数控车配合件工艺与编程Word下载.docx
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这台机床是一台试验性机床，到了1954年11月，在派尔逊斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司正式生产出来。
在此以后，从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。
数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床，因为数控机床能够解决普通机床难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。
然而，由于当时的数控系统采用的是电子管，体积庞大，功耗高，因此除了在军事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。
到了1960年以后，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。
因为点位控制的数控系统比起轮廓控制的数控系统要简单得多。
因此，数控铣床、冲床、坐标镗床大量发展，据统计资料表明，到1966年实际使用的约6000台数控机床中，85%是点位控制的机床。
数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。
这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。
这种产品最初是在1959年3月，由美国卡耐·
;
特雷克公司（Keaney&
TreckerCorp.）开发出来的。
这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具，根据穿孔带的指令自动选择刀具，并通过机械手将刀具装在主轴上，对工件进行加工。
它可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。
加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种，不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工的镗铣类加工中心，还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。
1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是所谓的柔性制造系统（FlexibleManufacturingSystem&
mdash;
—FMS）之后，美、欧、日等也相继进行开发及应用。
1974年以后，随着微电子技术的迅速发展，微处理器直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，发展成计算机数字控制机床（简称为CNC机床），进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。
80年代，国际上出现了1～4台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元（FlexibleManufacturingCell——FMC）。
这种单元投资少，见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成到FMS或更高级的集成制造系统中使用。
在20余年间，我国数控机床的设计和制造技术有较大提高，主要表现在三大方面：
培训一批设计、制造、使用和维护的人才；
通过合作生产先进数控机床，使设计、制造、使用水平大大提高，缩小了与世界先进技术的差距；
通过利用国外先进元部件、数控系统配套，开始能自行设计及制造高速、高性能、五面或五轴联动加工的数控机床，供应国市场的需求，但对关键技术的试验、消化、掌握及创新却较差。
至今许多重要功能部件、自动化刀具、数控系统依靠国外技术支撑，不能独立发展，基本上处于从仿制走向自行开发阶段，与日本数控机床的水平差距很大。
2数控加工工艺的基本知识
2.1数控加工工艺的概念
数控加工工艺是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。
数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。
2.2数控加工工艺过程
数控加工工艺过程是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。
数控加工工艺和数控加工工艺过程的主要容如下：
（1）选择并确定进行数控加工的容；
（2）对零件图纸进行数控加工的工艺分析；
（3）零件图形的数学处理及编程尺寸设定的确定；
（4）数控加工工艺方案的制定；
（5）工步、进给路线的确定；
（6）选择数控机床的类型；
（7）刀具、夹具、量具的选择和设计；
（8）切削参数的确定；
（9）加工程序的编写、校验与修改；
（10）首件试加工与现场问题处理；
（11）数控加工工艺技术文件的定型与归档。
2.3数控加工的特点
由于数控加工采用了计算机控制系统和数控机床，使得数控加工与普通加工相比具有加工自动化程度高、精度高、质量稳定、生产效率高、周期短、设备使费用高的特点。
3零件数控加工前的简单分析
数控机床加工工艺与普通机床加工原则上基本相同，但数控机床是自动进行加工，因而有如下特点：
①数控加工的工序容比普通机床的加工容复杂，加工的精度高，加工的表面质量高，加工的容较丰富。
②数控机床加工程序的编制比普通机床工艺编制要复杂些。
这是因为数控机床加工存在对刀、换刀以及退刀等特点，这都无一例外的变成程序容，正是由于这个特点，促使对加工程序正确性和合理性要求极高，不能有丝毫的差错。
否则加工不出合格的零件。
3.1零件的基本情况简介
如图3-1零件的主体外形所示，被加工部分的各尺寸、形状、表面粗糙度值及凹凸配合等要求较高。
本次设计的零件结构简单，包含了圆柱面、圆锥面、退刀槽、中心孔及螺纹的加工。
由于加工的是轴类零件，对中性要求较高，故选用三爪卡盘装夹。
由于数控加工程序是以准确的坐标点来编制，零件的视图应完全、正确及表达清楚，并符合国家标准，尺寸及有关技术要求应标注齐全。
分析零件的变形情况，保证获得要求的加工精度，虽然数控机床加工精度很高，但对于一些特殊情况，对零件的加工精度会产生很大的影响，因此，我们应当考虑采取一些必要的工艺措施进行预防。
该零件的材料是属于45钢，具有一定的硬度，为了满足工件的工艺要求在精加工前可以对零件采取必要的热处理来减少或消除变形对精度的影响。
3-1零件图
3.2零件的技术要求
（1）、以中批量生产条件编程
（2）、不准用砂布及锉刀等修饰表面
（3）、未注倒角1×
45o,锐角倒钝0.2×
45°
（4）、未注公差尺寸按GB1804-M
（5）、材料：
45#调质处理HRC26～36
3.3加工设备的选择
此工件属于轴类零件，属于车削加工的畴，由于此零件结构中等复杂，又有较高的精度要求，故选择数控车床对零件进行加工。
3.4零件的工艺分析
对于数控加工在编程前我们一定要对零件进行工艺分析，这是必不可少的一步，如图3-1要保证加工精度就必须考虑一下几个方面：
选择加工方法、拟定加工方案、选择合理的刀具、确定切削用量。
该零件由螺纹、圆柱、圆锥、中心孔、槽等表面组成，其中由较严格
直径尺寸精度要求的有Φ490-0.021、Φ360-0.021、M27×
2-7H、M27×
2-6g，有较严长度要求的如83±
0.03，有较严格粗糙度要求的如Ra3.2、Ra1.6等。
经过上面的分析我们可以采用一下尺寸和措施来保证零件最终的精度：
零件上由精度较高的尺寸数据如圆柱Φ490-0.021、Φ360-0.021在其机床精度围我们尽可能取其靠近中间的尺寸Φ48.989、Φ35.989来确定最终的编程尺寸，M27×
2-6g的外螺纹经计算取26.989最为螺纹大径尺寸，M27×
2-7H的螺纹经计算取25.711作为其小径尺寸。
为便于装夹，为了保证工件的定位准确、稳定，夹紧方面可靠，支撑面积较大，零件的左端是孔螺纹，中段最大的直径是ф49mm。
右端是外螺纹、圆柱面和圆锥面，显然右端加工后不可能装夹，所以应留在最后加工，应先装夹毛坯粗加工整个圆柱面及中间槽然后掉头装夹加工左端圆柱ф49mm及螺纹，再调头装夹ф49mm的圆柱加工右端其他部分，毛坯选ф55×
650mm的铸造件。
3.5基准的选择原则
（1）有加工表面和不加工表面的零件，为保证不加工表面和加工表面的位置精度，应选择不加工表面为基准。
（2）对于具有较多加工表面的工件选择基准时，应考虑合理分配各表面的加工余量（保证各表面都有足够的余量和选择重要表面作为最终基准）。
（3）粗基准应避免重复使用。
（4）选择基准的平面应平整，没有冒口或飞边等缺陷，以便定位可靠基准选择应从保证零件加工精度出发，同时考虑装夹方便夹具结构简单。
精基准的选择原则：
（1）基准重合原则。
（2）基准统一原则。
（3）自为基准原则。
（4）互为基准原则。
（5）精基准的选择应保证工件定位准确、夹紧可靠、操作方便。
经上面对基准的分析并综合对零件加工顺序的安排可知粗车Φ49的圆柱面应以右端面为基准，精加工工件左端部分时应以左端面为基准，精加工工件右端部分时应以右端面为基准。
零件的主要装夹方式如图所示：
3-2外圆粗加工装夹图
3-3零件图中左端面及螺纹加工装夹图
3-4工件右端装夹图
4零件数控加工工艺分析
4.1加工方案的确定
该零件属于典型的轴类零件，按零件的装夹方式划分工序比较符合该零件的该零件的加工工序，且能保证两次装夹的位置精度，每一次装夹为一道工序，该零件需三次装夹才能完成所有表面的加工。
鉴于该零件对加工表面有严格的尺寸公差和形位公差的要求，为保证其加工精度，在此分粗加工、半精加工和精加工三个阶段完成对该零件的加工。
4.2工步的划分
（1）粗车外圆柱面的工步为:
外圆车刀平右端面→车圆柱面→切槽刀切中间退刀槽→切断。
（2）加工零件左端外圆柱面和螺纹的工步为：
精车外圆柱面→钻孔→切退刀槽→→镗孔→加工螺纹。
（3）加工零件右端的工步为：
粗车外圆柱面和圆锥面→半精车外圆柱面和圆锥面→精车外圆柱面和圆锥面→切5×
2退刀槽→加工M27外螺纹。
4.3加工顺序及进给路线的确定
4.3.1零件加工时需遵守的原则
（1）基面先行先加工基准面为后面的加工提供经基准，在此应先平右端面，为轴向尺寸作基准。
（2）先主后次
由于所加工的表面均为重要表面，所以从右往左依次加工。
（3）先粗后精
先车削去大部分的金属余量，再进行成形切削保证零件的尺寸要求和质量要求。
（4）先面后孔
由于该零件左端有一中心螺纹孔，根据先面后孔的原则应先对外圆柱面进行加工，然后再完成对孔的加工。
4.3.2进给路线的确定
在数控加工中，刀具好刀位点相对于工件运动轨迹称为加工路线。
编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：
（1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；
（2）使数值计算简单，以减少编程工作量；
（3）应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空行程时间。
（4）确定加路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，确定一次走刀，还是多次走刀来完成所有加工表面，具体综合上面工序的安排再根据具体零件具体分析，我确定该零件的主要进给路线如下图所示：
4-1外圆粗加工进给路线图
4-2左端圆柱面精加工路线图
4-3钻中心孔
4-4螺纹加工进给路线图
4-5左端部分精加工进给路线图
4.4切削液的选择
由于在切削加工过程中，被切削层金属的变形、切屑与刀具前面的摩擦和工件与刀具后面的摩擦要产生大量的切削热。
在不使用切削液的情况下车削刚件时被切屑吸收的热量占50%~86%，刀具吸收的热量占10%~40%，工件吸收的占3%~9%，传入空气介质中的热量仅占总热量的1%，而在钻削时切削热有52%传入了钻头。
由于热胀冷缩的原理，工件和刀具吸收了一部分的热量，工件和刀具产生变形最终影响加工精度。
如果大量的切削热传入刀具，容易使刀具损坏，造成“烧刀”的现象。
为了提高加工零件的精度和刀具的耐用度及使用寿命，在切削加工过程中必须使用冷却液对工件和刀具进行冷却，以避免造成“烧刀”的现象和对零件精度的影响。
通过经验知道常用的冷却液主要有以下三种，如表4-1：
表4-1常用冷却液
冷却液名称
主要成份
主要作用
水溶液
水、防锈添加剂
冷却
乳化液
水、油、乳化剂
冷却、润滑、清洗
切削油
矿物油、动植物油、
极压添加剂或油性
润滑
从工件的材料和工件的表面质量要求出发，在此选择乳化液作为冷却液比较合适，且能满足工件的工艺性要求。
4.5刀具的选择
刀具的选择是数控加工中重要的工艺容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。
编程时，选刀具通常要考虑机床的加工能力、工序容、工件材料等因素。
与传统的加工方法相近，数控加工对刀具的要求更高。
不仅要求精度高、刚度高、韧性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便，能适应高速和大切削用量切削。
选刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。
1、平端面、车圆柱面可选用90°
WC-Co的硬质合金外圆车刀，刀杆尺寸16×
25，粗车、半精车及精车在这里选择同一把刀，为防止在进行圆弧切削时刀具的副后刀面与工件轮廓表面发生干涉，副偏角应选择Kr′大一点的，取Kr′=40°
，精加工螺纹孔壁时选用高速钢圆车刀。
车刀的材料选择及Kr′值这里分别参照《金属切削与刀具实用技术》一书表1-1，表1-17。
2、从零件图中可知该工件中有三个退刀槽，其宽度分别为4mm、5mm、6mm，其中槽宽为4mm的为孔槽，为了工艺的需要槽宽为5mm、6mm的两槽在此选用为高速钢W18CrV4R的切断刀，刀宽4mm。
槽宽为4mm的孔槽选用刀宽为3mm的高速钢W18CrV4R的槽车刀。
切槽刀的选择及型号这里分别参照《《金属切削与刀具实用技术》一书表1-3，表2-2。
3、由于此零件中的中心螺纹孔经过钻削后还要进行一次精加工，故在此选用Φ24mm的普通高速钢麻花钻。
4、切螺纹时为了保证其螺纹刀的强度这里选用W18CrV4R高速刚60°
螺纹车刀切削螺纹时选用高速钢螺纹车刀，为了保证螺纹牙深，刀尖应小于轮廓最小圆弧半径Rε，Rε=0.15～0.2mm。
刀具选材料参照《《金属切削与刀具实用技术》一书表1-3。
经分析现把所选刀具列表如下：
表4-2刀具表
序号
刀具号
刀具规格
数量
加工表面
1
T1
90°
WC-Co的硬质合金外圆车刀
圆柱面、圆锥面
2
T2
高速钢圆车刀
螺纹孔
3
T3
高速钢W18CrV4R的切断刀
退刀槽
4
T4
高速钢W18CrV4R的槽车刀
孔退刀槽
5
T5
Φ24mm普通高速钢麻花钻
轴端中心孔
6
T6
高速刚60°
螺纹车刀
外螺纹
7
T7
高速钢螺纹车刀
螺纹
4.6主要工序的安排
1.外表面粗加工
（1）平右端面
平右端面的目的是为后续加工作基准，由于轴端右Ra3.2的粗糙度要求，因此选取主轴转速n=1000r/min，进给量F=50mm/min。
（2）粗车外圆
一般粗加工是以提高加工效率为目的，其选用原则是在保证零件质量的前提下尽量选用大的进给量和背吃刀量，在此取主轴转速n=600r/min，进给量F=150mm/min,背吃刀量ap=2mm。
（3）半精车外圆
半精车需综合考虑加工效率和表面质量，在此选取主轴转速n=1000r/min,进给量F=80mm/min，背吃刀量ap=0.75mm.
（4）切槽
切槽时取主轴转速n=1200r/min，进给量F=80mm/min
（5）切断
此工件对零件的右端面有较高的粗糙度要求Ra1.6为了保证其质量，取n=1200r/min，F=50mm/min。
2.热处理
此零件所选用的材料为45钢，钢的热处理是将固态刚才采用适当方式进行加热、保温和冷却以获得所需要的组织与性能的工艺。
它是改善材料性能的重要措施。
在此采用调质处理作为工件的最终热处理，调质处理后的硬度为HRC26～36。
3.零件左端外圆精加工
精加工是以达到零件所要求的表面质量和特征为目的，鉴于此零件有较高的表面质量和公差要求，经分析并查询《切削用量简明手册》现确定切削用量如下：
主轴转速n=1200r/min，进给量F=50mm/min，ap=0.256mm。
4.钻中心孔
由于此孔为螺纹孔，钻孔后还要经过精加工后才能进行螺纹的加工因此钻削时对孔的表面质量没有太大的要求。
在此处选用的钻头直径为Φ24mm，经查《切削用量简明手册》表2.7取进给量f=0.45mm
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