数控车床的应用针对轴类零件的加工及工艺大学论文.docx
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数控车床的应用针对轴类零件的加工及工艺大学论文
数控车床的应用
针对轴类零件的加工及工艺
【摘要】
未来10年将是中国机械行业发展的最佳时机。
美德两个国家的机械行业发展至少已经有了18年的历史，我们估计中国的重化工业的发展将至少要持续10年，也就是要到2015年。
所以，在接下来的十年中，我国的企业规模，产品技术，质量等会随着重化工业的发展而发生明显的改变，机械行业对世界上的很多国家的竞争将会很激烈，并且会逐步从进口转变为出口。
目前为止，机械行业中包括的一些行业如船舶，铁路，集装箱及集装箱起重机制造业等随着国际产业的转移而将持续获得很大的利益；电站设备，工程机械将受到产业转移的影响并且加快我国产品的出口。
关键词：
数控编程工艺
目录
引言1
一、数控车床的产生和发展2
二、数控机床的组2
（一）控制介质3
（二）数控装置3
（三）伺服系统3
（四）反馈装置4
三、数控机床的分类5
（一）按加工工艺分类5
（二）按伺服控制方式分类5
（三）数控机床加工的特点6
四、数控车削加工工艺7
（一）数控加工过程7
（二）数控车削的主要加工对象7
（三）数控加工工艺的基本特点8
（四）数控加工工艺的主要内容8
（五）按所用刀具划分工序9
（六）加工方法的选择与加工方案的确定9
（七）工序与工步的划分10
（八）零件的安装与夹具的选择11
五、数控加工的注意事项16
（一）操作安全注意事项16
（二）数控车床的维护与保养17
总结19
谢辞20
引言
大学时光就这样没了，而我步入社会也有好几个月了。
在学校学习的那么多知识现在都和我工作紧密相连着。
通过工作把学校学的理论和实际相结合，让我对专业知识有了更深入的了解。
在学校，我各门专业课都学习到了许多知识，并且在出来实习的这段时间里更加融会贯通了，学校学习的专业课程有很多，学到的知识也是很多的而通过写毕业论文能很好的将这些软件、专业知识和实际工作结合运用起来，这不仅让我们复习了所学的专业知识，并且在和工作中的实践结合，让我们能更熟练地运用所学知识，并发挥其所用。
数控加工是一种科学的自动化加工的技术，其综合了机械制造、监控、测量、电动机、计算机、自动控制、电气传动等内容。
数控机床与其他加工设备相比有许多独特的
优点，是数控加工的执行单元，而且发展速度很快。
一、数控车床的产生和发展
数字控制车床（数控车床）是采用数字编码的形式，操控车床上的刀具按程序员的编程，运动轨迹和速度进行自动加工的机床叫做数控机床
在二十世纪50年代，帕森公司接受美国空军委托开发加工设备飞机桨叶剖面模型。
提出了计算机控制车床的想法，在1949年，在得到马萨诸塞州科学技术研究院公司（MIT）伺服机构实验室的帮助下，开始了数控机床的研究，并在1952试制成功世界第一的大型立式仿形铣床三坐标数控铣床的改装，并很快开始正式生产，正式投入使用在1957年。
1959年，第二代数控机床产生了，它是使用印刷电路板和晶体管元件的数控装置，它成本低廉，占地面积小。
在六十年代，数控车床在机械制造部门逐步推广。
1960年末，出现了多台车床被计算机直接控制的数字控制系统（简称DNC），也被称为电梯群控制系统；由小型计算机控制（CNC）的计算机数控系统的数控装置为小型计算机特色的第四代，1974年，使用半导体微机和微处理器的数控装置存储器（简称MNC）被开发成功。
二、数控车床的组成
数控车床是囊括车床自动化设备，计算机，电机和驱动器于一体的机器。
数控机床的基本组成包括控制介质、数控装置，伺服系统和反馈装置，如图2-1所示
图2-1
（一）控制介质
数控机床是不需要人们像干普通车床一样全程都要用手去控制操作的，但要操作它就必须在每个车床之间建立连接，这个连接就是控制介质。
用普车加工工件的时候需要操作员按照图纸上给的标识尺寸和要求来加工。
在数控机床中数控车床完成的运动和刀具相对工件的位置等是控制介质信息载体的存储需要。
数控机床常用的控制介质有穿孔卡片、磁带、穿孔纸带、磁盘等其他还取决于数控装置的型号。
早期，它使用标准信息代码ISO、EIA两种代码和穿孔纸带8孔。
（二）数控装置
数控机床的核心是数控装置。
它是通过数控装置的逻辑电路或者系统自备软件进行译码、运算和逻辑处理然后相应的脉冲给伺服系统从而让加工信息的数控程序被机床接受。
它是通过程序设定来使伺服系统控制的部分运动的，一般由控制器、计算机、各种接口电路、显示器、输入输出装置和其他硬件软件的组件。
作为数控机床的指挥系统，数控装置可以完成输入，存储，转换，插补运算，实现各种控制功能。
它具备的主要功能如下：
1．多根轴相互联动控制。
2．直线、圆弧、抛物线等多种函数的插补。
3．输入、编辑和修改数控程序功能。
4．数控加工信息的转换功能：
ISO/EIA代码转化，米英制转换，坐标转换，绝对值和相对值的转换，计数制转换等。
5．刀具半径、长度补偿，传动间隙补偿，螺距误差补偿等补偿功能。
6．实现固定循环、重复加工、镜像加工等多种加工方式选择。
7．在CRT上显示字符、轨迹、图形和动态演示等功能。
（三）伺服系统
数控的伺服系统由数控机床的机械传动和机械部分组成，执行元件、方向和位移是按照控制装置发送的数值指令的速度和进给速度位移来控制的。
在进给运动的执行部件上经常会出现伺服系统。
伺服系统是由数控装置的脉冲信号转换为机床的运动部件的运动，简单地说它是依靠手动操作来精确定位的或是按照正确的走刀轨迹与图纸上要求按照标识的尺寸来完成最后的加工。
伺服电机和伺服驱动装置是使伺服系统驱动的必要条件，它们缺一不可，它们是执行部分也是驱动机床执行机构运动的关键。
（四）反馈装置
反馈装置是闭环（半闭环）数控机床的检测环节，它也属于伺服系统的一部分，由检测元件和相应的电路组成，它存在的作用是检验出数控机床坐标轴的实际运动速度和位移然后反馈到数控装置或伺服驱动中去，形成一个闭环控制系统。
信号的安装和反馈数控系统的结构形式决定了它的信号的安装和反馈。
开环系统是指在位置检测装置中缺少了测量反馈装置。
由于先进的伺服系统采用数字伺服驱动技术（称为数字伺服），伺服驱动和数控装置一般用总线连接。
大多数情况下，反馈信号与伺服驱动器连接，由总线传输到数控装置，由模拟伺服驱动控制反馈装置和控制装置的直接连接的情况只在少数。
伺服电机内部安装的脉冲编码器、旋转变压器、传感器、变速机、光栅、磁尺等是数控机床常用的检测设备。
三、数控机床的分类
（一）按加工工艺分类
1.金属切削类
指采用车、铣、镗、铰、钻、磨等各种切削工艺的数控机床。
它主要分为普通型数控机床（数控车床。
数控铣床、数控磨床等）和加工中心（镗、铣类加工中心、车削中心、钻削中心等）。
2.金属成形类
指采用挤、冲、压、拉等成形工艺的数控机床，常采用的有数控压力机、数控折弯机、数控弯管机等。
3.特种加工类
主要有数控电火花线切割机、数控电火花成形机、数控火焰切割机、数控激光加工机等测量、绘图类。
（二）按伺服控制方式分类
1.开环控制数控机床
这类机床不带位置检测反馈装置，通常采用步进电机作为驱动器，数控系统运行数据输入后，发出指令脉冲，步进电机转过一个步距角，再通过机械传动机构转换为工作台的直线运动，运动部件的运动速度和位移由输入脉冲的频率和脉冲数决定。
2．半闭环控制数控机床
在电机端安装螺钉检测元件（如感应同步器或光电编码器），通过检测角度间接检测移动部件的位移，然后反馈到数控系统。
因为大多数的机械传动链是不包括在系统的闭环回路里的，为了获得稳定的控制特性要控制精度不为闭环控制数控机床改变为好，但因为它调试比较方便，所以被广泛使用。
3．闭环控制数控机床
这类数控机床的位置检测反馈装置、位置检测反馈装置采用直线位移检测元件，直接安装在机床的移动部件上，将测量结果直接反馈给数控装置通过反馈可以消除电机对整个机械传动链的传动误差的机床运动部件。
（三）数控机床加工的特点
1．适应性强
加工时，数控机床上的有了一个新的工件，对它重新进行编程是必要的，并实现新的工件的数控加工，只需要简单的夹具，不需要制作太多的夹具，更不需要反复调整机器，因此，特别适用于单件小批量生产的工件。
对于加工普通机床的一些精密复杂零件非常困难，数控机床也能实现自动加工。
2．加工精度高
数控机床是按照数字指令加工的，数控机床的脉冲当量普遍达到0.001mm，进给传动链间隙和螺距误差可由数控装置进行补偿。
因此，数控机床可以达到很高的加工精度。
中小型数控机床，定位精度一般为0.03mm，重复定位精度能达到0.0lmm。
此外，数控机床的传动系统与机床结构具有很高的刚度和热稳定性，是制造精度高的数控自动加工模式。
它避免了人为因素的干扰，加工一批零件的尺寸一致性好、产品合格率高、加工质量非常稳定。
3．生产效率高
工件加工所需的时间包括机动时间和辅助时间，数控机床可有效地减少这两部分的时间。
数控机床的主油速度和进给量的调整范围比普通机床设备的范围大，所以数控机床的每一个过程可以选择最有利的切削，有快速停止、加速和减速的措施，可以提高移动速度，确保定位精度，有效降低运动时间。
数控设备是不需要调整机床和工件加工质量的变化，稳定加工一批零件，而不需要停止检查，辅助时间大大缩短。
特别是对于有自动换刀的加工中心来说它可以在同一台机床上实现加工并且生产效率更为明显。
4．劳动强度低
数控的前期准备工作是按照重复的手工操作实现自动化和连续工作的。
除了中间测量、输入加工程序、操作键盘操作、装卸工件、关键过程查看和设备运行不需要工人劳动，其他都不需要工人的劳动力。
5．良好的经济效益
由于数控加工工件时可以省下大部分的时间也不需要设计和制造夹具再加上它的加工精度相比于普通车床较高、报废率较低，所以与它本身设备的价格和成本相比较，数控设备还是能创造很好的经济效益的。
所以现在数控车床很普及。
6．有利于生产管理的现代化
使用数控机床可以让工人很准确的计算出加工一个工件所需要的时间有利于工人们合理的安排时间提高生产效率。
数控机床是采用数字信息和标准的编码来处理的，这样可以为工人掌握加工的效率创造了条件，实现生产过程的自动化。
四、数控车削加工工艺
（一）数控加工过程
数控加工与普通机床机械加工有较大的不同。
在数控加工中，通用机床的加工操作需要分类、连续的步骤、步行路径、位移和切削参数，根据数字形式编制加工程序，根据存储在数控系统中的存储设备或磁盘的规定处理程序让媒介实现人与机器之间的链接，用加工程序来控制机床的运动和自动加工我们需要的零件的形状。
（二）数控车削的主要加工对象
1.轮廓形状特别复杂的回转体零件加工
数控装置的直线和圆弧插补是数控装置的一部分，也有一些非圆曲线插补功能，所以把任意平面曲线的回转体零件包括通过拟合计算的后处理它们不能由部分曲线方程描述。
2.高精度零件的加工
零件的精度主要是指尺寸，形状，位置、表面精度和表面粗糙度。
3.特殊的螺旋零件
它是指大螺距（或导程）、变（增加或减少）螺距、等螺距或圆柱和圆锥螺旋面平滑过度的螺纹部分、精度高模数螺旋零件（如圆柱，圆弧蜗杆）和端面螺旋部分。
4.淬硬工件的加工
在加工大型模具时，有许多大型和复杂零件的形状。
这些零件热处理变形后磨削加工难度大，在数控车床中可以硬化部分陶瓷刀具车削车削代替磨削加工提高加工效率。
5.高效率加工
为了进一步提高车削加工效率，通过增加车床的控制坐标轴，就能在一台数控车床上同时加工出两个多工序的相同或不同的零件。
（三）数控加工工艺的基本特点
1.无论手动或自动编程，在编程过程中的分析部分都需要制定处理计划、选择合适的刀具、确定切削用量。
在编程中，对一些工艺问题（如对刀点，加工路线等）也需要做一些处理。
所以过程分析是一项非常重要的工作程序。
2.在加工普通机床配件时，都需要每个操作的操作程序规定的工艺规程或工艺卡片和操作员按程序部分根据工艺卡来操作并且在数控机床上加工，要把加工的全部过程、工艺参数和位移数据编制成程序，并以数字信息的形式记录在控制介质（如穿孔纸带，磁盘等）。
这表明，数控机床与普通机床的加工工艺原理基本相同，但数控的数值控制整个过程是自动的，所以它有它的特点。
1）这个过程的内容是复杂的。
这是由于它的价格昂贵，比起普通机床，数控机床在加工过程中，如果只加工简单的工件那在经济上是不值得的，所以用数控机床通常是加工更复杂的过程，即使在普通机床上也能完成的工艺。
2）数控机床对于工作节奏安排更详细。
这是因为在普通机床加工中不需要考虑工作过程中的步骤安排、对刀点、换点和切削加工路线。
（四）数控加工工艺的主要内容
选择适合在数控机床上加工的零件和确定工序内容零件的图行和尺寸如图9-1所示
图9-1零件图
工序内容包括：
车端面、外圆、锥面、切槽、螺纹、检验。
1.零件图纸的数控工艺分析
该零件时轴类零件，表面由圆柱，弧度，槽，和螺纹组成。
有较高的表面精度要求和表面粗糙度要求，粗糙度选为Ra1.6。
尺寸精度该轴类零件中，精度要求较高的尺寸要求为外圆直径：
48、45、35、30。
槽宽为7mm。
1.5的螺距的螺纹。
1：
3的精度的锥度。
该图纸中有一个深为8.直径为20的孔。
2.制定数控工艺路线
工序划分、加工顺序的安排、基准选择、与非数控加工工艺的衔接。
（五）按所用刀具划分工序
工序一：
下料选择加工零件的毛坯尺寸为53X100。
工序二：
热处理对零件进行调制处理使零件的硬度达到HRB140~160。
工序三：
数控车床车削，以工件右端毛坯面作为装夹基准装卡工件，手动车外圆与端面进行对刀，先加工左端后掉头加工右端。
工序四：
工件掉头装卡后校正，手动车削对刀。
工序五:
粗精车右端外圆轮廓，粗精车左端外圆轮廓。
工序六：
工件去毛刺，检验。
数控加工零件的合理选择
程序编制前对零件进行工艺分析时，要有机床说明书、编程手册、切削用量表等资料，才可以进行加工问题的研究。
数控机床通常适合加工具有以下特点的零件:
1.品种多样化、小批量生产或试制中的零件;
2.外表形状复杂，有高要求加工精度的零件;
3.用普车加工时，需要有工具、夹具、和磨具的零件；
4.需要多次改型的零件；
5.需要最短周期的急零件；
（六）加工方法的选择与加工方案的确定
1.加工方法的选择
加工方法的选择原则是要求保证表面加工精度和表面粗糙度等。
由于该方法要获得相同等级的精度和表面粗糙度，所以通常有很多的加工方法，因此实际的选择应与形结合考虑。
2.加工方案确定的原则
表面精加工的零件通常是由粗加工、半精、精加工慢慢达到要求的，但这些基于对表面质量的最终处理方法是不够的，还应该从毛坯到最终形成的工件是否正确来决定。
（七）工序与工步的划分
1.工序的划分
用数控车床加工零件可以更集中，在第一次装夹中尽可能完成大部分或全部的过程。
要根据图纸，在数控机床中完成加工工作。
整个第一部分要考虑处理的部分，如果不能决定数控机床的加工部分，就得按工序划分确认哪些部分该在其他机床上完成。
工序划分一般可以按下列步骤进行这个过程大致可以分为以下几个步骤：
（1）刀具集中分序法
用所用的刀具将工作程序划分并并用同一把刀完成所有能在其他机床完成的部分。
再用其他刀具完成其他部分。
这可以减少刀具的换来换去所浪费的时间还可以减少不必要的错误。
（2）以加工部位分序法
处理复杂的零件时，可以把零件分成多个部分进行加工一般可按其结构特点分成内形，外形，曲面或平面等几个部分来加工。
加工时一般都先加工平面然后是定位面最后加工孔；先加工简单的部分再加工有难度的部分；先加工精度低的再加工精度高的。
（3）以粗、精加工分序法
对于加工时会出现变形的零件，由于变形后的粗加工和形状校对的需要，所以一般来说，粗，精加工的过程必须分开。
2.工步的划分
工作步骤的划分主要来自两个方面，加工的精度和效率。
在一个过程中，不同的刀具常常用来处理不同的表面，这样可以便于分析复杂的过程以及在这个过程中需要的步骤。
下面是以一个加工中心为例来说明工作步骤的划分原则：
（1）同样的一个工件的粗加工，半精加工的表面，需要按次序完成，所有的加工表面按先粗加工后精加工来分开。
（2）对于铣镗加工零件的，先铣面后在镗孔。
用这种方法，可以对孔的精度提高。
因为工件受到大切削力时，工件很容易变形。
先铣后镗可以避免变形对工件精度的影响。
（3）将刀具的工作步骤分开。
一些机床旋转时间比刀具更换时间短，对刀具划分可以减少刀具的数量转换并且提高加工效率。
（八）零件的安装与夹具的选择
1.定位安装的基本原则
1）要做到设计的基准，工艺的基准与设计的基准统一。
2）尽量避免刀具装夹次数太多，最好可以用一次定位装夹做出所有等待加工的表面。
3）避免使用手动调整处理方案，这样可以充分发挥其对小型加工中心的有效性。
2.刀具的选择原则
（1）选择大的刀杆截面，使刀具的强度和刚度增加从而减少刀具的振动；
（2）选择较大的角度（75度以上，接近90度）；负刃倾角刀具使用于粗加工，正刃倾角刀具使用于精加工；
（3）精加工时选用无涂层刀片及小的刀尖圆弧半径；
（4）尽可能选择标准化、系统化刀具；
（5）选择正确的、快速装夹的刀杆刀柄。
3.切削用量的确定
切削用量包括主轴转速、切削的宽度和深度、进给速度等等。
对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，编入程序。
怎么选择合适的切削用量：
粗加工时，一般要提高生产率，但也要考虑经济和制造成本；半精加工和精加工应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。
4.工艺分析
轴类零件的加工是机械行业是很普遍的，它主要在机械装配中有着非常重要的地位。
工艺分析是对需要加工的零件在加工前所必须要做的准备工作。
工艺制定的合理与否，对程序编制、机床的加工效率和零件加工精度都有重要影响。
该零件左端有一个C1mm的倒角,该零件右端有外螺纹。
中间有一个长为7mm的槽。
如图所示：
工件总长为95mm，最大回转直径为48mm的轴类零件，采用100mmx55mm棒料，装夹时应注意控制毛坯外伸量，提高装夹刚性。
在车削过程中先粗加工外轮廓，最后精加工时需要切削两次，以去除毛刺，以提高表面质量。
5.工艺的处理
根据零件图分析可知先加工左端，然后装夹左端加工右端。
（1）毛坯选择长度为100mm，最大回转直径为55mm，因此可选择Φ65X200mm，材料为45钢。
（2）数控加工前的零件预加工零件毛坯在热处理前先进行粗车加工，为数控车削加工工序提供可靠的工艺基准：
6.选择设备
（1）对零件进行定位基准和选用正确的夹具来装夹
外轮廓加工定位基准：
以零件的左端面为基准；
夹具的选择：
为了能通过一次的装夹就能加工出零件的全部外轮廓我们选用三爪自动定心卡盘夹紧零件左端外圆。
加工的处理顺序是按照由内到外、由粗到精、由近到远的原则，并在一次装夹中尽可能的处理零件的外表面。
我们根据零件图纸的分析可以第一个加工零件的内孔表面，然后进行零件的外表面加工，由于它是单件小批量生产的零件所以刀具行走路线设计不需要考虑短进给或短空走到路线，外轮廓表面转向行走路径可沿着零件轮廓。
。
（2）刀具选择
根据所学知识选定所需要的刀具，详见表4-1
表4-1数控加工刀具卡片
序号
刀具号
数量
加工表面
备注
1
T0101
1
外圆刀
2
T0202
1
切削刀
3
T0303
1
螺纹刀
4
T0404
1
镗孔刀
将所选定的刀具参数填入表4-2轴承套数控加工刀具卡片中，以便于编程和操作管理。
注意：
车削外轮廓时，为防止副后刀面与工件表面发生干涉，应选择较大的副偏角，必要时可作图检验
表4-2各工序刀具切削参数
序号
加工要求
刀具号
刀具类型
主轴转速
进给量
备注
1
车外圆和端面
T0101
硬质合金刀
粗500r/min
精800r/min
0.1
2
切槽
T0202
硬质合金刀
300r/min
0.2
3
车螺纹
T0303
硬质合金刀
200r/min
0.5
4
车内孔
T0404
硬制合金刀
S600
0.1
7.数控加工常用指令表4-3。
表4-3加工常用指令
指令
用途
G00
快速定点位
G01
直线插补
G02
顺圆插补
G03
逆圆插补
G04
暂停
G71
粗车外圆循环
G73
多重车削循环
G92
螺纹车削循环
G97
主轴恒转速（r/min）
G99
每转进给量（mm/min）
M03
主轴顺时针转动
M05
主轴停止
M30
程序结束，返回程序头
8．编制程序
先加工左端再掉头加工右端；
O0006
G97G99T0101S500M03F0.2主轴转速500进给量0.2一号刀；
G00X53.0Z5.0快速移动刀具定位；
G01X-1.0F0.08精车端面，进给量0.08mm/r;
G73U11R6粗车削循环半径方向上的总切削量为11，切6刀；
G73P1Q2U1.0W0.05第一行开始第二行结束；
N1G00X33.0快速移动刀具定位
G01Z0.0F0.2车削外圆
X35.0Z-1.0
Z-3.4
G02X35.0Z-12.6R5.0车削凹弧
G01X35.0W-7.4
X48.0
X48.0W-3.4
G02X48.0W-13.2R10.0车削凹弧
N2G01W-5.0
S800精加工
G70P1Q2
G00X100.0Z100.0
G92X100Z50设置工件坐标系
M03S600主轴正转，转速600r/min
M06T010145°的端面刀
G90G00X20Z2快速定位到φ20mm外圆，距端面2mm处
G01X14Z-1F100倒角1×45°
Z0刀尖对齐端面
G00X100Z50刀尖快速回到程序零点
T0100取消刀偏
M06T0202换内孔精车刀
G00X24Z1快速定位到φ24mm外圆，距端面1mm处
G01X20Z-1F100倒角1×45°
Z-35精车φ20mm的内孔
X18X轴退刀至18mm处
G00F50Z轴先快速退刀，X轴再快速退刀，回到程序零点
X100N160T0200清除刀偏
M05主轴停
M30程序结束
掉头装夹加工右端
G97G99S500T0101M03F0.2
G00X53.0Z5.0
G73U11R6
G73P1Q2U1.0W0.02
N1G00X27.0Z0.0车削外圆
G01Z0.0F0.2
X30.0Z-1.5
Z-35.0
X38.3
X45.0Z-55.0
X48.0
N2W-2.0
S800精加工
G70P1Q2
G00X100.0Z100.0返回换刀点
T0202S300换切槽刀
G00X33.0Z-35.0切槽
G01X27.0Z-35.0
X33.0Z-35.0
X33.0Z-32.0
X27.0Z-32.0
X27.0Z-35.0
X33.0Z-35.0
G00X100.0Z100.0返回换刀点
T0303S200
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