1、前 言 数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化，使制造业成为工业化的象征，而且随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，他对国计民生的一些重要行业（ it、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为这些行业所需装备的数字化已是现代发展的大趋势。 而且随着世界制造业的转移，中国正逐步成为世界加工厂，美国，韩国，英国等国家已经进入工业化发展的高科技密集时代与微电子时代，钢铁，机械，化工等重工业正逐步向发展中国家转移，我国正处于重工业发展中期，所以数控技术的发展对发展中国家的发展尤为重要。 .我国从 1958 年起，由一批科研院所，高等学校和少数机床厂起步进行数控系统的研制和开发。
2、由于受到当时国产电子元器件水平低，部门经济等的制约，未能取得较大的发展。 在改革开放后，我国数控技术才逐步取得实质性的发展。经过 “六五“(81-85 年 )的引进国外技术， “七五 ”(86-90 年 )的消化吸收和 “八五 ”(91一-95 年 )国家组织的科技攻关，才使得我国的数控技术有了质的飞跃，当时通过国家攻关验收和鉴定的产品包括北京珠峰公司的中华 I型，华中数控公司的华中I型和沈阳高档数控国家工程研究中心的蓝天 I型，以及其 他通过 “国家机床质量监督测试中心 ”测试合格的国产数控系统如南京四开公司的产品。 我国数控机床制造业在 80 年代曾有过高速发展的阶段，许多机床厂从传统产品
3、实现向数控化产品的转型。但总的来说，技术水平不高，质量不佳，所以在 90 年代初期面临国家经济由计划性经济向市场经济转移调整，经历了几年最困难的萧条时期，那时生产能力降到 50%，库存超过 4 个月。从 1 9 9 5 年 “九五 ”以后国家从扩大内需启动机床市场，加强限制进口数控设备的审批，投资重点支持关键数控系统、设备、技术攻关，对数控设备生产起到了很大的促进作用，尤其是 在 1 9 9 9 年以后，国家向国防工业及关键民用工业部门投入大量技改资金，使数控设备制造市场一派繁荣。 2 目录 前言 第一张 数控机床的产生及发展 .3 第一节 数控机床的产生 .3 第二节 数控机床的发展趋势 .
4、3 第二章 数控车的加工工艺分析与工装夹 .5 第一节 零件图的工艺分析 .5 第二节 加工设备的选用 .6 第三节 合理选择切削用量 .7 第四节 合理选择刀具和夹具 .8 第五节 夹具安装要点 .11 第六节 加工路线的拟定 .11 第三章 零件程序编制 .16 第一节 编程概述 .16 第二节 零件程序编制 .17 结束语 .22 参考文献 .23 附录 3 第一节 数控机床的产生 在机械制造工业中并不是所以的产品零件都具有很大的批量，单件与小批量生产的零件约占机械加工总量的 80%以上。尤其是在造船，航天，航空，机床，重型机械及国防工业更是如此。为了满足多品种，小批量的自动化生产，迫切
5、需要一种灵活的，通用的，能够适用产品频繁化的柔性自动化机床。数控机床就是在这样的背景下诞生发张起来的。它为单件，小批量生产的精密复杂零件提供了自动化的加工手段。 根据国家标准 GB/T8129-1997,对机床数字控制的定义：用数字控制的装置（简称数控装置），在运行的过程中，不 断的引入数字数据，从而对某一生产过程实现自动控制，叫数字控制，简称数控。用计算机控制加工功能，称计算机数控简称 CNC。 数控机床即是采用了数控技术的机床，或者说装备了数控系统的机床。 第二节 数控机床的发展趋势 从 1952 年第一台数控机床问世后，数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展，其六代是电子管，晶体管，
6、集成电路，小型计算机，微处理器和基于工控 PC 机的通用 CNC 系统。其中三代为第一阶段，称作为硬件连接数控，简称 NC 系统。后三代为第二阶段，称作计算机软件数控，简称 CNC 系统。 数控机床总的发展趋势是 工序集中，高速，高效，高精度以及方便使用，提高可靠性等。 （ 1） 工序集中 20 世纪 50 年代末期，在一般数控机床的基础上开发了数控加工中心，即具备刀具自动换刀数控机床。在加工中心机床上，工件一次装夹后，机床的机械手可以自动更换刀具，连续的对工件进行多种工序加工。 目前，加工中心的机床的刀具库容量可达到 100 多把刀，自动换刀装的换刀时间仅需 0.5-2 秒。加工中心机床使工
7、序集中在一台机床上完成，减少了由于工序分散，工件多次安装引起的定位误差，提高了加工精度，同时也减少了机床的台数与占地面积，压缩了半成品的库存量，减少了 工序间的辅助时间有效地提高了数控机床的生产效率和数控加工的经济效益。 (2) 高速，高效，高精度是机械加工的目标，数控机床因其价格昂贵，在上述三个方面的发展也更为突出。 (3) 数控机床制造产把建立有好的人机界面，提高数控机床的可靠性作为提高竞争能力的主要方面。 (4) 手工编程和自动编程已经使用了几十年，有了长足的发展，在手工编程方面，开发了多种加工循环，参数编程和除直线，圆弧意外的各种插补功能， CAD/CAM 的研究发展，从技术上来讲可以
8、替代手工编程，但是一套适用的 CAD/CAM 软件加上计算 机硬件，投资较大，学习，掌握的时间较长，对大多数的简单工件很不经济。 今年来，发展起来的图形交互式编程系统，很受用户欢迎。这种编程方式不使用 G,M 代码，而是借助图形菜单，输入整个图形块以及相应参数作4 为加工指令，形成加工程序，与传统加工时的思维方式类似。图形交互编程方法在制定标准后，有可能成为各种型号的数控机床统一的编程方法。 5 第二章 数控车的加工工艺分析与工装夹 第一节 零件图的工艺分析 在设 计零件的加工工艺规程时，首先要对加工对象进行深入分析，对于数控车削加工应考虑以下几个方面 1 构成两件轮廓的几何条件 在车削加工手
9、工编程时，要计算每个节点坐标，在自动编程时，要对零件轮廓所以的几何元素进行定义，因此在分析零件图时要注意 （ 1） 零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成。 （ 2） 零件图上的图线位置是否模糊或标注不清，使编程无法下手 （ 3） 零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难 （ 4） 零件图上的尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸 2 尺寸精度要 求 分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法，在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等等，在
10、利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。 3 形状和位置的精度的要求 零件图样上给定飞形状和位置公差是保证零件精度的重要依据，加工时要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性的处理，以便有效的控制零件的形状和位置精度。 4 表面粗糙度 要求 表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床，刀具及确定切削用量的依据。 5 材料与热处理要求 零件图样上给定的材料与热处理要求，是选择刀具，数控车床型号，确定切削用量的依据 6 第二节 加工设备的选用 在这里我们选择的是南通 VMC1100B
11、 数控加工中心机床，技术参数如下表2.1 VMC1100B 行程 Unit 参数 X 轴行程 mm1100 Y 轴行程 mm560 Z 轴行程 mm575 主轴端面至工作台面距离 mm200-775 工作台中心至立柱导轨面距离 mm590 工作台面积 mm5501200 工作台最大承重 kg 800 T 型槽槽宽 mm 418H8 主轴转速 rpm 8000 主轴孔锥度 - BT-40(7:24) x、 y 轴快速位移 m/min 24 z 轴快速位移 m/min 18 进给速度范围 m/min 1 15 刀具数 pcs 24 刀具最大外径 /相邻无刀 mm 100/180 刀具最大长度 mm
12、 300 换刀时间 (刀 -刀 ) sec 1.8 主轴电机 kw 11/15 X/Y/Z 电机 kw 3/3/4 定位精度 x mm 0.032 定位精度 y、 z mm 0.025 重复 定位精度 x mm 0.018 重复定位精度 y、 z mm 0.015 机床总高 mm 3162 机床重量 (毛重 ) kg 8200 7 第三节 合理选择切削用量 加工过程中切削用量的确定 合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，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。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并结合经验
13、而定。具体要考虑以下几个因素： 切削深度 ap。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下， ap 就 等于加工余量，这是提高生产率的一个有效措施。为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，一般应留一定的余量进行精加工。数控机床的精加工余量可略小于普通机床。 切削宽度 L。一般 L 与刀具直径 d 成正比，与切削深度成反比。经济型数控机床的加工过程中，一般 L 的取值范围为： L=(0.6 0.9)d。 切削速度 V。提高 V 也是提高生产率的一个措施，但 v 与刀具耐用度的关系比较密切。随着 v的增大，刀具耐用度急剧下降，故 v 的选择主要取决于刀具耐用度。另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如用立铣
14、刀铣削合金刚 30CrNi2MoVA 时， v可采用8m/min 左右；而用同样的立铣刀铣削铝合金时， V 可选 200m/min 以上。 主轴转速 n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度 v来选定。计算公式为： V=pnd/1000。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调 (倍率 )开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。 进给速度 Vf。 vF 应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。 Vf的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时， Vf可选择得大些。在加工过程中， Vf 也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到 设备刚
15、度和进给系统性能等的限制。 V=pnd/1000。数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调 (倍率 )开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。 进给速度 Vf。 vF应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。 Vf的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时， Vf可选择得大些。在加工过程中， Vf 也可通过机床控制面板上的修调开关进行人工调整，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。随着数控机床在生产实际中的广8 泛应用，量化生产线的形成，数控编程已经成为数控加工中的关键问题之 一。在数控程序的编制过程中，要在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用
16、量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。 第四节 合理选择刀具和夹具 1 刀具选用的原则 刀具的选择是在数控编程的人机交换状态下进行的，应根据机床的加工能力，工件材料的性能，加工工序，切削用量已经其他相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以 提高刀具加工的刚性，刀体一般均用普通碳钢或者合金钢制作，如焊接车刀，镗刀，钻头，铰刀的刀柄。尺寸较小的刀具或切削负荷较大的刀具宜选用合金工具钢或整体高速钢制
17、作，如螺纹刀具，形成铣刀，拉刀等。 机夹，可转位硬质合金刀具，镶硬质合金钻头，可转位铣刀等的刀体可用合金工具钢制作。对于一些尺寸较小，刚度较差的精密孔的加工刀具，如小直径镗刀，铰刀，为保证刀体有足够的刚度，宜选用整体硬质合金制作，以提高刀具寿命和加工精度。选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。 2 刀具材料的选择方法 材料我们选用硬质合 金钢 硬质合金由作为主要组元的难熔金属碳化物和起黏结相作用的金属组成的烧结材料，具有高强度和高耐磨性。 它是由 难熔金属的硬质化合物和粘结金属通过粉末冶金工艺制成的一种合金材料。硬质合金具有硬度高、耐磨、强度和韧性较好、耐热、耐腐蚀等一系列优
18、良性能，特别是它的高硬度和耐磨性，即使在 500 的温度下也基本保持不变，在 1000 时仍有很高的硬度。硬质合金广泛用 作刀具材料，如车刀，铣刀，刨刀，钻头，镗刀等用于切削铸铁，有色金属，塑料，化纤，石墨，玻璃，石材和普通钢材，也可以用来切削耐热钢，不锈钢，高锰钢，工具钢等难 加工的材料。现在新型硬质合金刀具的切削速度等于碳素钢的几百倍。 性能特点 硬度高（ 86-93HRA，相当于 69-81HRC） ; 热硬性好（可达 900-1000） 9 耐磨性好 硬质合金刀具比高速钢切削速度提高 4-7 倍，刀具寿命高 5-80 倍。制造模具，量具，寿命比合金工具钢高 20-150 倍。可切削 5
19、0HRC 左右的硬质合金材料。但硬质合金脆性打，不能进行切削加工，难以制成形状复杂的整体刀具，因而常制成不同形状的刀片，采用焊接，粘接，机械夹持等方法。 分类与牌号 钨钴类硬质合金 主要成分是碳化钨（ WC） 和粘结剂钴（ CO） 其牌号是由“ YG”（硬，钴两字汉语拼音字首）和平均含钴量的百分数组成。 例如，“ YG”，表示平均 WCO=8%，其余为碳化钨的钨钴类硬质合金。 TIC 刀具 钨钛钴类硬质合金 其主要成分是碳化钨，碳化钛（ Tic）及钴 其牌号由“ YT”（硬，钛两字的汉语拼音首字）和碳化钛平均含量组成 例如， YT15，表示平均 WTi=15%，其余为碳化钨和钴含量的钨钛。 钨
20、钛钽刀具 钨钛钽类硬质合金 主要成分是碳化钨，碳化钛，及钴 其牌号由“ YW”（硬，万两字的汉语拼音首字）加顺序号组成，如 YW1 WC 刀具 10 3 刀具的分类 及特点 （ 1）刀具的特点 数控加工刀具必须适应数控机床高速，高效和自动化程度高的特点，一般应包括通用刀具，通用联接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要联接刀具并装在机床动力头上，因此已逐渐便准化和系列化。数控机床与普通机床上所用的刀具相比，有许多不同的要求，主要有以下特点， 1 刚性好，精度高，抗振及热变形小 2 互换性好，便于快速换刀 3 寿命高，切削性能稳定，可靠 4 刀具的尺寸便于调整，以减少换刀调整时间 5 刀具应能可靠地断屑或卷
21、屑，以利于切屑的排除 6 系列化，标准化，以利于编程和刀具管理 （ 2）刀具的分类 数控刀具根据刀具结构可分为整体式镶嵌式特殊型式，如复合式刀具，减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为：高速钢刀硬质合金刀具金刚石刀具其他材料刀具，如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为：车削刀具，分外圆，内孔，螺纹，切割刀具等多种钻削刀具，包括钻头，铰刀，丝锥等镗削刀具铣削刀具等。 以下是刀具卡片 序号 刀具号 刀具规格名称 加工表面 刀尖半径 备注 1 T1 45外圆车刀 平端面 0.15mm 右偏刀 2 T2 35菱形车刀 粗精车外圆轮廓 0.2mm 左偏刀 3 T3 3mm 宽外割槽刀 外割槽加工 3mm 4 T4 外螺纹刀 外圆螺纹加工 0.15mm 5 T5 镗刀 镗刀镗孔 0.15mm 左偏刀
