典型轴零件数控车削加工工艺及编程设计.docx
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典型轴零件数控车削加工工艺及编程设计
摘要I
AbstractII
1绪论1
1.1数控机床的介绍1
1.2数控编程的介绍IV
2工艺方案分析3
2.1零件图3
2.2工艺设计及零件图分析4
2.21、工艺设计4
2.22、零件工艺分析4
2.23确定加工方法5
2.24确定加工方案5
3工件的装夹6
3.1定位基准的选择6
3.2定位基准选择的原则6
3.3确定零件的定位基准6
3.4装夹方式的选择7
3.5数控车床常用装夹方式7
3.6确定合理的装夹方式7
4刀具及切削用量7
4.1选择数控刀具的原则7
4.2选择数控车削用刀具8
4.3设置刀点和换刀点8
4.4确定切削用量9
5此典型轴类零件加工9
5.1轴类零件加工的工艺分析9
5.2典型轴类零件加工工艺14
5.3手工编程17
6结束语24
致谢词30
参考文献31
摘要
本次毕业设计的题目是典型轴类零件数控车削加工工艺及编程，文章的重点在于对典
型轴类零件的工艺性和力学性能分析，对加工工艺规程进行合理分析，对典型轴类零件进
行加工工艺规程的设计，其中包括了轴类零件的数控车削加工，并且介绍了数控车削加工
工艺及数控编程，以此典型轴类零件进行数控车削加工工艺编制和数控编程的设计，经过
实践证明，最终可以加工出合格的典型轴类零件。
文章的主要内容为典型轴类零件的工艺分析，工艺路线的制定，各工序的切削力及切
削工时的计算以及零件的手工程序的编制和各主要工序的程序清单。
关键词：
轴类零件；数控车削；工艺设计
Abstract
ThetopicofthisgraduationdesignisatypicalshaftpartsNCturningmachiningprocessandprogramming,thefocusofthearticleisofatypicalshaftparts,theprocessingandmechanicalpropertiesanalysis,theprocessingproceduresofrationalanalysis,processingproceduresforthedesignofatypicalshaftparts,includingCNCturningofshaftparts,andintroducestheNCturningmachiningprocessandCNCprogramming,thistypicalshaftpartsofNCmachiningprocessplanningandNCprogrammingdesign,throughthepracticeprovedthatcanprocessaqualifiedtypicalshaftparts.
Processanalysisofatypicalshaftpartsofthemaincontentsofthearticle,
formulationprocess,theprocessofcuttingforceandthecuttingmanhour
calculationandpreparationofpartsofthemanualprocedureandthekeyprocessoftheprogramlist.
Keywords:
axialparts;Thenumericalcontrolturning;Processdesign
1绪论
1.1数控机床的介绍
数字控制（NumericalControl,简称NC技术是近代发展起来的一种用数字化信息
进行控制的自动控制技术，在机床领域具体指的是用数字化信号对机床运动及加工过程进
行控制的一种方法。
定义中的“机床”不仅指金属切削机床，还包括其他各类机床，如线
切割机床，三坐标测量机等。
数控系统（NCSystem）是指采用数字控制技术的控制系统。
这种控制系统，能自动
阅读输入载体上预先给定的数字值和指令，并将其译码，处理，从而自动的控制机床进给
运动进行零件加工。
装备了数控系统的机床称为数控机床。
数控机床（NCMachineTools）又称CNCM床，数字化信息实现机床控制的机电一
体化产品。
它能利用数字化信息（指令，代码）对机床的进给运动和加工过程进行控制，
即把刀具和工件之间的相对位置，机床电动机的启动和停止，主轴变速，刀具的选择，工
件的夹紧松开，冷却电动机的开关等各种操作和顺序动作等信息用代码化的数字信息送入
数控装置，经过译码，运算，发出各种指令控制机床伺服系统或其他执行元件，使机床自
动加工出所需要的工件。
与通用机床和专用机床相比，数控机床具有以下主要特点：
加工精度高，质量稳定，现在一般的数控机床的精度都能达到0.001mm
能完成普通机床难以完成的加工或根本不能加工的复杂零件的加工。
生产效率高，数控机床的主轴转速，进给速度和快速定位速度高，通过合理选择切
削参数，可充分发挥刀具的切削性能，减少切削时间，不仅加工过程稳定，而且能保证加
工效果的高精度。
而且不需要在加工过程中进行测量检查，就能连续的完成整个加工过程，
减少辅助动作时间和停机时间
有利于制造技术向综合自动化方向发展。
数控机床是机械加工自动化的基础设备之
一，当今以数控机床为基础建立起来的FMC,FMS,CIM等综合自动化系统使机械制造的集成化，自动化和智能化得以逐步实现。
功能丰富。
CNC系统不仅能控制机床的运动，而且还对机床进行全面的监控，自诊
断报警，通信管理等。
减少人工劳动强度，改善劳动条件，实现一人多机操作
1.2数控编程的介绍
数控机床和普通机床不同，整个加工过程中不需要人的操作，而由程序来进行控制。
在数控机床加工零件时，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；然后然后把全部工艺过程以及其他辅助功能（主轴
的正转与反转、切削液的开关、变速。
换刀等）按运动顺序，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加工过程。
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部过程为零件加工程序的编制。
手工编程是指程序编制的整个步骤几乎全部是由人工完成的。
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，出错机会较少，这时用手工编程即及
时又经济，因而手工编程仍被广泛的应用于形状简单的点位加工及平面轮廓加工中。
但是
工件轮廓复杂，特别是加工非圆弧曲线、曲面等平面，或工件加工程序较长时，使用手工
编程将十分繁琐、费时，而且容易出错，常会出现手工编程工作跟不上数控机床的加工情
况，影响数控机床的开动率。
此时必须用自动编程的方法编制程序。
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。
在具体的编程过程中，除拟定工艺方案仍主要依靠人工进行
外（有些自动编程系统能确定最佳的加工工艺参数），其余的工作，包括数值计算、编写
程序单、制作数控介质、程序检验等各项工作均有计算机自动完成。
编程人员只需要根据
图样的要求，使用数控语言编写出零件加工的源程序，送入计算机，由计算机自动地进行
数值计算、后置处理，编写出零件加工程序单，并在屏幕模拟显示加工过程，及时修改，
将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床，指挥机床工作。
CAM软件是将加工零件以图形的形式输入计算机，有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。
2工艺方案分析
图件零12
二维图CAD
UG三维图
2.2工艺设计及零件图分析
2.21、工艺设计
（1）工艺设计
1）对零件进行工艺分析
2）选择毛坯和机床
3）确定加工方案
4）选择刀具并填写工具单
5）确定零件装夹方式
6）确定粗、精车加工切削用量
7）确定工序内容并填写工序卡
（2）编写加工程序
1）建立工件坐标系
2）基点尺寸计算与确定
3）螺纹尺寸及其精度计算
4）编写加工程序
（3）零件加工与精度检测
1）加工程序输入与仿真
2）零件加工
3）零件精度检测，填写零件加工质量检验单
2.22、零件工艺分析
此零件采用材料为45号钢，要求粗糙等级为1.6和3.2,有①28①、35、①42的外园、退刀槽、螺纹及①20的孔
2.3确定加工方法
加工方法的选择原则是保证加工表面的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
大小和形位公差等要求全面考虑。
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，
考虑该零件为大量加工，故加工设备采用数控车床。
根据加工零件的外形和材料等条件，选用（数控车床型号）数控机床。
2.4确定加工方案
零件上比较精密表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。
对
这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确的确定毛坯到最
终成形的加工方案。
此零件精度要求不是很高采用尽可能少的加工方法，可通过一夹一顶的加工方法。
先加工外轮廓，后加工退刀槽及螺纹和孔
该典型轴加工顺序为：
采用一夹一顶装夹工件，粗、精加工外圆及加工螺纹。
所用工具有外圆粗加工正偏刀
（T01）、外圆精加工正偏刀（T02）、刀宽为2mmi勺切槽刀（T03）。
加工工艺路线为：
粗加工小42mnm勺外圆（留余量：
径向0.5mm轴向0.3mm）-粗加工635mnm勺外圆（留余量：
径向0.5mm轴向0.3mm-粗加工小28mm勺外圆（留余量:
径向0.5mm轴向0.3mm―精加工小28mmi勺外圆—精加工螺纹的外圆（小34.9mm-精加工小35mmi勺外圆―精加工642mmi勺外圆—切槽—加工螺纹—切断。
调头用铜片垫夹（|）42mn#圆，百分表找正后，精加工小20mm勺内孔。
所用刀具有45°端面刀（T01）、内孔精车刀（T02）。
加工工艺路线为：
加工端面-精加工620mm勺内孔。
3工件的装夹
3.1定位基准的选择
在制定零件加工的工艺规程时，正确的选择工件的定位的基准有着十分中的意义。
定
位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件个表面的加工顺序也有很
大的影响。
合理的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。
3.2定位基准选择的原则
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，尽量使用工序基准，定位基准、编程原点三者统一。
2）便于装夹的原则。
所选的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位夹紧简单、易操
作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。
3）便于对刀的原则。
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。
3.3确定零件的定位基准
调头用铜片垫夹小42mm#圆，百分表找正后，精加工小20mm勺内孔。
所用刀具有45°端面刀（T01）、内孔精车刀（T02）。
加工工艺路线为：
加工端面-精加工620mm
的内孔
3.4装夹方式的选择
为了工件不至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，
需将工件压紧压牢，采用一夹一顶的方法。
合理的选择加紧方式十分重要，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。
3.5数控车床常用装夹方式
1）在三爪自定心卡盘上装夹。
三爪自定心卡盘的三个爪是同步运动的，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。
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端用卡盘夹住，另一端用后顶尖
支撑。
这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位基准，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，轴向定位基准。
3.6确定合理的装夹方式
工件加工时采用三爪自定心卡盘夹持毛坯留出加工长度约10mm工件调头时用软爪
或护套夹持工件①42部位以便加工工件左端面孔及倒角。
4刀具及切削用量
4.1选择数控刀具的原则
刀具寿命与切削用量有密切的关系。
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道具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。
复杂
和精度高的刀具寿命应选的比单刃刀具高些。
对于机夹可转位刀具，由于换到时间短，为
了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选的低些，一般取15-30min对于装
刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选的高些，
尤其保证刀具可靠性。
车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工
序的刀具寿命要选的低些，当某工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时，刀具寿命也
应选的低些。
大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命
应按零件精度和表面粗糙度来定。
与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高
的要求，不仅需要刚性好、精度高，而求要求尺寸稳定，耐用度高断和排性能同时要求安
装和调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。
数控机床上所选用的道具常采用适应
高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒质硬质合金）并使用可转位刀片。
4.2选择数控车削用刀具
数控车削刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀三类。
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状和尺寸决定。
数控车削加工中，常
见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹刀等。
在数控加工中，应尽量少用
或不用成型车刀。
尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。
这类车刀的刀尖由直线型主
副切削刃构成，如90度内外圆车刀、左右端面车刀、切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小
的各种外圆和内孔车刀。
尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时
基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面考虑，并应兼
顾刀尖本身的强度。
4.3设置刀点和换刀点
刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢？
所以在程序执行的一开始，必须确
定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对与工件运动的
起点，所以称程序起始点或起刀点。
此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点又称对刀
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。
对刀点可设置在加工
零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在
零件的设计基准或工艺基准上。
实际操作机床时，可以通过手工对刀操作把刀具的刀位点
放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合，所谓“刀位点”是指刀具定位基准点，
车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。
用手动对到操作，对刀精度较低，且效率低。
而有
些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。
加
工过程中需要换刀时，应规定换刀点。
所谓“换刀点”时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他部件为准。
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，并以指令的形式写入程序中。
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。
5此典型轴类零件加工
5.1轴类零件加工的工艺分析
（1）常用的车刀选用
加工外圆及台阶是刀片的形状有刀尖角为80°菱形刀片，55°菱形刀片，圆形刀片，
方形刀片，等边三角形刀片和35°菱形刀片，其标准后角通常有0°、7°、11°、25°、
30°等几种规格。
主偏角主要有45°、50°、60°、75°、85°、90°、93°、95°等
形式。
一般情况下加工台阶轴类零件宜采用装有80°菱形刀片的95°车刀，这种车刀的
特点是前角和副偏角较大，摩擦小，消振散热性好，不易拉毛零件表面，加工外圆或端面
都很好用。
粗加工外圆或端面则可采用装80°菱形刀片的车刀，这时不用80°刀尖而是
用100°刀尖的菱形刀片，这样不但进一步提高刀尖的强度，而且还提高了刀片的利用率
有效提高粗加工时的加工效率。
重切削时应考虑选择圆形刀片，以满足切削要求，提高加工效率。
断屑槽形式选用应结合粗、精加工，切削用量，切削连续性等方面合性选用。
标
准刀杆截面通常为矩形、正方形和圆性三种，从成本和使用方便性上考虑，应优先采用正方形截面刀杆，刀杆的标准长度32?
500mm一般情况下，为提高切削过程的刀具刚度，在能够满足加工需要，又不会与零件其他部位产生干涉的情况下，刀杆长度不宜过长。
刀
杆结构还要根据零件加工时的走刀方向，选择左手刀或右手刀。
选择刀片角度和刀杆结构和连接形式时，要充分考虑零件的结构特点，以避免零件加工时刀具与零件其他部位产生干涉。
刀片主要装夹形式同前所述，采用正方形刀片的刀具具有结构简单，制造工艺好等优点。
80°---840角菱形刀片，刀尖和刀边抗破损的能力最强。
加工内孔时，最常采用装有80°菱形刀片的950车刀或采用装有60°三角形刀片的910车刀。
若加工内孔径比外空径大的台阶孔时宜采用装有55°菱形刀片的1100车刀，
这样在加工大内径台阶孔时，可避免与零件直径小的内孔发生干涉（图3.1）。
为了防止切削拉毛零件加工表面，刀片断屑槽的选择一定要合理，要求选用槽性较窄有多级断屑槽或点式断屑槽等断屑性能好的刀片。
选择刀片角度和刀杆结构和连接形式时，要充分考虑零件内孔的结构特点，避免零件加工时刀具与零件发生干涉。
一般情况下，只要不影响排屑，应尽量选择刚性较好的车刀，由于圆形刀杆比方形刀杆截面积大些，刀具刚性好，并且刀尖还能与刀杆轴线在同一平面内，所以应优先选择圆形刀杆加工内孔。
对于一些精度要求高，变形要求小的零件加工，应考虑选用带冷却孔的刀杆，以降低加工过程中的切削热，减少零件变形。
标准切槽刀一般分为双刃单面结构、按工艺方法不同主要分为径向、轴向、切断三
种类型。
通常情况下，切槽刀大多为成形刀，刀头形状根据零件上槽的形状可分为直切槽
刀和圆弧切槽刀也可根据零件需要定做特殊槽型和复合刀具。
在使用切槽刀车削内槽时，
为使排屑方便，防止切屑拉毛零件，应充分考虑断屑槽的形状。
切槽刀的刀杆结构形式较
多，刀片夹紧形式主要有两种，即自夹式夹紧和螺钉上压式压紧结构。
采用螺钉上压式方
式用与大直径零件的切断。
刀片深槽，采用螺钉上压式用于小直径零件的切断。
刀片主要
形式有单头刀片和双头可转位刀片，刀杆形式要避免与零件发生干涉，降低振动的前提下，
要满足加工质量，确保刚性，降低车削振动、经济实惠。
的原则合理选用。
车螺纹刀片按切削形式可以分为切顶槽型螺纹刀片和非切顶槽螺纹刀片；按螺纹标
准分为米制和英制两种形式，按加工特点可分为内、外螺纹刀片、按螺纹线方向分为正、
反螺纹。
刀片结构主要分为两刃单面和三刃单面两种形式。
通常情况下应尽量选用可重磨
底面带有120V形定位面的切顶型开刃单面式刀片，为减少切削刀和振动力，刀片应选择
正面前角结构，刀片的其他角度要结合上述不同情况区别选用。
螺纹刀杆分方形和圆形截
面两种类型，前者价格较低，后者刚性和加工精度较好，刀片与刀杆连接时需要增加力垫，
刀杆按照螺纹旋线方向为标准型反向型，一定要根据零件螺纹旋线方向合理选用。
除以上刀具外，在一些特殊的形状车削时，还引用到成型车刀。
（2）毛坯选择
常见的毛坯种类：
（1）铸件
铸件适用于形状较复杂的零件毛坯。
其铸造方法有砂型铸造、精密铸造、金属型铸造、
压力铸造等。
（2）锻件
锻件适用于强度要求高、形状比较简单的零件毛坯。
其锻造方法有自由锻和模锻两种。
（3）型材
型材有热轧和冷拉两种。
热轧适用于尺寸较大、精度较低的毛坯；冷拉适用于尺寸较
小、精度较高的毛坯。
（4）焊接件
焊接件是根据需要将型材或钢板等焊接而成的毛坯件。
（5）冷冲压件
冷冲压件毛坯可以非常接近成品要求，在小型机械、仪表、轻工电子产品方面应用广
泛。
毛坯选择时应考虑的因素：
（6）零件的材料及机械性能要求
零件材料的工艺特性和力学性能大致决定了毛坯的种类。
（7）零件的结构形状与外形尺寸
（8）生产纲领的大小
（9）现有生产条件
（10）充分利用新工艺、新材料
为节约材料和能源，提高机械加工生产率，应充分考虑精密铸造、精锻、冷轧、冷挤
压、粉末冶金、异型钢材及工程塑料等在机械中的应用。
综合考虑，根据以上因素及零件的技术要求，确定该零件的毛坯为棒料，材料为45
钢。
（3）定位基准的选择
轴类零件外圆表面、内孔、螺纹等表面的同轴度，以及端面对轴中心线的垂直度是
其相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计的设计基准一般都是轴中心线。
用两中心
孔定位符合基准重合原则，并且能够最大限度的在一次装夹中加工出多个外圆表面和端
面，因此常用中心孔作为轴加工的定位基准。
当不能采用中心孔时或粗加工是为了工作装夹刚性，可采用轴的外圆表面作定位基
准，或是以外圆表面和中心孔共同作为定位基准，能承受较大的切削力，但重复定位精度
并不太高。
数控车削时，为了能用同一程序重复加工和工件调头加工轴向尺寸的精确性，或为
了端面余量均匀，工件轴向需要定位。
采用中心孔定位时，中心孔尺寸及两端中心孔间的
距离要保持一致。
以外圆定位时，则应采用三爪自定心卡盘反爪装夹或采用限未支承，以
工件端面或台阶面或台阶面儿作为轴向定位基准。
（4）轴类零件预备加工
车削之前常需要根据情况安排预备加工，内容通常有：
直—毛坯出厂时或在运输、保
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