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1、第一章 数控加工概述 1.1数控加工原理 当我们使用机床加工零件时，通常都需要对机床的各种动作进行控制，一是控制动作的先后次序，二是控制机床各运动部件的位移量。采用普通机床加工时，这种开车、停车、走刀、换向、主轴变速和开关切削液等操作都是由人工直接控制的。采用自动机床和仿形机床加工时，上述操作和运动参数则是通过设计好的凸轮、靠模和挡块等装置以模拟量的形式来控制的，它们虽能加工比较复杂的零件，且有一定的灵活性和通用性，但是零件的加工精度受凸轮、靠模制造精度的影响，而且工序准备时间也很长。采用数控机床加工零件时，只需要将零件图形和工艺参数、加工步骤等以数字信息的形式，编成程序代码输入到机床控制系统
2、中，再由其进行运算处理后转成驱动伺服机构的指令信号，从而控制机床各部件协调动作，自动地加工出零件来。当更换加工对象时，只需要重新编写程序代码，输入给机床，即可由数控装置代替人的大脑和双手的大部分功能，控制加工的全过程，制造出任意复杂的零件。数控加工的原理如图1-1所示。 图1-1 数控加工原理框图1.2数控加工的特点总的来说，数控加工有如下特点：(1) 自动化程度高，具有很高的生产效率。除手工装夹毛坯外，其余全部加工过程都可由数控机床自动完成。若配合自动装卸手段，则是无人控制工厂的基本组成环节。数控加工减轻了操作者的劳动强度，改善了劳动条件；省去了划线、多次装夹定位、检测等工序及其辅助操作，有
3、效地提高了生产效率。(2) 对加工对象的适应性强。改变加工对象时，除了更换刀具和解决毛坯装夹方式外，只需重新编程即可，不需要作其他任何复杂的调整，从而缩短了生产准备周期。(3) 加工精度高，质量稳定。加工尺寸精度在0.0050.01 mm之间，不受零件复杂程度的影响。由于大部分操作都由机器自动完成，因而消除了人为误差，提高了批量零件尺寸的一致性，同时精密控制的机床上还采用了位置检测装置，更加提高了数控加工的精度。(4) 易于建立与计算机间的通信联络，容易实现群控。由于机床采用数字信息控制，易于与计算机辅助设计系统连接，形成CAD/CAM一体化系统，并且可以建立各机床间的联系，容易实现群控。第二
4、章、数控加工工艺分析2.1机床的合理选用数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件：1）多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件。2）轮廓形状复杂，或对加工精度要求较高的零件。3）用普通机床加工时需用昂贵工艺装备（工具、夹具和模具）的零件。4）需要多次改型的零件。5）价值昂贵，加工中不允许报废的关键零件。6）需要最短生产周期的急需零件。2.2数控加工零件的工艺性分析（1）零件图上尺寸数据的给出，应符合程序编制方便的原则（2）零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点2.3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：同时保证加工精度和表面粗糙度的要求。此外，还应
5、考虑生产率和经济性的要求，以及现有生产设备等实际情况。（2）确定加工方案的原则零件上精度要求较高的表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对于这些表面，要根据质量要求、机床情况和毛坯条件来确定最终的加工方案。确定加工方案时，首先应该根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法。此时要考虑到数控机床使用的合理性和经济性，并充分发挥数控机床的功能。原则上数控机床仅进行较复杂零件重要基准的加工和零件的精加工。2.4工艺与工步的划分（1）工序的划分1）以零件的装夹定位方式划分工序由于每个零件结构形状不同，各个表面的技术要求也不同，所以在加工中，其定位方式
6、就各有差异。一般加工零件外形时，以内形定位；在加工零件内形时以外形定位。可根据定位方式的不同来划分工序。2）按粗、精工序划分加工根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来进行划分工序，即先进行粗加工，再进行精加工。此时可以使用不同的机床或不同的刀具进行加工。通常在一次安装中，不允许将零件的某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其它表面。为了减少换刀次数，缩短空行程运行时间，减少不必要的定位误差，可以按照使用相同刀具来集中加工工序的方法来进行零件的加工工序划分。尽可能使用同一把刀具加工出能加工到的所有部位，然后再更换另一把刀具加工零件的其它部位。在专用数控机床和加
7、工中心中常常采用这种方法。（2）工步的划分工步的划分主要从加工精度和生产效率两方面来考虑。在一个工序内往往需要采用不同的切削刀具和切削用量对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述复杂的零件，在工序内又细分为工步。工步划分的原则是：1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗加工后精加工分开进行。2）对于既有铣削平面又有镗孔加工表面的零件，可按先铣削平面后镗孔进行加工。因为按此方法划分工步，可以提提高孔的加工精度。因为铣削平面时切削力较大，零件易发生变形。先铣平面后镗孔，可以使其有一段时间恢复变形，并减少由此变形引起对孔的精度的影响。3）按使用刀具来划分工步。某些机床工作
8、台的回转时间比换刀时间短，可以采用按使用刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。2.5零件的安装与夹具的选择（1）定位安装的基本原则1）力求设计基准、工艺基准和编程计算基准统一。2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。3）避免采用占机人工调整加工方案，以便能充分发挥出数控机床的效能。（2）选择夹具的基本原则数控加工的特点对夹具提出了两点要求：一是要保证夹具的坐标方向要与机床的坐标方向相对固定不变；二是要协调零件的和机床坐标系的尺寸关系。除此之外，还应该考虑以下几点：1）当零件加工批量不大时，应该尽量采用组合夹具、可调式夹具或其它通用夹具，以缩短生产准备时间，节省
9、生产费用。2）在成批生产时才考虑使用专用夹具。3）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短数控机床的停顿时间。4）夹具上各零部件应该以不妨碍机床对零件各表面的加工。夹具要敞开，其定位夹紧机构的元件不能影响加工中的走刀运行。2.6刀具的选择与切削用量的确定（1）刀具的选择数控加工的刀具材料，要求采用新型优质材料，一般原则是尽可能选用硬质合金；精密加工时，还可选择性能更好更耐磨的陶瓷、立方氮化硼和金刚石刀具，并应优选刀具参数。（2）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，但也应该考虑加工成本。半精加工和精加工时，一般应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率和经济性和加工成
10、本。1）确定切削深度t（mm）。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除待加工余量，最好一次切除待加工余量，以提高生产效率。2）确定切削速度V（m/min）。加大切削速度，也能提高生产效率。但提高生产效率的最有效措施还是应尽可能采用大的切削深度t。3）确定进给速度f（mm/min或mm/r）。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与零件的材料性质来选取。当加工精度和表面粗糙度要求高时，进给速度f应该选择得小些。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能决定，并与数控系统脉冲当量的大小有关。2.7对刀点和换刀点的确定选择对刀点的原则是
11、：（1）选择的对刀点便与数学处理和简化程序编制；（2）对刀点在机床上容易校准；（3）加工过程中便于检查；（4）引起的加工误差小。2.8工艺加工路线的确定确定工艺加工路线的原则是：（1）保证零件的加工精度和表面粗糙度；（2）方便数值计算，减少编程工作量；（3）缩短加工运行路线，减少空运行行程。在确定工艺加工路线时，还要考虑零件的加工余量和机床、刀具的刚度，需要确定是一次走刀，还是多次走刀来完成切削加工，并确定在数控铣削加工中是采用逆铣加工还是顺铣加工等。 第三章 数控车床加工实例 注：材料为45号钢无热处理及硬度要求3.1 零件图样分析1材料选45#中碳热扎钢，无热处理及硬度要求的热扎钢2成型表
12、面组成：由圆柱面、圆锥面、球面、圆弧面以及螺纹面组成。各表面均无精度要求以及表面粗糙度要求，用数控车削均可完成。3轴段右侧有两段顺逆圆弧，应选用机械间隙补偿的数控机床去完成。3.2工艺措施1无尺寸精度要求及表面粗糙度要求，一般取表面粗糙度为七级精度，使用中等精度数控CJK6140即可保证零件的加工要求，编程时，直接带入具体尺寸。2轴段右侧有两段顺逆圆弧，应选用带机械间隙补偿的数控机床去完成。3各成型表面连接无复杂程度中等，不须用可转位刀片，用一般车削硬质合金刀即可。4选毛坯件：45#碳热扎圆钢，取22X230mm5数控加工前先在普床上完成外圆的准备加工，使之为21mm，同时获得工件的回转轴线、
13、再平端面。3.3 确定定位基准和装夹方式1定位基准： X方向：坯件回转轴线 Z方向：坯件端面 设计基准和定位基准与工艺基准三者重合；在相应加工之前基准端面要先加工。2装夹方式：三爪自定心卡盘，手工夹紧夹持端。对坯料多余部分插入主轴内部，加工时依次完成四根轴的加工。在数控机床上分别加工各成型面，最后用切割刀切除。综上所述，首先在普床上平端面、加工外圆去除表面的余量达到要求，然后把工件放到数控车床上确定左段用三爪自定心卡盘夹持，加工圆球、圆弧、圆锥、倒角、退刀槽及螺纹，最后用切割刀切断即可完成。3装夹图如下：3.4 加工路线及进给路线1粗车外表面先平端面，然后遵循由粗到精，从右到左（由近到远）的加
14、工原则；加工时从右到左粗车各面，粗车时留精加工余量0.25mm。加工时用复合固定循环中的轴向粗车循环指令（G73）自动完成加工，以减少计算时间，方面编程。加工路线如图所示，用一把刀即可完成所以内容。2精车外表面编程时用G70指令对应G73指令进行精车，一刀完成。走刀路线如上图所示。3槽加工一刀完成。走刀路线如下图所示4螺纹加工由于螺纹系易损面，应后加工。编程时可用G92螺纹循环指令完成加工。走刀路线如下图所示：5最后用切断刀切断。3.5 刀具选择刀具材料为硬质合金，经几何分析sina=OC/OK=6.5/7.5=0.866得到a=60度，Kr大于30为安全。（1）粗车时循环车削轮廓取一般硬质合
15、金90度右偏刀，从右向左车外廓，副偏角为55度，取nk较大的刀以防止干涉，取刀杆直径D=20mmX20mm。（2）精车轮廓用硬质合金90度右偏刀，刀尖尖角为55度，刀杆D=20mmX20mm，为保证刀尖圆角半径r小于结构上最小圆弧半径，取r=0.150.2mm。（3）切槽刀：切削刀宽为4mm，刀柄D=20mmX20mm。（4）螺纹刀：使用60度外螺纹硬质合金右刀，刀柄20mmX20mm。（5）切割刀：切削刃宽为4mm，刀柄D=25mmX25mm（6）将以上所选定的刀具参数填入如下数控加工刀具卡。 3.6工艺卡片 序号刀具号刀具规格与名称数量工序内容备注 1T0190度右偏硬质合金外圆刀 1粗车
16、外轮廓及端面自动2T0290度右偏硬质合金刀1精车外表面自动3T03刀刃宽为4mm的切槽刀1待添加的隐藏文字内容1切退刀槽自动4T0460度的硬质合金螺纹刀1车螺纹外螺纹5T05切割刀1切端面宽4mm编制胡志云审核3.7 切削用量选择1背吃刀量（查课本P136表4-3，精车余量查P133表4-2）外廓： 粗车背吃刀量3.0mm 精车余量背吃刀量0.25mm螺纹： 粗车背吃刀量0.4mm 循环依次减少 精车余量背吃刀量0.1mm2主轴转速（查课本表4-3并参阅机床手册中“主轴转速”）该零件的加工面由圆柱、圆锥、螺纹、球面等表面组成，因为工件材料为45#中碳钢。第四章、数控车加工操作流程4.1、开
17、机1、 打开电源开关。2、 打开数控机床开关。3、 按机床操作面板上NC启动按钮。4、 稍等一点时间，再按NC准备好按钮。5、 回零。先按X手轮方式，再按100手轮倍率，逆时针转动FANUC手轮，使刀架向X方向移动一段距离；再按Z手轮方式，逆时针转动FANUC手轮，使刀架向Z方向移动一段距离。 按回零方式按钮，再按Z轴 X轴 X轴 Z轴中X轴、Z轴按钮。按POS按钮，屏幕上出现(X0.000 Z0.000)，表示机床已经回零。6、 启动主轴按编辑方式，再按PROG编程按钮，编几个程序段，如O0011；M03S500；T0101； 按单段。 按自动方式，再按循环启动，机床主轴运转。 按主轴停止键
18、，机床停止转动。4.2、参考工艺分析4.3、编程注意：编程时，如果出现错误，把光标移到出错的程序段处，用CAN擦除，再重新编程；如果对程序段的某个内容要进行修改，则可在下面编上某个正确的内容，然后按替代键，修改编程；按OEB键出现（；）；按INPUT按钮把整个程序段输入编程处。4.4、模拟模拟主要检验编程的正确与否。操作步骤：1、按CSTM/GR按钮，出现模拟框图形；2、按机床锁按钮，再按自动方式以及循环启动按钮。（注：模拟以后，要求重新回零，如果自己能确定编程的正确与否，可不用模拟，以节省加工时间，提高加工效率。）4.5、用试刀法对刀1、用三爪卡盘把毛坯的右端夹紧。2、装刀。当刀架离工件比较
19、远时，可按100手轮倍率及X手轮方式或Z手轮方式，转动FANUC手轮，使刀架靠近工件。把外圆车刀装在1号刀位上。试切时，若有凸台或凹坑，证明刀尖与工件轴线不等高，可通过调整垫刀片厚度，使刀尖严格地与工件轴线等高。3、试切法对外圆车刀对Z轴。按100手轮倍率及X手轮方式，逆时针转动FANUC手轮，沿X方向较快进给靠近工件，再按10手轮倍率，用较慢的进给速度车端面，车完端面后，顺时针转动FANUC手轮，沿X方向退回，按主轴停按钮，停机。按OFSET按钮，移动按钮，在屏幕出现磨损/外形时，把光标定位在G 01 U 0.000 W 0.000的W 0.000处；在下边 处，输入Z0，再按刀具测量按钮，
20、按显示器的测量键，在原先W 0.000的地方就变成W 665.848，Z方向对刀完毕。对X轴。选较小的切削深度，按10手轮倍率及Z手轮方式 ，逆时针转动FANUC手轮，车大约1015mm长的距离，再顺时针转动FANUC手轮，把车刀退至离工件约90mm左右，（防止转动刀架时，刀具碰到工件），按主轴停按钮，停机。测出所车工件的直径d为32.2mm，在下边 处，输入X32.2，按刀具测量按钮，再按显示器上相对应的测量键，在原先U 0.000的地方就变成U 408.340。4、输入磨耗值。按磨损/外形的磨损下边的键，出现偏置/磨损时，先用光标移动在W01的U值上，输入磨耗值0.5mm。4.6、自动循环
21、加工1、粗加工及半精加工按编辑方式，再按PROG编程按钮，出现O0001程序；按自动加工，再按单段，把进给倍率打到60处，再按加工循环，机床开始单段循环加工，当车刀走完一段程序段后，加工循环指示灯灭，需再按加工循环，使程序继续往下运行。当程序一次运行结束后，可把进给倍率打到80或100处，并取消单段，使工件连续循环加；当粗加工循环结束后，进入半精加工循环时，可按转速升，并把进给倍率打到处。加工完毕，用千分尺进行测量，如果尺寸没达到要求，则需进行精加工。2、精加工如果用千分尺测量尺寸还大0.3mm，则修改磨耗值（0.50.3）为0.2mm，在偏置/磨损时，先用光标移动在W01的U值上，输入磨耗值0.2mm。按自动加工，再按加工循环，机床开始循环精加工。如果尺寸还大一点，只要再修改磨耗值即可。参考文献书籍：（1）张超英等,数控机床加工工艺、编程及操作实训,高等教育出版社，2003，9（2）倪森寿，机械制造基础，高等教育出版社，2005，1 （3）陈立德，机械设计基础，高等华教育出版社，2004，7（4）李一民，数控机床,东南大学出版社,2005，7（5）隋秀凛，现代制造技术，高等教育出版社，2002，11（6）于荣贤等，机械制图与计算机绘图，机械工业出版社，2004，3
