数控机床加工实例

配合件的数控加工

摘要：随着数控加工技术的发展, 大量高精度多坐标数控机床的出现，机械加工已越来越倾向使用数控加工。数控加工主要有以下两个优点：精度高，可以加工任何复杂的自由曲面且精度很高,可以满足结构复杂、高精度的需要。操作简单，传统加工方法对工艺及操作人员的技术要求很高，稍有不慎就有可能导致零件报废。现代数控加工技术只需机床操作人员在加工前输入相应的数控程序，机床就会严格按照数控程序进行加工。可以预测，在未来几年内机械加工部分将继续以数控加工为主。

本文以配合件加工为例，从数控加工工艺分析，设备的选择，配合精度，刀具、夹具的选择，切削用量的选择，都经过了慎重考虑。配合件种类繁多，范围太广，所以以车削，铣削为主，以轴承套、箱体为例，分析零件气概经过数控加工，确定合理工艺方案，保证工件的精度和工艺设计要求，以达到配合要求，最终完成的零件的加工。

关键词：工艺分析；加工方法；数控加工

零件是机械中的最小单位，零件的配合组成了机构，机构之间的配合组成了机械，一部机器要能正常工作，发挥应有的作用，那么零件与零件之间的配合是保证的关键。如今，随着机电一体化技术的迅速发展，数控机床已经日走趋普及。加之对配合的零件之间的要求，零件表面的粗糙度，位置度等要求不断提高，普通机床很难达到，那么就需要在数控机床完成。

下面以数控车削加工的典型零件-盘套类零件，铣削为主的箱体类零件为例讨论配合件的加工。

（一）数控车削的典型零件-盘套类配合件的加工

盘套类零件在机器设备中用得非常普遍，多与同属回转体零件的轴类零件配合，由于其功能不同，盘套类零件结构和尺寸有着很大的差别，但其结构仍有共同点，零件的主要表面为同轴度要求较高的内外圆表面，零件壁的厚度较薄且易变形，盘套类零件的结构一般由孔，外圆，端面，沟槽及内螺纹和外螺纹，内锥面和内型面组成。常见的有轴承套，衬套，齿轮，带轮，轴承端盖等。

盘套类零件表面精度要求除尺寸外、形状精度外，内孔一般要作为配合和装配的基准，孔的直径尺寸等级一般为IT7，精密轴套可以取IT6，孔的形状精度应控制在孔径公差内，，一些精密套筒控制在孔径的公差的二分之一到三分之一，对于长度较长的轴套零件，除了圆度要求以外，还应注内孔面的圆柱度，端面对内孔轴线的圆跳动度和垂直度，以及两端面的的平行度等要求，为了保证零件的功用和提高其耐磨性，孔的表面粗糙度值Ra1.6-0.16um,甚至更高。

以数控车加工的典型零件盘套类零件，轴承套为例，讨论配合件的数控加工。轴承套数控车削加工工艺（单件小批量生产），所用机床为CJK6240

一、零件图工艺分析

1）编程时取基本尺寸。但由于要求配合，则有的配合尺寸需取中间值。

2）先确定基准，先加工左、右端面。保证零件的长度尺寸。

3）内孔尺寸较小，镗1﹕20锥孔、φ32孔及15°斜面时需掉头装夹。

4）右端有螺纹，所以放在最后加工，由于高速车削挤压引起螺纹牙尖膨胀变形，因此外螺纹的外圆应车到最小极限尺寸，螺纹加工前，先将加工表面加工到实际直径尺寸，M45×1.5的螺纹，加工前的外圆直径为:D外≈D-（0.1～0.2165）P =45-0.2*1.5=44.7一般数控车床推荐车螺纹时的最高转速为：n≤1200P-k (k是保险系数，一般为80)

加工螺纹时，长度应包括切入切出的空行程量，切入量一般取2-5mm,切出量一般取0.5-1mm。也可无退刀曹

轴承套的零件图

二、确定装夹方案

1）内孔加工时以外圆定位，用三爪自动定心卡盘夹紧。

2）加工外轮廓时，需要设一圆锥心轴装置，用三爪卡盘夹持心轴左端，心轴右端留有中心孔并用尾座顶尖顶紧。

外轮廓车削装夹方案

三、加工顺序走刀路线

依照基孔先行的原则，先加工内孔各表面，需要调头加工，由于右边有螺纹，所以放在最后加工。

再加工外轮廓表面。由于该零件为单件小批量生产，外轮廓表面车削走刀路线可沿零件轮廓顺序进行。

加工前，先手动加工通孔。

四、走刀路线

由于该零件为单件小批量生产，外轮廓表面车削走刀路线可沿零件轮廓顺序进行。采用装

夹，刀具集中原则，划分工序。

五.刀具选择

六. 切削用量的选择

七.加工程序

O0001；

G99 T0101; 选 45°硬质合金端面车刀M03S600; 主轴正转

G00X85 Z2;

GO1ZO F0.1; 先加工左面，车端面

X-1;

GOOX100 Z150;

T0101; 换镗刀

G00X82 Z2;

G71U2R0.5; 利用复合指令车外圆各面

G71P1Q2U0.5W0.2F0.3 S800;

N1 GOO G42X46;

GO1 Z2 F0.1;

X49.97 Z-2;

Z-30;

X58;

G02 X68Z-35 R5;

GO1X74

X78Z-37;

N2 G40 Z-60;

G70P1Q2S1000;

GOOX100Z100;

T0202; 换内孔镗刀车内孔

GOOX25Z2;

G71U2R0.5;

G71P1Q2U-1W0.5F0.2 S600;

N1GOOG41X35.1;

GO1Z0 F0.05;

X32Z-10;

Z-29;

G02X30Z-30 R1;

N2G40X28;

G70P1Q2;

MO5; 主轴停

M30 程序停止

准备掉头加工右面

（方法同左边加工相同，程序略）

(二) 铣削为主的箱体类配合件的加工。

箱体类零件一般指是具有一个以上的孔系，内部有一定型腔或空腔，在长宽高方向有一定比例的零件，这类零件在机械，汽车，飞机制造业用得多，如汽车的发动机缸体，变速箱体，机床主轴箱，齿轮泵壳体等。

一.数控机床的选用方面。

箱体类零件一般是其它零件配合的载体。都需要进行多工位孔系、轮廓及平面加工，公差要求较高，特别是形位公差要求较为严格，通常要经过铣、钻、扩、镗、铰、锪、攻丝等工序。

需要刀具多，在普通机床上加工难度大，工装套数多，费用高，加工周期长，需要多次装夹，找正，手工测量次数多，加工时还要频繁的换刀，工艺难制定，更重要的是精度难以保证。这类零件在加工中心上加工，一次装夹可完成普通机床的60%--95%工序内容，零件各项精度一致性好，质量稳定，同时节约费用，缩短加工周期。

加工中心与数控铣床铣削加工是型腔模具加工的重要手段。数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，数控铣床是一种加工功能很强的数控机床，在数控加工中占据了重要地位。现在数控铣床已全面向多轴化发展。目前迅速发展的加工中已全面向多轴化发展。目前在数控铣床和数控镗床的基础上产生了加工中心和柔性制造单元也是在数控铣床和数控镗床心和柔性制造单元。铣削加工是型腔模具加工的重要手段。并且现今产生了高速铣削，而高速铣

削具有工件温升低、切削力小、加工平稳、加工质量好、加工效率高及可加工硬材料等，

且高速铣削加工不仅可提高效率，而且也可提高表面质量，从而减轻了精加工负担,缩短了工期。诸多优点。因而在模具加工中日益受到重视。

加工箱体类零件的加工中心，当加工工位较多是时，需要工件台多次旋转角度才能完成的零件，一般选用卧式加工中心，当工位较少，且跨度不大时，可选用立式加工中心。二.箱体零件加工方法。

(一)当既有孔，又有面时，应先铣面，后加工孔。

(二)所有孔系都应先完成所有孔的粗加工，再精加工。

(三)一般情况下，直径大于30的孔都应先铸出毛坯孔，在普通机床上完成毛坯孔的粗加工，

给加工中心留4-6mm的加工余量，再上加工中心进行孔和面的加工，通常分为“粗镗—半精镗—孔端倒角—精镗”四个工步完成。

(四)直径小于30的孔，可以不铸出毛坯孔，但孔和孔的端面全部都得在加工中心上完成，

可分为“锪平端面—打中心孔—钻—扩—孔端倒角—精镗”工步完成。有同轴度要求的小孔，须采用“多锪平端面—（打中心孔）—钻—半精镗—孔端倒角—精镗”工步完成。

(五)在孔系加工中，先加工大孔，再加工小孔，特别是在大小孔相距很近的时候，更要采用

这种方法。

(六)对于跨度较大的箱体的同轴孔加工，尽量采用调头加工的方法，以缩短刀辅具的径比，

增加刀具刚性，提高加工质量。

(七)螺纹的加工方法，一般情况下，M6—M20的螺纹也可以在加工中心上完成攻螺纹。M6以

下和M20以上的螺纹可在加工中心上完成底孔，攻螺纹通过其它手段加工，因为加工中心的自动加工方式在攻小螺纹时，不能随机的控制加工状态，小丝锥容易折断，从面产生废品，由于刀具，辅具等因素的影响，在加工中心上攻M20以上的螺纹有一定的难度。

但可以通过特定程序，用镗刀片完成螺纹的切削。

（八）分析零件的形状及原材料的热处理状态，是否会在加工过程中变形，哪些部位最容易变形。因为数控铣削最忌讳工件加工时变形，这这种变形不但无法保证加工质量，而且经常造成加工不能正常进行，这时应该考虑一些必要的工艺措施预防。如对钢件进行调质处理，对铸件进行退火处理，对不能用热处理方法解决的问题，也可考虑粗加工，精加工及对称去

余量的方法，此外，还要分析加工后的变形问题，采取工艺措施解决。

三.加工工序的划分

在数控机床上加工箱体等配合件，工序比较集中，一般只需要一次装夹即可完成所有加工，通常可按照从简单到复杂的原则，先加工平面、沟槽，再加工内腔、外形，最后加工曲面，先加工精度要求低的，再加工精度要求较高的。为了提高机床的使用寿命，保证数控机床的精度，降低零件的加工成本，通常把零件的粗加工，特别是零件的定位面在普通机床上加工。

四.铣削中刀具夹具的选择

选择刀具的重要依据是被加工零件的几何形状和材料。加工曲面类零件时，一般用球头刀，粗加工用两刀刃铣，半精加工和精加工用四刃铣刀。刀刃娄还与刀具直径有关，铣较大平面时，一般采用刀片镶嵌式租车形面铣刀。铣小平面或台阶时，一般采用通用铣刀，铣键槽时，一般用两刃键槽铣刀。孔加工时，可采用钻头、镗刀、铰刀等孔加工刀具。

箱体的装夹和夹具的选择，在数控机床上加工中，既要保证加工质量，又要减少辅助时间，提高加工效率。因此要选用能准确和迅速定位并夹紧的工件的装夹方法和夹具。零件的定位基准应尽量与设计基准及测量重合，以减少定位误差为了不影响进给和切削加工在装夹工件时一定要将加工部位敞开，选择夹具时应尽量做到在一次装夹中将要求加工的面都加工出来。

五. 箱体零件的加工编程

一般情况下，零件如尺寸少，相对确定，可以人工编程，如几何形状复杂的零件。或有复杂曲面的零件，或几何形状并不复杂，但程序量很大的零件，这种加工编程计算相当复杂，应采用自动编程。所谓自动编程，是指编程过程用计算机辅助的方法来自动完成。这类自动编程系统数控编程的一般过程包括：零件几何造型CAD ，刀具定义，刀具相对于零件表面运动方式定义，切削加工参数确定，走刀轨迹、刀位文件的生成，加工过程的动态图形仿真，后置处理产生G代码程。典型代表: UG , Pro-E , SurfCAM , Mastercam ，北航海尔CAXA 制造工程师，自动编程系统中，UG是目前功能最强大的商用CAD / CAM /CAE集成系统，它具有从功能模块包括概念设计、工业设计、结构设计与工程分析到装配、制造、模具设计、二次开发、产品数据管理等各项功能。

六.切削用量的选择

切削用量的选择必须在机床主传动功率。进给传动功率以及主轴转速范围，进给范围内。机床-刀具-工件系统的刚性是限制切削用量的重要因素。切削用量的选择应使机床-刀具-工件系统不发生较大的振动。如果机床的稳定性好，工件的热变形小，刀具材料性能好，可适当的加大切削用量。

铣削加工切削用量包括：切削速度，进给速度，背吃刀量，及侧吃刀量，从刀具寿命的角度出发，切削用量的选择方法是：先选择背吃刀量，侧吃刀量，其次选择进给速度，最后确定切削速度。

结束语

本文主要讨论配合件的数控加工，由于配合件的范围广，所以本文选择了两种配合零件加以说明，它们的加工方式是典型的数控加工，即数控车削，数控铣削，机器是选用了数控

车，加工中心。还从利用数控机床完成零件数控加工的过程。根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工方案、工艺参数和位移数据；用规定的程序代码和格式编写零件加工程序单；或用自动编程软件进行CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件，通过对机床的正确操作，运行程序，完成零件的加工。在数控设备上加工配合零件，要正确的选择适当数控机床，即要精度保证，又要经济合理，选用合理的夹具及装夹方法，制定合理的工艺路线。才能加工出合格的配合零件。

参考文献：

1. 李华志编著，《数控加工工艺与装备》，清华大学出版社，2004，7

2. 惠廷波编著，《加工中心的数控编程与操作技术》，机械工业出版社，2000

3.周济等编著，《数控加工技术》，国防工业出版社，2002

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