数控编程工艺分析论文.docx
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数控编程工艺分析论文
毕业论文（设计与制造）
题目：
零件加工工艺分析与编程
学生姓名：
王成学号
班级：
08数控
专业：
数控技术与应用
分院：
湖州市技师学院分院
指导教师：
王伟
2010年10月19日
摘要
在数控车削中，程序贯穿整个零件的加工过程。
由于每个人的加工方法不同，编制加工程序也各不相同，但最终的目的是为了提高数控车床的生产效率，因此对于选择最合理的加工路线显得尤为重要。
本文将从确定走刀路线、选择合适的G指令等细节出发,分析在数控车削中程序的编制方法。
关键词：
编制程序 走刀路线 G指令车削过程
一、确定加工零件
本论文所加工的零件——典型轴类零件则属于阶梯轴。
二零件的加工所用机床型号
CNC6140D：
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。
本零件将采用FANUC系统进行加工：
主要特点
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。
三零件加工的工艺及路线
◆对于本文所加工的典型轴类零件，将采用“粗车—精车”的车削方式，即分别对本零件的两个端面、外圆、螺纹、外圆锥度、切槽、圆弧、镗孔七个步骤进行粗加工和精加工。
3.1镗孔工艺：
根据工件的加工要求，可选择三种镗削方案。
◆在一根镗杆上安排粗、精切镗刀来分担余量的切除，镗孔后再倒角。
为了不影响生产节拍，两把粗、精切镗刀需同时工作。
由于是在镗杆上钻孔及攻丝，进一步削弱了镗杆的刚性及强度。
而镗削余量的不均匀分布使得切削力很大，两把镗刀同时工作使机床功率不足，因此不可避免地要引起切削振动，无法满足工件加工精度和表面粗糙度要求。
◆在同一根镗杆上安排粗、精切镗刀来分担余量的去除：
其中任何两把刀都不得同时工作。
采用该方案虽然可降低切削力，但镗杆长度增加了两倍，造成镗杆刚性不足；同时单件加工工时也增加了一倍，保证不了生产节拍。
◆安排两台机床，即增加一台半精镗床来分担余量的精加工。
该方案虽可解决问题，但工件加工成本太高。
◆对于本零件中的孔，将采用镗刀对其进行加工，并安排粗、精镗来分担余量的切除，镗孔后再倒角。
3．2螺纹加工工艺
3．2．1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：
◆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。
◆螺纹加工进刀量
螺纹加进刀量可以参考螺纹底径，即螺纹刀最终进刀位置。
螺纹小径为：
大径－２倍牙高；牙高=0.54P（P为螺距）
螺纹加工的进刀量应不断减少，具体进刀量根据刀具及工作材料进行选择。
3.2.2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G82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，由于两侧刃同时工作，切削力较大，而且排削困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损。
在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，从而造成螺纹中径产生误差；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。
由于其刀具移动切削均靠编程来完成，所以加工程序较长；由于刀刃容易磨损，因此加工中要做到勤测量。
◆G76斜进式切削方法，由于为单侧刃加工，加工刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，而造成牙形精度较差。
但由于其为单侧刃工作，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。
在加工较高精度螺纹时，可采用两刀加工完成，既先用G76加工方法进行粗车，然后用G32加工方法精车。
但要注意刀具起始点要准确，不然容易乱扣，造成零件报废。
◆G82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。
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。
本零件中螺纹的切削加工就采用G82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。
3.3切削用量的确定
3.3.1背吃刀量ap的确定
在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。
当零件精度要求较高时，则应考虑留出精车余量，其所留的精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取0.1～0.5㎜。
本零件属于典型轴类零件，其中包含了螺纹、圆锥、切槽、圆弧、镗孔等工艺内容，其背吃刀量分别为：
粗加工表面为1.5、精加工表面为0.1，加工圆锥、切槽及圆弧的背吃刀量与加工表面时一样，粗镗孔为1.25、精镗孔为0.25,螺纹则为：
粗车1.25、精车0.1。
3.3.2进给量f（有些数控机床用进给速度Vf）
进给量f的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。
在保证工件加工质量的前提下，可以选择较高的进给速度（2000㎜/min以下）。
在切断、车削深孔或精车时，应选择较低的进给速度。
当刀具空行程特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。
粗车时，一般取f=0.3～0.8㎜/r，精车时常取f=0.1～0.3㎜/r，切断时f=0.05～0.2㎜/r。
本论文中加工该典型轴类零件采用的进给量为：
粗加工表面（圆锥、圆弧、切槽等）为0.14、精加工表面为0.04，粗镗孔为0.09、精镗孔为0.04，螺纹粗车为0.08、螺纹精车为0.03。
3.4主轴转速的确定
（1）光车外圆时主轴转速
光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。
加工本零件时的主轴转速为：
粗加工时500、精加工时800。
（2）车螺纹时主轴的转速
在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程）大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。
大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速n（r/min）为：
n≤（1200/P）－k （5-1）
式中 P——被加工螺纹螺距，㎜；
k——保险系数，一般取为80。
加工该典型轴类零件时的主轴转速为：
粗车时500、精车时800。
3.5编制加工工序卡
数控加工工序卡1
零件名称
典型轴类
零件图号
图1
夹具名称
卡盘
设备名称及型号
数控车床CNC6140D
材料名称及牌号
45号钢
硬度
HRC68
工序名称
加工螺纹
工序号
1
工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
n
f
ap
编号
名称
名称
1
粗车端面
500
0．14
1．5
1
T0101
游标卡尺
2
精车端面
800
0．04
0．1
1
T0101
千分尺
3
粗车外圆
500
0．14
1．5
1
T0101
游标卡尺
4
精车外圆
800
0．04
0．1
1
T0101
千分尺
5
倒角
500
0．14
1．5
1
T0101
6
粗车螺纹
500
0．08
1．25
2
T0202
游标卡尺
7
精车螺纹
800
0．03
0．1
2
T0202
千分尺
数控加工工序卡2
零件名称
典型轴类
零件图号
图2
夹具名称
卡盘
设备名称及型号
数控车床CNC6140D
材料名称及牌号
45号钢
硬度
HRC68
工序名称
加工圆锥
工序号
2
工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
n
f
ap
编号
名称
名称
1
粗车外圆
500
0．14
1．5
T0101
外圆车刀
游标卡尺
2
精车外圆
800
0．04
0．1
T0101
外圆车刀
千分尺
3
倒角
500
0．14
1．5
T0101
外圆车刀
4
粗车圆锥
500
0．14
1．5
T0101
外圆车刀
游标卡尺
5
精车圆锥
800
0．04
0．1
T0101
外圆车刀
千分尺
数控加工工序卡3
零件名称
典型轴类
零件图号
图3
夹具名称
卡盘
设备名称及型号
数控车床CNC6140D
材料名称及牌号
45号钢
硬度
HRC68
工序名称
切槽
工序号
3
工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
n
f
ap
编号
名称
名称
1
车槽（粗车）
500
0．14
1．5
T0303
切槽刀
游标卡尺
2
车槽（精车）
800
0．04
0．01
T0303
切槽刀
千分尺
数控加工工序卡4
零件名称
典型轴类
零件图号
图4
夹具名称
卡盘
设备名称及型号
数控车床CNC6140D
材料名称及牌号
45号钢
硬度
HRC68
工序名称
车圆弧
工序号
4
工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
n
f
ap
编号
名称
名称
1
粗车端面
500
0．14
1．5
T0101
外圆车刀
游标卡尺
2
精车端面
800
0．04
0．01
T0101
外圆车刀
千分尺
3
粗车外圆
500
0．14
1．5
T0101
外圆车刀
游标卡尺
4
精车外圆
800
0．04
0．01
T0101
外圆车刀
千分尺
5
粗车圆弧
500
0．14
1．5
T0404
尖刀
游标卡尺
6
精车圆弧
800
0．04
0．01
T0404
尖刀
千分尺
数控加工工序卡5
零件名称
典型轴类
零件图号
图5
夹具名称
卡盘
设备名称及型号
数控车床CNC6140D
材料名称及牌号
45号钢
硬度
HRC68
工序名称
镗孔
工序号
5
工步号
工步内容
切削用量
刀具
量具
n
f
ap
编号
名称
名称
1
镗孔（粗车）
500
0．09
1．25
T0105
镗刀
游标卡尺
2
镗孔（精车）
800
0．04
0．25
T0105
镗刀
千分尺
四．加工路线图
4．1刀具加工进给路线的确定：
（1）合理安排“回零”路线在手工编制较复杂轮廓的加工程序时，为使其计算过程尽量简化，既不易出错，又便于校核，编程者有时将每一刀加工完后的刀具终点通过执行“回零”（即返回对刀点）指令，使其全都返回到对刀点位置，然后再进行后续程序。
这样会增加走刀路线的距离，从而大大降低生产效率。
因此，在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短，或者为零，即可满足走刀路线为最短的要求。
（2）切削进给路线短，可有效地提高生产效率，降低刀具损耗等。
在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求，不要顾此失彼
（3）图3-1为粗车工件时几种不同切削进给路线的安排示例。
其中，图3-1（a）表示利用数控系统具有的封闭式复合循环功能而控制车刀“沿着工件轮廓”进行走刀的路线；图3-1（b）为利用其程序循环功能安排的“三角形”走刀路线；图3-1（c）为利用其矩形循环功能而安排的“矩形”走刀路线。
（a）沿工件轮廓走刀 （b）“三角形”走刀（c）“矩形”走刀
图3-1 走刀路线示例
本文零件的加工刀具进给路线为“沿工件轮廓走刀”，因为本零件属于典型轴类零件，结合了螺纹、圆锥、槽、圆弧和孔五个工艺，如果采用“矩形”走刀或“三角形”走刀，不论是走刀路线或是工艺编程将会非常麻烦，而采用“沿工件轮廓走刀”就会避免这样的问题，使整个加工过程变得简单易操作。
4．2绘制刀具加工路线图
刀具加工路线图
五．数控刀具表/数控编程
5.1本零件加工所用刀具：
外圆车刀（T0101）、切槽刀（T0202）、尖刀（T0303）、螺纹刀（T0404）、镗刀（T0105）车刀按用途分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断刀、切槽刀等多种形式。
外圆车刀用于加工外圆柱面和外圆锥面，它分为直头和弯头两种。
弯头车刀通用性较好，可以车削外圆、端面和倒棱。
外圆车刀又可分为粗车刀、精车刀和宽刃光刀，精车刀刀尖圆弧半径较大，可获得较小的残留面积，以减小表面粗糙度；宽刃光刀用于低速精车；当外圆车刀的主偏角为90度时，可用于车削阶梯轴、凸肩。
端面及刚度较低的细长轴。
外圆车刀按进给方向又分为左偏刀和右偏刀。
车刀在结构上可分为整体车刀、焊接车刀和机械夹固式车刀。
整体车刀主要是整体高速钢车刀，截面为正方形或矩形，使用时可根据不同用途进行刃磨；整体车刀耗用刀具材料较多，一般只用作切槽。
切断刀使用。
焊接车刀是将硬质合金刀片用焊接的方法固定在普通碳钢刀体上。
它的优点是结构简单、紧凑、刚性好、使用灵活、制造方便，缺点是由于焊接产生的应力会降低硬质合金刀片的使用性能，有的甚至会产生裂纹。
机械夹固车刀简称机夹车刀，根据使用情况不同又分为机夹重磨车刀和机夹可转位车刀。
序号
名称
刀具号
1
外圆车刀
T0101
2
螺纹刀
T0202
3
切槽刀
T0303
4
尖刀
T0404
5
镗刀
T0105
5.2零件加工程
O2010；
N001G00G97S500T0101
N002M03
N003M08
N004G00x58z2
N005G01z-2F50
N006x25
N007x5
N008x0
N009G00x100z100
N010G00x58z0
N011G71U1R1P016Q024x0.5z0.1F100
N012G00x100z100
N013M05
N014M00
N015G00G97S800T0101
N016G00x58z0
N017G01x26F80
N018z-2
N019G01x30W-2F70
N020G01z-35F100
N021x50F70
N022x52z-36F70
N023z-53F100
N024x41.75z-84F70
N025G00x100
N026z100
N027M05
N028M00
N029G00G97S600T0202
N030M03
N031M08
N032G00z0
N033x29.8
N034G01z-27F70
N035x32F120
N036z0
N037G82x29.2z-27F2
N038G82x28.8z-27F2
N039G82x28.4z-27F2
N040G82x28.2z-27F2
N041G82x28.0z-27F2
N042G82x28.0z-27F2
N043G00x100z100
N043M05
N044M00
N045G00G97S600T0303
N046M03
N047M08
N048G00x53z-33
N049G01x52F100
N050z-61
N051x39F70
N052x52F120
N053z-65
N054x39F70
N055x52F120
N056z-69
N057x39F70
N058x52F120
N059G00x100
N060z100
N061M05
N062M00
N063G00G97S600T0101
N064M03
N065M08
N066G00x57z2
N067G01z-3F120
N068x20F100
N069x5F70
N070x0F50
N071G00x100z100
N072M05
N073M00
N074G00G97S600T0404
N075M03
N076M08
N077G00x57z2
N078G71U1R1P084Q089x0.5z0.1F100
N079M05
N080M00
N081G00G97S600T0404
N082M03
N083M08
N084G00x57z2
N085G01x37.47z2F120
N086G03x35.08z-31.38R24F100
N087G02x36.46z-44.33R9F100
N088G03x35z-57R8F100
N089G01x35z-65F120
N090x42F100
N091G00x100
N092z100
N093M05
N094M00
N095G00G97S600T0105
N096M03
N097M08
N098G00x26z2
N099G71U1R1P103Q108x0.5z0.1F80
N100G00z100
N101x100
N102M05
N103M00
N104G00x30z3
N105G01z0
N106x28z-1
N107z-26
N108G01x26
N109z3
N110G00x100z100
N111M05
N
参考文献
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机械工业出版社.2001
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哈尔滨工业大学出版社.2002
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机械工业出版社.2004.
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国防工业出版社.1999.
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