配合零件加工工艺及程序编制.docx
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配合零件加工工艺及程序编制
.论文名称：
配合零件加工工艺及程序
作 者：
苏晓明 学 号：
系 别：
专 业：
指导老师：
专业技术职务
摘要
随着科学技术的飞速发展，社会对机械产品的结构、性能、精度、效率和品种的要求越来越高，单件与中小批量产品的比重越来越大。
传统的通用、专用机床和工艺装备已经不能很好地适应高质量、高效率、多样化加工的要求。
而数控机床作为电子信息技术和传统机械加工技术结合的产物，集现代精密机械、计算机、通信、液压气动、光电等多学科技术为一体，有效地解决了复杂、精密、小批多变的零件加工问题，能满足高质量、高效益和多品种、小批量的柔性生产方式的要求，适应各种机械产品迅速更新换代的需要，代表着当今机械加工技术的趋势与潮流。
其中数控车床由于具有高效率、高精度和高柔性的特点，在机械制造业中得到日益广泛的应用，成为目前应用最广泛的数控机床之一。
但是，要充分发挥数控车床的作用，关键是编程，即根据不同的零件的特点和精度要求，编制合理、高效的加工程序。
常用的数控编程方法有手工编程和自动编程两种。
手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤主要由人工完成的编程过程。
它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及计算较简单，程序段不多，编程易于实现的场合等。
对于几何形状复杂的零件，以及几何元素不复杂但需编制程序量很大的零件，用手工编程难以完成，因此要采用自动编程。
根据不同的需要和结合加工的图纸要求，传统的加工无法达到足够的精度要求。
比如，我们在加工要求精度比较高的配合零件时，这就往往在数控机床来加工完成。
配合件在手工编程时要特别注意配合公差的问题，所谓的公差就是指加工完成之后，得到加工精度在图纸指定的范围之内，而零件之间能够彼此结合起来。
因此，我们在手工编程时应注意以下问题：
一、正确选择程序原点
在数控车削编程时，首先要选择工件上的一点作为数控程序原点，并以此为原点建立一个工件坐标系。
工件坐标系的合理确定，对数控编程及加工时的工件找正都很重要。
程序原点的选择要尽量满足程序编制简单，尺寸换算少，引起的加工误差小等条件。
为了提高零件加工精度，方便计算和编程，我们通常将程序原点设定在工件轴线与工件前端面、后端面、卡爪前端面的交点上，尽量使编程基准与设计、装配基准重合。
二、合理选择进给路线
进给路线是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，即刀具从对刀点开始进给运动起，直到结束加工程序后退刀返回该点及所经过的路径，是编写程序的重要依据之一。
合理地选择进给路线对于数控加工是很重要的。
应考虑以下几个方面：
1.尽量缩短进给路线，减少空走刀行程，提高生产效率。
（1）巧用起刀点。
如在循环加工中，根据工件的实际加工情况，将起刀点与对刀点分离，在确保安全和满足换刀需要的前提条件下，使起刀点尽量靠近工件，减少空走刀行程，缩短进给路线，节省在加工过程中的执行时间。
（2）在编制复杂轮廓的加工程序时，通过合理安排“回零”路线，使前一刀的终点与后一刀的起点间的距离尽量短，或者为零，以缩短进给路线，提高生产效率。
（3）粗加工或半精加工时，毛坯余量较大，应采用合适的循环加工方式，在兼顾被加工零件的刚性及加工工艺性等要求下，采取最短的切削进给路线，减少空行程时间，提高生产效率，降低刀具磨损。
2.保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求。
（1）合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击。
为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，精加工时，最终轮廓应安排在最后一次走刀连续加工出来。
认真考虑刀具的切入和切出路线，尽量减少在轮廓处停刀，以避免切削力突然变化造成弹性变形而留下刀痕。
一般应沿着零件表面的切向切入和切出，尽量避免沿工件轮廓垂直方向进、退刀而划伤工件。
（2）选择工件在加工后变形较小的路线。
对细长零件或薄板零件，应采用分几次走刀加工到最后尺寸，或采取对称去余量法安排进给路线。
在确定轴向移动尺寸时，应考虑刀具的引入长度和超越长度。
（3）对特殊零件采用“先精后粗”的加工工序。
在某些特殊情况下，加工工序不按“先近后远”、“先粗后精”原则考虑，而作“先精后粗”的特殊处理，反而能更好地保证工件的尺寸公差要求。
3.保证加工过程的安全性
要避免刀具与非加工面的干涉，并避免刀具与工件相撞。
如工件中遇槽需要加工，在编程时要注意进退刀点应与槽方向垂直，进刀速度不能用“G0”速度。
“G0”指令在退刀时尽量避免“X、Z”同时移动使用。
4.有利于简化数值计算，减少程序段数目和编制程序工作量
在实际的生产操作中，经常会碰到某一固定的加工操作重复出现，可以把这部分操作编写成子程序，事先存入到存储器中，根据需要随时调用，使程序编写变得简单、快捷。
对那些图形一样、尺寸不同或工艺路径一样、只是位置数据不同的系列零件的编程，可以采用宏指令编程，减少乃至免除编程时进行烦琐的数值计算，精简程序量。
三、准确掌握各种循环切削指令的加工特点及其对工件加工精度所产生的影响，并进行合理选用。
在FANUC0-TD数控系统中，数控车床有十多种切削循环加工指令，每一种指令都有各自的加工特点，工件加工后的加工精度也有所不同，各自的编程方法也不同，我们在选择的时候要仔细分析，合理选用，争取加工出精度高的零件。
如螺纹切削循环加工就有两种加工指令：
G92直进式切削和G76斜进式切削。
由于切削刀具进刀方式的不同，使这两种加工方法有所区别，各自的编程方法也不同，造成加工误差也不同,工件加工后螺纹段的加工精度也有所不同。
G92螺纹切削循环采用直进式进刀方式进行螺纹切削。
螺纹中径误差较大。
但牙形精度较高，一般多用于小螺距高精度螺纹的加工。
加工程序较长，在加工中要经常测量；G76螺纹切削循环采用斜进式进刀方式进行螺纹切削。
牙形精度较差。
但工艺性比较合理，编程效率较高。
此加工方法一般适用于大螺距低精度螺纹的加工。
在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为简捷方便。
所以，我们要掌握各自的加工特点及适用范围，并根据工件的加工特点与工件要求的精度正确灵活地选用这些切削循环指令。
比如需加工高精度、大螺距的螺纹，则可采用G92、G76混用的办法，即先用G76进行螺纹粗加工，再用G92进行精加工。
需要注意的是粗精加工时的起刀点要相同，以防止螺纹乱扣的产生。
四、灵活使用特殊G代码，保证零件的加工质量和精度
1.返回参考点G28、G29指令
参考点是机床上的一个固定点，通过参考点返回功能刀具可以容易地移动到该位置。
参考点主要用作自动换刀或设定坐标系，刀具能否准确地返回参考点，是衡量其重复定位精度的重要指标，也是数控加工保证其尺寸一致性的前提条件。
实际加工中，巧妙利用返回参考点指令，可以提高产品的精度。
对于重复定位精度很高的机床，为了保证主要尺寸的加工精度，在加工主要尺寸之前，刀具可先返回参考点再重新运行到加工位置。
如此做法的目的实际上是重新校核一下基准，以确定加工的尺寸精度。
2.延时G04指令
延时G04指令，其作用是人为地暂时限制运行的加工程序，除了常见的一般使用情况外，在实际数控加工中，延时G04指令还可以作一些特殊使用：
（1）大批量单件加工时间较短的零件加工中，启动按钮频繁使用，为减轻操作者由于疲劳或频繁按钮带来的误动作，用G04指令代替首件后零件的启动。
延时时间按完成1件零件的装卸时间设定，在操作人员熟练地掌握数控加工程序后，延时的指令时间可以逐渐缩短，但需保证其一定的安全时间。
零件加工程序设计成循环子程序，G04指令就设计在调用该循环子程序的主程序中，必要时设计选择计划停止M01指令作为程序的结束或检查。
（2）用丝锥攻中心螺纹时，需用弹性筒夹头攻牙，以保证丝锥攻至螺纹底部时不会崩断，并在螺纹底部设置G04延时指令，使丝锥作非进给切削加工，延时的时间需确保主轴完全停止，主轴完全停止后按原正转速度反转，丝锥按原导程后退。
（3）在主轴转速有较大的变化时，可设置G04指令。
目的是使主轴转速稳定后，再进行零件的切削加工，以提高零件的表面质量。
3.相对编程G91与绝对编程G90指令
相对编程是以刀尖所在位置为坐标原点，刀尖以相对于坐标原点进行位移来编程。
就是说，相对编程的坐标原点经常在变换，运行是以现刀尖点为基准控制位移，那么连续位移时，必然产生累积误差。
绝对编程在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，所以其累积误差较相对编程小。
数控车削加工时，工件径向尺寸的精度比轴向尺寸高，所以在编制程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，考虑到加工时的方便，轴向尺寸采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，也可以采用绝对编程。
另外，为保证零件的某些相对位置，按照工艺的要求，进行相对编程和绝对编程的灵活使用。
总之，随着科学技术的飞速发展，数控车床由于具有优越的加工特点，在机械制造业中的应用越来越广泛，为了充分发挥数控车床的作用，我们需要在编程中掌握一定的技巧，编制出合理、高效的加工程序，保证加工出符合图纸要求的合格工件，同时能使数控车床的功能得到合理的应用与充分的发挥，使数控车床能安全、可靠、高效地工作。
1.2课题研究的意义
配合件的编程与加工不仅结合了传统的加工知识，也在电气、机械等方面都需要有一定的了解和掌握，这就对操作者不能局限于单一的专业知识，而是应从多方面、全方位地去攻关，这既锻练了一个人的操作能力，也提高了其专业技能，使其成为一个多层次的技能人才，这对于其今后的发展都有相当大的帮助，而且也会从侧面带来这个行业的发展和进步。
数控编程与加工随着社会的发展而不断地完善而应用广泛，其在提高加工效率和质量方面是以往机床加工无法比拟的，因而，数控编程与加工越来越来被各行业清睐和重视。
第二章零件的数控加工工艺与编程
2.1配合零件的数控加工工艺分析
数控车学生组技能竞赛的实操考件一般为轴类零件的加工与配合，举例如下：
一．竟赛题
用数控车床完成如图2-1所示零件的加工。
此零件为配合件，件1与件2相配，配全锥面用涂色法检查，要求锥体接触面积不小于%50。
零件材料为45钢，件1毛坯为：
Ф53x105㎜.件2毛坯：
Ф53x95mm，按图样要求完成零件节点，基点计算,设定工件坐标系。
制定正确的工艺方案，选择合理的刀具和切削工艺参数。
编制数控加工程序。
图2-1
二．评分标准
准考证号
操作时间
300min
得分
试题编号
1
系统类型
序号
考核项目
考核内容及要求
评分标准
分配
检测结果
扣分
得分
备注
1
件1
Ф50
IT
每超差0.01扣1分
3
2
Ra1.6
每降1级扣1分
2
3
Ф44
IT
每超差0.01扣1分
3
4
Ra1.6
每降1级扣1
2
5
Ф40
IT
每超差0.01扣1分
3
6
Ra1.6
每降1级扣1分
2
7
M20×2
超差不得分
8
8
102
每超差0.01扣1分
2
9
Ф32
IT
每超差0.01扣1分
3
10
R16
每降1级扣1分
2
11
72．8
每超差0.01扣1分
5
12
36．5
每超差0.01扣1分
1
13
32．41
每超差0.01扣1分
1
14
10
每超差0.01扣1分
1
15
15
每超差0.01扣1分
1
13
5（3处）
每超差0.01扣1分
3
14
锥度
形状
超差不得分
2
15
R1.6
每降1级扣1分
2
16
R5
超差不得分
2
17
倒角（4处）
错,漏1处扣1分
4
18
件2
Ф50
每超差0.01扣1分
2
19
M20×2
超差不得分
8
20
92
每超差0.01扣1分
2
21
面轮廓度0.04
每超差0.01扣1分
1
22
锥度
形状
超差不得分
2
23
Ra1.6
每降1级扣1分
2
26
倒角（2处）
错,漏1处扣1分
4
27
配合
螺纹配合
超差不得分
8
28
锥面配合
超差不得分
8
29
安全文明生产
遵守机床安全操规则
刀具,工具,量具放置规范
设备保养,场地整洁
酌情扣1~5分
3
30
工艺合理
工件定位夹紧及刀具选择合理
加工顺序及刀具轨迹路线合理
酌情扣1~5分
3
31
程序编制
指令正确,程序完整
数值计算正确,程序编制写表现出一定的技巧,简化计算各加工程序
刀具补偿功能运用正确,合理
切削参数,坐标系选择正确,合理
酌情扣1~5分
5
32
其他项目
发生重大事故（人身和设备安全事故等0,严重违反工艺原则和情节严重的野蛮操作等,由裁判长决定取消其实操竞赛资格
记录员
监考人
检验员
考评人
三．刀具的选择及切削参数的选择
1.刀具的选择
1号刀:
93º菱形外圆车刀;2号刀:
60º外螺纹刀;3号刀:
外车槽刀（2mm）;4号刀:
内孔镗刀;5号刀:
60º内螺纹刀;6号刀:
内车槽刀（2.5mm）
2.切削参数和选择
各工序刀具的切削参数见表2-1
表2-3具的切削参数
序号
加工面
刀具号
刀具类型
主轴转速
进给速度vf/mm·min¯1
1
车外型
T1
93º菱形外圆车刀
粗800,精1500
粗150,精80
2
车外螺纹
T2
60º外螺纹刀
1000
1.5
3
切外槽
T3
外车槽刀
600
25
4
镗内孔
T4
内孔镗刀
粗800,精1200
粗100,精80
5
车内螺纹
T5
60º内螺纹刀
1000
1.5
6
切内槽
T6
内车槽刀
600
25
3.FANUC系统工艺分析
工艺路线:
粗、精加工加工件1左端外形.→用G71G70粗、精加工工件1左端内形,精加工工件1左端内形.→调头校正,手工车端面,保证总长102,钻中心孔,顶上顶尖.→用G71G70粗、精加工工件1右端外形,精加工工件1右端外形.→车5×Φ14.53槽.→用G92螺纹复合循环加工M20×2外螺纹.→用G71粗加工工件2内形,G70精加工工件2内形.→用G92螺纹复合循环加工M20×2内螺纹.→将件2旋入件1,粗、精加工件2外形.
2.2配合零件的数控编程
参考程序:
件1左端加工程序:
O0001
主程序名
N5
G98
绝对编程，分进给
N10
M3S800T0101
转速800r/min,换1号93度菱形外圆车刀
N15
G00X54.Z3.
快进
N20
G90X53.Z-5.F150
粗车外径
N25
G90X51.5Z-5.
N30
G90X50.5Z-5.
N35
G0X100.Z50.
退刀
N40
M05
主轴停转
N45
M00
程序暂停
N50
S1500M03F80T0101
精车转速1500r/min,进给速度80mm/min
N55
G00X51.Z2.
快速进刀
N60
G01X50.Z0
N65
Z-5.
精车外径
N70
X51.
N75
G00X100.Z50.
退刀
N80
M05
主轴停转
N85
M00
程序暂停
N90
S800M03T0404
转速800r/min，换4号内孔镗刀
N95
G00X10.Z3.
快进
N100
G71U1R0.5
内径粗车
U:
每次背吃刀量单边1mm,R:
退刀量单边0.5mm
N105
G71P110Q150U-0.5W0.1F150
内径粗车
P110:
精加工第一程序段号,Q150:
精加工最后程序段号,X:
精加工余量双边0.5mm,Z精加工余量0.1mm,F:
粗车进给速度150mm/mimn
N110
G00X32.
N115
G01Z0.
N120
Z-15.
N125
X27.1666Z-32.1959
N130
G02X17.2638Z-36.5R2
N135
G01X12.
N140
Z-42.5
N145
X10.
N150
G00Z3.
N110～N155内径循环轮廓程序
N155
M05
主轴停转
N160
M00
程序暂停
N165
S1500M03F50T0404
精车转速1500r/min,进给速度80mm/min
N170
G70P110Q150
内径精车
N175
G00X100.Z50.
退刀
N180
M05
主轴停转
N185
M30
程序停止
件1右端加工程序:
O0002
主程序名
N5
G98
绝对编程，分进给
N10
M03S800T0101
转速800r/min,换1号93度菱形外圆车刀
N15
G00X54.Z3.
快速进刀
N20
G71U1.5R0.5
外径粗车
U:
每次背吃刀量单边1.5mm,R:
退刀量单边0.5mm
N25
G71P30Q80U0.5W0.2F150
外径粗车
P30:
精加工第一程序段号,Q80:
精加工最后程序段号,X:
精加工余量双边0.5mm,Z精加工余量0.2mm,F:
粗车进给速度150mm/mimn
N30
G00X18.
N35
G01Z0.
N40
X20.Z-1.
N45
Z-29.15
N50
X30.
N55
X32.Z-30.15
N60
Z-47.65
N65
X40.Z-69.59
N70
Z-92.
N75
X54.
N80
G00X100.Z10.
N30～N80外径循环轮廓程序
N85
M05
主轴停转
N90
M00
程序暂停
N95
M03S1500F50T0101
精车转速1500r/min,进给速度50mm/min
N100
G70P30Q80
外径精车
N105
G00X100.Z50.
快退
N110
M05
主轴停转
N115
M00
程序暂停
N120
T0303M03S600F25
转速600r/min,进给25mm/min,换车槽刀
N125
G00X33.Z-24.15
进刀车槽起点
N130
G01X14.6
车槽
N135
G00X33.
退刀
N140
Z-26.15
进到倒角起点
N145
G01X14.6
车槽
N150
G00X33.
退刀
N155
Z-27.15
N160
G00X33.
N165
X22.Z-23.15
进刀
N170
G01X20.
进到倒角起点
N175
X14.53Z-24.15
倒角
N180
Z-27.15
光走退刀槽
N185
X33.
退刀
N190
G00X100.Z50.
快退
N195
M05
主轴停转
N200
M00
程序暂停
N205
T0202M03S1000
转速1000r/min,换2号60度外螺纹刀
N210
G00X22.Z3.
进到外螺纹复合循环起刀点
N215
G92X19.2Z-26.F2
螺纹车削循环,导程为2mm
N220
X18.4
螺纹车削
N225
X17.8
螺纹车削
N230
X17.4
螺纹车削
N235
X17.3
螺纹车削
N240
X17.3
光走螺纹
N245
X17.3
光走螺纹
N250
G00X100.Z50.
快退
N255
M05
主轴停转
N260
M30
程序停止
件2加工程序:
O0001
主程序名
N5
G98
绝对编程，分进给
N10
T0404S800M3
转速800r/min,换4号内孔镗刀
N15
G00X54.Z5.
快进
N20
G71U1R0.5
内径粗车循环
U:
每次背吃刀量单边1mm,R:
退刀量单边0.5mm
N25
G71P30Q90X-0.5Z0.1F150
内径粗车循环
P55:
精加工第一程序段号,Q90:
精加工最后程序段号,X:
精加工余量双边0.5mm,Z精加工余量0.1mm,F:
粗车进给速度150mm/min
N30
G00X42.Z5
快进到内径粗车循环起刀点
N35
G01Z0.
N40
X40.Z-1.
N45
Z-22.41
N50
X32.Z-45.07
倒角
N55
Z-61.85
N60
X30.Z-62.85
倒角
N65
X22.
N70
X20.Z-63.85
倒角
N75
Z-92.
N80
X18.
N85
G00Z5.
N90
X42.
N30～N90内径循环轮廓程序
N95
M05
主轴停转
N100
M00
程序暂停
N105
S1200M03T0404F80
精车转速1200r/min,进给速度80mm/min
N110
G70P30Q90
内径精刀循环
N115
G00X100.Z50.
快退
N120
M05
主轴停转
N125
M00
程序暂停
N130
M03S1000T0505
转速1000r/min,换5号60度内螺纹刀
N135
G00X18.Z5.
快进
N140
Z-60.
快进到螺纹循环起刀点
N145
G92X17.1Z-93.F2
螺纹车削循环,导程为2mm
N150
X17.9
螺纹车削
N155
X18.7
螺纹车削
N160
X19.5
螺纹车削
N165
X19.7
螺纹车削
N170
X19.8
螺纹车削
N17
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