数控车削编程与操作实例

数控车削编程与操作实例 重庆三峡学院毕业设计（论文） 第一章 绪论 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„1 第二章 数控车床的基础知识„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2 2.1 数控车床的构成与工作原理„„„„„„„„„„„„„„2 2.2 数控车床的工作过程„„„„„„„„„„„„„„„„„3 2.3 数控车床的主要特点„„„„„„„„„„„„„„„„4 第三章数控车床程序编制„„„„„„„„„„„„„„„„„6 3.1 数控车床的编程基础 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„6 3.2 数控编程的工艺基础„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„11 3.3 数控车床编程中的数字计算„„„„„„„„„„„„„„„„„12 第四章 数控车床的操作过程„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 4.1 数控车削工艺性分析„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14 4.2 数控车削加工顺序„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21 4.3 数控车削零件加工基本操作„„„„„„„„„„„„„„„„„22 第五章 典型零件的加工应用实例„„„„„„„„„„„„„„„„„„25 5.1 数控车床加工实例—外圆加工„„„„„„„„„„„„„„„„25 5.2 数控车床加工实例--螺纹车削加工„„„„„„„„„„„„„„27 5.3 数控车床加工实例--综合型零件„„„„„„„„„„„„„„„29 第六章 数控车削加工应用综述„„„„„„„„„„„„„„„„„„33 6.1 提高车削集合精度的数控修正加工„„„„„„„„„„„„„„33 6.2 数控加工中G指令的使用技巧„„„„„„„„„„„„„„„„34 6.3 应用数控系统的简写补偿功能的探讨„„„„„„„„„„„„„35 6.4 刀具集合参数对数控车削加工尺寸精度的影响及应采取的 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 „„„35 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„37 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„38 致谢语„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„39 翻译„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„40 数控车削编程与操作实例 李四平 重庆三峡学院应用技术学院机械设计制造及其自动化专业2006级 重庆万州 404000 数控编程是目前CAD/CAPP/CAM系统中最能明显发挥效益的环节之一，其在实现设计 加工自动化、提高加工精度和加工质量、缩短产品研制周期等方面发挥着重要的作用。在诸 如航空工业、汽车工业等领域有着大量的应用。由于生产实际的强烈需求，国内外都对数控 编程及操作技术进行了广泛的研究，并取得了丰硕成果。本文主要介绍了数控车削编程与操 作实例的一些基本知识、基本功能、基本方法，数控车床的加工特点，夹具的使用，加工工 艺范围的确定以及数控车削工艺分析，数控车床零件加工基本操作。并且结合实例中具体零 件的工艺分析、编程、操作进行较全面的剖析，模拟仿真软件进行验证，以探索它们之间的 联系，让我们更好地了解、掌握这些知识。 关键词：数控车床 编程 操作设计 模拟仿真 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 第一章 绪论 随着生产和科学技术的飞速发展，社会对机械产品多样化的要求日益强烈，产品 更新越来越快，多品种、中小批量生产的比重明显增加，同时随着汽车工业和轻工业 消费品的高速增长，机械产品的结构日趋复杂，其精度日趋提高，性能不断改善，激 烈的市场竞争要求产品研制生产周期越来越短。传统的加工设备和制造方法已难以适 应这种多样化、柔性化、高效和高质量复杂零件加工要求。因此就产生了高效率、高 精度和高自动化的机械产品生产设备—数控机床。 数控车床是整个数控系统的基础，是目前使用最广泛的数控机床之一。通过数控 车床的编程与操作可以自动地完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧或非圆弧曲线轮廓面、 螺纹和端面等工序的切削加工。随着国内数控机床用量的剧增，急需培养一大批各种层次 的数控人才，特别是应用型高级技术人才及能熟练操作数控设备的技能人才。本课题以数控 零件加工的编程与操作为主要内容，重点掌握程序的编制与操作、模拟仿真软件以及工艺的 分析。难点是模拟的零件到实际的车间去加工要满足工艺和精度的要求，并作出合格的产品。 从此典型零件中能让我们对所学书本知识达到巩固与加强的目的，对数控零件的加工有一个 全新的认识。 第1页 共41页 李四平：数控车削编程与操作实例 第二章 数控车床的基础知识 2.1 数控车床的构成与工作原理 2.1.1数控车床的构成 虽然数控车床种类较多，但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成。图 2-1-1是数控车床的基本组成方框图。 图2-1-1 1.车床主体 除了基本保持普通车床传统布局形式的部分经济型数控车床外，目前大部分数 控车床均已通过专门设计并定型生产。车床床身是整个机床的基础。床身部分最关键的 部位是导轨，导轨一般要经过二次时效、中频淬火和精密磨削后才能使用。常用的导 轨形式有滑动导轨、滚动导轨和直线导轨。导轨是关系到机床精度和稳定性的部件。 1)主轴与主轴箱 （a）主轴 数控车床主轴的回转精度，直接影响到零件的加工精度；其功率大小、回转速度 影响到加工的效率；其同步运行、自动变速及定向准停等要求，影响到车床的自动化程度。 （b）主轴箱 具有有级自动调速功能的数控车床，其主轴箱内的传动机构已经大大简化；具 有无级自动调速(包括定向准停)的数控车床，数控车床的导轨是保证进给运动准确性的重要 部件。它在很大程度上影响车床的刚度、精度及低速进给时的平稳性，是影响零件加工质量 的重要因素之一。 2） 机械传动机构 除了部分主轴箱内的齿轮传动等机构外，数控车床已在原普通车床传动链的基础上，作 了大幅度的简化。如取消了挂轮箱、进给箱、溜板箱及其绝大部分传动机构，而仅保留了纵、 横进给的螺旋传动机构，并在驱动电动机至丝杠间增设了(少数车床未增设)可消除其侧隙的齿轮副。 （a）螺旋传动机构 数控车床中的螺旋副，是将驱动电动机所输出的旋转运动转换成刀架在 纵、横方向上直线运动的运动副。构成螺旋传动机构的部件，一般为滚珠丝杠副， 如图2-1-2滚珠丝杠副 1一螺母 2一丝杠 3一滚珠 4一滚珠循环装置 第2页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 图2-1-2 滚珠丝杠副的摩擦阻力小，可消除轴向间隙及预紧，故传动效率及精度高，运动稳定，动作 灵敏。但结构较复杂，制造技术要求较高，所以成本也较高。另外，自行调整其间隙大小时， 难度亦较大。(b) 齿轮副 在较多数控车床的驱动机构中，其驱动电动机与进给丝杠间设置 有一个简单的齿轮箱（架）。齿轮副的主要作用是，保证车床进给运动的脉冲当量符合要求， 避免丝杠可能产生的轴向窜动对驱动电动机的不利影响。 3) 自动转动刀架 除了车削中心采用随机换刀(带刀库)的自动换刀装置外，数控车床一般带有固定刀位的自动转位刀架，有的车床还带有各种形式的双刀架。 4) 检测反馈装置 检测反馈装置是数控车床的重要组成部分，对加工精度、生产效率和自 动化程度有很大影响。检测装置包括位移检测装置和工件尺寸检测装置两大类，其中工件尺 寸检测装置又分为机内尺寸检测装置和机外尺寸检测装置两种。工件尺寸检测装置仅在少量 的高档数控车床上配用。 5） 对刀装置 除了极少数专用性质的数控车床外，普通数控车床几乎都采用了各种形式 的自动转位刀架，以进行多刀车削。这样，每把刀的刀位点在刀架上安装的位置，或相对于 车床固定原点的位置，都需要对刀、调整和测量，并以确认，以保证零件的加工质量。 2.数控装置和伺服系统 数控车床与普通车床的主要区别就在于是否具有数控装置和伺 服系统这两大部分。如果说，数控车床的检测装置相当于人的眼睛，那么，数控装置相当于 人的大脑，伺服系统则相当于人的双手。这样，就不难看出这两大部分在数控车床中所处的 重要位置了。 (a)数控装置 数控装置的核心是计算机及其软件，它在数控车床中 起“指挥”作用：数控装置接收由加工程序送来的各种信息，并经处理和调配后，向驱动机 构发出执行命令；在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，以 便经处理后发出新的执行命令。伺服系统准确地执行数控装置发出的命令，通过驱动电路和 执行元件（如步进电机等），完成数控装置所要求的各种位移。 (b)伺服系统 伺服系统准确地执行数控装置发出的命令，通过驱动电路和执行元件（如步 进电机等），完成数控装置所要求的各种位移。 2.2 数控车床的工作过程 数控车床的工作过程如图2-2-1所示。 第3页 共41页 李四平：数控车削编程与操作实例 图2-2-1 （1）首先根据零件加工图样进行工艺分析，确定加工 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 、工艺参数和位移数据。 （2）用 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的程序代码和格式规则编写零件加工程序单；或用自动编程软件进行 CAD/CAM工作，直接生成零件的加工程序文件。 （3）将加工程序的内容以代码形式完整记录在信息介质（如穿孔带或磁带）上。 （4）通过阅读机把信息介质上的代码转变为电信号，并输送给数控装置。由手工编写 的程序，可以通过数控机床的操作面板输入程序；由编程软件生成的程序，通过计算机的串 行通信接口直接传输到数控机床的数控单元（MCU）。 （5）数控装置将所接受的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号形式向伺 服系统统发出执行的命令。 （6）伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动车床进给机构严格按照指令的要求进 行位移，使车床自动完成相应零件的加工。 2.3 数控车床的主要特点 2.3.1 适应性强 当改变加工零件时，数控车床只需更换零件加工的NC程序，不必用凸轮、靠模、样板或其它模具等专用工艺装备，且可采用成组技术的成套夹具。因此，生产准备周期短，有利 于机械产品的迅速更新换代。所以，数控机床的适应性非常强。 2.3.2 适合加工复杂型面的零件 由于数控机床能实现多个坐标的联动，所以数控机床能完成复杂型面的加工，特别是对于可 用数学方程式和坐标点表示的形状复杂的零件，加工非常方便， 加工质量稳定. 对于同一批零件，由于使用同一机床和刀具及同一加工程序，刀具的运动轨迹完全相同， 且数控机床是根据数控程序自动进行加工，可以避免人为的误差，这就保证了零件加工的一 致性好且质量稳定。 2.3.3 生产效率高 数控机床上可以采用较大的切削用量，有效地节省了机动工时。还有自动换速、自动换 刀和其他辅助操作自动化等功能，使辅助时间大为缩短，而且无需工序间的检验与测量，所 以，比普通机床的生产率高3～4倍，甚至更高。数控机床的主轴转速及进给范围都比普通机 床大。目前数控机床的最高进给速度可达到100m/min以上，最小分辨率达0.01μm。数控机床的加工时间利用率高达90%，而普通机床仅为30%～50%。 2.3.4 加工精度高 数控机床有较高的加工精度，一般在0.005～0.01mm之间。数控机床的加工精度不受零 第4页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 件复杂程度的影响，机床传动链的反向齿轮间隙和丝杠的螺距误差等都可以通过数控装置自 动进行补偿，其定位精度比较高，同时还可以利用数控软件进行精度校正和补偿。 2.3.5 工序集中，一机多用 数控机床特别是带自动换刀的数控加工中心，在一次装夹的情况下，几乎可以完成零件 的全部加工工序，一台数控机床可以代替数台普通机床。这样可以减少装夹误差，节约工序 之间的运输、测量和装夹等辅助时间，还可以节省车间的占地面积，带来较高的经济效益。 2.3.6 减轻劳动强度 在输入程序并启动后，数控机床就自动地连续加工，直至零件加工完毕。这样就简化了 工人的操作，使劳动强度大大降低。 2.3.7 价格较贵且调试和维修较复杂 数控机床是一种高技术的设备，而且要求具有较高技术水平的人员来操作和维修，但是数控 机床的优点很多，它有利于自动化生产和生产管理，使用数控机床的经济效益还是很高。 第5页 共41页 李四平：数控车削编程与操作实例 第三章 数控车床程序编制 3.1 数控车床的编程基础 编程概述 编程功能一般分为两类：一类用来实现刀具轨迹控制，这一类功能被称为准备功能，以 字母G及两位数字组成，也被称为G代码；另一类功能被称为辅助功能，用来完成程序的执 行控制、主轴控制、刀具控制、辅助设备控制等。 数控车床的编程具有如下特点： 1、在一个程序段中，根据图样上标准的尺寸可以采用绝对编程或增量值编程，也可以采 用混合编程. 2、被加工的零件的径向尺寸在图样上合测量时，一般用直径值表示，所以采用直径尺寸 编程更为方便。 3、由于车削加工采用棒料作为毛坯，加工余量较大，为简化编程，常用采用不同形式的 固定循环。 4、编程时，认为车刀刀尖是一个点，而实际上为了提高刀具的寿命和工件表面质量，车 刀刀尖常磨成一个半径不打的圆弧。为提高工件的加工精度，编制圆头刀程序时，需要对刀 具半径进行补偿。使用刀具半径补偿后，编程时可直接按工件尺寸编程。 5、为了提高加工效率，车削加工的进刀和退刀都采用快速运动。进刀时，尽量接近工件 切削开始点，切削开始点的确定以不碰撞工件为前提。 准备功能指令G 使数控机床作好某种操作准备的指令。用G和两位数字组成。G00～G99 G代码分为模态代码（又称续效代码）和非模态代码（非续效代码）。 续效代码，在程序中执行后，一直有效，直到被同组的代码取代。如G01 非续效代码，只在所处的程序段中执行且有效。如G04 表 华中世纪星HNC-21/22T数控系统的G代码 G代码 组 功能 G代码 组 功能 坐标系选择 G00 快速定位 G57 1/1 G01 直线插补 G58 0/1 G02 顺圆插补 G59 G03 逆圆插补 G65 宏指令简单调用 G04 0/0 暂停 G71 外径、内径车削复合 循环 G20 0/8 英寸输入 G72 端面车削复合循环 G21 毫米输入 G73 闭环车削复合循环 G28 0/0 返回参考点 G76 螺纹切削复合循环 G29 参考点返回 G80 车内外径复合循环 0/6 G32 0/1 螺纹切削 G81 端面车削复合循环 G36 1/7 直径编程 G82 螺纹切削固定循环 第6页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 G37 半径编程 G90 1/3 绝对编程 G40 0/9 取消半径补偿 G91 相对编程 G41 左刀补 G92 0/0 工件坐标系设定 G42 右刀补 G94 1/4 每分钟进给 G54 G95 每转进给 G55 G96 1/6 恒线速度切削 坐标系选择 1/1 取消恒线速度切削 G56 G97 1) 快速定位G00 格式：G00 X（U）_ Z（W）_ 说明：X、Z：为绝对编程时，快速定位终点在工件坐标系中； U、W：为增量编程时，快速定位终点相对于起点的位移量； G00 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。 G00 指令中的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。 G00 一般用于加工前快速定位或加工后快速退刀。 2) 直线插补 G01 ? 线性进给 格式： G01 X（U）_ Z（W） _ F_ ； 说明：X、Z：为绝对编程时终点在工件坐标系中的坐标； U、W：为增量编程时终点相对于起点的位移量； F_：合成进给速度。 G01 指令刀具以联动的方式，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终点。 G01 是模态代码，可由G00、G02、G03 或G32 功能注销 3) 第1种：圆弧进给指令方式： G03 逆时针圆弧插补 G02 顺时针圆弧插补 G02 X_ Z_ R_ F_ G03 G02 U_ W_ R_ F_ G03 其中：X、Z 为圆弧终点绝对坐标。 U、W 为圆弧终点相对圆弧起点坐标增量。 R为圆弧半径。 第7页 共41页 F 为圆弧插补的进给速度。 李四平：数控车削编程与操作实例 注意： 采用后置刀架车床编程 第2种：圆弧指令方式： G02 I _ X_ Z_ F_ K _ G03 G02 I _ U_ W_ F_ K _ G03 其中：I、K、为圆心相对圆弧起点坐标增量。 也可以向量方式说明：I 、K 分别为起点指向圆心向量在X 轴、Z轴的分量。与坐标轴方向一致为正。 圆弧插补指令参数说明 (1)、G02、G03判断 顺时针或逆时针的判断：是从垂直于圆弧所在平面的第三坐标轴的正方向看过去 所看到的回转方向。 X Z G02 G03 G03 G02 X 刀架前置 Z 刀架后置 圆弧的顺逆方向与刀架位置的关系 (2)圆弧半径编程时， 当加工圆弧段所对的圆心角为 0～180?时，R取正值， 当圆心角为180～ 360?时，R取负值， 在同一程序段中I、K、R同时指令时，R优先，I、K无效。 (3) G02 (G03) I... ; 整圆 (4）无论用绝对还是用相对编程方式，I、K都为圆心相对于圆弧起点的坐标增量， I 为半径值。 I、K为零时可省略 第8页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 考虑的因素 指令 含义 G02 刀具轨迹按顺时针圆弧插补 回转方向 G03 刀具轨迹按时针圆弧插补 工件坐标系中圆弧终点的X、 终点位置IP X、Z（U、W） Z（U、W）值 从圆弧起点到圆弧中心的距 I：圆心相对于圆弧起点在X 离 I、K 方向的坐标增量 K：圆心相对于圆弧起点在Z 方向的坐标增量 圆弧半径 R 指圆弧的半径，取小于180º 的圆弧部分 表：G02 G03程序段中各指令的含义 4）暂停指令G04 使刀具作短暂的无进给光整加工，用于切槽、钻孔、锪孔等场合。 G04指令为非模态指令。 格式： G04X/P＿； 说明：X后面可用带小数点的数表示，单位为s (秒） ； P后面不允许用小数点的数，单位为ms (毫秒） ； 如暂停5秒可写为： G04X5.0； 程序暂停2.5sG04 X2.5； （1） G04在前一程序段的速度降到零之后才开始暂停动作。 （2）在执行含G04指令的程序段时，主轴转动，其它进给轴停止进给。（3）G04可使刀具作短暂停留，以获得圆整而光滑的表面。多用于过渡清根或台阶孔、盲孔等加工中对孔底和 表面有粗糙度要求时。 5）内（外）径粗车复合循环G71参数说明 格式：G71 U__R＿P＿Q＿X＿Z＿F＿S＿T＿ 其中：U为切削深度（每次切削量），图中用Dd表示，指定时不加符号，方向由矢量AA'决定； 第9页 共41页 李四平：数控车削编程与操作实例 R为每次退刀量，图中用r表示； P为精加工路径第一程序段（即图中的AA'）的顺序号，通常用ns表示； Q为精加工路径最后程序段（即图中的BB'）的顺序号，通常用nf表示； X为X方向的精加工余量，图中用DX表示； Z为Z方向的精加工余量，图中用DZ表示； F、S、T表示在粗加工时G71中编程的F、S、T值有效，而精加工时处于P到Ｑ程序段之间的F、S、T值有效。 在G71复合循环下，切削进给方向平行于Z轴，X（DU）和Z（DW）的符号如图3-1-2所示。其中（＋）表示沿轴正方向移动，（－）表示沿轴负方向移动。 图3-1-1 G71复合循环下X（DU）、Z（DW）的符号 提示： ? G71指令必须带有P、Q地址，否则不能进行该循环加工； ? 在P程序段中应包含G00/G01指令，进行由A到A'的移动，且该程序段中不应编有Z向移动指令； ? 在顺序号P到顺序号Q的程序段中，可以有G02/G03指令，但不应包含子程序。 6）螺纹车削加工指令 螺纹加工的要求： 使用恒转速；切削加工次数以及每次的切削深度查表；车削螺纹时主轴的转速有一定的限制； 需要设置引入距离δ1和超越距离δ2 ，δ1通常取2～5mm(大于螺距) ，δ2通常取δ1/4。 加工螺纹前圆柱直径=公称值-0.13螺距 螺纹最小加工直径=螺纹大径-2×0.6495螺距 单行程螺纹加工的编程格式： G32X(U)_Z(W)_F_； 式中X、Z是指车削到达的终点坐标；F为螺纹导程。 注意： 1、引入距离δ1和超越距离δ2 有其特殊的作用，由于螺纹切削的开始及结束部分，伺服 系统存在一定程度的滞后，导致螺纹导程不规则，为了考虑这部分螺纹尺寸精度，加工时指 令要比需要的螺纹长度长（δ1+δ2）； 第10页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 2、螺纹切削时，进给速度倍率开关无效，系统将此倍率固定在100%； 3、螺纹切削进给中，主轴不能停。若进给停止，切入量急剧增加，很危险，因此进给暂停 在螺纹切削中无效。 4、车削螺纹时，主轴转速应在保证生产效率和正常切削的情况下，选择较低转速。 3.2 数控编程的工艺基础 编程过程中的工艺设计师一个重要的环节，他是对工件进行数控加工的前期工艺准备工 作，必须在程序编制前完成。由于数控加工时在加工程序的控制下自动进行的，工艺方面考 虑不周会导致加工过程出现差错，造成人力、物力的浪费。在编写程序前必须对加工工艺过 程、工艺路线、刀具、切削参数等进行合理选择和确定。 3.2.1 数控技工工艺设计的主要任务 数控加工的工序比普通机床复杂。数控加工工艺设计的主要内容有： 1.数控加工的合理性；2.零件的工艺性分析；3.工艺过程和工艺路线的确定；4.零件安装方法的确定；5.选择刀具，确定切削用量；6.数控加工专业技术文件的编写。 3.2.2数控加工的工艺分析 数控加工的工艺分析包括数控加工的可能性，合理性分析，加工内容的选择和零件的工艺性 分析等。 1)数控加工的可能性与合理性分析 2)加工内容的选择 3)零件的工艺分析 3.2.3 数控加工的工艺设计 1.工序划分 数控机床加工零件的工序比较集中，它的划分与普通机床加工相比有很多的不同特点。 (1)以一次安装后完成加工作为一道工序，适用于加工内容不多的工件。专用数控机床和加 工中心常采用这种方法。 (2)以加工部位划分工序。当零件要加工的内容很多时，可按其结构特点将加工部位分成几 部分，每一部分课作为一个工序，如内形，外形，曲面或平面。 (3)按粗、精加工划分工序。 第11页 共41页 李四平：数控车削编程与操作实例 2.走刀路线的选择 确定零件加工过程中刀具的运动轨迹和运动方向是编写程序的依据之一，它不但包括了工步 的内容，也反映出工步顺序。要 确定合理的走刀路线应满足：1.保证零件的加工精度和表面粗糙度要求;2.加工路线最短，减少走刀时间，提高加工效率；3.编程时数值计算简单，减少编程工作量。 3.2.4 零件的安装 为了提高数控机床的效率，零件安装应遵循以下原则：1.零件定位基准，设计基准与编程计算基准应力求统一，减少定位误差对尺寸精度的影响；2.应尽量选用通用夹具，组合夹具或可调整夹具，避免采用专用夹具；3.尽量减少装夹次数，力求一次装夹能将零件上要加工的 表面都加工出来；4.为使零件装夹迅速，方便，可靠，多采用气动或液压夹具，以减少机床 的停机时间；5.零件上的加工部位要外露敞开，不要因装夹工件而影响刀具进给和切削加工； 6.避免采用人工占机调整方案。提高数控机床的效率。 3.2.5 对刀点，换刀点及刀具参考点的选择 所谓对刀就是使刀具上的刀位点与对刀点重合。刀位点是刀具上的一个基准点，刀位点相对 运动的轨迹就是上述介绍的加工路线，也就是编程轨迹。选择对刀点的原则是：1.在机床上 容易找正，在加工中便于检查；2.编程时便于数值计算；3.对刀误差小。对刀点即是程序的起点，也是程序的终点. 3.2.6 切削刀具与切削用量选择 1.切削刀具选择 选择刀具通考虑机床的加工能力，工件的材料，加工面类型，机床的切削用量，刀具的耐用 度，刚度等。 2.切削用量选择 切削用量包括主轴转速，切削深度，切削宽度等。选择切削用量所遵循的一半原则是：粗加 工时以提高生产率，降低成本为主；半精加工或精加工时应保证零件的加工精度和表面粗糙 度，并兼顾切削效率。 3.2.7 数控加工中的精度分析 1.零件轮廓拟合误差2. 插补误差3. 尺寸圆整误差4. 零件尺寸公差的处理5. 圆弧参数计 算误差对加工的影响 3.3 数控车床编程中的数字计算 根据零件图样，按照以确定的加工路线和容许的编程误差，计算数控系统所需输入的数据， 称为数控加工的数值计算。手工编程时，在完成工艺分析和确定加工路线后，数值计算就变 成了程序编制中的一个关键性的环节。 图形数学处理的基本内容 1.基点 一般数控系统具有直线和圆弧插补功能。 零件的轮廓是由许多不同的几何要素所组成，如直线、圆弧，这些几何要素之间的连接点称 为基点。 2. 节点 如果工件轮廓是非插补曲线，数控系统就无法直接实现插补，而需要通过一定的 第12页 共40页 数学处理。数学处理的方法是，用直线段或圆弧段去逼近非插补曲线，逼近线段与被加工曲2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 线交点称为节点。 对如图3-3-1的曲线用直线逼近时，其交点A、B、C、D、E、F等即为节点。 图3-3-1 在编程时，首先要计算出节点的坐标，节点的计算一般都比较复杂，靠手工计算已很难 胜任，必须借助计算机辅助处理。求得各节点后，就可按相邻两节点间的直线来编写加工程 序。 3. 刀位点轨迹的计算 刀具半径为r时，刀位点轨迹与零件轮廓形状类似，偏离距离为r，对具有刀具半径补偿功能的数控机床，在程序中建立刀具补偿指令，操作时设置补偿值，仍按轮廓的基点或节 点坐标编程。 若机床所采用的数控系统不具备刀具半径补偿功能，按轮廓编移半径值后的刀位点轨迹进行 数值计算。若更改刀具则需要修改程序。 4. 辅助计算 计算切入段、切出段等辅助程序段的相关坐标值。 第13页 共41页 李四平：数控车削编程与操作实例 第四章 数控车床的操作过程 4.1 数控车削工艺性分析 (华中 HNC-21/22T数控系统为例) 4.1.1 数控车削加工零件的工艺性分析 1．零件图分析 零件图分析是制定数控车削工艺的首要工作，主要包括以下内容： （1）尺寸标注方法分析 零件图上的尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点。 （2）轮廓几何要素分析 在手工编程时，要计算每个节点坐标；在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何要 素进行定义。因此在分析零件图时，要分析几何要素的给定条件是否充分。 （3）精度及技术要求分析 ? 精度及各项技术要求是否齐全、合理。 ? 分析本工序的数控车削加工精度能否达到图样要求，若达不到而需采取其他措施 （如磨削）弥补时，则应给后续工序留有余量。 ? 找出图样上有位置精度要求的表面，这些表面应在一次装夹下完成。 ? 对表面粗糙度要求较高的表面，应确定用恒线速度切削。 2．结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工成 型。在数控车床上加工零件时，应根据数控车削的特点，认真审视零件结构的合理性。 如图4-1-1（a）所示零件，需用三把不同宽度的切槽刀切槽，如无特殊需要，显然是 不合理的。若改成图4-1-1（b）所示结构，则只需一把切槽刀即可切出三个槽，既减少了 刀具数量、少占了刀架刀位，又节省了换刀时间。 图4-1-1 3. 零件装夹方式的选择 数控车床上零件的装夹要合理选择定位基准和夹紧方案，主要注意以下两点。 （1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于提高编程时数值计算的简便性和 精确性。 （2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次装夹后加工出全部待加工面。 4.1.2 数控车削加工工艺路线的拟定 第14页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 1．加工方法的选择 在数控车床上，能够完成内外回转体表面的车削、钻孔、镗孔、铰孔和攻螺纹等加工操 作。具体选择时应根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型等 因素，选用相应的加工方法和加工方案。 2．加工工序的划分原则 （1）保持精度原则 数控加工要求工序尽可能集中，通常粗、精加工在一次装夹下完成。为减少热变形和切 削力变形对工件表面质量的影响，应将粗、精加工分开进行。对轴类或盘类零件，应将待加 工面先粗加工，然后留少量余量精加工，以保证表面质量要求；对轴上有孔、螺纹加工的工 件，应先加工表面，而后加工孔、螺纹。 （2）提高生产效率的原则 数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工的加工部位全部 完成后，再换另一把刀来加工其他部位，同时应尽量减少空行程。用同一把刀加工工件的多 个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。实际生产中，数控加工工序的划分要根据具体 零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑 。 3. 加工路线的确定 在数控加工中，刀具（严格说是刀位点）相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线， 即刀具从对刀点开始运动起，直至加工结束时所经过的路径，包括切削加工的路径，刀具引 入、返回等非切削空行程。 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. 数控车削加工零件时常用的加工路线分析实例 （1）车圆锥的加工路线分析 如图4-1-2所示为车正锥的两种加工路线。当按图4-1-2（a）所示车正锥时，刀具切 削运动的距离较短。当按图4-1-2（b）所示的走刀路线车正锥时，编程方便,但在每次切削 中，背吃刀量是变化的，而且切削运动的路线较长。 图4-1-2所示为车倒锥的两种加工路线，其车倒锥原理与车正锥相同。 图4-1-2 车正锥的两种加工路线 图4-1-3 车倒锥的两种加工路线 （2）车圆弧的加工路线分析 应用G02（G03）指令车圆弧时，需要多刀加工，先将大部分余量切除，最后才车得所 第15页 共41页 需圆弧。 李四平：数控车削编程与操作实例 a.车圆法车圆弧的切削路线 此方法在确定了每次背吃刀量后，对90?圆弧的起点、终点坐标都较易确定。图4-1-4（a）所示的走刀路线较短，图4-1-4（b）所示的加工的空行程时间较长。 此方法数值计算简单，编程方便，可适合于加工较复杂的圆弧。 图4-1-4 车圆法切削路线 b.车锥法切削车圆弧的路线 图4-1-5所示为车圆弧的车锥法切削路线，即先车一个圆锥，再车圆弧。但要注意车锥时 起点和终点的确定。确定方法是连接OB交圆弧于D，过D点作圆弧的切线AC。由几何关系得 BD＝OB－OD＝R＝0.414R 此为车锥时的最大切削余量，即车锥时，加工路线不能超过AC线。由BD与?ABC的关系可得 AB＝CB＝BD=0.586R 当R不太大时，可取AB＝CB＝0.5R。 此方法的数值计算较繁，但其刀具切削路线较短。 图4-1-5 车锥法切削路线 3）轮廓粗车加工路线分析 切削进给路线最短，可有效提高生产效率，降低刀具损耗。安排最短切削进给路线时，应同 时兼顾工件的刚性和加工工艺性等要求，不要顾此失彼。 图4-1-6所示给出了三种不同的轮廓粗车切削进给路线，其中 图a表示利用数控系统具有的封闭式复合循环功能，控制车刀沿着工件轮廓线进行进给的路线；图b为三角形循环 第16页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 进给路线；图c为矩形循环进给路线，其路线总长最短，因此在同等切削条件下的切削时间 最短，刀具损耗最少。 图4-1-6粗车进给路线示例 4.1.3夹具的分类与选择 1. 车床夹具分为两种基本类型： （1）安装在车床主轴上的夹具 这类夹具和车床主轴相连接并带动工件一起随主轴旋转，主要用于加工工件的内外圆柱 面、圆锥面、回转成型面、螺纹及端平面等。除了各种卡盘、顶尖等通用夹具或其他机床附 件外，往往根据加工的需要设计出各种心轴或其他专用夹具； （2）另一类是安装在滑板或床身上的夹具，对于某些形状不规则和尺寸较大的工件，常常 把夹具安装在车床滑板上，刀具则安装在车床主轴上作旋转运动，夹具作进给运动。 2. 刀具的选择 （1）常用车刀的种类及其选择 车刀一般分为尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀三类。 ? 尖形车刀 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（车槽）车刀，以及刀尖倒 棱很小的各种外圆和内孔车刀。 尖形车刀几何参数的选择方法与普通车削时基本相同，但应适合数控加工的特点（如加工 路线、加工工步等）进行全面的考虑，并应兼顾刀尖本身的强度。 ? 圆弧形车刀 圆弧形车刀是以一圆度误差或线轮廓误差很小的圆弧形切削刃为特征 的车刀，该车刀的圆弧刃上的每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因此刀位点不在圆弧上，而在 该圆弧的圆心上。 圆弧形车刀可用于车削内外表面，特别适合于车削各种光滑连接（凹形）的成形面。选择 车刀圆弧半径时应考虑两点： ?车刀切削刃的圆弧半径应小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工 干涉； ?该半径不宜选得太小，否则不但制造困难，还会因刀具强度太弱或刀体散热能力差而 导致车刀损坏。 ? 成型车刀 成型车刀俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由刀刃的形状和尺寸决 定。在数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形槽车刀和螺纹车刀等。 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，则应在工艺准备文件或加 工程序单上进行详细说明。 常用的焊接式车刀的种类、形状和用途如图4-1-7。 第17页 共41页 李四平：数控车削编程与操作实例 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 图4-1-7 焊接式车刀的种类、形状和用途 （2）机夹可转位车刀的选用 为了减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，数控车削加工时，应 尽量采用机夹刀具。数控车床常用的机夹可转位车刀的结构形式如图4-1-8所示。 1—刀杆；2—刀片；3—刀架；4—夹紧元件 图4-1-8 机夹可转位车刀的结构形式 ? 刀片材质的选择。常见的刀片材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮 化硼和金刚石等。选择刀片材质时主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质 量要求、切削载荷的大小及切削过程有无冲击和振动等。 ? 刀片尺寸的选择。刀片尺寸的大小取决于有效切削刃的长度L。有效切削刃长度与背吃 刀量ap和车刀的主偏角kr有关，如图4-1-9所示，使用时可查阅有关刀具手册进行选取。 图4-1-9 有效切削刃长度与背吃刀量和主偏角的关系 第18页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 图4-1-9 ? 刀片形状的选择 刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等 因素进行选择。常见可转位车刀的刀片形状及角度如图4-1-10所示。 注意：加工凹形轮廓表面时，若主、副偏角选得太小，会导致加工时刀具主后刀面、 副后刀面与工件发生干涉，因此必要时需作图检验。 图4-1-10 3.切削用量的确定 当加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度也应选小些，一般在20～50mm/min范围 内选取。 计算进给速度时，可参考表 或查阅切削用量手册选取每转进给量f ，然后按下式计算进给 第19页 共41页 速度： vf ＝nf 李四平：数控车削编程与操作实例 4.背吃刀量ap的确定 背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来确定。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， 可留少许精加工余量，一般为0.2～0.5mm。 提示： 按照上述方法确定的切削用量进行加工，工件表面的加工质量未必十分理想。 因此，切削用量的具体数值还应根据机床性能、相关的手册并结合实际经验用模拟方法确定， 使主轴转速、背吃刀量及进给速度三者能相互适应，以形成最佳切削用量。 4.1.4 数控车削加工中的装刀与对刀 1）车刀的安装 在实际切削中，车刀安装位置的高低、车刀刀杆轴线是否垂直，对车刀角度有很大的影 响。正确地安装车刀，是保证加工质量、减小刀具磨损、提高刀具使用寿命的重要步骤。 如图4-1-11所示，为 车刀的安装角度示意图。 图（a）为“－”的倾斜角 度，增大刀具切削力； 图（b）为“＋”的倾斜角 度，减小刀具切削力。 图4-1-11 2）刀位点 刀位点是指在加工程序编制中，用以表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。各类车 刀的刀位点如图4-1-12所示。 图4-1-12 车刀的刀位点 3）对刀 在加工程序执行前，调整每把刀的刀位点，使其尽量重合于某一理想基准点，这一过程 称为对刀。 对刀一般分为手动对刀和自动对刀两大类。目前，绝大多数的数控机床采用手动对刀， 第20页 共40页 其基本方法有定位对刀法、光学对刀法、ATC对刀法和试切对刀法。数控车床常用的试切对2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 刀方法。 图4-1-13 4）.换刀点位置的确定 换刀点是指在编制加工中心、数控车床等多刀加工的各种数控机床所需加工程序 时，相对于机床固定原点而设置的一个自动换刀或换工作台的位置。换刀的位置可设定在程 序原点、机床固定原点或浮动原点上，其具体的位置应根据工序内容而定。 为了防止在换（转）刀时碰撞到被加工零件或夹具，除特殊情况外，其换刀点都设置在 被加工零件的外面，并留有一定的安全区。 4.2数控车削加工顺序 1．车削加工顺序的安排 制订零件车削加工顺序时一般应遵循下列原则。 （1） 先粗后精 车削加工按照粗车?（半精车）?精车的顺序，逐步提高加工精度。粗车将在较短的时 间内将工件表面上的大部分加工余量（如图4-2-1中的双点画线内所示部分）切掉。若粗车后所留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精车，以此为精车做准备。精车 要保证加工精度，按图样尺寸一刀切出零件轮廓。 图4-2-1 （2）先近后远 在一般情况下，先加工离对刀点近的部位，后加工离对刀点远的部位，以便缩短刀具移 第21页 共41页 李四平：数控车削编程与操作实例 动距离，减少空行程时间。对于车削而言，先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性，改 善其切削条件。 例如，加工图4-2-2所示零件时，若第一刀吃刀量未超限，则应该按φ34?φ36?φ38的次序先近后远地安排车削顺序 图4-2-2 （3）内外交叉 对既有内表面（内型腔）又有外表面需加工的零件，在安排加工顺序时，应先进行内外表 面粗加工，后进行内外表面精加工。切不可将零件上的一部分表面（外表面或内表面）加工 完毕后，再加工其他表面（内表面或外表面）。 （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。 4.3 数控车削零件加工基本操作 以图4-3-1所示的典型轴类零件为例，所用机床为配备HNC-21T数控系统的CJK36数控车床，其数控车削加工工艺分析如下。 图4-3-1 典型轴类零件 图4-3-1 图4-3-1 第22页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 1）零件图工艺分析 该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧、双曲线、螺纹等表面组成，其中多个直径 尺寸有严格的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面Sφ50mm的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用；尺寸标注完整，轮廓描述清楚；零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。 通过上述分析，可采取以下几点工艺措施。 ? 对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平 均值，而全部取其基本尺寸即可。 ? 在轮廓曲线上，有三处为过象限圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓 曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。 ? 为便于装夹，坯件左端面应预先车出夹持部分，右端面也应先粗车并钻好中心孔。 毛坯选φ60mm棒料。 2）确定加工顺序及进给路线 加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定，即先从右到左进行粗车（留 0.25mm的精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。 HNC-21T数控车床具有粗车循环和车螺纹循环的功能，只要正确使用编程指令，机床 数控系统就会自行确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定 其进给路线（但精车的进给路线需要人为确定）。该零件从右到左沿零件表面轮廓的精车进 给路线如图4-3-2所示。 图4-3-2 3）刀具选择 粗车及平端面选用90º硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉（可用作图 法检验），副偏角不宜太小，选35?。 ? 为减少刀具数量和换刀次数，精车和车螺纹选用硬质合金60?外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径， 取rε=0.15～0.20mm。将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中，以便于编程和操作管理。 4）切削用量选择 ? 背吃刀量的选择 轮廓粗车循环时选ap=3mm，精车时ap=0.25mm； 螺纹粗车循环时选ap=0.4mm，精车时ap=0.1mm。 ? 主轴转速的选择 车直线和圆弧时，查表选粗车切削速度vc=90m/min 精车切削速度vc=120m/min。 然后计算主轴转速n， 粗车时为500r/min，精车时为1200r/min。车 螺纹时主轴转速 n＝320r/min。 第23页 共41页 李四平：数控车削编程与操作实例 ? 进给速度的选择 先查表选择粗车、精车时进给量分别为 0.4 mm/r和0.15mm/r。再计算粗车、精车时的进给速度分别为 200mm/min和180mm/min。 综合前面分析的各项内容，并将其填入表(数控 加工工艺卡片)。 5) 编程（略） 6) 车床加工的步骤： 1.加工要求 加工如图所示零件。零件材料为45钢，单件生产。零件毛坯已加工到尺寸。 选用设备：HNC-21T数控车床 2.准备工作 加工以前完成相关准备工作，包括工艺分析及工艺路线设计、刀具及夹具的选择、程序 编制等。 3.操作步骤及内容 （1）开机，各坐标轴手动回机床原点 （2）刀具安装 根据加工要求选择一号刀90º外圆车刀、二号刀硬质合金60?外螺纹车刀，用弹簧夹头刀柄装夹后将其装上主轴。 （3) 清洁工作台，安装夹具和工件 将平口虎钳清理干净装在干净的工作台上，通过百分表找正、找平虎钳，再将工件装正在 虎钳上。 （4) 对刀设定工件坐标系 用寻边器对刀，确定 X、 Z向的零偏值，将 X、 Z向的零偏值输入到工件坐标系 G54中 ； 将加工所用刀具装上主轴，再将 Z轴设定器安放在工件的上表面上，确定 Z向的零偏值，输入到工件坐标系 G54中 。 （5) 设置刀具补偿值 将刀具半径补偿值5输入到刀具补偿地址D01。 （6) 输入加工程序 将计算机生成好的加工程序通过数据线传输到机床数控系统的内存中。 （7) 调试加工程序 把工件坐标系的Z值沿+Z向平移30mm，按下数控启动键，适当降低进给速度，检查刀具 运动是否正确。 （8) 自动加工 把工件坐标系的Z值恢复原值，将进给倍率开关打到低档，按下数控启动键运行程序， 开始加工。机床加工时，适当调整主轴转速和进给速度，并注意监控加工状态，保证加工正 常。 （9) 取下工件，用游标卡尺进行尺寸检测 （10) 清理加工现场。 （11) 关机 第24页 共40页 第五章 典型零件的加工应用实例 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 5.1 数控车床加工实例—外圆加工 图5-1-1 加工轴类零件的顺序安排，数控车床与普通车床基本一样，即遵循“先粗后精、由大到小” 的基本原则。先粗厚精，就是先对零件整体进行粗加工，再精加工；由大到小，就是车削时， 先从最大直径处开始车削，然后依次往小直径加工。在数控机床精车轴类零件时，往往从零 件右端开始连续不断地完成对整个零件的切削。 1.工艺分析及处理 ? 零件图的分析 如图5-1-1所示，这是一个由外圆锥面和外圆柱面构成的轴类零件，其ø50外圆圆柱面直径 处不加工，而ø46外圆柱面直径处加工精度较高，其材料为45钢。选择毛坯尺寸为ø50×123。 ? 加工方案及加工路线的确定 以零件右端中心O作为坐标原点建立工件坐标系。根据零件尺寸精度及技术要求，本例 将粗、精加工分开来考虑，确定的加工工艺路线为：车削右端面?粗车外圆柱面为ø46.5? 粗车外圆柱台阶面为ø43.5x25?粗车外圆柱台阶面为ø40.5x10?粗车外圆柱锥面，精车外 圆锥面?精车ø46外圆柱。 ? 零件的装夹及夹具的选择 采用数控车床本身的标准卡盘，毛坯伸出三爪盘外90mm左右，并找正夹紧。 ? 刀具和切削用量的选择 第一章 刀具的选择 选择1号刀具为90度硬质合金机夹偏刀，用于粗、精车削加工。 第二章 切削用量的选择 第25页 共41页 李四平：数控车削编程与操作实例 采用的切削用量主要考虑加工精度要求并兼顾提高刀具的耐用度、机床寿命等因素。确定主 轴转速n =630r/min，粗车进给速度为f =0.2mm/r，精车进给速度为f =0.1mm/r。 2.参考程序（FANUC-O-TD数控系统） 采用绝对值编程方法，绝对值坐标用X、Z地址表示 G50 X100 Z100 T0101 M03 S630 G00 X52 Z0 G01 X0 F0.2 G00 Z1.0 X46.5 G01 Z-72 X50 G00Z1 X43.5 G01 Z-25 X46.5 G00Z1 X40.5 G01Z-10 X43.5 G00Z0 X38.5 G01X46.5Z-40 G00Z0 X38 G01X46Z-40F0.1 Z-72 X50 Z-120 G00X100Z100 M30 3. 模拟仿真软件如图5-1-2 第26页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 图5-1-2 5.2 数控车床加工实例——螺纹车削加工 数控车床加工螺纹多是公制三角形螺纹，螺纹加工时，车床主轴每转一转，刀具必须纵 向移动一个螺距（或导程） 1.工艺分析及处理 （1）零件图的分析 图5-2-1 如图5-2-1所示的螺纹类零件，其ø28外圆柱面直径处加工精度较高，同时需加工M24x1.5 的螺纹，其材料为45钢，选择毛坯为ø32x100。 （2）加工方案及加工路线的确定 以零件端面中心O作为坐标原点建立工件坐标系。根据零件尺寸精度及技术要求，本例将 粗、精加工分开考虑，确定的加工工艺路线为：车削右端面?粗车外圆柱面ø28.5?粗车螺 第27页 共41页 李四平：数控车削编程与操作实例 纹外圆柱面为ø24. 5?车削倒角2x45??精车ø23.85?螺纹大径?精车台阶?精车ø28外圆 柱面?切槽?循环车削M24×2.5螺纹。 （3）零件的装夹及夹具的选择 采用该机床本身的标准卡盘，毛坯伸出三抓卡盘外70mm，并找正夹紧。 （4）刀具和切削用量的选择 1）刀具的选择 现在一号刀具为90度硬质合金机夹偏刀，用于粗、精车削加工。选择二号刀具为硬质 合金机夹切断刀，其刀片宽度为5mm，用于切槽、切断车削加工。选择三号刀具为硬质合金 机夹螺纹刀，用于螺纹车削加工。 2）切削用量的选择 采用的切削用量主要考虑加工精度要求并兼顾提高刀具耐用度、机床寿命等因素。 确定主轴转速n=630r/min，粗车进给速度为f=0.2mm/r，精车进给速度为f=0.1mm/r。 2.尺寸计算 螺纹牙型深度：t=0.65P=0.65x1.5mm=0.975mm D=-D0.1P=24mm-0.1×1.5mm=23.85mm 大 公称 =- DD1.3P=24mm-1.3×1.5mm=22.05mm 小 公称 螺纹加工分为8刀，第一刀：ø23mm；第二刀：ø22.6mm；第三刀：ø22.4mm；第四刀：ø22.3mm； 第五刀：ø22.2mm；第六刀：ø22.1mm；第七刀：ø22.05mm；第八刀：ø22.05mm。 3.参考程序（华中HNC-21/22T数控系统） 采用绝对值和增量值混合编程，绝对值坐标用X、Z地址表示，增量值坐标用U、W地址表 示。 G00 X100 Z100 M03 S630 T0101 G00 X34 Z0 G01 X0 F0.2 G00 Z1 X28.5 G01 Z-60 X32 G00 Z1 X24.5 G01 Z-30 X28.5 G00 Z0 X19.85 G01 X23.85 Z-2 F0.1 W-28 第28页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 X28 W-30 X32 G00 X100 Z100 T0202 M03S500 G00 X30 Z-30 G01 X18 G04 P1 X30 G00 X100 Z100 T0303 G00 X26 Z24 G82 X23 Z-26 F1.5 X22.6 Z-26 X22.4 Z-26 X22.3 Z-26 X22.2 Z-26 X22.1 Z-26 X22.05 Z-26 X22.05 Z-26 G00 X100 Z100 M30 4. 模拟仿真图如5-2-2 图5-2-2 5.3数控车床加工实例——综合型零件 1.工艺分析及处理 第29页 共41页 零件图的分析 李四平：数控车削编程与操作实例 （1）如图6-3-1所示，这是一个由圆弧面、外圆锥面、外圆柱面构成的外形较复杂的轴类零 件，ø30外圆柱面直径处不加工，ø25和ø20外圆柱面直径处加工精度较高，其材料为45钢，选择毛坯为ø34×95 图6-3-1 （2）加工方案及加工路线的确定 以零件端面中心O作为坐标原点建立工件坐标系。根据零件尺寸精度及技术要求，本例将 粗、精加工分开考虑。确定的加工工艺路线为：车削右端面?粗车ø30、ø25、ø20外圆柱面 ?粗车圆弧面为R8?粗车外圆锥面?精车外圆锥面?精车ø20外圆柱面倒角?1.5x45??精车外圆锥面?精车外圆柱面 3）零件的装夹及夹具的选择 采用该机床本身的标准卡盘，毛坯伸出三抓卡盘外75mm，并找正夹紧 4）刀具和切削用量的选择 现在一号刀具为90度硬质合金机夹偏刀，用于粗、精车削加工，其副偏角应较大，否 则加工凹曲面时易发生干涉现象。选择二号刀具为硬质合金机夹切断刀，其宽度为4mm，用于切槽、切断等车削加工。选择三号刀具为60?硬质合金机夹螺纹刀，用于螺纹车削加工。 5）切削用量的选择 采用的切削用量主要考虑加工精度要求并兼顾提高刀具耐用度、机床寿命等因素。 确定主轴转速n=600r/min，粗车进给速度为f=0.12mm/r，精车进给速度为f=0.07mm/r。 2.参考程序：(华中HNC-21/22T数控系统) O6008 S600M03 T0101 G01Z2.0F10.0 第30页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 X32.0 G71U1.2R1.0P90Q150U0.6W0.15F0.12 N90G00X-0.6 G42G01Z0F0.07 X0 G03X16.0Z-8.0R8.0 G01X17.0 X19.8W-1.5 Z-32.0 X20.0 X25.0Z-52.0 W-5.0 X30.0 Z-67.0 N150X32.0G40 G00X150.0Z200.0T0100 T0202 S400M03 G00Z-32.0 X25.0 G01X16.0F0.06 G04k1.0 G00X30.0 X150.0Z200.0T0200 T0303 S700M03 G00X25.0 Z-3.0 G82X19.2Z-30.0F1.5 X18.6Z-30 X18.4Z-30 X18.2Z-30 X18.1Z-30 X18.04Z-30 X18.04Z-30 G00X150.0Z200.0T0300 M30 第31页 共41页 李四平：数控车削编程与操作实例 3.模拟仿真图如5-3-2： 图5-3-2 第32页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 第六章 数控车削加工应用综述 6.1 提高车削集合精度的数控修正加工 1.提高车削几何精度的原理 机械运动是由原动机、传动机构和执行机构来实现的。车床导轨、滑板、丝杠等零件存 在着不可消除的制造误差和安装误差，长时间使用更使误差增大，从而直接影响着被加工零 件的精度等级，这是机械传动中不可逾越的障碍。 经济型数控车床是通过计算机驱动两台步进电动机带动车床的大滑板、中滑板来进行各 自的运动位移，由此来实现零件的数控加工。 在数控加工中，纵向、横向位移运动的长短及运动方向是由零件加工程序预先觉得并由 步进电动机控制的。通过检测可以实测常规零件大小头直径产生的锥度误差S,若被被加工零件产生锥度的全长L分为S等分，数控加工中可使用斜线指令来控制其运动位移，即车床 沿零件轴向、径向以L:S的斜率控制其位移的单位定长距离，利用斜线指令运动产生的径向 尺寸差来弥补车床导轨平行度的误差，如此进行，理论上可使锥度误差降低S倍，使误差降低到仅相当于横向脉冲当量的两倍，车床横向脉冲当量一般取值为0.005mm。这就是数控修正加工提高车削几何精度的原理。 2.提高原车床纵向平行度 被加工零件产生锥度误差是由于车床床鞍和滑板在移动中不平行于车床主轴中心线造成的。 提高车床纵向平行度的措施：斜线指令修正加工是将被加工零件的锥长L按锥度分为S等分，它控制车床每当纵向位移允许L/S时，横向位移单位定长即脉冲当量。因为连接横向运动的 脉冲当量为0.005，所以单位控制定长为0.01mm。即车床纵向每位移L/S时，横向位移0.005mm，由此使得被加工零件的全长锥由S降至0.01mm。 3. 编程时注意事项 对走刀方向，设备日常鉴定标准规定，车床中滑板运行只允许从右向左倾斜，工作端面 呈外凸内凹形，即横向每位移R/L时，纵向右移0.01mm，此时应先消除各运行丝杠的间隙后 再运行斜线修正加工轨迹，道理同前述。修正加工时的方向与使凹面最低点增高的方向一致， 而对于另一对应端面则应使端面则应使其运动方法与凸面最高点减低的方向一致，加工顺序 为先左后右。 为消除丝杠间隙的影响，走刀应先采用先左后右的原则，采用双刃组合式车刀。 对于中滑板由左向右倾斜的端面修正加工，则方向与此相反，恒定为纵向左移，加工顺序可 为先右后左。 孔类零件端面修正加工也同此理，只是由于其平面度的测量困难而很难达到满意的效 果，特别是对于内孔窄槽结构的零件更是如此。 4. 提高被加工零件的垂直度 被加工零件的垂直度是由车床中滑板横向位移时对主轴中心线的误差造成的。 由于垂直度误差是由双向因素造成的，所以应分部逐次予以修正。 编程时的注意事项： 第33页 共41页 李四平：数控车削编程与操作实例 ? 为消除丝杠间隙的影响，加工中走刀方向应本着修正加工前的运行方向与减弱原轨迹高 点的方向一致。 ? 由于精车时的基准为中心线，所以应先修正轴向误差，检测后在修正径向误差。 ? 为确保提高垂直度，可在端面出，使其厚度减薄0.01mm或取其尺寸下限，使端面呈外 大内小，轴向长度尺寸也应使右端比左端小0.01mm，具体减小的尺寸长度可根据有利于零件 的装配来确定。 5. 数控修正加工的其他注意事项 ? 因为修正加工势必导致编程时异常繁琐，所以只应在精加工时和对精度要求较高的部位 采取。 ? 修正加工时应根据被加工零件的结构材料，正确地选择切削用量，尽量减少加工中的运 动阻力，用为切削力的影响将使所能控制达到的精度降低。 ? 经过修正加工后，确定了车窗某段滑板导轨丝杠等因素的综合误差。为确保被加工零件 尺寸的一致性，应有专业的定位装置，以保证被加工零件装夹后处于车床的同一坐标位置。 6. 引申 脉冲当量的大小，是实现提高车削集合精度的重要条件之一。一般数控车床上采用的脉冲当 量为：横向0.005mm；纵向0.01mm。如果将脉冲当量减至0.0025mm，0.005mm，则被加工零件的几何精度可取得更为显著的提高。 具体做法为：在步进电动机与车床纵、横向丝杠的链接间各增加一对齿轮传递过渡，传动比 i= 1：2，如此即可使脉冲当量减半。 6.2 数控加工中G指令的使用技巧 编制完善的加工程序，更好地发挥数控车床的作用，加工更高质量的零件，这是数控技术应 用中的实际问题，也是工艺、操作人员关系的问题。此处仅就在实际应用中，程序编制技巧 以及对加工精度的影响介绍如下： 1.G00指令 G00为快速点定位指令，是准备功能中最基本的指令。正确使用该指令时评定编制程序好 坏的标准之一。G00指令的作用是让刀尖快速从原来位置点到达指定位置点。G00指令使刀尖从起始点到达工件附近的准备位置、刀尖在两个切削位置见得空载运行，以及加工完毕后 还回起始点等. G00指令与G01指令的区别，不仅在于速度的快慢，更主要的是运行轨迹的差异，G00指令不是直线轨迹，而G01指令时标准的直线轨迹。 由此分析可知，加工轨迹的长度短时，为避免控制系统反复地进行升、降频，应降低G00的运行速度；工件精度高时，应降低G00的运行速度；机床精度差时，应降低G00的运行速度；精加工时，应降低G00的运行速度。 经济型数控车床一般推荐选取使用的G00速度范围为2.0m/min～3.0m/min。 2.G92指令与绝对尺寸、增量尺寸编程 G92指令为工件坐标系设定指令，其作用是建立工件坐标系，用以确定刀具在工件坐标系中 的位置，左边远点即为参考点重合。 第34页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 相对尺寸编程时刀尖所在的位置为坐标原点，就是说，相对尺寸编程的坐标原点经常在 变换，运行时以现刀剑点为基准控制位移的，那么当连续运行时，则必然产生累计误差，究 其根本原因在于运动的全过程中没有一个统一的基准点，绝对尺寸编程弥补了这一缺陷。在 加工的全过程中，均可相对统一的基准点即坐标原点，所以其积累误差较相对尺寸编程为小。 根据零件使用要求和数控车削加工的特点，工件径向尺寸的精度比轴向尺寸要求为高，所以， 在编制程序时，径向尺寸即X向最好采用绝对尺寸编程，考虑到加工时的方便，轴向尺寸 即Z向采用增量尺寸编程，即采用混合编程为好。但对于重要的轴向尺寸，也采用绝对尺 寸编程，已尽量减少其累积误差，而在整体上提高其加工精度。 3.G04指令 G04指令为延时指令，其作用是认为限时中止正运行的加工程序。 G04指令在程序编制中不是可有可无，而是有着举足轻重的作用，对零件的加工精度尤其是 几何精度有着不可低估的影响。G04指令一般应用在以下几个方面： ? 当运行速度变化较大时，应在其运行指令间设置G04指令。 ? 当运行方向改变时，应在改变运行方向的指令间设置G04指令。 ? 运行方向改变时，设置G04指令的另一目的在于，指令运行时，物力速度快慢，均会 使运动产生一定的惯性，设置G04指令后，可使运动在改变运行方向前，暂停一微量时间， 以使原运动惯性尽量降至最低，然后再改变运动方向。如此可使得被加工零件的几何精度得 到更可靠的保证。 ? 在发讯指令后需设置G04指令，以保证有足够的时间，延时等待发讯指令规定要求的 动作开始或完成后，在运行后续程序，以保证加工的可靠性。 6.3 应用数控系统的间隙补偿功能的探讨 数控车削加工中刀具进给是由不仅电动机通过控制丝杠的转动来带动床鞍或滑板运行 实现的。由于在传动中存在着丝杠间隙，必须予以补偿或消除，方可保证运行的准确位移。 间隙的执行，直接决定着零件的加工尺寸，如若使用不当，必使被加工零件的尺寸精度失控， 重则报废，轻则降低加工尺寸的一致性。所以，在使用间补时一定要给予足够的重视。使用 间补时应注以下几类情况： 1．当传动丝杠在各点处间隙和误差不一致时，使用间补不能完全保证零件的加工质量。 一般应根据传动丝杠的使用状况，测得丝杠不同段的机组间隙值，根据零件安装后所处丝杠 的相对位置来选取其间补值，旧机床应如此。 2．间补应用的次数越少越好。这就要求加工中应尽量减少王府运行的次数，最好为单 一方向运行，以消除间隙对加工的影响。 3．精加工时，可以不设置间隙补偿，而在程序指令中进行间隙的消除。 4．精加工中，也可不使用间补而合理地利用切削力。 5．球面类零件加工中也可以不使用间补，因为传动丝杠的间隙，使得加工不能保证球 体的几何精度和尺寸精度。 6.4 刀具集合参数对数控车削加工尺寸精度的影响及应采取的措施 在数控车削加工的实际应用中，针对刀具几何参数对数控车削加工尺寸精度的影响，采 取有效的措施，可以使得数控车削加工的尺寸精度得到有效的控制和保证，此举有着重要的 第35页 共41页 实际应用价值。 李四平：数控车削编程与操作实例 车刀刀尖圆弧半径对加工圆柱类零件表面的影响。 对于圆柱类零件表面的加工，由于车刀刀尖圆弧半径与车刀主偏角的存在，使得被加工 零件的轴向尺寸发生变化，且轴向尺寸的变化量随刀尖圆弧半径的增大而增大，而主偏角的 增加而减小。所以在编制加工程序时，应相应改变其轴向位移长度。刀具几何参数对此类零 件的径向尺寸无影响。 1. 车刀刀尖圆弧半径对加工单端椎体类零件表面的影响 在加工单端外椎体零件时，轴向尺寸的变化量随刀尖圆弧半径的增大而增大，随被加工零 件锥度的增大而增大；由此英气与椎体小端详连接处径向尺寸的变化，其径向尺寸的变化量 随车刀刀尖圆弧半径的增大而减小，随被加工零件锥度的增大而减小。 2. 车刀刀尖圆弧半径对加工双段外锥面类零件表面的影响 在加工双段外椎体零件时，零件的轴向尺寸变化量随刀尖圆弧半径的增大而增大，随两 椎体锥角之差的增加而增大；其径向尺寸的变化量为：第一段椎体大端的径向尺寸随刀尖圆 弧半径的增大而减小，随两锥角之差的增大而减少；第二段椎体小端的径向尺寸随刀尖圆弧 半径的增大而增大，随两锥角之差的增大而增大。 3. 车刀刀尖圆弧半径对加工球面类零件表面的影响 车刀刀尖圆弧半径对加工椎体接球体类零件表面也有影响；另外，车刀刀尖不出在零件的中 心位置，对零件径向尺寸也有影响。 第36页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 总 结 机械制造业是国民经济的支柱产业，可以说，没有发达的机械制造业，就不可能有国家 的真正繁荣的富强。而机械制造业的发展规模和水平，则是反应国民经济实力和科学技术水 平的重要标志之一。提高加工效率，降低生产成本，提高加工质量，快速更新产品，是机械 制造业竞争和发展的基础，也是机械制造业技术水平的标志。数控车削加工是机械加工中最 常用和最主要的数控加工方法之一，加入WTO以来，我国汽车工业、航空航天工业得到了快 速发展，大量具有复杂曲面的零件都需要用数控车床进行加工。 本设计以数控车床加工工艺、编程与操作为核心内容，重点介绍了数控车床加工工艺， 数控车床的编程和操作方法，典型零件数控车床加工综合实训等方面的知识及应用实践技 能。通过本次论文的写作，我了解到了在这个科学技术飞速发展的21世纪，数控技术的重要性，了解到了一般数控车床程序的编制过程以及操作的基本方法，使我对数控车床的认识上 了一个台阶，这对我以后能更好地学习、工作有很大的帮助。 第37页 共41页 李四平：数控车削编程与操作实例 参考文献 [1] 余英良 《数控加工编程与操作》，高等教育出版社，2005 [2] 于春生 《数控机床编程及应用》，高等教育出版社，2007 [3] 陈志雄 《数控机床与数控编程技术》，电子工业出版社，2003 [4] 单岩 王卫兵 《实用数控编程技术与应用实例》，机械工业出版社，2003 [5] 韩鸿鸾 何全民 《数控车床的编程与操作实例》，中国电力出版社，2006 [6] 孙江宏 赵腾任 《AutoCAD2004 机械设计上机指导》，高等教育出版社，2004 [7] 陈华 《数控车床编程与操作实训》，高等教育出版社，2006 [8] 廖建刚 倪祥明 《数控机床与数控编程技术》，科学出版社，2005 [9] 宋莉莉 《数控车床车削加工工艺过程分析及编程》，河北工业大学成人教育学院学报, 2006 [10] 刘雄伟 《数控加工理论与编程技术》,机械工业出版社，2000 [11] 严爱珍 《机床数控原理与系统》，机械工业出版社，1999 [12] 李硕，栗新 《机械制造工艺基础》，国防工业出版社，2009 [13] 李长江 《数控车床编程与操作》，机械工业出版社，2002 第38页 共40页 2010届机械设计制造及其自动化专业毕业论文 致谢语 在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入开题课题到论文的顺利完成，得 到了指导老师葛卫国副教授的亲切关怀和耐心的指导，她严肃的科学态度，严谨的治学精神， 精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我，多少个日日夜夜，葛老师不仅在学业上给我 以精心的指导，同时还在思想、生活上给我以无微不至的关怀，除了敬佩葛老师的专业水平 外，她的治学严谨和科学研究精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工 作，在此谨向葛老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意！ 感谢应用技术学院所有教职员工和同学们在这4年来对我的指导、关心和帮助。值此论文完成之际，向以上人员，以及其他曾经、正在和将要关心、支持和帮助我的老师、同学、 朋友，在这里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和百忙之中抽时间对本文进行审阅，评议和 参与本人论文答辩的各位老师表示感谢。 此致 敬礼 致谢人： 李四平 第39页 共41页 李四平：数控车削编程与操作实例 CNC lathe programming and operation instance LI Si-ping (Chongqing Three Gorges University，ChongQing404000，China) Abstract NC programming is currently the CAD / CAPP / CAM system, the most obvious links to the effectiveness of one of its design and processing in the realization of automation, higher precision and machining quality, shorten product development cycles play an important role. Such as the aviation industry, the auto industry has a lot of application fields. Since the actual production of the strong demand at home and abroad are all CNC programming and operation techniques carried out extensive research and has achieved fruitful results. This paper describes the programming and operation of CNC lathe some basic knowledge, basic functions, the basic approach, CNC lathe processing characteristics, the use of jigs, processing technology to determine the scope of process analysis, as well as CNC lathe, CNC lathe part machining basic operation. Combined with examples of specific parts of the process analysis, programming, operating with a more comprehensive analysis to explore the link between them to allow us to better understand and grasp this knowledge. KEY WORDS : CNC lathe programming operation design imitate simulation 第40页 共40页