螺纹轴工艺分析与编程Word文档下载推荐.docx

1、1.1数控车床特点 21.2数控车床的组成 2lo 3数控车床的发展趋势 3第2章螺纹轴的加工工艺分析 62.1零件图 62o 2零件图分析 62o 3确定加工方法 62.4确定加工方案 6第3章螺纹轴的的装夹 83。1定位基准的选择 83.2定位基准选择的原则 83确定零件的定位基准 83o 4装夹方式的选择 83o 5数控车床常用装夹方式 83o 6确定合理的装夹方式 9第4章刀具及切削用量的选择 104.1选择数控刀具的原则 104o 2选择数控车削用刀具 104.3设置刀点和换刀点 114o 4确定切削用量 11第5章螺纹轴的工艺制定及编程 125.1螺纹轴的工艺分析 125.2螺纹轴

2、的工艺制定 146o 3编程 17结语 21致谢 22参考文献 23前言随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家 投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统 中，数控车床是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等 高新技术于一体,具有高精度、高效率、柔性自动化等特点,对制造业实现柔性自动化、 集成化、智能化起着举足轻重的作用。H前，数控车床正在发生根本性变革，由专用 型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础 上，数控车床实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体

3、、 模糊控制、神经网络等多学科技术，数控车床实现了高速、高精、高效控制,加工过 程中可以自动修正、调节及补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网 络化基础上，CAD/CAM及数控车床集成为一体，车床联网，实现了中央集中控制的 群控加工。长期以来，我国的数控车床为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的 车床运动控制器.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、

4、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.山此可见，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，对数控车床实行变革势在必行.第1章数控车床概述数控车床是数字控制车床（Computer numerical control machine tools）的简称， 是一种装有程序控制系统的自动化车床。该控制系统能够逻辑地处理具有控制

5、编码或 其他符号指令规定的程序,并将其译码，从而使车床动作并加工零件。数控车床种类繁多，山数控车床通过伺服驱动系统去控制各运动部件的动作，主 要用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工，具有高精度、高效率、高柔性化等综合 特点，适合中小批量形状复杂零件的多品种、多规格生产。1o 1数控车床特点数控车床的操作和监控全部在这个数控单元中完成，它是数控车床的大脑。及普 通车床相比，数控车床有如下特点：（1）加工精度高，具有稳定的加工质量；（2）可进行多坐标的联动，能加工形状复杂的零件；（3）加工零件改变时，一般只需要更改数控程序，可节省生产准备时间；（4）车床本身的精度高、刚性大，可选择有利的加工用量，

6、生产率高（一般为普 通车床的35倍）；（5）车床自动化程度高，可以减轻劳动强度；（6）对操作人员的素质要求较高，对维修人员的技术要求更高.1o 2数控车床的组成数控车床一般山下列儿个部分组成：（1）主机，他是数控车床的主题,包括车床身、立柱、主轴、进给机构等机械部件. 他是用于完成各种切削加工的机械部件。（2）数控装置,是数控车床的核心，包括硬件（印刷电路板、CRT显示器、键盒、 纸带阅读机等）以及相应的软件，用于输入数字化的零件程序，并完成输入信息的存 储、数据的变换、插补运算以及实现各种控制功能。（3）驱动装置，他是数控车床执行机构的驱动部件,包括主轴驱动单元、进给单元、 主轴电机及进给电

7、机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现主轴和 进给驱动。当儿个进给联动时，可以完成定位、直线、平面曲线和空间曲线的加工。（4）辅助装置，指数控车床的一些必要的配套部件，用以保证数控车床的运行, 如冷却、排屑、润滑、照明、监测等。它包括液压和气动装置、排屑装置、交换工作 台、数控转台和数控分度头，还包括刀具及监控检测装置等。（5）编程及其他附属设备，可用来在机外进行零件的程序编制、存储等。1o 3数控车床发展趋势（1）高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。山于 采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元 件的交流数字伺服系统

8、,同时采取了改善车床动态、静态特性等有效描施，车床的高速 高精高效化已大大提高。（2）柔性化包含两方面：数控车床本身的柔性，数控车床采用模块化设计，功 能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求：群控系统的柔性，同一群控系 统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度 地发挥群控系统的效能。（3） 工艺复合性和多轴化 以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝 着多轴、多系列控制功能方向发展.数控车床的工艺复合化是指工件在一台车床上一 次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复 合加工。数控车床轴，西门子880系统控制轴数可

9、达24轴。（4） 实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境,其作用是如何 调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的 各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向 着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复 杂的应用发展，山此产生了实时智能控制这一新的领域.在数控车床领域，实时智能控 制的研究和应用正沿着儿个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、 专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控车床中配备编程专家系统、故障诊断 专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统

10、，在高速加工时的 综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速 度控制等方面采用模糊控制，使数控车床的控制性能大大提高,从而达到最佳控制的 目的。（5）用户界面图形化 用户界面是数控车床及使用者之间的对话接口。山于不同 用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件 研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体 等技术也对用户界面提出了更高要求图形用户界面极大地方便了非专业用户的使 用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动 态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同

11、方向的视图和局部显示比例缩放 功能的实现。（6） 科学计算可视化科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息 交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息. 可视化技术及虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样 机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义.在 数控车床领域，可视化技术可用于CAD/CAM,如自动编程设计、参数自动设定、刀 具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。（7） 插补和补偿方式多样化 多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、 空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐

12、标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS 插补（非均匀有理B样条插补）、样条插补（A、B、C样条）、多项式插补等。多种 补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、及速 度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。（8）内装高性能PLC数控车床内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或 高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能编程工具中包含用于车床铳床的 标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方 便地建立自己的应用程序。（9）多媒体技术应用 多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使

13、讣算 机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控车床领域，应用多媒体 技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、 生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值.当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构的、智能化新一代 PCNC数控车床已成为可能。智能化新一代PCNC数控车床将计算机智能技术、网络 技术、CAD/CAM.伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿 真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。第2章 螺纹轴的加工工艺分析2o 1零件图00.025 A-B图2_1轴类冬件图2.2零件图分析该零件表面山圆柱

14、、逆圆弧、槽、螺纹、内孔、内槽、内螺纹等表面组成，尺寸 标注完整，选用毛坯为45#钢，65mmxl25mni,无热处理和硬度要求。2o 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，山于获得同一 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.图上儿个精度较高的尺寸，因其公差值较小，所以编程时有取平均值，而取其基 本尺寸.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，股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CJR6032数控车床。2o

15、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。毛坯先夹持右端车右端轮廓95mm处，先用中心钻打中心孔，再用8的钻头钻 25mm的孔，再用20的钻头扩孔，再用镇刀镇22。5mm的孔，再用内槽刀镇28 的槽，再用内螺纹刀车M24X1.5的螺纹。然后再车40mm、R6的圆弧、60mm和 R45的圆弧。调头加工32nmi. R4、R6的圆弧、60mm的外轮廓，在切退刀槽， 最后车M32x0o 75的螺纹。该典型轴加工顺序为：预备加工一车端面一-钻孔-锂孔切内螺纹退

16、刀槽一-车内螺纹粗车 左端面轮廓 精车左端面轮廓 调头一-车端面粗车轮廓精车轮廓退刀槽粗车螺纹精车螺纹。第3章螺纹轴的装夹3o 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

17、，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以左右端大端面为定位基准。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。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

18、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丄或精加丄.（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及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装夹方法:先用三爪自定心卡盘夹住右端，加工左端达到工件精度要求：再工件 调头，用三爪自定心卡盘夹住工件右端，在加

19、工到工件精度要求。第4章刀具及切削用量的选择4o 1选择数控刀具的原则刀具寿命及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LI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LI标确定，后者根据工序成本最低的 口标确定.选择刀具寿命时可考虑如下儿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，山于换到时间 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1530min 对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀车床、组合车床及自动化加工刀

20、具，刀具寿命 应选的高些,尤其保证刀具可幕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 M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及普通车床加工方法 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，这样来满足数控车床高效率的 要求。数控车床上所选用的道具常釆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。4o 2选择数控车削用刀具数

21、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山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。尖形车刀儿何参数（主要是儿何角度）的 选择方法及普通车削时基本相同，但应结合数控加丄的特点（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。4o 3设置刀点和换刀点刀具究

22、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及工件 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 乂称对刀点。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车床上，为了提高零件的加工精度， 对刀点应尽量设置在零件的设汁基准或工艺基准上。实际操作车床时，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”及“对刀点”的重合，所谓“

23、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。4o 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

24、的刀具耐用度，并充分发挥车床的性能，最大限度提高生产率, 降低成本。第5章螺纹轴的工艺制定及编程5o 1螺纹轴的工艺分析（1） 技术要求 轴类零件的技术要求主要是支承轴颈的径向尺寸精度和形位精 度,轴向一般要求不高。轴颈的直径公差的等级通常为IT6-IT8,儿何形状精度主要是 圆度和圆柱度，一般要求是限制在直径公差范围之内。相互位置精度主要是同轴度和 圆跳动；保证配合轴颈对于支承轴颈的同轴度，是轴类零件位置精度的普遍要求之一。 图为特殊零件，径向和轴向公差和表面粗糙度要求较高。（2） 毛坯选择轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴热轧或冷拉圆棒料 外，一般采用锻件;发动机曲轴等一类轴件釆用球墨

25、铸铁铸件比较多。如图典型轴类 直径相差不大，采用直径为65mm,材料为45钢在锯床上按130mm长度下料。（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U,而这些表面的设计的设汁基 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

26、工和工件调头加丄轴向尺寸的精确性，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悄况安排预备加工，内容通常有: 直一毛坯出厂时或在运输、保管过程中，或热处理时常会发生弯曲变形。过量弯曲变 形会造成加工余量不足或装夹不可靠。因此在车削前需增加校直工序。切断一用棒料切得所需长度的坯料。切断可在弓形锯床、圆盘锯床和带锯上进 行，也可以在普通车床上切断或在冲床上涌冲模冲切。（5）热处理工序铸、锻件毛坯

27、在粗车前应根据材质和技术要求正火或退火处 理,以消除应力，改善组织和切削性能。性能要求较高的毛坯在粗加工后、精加工前 应安排调质处理，一提高零件的综合机械性能;对于硬度和耐磨性要求不高的零件， 调质也常作为最终热处理。相对运动的表面需在精加工前或后进行表面淬火处理或进 行化学热处理，以提高耐磨性。（6）加工工序划分一般可按下类方法进行：1刀具集中分序法就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所 有可以完成部位。再用第二把刀、第三把完成他们可以完成的其他部位。这样可以减 少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差。2以加工部位分序法对于加工类容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分

28、成儿个部分，如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔； 先加工简单儿何形状，在加工复杂的儿何形状;先加工精度较低的部位,再加工精度较 高的部位。3以粗、精加工分序法对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生 的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开.综上所 述，在划分工序时，一定要视零件的结构和工艺性,车床的功能，零件数控加工内容的 多少，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。另建议釆用工序集中的原则还是釆 用工序分散的原则，要根据实际情况来确定，但一定力求合理。（7）在加工时，加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位夹紧的 需要来考

29、虑，重点是零件的刚性不被破坏。顺序一般应按下列原则进行：1上道工序的加工不能影响下道工序的定位于加紧，中间穿插有通用车床加工工 序的也要综合考虑。2先进行内形、内腔加工工序，后进行外形加工工序.3以相同定位、夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行，以减少重复定位 次数，换刀次数及挪动压板次数。4在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对匸件刚性破坏小的口了;。在数控床上粗车、半精车分别用一个加工程序控制。工件调头装夹山程序中的 M00或M01指令控制程序暂停，装夹后按“循环启动”继续加工。（8）走刀路线和对刀点的选择 走刀路线包括切削加工轨迹，刀具运动切削起始 点，刀具切入，切出并返回切削起始

30、点或对刀点等非切削空行程轨迹。山于半精加工 和精加工的走刀路线是沿其零件轮廓顺序进行的，所以确定走刀路线主要在于规划好 粗加工及空行程的走刀路线。合理的确定对刀点，对刀点可以设在被加工零件上，但 注意对刀点必须是基准位或已加工精加工过的部位，有时在第一道工序后对刀点被加 工损坏，会导致第二道工序和之后的对刀点无从查找，因此在第一道工序对刀时注意 要在及定位基准有相对固定尺寸关系的地方设立一个相对对刀位置，这样可以根据他 们之间的相对位置关系找回原对刀点。这个相对对刀位置通常设在车床工作台或夹具 上。5.2螺纹轴的工艺制定（1）确定加工顺序及进给路线加工顺序按粗到精、山远到近（山左到右）的原则确定.工件左端加工：即从左到右 进行外轮廓粗车（留0。5mm余量精车），然后左到右进行外轮廓精车，然后钻孔， 镇内退刀槽，镇内螺纹。工件调头，工件右端加工：粗车外轮廓，精车外轮廓，切退刀槽, 最后螺纹粗加工，螺纹精加工.（2）选择刀具1车端面：选用硬质合金45度车刀，粗、精车一把刀完成.2粗、精车外圆：（因为程序选用G71循环，所以粗、精选用同一把刀）硬质合 金90度放型车刀，Kr=90