數控車床加工工藝
江蘇技術師範學院畢業論文
數控車床加工工藝
摘 要
數控技術及數控機床在當今機械製造業中的重要地位和巨大效益，顯示了其在國家基礎工業現代化中的戰略性作用，並已成為傳統機械製造工業提升改造和實現自動化、柔性化、集成化生產的重要手段和標誌。數控技術及數控機床的廣泛應用，給機械製造業的產業結構、產品種類和檔次以及生產方式帶來了革命性的變化。數控機床是現代加工車間最重要的裝備。它的發展是信息技術(1T)與製造技術(MT)結合發展的結果。現代的CAD/CAM，FMS，CIMS，敏捷製造和智能製造技術，都是建立在數控技術之上的。
數控機床是裝備製造業的工作母機，是實現製造技術和裝備現代化的基石是保證高新技術產業發展和國防軍工現代化的戰略裝備。在全球倡導綠色製造的大環境下，機床數控化改造成為了熱點。它包括普通機床的數控化改造和數控機床的升級。
本次設計內容介紹了數控加工的特點、加工工藝分析以及數控編程的一般步驟。並通過一定的實例詳細的介紹了數控加工工藝的分析方法。
關鍵字
數控技術，加工工藝，編程
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目 錄
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前 言
數控機床綜合了精密機械、電子、電力拖動、自動控制、自動檢測、故障診斷和計算機等多方面的技術，是典型的高精度、高效率及高柔性的機電一體化產品。數控機床在國內應用非常廣泛，數控車削加工是機械加工中最主要的數控加工方法之一。 以下將介紹有關相對應的內容。
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第1章 零件結構工藝分析、毛胚及加工定位基準的確定
1.1零件圖分析
在設計零件的加工工藝規程時，首先要對加工對象進行深入分析。對於數控車削加工應考慮以下幾方面:
1、構成零件輪廓的幾何條件
在車削加工中手工編程時，要計算每個節點座標;在自動編程時，要對構成零件輪廓所有幾何元素進行定義。因此在分析零件圖時應注意:
(1)零件圖上是否漏掉某尺寸，使其幾何條件不充分，影響到零件輪廓的構成;
(2)零件圖上的圖線位置是否模糊或尺寸標註不清，使編程無法下手;
(3)零件圖上給定的幾何條件是否不合理，造成數學處理困難。
(4)零件圖上尺寸標註方法應適應數控車床加工的特點，應以同一基準標註尺寸或直接給出座標尺寸。
2、尺寸精度要求
分析零件圖樣尺寸精度的要求，以判斷能否利用車削工藝達到，並確定控制尺寸精度的工藝方法。
在該項分析過程中，還可以同時進行一些尺寸的換算，如增量尺寸與絕對尺寸及尺寸鏈計算等。在利用數控車床車削零件時，常常對零件要求的尺寸取最大和最小極限尺寸的平均值作為編程的尺寸依據。
3、形狀和位置精度的要求
零件圖樣上給定的形狀和位置公差是保證零件精度的重要依據。加工時，要按照其要求確定零件的定位基準和測量基準，還可以根據數控車床的特殊需要進行一些技術性處理，以便有效的控制零件的形狀和位置精度。
、表面粗糙度要求 4
表面粗糙度是保證零件表面微觀精度的重要要求，也是合理選擇數控車床、刀具及確定切削用量的依據。
1.2工件的加工工藝分析
斷屑處理可採用改變刀具切削部分的幾何角度、增加斷屑器和通過編程技巧以滿足加工中的斷屑要求。
(1)連續進行間隔式暫停
對連續運動軌跡進行分段加工，每相鄰加工工段中間用G04指令功能將其隔
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開並設定較短的間隔時間(0.5s)。其分段多少，視斷屑要求而定。
(2)進、退刀交換安排
在鑽削深孔等加工中，可通過工序使鑽頭鑽入材料內一段並經短暫延時後，快速退出配件後在鑽入一段，並依次循環，以滿足斷屑、排洩的要求。
(3)進給方向的特殊安排
Z軸方向的進給運動在沿負軸方向走刀時，有時並不合理，甚至車壞工件。
1.3工件毛坯的確定
1、零件材料及其力學性能
零件的材料及其力學性能大致確定了毛坯的種類。例如鋼質零件若力學性能要求不太高且形狀不十分複雜時可選擇型材毛坯，但若要求較高的力學性能，則應選擇鍛件毛坯。
2、零件的結構形狀與外形尺寸
如形狀複雜的大型零件毛坯可採用砂型鑄造;一般用途的階梯軸，若各臺階直徑相差不大可用圓棒料，反之，則選擇鍛件毛坯較為合適;對於鍛件毛坯尺寸大的零件一般選擇自由鍛造，中小型零件可選擇模鍛。
1.4定位基準的選擇
定位基準包括粗基準和精基準。
粗基準:用未加工過的毛坯表面做基準。
精基準:用已加工過的表面做基準。
1、粗基準的選擇原則:
粗基準影響:位置精度、各加工表面的餘量大小(均勻,足夠,)。
重點考慮:如何保證各加工表面有足夠餘量，使不加工表面和加工表面間的尺寸、位置符合零件圖要求。
(1)合理分配加工餘量的原則
a、應保證各加工表面都有足夠的加工餘量:如外圓加工以軸線為基準;
b、以加工餘量小而均勻的重要表面為粗基準，以保證該表面加工餘量分佈均勻、表面質量高;如床身加工，先加工床腿再加工導軌面;
(2)保證零件加工表面相對於不加工表面具有一定位置精度的原則
一般應以非加工面做為粗基準，這樣可以保證不加工表面相對於加工表面具有較為精確的相對位置。當零件上有幾個不加工表面時，應選擇與加工面相對位置精度要求較高的不加工表面作粗基準。
2、精基準的選擇原則:
(1)基準重合的原則:定為基準與設計基準重合
(2)基準統一原則:
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儘量選用一組精基準定位，以此加工工件的大多數表面的工藝原則! (3)互為基準原則
當某些表面位置精度要求很高時，採用互為基準反覆加工的一種原則 (4)自為基準原則
當加工面的表面質量要求很高時，為保證加工面有很小的且均勻的餘量，常
用加工面本身作為基準進行加工的一種工藝原則!
(5)便於裝夾的原則
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第2章 擬定加工工藝路線、制定工序卡片
2.1工序的劃分
數控機床與普通機床加工相比較，加工工序更加集中，根據數控機床的加工特點，加工工序的劃分有以下幾種方式:
(1)根據裝夾定位劃分工序
這種方法一般適應於加工內容不多的工件，主要是將加工部位分為幾個部分，每道工序加工其中一部分。如加工外形時，以內腔夾緊;加工內腔時，以外形夾緊。
(2)按所用刀具劃分工序
為了減少換刀次數和空程時間，可以採用刀具集中的原則劃分工序，在一次裝夾中用一把刀完成可以加工的全部加工部位，然後再換第二把刀，加工其他部位。在專用數控機床或加工中心上大多采用這種方法。
(3)以粗、精加工劃分工序
對易產生加工變形的零件，考慮到工件的加工精度，變形等因素，可按粗、精加工分開的原則來劃分工序，即先粗後精。
在工序的劃分中，要根據工件的結構要求、工件的安裝方式、工件的加工工藝性、數控機床的性能以及工廠生產組織與治理等因素靈活把握，力求合理。
2.2加工順序的安排
加工順序的安排應根據工件的結構和毛坯狀況，選擇工件定位和安裝方式，重點保證工件的剛度不被破壞，儘量減少變形，因此加工順序的安排應遵循以下原則:
(1)上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊
(2)先加工工件的內腔後加工工件的外輪廓
(3)儘量減少重複定位與換刀次數
(4)在一次安裝加工多道工序中，先安排對工件剛性破壞較小的工序。
2.3控機床加工工序和加工路線的設計
數控機床加工工序設計的主要任務:確定工序的具體加工內容、切削用量、工藝裝備、定位安裝方式及刀具運動軌跡，為編制程序作好預備。其中加工路線的設定是很重要的環節，加工路線是刀具在切削加工過程中刀位點相對於工件的運動軌跡，它不僅包括加工工序的內容，也反映加工順序的安排，因而加工路線是編寫加工程序的重要依據。
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確定加工路線的原則
?加工路線應保證被加工工件的精度和表面粗糙度。
?設計加工路線要減少空行程時間，提高加工效率。
?簡化數值計算和減少程序段，降低編程工作量。
?據工件的外形、剛度、加工餘量、機床系統的剛度等情況，確定循環加工
次數。
?合理設計刀具的切入與切出的方向。採用單向趨近定位方法，避免傳動系
統反向間隙而產生的定位誤差。
2.4刀具的選擇
刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態下進行的。應根據機床的加工能力、工件材科的性能、加工工序切削用量以及其它相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是:安裝調整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，儘量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。
(1)選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸相適應。生產中，平面零件周邊輪廓的加工，常採用立銑刀;銑削平面時，應選硬質合金刀片銑刀，加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀;加工毛坯表面或粗加工孔時，可選取鑲硬質合金刀片的玉米銑刀;對一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常採用球頭銑刀、環形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。
(2)在進行自由曲面(模具)加工時，由於球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般採用頂端密距，故球頭常用於曲面的精加工。而平頭刀具在表面加工質量和切削效率方面都優於球頭刀，因此，只要在保證不過切的前提下，無論是曲面的粗加工還是精加工，都應優先選擇平頭刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關係極大，必須引起注意的是，在大多數情況下，選擇好的刀具雖然增加了刀具成本，但由此帶來的加工質量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。
(3)在加工中心上，各種刀具分別裝在刀庫上，按程序規定隨時進行選刀和按刀動作。因此必須採用標準刀柄，以便使鑽、鏜、擴、銑削等工序用的標準刀具迅速、準確地裝到機床主軸或刀庫上去。編程人員應瞭解機床上所用刀柄的結構尺寸、調整方法以及調整範圍，以便在編程時確定刀具的徑向和軸向尺寸。目前我國的加工中心採用TSG工具系統，其刀柄有直柄(3種規格)和錐柄(4種規格)2種，共包括16種不同用途的刀柄。
(4)在經濟型數控機床的加工過程中，由於刀具的刃磨、測量和更換多為人測量和更換多為人工手動進行，佔用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應遵循以下原則:?儘量減少刀具數量;?一把刀具裝夾後，應完成其所能進行的所有加工步驟;粗精加工的刀具應分開使
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用，即使是相同尺寸規格的刀具;?先銑後鑽;?先進行曲面精加工，後進行二維輪廓精加工;?在可能的情況下，應儘可能利用數控機床的自動換刀功能，以提高生產效率等。
2.5確定切削用量
1、確定主軸轉速
主軸轉速應根據允許的切削速度和工件(或刀具)直徑來選擇。其計算公式為:n=1000v/71D式中:v——切削速度，單位為m/m動，由刀具的耐用度決定;
N——主軸轉速，單位為r/min, D—工件直徑或刀具直徑，單位為mm。計算的主軸轉速n，最後要選取機床有的或較接近的轉速。
2、確定進給速度
進給速度是數控機床切削用量中的重要參數，主要根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質選取。最大進給速度受機床剛度和進給系統的性能限制。確定進給速度的原則:當工件的質量要求能夠得到保證時，為提高生產效率，可選擇較高的進給速度。一般在100一200mm/min範圍內選取;在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20一50mm/min範圍內選取;當加工精度，表面粗糙度要求高時，進給速度應選小些，一般在20--50mm/min範圍內選取;刀具空行程時，特別是遠距離"回零"時，可以設定該機床數控系統設定的最高進給速度。
3、確定背吃刀量
背吃刀量根據機床、工件和刀具的剛度來決定，在剛度允許的條件下，應儘可能使背吃刀量等於工件的加工餘量，這樣可以減少走刀次數，提高生產效率。為了保證加工表面質量，可留少量精加工餘量，一般0.2——0.5mm,總之，切削用量的具體數值應根據機床性能、相關的手冊並結合實際經驗用類比方法確定。同時，使主軸轉速、切削深度及進給速度三者能相互適應，以形成最佳切削用量。
切削用量不僅是在機床調整前必須確定的重要參數，而且其數值合理與否對加工質量、加工效率、生產成本等有著非常重要的影響。所謂"合理的"切削用量是指充分利用刀具切削性能和機床動力性能(功率、扭矩)，在保證質量的前提下，獲得高的生產率和低的加工成本的切削用量。
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第三章 確定加工餘量、工序尺寸和公差以及工藝尺寸鏈計算 3.1加工餘量的確定
確定加工餘量的方法有3種:分析計算法、經驗估算法和查表修正法。
(1)分析計算法
本方法是根據有關加工餘量計算公式和一定的試驗資料，對影響加工餘量的各項因素進行分析和綜合計算來確定加工餘量。用這種方法確定加工餘量比較經濟合理，但必須有比較全面和可靠的試驗資料。目前，只在材料十分貴重，以及軍工生產或少數大量生產的工廠中採用。
(2)經驗估算法
本方法是根據工廠的生產技術水平，依靠實際經驗確定加工餘量。為防止因餘量過小而產生廢品，經驗估計的數值總是偏大，這種方法常用於單件小批量生產。
(3)查表修正法
此法是根據各工廠長期的生產實踐與試驗研究所積累的有關加工餘量數據，製成各種表格並彙編成手冊，確定加工餘量時，查閱有關手冊，再結合本廠的實際情況進行適當修正後確定，目前此法應用較為普遍。
3.2確定工序尺寸及其公差
機械加工過程中，工件的尺寸在不斷地變化，由毛坯尺寸到工序尺寸，最後達到設計要求的尺寸。在這個變化過程中，加工表面本身的尺寸及各表面之間的尺寸都在不斷地變化，這種變化無論是在一個工序內部，還是在各個工序之間都有一定的內在聯繫。應用尺寸鏈理論去揭示它們之間的內在關係，掌握它們的變化規律是合理確定工序尺寸及其公差和計算各種工藝尺寸的基礎，尺寸鏈的計算方法有兩種:極值法與概率法。
極值法是從最壞情況出發來考慮問題的，即當所有增環都為最大極限尺寸而減環恰好都為最小極限尺寸，或所有增環都為最小極限尺寸而減環恰好都為最大極限尺寸，來計算封閉環的極限尺寸和公差。事實上，一批零件的實際尺寸是在公差帶範圍內變化的。在尺寸鏈中，所有增環不一定同時出現最大或最小極限尺寸，即使出現，此時所有減環也不一定同時出現最小或最大極限尺寸。概率法解尺寸鏈，主要用於裝配尺寸鏈。
1、極值法解工藝尺寸鏈的基本計算公式。
尺寸鏈的計算方法有兩種:極值法與概率法。極值法是從最壞情況出發來考慮問題的，即當所有增環都為最大極限尺寸而減環恰好都為最小極限尺
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寸，或所有增環都為最小極限尺寸而減環恰好都為最大極限尺寸，來計算封閉環的極限尺寸和公差。事實上，一批零件的實際尺寸是在公差帶範圍內變化的。在尺寸鏈中，所有增環不一定同時出現最大或最小極限尺寸，即使出現，此時所有減環也不一定同時出現最小或最大極限尺寸。概率法解尺寸鏈，主要用於裝配尺寸鏈，其計算方法在裝配中講授。這裡只介紹極值法解工藝尺寸鏈的基本計算公式。
(1)封閉環的基本尺寸
式中K為增環的環數，m為組成環的環數(下同)。
(2)封閉環的極限尺寸
=
=
(3)封閉環的極限偏差
ES ,
(4)封閉環的公差T
T,ES,EI,
(5)封閉環的平均尺寸L
L =
式中——增環的平均尺寸
——減環的平均尺寸。
組成環的平均尺寸
2、工序尺寸及其公差的確定
(1)基準重合時工序尺寸及公差的確定
當零件定位基準與設計基準(工序基準)重合時，零件工序尺寸及其公差的確定方法是:先根據零件的具體要求確定其加工工藝路線，再通過查表確定各道工序的加工餘量及其公差，然後計算出各工序尺寸及公差;計算順序是:先確定各工序餘量的基本尺寸，再由後往前逐個工序推算，即由工件
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上的設計尺寸開始，由最後一道工序向前工序推算直到毛坯尺寸。
(2)測量基準與設計基準不重合時工序尺寸及其公差的計算
在加工中，有時會遇到某些加工表面的設計尺寸不便測量，甚至無法測量的情況，為此需要在工件上另選一個容易測量的測量基準，通過對該測量尺寸的控制來間接保證原設計尺寸的精度。這就產生了測量基準與設計基準不重合時，測量尺寸及公差的計算問題。
(3)定位基準與設計基準不重合時工序尺寸計算
在零件加工過程中有時為方便定位或加工，選用不是設計基準的幾何要素作定位基準，在這種定位基準與設計基準不重合的情況下，需要通過尺寸換算，改注有關工序尺寸及公差，並按換算後的工序尺寸及公差加工。以保證零件的原設計要求。
(4)中間工序的工序尺寸及其公差的求解計算
在工件加工過程中，有時一個基面的加工會同時影響兩個設計尺寸的數值。這時，需要直接保證其中公差要求較嚴的一個設計尺寸，而另一設計尺寸需由該工序前面的某一中間工序的合理工序尺寸間接保證。為此，需要對中間工序尺寸進行計算。
(5)保證應有滲碳或滲氮層深度時工藝尺寸及其公差的計算
a)滲碳 b)磨外圓 c)尺寸鏈
零件滲碳或滲氮後，表面一般要經磨削保證尺寸精度，同時要求磨後保留有規定的滲層深度。這就要求進行滲碳或滲氮熱處理時按一定滲層深度及公差進行(用控制熱處理時間保證)，並對這一合理滲層深度及公差進行計算。
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第4章 數控編程
4.1數控車床的編程特點
數控車床是目前使用最廣泛的數控機床之一。數控車床主要用於加工軸類、盤類等迴轉體零件。通過數控加工程序的運行，可自動完成內外圓柱面、圓錐面、成形表面、螺紋和端面等工序的切削加工，並能進行車槽、鑽孔、擴孔、鉸孔等工作。車削中心可在一次裝夾中完成更多的加工工序，提高加工精度和生產效率，特別適合於複雜形狀迴轉類零件的加工。 由於這些零件的徑向尺寸，無論是測量尺寸還是圖紙尺寸，都是以直徑值來表示的，所以數控車床採用直徑編程方式，即規定用絕對值編程時，X為直徑值;用相對值編程時，則以刀具徑向實際位移量的二倍值為編程值。對於不同的數控車床、不同的數控系統，其編程基本上是相同的，個別有差異的地方，要參照具體機床的用戶手冊或編程手冊。 下面為一數控車床照片:數控車床是目前使用最廣泛的數控機床之一。數控車床主要用於加工軸類、盤類等迴轉體零件。通過數控加工程序的運行，可自動完成內外圓柱面、圓錐面、成形表面、螺紋和端面等工序的切削加工，並能進行車槽、鑽孔、擴孔、鉸孔等工作。車削中心可在一次裝夾中完成更多的加工工序，提高加工精度和生產效率，特別適合於複雜形狀迴轉類零件的加工。 由於這些零件的徑向尺寸，無論是測量尺寸還是圖紙尺寸，都是以直徑值來表示的，所以數控車床採用直徑編程方式，即規定用絕對值編程時，X為直徑值;用相對值編程時，則以刀具徑向實際位移量的二倍值為編程值。對於不同的數控車床、不同的數控系統，其編程基本上是相同的，個別有差異的地方，要參照具體機床的用戶手冊或編程手冊。圖4-1為一數控車床照片
圖4-1
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4.2數控車床的編程指令 G00 快速移動
G01 直線插補
G02 順時針圓弧插補 G03 逆時針圓弧插補 G04 暫停，精確停止 G17 選擇XY平面
G18 選擇ZX平面
G19 選擇YZ平面
G20 英制
G21 公制
G28 返回參考點
G40 取消刀具半徑補償 G41 刀具半徑左補償 G42 刀具半徑右補償 G43 刀具長度正向補償 G44 刀具長度負向補償 G49 取消刀具長度補償 G54---G59 工件座標系 G73 深孔轉削固定循環 G74 反螺紋攻絲固定循環 G76 精鏜固定循環 G80 取消固定循環 G81 鑽削固定循環 G82 鑽削固定循環 G83 深孔鑽削固定循環 G84 攻絲固定循環 G85 鏜削固定循環 G86 鏜削固定循環 G87 反鏜固定循環 G88 鏜削固定循環 G89 鏜削固定循環
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G90 絕對指令編程
G91 增量指令編程
G98 固定循環返回初始點
G99 固定循環返回R點
M00 程序停止
M01 有條件停止
M02 程序結束
M03 主軸正轉
M04 主軸反轉
M05 主軸停止
M06 換刀
M08 冷卻液開
M09 冷卻液關
M30 程序結束並返回程序頭
M98 調用子程序
M99 子程序結束返回,重複執行
4.3加工路線的確定
加工路線的確定首先必須保持被加工零件的尺寸精度和表面質量，其次考慮數值計算簡單、走刀路線儘量短、效率較高等。因精加工的進給路線基本上都是沿其零件輪廓順序進行的，因此確定進給路線的工作重點是確定粗加工及空行程的進給路線。下面將具體分析:
(1)加工路線與加工餘量的關係
在數控車床還未達到普及使用的條件下，一般應把毛坯件上過多的餘量，特別是含有鍛、鑄硬皮層的餘量安排在普通車床上加工。如必須用數控車床加工時，則要注意程序的靈活安排。安排一些子程序對餘量過多的部位先作一定的切削加工。
?對大餘量毛坯進行階梯切削時的加工路線
圖4-2所示為車削大餘量工件的兩種加工路線，圖(a)是錯誤的階梯切削路線，圖(b)按1?5的順序切削，每次切削所留餘量相等，是正確的階梯切削路線。因為在同樣背吃刀量的條件下，按圖(a)方式加工所剩的餘量過多。
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圖4-2
根據數控加工的特點，還可以放棄常用的階梯車削法，改用依次從軸向和徑向進刀、順工件毛坯輪廓走刀的路線(如圖4-3所示)
圖4-3
?分層切削時刀具的終止位置
當某表面的餘量較多需分層多次走刀切削時，從第二刀開始就要注意防止走刀到終點時切削深度的猛增。如圖4-4所示，設以90?主偏角刀分層車削外圓，合理的安排應是每一刀的切削終點依次提前一小段距離e(例如可取e=0.05?)。如果e=0，則每一刀都終止在同一軸向位置上，主切削刃就可能受到瞬時的重負荷衝擊。當刀具的主偏角大於90?，但仍然接近90?時，也宜作出層層遞退的安排，經驗表明，這對延長粗加工刀具的壽命是有利的。
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圖4-4
(2)刀具的切入、切出
在數控機床上進行加工時，要安排好刀具的切入、切出路線，儘量使刀具沿輪廓的切線方向切入、切出。
尤其是車螺紋時，必須設置升速段δ1和降速段δ2(如圖4-5)，這樣可避免因車刀升降而影響螺距的穩定。
圖4-5
(3)確定最短的空行程路線
確定最短的走刀路線，除了依靠大量的實踐經驗外，還應善於分析，必要時輔以一些簡單計算。現將實踐中的部分設計方法或思路介紹如下。
?巧用對刀點 圖4-6(a)為採用矩形循環方式進行粗車的一般情況示
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例。其起刀點A的設定是考慮到精車等加工過程中需方便地換刀，故設置在離坯料較遠的位置處，同時將起刀點與其對刀點重合在一起，按三刀粗車的走刀路線安排如下:
第一刀為 A?B?C?D?A
第二刀為 A?E?F?G?A
第三刀為 A?H?I?J?A
圖4-6(b)則是巧將起刀點與對刀點分離，並設於圖示B點位置，仍按相同的切削用量進行三刀粗車，其走刀路線安排如下:起刀點與對刀點分離的空行程為A?B
第一刀為 B?C?D?E?B
第二刀為 B?F?G?H?B
第三刀為 B?I?J?K?B
顯然，圖4-6(b)所示的走刀路線短。
圖4-6
?巧設換刀點
為了考慮換(轉)刀的方便和安全，有時將換(轉)刀點也設置在離坯件較遠的位置處(如圖4-6中A點)，那麼，當換第二把刀後，進行精車時的空行程路線必然也較長;如果將第二把刀的換刀點也設置在圖4-6(b)中的B點位置上，則可縮短空行程距離。
?合理安排"回零"路線 在手工編制較複雜輪廓的加工程序時，為使其計算過程儘量簡化，既不易出錯，又便於校核，編程者(特別是初學者)有時將每一刀加工完後的刀具終點通過執行"回零"(即返回對刀點)指令，使其全都返回到對刀點位置，然後再進行後續程序。這樣會增加走刀路線的距離，從而大大降低生產效率。因此，在合理安排"回零"路線時，應使其
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前一刀終點與後一刀起點間的距離儘量減短，或者為零，即可滿足走刀路線為最短的要求。
(4)確定最短的切削進給路線
切削進給路線短，可有效地提高生產效率，降低刀具損耗等。在安排粗加工
或半精加工的切削進給路線時，應同時兼顧到被加工零件的剛性及加工的工藝性等要求，不要顧此失彼。
圖4-7為粗車工件時幾種不同切削進給路線的安排示例。其中，圖4-7(a)表示利用數控系統具有的封閉式複合循環功能而控制車刀沿著工件輪廓進行走刀的路線;圖4-7(b)為利用其程序循環功能安排的"三角形"走刀路線;圖4-7(c)為利用其矩形循環功能而安排的"矩形"走刀路線。
圖4-7
對以上三種切削進給路線，經分析和判斷後可知矩形循環進給路線的走刀長度總和為最短。因此，在同等條件下，其切削所需時間(不含空行程)為最短，刀具的損耗小。另外，矩形循環加工的程序段格式較簡單，所以這種進給路線的安排，在制定加工方案時應用較多。
4.4零件及加工程序編制
1、機床和毛坯的選擇
這對配合件是典型的軸類零件，主要加工有內外圓柱面、外圓柱面、內而外螺紋、半橢圓面和圓弧面的加工，故選擇臥式高效數控車床即可完成所有加工面的加工要求。具體說，加工零件有粗精車外形、車槽、車螺紋、鏜內孔、車內槽、車內螺紋等工序。所需刀具不超過八把。故選擇國產CKG6132型臥式數控車床即可滿足上述要求。該機床規格為直徑460*500mm，X軸行程為225mm，Z軸行程為600mm，尾座體行程380mm，摧力為9000N，主軸轉速範圍為30,4000r/min。X/Z定位精度和重複定位精度分別為0.005mm和0.003mm。刀架容量是4把。數控系統為FANUC 0i。工件在依次裝夾中即可完成外圓、車槽、車螺紋、鏜孔等工步的加工。
毛坯零件尺寸為直徑35mm*100mm, 內孔毛坯零件直徑26mm*40mm.
圖4-8示例
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圖4-8
表4-1 刀具切削參數表
刀具規格 刀具加工內主軸進給速度 材號 容 轉速 類型 料 粗加工T0101 800 150mm/min 外輪廓 菱形刀
片 精加工硬T0202 1200 80mm/min 輪外廓 質
合粗鏜內T0303 800 100mm/min 金 輪廓 內孔鏜
刀 精鏜內T0404 1000 80mm/min 輪廓
T0505 車內槽 內車槽硬400 25mm/min
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刀 質
合60?內M24*1.5金 T0606 螺紋車600 1.5mm/min 內螺紋 刀
表4-2 零件的工藝路線
序號 工序內容
1 用1號刀進行G71毛坯固定循環，粗加工零件右端外輪廓 2 用1號刀進行G70固定循環，精加工零件右端外輪廓 3 掉頭夾毛坯，用1號刀進行G71粗加工零件左端外輪廓 4 用1號刀進行G70精加工件左端外形至最終尺寸 5 暫停，用直徑16的麻花鑽鑽一個直徑24mm*38mm的盲孔 6 用2號刀G71毛坯固定循環，粗加工件左端內孔 7 用2號刀G70固定循環，精加工左端內孔至尺寸 8 用2號刀車直徑21mm*4mm的內槽
9 用3號刀G76螺紋複合循環加工，M20*1.5內螺紋
A( X0,Z0 ) B( X24,Z-46 )
C( X26，Z0) D( X30，Z-1.5) E( X30，Z-20.5)
圖4-10左端各基點的座標值
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a( X24,Z-1) e( X21,Z-20)
b( X24,Z-6) f( X21,Z-24)
c( X20,Z-7) g( X16,Z-24)
d( X18,Z-7) h( X16,Z-30)
圖4-11左端各基點的座標值
2、手工編程程序(採用FANUC 0i系統編程)
表4-3程序表單
O0001 加工零件右端外輪廓主程序名 N10 T0101 換1號刀
N20 G90G00X100Z100 定位換刀點
N30 S800M03 主軸轉速800r/min,正轉 N40 G00X35Z2 循環始點
粗車固定循環:U:每次切深單邊N40 G71U1.0R0.5 1mm,R:退刀量單邊0.5mm
U:精加工餘量雙邊0.5mm，W:精加N60 G71P70Q80U0.5W0.1F150 工餘量0.1mm,F:粗車進給速度
150mm/min
N70 G01X30F80 進刀，精車進給量80mm/min N80 Z-46 刀具直線插補到B點 N90 G00X100 退刀
N100 Z100 會換刀點
N110 T0202 換2號刀
N120 S1000M03 主軸轉速1200r/min,正轉 N130 G00X35Z2 粗車固定循環起點 N140 G70P70Q80 精加工
N150 G00X100Z100 退刀
主軸轉速800r/min,正轉,進給速度N160 S800M03F150 150mm/min
N170 G00X32Z2 橢圓加工起點
N180 #150=30 最大切削餘量30mm N190 IF[#150LT1]GOTO220 毛坯餘量小於1，則跳轉到N220 N200 M98P0002 調用橢圓子程序 N210 #150=#150-2 背吃到量
N220 GOTO190 調製到190
N230 G00X35Z2 退刀
主軸轉速1200r/min,正轉,進給速度N240 S1200M03F80 80mm/min
N250 #150=0 毛坯餘量為0
N260 M98P0002 調用子程序精加工
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N270 GX100Z100 會換刀點
N280 M05 主軸停轉
N290 M30 程序結束
O0002 橢圓加工子程序名
N10 #101=30 長半軸
N20 #102=15 短半軸
N30 #103=30 起點至橢圓圓心的尺寸
是否走到Z軸終點，則執N40 IF[#103LT0.5]GOTO100 行N50程序段 N50 #104=SOR[#101*#101-#103*#103] 計算公式
N60 #105=15*#104/30 X軸變量
N70 G01X[2*#105+#150]Z[#103-30] 橢圓插補
N80 #103=#103-0.5 Z軸步距
N90 GOTO40 跳轉刀40
N100 G00X100Z100 退刀
N110 M99 子程序結束
O0003 加工左端外輪廓主程序名 N10 T0101 換1號刀
N20 G90G00X100Z100 回換刀點
N30 S800M03 主軸轉速800r/min,正轉 N40 G00X35Z2 粗車循環始點
粗車固定循環:U:每次切N50 G71U1.0R0.5 深單邊1mm,R:退刀量單邊
0.5mm
U:精加工餘量雙邊0.5mm，N60 G71P60Q110U0.5W0.1F150 W:精加工餘量0.1mm,F:
粗車進給速度150mm/min
進刀，精車進給量N70 G01X26F80 80mm/min
N80 Z0 C點
N90 X30Z-1.5 D點
N100 Z-20.5 E點
N110 G03X24Z-34R16 走圓弧
N120 G00X100Z100 退刀
N130 T0202 換2號刀
主軸轉速800r/min,正轉,N140 S1200M03F150 進給速度150mm/min N150 G70X35Z2 快速進刀
N160 G70P60Q110 精加工
N170 G00X100Z100 會換刀點
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N180 M05M30 主軸停轉，程序結束
O0004 左端內孔加工程序 N10 T0303 粗鏜孔刀 N20 G90G00X100Z100 會換刀點 N30 S800M03 主軸轉速800r/min,正轉 N40 G00X18Z2 粗車循環始點
粗車固定循環:U:每次切N50 G71U1.0R0.5 深單邊1mm,R:退刀量單邊
0.5mm
U:精加工餘量雙邊0.5mm，N60 G71P70Q150U0.5W0.1F100 W:精加工餘量0.1mm,F:
粗車進給速度150mm/min N70 G01X26F80 循環開始 N80 Z0 C點
N90 X24Z-1 a點
N100 Z-6 b點
N110 X20 c點
N120 X18Z-7 d點
N130 X21Z-24 f點
N140 X16 g點
N150 Z-30 h點
N160 G00X100Z100 會換刀點 N170 T0404 精鏜孔刀
主軸轉速800r/min,正轉,N180 S1200M03F150 進給速度150mm/min N190 G00X28Z1 精加工起點 N200 G70P70Q150 精加工
N210 G00X100Z100 會換刀點 N220 T0505 內切槽刀
主軸轉速600r/min,正轉，N230 S600M03F30 進給速度30mm/min N240 G00X18Z3 移至加工附近 N250 G01Z-24 車槽起點 N260 X21 進刀
N270 G04P300 暫停300ms N280 G01X18 退刀
N290 Z-20 進刀
N300 X21 退刀
N310 G04P300 暫停300ms N320 G01X18 退刀
N330 Z3
N340 G00X100Z100 會換刀點
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N350 T0606 車螺紋
主軸轉速1200r/min,正N360 S1200M03F30 轉，進給速度30mm/min N370 G00X18Z2 接近工件
1:精加工次數1次，01:N380 G76P10160Q80R0.1 0.1個導程，60:刀尖角度
60?，R:精加工餘量0.1
R:半徑差為0，P:牙高深N390 G76X20.05Z-22R0P975Q0.02L1.5 度0.975，Q:背吃刀量
0.02,L:螺紋螺距1.5 N400 G00Z100 退刀
N410 MO5 主軸停止
N420 M30 程序結束
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結 論
通過以上程序的數控車削加工，對數控車削加工的整個過程有了較為全面的瞭解。
通過本設計中選擇刀具，對數控機床工具系統的特點、數控機床刀具材料和使用範圍有了較深的瞭解，基本掌握了數控機床刀具的使用方法;經過設計加工方案，進一步瞭解了工件定位的基本原理、定位方式與定位元件及數控機床用夾具的種類與特點，對教材中有關定位基準的選擇原則與數控加工夾具的選擇方法有了更深的瞭解;經過編制零件的加工程序，基本熟悉數控編程的主要內容及步驟、編程的種類、程序結構與格式，對數控編程前數學處理內容、基點座標、輔助程序段的數值計算有了進一步的認識。另外，工藝設計、數值計算及程序編制的過程比較繁重，設計過程當中自己不斷學習和實踐，每解決一個問題，都會感到不盡的喜悅和興奮。
通過本設計的實踐，真切體會到理論必須和生產實踐結合。教材中所學到的許多內容在實踐中得到可印證，但在具體操作中也出現了一些意向不到的事情，在工藝方案確定後，加工程序也經過多次試調、修改才最終完成了零件的加工。看到自己加工出合格的零件，對自己所學的專業更加充滿信心。
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致 謝
經過一個月的忙碌和工作，本文在朱桂生老師精心指導和大力支持下完成的。朱老師以其嚴謹求實的治學態度，高度的敬業精神，兢兢業業，孜孜以求的工作作風和大膽創新的進取精神對我產生重要影響。他淵博的知識，開闊的視野和敏銳的思維給了我深深的啟迪。同時，在此次畢業設計過程中，我也學到了許多關於機械方面的知識，實踐技能由了很大的提高。
作為一個專科生的畢業論文，由於經驗的匱乏，難免由許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。特別他多次詢問寫作指導，併為我指點迷津幫助我開拓思路，精心點撥，熱忱鼓勵。他嚴肅的教學態度，嚴謹的治學精神，精益求精的工作作風深深的感染和激勵著我，並將積極影響我以後的學習和工作正是由於他，我才能在各方面取得顯著的進步，在此向他表示我由衷的謝意，並祝朱老師培養出越來越多的優秀人才，桃李滿天下～
此外，我還感謝在大學三年幫助我的人，感謝數字製造化學院各位老師在學習上的點撥，同時我也要感謝在論文寫作過程中，幫助過我、並且共同奮鬥三年的大學同學們，能夠順利完成論文，是因為有你們。
在論文完成之際，我的心情分外舒暢，從開始到結束，有多少朋友、師長給了我無言的幫助。在此，請接受我誠摯的謝意。最後我 還要感謝培養我長大含辛茹苦的父母，謝謝你們～
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參考文獻
[1]數控技術畢業設計指導.楊良根.吳青松.何世松主編.北京:北京理工大學出版社.2009. [2]數控加工工藝.龐浩.李文星主編.北京:北京理工大學出版社.2007. [3]數控加工技術基礎.韓志宏、揭曉主編.北京:電子工業出版社.2007. [4]模具數控加工技術.劉志宏主編.大連:理工大學出版社.2007. [5]數控編程.劉立、丁輝主編.北京:北京理工大學出版社.2007. [6]機械CAD/CAM應用技術.楊兵主編.北京:冶金工業出版社.2008. [7]機械製造(2008版).劉謹主編.北京:機械工業出版社，2008. [8] 數控技術原理及應用.李恩林主編.北京:國防工業出版社.2008重印. [9] 共差配和與量測實訓.任曉莉、鍾建華主編.北京:北京理工大學出版社.2007.(2008
重印)
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