轴类零件数控车削工艺分析及数控加工编程.doc

长 江 大 学YANGTZE UEIVERSITY专 科 生 毕 业 设 计（论文）（2012届）题 目 专 业 数控技术 学生姓名 李飞 指导教师 管志强（数控指导老师） 院校站点 长江大学继续教育学院2012年04月 轴类零件数控车削工艺分析及数控加工编程摘 要随着数控技术的不断发展和应用领域的扩大，数控加工技术对国计民生的一些重要行业（IT、汽车、轻工、医疗等）的发展起着越来越重要的作用，因为效率、质量是先进制造技术的主题。高速、高精加工技术可极大地提高效率，提高产品的质量和档次，缩短生产周期和提高市场竞争能力。而对于数控加工，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，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需要一些处理。并在加工过程掌握控制精度的方法，才能加工出合格的产品。本文根据数控机床的特点，针对具体的零件，进行了工艺方案的分析，工装方案的确定，刀具和切削用量的选择，确定加工顺序和加工路线。关键词 工艺分析 加工方案 进给路线 控制尺寸目录摘 要.1目 录.2第一章 概 述.41.1国内外数控发展概况.41.2数控技术发展趋势.51.2.1性能发展方向.51.2.2功能的方向.61.2.3体系结构的发展.61.3智能化新一代PCNC数控系统.71.4数控车床的分类.81.4.1按主轴配置形式分类.91.4.2按功能分类.91.4.3按加工工艺分类.101.4.4按控制运动轨迹分类.101.4.5按驱动装置的特点分类.121.5数控设备的结构组成及工作原理.131.5.1数控设备的组成.131.5.2数控设备的分类方法.141.6数控机床组成.151.6.1组成.151.6.2特点.15第二章 工艺方案分析.162.1 零件图.162.2零件图分析.162.3确定加工方法.162.4确定加工方案.17第三章 工件的装夹.183.1定位基准的选择.183.2定位基准选择的原则.183.3确定零件的定位基准.183.4装夹方式的选择.183.5数控车床常用装夹方式.183.6确定合理的装夹方式.19第四章 刀具及切削用量.204.1选择数控刀具的原则.204.2选择数控车削用刀具.204.3设置刀点和换刀点.214.4确定切削用量.21第五章 典型轴类零件加工.235.1 轴类零件加工的工艺分析.235.2 典型轴类零件加工工艺.255.3 手工编程.28第六章 数控车自动编程软件CAXA介绍.326.1 CXXA数控车界面.326.2 CAXA数控车进行造型设计.326.3 CAXA数控车加工-CAM.336.4 CAXA数控车加工类型.33第七章 结束语.34第八章 致谢词.35参考文献.36第一章 概 述1.1国内外数控发展概况 从年第一台数控机床问世后，数控系统已经先后经历了两个阶段和六代的发展，其六代是指电子管、晶体管、集成电路、小型计算机、微处理器和基于工控机的通用CNC系统。其中前三代为第一阶段，称作为硬件连接数控，简称系统；后三代为第二阶段，乘坐计算机软件数控，简称系统。随着计算机技术的高速发展，传统的制造业开始了根本性变革，各工业发达国家投入巨资，对现代制造技术进行研究开发，提出了全新的制造模式。在现代制造系统中，数控技术是关键技术，它集微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。目前，数控技术正在发生根本性变革，由专用型封闭式开环控制模式向通用型开放式实时动态全闭环控制模式发展。在集成化基础上，数控系统实现了超薄型、超小型化；在智能化基础上，综合了计算机、多媒体、模糊控制、神经网络等多学科技术，数控系统实现了高速、高精、高效控制，加工过程中可以自动修正、调节与补偿各项参数，实现了在线诊断和智能化故障处理；在网络化基础上，CAD/CAM与数控系统集成为一体，机床联网，实现了中央集中控制的群控加工。 长期以来，我国的数控系统为传统的封闭式体系结构，CNC只能作为非智能的机床运动控制器。加工过程变量根据经验以固定参数形式事先设定，加工程序在实际加工前用手工方式或通过CAD/CAM及自动编程系统进行编制。CAD/CAM和CNC之间没有反馈控制环节，整个制造过程中CNC只是一个封闭式的开环执行机构。在复杂环境以及多变条件下，加工过程中的刀具组合、工件材料、主轴转速、进给速率、刀具轨迹、切削深度、步长、加工余量等加工参数，无法在现场环境下根据外部干扰和随机因素实时动态调整，更无法通过反馈控制环节随机修正CAD/CAM中的设定量，因而影响CNC的工作效率和产品加工质量。由此可见，传统CNC系统的这种固定程序控制模式和封闭式体系结构，限制了CNC向多变量智能化控制发展，已不适应日益复杂的制造过程，因此，对数控技术实行变革势在必行。1.2数控技术发展趋势1.2.1性能发展方向（1）高速高精高效化速度、精度和效率是机械制造技术的关键性能指标。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系统以及带高分辨率绝对式检测元件的交流数字伺服系统，同时采取了改善机床动态、静态特性等有效措施，机床的高速高精高效化已大大提高。 （2）柔性化包含两方面：数控系统本身的柔性，数控系统采用模块化设计，功能覆盖面大，可裁剪性强，便于满足不同用户的需求；群控系统的柔性，同一群控系统能依据不同生产流程的要求，使物料流和信息流自动进行动态调整，从而最大限度地发挥群控系统的效能。 （3）工艺复合性和多轴化以减少工序、辅助时间为主要目的的复合加工，正朝着多轴、多系列控制功能方向发展。数控机床的工艺复合化是指工件在一台机床上一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴头或转台等各种措施，完成多工序、多表面的复合加工。数控技术轴，西门子880系统控制轴数可达24轴。（4）实时智能化早期的实时系统通常针对相对简单的理想环境，其作用是如何调度任务，以确保任务在规定期限内完成。而人工智能则试图用计算模型实现人类的各种智能行为。科学技术发展到今天，实时系统和人工智能相互结合，人工智能正向着具有实时响应的、更现实的领域发展，而实时系统也朝着具有智能行为的、更加复杂的应用发展，由此产生了实时智能控制这一新的领域。在数控技术领域，实时智能控制的研究和应用正沿着几个主要分支发展：自适应控制、模糊控制、神经网络控制、专家控制、学习控制、前馈控制等。例如在数控系统中配备编程专家系统、故障诊断专家系统、参数自动设定和刀具自动管理及补偿等自适应调节系统，在高速加工时的综合运动控制中引入提前预测和预算功能、动态前馈功能，在压力、温度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使数控系统的控制性能大大提高，从而达到最佳控制的目的。1.2.2功能发展方向 （1）用户界面图形化用户界面是数控系统与使用者之间的对话接口。由于不同用户对界面的要求不同，因而开发用户界面的工作量极大，用户界面成为计算机软件研制中最困难的部分之一。当前INTERNET、虚拟现实、科学计算可视化及多媒体等技术也对用户界面提出了更高要求。图形用户界面极大地方便了非专业用户的使用，人们可以通过窗口和菜单进行操作，便于蓝图编程和快速编程、三维彩色立体动态图形显示、图形模拟、图形动态跟踪和仿真、不同方向的视图和局部显示比例缩放功能的实现。 （2）科学计算可视化科学计算可视化可用于高效处理数据和解释数据，使信息交流不再局限于用文字和语言表达，而可以直接使用图形、图像、动画等可视信息。可视化技术与虚拟环境技术相结合，进一步拓宽了应用领域，如无图纸设计、虚拟样机技术等，这对缩短产品设计周期、提高产品质量、降低产品成本具有重要意义。在数控技术领域，可视化技术可用于CAD/CAM，如自动编程设计、参数自动设定、刀具补偿和刀具管理数据的动态处理和显示以及加工过程的可视化仿真演示等。 （3）插补和补偿方式多样化多种插补方式如直线插补、圆弧插补、圆柱插补、空间椭圆曲面插补、螺纹插补、极坐标插补、2D+2螺旋插补、NANO插补、NURBS插补（非均匀有理B样条插补）、样条插补（A、B、C样条）、多项式插补等。多种补偿功能如间隙补偿、垂直度补偿、象限误差补偿、螺距和测量系统误差补偿、与速度相关的前馈补偿、温度补偿、带平滑接近和退出以及相反点计算的刀具半径补偿等。 （4）内装高性能PLC数控系统内装高性能PLC控制模块，可直接用梯形图或高级语言编程，具有直观的在线调试和在线帮助功能。编程工具中包含用于车床铣床的标准PLC用户程序实例，用户可在标准PLC用户程序基础上进行编辑修改，从而方便地建立自己的应用程序。 （5）多媒体技术应用多媒体技术集计算机、声像和通信技术于一体，使计算机具有综合处理声音、文字、图像和视频信息的能力。在数控技术领域，应用多媒体技术可以做到信息处理综合化、智能化，在实时监控系统和生产现场设备的故障诊断、生产过程参数监测等方面有着重大的应用价值。1.2.3体系结构的发展 （1）集成化采用高度集成化CPU、RISC芯片和大规模可编程集成电路FPGA、EPLD、CPLD以及专用集成电路ASIC芯片，可提高数控系统的集成度和软硬件运行速度。应用FPD平板显示技术，可提高显示器性能。平板显示器具有科技含量高、重量轻、体积小、功耗低、便于携带等优点，可实现超大尺寸显示，成为和CRT抗衡的新兴显示技术，是21世纪显示技术的主流。应用先进封装和互连技术，将半导体和表面安装技术融为一体。通过提高集成电路密度、减少互连长度和数量来降低产品价格，改进性能，减小组件尺寸，提高系统的可靠性。 （2）模块化硬件模块化易于实现数控系统的集成化和标准化。根据不同的功能需求，将基本模块，如CPU、存储器、位置伺服、PLC、输入输出接口、通讯等模块，作成标准的系列化产品，通过积木方式进行功能裁剪和模块数量的增减，构成不同档次的数控系统。 （3）网络化机床联网可进行远程控制和无人化操作。通过机床联网，可在任何一台机床上对其它机床进行编程、设定、操作、运行，不同机床的画面可同时显示在每一台机床的屏幕上。（4）通用型开放式闭环控制模式采用通用计算机组成总线式、模块化、开放式、嵌入式体系结构，便于裁剪、扩展和升级，可组成不同档次、不同类型、不同集成程度的数控系统。闭环控制模式是针对传统的数控系统仅有的专用型单机封闭式开环控制模式提出的。由于制造过程是一个具有多变量控制和加工工艺综合作用的复杂过程，包含诸如加工尺寸、形状、振动、噪声、温度和热变形等各种变化因素，因此，要实现加工过程的多目标优化，必须采用多变量的闭环控制，在实时加工过程中动态调整加工过程变量。加工过程中采用开放式通用型实时动态全闭环控制模式，易于将计算机实时智能技术、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，构成严密的制造过程闭环控制体系，从而实现集成化、智能化、网络化。1.3智能化新一代PCNC数控系统当前开发研究适应于复杂制造过程的、具有闭环控制体系结构的、智能化新一代PCNC数控系统已成为可能。智能化新一代PCNC数控系统将计算机智能技术、网络技术、CAD/CAM、伺服控制、自适应控制、动态数据管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体，形成严密的制造过程闭环控制体系。1.4数控车床的分类数控车床的品种和规格繁多，常用的数控车床有如下几种：1.4a）主轴平行于水平面1.4b)主轴垂直于水平面1.4c)1.4d）1.4a) 卧式数控车床1.4b) 立式数控车床1.4c) 全功能数控车床1.4d) 数控车削中心1. 4.1按主轴配置形式分类：图1.4a所示的数控车床，其主轴平行于水平面，适用于轴向尺寸较大或小型盘类零件的车削加工。这类数控车床被称为卧式数控车床。图1.4b所示的数控车床，其主轴垂直于水平面，并有一个很大的圆形工作台，供装夹工件使用，适用于回转直径较大的盘类零件加工。这类数控车被称为立式数控车床。1.4.2按功能分类图1.4a、b所示的卧式、立式数控车床结构相对简单，功能简化，加工针对性强，加工精度适中，价格较低。这类车床主轴较多变频调速，结构与普通车床相似。它们被称为经济型数控车床。图1.4c所示的全功能数控车床，其主轴为伺服驱动；一般采用后置转塔式刀架，可装刀具数量较多；采用倾斜车床结构，以利于排屑；数控系统强大，稳定性、可靠性较好，适用于加工精度较高的零件。图1.4d所示的数控车削中心在全功能数控车床的基础上，增加了C轴和动力头；部分高级的数控车削中心还配有刀库和自动换刀装置，可实现三轴中任意两轴的联动控制。因此，除可进行车削外，还可以径向和轴向铣削、曲面铣削。1.4.3按加工工艺方法分类 金属切削类数控机床 与传统的车、铣、钻、磨、齿轮加工相对应的数控机床有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控磨床、数控齿轮加工机床等。尽管这些数控机床在加工工艺方法上存在很大差别，具体的控制方式也各不相同，但机床的动作和运动都是数字化控制的，具有较高的生产率和自动化程度。 在普通数控机床加装一个刀库和换刀装置就成为数控加工中心机床。加工中心机床进一步提高了普通数控机床的自动化程度和生产效率。例如铣、镗、钻加工中心，它是在数控铣床基础上增加了一个容量较大的刀库和自动换刀装置形成的，工件一次装夹后，可以对箱体零件的四面甚至五面大部分加工工序进行铣、镗、钻、扩、铰以及攻螺纹等多工序加工，特别适合箱体类零件的加工。加工中心机床可以有效地避免由于工件多次安装造成的定位误差，减少了机床的台数和占地面积，缩短了辅助时间，大大提高了生产效率和加工质量。 特种加工类数控机床 除了切削加工数控机床以外，数控技术也大量用于数控电火花线切割机床、数控电火花成型机床、数控等离子弧切割机床、数控火焰切割机床以及数控激光加工机床等。 板材加工类数控机床 常见的应用于金属板材加工的数控机床有数控压力机、数控剪板机和数控折弯机等。 近年来，其它机械设备中也大量采用了数控技术，如数控多坐标测量机、自动绘图机及工业机器人等。 1.4.4 按控制运动轨迹分类 点位控制数控机床 位置的精确定位，在移动和定位过程中不进行任何加工。机床数控系统只控制行程终点的坐标值，不控制点与点之间的运动轨迹，因此几个坐标轴之间的运动无任何联系。可以几个坐标同时向目标点运动，也可以各个坐标单独依次运动。 这类数控机床主要有数控坐标镗床、数控钻床、数控冲床、数控点焊机等。点位控制数控机床的数控装置称为点位数控装置。 直线控制数控机床 直线控制数控机床可控制刀具或工作台以适当的进给速度，沿着平行于坐标轴的方向进行直线移动和切削加工，进给速度根据切削条件可在一定范围内变化。 直线控制的简易数控车床，只有两个坐标轴，可加工阶梯轴。直线控制的数控铣床，有三个坐标轴，可用于平面的铣削加工。现代组合机床采用数控进给伺服系统，驱动动力头带有多轴箱的轴向进给进行钻镗加工，它也可算是一种直线控制数控机床。 数控镗铣床、加工中心等机床，它的各个坐标方向的进给运动的速度能在一定范围内进行调整，兼有点位和直线控制加工的功能，这类机床应该称为点位/直线控制的数控机床。 轮廓控制数控机床 轮廓控制数控机床能够对两个或两个以上运动的位移及速度进行连续相关的控制，使合成的平面或空间的运动轨迹能满足零件轮廓的要求。它不仅能控制机床移动部件的起点与终点坐标，而且能控制整个加工轮廓每一点的速度和位移，将工件加工成要求的轮廓形状。 常用的数控车床、数控铣床、数控磨床就是典型的轮廓控制数控机床。数控火焰切割机、电火花加工机床以及数控绘图机等也采用了轮廓控制系统。轮廓控制系统的结构要比点位/直线控系统更为复杂，在加工过程中需要不断进行插补运算，然后进行相应的速度与位移控制。 现在计算机数控装置的控制功能均由软件实现，增加轮廓控制功能不会带来成本的增加。因此，除少数专用控制系统外，现代计算机数控装置都具有轮廓控制功能。 1.4.5按驱动装置的特点分类开环控制数控机床 这类控制的数控机床是其控制系统没有位置检测元件，伺服驱动部件通常为反应式步进电动机或混合式伺服步进电动机。数控系统每发出一个进给指令，经驱动电路功率放大后，驱动步进电机旋转一个角度，再经过齿轮减速装置带动丝杠旋转，通过丝杠螺母机构转换为移动部件的直线位移。移动部件的移动速度与位移量是由输入脉冲的频率与脉冲数所决定的。此类数控机床的信息流是单向的，即进给脉冲发出去后，实际移动值不再反馈回来，所以称为开环控制数控机床。 开环控制系统的数控机床结构简单，成本较低。但是，系统对移动部件的实际位移量不进行监测，也不能进行误差校正。因此，步进电动机的失步、步距角误差、齿轮与丝杠等传动误差都将影响被加工零件的精度。开环控制系统仅适用于加工精度要求不很高的中小型数控机床，特别是简易经济型数控机床。 闭环控制数控机床 接对工作台的实际位移进行检测，将测量的实际位移值反馈到数控装置中，与输入的指令位移值进行比较，用差值对机床进行控制，使移动部件按照实际需要的位移量运动，最终实现移动部件的精确运动和定位。从理论上讲，闭环系统的运动精度主要取决于检测装置的检测精度，也与传动链的误差无关，因此其控制精度高。图1-3所示的为闭环控制数控机床的系统框图。图中A为速度传感器、C为直线位移传感器。当位移指令值发送到位置比较电路时，若工作台没有移动，则没有反馈量，指令值使得伺服电动机转动，通过A将速度反馈信号送到速度控制电路，通过C将工作台实际位移量反馈回去，在位置比较电路中与位移指令值相比较，用比较后得到的差值进行位置控制，直至差值为零时为止。这类控制的数控机床，因把机床工作台纳入了控制环节，故称为闭环控制数控机床。 闭环控制数控机床的定位精度高，但调试和维修都较困难，系统复杂，成本高。 半闭环控制数控机床 半闭环控制数控机床是在伺服电动机的轴或数控机床的传动丝杠上装有角位移电流检测装置（如光电编码器等），通过检测丝杠的转角间接地检测移动部件的实际位移，然后反馈到数控装置中去，并对误差进行修正。通过测速元件A和光电编码盘B可间接检测出伺服电动机的转速，从而推算出工作台的实际位移量，将此值与指令值进行比较，用差值来实现控制。由于工作台没有包括在控制回路中，因而称为半闭环控制数控机床。 半闭环控制数控系统的调试比较方便，并且具有很好的稳定性。目前大多将角度检测装置和伺服电动机设计成一体，这样，使结构更加紧凑。 混合控制数控机床 将以上三类数控机床的特点结合起来，就形成了混合控制数控机床。混合控制数控机床特别适用于大型或重型数控机床，因为大型或重型数控机床需要较高的进给速度与相当高的精度，其传动链惯量与力矩大，如果只采用全闭环控制，机床传动链和工作台全部置于控制闭环中，闭环调试比较复杂。混合控制系统又分为两种形式： （1）开环补偿型。它的基本控制选用步进电动机的开环伺服机构，另外附加一个校正电路。用装在工作台的直线位移测量元件的反馈信号校正机械系统的误差。 （2）半闭环补偿型。它是用半闭环控制方式取得高精度控制，再用装在工作台上的直线位移测量元件实现全闭环修正，以获得高速度与高精度的统一。其中A是速度测量元件（如测速发电机），B是角度测量元件，C是直线位移测量元件。 1.5数控设备的结构组成及工作原理1.5.1数控设备的组成图1.5.1a数控设备基本组成1.5.2数控设备的分类方法：按伺服系统类型分类：开环伺服系统数控设备闭环伺服系统数控机床半闭环伺服系统数控机床按工艺名称分类：普通数控机床数控加工中心金属成形类数控机床数控特殊加工机床其他类型数控设备按联动轴名称分类：两轴联动数控设备两轴半联动数控设备三轴联动四轴联动五轴联动按设备性能分类：高档低档中档1.6数控车床的组成及特点1.6.1组成:数控车床主要由车床本体和数控系统两大部分组成。车床主体由床身、主轴、导轨、刀架、冷却装置等组成。1床身用于连接数控车床上的主要部件。2床鞍支撑刀架在导轨上移动。3防护罩门防止切削及工件飞出。4尾座用于安装顶尖或钻头等。5.四位电动刀架用于安装车刀并根据程序指令换刀.6.切削液喷嘴将切削液注入切削区.7.主轴带动工件旋转.8.华中系统控制面板通过面板上的按键输入程序或控制数控车床各种方式的运动.9.导轨支撑床鞍和尾座的运动.10.滚珠丝杠将伺服电动机的旋转运动转化为刀架的移动.1.6.2特点:1主轴转速高 工件装夹安全可靠，数控车床大都采用了液压卡盘，夹紧力调整方便可靠，同时也降低了操作工人的劳动强度2可自动换刀 数控车床都采用了自动回转刀架，在加工过程中，可自动换刀，连续完成多道工序的加工。3主进给运动分离数控车床的主传动与进给运动采用了各自独立的伺服电机，使传动键变行简单，可靠，同时各电机既可单独运动，也可实现多轴联动。4采用了全封闭或半封闭防护装置，数控车床采用封闭防护装置，可防止切削成切削液飞出，给操作者带来意外伤害。5采用自动排屑装置，数控车床大都采用斜身结构布展，排屑方便，便于自动排第二章 工艺方案分析2.1 零件图2.2零件图分析该零件表面由圆柱、逆圆弧、槽、螺纹、内孔、外螺纹等表面组成，尺寸标注完整，选用毛坯为45#钢，65mm125mm，无热处理和硬度要求。2.3确定加工方法加工方法的选择原则是保证加工表面的精度和表面粗糙度的要求，由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸大小和形位公差等要求全面考虑。图上几个精度较高的尺寸，因其公差值较小，所以编程时有取平均值，而取其基本尺寸。通过以上数据分析，考虑加工的效率和加工的经济性，最理想的加工方式为车削，考虑该零件为大量加工，股加工设备采用数控车床。根据加工零件的外形和材料等条件，选用CJK6132数控机床。2.4确定加工方案零件上比较精密表面加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确的确定毛坯到最终成形的加工方案。毛坯先夹持右端车右端轮廓95mm处，先用中心钻打中心孔，再用8的钻头钻10mm的孔，再用18的钻头扩孔，再用镗刀镗19的孔，然后再车40mm、R6的圆弧、60mm和R45的圆弧。调头加工32mm、R4、R6的圆弧、60mm的外轮廓，再切退刀槽，最后车M320.75的螺纹。该典型轴加工顺序为：预备加工-车端面-钻孔-镗孔-粗车左端面轮廓-精车左端面轮廓-调头-车端面-粗车轮廓-精车轮廓-退刀槽-粗车螺纹-精车螺纹。第三章 工件的装夹3.1定位基准的选择 在制定零件加工的工艺规程时，正确的选择工件的定位的基准有着十分重要的意义。定位基准选择的好坏，不仅影响零件加工的位置精度，而且对零件个表面的加工顺序也有很大的影响。合理的选择定位基准是保证零件加工精度的前提，还能简化加工工序，提高加工效率。3.2定位基准选择的原则 1）基准重合原则。为了避免基准不重合误差，方便编程，应选用工序基准作为定位基准，尽量使用工序基准，定位基准、编程原点三者统一。 2）便于装夹的原则。所选的定位基准应能保证定位准确、可靠，定位夹紧简单、易操作，敞开性好，能够加工尽可能多的表面。 3）便于对刀的原则。批量加工时在工件坐标系已经确定的情况下，保证对刀的可能性和方便性。3.3确定零件的定位基准 以左右端大端面为定位基准。3.4装夹方式的选择 为了工件不至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，需将工件压紧压牢。合理的选择加紧方式十分重要，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。3.5数控车床常用装夹方式 1）在三爪自定心卡盘上装夹。三爪自定心卡盘的三个爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。该卡盘装夹工件方便、省时，但夹紧力小，适用于装夹外形规则的中、小型工件。 2）在两顶尖之间装夹。对于尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为了保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖。该装夹方式适用于多序加工或精加工。 3）用卡盘和顶尖装夹。当车削质量较大的工件时要一端用卡盘夹住，另一端用后顶尖支撑。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位基准，应用较广泛。 4）用心轴装夹。当装夹面为螺纹时再做个与之配合的螺纹进行装夹，叫心轴装夹。这种方式比较安全，能承受较大的切削力，安装刚性好，轴向定位基准。3.6确定合理的装夹方式 装夹方法：先用三爪自定心卡盘夹住右端，加工左端达到工件精度要求；再工件调头，用三爪自定心卡盘夹住工件右端，在加工到工件精度要求。第四章 刀具及切削用量4.1选择数控刀具的原则刀具寿命与切削用量有密切的关系。在制定切削用量时，应首先选择合理的刀具寿命，而合理的刀具寿命则应根据优化的目标而定。一般分最高生产率刀具寿命和最低成本刀具寿命两种，前者根据单件工时最少的目标确定，后者根据工序成本最低的目标确定。选择刀具寿命时可考虑如下几点根据道具复杂程度、制造和磨刀成本来选择。复杂和精度高的刀具寿命应选的比单刃刀具高些。对于机夹可转位刀具，由于换刀时间短，为了充分发挥其切削性能，提高生产效率，刀具寿命可选的低些，一般取15-30min对于装刀、换刀和调刀比较复杂的多刀机床、组合机床与自动化加工刀具，刀具寿命应选的高些，尤其保证刀具可靠性。车间内某一工序的生产率限制了整个车间的生产率的提高时，该工序的刀具寿命要选的低些，当某工序单位时间内所分担到的全厂开支较大时，刀具寿命也应选的低些。大件精加工时，为保证至少完成一次走刀，避免切削时中途换刀，刀具寿命应按零件精度和表面粗糙度来定。与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而求要求尺寸稳定，耐用度高和排屑性能好，同时要求安装和调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采用适应高速切削的刀具材料（如高速钢、超细粒质硬质合金）并使用可转位刀片。4.2选择数控车削用刀具 数控车削刀常用的一般分成型车刀、尖形车刀、圆弧形车刀三类。成型车刀也称样板车刀，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刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀。尖形车刀是以直线形切削刃为特征的车刀。这类车刀的刀尖由直线型主副切削刃构成，如90度内外圆车刀、左右端面车刀、切槽（切断）车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。尖形车刀几何参数（主要是几何角度）的选择方法与普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点（如加工路线、加工干涉等）进行全面考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。4.3设置对刀点和换刀点刀具究竟从什么位置开始移动到指定的位置呢？所以在程序执行的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下开始运动的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对与工件运动的起点，所以称程序起始点或起刀点。此起始点一般通过对刀来确定，所以，该点又称对刀点。在编制程序时，要正确选择对刀点的位置。对刀点设置原则是：便于数值处理和简化程序编制。易于找正并在加工过程中便于检查，引起的加工误差小。对刀点可设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上。实际操作机床时，可以通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合，所谓“刀位点”是指刀具定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。用手动对到操作，对刀精度较低，且效率低。而有些工厂采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”时指刀架转动换刀时的位置，换刀点应设在工件或夹具的外部，以换刀时不碰工件及其他部件为准。4.4确定切削用量数控编程时，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。对于高效率的金属切削加工来说，被加工材料、切削工具、切削条件是三大要素。这些决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济有效的加工方式必然是合理的选择了切削条件。切削条件的三要素：切削速度、进给量和切深直接引起刀具的损伤。伴随着切削速度的提高，刀尖温度会上升，会产生机械的、化学的、热的磨损。切削速度提高20%，刀具寿命会减少1/2。进给条件与刀具后面磨损关系在极小的范围内产生。但进给量大，切削温度上升，后面磨损大。它比切削速度对刀具的影响小。切深对刀具的影响虽然没有切削速度和进给量大，但在微小切深切削时，被切削材料产生硬化层，同样会影响刀具的寿命。用户要根据被加工的材料、硬度、切削状态、材料种类、进给量、切深等选择使用的切削速度。最适合的加工条件的选定是在这些因素的基础上选定的。有规则的、稳定的磨损达到寿命才是理想的条件。然而，在实际作业中，刀具寿命的选择与刀具磨损、被加工尺寸变化、表面质量、切削噪声、加工热量等有关。在确定加工条件时，需要根据实际情况进行研究。对于不锈钢和耐热合金等难加工材料来说，可以采用冷却剂或选用刚性好的刀刃。第五章 典型轴类零件加工5.1 轴类零件加工的工艺分析 （1）技术要求 轴类零件的技术要求主要是支承轴颈的径向尺寸精度和形位精度，轴向一般要求不高。轴颈的直径公差的等级通常为IT6-IT8，几何形状精度主要是圆度和圆柱度，一般要求是限制在直径公差范围之内。相互位置精度主要是同轴度和圆跳动；保证配合轴颈对于支承轴颈的同轴度，是轴类零件位置精度的普遍要求之一。图为特殊零件，径向和轴向公差和表面粗糙度要求较高。 （2） 毛坯选择 轴类零件除光滑轴和直径相差不大的阶梯轴热轧或冷拉圆棒料外，一般采用锻件；发动机曲轴等一类轴件采用球墨铸铁铸件比较多。如图典型轴类直径相差不大，采用直径为65mm，材料为45钢在锯床上按130mm长度下料。（3） 定位基准的选择 轴类零件外圆表面、内孔、螺纹等表面的同轴度，以及端面对轴中心线的垂直度是其相互位置精度的主要项目，而这些表面的设计的设计基准一般都是轴中心线。用两中心孔定位符合基准重合原则，并且能够最大限度的再一次装夹中加工出多个外圆表面和端面，因此常用中心孔作为轴加工的定位基准。当不能采用中心孔时或粗加工是为了保证工作装夹刚性，可采用轴的外圆表面作定位基准，或是以外圆表面和中心孔共同作为定位基准，能承受较大的切削力，但重复定位精度并不太高。数控车削时，为了能用同一程序重复加工和工件调头加工轴向尺寸的精确性，或为了端面余量均匀，工件轴向需要定位。采用中心孔定位时，中心孔尺寸及两端中心孔间的距离要保持一致。以外圆定位时，则应采用三爪自定心卡盘反爪装夹或采用限位支承，以工件端面或台阶面作为轴向定位基准。（4） 轴类零件预备加工 车削之前常需要根据情况安排预备加工，内容通常有：毛坯出厂时或在运输、保管过程中，或热处理时常会发生弯曲变形。过量弯曲变形会造成加工余量不足或装夹不可靠。因此在车削前需增加校直工序。切断棒料切得所需长度的坯料，切断可在弓形锯床、圆盘锯床和带锯上进行，也可以在普通车床上切断或在冲床上用冲模冲切。（5） 热处理工序 铸、锻件毛坯在粗车前应根据材质和技术要求正火或退火处理，以消除应力，改善组织和切削性能。性能要求较高的毛坯在粗加工后、精加工前应安排调质处理，一提高零件的综合机械性能；对于硬度和耐磨性要求不高的零件，调质也常作为最终热处理。相对运动的表面需在精加工前或后进行表面淬火处理或进行化学热处理，以提高耐磨性。（6） 加工工序划分一般可按下列方法进行：刀具集中分序法 就是按所用刀具划分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成部位。再用第二把刀、第三把完成他们可以完成的其他部位。这样可以减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差。以加工部位分序法 对于加工内容很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单几何形状，在加工复杂的几何形状；先加工精度较低的部位，再加工精度较高的部位。以粗、精加工分序法 对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。综上所述，在划分工序时，一定要视零件的结构和工艺性，机床的功能，零件数控加工内容的多少，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握。另建议采用工序集中的原则还是采用工序分散的原则，要根据实际情况来确定，但一定力求合理。（7）在加工时，加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位夹紧的需要来考虑，重点是零件的刚性不被破坏。顺序一般应按下列原则进行：上道工序的加工不能影响下道工序的定位于加紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。先进行内形、内腔加工工序，后进行外形加工工序。以相同定位、夹紧方式或同一把刀加工的工序最好连接进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压板次数。在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏小的工序。在数控车床上粗车、半精车分别用一个加工程序控制。工件调头装夹由程序中的M00或M01指令控制程序暂停，装夹后按“循环启动”继续加工。（8）走刀路线和对刀点的选择 走刀路线包括切削加工轨迹，刀具运动切削起始点，刀具切入，切出并返回切削起始点或对刀点等非切削空行程轨迹。由于半精加工和精加工的走刀路线是沿其零件轮廓顺序进行的，所以确定走刀路线主要在于规划好粗加工及空行程的走刀路线。合理的确定对刀点，对刀点可以设在被加工零件上，但注意对刀点必须是基准位或已加工精加工过的部位，有时在第一道工序后对刀点被加工损坏，会导致第二道工序和之后的对刀点无从查找，因此在第一道工序对刀时注意要在与定位基准有相对固定尺寸关系的地方设立一个相对对刀位置，这样可以根据他们之间的相对位置关系找回原对刀点。这个相对对刀位置通常设在机床工作台或夹具上。5.2 典型轴类零件加工工艺 （1）确定加工顺序及进给路线加工顺序按粗到精、由远到近（由左到右）的原则确定。工件左端加工：即从左到右进行外轮廓粗车（留0.5mm余量精车）,然后左到右进行外轮廓精车，然后钻孔，车削内孔和圆弧。工件调头，工件右端加工：粗车外轮廓，精车外轮廓，切退刀槽，最后螺纹粗加工，螺纹精加工。（2）选择刀具车端面：选用硬质合金45度车刀，粗、精车一把刀完成。粗、精车外圆：（因为程序选用G71循环，所以粗、精选用同一把刀）硬质合金90度放型车刀，Kr=90度，Kr=60度；E=30度，（因为有圆弧轮廓）以防于零件轮廓发生干涉，如果有必要就用图形来检验。钻孔：选用16的硬质合金钻头。镗孔：选用90度硬质合金镗刀。车孔刀：选用55度的硬质合金刀（3）选择切削用量表3-5切削用量选择主轴转速S/(r/min)进 给 量F/(mm/r)吃 刀 量F/(mm/r)背 吃 刀 量ap/mm粗车外圆6001501.01.5精车外圆6001000.050.2钻孔3501000.10粗镗孔8001001.01.5精车内孔300801.01.0精镗孔9001000.050.2外退刀槽350250.040.2粗车外螺纹1000.750.10.4精车外螺纹1500.750.050.1数控刀具卡片 表3-1左端刀具卡片产品名称或代号零件名 称典型轴零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T01硬质合金端面90度车刀1粗、精车端面2T04内孔车刀1粗、精车内孔3尾座硬质合金18钻头1钻孔表3-2右端刀具卡片产品名称或代号零件名 称典型轴零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T01硬质合金端面90度车刀1粗、精车端面2T02硬质合金车槽刀1切槽3T0360度硬质合金外螺纹车刀1切槽4T04硬质合金55度内孔车刀1粗、精车内孔用以上数据编制工艺卡如下：表3-3 数控加工工艺卡单位名称产品名称或代号零件名称零件图号典型轴工序号程序编号夹具名称使用设备车间001O0529三爪自定心卡盘CJK6132数控车间工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速r/min进给速度mm/r背吃刀量mm备注1车端面T0190度车刀450800自动2粗车外轮廓T0190度车刀8001000.2自动3精车外轮廓T0190度车刀900800.1自动4钻孔尾座18钻头300200自动5切槽T02切槽刀200250自动工序号程序编号夹具名称使用设备车间002O0528三爪自定心卡盘CJK6132数控车间工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速r/min进给速度mm/r背吃刀量mm备注1车端面T0190度车刀450800手动2粗车外轮廓T0190度车刀8001000.2自动3精车外轮廓T0190度车刀900800.1自动4切槽T02切槽刀200250自动5粗车螺纹T0360度螺纹刀1000.750.2自动6精车螺纹T0360度螺纹刀1000.750.1自动编制审核批准年 月 日共页第页5.3 手工编程工件左端加工O1234 %1234T0101M03S600G00X70Z2G71U2R5P1Q2X0.3Z0.2F150N1G42G01X40Z0F80Z-19G02X26Z-25R6F60G01X56X60Z-27Z-35G02X60Z-85R45F60G01X60Z-95N2G40G00X70G70P1Q2F80G00X100Z100M05T0404M03S300G00X19Z2G71U2R1P3Q4F150N3G41G01X23Z0X19Z-2Z-6G03X11Z-10R4N4G01X0F80G70P3Q4F60G00Z100X100M05M30第六章 数控车自动编程软件CAXA介绍数控编程分为手工编程和自动编程，自动编程是根据工件图形和加工工艺采用专用软件自动生成加工程序。CAXA数控车是国产自动编程软件之一。CAXA数控车具有全中文Windows界面，形象化的图标菜单，全面的鼠标拖动功能，灵活方便的立即菜单参数调整功能，智能化的动态导航捕捉功能和多方位的信息提示等。CAXA数控车具有CAD软件的强大绘图功能和完善的外部数据接口，可以绘制任意复杂的二维图形，通过数据接口与其他系统交换数据。CAXA数控车提供了功能强大、使用简洁的轨迹生成手段，可按加工要求生成各种复杂图形的加工轨迹。通用的后置处理模块使CAXA数控车可以满足各种机床的代码格式，对生成的代码进行校验及加工仿真。将CAXA数控车同其他的专业制造软件结合起来，将会满足任何CADCAM的需求。6.1 CAXA数控车界面CAXA数控车基本应用界面由标题栏、菜单栏、绘图区、工具条和状态栏组成，如图51所示。各种应用功能均通过菜单和工具条驱动，工具条中的每一