内螺纹轴的数控加工工艺的设计及程序设计Word格式文档下载.docx
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2.3选择机床6
3工件的定位和装夹7
3.1定位基准的选择7
3.1.1 定位基准选择的原则7
3.1.2 确定该内螺纹轴的定位基准8
3.2数控车床常用的装夹方式8
3.2.1装夹方式的选择原则8
3.2.2确定该内螺纹轴的装夹方式9
4加工刀具的选择及切削用量的确定10
4.1选择数控刀具的原则10
4.2选择数控车削用刀具10
4.3选择刀具11
4.4确定切削用量11
5加工工艺分析12
5.1分析加工方案12
5.1.1外圆车削工艺12
5.1.2螺纹加工工艺13
5.1.3圆弧加工工艺14
5.1.4孔加工工艺15
5.2设置刀点和换刀点15
5.3确定加工工艺路线15
6内螺纹轴仿真编程程序设计17
6.1仿真软件的介绍17
6.2手动编程程序17
结论19
致谢20
参考文献20
1引言
随着科学技术飞速发展和经济竞争的日趋激烈，机械产品的更新速度越来越快，数控加工技术作为先进生产力的代表，在机械及相关行业领域发挥着重要的作用，机械制造的竞争，其实质是数控技术的竞争。
同时数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主体。
高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。
本文以与切削用量的选择，工件的定位装夹，加工顺序和典型轴类零件为例，结合数控加工的特点，分别进行工艺方案分析，机床的选择，刀具加工路线的确定，数控程序的编制，最终形成可以指导生产的工艺文件。
在整个工艺过程的设计过程中，要通过分析，确定最佳的工艺方案，使得零件的加工成本最低，合理的选用定位夹紧方式，使得零件加工方便、定位精准、刚性好，合理选用刀具和切削参数，使得零件的加工在保证零件精度的情况下，加工效率最高、刀具消耗最低。
最终形成的工艺文件要完整，并能指导实际生产。
2零件图的分析及加工设备选择
2.1零件图
本文加工的内螺纹轴如下图1所示
图1内螺纹轴图
2.2零件图分析
该零件表面由圆柱、顺圆弧、逆圆弧、内孔、内螺纹等表面组成。
尺寸标注完整，选用毛坯为45#钢，Φ50mm×
103mm，无热处理和硬度要求,粗糙度为1.6。
本零件的加工难点在于内螺纹、R8.5和R60两个圆弧连接以及和圆柱的连接的加工，还有标有上下公差的直线段和圆柱。
只要在编程时算其相连接点的坐标（48，13.36）、（39.43,35.63）、（48,-48）。
车内螺纹时分5次进给，对应的背吃刀量（直径值）依次为：
0.9mm,0.6mm,0.6mm,0.4mm,0.1mm。
在加工有上下公差的尺寸时，为了保证其精度一般在程序编写时取中间值。
计算公式：
中间值=基本尺寸+（上偏差+下偏差）/2。
2.3选择机床
通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削，考虑该零件为大批量加工，故加工设备采用CNC6140D数控车床。
该车床可以实现轴类、盘类的内外表面，锥面、圆弧、螺纹、镗孔、铰孔加工，也可以实现非圆曲线加工。
FANUC公司的数控系统具有高质量、高性能、全功能，适用于各种机床和生产机械的特点，其技术参数如下表1。
表1CNC6140D的技术参数
车床型号
CNC6140D-2
主要规格
床身最大工件回转直径
400mm
最大工件长度
750mm
加工范围
加工最大直径在床身上
加工最大直径在拖板上
200mm
加工最大长度
棒料直径
45mm
中心高
202mm
中心距
主轴
主轴通孔直径
46mm
主轴内孔锥度
MT6
主轴转速范围
35～3000r/min（无级）
定位精度
X轴
0.02mm
Z轴
重复定位精度
0.01mm
刀架
刀架纵向最大行程
刀架横向最大行程
220mm
纵向最大进给速度
6000mm/min
横向最大进给速度
3000mm/min
刀架位数
4位
刀杆截面尺寸
25×
25mm2
主轴中心线至刀具支承面距离
约25mm
尾座
顶尖套内孔锥度
MT4
顶尖套最大移动量
130mm
横向最大移动量
±
10mm
电机
强过载型主轴变频电机功率
3.7～5.5kW
电机转速
1000r/min（基频33.3HZ）
6000r/min（基频200HZ）
纵向（Z向）伺服电机功率
1.5kW
横向（X向）伺服电机功率
1.2kW
冷却泵型号
AYB－200.115kW
转速
3000r/min
刀架型号
LD4B－C6132
多楔带
12-PL2020
外形尺寸
长×
宽×
高
1940mm×
1220mm×
1550mm
净重
1500kg
3工件的定位和装夹
3.1定位基准的选择
在制定零件加工的工艺规程时，正确地选择工件的定位基准有着十分重要的意义。
定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件各表面的加工顺序也有很大的影响。
合理选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。
3.1.1 定位基准选择的原则
1）粗基准的选择原则
①相互位置要求原则
②相互位置要求原则
③重要表面原则
④不重复使用原则
⑤便于工件装夹原则
2）精基准的选择原则
①基准重合原则
为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使工序基准、定位基准、编程原点三者统一。
②基准统一原则
就是选用的基准必须与设计基准、工艺基准、加工基准是同一基准。
③便于装夹原则
所选择的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位、夹紧机构简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。
④便于对刀原则
批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。
3.1.2 确定该内螺纹轴的定位基准
根据定位基准选择原则，避免不重合误差，便于编程，以工序的设计基准作为定位基准。
本零件加工时，先以Φ50mm外圆的轴线作为轴向定位基准，加工零件右端面轮廓；
然后以零件轴线作为轴向定位基准，加工左端面轮廓。
3.2数控车床常用的装夹方式
为了工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，需将工件压紧夹牢。
合理的选择夹紧方式十分重要，工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率，加工成本及操作安全都有直接影响。
3.2.1装夹方式的选择原则
1）在三爪自定心卡盘上装夹。
三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。
该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。
2）在两顶尖之间装夹。
对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。
该装夹方式适用于多序加工或精加工。
3）用卡盘和顶尖装夹。
当车削质量较大的工件时要一段用卡盘夹住，另一段用后顶尖支撑。
这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确，应用较广泛。
4）用心轴装夹。
当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。
这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位准确。
3.2.2确定该内螺纹轴的装夹方式
左端装夹方法：
先夹持毛坯左端，伸长量为70mm，加工右端φ48mm的外圆、R60mm和R8.5mm的外圆弧、M24X2mm的内螺纹，加工总长为66mm。
装夹方式如图2所示。
图2左端装夹方式
右端装夹方式：
调头装夹已加工φ48mm外圆，并用顶尖顶紧左端，左端加工φ32mm、φ38mm、φ48mm的外圆。
装夹方式如图3所示。
图3右端装夹方式
4加工刀具的选择及切削用量的确定
4.1选择数控刀具的原则
刀具寿命与切削用量有密切关系。
在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。
一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。
选择刀具寿命时可考虑如下几点根据刀具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。
`数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要冈牲好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断和排性能坛同时要求安装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。
数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒度硬质合金）并使用可转位刀片。
4.2选择数控车削用刀具
数控车削车刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀以及三类。
成型车刀也称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形伏和尺寸决定。
尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。
圆弧形车刀是以一圆度或线轮廓度误差很小的圆弧形切削刃为特征的车刀。
该车刀圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，应此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。
圆弧形车刀可以用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接（凹形）的成型面。
选择车刀圆弧半径时应考虑两点车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干浅该半径不宜选择太小，否则不但制造困难，还会因刀尖强度太弱或刀体散热能力差而导致车刀损坏。
4.3选择刀具
根据被加工零件的特征确定其加工刀具，如下表2所示
表2数控加工刀具卡片
产品名称或代号
零件
名称
内螺纹轴
零件图号
序号
刀具号
刀具规格名称
数量
加工表面
备注
1
T01
φ16高速钢麻花钻
钻Φ16孔
2
T02
硬质合金35°
外圆车刀
粗、精车右外轮廓
3
T03
硬质合金粗镗刀
粗镗内孔
4
T04
硬质合金机精镗刀
精镗内孔
5
T05
硬质合金螺纹刀
粗精车M24内螺纹
6
粗、精车左外轮廓
4.4确定切削用量
数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中。
切削用量包括主轴转速、背吃刀量及进给速度等。
对于不同的加工方法，需要选用不同的切削用量。
切削用量的选择原则是:
保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度，并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。
根据被加工表面质量要求、刀具材料和工件材料，参考切削用量手册或有关资料选取切削速度与每转进给量，然后利用公式Vc=∏dn/1000和Vf=nf,计算主轴转速和进给速度。
背吃刀量的选择因粗、精加工而有所不同。
粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下，竟可能原则较大的背吃刀量，以减少进给次数；
精加工时，为保证零件表面粗糙度的要求，背吃刀量一般取0.1-0.4较为合适。
结合上述确定该内螺纹轴的切削用量如下表3所示。
表3内螺纹轴的切削用量
主轴转速（r/min）
进给速度（mm/min）
背吃刀量ap/mm
车端面
320
80
200
30
13
420
120
0.8
500
0.2
粗车右外轮廓
980
100
精车右外轮廓
1020
0.5
粗车M24内螺纹
242
0.4
精车M24内孔
300
0.1
粗车左外轮廓
精车左外轮廓
5加工工艺分析
5.1分析加工方案
加工方法的选择原则是保证加工精度和表面粗糙度的要求。
由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差要求全面考虑。
5.1.1外圆车削工艺
车外圆常用的车指令：
1）快速点位运动G00
G00X（U）__Z（W）__
其中X、Z表示目标点在编程坐标系下的绝对坐标U、W表示终点相对起点坐标的增量，在绝对方式编程时用X、Z，用增量方式编程时用U、W，其中U表示X方向的增量，W表示Z方向的增量。
X（U）坐标一般按直径方式输入。
2）直线插补指令--G01
G01X（U）__Z（W）__F__
直线插补也称直线进给，它的特点是刀具以直线插补运算联动方式由某坐标点移动到另一坐标点，移动速度是由进给指令F设定。
机床执行G01指令时，在该程序段中必须含有F指令。
G01和F都是模态指令。
3）内（外）径粗车复合循环G71
G71U（△d）R（e）P（ns）Q（nf）X（△u）Z（△w）FST
其中：
△d—切削深度（背吃刀量、每次切削量），半径值，无正负号，方向由矢量AA′决定；
e—每次退刀量，半径值，无正负；
ns—精加工路线中第一个程序段（即图6中AA′段）的顺序号；
nf--精加工路线中最后一个程序段（即图6中BB′段）的顺序号；
△u—X方向精加工余量，直径编程时为△u，半径编程为△u/2；
△w—Z方向精加工余量
5.1.2螺纹加工工艺
普通螺纹的尺寸分析
数控车床对普通螺纹的加工需要一系列尺寸，普通螺纹加工所需的尺寸计算分析主要包括以下两个方面：
①螺纹加工前工件直径：
考虑螺纹加工牙型的膨胀量，螺纹加工前工件直径D/d－0.1P，即螺纹大径减0.1螺距，一般根据材料变形能力小取比螺纹大径小0.1到0.5。
②螺纹小径为：
大径－2倍牙高；
牙高=0.54P（P为螺距）
5.2.2.2普通螺纹的编程加工
在目前的数控车床中，螺纹切削一般有三种加工方法：
G32直进式切削方法、G76斜进式切削方法和G92直进式切削方法，由于切削方法的不同，编程方法不同，造成加工误差也不同。
我们在操作使用上要仔细分析，争取加工出精度高的零件。
G32直进式切削方法，但是其加工的牙形精度较高，因此一般多用于小螺距螺纹加工。
G76斜进式切削方法，其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度为递减式。
因此，此加工方法一般适用于大螺距螺纹加工。
由于此加工方法排屑容易，刀刃加工工况较好，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为方便。
G92直进式切削方法，螺纹切削循环同G32螺纹切削一样，在进给保持状态下，该循环在完成全部动作之后再停止动作。
由于本零件加工的螺纹螺距较小且精度较高以及从刀具的使用寿命和个人对三个指令的熟悉程度来考虑，采用G92直螺纹切削循环加工的方法，并且使用粗车与精车结合切削方式（精加工余量为0.5mm），须先倒角后车螺纹。
G92螺纹切削循环指令
G92有对螺纹进行循环加工，循环中包括了进刀和退刀路线。
G92X（U）__Z（W）__F__
X（U）、Z（W）为螺纹终点坐标。
F为以螺纹长度L给出的每转进给率（即螺距）。
如果螺纹牙型较深、螺距较大，可分几次进给。
每次进给的背吃刀量用螺纹深度减精加工背吃刀量所得的差按递减规律分配。
螺纹加工完成后可以通过观察螺纹牙型判断螺纹质量及时采取措施，当螺纹牙顶未尖时，增加刀的切入量反而会使螺纹大径增大，增大量视材料塑性而定，当牙顶已被削尖时增加刀的切入量则大径成比例减小，根据这一特点要正确对待螺纹的切入量，防止报废。
5.1.3圆弧加工工艺
圆弧加工工艺
一般圆弧的加工都用G02、G03指令。
G02/G03是数控加工技术指令中的圆弧插补指令（顺/逆时针旋转）。
G02/GO3X（U）__Z（W）__I__K__F__
或G02/G03X（U）__Z（W）__R__F__
X、Z为圆弧的终点绝对坐标值；
U、W为圆弧的终点相对于起点的增量坐标；
I、K为圆弧的圆心相对于起点的增量坐标；
R为圆弧半径，当圆弧的起点到终点所夹圆心角小于等于180度时，R为正值；
当圆心角大于180度时，R为负值。
由于数控车床加工圆球面时，起点到终点所对的圆心角始终小于180度，所以R一般都为正值。
5.1.4孔加工工艺
G74端面深空钻销循环指令
G74R（e）;
G74Z（W）Q（h）F（f）
其中:
e表示退刀量；
Z表示钻销深度；
k表示每次钻销的长度。
G74端面深空钻销循环指令走刀路线如下图4所示
图4G74端面深空钻销循环指令走刀路线
5.2设置刀点和换刀点
刀点又称对刀点。
在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。
对刀点设置原则是:
便于数值处理和简化程序编制。
易于找正并在加工过程中便于检查，引起的加工误差小。
所谓“换刀点”是指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其它部件为准。
1）换刀点：
零件原点设置在右端面，为了防止换刀是刀具与零件或尾架相碰，换刀点可设置在（X100，Z100）。
2）起刀点：
为了减少循环加工的次数，外圆起刀点可设置在（X52，Z2）的位置，内轮廓可设置在（X20，Z2）。
5.3确定加工工艺路线
将前面的分析的各项综合合成下表4所示的数控加工工艺卡片
表4内螺纹轴数控加工工艺卡片
单位名称
产品名称或代号
零件名称
工序号
程序编号
夹具名称
使用设备
车间
001
三爪自定心卡盘
CNC6140D数控车床
数控车间
工步号
工步内容
刀具规格
主轴转速r/min
进给速度mm/r
被吃刀量mm
35°
外圆刀
自动
Φ16钻头
镗刀
7
T05
Φ12，60°
螺纹刀
8
O0005
三爪自定心卡盘、自由顶尖
820
9
精左车外轮廓
950
编制
审核
批准
13年5月20日
共页
6内螺纹轴仿真编程程序设计
6.1仿真软件的介绍
本文使用了南京斯沃数控仿真软件，该软件是南京斯沃软件技术有限公司结合机
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