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1、沧州职业技术学院毕业设计 第 1 页 共 22 页 数控车床的编程与实例沧州职业技术学院毕业设计 第 2 页 共 22 页 一、前言 制造业是我国国民经济的支柱产业，其增加值约占我国国内生产总值的40%以 上，而先进的制造技术是振兴制造业系统工程的重要组成部分。21世纪是科学技术 突飞猛进、不断取得新突破的世纪，它是数控技术全面发展的时代。数控机床代表 一个民族制造工业现代化的水平，随着现代化科学技术的迅速发展，制造技术和自 动化水平的高低已成为衡量一个国家或地区经济发展水平的重要标志。 数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘 类等回转体零件。通过数控加工程序的运
2、行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成 形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。 车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序，提高加工精度和生产效率，特别适 合于复杂形状回转类零件的加工。 本文主要讨论的就是作为制造业的组成部分数控车床。主要内容有关于数控车 床的编程方法、编程的注意事项、加工工艺分析、刀具的选用、刀位轨迹计算。 下面就是本文的主题，关于数控车床的编程与实例。沧州职业技术学院毕业设计 第 3 页 共 22 页 二、数控机床（主要介绍数控车床） 2.1数控车床简介 数控车床即装备了数控系统的车床。由数控系统通过伺服驱动系统去控制各运 动部件的动作，主
3、要用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工，具有高精度、高效 率、高柔性化等综合特点，适合中小批量形状复杂零件的多品种、多规格生产。 数控车床按车削中心是在普通数控车床基础上发展起来的一种复合加工机床。 除具有一般二轴联动数控车床的各种车削功能外，车削中心的转塔刀架上有能使刀 具旋转的动力刀座，主轴具有按轮廓成形要求连续（不等速回转）运动和进行连续 精确分度的C轴功能，并能与X轴或Z轴联动，控制轴除X、Z、C轴之外，还可具 有Y轴。可进行端面和圆周上任意部位的钻削、铣削和攻螺纹等加工，在具有插补 功能的条件下，还可以实现各种曲面铣削加工。数控车床种类较多，但主体结构都 是由：车床主体、数控装置、伺
4、服系统三大部分组成。 2.2数控技术的发展趋势 随着数控技术的发展，数控车床的工艺和工序将更加复合化和集中化。即把各 种工序（如车、铣、钻等）都集中在一台数控车床上来完成。目前国际上出现的双 主轴结构就是这种构思的体现。 采用四轴三联动配置，线性轴X/Y/Z及旋转C轴，C轴绕主轴旋转。机床除具 备一般的车削功能外，还具备在零件的端面和外圆面上进行铣加工的功能。 双主轴、3刀塔的复合加工CNC车床可以同时连续对零部件进行车削、铣削加 工，只需进行一次装夹就可以完成对零部件的全加工。沧州职业技术学院毕业设计 第 4 页 共 22 页 三、数控机床的编程方法 3.1手工编程 由人工完成零件图样分析、
5、工艺处理、数值计算、书写程序清单直到程序的输 入和检验。适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件，不仅费时，而且编制复杂 零件还容易出错。 3.2自动编程 自动编程是用计算机把输入的零件图纸信息改写成数控机床能执行的数控加工 程序，也就是说数控编程的大部分工作由计算机来实现。 利用CAD或者CAM软件，实现造型及图象自动编程。其中典型的是Master CAM 软件，其可以完成铣削二坐标、三坐标、四坐标和五坐标、车削、线切割的编程， 这种软件功能单一，简单易学。沧州职业技术学院毕业设计 第 5 页 共 22 页 四、数控机床程序的编制 4.1数控编程的基本概念 编程就是将加工零件的加工顺序、刀具运
6、动轨迹的尺寸数据、工艺参数（主运 动和进给运动速度、切削深度）以及辅助操作（换刀、主轴正反转、冷却液开关、 刀具夹紧、松开等）加工信息，用规定的文字、数字、符号组成的代码，按一定格 式编写成加工程序。 4.2数控编程的步骤 数控编程是指从零件图纸到获得数控加工程序的全部工作过程。如图1所示， 编程工作主要包括： 图1 数控程序编制的内容及步骤 4.3数控车床程序的编制 数控车削加工包括内外圆柱面的车削加工、端面车削加工、钻孔加工、螺纹加 工、复杂外形轮廓回转面的车削加工等。 1.F功能：沧州职业技术学院毕业设计 第 6 页 共 22 页 F功能指令用于控制切削进给量。在程序中，有两种使用方法：
7、F后面的数字表 示的是主轴每转进给量，单位为mm/r；F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位 为 mm/min。 2. S功能： S后面的数字表示主轴转速，单位为r/min。S后面的数字表示的是最高转速： r/min。S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。 3. T功能： T功能指令用于选择加工所用刀具。T后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。 但也有T后面用四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具长度补偿号，又是刀尖 圆弧半径补偿号。 4. M功能： M00：程序暂停，可用NC启动命令（CYCLE START）使程序继续运行； M01：计划暂停，与M00作用相似，但M01可以用机床“任
8、选停止按钮”选择是 否有效； M03：主轴顺时针旋转； M04：主轴逆时针旋转； M05：主轴旋转停止； M08：冷却液开； M09：冷却液关； M30：程序停止，程序复位到起始位置。沧州职业技术学院毕业设计 第 7 页 共 22 页 五、数控刀具的选用 5.1 数控机床的刀具特点 切削刀具由传统的机械工具实现了向高科技产品的飞跃，刀具的切削性能有显 著的提高。切削技术由传统的切削工艺向创新制造工艺的飞跃，大大提高了切削加 工的效率。刀具工业由脱离使用、脱离用户的低级阶段向面向用户、面向使用的高 级阶段的飞跃，成为用户可利用的专业化的社会资源和合作伙伴。切削刀具从低值 易耗品过渡到全面进入“三
9、高一专（高效率、高精度、高可靠性和专用化）”的数 控刀具时代，实现了向高科技产品的飞跃。成为现代数控加工技术的关键技术。与 现代科学的发展紧密相连，是应用材料科学、制造科学、信息科学等领域的高科技 成果的结晶。 5.2 数控车削的刀具与选用 1、刀片形状的选择：正型（前角）刀片：对于内轮廓加工，小型机床加工，工 艺系统刚性较差和工件结构形状较复杂应优先选择正型刀片。负型（前角）刀片： 对于外圆加工，金属切除率高和加工条件较差时应优先选择负型刀片。 2、一般外圆车削常用80凸三角形、四方形和80 菱形刀片；仿形加工常用 55 、35 菱形和圆形刀片；在机床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工
10、应选择刀尖角较大的刀片，反之选择刀尖角较小的刀片。 3、前角的作用。大负前角用于：切削硬材料；需切削刃强度大，以适应断续切 削、切削含黑皮表面层的加工条件。 大正前角用于：切削软质材料易切削材料被加 工材料及机床刚性差时。 4、后角的作用：小后角用于：切削硬材料；需切削刃强度高时。大后角用于： 切削软材料；切削易加工硬化的材料。沧州职业技术学院毕业设计 第 8 页 共 22 页 5、主偏角的作用：大主偏角用于：切深小的精加工；切削细而长的工件；机床 刚性差时。小主偏角用于：工件硬度高，切削温度大时；大直径零件的粗加工；机 床刚性高时。 6、副偏角具有减少已加工表面与刀具摩擦的功能。一般为515
11、。 7、刃倾角是前刀面倾斜的角度。重切削时，切削开始点的刀尖上要承受很大的 冲击力，为防止刀尖受此力而发生脆性损伤，故需有刃倾角。推荐车削时为 35。沧州职业技术学院毕业设计 第 9 页 共 22 页 六、工艺分析方法 数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处，但在数控机床上 加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将机床的 运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序，这 就要求程序设计人员具有多方面的知识基础。合格的程序员首先是一个合格的工艺 人员，否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确、合理地编制 零件的加工程序
12、。 6.1零件图的工艺性分析 1、分析零件的几何要素 首先从零件图的分析中,了解工件的外形、结构,工件上须加工的部位,及其形状、 尺寸精度、和表面粗糙度；了解各加工部位之间的相对位置和尺寸精度；了解工件 材料及其它技术要求。从中找出工件经加工后，必须达到的主要加工尺寸和重要位 置尺寸精度。 2、分析了解工件的工艺基准 包括其外形尺寸、在工件上的位置、结构及其他部位的相对关系等。对于复杂 工件或较难辨工艺基准的零件图，尚需详细分析有关装配图，了解该零件的装配使 用要求，找准工件的工艺基准。 6.2切削用量的选择 1、确定合理切削用量的意义 数控加工时对同一加工过程选用不同的切削用量，会产生不同的
13、切削效果。合 理的切削用量应能保证工件的质量要求（如加工精度和表面粗糙度），在切削系统沧州职业技术学院毕业设计 第 10 页 共 22 页 强度、刚性允许的条件下充分利用机床功率，最大限度地发挥刀具的切削性能，并 保证刀具具有一定的使用寿命。 2、选择切削用量的一般原则 （1）粗车时切削用量的选择 粗车时一般以提高效率为主，兼顾经济性和加工成本。提高切削速度、加大进 给量和切削深度都能提高生产率。其中切削速度对刀具寿命的影响最大，切削深度 对刀具寿命的影响最小，所以考虑粗加工切削用量时首先应选择一个尽可能大的切 削深度，以减少进给次数，其次选择较大的进给速度，最后在刀具使用寿命和机床 功率允许
14、的条件下选择一个合理的切削速度。 （2）精车、半精车时切削用量的选择 精车和半精车的切削深度是根据零件加工精度和表面粗糙度要求及粗车后留下 的加工余量决定的，一般情况是一次去除余量。当零件精度要求较高时，通常留 0.2 0.4 mm （直径值）的精车余量。精车和半精车的切削深度较小，产生的切削 力也较小，所以可在保证表面粗糙度的情况下适当加大进给量。 3、如何选择切削用量 （1）切削用量一般可以根据刀具供应商所提供的刀具样本数据来确定，这是比 较快捷而稳妥的方法；也可以根据经验或试切来确定。 （2）查阅切削用量手册。 （3）生产实践经验。 4、关于螺纹车削的主轴转速 （1）数控车螺纹时，会受到
15、以下几方面的影响：沧州职业技术学院毕业设计 第 11 页 共 22 页 螺纹加工程序段中的导程值，相当于进给量f (mm / r)，如果将机床的主 轴转速选择过高，其换算后的进给速度 F(mm / min) 则必定大大超过正常值。 刀具在其位移过程的始 / 终，都将受到伺服驱动系统升 / 降频率和数控装 置插补运算速度的约束，由于升 /降频率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。 车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能而实现，即需要主轴编码器。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
16、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 螺纹产生乱纹（俗称“烂牙”）。 （2）鉴于上述原因，不同的数控系统车螺纹时推荐不同的主轴转速范围，大多 数经济型数控车床的数控系统推荐车螺纹时主轴转速如下： n1200 / P k 式中：P 被加工螺纹导程，mm；k 保险系数，一般为80。沧州职业技术学院毕业设计 第 12 页 共 22 页 七、工件的装夹和夹具选择 7.1夹具的分类 机床夹具的种类很多，按使用机床类型分类，可分为车床夹具、铣床夹具、钻 床夹具、镗床夹具、加工中心夹具和其他夹具等。按驱动夹具工作的动力源分类， 可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、电动夹具、磁力夹具和自夹紧夹具等。按 专门化程度可分为以下几种类型的夹具： 通用夹具是指已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹 具。如三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳和万能分度头等。这类夹具主要用于单件小 批生产。 专用夹具是指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具。结构紧凑，操 作方便，主要用于固定产品的大量生产。 组合夹具
