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1、第一章 数控加工艺方案的确定 确定典型零件的工艺要求、加工工件的批量，拟定数控车床应具有的功能是做好前 期准备，合理选用数控车床的前提条件是满足典型零件的工艺要求，典型零件的工艺要 求主要是零件的结构尺寸、加工范围和精度要求。根据精度要求，即工件的尺寸精度、 定位精度和表面粗糙度的要求来选择数控车床的控制精度。 根据可靠性来选择，可靠性 是提高产品质量和生产效率的保证。数控机床的可靠性是指机床在规定条件下执行其功 能时，长时间稳定运行而不出故障。即平均无故障时间长，即使出了故障，短时间内能 恢复，重新投入使用。选择结构合理、制造精良，并已批量生产的机床。一般，用户越 多，数控系统的可靠性越高。
2、 在数控机床上加工零件时，一般有两种情况。 第一种情况：有零件图样和毛坯，要选择适合加工该零件的数控机床。 第二种情况：已经有了数控机床，要选择适合在该机床上加工的零件。无论哪种情况， 考虑的因素主要有，毛坯的材料和类、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、 零件数量、热处理要求等。 概括起来有三点：1、要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品。 2、有利于提高生产率。 3、尽可能降低生产成本(加工费用)。 11 数控加工零件工艺性分析 111 零件图工艺分析 图 1-1 零件图形 该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸 有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要
3、求；球面 S48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。 1、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。 2、在轮廓曲线上，有三处为圆弧，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。 3、为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分（双点画线部分） ，右端面也应先粗车 出并钻好中心孔。毛坯选 55x150mm 45 号钢。 1.1.2 选择设备 根据被加工零件的外形和材料等条件，选用 TND360
4、 数控车床。 1.2 加工方法的选择与加工方案的确定 1.2.1 加工方法的选择 1、 确定零件的定位基准和装夹方式 （1）定位基准 确定坯料轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。 （2）装夹方法 左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，右端采用活动顶尖支承的装夹方式。 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 0.25精车余量） ，然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。 TND360 数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系 统就会自动确定其进给路线，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
5、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精车进给 (见附录 3)。 3、切削用量选择 （1）背吃刀量的选择 轮廓粗车循环时选 ap=3 ，精车 ap=0.25；螺纹粗车时选 ap= 0.4 ，逐刀减少，精车 ap=0.1。 （2）主轴转速的选择 车直线和圆弧时，选粗车切削速度 vc=90m/min、精车切削速度 vc=120m/min，然后利用公式 vc=dn/1000 计算主轴转速 n（粗车直径 D=60 ，精车工 件直径取平均值）：粗车 500r/min、精车 1200 r/min。车螺纹时，计算得主轴转速 n =320 r/min. （3）进给速度的选择 选
6、择粗车、精车每转进给量，再根据加工的实际情况确定粗车 每转进给量为 0.4/r，精车每转进给量为 0.15/r，最后根据公式 vf = nf 计算粗车、 精车进给速度分别为 200 /min 和 180 /min。 综合前面分析的各项内容，并将其填入数控加工工艺卡片中。此表是编制加工程序的主 要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。主要内容包括：工步顺序、 工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。 1.2.2 加工方案确定的原则 零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对 这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正确地确定从毛坯
7、 到最终成形的加工方案。 确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达 到这些要求所需要的加工方法。例如，对于孔径不大的 IT7 级精度的孔，最终加工方法 取精铰时，则精铰孔前通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。 第二章 刀具的选择及对刀点的位置 2.1 刀具的选择 与普通机床相比，数控加工时对刀具提出了更高的要求，不仅要求刚性好、精度高， 而且要求尺寸稳定、耐用度高、断屑和排屑性能好，同时要求安装调整方便，满足数控 机床的高效率。 1.粗车时，要选强度高、耐用度好的刀具，以便满足粗车时大背吃刀量、大进给量的 要求。 2.精车时，要选精度高、耐用度好的刀具，以保证加
8、工精度的要求。 3.为减少换刀时间和方便对刀，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。 使用的 1 号刀为大偏角刀，分别用来车削端面，外圆及圆弧，采用较大的副偏角， 可以避免连圆弧时产生过切现象，但是在两种方案中，方案一中间连续的圆弧在一次车 削中完成，能保证圆弧的光滑连接、方案二中间连续的圆弧通过调头车削来完成，接刀 处会产生明显的接刀痕迹，相比方案一有所欠缺。4 号刀为镗刀，用于内孔的加工，由于 工件的孔较深，且直径小，对于镗刀的要求较高，故采用了切削刃口（刀夹）位置在镗 杆直径为 1/2 处这样处理，可增大镗杆的直径，从而提高镗刀的刚性。2 号刀外螺纹刀、 3 号刀切槽刀，5 号刀为尖刀是由 1 号
9、刀改造过来的其它方案相同。 2.2 对刀点、换刀点的确定 在编程时，应正确地选择“对刀点”和“换刀点”的位置。“对刀点”就是在数控 机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开始执行，所以对 刀点又称为“程序起点”或“起刀点”。 对刀点的选择原则是：便于用数字处理和简化程序编制；在机床上找正容易，加工 中便于检查；引起的加工误差小。 对刀点可选在工件上，也可选在工件外面(如选在夹具上或机床上)但必须与零件的 定位基准有一定的尺寸关系。 为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位 的工件，可选孔的中心作为对刀点。刀具的位置则以此孔来找正，使“刀位点
10、”与“对 刀点”重合。工厂常用的找正方法是将千分表装在机床主轴上，然后转动机床主轴，以 使“刀位点”与对刀点一致。一致性越好，对刀精度越高。所谓“刀位点”是指车刀、 镗刀的刀尖；螺纹刀的刀尖；切槽刀的两端；尖刀的刀尖。 零件安装后工件坐标系与机床坐标系就有了确定的尺寸关系。在工件坐标系设定后， 从对刀点开始的第一个程序段的坐标值；为对刀点在机床坐标系中的坐标值为(X0，Y0)。 当按绝对值编程时，不管对刀点和工件原点是否重合，都是 X2、Y2；当按增量值编程时， 对刀点与工件原点重合时，第一个程序段的坐标值是 X2、Y2，不重合时，则为(X1 十 X2)、 Y1+ Y2)。 对刀点既是程序的起
11、点，也是程序的终点。因此在成批生产中要考虑对刀点的重复 精度，该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值(X0，Y0)来校核，在本零件加工对刀点 说明下。 所谓“机床原点”是指机床上一个固定不变的极限点。例如，对车床而言，是指车 床主轴回转中心与车头卡盘端面的交点。 加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是佰刀架转位换刀时的位 置。该点可以是某一固定点(如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的)，也可以 是任意的一点(如车床)。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其 它部件为准。其设定值可用实际测量方法或计算确定。 1、常用装夹方法 （1）在三爪自动定心卡盘装夹 三爪自
12、动定心卡盘的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，一般不需要找正。三爪 自动定心卡盘装夹工件方便、省时、自动定心好，但夹紧力小，适用于装夹外型规则的 中、小型工件。三爪自动定心卡盘可装成正爪或反爪两种形式。反爪用来装夹直径较大 的零件。 数控车床多采用三爪自动定心卡盘夹持工件，轴类工件还可使用尾坐顶尖工作。如 果主轴转速较高，为便于工件夹紧， 多采用液压高速动力卡盘。 （2）在两顶尖之间装夹 对于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为保证每次装夹时的装夹精度，可 用两顶尖装夹。两顶尖装夹方便， 不需要找正，装夹精度高。但必须在工件的两端面钻出中心孔。 该装夹方式适用于多工序加工或精加工。 2、对
13、刀有关的概念和对刀方法 （1）刀位点：代表刀具的基准点，也是对刀时的注视点，一般是刀具上的一点。 （2）起刀点：起刀点是刀具相对与工件运动的起点，即零件加工程序开始时刀位点 的起始位置，而且往往还是程序的运行的终点。 （3）对刀点与对刀：对刀点是用来确定刀具与工件的相对位置关系的点，是确定工 件坐标系与机床坐标系的关系的点。对刀就是将刀具的刀位点置于对刀点上，以便建立 工件坐标系。 （4）对刀基准（点）：对刀时为确定对刀点的位置所依据的基准，该基可以是点、 线、面，它可以设在工件上或夹具上或机床上。 （5）对刀参考点：是用来代表刀架、刀台或刀盘在机床坐标系内的位置的参考点， 也称刀架中心或刀具
14、参考点。 （6）换刀点：数控程序中指定用于换刀的位置点。换刀点的位置应避免与工件、夹 具和机床干涉。 （7）对刀方法：主要有试切对刀、机外对刀仪对刀、ACT 对刀等. 第三章 编制加工工艺卡 产品名称或代号零件名称零件图号 单位名称 xxx xxx 典型零件 xxx 工序号 程序编 号 夹具名称使用设备车间 0001 三爪卡盘360 数控车床数控中心 工卡号工卡内容刀具刀具规格 主轴转速 进给速 度 背吃刀 量 备注 1 平端面 T0125x25500 手动 2 粗车外部轮廓 T0125x2510002003 自动 3 精车外部轮廓 T0125x2510001800.25 自动 4 车螺纹 T
15、0225x255009600.4 自动 5 切槽 T0325x255009600.1 自动 6 尖刀粗车轮廓 T0125x258002001 自动 7 尖刀精车轮廓 T0125x258001800.25 自动 8 粗车内轮廓 T0425x255001003 自动 9 精车内轮廓 T0425x255001000.25 自动 编制 xxx 单位 xxx 批准年月日共 页第 页 表 3-1 加工工艺卡 第四章 编制加工工序卡 见附本(一) 工序号 1 工序名称粗车外圆刀具号 T0101 表 4-1 工序 号 2 工序名称精车外圆刀具号 T0101 表 4-2 工序号 3 工序名称车螺纹刀具号 T02
16、02 表 4-3 工序号 4 工序名称切槽刀具号 T0303 表 4-4 工序号 5 工序名称粗车右端外圆刀具号 T0101 表 4-5 工序号 6 工序名称精车外圆刀具号 T0105 工序号 7 工序名称粗车镗孔刀具号 T0404 表 4-6 表 4-7 工序号 8 工序名称精车镗孔 刀具号 T0404 表 4-8 第五章 数值计算 根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数控系统所需要 的输入数据，称为数控加工的数值计算。具体地说，数值计算就是计算出零件轮廓上或 刀具中轨迹上一些点的坐标数据。 5.1 计算各节点相对位置坐标值 如图 5-1，圆O1 与 O 的切点为 B，圆 O 与圆 O2 的切点为 A，过 A 点作圆 O1O2 的共 切线在直线 L 上，直线斜率为 k，已知 r=9,r2=24,分别设点的坐标为 A（x1,y1） 、O(x,y)、 B(x2,y2) 则有如下关系式： 图 5-1 x= 由式可得 则 k= 又因为 l，所以：
