数控车床加工工艺
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数控车床加工工艺
摘 要
数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术(1T)与制造技术(MT)结合发展的结果。现代的CAD/CAM，FMS，CIMS，敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。
数控机床是装备制造业的工作母机，是实现制造技术和装备现代化的基石是保证高新技术产业发展和国防军工现代化的战略装备。在全球倡导绿色制造的大环境下，机床数控化改造成为了热点。它包括普通机床的数控化改造和数控机床的升级。
本次设计内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。并通过一定的实例详细的介绍了数控加工工艺的分析方法。
关键字
数控技术，加工工艺，编程
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目 录
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前 言
数控机床综合了精密机械、电子、电力拖动、自动控制、自动检测、故障诊断和计算机等多方面的技术，是典型的高精度、高效率及高柔性的机电一体化产品。数控机床在国内应用非常广泛，数控车削加工是机械加工中最主要的数控加工方法之一。 以下将介绍有关相对应的内容。
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第1章 零件结构工艺分析、毛胚及加工定位基准的确定
1.1零件图分析
在设计零件的加工工艺规程时，首先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
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:
(1)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;
(2)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;
(3)零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难。
(4)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。
在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等。在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。
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。
、表面粗糙度要求 4
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。
1.2工件的加工工艺分析
断屑处理可采用改变刀具切削部分的几何角度、增加断屑器和通过编程技巧以满足加工中的断屑要求。
(1)连续进行间隔式暂停
对连续运动轨迹进行分段加工，每相邻加工工段中间用G04指令功能将其隔
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开并设定较短的间隔时间(0.5s)。其分段多少，视断屑要求而定。
(2)进、退刀交换安排
在钻削深孔等加工中，可通过工序使钻头钻入材料内一段并经短暂延时后，快速退出配件后在钻入一段，并依次循环，以满足断屑、排泄的要求。
(3)进给方向的特殊安排
Z轴方向的进给运动在沿负轴方向走刀时，有时并不合理，甚至车坏工件。
1.3工件毛坯的确定
1、零件材料及其力学性能
零件的材料及其力学性能大致确定了毛坯的种类。例如钢质零件若力学性能要求不太高且形状不十分复杂时可选择型材毛坯，但若要求较高的力学性能，则应选择锻件毛坯。
2、零件的结构形状与外形尺寸
如形状复杂的大型零件毛坯可采用砂型铸造;一般用途的阶梯轴，若各台阶直径相差不大可用圆棒料，反之，则选择锻件毛坯较为合适;对于锻件毛坯尺寸大的零件一般选择自由锻造，中小型零件可选择模锻。
1.4定位基准的选择
定位基准包括粗基准和精基准。
粗基准:用未加工过的毛坯表面做基准。
精基准:用已加工过的表面做基准。
1、粗基准的选择原则:
粗基准影响:位置精度、各加工表面的余量大小(均匀,足够,)。
重点考虑:如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面和加工表面间的尺寸、位置符合零件图要求。
(1)合理分配加工余量的原则
a、应保证各加工表面都有足够的加工余量:如外圆加工以轴线为基准;
b、以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面加工余量分布均匀、表面质量高;如床身加工，先加工床腿再加工导轨面;
(2)保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则
一般应以非加工面做为粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置。当零件上有几个不加工表面时，应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准。
2、精基准的选择原则:
(1)基准重合的原则:定为基准与设计基准重合
(2)基准统一原则:
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尽量选用一组精基准定位，以此加工工件的大多数表面的工艺原则! (3)互为基准原则
当某些表面位置精度要求很高时，采用互为基准反复加工的一种原则 (4)自为基准原则
当加工面的表面质量要求很高时，为保证加工面有很小的且均匀的余量，常
用加工面本身作为基准进行加工的一种工艺原则!
(5)便于装夹的原则
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第2章 拟定加工工艺路线、制定工序卡片
2.1工序的划分
数控机床与普通机床加工相比较，加工工序更加集中，根据数控机床的加工特点，加工工序的划分有以下几种方式:
(1)根据装夹定位划分工序
这种方法一般适应于加工内容不多的工件，主要是将加工部位分为几个部分，每道工序加工其中一部分。如加工外形时，以内腔夹紧;加工内腔时，以外形夹紧。
(2)按所用刀具划分工序
为了减少换刀次数和空程时间，可以采用刀具集中的原则划分工序，在一次装夹中用一把刀完成可以加工的全部加工部位，然后再换第二把刀，加工其他部位。在专用数控机床或加工中心上大多采用这种方法。
(3)以粗、精加工划分工序
对易产生加工变形的零件，考虑到工件的加工精度，变形等因素，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗后精。
在工序的划分中，要根据工件的结构要求、工件的安装方式、工件的加工工艺性、数控机床的性能以及工厂生产组织与治理等因素灵活把握，力求合理。
2.2加工顺序的安排
加工顺序的安排应根据工件的结构和毛坯状况，选择工件定位和安装方式，重点保证工件的刚度不被破坏，尽量减少变形，因此加工顺序的安排应遵循以下原则:
(1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧
(2)先加工工件的内腔后加工工件的外轮廓
(3)尽量减少重复定位与换刀次数
(4)在一次安装加工多道工序中，先安排对工件刚性破坏较小的工序。
2.3控机床加工工序和加工路线的设计
数控机床加工工序设计的主要任务:确定工序的具体加工内容、切削用量、工艺装备、定位安装方式及刀具运动轨迹，为编制程序作好预备。其中加工路线的设定是很重要的环节，加工路线是刀具在切削加工过程中刀位点相对于工件的运动轨迹，它不仅包括加工工序的内容，也反映加工顺序的安排，因而加工路线是编写加工程序的重要依据。
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确定加工路线的原则
?加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。
?设计加工路线要减少空行程时间，提高加工效率。
?简化数值计算和减少程序段，降低编程工作量。
?据工件的外形、刚度、加工余量、机床系统的刚度等情况，确定循环加工
次数。
?合理设计刀具的切入与切出的方向。采用单向趋近定位方法，避免传动系
统反向间隙而产生的定位误差。
2.4刀具的选择
刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材科的性能、加工工序切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是:安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择较短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。
(1)选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀;铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀，加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀;加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀;对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
(2)在进行自由曲面(模具)加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般采用顶端密距，故球头常用于曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此，只要在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。
(3)在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和按刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其刀柄有直柄(3种规格)和锥柄(4种规格)2种，共包括16种不同用途的刀柄。
(4)在经济型数控机床的加工过程中，由于刀具的刃磨、测量和更换多为人测量和更换多为人工手动进行，占用辅助时间较长，因此，必须合理安排刀具的排列顺序。一般应遵循以下原则:?尽量减少刀具数量;?一把刀具装夹后，应完成其所能进行的所有加工步骤;粗精加工的刀具应分开使
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用，即使是相同尺寸规格的刀具;?先铣后钻;?先进行曲面精加工，后进行二维轮廓精加工;?在可能的情况下，应尽可能利用数控机床的自动换刀功能，以提高生产效率等。
2.5确定切削用量
1、确定主轴转速
主轴转速应根据允许的切削速度和工件(或刀具)直径来选择。其计算公式为:n=1000v/71D式中:v——切削速度，单位为m/m动，由刀具的耐用度决定;
N——主轴转速，单位为r/min, D—工件直径或刀具直径，单位为mm。计算的主轴转速n，最后要选取机床有的或较接近的转速。
2、确定进给速度
进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，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。最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制。确定进给速度的原则:当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。一般在100一200mm/min范围内选取;在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20一50mm/min范围内选取;当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20--50mm/min范围内选取;刀具空行程时，特别是远距离"回零"时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。
3、确定背吃刀量
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。为了保证加工表面质量，可留少量精加工余量，一般0.2——0.5mm,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。
切削用量不仅是在机床调整前必须确定的重要参数，而且其数值合理与否对加工质量、加工效率、生产成本等有着非常重要的影响。所谓"合理的"切削用量是指充分利用刀具切削性能和机床动力性能(功率、扭矩)，在保证质量的前提下，获得高的生产率和低的加工成本的切削用量。
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第三章 确定加工余量、工序尺寸和公差以及工艺尺寸链计算 3.1加工余量的确定
确定加工余量的方法有3种:分析计算法、经验估算法和查表修正法。
(1)分析计算法
本方法是根据有关加工余量计算公式和一定的试验资料，对影响加工余量的各项因素进行分析和综合计算来确定加工余量。用这种方法确定加工余量比较经济合理，但必须有比较全面和可靠的试验资料。目前，只在材料十分贵重，以及军工生产或少数大量生产的工厂中采用。
(2)经验估算法
本方法是根据工厂的生产技术水平，依靠实际经验确定加工余量。为防止因余量过小而产生废品，经验估计的数值总是偏大，这种方法常用于单件小批量生产。
(3)查表修正法
此法是根据各工厂长期的生产实践与试验研究所积累的有关加工余量数据，制成各种表格并汇编成手册，确定加工余量时，查阅有关手册，再结合本厂的实际情况进行适当修正后确定，目前此法应用较为普遍。
3.2确定工序尺寸及其公差
机械加工过程中，工件的尺寸在不断地变化，由毛坯尺寸到工序尺寸，最后达到设计要求的尺寸。在这个变化过程中，加工表面本身的尺寸及各表面之间的尺寸都在不断地变化，这种变化无论是在一个工序内部，还是在各个工序之间都有一定的内在联系。应用尺寸链理论去揭示它们之间的内在关系，掌握它们的变化规律是合理确定工序尺寸及其公差和计算各种工艺尺寸的基础，尺寸链的计算方法有两种:极值法与概率法。
极值法是从最坏情况出发来考虑问题的，即当所有增环都为最大极限尺寸而减环恰好都为最小极限尺寸，或所有增环都为最小极限尺寸而减环恰好都为最大极限尺寸，来计算封闭环的极限尺寸和公差。事实上，一批零件的实际尺寸是在公差带范围内变化的。在尺寸链中，所有增环不一定同时出现最大或最小极限尺寸，即使出现，此时所有减环也不一定同时出现最小或最大极限尺寸。概率法解尺寸链，主要用于装配尺寸链。
1、极值法解工艺尺寸链的基本计算公式。
尺寸链的计算方法有两种:极值法与概率法。极值法是从最坏情况出发来考虑问题的，即当所有增环都为最大极限尺寸而减环恰好都为最小极限尺
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寸，或所有增环都为最小极限尺寸而减环恰好都为最大极限尺寸，来计算封闭环的极限尺寸和公差。事实上，一批零件的实际尺寸是在公差带范围内变化的。在尺寸链中，所有增环不一定同时出现最大或最小极限尺寸，即使出现，此时所有减环也不一定同时出现最小或最大极限尺寸。概率法解尺寸链，主要用于装配尺寸链，其计算方法在装配中讲授。这里只介绍极值法解工艺尺寸链的基本计算公式。
(1)封闭环的基本尺寸
式中K为增环的环数，m为组成环的环数(下同)。
(2)封闭环的极限尺寸
=
=
(3)封闭环的极限偏差
ES ,
(4)封闭环的公差T
T,ES,EI,
(5)封闭环的平均尺寸L
L =
式中——增环的平均尺寸
——减环的平均尺寸。
组成环的平均尺寸
2、工序尺寸及其公差的确定
(1)基准重合时工序尺寸及公差的确定
当零件定位基准与设计基准(工序基准)重合时，零件工序尺寸及其公差的确定方法是:先根据零件的具体要求确定其加工工艺路线，再通过查表确定各道工序的加工余量及其公差，然后计算出各工序尺寸及公差;计算顺序是:先确定各工序余量的基本尺寸，再由后往前逐个工序推算，即由工件
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上的设计尺寸开始，由最后一道工序向前工序推算直到毛坯尺寸。
(2)测量基准与设计基准不重合时工序尺寸及其公差的计算
在加工中，有时会遇到某些加工表面的设计尺寸不便测量，甚至无法测量的情况，为此需要在工件上另选一个容易测量的测量基准，通过对该测量尺寸的控制来间接保证原设计尺寸的精度。这就产生了测量基准与设计基准不重合时，测量尺寸及公差的计算问题。
(3)定位基准与设计基准不重合时工序尺寸计算
在零件加工过程中有时为方便定位或加工，选用不是设计基准的几何要素作定位基准，在这种定位基准与设计基准不重合的情况下，需要通过尺寸换算，改注有关工序尺寸及公差，并按换算后的工序尺寸及公差加工。以保证零件的原设计要求。
(4)中间工序的工序尺寸及其公差的求解计算
在工件加工过程中，有时一个基面的加工会同时影响两个设计尺寸的数值。这时，需要直接保证其中公差要求较严的一个设计尺寸，而另一设计尺寸需由该工序前面的某一中间工序的合理工序尺寸间接保证。为此，需要对中间工序尺寸进行计算。
(5)保证应有渗碳或渗氮层深度时工艺尺寸及其公差的计算
a)渗碳 b)磨外圆 c)尺寸链
零件渗碳或渗氮后，表面一般要经磨削保证尺寸精度，同时要求磨后保留有规定的渗层深度。这就要求进行渗碳或渗氮热处理时按一定渗层深度及公差进行(用控制热处理时间保证)，并对这一合理渗层深度及公差进行计算。
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第4章 数控编程
4.1数控车床的编程特点
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、盘类等回转体零件。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。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。 由于这些零件的径向尺寸，无论是测量尺寸还是图纸尺寸，都是以直径值来表示的，所以数控车床采用直径编程方式，即规定用绝对值编程时，X为直径值;用相对值编程时，则以刀具径向实际位移量的二倍值为编程值。对于不同的数控车床、不同的数控系统，其编程基本上是相同的，个别有差异的地方，要参照具体机床的用户手册或编程手册。 下面为一数控车床照片: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、盘类等回转体零件。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。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。 由于这些零件的径向尺寸，无论是测量尺寸还是图纸尺寸，都是以直径值来表示的，所以数控车床采用直径编程方式，即规定用绝对值编程时，X为直径值;用相对值编程时，则以刀具径向实际位移量的二倍值为编程值。对于不同的数控车床、不同的数控系统，其编程基本上是相同的，个别有差异的地方，要参照具体机床的用户手册或编程手册。图4-1为一数控车床照片
图4-1
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4.2数控车床的编程指令 G00 快速移动
G01 直线插补
G02 顺时针圆弧插补 G03 逆时针圆弧插补 G04 暂停，精确停止 G17 选择XY平面
G18 选择ZX平面
G19 选择YZ平面
G20 英制
G21 公制
G28 返回参考点
G40 取消刀具半径补偿 G41 刀具半径左补偿 G42 刀具半径右补偿 G43 刀具长度正向补偿 G44 刀具长度负向补偿 G49 取消刀具长度补偿 G54---G59 工件坐标系 G73 深孔转削固定循环 G74 反螺纹攻丝固定循环 G76 精镗固定循环 G80 取消固定循环 G81 钻削固定循环 G82 钻削固定循环 G83 深孔钻削固定循环 G84 攻丝固定循环 G85 镗削固定循环 G86 镗削固定循环 G87 反镗固定循环 G88 镗削固定循环 G89 镗削固定循环
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G90 绝对指令编程
G91 增量指令编程
G98 固定循环返回初始点
G99 固定循环返回R点
M00 程序停止
M01 有条件停止
M02 程序结束
M03 主轴正转
M04 主轴反转
M05 主轴停止
M06 换刀
M08 冷却液开
M09 冷却液关
M30 程序结束并返回程序头
M98 调用子程序
M99 子程序结束返回,重复执行
4.3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。下面将具体分析:
(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4-2所示为车削大余量工件的两种加工路线，图(a)是错误的阶梯切削路线，图(b)按1?5的顺序切削，每次切削所留余量相等，是正确的阶梯切削路线。因为在同样背吃刀量的条件下，按图(a)方式加工所剩的余量过多。
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图4-2
根据数控加工的特点，还可以放弃常用的阶梯车削法，改用依次从轴向和径向进刀、顺工件毛坯轮廓走刀的路线(如图4-3所示)
图4-3
?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。如图4-4所示，设以90?主偏角刀分层车削外圆，合理的安排应是每一刀的切削终点依次提前一小段距离e(例如可取e=0.05?)。如果e=0，则每一刀都终止在同一轴向位置上，主切削刃就可能受到瞬时的重负荷冲击。当刀具的主偏角大于90?，但仍然接近90?时，也宜作出层层递退的安排，经验表明，这对延长粗加工刀具的寿命是有利的。
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图4-4
(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。
尤其是车螺纹时，必须设置升速段δ1和降速段δ2(如图4-5)，这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定。
图4-5
(3)确定最短的空行程路线
确定最短的走刀路线，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时辅以一些简单计算。现将实践中的部分设计方法或思路介绍如下。
?巧用对刀点 图4-6(a)为采用矩形循环方式进行粗车的一般情况示
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例。其起刀点A的设定是考虑到精车等加工过程中需方便地换刀，故设置在离坯料较远的位置处，同时将起刀点与其对刀点重合在一起，按三刀粗车的走刀路线安排如下:
第一刀为 A?B?C?D?A
第二刀为 A?E?F?G?A
第三刀为 A?H?I?J?A
图4-6(b)则是巧将起刀点与对刀点分离，并设于图示B点位置，仍按相同的切削用量进行三刀粗车，其走刀路线安排如下:起刀点与对刀点分离的空行程为A?B
第一刀为 B?C?D?E?B
第二刀为 B?F?G?H?B
第三刀为 B?I?J?K?B
显然，图4-6(b)所示的走刀路线短。
图4-6
?巧设换刀点
为了考虑换(转)刀的方便和安全，有时将换(转)刀点也设置在离坯件较远的位置处(如图4-6中A点)，那么，当换第二把刀后，进行精车时的空行程路线必然也较长;如果将第二把刀的换刀点也设置在图4-6(b)中的B点位置上，则可缩短空行程距离。
?合理安排"回零"路线 在手工编制较复杂轮廓的加工程序时，为使其计算过程尽量简化，既不易出错，又便于校核，编程者(特别是初学者)有时将每一刀加工完后的刀具终点通过执行"回零"(即返回对刀点)指令，使其全都返回到对刀点位置，然后再进行后续程序。这样会增加走刀路线的距离，从而大大降低生产效率。因此，在合理安排"回零"路线时，应使其
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前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短，或者为零，即可满足走刀路线为最短的要求。
(4)确定最短的切削进给路线
切削进给路线短，可有效地提高生产效率，降低刀具损耗等。在安排粗加工
或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求，不要顾此失彼。
图4-7为粗车工件时几种不同切削进给路线的安排示例。其中，图4-7(a)表示利用数控系统具有的封闭式复合循环功能而控制车刀沿着工件轮廓进行走刀的路线;图4-7(b)为利用其程序循环功能安排的"三角形"走刀路线;图4-7(c)为利用其矩形循环功能而安排的"矩形"走刀路线。
图4-7
对以上三种切削进给路线，经分析和判断后可知矩形循环进给路线的走刀长度总和为最短。因此，在同等条件下，其切削所需时间(不含空行程)为最短，刀具的损耗小。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。
4.4零件及加工程序编制
1、机床和毛坯的选择
这对配合件是典型的轴类零件，主要加工有内外圆柱面、外圆柱面、内而外螺纹、半椭圆面和圆弧面的加工，故选择卧式高效数控车床即可完成所有加工面的加工要求。具体说，加工零件有粗精车外形、车槽、车螺纹、镗内孔、车内槽、车内螺纹等工序。所需刀具不超过八把。故选择国产CKG6132型卧式数控车床即可满足上述要求。该机床规格为直径460*500mm，X轴行程为225mm，Z轴行程为600mm，尾座体行程380mm，摧力为9000N，主轴转速范围为30,4000r/min。X/Z定位精度和重复定位精度分别为0.005mm和0.003mm。刀架容量是4把。数控系统为FANUC 0i。工件在依次装夹中即可完成外圆、车槽、车螺纹、镗孔等工步的加工。
毛坯零件尺寸为直径35mm*100mm, 内孔毛坯零件直径26mm*40mm.
图4-8示例
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图4-8
表4-1 刀具切削参数表
刀具规格 刀具加工内主轴进给速度 材号 容 转速 类型 料 粗加工T0101 800 150mm/min 外轮廓 菱形刀
片 精加工硬T0202 1200 80mm/min 轮外廓 质
合粗镗内T0303 800 100mm/min 金 轮廓 内孔镗
刀 精镗内T0404 1000 80mm/min 轮廓
T0505 车内槽 内车槽硬400 25mm/min
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刀 质
合60?内M24*1.5金 T0606 螺纹车600 1.5mm/min 内螺纹 刀
表4-2 零件的工艺路线
序号 工序内容
1 用1号刀进行G71毛坯固定循环，粗加工零件右端外轮廓 2 用1号刀进行G70固定循环，精加工零件右端外轮廓 3 掉头夹毛坯，用1号刀进行G71粗加工零件左端外轮廓 4 用1号刀进行G70精加工件左端外形至最终尺寸 5 暂停，用直径16的麻花钻钻一个直径24mm*38mm的盲孔 6 用2号刀G71毛坯固定循环，粗加工件左端内孔 7 用2号刀G70固定循环，精加工左端内孔至尺寸 8 用2号刀车直径21mm*4mm的内槽
9 用3号刀G76螺纹复合循环加工，M20*1.5内螺纹
A( X0,Z0 ) B( X24,Z-46 )
C( X26，Z0) D( X30，Z-1.5) E( X30，Z-20.5)
图4-10左端各基点的坐标值
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a( X24,Z-1) e( X21,Z-20)
b( X24,Z-6) f( X21,Z-24)
c( X20,Z-7) g( X16,Z-24)
d( X18,Z-7) h( X16,Z-30)
图4-11左端各基点的坐标值
2、手工编程程序(采用FANUC 0i系统编程)
表4-3程序表单
O0001 加工零件右端外轮廓主程序名 N10 T0101 换1号刀
N20 G90G00X100Z100 定位换刀点
N30 S800M03 主轴转速800r/min,正转 N40 G00X35Z2 循环始点
粗车固定循环:U:每次切深单边N40 G71U1.0R0.5 1mm,R:退刀量单边0.5mm
U:精加工余量双边0.5mm，W:精加N60 G71P70Q80U0.5W0.1F150 工余量0.1mm,F:粗车进给速度
150mm/min
N70 G01X30F80 进刀，精车进给量80mm/min N80 Z-46 刀具直线插补到B点 N90 G00X100 退刀
N100 Z100 会换刀点
N110 T0202 换2号刀
N120 S1000M03 主轴转速1200r/min,正转 N130 G00X35Z2 粗车固定循环起点 N140 G70P70Q80 精加工
N150 G00X100Z100 退刀
主轴转速800r/min,正转,进给速度N160 S800M03F150 150mm/min
N170 G00X32Z2 椭圆加工起点
N180 #150=30 最大切削余量30mm N190 IF[#150LT1]GOTO220 毛坯余量小于1，则跳转到N220 N200 M98P0002 调用椭圆子程序 N210 #150=#150-2 背吃到量
N220 GOTO190 调制到190
N230 G00X35Z2 退刀
主轴转速1200r/min,正转,进给速度N240 S1200M03F80 80mm/min
N250 #150=0 毛坯余量为0
N260 M98P0002 调用子程序精加工
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N270 GX100Z100 会换刀点
N280 M05 主轴停转
N290 M30 程序结束
O0002 椭圆加工子程序名
N10 #101=30 长半轴
N20 #102=15 短半轴
N30 #103=30 起点至椭圆圆心的尺寸
是否走到Z轴终点，则执N40 IF[#103LT0.5]GOTO100 行N50程序段 N50 #104=SOR[#101*#101-#103*#103] 计算公式
N60 #105=15*#104/30 X轴变量
N70 G01X[2*#105+#150]Z[#103-30] 椭圆插补
N80 #103=#103-0.5 Z轴步距
N90 GOTO40 跳转刀40
N100 G00X100Z100 退刀
N110 M99 子程序结束
O0003 加工左端外轮廓主程序名 N10 T0101 换1号刀
N20 G90G00X100Z100 回换刀点
N30 S800M03 主轴转速800r/min,正转 N40 G00X35Z2 粗车循环始点
粗车固定循环:U:每次切N50 G71U1.0R0.5 深单边1mm,R:退刀量单边
0.5mm
U:精加工余量双边0.5mm，N60 G71P60Q110U0.5W0.1F150 W:精加工余量0.1mm,F:
粗车进给速度150mm/min
进刀，精车进给量N70 G01X26F80 80mm/min
N80 Z0 C点
N90 X30Z-1.5 D点
N100 Z-20.5 E点
N110 G03X24Z-34R16 走圆弧
N120 G00X100Z100 退刀
N130 T0202 换2号刀
主轴转速800r/min,正转,N140 S1200M03F150 进给速度150mm/min N150 G70X35Z2 快速进刀
N160 G70P60Q110 精加工
N170 G00X100Z100 会换刀点
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N180 M05M30 主轴停转，程序结束
O0004 左端内孔加工程序 N10 T0303 粗镗孔刀 N20 G90G00X100Z100 会换刀点 N30 S800M03 主轴转速800r/min,正转 N40 G00X18Z2 粗车循环始点
粗车固定循环:U:每次切N50 G71U1.0R0.5 深单边1mm,R:退刀量单边
0.5mm
U:精加工余量双边0.5mm，N60 G71P70Q150U0.5W0.1F100 W:精加工余量0.1mm,F:
粗车进给速度150mm/min N70 G01X26F80 循环开始 N80 Z0 C点
N90 X24Z-1 a点
N100 Z-6 b点
N110 X20 c点
N120 X18Z-7 d点
N130 X21Z-24 f点
N140 X16 g点
N150 Z-30 h点
N160 G00X100Z100 会换刀点 N170 T0404 精镗孔刀
主轴转速800r/min,正转,N180 S1200M03F150 进给速度150mm/min N190 G00X28Z1 精加工起点 N200 G70P70Q150 精加工
N210 G00X100Z100 会换刀点 N220 T0505 内切槽刀
主轴转速600r/min,正转，N230 S600M03F30 进给速度30mm/min N240 G00X18Z3 移至加工附近 N250 G01Z-24 车槽起点 N260 X21 进刀
N270 G04P300 暂停300ms N280 G01X18 退刀
N290 Z-20 进刀
N300 X21 退刀
N310 G04P300 暂停300ms N320 G01X18 退刀
N330 Z3
N340 G00X100Z100 会换刀点
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N350 T0606 车螺纹
主轴转速1200r/min,正N360 S1200M03F30 转，进给速度30mm/min N370 G00X18Z2 接近工件
1:精加工次数1次，01:N380 G76P10160Q80R0.1 0.1个导程，60:刀尖角度
60?，R:精加工余量0.1
R:半径差为0，P:牙高深N390 G76X20.05Z-22R0P975Q0.02L1.5 度0.975，Q:背吃刀量
0.02,L:螺纹螺距1.5 N400 G00Z100 退刀
N410 MO5 主轴停止
N420 M30 程序结束
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结 论
通过以上程序的数控车削加工，对数控车削加工的整个过程有了较为全面的了解。
通过本设计中选择刀具，对数控机床工具系统的特点、数控机床刀具材料和使用范围有了较深的了解，基本掌握了数控机床刀具的使用方法;经过设计加工方案，进一步了解了工件定位的基本原理、定位方式与定位元件及数控机床用夹具的种类与特点，对教材中有关定位基准的选择原则与数控加工夹具的选择方法有了更深的了解;经过编制零件的加工程序，基本熟悉数控编程的主要内容及步骤、编程的种类、程序结构与格式，对数控编程前数学处理内容、基点坐标、辅助程序段的数值计算有了进一步的认识。另外，工艺设计、数值计算及程序编制的过程比较繁重，设计过程当中自己不断学习和实践，每解决一个问题，都会感到不尽的喜悦和兴奋。
通过本设计的实践，真切体会到理论必须和生产实践结合。教材中所学到的许多内容在实践中得到可印证，但在具体操作中也出现了一些意向不到的事情，在工艺方案确定后，加工程序也经过多次试调、修改才最终完成了零件的加工。看到自己加工出合格的零件，对自己所学的专业更加充满信心。
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致 谢
经过一个月的忙碌和工作，本文在朱桂生老师精心指导和大力支持下完成的。朱老师以其严谨求实的治学态度，高度的敬业精神，兢兢业业，孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识，开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次毕业设计过程中，我也学到了许多关于机械方面的知识，实践技能由了很大的提高。
作为一个专科生的毕业论文，由于经验的匮乏，难免由许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。特别他多次询问写作指导，并为我指点迷津帮助我开拓思路，精心点拨，热忱鼓励。他严肃的教学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风深深的感染和激励着我，并将积极影响我以后的学习和工作正是由于他，我才能在各方面取得显著的进步，在此向他表示我由衷的谢意，并祝朱老师培养出越来越多的优秀人才，桃李满天下～
此外，我还感谢在大学三年帮助我的人，感谢数字制造化学院各位老师在学习上的点拨，同时我也要感谢在论文写作过程中，帮助过我、并且共同奋斗三年的大学同学们，能够顺利完成论文，是因为有你们。
在论文完成之际，我的心情分外舒畅，从开始到结束，有多少朋友、师长给了我无言的帮助。在此，请接受我诚挚的谢意。最后我 还要感谢培养我长大含辛茹苦的父母，谢谢你们～
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参考文献
[1]数控技术毕业设计指导.杨良根.吴青松.何世松主编.北京:北京理工大学出版社.2009. [2]数控加工工艺.庞浩.李文星主编.北京:北京理工大学出版社.2007. [3]数控加工技术基础.韩志宏、揭晓主编.北京:电子工业出版社.2007. [4]模具数控加工技术.刘志宏主编.大连:理工大学出版社.2007. [5]数控编程.刘立、丁辉主编.北京:北京理工大学出版社.2007. [6]机械CAD/CAM应用技术.杨兵主编.北京:冶金工业出版社.2008. [7]机械制造(2008版).刘谨主编.北京:机械工业出版社，2008. [8] 数控技术原理及应用.李恩林主编.北京:国防工业出版社.2008重印. [9] 共差配和与量测实训.任晓莉、钟建华主编.北京:北京理工大学出版社.2007.(2008
重印)
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