零件的加工工艺与程序编制 数控专业毕业设计 毕业论文

芜湖职业技术学院

Wuhu Institute of Technology

毕业设计说明书

论 文 题 目 零件的加工工艺与程序编制 系 别 机械系 专 业 数控专业 毕 业 生 学 号

及 姓 名 指导教师 姓名

2012 年 5 月

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指 导 教 师 评 语 签名： 年 月 日 

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毕业设计任务完成清单

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说明书：

1

份

共 51 页；

图 纸：共 张，

其中装配图 张，零件图 张； 电子文档：文件夹 1 个； 文 档 1 个；

内 容： 零件的加工工艺与程序编制

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目录

摘要 .......................................................................................................................................... 6 第1章 数控铣削加工工艺的制订 ....................................................................................... 7

1.1 零件的加工工艺分析 .............................................................................................. 7

1.1.1 零件图工艺分析 ........................................................................................... 7 1.1.2 零件结构工艺性分析 ................................................................................... 7 1.2 装夹方案的确定 ...................................................................................................... 8

1.2.1 定位基准的选择 ........................................................................................... 8 1.2.2 夹具的选择 ................................................................................................... 8 1.2.3 夹具选用原则 ............................................................................................... 8 1.2.4 夹具的类型 ................................................................................................... 8 1.3 刀具的选择 .............................................................................................................. 9

1.3.1 刀具选择的基本要求 ................................................................................... 9 1.3.2 几种典型的数控加工刀具 ........................................................................... 9 1.3.3 铣刀主要参数的选择 ................................................................................. 11 1.3.4 对刀的作用 ................................................................................................. 13 1.4 进给路线的确定 .................................................................................................... 15

1.4.1 铣削方式的确定 ......................................................................................... 15 1.4.2 走刀路线的确定 ......................................................................................... 16 1.5 切削用量的选择 .................................................................................................... 19 1.6 实例分析 ：凸轮零件图 ...................................................................................... 20

1.6.1 零件图分析 ................................................................................................. 20 1.6.2 毛坯的选择 ................................................................................................. 20 1.6.3 定位基准的选择 ......................................................................................... 20 1.6.4 工艺方案拟定 ............................................................................................. 21 1.6.5 刀具选择 ..................................................................................................... 21 1.6.6 切削参数选择 ............................................................................................. 21 1.7 数控铣床的基本编程方法 .................................................................................... 24

1.7.1 数铣编程的基本格式 ................................................................................. 24 1.7.2 辅助功能代码 ............................................................................................. 24

第2章 数控车削 ................................................................................................................. 30

2.1 数控车削加工对象具有的特点 ............................................................................ 30 2.2 数控车削加工工艺的主要内容 ............................................................................ 31

2.2.1 零件的工艺性分析 ..................................................................................... 31

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2.2.2 结构工艺性分析 ......................................................................................... 31 2.3 车削加工工艺方案的拟订 .................................................................................... 32

2.3.1 拟定工艺路线 ............................................................................................. 32 2.3.2 确定走刀路线 ............................................................................................. 33 2.4 数控车削加工工序划分与设计 ............................................................................ 35

2.4.1 数控车削加工工序划分方法 ................................................................... 35 2.4.2 数控车削加工工序设计 ............................................................................. 35 2.5 确定切削用量 ........................................................................................................ 36

2.5.1 选择切削用量的一般原则 ......................................................................... 36 2.5.2 背吃刀量ap的确定 ................................................................................... 36 2.5.3 进给量f的确定 ......................................................................................... 36 2.5.4 主轴转速的确定 ......................................................................................... 36 2.6 数控车床的编程 .................................................................................................... 37

2.6.1 数控车床的编程特点 ................................................................................. 37 2.6.2 常用编程指令的使用 ................................................................................. 37 2.7 刀具补偿功能 ...................................................................................................... 41

2.7.1 刀具位置补偿 ............................................................................................. 41 2.7.2 刀尖圆弧半径补偿 ..................................................................................... 43 2.8 车削加工编程实例 ................................................................................................ 45

2.8.1 零件图工艺分析 ......................................................................................... 45 2.8.2 确定装夹方案 ............................................................................................. 46 2.8.3 确定加工顺序 ............................................................................................. 46 2.8.4 数值计算 ..................................................................................................... 46 2.8.5 选择刀具 ..................................................................................................... 46 2.8.6 选择切削用量 ............................................................................................. 46 2.8.7 数控加工工艺文件的制定 ......................................................................... 47 2.8.8 精加工程序 ................................................................................................. 48

第3章 结论与展望 ............................................................................................................. 49

3.1 结论 ........................................................................................................................ 49 3.2 展望 ........................................................................................................................ 49 参考文献 ................................................................................................................................. 50 致谢......................................................................................................................................... 51

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摘要

本节主要让学生了解数控加工工艺分析与图形数学处理的基本概念和基本内容，数控编程方法、内容和步骤。重点让学生了解数控加工工艺分析与图形数学处理的方法，数控加工工艺文件的制定，数控车床、数控铣床的手工编程知识。当在生产实际中遇到具体问题时，应根据数控机床的编程知识，合理而又灵活地去解决实际问题。

关键字：铣削，车削，编程，工艺分析

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第1章 数控铣削加工工艺的制订

1.1 零件的加工工艺分析 1.1.1 零件图工艺分析

a) 分析零件图的尺寸标注

零件图应表达正确，尺寸标注应齐全，零件各几何要素的关系是否明确充分，各几何元素间的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）是否明确。不能存在引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。

零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点。对于数控加工的零件，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸，从而简化编程

b) 分析零件的形状与结构

检查零件的形状、结构在加工中是否会产生干涉或无法加工，是否妨碍刀具的运动。

c) 分析零件的技术要求

分析零件的尺寸精度、形位公差和表面粗糙度等，确保在现有的加工条件下能达到零件

的加工要求。

d) 分析零件的技术要求

了解零件材料的牌号、切削性能及热处理要求，以便合理地选择刀具 和切削参数，并合理地制定出加工工艺和加工顺序等。

1.1.2 零件结构工艺性分析

1. 零件的内型和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀、对

刀次数，提高生产率。

2. 外形轮廓的凹部曲面或过渡曲面的曲率半径应尽可能大些，以便铣削时能够使用大尺寸

铣刀。

3. 尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸。

4. 分析零件的变形情况：零件在数控铣削加工时的变形较大时，就应当考虑采取一些必要

的工艺措施进行预防。

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1.2 装夹方案的确定 1.2.1 定位基准的选择

a) 选择定位基准时，应注意减少装夹次数，尽量做到在一次安装中能把零件上所 有要

加工的表面都加工出来。

b) 一般选择零件上不需要数控铣削的平面或孔做定位基准。

c) 定位基准应尽量与设计基准重合，以减少定位误差对尺寸精度的影响。

1.2.2 夹具的选择

数控铣床可以加工形状复杂的零件，但在数控铣床上的工件装夹方法与普通铣床的工件装夹方法一样，所使用的夹具往往并不复杂，只要求有简单的定位、夹紧机构就可以了。

必须注意的问题：

a) 工件的被加工表面必须充分暴露在外，夹紧元件与被加工表面间的距离要保持一定

的安全距离。各夹紧元件应尽可能低，以防铣夹头或主轴套筒与之在加工过程中相碰撞

b) 夹具的刚性和稳定性要好。尽量不采用在加工过程中更换 夹紧点的设计，当非要

在加工过程中更换夹紧点不可时，要特别注意不能因更换夹紧点而破坏夹具或工件定位精度

1.2.3 夹具选用原则

a) 在生产类型为批量较小或单件试制时，若零件复杂，应采用组合夹具。如图所示，它是

由可重复使用的标准零件组成。若零件结构简单时可采用通用夹具，如虎钳、压板等 b) 在生产类型为中批量或批量生产时，一般用专用夹具，其定位效率较高，且稳定可靠 c) 在生产批量较大时，可考虑采用多工位夹具、机动夹具，如液压、气压夹具

1.2.4 夹具的类型

数控铣床上的工件装夹方法所使用的夹具往往并不很复杂，只要求简单的定位、夹紧机构就可以了。但要将加工部位敞开，不能因装夹工件而影响进给和切削加工。

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一般选择顺序是：单件生产中尽量选用机床用平口虎钳、压板螺钉等通用夹具，批量生产时优先考虑组合夹具，其次考虑可调夹具，最后考虑选用成组夹具和专用夹具。

组合夹具是由一套结构已经标准化、尺寸已经规范化的通用元件、组合元件所构成。可以工件的加工需要组成各种功用的夹具。

组合夹具分槽系组合夹具和孔系组合夹具两大类

孔系组合夹具的优点：

孔系组合夹具的元件用一面两圆柱销定位，属允许使用的过定位；其定位精度高，刚性比槽系组合夹具好，组装可靠，体积小，元件的工艺性好，成本低，可用作数控机床夹具。但组装时元件的位置不能随意调节，常用偏心销钉或部分开槽元件进行弥补。

1.3 刀具的选择

1.3.1 刀具选择的基本要求

a) 刀具的刚性要好

目的有二：一是为提高生产率而采用大切削用量的需要；二是为适应数控铣床加工过程中随时调整切削用量的特点。

b) 刀具的耐用度要高

尤其是当一把铣刀加工的内容很多时，如刀具不耐用而磨损很快，就会影响工件的表面质量与加工精度，而且会增加换刀引起的调刀与对刀次数，也会使工件表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，降低了工件的表面质量。

除上述两点之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择及排屑性能等也非常重要，切屑粘刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。

总之，根据被加工工件材料的热处理状态，切削性能及加工余量选择刚性好，耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率和获得满意的加工质量的前提。

1.3.2 几种典型的数控加工刀具

铣刀的选择：

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平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀。 铣平面时，应选硬质合金刀片面铣刀； 加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；

加工毛坯表面或粗加工孔时，可选镶硬质合金的玉米铣刀 ； 对一些立体型面和变斜角轮廓外型的加工，常采用球头铣刀。 1) 面铣刀

面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构，刀齿为高速钢或硬质合金。面铣刀主要用于面积较大的平面铣削和较平坦的立体轮廓的多坐标加工 。

注意：对于面积太大的平面，由于受到多种因素的，如机床的功率等级、刀具和可转位刀片几何尺寸、安装刚度、每次切削的深度和宽带以及其他加工因素等，面铣刀的直径不可能比平面宽带更大，这时可选择直径教小的面铣刀，采用多次铣削平面

2) 立铣刀

立铣刀，广泛用于加工平面类零件。立铣刀圆柱表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃。

主切削刃一般为螺旋齿，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。一种先进的结构为切削刃是波形的，其特点是排屑更流畅，切削厚度更大，利于刀具散热且提高了刀具寿命，刀具不易产生振动

当立铣刀直径较大时，还可制成不等齿距结构，以增强抗振作用，使切削过程平稳。 为了改善切屑卷曲情况，增大容屑空间，防止切屑堵塞，刀齿数比较少，容屑槽圆弧半径则较大

3) 球头铣刀

适用于加工空间曲面零件，有时也用于平面类零件较大的转接凹圆弧的补加工

4) 成形铣刀

成形铣刀一般都是为特定的工件或加工内容专门设计制造的，适用于加工平面类零件的特定形状(如角度面、凹槽面等)，也适用于特形孔或台，如图1-1所示的是几种常用的成形铣刀。

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图1-1 几种成形铣刀

1.3.3 铣刀主要参数的选择

1) 面铣刀主要参数的选择

标准可转位面铣刀直径为ф16～660mm。铣刀直径（一般比切宽大20%～50%）尽量包容工件整个加工宽度。粗铣时，铣刀直径要小些。精铣时，铣刀直径要大些，尽量包容工件整个加工宽度。为了获得最佳的切削效果，采用如图1-2所示的不对称铣削位置。另外，为提高刀具寿命宜采用顺铣。

图1-2 铣削的两种方式

面铣刀主要参数的选择包括面铣刀的直径、齿数和刀刃的几何角度等

可转位面铣刀有粗齿、中齿和密齿三种。粗齿铣刀容屑空间较大，常用于粗铣钢件；粗铣带断续表面的铸件和在平稳条件下铣削钢件时，可选用中齿铣刀。密齿铣刀的每齿进给量较小，主要用于加工薄壁铸件。

用于铣削的切削刃槽形和性能得到很大的提高，很多最新刀片都有轻型、中型和重型加工的基本槽形，如表1所示

表1 硬质合金面铣刀的齿数

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面铣刀几何角度的标注如图1-3所示。

前角的选择原则与车刀基本相同，只是由于铣削时有冲击，故前角数值一般比车刀略小，尤其是硬质合金面铣刀，前角数值减小得更多些。铣削强度和硬度都高的材料可选用负前角。前角的数值主要根据工件材料和刀具材料来选择。

铣刀的磨损主要发生在后刀面上，因此适当加大后角，可减少铣刀磨损。常取α0 = 5°～12°，工件材料软取大值，工件材料硬取小值；粗齿铣刀取小值，细齿铣刀取大值。

铣削时冲击力大，为了保护刀尖，硬质合金面铣刀的刃倾角常取λs = -15°～ -15°。只有在铣削低强度材料时，取λs = 5°。

主偏角κr 在45°～90°范围内选取，铣削铸铁常用45°，铣削一般钢材常用75°，铣削带凸肩的平面或薄壁零件时要用90°。

图1-3 面铣刀几何角度

2) 立铣刀主要参数的选择

立铣刀主切削刃有前角、后角，前、后角都为正值，分别根据工件材料和铣刀直径选取。 为使端面切削刃有足够的强度，在端面切削刃前刀面上一般磨有棱边，其宽度br1为0.4～1.2 mm，前角为6°。

立铣刀的有关尺寸参数推荐按下述经验数据选取

a) 刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径ρ，一般取r=(0.8～0.9)ρ。 b) 零件的加工高度H≤(～)R，以保证刀具有足够的刚度。

c) 对不通孔(深槽)，选取l＝H+(5～10)mm (l为刀具切削部分长度，H为零件高度)。 d) 加工外型及通槽时，选取l＝H+r+(5～10)mm (r为刀尖角半径)。 e) 加工肋时，刀具直径为D＝(5～10)b，其中b为肋的厚度。

3) 螺纹铣刀

螺纹铣削的优点：

a) 加工具有相同螺距的任意螺纹直径

b) 加工始终产生的是短切屑，因此不存在切屑处置方面的问题

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c) 刀具破损的部分可以很容易地从零件中去除；

d) 采用螺纹铣刀，可以按所需公差要求加工，螺纹尺寸是由加工循环控制的

1.3.4 对刀的作用

设定工件坐标系在机床坐标系中的位置；包括平面内对刀和轴向对刀。对刀的准确度直接影响零件的加工精度

1) 对刀方法及其选择：

目前工厂常用的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（一致性好即对刀精度高）。

利用数控系统的坐标轴移动功能，测量出对刀点的位置。如首先通过手动方式测出长方形零件的长、宽，然后计算出中心点位置。

对刀方法的选择应与零件加工精度要求相适应。

2) 对刀点的选择原则

a) 在机床上找正容易，对刀方便； b) 引起的加工误差小；

c) 要便于数学处理和简化程序编制

3) 对刀点的选择方法：

a) 对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，以减少基准不重合误差，提高零

件加工精度。

b) 对刀点应选在容易对刀的位置，以提高对刀精度，减少对刀误差。

c) 对刀点可以设在被加工零件上。例如，以孔定位的零件，则以孔的中心作为对刀点

较合适；或者，以两相互垂直的平面的交点作为对刀点。

d) 对刀点也可以设在夹具上，但必须与零件的定位基准有一定的坐标联系，这样才能

确定机床坐标系与零件坐标系的相互关系。

4) 几种对刀方法

A. 光电式寻边器对刀

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主要特点：

i. 对刀时寻边器不需回转； ii. 可快速对工件边缘定位； iii. 对刀精度可达0.005mm；

iv. 应用范围包括表面边缘、内孔及外圆的高效对刀

图1-4 光电寻边仪

B. 偏心式寻边器对刀

对刀过程：

1. 10mm的直柄可安装于弹簧夹头刀柄或钻夹头刀柄上； 2. 请以手指轻压测测头的侧边，使其偏心0.5mm； 3. 使其以400-600rpm的速度转动；

4. 如图1-5所示使测头与工件的端面相接触，慢慢地碰触移动，就会变成如图所

示，测头不再振动，宛如静止的状态接触，以更细微的进给来碰触移动的话，测头就会如图所示，开始朝一定的方向滑动。 这个滑动起点就是所要寻求的基准位置；

5. 工件端面所在的位置，就是加上测头半径5mm的坐标位置。

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图1-5偏心式寻边器对刀

刀具长度方向的对刀：

a) Z轴设定器：是用以对刀具长度补偿的一种测量装置。对刀准确、效率高等特点；

缩短了加工准备时间。采用手动方式工作，即：对刀时，机床的运动由操作者手动控制，特别适合单件、小批量生产；

b) 自动对刀器：能在对刀时将对刀器产生的信号通过电缆输出至机床的数控系统，以

便结合专用的控制程序实现自动对刀、自动定或更新刀具的半径和长度补偿值； c) 对刀仪：用于机外对刀，在使用前就可测量出刀具的准确尺寸数据。

1.4 进给路线的确定

在确定进给路线时，要考虑零件的被加工表面的精度、表面质量、表面形状、零件材料的刚度、切削余量、机床的类型、刚度、精度以及刀具的刚度等等。

要考虑被加工表面与夹具的空间关系，以防碰撞。合理的进给路线应能保证零件的加工精度、表面质量的要求。数值计算简单、程序段少、编程量小、进给路线短、空行程少的高效率路线。

1.4.1 铣削方式的确定

铣削过程是断续切削，会引起冲击振动，切削层总面积是变化的，铣削均匀性差，铣削力的波动较大。采用合适的铣削方式对提高铣刀耐用度、工件质量、加工生产率关系很大。

铣削方式有逆铣和顺铣两种方式，当铣刀的旋转方向和工件的进给方向相同时称为顺铣，相反时称为逆铣

逆铣时，刀具从已加工表面切入，切削厚度从零逐渐增大，不会造成从毛坯面切入而打刀；其水平切削分力与工件进给方向相反，使铣床工作台进给的丝杠与螺母传动面始终是抵紧，不会受丝杠螺母副间隙的影响，铣削较平稳。

但刀齿在刚切入已加工表面时，会有一小段滑行、挤压，使这段表面产生严重的冷硬层，下一个刀齿切入时， 又在冷硬层表面滑行、挤压，不仅使刀齿容易磨损，而且使工件的表

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面粗糙度增大；同时，刀齿垂直方向的切削分力向上，不仅会使工作台与导轨间形成间隙，引起振动，而且有把工件从工作台上挑起的倾向，因此需较大的夹紧力。

顺铣时，刀具从待加工表面切入，切削厚度从最大逐渐减小为零，切入时冲击力较大， 刀齿无滑行、 挤压现象，对刀具耐用度有利；其垂直方向的切削分力向下压向工作台，减小了工件上下的振动，对提高铣刀加工表面质量和工件的夹紧有利。

但顺铣的水平切削分力与工件进给方向一致，当水平切削分力大于工作台摩擦力（例如遇到加工表面有硬皮或硬质点）时，使工作台带动丝杠向左窜动，丝杠与螺母传动副右侧面出现间隙，硬点过后丝杠螺母副的间隙恢复正常，这种现象对加工极为不利， 会引起“啃刀”或“打刀”， 甚至损坏夹具或机床。

当工件表面有硬皮、机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣。因逆铣时，刀齿从已加工表面切入的，不会崩刃，机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行，因此粗铣时尽量采用逆铣。

因此 当工件表面无硬皮、机床进给机构无间隙时，应选用顺铣。因为顺铣加工后，零件表面质量好，刀齿磨损小，刀具耐用度高（试验表明，顺铣时刀具的耐用度比逆铣时提高2～3倍），因此精铣时，应尽量采用顺铣。

另外，对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料，为了降低表面粗糙度值，提高刀具耐用度，尽量采用顺铣加工。

1.4.2 走刀路线的确定

一、

平面铣削路线

1. 单次平面铣削的刀具路线

单次平面铣削的刀具路线中，可用面铣刀进入材料时的铣刀切入角来讨论。

面铣刀的切入角由刀心位置相对于工件边缘的位置决定。如图1-7a）所示刀心位置在工件内（但不跟工件中心重合），切入角为负；如图1-7b）所示刀具中心在工件外，切入角为正。刀心位置与工件边缘重合时，切入角为零。

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图1-7 切削切入角

a) 负切入角 2）正切入角

a) 如果工件只需一次切削，应该避免刀心轨迹与工件中心线重合。刀具中心处于工件

中间位置时将容易引起颤振，从而加工质量较差，因此，刀具轨迹应偏离工件中心线。

b) 当刀心轨迹与工件边缘线重合时，切削镶刀片进人工件材料时的冲击力最大，是最

不利刀具加工的情况。因此应该避免刀具中心线与工件边缘线重合。

c) 如果切入角为正，刚刚切人工件时，刀片相对于工件材料的冲击速度大，引起碰撞

力也较大。所以正切入角容易使刀具破损或产生缺口，基于此，拟定刀心轨迹时，应避免正切入角。

d) 使用负切入角时，已切入工件材料镶刀片承受最大切削力，而刚切入(撞入)工件的

刀片受力较小，引起碰撞力也较小，从而可延长镶刀片寿命，且引起的振动也小一些。

2. 多次平面铣削的刀具路线

铣削大面积工件平面时，铣刀不能一次切除所有材料，因此在同一深度需要多次走刀。分多次铣削的刀路有多种，每一种方法在特定环境下具有各自的优点。最为常见的方法为同一深度上的单向多次切削和双向多次切削

图1-8 平面铣削的多次刀路

a)粗加工 b）精加工 c)粗加工 d)精加工

二、

型腔铣削路线

1) 下刀方法的确定

在型腔铣削中，由于是把坯件中间的材料去掉，刀具不可能象铣外轮廓一样从外面下刀切入，而要从坯件的实体部位下刀切入，因此在型腔铣削中下刀方式的选择很重要，常用以下三种方法：

a) 使用键槽铣刀沿Z向直接下刀，切入工件。

b) 先用钻头钻下刀工艺孔，立铣刀通过下刀工艺孔垂向进入再用圆周铣削。 c) 使用立铣刀螺旋下刀或者斜插式下刀。

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螺旋下刀,即在两个切削层之间,刀具从上一层的高度沿螺旋线以渐近的方式切入工件,直到下一层的高度,然后开始正式切削。

2) 型腔铣削路线的确定

对于型腔加工的走刀路线常有行切、环切和综合切削三种方法，如图8所示。三种加工方法的特点是：

i.

共同点是都能切净内腔中的全部面积，不留死角，不伤轮廓，同时尽量减少重复进给的搭接量。 ii.

不同点是行切法（图1-9a）)的进给路线比环切法短，但行切法将在每两次进给的起点与终点间留下残留面积，而达不到所要求的表面粗糙度；用环切法（图1-9b）)获得的表面粗糙度要好于行切法，但环切法需要逐次向外扩展轮廓线，刀位点计算稍微复杂一些。 iii.

采用图1-9c）所示的进给路线，即先用行切法切去中间部分余量，最后用环切法光整轮廓表面，既能使总的进给路线较短，又能获得较好的表面粗糙度。

图1-9型腔加工走刀路线

a)行且法 b）环切法 c）综合法

3) 轮廓铣削路线

对于外轮廓铣削，一般按工件轮廓进行走刀。若不能去除全部余量，可以先安排去除轮廓边角料的走刀路线。在安排去除轮廓边角料的走刀路线时，以保证轮廓的精加工余量为准。

在确定轮廓走刀路线时，应使刀具切向切入和切向切出，同时，切入点的选择应尽量选在几何元素相交的位置。 4) 曲面铣削路线

铣削曲面时，常用球头铣刀采用“行切法”进行加工。

对于边界敞开的曲面加工，可采用两种加工路线。如图10所示发动机大叶片 当采用图1-10a）所示的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。

当采用图1-10b）所示的加工方案时，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度较高，但程序较多。由于曲面零件的边界是敞开的，没有其他表面，所以

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曲面边界可以延伸，球头铣刀应由边界外开始加工。

图1-10 直纹曲面的进给路线 a）沿直线进给 b）沿曲线进给

1.5 切削用量的选择

铣削加工的切削参数包括切削速度、进给速度、背吃刀量。

切削用量的选择标准是：保证零件加工精度和表面粗糙度的前提下，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度并充分发挥机床的性能，最大限度的提高生产率，降低成本。

从保证刀具耐用度的角度出发，铣削切削用量的选择方法是先选择背吃刀量（或侧吃刀量），其次确定进给速度，最后确定切削速度。

(1) 背吃刀量ap（端铣）或侧吃刀量ae（圆周铣）的选择

背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定。

① 粗铣时一般一次进给应尽可能切除全部余量，在中等功率机床上，背吃刀量可达

8～10mm。在工件表面粗糙度值要求为Ra12.5～25μm时，如果圆周铣削的加工余量小于5mm，端铣的加工余量小于6mm，粗铣一次进给就可以达到要求。但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，应分两次进给完成。

② 半精铣时，端铣的背吃刀量或周铣的侧吃刀量一般在0.5～2mm内选取，加工工件

的表面粗糙度值可达Ra3.2～12.5μm。

③ 精铣时，端铣的背吃刀量一般取0.3～1 mm，周铣的侧吃刀量一般取0.2～0.5 mm，

加工工件的表面粗糙度可达Ra0.8～3.2μm。

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1.6 实例分析 ：凸轮零件图

图1-11 凸轮

1.6.1 零件图分析

该平面槽形凸轮零件由平面、孔和凸轮槽等构成，凸轮槽的内外轮廓由直线和圆弧组，各几何元素之间关系明确，尺寸标注完整、正确。

其中轴孔和销孔的尺寸精度为IT7级，表面粗糙度Ra1.6μm，要求较高；凸轮槽的尺寸精度为IT8级，表面粗糙度为Ra1.6μm，要求也较高；轴孔轴线和凸轮槽内外轮廓面对底面（基准A）有垂直度要求。

因此，轴孔、销孔和凸轮槽的加工应分粗、精加工两个阶段进行，以保证其尺寸精度和表面粗糙度要求，同时在加工这些内容时应以底面A定位，以保证其垂直度要求和装夹刚度。

1.6.2 毛坯的选择

该平面槽形凸轮零件的材料为铸铁，小批量生产，故选用铸件毛坯。

1.6.3 定位基准的选择

(1) 粗基准：以凸轮的上平面为粗基准加工底面A。

(2) 精基准：以凸轮的底面A为精基准，ø32圆柱面和凸轮外轮廓左侧素线为粗基准定位加

工轴孔和销孔，再以底面A、轴孔和销孔定位加工凸轮的外轮廓、上平面、ø32圆柱面

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及凸轮槽。

1.6.4 工艺方案拟定

底面A、上平面和ø32圆柱端面：表面粗糙度要求为Ra3.2μm，选择粗铣—精铣方案。 轴孔ø20H7和销孔ø12H7：尺寸精度为IT7级，表面粗糙度为Ra1.6μm，选择钻—铰方案。

凸轮槽（ø8F8）：尺寸精度为IT8级，侧面表面粗糙度为Ra1.6μm，选择粗铣—精铣方案。

表2 平面槽形凸轮的工艺过程

1.6.5 刀具选择

根据零件的结构特点，铣削凸轮槽内外轮廓时，铣刀直径受槽宽，取为ø6mm，粗加工选用ø6高速钢键槽铣刀，精加工时选用ø6硬质合金立铣刀；加工底面A时，为了能一次走刀完成一次加工，选用直径为ø125mm的面铣刀；加工凸轮上平面和ø32圆柱面时，由于这两面之间有R2的过渡圆弧，选用刀尖圆角为R2、直径为ø20mm的圆鼻刀。加工平面槽形凸轮的刀具具体见各工序卡和刀具卡。

1.6.6 切削参数选择

见各工序卡

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表3 刀具卡

表4 工序卡——工序30

图1-12 工序30工序简图

a）装夹1的工序简图 b）装夹2的工序简图

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表5 工序卡——工序40

图1-13 工序40工序简图

a）装夹1的工序简图 b）装夹2的工序简图

表6工序卡——工序50

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图1-14 工序50工序简图

1.7 数控铣床的基本编程方法 1.7.1 数铣编程的基本格式

N10 G G90 G00 X__Y__; 建立坐标系、绝对坐标、快速平移下刀点 N20 G43 Z__D__S__M03； 建立长度刀具补偿、设转速、主轴启动 N30 G01 Z__F1000M08； 下刀至切深、开冷却液 N40 G01 G41(G42) X__Y__D__F__； 建立刀具半径补偿 N50 X__Y__； 开始切削工件 ……………

N160 G01 G40 X__Y__M09； 取消刀具半径补偿、关冷却液 N170 Z__F1000； 抬刀

N180 G00 G49 Z__； 取消刀具长度补偿、刀具抬刀至安全位置 N190 X__Y__； 刀具或工件移到装卸位置 N200 M05； 主轴停 N210 M30； 程序停

1.7.2 辅助功能代码

辅助功能代码及其含义辅助功能包括各种支持机床操作的功能，像主轴的启停、程序停

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止和切削液节门开关等等

1) 程序控制用M代码

M00………程序停止。NC执行到M00时，中断程序的执行，按循环起动按钮可以继续执行程序。

M01………条件程序停止。NC执行到M01时，若M01有效开关置为上位，则M01与M00指令有同样效果，如果M01有效开关置下位，则M01指令不起任何作用。

M02………程序结束。遇到M02指令时，NC认为该程序已经结束，停止程序的运行并发出一个复位信号。

M30………程序结束，并返回程序头。 M98………调用子程序。

M99………子程序结束，返回主程序。

2) 其它M代码

M03………主轴正转。使用该指令使主轴以当前指定的主轴转速逆时针 (CCW)旋转。

M04………主轴反转。使用该指令使主轴以当前指定的主轴转速顺时针(CW)旋转。 M05………主轴停止。

M06………自动刀具交换(参阅机床操作说明书)。 M08………冷却开。 M09………冷却关。

3) 加工坐标系选择指令(G～G59)

在机床中，我们可以预置六个工件坐标系，通过在CRT-MDI面板上的操作，设置每一个工件坐标系原点相对于机床坐标系原点的偏移量，然后使用G~G59指令来选用它们，G~G59都是模态指令

G~G59指令的作用就是将NC所使用的坐标系的原点移动到机床坐标系中坐标值为预置值的点

图中，用 CRT/MDI在参数设置方式下设置了两个加工坐标系： G：X-50 Y-50 Z-10 G55：X-100 Y-100 Z-20

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图1-15 加工坐标系

4) 图形变换指令

(1) 镜像指令

编程格式：G24 X～ Y～ Z～ M98 P ～ G25 X～ Y～ Z～

式中：

X～ Y～ Z～ ——镜像位置 G24 Y0； X轴镜像 G24 X0 Y0；原点镜像 G24 X0； Y轴镜像

例：见图，其中槽深2mm，比例系数为+1000或-1000。设刀具起始点在o点

图1-16 镜像实例

(2) 比例缩放指令

编程格式：G51 X～ Y～ Z～ P～ M98 P ～ G50 式中：

X、Y、Z--比例中心坐标(绝对方式)；

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P--比例系数。

图1-17 比例缩放实例

例：如图所示，起到点为X10Y-10，试编程

图1-18 比例缩放练习

(3) 坐标旋转指令（G68,G69）

G68 X～ Y～ R～ ；坐标旋转开始

M98 P ～ ；坐标系旋转方式 G69 ； 取消坐标系旋转指令 其中：

X～ Y～ --旋转中心的绝对坐标值，指定平面的二个轴； R～ --旋转角度

图1-19 坐标旋转实例

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例：编制图示轮廓的加工程序，设刀具起到点距工件表面50mm，切削深度3mm

图1-20 坐标旋转练习

(4) 坐标系旋转功能-G68、G69

编程格式：G68 X ～ Y ～ R ～ ...... G69

X、Y――旋转中心的坐标值 R--旋转角度。

图中应用旋转指令的程序为： G92 X-5 Y-5 G68 G90 X7 Y3 R60 ......

G69 G90 X-5 Y-5

图1-21 坐标旋转实例2

子程序调用

此指令置于主程序之某一程序段，当执行至M98时，控制器即从内存中呼叫M98后面

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所指定的子程序出来执行。执行次数大多由1～99。

指令格式：

M98 P口口口口口口

M99：子程序结束并跳回主程序

此指令用于子程序最后的程序段，表示子程序结束，且命令程序执行指针跳回主程序中M98的下一程序段继续执行程序。

图1-22 子程序调用

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第2章 数控车削

数控车削是数控加工中用的最多的加工方法之一。

2.1 数控车削加工对象具有的特点

(1) 轮廓形状特别复杂的回转体零件加工

车床数控装置都具有直线和圆弧插补功能，还有部分车床数控装置有某些非圆曲线的插补功能，所以能车削任意平面曲线轮廓所组成的回转体零件，包括通过拟合计算处理后的、不能用方程描述的列表曲线类零件。

图2-1所示壳体零件封闭内腔的成型面，“口小肚大”，在普通车床上是较难加工的，而在数控车床上则很容易加工出来。

图2-1 成型内腔壳体零件示例

(2) 高精度零件的加工

零件的精度要求主要指尺寸、形状、位置、表面精度要求，其中表面精度主要指表面粗糙度。例如：尺寸精度高（达0.001mm或更小）的零件；圆柱度要求高的圆柱体零件；素线直线度、圆度和倾斜度均要求高的圆锥体零件；线轮廓要求高的零件（其轮廓形状精度可超过用数控线切割加工的样板精度）；在特种精密数控车床上，还可以加工出几何轮廓精度极高（达0.0001mm）、表面粗糙度极小（Ra达0.02µm）的超精零件,以及通过恒线速切削功能,加工表面质量要求高的各种变径表面类零件等。 (3) 特殊的螺旋零件

这些螺旋零件是指特大螺距（或导程）、变（增/减）螺距、等螺距与变螺距或圆柱与圆锥螺旋面之间作平滑过度的螺旋零件，以及高精度的模数螺旋零件（如圆柱、圆弧蜗杆）和端面（盘形）螺旋零件等。

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(4) 淬硬工件的加工

在大型模具加工中，有不少尺寸大而形状复杂的零件。这些零件热处理后的变形量较大，磨削加工有困难，而在数控车床上可以用陶瓷车刀对淬硬后的零件进行车削加工，以车代磨，提高加工效率。 (5) 高效率加工

为了进一步提高车削加工效率，通过增加车床的控制坐标轴，就能在一台数控车床上同时加工出两个多工序的相同或不同的零件。

2.2 数控车削加工工艺的主要内容 2.2.1 零件的工艺性分析

零件图分析

零件图分析是制定数控车削工艺的首要工作，主要应考虑以下几个方面。 (1) 尺寸标注方法分析

在数控车床的编程中，点、线、面的位置一般都是以工件坐标原点为基准的。因此，零件图中尺寸标注应根据数控车床编程特点尽量直接给出坐标尺寸，或采用同一基准标注尺寸，减少编程辅助时间，容易满足加工要求。 (2) 零件轮廓几何要素分析

在手工编程时需要知道几何要素各基点和节点坐标，在CAD／CAM编程时，要对轮廓所有的几何要素进行定义。因此，在分析零件图样时，要分析几何要素给定条件是否充分。尽量避免由于参数不全或不清，增加编程计算难度，甚至无法编程。 (3) 精度和技术要求分析

保证零件精度和各项技术要求是最终目标，只有在分析零件有关精度要求和技术要求的基础上，才能合理选择加工方法、装夹方法、刀具及切削用量等。如对于表面质量要求高的表面，应采用恒线速度切削；若还要采用其它措施（如磨削）弥补，则应给后续工序留有余量。对于零件图上位置精度要求高的表面，应尽量把这些表面在同一次装夹中完成。

2.2.2 结构工艺性分析

零件结构工艺性分析是指零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工成

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形。在数控车床上加工零件时，应根据数控车床的特点，认真分析零件结构的合理性。在结构分析时，若发现问题应及时与设计人员或有关部门沟通并提出相应修改意见和建议。

注意事项：

在分析零件形状、精度和其它技术要求的基础上，选择在数控车床上加工的内容。选择数控车床加工的内容，应注意以下几个方面：

① 优先考虑普通车床无法加工的内容作为数控车床的加工内容。

② 重点选择普通车床难加工、质量也很难保证的内容作为数控车床加工内容。 ③ 在普通车床上加工效率低，工人操作劳动强度大的加工内容可以考虑在数控车床上加

工。

2.3 车削加工工艺方案的拟订 2.3.1 拟定工艺路线

(1) 加工方法的选择

回转体零件的结构形状虽然是多种多样的，但它们都是由平面、内、外圆柱面、圆锥面、曲面、螺纹等组成。每一种表面都有多种加工方法，实际选择时应结合零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型等因素全面考虑。 (2) 加工顺序的安排

在选定加工方法后，就是划分工序和合理安排工序的顺序。零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序。工序安排一般有两种原则，即工序分散和工序集中。在数控车床上加工零件，应按工序集中的原则划分工序。

安排零件车削加工顺序一般遵循下列原则：

① 先粗后精。按照粗车→半精车→精车的顺序进行。

② 先近后远。通常在粗加工时，离换刀点近的部位先加工．离换刀 点远的部位后加工，

以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间，并且有利于保持坯件或半成品件的刚度，改善其切削条件。

③ 内外交叉。对既有内表面（内型、腔），又有外表面的零件，安排加工顺序时，应先粗

加工内外表面，然后精加工内外表面。加工内外表面时，通常先加工内型和内腔，然后加工外表面。

④ 刀具集中。尽量用一把刀加工完相应各部位后，再换另一把刀加工相应的其它部位，

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以减少空行程和换刀时间。

⑤ 基面先行。用作精基准的表面应优先加工出来。

2.3.2 确定走刀路线

确定走刀路线的主要工作在于确定粗加工及空行程的进给路线等，因为精加工的进给路线基本上是沿着零件轮廓顺序进给的。走刀路线一般是指刀具从起刀点开始运动起,直至返回该点并结束加工程序所经过的路径为止,包括切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程

(1) 刀具引入、切出

在数控车床上进行加工时，尤其是精车，要妥当考虑刀具的引入、切出路线，尽量使刀具沿轮廓的切线方向引入、切出，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。

尤其是车螺纹时，必须设置升速进刀段（空刀导入量）δ1和减速退刀段（空刀导出量）δ2（如图2-2），这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定。δ1、δ2一般按下式选取：δ1≥1×导程；δ2≥0.75×导程

图2-2 螺纹加工的导入、导出量

(2) 确定最短的空行程路线

确定最短的走刀路线，除了依靠大量的实践经验外，还善于分析，必要时可辅以一些简单计算 。

① 灵活设置程序循环起点。

在车削加工编程时，许多情况下采用固定循环指令编程，如图2-3所示，是采用矩形循环方式进行外轮廓粗车的一种情况示例。考虑加工中换刀的安全，常将起刀点设在离坯件较远的位置A点处，同时，将起刀点和循环起点重合，其走刀路线如图2-3a）图所示。若将

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起刀点和循环起点分开设置，分别在A点和B点处，其走刀路线如图2-3b）图所示。显然，b）图所示走刀路线短。

图2-3 起刀点和循环起点

a）起刀点和循环起点重合 b)起刀点和循环起点分离

② 合理安排返回换刀点。

在手工编制较复杂轮廓的加工程序时，编程者有时将每一刀加工完后的刀具通过执行返回换刀点，使其返回到换刀点位置，然后再执行后续程序。这样会增加走刀路线的距离，从而降低生产效率。因此，在不换刀的前提下，执行退刀动作时，应不用返回到换刀点。安排走刀路线时，应尽量缩短前一刀终点与后一刀起点间的距离，方可满足走刀路线为最短的要求。

(3) 确定最短的切削进给路线

切削进给路线短可有效地提高生产效率、降低刀具的损耗。在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚度及加工的工艺性要求。

图2-4所示是几种不同切削进给路线的安排示意图，其中，图2-4a）表示封闭轮廓复合车削循环的进给路线，图2-4b）表示“三角形”进给路线，图2-4c）表示“矩形”进给路线。

图2-4 走刀路线

a)沿工件轮廓走刀 b)三角形走刀 c)矩形走刀

对以上三种切削进给路线分析和判断可知：

矩形循环进给路线的走刀长度总和为最短，即在同等条件下，其切削所需的时间（不含空行程）为最短，刀具的损耗小。另外，矩形循环加工的程序段格式较简单，所以，在制定

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加工方案时，建议采用“矩形”走刀路线。 (4) 零件轮廓精加工一次走刀完成

在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时，零件轮廓应由最后一刀连续加工而成，此时，加工刀具的进、退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续轮廓中安排切人、切出、换刀及停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连续的轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。

总之，在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的进给路线，不仅可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少不必要的刀具耗损及机床进给滑动部件的磨损等。

2.4 数控车削加工工序划分与设计 2.4.1 数控车削加工工序划分方法

数控车削加工工序划分常有以下几种方法：

① 按安装次数划分工序。以每一次装夹作为一道工序，这种划分方法主要适用于加工

内容不多的零件。

② 按加工部位划分工序。按零件的结构特点分成几个加工部分，每个部分作为一道工

序。

③ 按所用刀具划分工序。刀具集中分序法是按所用刀具划分工序，即用同一把刀或同

一类刀具加工完成零件所有需要加工的部位，以达到节省时间、提高效率的目的。 ④ 按粗、精加工划分工序。对易变形或精度要求较高的零件常用这种方法。这种划分

工序一般不允许一次装夹就完成加工，而是粗加工时留出一定的加工余量，重新装夹后再完成精加工。

2.4.2 数控车削加工工序设计

数控车削加工工序划分后，对每个加工工序都要进行设计。 (1) 确定装夹方案

在数控车床上根据工件结构特点和工件加工要求，确定合理装夹方式，选用相应的夹具。 如轴类零件的定位方式通常是一端外圆固定，即用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘或弹簧套固定工件的外圆表面，但此定位方式对工件的悬伸长度有一定的。工件的悬伸长度过长在切削过程中会产生较大的变形，严重时将无法切削。对于切削长度过长的工件可以采

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用一夹一顶或两顶尖装夹。

2.5 确定切削用量

2.5.1 选择切削用量的一般原则

① 粗车切削用量选择

粗车时一般以提高生产效率为主，兼顾经济性和加工成本。提高切削速度、加大进给量和背吃刀量都能提高生产效率，由于切削速度对刀具使用寿命影响最大，背吃刀量对刀具使用寿命影响最小，

所以，在考虑粗车切削用量时，首先尽可能选择大的背吃刀量，其次选择大的进给速度，最后，在保证刀具使用寿命和机床功率允许的条件下选择一个合理的切削速度。 ② 精车、半精车切削用量选择

精车和半精车的切削用量选择要保证加工质量，兼顾生产效率和刀具使用寿命。 精车和半精车的背吃刀量是由零件加工精度和表面粗糙度要求，以及粗车后留下的加工余量决定的，一般情况一刀切去余量。精车和半精车的背吃刀量较小。产生的切削力也较小，所以，在保证表面粗糙度的情况下，适当加大进给量。

2.5.2 背吃刀量ap的确定

在车床主体、夹具、刀具和零件这一系统刚度允许的条件下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少走刀次数，提高生产效率。

粗加工时，在允许的条件下，尽量一次切除该工序的全部余量，背吃刀量一般为2～5mm；半精加工时，背吃刀量一般为0.5～1mm；精加工时，背吃刀量为0.1～0.4mm。

2.5.3 进给量f的确定

粗加工时，进给量根据工件材料、车刀刀杆直径、工件直径和背吃刀量按下表进行选取。表中可以看出，在背吃刀量一定时，进给量随着刀杆尺寸和工件尺寸的增大而增大；加工铸铁时，切削力比加工钢件时小，可以选取较大的进给量。

2.5.4 主轴转速的确定

光车时，主轴转速的确定应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。在实际生产中，主轴转速计算公式为：

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式中 n ──主轴转速（r/min ）； υc──切削速度（m/min）；

d ──工件加工表面或刀具的最大直径（mm）。

在确定主轴转速时，首先需要确定其切削速度，而切削速度又与背吃刀量和进给量有关。切削速度确定方法有计算、查表和根据经验确定。切削速度参考值见下表。

2.6 数控车床的编程 2.6.1 数控车床的编程特点

(1) 在一个程序段中，可以采用绝对值编程、增量值编程或混合编程。

(2) 直径方向用绝对坐标编程时X以直径值表示，用增量坐标编程时以径向实际位移量

的2倍值表示，并附上方向符号。 (3) 数控装置具备不同形式的固定循环。

(4) 本机床具有刀具半径自动补偿功能（G41，G42），可直接按工件轮廓尺寸编程，无

需先计算补偿量。

(5) 对于车削加工，进刀时采用快速走刀接近工件切削起点附近的某个点，再改用切削

进给，以减少空走刀的时间，提高加工效率。切削起点的确定与工件毛坯余量大小有关，应以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则。

(6) 不同组G代码可编写在同一程序段内均有效；相同组G代码若编写在同一程序段

内，后面的G代码有效。

2.6.2 常用编程指令的使用

1) 快速定位G00

格式：G00 X（U）＿ Z（W）＿； 2) 直线插补G01

格式：G01 X（U）＿ Z（W）＿ F＿； 3) 圆弧插补G02、G03

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格式：G02（G03） X（U）＿ Z（W）＿ R＿ F＿； 或 G02（G03） X（U）＿ Z（W）＿ I＿ K＿ F＿；

4) 程序延时（暂停）G04

格式：G04 X＿；或G04 U＿；或G04 P＿；

该指令按给定时间延时，不做任何动作，延时结束后再自动执行下一段程序。该指令主要用于车削环槽，盲孔及自动加工螺纹时可使刀具在短时间无进给方式下进行光整加工。

X、U表示秒，P表示毫秒 5) 进给速度控制G98、G99

格式：G98（G99）

G98为每分钟进给（mm/min），G99为每转进给（mm/r） 6) 自动返回参考点G28

格式：G28 X（U）＿； X向返回参考点； G28 Z（W）＿； Z向返回参考点； G28 X（U）＿ Z（W）＿；X、Z向同时返回参考点。 7) 主轴控制G96、G97

格式：G96 S＿； G97 S＿

G96是接通机床恒线速控制并按S指定的主轴转速旋转

G97是取消恒线速控制此处S指定的数值表示切削速度（m/min） 此处S指定的数值表示主轴转速（r/min），也可以不指定S 8) 螺纹车削G32

格式：G32 X（U）＿ Z（W）＿ F＿； 说明：

(1) G32指令可进行等螺距的直螺纹、圆锥螺纹以及端面螺纹的切削。

(2) X（U）、Z（W）为螺纹终点坐标，F为长轴螺距，如右图，若锥角α≤45°时，F表

示Z轴螺距，否则F表示X轴螺距。

(3) δ1、δ2为车削螺纹时切入量与切出量。一般δ1=2~ 5mm，δ2=（1/4~1/2）δ1。 (4) 每刀车深量及车削次数要计算好,否则难保螺纹精度或发生崩刀现象。

(5) 车削螺纹时，主轴转速应在保证生产效率和正常切削的情况下，宜选择较低的主轴

转速。一般按机床或数控系统说明书中规定的计算式进行确定，其计算式多为：n螺 ≤n允 / P。

式中： n允 — 编码器允许的最高工作转速（r/min）； P — 工件螺纹的螺距或导程（mm）。

(6) 在螺纹粗加工和精加工的全过程中，不能使用“进给速度倍率”开关调节速度，“进

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给速度保持”开关也无效。

例：如图直螺纹加工，已知直螺纹切削参数：螺纹螺距P =2mm，引入量δ1=3mm，超越量δ2=1.5mm，分2次车削，背吃刀量为 ap =0.5mm,试编程

图2-5 直螺纹加工实例

例：如图所示圆锥螺纹加工，已知锥螺纹切削参数为：螺纹导程P =3.5 mm，引入量δ1=2mm，超越量δ2=1mm，分2次车削，背吃刀量为 ap =0.5mm，试编程

图2-6 锥形螺纹交工实例

9) 复合固定循环指令

这类循环功能用于无法一次走刀即能加工到规定尺寸的场合，主要在粗车和多次走刀车螺纹的情况下使用。如在一根棒料上车削阶梯相差较大的轴，或车削铸、锻件的毛坯余量时都有一些重复进行的动作，且每次走刀的轨迹相差不大。利用复合固定循环指令，只要编出最终走刀路线，给出每次切除的余量深度或循环的次数，机床即可自动地重复切削，直到工件完成为止。

1) 外径、内径粗加工循环指令G71

格式：G71 P ns Q nf U△u W△w D△d (F＿ S＿ T ＿)； 说明：

① G71指令适用于圆柱毛坯料粗车外径和圆筒毛坯料粗车内径。G71指令程序段内要

指定精加工工件程序段的顺序号、精加工余量、粗加工每次切深、F功能、S功能、T功能等，刀具循环路径如下图所示。

② 式中ns —精加工第一个程序段的段号；nf —精加工最后一个程序段的段号；△u—x

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轴方向的精加工余量（直径值）；△w —z轴方向的精加工余量；△d —粗加工每次切深；F—粗车时进给量；S—粗车时主轴转速；T——刀号。

③ 粗车过程中从程序段号P到Q之间包括的任何F、S、T功能都被忽略，只有G71

指令中指定的F、S、T有效。

按图示尺寸编写外圆粗切循环加工程序

图2-7 G71循环指令

2) 端面粗加工循环指令G72

格式：G72 P ns Q nf U△u W△w D△d (F＿ S＿ T ＿) 说明：

G72指令适用于圆柱毛坯料端面方向的加工，刀具的循环路径如图2.69所示。G72指令与G71指令类似，不同之处就是刀具路径是按径向方向循环的。

3) 图形重复车削循环指令G73

格式：G73 P ns Q nf I△i K △k U △u W △w D △d (F＿S＿T)； 说明：

① G73指令与G71，G72指令功能相同，只是刀具路径是按工件精加工轮廓进行循环

的，如图2.70所示。如铸件、锻件等毛坯已具备了简单的零件轮廓，这时粗加工使用G73循环指令可以节省时间，提高功效。

② 式中ns —精加工第一个程序段的段号；nf —精加工最后一个程序段的段号；△u—x

轴方向的精加工余量（直径值）；△w —z轴方向的精加工余量；F—粗车时进给量；S—粗车时主轴转速；T——刀号。 ；△i —x轴方向的退出距离和方向；△k —z轴方向的退出距离和方向；△d —粗切次数。

4) 精加工循环指令G70

格式：G70 P ns Q nf ；

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说明：

G70为执行G71，G72，G73粗加工循环指令以后的精加工循环。在G70指令程序段内要给出精加工第一个程序段的序号和精加工最后一个程序段序号。

如图所示工件，试用G70，G71指令编程。

图2-8 G73循环指令

2.7 刀具补偿功能

由于刀具的安装误差、刀具磨损和刀具刀尖圆弧半径的存在等，因此在数控加工中必须利用刀具补偿功能予以补偿，才能加工出符合图纸要求的零件。此外合理的利用刀具补偿功能还可以简化编程。

刀具功能又称T功能，它是进行刀具选择和刀具补偿的功能。

格式： T ×× ××

刀具号 刀具补偿号

说明：

(1) 刀具号从01~12；刀具补偿号从00 ~16，其中00表示取消某号刀的刀具补偿。

(2) 通常以同一编号指令刀具号和刀具补偿号，以减少编程时的错误，如T0101表示

01号刀调用01补偿号设定的补偿值，其补偿值存在刀具补偿存储器内。数控车床的刀具补偿功能包括刀具位置补偿和刀尖圆弧半径补偿两个方面。

2.7.1 刀具位置补偿

刀具的位置补偿又称为刀具偏置补偿或刀具偏移补偿，亦称为刀具几何位置及磨损补偿。

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在下面三种情况下，均需进行刀具位置的补偿。

(1) 在实际加工中，通常是用不同尺寸的若干把刀具加工同一轮廓尺寸的零件，而编程

时是以其中一把刀为基准设定工件坐标系的，因此必须将所有刀具的刀尖都移到此基准点。利用刀具位置补偿功能，即可完成。

(2) 对同一把刀来说当刀具重磨后再把它准确的安装到程序所设定的位置是非常困难

的，总是存在着位置误差。这种位置误差在实际加工时便成为加工误差。因此在加工前，必须用刀具位置补偿功能来修正安装位置误差。

(3) 每把刀具在其加工过程中，都会有不同程度的磨损，而磨损后刀具的刀尖位置与编

程位置存在差值，这势必造成加工误差，这一问题也可以用刀具位置补偿的方法来解决，只要修改每把刀具相应存储器中的数值即可。

例如某工件加工后外圆直径比要求的尺寸大（或小）了0.1mm，则可以用U-0.1(或U0.1)修改相应刀具的补偿值即可。当几何位置尺寸有偏差时，修改方法类同。

刀具位置补偿一般用机床所配对刀仪自动完成，也可用手动对刀和测量工件加工尺寸的方法，测出每把刀具的位置补偿量并输入到相应的存储器中。当程序执行了刀具位置补偿功能后，刀尖的实际位置就代替了原来的位置。

注意：刀具位置补偿一般是在换刀指令后第一个含有移动指令的程序段中进行，或者说刀具位置补偿是在上个程序段的执行过程中完成的。

图2-9 刀具补偿

例如： N50 G00 X50 Z76 T0100；该程序段中没有刀具补偿，刀尖运动轨迹如上图 (a)中实线所示，即从P0运动到P1。

N50 G00 X50 Z76 T0101；刀具运动结果如图 (a)中虚线所示，刀尖从运动到。如果下一个程序段是车φ50外圆，那么刀尖由点开始运动，加工出的零件表面是符合零件图样要求的。

N50 G00 X50 Z76 T0100; N60 G01 Z15 T0101;

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对上两段执行完N50程序段后，刀尖从P0运动到P1 ，执行N60时再进行刀具补偿，切削出的工件表面P1 必然是圆锥面，如上图 (b)中虚线所示，故加工出的是不合格的零件

2.7.2 刀尖圆弧半径补偿

为提高刀具寿命和降低加工表面的粗糙度Ra的值，车刀刀尖圆弧半径R一般在0.4 ~ 1.6mm之间。编程时以理论刀尖点P （又称刀位点或假想刀尖点：沿刀片圆角切削刃作X、Z两方向切线相交于P点）来编程，数控系统控制P点的运动轨迹。而切削时，实际起作用的切削刃是圆弧的各切点，这势必会产生加工表面的形状误差。

而刀尖圆弧半径补偿功能就是用来补偿由于刀尖圆弧半径引起的工件形状误差。

刀尖圆弧对车削工件的影响：

① 车削工件的右端面和外圆柱面车削出的工件没有形状误差和尺寸误差，因此可以不考虑

刀尖半径补偿。

② 车削工件的圆锥面和圆弧面影响到工件的加工精度，而且刀尖圆弧半径越大，加工误差

越大。

刀尖圆弧半径补偿的方向

图2-10表示了刀尖半径补偿的两种不同方向。

① 如果刀尖沿ABCDE运动（图a ），顺着刀尖运动方向看，刀具在工件的右侧，即为

刀具的右补偿。用G42指令刀尖半径右补偿。

② 如果刀尖沿FGHI运动（图b），顺着刀尖运动方向看，刀具在工件的左侧，即为刀

具的左补偿。用G41指令刀尖半径左补偿。

③ 如果取消刀具的左补偿或右补偿，可用G40指令编程，则车刀轨迹按理论刀尖点

轨迹运动。

a ) b) 图2-10 刀尖圆弧半径补偿方向

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刀具半径补偿的建立或取消指令格式 格式： X（U）＿ Z（W）＿ T＿ F＿ ； 说明：

(1) 刀具半径补偿的建立或取消必须在位移移动指令(G00、G01)中进行。

X(U)、Z(W)为建立或取消刀补程序段中刀具移动的终点坐标；T代表刀具功能，如T0707是用7号刀并调用7号补偿值建立刀补；F表示进给速度，用G00编程时，F值可省略。G41、G42、G40均为模态指令。

(2) 刀具半径补偿和刀具位置补偿一样，其实现过程分为三大步骤，即刀补的建立、刀补的

执行和刀补的取消。

(3) 若指令刀具在刀尖半径大于圆弧内侧移动，程序将出错。

(4) 由于系统内部只有两个程序段的缓冲存储器，因此在刀具执行刀补过程中，不允许在程

序里连续编制两个以上没有移动的指令、以及单独编写的M、S、T程序段等。

例：车削如图所示零件，采用刀具半径补偿指令编程

图2-11 半径补偿指令实例

例：应用刀尖圆弧自动补偿功能加工图示零件。

图2-22 半径补偿指令练习

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2.8 车削加工编程实例

分析下图典型轴类零件的数控车削加工工艺，并编写其精加工程序，工件右端中心点O为工件坐标原点，02号刀为基准刀，该刀尖的起始位置为(280，130)。

图2-23 车削零件

2.8.1 零件图工艺分析

该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严格的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面S50mm的尺寸公差还兼有控制该球面形状(线轮廓)误差的作用。图2.81的尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45号钢，无热处理和硬度要求。

通过上述分析，采取以下几点工艺措施。

(1) 对图样上给定的几个公差等级(IT7~IT8)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。 (3) 为便于装夹，毛坯件左端应预先车出夹持部分(双点画线部分)，右端面也应先车出

并钻好中心孔。毛坯选60mm棒料。

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2.8.2 确定装夹方案

确定毛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。

2.8.3 确定加工顺序

加工顺序按由粗到精的原则确定。即先从右到左进行粗车(留0.20mm精车余量)，然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。

该零件是从右到左沿零件表面轮廓进给加工

2.8.4 数值计算

为方便编程，可利用AutoCAD画出零件图形，然后取出必要的基点坐标值；利用公式对螺纹大径、小径进行计算。

(1) 基点计算。以图2.81上O点为工件坐标原点，则A、B、C三点坐标分别为：XA= 40mm、

ZA=-69 mm；XB=38.76 mm、ZB=-99 mm；XC=56 mm、ZC= -1.09 mm。 (2) 螺纹大径d1、小径d2计算。

d1= d -0.2165P=(30-0.2165×2)mm=29.567 mm； d2= d1-1.299P=(29.567-1.299×2)mm=26.969mm

2.8.5 选择刀具

(1) 粗车、精车均选用35°菱形涂层硬质合金外圆车刀，副偏角48°，刀尖半径0.4mm，为

防止与工件轮廓发生干涉，必要时应用AutoCAD作图检验。 (2) 车螺纹选用硬质合金60°外螺纹车刀，取刀尖圆弧半径0.2mm

2.8.6 选择切削用量

(1) 背吃刀量。粗车循环时，确定其背吃刀量ap=2mm；精车时，确定其背吃刀量ap=0.2mm。 (2) 主轴转速和进给量。车直线和圆弧轮廓时的主轴转速：查表并取粗车时的切削速度

v=90m/min，精车时的切削速度v=120m/min，根据坯件直径(精车时取平均直径)，利用

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式n=1000v/ 计算，并结合机床说明书选取。粗车时主轴转速n=500r/min，精车时主轴转速n=1200r/min。车螺纹时的主轴转速：按公式nP≤1200(n为主轴转速，P为螺距)，取主轴转速n=320r/min。

进给速度：粗车时选取进给量f = 0.3 mm/r，精车时选取f = 0.05 mm / r。车螺 纹的进给量等于螺纹导程，即f = 2mm/r。

2.8.7 数控加工工艺文件的制定

(1) 数控加工工序卡片

图2-24 数控加工工序卡片

(2) 数控加工刀具卡片

图2-25 数控加工刀具卡片

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2.8.8 精加工程序

O3000；

N010 G50 X280 Z130； N020 M04 S1200 T0200； N030 G00 X26 Z3 M08； N040 G42 G01 Z0 T0202 F0.05； N050 X29.567 Z-2； N060 Z-18 N070 X26 Z-20； N080 W-5； N090 U10 W-10； N100 W-10；

N110 G02 U-6 W-9 R15； N120 G02 X40 Z-69 R25； N130 G03 X38.76 Z-99 R25； N140 G02 X34 W-9 R15 N150 G01 W-5 N160 X56 Z-1.05 N170 Z-165

N180 G40 G00 U10 T0200 M05 M09； N190 G28 U2 W2； N200 M04 S320 T0300； N210 G00 X40 Z3 T0303 M08； N220 G92 X28.667 Z-22 F2； N230 X28.067； N240 X27.467； N250 X27.067； N260 X26.969； N270 G00 X45 T0300 M09； N280 G28 U2 W2； N290 M30；

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第3章 结论与展望

3.1 结论

对于一个零件来说并非全部加工工艺过程合在数床上完成，而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。在数控加工中无论是手工编程还是自动编程，编程以前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量。

同时在编程中，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需做一些处理。因此程序编制中的工艺分析是一向十分重要的工作。

3.2 展望

希望通过本节的学习可以让同学们了解数控加工工艺分析与图形数学处理的基本概念和基本内容，数控编程方法、内容和步骤。重点让学生了解数控加工工艺分析与图形数学处理的方法，数控加工工艺文件的制定，数控车床、数控铣床的手工编程知识。当在生产实际中遇到具体问题时，应根据数控机床的编程知识，合理而又灵活地去解决实际问题。

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参考文献

[1] 《金属切削原理与刀具》 陆剑中 孙家宁，机械工业出版社，第四版 [2] 《数控编程》 李义德，清华大学出版社，2006 [3] 《数控加工工艺》 赵长旭，西安电子科技大学出版社，2009

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致谢

本设计是在导师朱强老师的悉心指导下完成的，在此，特向朱老师表达我崇高的敬意和衷心的感谢。

班景龙 2012年5月

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