数控专业毕业论文数控车床编程加工工艺分析 .doc

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1、摘 要数控机床是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，是典型的机电一体化产品。它的出现及所带来的巨大效益，引起世界各国科技界和工业界的普遍重视。发展数控机床是当前我国机械制造业技术改造的必由之路，是未来工厂企业自动化的基础。数控加工是机械制造业中的先进加工技术，在生产企业中，数控机床的使用越来越广泛。我国的机械制造行业正急需大批熟悉掌握现代数控机床的编程、操作、故障诊断和维护等技术的应用型人才。随着数控技术的发展，数控机床不仅在航空、造船、军工等领域广泛使用，而且也进入了汽车、机床等民用机械制造行业。目前，在机械制造行业中，单件小批量的生产所占的比例越来越大，机械产品的

2、精度和质量也在不断的提高。所以，普通机床越来越难以满足加工精密零件的需要。同时由于生产水平的提高，数控机床的价格在不断下降。因此，数控机床被广泛使用。 理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的23倍，所以，要充分发挥数控机床的这一特点，必须熟练掌握其性能、特点、使用操作方法，同时还必须在编程之前正确地确定加工方案。在对加工工艺进行认真和仔细的分析后，制定加工方案的一般原则为先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，走刀路线最短，由于生产规模的差异，对于同一零件的加工方案是有所不

3、同的，应根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的23倍，所以，要充分发挥数控机床的这一特点，必须熟练掌握其性能、特点、使用操作方法，同时还必须在编程之前正确地确定加工方案。 在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。只有这样，才能使制定的加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。关键词

4、：工艺分析 加工方案 数控车床 加工对象目 录第一章 概述1.1 发展史31.2 发展趋势51.3 我国的现状61.4数控车床的分类6第二章数控车床的加工对象与工艺装备2.1数控车床的加工对象82.2数控车床的工艺装备9第三章 数控车床加工方案的制订3.1加工工序划分103.2加工路线的确定10第四章 数控车床编程加工工艺处理4.1 确定工件的加工部位和具体容144.2确定工件的装夹方式与设计夹具144.3确定加工方案154.4确定切削用量与进给量17总结致谢参考文献第一章 概述有人这么说过一句话，“不愿承认以前的人，没有未来”，所以我们来了解一下数控系统的前世，今生，以及未来。1.1 发展史

5、1、第一台数控机床20世纪中期，随着电子技术的发展，自动信息处理、数据处理以及电子计算机的出现，给自动化技术带来了新的概念，用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制，推动了机床自动化的发展。 采用数字技术进行机械加工，最早是在40年代初，由美国北密支安的一个小型飞机工业承包商派尔逊斯公司实现的。他们在制造飞机的框架及直升飞机的转动机翼时，利用全数字电子计算机对机翼加工路径进行数据处理，并考虑到刀具直径对加工路线的影响，使得加工精度达到0.0381mm（0.0015in），达到了当时的最高水平。1952年，麻省理工学院在一台立式铣床上，装上了一套试验性的数控系统，成功地实现了同时控制三轴的运动

6、。这台数控机床被大家称为世界上第一台数控机床。 这台机床是一台试验性机床，到了1954年11月，在派尔逊斯专利的基础上，第一台工业用的数控机床由美国本迪克斯公司正式生产出来。2、各种类型机床相继出世在此以后，从1960年开始，其他一些工业国家，如德国、日本都陆续开发、生产及使用了数控机床。 数控机床中最初出现并获得使用的是数控铣床，因为数控机床能够解决普通机床难于胜任的、需要进行轮廓加工的曲线或曲面零件。 然而，由于当时的数控系统采用的是电子管，体积庞大，功耗高，因此除了在军事部门使用外，在其他行业没有得到推广使用。 到了1960年以后，点位控制的数控机床得到了迅速的发展。因为点位控制的数控系

7、统比起轮廓控制的数控系统要简单得多。因此，数控铣床、冲床、坐标镗床大量发展，据统计资料表明，到1966年实际使用的约6000台数控机床中，85%是点位控制的机床。 数控机床的发展中，值得一提的是加工中心。这是一种具有自动换刀装置的数控机床，它能实现工件一次装卡而进行多工序的加工。这种产品最初是在1959年3月，由美国卡耐特雷克公司开发出来的。这种机床在刀库中装有丝锥、钻头、铰刀、铣刀等刀具，根据穿孔带的指令自动选择刀具，并通过机械手将刀具装在主轴上，对工件进行加工。它可缩短机床上零件的装卸时间和更换刀具的时间。加工中心现在已经成为数控机床中一种非常重要的品种，不仅有立式、卧式等用于箱体零件加工

8、的镗铣类加工中心，还有用于回转整体零件加工的车削中心、磨削中心等。 1967年，英国首先把几台数控机床连接成具有柔性的加工系统，这就是所谓的柔性制造系统FMS之后，美、欧、日等也相继进行开发及应用。 1974年以后，随着微电子技术的迅速发展，微处理器直接用于数控机床，使数控的软件功能加强，发展成计算机数字控制机床（简称为CNC机床），进一步推动了数控机床的普及应用和大力发展。80年代，国际上出现了14台加工中心或车削中心为主体，再配上工件自动装卸和监控检验装置的柔性制造单元FMC。这种单元投资少，见效快，既可单独长时间少人看管运行，也可集成到FMS或更高级的集成制造系统中使用。 目前，FMS也

9、从切削加工向板材冷作、焊接、装配等领域扩展，从中小批量加工向大批量加工发展。 所以机床数控技术，被认为是现代自动化的基础技术。3、各国竞相发展自美国在50年代末搞出世界一台数控车床后，机床制造业就进入了数控时代，中国在六十年代也搞出了第一代数控机床，但后来中国进入了文革。等80年代我们再去看世界的数控机床水平，差距就是20年了，其实奋起直追还有希望，但国营工厂不思进取，到了90年代，我们再去看世界水平，已有30年的差距了。中国改革开放前走的是苏联的路子，什么叫苏联的路子，举个例子来讲：比如，生产一根轴，苏联的方式是建一个专用生产线，用多台专用机床，好处是批量很容易上去，但一旦这根轴的参数发生了

10、变化，这条线就报废了，生产人员也就没事做了。在19601980年代，国营工厂一个产品生产几十年不变样。到了1980年代后，当时搞商品经济，这些厂不能迅速适应市场，经营就困难了，到了90年代就大量破产，大量职工下岗。现代的生产也有大批量生产，但主要是单件小批量，不管是那种，只要你的设备是数控的，适应起来就快。虽然，美国搞出了世界第一台数控机床，但数控机床的发展，还是要数德国。德国本来在机械方面就是世界第一，数控机床无非就是搞机电一体化，机械方面德国已没问题，剩下的就是电子系统方面，德国的电子系统工业本来就强大，所以在上世纪六、七十年代，德国就执机床界的牛耳了。但日本人的强项就是仿造，从上世纪70

11、年代起，日本大量从德国引进技术，消化后大量仿造，经过努力，日本在90年代起，就超越了德国，成为世界第一大数控机床生产国，直到现在还是。他们在机床制造水平上，有一些也走在了世界前面，如在机床复合（一机多种功能）化方面，是世界第一。数控机床的核心就在数控系统方面，日本目前在系统方面也排世界第一，主要是它的法拉克公司。第一代的系统用步进电机，第二代用交流伺服电机。4、现状现在的数控系统的核心就是交流伺服电机和系统内的逻辑控制软件，交流伺服电机我们国家目前还没有谁能制造，这是一个光学、机械、电子的综合体。逻辑控制软件就是控制机床的各轴运动，而这些轴是用伺服电机驱动的，一般的系统能同时控制3轴，高级系统

12、能控制五轴，能控五轴的，五轴以上也没问题。1.2 发展趋势趋势之一：数控系统向开放式体系结构发展 计算机技术的飞速发展，推动数控技术更快的更新换代，世界上许多数控系统生产厂家利用PC机丰富的软、硬件资源开发开放式体系结构的新一代数控系统。开放式体系结构可以大量采用通用微机技术，使编程、操作以及技术升级和更新变得更加简单快捷。趋势之二：数控系统向软数控方向发展 用户可以在WINDOWS NT平台上，利用开放的CNC内核，开发所需的各种功能，构成各种类型的高性能数控系统。趋势之三：数控系统控制性能向智能化方向发展随着人工智能在计算机领域的渗透和发展，数控系统引入了自适应控制、模糊系统和神经网络的控

13、制机理，不但具有自动编程、前馈控制、模糊控制、学习控制、自适应控制、工艺参数自动生成、三维刀具补偿、运动参数动态补偿等功能，而且人机界面极为友好，并具有故障诊断专家系统使自诊断和故障监控功能更趋完善。伺服系统智能化的主轴交流驱动和智能化进给伺服装置，能自动识别负载并自动优化调整参数。趋势之四：数控系统向网络化方向发展让数控机床具有远程通讯服务等功能。主要指数控系统与外部的其它控制系统或上位计算机进行网络连接和网络控制，这就是所谓Internet技术。趋势之五：数控系统向复合化方向发展将不同的加工功能整合在同一台机床上，自动进行同一类工艺方法或不同类工艺方法的多工序加工，以完成一个复杂形状零件的

14、主要乃至全部车、铣、钻、镗、磨、攻丝、铰孔和扩孔等多种加工工序。1.3 我国的现状1、 知识没有国界，但科技是有国界的！从“落后就要挨打”，到如今的科技就是未来，我们中国还有一段路要追赶。目前我国数控技术与国际数控技术水平和产业化水平，技术水平上，与国外先进水平大约落后1015年，在高精尖技术方面则更大。产业化水平上，市场占有率低，品种覆盖率小，还没有形成规模生产；功能部件专业化生产水平及成套能力较低；外观质量相对差；可靠性不高，商品化程度不足；可持续发展的能力上，对竞争前数控技术的研究开发、工程化能力较弱；数控技术应用领域拓展力度不强；相关标准规范的研究、制定滞后。2、“知己知彼，百战不殆”

15、我们的数控技术与别人的差距主要有：认识方面。对国产数控产业进程艰巨性、复杂性和长期性的特点认识不足；对市场的不规范、国外的封锁加扼杀、体制等困难估计不足；对我国数控技术应用水平及能力分析不够。体系方面。从技术的角度关注数控产业化问题的时候多，从系统的、产业链的角度综合考虑数控产业化问题的时候少；没有建立完整的高质量的配套体系、完善的培训、服务网络等支撑体系。机制方面。不良机制造成人才流失，又制约了技术及技术路线创新、产品创新，且制约了规划的有效实施，往往规划理想，实施困难。技术方面。企业在技术方面自主创新能力不强，核心技术的工程化能力不强。机床标准落后，水平较低，数控系统新标准研究不够。 当前

16、，数控技术已经在世界上应用极度广泛，未来的科技技术，离不开，也不能离开数控。它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。我们国家数控技术还很落知，“知耻而后勇”，我们现在落后，对。但我们不会总是落后。1.4数控车床的分类数控车床可分为卧式和立式两大类。卧式车床又有水平导轨和倾斜导轨两种。档次较高的数控卧车一般都采用倾斜导轨。按刀架数量分类，又可分为单刀架数控车床和双刀架数控车，前者是两坐标控制，后者是4坐标控制。双刀架卧车多数采用倾斜导轨。 数控车床与普通车床一样，也是用来加工零件旋转表面的。一般能够自动完成外圆柱面、圆锥面、球面以及螺纹的加工，还能加工一

17、些复杂的回转面，如双曲面等。车床和普通车床的工件安装方式基本相同，为了提高加工效率，数控车床多采用液压、气动和电动卡盘。 数控车床的外形与普通车床相似，即由床身、主轴箱、刀架、进给系统压系统、冷却和润滑系统等部分组成。数控车床的进给系统与普通车床有质的区别，传统普通车床有进给箱和交换齿轮架，而数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动，因而进给系统的结构大为简化。数控车床品种繁多，规格不一，可按如下方法进行分类。 按车床主轴位置分类 (1)立式数控车床 立式数控车床简称为数控立车，其车床主轴垂直于水平面，一个直径很大的圆形工作台，用来装夹工件。这类机床主要用于加工径向尺寸大

18、、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。 (2)卧式数控车床 卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。其倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。 按加工零件的基本类型分类 (1)卡盘式数控车床 这类车床没有尾座，适合车削盘类(含短轴类)零件。夹紧方式多为电动或液动控制，卡盘结构多具有可调卡爪或不淬火卡爪(即软卡爪)。 (2)顶尖式数控车床 这类车床配有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的零件及直径不太大的盘类零件。 按刀架数量分类 (1)单刀架数控车床 数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧动转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架。 (2)双刀架数控车床 这类

19、车床的双刀架配置平行分布，也可以是相互垂直分布。 按功能分类 （1）经济型数控车床 采用步进电动机和单片机对普通车床的进给系统进行改造后形成的简易型数控车床，成本较低，但自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工。 （2）普通数控车床 根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高，适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴。 （3）车削加工中心 在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的数控车床带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控

20、制轴可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C)。由于增加了C轴和铣削动力头，这种数控车床的加工功能大大增强，除可以进行一般车削外可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。其它分类方法 按数控系统的不同控制方式等指标，数控车床可以分很多种类，如直线控制数控车床，两主轴控制数控车床等;按特殊或专门工艺性能可分为螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等第二章数控车床的加工对象与工艺装备2.1数控车床的加工对象 与传统车床相比，数控车床比较适合于车削具有以下要求和特点的回转体零件：1. 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

21、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。在有些场合可以以车代磨。此外，由于数控车削时刀具运动是通过高精度插补运算和伺服驱动来实现的，再加上机床的刚性好和制造精度高，所以它能加工对母线直线度、圆度、圆柱度要求高的零件。2. 表面粗糙度好的回转体零件 数控车床能加工出表面粗糙度小的零件，不但是因为机床的刚性好和制造精度高，还由于它具有恒线速度切削功能。在材质、精车留量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取决于进给速度和切削速度。使用数控车床的恒线速度切削功能，就可选用最佳线速度来切削端面，这样切出的粗糙度既小又一致。数控车床还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。粗糙度小的部位可

22、以用减小进给速度的方法来达到，而这在传统车床上是做不到的。3. 轮廓形状复杂的零件 数控车床具有圆弧插补功能，所以可直接使用圆弧指令来加工圆弧轮廓。数控车床也可加工由任意平面曲线所组成的轮廓回转零件，既能加工可用方程描述的曲线，也能加工列表曲线。如果说车削圆柱零件和圆锥零件既可选用传统车床也可选用数控车床，那么车削复杂转体零件就只能使用数控车床。4. 带一些特殊类型螺纹的零件传统车床所能切削的螺纹相当有限，它只能加工等节距的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只限定加工若干种节距。数控车床不但能加工任何等节距直、锥面，公、英制和端面螺纹，而且能加工增节距、减节距，以及要求等节距、变节距之间平滑过

23、渡的螺纹。数控车床加工螺纹时主轴转向不必像传统车床那样交替变换，它可以一刀又一刀不停顿地循环，直至完成，所以它车削螺纹的效率很高。数控车床还配有精密螺纹切削功能，再加上一般采用硬质合金成型刀片，以及可以使用较高的转速，所以车削出来的螺纹精度高、表面粗糙度小。可以说，包括丝杠在内的螺纹零件很适合于在数控车床上加工。5. 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值，它们适合于在高精度、高功能的数控车床上加工。以往很难加工的塑料散光用的透镜，现在也可以用数控车床来加工。超精

24、加工的轮廓精度可达到 0.1m，表面粗糙度司达0.02m。超精车削零件的材质以前主要是金属，现已扩大到塑料和陶瓷。2.2数控车床的工艺装备1. 数控车床的卡盘液压卡盘是数控车削加工时夹紧工件的重要附件，对一般回转类零件可采用普通液压卡盘；对零件被夹持部位不是圆柱形的零件，则需要采用专用卡盘；用棒料直接加工零件时需要采用弹簧卡盘。2. 数控车床的尾座对轴向尺寸和径向尺寸的比值较大的零件，需要采用安装在液压尾架上的活顶尖对零件尾端进行支撑，才能保证对零件进行正确的加工。尾架有普通液压尾架和可编程液压尾座。3. 数控车床的刀架刀架是数控车床非常重要的部件。数控车床根据其功能，刀架上可安装的刀具数量般

25、为8把、10把、12把或16把，有些数控车床可以安装更多的刀具。刀架的结构形式一般为回转式，刀具沿圆周方向安装在刀架上，可以安装径向车刀、轴向车刀、钻头、镗刀。车削加工中心还可安装轴向铣刀、径向铣刀。少数数控车床的刀架为直排式，刀具沿一条直线安装。数控车床可以配备两种刀架： 1) 专用刀架 由车床生产厂商自己开发，所使用的刀柄也是专用的。这种刀架的优点是制造成本低，但缺乏通用性。2) 通用刀架 根据一定的通用标准而生产的刀架，数控车床生产厂商可以根据数控车床的功能要求进行选择配置。4. 数控车床的铣削动力头数控车床刀架上安装铣削动力头可以大大扩展数控车床的加工能力。第三章 数控车床加工方案的制

26、订理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的23倍，所以，要充分发挥数控机床的这一特点，必须熟练掌握其性能、特点、使用操作方法，同时还必须在编程之前正确地确定加工方案。 在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。只有这样，才能使制定的加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。 在对加工工艺进行认真和仔细的分析后，制定加工方案的

27、一般原则为先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，走刀路线最短，由于生产规模的差异，对于同一零件的加工方案是有所不同的，应根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。 3.1加工工序划分 在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，一次装夹应尽可能完成全部工序。与普通机床加工相比，加工工序划分有其自己的特点，常用的工序划分原则有以下两种。 1、保证精度的原则 数控加工要求工序尽可能集中。常常粗、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的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。对轴类或盘类零件，将各处先粗加工，留少量余量精加工，来保证表面质量要求。同时，对一些

28、箱体工件，为保证孔的加工精度，应先加工表面而后加工孔。 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它部位。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。 实际中，数控加工工序要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。 3.2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，直至结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。影响走刀路线的因素很多，有工艺方法、工件材料及

29、其状态、加工精度及表面粗糙度要求、工件刚度、加工余量，刀具的刚度、耐用度及状态，机床类型与性能等，加工路线的确定首先必须保证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。 下面举例分析研究数控机床加工零件时常用的加工路线。 1、车圆锥的加工路线分析 数控车床上车外圆锥，假设圆锥大径为D，小径为d，锥长为L，车圆锥的加工路线如图1所示。 图1 车圆锥的加工路线按图1（a）的阶梯切削路线，二刀粗车，最后一刀精车；二刀粗车的终刀距S要作精确的计算，可有相似三角形得： 此种加工路线，粗车时，刀具背吃刀量相同，但精车时，背吃刀量不同；同时刀具切削运动的路线最短。 按图

30、1（b）的相似斜线切削路线，也需计算粗车时终刀距S，同样由相似三角形可计算得： 按此种加工路线，刀具切削运动的距离较短。 按图1(c)的斜线加工路线，只需确定了每次背吃刀量ap，而不需计算终刀距，编程方便。但在每次切削中背吃刀量是变化的，且刀具切削运动的路线较长。 2、车圆弧的加工路线分析 应用G02（或G03)指令车圆弧，若用一刀就把圆弧加工出来，这样吃刀量太大，容易打刀。所以，实际车圆弧时，需要多刀加工，先将大多余量切除，最后才车得所需圆弧。 下面研究分析车圆弧常用加工路线。 图2 圆弧切削路线的形式在图2中，a图表示为同心圆形式，b图表示为等径圆弧（不同圆心）形式，c图表示为三角形形式，

31、d图表示为梯形形式。不同形式的切削路线有不同的特点，了解它们各自的特点，有利于合理地安排其走刀路线。现分析上述几种切削路线：程序段数最少的为同心圆形式及等径圆形式；走刀路线最短的为同心圆形式，其余依次为三角形梯形及等径圆形式；计算和编程最简单的为等径圆形式（可利用程序循环功能），其余依次为同心圆、三角形式和梯形形式：金属切除率最高、切削力分布最合理的为梯形形式；精车余量均匀的为同心圆形式。 图3 阶梯切削路线的车圆弧图3为车圆弧的阶梯切削路线。即先粗车成阶梯，最后一刀精车出圆弧。此方法在确定了每刀吃刀量ap后，须精确计算出粗车的终刀距S，即求圆弧与直线的交点。此方法刀具切削运动距离较短，但数值

32、计算较繁。 图4 同心圆弧切削路线车圆弧图4为车圆弧的同心圆弧切削路线。即用不同的半径圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。此方法在确定了每次吃刀量ap后，对90圆弧的起点、终点坐标较易确定，数值计算简单，编程方便，常采用。但按图4b加工时，空行程时间较长。 图5 车锥法切削路线车圆弧图5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，车锥时的起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆锥表面，也可能将余量留得过大。确定方法如图5所示，连接OC交圆弧于D，过D点作圆弧的切线AB。 由几何关系CD=OC-OD=一日=0.4148，此为车锥时的最大切削余量，即车锥时，加工路线不能超过AB线

33、。由图示关系，可得AC=BC=0.5868，这样可确定出车锥时的起点和终点。当R不太大时，可取AC=BC=0.5R。此方法数值计算较繁，刀具切削路线短。 图6 切削螺纹时引入、引出距离3、车螺纹时轴向进给距离的分析 车螺纹时，刀具沿螺纹方向的进给应与工件主轴旋转保持严格的速比关系。考虑到刀具从停止状态到达指定的进给速度或从指定的进给速度降至零，驱动系统必有一个过渡过程，沿轴向进给的加工路线长度，除保证加工螺纹长度外，还应增加1（2mm5mm）的刀具引入距离和2（1mm2mm）的刀具切出距离，如图6所示。这样来保证切削螺纹时，在升速完成后使刀具接触工件，刀具离开工件后再降速。 4、轮廓铣削加工路

34、线的分析 对于连续铣削轮廓，特别是加工圆弧时，要注意安排好刀具的切入、切出，要尽量避免交接处重复加工，否则会出现明显的界限痕迹。用圆弧插补方式铣削外整圆时，要安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀，而让刀具多运动一段距离，最好沿切线方向，以免取消刀具补偿时，刀具与工件表面相碰撞，造成工件报废。铣削内圆弧时，也要遵守从切向切入的原则，安排切入、切出过渡圆弧，来提高内孔表面的加工精度和质量。5、多孔加工路线的分析 对于位置精度要求精度较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，就有可能将沿坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度。(第四章 数控车床编程加

35、工工艺处理4.1 确定工件的加工部位和具体容 确定被加工工件需在本机床上完成的工序内容及其与前后工序的联系。工件在本工序加工之前的情况。例如铸件、锻件或棒料、形状、尺寸、加工余量等。前道工序已加工部位的形状、尺寸或本工序需要前道工序加工出的基准面、基准孔等。本工序要加工的部位和具体内容。为了便于编制工艺及程序，应绘制出本工序加工前毛坯图及本工序加工图。 4.2确定工件的装夹方式与设计夹具 根据已确定的工件加工部位、定位基准和夹紧要求，选用或设计夹具。数控车床多采用三爪自定心卡盘夹持工件；轴类工件还可采用尾座顶尖支持工件。由于数控车床主轴转速极高，为便于工件夹紧，多采用液压高速动力卡盘，因它在生

36、产厂已通过了严格的平衡，具有高转速(极限转速可达40006000r/min)、高夹紧力(最大推拉力为20008000N)、高精度、调爪方便、通孔、使用寿命长等优点。还可使用软爪夹持工件，软爪弧面由操作者随机配制，可获得理想的夹持精度。通过调整油缸压力，可改变卡盘夹紧力，以满足夹持各种薄壁和易变形工件的特殊需要。为减少细长轴加工时受力变形，提高加工精度，以及在加工带孔轴类工件内孔时，可采用液压自动定心中心架，定心精度可达0.03mm。 4.3确定加工方案 1) 确定加工方案的原则 加工方案又称工艺方案，数控机床的加工方案包括制定工序、工步及走刀路线等内容。 在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂

37、多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。只有这样，才能使所制定的加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。制定加工方案的一般原则为：先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，走刀路线最短以及特殊情况特殊处理。 a. 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(如图3-4中的虚线内所示部分)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

38、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疵病。 b. 先近后远 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

39、。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。 c. 先内后外 对既要加工内表面(内型、腔)，又要加工外表面的零件，在制定其加工方案时，通常应安排先加工内型和内腔，后加工外表面。这是因为控制内表面的尺寸和形状较困难，刀具刚性相应较差，刀尖(刃)的耐用度易受切削热影响而降低，以及在加工中清除切屑较困难等。 d. 走刀路线最短 确定走刀路线的工作重点，主要用于确定粗加工及空行程的走刀路线，因精加工切削过程的走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。 走刀路线泛指刀具从对刀点(或机床固定原点)开始运动起，直至返回该点并结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入

40、、切出等非切削空行程。 在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路线，不仅可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损等。 优化工艺方案除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时可辅以一些简单计算。 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。这些都有赖于编程者实际加工经验的不断积累与学习。 2) 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

41、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。 1) 对大余量毛坯进行阶梯切削时的加工路线 2) 分层切削时刀具的终止位置 3) 车螺纹时的主轴转速 数控车床加工螺纹时，因其传动链的改变，原则上其转速只要能保证主轴每转一周时，刀具沿主进给轴(多为Z轴)方向位移一个螺距即可，不应受到限制。但数控车床加工螺纹时，会受到以下几方面的影响： a) 螺纹加工程序段中指令的螺距(导程)值，相当于以进给量(mm/r)表示的进给速度F，如果将机床的主轴转速选择过高，其换算后的进给速度(mm/min)则必定大大超过正常值； b) 刀具在其位移的始/终，都将受到伺服驱动系统升/降

42、频率和数控装置插补运算速度的约束，由于升/降频特性满足不了加工需要等原因，则可能因主进给运动产生出的“超前”和“滞后”而导致部分螺牙的螺距不符合要求； c) 车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能而实现，即车削螺纹需要有主轴脉冲发生器(编码器)。当其主轴转速选择过高，通过编码器发出的定位脉冲(即主轴每转一周时所发出的一个基准脉冲信号)将可能因“过冲”(特别是当编码器的质量不稳定时)而导致工件螺纹产生乱扣。 因此，车螺纹时，主轴转速的确定应遵循以下几个原则： a) 在保证生产效率和正常切削的情况下，宜选择较低的主轴转速； b) 当螺纹加工程序段中的导入长度d1和切出长度d2(如图所示)考虑比较充裕，

43、即螺纹进给距离超过图样上规定螺纹的长度较大时，可选择适当高一些的主轴转速； c) 当编码器所规定的允许工作转速超过机床所规定主轴的最大转速时，则可选择尽量高一些的主轴转速； d) 通常情况下，车螺纹时的主轴转速(n螺)应按其机床或数控系统说明书中规定的计算式进行确定，其计算式多为： n螺n允/L(r/min) 式中：n允编码器允许的最高工作转速(r/min)； L工件螺纹的螺距(或导程，mm)。 4.4确定切削用量与进给量 在编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量。选择切削用量时，一定要充分考虑影响切削的各种因素，正确的选择切削条件，合理地确定切削用量，可有效地提高机械加工质量和产量。影响

44、切削条件的因素有：机床、工具、刀具及工件的刚性；切削速度、切削深度、切削进给率；工件精度及表面粗糙度；刀具预期寿命及最大生产率；切削液的种类、冷却方式；工件材料的硬度及热处理状况；工件数量；机床的寿命。 上述诸因素中以切削速度、切削深度、切削进给率为主要因素。 切削速度快慢直接影响切削效率。若切削速度过小，则切削时间会加长，刀具无法发挥其功能；若切削速度太快，虽然可以缩短切削时间，但是刀具容易产生高热，影响刀具的寿命。决定切削速度的因素很多，概括起来有： 1) 刀具材料。刀具材料不同，允许的最高切削速度也不同。高速钢刀具耐高温切削速度不到50m/min，碳化物刀具耐高温切削速度可达100m/m

45、in以上，陶瓷刀具的耐高温切削速度可高达1000m/min。 2) 工件材料。工件材料硬度高低会影响刀具切削速度，同一刀具加工硬材料时切削速度应降低，而加工较软材料时，切削速度可以提高。 3) 刀具寿命。刀具使用时间(寿命)要求长，则应采用较低的切削速度。反之，可采用较高的切削速度。 4) 切削深度与进刀量。切削深度与进刀量大，切削抗力也大，切削热会增加，故切削速度应降低。 5) 刀具的形状。刀具的形状、角度的大小、刃口的锋利程度都会影响切削速度的选取。 6) 冷却液使用。机床刚性好、精度高可提高切削速度；反之，则需降低切削速度。 上述影响切削速度的诸因素中，刀具材质的影响最为主要。 切削深度

46、主要受机床刚度的制约，在机床刚度允许的情况下，切削深度应尽可能大，如果不受加工精度的限制，可以使切削深度等于零件的加工余量。这样可以减少走刀次数。 主轴转速要根据机床和刀具允许的切削速度来确定。可以用计算法或查表法来选取。 进给量f(mm/r)或进给速度F(mm/min)要根据零件的加工精度、表面粗糙度、刀具和工件材料来选。最大进给速度受机床刚度和进给驱动及数控系统的限制。 编程员在选取切削用量时，一定要根据机床说明书的要求和刀具耐用度，选择适合机床特点及刀具最佳耐用度的切削用量。当然也可以凭经验，采用类比法去确定切削用量。不管用什么方法选取切削用量，都要保证刀具的耐用度能完成一个零件的加工，

47、或保证刀具耐用度不低于一个工作班次，最小也不能低于半个班次的时间。(end)总 结理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格工件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。数控机床是一种高效率的自动化设备，它的效率高于普通机床的23倍，所以，要充分发挥数控机床的这一特点，必须熟练掌握其性能、特点、使用操作方法，同时还必须在编程之前正确地确定加工方案。 在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。只有这样，才能使制定的加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。 在对加工工艺进行认真和仔细的分析后，制定加工方案的一般原则为先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，走刀路线最短，由于生产规模的差异，对于同一零件的加工方案是有所不同的，应根据具体条件，选择经济、合理的工艺方案。 致 谢