1项目一销轴的数控加工

项目一 销轴的数控加工【知识目标】1掌握数控加工工艺设计的方法2掌握外圆车刀、端面车刀、切槽/切断刀的选用3掌握车圆柱面、阶台、锥面的走刀路线设计4了解切削用量的选择5了解数控车床坐标系及编程坐标系6了解数控车床编程的特点7掌握数控车编程指令（FST指令、G94、G95、G96、G97、G40、G41、G42、G00、G01、G80、G81指令）8掌握简单轴类零件的数控加工程序9.掌握宇航数控车仿真软件的操作【能力目标】通过销轴的数控加工工艺设计、编程与加工的学习，具备编制外圆柱、锥面、台阶数控加工程序的能力，具备华中数控车床操作的能力。一、项目导入如图1-1所示的销轴零件，给定的毛坯35100mm的棒料,材料为铝，要求分析零件的加工工艺、填写工艺文件、编写零件的加工程序，并进行仿真加工，在数控车床上加工出合格的零件。数控车削适合于加工精度和表面粗糙度要求较高、轮廓形状复杂或难于控制尺寸、 带特殊螺纹的回转体零件。本项目是一个典型的轴类零件，由于数控车床加工是受零件加工程序的控制，因此在数控车床或车削加工中心上加工零件时，首先要根据零件图制定合理的工艺方案， 然后才能进行编程、实际加工及零件测量检验。图1-1 销轴零件图二、相关知识 （一）数控车削加工工艺分析 数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、 套类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。工艺分析是数控车削加工的前期工艺准备工作。工艺制定得合理与否，对程序编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要的影响。因此，应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点，认真而详细地制定好零件的数控加工工艺。 1.数控车削的主要加工对象 （1）要求高的回转体零件 精度要求高的零件 由于数控车床的刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿甚至自动补偿，所以它能够加工尺寸精度要求高的零件。 表面粗糙度好的回转体 因为数控车床的刚性和制造精度高，还由于它具有恒线速度切削功能，因此数控车床能加工出表面粗糙度小的零件。 （2）超精密、超低表面粗糙度的零件 磁盘、录象机磁头、激光打印机的多面反射体、复印机的回转鼓、照相机等光学设备的 透镜及其模具，以及隐形眼镜等要求超高的轮廓精度和超低的表面粗糙度， 它们适合于在高精度、高功能的数控车床上加工。超精加工的轮廓精度可达 0.1m，表面的粗糙度可达0.02m，超精加工所用数控系统的最小设定单位应达到0.01m。 （3）表面形状复杂的回转体零件 由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，部分车床数控装置还有某些非圆曲线插补功能， 所以可以车削由任意直线和平面曲线组成的形状复杂的回转体零件和难以控制尺寸的零件。 （4）带横向加工的回转体零件 带有键槽或径向孔，或端面有分布的孔系以及有曲面的盘套或轴类零件，如带法兰的轴套、带有键槽或方头的轴类零件等，这类零件宜选车削加工中心加工。 （5）带一些特殊类型螺纹的零件 传统车床只能车等节距的直、锥面公、英制螺纹，数控车床不但能车任何等节距的直、锥和端面螺纹，而且能车增节距、减节距，以及要求等节距、变节距之间平滑过渡的螺纹和变径螺纹。但是有一些加工内容不宜采用数控加工：需要较长时间占用车床调整的加工内容；不能在一次安装中完成加工的新型零件或者部位。此外，还要考虑现场生产条件、生产周期等情况。2.零件图工艺分析 数控车削加工工艺性分析，就是要对加工对象进行深入分析。对于数控车削加工应考虑以下几方面： （1）构成零件轮廓的几何条件应充分、完整 在车削加工中手工编程时，要计算每个节点坐标；在自动编程时，要对构成零件轮廓所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时应注意： 零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成； 零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手； 零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难； 零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。 （2）尺寸精度要求 分析零件图样尺寸精度的要求， 以判断能否利用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法。一般来说，粗车的尺寸公差等级为IT12IT11，半精车为IT10IT9，精车为IT8IT7（外圆精度可达IT6）。（3）形状和位置精度的要求 零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。加工时，要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效的控制零件的形状和位置精度。 （4）表面粗糙度要求 表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床、刀具及确定切削用量的依据。例如，对表面粗造度要求较高的表面，应选择刚性好的机床并确定用恒线速度切削。一般地，粗车的表面粗糙度Ra为25m12.5m ，半精车Ra为6.3m3.2m，精车Ra为1.6m0.8m（精车有色金属Ra可达0.8m0.4m）。（5）材料与热处理要求 零件图样上给定的材料与热处理要求，是选择刀具、数控车床型号、确定切削用量的依据。3数控车削加工工艺过程的拟定 （1）划分工序的方法在数控机床上加工零件，应按工序集中的原则划分工序，在一次安装下尽可能完成大部分甚至全部表面的加工，以提高生产效率。工序划分方法如下。按所用刀具划分。为了减少换刀次数和空行程时间，可以将同一把刀具加工完零件上所有该刀具应加工的表面后，再换第二把刀具。这种方法适用于零件的待加工表面较多，机床连续工作时间过长，加工程序的编制和检查难度较大等情况。按安装次数划分。以一次装夹完成的加工内容作为一道工序。这种方法适合于加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态。有同轴度要求的内外圆柱面或外圆和端面之间有垂直度要求的，尽可能在一次装夹中完成。按粗、精加工划分。根据零件的加工精度、刚度、变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗后精。这种划分方法适用于加工后变形较大，需粗、精加工分开的零件，如毛坯为铸件、焊接件或锻件类零件，粗加工后，应搁置一段时间使内应力部分释放或进行去应力退火后进行半精加工和精加工。如果工件刚性较好，或加工精度不高，可在一次装夹中完成粗加工、半精加工工序。按加工部位划分。以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序，对于加工表面多而复杂的零件，可按其结构特点（如内形、外形、曲面、平面等）划分成多道工序。（2）确定零件装夹方法 数控车床上零件安装方法与普通车床一样，要尽量选用已有的通用夹具装夹，且应注意减少装夹次数，尽量做到在一次装夹中能把零件上所有要加工表面都加工出来。零件定位基准应尽量与设计基准重合，以减少定位误差对尺寸精度的影响。 4夹具选择 数控车床多采用三爪自定心卡盘、尾座顶尖和液压高速动力卡盘等。用于轴类零件的夹具 用于轴类工件的夹具有自动夹紧拨动卡盘、拨齿顶尖、三爪拨动卡盘和快速可调万能卡盘等。数控车床加工轴类零件时，坯件装夹在主轴顶尖和尾座顶尖之间，由主轴上的拨盘或拨齿顶尖带动旋转。这类夹具在粗车时可以传递足够大的转距，以适应于主轴的高速旋转车削。 用于盘类零件的夹具用于盘类零件的夹具主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘。这类夹具适用于无尾座的卡盘式数控车床上。5加工顺序的确定 零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序，合理安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序，并解决好工序间的衔接问题，可以提高零件的加工质量、生产效率，降低加工成本。在数控车床上加工零件，应按工序集中的原则划分工序，安排零件车削加工顺序一般遵循下列原则： （1)先粗后精 为了提高生产效率并保证零件的精加工质量，在切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。当粗加工工序安排完后，应接着安排换刀后进行的半精加工和精加工。其中，安排半精加工的目的是，当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，则可安排半精加工作为过渡性工序，以便使精加工余量小而均匀。在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时， 其零件的最终轮廓应由最后一刀连续加工而成。这时，加工刀具的进退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切人和切出或换刀及停顿， 以免因切削力突然变化而造成弹性变形， 致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等。 （2) 先近后远加工，减少空行程时间 这里所说的远与近，是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的。在一般情况下，特别是在粗加工时，通常安排离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削加工，先近后远有利于保持毛坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。 （3）先内后外对既有内表面(内型、内腔),又有外表面的零件,安排加工顺序时,应先粗加工内、外表面, 然后精加工内、外表面。加工内、外表面时,通常先加工内型和内腔,然后加工外表面。原因是控制内表面的尺寸和形状较困难,刀具刚性相应较差,加上散热条件差，刀尖的耐用度易受切削热的影响而降低,以及在加工中清除切屑较困难等。（4）基面先行 用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。例如轴类零件加工时，总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆表面和端面。上述原则并不是一成不变的，对于某些特殊情况，则需要采取灵活可变的方案，如有的工件就必须先精加工后粗加工，才能保证其加工精度与质量。(5）保证工件加工刚度原则在一道工序中需要进行多工序加工时，应先安排加工对零件刚性破坏较大的工步，以保证零件刚度要求，因此应先加工与装夹部位较远和后续加工中受力较小的部位，零件中刚性较差且在后续加工中受力较大部分在后面工步加工。(6)同一把车刀尽量连续加工原则在加工中尽量使用一把车刀把零件的所有加工部位连续加工出来，以减少换刀次数，缩短刀具移动距离，特别在精加工时，同一表面一定要连续切削加工。6数控车削加工路线的确定 加工路线的确定首先必须保持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。因精加工的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的，因此确定进给路线的工作重点是确定粗加工及空行程的进给路线。 （1）加工路线与加工余量的关系 在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯件上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时，则要注意程序的灵活安排。安排一些子程序对余量过多的部位先作一定的切削加工。 对大余量毛坯进行阶梯切削时的加工路线 图1-2所示为车削大余量的两种加工进给路线，其中图（a）所示的由“小”到“大”的切削方法，在同样的背吃刀量的条件下，所剩余量过大；而按图（b）所示由“大”到“小”的切削方法，则可保证每次的车削所留余量基本相等，因此，该方法切削大余量较为合理。 图1-2 大余量毛坯的切削进给路线分层切削时刀具的终止位置 当某表面的余量较多需分层多次走刀切削时，从第二刀开始就要注意防止走刀到终点时切削深度的猛增。循环切除余量数控车削中应根据毛坯类型和工件形状确定切除余量的方法，以达到减少走刀次数，提高加工效率的目的。a轴类零件。轴套类零件安排走刀的原则是轴向走刀、径向进刀，这样可以减少走刀次数，如图1-3所示。b盘类零件。盘类零件安排走刀路线的原则是径向走刀、轴向进刀，与轴套类零件相反，如图1-4所示。 图1-3 轴套类零件循环切除余量 图1-4 盘类零件循环切除余量c铸锻类零件。铸锻件毛坯形状与加工零件形状相似，留有较均匀的加工余量。循环去除余量的方式是刀具轨迹按工件轮廓线运动，逐渐逼近图纸尺寸。这种方法实质上是采用轮廓仿形车削的方式，如图1-5所示。图1-5 铸锻件毛坯零件循环切除余量（2）刀具的切入、切出 在数控机床上进行加工时，要安排好刀具的切入、切出路线，尽量使刀具沿轮廓的切线方向切入、切出，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等。在车螺纹时，刀具沿轴向的进给应与工件旋转保持严格的速比关系。考虑到刀具从停止状态加速到指定的进给速度或从指定的进给速度降至零时，驱动系统有一个过渡过程，因此，刀具沿轴向进给的加工路线长度，除保证螺纹加工的长度外，还应增加1（25 mm）的刀具引入距离和2（12 mm）的刀具切出距离，如图1-6所示，以便保证螺纹切削时，在升速完成后才使刀具接触工件，在刀具离开工件后再开始降速。这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定。图1-6 车螺纹时轴向进给距离（3）确定最短的空行程路线 确定最短的空行程路线，可以节省整个加工过程的执行时间。实现最短的空行程路线，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，巧设起刀点、换刀点，合理安排回零路线，必要时进行一些简单计算。 （4）确定最短的切削进给路线 选择最短的切削进给路线，直接缩短加工时间，可提高生产率，降低刀具磨损，因此，在安排粗加工或半精加工切削路线时，应综合考虑被加工工件的刚性和加工的工艺性等要求，制定最短的切削路线。图1-7所示为粗车工件时3种不同的切削路线，其中图（a）所示为利用数控车削系统具有的封闭式复合循环指令控制车刀沿零件轮廓加工的切削路线，图（b）所示为利用其程序循环功能安排的 “三角形”轨迹加工的切削路线，图（c）所示为利用矩形循环指令加工的切削路线。通过分析和判断，按矩形循环轨迹加工的进给路线的长度总和最短，因此，在同等条件下，其切削所需时间（不含空行程）最短，刀具的损耗最小。另外，矩形循环加工的程序段格式较简单， 所以这种进给路线的安排， 在制定加工方案时应用较多。图1-7 不同粗车进给路线示意（5）退刀路线的确定 数控机床加工过程中，为了提高加工效率，刀具从起始点或换刀点运动到接近工件部位，以及加工完成后退回起始点或换刀点，是以快速运动方式完成的。 在快速运动中，首先应考虑运动过程的安全性，即在退刀过程中不能与工件发生碰撞；然后考虑缩短快速运动时间，使退刀路线最短。根据刀具加工零件部件的不同，退刀的路线确定方式也不同，数控车床加工中常见有3种退刀方式。 斜线退刀方式，适用于加工外圆表面的退刀。 径轴向退刀方式，适用于切槽等加工的退刀，这种退刀方式是刀具先径向垂直退刀，到达指定位置时再轴向退刀。轴径向退刀方式，适用于镗孔等加工的退刀，轴径向退刀方式的顺序与径轴向退刀方式恰好相反。7.数控车削刀具及其选择（1）对刀具、刀座的要求数控车床常用的刀具如图1-8所示。数控车床能兼作粗、精车削。为使粗车能大吃刀、大走刀，要求粗车刀具强度高、耐用度好；精车首先是保证加工精度，所以要求刀具的精度高、耐用度好。为减少换刀时间和方便对刀，应尽可能使用机夹刀和机夹刀片，以减少换刀时间和对刀时间。由于机夹刀在数控车床上安装时，一般不采用垫片调整刀尖高度，所以刀尖高的精度在制造时就应得到保证。对于长径比较大的内径刀杆，应具有良好的抗振结构。a外圆车刀b内孔车刀c螺纹车刀d切断（槽）车刀图1-8 车削刀具（2）车削刀具材料数控车削加工中常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等5类，目前数控车削加工中用的最普遍的刀具是高速钢刀具和硬质合金刀具。高速钢刀具 高速钢刀具韧性好，一般做成整体式。普通高速钢刀具应用最广，大切削量粗加工时常用。但不能加工硬度高材料的工件。高性能高速钢具有针对性，可加工不锈钢、高温合金、钛合金等难加工材料。硬质合金刀具 硬质合金刀具韧性差，抗弯强度低，很少做成整体式，一般为镶焊或制成刀片形式。国产普通硬质合金按化学成分的不同，可以分为以下几类：a.钨钴类 对应国际标准为K类（合金代号为YG）用于短切屑黑色、有色金属、非金属脆性材料加工，如铸铁、青铜等。b.钨钛钴类 对应国际标准为P类（合金代号为YT）用于塑性好的长切屑黑色金属加工。c.钨钛钽（铌）钴类 对应国际标准为M类（合金代号为YW）用于长短切屑黑色及有色金属加工。特殊刀具材料a.涂层硬质合金刀具 视涂层材质按相应硬质合金适用性选用。b.陶瓷刀具 常用于无冲击振动的连续高速车削。c.立方氮化硼刀具 用于高硬、高强度难切削的铁族材料加工，如淬火钢、冷硬铸铁、高温合金等。d.金刚石刀具 多用于有色金属及其合金的高速精细加工，如镜面车削。(3)常见的数控车削刀具种类和用途车床主要用于回转表面的加工，如内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹等切削加工。图1-9所示为常用车刀的种类、形状和用途。图1-9 常用车刀的种类、形状和用途1-切断刀 2-90左偏刀 3-90右偏刀 4-弯头车刀 5-直头车刀 6-成型车刀7-宽刃精车刀 8-外螺纹车刀 9-端面车刀 10-内螺纹车刀 11-内槽车刀 12-通孔车刀 13-盲孔车刀数控车削常用的车刀一般分为三类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀。尖形车刀：如图1-10所示。这类车刀的刀尖(同时也称为其刀位点)由直线形的主、副切削刃构成，如90内外圆车刀、左右端面车刀、切断车刀以及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。用这类车刀加工零件时，其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线形主切削刃位移后得到。尖形车刀主要用于车削内外轮廓、直线沟槽等直线型表面。 图1-10 尖形车刀圆弧形车刀：圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀，如图1-11所示。其特征是，构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓误差很小的圆弧，该圆弧刃每一点都是刀具的切削点，因此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧刃的圆心上，圆弧形车刀主要用于加工有光滑连接(凹形)的成形面及精度、表面质量要求高的表面。 图1-11 圆弧形车刀成形车刀：成形车刀俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹车刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀，当确有必要选用时，则应在工艺准备的文件或加工程序单上进行详细说明。(4)机夹可转位车刀为了减少转刀时间和方便对刀，便于实现加工自动化，数控加工过程中应尽量选用机夹可转位车刀，如图1-12所示。车刀的刀片为多边形，有多条切削刃，当某条切削刃磨损钝化后，只需松开夹固元件，将刀片转一个位置便可继续使用。其最大优点是车刀几何角度完全由刀片保证，切削性能稳定，刀杆和刀片已标准化，加工质量好。图1-12 机夹可转位车刀结构刀片的形状主要根据被加工零件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素选取。被加工表面与适用的刀片形状可参考表1-1选取,表中刀片型号组成见国家标准GB2076-87切削刀具可转位刀片型号表示规则。常用硬质合金车刀刀片如图1-13所示。 图1-13 常用硬质合金车刀刀片表1-1 被加工表面与适用的刀片形状8切削用量的选择 切削用量(ap、f、vc)选择是否合理，对于能否充分发挥机床潜力与刀具切削性能，实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。粗车时，首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap，其次根据机床动力和刚性的限制条件，选择一个较大的进给量f，最后根据刀具耐用度要求，确定一个合适的切削速度vc。增大背吃刀量ap可使走刀次数减少，增大进给量f有利于断屑，因此根据以上原则选择粗车切削用量对于提高生产效率，减少刀具消耗，降低加工成本是有利的。精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且较均匀，因此选择精车切削用量时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。因此精车时应选用较小（但不太小）的背吃刀量ap和进给量f，并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度vc。 (1）背吃刀量ap 的确定 背吃刀量的大小主要依据机床、夹具、刀具和工件组成的工艺系统的刚度来决定，在系统刚度允许的情况下，为保证以最少的进给次数去除毛坯的加工余量，根据被加工零件的余量确定分层切削深度，选择较大的背吃刀量，以提高生产效率。在数控加工中，为保证零件必要的加工精度和表面粗糙度，建议留少量的余量(0.10.5mm)，在最后的精加工中沿轮廓走一刀。粗加工时，除了留有必要的半精加工和精加工余量外，在工艺系统刚性允许的条件下，应以最少的次数完成粗加工。留给精加工的余量应大于零件的变形量和确保零件表面完整性。 (2）进给量f（进给速度Vf） 进给量f的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。在保证工件加工质量的前提下，可以选择较高的进给速度（2000 /min以下）。进给速度f可以按公式f =fn计算，式中f表示每转进给量.在切断、车削深孔或精车时，应选择较低的进给速度。当刀具空行程特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。粗车时，一般取 f=0.30.8 /r，精车时常取 f=0.10.3 /r，切断时 f=0.050.2/r。一般应根据零件的表面粗糙度、刀具、工件材料等因素，查阅切削用量手册选取。表1-2、表1-3分别列出了硬质合金车刀车外圆、端面的进给量和半精车、精车的进给量参考值，供参考选用。表1-2硬质合金车刀粗车外圆及端面的进给量（mm/r）工件材料车刀刀杆尺寸BH(mm)工件直径d(mm)背吃刀量ap(mm)3355881212碳素结构钢、合金结构钢及耐热钢16252040601004000.30.40.40.50.50.70.60.90.81.20.30.40.40.60.50.70.71.00.30.50.50.60.60.80.40.50.50.6203025252040601004000.30.40.40.50.50.70.81.01.21.40.30.40.50.70.70.91.01.20.40.60.50.70.81.00.40.70.60.90.40.6续表工件材料车刀刀杆尺寸BH(mm)工件直径d(mm)背吃刀量ap(mm)3355881212铸铁及铜合金162540601004000.40.50.50.80.81.21.01.40.50.80.71.01.01.20.40.60.60.80.81.00.50.70.60.82030252540601004000.40.50.50.90.91.31.21.80.50.80.81.21.21.60.40.70.71.01.01.30.50.80.91.10.70.9注： 加工断续表面及有冲击的工件时，表内进给量应乘系数k=0.750.85。 在无外皮加工时，表内进给量应乘系数k=1.1。 加工耐热钢及其合金时，进给量不大于1mm/r。 加工淬硬钢时，进给量应减少。当钢的硬度为44HRC56HRC时，乘系数k=0.8；当钢的硬度为57HRC62HRC时，乘系数k=0.5。表1-3按表面粗糙度选择进给量的参考值工件材料表面粗糙度Ra(mm)切削速度范围Vc(m/min)刀尖圆弧半径re(mm)0.51.02.0进给量f(mm/r)铸铁、青铜、铝合金5102.551.252.5不限0.250.400.150.250.100.150.400.500.250.400.150.200.500.600.400.600.200.35碳钢及合金钢51050500.300.500.400.550.450.600.550.650.550.700.650.702.5550500.180.250.250.300.250.300.300.350.300.400.300.501.252.550501001000.100.110.160.160.200.110.150.160.250.200.250.150.220.250.350.250.35注：re=0.5mm，用于12mm12mm以下刀杆；re=1.0mm，用于30mm30mm以下刀杆；re=2.0mm，用于30mm45mm及以上刀杆。(3）主轴转速的确定主轴转速的确定应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。在实际生产中，主轴转速可用下式计算：n=1000Vc/pd式中，n是主轴转速（r/min），Vc是切削速度（m/min），d是零件待加工表面的直径（mm）。在确定主轴转速时，首先需要确定切削速度，而切削速度又与背吃刀量和进给量有关。具体选择时，可参考表1-4。表1-4车削外圆的切削速度参考表零件材料刀具材料(mm)0.380.132.400.384.702.409.504.70f(mm/r)0.130.050.380.130.760.381.300.76Vc(m/min)低碳钢高速钢硬质合金21536570901652154560120165204090120中碳钢高速钢硬质合金130165456010013030407510015205575灰铸铁高速钢硬质合金135185354510513525357510520256075黄铜青铜高速钢硬质合金2152458510518521570851501854570120150铝合金高速钢硬质合金1051502153007010513521545709013530456090如何确定加工时的切削速度，除了参考表1-4列出的数值外，主要根据实践经验进行确定。9.刀位点、对刀点、换刀点(1) 车刀刀位点 刀位点是指刀具的定位基准点。在进行数控加工编程时,往往是将整个刀具浓缩视为一个点,那就是“刀位点”。它是在刀具上用于表现刀具位置的参照点。一般来说，立车刀、端车刀的刀位点是刀具轴线与刀具底面的交点；圆弧形车刀的刀位点为圆弧中心，常用车刀的刀位点 如图1-14所示。其中（a）是90偏刀，（b）是螺纹车刀，（c）是切断刀，（d）是圆弧车刀。 图1-14 车刀的刀位点(2)对刀点 对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对于数控机床来说,在加工开始时,确定刀具与工件的相对位置是很重要的,这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。对刀点可以设置在被加工零件上,也可以设置在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置, 对刀点往往就选择在零件的加工原点。对刀点的选择原则如下。所选的对刀点应使程序编制简单。对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置。对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置。对刀点的选择应有利于提高加工精度。(3)换刀点 换刀点是指刀架转位换刀时的位置。换刀点可以是某一固定点(如加工中心,其换刀机械 手的位置是固定的) ,也可以是任意的一点(如数控车床)。为防止换刀时碰伤零件及其它部件, 换刀点常常设置在被加工零件或夹具的轮廓之外,并留有一定的安全量。（二）车圆柱面、阶台、锥面、的走刀路线设计1车圆柱面、阶台的走刀路线设计如图1-15所示，车圆柱面、阶台的走刀路线设计如下：刀具首先定位在A点，然后下刀到B点，再由BC切削圆柱面，由CD切削阶台面，最后刀具由D快速退回到A点。2车锥面的走刀路线设计（1）阶梯切削法。如图1-16所示，粗加工路线为12345674，半精加工路线为894，精加工路线为1011。此种加工路线，粗车时，刀具背吃刀量相同，但半精车时，背吃刀量不同。刀具切削运动的路线最短；需要计算的刀具轨迹的坐标值多。 图1-15 车圆柱面、阶台的走刀路线 图1-16 阶梯切削法 （2）平行切削法。如图1-17所示，粗加工路线为123453，半精加工路线为673，精加工路线为89。按此种加工路线，粗车、半精车时，背吃刀量相同；刀具切削运动的距离较短；需要计算的刀具轨迹的坐标值较多。（3）斜线切削法。如图1-18所示，粗加工路线为123423，半精加工路线为523，精加工路线为62。按此种加工路线，粗车、半精车时，背吃刀量是变化的；刀具切削运动的路线较长；需要计算的刀具轨迹的坐标值最少。 图1-17 平行切削法 图1-18 斜线切削法 （三）数控车床编程基础 1数控车床坐标系及编程坐标系（1）数控车床坐标系数控车床的坐标系如图1-19所示。与车床主轴平行的方向（卡盘中心到尾座顶尖的方向）为Z轴，与车床导轨垂直的方向为X轴。坐标原点位于卡盘后端面与中心轴线的交点O处。图1-19 数控车床的坐标系（2）数控车床编程坐标系在编制零件的加工程序时，必须把零件放在一个坐标系中，只有这样才能描述零件的轨迹，编出合格的程序。数控车床编程坐标系的坐标方向与数控车床坐标系的坐标方向一致，即纵向为Z轴方向，正方向是远离卡盘而指向尾座的方向；径向为X轴方向，与Z轴相垂直，正方向亦为刀架远离主轴轴线的方向。数控车床通常只有X、Z两轴，高性能数控机床配有C轴，C轴（主轴）的运动方向判断方法为：从机床尾架向主轴看，逆时针为“C”向，顺时针为“C”向。编程坐标系的原点O选在便于测量或对刀的基准位置，一般取在工件右端面与中心线的交点处，如图1-20所示。 图1-20 编程坐标系2数控车床及车削中心的编程特点 （1）绝对和增量编程方式。 采用绝对编程方式时，数控车削加工程序中目标点的坐标以地址X、Z表示；采用增量编程方式时，目标点的坐标以地址U、W表示。此外，数控车床还可以采用混合编程，即在同一程序段中绝对编程方式与增量编程方式同时出现，如G00 X60 W20。（2）数控车床的编程有直径、半径两种方法。在车削加工的数控程序中，多数控机床提供半径和直径两种编程方式，通过对应参数的设置即可实现编程方式的切换，默认方式为直径编程方式。所谓直径编程是指X轴上的有关尺寸为直径值，半径编程是指X轴上的有关尺寸为半径值。一般采用直径编程。X轴的坐标值取为零件图样上的直径值X=40、X=30，采用直径尺寸编程与零件图样中的尺寸标注一致（图1-21），这样可避免尺寸换算过程中可能造成的错误，给编程带来很大方便。 图1-21直径与半径编程（3）数控车床的数控系统中都有刀具补偿功能。在加工过程中，对于刀具位置的变化、刀具几何形状的变化及刀尖的圆弧半径的变化，都无需更改加工程序，只要将变化的尺寸或圆弧半径输入到存储器中，刀具便能自动进行补偿。（4）数控车床上工件的毛坯大多为圆棒料，加工余量较大，一个表面往往需要进行多次反复的加工。如果对每个加工循环都编写若干个程序段，就会增加编程的工作量。为了简化加工程序，一般情况下，数控车床的数控系统中都有车外圆、车端面和车螺纹等不同形式的循环功能。 (四)、车床数控系统的功能1 .准备功能G指令准备功能也叫G功能或G代码。它是使机床或数控系统建立起某种加工方式的指令。G代码由地址G和后面的两位数字组成，从G00G99共100种。G指令主要用于规定刀具和工件的相对运动轨迹（即插补功能）、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿等多种加工操作。不同的数控系统，G指令的功能不同，编程时需要参考机床制造厂的编程说明书。本部份主要介绍华中世纪星HNC-21/22T数控车床系统的G代码,见表1-5。表1-5 华中世纪星HNC-21/22T数控车床系统的G代码说明: 表中00组的为非模态G代码,其他均为模态G代码。 不同组的G代码在同一个程序段中可以指令多个,但如果在同一个程序 段中指令了两个或两个以上属于同一组的G代码时,只有最后面那个G代码有效。带标记者为缺省值。2.辅助功能(M功能)辅助功能也叫M功能或M代码。辅助功能是用地址M及两位数字表示的。它主要用来表示机床操作时各种辅助动作及其状态。其特点是靠继电器的得、失电来实现其控制过程，见表1-6所示。 表1-6为常用的辅助功能M代码、含义及用途其中M00、M01、M02、M30、M98、M99为非模态代码，用于制零件程序的走向，是CNC内定的辅助功能。其余的M代码为模态代码，用于机床各种辅助功能开关动作，由PLC程序指定。(1)程序暂停M00当CNC执行到M00指令时，将暂停执行当前程序，以方便操作者进行刀具和工件的尺寸测量、工件调头、手动变速等操作。暂停时，机床的主轴、进给及冷却液停止，而全部现存的模态信息保持不变，欲继续执行后续程序，重按操作面板上的“循环启动”键。(2)程序结束M02M02一般放在主程序的最后一个程序段中。当CNC执行到M02指令时，机床的主轴、进给、冷却液全部停止，加工结束。使用M02的程序结束后，若要重新执行该程序，就得重新调用该程序，或在自动加工子菜单下按子菜单F4键（请参考HNC-21T操作说明书），然后再按操作面板上的“循环启动”键。(3)程序结束并返回到零件程序头M30M30和M02功能基本相同，只是M30指令还兼有控制返回到零件程序头(%)的作用。使用M30的程序结束后，若要重新执行该程序，只需再次按操作面板上的“循环启动”键。3.主轴功能(S功能) 主轴转速功能表示机床主轴的转速大小,用地址S和其后的数字组成。数值表示主轴速度,单位为转/每分钟(r/min)。S是模态指令,S功能只有在主轴速度可调节时有效。S所编程的主轴转速可以借助机床控制面板上的主轴倍率开关进行修调。（1)恒线速取消( G97 )编程格式: G97 S_ G97是取消恒线速度控制的指令。采用此功能,可设定主轴转速并取消恒线速度控制, S 后面的数值表示恒线速度控制取消后的主轴每分钟的转数。该指令用于车削螺纹或工件直径变化较小的零件加工。例如: G97 S600表示主轴转速为600 r/min，系统开机状态为G97状态。 （2)恒线速度控制(G96)。编程格式: G96 S_S后面的数字表示的是恒定的线速度:单位为m/min ，G96是恒线速度控制的指令。该指令用于车削端面或工件直径变化较大的场合，采用此功能，可保证当工件直径变化时，主轴的线速度不变，从而保证切削速度不变，提高了加工质量。控制系统执行G96指令后, S后面的数值表示以刀尖所在的X坐标值为直径计算的切削速度。例如:G96 S120表示切削点线速度控制在120 m/min。线速度与转速之间关系为：d其中n为转速，单位为转/分钟 (n/min)；为线速度；d为轴径，单位为毫米(mm)。【例1-1】G96 S150 表示切削点线速度控制在150 m/min。对图1-22所示的零件，为保持A、B、C各点的线速度在150 m/min，则各点在加工时的主轴转速分别为：A：n=1000150(40)=1194 r/minB：n=1000150(60)=796 r/minC：n=1000150(70)=682 r/min图1-22恒线速切削方式4. F功能(进给功能) 进给功能表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度,由F和其后面的数值指定，数字的单位取决于数控系统所采用的进给速度的指定方法。（1)每转进给量( G95 )编程格式：G95 F_ F后面的数值表示主轴每转刀具的进给量,单位为mm/r。如: G95 F0.5,表示进给量为0.5 mm/r。（2)每分钟进给量(G94 )。编程格式：G94 F_F后面的数值表示刀具每分钟的进给量,单位为mm/min。如: G94 F100表示进给量为100 mm/min。注意事项如下:编写程序时,第一次遇到直线( G01 )或圆弧(G02/G03 )插补指令时,必须编写F指令,如果没有编写F指令, CNC采用F0执行。当工作在快速定位方式(G00)时,机床将以通过机床主轴参数设定的快速进给率移动,与编写的F指令无关。G94、G95均为模态指令,实际切削进给的速度可由操作面板上的进给倍率修调旋钮在 0% 150%之间来调节,但螺纹切削时无效。5.刀具功能T编程格式：T T功能指令用于指定加工所用刀具和刀具参数。T后面通常用4位数字表示,前两位是刀具号,后两位是刀具长度补偿号,又是刀尖圆弧半径补偿号。例如, T0303表示选用3号刀及3号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值。T0300 表示取消刀具补偿。（五）、数控车床常用加工编程指令1.尺寸单位选择G20，G21（1）格式： G20G21（2）说明：G20：英制输入制式；G21：公制输入制式；G20、G21为模态功能，可相互注销，G21为缺省值。2绝对值编程G90与相对值编程G91（1）编程格式: G90G91（2）说明: G90:绝对值编程,每个编程坐标轴上的编程值是相对于程序原点的。G91:相对值编程,每个编程坐标轴上的编程值是相对于前一位置而言的,该值等于沿轴移动的距离。 绝对编程时,用G90指令后面的X、Z表示X轴、Z轴的坐标值；增量编程时,用U、W或G91指令后面的X、Z表示X轴、Z轴的增量值；G90、G91为模态功能,可相互注销, G90为缺省值。在一个程序段中，可以采用混合编程。【例1-2】如图1-23所示，使用G90、G91编程：要求刀具由原点按顺序移动到1、2、3点。图1-23 G90/G91编程选择合适的编程方式可使编程简化。当图纸尺寸由一个固定基准给定时，采用绝对方式编程较为方便；而当图纸尺寸是以轮廓顶点之间的间距给出时，采用相对方式编程较为方便。G90、G91可用于同一程序段中，但要注意其顺序所造成的差异。3.直径方式和半径方式编程（1）编程格式: G36G37（2）说明:G36表示直径编程、G37表示半径编程 数控车床的工件外形通常是旋转体,其X轴只寸可以用两种方式加以指定:直径方式和半径方式。G36为缺省值,机床出厂一般设为直径编程。 4.快速点位运动指令G00（1）功能：使刀具以点位控制方式,指令刀具相对于工件以各轴预先设定的速度，从当前位置快速移动到程序段指令的定位目标点。快移速度由机床参数“快移进给速度”对各轴分别设定，不能用F规定。一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀。快移速度可由面板上的快速修调按钮修正。（2）编程格式：G00 X（U）_ Z（W）_ （3）说明：X、Z：绝对坐标方式时的目标点坐标；U、W：增量坐标方式时的目标点坐标。G00为模态功能，可由G01、G02、G03功能注销。在执行G00指令时，由于各轴以各自速度移动，不能保证各轴同时到达终点，因而联动直线轴的合成轨迹不一定是直线。操作者必须格外小心，以免刀具与工件发生碰撞。常见的做法是，将X 轴移动到安全位置，再放心地执行G00指令。例如，在华中系统中，运动总是先沿 45角的直线移动，最后再在某一轴单向移动至目标点位置，如图1-24所示。图1-24 快速点定位5.直线插补指令G01（1）功能：使刀具以联动的方式，按F规定的合成进给速度，从当前位置按线性路线(联动直线轴的合成轨迹为直线)移动到程序段指令的目标点。（2）编程格式：G01 X（U）_ Z（W）_ F _ （3）说明：X、Z：绝对坐标方式时的目标点坐标；U、W：增量坐标方式时的目标点坐标。F是合成进给速度。如果在G01程序段之前的程序段没有F指令，而现在的G01程序段中也没有F指令，则机床不运动。因此，G01 程序中必须含有F指令。HCNC21T系统中G01指令还可用于在两相邻轨迹线间自动插入倒角或倒圆控制功能。 在指定直线插补或圆弧插补的程序段尾，若：加上C，则插入倒角控制功能；加上R，则插入倒圆控制功能。 C后的数值表示倒角起点和终点距未倒角前两相邻轨迹线交点的距离，R后的值表示倒圆半径。【例1-3】 车削外圆柱面，如图1-25所示。图1-25 G01指令车外圆柱程序如下：绝对坐标方式编程 G01 X60 Z-80 F100；或G01 Z-80 F100；增量坐标方式编程G01 U0 W-80 F100；或G01 W-80 F100；混合坐标方式编程G01 X60 W-80 F100；或G01 U0 Z-80 F100；【例1-4】车削外圆锥面，如图1-26所示。程序如下：图1-26 G01指令车外圆锥程序如下：绝对坐标方式编程G01 X80 Z-80 F100；增量坐标方式编程G01 U20 W-80 F100；【例1-5】车削外圆柱、圆锥面，如图1-27所示。程序如下：图1-27 G00、G01应用程序如下：绝对坐标方式编程N1 T0101 S500 M03N10 G00 X50.0 Z2.0；（P0 P1）N20 G01 Z-40.0 F100；（P1 P2）N30 X80.0 Z-60.0；（P2 P3）N40 G00 X200.0 Z100.0；（P3 P0）增量坐标方式编程N1 T0101 S500 M03N10 G00 U-150.0 W-98.0 ；N20 G01 W-42.0 F100；N30 U30.0 W-20.0；N40 G00 U120.0 W160.0；6.单一固定循环 在某些车削特殊加工中，由于切削余量大，通常相同的走刀轨迹要重复多次，此时可利用固定循环功能，一般用一个固定循环的程序段，即可指令多个单个程序段指定的加工轨迹，使编程大大简化。单一固定循环可以将一系列连续加工的动作，如“切入切削退刀返回”用一个循环指令完成。1）内径、外径车削循环指令G80(1)功能：适用于在零件的内、外圆柱面（圆锥面）上毛坯余量较大或直接从棒料车削零件时进行精车前的粗车，以去除大部分毛坯余量。(2)编程格式：G80 X（U）_ Z（W）_ I_ F_图1-28 G80柱体切削示意图 图1-29 G80锥体切削示意图(3)说明：如图1-28所示,执行该指令刀具从循环起始点开始按ABCDA作循环运动, 最后又回到循环起始点。1（R）表示第一步是快速运动，2（F）表示第二步按进给速度切削，其余3（F）、4（R）的意义相似。其中A为循环起始点(也是循环的终点),B为切削起始点,C为切削终点,D为退刀点。X 、Z 为切削终点(C点)的坐标，U、W 为切削终点(C点)相对于循环起始点(A点)的位移量。I为锥体面切削起始点与切削终点的半径差,即Rb-Rc，如果切削起点的X向坐标小于终点的X向坐标，I值为负，反之为正。如图1-29所示:当加工圆柱面时为0,可省略此项。F进给合成速度。【例1-6】应用G80切削循环功能编写图1-30所示零件的加工程序。具体加工程序如下：图1-30 G80切削零件图%1102N10 T0101； N20 M03 S800；N30 G00 X55.0 Z2.0；（刀具定位到循环起点）N40 G80 X35.0 Z-25.0 F100；N50 X40.0 Z-25.0；N60 X35.0 Z-25.0；N70 G00 X100.0 Z100.0； N80 M30；2）端面车削循环指令G81(1）功能：适用于在零件的端面上毛坯余量较大时进行精车前的粗车，以去除大部分毛坯余量。（2）编程格式: G81 X（U）_ Z（W）_ K_ F_(3）说明: 如图1-31、图1-32所示, K为锥体面切削起始点与切削终点在Z轴方向的差,即Zb-Zc，当加工端平面时为0,可省略此项。其它符号含义同循环指令G80。需要特别指出的是,在应用G80、G81指令编程时,刀具必须先定位到一个循环起始点,然后开始执行指令,且刀具每执行完一次走刀循环后总回到循环起始点。图1-31 G81端面车削循环示意图 图1-32 G81带锥度的端面车削循环示意图【例1-7】用G80指令分粗、精加工，编写如图1-33所示简单圆锥轴零件的程序。（1）确定编程原点：工件右端面中心处。（2）刀具：外圆车刀T0101。（3）加工路线加工34圆柱（留加工余量0.5mm）。加工2410圆柱（留加工余量0.5mm）。加工2430段圆锥（留加工余量0.5mm）。图1-3