摘 要
本文通過一個典型的軸套類二件組合件的加工工藝進行分析以及程序設計，重點為零件的加工工藝分析，從而準確選擇加工參數，保證加工的準確性，精確性。節約加工原材料，提高生產效率,數控機床是按照預先編好的數控程序自動地對工件進行加工的高效自動化設備。數控程序除了能保證加工出符合圖樣要求的合格零件外，還應該充分發揮、利用數控機床的各種功能，使數控機床能安全、可靠、高效地工作。
關 鍵 詞：數控技術，加工工藝，編程，規程，技巧
目 錄
摘 要1
目 錄2
1 緒論3
2 數控車床的編程特點4
3 典型軸套類零件工藝分析5
3.1零件圖的工藝分析5
3.1.1 零件圖的正確性與完整性的分析5
3.1.2 零件圖與裝配圖的技術分析7
3.2毛坯的選擇7
3.3加工設備、測量儀器的選擇8
3.3.1 機床的選擇8
3.3.2 夾具的選擇9
3.4確定加工工藝路線9
3.5刀具的選擇11
3.6選擇切削用量12
3.6.1主軸轉速的確定13
3.6.2 進給速度的確定14
3.6.3 背吃刀量確定15
3.7制定機械加工工藝規程16
3.7.1 件一的加工工藝規程16
3.7.2 件二的加工工藝規程18
3.8編制數控加工程序23
4 結論26
參考文獻27
致謝28
論文題目
《西門子數控車床操作與編程的技巧》
1緒 論
機床是人類進行生產勞動的重要工具，也是社會生產力發展水平的重要標誌。
普通機床經歷了近兩百年的歷史。隨著電子技術、計算機技術及自動化，精密機械與測量等技術的發展與綜合應用，生產了機電一體化的新型機床--數控機床。數控機床一經使用就顯示出了它獨特的優越性和強大生命力，使原來不能解決的許多問題，找到了科學解決的途徑。
數控車床是數字程序控制車床的簡稱，它集通用性好的萬能型車床、加工精度高的精密型車床和加工效率高的專用型車床的特點於一身，是國內使用量最大，覆蓋面最廣的一種數控機床，也是是一種通過數字信息，控制機床按給定的運動軌跡，進行自動加工的機電一體化的加工裝備，經過半個世紀的發展，數控機床已是現代製造業的重要標誌之一，在我國製造業中，數控機床的應用也越來越廣泛，是一個企業綜合實力的體現。
2 數控車床的編程特點
數控機床是按照預先編好的數控程序自動地對工件進行加工的高效自動化設備。數控程序除了能保證加工出符合圖樣要求的合格零件外，還應該充分發揮、利用數控機床的各種功能，使數控機床能安全、可靠、高效地工作。
數控編程的主要內容有：分析零件圖樣，確定加工工藝過程，數值計算，編寫零件加工程序，製作控制介質，程序檢驗和首件試切。
數控車床主要用於軸類迴轉體零件的加工，能自動完成內外因校面、圓錐面、母線為圓弧的旋轉體、螺紋等工序的切削加工，並能進行切槽，鑽、擴、鉸孔及攻螺紋等工作。數控編程主要有以下特點：
（1）在一個程序段中，根據圖樣上標註的尺寸，可以採用絕對值編程、增量值編程或二者混合編程。
（2）數控車床上工件的毛坯大多為圓棒料，加工餘量較大，一個表面往往需要進行多次反覆的加工．如果對每個加工循環編寫若干個程序段，就會增加編程的工作量．為了簡化加工程序，一般情況，數控車床的數控系統中都車外圓，車端面和車螺紋等不同形式的循環功能．
（3）編程時，常認為車刀刀尖是一個點，而實際上為了提高刀具壽命和工件表面質量，車刀刀尖常磨成一個半徑不大的圓弧，因此為提高工件的加工精度，當編制圓頭刀程序時，需要對刀具半徑進行補償。數控車床的數控系統中都有刀具補償功能．刀具補償功能為編程提供方便，編程人員可以按工件的實際輪廓編寫加工程序．在加工過程中對於刀具位置的變化，刀具幾何形狀的變化及刀尖的圓弧半徑的變化，都無需更改加工程序，只要將變化的尺寸或圓弧半徑輸入到存儲器具便能自動進行補償．
（4）數控車床的編程有直徑，半徑兩種方法．所謂直徑編程是指Ｘ軸上的有關尺寸為半徑值，半徑編程是指X軸上的有關尺寸為半徑值。CAK6140數控車床中的編程是採用直徑編程．
（5）為了提高機床徑向尺寸的加工精度，數控系統在X方向的脈衝當量應取X方向的的脈衝當量的一半。例如經濟型數控車床中，Z方向的脈衝當量為0.01mm/P，X軸的脈衝當量取0.005mm/P。
3 典型軸套類零件工藝分析
3.1 零件圖的工藝分析
3.1.1 零件圖的正確性與完整性的分析
零件的結構工藝性是指所設計的零件在能滿足使用要求的前提下製造的可行性和經濟性，即所設計的零件結構應便於成形，並且成本低，效率高。它的涉及面廣，因此有必要對零件進行結構工藝性分析，找出技術關鍵，以便在擬定工藝規程時採用適當的加工措施加以保證。
零件的視圖應符合國家標準的要求，位置準確，表達清楚；幾何元素（點、線、面）之間的關係（如相切、相交、平行）應準確；尺寸標註應完整、清晰。
由圖3-1、圖3-2、圖3-3可知，該軸套類組合零件二件的尺寸均標註完整、正確，零件輪廓均描述清楚。圖3-1 錐套 工件材料： 45鋼
圖3-2 螺桿錐軸 工件材料：45鋼
圖3-3 配合件
3.1.2 零件圖與裝配圖的技術分析
零件的技術要求主要包括尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度要求等，這些技術要求應當是能夠保證零件使用性能前提下的極限值。進行零件技術要求分析，主要是分析這些技術要求的合理性以及實現的可能性，重點分析重要表面和部位的加工精度和技術要求，為制定合理的加工方案做好準備。同時通過分析以確定技術要求是否過於嚴格，因為過高的精度和過小的表面粗糙度要求會使工藝過程變得複雜，加工難度加大，增加不必要的成本。
該零件是配合件，由件一錐套和件二螺桿錐軸組成，裝配圖如上圖3-3所示。其中件二上的零件特徵包括外錐、外圓弧、M34x2普通螺紋。兩件配合後，要求錐配間隙為1±0.10。在此可考慮採用配車件二的大端直徑，以達到配合間隙1±0.10的尺寸要求；同時，滿足錐套相對於A-B基準的跳動量不大於0.05mm。
3.2 毛坯的選擇
毛坯是根據零件所要求的形狀,工藝尺寸等方面而製成的供進一步加工使用的生產對象。毛坯種類的選擇不僅影響著毛坯製造的工藝裝備及製造費用，對零件的機械加工工藝裝備及工具的消耗，工時定額計算有很大影響。
確定毛坯的形狀與尺寸的步驟是：首先選取毛坯加工餘量和毛坯公差，其次將毛坯加工餘量疊加在零件的相應加工表面上，從而計算出毛坯尺寸，最後標註毛坯尺寸與公差。其總的要求是：減少“肥頭大耳”，實現少屑或無屑加工。因此，毛坯形狀要力求接近成品形狀，以減少機械加工的勞動量。
根據零件圖樣中對工件材料的規定，工件材料確定為45鋼；
本設計中件一、件二均為迴轉軸類零件，形狀不復雜，用於旋合場合，要求具有較高的強度和一定的硬度。依據毛坯的選擇原則，綜合考慮工件的使用要求以及機械加工的效率和經濟性，確定毛坯為棒料鍛件。具體尺寸：兩件為同一棒料，採取切斷方法分離：φ55×190mm
3.3 加工設備、測量儀器的選擇
3.3.1 機床的選擇
分析零件圖可知，本次設計加工的零件特徵包括：外圓、槽、螺紋、圓弧、內外錐，加工工序複雜。為少減換刀和對刀時間，保證良好精度和表面粗糙度要求，結合我院實訓中心生產設備的實際情況，決定選用瀋陽第一機床廠生產Fanuc-0i 系統CAK6140型落地臥式數控車床。機床外形如圖3-4所示。
圖3-4
其主要性能數據如下:
加工零件的最大直徑為400 mm；
加工零件的最大長度為1 m；
刀架規定刀杆的規格為20×20 mm；
主軸轉速範圍為
X軸最大行程600mm，Z軸最大行程1080 mm；
快速移動速度為7.6—12 m/min；
重複定位精度：ｘ軸方向≤0.004 mm，ｚ軸方向≤0.004 mm；
圓跳動≤0.003 mm，錐度≤0.005/100 mm，圓柱度≤0.003/100 mm；
粗糙度：黑色金屬小於Ra 1.25，有色金屬小於Ra 0.4；
3.3.2 夾具的選擇
為了充分發揮數控機床的高速性、高精度、高效率等特點，在數控加工中，裝夾方式直接關係到加工零件的效率，因此制定合理的裝夾方式也是比較重要。根據該零件的特徵，經分析，零件是車削，各工序都可以使用通用夾具即可。考慮到經濟性、使用性，採用卡盤夾緊和活動頂尖一夾一頂的裝夾方式比較合理。
根據該零件形狀規則、加工特點及加工精度較高，所以選擇三爪自定心卡盤。之所以選擇三爪自定心卡盤是因為它是常用的車床通用夾具，它可以自定中心，夾持範圍大，裝夾工件的效率高，適用於裝夾中小型以外圓定位的零件，具體三爪卡盤參數見表3-1。
表3-1 三爪自定心卡盤參數
3.4 確定加工工藝路線
在數控機床上加工零件，與普通機床有所不同，不僅要考慮夾具、刀具、切削用量等常規工藝的選擇，更要考慮對刀點、編程原點等設置，在保證質量的前提下，儘可能提高機床的加工效率。數控編程中走刀路線的選擇主要考慮以下幾點：
（1）量縮短走刀路線，減少空走刀時間，提高生產效率；
（2）保證加工零件的精度和表面粗糙度要求；
（3）能簡化數值計算，減少程序段數目和編程工作量；
（4）儘量減少換刀次數，用一把刀具儘量加工完成相關工序。
經過分析該零件的最終加工路線如下：
件一：
（1）夾持工件，伸出長度60 mm，車端面；
（2）鑽孔φ18 mm，深45 mm；
（3）粗、精車內孔φ20
mm至尺寸；
（4）粗、精車φ50±0.012至尺寸，倒角；
（5）粗、精車內錐至尺寸；
（6）倒角、切斷；
（7）自檢；
件二：
（1）夾φ20
mm毛坯外圓，長30 mm，校正；
（2）車端面，鑽中心孔；
（3）一夾一頂，粗車工件外輪廓
（5）調頭夾M34×2外圓共50 mm，車端面，取總長；
（6）粗、精車φ20 mm外圓、外錐、外圓弧1/2段至尺寸；
（7）調頭，夾φ20 mm外圓長14 mm，一夾一頂；
（8）倒角2×45°精車M34×2外圓至φ34
×69mm、另1/2段外圓弧；
（9）距M34×2螺紋斷面55 mm處切槽至尺寸φ30×14 mm，倒角2×45°；
（10）車螺紋M34×2至尺寸；
（11）自檢；
3.5 刀具的選擇
在金屬切削加工過程中，刀具直接完成切削工作。刀具切削性能的優劣，直接影響到工件被加工表面的質量、切削效率、刀具的使用壽命和加工成本的高低。合理選擇刀具切削部分的材料以及刀具幾何形狀和結構是十分重要的。
在選擇刀具時,應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。通常優先選用常用刀具, 對於不同材料的零件,一般都有適合其切削的刀具。刀具在切削過程中，要承受切削力、高溫、衝擊和振動，並被磨損。與普通機床相比，數控加工時對刀具提出了更高的要求，不僅要求剛性好、精度高，而且要求尺寸穩定、耐用度高、斷屑 和排屑性能好，同時要求安裝調整方便，滿足數控機床的高效率。刀具選擇總的原則是：安裝調整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，儘量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。
刀具材料應具備以下幾方面的性能：足夠的硬度和耐磨性、足夠的強度於韌性、高的耐熱性、良好的導熱性 、良好的工藝性能和工藝性。
硬質合金是將一些難熔的、高硬度的合金碳化物微米數量級粉末與金屬粘結劑混合，經加壓成形，燒結而成的粉末冶金材料。合金碳化物是硬質合金的主要成分，具有高硬度、高熔點和化學穩定性好等特點。因此，硬質合金的硬度、耐磨性、耐熱性均超過高速鋼，硬質合金的常溫硬度為89-93 HRA，切削溫度達800-1000 C°時，仍能進行切削切削性能比高速鋼好，切削速度可提高4-10倍。應是合金的性能取決於化學成分、碳化物粉末粗細及其燒結工藝。碳化物含量增加時，硬度隨之增高，抗彎強度反而降低。燒結劑含量增加時，抗彎強度隨之增高，硬度反而下降。
硬質合金的切削性能良好，現已成為主要的刀具材料之一。絕大多數車刀和麵銑刀的切削部分都採用硬質合金。深孔鑽、鉸刀以及某些複雜刀具也廣泛採用硬質合金。而硬質合金按化學成分可以分為以下幾類：鎢鈷類硬質合金、鎢鈦鈷類硬質合金、鎢鈦鈮類硬質合金。
YT類硬質合金主要用於加工以鋼為代表的塑性材料。加工鋼時塑性變形大，摩擦劇烈，切削溫度較高。YT類合金磨損慢，刀具壽命高。合金中含TiC較多者，含Co就少，耐磨性就更好，適合精加工。
在滿足加工要求的條件下，綜合考慮刀具的經濟成本與可磨削性能，決定選用焊接刀具。本組合零件的具體加工刀具如下表3-2所示：
3.6 選擇切削用量
數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，並以指令的形式寫入程序中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。對於不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原則是：保證零件加工精度和表面粗糙度，充分發揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度；並充分發揮機床的性能，最大限度提高生產率，降低成本。
3.6.1主軸轉速的確定
1、主軸轉速的確定
主軸轉速應根據零件上被加工部位的直徑，並按零件和刀具的材料及加工性質等條件所允許的切削速度來確定。切削速度除了計算和查表選取外，還可根據經驗確定，需要注意的是交流變頻調速數控車床低速輸出力矩小，因而切削速度不能太低。
光車時，主軸的速度主要根據允許的切削速度Vc選取，計算公式如下：
根據切削原理可知，切削速度的高低主要取決於被加工零件的精度、材料、刀具的材料和刀具耐用度等因素。從理論上講，Vc的值越大越好，因為這不僅可以提高生產率，而且可以避免生成積屑瘤的臨界速度，獲得較低的表面粗糙度值。但實際上由於機床、刀具、工件材料等因素的影響和限制，車削切削用量可參考表3-3選取。表3-3 車削切削用量選擇表
在實際車削加工時，考慮到加工內孔時排屑難、冷卻難、刀杆剛性差和觀察困難的特點，在選擇切削用量時，可參照對應外部加工切削用量的30%-50%進行選取。綜合考慮：
外部輪廓加工時選取： 粗車Vc=150 m/min
精車Vc=220 m/min
內部輪廓加工時選取： 粗車Vc=50 m/min
精車Vc=70 m/min
高速鋼麻花鑽鑽孔取： Vc=25 m/min
由公式（3.1）、（3.2）、（3.3），按照毛坯直徑為55mm，螺紋導程為2 mm，計算可得：
外部輪廓加工時： 粗車n=860 r/min
精車n=1200 r/min
內部輪廓加工時： 粗車n=290 r/min
精車n=400 r/min
鑽孔時： 轉速n=150 r/min
車削螺紋時： 轉速n< 520 r/min，據經驗，取n=400 r/min
3.6.2 進給速度的確定
進給速度是數控機床切削用量中的重要參數，主要根據零件的加工進度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統的性能限制。一般粗車選用較高的進給速度，以便較快去除毛坯餘量，精車以考慮表面粗糙和零件精度為原則，應選擇較低的進給速度。進給速度Vf可以按公式Vf =f×n計算，式中f表示每轉進給量,在加工本設計中的組合零件時進給速度，依據表3-3進行選取，粗加工時取f=0.2 mm/r,精加工時取f=0.1 mm/r，則所得加工時的進給速度如下：
外部輪廓加工時為： 粗車Vf=172 mm/min
精車Vf=120 mm/min
內部輪廓加工時為： 粗車Vf=54 mm/min
精車Vf=40 mm/min
在車床上鑽孔時的進給量是用手轉動車床尾座手輪來實現的。用小直徑麻花鑽鑽孔時，進給量太大會折斷麻花鑽。本次設計件一錐套的麻花鑽規格為φ18mm，故選擇進給量f=0.2 mm/r，
則可知鑽孔時的進給量為： Vf=30 mm/min
3.6.3 背吃刀量確定
背吃刀量根據機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應儘可能使背吃刀量等於工件的加工餘量(除去精車量)，這樣可以減少走刀次數，提高生產效率。為了保證加工表面質量，可留少量精加工餘量，一般0.2-0.8 mm，具體背吃刀量值參照表3-3進行選擇，如下表所列：
表3-4 被吃刀量
總之，切削用量的具想學習UG編程加Q群614096521體數值應根據機床性能、相關的手冊並結合實際經驗用類比方法確定。同時，使主軸轉速、切削深度及進給速度三者能相互適應，以形成最佳切削用量。
3.7 制定機械加工工藝規程
3.7.1 件一的加工工藝規程
機械加工工藝過程卡片
機械加工工藝過程卡片
機械加工工序卡
3.7.2 件二的加工工藝規程
機械加工工序卡
機械加工工藝過程卡片
3.8 編制數控加工程序
程序一:
O0001;
M03S860;
T0101;
G00X52.Z0.;
G01X-1.F0.2;
Z1.;
M00; （鑽孔）
M03S290;
T0303;
G00X15.Z2.;
G71U1.5Z2.;
G71P10Q20U0.4W0.1;
G00X25.;
G01X20.Z-40.F0.15;
Z-54.;
X15.Z2.;
M03S400;
T0303;
G00X15.Z2.;
G70P10Q20;
G00X15.Z100.;
X150.;
M00;
M03S860;
T0101;
G00X52.;
G71U1.5R0.5.;
G71P30Q40U0.4W0.1F0.2;
N30G00X46.;
G01X50.Z-2..F0.2;
N40Z-55.;
G00X150.Z100.;
M00;
M03S1200;
T0101;
G00X52.Z1.;
G70P30Q40;
G00X150.Z100.;
T0202;
M03S400;
G00Z-54.;
X-1.;
G00X150.Z100.;
M05;
M30;
程序二:
O0001
M03S860
T0404
G00X58.Z0.;
G01Z-1.F0.1;
G00X150.Z100.;
T0101
G00X58.Z2.
G71U1.5R1.;
G71P10Q20U0.5W0.1F0.2;
N10G00X18.;
G01Z0.F0.1;
X20.Z-1.;
Z-15.;
X25.Z-25.;
X30.;
G03X50.Z-35.R10.;
N20G00X58.;
G00X150.Z150.;
M00;
M03S1200;
T0101;
G00X58.Z2.;
G70P10Q20;
G00X150.;
Z100.;
M05;
M00;
O0002;
G00X150.Z100.;
M03S860;
T0404;
G00X58.Z0.;
G01Z-1.F0.1;
G00X150.Z100.;
T0101;
G00X58.Z2.;
G71U0.5R1.;
G71P10Q20U0.5W0.1F0.3;
N10G00X29.8;
G01Z0.F0.1;
X33.8Z-2.;
Z-89.
X30.;
G03X50.Z-99.R10.;
N20G00X58.;
G00X150Z100.;
M00;
M30S1200;
T0101;
G00X58.Z2.;
G70P10Q20;
G00X150.Z100.;
T0202;
M03S400;
G00X36.Z-59.;
G01X30.F0.1
G00X100.;
Z100;
T0101;
G00X36.Z-57.;
G91X32.Z-89.;
X30.;
G00X100.;
Z100.;
T0303;
M03S600;
GOOX36.Z2.;
G92X33.8X-60.F0.2;
X33.3;
X32.8
X32.3;
X31.8;
X31.4;
G00X100.;
Z100.;
M05;
M30;
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