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槽型车削

武汉职业技术学院

毕业设计任务书

专业：

数控技术与应用

班级：

数控06202班

学号：

06022950

姓名：

周小龙

武汉职业技术学院机电工程学院

2008年5月

车削零件的数控加工工艺及程序设计

摘要：

本文通过车削实例来进行探讨数控技术在实际中的运用，在实际加工中所遇到的一些问题，如加工工序的安排，切削用量的计算，夹具的选用，刀具的选用等。

使自己也澄清了一些问题，更重要的是温故而知新，是我们更好的运用所学的知识。

关键字：

宏程序，数控机床，数控，夹具等。

前言

机床是人类进行生产劳动的重要工具，也是社会生产力发展水平的重要标志。

普通机床经历了近两百年的历史，随着电子技术、计算机技术及自动化，精密机械与测量等技术的发展与综合应用，生产了机电一体化的新型机床一一数控机床。

数控机床一经使用就显示出了它独特的优越性和强大生命力，使原来不能解决的许多问题，找到了科学解决的途径。

数控机床是一种通过数字信息，控制机床按给定的运动轨迹，进行自动加工的机电一体化的加工装备，经过半个世纪的发展，数控机床已是现代制造业的重要标志之一，在我国制造业中，数控机床的应用也越来越广泛，是一个企业综合实力的体现。

数控车床是数字程序控制车床的简称，它集通用性好的万能型车床、加工精度高的精密型车床和加工效率高的专用型车床的特点于一身，是国内使用量最大，覆盖面最广的一种数控机床。

要学好数控车床理论和操作，就必须勤学苦练，从平面几何，三角函数，机械制图，普通车床的工艺和操作等方面打好基础。

因此，必须首先具有普通车工工艺学知识然后才能从掌握人工控制转移到数字控制方面来，另一方面，若没有学好有关数学、电工学、公差与化合及机械制造等深内容，要学好数控原理和程序编制等，也会感到十分困难。

熟悉零件工艺要求，正确处理工艺问题。

由于数控机床加工的特殊性，要求数控机床加工工人既是操作者，又是程序员，同时具备初级技术人员的某些素质，因此，二操作者必须熟悉被加工零件的各项工艺（技术）要求，如加工路线，刀具及其几何参数，切削用量，尺寸及形状位置公差。

”存熟悉了各项工艺要求，并对出现的问题正确进行处理后，才能减少工作盲目性，保证整个加工工作圆满完成。

为了适应我国社会主义市场经济发展的形势，贯彻党中央提出的科教兴国，全面提高劳动者素质的战略方针，为满足培养大量不同层次数控机床技能型人才的需要，本中心培训课程主要面向职业技术教育，职业技能培训，其特色在于集理论与实践于一体，将数控机床编程和操作有机相结合起来，由浅人深。

本毕业设计主要内容包括：

数控入门知识、数控装置、伺服系统、数控系统、程序编制基础知识、程序编制中的工艺处理、手工编程中的数学处理、加工程序编制、自动编程简介和典型零件的加工程序编制实例等.

我本着严谨的态度进行设计,由于知识水平和工作操作经验的不足,加之时间紧迫.在设计中难免有缺点和错误,恳请老师指正。

目录

第一章.绪论...........................................................................1

第二章.具体零件的工艺分析和选择.................................................5

第三章.参数的计算............................................................................16

第四章.零件的加工程序....................................................................18

第五章.总结........................................................................................23

参考文献.............................................................................................24

第一章绪论

1.1数控及数控机床的概念

数字控制简称数控，是利用数字化的信息对机床运动及加工过程进行控制的方法。

数控机床的基本组成如图1-1：

控制介质

→

数控装置

→

伺服系统

→

→

机床主体

测量反馈

图（1-1）

1.2数控机床的加工原理

传统的金属切割机床加工零件时，往往是操作者依据工程图样的尺寸与技术要求，不断改变刀具与工件之间相对运动的参数，使刀具在对工件相对运动的过程中完成切削加工，最终得到符合要求的合格零件。

数控加工就是将加工数据和工艺参数输入到机床，机床的控制系统对输入的信息进行运算与控制，并不断地向直接指挥机床运动的电动机功能能部件－机床的伺服进给系统发送脉冲信号，伺服机构对脉冲信号进行转换与放大处理，然后由传动机驱动数控机床，从而加工零件。

所以数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。

1.3数控编程及其发展

数控机床与普通机床不同，整个加工过程不需要人的操作，而是又程序来进行控制。

在数控机床上加工零件时，首先要分析零件图样的要求，确定合理的加工路线及工艺参数，计算刀具中心运动轨迹及其位置数据；然后把全部工艺过程以及其他辅助功能（主轴的正传与反转，切削液的开与关，变速，换刀等）安运动顺序，用规定的指令代码及程序格式编制成数控加工程序，经过调试后记录在控制介质（或称程序载体）上，最后输入到数控机床的数控装置中，以此控制数控机床完成工件的全部过程。

因此，把从分析零件图样开始到获得正确的程序载体为止的全过程称为零件加工程序的编制。

　数控编程一般分为手工编程和自动编程两种。

（1）手工编程。

手工编程是指程序编制的整个步骤几乎全部是由人工来完成的。

对于几何形状不太复杂的零件，所需要的加工程序不长，计算也比较简单，出错机会少，这时用手工编程即及时又经济，因而手工编程仍被广泛的使用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。

（2）自动编程。

自动编程有两种：

APT软件编程和CAM软件编程。

APT软件是利用计算机和相应的处理程序，后置处理程序对零件源程序进行处理，以得到加工程序的编程方法。

CAM软件是将加工零件以图形形式输入计算机，由计算机自动进行数值计算，前置处理，在屏幕上形成加工轨迹，及时修改，再通过后置处理形成加工程序输入数控机床进行加工。

自动编程的出现使得一些计算繁琐，手工编程困难，或手工无法编出的程序都能够实现。

1.4宏程序应用

宏指令编程是指像计算机高级语言一样，可以使用变量进行算术运算、逻辑运算和函数混合运算的程序编写形式。

在宏程序形式中，一般都提供顺序、选择分支、循环三大程序结构和子程序调用的方法，程序指令的坐标数据根据运算结果动态获得，可用于编制各种复杂的零件加工程序，特别是在非圆方程曲线的处理上显示出其强大的扩展编程功能。

熟练应用宏程序指令进行编程，可大大精简程序量，对于开放式PC-NC系统来说，还可利用宏指令语言作二次开发，以扩展编程指令系统，增强机床的加工适应能力。

数控系统不同，其宏程序的编制法则也不尽相同，下面简介华中数控系统的宏程序使用规则：

HNC数控系统中的宏变量都是以带#的数字作为变量名，如#0，#10，#500等。

变量不需要进行数据类型的预定义，根据赋值和运算结果决定变量数据的类型。

变量使用范围受到系统分配区段的限制，这主要取决于该变量性质是局部变量还是全局变量。

局部变量：

赋值定义的变量的有效范围仅局限于本程序内使用，同样的变量名在主、子程序中使用不同的寄存器地址，是互相独立的变量。

HNC系统中，#0~#49为当前局部变量，#200~#899分别为0~7层局部变量。

全局变量：

同一变量名在主、子程序中使用同一寄存器地址，可任意调用并因重新赋值而有相互影响的变量。

HNC系统中，#50~#199为全局变量。

HNC系统中，#600~#899为刀具补偿和刀具寿命使用的变量，#1000以上为系统变量，大多为只读性质的变量。

HNC系统定义的常量主要有：

PI（圆周率）、TRUE（真值1）、FALSE（假0）

HNC系统提供一些常用的函数供宏编程时使用，如SIN、COS、TAN、SQRT、ABS等，三角函数的自变量以弧度为单位。

HNC系统变量的赋值与运算接近一般的数学语言，以“变量名=常量或表达式”的格式将等式右边的常量或表达式的运算结果赋给等式左边的变量。

算术运算表达式：

#3=100；#1=50+#3/2；#2=#1+#3*SQRT[#1]/50*SIN[PI/2]

关系运算表达式：

#1GT10（表示#1>10）；#2LE20（表示#220）

逻辑运算表达式：

[#1GT10]AND[#1LE20]（表示10<#120）

作为一套完整的编程语言系统，程序流程的结构化控制是不可缺少的，HNC系统也遵循顺序结构的运行流程、提供简单的选择分支和循环语句结构。

HNC-22系统宏指令运算符及其结构语句见表1-1。

表1-1HNC-22系统宏指令运算符及其结构语句

根据曲线方程求算另一坐标的对应值，虽然都可利用曲线的标准方程来计算，但有时采用参数方程求算更方便，表2-2是常见曲线的标准方程和参数方程。

表1-2HNC-22系统宏指令运算符及其结构语句

主要函数

比较符/逻辑符

条件判断语句格式

循环语句格式

SIN--正弦

COS--余弦

TAN--正切

ATAN--反正切

ABS--求绝对值

INT--取整

SIGN--取符号

SQRT--求平方根

EXP--指数函数

比较符

=--EQ

--NE

>--GT

--GE

<--LT

--LE

逻辑运算符

AND与

OR或

NOT非

①IF条件表达式

...（满足条件时执行的程序行）

ELSE

...（不满足条件时执行

...的程序行）

ENDIF

②IF条件表达式

...（满足条件时执行的程序行）

------------------------------------------

③无条件转向语句GOTOn

n为指定的程序行号

WHILE条件表达式

...

...（循环体）

...

ENDW

...

循环体内通常包含改变循环变量值的语句

表1-4常见曲线的标准方程和参数方程

曲线类型

标准方程

参数方程

参数说明

圆

X=Rcost

Y=Rsint

t为圆上动点的离心角（+X为始边）（0≤t<2）

椭圆

X=

cost

Y=bsint

t为椭圆上动点的离心角

（0≤t<2）

抛物线

Y2=2PX

X2=2PY

X=2Pt2Y=2Pt

X=2PtY=2Pt2

t为抛物线上除顶点外的点与顶点连线的斜率的倒数

双曲线

X=

sect

Y=btant

t为双曲线上动点的离心角

阿基米德螺线

ρ=kt+ρ0

X=ρcost

Y=ρsint

t为螺线上动点的离心角

渐开线

X=

（cost+tsint）

Y=

（sint-tcost）

数控车削加工编程的对象是简单的二维图形，车削系统已经提供了非常全面的从粗车到精车的各类功能指令，指令格式简单且实用。

对于边廓以直线、圆弧为主的常规零件加工，大多采用手工编程的方法，宏编程技术的优势在车削加工中主要表现在非圆曲线边廓的处理上。

FANUC的宏编程只能在非圆曲线轮廓的精车时独立使用，且不能为G71~G73的粗车提供参考边廓数据，而HNC精车的程序段若用宏编程，其计算的数据可提供给G71~G73作边廓参考依据，这使得HNC的车削宏编程技术更具实用性。

使用主、子程序调用的宏编程技术，在调用子程序时可通过宏变量传递参数的功能，易于实现子程序的模块化，整个程序修改起来更简单，程序通用性得到了增强。

1.5数控技术发展现状及趋势

我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。

加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。

CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。

在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。

由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。

随着科学技术不断发展，数控机床的发展也越来越快，数控机床也正朝着高性能、高精度、高速度、高柔性化和模块化方向发展。

高性能：

随着数控系统集成度的增强，数控机床也实现多台集中控制，甚至远距离遥控。

高速度：

数控机床各轴运行的速度将大大加快。

高精度：

数控机床本身的精度和加工件的精度越来越高，而精度的保持性要好。

模块化：

数控机床要缩短周期和降低成本，就必然向模块化方向发展，这既有利于制造商又有利于客户。

高柔性：

数控机床的柔性化将向自动化程度更高的方向发展，将管理、物流及各相应辅机集成柔性制造系统。

第二章具体零件的工艺分析与选择

2.1零件图工艺分析

本次设计工件图样如图2-1

图2-1

该零件主要由圆柱外圆表面组成，其中右侧有内孔；右侧有外螺纹，零件表面比较复杂，有许多斜面、锥面、椭圆面、和成型面，非常复杂，但是其精度要求不是很高，比较适合使用成型刀具加工。

采用一般机床很难控制位置要求，特别是椭圆和一些成型面，因此本工件很适合使用数控机床加工。

本工件尺寸标注完整准确，轮廓清晰，结构完善，使用数控机床可以加工。

2.2毛坯选择

分析零件图纸知毛坯选直径73×

45的调质45钢。

查阅资料可知45号钢为中碳钢，经调质后其硬度为170——240HBS，该硬度适中，是机械加工的最佳切削范围。

而且经过调质后的45号钢具有良好的机械综合性能，完全能达到生产要求。

故毛坯材料选择45号调质钢。

2.3加工方案的选择

本零件如图中，右侧内孔采用麻花钻钻削，由于起没有表面粗糙度要求，一次钻削即可：

右侧螺纹外圆采用一次粗车一次精车来保证，其中轮廓表面上的成型加工可在基本外圆加工好后再进行；椭圆表面也采用一粗一精来保证；螺纹按普通螺纹的基本车削方式即可完成。

左侧外圆、锥面均用一粗一精车削方式完成，槽类加工按基本方式车削。

2.4确定定位与装夹方案

由于数控加工的每次装夹都需要重新对刀，因此在加工中应该尽量减少装夹次数。

工件的定位基准与夹紧方案的确定，应遵循有关定位基准的选择原则与工件夹紧的基本要求。

此外，还应该注意下列三点：

一＞力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少不重合误差和数控编程中的计算工作量。

二＞设法减少装夹次数，尽可能做到在一次装夹中，能加工出工件上全部或是大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥数控机床的效率。

三＞避免采用占机人工调整方案，以避免占机时间太多，影响加工效率。

本次零件的设计中采用一夹一顶的方式来完成零件的定位要求，其中三爪自定心卡盘为夹，尾座顶尖顶住工件。

在零件的夹紧装置选择中还需要注意以下几点：

一）夹紧位置要可靠，不改变定位前后工件所占的正确位置

二）夹紧力大小应该适当，既要保证工件在加工过程中位置不变，振动小，又要使工件不会产生过大的夹紧变形

三）操作应简单、方便、省力、安全

四）结构性要好，力求简单、紧凑、便于制造与维修

除此之外,还要考虑以下几点:

当零件加工批量不大时,应尽量采用组合夹具,可调试或其他通用夹具,以缩短生产准备时间,节省生产费用.当达到一定批量生产时才考虑专用夹具,并力求结构简单.

零件的装卸要快速,方便,可靠,以缩短机床的停顿时间.

夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工,即夹具要开敞,其定位加紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等）

工件定位时,夹紧部位应不妨碍各部位的加工,刀具更换以及重要部位的测量;夹紧力求通过靠近主要支承点或在支承点所组成的三角形内,力求靠近切削部位;同一批工件尽量采用同一定位基准,统一装夹方式

本次零件装夹过程中需要注意夹紧力的大小，同时在第二次装夹时要考虑到保证已加工零件表面不被夹坏。

本零件中零件壁厚较薄，容易变形，因此在装夹时采用软爪夹紧，夹紧力也不可过大。

2.5工序及进给路线确定

1.数控车削工序安排的一般原则

（1）先粗后精

为了提高生产效率并保证零件的精加工质量，在切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量去掉，同时尽量满足精加工的雨量均匀性要求。

当粗加工工序安排完后，应接着安排换刀后进行的半精加工和精加工。

其中，安排半精加工的目的是，当粗加工后所留的余量的均匀性满足不了精加工要求时，则可安排半精加工作为过渡性工序，以便使精加工余量小而均匀。

在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时，其零件的最终轮廓应由最后一刀连续加工而成。

这时，加工刀具的进退刀位置要考虑妥当，尽量不要在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造成弹性变形，知识光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。

（2）先近后远加工，减少空行程时间

这里所说的远与近，是按照加工部位相对于刀点的距离大小而言的。

在一般情况下，特别是在粗加工时。

通常安排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。

对于车削加工，先近后远有利于保持毛坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。

（3）内外交叉

对既有内表面（内行腔），又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内表面粗加工，后进行内表面精加工。

切不可将零件上一部分表面（外表面或内表面）加工完毕后，再加工其他表面（内表面或外表面）。

（4）基面先行原则

用作精基准的表面应有限加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。

上面的原则并不是一成不变的，对于某些特殊情况，则需要采取灵活可变的方案。

如有的工件就必须先精加工后粗加工，才能保证其加工精度与质量。

这些都有赖于编程者实际加工经验的不断积累与学习。

2.工件的加工需要划分工序，本工件使用一道工序即可完成加工。

工序的划分可以采用两种不同原则：

工序集中原则和工序分散原则。

工序集中原则就是使每个工序所包括的加工内容尽量多些，将许多工序组成一个集中工序，最大限度的工序集中，就是在一个工序内完成工件所有表面的加工，从而使工序的总数减少；工序分散原则择食将工件的加工分散在较多的工序内进行，使每个工序所包括的加工内容尽量少些，最大限度的工序分散就是每个工序只包括一道简单的工步。

工序的划分方法有几种，分别为按零件装夹定位方式划分；按粗、精加工划分；按所用刀具划分。

加工顺序的安排也有几个原则：

基准先行原则、先粗后精原则、先主后次原则、先面后孔原则、先近后远原则，同时在车削加工中先内腔后表面的原则。

本零件的加工工步设计如下：

一）用外圆车刀车削零件图示左侧

30外圆表面至Z-14，然后车削锥面，最后车削本次装夹中椭圆面，最后车削直线至Z-34。

二）用宽为3mm的槽刀切宽5mm深2.3mm的槽

三）换头装夹，重新定位，重新对刀，用

8钻头从毛胚中心钻至Z-11，然后用镗刀精镗至

10

四）用外圆车刀车削右侧

15外圆表面至Z-20，然后车图2-1右侧锥面至Z-39

2.6刀具的选择

1.刀具的选择

刀具选择应考虑的原则

①尽量减少刀具数量；

②一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤；

③粗精加工的刀具应分开使用，即使是相同尺寸规格的刀具；

④先铣后钻；

⑤先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工；

⑥在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。

综上所诉，加工所需要的刀具如下：

75°的硬质合金刀，宽3mm的槽刀，60°的螺纹刀，直径为8mm的钻头，内孔镗刀，成型车刀。

数控加工刀具卡片如下：

产品名称和代码

××××

零件名称

轴

零件图号

×××

序号

刀具号

刀具规格名称

数量

加工表面

1

T01

75°的硬质合金刀

1

车外圆

2

T02

刀宽为3mm的切槽刀

1

切槽

3

T03

75°的硬质合金刀

1

4

T04

刀宽为3mm的切槽刀

1

切槽

5

T05

60°螺纹车刀

车螺纹

6

T06

内孔镗刀

1

镗刀

7

T07

成型车刀

1

车外型

编制

××

审核

××

批准

××

共一页

第一页

2、刀具材料的选择

现今所使用的金属切削刀具材料主要有五类：

高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼（CBN）、聚晶金刚石。

a.高速钢材料的刀具耐磨性好且比硬质合金韧性高，但压延性较差，热加工困难，耐热冲击较弱。

b.硬质合金刀中含有大量碳化物，这些碳化物都具有熔点高、硬度高、耐热性和化学稳定性好等特点。

因此，硬质合金刀的硬度、耐磨性、耐热性都很高。

在相同的刀具耐用度下，硬质合金刀的切削速度高于高速钢4～10倍。

硬质合金刀切削性能好，切削效率高，实际生产中80%以上的金属去除量是它完成的。

目前，硬质合金已成为生产中主要刀具材料之一。

c.陶瓷刀具不仅用于加工各种铸铁和不同钢料，也适用于加工有色金属和非金属材料。

陶瓷刀具在下列情况下使用效果欠佳：

短零件的加工；冲击大的断续切削和重切削；铍、镁、铝和钛等的单质材料及其合金的加工（易产生亲合力，导致切削刃剥落或崩刀）。

d.金刚石和立方氮化硼都属于超硬刀具材料，它们可用于加工任何硬度的工件材料，具有很高的切削性能，加工精度高，表面粗糙度值小。

一般可用切削液。

聚晶金钢石刀片一般仅用于加工有色金属和非金属材料。

立方氮化硼刀片一般适用于加工硬度大于450HBS的冷硬铸铁、合金结构钢、工具钢、高速钢、轴承钢，以及硬度不小于350HBS的镍基合金、钴基合金和高钴粉末冶金零件。

综上所述，根据数控加工对刀具的要求，在选择数控加工刀具材料时应首先考虑使用硬质合金材料的刀具。

只要加工情况允许选用硬质合金刀具，就不用高速钢刀具。

.

3.对刀和换刀点的确定

（1）对刀的常用方法：

试切法对刀，对刀仪自动对刀。

（2）试切法对刀的基本原理

工件和刀具装夹完毕，驱动主轴旋转，移动刀架至工件试切一段外圆，然后保持x坐标不变移动z轴刀具离开工件，测量出该段外圆的直径，将其输入到相应的刀具参数中的刀长中，系统会自动用刀具当前x坐标减去试切出的那段外圆直径，即得到工件坐标系x原点的位置。

再移动刀具试切工件一端端面，在相应刀具参数中的刀宽中输入z0，系统会自动将此时刀具的z坐标减去刚才输入的数值，即得工件坐标系z原点的位置。