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1、济源职业技术学院 毕 业 设 计题目 轴类零件的数控编程加工 系别 机电工程系 专业 机械设计与制造 班级 姓名 学号 指导教师 日期 2012年8月 设计任务书设计题目：轴类零件的数控编程加工设计要求：1熟悉数控车床结构及的加工性能2零件图的分析及确定加工内容3AUTO CAD图形的绘制4三维图形的绘制5选定加工设备6切削用量及刀具选择、装夹7制定零件的加工设计进度要求：第一周：确定毕业设计题目和内容，查阅资料；第二周：确定整体设计思路；第三周：用CAD绘制零件图，选择相应的刀具等；第四六周：确定加工工艺，进行数控编程并调试；第七周：整理完善设计内容、按照毕业设计规范进行设计报告的撰写；第八
2、周：最终确定设计报告，打印装订，准备毕业答辩和指导教师评阅等指导教师（签名）： 摘 要随着科学技术和工业生产的飞速发展，国民经济各个部门迫切需要各种各样质量优、性能好、效率高、能耗低、价格廉的机械产品。其中，产品设计是决定产品性能、质量水平、市场竞争力和经济效益的重要环节。因此，采用数控加工就成了最好的选择，因为它加工效率高、质量好、加工精度高。数控技术是与机床的自动控制密切结合而发展起来的，如今数控技术已广泛应用于化工生产、石油精炼、造纸、钢铁生产等工艺流程控制及其他各个方面。近代大工业生产中，机械加工工艺过程的自动化是提高产品质量和生产率的重要措施。数控机床的诞生，较好解决了精密复杂多品种
3、单件或小批量机械零件加工自动化的问题。数控技术是用数字信息对机械运动和工作过程进行控制的技术,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，对国计民生的一些重要行业的发展起着越来越重要的作用.数控加工与编程的毕业设计是数控专业教学体系中构成数控加工技术专业知识及专业技能的重要组成部分，通过毕业设计使我们学会了对相关学科中的基本理论基本知识进行综合运用,同时使对本专业有较完整的系统的认识,从而达到巩固、扩大、深化所学知识的目的,培养和提高了综合分析问题和解决问题的能力以及培养了科学的研究和创新能力。本课题从零件加工工艺分析
4、、夹具及加工刀具选择、工艺路线的制订，每一个工步都要进行详细的分析，反复多次查阅资料进行实例研讨。切削用量的确定、车削加工程序的编写、机床的熟练操作。关键词：数控加工，编程，工艺分析。目 录1 数控机床的概述1 1.1 数控加工简介1 1.2 数控加工工艺及其工艺特点3 1.3 数控加工必须遵循的一般原则4 1.4 数控加工的步骤4 2刀具和切削用量的选择5 2.1 数控机床对刀具的要求5 2.2刀具的选择方法5 2.3 切削用量的选择7 3 夹具的选择9 3.1 夹具的基本概念:9 3.2 夹具的选择:10 3.3 夹具的类型:10 3.4 夹具的作用:10 3.5 零件的安装:10 4 轴
5、的类型及材料选择11 4.1轴的类型11 4.2 轴类零件的材料和毛坯选择11 5数控机床的坐标系统12 5.1 机床坐标系12 5.2 工件坐标系12 6 数控车削工艺13 6.1 数控加工工艺内容的选择13 6.2 数控加工零件的工艺性分析14 6.3 工艺分析及处理15 6.4 螺纹加工的尺寸计算17 6.5 编写程序17 6.6 备注20 7 数控加工的优势22 结论24 致谢25 参考文献26 1 数控机床的概述数控机床是由数字程序实现控制的机床，就是能按照编制好的加工程序实现自动化加工的设备，与普通机床相比，它适应范围广，可适应各种不同类型零件的加工，生产效率高，加工精度高，其自动
6、化或半自动化加工把许多辅助动作都交给机床完成，更是大大减少了操作员的劳动量。1.1 数控加工简介1.是高速加工技术发展迅速高速加工技术发展迅速，在高档数控机床中得到广泛应用。应用新的机床运动学理论和先进的驱动技术，优化机床结构，采用高性能功能部件，移动部件轻量化，减少运动惯性。在刀具材料和结构的支持下，从单一的刀具切削高速加工，发展到机床加工全面高速化，如数控机床主轴的转速从每分钟几千转发展到几万转、几十万转；快速移动速度从每分钟十几米发展到几十米和超过百米；换刀时间从十几秒下降到10秒、3秒、1秒以下，换刀速度加快了几倍到十几倍。应用高速加工技术达到缩短切削时间和辅助时间，从而实现加工制造的
7、高质量和高效率。2.是精密加工技术有所突破通过机床结构优化、制造和装配的精化，数控系统和伺服控制的精密化，高精度功能部件的采用和温度、振动误差补偿技术的应用等，从而提高机床加工的几何精度、运动精度，减少形位误差、表面粗糙度。加工精度平均每8年提高1倍，从1950年至2000年50年内提升100倍。目前，精密数控机床的重复定位精度可以达到1m，进入亚微米超精加工时代。3.是技术集成和技术复合趋势明显技术集成和技术复合是数控机床技术最活跃的发展趋势之一，如工序复合型车、铣、钻、镗、磨、齿轮加工技术复合，跨加工类别技术复合金切与激光、冲压与激光、金属烧结与镜面切削复合等，目前已由机加工复合发展到非机
8、加工复合，进而发展到零件制造和管理信息及应用软件的兼容，目的在于实现复杂形状零件的全部加工及生产过程集约化管理。技术集成和复合形成了新一类机床复合加工机床，并呈现出复合机床多样性的创新结构。4.是数字化控制技术进入了智能化的新阶段数字化控制技术发展经历了三个阶段:数字化控制技术对机床单机控制；集合生产管理信息形成生产过程自动控制；生产过程远程控制，实现网络化和无人化工厂的智能化新阶段。智能化指工作过程智能化，利用计算机、信息、网络等智能化技术有机结合，对数控机床加工过程实行智能监控和人工智能自动编程等。加工过程智能监控可以实现工件装卡定位自动找正，刀具直径和长度误差测量，加工过程刀具磨损和破损
9、诊断、零件装卸物流监控，自动进行补偿、调整、自动更换刀具等，智能监控系统对机床的机械、电气、液压系统出现故障自动诊断、报警、故障显示等，直至停机处理。随着网络技术的发展，远程故障诊断专家智能系统开始应用。数控系统具有在线技术后援和在线服务后援。人工智能自动编程系统能按机床加工要求对零件进行自动加工。在线服务可以根据用户要求随时接通INTERNET接受远程服务。采用智能技术来实现与管理信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、故障自诊断和智能维护等功能，大大提高成形和加工精度、提高制造效率。信息化技术在制造系统上的应用，发展成柔性制造单元和智能网络工厂，并进一步向制造系统可
10、重组的方向发展。5.是极端制造扩张新的技术领域极端制造技术是指极大型、极微型、极精密型等极端条件下的制造技术。极端制造技术是数控机床技术发展的重要方向。重点研究微纳机电系统的制造技术，超精密制造、巨型系统制造等相关的数控制造技术、检测技术及相关的数控机床研制，如微型、高精度、远程控制手术机器人的制造技术和应用；应用于制造大型电站设备、大型舰船和航空航天设备的重型、超重型数控机床的研制；IT产业等高新技术的发展需要超精细加工和微纳米级加工技术，研制适应微小尺寸的微纳米级加工新一代微型数控机床和特种加工机床；极端制造领域的复合机床的研制等1.2 数控加工工艺及其工艺特点1.2.1 数控加工工艺的主
11、要内容数控加工工艺是指采用数控机床加工零件时，所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工过程。一般来说数控加工工艺主要包括的内容如下：（1）选择并确定进行数控加工的零件及内容；（2）对零件图纸进行数控加工的工艺分析；（3）对零件图纸的数学处理及编程尺寸设定值的确定；（4）制定数控加工工艺方案。如工序的划分，刀具的选择，切削用量的确定，编写零件数控加工的程序，程序检验等；（5）确定程序原点、对刀点、换刀点的位置，确定刀具走刀时的进给路线；（6）分配数控加工中的容许误差以及处理数控机床上部分工艺指令。1.2.2数控加工工艺特点1、数控加工工艺内容要求更加具体、详细数控加工所有工艺问题必须事
12、先设计和安排好，并编入加工程序中。数控加工工艺不仅包括详细的切削加工步骤，还包括刀具型号、规格、切削用量和其他特殊要求的内容，以及标有数控加工坐标位置的工序图等。在自动编程中更需要确定详细的各种工艺参数。2、数控加工工艺要求更严密、精确数控加工时，自适应性较差，加工过程中可能遇到的所有问题必须事先精心考虑，否则导致严重的后果。如攻螺纹时，数控机床不知道孔中是否已挤满切屑，是否需要退刀清理一下切屑再继续加工。又如非数控机床加工时可以多次“试切”来满足零件的精度要求；而数控加工过程，严格按照规定尺寸进给，要求准确无误。因此，数控加工工艺设计要求更加严密、精确。3、制定数控加工工艺要进行零件图形的数
13、学处理和编程尺寸设定值的计算在对零件图进行数学处理和计算时，编程尺寸设定值要根据零件尺寸公差要求和零件的形状几何关系重新调整计算，才能确定合理的编程尺寸。4、选择切削用量时要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响合理的切削进给速度，不仅要使切削过程平稳，避免因切削力猛然增大引起刀具破损，而且还应考虑数控系统插补运算速度对零件加工精度的影响。一般，在数控系统已定的条件下，进给速度越快，则插补精度越低，工件的轮廓形状误差也就越大。特别是对于高精度零件的加工，这一影响是绝对不可忽视的。5、强调刀具选择的重要性复杂型面的加工编程通常采用自动编程方式。自动编程中，必须先选定刀具再生成刀具中心运动轨迹，因此
14、对于不具有刀具补偿功能的数控机床来说，若刀具预先选择不当，所编的程序就不能再用，也只能重新编制才能完成所要的加工。 1.3 数控加工必须遵循的一般原则（1）结合本校数控基地的情况，合理安排合计内容。也可以采用与校外企业合作的方式设计课题。（2）必须保障人身安全和设备安全，在编程操作前应熟悉数控机床的操作说明书，并按照操作规程操作。（3）兼顾加工精度和加工效率，在保证加工精度的前提下，认真进行公工艺分析，制定出合理的工艺方案，选择合理的切削用量。（4）注意培养独立获取知识、新技术、新信息的能力，掌握科学研究的方法。1.4 数控加工的步骤必须利用设计前一到二周的时间研究设计计划和任务书，了解产品的
15、工艺性和公差等级，在初步明确设计要求的基础上，可以步骤进行设计方案的论证。（1）分析零件图样根据任务书，画出零件图，并对工件的形状、尺寸、精度等级、表面粗糙度、刀具及等技术进行分析。（2）确定加工工艺方案根据上述的分析，选择加工方案，确定加工顺序，加工路线、装夹方式、切削用量材料等，要求有详细的设计过程和合理的参数。（3）数值计算根据零件图的尺寸，确定工艺路线及设计的坐标系，计算运动轨迹，得到刀位数据（4）编写零件加工程序根据数控系统的功能指令及程序格式，逐步编写加工程序单，写出有关的工艺文件如工序卡、数控刀具卡、刀具明细表、加工工序单等。（5）程序校验程序编完后，对程序进行校验，一般采用机床
16、空运转方式，来检查机床的动作和运行轨迹的正确性，以校验程序。2刀具和切削用量的选择2刀具和切削用量的选择2.1 数控机床对刀具的要求为了保证数控机床的加工精度，提高生产率及降低刀具的消耗，在选用刀具时对刀具提出了很高的要求，如能可靠的断屑，有高的耐用度，可快速调整和更换等。因此数控机床对刀具的选择应满足以下要求：1.适应高速切削要求，具有良好的切削性能为提高生产率和加工高硬度材料的要求，数控机床向着高速度、大进给、高刚性和大功率发展。中工作进给由0m/min5m/min提高到0m/min15m/min。等规格的数控车床，其主轴最高转速一般为3000r/min5000r/min ,2.高的可靠性
17、数控机床加工的基本前提之一是刀具的可靠性。3.较高的刀具耐用度4.高精度5.可靠的断屑及排屑措施6.精确迅速的调整7.自动快速的换刀8.刀具标准化、模块化、通用化及复合化2.2刀具的选择方法刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响零件的加工质量。由于数控机床的主轴转速及范围远远高于普通机床，而且主轴输出功率较大，因此与传统加工方法相比，对数控加工刀具的提出了更高的要求，包括精度高、强度大、刚性好、耐用度高，而且要求尺寸稳定，安装调整方便。这就要求刀具的结构合理、几何参数标准化、系列化。数控刀具是提高加工效率的先决条件之一，它的选用取决于被加工零件的几何形状
18、、材料状态、夹具和机床选用刀具的刚性。应考虑以下方面：（1）根据零件材料的切削性能选择刀具。如车或铣高强度钢、钛合金、不锈钢零件，建议选择耐磨性较好的可转位硬质合金刀具。（2）根据零件的加工阶段选择刀具。即粗加工阶段以去除余量为主，应选择刚性较好、精度较低的刀具，半精加工、精加工阶段以保证零件的加工精度和产品质量为主，应选择耐用度高、精度较高的刀具，粗加工阶段所用刀具的精度最低、而精加工阶段所用刀具的精度最高。如果粗、精加工选择相同的刀具，建议粗加工时选用精加工淘汰下来的刀具，因为精加工淘汰的刀具磨损情况大多为刃部轻微磨损，涂层磨损修光，继续使用会影响精加工的加工质量，但对粗加工的影响较小。（
19、3）根据加工区域的特点选择刀具和几何参数。在零件结构允许的情况下应选用大直径、长径比值小的刀具；切削薄壁、超薄壁零件的过中心铣刀端刃应有足够的向心角，以减少刀具和切削部位的切削力。加工铝、铜等较软材料零件时应选择前角稍大一些的立铣刀，齿数也不要超过4齿。选择数控刀具时应遵循以下原则：（1）选择刀具的种类和尺寸应与加工表面的形状和尺寸相适应（2）尽量采用硬质合金或高性能材料制成的刀具（3）尽量采用机夹或可转位式刀具（4）尽量采用高效刀具，如多功能车刀、铣刀等合金刀具。2.3 切削用量的选择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
20、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，并结合经验而定。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ae。一般ae与刀具直径d成正比，与切削深度成反比。经济型数控加工中，一般ae的取值范围为：ae=（0.60.9）Dc。 切削速度Vc。提高Vc也是提高生产率的一个措施，但Vc与刀具耐用度的关系比较密切。随着Vc的增大，刀具耐用度急剧下降，故Vc的选择主要取 决于刀具耐用度。
21、另外，切削速度与加工材料也有很大关系，例如车削合金刚30CrNi2MoVA时，Vc可采用8m/min左右；而用同样车削铝合金时，Vc可选200m/min以上。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，保证合理的刀具耐用度；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。从刀具的寿命（耐用度）出发，切削用量的选择方法是：先选取被吃刀量，其次确定进给速度，最后确定主轴转速。2.3.1背吃刀量确定背吃刀量
22、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，可留少量精加工余量，一般0.10.5mm。2.3.2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： 1.当工件的质量要求能够得到保证时，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。2.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
23、内选取。3.当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在2050mm/min范围内选取。4.刀具空行程时，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。5.由于本设计的加工属于半精加工，因此，选用介于两者之间的进给速度，即50mm/min100mm/min。2.3.3 主轴转速的确定 1.光车外圆时主轴转速。 光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度除了计算和查表选取以外，还可以根据实践经验确定。需要注意的是，交流变频调速的数控车床低速输出力矩小，因而切削速度不能太低。切削速度确定后，用
24、公式n=1000v/D计算主轴转速n(r/min)。式中v-切削速度，单位为m/min，由刀具的耐用度决定；n-主轴转速，单位为 r/min；D-工件直径或刀具直径，单位为mm。计算的主轴转速n最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速。表2.1 硬质合金外圆车刀切削速度的参考值工件材料热处理状态ap（mm）（0.3，2)(2,6)(6,10)f（mm/r）(0.08,0.3)(0.3,0.6)(0.6,1)vc(m/min)低碳钢、易切钢热轧1401801001207090中碳钢热轧130160901106080调质10013070905070合金结构钢热轧10013070905070调
25、质8011050704060工具钢退火9012060805070灰铸铁HBS1909012060805070HBS=1902258011050704060高锰钢1020铜及铜合金20025012018090120铝及铝合金300600200400150200铸铝合金（WSI13%)1001808015060100注：切削钢及灰铸铁时刀具耐用度约为60min2.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，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推荐车螺纹时的主轴转速n(r/
26、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。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，由于主轴在低速时扭矩降低，尤其应注意此时的切削用量的选择。总之，切削用量的具体数值应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用类比方法确定。同时，使主轴转速、切削深度及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。3 夹具的选择3.1 夹具的基本概念:1) 什么是夹具: 在车床上广泛使用的三爪卡盘，顶尖和铣床上用的平口虎钳等都属于夹具。一般来说，夹具夹具是安装在机床上的，用以装夹工件和引导刀具的
27、装置.它属于工艺装备。在机床-刀具-工件-夹具组成的工艺系统中，夹具是一个重要的环节 。进一步讲，夹具安装于机床的工作台或底座上，或机床的主轴上,工件安装并夹紧于夹具中的正确位置，引导或调整刀具或砂轮使之处于相对夹具的正确位置，进行工件的加工，从而获得合格的工件。3.2 夹具的选择:数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点：1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具，以缩短生产准备时间。 2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。 4）夹
28、具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。 3.3 夹具的类型:数控车床上的夹具主要有两类：一类用于盘类或短轴类零件，工件毛坯装夹在带可调卡爪的卡盘（三爪、四爪）中，由卡盘传动旋转；另一类用于轴类零件，毛坯装在主轴顶尖和尾架顶尖间，工件由主轴上的拨动卡盘传动旋转。本设计加工的是小型零件，因此采用三爪卡盘。3.4 夹具的作用:1) 保证工件加工精度，稳定产品质量。由于夹具在机床上和工件在夹具中的装夹位置均已确定，所以工件在加工中的位置得到可靠的保证，且不受划线质量和找正技术水平等因素的影响。2) 扩大机床使用范围，充分发挥机床潜力，对于中小工厂，由于机床品种，规格和数量有限,为了适
29、应生产的需要，充分发挥现有设备的潜力，往往通过设计不同的夹具来进一步扩大机床的工作范围达到一机多用的目的。3.5 零件的安装:数控机床上零件的安装方法与普通机床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，注意以下两点： 1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于编程时数值计算的简便性和精确性。 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。4 轴的类型及材料选择4.1轴的类型轴类零件是常见的典型零件之一，其主要功能是支持传动零部件（齿轮、皮带轮、离合器等），传递扭矩和承受载荷，就其功用可分为：主轴、异形轴和其它轴三类，主轴除支持齿轮或皮带轮、离合器外，还将旋转运动及扭转力
30、矩通过主轴端部的夹具传给工件或刀具；异形轴可通过凸轮、偏心和曲拐部分将回转运动变为直线运动，其它轴则主要传递扭矩或承受载荷。从轴类零件的结构特性来看，它们是长度（L）大于直径（d）的回转体零件，若L/d12，通常称为刚性轴；而L/d12称为挠性轴，其被加工表面常有内外圆柱表面、圆锥面及花键、键槽、螺纹等。根据轴类零件的结构特点和精度要求，应选择合理的定位基准和加工方法进行加工。4.2 轴类零件的材料和毛坯选择轴类零件应根据不同的工件条件和使用要求选用不同的材料。45号钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜，经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机械性能，局部淬
31、火后在回火，表面硬度可达HRC4552。40Cr等合金钢结构钢适用于中等精度，而转速较高的轴类零件，具有较高的综合机械性能。轴承钢GCr15和弹簧钢Mn 可制造较高精度的轴。20CrMnTi、18CrMnTi、20Mn2B、20Cr等低碳合金钢含铬、锰钛和硼等元素，可用来制造在高速度、重载荷等条件下的轴类零件。 轴杆类零件是机械产品中支承传动件、承受载荷、传递扭矩和动力的常见典型零件，其结构特征是轴向（纵向）尺寸远大于径向（横向）尺寸，包括各种传动轴、机床主轴、丝杆、光杆、偏心轮、凸轮轴、齿轮轴等。轴类零件最常用的毛坯是型材和锻件，对于某些大型的结构形状复杂的轴也可用铸件或焊接结构件。对于光滑
32、的或有阶梯但直径相差不大的一般轴，常用型材（即热轧或冷拉圆钢）作为毛坯。对于直径相差较大的阶梯轴或要承受冲击载荷和交变应力的重要轴，均采用锻件作为毛坯。当生产批量较小时，应采用自由锻件；当生产批量较大时，应采用模锻件。对于结构形状复杂的大型轴类零件，其毛坯可用砂型铸造件、焊接结构件或铸焊结构毛坯。5数控机床的坐标系统在数控编程时，为了描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证记录数据的互换性，数控机床的坐标和运动方向均已标准化。数控机床各坐标轴按标准JB3051-82 确定后，还要确定坐标系原点的位置，这样坐标系才能确定下来。依原点的不同，数控机床的坐标系统分为机床坐标系和工件坐标系。5.1 机
33、床坐标系以机床原点为坐标原点建立起来的X、Y、Z轴直角坐标系，称为机床坐标系。而标准的机床坐标系中x、y、z坐标轴的相互关系用右手笛卡尔直角坐标系决定。机床原点是指在机床上设置的一个固定点，也称机床零点。它在机床装配、调试时就已确定下来数控机床进行加工运动的基准参考点。机床零点是通过机床参考点间接确定的，机床参考点也是机床上的一个固定点，其与机床零点间有一确定的相对位置，一般设置在刀具运动的X、Y、Z正向最大极限位置。在机床每次通电之后，工作之前，必须进行回机床零点操作，使刀具运动到机床参考点，其位置由机械档块确定。这样，通过机床回零操作，确定了机床零点，从而准确地建立机床坐标系，即相当于数控
34、系统内部建立一个以机床零点为坐标原点的机床坐标系。机床坐标系是机床固有的坐标系，一般情况下，机床坐标系在机床出厂前已经调整好，不允许用户随意变动。5.2 工件坐标系工件图样给出以后，首先应找出图样上的设计基准点。其他各项尺寸均是以此点为基准进行标注。该基准点称为工件原点。以工件原点为坐标原点建立的X、Y、Z轴直角坐标系，称为工件坐标系。工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件原点的位置是人为设定的，它是由编程人员在编制程序时根据工件的特点选定的，所以也称编程原点。数控车床加工零件的工件原点一般选择在工件右端面、左端面或卡爪的前端面与Z轴的交点上。6 数控车削工艺在进行
35、数控加工工艺设计时，一般应进行以下几方面的工作：数控加工内容的选择；数控加工工艺得分析；数控加工工艺路线的设计。6.1 数控加工工艺内容的选择对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成，而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些是最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。再考虑选择内容时应结合本企业设备的实际，立足与解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。一、适于数控加工的内容在选择时，一般可按下列顺序考虑：（1）通用机床无法加工的内容应做为优先选择内容；（2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选
36、择内容；（3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。二、不适于数控加工的内容一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益方面会得到明显提高。相比之下，下列一些内容不宜选择采用数控加工：（1）占机调整时间长（2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。（3）按某些特定的制造依据（如样板等）加工的型面轮廓。此外，再选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。总之要尽量做到合理，达到多、好、省的目的。要防止把数控机床当普通机床使用。6.2 数控加工零件的工艺性分析理想的加工程序不仅应保证加工出符合图
37、样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的23倍，所以，要充分发挥数控机床的这一特点，必须熟练掌握其性能、特点、使用操作方法，同时还必须在编程之前正确地确定加工方案。由于生产规模的差异，对于同一零件的加工方案是有所不同的，应根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。一、加工工序划分在数控机床上加工零件，工序可以比较集中,一次装夹应尽可能完成全部工序。与普通机床加工相比，加工工序划分有其自己的特点，常用的工序划分原则有以下两种。1保证精度的原则 数控加工要求工序尽可能集中，常常粗、精加工在一次装夹下完成，为减少热变形和
38、切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。对轴类或盘类零件，将各处先粗加工，留少量余量精加工，来保证表面质量要求。同时，对一些箱体工件，为保证孔的加工精度，应先加工表面而后加工孔。2 提高生产效率的原则数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其它部位。同时应尽量减少空行程，用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。实际中，数控加工工序要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。二、加工路线的确定在数控加工中，刀具（严格说是刀位点）相对于工件的运动轨迹和方向称为加工
39、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。加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等。6.3 工艺分析及处理（1）零件图工艺分析。已知毛坯为40100的45钢，要求编制数加工程序并完成零件的加工。图6-1 轴零件图（2）刀具卡：表6-2 刀具卡产品名称或代号数控车削加工与编程实训件零件名称数控入门实训件一零件图号SXC401序号 刀具号 刀具名称数量加工表面刀尖半径R/min刀具方位T 备注 1T0190度硬质合金偏刀1粗车外轮廓0.32T0290度硬质合金偏刀
40、1精车外轮廓0.23（3）加工方案及工序 1、加工方案 如图7-9所示，根据零件的工艺特点和毛坯尺寸 4065, 确定加工方案：用三爪自定心卡盘夹紧，找正零件，伸出卡盘50mm，加工零件外轮廓至尺寸要求。加工零件前先对刀，设置编程原点在右端面的轴线上，加工程序O0010。 2、加工工序表6-3 加工工序卡工步号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速n/(r/min)进给量f/(mm/min)背吃刀量ap/mm备注（程序名）1粗车外轮廓，留余量0.5mmT012520600601.5自动O00102精车各表面至尺寸要求T022520800400.25自动O0010五、编程及操作要点1、数值计算 图
41、纸上有公差值的尺寸，编程时取极限尺寸的平均值。由此可得38、28、24外圆的编程尺寸分别为：37.969、27.974、23.974；长度40的编程尺寸为40。2、对刀设置主轴转动指令，使主轴转动。X向对刀。 手动、手轮方式下，车削外圆，沿+Z方向退刀，按下主轴停止键，测量切削外圆的直径，如为38.25；按录入方式/刀补键，移动光标到相应刀号的位置，如1号刀在101输入X38.25，按INPUT键，完成X方向对刀。Z向对刀。 在手动/手轮方式下按主轴正转键使主轴转动，车削端面，沿+X方向退刀，按下主轴停止键，按录入方式/刀补键，移动光标到相应刀号位置，如1号刀在在101，输入Z0，按INPUT
42、键，完成Z方向对刀。 这样刀尖便偏置到编程坐标系中。换T02刀，同理通过上述-步骤完成90度精刀的对刀过程。3、尺寸修正 对于试切的零件，在粗车后使用程序暂停指令（M01）停止机床转动，测量零件尺寸是否符合要求。如有偏差，则要在精车前及时修正，修正方法为：按下录入方式、刀补键，LCD屏幕上显示刀补画面。用键或键移动光标到设定补偿号的位置。输入X、Z值。 例如图4-1所示零件，采用T01号90度偏刀粗车后。实际尺寸比零件要求外径大0.02mm，端面长0.03mm,则按下录入方式/刀补键，进入刀具磨损补偿界面，用键或键移动光标至T01对应的刀补号001，输入X-0.02，按INPUT，输入Z-0.
43、03，按INPUT，完成刀具磨损补偿；反之，若加工后的实际尺寸比工件要求尺寸小，则输入“+”数据。 通过上述修正后，再进行精加工，即可达到尺寸要求。进行批量生产时，因为刀具生产磨损导致测量零件尺寸偏大，用上述方法可补偿刀具的磨损量。6.3 工艺分析及处理N1O G18 G23 G54 G71 G90 G94 ；刀架回换刀点N20 M03 S1000 T1D1 ；调用1号粗车刀，主轴正转n=1000r/minN30 G00 X40 Z5N40 ABC123 ；车削右端面N50 R105=1 R106=1 R108=1 R109=7 R110=2 R111=200 R112=100N60 LCYC
44、95N70 G00 X200 Z200 ；N80 M05N90 M06 T2D1(切槽刀)N100 M03 S500N110 G00 X25 Z-20 ；粗车外圆柱面N120 G01 X11 F50N130 G00 X200N140 Z200N150 M05 ；粗车外圆柱面N160 M06 T3D1N170 M03 S1200N180 G00 X40 Z5N190 R105=5 ；N200 LCYC95N210 G00 X200 Z200N220 M05N230 M06 T4D1 ；N240 M03 S800N250 G00 X20 Z10N260 R100=16 R101=0 R102=16 R103=-15 R104=1.5 R105=1 R106=0.1 R109=4.5N270 LCYC97N280 G00 X30 Z-10 ；粗车外圆锥面N290 R100=20 R101=20 N300 N310 G00 X200 Z200N320 M05 ；粗车外圆锥面N330 M06 T2D1N340 M0
