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調(diào)頭加工軸數(shù)控加工工藝的設(shè)計
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摘要：本次設(shè)計主要是對數(shù)控加工工藝進行分析與具體零件圖的加工，首先對數(shù)控加工技術(shù)進行了簡單的介紹，然后根據(jù)零件圖進行數(shù)控加工分析。第一，根據(jù)本零件材料的加工工序、切削用量以及其他相關(guān)因素選用刀具及刀柄和零件的輪廓特點確定需要7把刀具分別為外圓粗車刀、外圓精車刀、外切槽刀、外螺紋刀、內(nèi)鏜孔刀、內(nèi)切槽刀。第二，針對零件圖圖形進行編制程序，此零件為軸類零件，外輪廓由直線、圓弧和螺紋組成，零件的里面要鏜出一個錐孔，在加工過程中，工件需要調(diào)頭鉆孔再鏜孔，第三，早鉆孔對刀時要先回參考點，要以孔中心作為對刀點，刀具的位置要以此來找正，使刀位點與換刀點重合。
關(guān)鍵詞：刀具的確定、走刀路線的選擇、刀具的對刀點、工件的定位
前 言
數(shù)控加工是機械制造中的先進的加工技術(shù)是一種高效率，高精度與高柔性特點的自動加工方法，數(shù)控加工技術(shù)可有效解決復(fù)雜、精密、小批多變零件的加工問題，充分適應(yīng)了現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要，制造自動化是先進制造技術(shù)的重要組成部分，其核心技術(shù)是數(shù)控技術(shù)，數(shù)控技術(shù)是綜合計算機、自動技術(shù)、自動檢測及精密機械等高新技術(shù)的產(chǎn)物，它的出現(xiàn)及所帶來的巨大利益，已引起了世界各國技術(shù)與工業(yè)界的普遍重視，目前，國內(nèi)數(shù)控機床使用越來越普及，如何提高數(shù)控加工技術(shù)水平已成為當(dāng)務(wù)之急，隨著數(shù)控加工的日益普及，越來越多的數(shù)控機床用戶感到，數(shù)控加工工藝掌握的水平是制約手工編程與CAD/CAM集成化自動編程質(zhì)量的關(guān)鍵因素。
數(shù)控加工工藝是數(shù)控編程與操作的基礎(chǔ)，合理的工藝是保證數(shù)控加工質(zhì)量發(fā)揮數(shù)控機床的前提條件，從數(shù)控加工的實用角度出發(fā)，以數(shù)控加工的實際生產(chǎn)為基礎(chǔ)，以掌握數(shù)控加工工藝為目標，在介紹數(shù)控加工切削基礎(chǔ)，數(shù)控機床刀具的選用，數(shù)控加工的定位與裝夾以及數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)等基本知識的基礎(chǔ)上，分析了數(shù)控車削的加工工藝。
1 緒論
1.1 數(shù)控加工技術(shù)的概論
1.1.1 數(shù)控技術(shù)
數(shù)控技術(shù)是本世紀中期發(fā)展起來的機床控制技術(shù)，是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術(shù)。數(shù)控裝備是以數(shù)控技術(shù)為代表的新技術(shù)對傳統(tǒng)制造產(chǎn)業(yè)和新興制造業(yè)的滲透形成的機電一體化產(chǎn)品，即所謂的數(shù)字化裝備。
這里先介紹“數(shù)控”，“數(shù)控機床”,“數(shù)控系統(tǒng)”等基本概念。
(1) 數(shù)控與數(shù)控車床
數(shù)控是數(shù)字控制的簡稱，英文為 Numerical Control，簡稱NC。數(shù)控
(Numerical Control,NC 數(shù)字控制)是指用數(shù)字、文字和符號組成的數(shù)字指令來實現(xiàn)一臺或多臺機械設(shè)備動作控制的技術(shù)。它所控制的通常是位置、角度、速度等機械量和與機械能量流向有關(guān)的開關(guān)量。數(shù)控的產(chǎn)生依賴于數(shù)據(jù)載體和二進制形式數(shù)據(jù)運算的出現(xiàn)。1908年，穿孔的金屬薄片互換式數(shù)據(jù)載體問世;19世紀末，以紙為數(shù)據(jù)載體并具有輔助功能的控制系統(tǒng)被發(fā)明;1938年，香農(nóng)在美國麻省理工學(xué)院進行了數(shù)據(jù)快速運算和傳輸，奠定了現(xiàn)代計算機，包括計算機數(shù)字控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)。數(shù)控技術(shù)是與機床控制密切結(jié)合發(fā)展起來的。1952年，第一臺數(shù)控機床問世，成為世界機械工業(yè)史上一件劃時代的事件，推動了自動化的發(fā)展。
現(xiàn)在，數(shù)控技術(shù)也叫計算機數(shù)控技術(shù)(Computer Numerical Control )
數(shù)控機床(Numerical Control MACHINE TOOLS)技術(shù)密集度及自動化程度很高的機電一體化加工設(shè)備。簡單地說就是采用了數(shù)控技術(shù)的機床，或者說是裝備了數(shù)控系統(tǒng)的機床。國際定義為：數(shù)控機床是一種有程序控制的機床。該系統(tǒng)能邏輯地處理具有特定代碼和其他的符號編碼指令規(guī)定的程序。
(2) 數(shù)控系統(tǒng)
數(shù)控系統(tǒng)是數(shù)字控制系統(tǒng)簡稱，英文名稱為Numerical Control System，早期是由硬件電路構(gòu)成的稱為硬件數(shù)控(Hard NC)，1970年代以后，硬件電路元件逐步由專用的計算機代替稱為計算機數(shù)控系統(tǒng)。
(3)計算機控制系統(tǒng)
計算機數(shù)控(Computerized numerical control,簡稱CNC)系統(tǒng)是用計算機控制加工功能，實現(xiàn)數(shù)值控制的系統(tǒng)。CNC系統(tǒng)根據(jù)計算機存儲器中存儲的控制程序，執(zhí)行部分或全部數(shù)值控制功能，并配有接口電路和伺服驅(qū)動裝置的專用計算機系統(tǒng)。
(4)數(shù)控加工
數(shù)控加工是根據(jù)零件圖樣及工藝要求等原始條件編制零件數(shù)控加工程序，輸入數(shù)控系統(tǒng)，控制數(shù)控機床中刀具與工件的相對運動，從而完成零件加工。
(5)數(shù)控程序
數(shù)控程序或零件是輸入數(shù)控系統(tǒng)中的，使數(shù)控機床執(zhí)行一個確定加工任務(wù)的具有特定代碼和編程的一系列指令。
(6)數(shù)控編程
數(shù)控編程是指生成用數(shù)控機床進行零件加工的數(shù)控程序的過程。
2 數(shù)控加工工藝
2.1數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇
2.1.1選擇適合數(shù)控加工的零件
雖然數(shù)控機床具有高精度，高柔性，高效率等優(yōu)點。但不是所有的零件都適合數(shù)控機床加工的。一般可分為三類：
(1) 最適合類
1.形狀復(fù)雜，加工精度要求高通用機床無法加工或很難保證加工質(zhì)量的零件;
2.具有復(fù)雜曲線或曲面輪廓的零件;
3.具有難測量，難控制進給，尺寸行腔的殼體或盒型零件;
4.必須在一次裝夾中完成鏜，絞或攻絲等多道工序的加工零件;
(2)較適合類
1.零件價值高，在普通機床上加工容易受人工因素干擾而影響質(zhì)量，從而造成較大經(jīng)濟損失的零件;
2.在通用機床上加工時必須制造復(fù)雜專用工裝的零件;
3.在通用機床上需要做長時間調(diào)整的零件;
4.需要多次更改設(shè)計才能定型的零件;
(3)不適合類
1.生產(chǎn)大批量的零件;
2.裝夾困難的零件;
3.加工余量不穩(wěn)定，而且數(shù)控機床上無法在線檢測系統(tǒng)可自動調(diào)整零件坐標位置的零件;
4.必須用特定的加工工藝裝備協(xié)調(diào)加工的零件;
2.2數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容
1.選擇適合在數(shù)控上加工的零件，確定工序內(nèi)容。
2.分析加工零件的圖紙，明確加工內(nèi)容及技術(shù)要求，確定加工方案，制定數(shù)控加工路線，如工序的劃分、加工順序的 安排、非數(shù)控加工工序的銜接等。設(shè)計數(shù)控加工工序，如工序的劃分、刀具的選擇、夾具的定位與安裝、切削用量的確 定、走刀路線的確定等等。
3.調(diào)整數(shù)控加工工序的程序。如對刀點、換刀點的選擇、刀具的補償。
4.分配數(shù)控加工中的容差。
5.處理數(shù)控機床上部分工藝指令
3 具體零件加工
3.1零件圖工藝分析
如圖所示零件便面由柱面，圓錐面，順圓弧，逆圓弧及外螺紋構(gòu)成，外螺紋絞復(fù)雜其中多個直徑尺寸由較高的精度，表面粗糙，零件圖尺寸編注完整，符合數(shù)控加工尺寸標注要求，輪廓描述清楚完整，零件材料為45鋼，毛胚為直徑60mm*122mm
(1) 刀具選擇：
(1) 選用φ5mm中心鉆鉆削中心孔。
(2) 粗車及平端面選用90°硬質(zhì)合金右偏刀，為防止副后刀面與工件輪廓干涉，副偏角不宜太小，選Kr´=35°。
(3) 為減少刀具數(shù)量和換刀次數(shù)，精車和車螺紋選用硬質(zhì)合金60°外螺紋車刀，刀尖圓弧半徑應(yīng)小于輪廓最小圓角半徑，取re=0.15～0.2mm 。
數(shù)控刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容，它不僅影響數(shù)控機床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。應(yīng)根據(jù)機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相關(guān)因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是：安裝調(diào)整方便、剛性好、耐用度和精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。
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(yīng)。生產(chǎn)中，平面零件周邊輪廓的加工，常采用立銑刀;銑削平面時，應(yīng)選硬質(zhì)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(zhì)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，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、錐形銑刀和盤形銑刀。
在進行自由曲面(模具)加工時，由于球頭刀具的端部切削速度為零，因此，為保證加工精度，切削行距一般采用頂端密距，故球頭常用于曲面的精加工。而平頭刀具在表面加工質(zhì)量和切削效率方面都優(yōu)于球頭刀，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(yīng)優(yōu)先選擇平頭刀。另外，刀具的耐用度和精度與刀具價格關(guān)系極大，必須引起注意的是，在大多數(shù)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(zhì)量和加工效率的提高，則可以使整個加工成本大大降低。
在加工中心上，各種刀具分別裝在刀庫上，按程序規(guī)定隨時進行選刀和換刀動作。因此必須采用標準刀柄，以便使鉆、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(yīng)了解機床上所用刀柄的結(jié)構(gòu)尺寸、調(diào)整方法以及調(diào)整范圍，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采用TSG工具系統(tǒng)，其刀柄有直柄(3種規(guī)格)和錐柄(4種規(guī)格)2種，共包括16種不同用途的刀柄。
在經(jīng)濟型數(shù)控機床的加工過程中，由于刀具的刃磨、測量和更換多為人工手動進行，占用輔助時間較長，因此，必須合理安排刀具的排列順序。一般應(yīng)遵循以下原則：①盡量減少刀具數(shù)量;②一把刀具裝夾后，應(yīng)完成其所能進行的所有加工步驟;③粗精加工的刀具應(yīng)分開使用，即使是相同尺寸規(guī)格的刀具;④先銑后鉆 ;⑤先進行曲面精加工，后進行二維輪廓精加工;⑥在可能的情況下，應(yīng)盡可能利用數(shù)控機床的自動換刀功能，以提高生產(chǎn)效率等。
3.2確定工件的定位與裝夾方案
工件的定位與基準應(yīng)與設(shè)計基準保持一致，應(yīng)防止過定位，對與箱體工件最好選擇“一面兩銷”作為定位基準，定位基準在數(shù)控機床上要仔細找正。
由于這個工件是個實心軸，末端要鏜一個30的錐孔，因軸的長度不是很長，所以采用工件的右端面和48的外圓作定位基準，使用普通三爪卡盤夾緊工件，取工件的右端面中心為工件坐標的原點，對刀點在(100.1000)處。
在數(shù)控車床上工件定位安裝的基本原則與普通機床相同。工件的裝夾方法影響工件的加工精度和效率，為了充分發(fā)揮數(shù)控機床的工作特點，在裝夾工件時，應(yīng)考慮以下幾種因素：
1.盡可能采用通用夾具，必須時才設(shè)計制造專用夾具;
2.結(jié)構(gòu)設(shè)計要滿足精度要求;
3.易于定位和裝夾;
4.易于切削的清理;
5.抵抗切削力由足夠的剛度;
3.3確定走刀順序及走刀路線
走刀路線是指數(shù)控加工過程中刀具相對于被加工件的運動軌跡和方向。加工路線的合理選擇是非常重要的，因為它與零件的加工精度和表面質(zhì)量密卻相關(guān)。在確定走刀路線是主要考慮下列幾點:
1) 保證零件的加工精度要求。
2) 方便數(shù)值計算，減少編程工作量。
3) 尋求最短加工路線，減少空刀時間以提高加工效率。
4) 盡量減少程序段數(shù)。
5)保證工件輪廓表面加工后的粗糙度的要求，最終輪廓應(yīng)安排最后一走刀連續(xù)加工出來。
6) 刀具的進退刀(切入與切出)路線也要認真考慮，以盡量減少在輪廓處停刀(切削力突然變化造成彈性變形)而留下刀痕，也要避免在輪廓面上垂直下刀而劃傷工件。
加工順序的安排應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)和毛坯狀況，以及定位夾緊的需要來考慮，重點是工件的剛性不被破壞。順序一般應(yīng)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與夾緊，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(nèi)形內(nèi)腔加工序，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(fù)定位次數(shù)，換刀次數(shù)與挪動壓板次數(shù)。
(4)在同一次安裝中進行的多道工序，應(yīng)先安排對工件剛性破壞小的工序。
切削加工順序的安排：
�、傧却趾缶� 先安排粗加工，中間安排半精加工，最后安排精加工和光整加工。
�、谙戎骱蟠� 先安排零件的裝配基面和工作表面等主要表面的加工，后安排如鍵槽、緊 固用的光孔和螺紋孔等次要表面的加工。由于次要表面加工工作量小，又常與主要表面有位 置精度要求，所以一般放在主要表面的半精加工之后，精加工之前進行。
�、巯让婧罂� 對于箱體、支架、連桿、底座等零件，先加工用作定位的平面和孔的端面，然后再加工孔。這樣可使工件定位夾緊穩(wěn)定可靠，利于保證孔與平面的位置精度，減小刀具的磨損，同時也給孔加工帶來方便。
�、芑嫦刃� 用作精基準的表面，要首先加工出來。所以，第一道工序一般是進行定位面的粗加工和半精加工(有時包括精加工)，然后再以精基面定位加工其它表面。例如，軸類零件頂尖孔的加工。
3.4切削用量的選擇
根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點，外輪廓用采用90度外圓車刀，輪廓粗加工時留1mm的精車余量，粗加工時選主軸轉(zhuǎn)速為s=600r/min，進給速度Vf=150mm/min;精加工選主軸轉(zhuǎn)速s=1000r/min;進給速度Vf=50mm/min
3.5數(shù)控加工工藝文件的填寫
4 數(shù)控加工程序
O0001 零件左端
T0101 M03 S600 G0X100 Z100; 主軸正轉(zhuǎn)，換1號刀 G0 X52 Z0;
G1 X-1 F0.2; G0 X100 Z100; T0505;
G0 X19 Z2; G71 U1 R1; G71 P45 Q80 U-0.5 W0.1 F0.3; N45 G0 X32; G1 Z0 F0.1; X30 Z-1; Z-9; X26 Z-16; Z-24; X20; N80Z-29;
G0X100 Z100; M05;
M00; M03 S1000 T0505; G0 X19 Z2;
G70 P45 Q80; GO X100 Z100; M05; M00;
M03 S600 T0202; G0 X52 Z2; 車端面 循環(huán)起點 內(nèi)孔粗加工循環(huán) 返回換刀點 暫停，測量，補償 內(nèi)孔精加工循環(huán) 返回換刀點 換2號刀車外圓 循環(huán)起點
G71 U1 R1; 外圓粗加工循環(huán) G71 P150 Q180 U0.5 W0.1 F0.3; N150G0 X37; G1 Z0 F0.1; X40 Z-1.5; Z-24; X46; X48 Z-25; N180Z-40; G0X100 Z100; M05; M00;
M03 S1000 T0202; G0 X52 Z2;
G70 P150 Q180; G0 X100 Z100;
M05; M30;
調(diào)頭加工：
O0002 T0101 M03 S600 G0 X100 Z100; G0 X52 Z0; G1 X-1 F0.2; G0 X100 Z100;
T0202; G0 X52 Z2; G73 U10 R15 ; G73 P45 Q110 U0.5 W0.1 F0.3; N45G0 X21; G1 Z0 F0.1;
外圓精加工循環(huán) 返回換刀點 程序結(jié)束，機床復(fù)位 零件右端
主軸正轉(zhuǎn)，換1號刀 循環(huán)起點 車端面 換2號刀 循環(huán)起點
外圓輪廓粗加工循環(huán)
X23.8 Z-1.5;
Z-25;
X24;
Z-30;
G2 X28 Z-44 R10;
G1 Z-52;
X30;
G3 X40 Z-57 R5;
G1 Z-64;
X64;
X48 Z-65;
N110G0 U5;
X100 Z100;
T0303 S400;
G0 X25 Z-25;
G1 X21 F0.15;
G0 X25;
Z-24;
G1 X21 F0.15;
Z-25;
G0 X100;
Z100;
M05;
M00;
M03 S1000 T0202;
G0 X55 Z2;
G70 P45 Q110;
G0 X100 Z100;
T0404 S700;
G0 X26 Z2 ;
X23 Z-22 F1.5; 返回換刀點 切槽 暫停，測量，補償 外圓輪廓精加工循環(huán) 換4號刀 循環(huán)起點 螺紋切削固定循環(huán)
X22.725;
X22.425;
X22.125;
G0 X100 Z100; 返回換刀點 M05;
M30;
程序結(jié)束，機床復(fù)位
5 零件圖加工步驟
5.1輸入零件加工程序
(1).機床的開機 開機先檢查，一切沒有問題后在打開機床總電源，然后打開數(shù)控系統(tǒng)的電源，在顯示屏上應(yīng)出現(xiàn)機床的初始位置坐標，再檢查面板上的按鈕指示燈是否正常，若一切正常，就卡伊進行其他操作。
(2).回零操作 開機正常后，機床應(yīng)首先進行回零操作。
(3).加工程序的輸入 按下主功能鍵(如PROGRAM)，進行加工程序編輯，在此狀態(tài)下可通過手動數(shù)據(jù)輸入方式或RS-232接口加工程序輸入機床，可對程序進行編輯和修改。
(4).將數(shù)日的程序仔細校對檢查。
2.進行對刀操作
設(shè)定工件坐標系，進行試切對刀或機外對刀，并按下主功能的補償鍵，進行參數(shù)設(shè)置狀態(tài)，將所用各把刀具的刀偏量X，Z輸入刀具的參數(shù)數(shù)據(jù)庫里面。
3.在自動方式下自動加工并測量修調(diào)
(1).選擇主功能的自動執(zhí)行狀態(tài)。
(2).選擇要執(zhí)行零件程序。
(3).顯示工件坐標系。
(4).按下數(shù)控啟動鍵。
(5).在自動加工中如遇到非法事件，應(yīng)立即按下急停鍵。
(6).加工完畢，取下工件，清潔機床
結(jié) 論
通過這次的畢業(yè)設(shè)計，我從設(shè)計的過程中學(xué)到了很多在書本上沒有的內(nèi)容，加深了對數(shù)控機床的了解，鞏固了書本的知識。
結(jié)論總結(jié)如下：
1. 對于某個零件來說，并非全部加工工藝過程都適合在數(shù)控機床上完成。而往往只是其中的一部分適合于數(shù)控加工。這就需要對零件圖樣進行仔細的工藝分析，選擇那些最適合、最需要進行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。
2.在確定走刀路線時，最好畫一張工序簡圖，將已經(jīng)擬定出的走刀路線畫上去，這樣可為編程帶來不少方便。
3. 有些零件雖然能在一次安裝中加工出很多待加工面，但考慮到程序太長，會受到某些限制，如：控制系統(tǒng)的限制(主要是內(nèi)存容量)，機床連續(xù)工作時間的限制等。此外，程序太長會增加出錯與檢索困難。因此程序不能太長，一道工序的內(nèi)容不能太多。
由于本人水平有限，因此、難免會出現(xiàn)疏漏和錯誤，懇請各位讀者予于指正。
參考文獻：
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[4]姜愛國. 數(shù)控機床技能數(shù)實訓(xùn)[M]. 北京理工大學(xué)出版社，2006
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