数控车床零件加工与编程

目录

摘要 (1)

第1章零件的加工工艺分析 (4)

1.1 零件图的工艺分析 (4)

1.2 零件毛坯的选择 (5)

1.3 加工余量的确定 (5)

1.4 切削用量的选择 (6)

1.5 加工工序的确定 (8)

1.6 工艺文件的填写 (9)

第2章设备的选择 (12)

2.1 机床选择 (12)

2.2 冷切液的选择 (13)

2.3刀具的选择 (13)

2.4 夹具的选择 (15)

2.5 装夹方式的选择 (16)

2.6 量具的选择 (17)

第3章零件的编程 (18)

3.1手工编程的概述 (18)

3.2程序编制 (18)

第4章零件的加工及加工结果分析 (22)

4.1 対刀 (22)

4.2 程序的效验和零件的加工 (22)

第5章加工结果分析 (23)

5.1 加工结果的分析表 (23)

5.2 原因分析 (23)

5.3 解决方法 (23)

结论 (25)

参考文献 (26)

致 (27)

摘要

随着科技的发展，数控技术的应用给传统制造业带来了革命性的变化。随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，它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。用数控机床加工，加工出来的产品质量好，加工精度和效率均比普通机床高，尤其在轮廓不规则、复杂的曲线或曲面、多工艺复合化加工和高精度要求的产品加工时，其优点是传统机床所无法比拟的。需求的高技术人才也越来越多，现在即将毕业，学院开展学生毕业设计（论文）来对自己所学知识的巩固和总结！

文章通过对典型数控车削零件加工工艺的分析，零件图的工艺分析、切削参数的选择、最终制定加工方案、机床的选择，对零件进行加工，保证加工零件的精度。

关键词：数控技术、工艺分析、切削用量、设备选择、程序编制

第1章零件的加工工艺分析

无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟订工艺方案，选择合适的刀具和机床，确定切削用量等。在编程中,对一些工艺问题,如换刀点的确定,工件坐标系建立,加工路线确定,也要做一些处理。这些问题处理是否合理，不仅影响机床效率的发挥，而且直接影响零件的加工质量。

程序编制人员在进行工艺分析时，要有机床说明书、编程手册、切削用量表、标准工具、夹具手册等资料，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。此外，编程人员应不断总结、积累工艺分析方面的实际经验，编写出高质量的数控加工程序。

1.1、零件图的工艺分析

技术要求：

1）、不准用纱布和锉刀修饰表面；

2）、为注明倒角1×450 ；

3）、为注明公差尺寸按GB04-M；

4)、材料：45号钢。

从图纸上可以看出，该零件包括圆柱、顺圆弧、逆圆弧、退刀槽和螺纹等。

直径为φ30mm、φ38mm、φ24mm，公差分别为0.03mm、0.04mm、0.026mm，M20的螺纹导程为1.5mm，根据公式切削深度h=1.299p，计算可知螺纹小径为18.05mm，螺纹和槽宽都有长度要求，要求尺寸标注完整，轮廓描述清楚。此零件需要切削螺纹，因此要有退刀槽，其作是便于车削螺纹退刀，不伤及工件其他尺寸；使螺纹上满扣。此零件槽宽为4mm大于螺纹导程1.2×1.5mm，加工过程中应减少了换刀次数。为了保证加工精度，在对零件图

进行认真和仔细的分析

后，决定采用两次装夹完成零件的加工，并按照先粗后精、先近后远、程序

段最少、走刀路线最短的原则依次进行加工。

1.2、零件毛坯的选择

根据零件材料、性能以及学校现有的设备要求选择零件的材料为45号钢，为中碳钢含碳量为0.45%，没有热处理和硬度要求。留0.2—0.5mm的余量精车。并根据情况尽量使各个表面上的余量均匀。选择毛坯尺寸为120mm×φ40mm棒料。毛坯下图所示：

1.3、加工余量的确定

加工余量是指加工过程中在工件表面所切去的金属层厚度。确定加工余量是制定加工工艺的重要问题之一。加工余量过大，浪费材料；加工余量过小，则不能消除前道工序的误差和表层缺陷，以致产生废品，或者使刀具切削在很硬的表层( 如氧化皮、白口层) 上，导致刀具急剧磨损。总之确定加工余量的基本原则是在保证加工质量的前提下尽量减少加工余量。

经验估计，为了保证不致由于加工余量不够而出废品，估计出来的余量总是偏大，故多用于单件小批生产。为了保证零件的精度要求，根据老师平时上课

讲的，一般X方向的精加工前余量留0.2~0.5，Z方向上的余量留0.1~0.3。这样可以预防在对刀过程中出现的误差，不至于使零件成为废品。所以此零件的加工余量X方向留0.4，Z方向留0.1。

确定加工余量时因注意的几个问题：

1）、采用最小的加工余量原则——在保证加工精度和加工质量的前提下，余量越小越好，以缩短加工时间、减少材料消耗、降低加工费用。

2）、余量要充分——防止因余量不足而造成废品。

3）、大零件取大余量——零件越大，切削力、应力引起的变形愈大，因此工序余量要取大一些，以便于通过次工序消除变行量。

1.4、切削用量的选择

切削速度、进给量和切削深度三者称为切削用量。它们是影响工件加工质量和生产效率的重要因素。

为了保证加工质量和提高生产率，零件加工应分阶段，一般按粗车—精车的方案进行。

粗车的目的是尽快地从毛坯上切去大部分的加工余量，使工件接近要求的形状和尺寸。粗车以提高生产率为主,在生产中加大切削深度，对提高生产率最有利，其次适当加大进给量，而采用中等或者中等偏低的切削速度。

精车的目的是保证零件尺寸精度和表面粗糙度的要求,生产率应在此前提下尽可能提高。一般精车的精度为IT8～IT7,表面粗糙度值Ra=3.2～0.8μm,所以精车是以提高工件的加工质量为主。切削用量应选用较小的切削深度ap=0.1～

0.3mm和较小的进给量f=0.05～0.2mm/r,切削速度可取大些。

1.4.1、主轴转速的确定

对于通用机床，由于完成的工序围较广，又要适应一定围的不同尺寸和不同材质零件的加工需要，要求主轴具有不同的转速等条件所允许的切削速度来确定。切削速度可以根据计算和查表得到，也可以根据经验来确定。对于专用机床完成特定的工序，应有一种固定转速：

N=

D

Vc

1000 式中 N ——主轴转速，r/min; V ——切削速度，m/min; d ——工件或刀具直径，mm 。 车螺纹时主轴转速如下：

n ＜

p

1200

-k 式中：P —被加工螺纹的螺距（mm ）；k —保险系数，一般取80。

表1-1硬质合金外圆车刀切削速度的参考值

根据要求，车轮廓时： 粗车时Vc=90m/min 精车时Vc=110m/min

代人公式：N 粗=

D Vc

π1000=1000×90/3.14×40=716.6r/min ； N 精=D

Vc

π1000=1000×110/3.14×40= 875.8r/min ；

根据计算来选择机床所有的或者接近转速来取，所以车外轮廓时主轴的转速：

N 粗=600r/min ；

N 精=900r/min ； 加工螺纹时主轴的转速根据公式：n ＜p

1200

-k 将导程 1.5代人上式得：n ＜720

结合公式并根据加工经验车螺纹时取主轴转速为n=450 r/min 比较合适，

同

样根据加工经验取车槽时的主轴转速为n=400r/min 。

1.4.2、背吃刀量的确定

背吃刀量a p 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。当零件精度要求较高时，则应考虑留出精车余量，其所留的精车余量一般比普通车削时所留余量小，一般为0.2～ 0.5 mm 。背吃刀量的选择如下表1-2所示：

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。所以，轮廓粗车循环时选a p =2，精车时选a p =0.4。

1.4.3、进给速度的确定

进给速度是V f 是数控机床切削用量中的重要参数，其大小直接影响表明粗糙度的值和车削效率。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。最大进给速度机床刚度和进给系统的性能限制。

进给速度的选择可以查表1-1得，粗车、精车每转的进给量分别为0.3mm/r和0.1mm/r。再根据公式V f= nf 计算粗车、精车进给速度分别为180mm/min、90mm/min。

1.5、加工工序的确定

加工顺序的安排应根据零件的形状、毛坯，以及定位夹紧和安装来考虑。顺序安排一般应按以下原则进行：

（1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑；

（2）先进行腔加工，后进行外形加工；

（3）以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数；

根据零件图样，制定以下工艺方案：

夹右端→粗车端面、圆弧、外圆→精车端面、圆弧、锥度、外圆→车外槽；夹左端→粗车外圆→精车外圆→车槽→车螺纹。

次方案的加工顺序是先夹右端把圆弧和车槽、外圆加工出来；再调头夹左端，加工右端圆弧、外圆、槽和螺纹。由于右端有螺纹，不易装夹，所以先夹右端加工左端，然后在夹左端加工右端。这有利于提高生产效率和零件的质量，也是最

佳方案。

1.6、工艺文件的填写1.6.1、加工工艺过程卡

1.6.2、加工工序卡

加工路线的确定：

数控加工中,加工路线表示刀具刀位点相对于工件运动的轨迹,也称进给路线。它不仅包括加工容,也反映加工的顺序,是编程工作的主要依据之一。

在编程中，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需要做一些处理。因此，数控编程的工艺处理是一项十分重要的工作。确定加工路线是编写程序前的重要步骤，加工路线的确定应遵循以下原则。

1.加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。

2.使数值计算简单，以减少编程工作量。

3.应使加工路线最短，这样既可以减少程序段，又可以减少空刀时间。

1）、手动平左端面；

2）、为了保证加工精度，采用三爪卡盘夹右端；

3）、用G71循环粗加工指令加工左端至Φ38的外圆，留0.8的余量；

4）、用G70精加工指令精加工左端外形；

5）、用宽4mm切槽刀切4×2的两个退刀槽；

6）、掉头校正，保证长度为115±0.05，采用三爪卡盘左端；

7）、平右端端面；

8)、用G71循环粗加工指令加工右端至Φ38的外圆，留0.8的余量；

9）、G70精加工指令精加工右端外形；

10）、用用宽4mm切槽刀切4×2的退刀槽；

11）、用G92单次螺纹车削循环加工指令加工M30 1.5螺纹；

第2 设备的选择

2.1、选择机床

该零件表面由圆柱、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。结合我院机床的实际情况，采用数控车床进行加工。选定数控车床为CAK6140VA；其系统为FNAUC,如图3-1所示。

图3-1数控CAK6140VA

CAK6140是高效数控车床，具有车削圆锥面、圆柱面、圆弧面、孔、切槽和各种螺纹等功能，特别适用于汽车、摩托车行业中盘类、短轴类零件的批量加工。

次零件最大端的直径是38±0.01，而数控CAK6140机床的主轴最大孔径是52mm，工作最大回转直径是400mm。完成次零件的加工需要4把刀，次机床正好可以装4把刀。次零件由圆柱、圆弧、螺纹和槽组成，次零件的加工

需要掉头，加工工序相对比较复杂，在次机床上加工能很好的控制精度以及表面粗糙度的要求。

2.2、冷却液的选择

在金属切削过程中，合理选择切削液，可改善工件与刀具之间的摩擦状况，降低切削力和切削温度，减轻刀具磨损，减小工件的热变形，从而可以提高刀具耐用度，提高加工效率和加工质量。

切削油的选用：

1）粗加工时切削液的选用——粗加工时，加工余量大，所以切削用量大，产生大量的切削热。硬质合金钢刀具耐热性好，一般不用切削液，必要时可采用低浓度乳化液或水溶液。但必须连续、充分地浇注，以免处于高温状态的硬质合金刀片产生巨大的应力而出现裂纹。

2）精加工时切削液的选用——精加工时，要求表面粗糙度值较小，一般选用润滑性能好的切削液。

在加工此轴类零件时根据该工件材料、刀具材料、加工方法、加工要求及冷却液的作用和价格来考虑，加工时选择乳化液比较合理。乳化液的主要作用是冷却，它是乳化油用水稀释而成的。次类冷却液的比热容大，粘度小，流动性好，可以吸收大量的热量。使用这类切削液主要是为了冷却刀具和工件，延长刀具寿命，减少热变形。

2.3刀具的选择

刀具的选择是数控加工工序设计的重要容之一，它不仅影响机床的加工效率而且直接影响加工质量。另外，数控机床主轴转速比普通机床高1～2倍，且主

轴输出功率大，因为与传统加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、强度大、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控刀具，并合理选择刀具结构、几何参数。2.3.1、刀具材料具备性能如下：

1）、较高的硬度和耐磨性

2）、足够的强度和韧性

3）、较高的耐热性

4）、较好的导热性

5）、良好的工艺性

2.3.2 刀具材料

该零件表面由圆柱、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。结合我院机床的实际情况，所以选择硬质合金刀具，硬质合金是将钨钴类（WC），钨钴钛（WC-TiC），钨钛钽（铌）等难熔金属碳化物，用金属粘结剂Co 或Ni等经粉沫冶金方法压制烧结而成。

刀具切削部分的组成：

数控加工时对刀具提出了更高的要求，不仅要求刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定、耐用度高、断屑和排屑性能好，同时要求安装调整方便，满足数控机床的高效率。

根据零件的轮廓要求，选用下列刀具对次零件进行加工：

45°外圆车刀为1号刀，用来切端面；

90°外圆车刀为2号刀，用来加工外轮廓；

宽4mm的切槽刀为3号刀，用来加工宽4mm的退刀槽；

60°螺纹刀为4号刀，用来加工M20×1.5的螺纹。

数控加工刀具卡

2.4、夹具的选择

在数控车床上用于装夹工件的装置称为车床夹具。根据数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。由于夹具确定了零件在机床坐标系中的位置，即加工原点的位置，因而首先要求夹具能保证零件在机床坐标系中的正确方向，同时协调零件与机床坐标系的尺寸。在确定装夹方案时，只需根据零件的加工表面和定位基确定工件的定位夹紧方式，并选择合适的夹具。此时，主要考虑以下几点：

（1）夹紧机构或其它元件不得影响进给，加工部位要敞开；

（2）必须保证最小的夹紧变形；

（3）装卸方便，辅助时间应尽量短；

根据该零件形状规则、加工特点及加工精度，所以选择三爪卡盘。三爪卡盘最大的优点是可以自动定心，夹持围大，但定心存在误差，三爪卡盘有机械式和液压式两种。液压卡盘装夹迅速、方便，但夹持围变化小，尺寸变化大时需重新调整卡盘位置。因为三爪卡盘是通用夹具，此夹具主要适用于单件或小批量生产。

用于多种金属机床上，进行各种机械加工，夹紧力可调，定心精度高，能满足使用的要求。它的夹持围大，装夹工件的效率高，适用于装夹中小型以外圆定位的零件。附夹具图3-6如下图所示，

2.5、装夹方式的选择

工件在开始加工前，首先必须使工件在机床上或夹具中占有某一正确的位置，这个过程称为定位。为了使定位好的工件不致于在切削力的作用下发生位移，使其在加工过程始终保持正确的位置，还需将工件压紧夹牢，这个过程称为夹紧。定位和夹紧的整个过程合起来称为装夹。工件的装夹不仅影响加工质量，而且对生产率、加工成本及操作安全都有直接影响。根据该零件的结构特征，经过分析，零件加工的各工序都可以使用通用夹具即可。考虑到经济性、使用性，采用卡盘夹紧的方式比较合理。