軸類零件的數(shù)控車削工藝與編程

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1、濟源職業(yè)技術(shù)學院濟源職業(yè)技術(shù)學院 畢畢 業(yè)業(yè) 設(shè)設(shè) 計計題目 軸類零件的數(shù)控車削工藝與編程 系別 機 電 系 專業(yè) 模具設(shè)計與制造 班級 模具 0501 姓名 學號 指導教師 日期 年月 濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計I設(shè)計任務書設(shè)計題目：設(shè)計題目：軸類零件的數(shù)控加工工藝及編程設(shè)計要求：設(shè)計要求：第一熟悉數(shù)控車床結(jié)構(gòu)及的加工性能第二零件圖的分析及編程設(shè)計進度要求：設(shè)計進度要求：第一周：題目確定。第二周：查閱資料。第三周：查閱資料、定設(shè)計方案。第四周：進行資料的編輯設(shè)計。 第五周：進行零件的分析與編程設(shè)計。第六周：修改。 第七周：審核、定稿。 第八周：答辯。 指導教師（簽名）：指導教師（簽名）： 濟源

2、職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計II摘要大力發(fā)展以數(shù)控技術(shù)為核心的先進制造技術(shù)已成為世界各發(fā)達國家加速經(jīng)濟發(fā)展，提高綜合國力和國家地位的重要途徑。數(shù)控加工工藝設(shè)計的主要任務是制訂加工工藝規(guī)程，也是數(shù)控機床加工前的準備工作。工藝規(guī)程是規(guī)定零件制造工藝過程和操作方法，具有指導性的工藝文件。數(shù)控機床加工的程序是數(shù)控機床的指令性文件。數(shù)控機床加工程序不僅要包括零件的工藝過程，而且還要包括切削用量、走刀路線、刀具尺寸以及機床的運動過程。因此，要求編程人員對數(shù)控機床的性能、特點、運動方式、刀具系統(tǒng)、切削規(guī)范以及工件的裝夾方法都要非常熟悉。工藝規(guī)程定得合理與否，對程序編制、機床的加工效率和零件的加工精度都有重要影響。因

3、此，應遵循一般的工藝原則并結(jié)合數(shù)控機床的特點認真而詳細地制訂數(shù)控加工工藝。本設(shè)計結(jié)合一具體零件進行了零件圖分析，加工設(shè)備、刀具、工裝的選擇，切削速度、進給量、背吃刀量等參數(shù)的選擇，制訂了零件的數(shù)控加工工藝；根據(jù)所選擇機床的指令系統(tǒng)編寫了零件的加工程序。關(guān)鍵詞：數(shù)控機床,加工工藝,數(shù)控編程濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計I目錄摘要 .II1 數(shù)控車床的簡介 .11.1 數(shù)控的前景.11.2 數(shù)控車床的分類.11.3 數(shù)控機床的工作原理.22 數(shù)控車床的常見結(jié)構(gòu)與發(fā)展方向 .32.1 數(shù)控車床的現(xiàn)狀.32.2 數(shù)控車床發(fā)展趨勢.83 數(shù)控車削的加工工藝與工裝 .103.1 零件圖分析.103.2 數(shù)控加工

4、工藝設(shè)計.113.3 數(shù)控加工的注意事項.113.4 刀具的選擇與方法.133.5 對刀的方法.163.6 夾具的選擇.183.7 螺紋車削.234 數(shù)控車床坐標系的確定 .284.1 規(guī)定原則.284.2 坐標軸確定的方法及步驟.294.3 數(shù)控機床的兩種坐標系.295 典型零件編程與加工實例.32總結(jié) .42致謝 .43參考文獻 .44濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計11 數(shù)控車床的簡介1.11.1 數(shù)控的前景數(shù)控的前景數(shù)控技術(shù)，簡稱數(shù)控（Numerical Control） 。 利用數(shù)字化的信息對機床運動及加工過程進行控制的一種方法。用數(shù)控技術(shù)實施加工控制的機床，或者說裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床稱為數(shù)

5、控(NC)機床。數(shù)控系統(tǒng)包括：數(shù)控裝置、可編程控制器、主軸驅(qū)動器及進給裝置等部分.數(shù)控機床是機、電、液、氣、光高度一體化的產(chǎn)品。要實現(xiàn)對機床的控制，需要用幾何信息描述刀具和工件間的相對運動以及用工藝信息來描述機床加工必須具備的一些工藝參數(shù)。例如：進給速度、主軸轉(zhuǎn)速、主軸正反轉(zhuǎn)、換刀、冷卻液的開關(guān)等。這些信息按一定的格式形成加工文件(即正常說的數(shù)控加工程序)存放在信息載體上(如磁盤、穿孔紙帶、磁帶等)，然后由機床上的數(shù)控系統(tǒng)讀入(或直接通過數(shù)控系統(tǒng)的鍵盤輸入，或通過通信方式輸入)，通過對其譯碼，從而使機床動作和加工零件.現(xiàn)代數(shù)控機床是機電一體化的典型產(chǎn)品,是新一代生產(chǎn)技術(shù)、計算機集成制造系統(tǒng)等的

6、技術(shù)基礎(chǔ)。 現(xiàn)代數(shù)控機床的發(fā)展趨向是高速化、高精度化、高可靠性、多功能、復合化、智能化和開放式結(jié)構(gòu)。主要發(fā)展動向是研制開發(fā)軟、硬件都具有開放式結(jié)構(gòu)的智能化全功能通用數(shù)控裝置。數(shù)控技術(shù)是機械加工自動化的基礎(chǔ)，是數(shù)控機床的核心技術(shù)，其水平高低關(guān)系到國家戰(zhàn)略地位和體現(xiàn)國家綜合實力的水平. 它隨著信息技術(shù)、微電子技術(shù)、自動化技術(shù)和檢測技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展。數(shù)控加工中心是一種帶有刀庫并能自動更換刀具，對工件能夠在一定的范圍內(nèi)進行多種加工操作的數(shù)控機床。在加工中心上加工零件的特點是：被加工零件經(jīng)過一次裝夾后，數(shù)控系統(tǒng)能控制機床按不同的工序自動選擇和更換刀具；自動改變機床主軸轉(zhuǎn)速、進給量和刀具相對工件的運動軌跡

7、及其它輔助功能，連續(xù)地對工件各加工面自動地進行鉆孔、锪孔、鉸孔、鏜孔、攻螺紋、銑削等多工序加工。由于加工中心能集中地、自動地完成多種工序，避免了人為的操作誤差、減少了工件裝夾、測量和機床的調(diào)整時間及工件周轉(zhuǎn)、搬運和存放時間，大大提高了加工效率和加工精度，所以具有良好的經(jīng)濟效益。加工中心按主軸在空間的位置可分為立式加工中心與臥式加工中心。1.21.2 數(shù)控車床的分類數(shù)控車床的分類隨著數(shù)控車床制造技術(shù)的不斷發(fā)展，形成了產(chǎn)品繁多、規(guī)格不一的局面。對數(shù)濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計2控車床的分類可以采用不同的方法。1.2.11.2.1 按數(shù)控系統(tǒng)的功能分類按數(shù)控系統(tǒng)的功能分類全功能型數(shù)控車床。如配有 FAN

8、UC-6T 系統(tǒng)、FANUC-OTE 系統(tǒng)的數(shù)控車床都是全功能型的。經(jīng)濟型數(shù)控車床。經(jīng)濟型數(shù)控車床是在普通車床基礎(chǔ)上進行改進設(shè)計的，一般采用步進電動機驅(qū)動的開環(huán)伺服系統(tǒng)，其控制部分通常采用單片機實現(xiàn)。1.2.21.2.2 按主軸的配置形式分類按主軸的配置形式分類臥式數(shù)控車床。主軸軸線處于水平位置的數(shù)控車床。立式數(shù)控車床。主軸軸線處于垂直位置的數(shù)控車床。還有具有兩根主軸的車床，稱為雙軸臥式數(shù)控車床或雙軸立式數(shù)控車床。1.2.31.2.3 按數(shù)控系統(tǒng)控制的軸數(shù)分類按數(shù)控系統(tǒng)控制的軸數(shù)分類兩軸控制的數(shù)控車床。機床上只有一個回轉(zhuǎn)刀架，可實現(xiàn)兩坐標軸控制。四軸控制的數(shù)控車床。機床上有兩個獨立的回轉(zhuǎn)刀架，

9、可實現(xiàn)四軸控制。對于車削中心或柔性制造單元，還要增加其它的附加坐標軸來滿足機床的功能。目前，我國使用較多的是中小規(guī)格的兩坐標連續(xù)控制的數(shù)控車床。1.31.3 數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床的工作原理數(shù)控機床的工作原理，首先根據(jù)被加工零件的形狀、尺寸及工藝要求等，采用手工或計算機進行零件加工的程序編制，把加工零件所需機床的各種動作及工藝參數(shù)變成數(shù)控裝置所能接收的程序代碼，并將這些程序代碼儲存在控制介質(zhì)（穿孔帶、磁帶、光盤等）上，然后經(jīng)輸入裝置讀出信息并送入數(shù)控裝置。當控制介質(zhì)為穿孔帶時，用光電讀帶機輸入；若控制介質(zhì)為磁帶或光盤時，可用驅(qū)動器輸入，或用計算機和數(shù)控機床的接口直接進行通信。進入數(shù)控裝置的

10、信息經(jīng)一系列的處理和運算轉(zhuǎn)變成脈沖信號，有的脈沖信號被傳送到機床的伺服系統(tǒng)，經(jīng)傳動裝置驅(qū)動機床有關(guān)的運動部件；有的脈沖信號則被傳送到可編程控制器中，按順序控制機床的其它輔助動作，如工件夾緊、松開，冷卻液的開閉，刀具的自動更換等。濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計32 數(shù)控車床的常見結(jié)構(gòu)與發(fā)展方向2.12.1 數(shù)控車床的現(xiàn)狀數(shù)控車床的現(xiàn)狀2.1.12.1.1 床身床身 機床的床身是整個機床的基礎(chǔ)支承件，是機床的主體，一般用來放置導軌、主軸箱等重要部件。床身的結(jié)構(gòu)對機床的布局有很大的影響。按照床身導軌面與水平面的相對位置，床身有圖 1 所示的 5 種布局形式。一般來說，中、小規(guī)格的數(shù)控車床采用斜床身和平床身

11、斜滑板的居多，只有大型數(shù)控車床或小型精密數(shù)控車床才采用平床身，立床身采用的較少。平床身工藝性好，易于加工制造。由于刀架水平放置，對提高刀架的運動精度有好處，但床身下部空間小，排屑困難；刀架橫滑板較長，加大了機床的寬度尺寸，影響外觀。平床身斜滑板結(jié)構(gòu)，再配置上傾斜的導軌防護罩，這樣既保持了平床身工藝性好的優(yōu)點，床身寬度也不會太大。斜床身和平床身斜滑板結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代數(shù)控車床中被廣泛應用，是因為這種布局形式具有以下特點： 容易實現(xiàn)機電一體化； 機床外形整齊、美觀，占地面積?。?容易設(shè)置封閉式防護裝置； 容易排屑和安裝自動排屑器； 從工件上切下的熾熱切屑不至于堆積在導軌上影響導軌精度； 宜人性好，便于操作

12、； 便于安裝機械手，實現(xiàn)單機自動化。 例如，寶雞機床廠設(shè)計生產(chǎn)的 CJK6140H 系列簡式數(shù)控車床采用的是平床身平滑板結(jié)構(gòu)；CK75 系列全功能數(shù)控車床采用的是后斜床身斜滑板結(jié)構(gòu)。而我們剛剛研制開發(fā)完成的 CK535D 全功能數(shù)控倒置立式車床，采用的是直立床身直立滑板結(jié)構(gòu)。該機床采用大功率內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu)，主軸可沿 X 和 Z 軸移動，以實現(xiàn)自動上下料功能。該機床配置有自動回轉(zhuǎn)料庫，從而實現(xiàn)單機自動化，同時該機床也很容易被加入生產(chǎn)線。 濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計4 a)后斜床身-斜滑板 b)直立床身-直立滑板 c)平床身-平滑板 d)前斜床身-平滑板 e)平床身-斜滑板 圖 2.1 床身布局

13、2.1.22.1.2 導軌導軌 車床的導軌可分為滑動導軌和滾動導軌兩種。 滑動導軌具有結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、接觸剛度大等優(yōu)點。但傳統(tǒng)滑動導軌摩擦阻力大，磨損快，動、靜摩擦系數(shù)差別大，低速時易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。目前，數(shù)控車床已不采用傳統(tǒng)滑動導軌，而是采用帶有耐磨粘貼帶覆蓋層的滑動導軌和新型塑料滑動導軌。它們具有摩擦性能良好和使用壽命長等特點。 濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計5導軌剛度的大小、制造是否簡單、能否調(diào)整、摩擦損耗是否最小以及能否保持導軌的初始精度，在很大程度上取決于導軌的橫截面形狀。車床滑動導軌的橫截面形狀常采用山形截面和矩形截面。山形截面導軌導向精度高，導軌磨損后靠自重下沉自動補償。下導軌用凸形

14、有利于排污物，但不易保存油液。矩形截面導軌制造維修方便，承載能力大，新導軌導向精度高，但磨損后不能自動補償，需用鑲條調(diào)節(jié)，影響導向精度。 寶雞機床廠生產(chǎn)的 CJK6140H 系列簡式數(shù)控車床床身采用的是山形貼塑導軌，CK75 系列全功能數(shù)控車床采用的是矩形貼塑導軌。 滾動導軌的優(yōu)點是摩擦系數(shù)小，動、靜摩擦系數(shù)很接近，不會產(chǎn)生爬行現(xiàn)象，可以使用油脂潤滑。數(shù)控車床導軌的行程一般較長，因此滾動體必須循環(huán)。根據(jù)滾動體的不同，滾動導軌可分為滾珠直線導軌和滾柱直線導軌。后者的承載能力和剛度都比前者高，但摩擦系數(shù)略大。寶雞機床廠生產(chǎn)的 CK75C 系列全功能數(shù)控車床采用的是滾珠直線導軌，CK535D 全功能

15、數(shù)控倒置立式車床 X 向?qū)к壊捎玫氖菨L柱直線導軌。 2.1.32.1.3 主軸變速系統(tǒng)主軸變速系統(tǒng)經(jīng)濟型數(shù)控車床大多數(shù)是不能自動變速的，需要變速時，只能把機床停止，然后手動變速。而全功能數(shù)控車床的主傳動系統(tǒng)大多采用無級變速。目前，無級變速系統(tǒng)主要有變頻主軸系統(tǒng)和伺服主軸系統(tǒng)兩種，一般采用直流或交流主軸電機，通過帶傳動帶動主軸旋轉(zhuǎn)，或通過帶傳動和主軸箱內(nèi)的減速齒輪(以獲得更大的轉(zhuǎn)矩)帶動主軸旋轉(zhuǎn)。由于主軸電機調(diào)速范圍廣，又可無級調(diào)速，使得主軸箱的結(jié)構(gòu)大為簡化。主軸電機在額定轉(zhuǎn)速時可輸出全部功率和最大轉(zhuǎn)矩。 2.1.42.1.4 刀架系統(tǒng)刀架系統(tǒng)數(shù)控車床的刀架是機床的重要組成部分。刀架用于夾持切削

16、用的刀具，因此其結(jié)構(gòu)直接影響機床的切削性能和切削效率。在一定程度上，刀架的結(jié)構(gòu)和性能體現(xiàn)了機床的設(shè)計和制造技術(shù)水平。隨著數(shù)控車床的不斷發(fā)展，刀具結(jié)構(gòu)形式也在不斷翻新。 刀架是直接完成切削加工的執(zhí)行部件，所以，刀架在結(jié)構(gòu)上必須具有良好的強度和剛度，以承受粗加工時的切削抗力。由于切削加工精度在很大程度上取決于刀尖位置，所以要求數(shù)控車床選擇可靠的定位方案和合理的定位結(jié)構(gòu)，以保證有較高濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計6的重復定位精度。此外，刀架的設(shè)計還應滿足換刀時間短、結(jié)構(gòu)緊湊和安全可靠等要求。 按換刀方式的不同，數(shù)控車床的刀架系統(tǒng)主要有回轉(zhuǎn)刀架、排式刀架和帶刀庫的自動換刀裝置等多種形式。 (1)排式刀架 排

17、式刀架一般用于小規(guī)格數(shù)控車床，以加工棒料或盤類零件為主。它的結(jié)構(gòu)形式為，夾持著各種不同用途刀具的刀夾沿著機床的 X 坐標軸方向排列在橫向滑板上。刀具的典型布置方式如圖 2.2 所示。這種刀架在刀具布置和機床調(diào)整等方面都較為方便，可以根據(jù)具體工件的車削工藝要求，任意組合各種不同用途的刀具，一把刀具完成車削任務后，橫向滑板只要按程序沿 X 軸移動預先設(shè)定的距離后，第二把刀就到達加工位置，這樣就完成了機床的換刀動作。這種換刀方式迅速省時，有利于提高機床的生產(chǎn)效率。寶雞機床廠生產(chǎn)的 CK7620P 全功能數(shù)控車床配置的就是排式刀架。 圖 2.2 排式刀架(2)回轉(zhuǎn)刀架 回轉(zhuǎn)刀架是數(shù)控車床最常用的一種典

18、型換刀刀架，通過刀架的旋轉(zhuǎn)分度定位來實現(xiàn)機床的自動換刀動作，根據(jù)加工要求可設(shè)計成四方、六方刀架或圓盤式刀架，并相應地安裝 4 把、6 把或更多的刀架?；剞D(zhuǎn)刀架的換刀動作可分為刀架抬起、刀架轉(zhuǎn)位和刀架鎖緊等幾個步驟。它的動作是由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出指令完成的?；剞D(zhuǎn)刀架根據(jù)刀架回轉(zhuǎn)軸與安裝底面的相對位置，分為立式刀架和臥式刀架兩種。寶雞機床廠生產(chǎn)的 CJK6140H 系列簡式數(shù)控車床配置的是四工位立式刀架或六工位臥式刀架，CK75 系列全功能數(shù)控車床配置的是 8 工位或 12 工位臥式刀架，如圖 2.3 所示。 濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計7圖 2.3 臥式回轉(zhuǎn)刀架 (3) 帶刀庫的自動換刀裝置 上述排刀式刀

19、架和回轉(zhuǎn)刀架所安裝的刀具都不可能太多，即使是裝備兩個刀架，對刀具的數(shù)目也有一定限制。當由于某種原因需要數(shù)量較多的刀具時，應采用帶刀庫的自動換刀裝置。帶刀庫的自動換刀裝置由刀庫和刀具交換機構(gòu)組成。 (4) 進給傳動系統(tǒng) 數(shù)控車床的進給傳動系統(tǒng)一般均采用進給伺服系統(tǒng)。這也是數(shù)控車床區(qū)別于普通車床的一個特殊部分。 數(shù)控車床的伺服系統(tǒng)一般由驅(qū)動控制單元、驅(qū)動元件、機械傳動部件、執(zhí)行件和檢測反饋環(huán)節(jié)等組成。驅(qū)動控制單元和驅(qū)動元件組成伺服驅(qū)動系統(tǒng)。機械傳動部件和執(zhí)行元件組成機械傳動系統(tǒng)。檢測元件與反饋電路組成檢測系統(tǒng)。 進給伺服系統(tǒng)按其控制方式不同可分為開環(huán)系統(tǒng)和閉環(huán)系統(tǒng)。閉環(huán)控制方式通常是具有位置反饋的

20、伺服系統(tǒng)。根據(jù)位置檢測裝置所在位置的不同，閉環(huán)系統(tǒng)又分為半閉環(huán)系統(tǒng)和全閉環(huán)系統(tǒng)。半閉環(huán)系統(tǒng)具有將位置檢測裝置裝在絲杠端頭和裝在電機軸端兩種類型。前者把絲杠包括在位置環(huán)內(nèi)，后者則完全置機械傳動部件于位置環(huán)之外。全閉環(huán)系統(tǒng)的位置檢測裝置安裝在工作臺上，機械傳動部件整個被包括在位置環(huán)之內(nèi)。 開環(huán)系統(tǒng)的定位精度比閉環(huán)系統(tǒng)低，但它結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠、造價低廉。由于影響定位精度的機械傳動裝置的磨損、慣性及間隙的存在，故開環(huán)系統(tǒng)的精度和快速性較差。 全閉環(huán)系統(tǒng)控制精度高、快速性能好，但由于機械傳動部件在控制環(huán)內(nèi)，所以系統(tǒng)的動態(tài)性能不僅取決于驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而且還與機械傳動部件的剛度、濟源職業(yè)技術(shù)學院畢

21、業(yè)設(shè)計8阻尼特性、慣性、間隙和磨損等因素有很大關(guān)系，故必須對機電部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行綜合考慮才能滿足系統(tǒng)的要求。因此全閉環(huán)系統(tǒng)對機床的要求比較高，且造價也較昂貴。閉環(huán)系統(tǒng)中采用的位置檢測裝置有：脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應同步器、磁尺、光柵尺和激光干涉儀等。 數(shù)控車床的進給伺服系統(tǒng)中常用的驅(qū)動裝置是伺服電機。伺服電機有直流伺服電機和交流伺服電機之分。交流伺服電機由于具有可靠性高、基本上不需要維護和造價低等特點而被廣泛采用。 2.22.2 數(shù)控車床發(fā)展趨勢數(shù)控車床發(fā)展趨勢數(shù)控技術(shù)的應用不但給傳統(tǒng)制造業(yè)帶來了革命性的變化，使制造業(yè)成為工業(yè)化的象征，而且隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應用領(lǐng)域的擴大，它對國計

22、民生的一些重要行業(yè)(IT、汽車、輕工、醫(yī)療等)的發(fā)展起著越來越重要的作用，因為這些行業(yè)所需裝備的數(shù)字化已是現(xiàn)代發(fā)展的大趨勢。當前數(shù)控車床呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢。 2.2.12.2.1 高速、高精密化高速、高精密化 高速、精密是機床發(fā)展永恒的目標。隨著科學技術(shù)突飛猛進的發(fā)展，機電產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，對零件加工的精度和表面質(zhì)量的要求也愈來愈高。為滿足這個復雜多變市場的需求，當前機床正向高速切削、干切削和準干切削方向發(fā)展，加工精度也在不斷地提高。另一方面，電主軸和直線電機的成功應用，陶瓷滾珠軸承、高精度大導程空心內(nèi)冷和滾珠螺母強冷的低溫高速滾珠絲杠副及帶滾珠保持器的直線導軌副等機床功能部件的面市，也為機

23、床向高速、精密發(fā)展創(chuàng)造了條件。 數(shù)控車床采用電主軸，取消了皮帶、帶輪和齒輪等環(huán)節(jié)，大大減少了主傳動的轉(zhuǎn)動慣量，提高了主軸動態(tài)響應速度和工作精度，徹底解決了主軸高速運轉(zhuǎn)時皮帶和帶輪等傳動的振動和噪聲問題。采用電主軸結(jié)構(gòu)可使主軸轉(zhuǎn)速達到 10000r/min 以上。 直線電機驅(qū)動速度高，加減速特性好，有優(yōu)越的響應特性和跟隨精度。用直線電機作伺服驅(qū)動，省去了滾珠絲杠這一中間傳動環(huán)節(jié)，消除了傳動間隙(包括反向間隙)，運動慣量小，系統(tǒng)剛性好，在高速下能精密定位，從而極大地提高了伺服精度。 直線滾動導軌副，由于其具有各向間隙為零和非常小的滾動摩擦，磨損小，發(fā)熱可忽略不計，有非常好的熱穩(wěn)定性，提高了全程的定

24、位精度和重復定位精度。 濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計9通過直線電機和直線滾動導軌副的應用，可使機床的快速移動速度由目前的1020m/mim 提高到 6080m/min，甚至高達 120m/min。 2.2.22.2.2 高可靠性高可靠性數(shù)控機床的可靠性是數(shù)控機床產(chǎn)品質(zhì)量的一項關(guān)鍵性指標。數(shù)控機床能否發(fā)揮其高性能、高精度和高效率，并獲得良好的效益，關(guān)鍵取決于其可靠性的高低。 2.2.32.2.3 數(shù)控車床設(shè)計數(shù)控車床設(shè)計 CADCAD 化、結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊化化、結(jié)構(gòu)設(shè)計模塊化 隨著計算機應用的普及及軟件技術(shù)的發(fā)展，CAD 技術(shù)得到了廣泛發(fā)展。CAD 不僅可以替代人工完成繁瑣的繪圖工作，更重要的是可以進行

25、設(shè)計方案選擇和大件整機的靜、動態(tài)特性分析、計算、預測及優(yōu)化設(shè)計，可以對整機各工作部件進行動態(tài)模擬仿真。在模塊化的基礎(chǔ)上在設(shè)計階段就可以看出產(chǎn)品的三維幾何模型和逼真的色彩。采用 CAD，還可以大大提高工作效率，提高設(shè)計的一次成功率，從而縮短試制周期，降低設(shè)計成本，提高市場競爭能力。 通過對機床部件進行模塊化設(shè)計，不僅能減少重復性勞動，而且可以快速響應市場，縮短產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計周期。 2.2.42.2.4 功能復合化功能復合化 功能復合化的目的是進一步提高機床的生產(chǎn)效率，使用于非加工輔助時間減至最少。通過功能的復合化，可以擴大機床的使用范圍、提高效率，實現(xiàn)一機多用、一機多能，即一臺數(shù)控車床既可以實現(xiàn)車

26、削功能，也可以實現(xiàn)銑削加工；或在以銑為主的機床上也可以實現(xiàn)磨削加工。寶雞機床廠已經(jīng)研制成功的 CX25Y 數(shù)控車銑復合中心，該機床同時具有 X、Z 軸以及 C 軸和 Y 軸。通過 C 軸和 Y 軸，可以實現(xiàn)平面銑削和偏孔、槽的加工。該機床還配置有強動力刀架和副主軸。副主軸采用內(nèi)藏式電主軸結(jié)構(gòu)，通過數(shù)控系統(tǒng)可直接實現(xiàn)主、副主軸轉(zhuǎn)速同步。該機床工件一次裝夾即可完成全部加工，極大地提高了效率。濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計103 數(shù)控車削的加工工藝與工裝3.13.1 零件圖分析零件圖分析 數(shù)控加工的工藝分析是數(shù)控車削加工的前期工藝準備工作。工藝制定的合理與否、對程序的編制、機床的加工效率和零件的加工精度都

27、有重要影響。 加工零件及加工內(nèi)容確定后，應對零件的數(shù)控車床加工工藝性進行全面分析。主要內(nèi)容包括產(chǎn)品的零件圖樣分析，零件結(jié)構(gòu)工藝性分析與零件毛坯的工藝性分析等內(nèi)容。3.1.13.1.1 零件圖分析零件圖分析熟悉零件在產(chǎn)品中的作用、位置、裝配關(guān)系和工作條件，清楚各項技術(shù)要求對零件裝配質(zhì)量和使用性能的影響，找出主要的關(guān)鍵的技術(shù)要求、然后對圖樣進行分析。1. 尺寸標住方法分析。零件圖上的尺寸標注方法應適合數(shù)控車床加工的特點，應以同一基準標注尺寸或直接給出坐標尺寸。這種標注方法即便于編程、又有利于設(shè)計基準、工藝基準、測量基準和編程原點的統(tǒng)一。2. 輪廓幾何要素分析。在手工編程時，要計算每個節(jié)點坐標；在自

28、動編程時，要對構(gòu)成零件輪廓的所有幾何元素進行定義、因此在分析零件圖時，要分析幾何元素的給定條件是否充分。3. 精度及技術(shù)要求分析對被加工零件的精度及技術(shù)要求進行分析 ，是零件工藝性分析的重要內(nèi)容，只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基礎(chǔ)上，才能正確合理地選擇加工方法、裝夾方式、刀具及切削用量等。精度及技術(shù)要求分析的主要內(nèi)容如下：（1）析精度及各項技術(shù)是否齊全，是否合理。（2）析本工序的數(shù)控車削加工精度能否達到圖樣要求，如達不到，需采取其他措施（如磨削）彌補的話，則應給后續(xù)工序留有余量。（3）找出圖樣上有位置精度要求的表面，這些表面應在一次安裝下完成。濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計11（4）對表面精度

29、要求較高的表面，應采用恒線速切削。3.1.23.1.2 結(jié)構(gòu)工藝分析結(jié)構(gòu)工藝分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性實質(zhì)零件對加工方法的適應性，即此零件結(jié)構(gòu)應便于加工成型。在數(shù)控車上加工零件時，應根據(jù)數(shù)控車的特點認真審視零件結(jié)構(gòu)的合理性。3.23.2 數(shù)控加工工藝設(shè)計數(shù)控加工工藝設(shè)計工藝設(shè)計是機械加工的基礎(chǔ)。他包括機械產(chǎn)品從零件的加工到產(chǎn)品的裝配和生產(chǎn)規(guī)劃的全過程。 零件工藝設(shè)計包含從毛坯選擇到通過機械加工的手段使零件達到圖紙設(shè)計要求的加工設(shè)備、刀具、量具、夾具及輔具的選擇，以及安排整個零件加工工藝路線的全過程。在數(shù)控加工中，零件的工藝規(guī)程是編制其加工程序的依據(jù)和基礎(chǔ)，與常規(guī)加工工藝設(shè)計不同，它要求：（1） 工藝

30、詳細具體到每一個步驟。（2） 工藝準確計算每一個坐標尺寸。（3） 工藝完整選擇每一種刀具、輔具、安排其前后次序，設(shè)計每一把刀具的切削用量。 在審查零件的設(shè)計圖紙并進行零件的工藝性分析、制定出零件的加工方案之后，就可以進行零件的工藝設(shè)計。3.33.3 數(shù)控加工的注意事項數(shù)控加工的注意事項數(shù)控車床加工的工藝與普通車床的加工工藝類似，但由于數(shù)控車床是一次裝夾，連續(xù)自動加工完成所有車削工序，因而應注意以下幾個方面。 3.3.1.3.3.1. 合理選擇切削用量合理選擇切削用量 對于高效率的金屬切削加工來說，被加工材料、切削工具、切削條件是三大要素。這些決定著加工時間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟有效的加工方

31、式必然是合理的選擇了切削條件。 切削條件的三要素：切削速度、進給量和切深直接引起刀具的損傷。伴隨著切削速度的提高，刀尖溫度會上升，會產(chǎn)生機械的、化學的、熱的磨損。切削速度提高 20%，刀具壽命會減少 1/2。 濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計12進給條件與刀具后面磨損關(guān)系在極小的范圍內(nèi)產(chǎn)生。但進給量大，切削溫度上升，后面磨損大。它比切削速度對刀具的影響小。切深對刀具的影響雖然沒有切削速度和進給量大，但在微小切深切削時，被切削材料產(chǎn)生硬化層，同樣會影響刀具的壽命。 用戶要根據(jù)被加工的材料、硬度、切削狀態(tài)、材料種類、進給量、切深等選擇使用的切削速度。最適合的加工條件的選定是在這些因素的基礎(chǔ)上選定的。有規(guī)則

32、的、穩(wěn)定的磨損達到壽命才是理想的條件。然而，在實際作業(yè)中，刀具壽命的選擇與刀具磨損、被加工尺寸變化、表面質(zhì)量、切削噪聲、加工熱量等有關(guān)。在確定加工條件時，需要根據(jù)實際情況進行研究。對于不銹鋼和耐熱合金等難加工材料來說，可以采用冷卻劑或選用剛性好的刀刃。 3.3.23.3.2 合理選擇刀具合理選擇刀具 (1) 粗車時，要選強度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大背吃刀量、大進給量的要求。 (2) 精車時，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。 (3) 為減少換刀時間和方便對刀，應盡量采用機夾刀和機夾刀片。3.3.33.3.3 合理選擇夾具合理選擇夾具 (1) 盡量選用通用夾具裝夾工件

33、，避免采用專用夾具； (2) 零件定位基準重合，以減少定位誤差。3.3.43.3.4 確定加工路線確定加工路線 加工路線是指數(shù)控機床加工過程中，刀具相對零件的運動軌跡和方向。 (1) 應能保證加工精度和表面粗糙要求； (2) 應盡量縮短加工路線，減少刀具空行程時間。 3.3.53.3.5 加工路線與加工余量的聯(lián)系加工路線與加工余量的聯(lián)系 目前，在數(shù)控車床還未達到普及使用的條件下，一般應把毛坯上過多的余量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。如必須用數(shù)控車床加工時，則需注意程序的靈活安排。 濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計133.3.63.3.6 夾具安裝要點夾具安裝要點 目前液壓卡盤和液

34、壓夾緊油缸的連接是靠拉桿實現(xiàn)的，液壓卡盤夾緊要點如下：首先用搬手卸下液壓油缸上的螺帽，卸下拉管，并從主軸后端抽出，再用搬手卸下卡盤固定螺釘，即可卸下卡盤。3.43.4 刀具的選擇與方法刀具的選擇與方法現(xiàn)代制造技術(shù)的發(fā)展及數(shù)控加工設(shè)備的廣泛使用，極大地推動了切削技術(shù)的進步。隨著生產(chǎn)加工過程數(shù)控化和自動化的需要，對金屬切削刀具提出了高可靠度、高精度、長壽命、快速轉(zhuǎn)位更換、斷屑良好等更高要求。自 80 年代以來，可轉(zhuǎn)位不重磨刀具已被各國廣泛應用，但是可轉(zhuǎn)位不重磨刀片及刀具 CAD/CAM 技術(shù)的應用和發(fā)展，使刀具結(jié)構(gòu)設(shè)計及切削部分的形狀種類變得十分繁多，給機械加工和刀具設(shè)計人員合理選擇刀具帶來一定困

35、難。同時，刀片型號的增加也給刀片采購和銷售帶來不便，為用戶快速、高效及正確選擇刀具增加困難。為使企業(yè)對市場需求迅速做出響應，在切削加工中，快速高效選擇刀具成為切削加工系統(tǒng)的客觀需求。根據(jù)不同加工特征，自動選擇所需刀具對實現(xiàn)高度自動化切削加工或無人加工具有十分重要的意義。 3.4.13.4.1 可轉(zhuǎn)位車刀結(jié)構(gòu)可轉(zhuǎn)位車刀結(jié)構(gòu)可轉(zhuǎn)位車刀為廣泛使用的機夾式刀具。它的幾何參數(shù)完全由刀片和刀槽來保證，不受工人技術(shù)水平的影響，因此切削性能穩(wěn)定，適合現(xiàn)代化大批量生產(chǎn)使用。以ISO 標準為例，可轉(zhuǎn)位車刀由,10 個特征代號組成，其號位順序見表 3.1。 1 號位表示車刀刀片的夾緊方式（P 表示杠桿偏心式夾緊）；

36、2 號位表示車刀刀片形狀（T 表示正三角形刀片）；3 號位表示車刀頭部形狀（G 表示 90偏頭外圓車刀）；4 號位表示車刀刀片法后角（N 表示其法后角為 0）；5 號位表示車刀的切削方向（R 表示右切）；6 號位表示車刀的刀尖高度（20 表示車刀刀尖高度為 20mm）；7 號位表示車刀的刀桿寬度（20 表示車刀刀桿寬度為 20mm）；8 號位表示車刀的長度（K 表示車刀長度為 125mm）；9 號位表示車刀刀片的邊長（16 表示車刀刀片邊長為 16.5mm）；10 號位表示不同測量基準的精密級車刀（Q 表示以車刀的外側(cè)面和后端面為測量基準的精密級車刀）。 表 3.1 車刀型號的表示方法號位 1

37、 2 3 4 5 6 7 8 9 10 型號 P T G N R 20 20 K 16 Q濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計143.4.23.4.2 基于加工特征的車刀選擇原則及方法基于加工特征的車刀選擇原則及方法(1)車刀選擇原則 (2)加工特征是指零件加工過程中與該加工工序相關(guān)的加工信息集成。如外圓車削特征可包括起始直徑（加工前的零件直徑）、最小完成直徑（零件加工后允許的最小直徑）、最大完成直徑（零件加工完后允許的最大直徑）、加工長度、刀尖圓弧半徑及工件剛度等特征參數(shù)，如圖 2.1 所示。 (3)從圖 3.1 可以看出，加工特征能比較準確地描述工件的加工要求，而這些要求是選定機床、夾具、刀具及其工藝

38、參數(shù)的前提。由于每種加工特征都需輸入多個特征參數(shù)，為使刀具選擇變得簡捷方便，這里只對各種加工特征進行定性描述。根據(jù)起始直徑和零件加工完成直徑值將車削加工分為粗加工（半精加工）和精加工兩類，根據(jù)零件剛度將其分為剛度高和剛度低兩類。綜合上述要求，將外圓車削加工分為以下四種加工特征：車削外圓（粗切或半精切，剛度高）；車削外圓（粗切或半精切，剛度低）；車削外圓（精切或半精切，剛度高）；車削外圓（精切或半精切，剛度低）。 (4)根據(jù)上述定性描述的加工特征來選擇刀具。例如，加工特征為車削外圓（粗切或半精切，剛度高）時，因粗加工或半精加工主要是切除多余金屬，切削力較大，故應選擇穩(wěn)固的刀片夾緊方式，刀尖角盡可

39、能選擇大一些，以增加刀尖強度。由于減小主偏角會導致徑向分力 Fy增大，當工藝系統(tǒng)的剛度較強時，可適當減小刀具主偏角。小的刀具主偏角能夠增加參與切削的切削刃長度，減少單位長度切削刃的負荷，從而提高刀具的使用壽命。圖 3.1 車刀的幾何參數(shù)濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計15(5)通過上述分析及實際生產(chǎn)調(diào)研，我們確定了 9 種車削加工特征。這 9 種車削加工特征與刀具代號的對應關(guān)系初步確定見表 3.2。(6)刀具選擇方法 根據(jù)用戶選擇的夾緊方式確定刀具的第一號位，再根據(jù)第一號位進行第一次選擇，將符合所選夾緊方式的刀具全部選出來，程序?qū)⒃诖舜魏Y選的基礎(chǔ)上確定第二、三、四位的代號。當用戶選擇了加工特征后，根據(jù)

40、表中的選擇原則，對二、三、四位的相同號位進行“或”運算，不同號位進行“和”運算，從而確定刀具的前四位代號，這樣就可根據(jù)所確定的刀具代號從刀具數(shù)據(jù)庫中選擇出符合加工特征要求的刀具。表 3.2 車削加工特征及與刀具代號的對應關(guān)系序號車削加工特征刀片形狀代號刀具主偏角代號 刀具后角代號 1車外圓（粗切或半精切，剛度高） C，T，F(xiàn)，W F，L，G，C，A N，C，P 2車外圓（粗切或半精切，剛度低） T，F(xiàn) A，B，G，L，J N，C 3車外圓（精切或半精切，剛度低） T，S，F(xiàn) A，B，D，E，G，L，J N，C 4車外圓（精切或半精切，剛度高） T，F(xiàn) A，G，L，J N，C 5車直通端面 T，

41、S，F(xiàn) A，B，D，E，G，L，J N，C 6車臺肩端面 T，F(xiàn)，D，C A，G，J，L N，C 7車削臺肩 S，F(xiàn) S，G，C，F(xiàn)，Y N，C 8鏜內(nèi)孔 C，D，A，T，R E，A，G，N，P N，C 9仿形車削 D，A，T，C，K，S Q，X，J，L，Y N，C，P濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計163.53.5 對刀的方法對刀的方法車床分有對刀器和沒有對刀器,但是對刀原理都一樣,先說沒有對刀器的吧. 車床本身有個機械原點,你對刀時一般要試切的啊,比如車外徑一刀后 Z 向退出,測量車件的外徑是多少,然后在 G 畫面里找到你所用刀號把光標移到 X 輸入 X.按測量機床就知道這個刀位上的刀尖位置了,內(nèi)

42、徑一樣,Z 向就簡單了,把每把刀都在 Z向碰一個地方然后測量 Z0 就可以了. 這樣所有刀都有了記錄,確定加工零點在工件移里面(offshift),可以任意一把刀決定工件原點. 這樣對刀要記住對刀前要先讀刀. 有個比較方便的方法,就是用夾頭對刀,我們知道夾頭外徑,刀具去碰了輸入外徑就可以,對內(nèi)徑時可以拿一量塊用手壓在夾頭上對,同樣輸入夾頭外徑就可以了. 如果有對刀器就方便多了,對刀器就相當于一個固定的對刀試切工件,刀具碰了就記錄進去位置了. 3.5.13.5.1 試切法對刀試切法對刀試切法對刀是實際中應用的最多的一種對刀方法。下面以采用 MITSUBISHI 50L數(shù)控系統(tǒng)的 RFCZ12 車

43、床為例，來介紹具體操作方法。工件和刀具裝夾完畢，驅(qū)動主軸旋轉(zhuǎn)，移動刀架至工件試切一段外圓。然后保持 X 坐標不變移動 Z 軸刀具離開工件，測量出該段外圓的直徑。將其輸入到相應的刀具參數(shù)中的刀長中，系統(tǒng)會自動用刀具當前 X 坐標減去試切出的那段外圓直徑，即得到工件坐標系 X 原點的位置。再移動刀具試切工件一端端面，在相應刀具參數(shù)中的刀寬中輸入 Z0，系統(tǒng)會自動將此時刀具的 Z 坐標減去剛才輸入的數(shù)值，即得工件坐標系 Z 原點的位置。例如，2#刀刀架在 X 為 150.0 車出的外圓直徑為 25.0，那么使用該把刀具切削時的程序原點 X 值為 150.0-25.0=125.0；刀架在 Z 為 18

44、0.0 時切的端面為 0，那么使用該把刀具切削時的程序原點 Z 值為 180.0-0=180.0。分別將(125.0，180.0)存入到 2#刀具參數(shù)刀長中的 X 與 Z 中，在程序中使用 T0202 就可以成功建立出工件坐標系。濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計17事實上，找工件原點在機械坐標系中的位置并不是求該點的實際位置，而是找刀尖點到達(0，0)時刀架的位置。采用這種方法對刀一般不使用標準刀，在加工之前需要將所要用刀的刀具全部都對好。3.5.23.5.2 對刀儀自動對刀對刀儀自動對刀現(xiàn)在很多車床上都裝備了對刀儀，使用對刀儀對刀可免去測量時產(chǎn)生的誤差，大大提高對刀精度。由于使用對刀儀可以自動計算各

45、把刀的刀長與刀寬的差值，并將其存入系統(tǒng)中，在加工另外的零件的時候就只需要對標準刀，這樣就大大節(jié)約了時間。需要注意的是使用對刀儀對刀一般都設(shè)有標準刀具，在對刀的時候先對標準刀。下面以采用 FANUC 0T 系統(tǒng)的日本 WASINO LJ-10MC 車削中心為例介紹對刀儀工作原理及使用方法。刀尖隨刀架向已設(shè)定好位置的對刀儀位置檢測點移動并與之接觸，直到內(nèi)部電路接通發(fā)出電信號(通常我們可以聽到嘀嘀聲并且有指示燈顯示)。在 2#刀尖接觸到 a 點時將刀具所在點的 X 坐標存入到圖 2 所示 G02 的 X 中，將刀尖接觸到 b 點時刀具所在點的 Z 坐標存入到 G02 的 Z 中。其他刀具的對刀按照相

46、同的方法操作。事實上，在上一步的操作中只對好了 X 的零點以及該刀具相對于標準刀在 X 方向與 Z 方向的差值，在更換工件加工時再對 Z 零點即可。由于對刀儀在機械坐標系中的位置總是一定的，所以在更換工件后，只需要用標準刀對 Z 坐標原點就可以了。操作時提起 Z 軸功能測量按鈕“Z-axis shift measure”面。手動移動刀架的 X、Z 軸，使標準刀具接近工件 Z 向的右端面，試切工件端面，按下“POSITION RECORDER”按鈕，系統(tǒng)會自動記錄刀具切削點在工件坐標系中 Z 向的位置，并將其他刀具與標準刀在 Z 方向的差值與這個值相加從而得到相應刀具的Z 原點，其數(shù)值顯示在 W

47、ORK SHIFT 工作畫面上。Fanuc 系統(tǒng)數(shù)控車床對刀及編程指令介紹Fanuc 系統(tǒng)數(shù)控車床設(shè)置工件零點常用方法 一 直接用刀具試切對刀 (1)用外園車刀先試車一外園，記住當前 X 坐標，測量外園直徑后，用 X 坐標減外園直徑，所的值輸入 offset 界面的幾何形狀 X 值里。濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計18(2)用外園車刀先試車一外園端面，記住當前 Z 坐標，輸入 offset 界面的幾何形狀 Z 值里。二 用 G50 設(shè)置工件零點 (1)用外園車刀先試車一外園，測量外園直徑后，把刀沿 Z 軸正方向退點，切端面到中心（X 軸坐標減去直徑值）。(2)選擇 MDI 方式，輸入 G50 X0

48、Z0，啟動 START 鍵，把當前點設(shè)為零點。(3)選擇 MDI 方式，輸入 G0 X150 Z150 ，使刀具離開工件進刀加工。(4)這時程序開頭：G50 X150 Z150 .。(5)注意：用 G50 X150 Z150，你起點和終點必須一致即 X150 Z150，這樣才能保證重復加工不亂刀。(6)如用第二參考點 G30，即能保證重復加工不亂刀，這時程序開頭 G30 U0 W0 G50 X150 Z150 (7)在 FANUC 系統(tǒng)里，第二參考點的位置在參數(shù)里設(shè)置。三 用工件移設(shè)置工件零點 (1)在 FANUC0-TD 系統(tǒng)的 Offset 里，有一工件移界面，可輸入零點偏移值。(2)用外

49、園車刀先試切工件端面，這時 Z 坐標的位置如：Z200，直接輸入到偏移值里。(3)選擇“Ref”回參考點方式，按 X、Z 軸回參考點，這時工件零點坐標系即建立。(4)注意：這個零點一直保持，只有從新設(shè)置偏移值 Z0，才清除。四 用 G54-G59 設(shè)置工件零點 (1)用外園車刀先試車一外園，測量外園直徑后，把刀沿 Z 軸正方向退點，切端面到中心。(2)把當前的 X 和 Z 軸坐標直接輸入到 G54-G59 里,程序直接調(diào)用如:G54X50Z50。(3)注意:可用 G53 指令清除 G54-G59 工件坐標系。3.63.6 夾具的選擇夾具的選擇3.6.13.6.1 確定工件的加工部位和具體內(nèi)容確

50、定工件的加工部位和具體內(nèi)容確定被加工工件需在本機床上完成的工序內(nèi)容及其與前后工序的聯(lián)系。濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計19(1)工件在本工序加工之前的情況。例如鑄件、鍛件或棒料、形狀、尺寸、加工余量等。(2)前道工序已加工部位的形狀、尺寸或本工序需要前道工序加工出的基準面、基準孔等。(3)本工序要加工的部位和具體內(nèi)容。 (4)為了便于編制工藝及程序，應繪制出本工序加工前毛坯圖及本工序加工圖。3.6.23.6.2 確定工件的裝夾方式與設(shè)計夾具確定工件的裝夾方式與設(shè)計夾具 根據(jù)已確定的工件加工部位、定位基準和夾緊要求，選用或設(shè)計夾具。數(shù)控車床多采用三爪自定心卡盤夾持工件；軸類工件還可采用尾座頂尖支持工件

51、。由于數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速極高，為便于工件夾緊，多采用液壓高速動力卡盤，因它在生產(chǎn)廠已通過了嚴格的平衡，具有高轉(zhuǎn)速(極限轉(zhuǎn)速可達 40006000rmin)、高夾緊力(最大推拉力為 20008000N)、高精度、調(diào)爪方便、通孔、使用壽命長等優(yōu)點。還可使用軟爪夾持工件，軟爪弧面由操作者隨機配制，可獲得理想的夾持精度。通過調(diào)整油缸壓力，可改變卡盤夾緊力，以滿足夾持各種薄壁和易變形工件的特殊需要。為減少細長軸加工時受力變形，提高加工精度，以及在加工帶孔軸類工件內(nèi)孔時，可采用液壓自動定心中心架，定心精度可達 0.03mm。3.6.33.6.3 確定加工方案確定加工方案(一)確定加工方案的原則加工方案又稱工

52、藝方案，數(shù)控機床的加工方案包括制定工序、工步及走刀路線等內(nèi)容。在數(shù)控機床加工過程中，由于加工對象復雜多樣，特別是輪廓曲線的形狀及位置千變?nèi)f化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影響，在對具體零件制定加工方案時，應該進行具體分析和區(qū)別對待，靈活處理。只有這樣，才能使所制定的加工方案合理，從而達到質(zhì)量優(yōu)、效率高和成本低的目的。制定加工方案的一般原則為：先粗后精，先近后遠，先內(nèi)后外，程序段最少，走刀路線最短以及特殊情況特殊處理。（1）先粗后精濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計20為了提高生產(chǎn)效率并保證零件的精加工質(zhì)量，在切削加工時，應先安排粗加工工序，在較短的時間內(nèi)，將精加工前大量的加工余量，同時盡量滿足精

53、加工的余量均勻性要求。當粗加工工序安排完后，應接著安排換刀后進行的半精加工和精加工。其中，安排半精加工的目的是，當粗加工后所留余量的均勻性滿足不了精加工要求時，則可安排半精加工作為過渡性工序，以便使精加工余量小而均勻。在安排可以一刀或多刀進行的精加工工序時，其零件的最終輪廓應由最后一刀連續(xù)加工而成。這時，加工刀具的進退刀位置要考慮妥當，盡量不要在連續(xù)的輪廓中安排切人和切出或換刀及停頓，以免因切削力突然變化而造成彈性變形，致使光滑連接輪廓上產(chǎn)生表面劃傷、形狀突變或滯留刀痕等疵病。（2）先近后遠這里所說的遠與近，是按加工部位相對于對刀點的距離大小而言的。在一般情況下，特別是在粗加工時，通常安排離對

54、刀點近的部位先加工，離對刀點遠的部位后加工，以便縮短刀具移動距離，減少空行程時間。對于車削加工，先近后遠有利于保持毛坯件或半成品件的剛性，改善其切削條件。（3）先內(nèi)后外對既要加工內(nèi)表面(內(nèi)型、腔)，又要加工外表面的零件，在制定其加工方案時，通常應安排先加工內(nèi)型和內(nèi)腔，后加工外表面。這是因為控制內(nèi)表面的尺寸和形狀較困難，刀具剛性相應較差，刀尖(刃)的耐用度易受切削熱影響而降低，以及在加工中清除切屑較困難等。（4）走刀路線最短確定走刀路線的工作重點，主要用于確定粗加工及空行程的走刀路線，因精加工切削過程的走刀路線基本上都是沿其零件輪廓順序進行的。走刀路線泛指刀具從對刀點(或機床固定原點)開始運動起

55、，直至返回該點并結(jié)束加工程序所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、切出等非切削空行程。在保證加工質(zhì)量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路線，不僅可以節(jié)省整個加工過程的執(zhí)行時間，還能減少一些不必要的刀具消耗及機床進給機構(gòu)滑動部件的磨損等。濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計21優(yōu)化工藝方案除了依靠大量的實踐經(jīng)驗外，還應善于分析，必要時可輔以一些簡單計算。上述原則并不是一成不變的，對于某些特殊情況，則需要采取靈活可變的方案。如有的工件就必須先精加工后粗加工，才能保證其加工精度與質(zhì)量。這些都有賴于編程者實際加工經(jīng)驗的不斷積累與學習。(二)加工路線與加工余量的關(guān)系在數(shù)控車床還未達到普及使用的條件下，一般應把

56、毛坯件上過多的余量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的余量安排在普通車床上加工。如必須用數(shù)控車床加工時，則要注意程序的靈活安排。安排一些子程序?qū)τ嗔窟^多的部位先作一定的切削加工。（1）對大余量毛坯進行階梯切削時的加工路線（2）分層切削時刀具的終止位置(三)車螺紋時的主軸轉(zhuǎn)速數(shù)控車床加工螺紋時，因其傳動鏈的改變，原則上其轉(zhuǎn)速只要能保證主軸每轉(zhuǎn)一周時，刀具沿主進給軸(多為 Z 軸)方向位移一個螺距即可，不應受到限制。但數(shù)控車床加工螺紋時，會受到以下幾方面的影響：（1）螺紋加工程序段中指令的螺距(導程)值，相當于以進給量（mm/r）表示的進給速度 F，如果將機床的主軸轉(zhuǎn)速選擇過高，其換算后的進給速度(mm/m

57、in)則必定大大超過正常值；（2）刀具在其位移的始/終，都將受到伺服驅(qū)動系統(tǒng)升/降頻率和數(shù)控裝置插補運算速度的約束，由于升/降頻特性滿足不了加工需要等原因，則可能因主進給運動產(chǎn)生出的“超前”和“滯后”而導致部分螺牙的螺距不符合要求；（3）車削螺紋必須通過主軸的同步運行功能而實現(xiàn)，即車削螺紋需要有主軸脈沖發(fā)生器(編碼器)。當其主軸轉(zhuǎn)速選擇過高，通過編碼器發(fā)出的定位脈沖(即主軸每轉(zhuǎn)一周時所發(fā)出的一個基準脈沖信號)將可能因“過沖”(特別是當編碼器的質(zhì)量不穩(wěn)定時)而導致工件螺紋產(chǎn)生亂扣。因此，車螺紋時，主軸轉(zhuǎn)速的確定應遵循以下幾個原則：（1）在保證生產(chǎn)效率和正常切削的情況下，宜選擇較低的主軸轉(zhuǎn)速；（2

58、）當螺紋加工程序段中的導入長度 1 和切出長度 2 考慮比較充裕，即螺紋進給距離超過圖樣上規(guī)定螺紋的長度較大時，可選擇適當高一些的主軸轉(zhuǎn)速；濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計22（3）當編碼器所規(guī)定的允許工作轉(zhuǎn)速超過機床所規(guī)定主軸的最大轉(zhuǎn)速時，則可選擇盡量高一些的主軸轉(zhuǎn)速；（4）通常情況下，車螺紋時的主軸轉(zhuǎn)速應按其機床或數(shù)控系統(tǒng)說明書中規(guī)定的計算式進行確定，其計算式多為： n 螺n 允L(rmin) 式中 n 允-編碼器允許的最高工作轉(zhuǎn)速(rmin)；L-工件螺紋的螺距(或?qū)С?，mm)。 (四)確定切削用量與進給量削時間會加長，刀具無法發(fā)揮其功能；若切削速度太快，雖然可以縮短切削時間，但是刀具容易產(chǎn)生高

59、熱，影響刀具的壽命。決定切削速度的因素很多，概括起來有：(1)刀具材料。刀具材料不同，允許的最高切削速度也不同。高速鋼刀具耐高溫切削速度不到 50mmin，碳化物刀具耐高溫切削速度可達 100mmin 以上，陶瓷刀具的耐高溫切削速度可高達 1000mmin。(2)工件材料。工件材料硬度高低會影響刀具切削速度，同一刀具加工硬材料時切削速度應降低，而加工較軟材料時，切削速度可以提高。(3)刀具壽命。刀具使用時間(壽命)要求長，則應采用較低的切削速度。反之，可采用較高的切削速度。(4)切削深度與進刀量。切削深度與進刀量大，切削抗力也大，切削熱會增加，故切削速度應降低。(5)刀具的形狀。刀具的形狀、角

60、度的大小、刃口的鋒利程度都會影響切削速度的選取。(6)冷卻液使用。機床剛性好、精度高可提高切削速度；反之，則需降低切削速度。上述影響切削速度的諸因素中，刀具材質(zhì)的影響最為主要。切削深度主要受機床剛度的制約，在機床剛度允許的情況下，切削深度應盡可能大，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。這樣可以減少走刀次數(shù)。主軸轉(zhuǎn)速要根據(jù)機床和刀具允許的切削速度來確定。可以用計算法或查表法來選取。濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計23進給量 f(mmr)或進給速度 F(mmmin)要根據(jù)零件的加工精度、表面粗糙度、刀具和工件材料來選。最大進給速度受機床剛度和進給驅(qū)動及數(shù)控系統(tǒng)的限制。編程員在選取切削

61、用量時，一定要根據(jù)機床說明書的要求和刀具耐用度，選擇適合機床特點及刀具最佳耐用度的切削用量。當然也可以憑經(jīng)驗，采用類比法去確定切削用量。不管用什么方法選取切削用量，都要保證刀具的耐用度能完成一個零件的加工，或保證刀具耐用度不低于一個工作班次，最小也不能低于半個班次的時間。3.73.7 螺紋車削螺紋車削螺紋車削刀具已經(jīng)從全面改善車刀性能的涂層及材料等級方面所取得的共同進步中獲益。此外，在螺紋車削刀片方面，人們進行了更好的結(jié)構(gòu)設(shè)計，實現(xiàn)了更佳的切屑控制。事實上，通過工程設(shè)計方式可以提高螺紋加工過程的效率。第一步應該是理解螺紋加工中一些基本的主題。 3.7.13.7.1 為什么螺紋車削要求如此之高為

62、什么螺紋車削要求如此之高螺紋車削的要求要高于普通車削操作。切削力一般較高，螺紋刀片的切削端部半徑較小，比較薄弱。在螺紋加工中，進給速度必須與螺紋的節(jié)距精確對應。對于節(jié)距為 8 螺紋/英寸（tpi）的情況，刀具必須以 8 轉(zhuǎn)/英寸或者 0.125 英寸/轉(zhuǎn)的進給速度前進。與普通車削應用（其中典型的進給速度大約為 0.012ipr）相比，螺紋車削的進給速度要高出 10 倍。螺紋加工刀片刀尖處的作用力可能要高 1001,000 倍。濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計24承受這種作用力的端部半徑一般為 0.015 英寸，而常規(guī)車削刀片的半徑為 0.032 英寸。對于螺紋加工刀片，該半徑受許可的螺紋形狀根部半徑（

63、其大小由相關(guān)螺紋標準規(guī)定）的嚴格限制。它還受所需要的切削動作限制，因為材料無法經(jīng)受普通車削中的剪切過程，否則會發(fā)生螺紋變形。切削力較高和作用力聚集范圍較窄導致的結(jié)果 是：螺紋加工刀片要承受比一般車刀高得多的應力。3.7.23.7.2 部分與全輪廓刀片的比較部分與全輪廓刀片的比較部分輪廓刀片，有時候被稱作“非加頂式”刀片，它在不給螺紋加頂或裝牙頂?shù)那闆r下切削螺紋溝槽。一把刀片可以產(chǎn)生一系列螺紋，直至最粗的節(jié)距即每英寸螺紋數(shù)最少處為止-這是刀片端部半徑強度許可的。這種端部半徑設(shè)計得足夠小，刀片可以加工各種節(jié)距。對于小節(jié)距，端部半徑會顯得尺寸過小。這意味著刀片必須穿透得深一些。例如，用一把部分輪廓刀

64、片加工一個 8tpi 的螺紋需要螺紋深度為 0.108 英寸，而用完全輪廓刀片產(chǎn)生的相同螺紋則只需要 0.81 英寸的指定深度。因此，全輪廓刀片可以產(chǎn)生強度更高的螺紋。此外，全輪廓刀片加工出螺紋的操作可以少 4 道。3.7.33.7.3 多齒刀片多齒刀片多齒刀片連續(xù)地帶有系列齒，任何齒在螺紋溝槽中切削的深度都要比它前面的一個齒更深。借助這些刀片，加工一個螺紋所需要的操作道數(shù)可以減少 80%。刀具壽命要遠遠長于單頂尖刀片，因為最終的齒只加工某個給定螺紋一半或三分之一的金屬。但是，由于它們存在較高的切削力，因此不提倡將這些刀片用于薄壁零件的加工-因為可能會產(chǎn)生顫振。此外，用這些刀片加工工件的結(jié)構(gòu)必

65、須具有足夠的螺紋間隙，以便所有齒退出切削。圖 3.2 多齒刀片，在一個系列中帶有多個齒，螺紋加工效率可能會提高，但切削力較高。濟源職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)設(shè)計253.7.43.7.4 每道進給每道進給每道的切削深度，或者說每道進給，在螺紋加工中是非常關(guān)鍵的。每個相連的操作道都要嚙合刀片切削刃較大部分。如果每道進給是恒定的（不推薦采用這種方式），則切削力和金屬去除率從上一道到下一道會劇烈增加。例如，在采用恒定的 0.010 英寸進給/道的速度加工一個 60 度螺紋形狀時，第二道去除的材料為第一道的 3 倍。與隨后每道操作一樣，去除的金屬量連續(xù)成指數(shù)上升。為了避免這種切除量增加并維持比較現(xiàn)實的切削力，切深

66、應該隨著各道操作而減少。3.7.53.7.5 橫切進給法橫切進給法盡管這可能是加工螺紋最常用的方法，但確是最不提倡采用的一種方法。由于刀具是徑向進給的（與工件中心線垂直），因此金屬從螺紋齒腹兩側(cè)去除，從而產(chǎn)生 V 形切屑。這種切屑很難斷裂，因此切屑流動是一個問題。此外，由于刀片端部兩側(cè)要承受較高的熱和壓力，因此刀具壽命通常比其他橫切進給法中要短。1) 齒腹橫切進給在這種方法中，橫切方向與螺紋齒腹之一平行，這一般意味著刀具沿 30 度直線進給。切屑與普通車削中產(chǎn)生的類似。（參見圖 3.4。）與徑向橫切相比，這種方法中產(chǎn)生的切屑比較容易成形，并且易于從切削刃中排出，熱擴散性更好。但是，在這種橫切進給法中，刀片后緣會摩擦齒腹而不會進行切削。這樣會燒傷螺紋，導致表面粗糙度很差，甚至發(fā)生顫振現(xiàn)象。2) 修改的齒腹橫切進給（推薦采用）這種方法與齒腹橫切進給法類似，不同的是橫切角度小于螺紋角度-即小于 30度。這種方法保留了齒腹橫切法的優(yōu)點，同時又避免了刀片后緣帶來的問題。291/2度的橫切角一般會產(chǎn)生最佳結(jié)果，但在現(xiàn)實操作中，25291/2 度范圍內(nèi)的橫切角都是可以接受的。圖 3.3 橫切進給方法