數(shù)控車削加工工藝性分析論文

1、關(guān)于數(shù)控車削加工工藝性分析摘要隨著社會生產(chǎn)和科學技術(shù)的不斷進步，各類工業(yè)新產(chǎn)品層出不窮。機械制造產(chǎn)業(yè)作為國民工業(yè)的基礎(chǔ)，其產(chǎn)品更是日趨精密復雜特別是在宇航、航海、軍事等領(lǐng)域所需的機械零件，精度要求更高，形狀更為復雜且往往批量較小，加工這類產(chǎn)品需要經(jīng)常改裝或調(diào)整設(shè)備，普通機床或?qū)I(yè)程度高的自動化機床顯然無法適應這些要求。同時，隨著市場競爭的日益加劇，企業(yè)生產(chǎn)也迫切需要進一步提高其生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量及降低生產(chǎn)成本。在這種背景下，一種新型的生產(chǎn)設(shè)備數(shù)控機床就應運而生了，它綜合應用了電子計算機、自動控制、伺服驅(qū)動、精密測量及新型機械結(jié)構(gòu)等多方面的技術(shù)成果，形成了今后機械工業(yè)的基礎(chǔ)及機械制造工業(yè)的發(fā)

2、展方向。隨著數(shù)控機床的發(fā)展與普及，現(xiàn)代化企業(yè)對于懂得數(shù)控加工技術(shù)、能進行數(shù)控加工編程的技術(shù)人才的需求量必將不斷增加。數(shù)控車床是目前使用最廣泛的數(shù)控機床之一。本文就數(shù)控車床零件加工中的加工工藝問題進行探討。關(guān)鍵詞：數(shù)控車床 程序編制  車削加工工藝分析 數(shù)控機床的加工工藝與普通機床的加工藝雖有諸多相同之處，但也有許多不同之處。數(shù)控機床加工工藝路線設(shè)計與通用機床加工工工藝路線設(shè)計的主要區(qū)別在于：它往往不是指從毛坯到成品的整個工藝過程，而僅是幾道數(shù)控加工工序工藝過程的具體描述。因此在丁  藝路線設(shè)計中一定要注意到，由于數(shù)控加工廠序一般都穿插于零件加工的整個工藝過程中，

3、因而要與普通加丁工藝銜接好。為此，分析了數(shù)控車削的加工工藝。一、數(shù)控車削加工工藝的內(nèi)容  數(shù)控車削加工工藝是采用數(shù)控車床加工零件時所運用的方法和技術(shù)手段的總和。其主要內(nèi)容包括以下幾個方面：  （一）選擇并確定零件的數(shù)控車削加工內(nèi)容；（二）對零件圖紙進行數(shù)控車削加工工藝分析；（三）工具、夾具的選擇和調(diào)整設(shè)計；（四）工序、工步的設(shè)計；（五）加工路線的確定（六）加工軌跡的計算和優(yōu)化；（七）數(shù)控車削加工程序的編寫、校驗與修改；（八）首件試加工與現(xiàn)場問題的處理；（九）編制數(shù)控加工工藝技術(shù)文件；總之，數(shù)控加工工藝內(nèi)容較多，有些與普通機床加工相似。    二、數(shù)控車削

4、加工工藝分析  工藝分析是數(shù)控車削加工的前期工藝準備工作。工藝制定得合理與否，對程序的編制、機床的加工效率和零件的加工精度都有重要影響。為了編制出一個合理的、實用的加工程序，要求編程者不僅要了解數(shù)控車床的工作原理、性能特點及結(jié)構(gòu)。掌握編程語言及編程格式，還應熟練掌握工件加工工藝，確定合理的切削用量、正確地選用刀具和工件裝夾方法。因此，應遵循一般的工藝原則并結(jié)合數(shù)控車床的特點，認真而詳細地進行數(shù)控車削加工工藝分析。其主要內(nèi)容有：根據(jù)圖紙分析零件的加工要求及其合理性；確定工件在數(shù)控車床上的裝夾方式；各表面的加工順序、刀具的進給路線以及刀具、夾具和切削用量的選擇等。  由于生產(chǎn)規(guī)

5、模的差異對同一零件的工藝方案有所不同，應根據(jù)具體條件經(jīng)濟、合理的車削工藝方案。（一）零件圖分析  零件圖分析是制定數(shù)控車削工藝的首要任務。主要進行尺寸標注方法分析、輪廓幾何要素分析以及精度和技術(shù)要求分析。此外還應分析零件結(jié)構(gòu)和加工要求的合理性，選擇工藝基準。  1尺寸標注方法分析  零件圖上的尺寸標注方法應適應數(shù)控車床的加工特點，以同一基準標注尺寸或直接給出坐標尺寸。這種標注方法既便于編程，又有利于設(shè)計基準、工藝基準、測量基準和編程原點的統(tǒng)一。如果零件圖上各方向的尺寸沒有統(tǒng)一的設(shè)計基準，可考慮在不影響零件精度的前提下選擇統(tǒng)一的工藝基準。計算轉(zhuǎn)化各尺寸，以簡化編程計

6、算。  2輪廓幾何要素分析  在手工編程時，要計算每個節(jié)點坐標。在自動編程時要對零件輪廓的所有幾何元素進行定義。因此在零件圖分析時，要分析幾何元素的給定條件是否充分。  3精度和技術(shù)要求分析  對被加工零件的精度和技術(shù)進行分析，是零件工藝性分析的重要內(nèi)容，只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基礎(chǔ)上，才能正確合理地選擇加工方法、裝夾方式、刀具及切削用量等。其主要內(nèi)容包括：分析精度及各項技術(shù)要求是否齊全、是否合理；分析本工序的數(shù)控車削加工精度能否達到圖紙要求，若達不到，允許采取其他加工方式彌補時，應給后續(xù)工序留有余量；對圖紙上有位置精度要求的表面，應保證在一

7、次裝夾下完成；對表面粗糙度要求較高的表面，應采用恒線速度切削（注意：在車削端面時，應限制主軸最高轉(zhuǎn)速)。 （二）夾具和刀具的選擇  1工件的裝夾與定位  數(shù)控車削加工中盡可能做到一次裝夾后能加工出全部或大部分代加工表面，盡量減少裝夾次數(shù)，以提高加工效率、保證加工精度。對于軸類零件，通常以零件自身的外圓柱面作定位基準；對于套類零件，則以內(nèi)孔為定位基準。數(shù)控車床夾具除了使用通用的三爪自動定心卡盤、四爪卡盤、液壓、電動及氣動夾具外，還有多種通用性較好的專用夾具。實際操作時應合理選擇 。  2刀具選擇  刀具的使用壽命除與刀具材料相關(guān)外，還與刀具的直徑

8、有很大的關(guān)系。刀具直徑越大，能承受的切削用量也越大。所以在零件形狀允許的情況下，采用盡可能大的刀具直徑是延長刀具壽命，提高生產(chǎn)率的有效措施。數(shù)控車削常用的刀具一般分為3類。即尖形車刀、圓弧形車刀和成型車刀。（1）尖形車刀。以直線形切削刃為特征的車刀一般稱為尖形車刀。其刀尖由直線性的主、副切削刃構(gòu)成，如外圓偏刀、端面車刀等。這類車刀加工零件時，零件的輪廓形狀主要由一個獨立的刀尖或一條直線形主切削刃位移后得到。  （2）圓弧形車刀。除可車削內(nèi)外圓表面外，特別適宜于車削各種光滑連接的成型面。其特征為：構(gòu)成主切削刃的刀刃形狀為一 圓度誤差或線輪廓誤差很小的圓弧，該圓弧刃的每一點都是

9、圓弧形車刀的刀尖，因此刀位點不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上。  （3）成型車刀。即所加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形狀和尺寸決定。數(shù)控車削加工中，常用的成型車刀有小半徑圓弧車刀、車槽刀和螺紋車刀等。為了減少換刀時間和方便對刀，便于實現(xiàn)機械加工的標準化。數(shù)控車削加工中，應盡量采用機夾可轉(zhuǎn)位式車刀。  （三）切削用量選擇  數(shù)控車削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主軸轉(zhuǎn)速S（或切削速度）及進給速度F（或進給量f ）。  切削用量的選擇原則，合理選用切削用量對提高數(shù)控車床的加工質(zhì)量至關(guān)重要。確定數(shù)控車床的切削用量時一定要根據(jù)機床說明書中規(guī)定的要

10、求，以及刀具的耐用度去選擇，也可結(jié)合實際經(jīng)驗采用類比法來確定。一般的選擇原則是：粗車時，首先考慮在機床剛度允許的情況下選擇盡可能大的背吃刀量ap；其次選擇較大的進給量f；最后再根據(jù)刀具允許的壽命確定一個合適的切削速度。增大背吃刀量可減少走刀次數(shù)，提高加工效率，增大進給量有利于斷屑。精車時，應著重考慮如何保證加工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡量提高加工效率，因此宜選用較小的背吃刀量和進給量，盡可能地提高加工速度。主軸轉(zhuǎn)速S(r/min )可根據(jù)切削速度(mm/min)由公式 S=1000D(D為工件或刀具直徑 mm)計算得出，也可以查表或根據(jù)實踐經(jīng)驗確定。(1)粗車時切削用量

11、的選擇粗車時一般以提高效率為主，兼顧經(jīng)濟性和加工成本。提高切削速度、加大進給量和切削深度都能提高生產(chǎn)率。其中切削速度對刀具壽命的影響最大，切削深度對刀具壽命的影響最小，所以考慮粗加工切削用量時首先應選擇一個盡可能大的切削深度，以減少進給次數(shù)，其次選擇較大的進給速度，最后在刀具使用壽命和機床功率允許的條件下選擇一個合理的切削速度。(2)精車、半精車時切削用量的選擇精車和半精車的切削深度是根據(jù)零件加工精度和表面粗糙度要求及粗車后留下的加工余量決定的，一般情況是一次去除余量。當零件精度要求較高時，通常留 0.2 0.4 mm （直徑值）的精車余量。精車和半精車的切削深度較小，產(chǎn)生的切削力也較小，所以

12、可在保證表面粗糙度的情況下適當加大進給量。關(guān)于螺紋車削的主軸轉(zhuǎn)速(1)數(shù)控車螺紋時，會受到以下幾方面的影響： 螺紋加工程序段中的導程值，相當于進給量f (mm / r)，如果將機床的主軸轉(zhuǎn)速選擇過高，其換算后的進給速度 F(mm / min) 則必定大大超過正常值。 刀具在其位移過程的始 / 終，都將受到伺服驅(qū)動系統(tǒng)升 / 降頻率和數(shù)控裝置插補運算速度的約束，由于升 /降頻率特性滿足不了加工需要等原因，則可能因主進給運動產(chǎn)生出的 “超前” 和 “滯后”而導致部分螺牙的螺距不符合要求。 車削螺紋必須通過主軸的同步運行功能而實現(xiàn)，即需要主軸編碼器。當其主軸轉(zhuǎn)速選擇過高

13、，通過編碼器發(fā)出的定位脈沖（即主軸每轉(zhuǎn)一周時所發(fā)出的一個基準脈沖信號）將可能因  “過沖”（特別是當編碼器的質(zhì)量不穩(wěn)定時）而導致工件螺紋產(chǎn)生亂紋（俗稱“爛牙”）。(2)鑒于上述原因，不同的數(shù)控系統(tǒng)車螺紋時推薦不同的主軸轉(zhuǎn)速范圍，大多數(shù)經(jīng)濟型數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)推薦車螺紋時主軸轉(zhuǎn)速如下：n1200 / P k公式中：P 被加工螺紋導程，mm；k 保險系數(shù)，一般為80。關(guān)于進給速度的確定當工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進給速度。一般在100一200mm/min范圍內(nèi)選取;在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20一50mm/min范圍

14、內(nèi)選取;當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給速度應選小些，一般在20-50mm/min范圍內(nèi)選取;刀具空行程時，特別是遠距離“回零”時，可以設(shè)定該機床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定的最高進給速度（四）劃分工序及擬定加工順序  1工序劃分的原則  在數(shù)控車床上加工零件，常用的工序的劃分原則有兩種。  （1）保持精度原則。數(shù)控加工中，工序一般要求盡可能地集中，粗、精加工通常會在一次裝夾中全部完成。 為減少熱變形和切削力變形對工件的形狀、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影響，則應將粗、精加工分開進行。對軸類或盤類零件，將各處先粗加工，留少量余量精加工，來保證表面質(zhì)量要 

15、; 求。同時，對一些箱體工件，為保證孔的加工精度，應先加工表面而后加工孔。（2）提高生產(chǎn)效率原則。數(shù)控加工中，為減少換刀次數(shù)，節(jié)省換刀時間，提高生產(chǎn)效率，應將需要用同一把刀加工的加工部位都完成后，再換另一把刀來加工其他部位，同時應盡量減少空行程，用同一把刀加工丁件的多 個部位時，應以最短的路線到達各加丁部位，簡化數(shù)值計算和減少程序段，減少編程丁作量。根據(jù)工件的形狀、剛度、加工余量、機床系統(tǒng)的剮度等情況，確定循環(huán)加工次數(shù)。合理設(shè)計刀具的切人與切出的方向采用單向趨近定位方法，避免傳動系統(tǒng)反向間隙而產(chǎn)生的定位誤差。合理選用銑削加工中的順銑或逆銑方式。一般來說，數(shù)控機床采用滾珠絲杠，運動&#

16、160;間隙很小，因此順銑的優(yōu)點多于逆銑2確定加工順序  制定加工順序一般遵循下列原則 ：  （1）先粗后精。按照粗車半精車精車的順序進行，逐步提高加工精度。  （2）先近后遠。離對刀點近的部位先加工，離對刀點遠的部位后加工，以便縮短刀具移動距離，減少空行程時間。此外，先近后遠車削還有利于保持坯件或半成品的剛性，改善其切削條件。  （3）內(nèi)外交叉。對既有內(nèi)表面又有外表面需加工的零件，應先進行內(nèi)外表面的粗加工，后進行內(nèi)外表面的精加工。  （4）基面先行。用作精基準的表面應優(yōu)先加工出來，定位基準的表面越精確，裝夾誤差越小。  （

17、五）加工路線的確定在數(shù)控加工中，刀具相對于丁件的運動軌跡和方向稱為加工路線。即刀具從對刀點開  始運動起，直至結(jié)束加工程序所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切  削空行程。下面是走刀路線確定的原則： (1)尋求最短加了路線。選擇正確最短的加下路線可節(jié)省定位時間，提高了加工效率。 (2)最終輪廓一次走刀完成。為保證丁件輪廓表面加丁后的粗糙度要求，最終輪廓應安排在最后一次走刀中連續(xù)加工出來。 (3)選擇切入切出方向。考慮刀具的進、退刀(切入、切出)路線時，刀具的切出或切入點應在沿零件輪廓的切線 上，以保證工件輪廓光滑；應避免在工件輪廓面上垂直上、下刀

18、而劃傷工件表面；盡量減少  在輪廓加丁切削過程中的暫停(切削力突然變化造成彈性變形)，以免留下刀痕。 (4)選擇使工件在加工后變形小的路線。對橫截面積小的細長零件或薄板零件應采用分幾次走刀加丁到最后尺寸或?qū)ΨQ去除余量法安排走刀路線。安排工步時，應先安排對工件剛性破壞較小的工步。零件加工編程實例零件的工藝分析：毛坯尺寸50×114。圖1 車削加工實例1.圖紙分析（1）加工內(nèi)容：此零件加工包括車端面，外圓，倒角，圓弧，螺紋，槽等。（2）工件坐標系：該零件加工需調(diào)頭，從圖紙上尺寸標注分析應設(shè)置2個坐標系，2個工件零點均定于裝夾后的右端面（精加工面）裝夾50外圓，平端面，對刀，設(shè)置

19、第1個工件原點。此端面做精加工面，以后不再加工。調(diào)頭裝夾45外圓，平端面，測量總長度，設(shè)置第2個工件原點（設(shè)在精加工端面上）（3）換刀點：（X100，Z100）（4）公差處理：尺寸公差取中值。2.工藝處理（一）工步和走刀路線的確定，按加工過程確定走刀路線如下：1.裝夾50外圓表面，手工鉆孔，孔深至尺寸要求。2.粗加工孔內(nèi)輪廓。精加工孔內(nèi)輪廓。3.探出45mm,粗加工零件左側(cè)外輪廓：2×45°倒角。精加工上述輪廓。4.調(diào)頭裝夾45外圓，粗加工零件右側(cè)外輪廓：2×45°倒角。螺紋外圓，36端面，錐面， R20，R16，R10圓弧。45外圓到圓弧面。精加工上述

20、輪廓。5.切槽。6.螺紋加工。(二)刀具的選擇及對刀刀具的選擇和切削用量的確定，根據(jù)加工內(nèi)容確定所用刀具如圖2所示：圖2 刀具選擇圖T0101外輪廓粗加工：刀尖圓弧半徑0.8mm,切深2mm，主軸轉(zhuǎn)速800r/min,進給速度150mm/min。T0202外輪廓精加工：刀尖圓弧半徑0.8mm,切深0.5mm，主軸轉(zhuǎn)速1500r/min,進給速度80mm/min。T0303切槽：刀寬4mm，主軸轉(zhuǎn)速450r/min,進給速度20mm/min。T0404加工螺紋：刀尖角60°，主軸轉(zhuǎn)速400r/min,進給速度2mm/r（螺距）。T0505鉆孔：鉆頭直徑16mm，主軸轉(zhuǎn)速450r/min

21、。T0606內(nèi)輪廓粗加工：刀尖圓弧半徑0.8mm,切深1mm，主軸轉(zhuǎn)速500r/min,進給速度100mm/min。T0707內(nèi)輪廓精加工：刀尖圓弧半徑0.8mm,切深0.4mm，主軸轉(zhuǎn)速800r/min,進給速度60mm/min。4.數(shù)值計算未知點坐標計算：P1(40.7,-33.52),P2(42.95,-53.36)螺紋尺寸計算：螺紋外圓32-0.2=31.85.編寫程序內(nèi)孔O0001；M03 S500；T0606；內(nèi)孔刀G00 X60 Z10；G71 U3 R2；G71 P1 Q2 U-1 W0 F0.2；N1 G01 X38 F0.2；Z-10；X20 Z-28；Z-45；X18；Z

22、-50；N2 X16G00 X100；Z100；M05；M00；M03 S800 T0707；G00 X60 Z5；G70 P1 Q2；G00 X100；Z100；M05M30；外圓T0101；外圓刀M03 S800；N10 G00 X60 Z5；G71 U2 R1.5；G71 P10 Q110 u0.5 w0.3 F0.2；N10 G01 X29.8 F0.2；Z0 F0.2；X31.8 Z-2；Z-30；X36；X45 Z-42；Z-52；G02 X42.95 Z-53.36 R10 F0.2；G03 X40.7 Z-73.5 R16 F0.2；G02 X45 Z-84 R20 F0.2；

23、N110 G01 Z-100 F0.2；G00 X100；Z100；M05；M00；M03 S1500； T0202； G00 X60 Z10；G70 P20 Q110；G00 X100 Z100；M05；T0303；切斷刀M03 S450；G00 X60 Z5；G00 Z-30； X40；G01 X28 F0.15； G04 X3； G01 X50；G00 X100； Z100； M05；M03 S450；T0404；螺紋刀 G00 X35 Z2； G92 X30 Z-26 F2； G00 X100 Z100； M05； M30；6.填寫數(shù)控加工工序卡表2  軸類的數(shù)控加工工序卡片

24、工廠數(shù)控加工工序卡片零件名稱材料軸類45#鋼工序號程序編號夾具名稱車間三爪自定心卡盤數(shù)控車床工步號工步內(nèi)容刀具號主軸轉(zhuǎn)速進給速度1粗精車內(nèi)孔加工T06T07粗500精 8000.22粗精車外形T01T02粗800精 15000.23切斷T034500.24螺紋刀T04450 控制尺寸精度的技巧 （1）修改刀補值保證尺寸精度 由于第一次對刀誤差或者其他原因造成工件誤差超出工件公差，不能滿足加工要求時，可通過修改刀補使工件達到要求尺寸，保證徑向尺寸方法如下： 絕對坐標輸入法 根據(jù)“大減小，小加大”的原則，在刀補001004處修改。如用2號切斷刀切槽時工件尺寸大了0.1mm，而002處刀補

25、顯示是X3.8，則可輸入X3.7，減少2號刀補。 相對坐標法 如上例，002刀補處輸入U-0.1，亦可收到同樣的效果。 同理，對于軸向尺寸的控制亦如此類推。如用1號外圓刀加工某處軸段，尺寸長了0.1mm，可在001刀補處輸入W0.1。 2. 半精加工消除絲桿間隙影響保證尺寸精度 對于大部分數(shù)控車床來說，使用較長時間后，由于絲桿間隙的影響，加工出的工件尺寸經(jīng)常出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象。這時，我們可在粗加工之后，進行一次半精加工消除絲桿間隙的影響。如用1號刀G71粗加工外圓之后，可在001刀補處輸入U0.3，調(diào)用G70精車一次，停車測量后，再在001刀補處輸入U-0.3，再次調(diào)用G70精車一次。經(jīng)過此番半精車，消除了絲桿間隙的影響，保證了尺寸精度的穩(wěn)定。 （2）程序編制保證尺寸精度 絕對編程保證尺寸精度 編程有絕對編程和相對編程。相對編程是指在加工輪廓曲線上，各線段的終點位置以該線段起點為坐標原點而確定的坐標系。也就是說，相對編程的坐標