軸類零件數控車削工藝分析及數控加工編程.doc

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長 江 大 學 YANGTZE UEIVERSITY 專 科 生 畢 業(yè) 設 計（論文） （2012屆） 題 目 專 業(yè) 數控技術 學生姓名 李飛 指導教師 管志強（數控指導老師） 院校站點 長江大學繼續(xù)教育學院 2012年04月 軸類零件數控車削工藝分析及數控加工編程 摘 要 隨著數控技術的不斷發(fā)展和應用領域的擴大，數控加工技術對國計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，因為效率、質量是先進制造技術的主題。高速、高精加工技術可極大地提高效率，提高產品的質量和檔次，縮短生產周期和提高市場競爭能力。而對于數控加工，無論是手工編程還是自動編程，在編程前都要對所加工的零件進行工藝分析，擬定加工方案，選擇合適的刀具，確定切削用量，對一些工藝問題（如對刀點、加工路線等）也需要一些處理。并在加工過程掌握控制精度的方法，才能加工出合格的產品。 本文根據數控機床的特點，針對具體的零件，進行了工藝方案的分析，工裝方案的確定，刀具和切削用量的選擇，確定加工順序和加工路線。 關鍵詞 工藝分析 加工方案 進給路線 控制尺寸 目錄 摘 要.............................................................1 目 錄............................................................2 第一章 概 述.....................................................4 1.1國內外數控發(fā)展概況..........................................4 1.2數控技術發(fā)展趨勢.............................................5 1.2.1性能發(fā)展方向..........................................5 1.2.2功能的方向.............................................6 1.2.3體系結構的發(fā)展........................................6 1.3智能化新一代PCNC數控系統.....................................7 1.4數控車床的分類...............................................8 1.4.1按主軸配置形式分類.....................................9 1.4.2按功能分類.............................................9 1.4.3按加工工藝分類........................................10 1.4.4按控制運動軌跡分類....................................10 1.4.5按驅動裝置的特點分類..................................12 1.5數控設備的結構組成及工作原理................................13 1.5.1數控設備的組成........................................13 1.5.2數控設備的分類方法....................................14 1.6數控機床組成................................................15 1.6.1組成..................................................15 1.6.2特點..................................................15 第二章 工藝方案分析..............................................16 2.1 零件圖.....................................................16 2.2零件圖分析..................................................16 2.3確定加工方法................................................16 2.4確定加工方案................................................17 第三章 工件的裝夾.................................................18 3.1定位基準的選擇..............................................18 3.2定位基準選擇的原則..........................................18 3.3確定零件的定位基準..........................................18 3.4裝夾方式的選擇..............................................18 3.5數控車床常用裝夾方式........................................18 3.6確定合理的裝夾方式..........................................19 第四章 刀具及切削用量.............................................20 4.1選擇數控刀具的原則..........................................20 4.2選擇數控車削用刀具..........................................20 4.3設置刀點和換刀點............................................21 4.4確定切削用量................................................21 第五章 典型軸類零件加工........................................23 5.1 軸類零件加工的工藝分析.....................................23 5.2 典型軸類零件加工工藝.......................................25 5.3 手工編程...................................................28 第六章 數控車自動編程軟件CAXA介紹...............................32 6.1 CXXA數控車界面.............................................32 6.2 CAXA數控車進行造型設計.....................................32 6.3 CAXA數控車加工-CAM.........................................33 6.4 CAXA數控車加工類型.........................................33 第七章 結束語.....................................................34 第八章 致謝詞.....................................................35 參考文獻...........................................................36 第一章 概 述 1.1國內外數控發(fā)展概況 從１９５２年第一臺數控機床問世后，數控系統已經先后經歷了兩個階段和六代的發(fā)展，其六代是指電子管、晶體管、集成電路、小型計算機、微處理器和基于工控ＰＣ機的通用CNC系統。其中前三代為第一階段，稱作為硬件連接數控，簡稱ＮＣ系統；后三代為第二階段，乘坐計算機軟件數控，簡稱ＣＮＣ系統。 隨著計算機技術的高速發(fā)展，傳統的制造業(yè)開始了根本性變革，各工業(yè)發(fā)達國家投入巨資，對現代制造技術進行研究開發(fā)，提出了全新的制造模式。在現代制造系統中，數控技術是關鍵技術，它集微電子、計算機、信息處理、自動檢測、自動控制等高新技術于一體，具有高精度、高效率、柔性自動化等特點，對制造業(yè)實現柔性自動化、集成化、智能化起著舉足輕重的作用。目前，數控技術正在發(fā)生根本性變革，由專用型封閉式開環(huán)控制模式向通用型開放式實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式發(fā)展。在集成化基礎上，數控系統實現了超薄型、超小型化；在智能化基礎上，綜合了計算機、多媒體、模糊控制、神經網絡等多學科技術，數控系統實現了高速、高精、高效控制，加工過程中可以自動修正、調節(jié)與補償各項參數，實現了在線診斷和智能化故障處理；在網絡化基礎上，CAD/CAM與數控系統集成為一體，機床聯網，實現了中央集中控制的群控加工。 長期以來，我國的數控系統為傳統的封閉式體系結構，CNC只能作為非智能的機床運動控制器。加工過程變量根據經驗以固定參數形式事先設定，加工程序在實際加工前用手工方式或通過CAD/CAM及自動編程系統進行編制。CAD/CAM和CNC之間沒有反饋控制環(huán)節(jié)，整個制造過程中CNC只是一個封閉式的開環(huán)執(zhí)行機構。在復雜環(huán)境以及多變條件下，加工過程中的刀具組合、工件材料、主軸轉速、進給速率、刀具軌跡、切削深度、步長、加工余量等加工參數，無法在現場環(huán)境下根據外部干擾和隨機因素實時動態(tài)調整，更無法通過反饋控制環(huán)節(jié)隨機修正CAD/CAM中的設定量，因而影響CNC的工作效率和產品加工質量。由此可見，傳統CNC系統的這種固定程序控制模式和封閉式體系結構，限制了CNC向多變量智能化控制發(fā)展，已不適應日益復雜的制造過程，因此，對數控技術實行變革勢在必行。 1.2數控技術發(fā)展趨勢 1.2.1　性能發(fā)展方向 （1）高速高精高效化　速度、精度和效率是機械制造技術的關鍵性能指標。由于采用了高速CPU芯片、RISC芯片、多CPU控制系統以及帶高分辨率絕對式檢測元件的交流數字伺服系統，同時采取了改善機床動態(tài)、靜態(tài)特性等有效措施，機床的高速高精高效化已大大提高。 （2）柔性化　包含兩方面：數控系統本身的柔性，數控系統采用模塊化設計，功能覆蓋面大，可裁剪性強，便于滿足不同用戶的需求；群控系統的柔性，同一群控系統能依據不同生產流程的要求，使物料流和信息流自動進行動態(tài)調整，從而最大限度地發(fā)揮群控系統的效能。 （3）工藝復合性和多軸化　以減少工序、輔助時間為主要目的的復合加工，正朝著多軸、多系列控制功能方向發(fā)展。數控機床的工藝復合化是指工件在一臺機床上一次裝夾后，通過自動換刀、旋轉主軸頭或轉臺等各種措施，完成多工序、多表面的復合加工。數控技術軸，西門子880系統控制軸數可達24軸。 （4）實時智能化　早期的實時系統通常針對相對簡單的理想環(huán)境，其作用是如何調度任務，以確保任務在規(guī)定期限內完成。而人工智能則試圖用計算模型實現人類的各種智能行為?？茖W技術發(fā)展到今天，實時系統和人工智能相互結合，人工智能正向著具有實時響應的、更現實的領域發(fā)展，而實時系統也朝著具有智能行為的、更加復雜的應用發(fā)展，由此產生了實時智能控制這一新的領域。在數控技術領域，實時智能控制的研究和應用正沿著幾個主要分支發(fā)展：自適應控制、模糊控制、神經網絡控制、專家控制、學習控制、前饋控制等。例如在數控系統中配備編程專家系統、故障診斷專家系統、參數自動設定和刀具自動管理及補償等自適應調節(jié)系統，在高速加工時的綜合運動控制中引入提前預測和預算功能、動態(tài)前饋功能，在壓力、溫度、位置、速度控制等方面采用模糊控制，使數控系統的控制性能大大提高，從而達到最佳控制的目的。 1.2.2　功能發(fā)展方向 （1）用戶界面圖形化　用戶界面是數控系統與使用者之間的對話接口。由于不同用戶對界面的要求不同，因而開發(fā)用戶界面的工作量極大，用戶界面成為計算機軟件研制中最困難的部分之一。當前INTERNET、虛擬現實、科學計算可視化及多媒體等技術也對用戶界面提出了更高要求。圖形用戶界面極大地方便了非專業(yè)用戶的使用，人們可以通過窗口和菜單進行操作，便于藍圖編程和快速編程、三維彩色立體動態(tài)圖形顯示、圖形模擬、圖形動態(tài)跟蹤和仿真、不同方向的視圖和局部顯示比例縮放功能的實現。 （2）科學計算可視化　科學計算可視化可用于高效處理數據和解釋數據，使信息交流不再局限于用文字和語言表達，而可以直接使用圖形、圖像、動畫等可視信息。可視化技術與虛擬環(huán)境技術相結合，進一步拓寬了應用領域，如無圖紙設計、虛擬樣機技術等，這對縮短產品設計周期、提高產品質量、降低產品成本具有重要意義。在數控技術領域，可視化技術可用于CAD/CAM，如自動編程設計、參數自動設定、刀具補償和刀具管理數據的動態(tài)處理和顯示以及加工過程的可視化仿真演示等。 （3）插補和補償方式多樣化　多種插補方式如直線插補、圓弧插補、圓柱插補、空間橢圓曲面插補、螺紋插補、極坐標插補、2D+2螺旋插補、NANO插補、NURBS插補（非均勻有理B樣條插補）、樣條插補（A、B、C樣條）、多項式插補等。多種補償功能如間隙補償、垂直度補償、象限誤差補償、螺距和測量系統誤差補償、與速度相關的前饋補償、溫度補償、帶平滑接近和退出以及相反點計算的刀具半徑補償等。 （4）內裝高性能PLC　數控系統內裝高性能PLC控制模塊，可直接用梯形圖或高級語言編程，具有直觀的在線調試和在線幫助功能。編程工具中包含用于車床銑床的標準PLC用戶程序實例，用戶可在標準PLC用戶程序基礎上進行編輯修改，從而方便地建立自己的應用程序。 （5）多媒體技術應用　多媒體技術集計算機、聲像和通信技術于一體，使計算機具有綜合處理聲音、文字、圖像和視頻信息的能力。在數控技術領域，應用多媒體技術可以做到信息處理綜合化、智能化，在實時監(jiān)控系統和生產現場設備的故障診斷、生產過程參數監(jiān)測等方面有著重大的應用價值。 1.2.3　體系結構的發(fā)展 （1）集成化　采用高度集成化CPU、RISC芯片和大規(guī)模可編程集成電路FPGA、EPLD、CPLD以及專用集成電路ASIC芯片，可提高數控系統的集成度和軟硬件運行速度。應用FPD平板顯示技術，可提高顯示器性能。平板顯示器具有科技含量高、重量輕、體積小、功耗低、便于攜帶等優(yōu)點，可實現超大尺寸顯示，成為和CRT抗衡的新興顯示技術，是21世紀顯示技術的主流。應用先進封裝和互連技術，將半導體和表面安裝技術融為一體。通過提高集成電路密度、減少互連長度和數量來降低產品價格，改進性能，減小組件尺寸，提高系統的可靠性。 （2）模塊化　硬件模塊化易于實現數控系統的集成化和標準化。根據不同的功能需求，將基本模塊，如CPU、存儲器、位置伺服、PLC、輸入輸出接口、通訊等模塊，作成標準的系列化產品，通過積木方式進行功能裁剪和模塊數量的增減，構成不同檔次的數控系統。 （3）網絡化　機床聯網可進行遠程控制和無人化操作。通過機床聯網，可在任何一臺機床上對其它機床進行編程、設定、操作、運行，不同機床的畫面可同時顯示在每一臺機床的屏幕上。 （4）通用型開放式閉環(huán)控制模式　采用通用計算機組成總線式、模塊化、開放式、嵌入式體系結構，便于裁剪、擴展和升級，可組成不同檔次、不同類型、不同集成程度的數控系統。閉環(huán)控制模式是針對傳統的數控系統僅有的專用型單機封閉式開環(huán)控制模式提出的。由于制造過程是一個具有多變量控制和加工工藝綜合作用的復雜過程，包含諸如加工尺寸、形狀、振動、噪聲、溫度和熱變形等各種變化因素，因此，要實現加工過程的多目標優(yōu)化，必須采用多變量的閉環(huán)控制，在實時加工過程中動態(tài)調整加工過程變量。加工過程中采用開放式通用型實時動態(tài)全閉環(huán)控制模式，易于將計算機實時智能技術、網絡技術、多媒體技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數據管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，構成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系，從而實現集成化、智能化、網絡化。 1.3智能化新一代PCNC數控系統 當前開發(fā)研究適應于復雜制造過程的、具有閉環(huán)控制體系結構的、智能化新一代PCNC數控系統已成為可能。智能化新一代PCNC數控系統將計算機智能技術、網絡技術、CAD/CAM、伺服控制、自適應控制、動態(tài)數據管理及動態(tài)刀具補償、動態(tài)仿真等高新技術融于一體，形成嚴密的制造過程閉環(huán)控制體系。 1.4數控車床的分類 數控車床的品種和規(guī)格繁多，常用的數控車床有如下幾種： 1.4a）主軸平行于水平面 1.4b)主軸垂直于水平面 1.4c) 1.4d） 1.4a) 臥式數控車床 1.4b) 立式數控車床 1.4c) 全功能數控車床 1.4d) 數控車削中心 1. 4.1按主軸配置形式分類： 圖1.4a所示的數控車床，其主軸平行于水平面，適用于軸向尺寸較大或小型盤類零件的車削加工。這類數控車床被稱為臥式數控車床。 圖1.4b所示的數控車床，其主軸垂直于水平面，并有一個很大的圓形工作臺，供裝夾工件使用，適用于回轉直徑較大的盤類零件加工。這類數控車被稱為立式數控車床。 1.4.2按功能分類 圖1.4a、b所示的臥式、立式數控車床結構相對簡單，功能簡化，加工針對性強，加工精度適中，價格較低。這類車床主軸較多變頻調速，結構與普通車床相似。它們被稱為經濟型數控車床。 圖1.4c所示的全功能數控車床，其主軸為伺服驅動；一般采用后置轉塔式刀架，可裝刀具數量較多；采用傾斜車床結構，以利于排屑；數控系統強大，穩(wěn)定性、可靠性較好，適用于加工精度較高的零件。 圖1.4d所示的數控車削中心在全功能數控車床的基礎上，增加了C軸和動力頭；部分高級的數控車削中心還配有刀庫和自動換刀裝置，可實現三軸中任意兩軸的聯動控制。因此，除可進行車削外，還可以徑向和軸向銑削、曲面銑削。 1.4.3按加工工藝方法分類 ①金屬切削類數控機床 與傳統的車、銑、鉆、磨、齒輪加工相對應的數控機床有數控車床、數控銑床、數控鉆床、數控磨床、數控齒輪加工機床等。盡管這些數控機床在加工工藝方法上存在很大差別，具體的控制方式也各不相同，但機床的動作和運動都是數字化控制的，具有較高的生產率和自動化程度。 在普通數控機床加裝一個刀庫和換刀裝置就成為數控加工中心機床。加工中心機床進一步提高了普通數控機床的自動化程度和生產效率。例如銑、鏜、鉆加工中心，它是在數控銑床基礎上增加了一個容量較大的刀庫和自動換刀裝置形成的，工件一次裝夾后，可以對箱體零件的四面甚至五面大部分加工工序進行銑、鏜、鉆、擴、鉸以及攻螺紋等多工序加工，特別適合箱體類零件的加工。加工中心機床可以有效地避免由于工件多次安裝造成的定位誤差，減少了機床的臺數和占地面積，縮短了輔助時間，大大提高了生產效率和加工質量。 ②特種加工類數控機床 除了切削加工數控機床以外，數控技術也大量用于數控電火花線切割機床、數控電火花成型機床、數控等離子弧切割機床、數控火焰切割機床以及數控激光加工機床等。 ③板材加工類數控機床 常見的應用于金屬板材加工的數控機床有數控壓力機、數控剪板機和數控折彎機等。 近年來，其它機械設備中也大量采用了數控技術，如數控多坐標測量機、自動繪圖機及工業(yè)機器人等。 1.4.4 按控制運動軌跡分類 ①點位控制數控機床 位置的精確定位，在移動和定位過程中不進行任何加工。機床數控系統只控制行程終點的坐標值，不控制點與點之間的運動軌跡，因此幾個坐標軸之間的運動無任何聯系。可以幾個坐標同時向目標點運動，也可以各個坐標單獨依次運動。 這類數控機床主要有數控坐標鏜床、數控鉆床、數控沖床、數控點焊機等。點位控制數控機床的數控裝置稱為點位數控裝置。 ②直線控制數控機床 直線控制數控機床可控制刀具或工作臺以適當的進給速度，沿著平行于坐標軸的方向進行直線移動和切削加工，進給速度根據切削條件可在一定范圍內變化。 直線控制的簡易數控車床，只有兩個坐標軸，可加工階梯軸。直線控制的數控銑床，有三個坐標軸，可用于平面的銑削加工。現代組合機床采用數控進給伺服系統，驅動動力頭帶有多軸箱的軸向進給進行鉆鏜加工，它也可算是一種直線控制數控機床。 數控鏜銑床、加工中心等機床，它的各個坐標方向的進給運動的速度能在一定范圍內進行調整，兼有點位和直線控制加工的功能，這類機床應該稱為點位/直線控制的數控機床。 ③輪廓控制數控機床 輪廓控制數控機床能夠對兩個或兩個以上運動的位移及速度進行連續(xù)相關的控制，使合成的平面或空間的運動軌跡能滿足零件輪廓的要求。它不僅能控制機床移動部件的起點與終點坐標，而且能控制整個加工輪廓每一點的速度和位移，將工件加工成要求的輪廓形狀。 常用的數控車床、數控銑床、數控磨床就是典型的輪廓控制數控機床。數控火焰切割機、電火花加工機床以及數控繪圖機等也采用了輪廓控制系統。輪廓控制系統的結構要比點位/直線控系統更為復雜，在加工過程中需要不斷進行插補運算，然后進行相應的速度與位移控制。 現在計算機數控裝置的控制功能均由軟件實現，增加輪廓控制功能不會帶來成本的增加。因此，除少數專用控制系統外，現代計算機數控裝置都具有輪廓控制功能。 1.4.5按驅動裝置的特點分類 ①開環(huán)控制數控機床 這類控制的數控機床是其控制系統沒有位置檢測元件，伺服驅動部件通常為反應式步進電動機或混合式伺服步進電動機。數控系統每發(fā)出一個進給指令，經驅動電路功率放大后，驅動步進電機旋轉一個角度，再經過齒輪減速裝置帶動絲杠旋轉，通過絲杠螺母機構轉換為移動部件的直線位移。移動部件的移動速度與位移量是由輸入脈沖的頻率與脈沖數所決定的。此類數控機床的信息流是單向的，即進給脈沖發(fā)出去后，實際移動值不再反饋回來，所以稱為開環(huán)控制數控機床。 開環(huán)控制系統的數控機床結構簡單，成本較低。但是，系統對移動部件的實際位移量不進行監(jiān)測，也不能進行誤差校正。因此，步進電動機的失步、步距角誤差、齒輪與絲杠等傳動誤差都將影響被加工零件的精度。開環(huán)控制系統僅適用于加工精度要求不很高的中小型數控機床，特別是簡易經濟型數控機床。 ②閉環(huán)控制數控機床 接對工作臺的實際位移進行檢測，將測量的實際位移值反饋到數控裝置中，與輸入的指令位移值進行比較，用差值對機床進行控制，使移動部件按照實際需要的位移量運動，最終實現移動部件的精確運動和定位。從理論上講，閉環(huán)系統的運動精度主要取決于檢測裝置的檢測精度，也與傳動鏈的誤差無關，因此其控制精度高。圖1-3所示的為閉環(huán)控制數控機床的系統框圖。圖中A為速度傳感器、C為直線位移傳感器。當位移指令值發(fā)送到位置比較電路時，若工作臺沒有移動，則沒有反饋量，指令值使得伺服電動機轉動，通過A將速度反饋信號送到速度控制電路，通過C將工作臺實際位移量反饋回去，在位置比較電路中與位移指令值相比較，用比較后得到的差值進行位置控制，直至差值為零時為止。這類控制的數控機床，因把機床工作臺納入了控制環(huán)節(jié)，故稱為閉環(huán)控制數控機床。 閉環(huán)控制數控機床的定位精度高，但調試和維修都較困難，系統復雜，成本高。 ③半閉環(huán)控制數控機床 半閉環(huán)控制數控機床是在伺服電動機的軸或數控機床的傳動絲杠上裝有角位移電流檢測裝置（如光電編碼器等），通過檢測絲杠的轉角間接地檢測移動部件的實際位移，然后反饋到數控裝置中去，并對誤差進行修正。通過測速元件A和光電編碼盤B可間接檢測出伺服電動機的轉速，從而推算出工作臺的實際位移量，將此值與指令值進行比較，用差值來實現控制。由于工作臺沒有包括在控制回路中，因而稱為半閉環(huán)控制數控機床。 半閉環(huán)控制數控系統的調試比較方便，并且具有很好的穩(wěn)定性。目前大多將角度檢測裝置和伺服電動機設計成一體，這樣，使結構更加緊湊。 ④混合控制數控機床 將以上三類數控機床的特點結合起來，就形成了混合控制數控機床?；旌峡刂茢悼貦C床特別適用于大型或重型數控機床，因為大型或重型數控機床需要較高的進給速度與相當高的精度，其傳動鏈慣量與力矩大，如果只采用全閉環(huán)控制，機床傳動鏈和工作臺全部置于控制閉環(huán)中，閉環(huán)調試比較復雜?；旌峡刂葡到y又分為兩種形式： （1）開環(huán)補償型。它的基本控制選用步進電動機的開環(huán)伺服機構，另外附加一個校正電路。用裝在工作臺的直線位移測量元件的反饋信號校正機械系統的誤差。 （2）半閉環(huán)補償型。它是用半閉環(huán)控制方式取得高精度控制，再用裝在工作臺上的直線位移測量元件實現全閉環(huán)修正，以獲得高速度與高精度的統一。其中A是速度測量元件（如測速發(fā)電機），B是角度測量元件，C是直線位移測量元件。 1.5數控設備的結構組成及工作原理 1.5.1數控設備的組成 圖1.5.1a數控設備基本組成 1.5.2數控設備的分類方法： ①按伺服系統類型分類： ⑴開環(huán)伺服系統數控設備 ⑵閉環(huán)伺服系統數控機床 ⑶半閉環(huán)伺服系統數控機床 ②按工藝名稱分類： ⑴普通數控機床 ⑵數控加工中心 ⑶金屬成形類數控機床 ⑷數控特殊加工機床 ⑸其他類型數控設備 ③按聯動軸名稱分類： ⑴兩軸聯動數控設備 ⑵兩軸半聯動數控設備 ⑶三軸聯動 ⑷四軸聯動 ⑸五軸聯動 ④按設備性能分類： ⑴高檔 ⑵低檔 ⑶中檔 1.6數控車床的組成及特點 1.6.1組成: 數控車床主要由車床本體和數控系統兩大部分組成。車床主體由床身、主軸、導軌、刀架、冷卻裝置等組成。 1．床身—用于連接數控車床上的主要部件。 2．床鞍—支撐刀架在導軌上移動。 3．防護罩門—防止切削及工件飛出。 4．尾座—用于安裝頂尖或鉆頭等。 5.四位電動刀架—用于安裝車刀并根據程序指令換刀. 6.切削液噴嘴—將切削液注入切削區(qū). 7.主軸—帶動工件旋轉. 8.華中系統控制面板—通過面板上的按鍵輸入程序或控制數控車床各種方式的運動. 9.導軌—支撐床鞍和尾座的運動. 10.滾珠絲杠—將伺服電動機的旋轉運動轉化為刀架的移動. 1.6.2特點: 1．主軸轉速高 工件裝夾安全可靠，數控車床大都采用了液壓卡盤，夾緊力調整方便可靠，同時也降低了操作工人的勞動強度 2．可自動換刀 數控車床都采用了自動回轉刀架，在加工過程中，可自動換刀，連續(xù)完成多道工序的加工。 3．主進給運動分離數控車床的主傳動與進給運動采用了各自獨立的伺服電機，使傳動鍵變行簡單，可靠，同時各電機既可單獨運動，也可實現多軸聯動。 4．采用了全封閉或半封閉防護裝置，數控車床采用封閉防護裝置，可防止切削成切削液飛出，給操作者帶來意外傷害。 5．采用自動排屑裝置，數控車床大都采用斜身結構布展，排屑方便，便于自動排 第二章 工藝方案分析 2.1 零件圖 2.2零件圖分析 該零件表面由圓柱、逆圓弧、槽、螺紋、內孔、外螺紋等表面組成，尺寸標注完整，選用毛坯為45#鋼，Φ65mm125mm，無熱處理和硬度要求。 2.3確定加工方法 加工方法的選擇原則是保證加工表面的精度和表面粗糙度的要求，由于獲得同一級精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多，因而在實際選擇時，要結合零件的形狀、尺寸大小和形位公差等要求全面考慮。 圖上幾個精度較高的尺寸，因其公差值較小，所以編程時有取平均值，而取其基本尺寸。 通過以上數據分析，考慮加工的效率和加工的經濟性，最理想的加工方式為車削，考慮該零件為大量加工，股加工設備采用數控車床。 根據加工零件的外形和材料等條件，選用CJK6132數控機床。 2.4確定加工方案 零件上比較精密表面加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達到的。對這些表面僅僅根據質量要求選擇相應的最終加工方法是不夠的，還應正確的確定毛坯到最終成形的加工方案。 毛坯先夾持右端車右端輪廓95mm處，先用中心鉆打中心孔，再用Φ8的鉆頭鉆10mm的孔，再用Φ18的鉆頭擴孔，再用鏜刀鏜Φ19的孔，然后再車Φ40mm、R6的圓弧、Φ60mm和R45的圓弧。調頭加工Φ32mm、R4、R6的圓弧、Φ60mm的外輪廓，再切退刀槽，最后車M320.75的螺紋。 該典型軸加工順序為： 預備加工---車端面---鉆孔---鏜孔---粗車左端面輪廓---精車左端面輪廓---調頭---車端面---粗車輪廓---精車輪廓---退刀槽---粗車螺紋---精車螺紋。 第三章 工件的裝夾 3.1定位基準的選擇 在制定零件加工的工藝規(guī)程時，正確的選擇工件的定位的基準有著十分重要的意義。定位基準選擇的好壞，不僅影響零件加工的位置精度，而且對零件個表面的加工順序也有很大的影響。合理的選擇定位基準是保證零件加工精度的前提，還能簡化加工工序，提高加工效率。 3.2定位基準選擇的原則 1）基準重合原則。為了避免基準不重合誤差，方便編程，應選用工序基準作為定位基準，盡量使用工序基準，定位基準、編程原點三者統一。 2）便于裝夾的原則。所選的定位基準應能保證定位準確、可靠，定位夾緊簡單、易操作，敞開性好，能夠加工盡可能多的表面。 3）便于對刀的原則。批量加工時在工件坐標系已經確定的情況下，保證對刀的可能性和方便性。 3.3確定零件的定位基準 以左右端大端面為定位基準。 3.4裝夾方式的選擇 為了工件不至于在切削力的作用下發(fā)生位移，使其在加工過程始終保持正確的位置，需將工件壓緊壓牢。合理的選擇加緊方式十分重要，工件的裝夾不僅影響加工質量，而且對生產率，加工成本及操作安全都有直接影響。 3.5數控車床常用裝夾方式 1）在三爪自定心卡盤上裝夾。三爪自定心卡盤的三個爪是同步運動的，能自動定心，一般不需要找正。該卡盤裝夾工件方便、省時，但夾緊力小，適用于裝夾外形規(guī)則的中、小型工件。 2）在兩頂尖之間裝夾。對于尺寸較大或加工工序較多的軸類工件，為了保證每次裝夾時的裝夾精度，可用兩頂尖。該裝夾方式適用于多序加工或精加工。 3）用卡盤和頂尖裝夾。當車削質量較大的工件時要一端用卡盤夾住，另一端用后頂尖支撐。這種方式比較安全，能承受較大的切削力，安裝剛性好，軸向定位基準，應用較廣泛。 4）用心軸裝夾。當裝夾面為螺紋時再做個與之配合的螺紋進行裝夾，叫心軸裝夾。這種方式比較安全，能承受較大的切削力，安裝剛性好，軸向定位基準。 3.6確定合理的裝夾方式 裝夾方法：先用三爪自定心卡盤夾住右端，加工左端達到工件精度要求；再工件調頭，用三爪自定心卡盤夾住工件右端，在加工到工件精度要求。 第四章 刀具及切削用量 4.1選擇數控刀具的原則 刀具壽命與切削用量有密切的關系。在制定切削用量時，應首先選擇合理的刀具壽命，而合理的刀具壽命則應根據優(yōu)化的目標而定。一般分最高生產率刀具壽命和最低成本刀具壽命兩種，前者根據單件工時最少的目標確定，后者根據工序成本最低的目標確定。 選擇刀具壽命時可考慮如下幾點根據道具復雜程度、制造和磨刀成本來選擇。復雜和精度高的刀具壽命應選的比單刃刀具高些。對于機夾可轉位刀具，由于換刀時間短，為了充分發(fā)揮其切削性能，提高生產效率，刀具壽命可選的低些，一般取15-30min對于裝刀、換刀和調刀比較復雜的多刀機床、組合機床與自動化加工刀具，刀具壽命應選的高些，尤其保證刀具可靠性。車間內某一工序的生產率限制了整個車間的生產率的提高時，該工序的刀具壽命要選的低些，當某工序單位時間內所分擔到的全廠開支較大時，刀具壽命也應選的低些。大件精加工時，為保證至少完成一次走刀，避免切削時中途換刀，刀具壽命應按零件精度和表面粗糙度來定。與普通機床加工方法相比，數控加工對刀具提出了更高的要求，不僅需要剛性好、精度高，而求要求尺寸穩(wěn)定，耐用度高和排屑性能好，同時要求安裝和調整方便，這樣來滿足數控機床高效率的要求。數控機床上所選用的刀具常采用適應高速切削的刀具材料（如高速鋼、超細粒質硬質合金）并使用可轉位刀片。 4.2選擇數控車削用刀具 數控車削刀常用的一般分成型車刀、尖形車刀、圓弧形車刀三類。成型車刀也稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形狀和尺寸決定。數控車削加工中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋刀等。在數控加工中，應盡量少用或不用成型車刀。尖形車刀是以直線形切削刃為特征的車刀。這類車刀的刀尖由直線型主副切削刃構成，如90度內外圓車刀、左右端面車刀、切槽（切斷）車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內孔車刀。尖形車刀幾何參數（主要是幾何角度）的選擇方法與普通車削時基本相同，但應結合數控加工的特點（如加工路線、加工干涉等）進行全面考慮，并應兼顧刀尖本身的強度。 4.3設置對刀點和換刀點 刀具究竟從什么位置開始移動到指定的位置呢？所以在程序執(zhí)行的一開始，必須確定刀具在工件坐標系下開始運動的位置，這一位置即為程序執(zhí)行時刀具相對與工件運動的起點，所以稱程序起始點或起刀點。此起始點一般通過對刀來確定，所以，該點又稱對刀點。在編制程序時，要正確選擇對刀點的位置。對刀點設置原則是：便于數值處理和簡化程序編制。易于找正并在加工過程中便于檢查，引起的加工誤差小。對刀點可設置在加工零件上，也可以設置在夾具上或機床上，為了提高零件的加工精度，對刀點應盡量設置在零件的設計基準或工藝基準上。實際操作機床時，可以通過手工對刀操作把刀具的刀位點放到對刀點上，即“刀位點”與“對刀點”的重合，所謂“刀位點”是指刀具定位基準點，車刀的刀位點為刀尖或刀尖圓弧中心。用手動對到操作，對刀精度較低，且效率低。而有些工廠采用光學對刀鏡、對刀儀、自動對刀裝置等，以減少對刀時間，提高對刀精度。加工過程中需要換刀時，應規(guī)定換刀點。所謂“換刀點”時指刀架轉動換刀時的位置，換刀點應設在工件或夾具的外部，以換刀時不碰工件及其他部件為準。 4.4確定切削用量 數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并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。對于不同的加工方法，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(fā)揮刀具切削性能，保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮機床的性能，最大限度提高生產率，降低成本。 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、刀具壽命和加工質量。經濟有效的加工方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。 進給條件與刀具后面磨損關系在極小的范圍內產生。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，被切削材料產生硬化層，同樣會影響刀具的壽命。 用戶要根據被加工的材料、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上選定的。有規(guī)則的、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、表面質量、切削噪聲、加工熱量等有關。在確定加工條件時，需要根據實際情況進行研究。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。 第五章 典型軸類零件加工 5.1 軸類零件加工的工藝分析 （1）技術要求 軸類零件的技術要求主要是支承軸頸的徑向尺寸精度和形位精度，軸向一般要求不高。軸頸的直徑公差的等級通常為IT6-IT8，幾何形狀精度主要是圓度和圓柱度，一般要求是限制在直徑公差范圍之內。相互位置精度主要是同軸度和圓跳動；保證配合軸頸對于支承軸頸的同軸度，是軸類零件位置精度的普遍要求之一。圖為特殊零件，徑向和軸向公差和表面粗糙度要求較高。 （2） 毛坯選擇 軸類零件除光滑軸和直徑相差不大的階梯軸熱軋或冷拉圓棒料外，一般采用鍛件；發(fā)動機曲軸等一類軸件采用球墨鑄鐵鑄件比較多。如圖典型軸類直徑相差不大，采用直徑為65mm，材料為45鋼在鋸床上按130mm長度下料。 （3） 定位基準的選擇 軸類零件外圓表面、內孔、螺紋等表面的同軸度，以及端面對軸中心線的垂直度是其相互位置精度的主要項目，而這些表面的設計的設計基準一般都是軸中心線。用兩中心孔定位符合基準重合原則，并且能夠最大限度的再一次裝夾中加工出多個外圓表面和端面，因此常用中心孔作為軸加工的定位基準。 當不能采用中心孔時或粗加工是為了保證工作裝夾剛性，可采用軸的外圓表面作定位基準，或是以外圓表面和中心孔共同作為定位基準，能承受較大的切削力，但重復定位精度并不太高。 數控車削時，為了能用同一程序重復加工和工件調頭加工軸向尺寸的精確性，或為了端面余量均勻，工件軸向需要定位。采用中心孔定位時，中心孔尺寸及兩端中心孔間的距離要保持一致。以外圓定位時，則應采用三爪自定心卡盤反爪裝夾或采用限位支承，以工件端面或臺階面作為軸向定位基準。 （4） 軸類零件預備加工 車削之前常需要根據情況安排預備加工，內容通常有：毛坯出廠時或在運輸、保管過程中，或熱處理時常會發(fā)生彎曲變形。過量彎曲變形會造成加工余量不足或裝夾不可靠。因此在車削前需增加校直工序。 切斷棒料切得所需長度的坯料，切斷可在弓形鋸床、圓盤鋸床和帶鋸上進行，也可以在普通車床上切斷或在沖床上用沖模沖切。 （5） 熱處理工序 鑄、鍛件毛坯在粗車前應根據材質和技術要求正火或退火處理，以消除應力，改善組織和切削性能。性能要求較高的毛坯在粗加工后、精加工前應安排調質處理，一提高零件的綜合機械性能；對于硬度和耐磨性要求不高的零件，調質也常作為最終熱處理。相對運動的表面需在精加工前或后進行表面淬火處理或進行化學熱處理，以提高耐磨性。 （6） 加工工序劃分一般可按下列方法進行： ①刀具集中分序法 就是按所用刀具劃分工序，用同一把刀具加工完零件上所有可以完成部位。再用第二把刀、第三把完成他們可以完成的其他部位。這樣可以減少換刀次數，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差。 ②以加工部位分序法 對于加工內容很多的零件，可按其結構特點將加工部分分成幾個部分，如內形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工簡單幾何形狀，在加工復雜的幾何形狀；先加工精度較低的部位，再加工精度較高的部位。 ③以粗、精加工分序法 對于易發(fā)生加工變形的零件，由于粗加工后可能發(fā)生的變形而需要進行校形，故一般來說凡要進行粗、精加工的都要將工序分開。綜上所述，在劃分工序時，一定要視零件的結構和工藝性，機床的功能，零件數控加工內容的多少，安裝次數及本單位生產組織狀況靈活掌握。另建議采用工序集中的原則還是采用工序分散的原則，要根據實際情況來確定，但一定力求合理。 （7）在加工時，加工順序的安排應根據零件的結構和毛坯狀況，以及定位夾緊的需要來考慮，重點是零件的剛性不被破壞。順序一般應按下列原則進行： ①上道工序的加工不能影響下道工序的定位于加緊，中間穿插有通用機床加工工序的也要綜合考慮。 ②先進行內形、內腔加工工序，后進行外形加工工序。 ③以相同定位、夾緊方式或同一把刀加工的工序最好連接進行，以減少重復定位次數，換刀次數與挪動壓板次數。 ④在同一次安裝中進行的多道工序，應先安排對工件剛性破壞小的工序。 在數控車床上粗車、半精車分別用一個加工程序控制。工件調頭裝夾由程序中的M00或M01指令控制程序暫停，裝夾后按“循環(huán)啟動”繼續(xù)加工。 （8）走刀路線和對刀點的選擇 走刀路線包括切削加工軌跡，刀具運動切削起始點，刀具切入，切出并返回切削起始點或對刀點等非切削空行程軌跡。由于半精加工和精加工的走刀路線是沿其零件輪廓順序進行的，所以確定走刀路線主要在于規(guī)劃好粗加工及空行程的走刀路線。合理的確定對刀點，對刀點可以設在被加工零件上，但注意對刀點必須是基準位或已加工精加工過的部位，有時在第一道工序后對刀點被加工損壞，會導致第二道工序和之后的對刀點無從查找，因此在第一道工序對刀時注意要在與定位基準有相對固定尺寸關系的地方設立一個相對對刀位置，這樣可以根據他們之間的相對位置關系找回原對刀點。這個相對對刀位置通常設在機床工作臺或夾具上。 5.2 典型軸類零件加工工藝 （1）確定加工順序及進給路線 加工順序按粗到精、由遠到近（由左到右）的原則確定。工件左端加工：即從左到右進行外輪廓粗車（留0.5mm余量精車）,然后左到右進行外輪廓精車，然后鉆孔，車削內孔和圓弧。工件調頭，工件右端加工：粗車外輪廓，精車外輪廓，切退刀槽，最后螺紋粗加工，螺紋精加工。 （2）選擇刀具 ①車端面：選用硬質合金45度車刀，粗、精車一把刀完成。 ②粗、精車外圓：（因為程序選用G71循環(huán)，所以粗、精選用同一把刀）硬質合金90度放型車刀，Kr=90度，Kr’=60度；E=30度，（因為有圓弧輪廓）以防于零件輪廓發(fā)生干涉，如果有必要就用圖形來檢驗。 ③鉆孔：選用Ф16的硬質合金鉆頭。 ④鏜孔：選用90度硬質合金鏜刀。 ⑤車孔刀：選用55度的硬質合金刀 （3）選擇切削用量 表3-5切削用量選擇 主軸轉速S/(r/min) 進 給 量 F/(mm/r) 吃 刀 量 F/(mm/r) 背 吃 刀 量 ap/mm 粗車外圓 600 150 1.0 1.5 精車外圓 600 100 0.05 0.2 鉆孔 350 100 0.1 0 粗鏜孔 800 100 1.0 1.5 精車內孔 300 80 1.0 1.0 精鏜孔 900 100 0.05 0.2 外退刀槽 350 25 0.04 0.2 粗車外螺紋 100 0.75 0.1 0.4 精車外螺紋 150 0.75 0.05 0.1 數控刀具卡片 表3-1左端刀具卡片 產品名稱或代號 零件名 稱 典型軸 零件圖號 序號 刀具號 刀具規(guī)格名稱 數量 加工表面 備注 1 T01 硬質合金端面90度車刀 1 粗、精車端面 2 T04 內孔車刀 1 粗、精車內孔 3 尾座 硬質合金Ф18鉆頭 1 鉆孔 表3-2右端刀具卡片 產品名稱或代號 零件名 稱 典型軸 零件圖號 序號 刀具號 刀具規(guī)格名稱 數量 加工表面 備注 1 T01 硬質合金端面90度車刀 1 粗、精車端面 2 T02 硬質合金車槽刀 1 切槽 3 T03 60度硬質合金外螺紋車刀 1 切槽 4 T04 硬質合金55度內孔車刀 1 粗、精車內孔 用以上數據編制工藝卡如下： 表3-3 數控加工工藝卡 單位名稱 產品名稱或代號 零件名稱 零件圖號 典型軸 工序號 程序編號 夾具名稱 使用設備 車間 001 O0529 三爪自定心卡盤 CJK6132 數控車間 工步號 工步內容 刀具號 刀具規(guī)格 主軸轉速r/min 進給速度mm/r 背吃刀量mm 備注 1 車端面 T01 90度車刀 450 80 0 自動 2 粗車外輪廓 T01 90度車刀 800 100 0.2 自動 3 精車外輪廓 T01 90度車刀 900 80 0.1 自動 4 鉆孔 尾座 Ф18鉆頭 300 20 0 自動 5 切槽 T02 切槽刀 200 25 0 自動 工序號 程序編號 夾具名稱 使用設備 車間 002 O0528 三爪自定心卡盤 CJK6132 數控車間 工步號 工步內容 刀具號 刀具規(guī)格 主軸轉速r/min 進給速度mm/r 背吃刀量mm 備注 1 車端面 T01 90度車刀 450 80 0 手動 2 粗車外輪廓 T01 90度車刀 800 100 0.2 自動 3 精車外輪廓 T01 90度車刀 900 80 0.1 自動 4 切槽 T02 切槽刀 200 25 0 自動 5 粗車螺紋 T03 60度螺紋刀 100 0.75 0.2 自動 6 精車螺紋 T03 60度螺紋刀 100 0.75 0.1 自動 編制 審核 批準 年 月 日 共頁 第頁 5.3 手工編程 工件左端加工 O1234 %1234 T0101 M03S600 G00X70Z2 G71U2R5P1Q2X0.3Z0.2F150 N1G42G01X40Z0F80 Z-19 G02X26Z-25R6F60 G01X56 X60Z-27 Z-35 G02X60Z-85R45F60 G01X60Z-95 N2G40G00X70 G70P1Q2F80 G00X100 Z100 M05 T0404 M03S300 G00X19Z2 G71U2R1P3Q4F150 N3G41G01X23Z0 X19Z-2 Z-6 G03X11Z-10R4 N4G01X0F80 G70P3Q4F60 G00Z100 X100 M05 M30 第六章 數控車自動編程軟件CAXA介紹 數控編程分為手工編程和自動編程，自動編程是根據工件圖形和加工工藝采用專用軟件自動生成加工程序。CAXA數控車是國產自動編程軟件之一。 CAXA數控車具有全中文Windows界面，形象化的圖標菜單，全面的鼠標拖動功能，靈活方便的立即菜單參數調整功能，智能化的動態(tài)導航捕捉功能和多方位的信息提示等。CAXA數控車具有CAD軟件的強大繪圖功能和完善的外部數據接口，可以繪制任意復雜的二維圖形，通過數據接口與其他系統交換數據。CAXA數控車提供了功能強大、使用簡潔的軌跡生成手段，可按加工要求生成各種復雜圖形的加工軌跡。通用的后置處理模塊使CAXA數控車可以滿足各種機床的代碼格式，對生成的代碼進行校驗及加工仿真。將CAXA數控車同其他的專業(yè)制造軟件結合起來，將會滿足任何CAD／CAM的需求。 6.1 CAXA數控車界面 CAXA數控車基本應用界面由標題欄、菜單欄、繪圖區(qū)、工具條和狀態(tài)欄組成，如圖5—1所示。各種應用功能均通過菜單和工具條驅動，工具條中的每一