数控车削零件

数控车削零件（精选十篇）

数控车削零件 篇1

1 工件装夹方法的合理选择

数控车床多数情况下都是用来加工轴类零件。一般短轴零件都采用三爪自定心卡盘直接装夹,因为它装夹非常方便,效率高。但有时工件会产生比较大的径向跳动。这时切忌用锤击的方法来找正。可以将工件轻轻夹紧,然后把主轴转速调到60r/min左右,再用刀具柄部轻碰工件的右端外径(如图1所示),直到径向跳动减少到理想状态。最后用力把工件夹紧、夹牢,把主轴转速调高后再进行切削加工。对于一些特殊零件,合理选择装夹方法非常重要,否则对零件的加工质量将带来负面影响,不能发挥数控车床高精度加工的优越性。

例如:细长轴零件在车削时,由于工件散热条件差,温升高,轴向因热变形造成较大的伸长量,如果用“一夹一顶”方法装夹,尾座顶尖就不能用固定顶尖(固然其定位精度高),否则细长轴易产生弯曲变形,科学合理的装夹方法是改用弹性活动顶尖顶轴的右端,并且卡爪部位用钢丝过渡夹紧,另外,在中间可以安装中心架或跟刀架,在跟刀架的支承爪调整中其压紧力要适度,如果有间隙则达不到提高工件刚性的目的,如果压紧力过大,则细长轴加工后,表面必会呈现“竹节”状,影响圆柱度。

2 编程工艺和方法

2.1 正确选择相对编程G91与绝对编程G90指令。

相对编程是以刀尖所在位置为坐标原点,刀尖以相对于坐标原点进行位移来编程。就是说,相对编程的坐标原点经常在变换,运行是以现刀尖点为基准控制位移,那么连续位移时,必然产生累积误差。绝对编程在加工的全过程中,均有相对统一的基准点,即坐标原点,所以其累积误差较相对编程小。数控车削加工时,工件径向尺寸的精度比轴向尺寸高,所以在编制程序时,径向尺寸最好采用绝对编程,考虑到加工时的方便,轴向尺寸采用相对编程,但对于重要的轴向尺寸,也可以采用绝对编程。

2.2 编程中进行必要的数学处理

零件尺寸公差对编程有一定的影响,如果处理不好将很难保证零件的加工精度。一般零件图上各处的公差带不同,若编程时采用同一把刀具和同一刀具补偿值,按零件图上基本尺寸编程,则加工后不能同时保证各处的加工精度。为此,对于非对称标注的尺寸公差,必须使其公差带对称分布。例如图2所示的零件图上标注为φ400-0.02和φ250-0.02则应换算成φ40.01±0.01和φ24.99±0.01来编制程序。

2.3 刀具刀尖圆角半径补偿

刀尖圆角半径是又一影响工件表面形状和尺寸精度的主要因素.数控车床编程和对刀都是按车刀的刀尖来进行的。事实上,车刀的刀尖不可能绝对尖,总有一个小圆弧,所以对刀和编程是按假想刀尖的轨迹进行,车削时,实际起作用的切削刃却是圆弧各切点,这样会引起加工表面的形状误差。如图3a所示,车削圆锥面时,理论轨迹是P2—P3—P4,但由于刀尖圆弧的存在,实际轨迹为图中虚线,这样就产生了圆锥表面的误差。要提高工件的加工精度,对刀具半径进行补偿是不可忽视的。通常在程序段中采用刀具半径补偿指令来消除这种表面误差。刀具半径补偿指令有:G41为左刀补指令,G42为右刀补指令。具体规定是:(后置刀架)顺着刀具运动方向看,刀具在工件左边,称左补偿;刀具在工件右边,称右补偿。G40为取消刀具半径补偿指令。刀补的方法是:首先取消前一把刀具的补偿,然后建立新的刀补,最后取消现在的刀补。其操作要点是准确测量刀尖圆弧半径值,确定刀尖方位号,一次性在刀补表中对应输入。现以车削图3b所示的圆锥为例说明建立和取消刀具半径补偿的编程方法。刀具半径补偿加工程序如下:

……

G00 X25 Z5 G40;(取消前一把刀的刀补,快进至P0)

G01 Z0 F100 G42(建立右刀补,P0—P1)

Z-25(车直径为25的外圆,P1—P2)

X60 Z-65(车锥面P2—P3—P4)

G0 X70 G40(退刀并取消刀补,P4—P5)

……

2.4 巧用M00、G04指令

M00指令是程序停止指令。G04为暂停指令,它们都可以使进给速度为零而主轴保持旋转。在车槽、车台阶轴、钻孔时可使刀具作暂时的无进给运动,可以对工件作修光加工,这样对零件的加工精度尤其是几何形状精度有着不可低估的影响。此外G04指令还可用于拐角轨迹控制。当运行方向改变时,应在改变运行方向的指令前设置G04指令,使在改变运行方向之前,暂停一定时间,使运动惯性降低,然后再改变运动方向或运动速度,以提高零件的加工精度。

2.5 消除刀具“磨损”对精度的影响?

不管是大量生产还是单件小批量生产,数控车床加工工件时必须有一个加工试件(单件生产为正式件)的过程。如何快速而准确地保证加工尺寸精度,现在在数控车床系统中增设了刀具磨损的补偿功能(有些老式系统在刀具偏置中用增减参数的方法实现),能够很有效地实现工件尺寸的快速调整。例如在同一零件上要加工φ220-0.02、φ250-0.03、φ300-0.02尺寸,首先编程、试切、对刀,如果一次连续自动加工,势必因工艺系统误差或测量误差导致工件报废,而有效的步骤是:首先设定某一磨损量如0.050,然后正常加工,待加工完毕后,取消磨损值,设定为0,逐段精密测量,则每段理论直径相应增加0.050,与实际测量尺寸比较,如果偏大,则将相应的程序段指令的X值减小相应的增量值,反之亦然。调整后再精车一次,这样就可以保证轴径的尺寸精度。轴向磨损量的运用亦然。

3 结束语

影响零件加工精度的因素很多,上面所述只是影响高精度零件加工精度的其中的几个关键因素。要加工出高精度的零件需要多方面综合考虑。

摘要：本文从合理选择工件装夹与找正方法和采用正确的编程工艺两大方面来论述提高零件加工精度的几点技巧。

关键词：加工精度,工件装夹,编程工艺,技巧

参考文献

[1]谢晓红.数控车削编程与加工技术.电子工业出版社.2003.

[2]郑修本.机械制造工艺学(第2版)[M].机械工业出版社.2003.

数控车削零件 篇2

实 验 报 告

（实验）课程名称典型轴类零件的数控车削工艺与加工

电子科技大学教务处制表

电 子 科 技 大 学

实

验

报

告

学生姓名：dfkjf;laj lk 学fg dfg 指导教师：

实验地点：工程训练中心114

实验时间：f2012-4fsdf-15

一、实验室名称：工程训练中心

二、实验项目名称：典型轴类零件的数控车削工艺与加工

三、实验学时：32

四、实验原理：

轴类零件是机器中经常遇到的典型零件之一。它主要用来支承传 动零部件，传递扭矩和承受载荷。轴类零件是旋转体零件，其长度大 于直径，一般由同心轴的外圆柱面、圆锥面、内孔和螺纹及相应的端 面所组成。根据结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空 心轴和曲轴等。轴的长径比小于 5 的称为短轴，大于 20 的称为细长轴，大多数 轴介于两者之间。轴用轴承支承，与轴承配合的轴段称为轴颈。轴颈是轴的装配基 准，它们的精度和表面质量一般要求较高，其技术要求一般根据轴的 主要功用和工作条件制定，通常有以下几项：

1、尺寸精度 起支承作用的轴颈为了确定轴的位置，通常对其尺寸精度要求较 高（IT5~IT7）装配传动件的轴颈尺寸精度一般要求较低。（IT6~IT9）。

2、几何形状精度 轴类零件的几何形状精度主要是指轴颈、外锥面、莫氏锥孔等的圆 度、圆柱度等，一般应将其公差限制在尺寸公差范围内。对精度要求 较高的内外圆表面，应在图纸上标注其允许偏差。

3、相互位置精度 轴类零件的位置精度要求主要是由轴在机械中的位置和功用决定 的。通常应保证装配传动件的轴颈对支承轴颈的同轴度要求，否则会影响传动件（齿轮等）的传动精度，并产生噪声。普通精度的轴，其配合轴段对支承轴颈的径向跳动一般为 0.01~0.03mm，高精度轴（如 主轴）通常为 0.001~0.005mm。

4、表面粗糙度 一般与传动件相配合的轴径表面粗糙度为 Ra2.5~0.63?m，与轴承 相配合的支承轴径的表面粗糙度为 Ra0.63~0.16?m。

（二）、轴类零件的毛坯和材料及热处理）、轴类零件的毛坯和材料及热处理 轴类零件的毛坯和材料

1、轴类零件的毛坯 轴类零件可根据使用要求、生产类型、设备条件及结构，选用棒 料、锻件等毛坯形式。对于外圆直径相差不大的轴，一般以棒料为主； 而对于外圆直径相差大的阶梯轴或重要的轴，常选用锻件，这样既节约材料又减少机械加工的工作量，还可改善机械性能。根据生产规模的不同，毛坯的锻造方式有自由锻和模锻两种。中小批生产多采用自由锻，大批大量生产时采用模锻。

2、轴类零件的材料及热处理 轴类零件应根据不同的工作条件和使用要求选用不同的材料并 采用不同的热处理规范（如调质、正火、淬火等），以获得一定的强度、韧性和耐磨性。45 钢是轴类零件的常用材料，它价格便宜经过调质（或正火）后，可得到较好的切削性能，而且能获得较高的强度和韧性等综合机 械性能，淬火后表面硬度可达 45~52HRC。40Cr 等合金结构钢适用于中等精度而转速较高的轴类零件，这类钢经调质和淬火后，具有较好的综合机械性能。轴承钢 GCr15 和弹簧钢 65Mn，经调质和表面高频淬火后，表 面硬度可达 50~58HRC，并具有较高的耐疲劳性能和较好的耐磨性 能，可制造较高精度的轴。精密机床的主轴（例如磨床砂轮轴、坐标镗床主轴）可选用 38CrMoAIA 氮化钢。这种钢经调质和表面氮化后，不仅能获得很高的 表面硬度，而且能保持较软的芯部，因此耐冲击韧性好。与渗碳淬火 钢比较，它有热处理变形很小，硬度更高的特性。

五、实验目的：了解典型零件的特点、生产过程与应用；学习工 实验目的： 程制造工艺，学习工程手册的使用，掌握典型零件的毛坯制造、热处 理、机加工方法，将传统加工与现代制造技术有机结合，合理制定数 控加工工艺，正确使用数控设备及刀夹量具。

五、实验目的：

设计轴件，完成代码，完成轴件的加工。了解轴件加工的原理。

六、实验器材（设备、元器件）：

计算机、Mastercam X3软件、仿真软件、数控车床、90°外圆车刀、60°螺纹刀、切槽刀，尖头车刀量具及材料。

七、实验步骤：

1、设计零件，绘制图形。

2、根据零件图样进行工艺 实验步骤：

分析、处理，编制数控加工工艺文件。

3、根据加工工艺文件编制加 工程序。

4、在数控车床上加工出零件。工艺路线：

（1）夹一端，伸出101mm（2）先粗加工外轮廓SR9、R5、圆锥、M30及32、38的外圆！（3）精加工第（2）步

（4）切外圆为26的槽（5）加工M30的外圆（6）切断

八、实验数据及结果分析：

附件：轴类零件的数控加工工艺

程序： % G21 G0 T0101 G97 S1400 M03 G0 X42.Z0.G98 G1 X0.F60.G0 Z2.G97 S900 X28.395 Z4.5 G1 Z2.5 F200.Z-93.334 G2 X30.394 Z-99.965 R131.663 G1 X33.222 Z-98.551 G0 Z4.5 X26.396

G1 Z2.5 Z-64.969

X26.4 Z-64.98 Z-70.Z-75.Z-79.063

G2 X28.795 Z-94.864 R131.663 G1 X31.623 Z-93.449 G0 Z4.5 X24.397 G1 Z2.5 Z-59.971

X26.4 Z-64.98 Z-70.Z-75.Z-79.063 G2 X26.796 Z-84.527 R131.663 G1 X29.624 Z-83.113 G0 Z4.5 X22.397 G1 Z2.5 Z-54.974 X24.797 Z-60.971 X27.625 Z-59.557 G0 Z4.5 X20.398 G1 Z2.5 Z-49.976 X22.797 Z-55.974 X25.626 Z-54.559 G0 Z4.5 X18.399 G1 Z2.5 Z-24.879 X18.595 Z-24.93 G3 X18.81 Z-25.107 R.2 G1 Z-46.006 X20.798 Z-50.976 X23.627 Z-49.562 G0 Z4.5 X16.4 G1 Z2.5 Z-20.Z-24.8 X18.G3 X18.185 Z-24.823 R.2 G1 X18.595 Z-24.93 G3 X18.799 Z-25.061 R.2 G1 X21.628 Z-23.646 G28 U0.W0.M05 T0100 M00 G0 T0202 G97 S1200 M03 G0 X24.419 Z-23.522 G1 X20.648 Z-22.854 F120.G2 X17.912 Z-26.505 R30.482 F100.G1 Z-44.201 F120.G2 X18.38 Z-44.937 R30.482 G1 X21.208 Z-43.523 G0 X22.114 Z-26.493

G1 X18.312 Z-25.871

G2 X17.038 Z-28.102 R30.482 F100.G1 Z-42.603 F120.G2 X18.312 Z-44.835 R30.482 G1 X21.141 Z-43.421 G0 X21.296 Z-27.856

G1 X17.438 Z-27.33

G2 X16.163 Z-30.208 R30.482 F100.G1 Z-40.498 F120.G2 X17.438 Z-43.376 R30.482 G1 X20.266 Z-41.962 G0 X20.479 Z-29.559

G1 X16.563 Z-29.152

G2 X15.288 Z-35.353 R30.482 F100.X16.563 Z-41.554 R30.482 F120.G1 X19.391 Z-40.14 G97 S1300 G0 Z2.X16.G1 Z0.Z-20.X18.41 Z-25.107

G2 X14.887 Z-35.353 R30.682 X18.Z-45.R30.682 G1 X26.Z-65.Z-70.Z-75.G2 X25.969 Z-77.032 R131.863 X30.Z-100.R131.863 G1 X32.828 Z-98.586 G28 U0.W0.M05 T0200 M00

G0 T0303

G97 S600 M03 G0 X36.8 Z-69.G1 X20.4 F40.G0 X36.8 Z-68.2 G1 X20.4 X20.64 Z-68.32 G0 X36.8 Z-69.8 G1 X20.4 X20.64 Z-69.68 G0 X36.8 Z-70.2 G1 X26.4 G2 X25.6 Z-69.8 R.4 G1 X20.4 X20.64 Z-69.68 G0 X36.8 Z-67.8 G1 X26.4 G3 X25.6 Z-68.2 R.4 G1 X20.4 X20.64 Z-68.32 G0 X36.8 Z-66.386 X28.828 G1 X26.Z-67.8 G3 X25.6 Z-68.R.2 G1 X20.G0 X28.828 Z-71.614 G1 X26.Z-70.2 G2 X25.6 Z-70.R.2 G1 X20.X20.3 Z-69.85 G0 X28.828 Z-24.X26.8 G1 X10.4 G0 X26.8 Z-23.2 G1 X10.4 X10.64 Z-23.32 G0 X26.8

Z-24.8 G1 X10.4

X10.64 Z-24.68 G0 X26.8 Z-25.2 G1 X16.4

G2 X15.6 Z-24.8 R.4 G1 X10.4

X10.64 Z-24.68 G0 X26.8 Z-22.8 G1 X16.4

G3 X15.6 Z-23.2 R.4 G1 X10.4

X10.64 Z-23.32 G0 X26.8 Z-21.386 X18.828

G1 X16.Z-22.8 G3 X15.6 Z-23.R.2 G1 X10.G0 X18.828 Z-26.614

G1 X16.Z-25.2 G2 X15.6 Z-25.R.2 G1 X10.X10.3 Z-24.85 G0 X18.828 X36.8 Z-69.G1 X20.4 G0 X36.8 Z-68.2 G1 X20.4

X20.64 Z-68.32 G0 X36.8 Z-69.8 G1 X20.4

X20.64 Z-69.68 G0 X36.8 Z-70.2 G1 X26.4

G2 X25.6 Z-69.8 R.4 G1 X20.4 X20.64 Z-69.68 G0 X36.8 Z-67.8 G1 X26.4 G3 X25.6 Z-68.2 R.4 G1 X20.4 X20.64 Z-68.32 G0 X36.8 Z-66.386 X28.828 G1 X26.Z-67.8 G3 X25.6 Z-68.R.2 G1 X20.X20.3 Z-68.15 G0 X28.828 Z-71.614 G1 X26.Z-70.2 G2 X25.6 Z-70.R.2 G1 X20.X20.3 Z-69.85 G0 X28.828 Z-24.X26.8 G1 X10.4 G0 X26.8 Z-23.2 G1 X10.4 X10.64 Z-23.32 G0 X26.8 Z-24.8 G1 X10.4 X10.64 Z-24.68 G0 X26.8 Z-25.2 G1 X16.4 G2 X15.6 Z-24.8 R.4 G1 X10.4 X10.64 Z-24.68 G0 X26.8 Z-22.8

G1 X16.4

G3 X15.6 Z-23.2 R.4 G1 X10.4

X10.64 Z-23.32 G0 X26.8 Z-21.386 X18.828

G1 X16.Z-22.8 G3 X15.6 Z-23.R.2 G1 X10.X10.3 Z-23.15 G0 X18.828 Z-26.614

G1 X16.Z-25.2 G2 X15.6 Z-25.R.2 G1 X10.X10.3 Z-24.85 G0 X18.828

G28 U0.W0.M05 T0300 M00

G0 T0404

G97 S800 M03 G0 X20.Z3.45 X15.022

G99 G32 Z-22.F1.5 G0 X20.Z3.301 X14.486

G32 Z-22.F1.5 G0 X20.Z3.185 X14.068

G32 Z-22.F1.5 G0 X20.Z3.087 X13.713

G32 Z-22.F1.5 G0 X20.Z3.X13.4

G32 Z-22.F1.5

G0 X20.Z3.X13.4 G32 Z-22.F1.5 G0 X20.Z3.45 G28 U0.W0.M05 T0400 M01 G0 T0303

G97 S600 M03 G0 X44.Z-103.G98 G1 X40.F40.X1.8 X5.8 G0 X34.G28 U0.W0.M05 T0300 M30 %

九、实验结论：

完场轴件设计与代码实现，并且最后完成轴件的加工！

十、总结及心得体会：

在实验中自己通过对数控机床的操作切实的参与轴件的加工，对轴件的设计与代码的实现。

十一、对本实验过程及方法、手段的改进建议： 实验的过程中时间的安排与其他的课会有所冲突。

报告评分：

指导教师签字：

平时得分：

实际操作得分：

报告得分：

总成绩：

指导教师：

数控车削零件 篇3

【关键词】数控加工 工艺分析 加工方案

【中图分类号】G 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2016）06B-0084-03

随着我国制造业快速发展，数控机床已经普遍装配到各生产一线。它具有适应性强、加工精度高、尺寸一致性好、生产效率高、容易实现复杂形状及曲面零件的加工、有利于生产管理的现代化等优点。在数控车床的零件加工中，加工工艺分析、零件的加工顺序和程序编辑是影响加工质量和加工效率的关键因素。不管是手工编程还是软件编程，在编辑程序前都需要对零件图进行加工工艺的分析、拟定加工顺序和装夹方案、合理选用刀具和车削参数，处理好零件的加工工艺问题（如装夹位置、加工路线等）。这样才能有效地提高数控机床的利用率，改善零件加工质量。

对于数控、模具等机械类专业的学生来讲，毕业后大多将从事数控加工、模具制造、机械制造等行业。所以学好数控技术对以后从事机械加工相关的工作有着重要的意义。

一、数控编程的方法

数控机床编程常用到的有两种方法：第一种是手工编程；第二种是使用编程软件编程。这两种程序的编辑方法都有各自优点和缺点，加工范围也有所不同。手工编辑的程序比较简单精炼、容易读懂、程序修改方便，相对简单的零件就比较适合用手工编程，遇到相对复杂的曲面零件，手工编程就难以编程了。软件自动编程是指使用计算机编程软件来编制数控加工程序，软件编程具有效率高、不易出错、操作可靠安全的特点，对于复杂的曲面零件加工程序也能较容易编写，缺点是软件编程编写的程序比较长、不够简短，另外，由于受到软件本身的限制，有些情况下走刀路径不是很合理，加工时间比较长。所以，不同的零件加工编序要选择合适的编程方式。

二、零件加工工艺分析

以下面的零件加工为例，对零件加工工艺进行分析。

（一）零件图

见图1-1

（二）工艺性分析

如图1-1所示，工件的加工形面较多，有圆柱、圆弧、外槽、外螺纹、倒角等。加工时，要考虑工件的变形及调头后工件的找正等问题。由于工件左端有外槽和螺纹，加工时要考虑到它比右端受力大，但左端Φ40mm外圆长度尺寸较长，可用作加工右端的夹位。故先加工左端，然后夹左端Φ40mm外圆，来加工右端锥面及圆弧等。这样，就可以避免工件调头加工时由于夹紧力不够大而容易导致掉落的现象发生。

（三）数值处理

除圆锥小端直径外，其他编程基点已知。圆锥小直径由以下公式可求：

（D-d）/L=C

式中，D——大端直径（mm）

d——小端直径（mm）

L——圆锥长度（mm）

C——锥度比

圆锥小径计算：

（30-d）/25=0.2

（30-d）=25×0.2

30-d=5

d=30-5

d=25

经计算得知，圆锥小径为 25 mm。

（四）毛坯选择

材料：45#圆钢

尺寸：Φ55 mm×120 mm

（五）零件的装夹方案

在制订加工工艺规程时，很关键的一点是要选择正确的零件的定位基准。定位基准不仅会直接影响到零件的位置精度，而且还会对零件各个外圆的加工顺序产生影响，因此，要想更好地保证零件的加工精度就要选择合理的定位基准。这样做不但能简化零件的加工工序，而且也会提高零件的加工生产效率。

该零件的装夹夹具可用三爪自定心卡盘，三个卡爪可以同步运动且能自动定心，对于装夹要求不高的工件加工来说，可以不用找正。三爪自定心卡盘装夹容易装夹工件，装夹速度快，但相比四爪卡盘来说，它夹紧力小，不适合装复杂形状的零件。在调头装夹时，要用磁性表座对工件进行找正，并加垫铜皮，以防夹伤已经加工好的零件表面，详见表2-1。

（六）工件零点选择

工件零点设定在工件右端面中心处，详见表2-1。

（七）确定加工方案

加工高精度的零件，一般分为粗车加工、半精车加工和精车加工的精度控制方式。第一步先夹持毛坯35 mm处车左端轮廓，车 Φ52 mm的外轮廓长度，车至 75 mm，车 Φ40 mm、Φ30 mm、切退刀槽和外圆槽、车M 30×2 的螺纹。第二步调头找正车圆锥面、Φ30 mm的外轮廓、R4 的圆弧。

该典型轴加工顺序如表2-1零件加工工艺简卡所示：

三、刀具、车削用量的选用

（一）数控刀具的选用

数控车刀的选用和车削用量的参数设定是数控车加工工艺中的重要内容，两者会影响产品的生产效率和零件的加工质量，所以要考虑：（1）车刀要能方便安装和调整；（2）要有较高的刚性、高的耐用度和可靠性；（3）要有较高的自动换刀及重复定位精度。在满足加工要求的前提下，应尽量少垫垫刀片，且车刀长度要尽量短，以提高车刀的刚性。

（二）车削用量的选用

数控车床的切削用量选用原则为，（1）粗车切削要以提高产品的生产效率为主，一般尽量取较大的吃刀量；（2）半精车切削和精车切削时，应根据粗车加工后的加工余量来确定吃刀量。实际加工参数可以查看所用机床的说明书和切削用量手册来确定，同时也要根据加工经验来定。

1.车削的吃刀深度 t 。在数控车床、工件装夹和车刀刚度的允许下，t 可以跟加工余量相同，这样能有效地提高生产效率。

2.进给速度v（mm/r）。进给速度的提高能提高产品生产效率，一般地，粗车为（0.2-0.5）mm/r，精车为（0.05-0.1）mm/r。

3.主轴转速 n（r/min）。一般地，粗车为（600-1000）r/min，精车为（1200-15000）r/min。

四、工艺文件

（一）零件加工刀具卡

用数控车床加工零件的加工刀具卡如表2-2，表2-3所示。

（二）零件加工工艺卡

用数控车床加工零件的工艺卡如表2-4所示。

五、程序编辑

（一）手工编程见表2-5及表2-6

利用手工编程方法进行编程加工时，其编程见表2-5及表2-6。

六、计算机自动编程介绍

计算机软件自动编程是以计算机辅助设计（CAD）建立起来的零件几何模型作为基础，以计算机辅助制造软件（CAM）为手段，通过零件图形交互方式生产加工刀迹轨迹和加工程序的方法，称为计算机软件自动编程，简称自动编程。这种编程的方法通常使用于曲面或曲线和形状比较复杂的零件编程加工，而数控车自动编程软件常用的有“CAXA数控车”和 “Mastercam”等，在此不作具体的介绍。通过对本零件的加工，可掌握工件加工的一些常用的步骤和流程，并从中学会分析零件图纸、制订加工工艺、选择正确的加工路线、合理选择刀具和切削用量、软件编程，为以后工作打下坚实的基础。

【参考文献】

[1]李一民.数控机床[M].南京：东南大学出版社，2005

[2]眭润舟.数控编程与加工技术[M].北京：机械工业出版社，2006（第一版）

数控车削零件 篇4

(一) 学习领域开发必要性

随着现代工业的高速发展及知识社会的挑战, 数控行业需要高水平并且受过相关教育的操作人员。企业中工作一体化的学习态势逐渐增强, 要求职业院校和企业必须接轨, 这就要求加快职业教育现代化的进程。数控技术专业课程教学改革要时刻关注企业对人才的综合素质要求, 关注行业技术发展趋势与技术应用方向, 加快基于生产工作过程导向的教学改革, 促进工学结合人才培养模式改革与创新。

另外, 为了提高数控操作技能水平, 要大力提倡“做中学”、“学中做”等工学结合的教学模式, 让学生在真实的生产环境中, 在真实的生产岗位上, 在“做”的过程中, 切实提高技能水平和综合素质。

(二) 基于工作过程的课程开发

传统的数控专业课程是由公共基础课程、专业基础课程和专业课程等所组成的学科式课程结构, 而职业功能课程则以职业能力为核心, 由职业能力课程和能力拓展课程所组成新的课程结构。数控技术职业能力课程是将通用能力的集合转化为职业培训教学的课程, 即使学生能够进行数控工艺制定、编写加工程序及进行加工操作。能力拓展课程是在职业能力课程基础上, 能够操作复杂机床, 并且能够对机床进行维护与检修, 进而更进一步地从事数控方面的组织与管理工作。通过针对某一岗位而设置课程, 即基于工作过程的课程开发, 可以实现同就业岗位的无缝对接, 以提高发现问题和解决问题的实际能力。

总之, 基于工作过程导向的综合课程能够让学生获得一种全面和切实有效的知识, 符合职业培训和职业教育自身规律。

二、学习领域开发设计方法

(一) 指导思想

学习领域课程开发的指导思想在于不是通过学科体系而是通过整体、连续的“行动”过程来学习, 与职业紧密相关的职业情境成为确定课程内容的决定性的参照系。在《数控车削零件》学习领域课程方案中, 是通过具体的学习情境, 采用问题关联教学、项目教学和案例教学等方式来实现的。

《数控车削零件》学习领域通过对典型零件的数控车削这一连续操作过程, 通过具体数控车削零件的加工的学习情境, 采用引导文法, 进行整个学习情境的实施。

本学习领域课程开发的总目标是数控车削加工的行动能力。数控车削零件的职业能力包括三方面:一是专业能力, 是一种基于数控车削专业的知识和技能, 即能按照一定方法独立地解决任务的问题并评价结果的能力, 包括数控车削加工的工作方式方法、对加工工具、材料及工艺的认识等, 是胜任数控车削这一职业工作、赖以生存的本领。二是社会能力, 是一种发展社会关系、控制协作关系, 以及和他人进行理性的、负责的解释和交流的能力, 即从事数控车床这一岗位后的团队协作的能力。三是方法能力, 是从专业能力和社会能力发展出来形成的能力, 是个人对生活、工作和社会发展做出思考、解释以及评价, 并自我设计和定位, 通过独立学习、不断获取新技能的能力。

(二) 基本思路

根据上述指导性思想, 进行《数控车削零件》学习领域的设计, 首先对职业工作过程进行分析, 并了解职业教育条件, 确定并描述职业行动领域, 然后评价、选择、转换和配置行动领域, 最后扩展描述学习领域及学习情境。

《数控车削零件》是数控专业的核心课程。通过企业调查, 数控专业的毕业生有很大一部分从事数控车床的操作工作, 这就要求他们具备编制数控车削工艺、数控车削编程及数控车床加工操作的基本职业能力, 能够进行数控车削加工的调整, 实现零件的数控车削加工, 使学生具有数控车中级职业技术资格水平。学生具体的获取能力如下:

1) 能制定出合理的零件的数控车削加工工艺;

2) 能正确编制数控车削程序, 并能利用数控仿真软件进行仿真加工及程序检查;

3) 能正确运行程序实施零件加工, 并对加工过程进行监控, 记录并现场修正加工参数;

4) 会参照记录及报告结果评估工作过程, 分析和解决技术问题。

(三) 学习情境的规划

学习情境是组成学习领域课程方案的结构要素, 是课程方案在职业学校学习过程中的具体化。学习情境要在职业的工作任务和行动过程的背景下, 将学习领域中的目标表述和学习内容, 进行教学论和方法论的转换为了使得学生具有数控车的专业行动能力, 我们以典型的数控车削零件的加工为载体, 将学习领域划分为四个学习情境。在这四个学习情境的实现过程中, 无论是对于加工工艺、程序的编制方法, 还是数控车床的操作, 都是逐渐熟练的过程。同时, 随着各个学习情境的实施, 所加工的典型零件逐渐变得复杂, 对所涉及的专业知识也逐步进行了扩展。通过这四个学习情境的实现, 使学生具有数控车中级工的能力。具体的学习情境规划如下:

三、学习情境的设计

设计学习情境之前, 首先要列举出数控专业的全部学习领域, 与数控车削相关的领域有《数控加工工艺的制定》及《典型零件数控加工实施》两个领域。然后整理出数控车削全部能力开发一览, 初选可能的学习情境, 最后对其进行设计。

下面以学习情境3“带螺纹型面回转体零件的数控加工”为例进行教学设计。

(一) 学习目标

学生在实施本学习情境后, 应获得相应的数控车削编程及操作能力, 具体如下:1) 掌握沟槽与螺纹车削加工工艺知识、会使用相应的切削刀具;掌握螺纹数控车削控制原理;2) 掌握螺纹车削的编程指令、沟槽加工的编程技巧;3) 熟练掌握数控车床的操控方法, 能在数控车床上录入、运行、调试和修正基本加工程序, 能使用机床车削加工带沟槽、螺纹的零件;4) 会使用基本量具对零件进行加工质量评估、分析;5) 会进行机床功能性维护, 并进一步能进行车削零件生产过程管理。

(二) 教学方法

在教学过程中采用任务驱动法, 即给定一具体典型的带螺纹型面回转体零件, 要求学生制定出数控加工工艺, 编制数控加工程序, 进行加工前的准备工作, 安全准确地进行零件的加工以及对所加工零件进行检测评估及提出相应的改进意见。在整个教学中要确保教学的实践性、开放性和职业性。

具体实施时, 宏观上应用引导文法。在项目教学中, 强调学生的自主学习, 需要更加灵活的教学组织形式, 教室不再主导教学过程, 而是让学生或单独或协作完成工作活动的过程中取得进步。为配合学生的自主学习, 避免不必要的教师干扰, 要把过去教师的讲授和演示材料转化为声像制品, 开发指导学生独自完成学习———工作过程的引导材料, 供学生自主决定参考。微观上采用六步法, 即咨询、计划、决策、实施、检查、评估。

教师在整个过程中扮演着监控和咨询的角色, 其责任在于设计一个合理巧妙的实验项目———学习性工作任务, 使得学生能够在操作中学到知识。在整个实验过程中, 教室甚至很少说话或者进行指点, 最后的实验评价也应由学生自己完成。

(三) 教学组织

教师在教学过程中, 首先要做必要的相关知识讲授, 分配工作任务, 协调学生分组, 明确分工, 提出资讯建议, 提供获取资讯的方法与途径信息。在实施的过程中, 进行师生互动, 现场学练做, 学生自主, 教师对学生的工作提出改进意见, 引导学生如何编程与操作, 审查数控加工程序是否正确, 安全操作规范监督, 工作进度调控, 审查工作进度计划, 协助学生完成工艺方案的制定及加工程序编制。最后, 学生的典型任务完成后, 教师对项目完成质量进行评估, 点评团队合作情况, 对标准规范执行情况进行评价等。

在实施工作任务过程中, 教师应以团队合作为突破口, 培养和内化职业素养。

(四) 考核与评价

为了能真实客观得反映学生的职业能力, 建立以能力和过程考核为重点, 以学习绩效考核评价体系为中心的教学质量保障体系, 彻底改变以学科知识为核心的传统评价方法。考核采用百分制, 其中项目成果评定占60%、教师评价占25%、自评与互评占15%。

四、结语

对《数控车削零件》这一学习领域进行基于工作过程的教学改革, 改变了传统的教学模式, 克服了长期以来理论教学与实训教学相脱节的弊端, 给学生营造实际的工作环境, 很大程度上激发了学生学习的积极主动性, 从而大大地提高了职业教学效果。

参考文献

[1]姜大源.学习领域——工作过程导向的课程模式[J].职教论坛, 2004.

[2]赵志群.职业学习理论的最新发展之三——组织学习[J].职教论坛, 2003.

零件车削时定位的分析 篇5

【关键词】零件 车削 定位

一、定位的方式

确定工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程,称为工件的定位。工件的定位,必须要有一个参照物(点、线、面)来衡量,确定工件上几何要素(点、线、面)间的位置关系,所依据的另一些点、线、面称为基准。任一在空间处于自由状态的刚体在空间直角坐标系中,都有六个自由度,即沿三个相互垂直坐标轴的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。要使工件在空间处于相对固定不变的位置,就必须限制其六个自由度。

必须强调指出,定位与夹紧是两个不同的概念。定位是使工件在机床或夹具中占据一正确位置,而夹紧是使工件的这一正确位置在加工过程中保持不变,因而夹紧是不能代替定位的。也就是说,“工件被夹紧了,它的自由度也就被限制了。”这一概念是错误的;反过来讲,“工件定位了,它在加工时受到使工件脱离支撑点外力时不会运动”的说法,同样也是错误的。在生产实践中,工件定位时需要限制的自由度数目,应根据加工表面的尺寸及位置要求来确定。按照工件在夹具中的定位情况,有完全定位、部分定位、欠定位、重复定位、

工件的同一自由度,同时被几个定位支撑点重复限制的定位,称为重复定位或过定位。关于定位的基本原理,我们可以总结出以下几点:

(1)工件在夹具中的定位,可以转化成在直角坐标系中,用定位支撑点限制工件自由度的方式来分析。

(2)定位支撑点限制工件的自由度的作用,是通过定位支撑点与工件的定位基准始终保持紧贴接触而实现的。因此,若彼此一旦脱离接触,则表示定位支撑点失去了限制工件自由度的作用,亦即失去定位的作用。

(3)工件在定位时应采取的定位支撑点数目(即被限制的自由度数目),完全由工件在该工序中的加工技术要求所决定。

(4)一般地说,一个定位支撑点只能限制工件的一个自由度,因此,工件在夹具中定位时,所用定位支撑点的总数目,不应超过6个。

(5)每个定位支撑点所限制的自由度,原则上不允许重复或互相矛盾。

(6)具体应用在夹具上的定位元件,不一定是支撑点,而常常采用V形架、平面、定位销、定位套等一些非点表面,在分析时需要转化为相应的支撑点后,再考虑工件的定位情况。

二、工件的定位方法和定位元件

1.工件以平面定位

在机械加工中,大多数工件都以平面作为主要定位基准,如箱体、机体、支架、圆盘等工件。、

当工件以未加工平面作为定位基准面时,由于工件的定位平面粗糙不平,因此一般不可以一个完整的大平面作为定位元件的接触面与毛坯表面接触,而是采用三点支撑的方式与未加工的定位基准面接触,并尽可能使各支撑点彼此距离远点,使其接触点所构成的支撑三角形面积尽可能大,以增加定位的稳定性。工件以平面定位时,常用的定位元件有支撑钉、支撑板、可调支撑、辅助支撑。

2.工件以外圆定位

工件以外圆定位时,最常用的定位元件有V形架、定位套和圆弧定位等装置。V形架是应用很广泛的定位元件,应用于粗基准或精基准的定位,使用方便,且对中性好。定位套常用于小型形状简单的轴类零件的精基准定位。通常,其定位元件常做成淬硬钢件装于夹具体中,要求定位套的軸线与工件外圆柱面的轴线重合。常常用定位套的圆柱面与端面组合定位,以保证轴向位置精度,防止轴线的径向位移和倾斜。半圆弧上定位装置的下半圆弧固定在夹具上,起定位作用;上半圆弧是活动的,起夹紧作用。这种定位方式类似于V形架,也类似于轴承。由于工件在下半圆弧上定位时与夹具的接触面大,且不易夹毛,故常用于不便在V形架、定位套中定位的大型轴、套类工件的精基准定位,其定位精度取决于定位基面的精度。

3.工件以内孔定位

工件以内孔定位在加工中应用很广泛,如连杆、套筒、齿轮、盘类等零件,常以加工好的内孔作为定位基准定位,不仅装夹方便,而且能很好的保证内、外圆表面的同轴度。工件以内孔定位,其定位元件主要有定位销、定位心轴及定心夹紧装置。

4.工件以一面两孔定位

含深圆弧槽轴类零件的数控车削研究 篇6

机械加工中有很多轴类零件需要加工深圆弧槽, 但是在数控车床上加工深圆弧槽, 会产生较大的切削力, 并且刀具易产生振动和干涉, 排屑比较困难, 造成深圆弧槽的加工精度不高。因此制定合理的加工方案是深圆弧槽加工的关键。本文以图1零件为例, 以FANUC 0i系统的前置数控车床为载体, 探讨深圆弧槽的数控车削方案, 并提出可行性的建议。

1 零件图分析

零件如图1所示, 毛坯材料为45号钢, 调质处理, 直径为60mm, 长度为122mm。工件左端Φ57已经加工。右端含有圆柱面、台阶、锥面、圆弧面、深圆弧槽、外螺纹、退刀槽, 其中深圆弧槽的加工是难点。

2 加工方案中的难点分析

加工本零件需要的刀具有外圆车刀、外切槽刀 (宽3mm) 、圆弧成型刀 (半径为2mm) 、外螺纹刀。

2.1 外圆切削指令的选择

常用的轴类粗加工复合循环指令有G71和G73[1], 虽然G73可以用于形状不规则轴类零件的粗加工, 但是这个零件的凹圆弧为90°, 属于深圆弧, 如果用G73加工, 空刀较多, 所以选用粗车复合循环指令G71, 但是由于G71指令在粗加工最后一刀时把凹圆弧一次切出, 这样容易引起过切, 所以加工到深圆弧区域时, 先平切, 按照圆柱面进行加工到尺寸φ40, 然后再针对深圆弧区分步进行粗精加工。

2.2 圆弧成型刀的对刀

数控车加工圆弧是数控机床的一个优势, 它是X和Z轴同时移动进给插补来完成的。对刀时需要x方向对刀和Z方向对刀, 零件的右端面中心为工件坐标系的坐标原点, 圆弧成型刀的圆弧圆心为刀位点。

当对x轴时, 用试切法试切外圆, 测量新车的这段外圆的直径φD, 那么X轴的对刀值为X=φD-d (d为圆弧成型刀的圆弧直径) , 然后进入形状补偿参数设定界面, 如图3所示, 将光标移动到与刀位号相对应的位置, 输入X的对刀值, 按菜单软件【测量】, 对应的刀具偏移量自动输入。

对Z轴, 用圆弧刀碰零件的右端面, Z轴的对刀值为Z=0, 然后进入形状补偿参数设定界面, 将光标移动到与刀位号相对应的位置, 输入Z0, 按【测量】软键, 对应的刀具偏移量自动输入。

2.3 圆弧成型刀的走刀轨迹

利用圆头成型刀进行精加工深圆弧槽时。如果选用半径5mm的圆弧成型刀, 走刀轨迹可以直进直退, 一步到位, 但是毛坯的材料为45号钢, 所以从强度方面考虑, 选用半径为2mm的圆弧成型刀逐步切削, 编程时, 为了使刀具实际切削刃的轨迹与深圆弧的轮廓一致, 需要进行刀具半径补偿。加工轨迹如图4所示。

3 加工工艺路线的确定

根据以对加工方案中难点的分析, 确定加工路线如下。

1) 装夹毛坯的左端, 用外圆车刀平端面, 保总长至120±0.02范围内。

2) 利用粗车复合循环指令G71和精加工指令G70粗精加工外圆。

3) 利用外切槽刀加工3×2的退刀槽和粗加工深圆弧槽, 此时深圆弧槽部位加工成阶梯状。

4) 利用圆头成型刀进行精加工深圆弧槽。

5) 加工外螺纹。

4 程序的编制

结合以上分析, 外圆加工程序如下:

深圆弧槽的精加工程序如下:

通过实际加工, 发现采用此加工方案加工加工深圆弧凹槽, 可以达到预想的加工效果。

5 结论

本文以含深圆弧槽的轴类零件为例, 通过对加工工艺的分析, 探讨了切削指令的选择、圆弧成型刀的对刀以及走刀轨迹等难点, 制定了合适的加工方案, 并通过实际加工证实, 采用此加工方案能有效的解决深圆弧槽类的加工难点问题, 具有重要的参考价值。

摘要：对含有深圆弧槽的轴类零件进行加工工艺难点分析, 包括切削指令的选择、圆弧成型刀的对刀以及走刀轨迹等, 并制定合适的加工方案, 编制加工程序, 通过实际加工证实采用此加工方案能有效的解决深圆弧槽的加工难点。

关键词：深圆弧槽,数控车削,加工方案

参考文献

数控车削零件 篇7

随着科学技术的不断发展,对机械产品的质量和生产效率提出了越来越高的要求。机械加工工艺过程的自动化(数控技术)是实现上述要求的重要举措之一。数控加工不仅能够提高产品的质量,提高生产效率,降低生产成本,还能够大大改善工人的劳动条件。我国是世界的制造大国,要想成为制造强国,就必须培养创新型、高技能人才等复合型技术工人。根据人才市场的需求和发展需要,依据教学大纲和学校实际情况订制了具体的数控车技术加工的培训项目,其中,对典型的多槽零件加工工艺进行编制和处理,把培养创新型职校生渗透到每个实习训练之中。

切纸机制造厂需要较大批量的切纸辊。切纸辊是切纸机里的重要切纸部件,它是一个典型的多槽零件,是数控车削技术教学中较理想的教学素材。在进行典型多槽数控技术加工工艺分析前,应利用图形图像等资料让学生对切纸机、切纸辊进行全面的了解,使学生对典型多槽数控技术的编程和实训产生浓厚的兴趣。

1 切纸辊加工程序分析(切削多槽零件)

1.1 切纸辊加工程序分析

在机械车间加工圆周刀具、轧辊等零件时,常会遇到多槽加工。这种零件槽多而且尺寸相同,在编制其加工程序时会出现内容重复现象,增加了编程的工作量。为此采用程序调用指令来编制该零件的加工程序,减少编程工作量,缩短加工程序的长度,减轻了操作者的劳动强度,提高了生产效率。

1.2 切纸辊装夹的分析

因为切纸辊所切的纸带要求比较严格,所以要求此零件尺寸精度和垂直度精度较高。为了保证加工精度,利用双顶尖和鸡心夹夹具完成这一装夹。在装夹之前须用中心钻在棒料两边钻好定位中心孔。

1.3 切纸辊加工步骤分析

本零件的切削加工是用已加工过的半成品坯料,如图1所示(注:实际切纸辊用合金钢,而学生实训练习用45号钢),所以只考虑用数控技术加工槽的加工步骤。具体步骤是:1)要熟悉18槽切纸辊的图纸(如图2所示)要求、加工路线和程序;2)选择合适的双顶尖和鸡心夹装夹好毛坯,同时充分考虑操作安全和工件的形位误差等情况;3)输入程序并认真检查后,锁定主轴、进给机构,进行仿真加工演示,并显示仿真加工路径;4)调用加工程序,进行有效的对刀(在C点进行对刀),准确无误后才可以正式加工。

2 车削多槽切纸辊(45号钢棒料)的加工程序

根据我校目前的数控车床设备实际情况,选用武汉华中数控股份有限公司产品HNC-21/22T华中数控车床进行编程、操作。该零件的切削深度大,应采取断屑措施切削,选择与槽等宽的切槽刀直接切入。正确使用定位、切入、断屑和回退等指令,其加工程序如表1所示。

3 车削硬塑棒料多槽切纸辊样品在刀具改进后的加工程序

由于大部分职业院校经费有限,耗材较大时学校可以考虑使用成本较低的硬塑材料代替钢材,这样可以节省耗材、刀具和机械保养等方面的投入。但主要缺点是学生对车削钢材的手感受到限制。采用硬塑棒料加工时,由于其硬度比钢材小,塑性大,如果切屑清除不及时,缠绕在切槽周围,会严重影响切槽的形状和精度,所以每切一槽用加(M00 M03)指令暂停清屑,切削下一槽时,只需按下面板启动按钮即可。切削硬塑切削热较少,所以车削时不用开切削液,编程时不用把开切削液的指令编入程序内。

4 刀具的选用和刀具改进的设想

为了提高车刀的加工寿命和减少刀尖的快速磨损,加工较高硬度的切纸辊时宜选用硬度高、红硬性好、耐磨性好的车刀,如选用硬质合金车刀进行车削,能有效延长车刀寿命和保证工件精度。由于切纸辊有18槽(如图2所示),如果逐槽加工会造成工时长,效益低。若主轴转速和进给速度受到限制时,务必通过其它方式提高加工速度、减少加工时间来提高工作效率。如果通过改进机床方式来缩短加工时间当然有可能,但改造的成本远远大于原来的加工成本,这种做法是行不通的。传统的车刀只有一头进行车削,如果我们改用双头成形车刀(如图3所示)进行切削,将会大大提高切槽的效率。

通过认真仔细地研究了车刀架和车刀的结构,将车刀改制成专用的双头成形车刀。为了保证车刀的尺寸和精度,先进行车刀头的刀片焊接,然后利用线切割技术进行对车刀的成形加工,线切割的尺寸精度可高达正负0.02mm,完全能满足切纸辊的槽距精度。线切割技术加工出来的双头车刀具有足够的刚度、稳定性和粗糙度。用改造成的双头成形车刀进行切削,其加工时间约为原来的1/2,降低了加工成本,这对于中、小型企业来说是较理想的技术革新。专用双头车刀的装夹如图4所示。

5 结论

以上是根据实际工厂生产需要和职业学校特点以及教学条件情况而制定、实施的典型多槽零件数控车削加工的项目训练,总结起来有如下亮点:

1)采用了先进的现代车床和数字控制技术加工多槽典型零件,体现了新设备、新技术、新产品融为一体的特点。

2)能根据不同的加工材料,灵活选用不同加工程序和不同刀具,体现了新材料、新思路、新工艺的特点。

3)可操作性强、方便简单、经济,能为使用者带来更大的经济效益。

由于本人接触数控技术加工时间较短,在编制和实施本课题过程中还存在不尽人意的地方,本课题目前基本能满足教学需要,但与企业生产水平还存在较大的距离,特别是在使用先进的测量技术、零件质量控制、机床维护和保养等方面还需进一步的加强。

参考文献

[1]韩鸿鸾.数控车工(技师、高级技师)[M].机械工业出版社,2008.

[2]张梦欣.数控加工工艺编程与操作[M].中国劳动社会保障出版社,2008.

数控车削零件 篇8

复杂面形/结构零件是指非回旋转对称类零件或表面轮廓非对称,结构复杂,难以用统一数学公式表示的回转体零件或自由曲面。这些零件往往是系统的关键零件,具有独特作用。如自由曲面光学零件、微透镜阵列、微沟槽阵列等微光学零件可优化光学系统,提高成像质量,并可使光电子仪器及其零部件更加小型化、阵列化和集成化[1]。

目前对复杂面形/结构零件的加工方式有研磨抛光、刻蚀、X射线光刻掩模(lithographie galvanoformung abformung,LIGA)、模压等[2]。但这些方法各自有自身的缺陷或使用的局限性。采用研磨抛光时,每种零件都需提供单独的研磨抛光工具,而且加工精度的一致性较差,效率低;刻蚀和LIGA方法的设备造价非常昂贵,一般实验室或企业都难以承受;模压法需要具有很高精度和耐用度的模具,加工柔性差。随着需求的快速发展,复杂面形/结构零件面形越发复杂,落差和局部曲率越来越大,上述方法已越来越不能满足加工要求。近年来,超精密切削加工技术发展迅速,采用天然金刚石为刀具的超精密快速伺服车削加工可一次性获得超精密面形,因此受到了国内外企业界和学术界的广泛关注。

1 复杂面形/结构零件快速伺服车削原理

回转对称曲面的形状只与离回转对称轴的距离r有关,而与角度位置ϕ无关,因此回转对称曲面可简单表示为z=zrot(r)。而非回转对称曲面的形状不仅与离回转轴的距离r有关,而且也与角度位置ϕ有关,其非回转对称部分可描述为z*=z*(r,ϕ)。复杂面形/结构零件可表示为回转对称曲面与非回转对称部分的叠加,有znrs=zrot(r)+z*(r,ϕ)[3]。如图1所示。回转对称曲面部分的加工可由超精密车床的数控系统来保证,而对于非回转对称部分,则由快速伺服刀架来实现加工。

进行复杂面形/结构零件的快速伺服车削加工时,首要的基础条件是具备满足超精密加工要求的超精密机床。根据复杂面形/结构零件的表面成形原理,T形布局的两轴超精密加工机床被广泛采用。超精密机床应满足高精度、高刚度、高稳定性以及高度自动化的要求,这对超精密机床的主轴、导轨、恒温装置、隔振等配置提出了极高的要求。图2所示为美国Moore公司研制的Nanotech 350两轴超精密加工机床的典型结构[4],主轴装载工件而刀具相对于工件进给切削,金刚石刀具安装在车床Z轴上,C轴(主轴)安装在X轴上,X轴与Z轴相垂直,成T形布局,X轴、Z轴及C轴的运动均可由机床数控系统控制。

快速伺服加工时,Z向的进刀由安装于Z轴的快速伺服刀架实现。车床数控系统依据设定的数控程序驱动X轴进给和C轴旋转,加工过程中,刀具距离回转中心的径向位置由径向位置传感器(如光栅尺)检测得到,而工件的角度位置则由安装于主轴后端的角度位置传感器(如光电编码器)获取。快速伺服(fast tool servo,FTS)系统实时检测当前主轴角度位置传感器信号ϕ及径向位置传感器信号r,并实时发出控制量z*,驱动刀具在Z向产生高频响、小行程的精密进刀运动。FTS加工复杂面形/结构零件的原理如图3所示[1,3]。

可见,FTS伺服系统与机床数控系统之间没有联系,FTS伺服系统只是单向接收径向位置传感器信号和主轴转角信号,控制伺服刀架进刀。伺服刀架需要实时响应主轴转角变化以实时控制进刀量,因此伺服刀架的响应频率与主轴转速及主轴角度位置传感器的细分数密切相关。FTS刀架的频响性能是反映FTS加工能力的最主要指标之一。一般都选择具有高频响特性的装置作FTS刀架,如压电陶瓷或音圈电机。由于FTS刀架受刀架结构、驱动能力及控制策略的限制,其频响为有限值,因此FTS加工时主轴转速也不可能太高。

2 快速伺服车削刀架

快速伺服刀架是独立于车床数控系统之外的一套附加装置,其基本构成如图4所示,它本身即是一个典型的闭环控制系统。其中,快速伺服机构是FTS的核心模块,它直接输出微位移及切削力,决定着FTS的工作性能;功率放大器为快速伺服机构提供能量;传感器实时检测刀具的实际位移,形成闭环控制;伺服控制器完成实时计算和系统控制,提升系统性能。闭环系统的每一个环节都非常关键。FTS系统的性能指标主要有响应频率、工作行程、跟踪精度、刀具加速度、输出力[5]等。不同的性能指标决定了FTS系统所能加工的零件的范围。

具有高频响高精度特性的微位移机构方可作为FTS刀架。目前从工作原理上来说有四种类型的FTS刀架,分别是压电陶瓷型、磁滞伸缩型、洛仑兹力型及麦克斯韦型[6]。其中压电陶瓷型和磁滞伸缩型FTS刀架都是依靠特殊材料本身固有的物理特性来实现微小位移,而洛仑兹力型、麦克斯韦型FTS刀架则根据电磁间相互作用的原理来实现微小位移。

压电陶瓷类FTS则利用陶瓷材料在外加可控电场作用下产生的形变来输出驱动位移。它具有一系列的优点:响应速度快、加速度高,频响可达数千Hz;具有较高定位精度,较大的输出力密度;轴向刚度很高,开环稳定,易于控制等。其缺点为行程小,通常只能实现微米级小行程;固有的迟滞和蠕变降低了定位精度和跟踪精度[5,6]。现有的产品级的FTS刀架大多为压电陶瓷类FTS。

洛仑兹力FTS则基于洛仑兹力原理,通电线圈在磁场中受洛仑兹力作用产生运动。该类FTS的典型应用是音圈电机,最大优点是原理简单,可以实现毫米级的大行程,缺点主要是频响较低,线圈发热量大。虽然在超小行程时无法达到压电陶瓷一样的高频响和高刚度,但在100μm~1mm这类超越普通压电陶瓷的行程范围内,音圈电机具有独特的优良品质,采用良好的控制策略和高精度的位移传感器完全可以达到加工复杂面形零件所需的频响和精度指标。以音圈式直线电机作快速伺服刀架的复杂面形零件加工技术已受到研究者的日益重视,美国Precitech公司FTS500就是以音圈电机作伺服刀架,在200μm行程时可达到200Hz的频响和亚微米级的面形精度[7]。

3 音圈电机驱动的大行程高频响快刀伺服系统

针对压电陶瓷型快速伺服刀架行程小、加工能力受限的不足,国防科学技术大学精密工程实验室开展了以大行程、高频响为目标的快速伺服车削技术研究。

快速伺服刀架采用经优化设计的音圈电机,图5为其设计外形,图6为其结构简图。该音圈电机采用了动圈式结构,出力大、运动惯量小,易于实现高频响,其理论模型为一个质量-弹簧-阻尼的二阶系统[8,9];所用功率放大器为严格线性、宽频带的PWM功率放大器;位置反馈元件为量程±0.5mm、分辨率为0.1μm的电涡流传感器,FTS系统的闭环控制原理如图7所示。

FTS系统的硬件设备如音圈电机、功率放大器和电涡流传感器选定后,快速伺服刀架所能达到的最优性能指标则取决于具体的控制策略。对音圈式伺服刀架进行了正弦扫频、系统辨识,同时设计了串联校正控制器,并在DSP2812控制平台上进行了相关测试。

图8为对音圈式快速伺服刀架进行的阶跃测试结果图,刀架阶跃行程100μm(对应传感器检测输出为0.5V),其阶跃响应上升时间约1ms,超调约10%,伺服刀架响应快速。图9为对快速伺服刀架进行的不同频率的正弦测试,刀架行程为±100μm。为方便比较,参考输入信号也同时绘制于同一图中。

1.频率为50Hz时的参考正弦输入 2.频率为50Hz时的 正弦输入时电机响应 3.频率为300Hz时的参考正弦输入 4.频率为300Hz时的正弦输入时电机响应

由图8b可见,50Hz低频正弦信号激励时伺服刀架能够很好地跟踪参考输入,300Hz高频正弦信号激励时的输出幅值也仅比参考输入信号的幅值衰减5%左右,由3dB准则,该音圈式伺服刀架在±100μm行程时达到了300Hz的频响性能。美国Precitech公司以音圈电机作快速伺服刀架的FTS500系统在±100μm行程时达到200Hz的频响性能,在相同的刀架行程下,该音圈电机驱动的FTS系统频响指标优于Precitech公司的FTS500系统。该系统若能有效的抑制扰动,有望获得更高的性能,这有待于在后续研究与切削实验中加以验证。

4 结论

针对复杂面形/结构零件的面形特点,本文分 ()()

析了复杂面形/结构零件快速伺服的加工原理,介绍了几种典型的快速伺服刀架及其各自应用特点。对以大行程、高频响为研究目标的音圈电机驱动的快速伺服刀架,进行了阶跃响应测试及不同频率下的正弦测试,测试结果表明,伺服刀架具有较好的响应快速性,在±100μm行程时达到了300Hz的频响能力。在相同行程下该刀架频响指标优于国外同类产品,这为后续研究提供了可靠借鉴。

摘要：分析了快速伺服(fast tool servo,FTS)车削原理与不同类型FTS刀架的特点。为测试音圈电机(voice coil actuator,VCA)驱动的快速伺服系统的频响性能,搭建测试平台并进行了阶跃响应测试与不同频率下的正弦响应测试。实际测试结果表明,该快速伺服系统具有较高的频响能力,在±100μm行程时达到了300 Hz的频响。

关键词：复杂面形/结构,超精密车削,快速伺服,音圈电机,频响

参考文献

[1]李荣彬,杜雪,张志辉.自由曲面光学设计与先进制造技术[M].香港:香港理工大学先进光学制造中心,2005.

[2]杨元华,陈时锦,段耀凯,等.微结构表面超精密切削加工的关键技术[J].航空精密制造技术,2007,43(3):4-8.

[3]李荣彬,张志辉,杜雪,等.微结构光学元件快速伺服刀架加工技术研究[J].纳米技术与精密工程,2005,3(3):216-221.

[4]Yazid T,Ralph M.Principles and Applications ofthe Slow Slide Servo[EB/OL].Moore Nanotechnol-ogy Systems LLC.(2005-10-26)[2008-09-15].ht-tp://www.nanotechsys.com/i mages/PDFs/Slow%20Slide%20Servo%20Applications%20-%20Y.%20Tohme%2005.05.pdf.

[5]吴丹,谢晓丹,王先逵.快速刀具伺服机构研究进展[J].中国机械工程,2008,19(11):1379-1385.

[6]Lu X D.Electromagnetically-Driven Ultra-FastTool Servos for Diamond Turing[D].Boston:Mas-sachusetts Institute of Technology,2005.

[7]Kirk R,Jeff R.Freeform Machining with PrecitechServo Tool Options[EB/OL].Precitech PressRoom.(2005-05)[2008-09-15].http://www.pre-citech.com/Freeformmachining with Precitech ServoTools 052505.pdf.

[8]段纬然.复杂面形/结构零件车削加工关键技术研究[D].长沙:国防科学技术大学,2007.

数控车削零件 篇9

一、课程定位与设计

1. 课程性质

零件的普通车削加工是针对机械制造业普通车床操作工岗位设置的专业学习领域课程, 在机械设计与制造专业课程体系中具有比较重要的地位。

2. 课程作用

通过本课程的学习, 培养学生进一步识读零件图的能力、工艺装备的选用能力、不同零件的车削加工能力、零件精度的检验能力及误差分析能力;课程针对机械工艺员岗位, 工艺规程制定能力。掌握车工操作的基础知识和基本技能, 通过生产性实训达到国家中级车工职业资格标准规定的水平, 在机械制造企业中, 从事非标零件车削加工及设备的安全操作工作。

二、课程设计理念与思路

1. 课程设计理念

(1) 基于使用零件的车削加工工作过程设计课程理念 (2) 职业技能训练与职业素质养成并重的理念; (3) 将职业资格证书纳入课程的理念; (4) 教、学、做合一的理念; (5) 校企合作、联合设计、开发和实施课程的理念。

2. 课程设计思路

课程开发以“零件的车削加工”典型工作任务为依据, 创设学习情境, 根据企业使用零件车削加工实际工作过程提炼工作任务, 采用教、学、做合一的教学模式, 通过完成工作任务, 使学生具备使用零件车削加工的职业能力, 具备从事该职业岗位工作的职业素质。

三、课程目标

1. 能力目标

(1) 具备正确识读零件图的能力; (2) 根据确定的加工方案调整机床, 使其正常运转的能力; (3) 具备使用卧式、立式、转塔车床等设备完成各种外圆、面、孔、螺纹的加工能力; (4) 具备轴类零件、套类零件、异型件的车削加工能力; (5) 具备使用游标卡尺、角度尺等检验量具完成零件检测的能力; (6) 具备对机床进行日常的保养与维护能力。

2. 知识目标

(1) 掌握车工安全操作规程; (2) 掌握车工工艺知识; (3) 掌握车工工艺制定原则; (4) 掌握车床的使用方法和基本操作原理; (5) 熟悉各种量具、检具的使用规则; (6) 熟悉企业生产流程。

3. 素质目标

(1) 具有良好的职业道德和素质, 严格遵守车工操作规程; (2) 具有较强的动手能力和良好的团体合作能力; (3) 具有安全、环保、敬业意识; (4) 培养学生的质量、成本、效率意识。

4. 证书目标

完成本课程学习后, 学生参加生产性实训强化职业技能。通过职业资格鉴定考试, 获取车工 (中级) 职业资格证书。

四、课程内容

经过与企业专家共同探讨, 考虑本课程在专业课程体系中的地位, 以及零件的经济性和实用性, 兼顾车削加工类零件的普适性特点选择教学载体。在企业提供的大量的图纸中, 最终选定以下七类零件作为本课程的载体。这七个零件分别属于轴类零件、套类零件、壳体类零件及异型件, 包括外圆、端面、阶台、沟槽、圆锥面、内外三角形螺纹、曲轴及细长轴等特征要素, 涵盖车工职业技能鉴定标准所要求的知识和技能点。所选择的载体既能结合企业实际, 又能满足教学需要, 学习项目中同时融入图纸的识读、工夹量具的选用、车床操作、工艺文件的执行、机械加工工艺的制定及对零件加工质量的控制等内容, 而这些内容正是所有机械加工共同的工作过程, 所以学生学完本课程后, 能够深刻体会机械加工完整的工作过程, 举一反三, 更有利于学生职业生涯的可持续发展。

五、学习情景设计

六类、零考件核与评价

1.课程考核方案

学业考核采用过程考核加水平考核。考核满分100分, 其中学生在完成工作任务的过程中的过程考核占70%, 包括工作态度10分完成任务的方法及能力50分, 完成任务后填写实习指导书10分。水平考核占30%, 包括完成任务的质量30分。

2.考核方案

七、课程特色与创新设计

将企业产品引入实训教学, 为企业生产合格产品, 在实训零件的选择上突出了本地汽车产业的优势特征, 将公司的配套产品加工引入到课程内容之中, 使学生在掌握了一般操作技能的基础上, 进行企业零件的加工生产, 更早地了解企业生产流程, 自觉规范工作行为, 养成良好的职业习惯, 通过大量的生产实训, 强化车工技能的训练, 并更快地熟悉企业的生产环节, 提高就业竞争力。

参考文献

[1]李仲秋.工作过程导向的理实一体化课程的构建与实施[J].职业技术教育, 2009, (5) .

[2]彭云峰.车削加工工艺及应用[M].国防工业出版社, 2006.

数控车削手工编程探讨 篇10

要充分发挥数控车床的作用，关键是编程，即根据不同零件的特点和精度要求，编制合理、高效的加工程序。下面笔者以HNC-21/22T系统为例，就数控车削加工中手工编程技巧问题进行一些探讨。

1 正确选择程序原点

在数控车削编程时，首先要选择工件上的一点作为数控程序原点，并以此为基准建立一个工件坐标系。程序原点的选择要尽量满足程序编制简单，尺寸换算少，引起的加工误差小等条件。通常将程序原点设定在工件轴线与工件前端面的交点上，尽量使编程基准与设计、装配基准重合。

2 合理选择进给路线

2.1 尽量缩短进给路线，减少空走刀行程，提高生产效率

1）巧用起刀点。如在循环加工中，根据工件的实际情况，在确保安全和满足换刀的前提下，使起刀点尽量靠近工件，减少空走刀行程，缩短进给路线。

2）在编制复杂轮廓的加工程序时，通过合理安排“回零”路线，使前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量短，以缩短进给路线，提高生产效率。

3）粗加工或半精加工时，毛坯余量较大，可采用合适的循环加工方式，以最短的切削进给路线，减少空行程时间。

2.2 保证加工零件的精度和表面粗糙度要求

1）合理选取起刀点和切入方式，使切入过程平稳，没有冲击。精加工时，最终轮廓应安排在最后一次走刀，连续加工出来；减少在轮廓处停刀而留下刀痕；沿零件表面的切向切入和切出，避免划伤工件。

2）选择工件加工后变形较小的路线。对细长零件，应分几次走刀加工到最后尺寸。在确定轴向移动尺寸时，应考虑刀具的引入长度和超越长度。

2.3 保证加工过程的安全性要避免刀具与非加工面的干涉，并避免刀具与工件相撞。如槽的加工，编程时进退刀点应与槽垂直，进刀不能用“G00”，退刀时避免“X、Z”同时移动。

2.4 减少程序段数目和编制程序工作量如有固定的加工操作重复出现，可编写子程序随时调用。对形状一样、尺寸不同或工艺一样、数据不同的零件，可用宏指令编程，精简程序量。

3 准确掌握并合理应用各种循环切削指令

在HNC-21/22T数控系统中，数控车床有十多种循环加工指令。每一种指令都有各自的特点，工件加工后的精度有所不同，各自的编程方法也不同。在选择的时候要仔细分析，合理选用。如螺纹循环加工有两种指令：G32和G76。G32采用直进式进刀切削，螺纹中径误差较大，但牙形精度较高，一般用于小螺距高精度螺纹的加工。G76采用斜进式进刀切削，牙形精度较差，但工艺性比较合理，编程效率较高，适用于大螺距低精度螺纹的加工。结合它们的特点及适用范围，并根据工件的精度灵活地选用这些指令。如需加工高精度、大螺距的螺纹，则可采用G32、G76混用的办法，即先用G76粗加工，再用G32精加工。

4 灵活使用特殊G代码，保证零件的加工质量和精度

4.1 返回参考点G28、G29指令参考点是机床上的一个固定点，主要用作自动换刀或设定坐标系。刀具能否准确地返回参考点，是衡量其重复定位精度的重要指标，也是数控加工保证其尺寸精度的前提条件。 实际加工中，巧妙利用返回参考点指令，可以提高产品的精度。比如在加工主要尺寸之前，刀具可先返回参考点，再重新运行到加工位置，以保证加工的尺寸精度。

4.2 延时G04指令是人为地暂时限制运行的程序，实际加工中，G04指令可作一些特殊使用

1）大批量加工单件工时较短的零件时，启动按钮频繁使用，为减轻操作者由于疲劳或频繁按钮带来的误动作，用G04指令代替首件后零件的启动。延时时间按完成单个零件的装卸时间设定，在操作人员熟练地掌握数控加工程序后，延时的指令时间可以逐渐缩短。零件加工程序设计成循环子程序，G04指令就设计在调用该循环子程序的主程序中。

2）丝锥攻螺纹时，用弹性筒夹头攻牙，以保证丝锥攻至螺纹底部时不会崩断，并在螺纹底部设置G04延时指令，使丝锥作非进给切削加工，延时的时间需确保主轴完全停止，再反转后退。

3）主轴转速有较大变化时，可设置G04指令。目的是使主轴转速稳定后，再进行零件的切削加工，以提高零件的表面质量。

4.3 相对编程G91与绝对编程G90指令相对编程是以刀尖所在位置为坐标原点，即坐标原点经常在变换，那么连续位移时，必然产生累积误差。绝对编程在加工的全过程中，均有相对统一的基准点，即坐标原点，所以其累积误差较小。数控车削加工时，工件径向尺寸的精度比轴向尺寸高。在编制程序时，径向尺寸最好采用绝对编程，轴向尺寸采用相对编程，但对于重要的轴向尺寸，也可以采用绝对编程。此外，为保证零件的某些相对位置，按照工艺要求，进行相对编程和绝对编程的灵活使用。