

3.工件坐标系：

工件坐标系是编程人员在编程时设定的坐标系，也称为编程坐标系。

（1）工件坐标系原点：

在进行数控编程时，首先要根据被加工零件的形状特点和尺寸，将零件图上的某一点设定为编程坐标原点，该点称编程原点。

从理论上将，工件坐标系的原点选在工件上任何一点都可以，但这可能代理啊繁琐的计算问题，增添编程困难。

为了计算方便，简化编程，通常是把工件坐标系的原点选在工件的回转中心上，具体位置可考虑设置在工件的左端面（或右端面）上，尽量使编程基准与设计基准、定位基准重合。

（2）对刀：

机床坐标系是机床唯一的基准，所以必须要弄清楚程序原点在机床坐标系中的位置，通过对刀完成。

对刀的实质是确定工件坐标系的原点在机床坐标系中唯一的位置。

对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。

对到的准确性决定了零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。

（3）换刀：

当数控机床加工过程中需要换刀时，在编程时就应考虑选择合适的换刀点。

所谓换刀点是指刀架转位换刀的位置，当数控车床确定了工件坐标系后，换刀点可以是某一固定点，也可以是相对工件原点任意的一点。

换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位换刀时不碰工件及其他部位为准。

七、零件编程加工实例

加工如图1-1圆弧面零件。

毛坯为Φ62×

100mm棒料，材料为45钢。

图1-1

（1）工艺分析及设计：

1）选择加工方式。

该零件为轴类零件，加工面外圆、槽，球面均为回转面，适宜车削加工；

毛坯直径为Φ62棒料，可选CAK6140V型数控车床加工。

2）选择定位与装夹方法。

零件轴向尺寸97mm，直径最大为Φ60，选毛坯外圆面为定位基准，采用自动定心三爪卡盘夹，选工件回转轴线与右侧面的交点为工件坐标系原点，即编程原点。

3）选择刀具。

根据加工形面特点选用3把刀具：

1号为45°

端面车刀；

2号为90°

左偏刀；

3号为刃宽5mm切槽刀。

刀具材料为硬质合金。

4）确定走刀路线：

车左端面。

粗车Φ60mm外圆。

精车Φ60mm外圆，保证尺寸精度。

工件掉头。

用铜皮包裹Φ60mm外圆，手工车削右端面。

保证97mm总长。

采用粗、精车循环指令编程，粗、精车外圆，从右至左切削外轮廓：

R10圆弧→Φ20mm外圆→Φ30mm外圆→R3圆角→Φ40mm外圆→Φ60mm外圆。

加工9×

Φ26槽。

5）拟定切削用量：

工件材料为45钢，分粗、精加工。

切削用量如下表

切削用量参数表

切削用量

加工工步

主轴转速（r/min）

进给速度（mm/min）

刀具类型

刀具号

车端面

800

80

端面

1

粗车外圆

120

左偏车刀

2

精车外圆

1000

100

切槽加工

400

25

5mm切槽刀

3

（2）编制数控加工程序

以FANUC－0i－TC系统为例。

1）选定工件坐标系

为便于编程计算，总是选工件右端面回转中心为工件坐标系原点位置。

2）计算坐标尺寸

加工左端面走刀路线自右至左基点的坐标计算结果为：

（60，0）；

（60，-26）。

加工右端面走刀路线自右至左基点的坐标计算结果为：

（0,0）；

（20，-10）；

（20，-20）；

（30，-20）；

（30，-30）；

（26，-30）；

（26，-39）；

（30，-39）；

（30，-48）；

（36，-51）；

（40，-51）；

（40，-71）；

（60，-71）。

3）编辑程序

程序数值单位：

坐标尺寸mm，进给速度mm/min,主轴转速r/min。

编程中采用G71、G70粗、精加工循环指令。

首先加工端面，然后从右至左轴向走刀切削外圆，粗加工循环每次切削深度2mm，退刀量1mm，精加工X向余量1mm，Z向余量0.1mm，最后切槽。

程序为：

O0001；

加工工件左端

N10G97G98G40；

N20G00X100Z150；

N30T0202；

N40M03S800；

N50G00X65Z5；

N60G71U2R1；

N70G71P80Q100U1W0.1F120；

N80G01X59Z0.5；

N90X60Z-0.5；

N100Z-27；

N110G00X150；

N120M05；

N130M00；

N140M03S1000；

N150G70P80Q100F100；

N160G00X100Z100；

N170M05；

N180M30；

O0002；

调头加工右轮廓

N70G71P80Q170U1W0.1F120；

N80G00X0；

N90G01Z0F80；

N100G03X20Z-10R10；

N110G01Z-20；

N120X30；

N130Z-48；

N140G02X36Z-51R3；

N150G01X40；

N160Z-71；

N170X60C0.5；

N180G00X150；

N190M05；

N200M00；

N210M03S1000；

N220G70P150Q170F100；

N230G00X150；

N240T0303S400；

N250G00X35Z-30；

N260G01X26F25；

N270G04X2；

N280G01X31F100；

N290Z-34；

N300G01X26F25；

N310G04X2；

N320G01X31F100；

N330G00X100；

N340G00Z150；

N350M05；

N360M30；

（3）观察分析机床组成结构及各主要部件的连接关系、功能及特点

（4）加工操作

1）熟悉操作面板各按钮、开关的功能。

2）安装工件毛坯及刀具。

3）机床通电并启动数控系统。

4）对刀，确定工件坐标系。

5）操作功能键输入加工程序。

6）程序校验。

7）自动加工。

取消“机床锁住”，按下“循环启动”键，开始自动加工，直至加工完毕。

8）手动操作X轴、Z轴，使刀具远离工件后卸下工件。

加工如图1-2所示螺纹轴。

设毛坯为Φ40的棒料，材料为45钢。

图1-2

（1）工艺分析

1）先车出右端面，并以此端面的中心为原点，建立工件坐标系。

2）该零件的加工面有外圆、螺纹和槽，可采用G71进行车削加工循环，接着切槽、车螺纹，最后切断。

3）注意退刀时，先X方向后Z方向，以免刀具撞上工件。

（2）确定工艺方案

从右至左粗加工表面，然后精加工，车退刀槽，车螺纹，最后切断。

（3）选择刀具及切削用量

1）选择刀具

外圆刀T0101：

粗加工各外圆。

外圆刀T0202：

精加工各外圆。

切断刀T0303：

宽4mm，用于切槽或切断。

螺纹刀T0404：

车削螺纹。

2）确定切削用量见表

切削表面

主轴转速r/min

进给速度mm/r

500

0.15

0.08

切螺纹退刀槽

0.05

车螺纹

1.5

零件切断

300

（4）华中加工程序：

%2222；

N10G95T0101；

N20S500M03；

N30G00X45Z2；

N40G71U2R1P90Q170X0.2Z0F0.15；

N50G00X100Z100；

N60M05；

N70M00；

N80M03S1000T0202F0.08；

N90G00G42X20Z2；

N100G01X13.9Z1；

N110G01X19.8W-2；

N120Z-20；

N130X20；

N140X28Z-30；

N150Z-40；

N160X36；

N170Z-60；

N180G00G40X45；

N190G00X100Z100；

N200M03S500T0303；

N210G00X24Z-20；

N220G01X17F0.05；

N230G00X24；

N240G00X100Z100；

N250M02S400T0404；

N260G00X22Z2‘

N270G76C2R-0.5E1A60X18.14Z-18I0K0.93U0.05V0.08Q0.4P0F1.5；

N280G00X100Z100；

N290M03S500T0303；

N300X40Z-59；

N310X-1F0.05；

N320G00X40；

N330G00X100Z100；

N340M05；

N350M30；

螺纹切削循环G76的说明：

G76C2R-0.5E1A60X18.14Z-18I0K0.93U0.05V0.08Q0.4P0F1.5

C为精加工次数2:

；

R为Z向退尾量0.5；

E为X向退尾量2；

A为刀尖角度60；

X、Z为螺纹终点坐标（18.14,-18）；

I为螺纹两端半径差（圆柱螺纹为0）；

K为螺纹高度0.93；

U为精加工单边余量0.05；

V为最小被吃刀量0.4；

P为主轴转角0；

F为螺纹导程1.5。

盘类零件图1-3的数控加工实例分析

图1-3

（1）左端面的加工：

工件原点设在右端，其数控程序如下：

O0022

N0G50X200.0Z60.0；

N2G30U0W0；

N4G50S1500T0101M08；

N6G96S200M03；

N8G00X198.0Z3.0；

N10G01Z0.3F0.3；

N12G03X200.6Z-1.0R1.3；

N14G01Z-20.0；

N16G00X200.6Z0.3；

N18G01X98.0；

N20G30U0W0；

N22T0202；

N24G00X198.0Z1.0；

N26G42G01Z0.0F0.15；

N28G03X200.0Z-1.0R1.0；

N30Z-20.0；

N32G40G00X200.6Z0；

N34G41X200.0；

N36X98.0；

N38G40G30U0W0；

N40T0303；

N42G