1、 圆弧轴数控车削加工工艺的编制摘要： 摘要 随着科技的不断发展，数控技术在企业中发挥越来越重要的作用。数 控加工制造技术正逐渐得到广泛的应用，对零件进行编程加工之前，工艺分析具 有非常重要的作用。本设计通过对典型的数控车床轴类零件工艺特点、数控加工 工艺的分析，给出了对于一般零件数控加工工艺分析的方法，设计合理的加工工 艺过程，充分发挥数控加工的优质、高效、低成本的特点。设计说明书以典型的 数控车床轴类零件为例，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合 适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和切削 用量等，编写加工零件的程序。按照说明书要求将加工出零件，并对零
2、件自检数 据进行分析，说明在加工过程中应注意的事项。对于提高制造质量、实际生产具 有一定的指导意义。 关键词 ：轴类零件；数控加工；工艺设计；工艺分析；刀具；切削用量；加 工程序；加工注意事项 目 录目 录 . 2 1 机床的选用及简介 . 3 1.1 机床的选择 . 3 1.2 机床的组成 . 4 1.2.1 数控机床的组成 . 4 1.2.2 数控系统与数控机床的组成 . 41.3 机床的工作原理 . 4 1.3.1 数控机床的工作原理与工作方式 . 4 1.4 机床的工作特点 . 5 2 零件的工艺分析 . 6 2.1 零件工艺分析 . 6 2.1.1 零件图的分析 . 6 2.2 确定
3、加工方案 . 72.3 加工路线和加工顺序的确定 . 7 2.3.1 加工工艺路线 . 8 2.4 切削用量的选择 . 82.5 刀具的选择 . 113 加工工序的编排 . 12 3.1 工序与工步的划分. 123.2 加工工序的编排. 123.3 加工工序卡 片 . 13 3.4 加工程序 . 143.5 零件加工中的难点与解决方案 . 174 数控车床操作注意事项 . 5 结论 . 196 参考文献 . 201 机床的选用及简介1.1 机床的选择 在选择机床时，即要考虑其生产的经济性，又要考虑其适用性和合理性。 其选择的原则是： 机床的工作区域尺寸必须与所加工零件的外形轮廓尺寸相适应。 如
4、直径不 大的导柱、导套等可选在卧式车床上加工，而外径较大长度较短的轴类零件，则 应选择在立式车床上加工；小的零件的孔可用立式普通钻床加工；而大工件上的 孔宜在 摇臂钻床上加工；对于孔径和孔距要求比较高的孔，可选择在坐标 镗床或立式镗床上加工，以做到合理使用设备。 机床的功率和加工量应与零件工序的加工要求相适应。 如粗加工工序应选 择功率较大的机床加工；在利用刀具做精细切削时，应选择转速较高的机床。 选用的机床精度应与工序要求的加工精度相适应。 选用机床应与现有设备条件相适应。即要充分利用现有的设备，又要充分 考虑生产的发展方向规模，以及添置新设备的可能性。 根据毛坯的材料和类型、零件轮廓形状复
5、杂程度、尺寸大小、加工精度、工 件数量、生产条件等要求，选用经济型数控车床可达到要求。图 1.1 数控机床的选择 3 1.2 机床的组成 1.2.1 数控机床的组成 数控机床一般由控制介质、数控装置、伺服系统和机床本体组成。图 1.1 的实线所示为开环控制的数控机床框图。图 1.1 数控机床的组成 1.2.2 数控系统与数控机床的组成图 1.2 数控系统与数控机床的组成 1.3 机床的工作原理 1.3.1 数控机床的工作原理与工作方式图 1.3 数控机床的工作原理 4 1.4 机床的工作特点与普通机床相比，数控机床具有以下特点1。适应性强：由于数控机床能实现多个坐标的联动，所以数控机床能完成复
6、 杂型面的加工，特别是对于可用数学方程式和坐标点表示的形状复杂的零件，加 工非常方便。当改变加工零件时，数控机床只需更换零件加工的 NC 程序，不必 用凸轮、 靠模、 样板或其它模具等专用工艺装备， 且可采用成组技术的成套夹具。 因此，生产准备周期短，有利于机械产品的迅速更新换代。所以，数控机床的适 应性非常强。加工质量稳定：对于同一批零件，由于使用同一机床和刀具及同一加工程 序，刀具的运动轨迹完全相同， 且数控机床是根据数控程序自动进行加工，可 以避免人为的误差，这就保证了零件加工的一致性好且质量稳定。生产效率高：数控机床上可以采用较大的切削用量，有效地节省了机动工 时。还有自动换速、自动换
7、刀和其他辅助操作自动化等功能，使辅助时间大为缩 短，而且无需工序间的检验与测量，所以，比普通机床的生产率高 34 倍甚至 更高。数控机床的主轴转速及进给范围都比普通机床大。目前数控机床的最高进 给速度可达到 100m/min 以上，最小分辨率达 0.01m。 一般来说，数控机床的 生产能力约为普通机床的三倍，甚至更高。数控机床的时间利用率高达 90%，而 普通机床仅为 30%50% 。加工精度高：数控机床有较高的加工精度，一般在 0.0050.1mm 之间。 数控机床的加工精度不受零件复杂程度的影响， 机床传动链的反向齿轮间隙和丝 杠的螺距误差等都可以通过数控装置自动进行补偿，其定位精度比较高
8、，同时还 可以利用数控软件进行精度校正和补偿。 工序集中，一机多用：数控机床特别是带自动换刀的数控加工中心，在一 次装夹的情况下，几乎可以完成零件的全部加工工序，一台数控机床可以代替数 台普通机床。这样可以减少装夹误差，节约工序之间的运输、测量和装夹等辅助 时间，还可以节省车间的占地面积，带来较高的经济效益。加工中心的工艺方案 更与普通机床的常规工艺方案不同，常规工艺以“工序分散”为特点，而加工中 心则以工序集中为原则，着眼于减少工件的装夹次数，提高重复定位精度。 减轻劳动强度：在输入程序并启动后，数控机床就自动地连续加工，直 至零件加工完毕。这样就简化了工人的操作，使劳动强度大大降低。数控机
9、床是 一种高技术的设备，尽管机床价格较高，而且要求具有较高技术水平的人员来操 作和维修，但是数控机床的优点很多，它有利于自动化生产和生产管理，使用数 控机床的经济效益还是很高的。 5 2 零件的工艺分析 2.1 零件工艺分析 图 2.1 零件工艺图纸 零件长度为 138mm，从右到左依次为：长 20mm、公称直径为 30mm、有 2mm 的 45倒角的双头螺纹；长 5mm、公称直径为 26mm 的退刀槽；长 10mm 的 53锥面；10mm 直径为 36mm 的圆柱面； 长 依次相连半径为 15mm 的逆弧面、 半径为 25mm 的顺弧面、 直径为 50mm 的球面和半径为 15mm 的顺弧面
10、； 5mm、 长 公称直径为 34mm 的槽；长 15mm 的 30锥面；长 10mm、公称直径为 56mm 的 圆柱面。该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧 、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中 多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面 S50mm 的尺寸公 差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。视图正确，表达直观、清楚， 绘制符合国家标准，尺寸、公差、表面粗糙度以及技术要求的标注齐全、合理。分析零件图可知：26-36 锥面、30 圆柱端面和 26 圆柱端面表面粗 糙度 Ra 为 3.2?m，其余表面粗糙度 Ra 为 6.3?m。零毛坯材料为 45#，强度、硬度、塑性等力学性能好，切削
11、性能、热处理 性能等加工工艺性能好，便于加工，能够满足使用性能。毛坯下料为 60mm145mm。 6 2.2 确定加工方案经过分析零件的尺寸精度、几何形状精度、位置精度和表面粗糙度要求，确 定如下加工方法：对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差值较小，故编程时不 不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。 在轮廓曲线上，有三处为圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮 廓曲线，因此在加工时应该进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。为便于装夹，胚件需在左端左端，右端面也应先粗车出并钻好中心孔。采 用一夹一顶的方式，毛胚选 60mm 棒料。用手动中心钻钻孔，再用 18 的麻花钻，再用镗刀
12、粗精加工外圆表面：粗车 精车 外螺纹：在精车的外圆表面分数次进给加工 2.3 加工路线和加工顺序的确定在数控加工中，刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线。即 刀具从对刀点开始运动起，直至结束，加工程序所经过的路径，包括切削加工的 路径及刀具引入、返回等非切削空行程。 加工路线的确定原则主要有以下几点：应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求，且效率高。应尽量缩短加工路线， 既可以减少程序段， 又可以减少刀具空程移动时间。应使数值计算简单，以减少编程工作量。 此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情 况，确定是一次走刀，还是多次走刀完成加工。 按照上述原则，
13、确定如下加工路线： 加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。即先从右到左进 行粗车（留 0.5mm 精车余量） ，然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。CK6140 数控卧式车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程 指令，机床数控系统就会自动确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺 纹循环不需要人为确定其进给路线（但精车的进给路线需要人为确定） 。该零件 从右到左沿零件表面轮廓精车进给，如图 2.2 所示。 图 2.2 精车轮廓进给路线2.3.1 加工工艺路线工序一加工工艺：a.工件伸出三爪自定心卡盘外 145mm，找正后夹紧。b.手动车工件右端面。c.打中心孔。d.用
14、活顶尖顶住中心孔，完成一夹一顶装夹方式。e.用 18mm 的麻花钻，再用内镗刀粗精加工。工序二加工工艺：a.调头装夹， 93外圆刀车粗车 56142， 用 外径留 0.5mm 精车余量 （以 下各粗车直径处均留 0.5mm 精车余量） 。b.粗车 3045 外圆。c.粗车 3625 外圆。d.用切槽刀车 265 退刀槽，再用切槽刀倒左、右两端 C2 角。e.用 90外圆刀车右端圆锥。f.用硬质合金尖刀循环车削右端圆弧轮廓。g.用硬质合金尖刀精刀精车工件所有轮廓。h.用螺纹车刀车 M302 双头螺纹。2.4 切削用量的选择数控编程时，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
15、量包括主轴转速、进给速度及背吃刀量等。切削用量的选择原则是：保证 零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具的切削性能，保证合理的刀具寿命， 充分发挥机床的性能，最大限度的提高生产率，降低成本。主轴转速的确定 a.车外圆时主轴转速 b.主轴转速应根据允许的切削速度和工件（或刀具）直径来选择。其计算公式 为 n=1000v/d 其中 v 切削速度（m/min） ，由刀具寿命决定； 8 n 主轴转速（r/min ） ； d 工件直径或刀具直径（mm） 。b.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，
16、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式中 P被加工螺纹螺距， mm；k保险系数，一般取为 80。主轴转速 n 最后要根据上述计算值、机床说明书而定，选取机床有的或较接 近计算值的转速。进给速度的确定 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数， 主要根据零件的加工精度和表 面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。最大进给速度受机床刚度和进给 系统的性能限制。确定进给速度的原则是：a.当工件的质量要求能得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速 度。一般在 100200mm/min 范围内选取
17、。b.在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般 在 2050mm/min 范围内选取。c.当加工精度、 表面粗糙度要求较高时， 进给速度应选小一些， 一般在 20 50mm/min 范围内选取。 d.当刀具空行程，特别是远距离“回零” 时，可以设定该机床数控系统设定 的最高进给速度。背吃刀量的确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽 可能使背吃刀量等于工件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。 为了保证加工表面质量，可以留少许加工余量，一般为 0.20.5mm 。 切削用量的选择是否合理，对于能否充分发挥机床潜力与刀具的切削性能，
18、 实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。车削用量的具体选择如 下：粗车时，首先选择一个尽可能大的背吃刀量，其次选择一个较大的进给量， 最后确定一个合适的切削速度。精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工 余量不大且均匀，因此选择较小的背吃刀量和进给量。如何确定加工时的切削速度，除了可参考数控加工技术表 2-1 列出的数 值外，主要根据实践经验进行确定。 根据数控车削用量推荐表,选择合适的切削用量。a.用端面车刀手动车端面时，主轴转速为 500r/min；b.打中心孔时主轴转速选取 400r/min。c.粗、精车外轮廓时，切削用量的选择与车左端时相同：粗车时，主轴转速 为 600r
19、/min，进给速度为 150mm/min，背吃刀量为 2mm；精车时，主轴转速为 1200r/min，进给速度为 100mm/min,背吃刀量为 0.2mm。d.钻孔时主轴转速选取 400r/min。e.粗镗孔时，选取 Vc =80m/min，f=0.2，ap=1mm，加工时直径为 22mm。 则： 主轴转速： =1000Vc/d= n （100080） / （3.1422） r/min=1158r/min 进给速度：F=fn =（0.21158 ）mm/min=231mm/min。 考虑刀具强度， 机床刚度等实际加工情况，选择 n=600r/min， F=150mm/min, ap=1mm。
20、f.精镗孔时，选取 Vc=120m/min，f=0.1mm/r，ap=0.2mm，精加工时取直径 27mm。 则： 主轴转速： =1000Vc/d= 1000120） 3.1427） n （ / （ r/min=1415r/min进给速度：F =fn =（0.11415）mm/min=141mm/min 考虑刀具强度，机床刚度等实际情况，选择 n=1000r/min，F=80mm/min ， ap=0.2mm，n=400r/min。表 2.1 数控车削用量推荐表工件材料 工件材料 粗加工 粗加工 碳素钢 精加工 切削深度/mm 57 23 0.20.3 切削速度/ （m.min-1） 6080 80120 120150 500800 030 70110 5070 70100 5070 0.10.2 0.10.2 0.20.4 0.10.2 0.10.2 YG 类 进给量/ （mm.r-1） 0.20.4 0.20.4 0.1 0.2 W18Cr4V YT 类 YT 类 刀具材料 (b 600Mpa） 钻中心孔 钻孔 切断（宽度5mm ） 铸铁 （200HBS 以下） 粗加工 精加工 切断（宽度5mm） 此外，在安排粗、精车削用量时，应注意机床说明书给定的允许切削用量范 围，对于主轴采用交流变频调速的数控车床，由于主轴在低转速时扭矩降低，尤 其应注意此时的切削用量选择。
