数控车床零件加工毕业设计论文

盐城工业职业技术学院毕业设计（论文）

盐城工业职业技术学院毕业设计（论文）

数控车床零件加工

凌杰

班级数控1201

专业机械设计与制造

所在系机电工程系

指导老师贲能军

完成时间2015年12月10日至2015年6月16日

摘要

在车床上，利用工件的旋转运动和刀具的直线运动或曲线运动来改变毛坯的形状和尺寸，把它加工成符合图纸的要求。

车削加工是在车床上利用工件相对于刀具旋转对工件进行切削加工的方法。车削加工的切削能主要由工件而不是刀具提供。车削是最基本、最常见的切削加工方法，在生产中占有十分重要的地位。车削适于加工回转表面，大部分具有回转表面的工件都可以用车削方法加工，如内外圆柱面、内外圆锥面、端面、沟槽、螺纹和回转成形面等，所用刀具主要是车刀。

在各类金属切削机床中，车床是应用最广泛的一类，约占机床总数的50%。车床既可用车刀对工件进行车削加工，又可用钻头、铰刀、丝锥和滚花刀进行钻孔、铰孔、攻螺纹和滚花等操作。按工艺特点、布局形式和结构特性等的不同，车床可以分为卧式车床、落地车床、立式车床、转塔车床以及仿形车床等，其中大部分为卧式车床。

数控车削加工是现代制造技术的典型代表，在制造业的各个领域如航天、汽车、模具、精密机械、家用电器等各个行业有着日益广泛的应用，已成为这些行业不可或缺的加工手段。

为了子数控机床上加工出合格的零件，首先需根据零件图纸的精度和计算要求等，分析确定零件的工艺过程、工艺参数等内容，用规定的数控编程代码和格式编制出合适的数控加工程序。编程必须注意具体的数控系统或机床，应该严格按机床编程手册中的规定进行程序编制。但从数控加工内容的本质上讲，各数控系统的各项指令都是应实际加工工艺要求而设定的。

关键词：车削加工；刀具；零件的工艺过程；程序编制

目录

摘要 (2)

一、数控机床简介 (4)

二、数控激光的概念 (6)

三、数控机床的特点 (7)

四、数控车削加工 (9)

五、数控车床加工程序编制 (10)

六、数控车床的组成和基本原理 (11)

七、数控车床安全操作规 (12)

八、数控车床坐标的确定 (13)

九、运动方向的规定 (14)

十、轴类零件的编程与加工 (15)

结束语 (23)

参考文献 (24)

致谢 (25)

一．数控机床的简介

数控机床是一种用电子计算机和专用电子计算装置控制的高效自动化机床。主要分为立式和卧式两种。立式机床装夹零件方便，但切屑排除较慢；卧式装夹零件不是非常方便，但排屑性能好，散热很高。数控铣床分三坐标和多坐标两种。三坐标机床（X、Y、 Z）任意两轴都可以联动，主要用于加工平面曲线的轮廓和开敞曲面的行切。多坐标机床是在三坐标机床的基础上，通过增加数控分度头或者回转工作台，成为4坐标或者5坐标机床（甚至多坐标机床）。多坐标机床主要用于曲面轮廓或者由于零件需要必须摆角加工的零件，如法向钻孔，摆角行切等。摆角形式4坐标的主要为A或B；5坐标机床主要为AB，AC，BC，可根据零件要求选用。摆角大小由加工的零件决定。数控机床从组成来看，主要分为以下两方面：

1.机床本身技术参数

（1）作台工：零件加工工作平台，尺寸大小应根据加工零件的大小进行选用；

（2）T形槽：工作台上的T形槽主要用于零件的装夹，其中T形槽的槽数、槽宽、相互间距，需要根据加工工件的特点进行规定；

（3）主轴：主轴形式，主轴孔形式等；

（4）进给范围：机床X Y Z三个方向的可移动距离（行程），移动速度大小；摆角（A

B C）的摆动范围，摆动的速度；

（5）主轴的旋转：主轴的转速，主轴的功率，伺服电机的转矩等。

2．数控系统

数控系统是数控机床的核心。现代数控系统通常是一台带有专门系统软件的专用微型计算机。它由输入装置、控制运算器和输出装置等构成，它接受控制介质上的数

字化信息，通过控制软件和逻辑电路进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种信号和指令控制机床的各个部分，进行规定、有序的动作。

作为用户，在考虑数控系统的时候，最关心的是系统的可靠性、可能和优越的性价比，因此应该考虑以下几个方面：

（1）分辨率分辨率越高，可以清楚的进行控制，适合工业环境使用。

（2）控制轴数和联动轴数应和购买的机床相配合，符合购买的机床情况。

（3）标准（基本）功能项目功能越全越好，结合机床使用而定，特别是一些自动补偿、自适应技术模块等先进的检测、监控系统：红外线、温度测量、功率测量、激光检测等先进手段的采用，将在一定程度上大大提高机床的综合性能，保证机床更加可靠精确地自动工作

二．数控加工的概念

数控机床工作原理就是将加工过程所需的各种操作（如主轴变速、工件的松开与夹紧、进刀与退刀、开车与停车、自动关停冷却液）和步骤以及工件的形状尺寸用数字化的代码表示，通过控制介质（如穿孔纸带或磁盘等）将数字信息送入数控装置，数控装置对输入的信息进行处理与运算，发出各种控制信号，控制机床的伺服系统或其他驱动元件，使机床自动加工出所需要的工件。所以，数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取，即数控编程。数控加工一般包括以下几个内容：

(1)对图纸进行分析，确定需要数控加工的部分；

(2)利用图形软件（PRO/E UG）对需要数控加工的部分造型；

(3)根据加工条件，选择合适的加工参数，生成加工轨迹（包括粗加工、半精加工、

精加工轨迹）；

(4)轨迹的仿真检验；

(5)生成G代码；

(6)传给机床加工。

三．数控机床的特点

1.具有高度柔性

在保证工件表面精度，主要取决于加工程序，它与普通机床不同，不必制造、更换许多工具、夹具，不需要经常调整机床。因此，数控机床适用于零件频繁更换的场合。也就是适合单件、小批生产及新产品的开发，缩短了生产准备周期，节省了大量工艺设备的费用。

2．加工精度高

数控机床的加工精度，一般可达到0.005～0.1mm，数控机床是按数字信号形式控制的，数控装置每输出一个脉冲信号，则机床移动部件移动一个脉冲当量（一般为0.001mm），而且机床进给传动链的反向间隙与丝杠螺距平均误差可由数控装置进行补偿，因此，数控机床定位精度比较高。

3．加工质量稳定、可靠

加工同一批零件，在同一机床，在相同加工条件下，使用相同刀具和加工程序，刀具的走刀轨迹完全相同，零件的一致性好，质量稳定。

4. 生产率高

数控机床可有效地减少零件的加工时间和辅助时间，数控机床的主轴转速和进给量的范围大，允许机床进行大切削量的强力切削，数控机床移动部件的快速移动和定位及高速切削加工，减少了半成品的工序间周转时间，提高了生产效率。

5. 改善劳动条件

数控机床加工前经调整好后，输入程序并启动，机床就能自动连续的进行加工，直至加工结束。操作者主要是程序的输入、编辑、装卸零件、刀具准备、加工状态的观测，零件的检验等工作，劳动强度极大降低，机床操作者的劳动趋于智力型工作。另外，机床一般是封闭式加工，即清洁，又安全。

6. 利于生产管理现代化

数控机床的加工，可预先精确估计加工时间，所使用的刀具、夹具可进行规范化、现代化管理。数控机床使用数字信号与标准代码为控制信息，易于实现加工信息的标准化，目前已与计算机辅助设计与制造（CAD/CAM）有机地结合起来，是现代集成制造技术的基础。

四．数控车削加工

车削加工是切削加工中最基本的一种加工方法，它是在车床上利用工件的旋转运动和刀具的移动来加工工件的，因此车削加工是机械加工中运用最广泛的加工方法，

车床占切削加工机床总数的40﹪左右。

1.数控车床的分类

⑴. 按数控系统的功能分：①全功能型数控车床；②经济型数控车床

⑵．按主轴的配置形式分：①卧室数控车床；②立式数控车床

⑶．按数控系统控制的轴数分：①两轴控制的数控车床；②四轴控制的数控车床

2.数控车削加工的主要对象

数控车床主要用于加工轴类、盘状类等回转体零件，通过执行数控程序，可以自动完成外圆柱面、成形表面、螺纹、端面等工序的切削加工，并能进行车操、钻孔、扩孔、铰孔等工作。

根据数控加工的特点，数控车床最适合切削具有以下要求和特点的回转体零件

⑴. 精度要求高的回转体零件

⑵．表面形状复杂或难以控制尺寸的回转体零件

⑶．表面粗糙度要求好的回转体零件

⑷．带特殊螺纹的回转体零件

3.数控车削中的加工工艺分析

数控加工以数控机床加工中的工艺问题为主要研究对象，以机械制造中的工艺理论为基础，结合数控机床的加工特点，综合运用多方面的知识来解决数控加工中的工艺问题。工艺制定的合理与否，对程序编制、机床的加工效率、零件的加工精度都有极为重要的影响。

五．数控车床的加工程序编制

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、盘类等回转类零件。通过数控加工程序的运行，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、扩孔以及铰孔等工作。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。

1. 数控程序编制的基本方法：

⑴分析零件图样和制定工艺方案

⑵数学处理

⑶编写零件加工程序

⑷程序检验

2. 数控程序编制的方法：

手工编程; 计算机自动编程

3.车床的工艺装备：

由于数控车床的加工对象多为回转体，一般使用三爪卡盘夹具。

4. 控车床刀具的选刀过程：

第一条路线为：零件图样、机床影响因素、选择刀杆、刀片夹紧系统和选择刀片形状，主要考虑机床和刀具的情况；第二条路线为：工件影响因素、选择工件材料代码、确定刀片的断屑槽形代码，这条路线主要考虑工件的情况。数控车床的编程特点：

⑴加工坐标系：机床坐标系是以机床原点为坐标系原点建立起来的Ｘ、Ｚ轴直角坐

标系，成为机床坐标系。车床的机床原点为主轴旋转中心与卡盘后端面之交点。

机床坐标系是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础，一般不允许随意变动。加工坐标系与机床坐标系方向一致；

⑵直径编程方式：在车削加工的数控程序中，X轴的坐标值为零件图样上的直径值；

⑶进刀与退刀方式：快速走刀。

六.数控车床的组成和基本原理

虽然数控车床种类较多，但一般均由车床主体、数控装置和伺服系统三大部分组成。

1.车床主体：

车床主体是实现加工过程的实际机械部件，主要包括主运动部件（如卡盘、主轴等）、进给运动部件（如工作台、刀架等）、支承部件（如床身、立柱等），以及冷却、润滑、转位部件和夹紧、换刀机械手等辅助装置。

2.数控装置和伺服系统

⑴数控装置：它的核心是计算机及运行在其上的软件，它在数控车床中起“指挥”

作用。数控庄子接收由加工程序送来的各种信息，并经处理和调配后，向驱动机构发现执行命令。在执行过程中，其驱动、检测等机构同时将有关信息反馈给数控装置，以便经处理后发出新的执行命令。

⑵伺服系统：它通过驱动电路和执行文件（如伺服电机）。准确地执行数控装置发

出的命令，成数控装置所要求的各种位移。数控车床的进给传动系统常用进给伺服系统代替，因此也常称为进给伺服系统。

七．数控车床安全操作规程

1. 开机前应对数控机床进行全面细致的检查，内容包括操作面板、导轨面、卡爪、

尾座、刀架、刀具等，认无误后方可操作。

2. 数控机床通电后，检查各开关、按钮和按键是否正常、灵活、机床有无异常现象。

3. 程序输入后，应仔细核对代码、地址、数值、正负号、小数点进行认真的核对。

4. 正确测量和计算工件坐标系。并对所得结果进行检查

5. 输入工件坐标系，并对坐标。坐标值、正负号、小数点进行认真的核对。

6. 未装工件前，空运行一次程序，看程序能否顺利进行，刀具和夹具安装是否合理，

有无“超⑴

7. 试切削时快速倍率开关必须打到最低挡位。

8. 试切削进刀时，在刀具运行至工件30～50㎜处，必须在进给保持下，验证Z轴和

X轴坐标剩余值与加工程序是否一致。

9. 试切削和加工中，刃磨刀具和更换刀具后，要重新测量刀具位置并修改刀补值和

刀补号。

10. 程序修改后，要对修改部分仔细核对。

11. 必须在确认工件夹紧后才能启动机床，严禁工件转动时测量、触摸工件。

12. 操作中出现工件跳动、打抖、异常声音、夹具松动等异常情况时必须停车处理。

13. 紧急停车后，应重新进行机床“回零”操作，才能再次运行程序。

八、数控车床坐标系的确定

1.机床坐标系：数控机床上的坐标系采用右手笛卡尔直角坐标系。

2.机床参考点：参考点也是机床上的一个固定点，它是用机械挡块或电气装置来限制刀架移动的极限位置。它的主要作用是用来给机床坐标系一个定位。

3.工件坐标系：工件坐标系是编程人员在编程时设定的坐标系，也称为编程坐标系。

⑴工件坐标系原点：在进行数控编程时，首先要根据被加工零件的形状特点和尺寸，将零件图上的某一点设定为编程坐标原点，该点称编程原点。从理论上将，工

件坐标系的原点选在工件上任何一点都可以，但这可能代理啊繁琐的计算问题，增添编程困难。为了计算方便，简化编程，通常是把工件坐标系的原点选在工件的回转中心上，具体位置可考虑设置在工件的左端面（或右端面）上，尽量使编程基准与设计基准、定位基准重合。⑵对刀：机床坐标系是机床唯一的基准，所以必须要弄清楚程序原点在机床坐标系中的位置，通过对刀完成。对刀的实质是确定工件坐标系的原点在机床坐标系中唯一的位置。对刀是数控加工中的主要操作和重要技能。对到的准确性决定了零件的加工精度，同时，对刀效率还直接影响数控加工效率。⑶换刀：当数控机床加工过程中需要换刀时，在编程时就应考虑选择合适的换刀点。所谓换刀点是指刀架转位换刀的位置，当数控车床确定了工件坐标系后，换刀点可以是某一固定点，也可以是相对工件原点任意的一点。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位换刀时不碰工件及其他部位谓准。

九、运动方向的规定

1. Z与主轴轴线重合，即Z轴远离工件像尾座移动的方向为正方向（即增大工件和刀具之间距离），向卡盘移动为负。

2. X轴垂直于Z轴，X坐标的正方向是刀具离开旋转中心线的方向。

十．轴类零件的编程与加工

根据下图所示的待车削零件，材料为45号钢，其中Ф85圆柱面不加工。在数控车床上需要进行的工序为：切削Ф80mm 和Ф62mm 外圆；R70mm 弧面、锥面、退刀槽、螺纹及倒角。要求分析工艺过程与工艺路线，编写加工程序。

图1-1 轴类零件图

1.零件图工艺分析

该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及双线螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严格的尺寸精度何表面粗糙度等要求；球面Sφ50㎜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。通过上述分析，可采用以下几点工艺措施。

⑴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。

⑵在轮廓曲线上，有三处为过象限圆弧，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。

⑶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φ60㎜棒料。

2．零件的定位基准和装夹方式

确定坯件轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。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。

3．选择设备

根据加工零件的外形和材料等条件，选用TND360数控车床。

4．确定加工顺序及进给路线

加工顺序按由粗到精＼由远到近（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，如图所示：

图1-1-1 精车轮廓进给路线

5．刀具的选择

① 选用φ５㎜中心钻钻削中心孔。

② 粗车及平端面选用９０°硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉（可

用作图法检验），副偏角不宜太小，选k r ′=35º。③ 精车选用90°硬质合金右偏刀，车螺纹选用硬质合金60°外螺纹车刀，刀尖圆弧

半径应小于轮廓最小圆角半径，取r=0.15～0.2㎜。将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中（见表1-1），以便编程和操作管理

刀

6．切削用量的选择

⑴ 背吃刀量的选择：轮廓粗车循环时选a p =3㎜，精车a p =0.25㎜；螺纹粗车循环时

选a p =0.4㎜，精车a p =0.1㎜。⑵ 主轴转速的选择：车直径和圆弧时，查表选粗车切削速度v c =90m/min 精车切削

速度v c =120m/min 然后利用公式v c =πdn/1000技术主轴转速n （粗车直径D=60㎜，精车工件直径取平均值）；粗车500r/min 精车1200r/min 。车螺纹时，参照式计算主轴转速n=320r/min ⑶ 进给速度的选择 查表选择粗车、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V f =nf 计算粗车、进给速度分别为200

m/min 和180 m/min 。、 综合前面分析的各项内容，并将其填入表1-2所示的数控加工工艺卡片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。

8.编写程序

数控编程方法有手工编程和自动编程两种。手工编程是指从零件图样分析工艺处理、数据计算、编写程序单、输入程序到程序校验等各步骤主要有人工完成的编程过程。它适用于点位加工或几何形状不太复杂的零件的加工，以及计算较简单，程序段不多，编程易于实现的场合等。但对于几何形状复杂的零件（尤其是空间曲面组成的零件），以及几何元素不复杂但需编制程序量很大的零件，由于编程时计算数值的工作相当繁琐，工作量大，容易出错，程序校验也较困难，用手工编程难以完成，因此要采用自动编程。所谓自动编程即程序编制工作的大部分或全部有计算机完成，可以有效解决复杂零件的加工问题，也是数控编程未来的发展趋势。同时，也要看到手工编程是自动编程的基础，自动编程中许多核心经验都来源于手工编程，二者相辅相成。

按该机床规定的指令代码和程序段格式，把加工零件的全部工艺过程编写成程序清单。该工件的加工程序如下：

N0010 G59 X0 Z195

N0020 G90

N0030 G92 X70 Z30

N0040 M03 S450

N0050 N06 T01

N0060 G00 X57 Z1

N0070 G01 X57 Z-170 F80

N0080 G00 X58 Z1

N0090 G00 X51 Z1

N0110 G00 X52 Z1

N0120 G91

N0130 G81 P3

N0140 G00 X-5 Z0

N0150 G01 X0 Z-63 F80

N0160 G00 X0 Z63

N0170 G80

N0180 G81 P2

N0190 G00 X-3 Z0

N0200 G01 X0 Z-25 F80

N0210 G00 X0 Z25

N0220 G80

N0230 G90

N0240 G00 X31 Z-25

N0250 G01 X37 Z-35 F80

N0260 G00 X37 Z1

N0270 G00 X23 Z-72.5

N0280 G00 X26 Z1

N0290 G01 X30 Z-2 F60 N0300 G01 X30 Z-25 F60 N0310 G01 X36 Z-35 F60 N0320 G01 X36 Z-63 F60 N0330 G00 X56 Z-63

N0340 G01 X56 Z-170 F60 N0350 G28

N0360 G29

N0370 M06 T03

N0380 M03 S400

N0390 G00 X31 Z-25

N0410 G00 X31 Z-23

N0420 G01 X26 Z-23 F40

N0430 G00 X30 Z-21

N0440 G01 X26 Z-23 F40

N0450 G00 X36 Z-35

N0460 G01 X26 Z-25 F40

N0470 G00 X57 Z-113

N0480 G01 X34.5 Z-113 F40

N0490 G00 X57 Z-111

N0500 G01 X34.5 Z-111 F40

N0510 G28

N0520 G29

N0530 M06 T05

N0540 G00 X30 Z2

N0550 G91

N0560 G33 D30 I27.8 X0.1 P3 Q0

N0570 G01 X0 Z1.5

N0580 G33 D30 I27.8 X0.1 P3 Q0

N0590 G90

N0600 G00 X38 Z-45

N0610 G03 X32 Z-54 I60 K-54 F40 N0620 G02 X42 Z-69 I80 K-54 F40 N0630 G03 X42 Z-99 I0 K-84 F40 N0640 G03 X36 Z-108 I64 K-108 F40 N0650 G00 X48 Z-113

N0660 G01 X56 Z-135.4 F60

N0670 G00 X56 Z-113

N0680 G00 X40 Z-113

N0690 G01 X56 Z-135.4 F60