学习任务一 螺纹轴套配合件的数控车加工

学习目标

建议学时

50学时

学习过程

学习活动1 螺纹轴套配合件的加工工艺分析与编程

一、阅读生产任务单

1）查阅资料，从工艺特性考虑，说明实际生活中螺纹轴套配合件的用途（见表1-1）。

2）本生产任务工期为20天，试依据任务要求，制订合理的工作计划，并根据小组成员的特点进行分工（见表1-2）。

二、根据螺纹轴套配合件实物（见图1-1），绘制零件图

1．零件测绘

（1）什么是零件测绘。

零件测绘就是根据实物，通过测量，绘制出实物图样的过程。

测绘与设计不同，测绘是先有实物，再画出图样；而设计一般是先有图样后有样机。如果把设计工作看成是构思实物的过程，则测绘工作可以说是一个认识实物和再现实物的过程。

测绘往往对某些零件的材料、特性要进行多方面的科学分析鉴定，甚至研制。因此，多数测绘工作带有研究的性质，基本属于产品研制范畴。

（2）零件测绘的种类。

设计测绘——测绘为了设计。根据需要对原有设备的零件进行更新改造，这些测绘多是从设计新产品或更新原有产品的角度进行的。

机修测绘——测绘为了修配。零件损坏，又无图样和资料可查，需要对坏零件进行测绘。

仿制测绘——测绘为了仿制。为了学习先进，取长补短，常需要对先进的产品进行测绘，以制造出更好的产品。

2．画零件草图的方法和步骤

零件测绘工作常在机器设备的现场进行，受条件限制，一般先绘制出零件草图，然后根据零件草图整理出零件工作图。因此，零件草图绝不是“潦草图”。

徒手绘制的图样称为草图，它是不借助绘图工具，通过目测来估计物体的形状和大小，徒手绘制的图样。在讨论设计方案、技术交流及现场测绘中，经常需要快速地绘制出草图，徒手绘制草图是机械技术人员必须具备的基本技能。

零件草图的内容与零件工作图相同，只是线条、字体等为徒手绘制。

徒手图应做到线型分明、比例均匀、字体端正、图面整洁。

（1）握笔的方法。

手握笔的位置要比用绘图仪绘图时较高些，以利于运笔和观察目标。笔杆与纸面成45°～60°，持笔稳而有力。一般选用HB或B的铅笔，用印有方格的图纸绘图。

（2）直线的画法。

画直线时，握笔的手要放松，手腕靠着纸面，沿着画线的方向移动，眼睛注意线的终点方向，便于控制图线。

画水平线时，图纸可放斜一点，将图纸转动到画线最为顺手的位置。画垂直线时，自上而下运笔。画斜线时可以转动图纸到便于画线的位置。画短线，常用手腕运笔，画长线则用手臂动作。

（3）圆和曲线的画法。

画圆时，先定出圆心的位置，过圆心画出互相垂直的两条中心线，再在对称中心线上距圆心等于半径处目测截取四点，过四点分段画成。画稍大的圆时，可加画一对十字线，并同时截取四点，过八点画圆。

对椭圆及圆弧的画法，也是尽量利用与正方形、长方形、菱形相切的特点。

（4）角度的画法。

画30°、45°、60°等特殊角度的斜线时，可利用两直角边比例关系近似地画出。

（5）复杂图形画法。

当遇到较复杂形状时，采用勾描轮廓和拓印的方法。如果平面能接触纸面时，用色描法，直接用铅笔沿轮廓画出线来。

3．测绘中零件技术要求的确定

（1）确定形位公差。

在测绘时，如果有原始资料，则可照搬。在没有原始资料时，由于有实物，可以通过精确测量来确定形位公差。但要注意两点，其一，选取形位公差应根据零件功用而定，不可采取只要能通过测量获得实测值的项目，都注在图样上；其二，随着国外科技水平尤其是工艺水平的提高，不少零件从功能上讲，对形位公差并无过高要求，但由于工艺方法的改进，大大提高了产品加工的精确性，使要求不太高的形位公差提高到很高的精度。因此，测绘中，不要盲目追随实测值，应根据零件要求，结合我国国标所规定的数值，合理确定。

（2）表面粗糙度的确定。

①根据实测值来确定测绘中可用相关仪器测量出的有关数值，再参照我国国标中的数值加以圆整、确定。

②根据类比法，参照相关原则进行确定。

③参照零件表面的尺寸精度及表面形位公差值来确定。

（3）热处理及表面处理等技术要求的确定。

测绘中确定热处理等技术要求的前提是先鉴定材料，然后确定所测零件所用材料。注意，选材恰当与否，并不是完全取决于材料的机械性能和金相组织，还要充分考虑工作条件。

一般地说，零件大多要经过热处理，但并不是在测绘的图样上，都需要注明热处理要求，要依零件的作用来决定。

三、根据螺纹轴套配合件图样，明确基准定位方法

零件图样如图1-2所示。

1．基准的概念及分类

1）基准的定义。在零件图上或实际的零件（见图1-3）上，用来确定其他点、线、面位置时所依据的那些点、线、面，称为基准。

2）基准的分类。

按其功用可分为：

（1）设计基准：零件工作图上用来确定其他点、线、面位置的基准，为设计基准。

（2）工艺基准：是加工、丈量和装配过程中使用的基准，又称制造基准。

（3）工序基准：是指在工序图上，用来确定加工表面位置的基准。它与加工表面有尺寸、位置要求。

（4）定位基准：是加工过程中，使工件相对机床或刀具占据正确位置所使用的基准。

（5）测量基准（丈量基准）：是用来丈量加工表面位置和尺寸而使用的基准。

（6）装配基准：是装配过程中用以确定零部件在产品中位置的基准。举例见图1-4。

2．定位基准的选择

定位基准包括粗基准和精基准。

粗基准：用未加工过的毛坯表面做基准。

精基准：用已加工过的表面做基准。

1）粗基准的选择原则。

粗基准影响：位置精度、各加工表面的余量大小（是否均匀？是否足够？）。

重点考虑：如何保证各加工表面有足够余量，使不加工表面和加工表面间的尺寸、位置符合零件图要求。

（1）公道分配加工余量的原则。

①应保证各加工表面都有足够的加工余量，如外圆加工以轴线为基准；

②以加工余量小而均匀的重要表面为粗基准，以保证该表面加工余量分布均匀、表面质量高，如床身加工，先加工床腿再加工导轨面。

（2）保证零件加工表面相对于不加工表面具有一定位置精度的原则。一般应以非加工面作为粗基准，这样可以保证不加工表面相对于加工表面具有较为精确的相对位置。当零件上有几个不加工表面时，应选择与加工面相对位置精度要求较高的不加工表面作粗基准。

（3）便于装夹的原则。选表面光洁的平面做粗基准，以保证定位正确、夹紧可靠。

（4）粗基准一般不得重复使用的原则。在同一尺寸方向上粗基准通常只使用一次，这是由于粗基准一般都很粗糙，重复使用同一粗基准所加工的两组表面之间位置误差会相当大，因此，粗基准一般不得重复使用。

2）精基准的选择原则。

重点考虑如何较少误差，定位精度。

（1）基准重合原则，即利用设计基准作为定位基准。

（2）基准统一原则。在大多数工序中，都使用统一基准的原则。这样可以保证各加工表面的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差。例如，加工轴类零件时，一般都采用两个顶尖孔作为同一精基准来加工轴类零件上的所有外圆表面和端面，这样可以保证各外圆表面间的同轴度和端面对轴心线的垂直度。

（3）互为基准原则，即加工表面和定位表面互相转换的原则。一般适用于精加工和光磨加工。例如，车床主轴前后支承轴颈与主轴锥孔间有严格的同轴度要求，常先以主轴锥孔为基准磨主轴前、后支承轴颈表面，然后再以前、后支承轴颈表面为基准磨主轴锥孔，最后达到图纸上规定的同轴度要求。

（4）自为基准原则，即以加工表面自身作为定位基准的原则，如浮动镗孔、拉孔。这只能保证加工表面的尺寸精度，不能保证加工表面间的位置精度。还有一些表面的精加工工序，要求加工余量小而均匀，常以加工表面自身为基准。

根据定位基准选择原则，避免不重合误差，便于编程，以工序的设计基准作为定位基准。分析零件图纸结合相关数控加工方面的知识，该零件可以通过一次装夹多次走刀能够达到加工要求。零件加工时，先以直径为50mm的外圆的轴线作为轴向定位基准，加工零件；然后以零件轴线作为轴向定位基准，以轴台的端面的中心作为该轴剩余工序的轴向定位基准，并且把编程原点选在设计基准上（见图1-6）。

四、根据螺纹轴套配合件图样，确定该图样的工艺尺寸链

1．工艺尺寸链的概念

在机器装配或零件加工过程中，互相联系且按一定顺序排列的封闭尺寸组合，称为尺寸链。其中，由单个零件在加工过程中的各有关工艺尺寸组成的尺寸链，称为工艺尺寸链，如图1-7所示。

如图1-8所示，以表面3定位加工表面1而获得尺寸A1，然后以表面1为测量基准加工表面2而直接获得尺寸A2，于是，该零件在加工时并未直接保证的自然形成的尺寸A0就随之确定。这样，相互联系的尺寸A1—A2—A0就构成一个封闭尺寸组合，即工艺尺寸链。

2．工艺尺寸链的特征

（1）关联性。任何一个直接保证的尺寸及其精度的变化，必将影响间接保证的尺寸及其精度。如图1-8中尺寸A1和A2的变化都将引起尺寸A0的变化。

（2）封闭性。尺寸链中各个尺寸首尾相接组成一个封闭的尺寸组合，如图1-8中尺寸A1、A2和A0的排列呈封闭性。

3．工艺尺寸链的组成

我们把列入尺寸链中的每一个尺寸都称为尺寸链中的环。如图1-8中尺寸A1、A2和A0都是工艺尺寸链的环。它们可以分为以下两种：

（1）封闭环。在零件加工或机器装配过程中，最后自然形成的环，也就是工艺尺寸链中间接得到的尺寸，称为封闭环。一个尺寸链中只能有一个封闭环。如图1-8中尺寸A0。

（2）组成环。尺寸链中除封闭环以外的其余各环均称为组成环。根据其对封闭环的影响不同，组成环又可分为增环和减环。

增环：在其他组成环不变的条件下，当某个组成环增大时，封闭环亦随之增大，则该组成环称为增环。用字母上加“→”表示。如图1-8中尺寸A1。

减环：在其他组成环不变的条件下，当某个组成环增大时，封闭环却随之减小，则该组成环称为减环。用字母上加“←”表示。如图1-8中尺寸A2。

（3）增环和减环的简易判断。从尺寸链中任何一环出发，绕该链轮廓转一周，按该旋转方向给每个环标出箭头，凡是其箭头方向与封闭环相反的为增环，箭头方向与封闭环相同的则为减环。如图1-7中的A2与封闭环A0的箭头方向相同，为减环。A1的箭头方向与A0相反，为增环。

4．工艺尺寸链的计算

工艺尺寸链的计算方法有两种：极值法和概率法。目前生产中多采用极值法（极值法：按误差综合的两个最不利情况计算）计算，下面仅介绍极值法计算的基本公式。

（1）封闭环的基本尺寸等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和。

（2）封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和。

（3）封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和。

A表示基本尺寸，A0表示封闭环基本尺寸，Ai表示组成环基本尺寸，则A0=

ES表示上偏差，ESA0表示封闭环上偏差，ESAi表示组成环上偏差，则ESA0=∑

EI表示下偏差，EIA0表示封闭环下偏差，EIAi表示组成环下偏差，则EIA0 =

（4）封闭环极限尺寸。

最大极限尺寸A0 max=A0+ESA0，最小极限尺寸A0min=A0+EIA0。

（5）组成环极限尺寸。

最大极限尺寸Ai max=Ai+ESAi，最小极限尺寸Aimin=Ai+EIAi。

五、数控车削加工工艺分析

一名合格的数控车床操作工首先必须是一名合格的工序员，全面了解数控车削加工的工艺理论对数控编程和操作技能有极大的帮助，所以掌握数控车削加工工艺的主要内容、加工工艺规程的制订过程、对刀操作及刀具和夹具选择等是数控车削加工的前提条件。

1．数控加工工艺的特点与内容

1）数控加工工艺的特点。

工艺规程是工人在加工时的指导性文件。由于普通车床受控于操作工人，在普通车床上用的工艺规程实际上只是一个工艺过程卡，车床的切削用量、进给路线、工序的工步等往往都是由操作工人自行选定。数控车床加工的程序是数控车床的指令性文件。数控车床受控于指令，加工的全程都是按程序指令自动进行的。因此，数控车床加工程序与普通车床工艺有较大差别，涉及的内容也较多。数控车床加工程序不仅要包含零件的工艺过程，还要包含切削用量、进给路线、刀具尺寸以及车床的运动过程。

2）数控车削加工工艺的内容。

数控车床的加工工艺与通用车床的加工工艺有许多相同之处，但在数控车床上加工的零件比在通用车床上加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将车床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的选择、切削用量和走刀路线等都编入程序。这就要求程序设计人员具有很多方面的知识基础。程序设计人员要注意以下几点：

（1）选择适合在数控车床上加工的零件，确定工序内容。

（2）分析被加工零件的图样，明确加工内容及技术要求。

（3）确定零件的加工方案，制订数控加工工艺路线。如划分工序、安排加工顺序、处理与非数控加工工序的衔接等。

（4）加工工序的设计。如选取零件的定位基准、装夹方案的确定、工步划分、刀具选择和确定切削用量等。

（5）数控加工程序的调整。如选取对刀点和换刀点、确定刀具补偿及确定加工路线等。

2．加工工艺路线的拟定

数控加工工艺路线制订与通用车床加工工艺路线制订的主要区别，在于它往往不是指毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此，在工艺路线制订中一定要注意，由于数控加工工序一般都要穿插于零件加工的整个工艺过程中，所以要与其他加工工艺衔接好。

1）选择加工方法。

在决定某个零件进行数控加工后，并不等于要把所有的加工内容都包下来，而可能只是其中的一部分进行数控车削加工，因此，必须对零件图样进行仔细的工艺分析。根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型等因素，选用相应的加工方法和加工方案。

2）加工阶段的划分。

零件的加工过程通常按工序性质不同，可分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工四个阶段。

（1）粗加工阶段。其任务是切除毛坯上大部分多余的金属，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品。其主要目标是提高生产率。

（2）半精加工阶段。其任务是使主要表面达到一定的精度，留有一定的精加工余量，为主要表面的精加工做好准备。并可完成一些次要表面加工，如扩孔、攻螺纹、铣键槽等。

（3）精加工阶段。其任务是保证各主要表面达到规定的尺寸精度和表面粗糙度要求。其主要目标是全面保证加工质量。

（4）光整加工阶段。对零件的精度和表面粗糙度要求很高（IT6级上，表面粗糙度为Ra0.2nm以下）的表面，需进行光整加工，其主要目标是提高尺寸精度，减小表面粗糙度。一般不用来提高位置精度。

3）工序的划分。

（1）工序的划分原则。

工序的划分可以采用两种不同原则，即工序集中原则和工序分散原则。在数控车床上加工零件，应按工序集中的原则划分工序，在一次安装下尽可能完成大部分甚至全部的表面加工。根据零件的结构形状不同，通常选择外圆、端面或内孔、端面装夹，并力求设计基准、工艺基准和编程原点的统一。

（2）工序划分的方法。

①按零件加工表面划分。将位置精度要求较高的表面安排在一次安装下完成，以免多次安装所产生的安装误差影响位置精度。

②以粗、精加工划分工序。对于毛坯余量较大和精加工的精度要求较高的零件，应将粗车和精车分开，划分成两道或更多的工序。将粗车安排在精度较低、功率较大的数控车床上，将精车安排在精度较高的数控车床上。

③以同一把刀具加工的内容划分工序。

④以加工部位划分工序。

4）加工顺序的安排。

在分析了零件图样并确定工序、装夹方式之后，接着要确定零件的加工顺序。制订零件车削加工顺序一般应遵循以下原则。

（1）先粗后精。

在车削加工中，应先安排粗加工工序。在较短的时间内，将毛坯的加工余量去掉，以提高生产效率。同时应尽量满足精加工的余量均匀性要求，以保证零件的精加工质量。

（2）先近后远。

这里所说的远近，是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的。一般情况下，在数控车床的加工中，通常安排离刀具起点近的部位先加工，离刀具起点远的部位后加工。这样不仅可缩短刀具移动距离、减少空走刀次数、提高效率，还有利于保证坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。

（3）先主后次。

零件的主要工作表面、装配基面应先加工，从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。车床次要表面可穿插进行，放在主要加工表面加工到一定程度后、最终精加工之前进行。

（4）基面先行原则。

用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。例如轴类零件加工时，总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆表面和端面。

3．工件在数控车床上的定位

在零件加工的工艺过程中，合理选择定位基准对保证零件的尺寸和相互位置精度起着决定性的作用。定位基准有两种，一种是以毛坯表面作为基准面的粗基准，另一种是以加工表面作为基准面的精基准。在确定定位基准与夹紧方案时，应注意以下几点。

（1）力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。

（2）选择粗基准时，应尽量选择不加工表面或能牢固、可靠地进行装夹的表面，并注意粗基准不宜进行重复使用。

（3）选择精基准时，应尽可能采用设计基准或装配基准作为定位基准，并尽量与测量基准重合，基准重合是保证零件加工质量最理想的工艺手段。精基准虽可重复使用，但为了减少定位误差，仍应尽量减少精基准的重复使用。

（4）设法减少装夹次数，尽可能做到一次定位装夹后能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥机床的效率。

（5）避免采用占机人工调整式方案，以免占机时间太多，影响加工效率。

4．工件在数控车床上的装夹

要充分发挥数控车床的加工效能，工件的装夹必须快速，定位必须准确。数控车床对工件的装夹要求：首先，应具有可靠的夹紧力，以防止在加工过程中工件松动；其次，应具有较高的定位精度，并便于迅速和方便地装、拆工件。

1）普通装夹。

（1）三爪自定心卡盘。如图1-9（a）、（b）所示，三爪自定心卡盘是数控车床最常用的主要的自定心夹具。其定位方式主要采用心轴、顶块、缺牙爪等方式，与普通车床的装夹定位方式基本相同。

（2）四爪单动卡盘。四爪单动卡盘如图1-10所示，是车床上常用的卡具，它适用于装夹形状不规则或大型的工件，夹紧力较大，装夹精度较高，不受卡爪磨损的影响，但装夹不如三爪自定心卡盘方便。

2）复杂、异形、精密工件装夹。

车削过程中，主要是加工有回转表面的、数控车床比较规则的工件，但也经常遇到一些外形复杂、不规则的异形工件。对开轴承座、十字孔工件、双孔连杆、环首螺钉、齿轮油泵体及偏心工件、曲轴等，这些工件不宜用三爪、四爪卡盘装夹。

3）花盘、角铁和常用附件。

对于一些外形复杂、不规则的异形工件，必须使用花盘、角铁或装夹在专用夹具上加工，如图1-11所示。

（1）花盘。花盘是铸铁材料，用螺纹或定位孔形式直接装在车床主轴上。普通车床的工作平面与主轴轴线垂直，平面度误差小，表面粗糙度Ra＜1.6μm。平面上开有长短不等的T形槽（或通槽），用于安装螺栓紧固工件和其他附件。为了适应大小工件的要求，花盘也有各种规格，常用的有中250mm、中300mm、442mm等。

（2）角铁。角铁又叫弯板，是铸铁材料。数控车床有两个相互垂直的平面，表面粗糙度值小于1.6μm，并有较高的垂直度精度。

（3）V形架。工作表面是V形面，一般做成90°或120°。它的两个面比普通车床都有较高的形位精度，主要用于工件以圆弧面为基准的定位。

（4）平垫铁。它装在花盘或角铁上，作为工件定位的基准平面或导向平面。

（5）平衡铁。平衡铁材料一般是钢或铸铁，有时为了减小体积，也可用铅制作。

六、螺纹轴套数控车削加工工艺分析

1．零件图工艺分析

1）螺纹配合的主要技术要求。

（1）普通螺纹。主要用于连接和紧固，要求有良好的旋合性和足够的连接强度。

（2）传动螺纹。用于传递动力和位移，要求力的可靠性和位移的准确性。

（3）紧密螺纹。主要用于管道系统中的管件紧密联接，要求有较高的连接强度和密封性。

2）螺纹配合的等级。

（1）国标中规定了不同直径和螺距所对应的旋合长度，分为短（S）、中（N）、长（L）三种旋合长度。国标按螺纹公差等级和旋合长度规定了三种类型的公差带，分别是精密级、中等级和粗糙级，代表着不同的加工难度。

（2）配合精度的确定。

螺纹配合的精度不仅与螺纹公差带大小有关，还与螺纹的旋合长度有关。旋合长度愈长，螺距的累积误差愈大，较难旋合，且加工长螺纹比短螺纹难以保证精度。因此对不同的旋合长度规定不同大小的公差带，旋合长度是螺纹设计中必须考虑的因素，一般多用N组。常用的配合精度选择可以参照表1-3。

精密级，用于精密联结螺纹。

中等级，用于一般用途联结。

粗糙级，用于要求不高及制造困难的螺纹。

（3）公差带的确定。公差带是螺纹公差等级和基本偏差的组合。表示方法是公差等级后加上基本偏差代号。如外螺纹：6f；内螺纹：6H。与普通尺寸配合的选用：理论上，表中的内外螺纹可以构成各种配合，但从保证足够的接触高度出发，最好选用H/g、H/h、G/h的配合（见表1-3）。

大量生产的精制紧固螺纹，推荐采用带方框的；带“*”号的为优先选用，其次是不带“*”的，带“（）”的尽量不用。

（4）表面粗糙度。国标有普通螺纹的表面粗糙度推荐值。

一般情况下，选用中等精度、中等旋合长度的公差带，即内螺纹公差带常选6H，外螺纹公差带6h、6g应用较广。

3）影响螺纹结合精度的因素。

（1）中径偏差的影响。

中径大小影响配合的松紧程度，必须严格限制其实际尺寸，即规定适当的上下偏差。

（2）螺距偏差的影响。

单个螺距偏差ΔP，螺距累积偏差ΔP∑，与旋合长度有关，影响旋合性。

消除干涉：将外螺纹中径减少一个数值fΔpΔ，或将内螺纹中径增大一个数值fp。fp称为螺距误差的中径当量，限制螺距误差（见图1-13）。

（3）牙侧角偏差的影响。

一有牙侧角偏差的外螺纹与理想内螺纹结合，则会在小径或大径处产生干涉。消除干涉，可将外螺纹中径减少一个数值fα/2或将内螺纹中径加大一个数值fα/2（见图1-14）。fα/2称为牙侧角偏差的中径当量。

2．加工工艺

图1-15是螺纹轴套零件图，毛坯直径φ50mm×80mm，材料45钢，所用数控车床为CK6136A，其数控车削加工工艺分析如下。

1）零件图工艺分析。

该零件为轴套类零件。表面由外圆柱面、阶梯外圆面、退刀槽、内外螺纹及内孔、内槽等表面组成，其中φ40、φ30这两个直径尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求。表面粗糙度要求为1.6μm。为了保证同轴度通常减小切削力和切削热的影响，粗精加工分开，使粗加工中的变形在精加工中得到纠正，其主要特点是内外圆柱面和相关端面的形状。同轴度要求高，加工内螺纹时要与外螺纹配合进行加工，使其达到图纸要求的配合精度。加工时将上道工序切断的棒料进行装夹，加工右面的端面，采用粗车——半精车——精车——粗磨——抛光，加工时需要零件材料为45号钢，毛坯尺寸为φ50mm×80mm，切削加工性能较好，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）先粗车掉大部分余量，在粗车时不要产生“过切”现象，粗车的同时为精加工留一定的余量。粗车最后一刀时按照轮廓轨迹走一刀，为精加工留下均匀的余量。

（2）精车到图纸尺寸。精车时，采用一次性走刀将零件轮廓加工完整。为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，精加工时，最终轮廓应安排在最后一次走刀连续加工出来。刀具的进退刀路线要认真考虑，以尽量减少在轮廓处停刀，以避免切削力（大小、方向）突然变化造成弹性变形而留下刀痕。一般应沿着零件表面的切向切入和切出，尽量避免沿工件轮廓面垂直方向进、退刀而划伤工件。

（3）为便于装夹，毛坯左端应预先车出夹持部分，右端面也应先粗车，以充分保证同轴度。

（4）进行切断。切断刀在对刀时，最好使用右刀尖对刀比较容易保证尺寸。

2）确定装夹方案。

由于给出的材料长度为80mm，比较长，所以不需要采用一夹一顶的方式加工，只需要用三爪自定心卡盘夹持毛坯材料的一端即可。所以，本零件选用三爪自定心卡盘作为夹具，其装夹图如图1-16所示。

3）确定加工顺序及进给路线。

加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）原则确定。即先从右到左进行粗车（留0.5mm精车余量），然后从右到左进行精车，最后进行切断。

进给路线是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，即刀具从对刀点（或机床固定点）开始进给运动起，直到结束加工程序后退刀返回该点及所经过的路线，包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行程。加工路线是编写程序的重要依据之一。

下面为常用的进给路线选择方法：

①最短的空行程路线；

②最短的切削进给路线。

在粗加工时，毛坯余量较大，采用不同的循环加工方式，如轴向进刀、径向进刀或固定轮廓形状进给等，将获得不同的切削进给路线。在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应在兼顾被加工零件的刚性及加工工艺性等要求下，采取最短的切削进给路线，减少空行程时间，可有效提高生产效率，降低刀具磨损。

CK6136A型数控车床具有粗车循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会确定其进给路线，因此该零件的粗车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进给，如图1-17所示。

4）数控车削刀具的选择。

在数控车床加工中，产品质量和劳动生产率，在相当大的程度上受到刀具的制约。虽然其车刀的切削原理与普通车床基本相同，但由于数控车床加工的特性，在刀具的选择上，特别是切削部分的几何参数、刀具的形状上尚需进行特别的处理，才能满足数控车床的加工要求，充分发挥数控车床的效益。

（1）数控车床刀具性能方面。

①强度高。为了适应刀具在粗加工或对高硬度材料的零件加工时，能大切深和快走刀，要求刀具必须具有很高的强度；对于刀杆细长的刀具（如深孔车刀），还应有较好的抗震性能。

②精度高。为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具及其刀夹都必须具有较高的精度。

③切削速度和进给速度高。为提高生产效率并适应一些特殊加工的需要，刀具应能满足高切削速度的要求。例如，采用聚晶刚石复合车刀加工玻璃或碳纤维复合材料时，其切削速度高达100m/min以上。

④可靠性好。要保证数控加工中不会因发生刀具意外损坏及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性、较强的适应性。

⑤耐用度高。刀具在切削过程中的不断磨损，会造成加工尺寸的变化，伴随刀具的磨损，还会因刀刃（或刀尖）变钝，使切削阻力增大，即会使被加工零件的表面精度大大下降，同时还会加剧刀具磨损，形成恶性循环。因此，数控车床中的刀具，不论在粗加工、精加工或特殊加工中，都应具有比普通车床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而保证零件的加工质量，提高生产效率。

⑥断屑及排屑性能好。车刀有效地进行断屑，对保证数控车床顺利、安全地运行具有非常重要的意义。如果车刀的断屑性能不好，车出的螺旋形切屑就会缠绕在刀头、工件或刀架上，既可能损坏车刀（特别是刀尖），还可能割伤已加工的表面，甚至会发生伤人和设备事故。另外，车刀的排屑性能不好，会使切屑在前刀面或断屑槽内堆积，加大切削刃（刀尖）与零件间的摩擦，加快其磨损，降低零件的表面质量，还可能产生积削瘤，影响车刀的切削性能。因此，应常对车刀采取减小前刀面（或断屑槽）的摩擦系数等措施（如特殊涂层处理及改善刃磨效果等）。对于内孔车刀，需要时还可以考虑从刀体或刀杆的里面引入冷却液，并能使冷却液从刀头附近喷出的冲排结构。

（2）数控车床刀具种类和结构方面。

数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断屑和排屑性能好，安装调整方便，用来满足数控机床高效率的要求。

数控车床也可以用普通车床的刀具，如高速钢、硬质合金、涂层刀具等。

①高速钢刀具，是一种含钨（W）、钼（Mo）、铬（Cr）、钒（V）等合金元素较多的工具钢刀具，它具有较好的力学性能和良好的工艺性，可以承受较大的切削力和冲击。但其耐热较差，只适于低速切削。

②硬质合金刀具，硬度、耐磨性、耐热性都明显提高，适于较高的切削速度。

（a）钨钴类（YG）。W C+ Co，强度好，硬度和耐磨性较差，用于加工脆性材料、有色金属和非金属材料。常用牌号：YG3、YG6、YG8、YG6X。数字表示Co的百分含量，Co多韧性好，用于粗加工；Co少用于精加工。

（b）钨钛钴类（YT）。TiC+ W C+Co类（YT）：常用牌号有YT5、YT14、YT15、YT30等。此类硬质合金硬度、耐磨性、耐热性都明显提高，但韧性、抗冲击振动性差，主要用于加工钢料，不宜加工脆性材料。含TiC量多，含Co量少，耐磨性好，适合精加工；含TiC量少，含Co量多，承受冲击性能好，适合粗加工。

（c）钨钛钽（铌）钴类（YW）。添加TaC或NbC，提高高温硬度、强度、耐磨性。用于加工难切削材料和断续切削。常用牌号：YW1、YW2。

③涂层刀具。在刀具基体材料上涂一薄层耐磨性高的难熔金属化合物而得到的刀具，可兼有前两种刀具的优点。常用涂层材料：TiN、TiC、A12O3。

④陶瓷刀具材料。硬度、耐热性和耐磨性高于硬质合金，不粘刀。脆性大，易蹦刃，主要用于切削45～55HRC的工具钢和淬火钢。也可对铸铁、淬硬钢进行精加工和半精加工。

⑤超硬材料刀具。是金刚石和立方氮化硼刀具的统称，用于超精加工和硬脆材料加工。

在数控车削中，可以使用普通车床用的焊接车刀，但应用最广泛的还是机夹可转位刀具，它是提高数控加工生产率，保证产品质量的重要手段。可转位车刀仍为方形刀体或圆柱刀杆。其结构如图1-18、图1-19所示，刀片的安装和更换都比较方便。可转位车刀刀片种类繁多，使用最广的是菱形刀片，其次是三角形刀片、圆形刀片及切槽刀片。菱形刀片按其菱形锐角不同有80°、55°和35°三类。80°菱形刀片刀尖角大小适中，刀片既有较好的强度、散热性和耐用度，又能装配成主偏角略大于90°的刀具，用于端面、外圆、内孔、台阶的加工。同时，这种刀片的可夹固性好，可用刀片底面及非切削位置上的80°刀尖角的相邻两侧面定位，定位方式可靠，且刀尖位置精度仅与刀片本身的外形尺寸精度相关，转位精度较高，适合数控车削。35°菱形刀片因其刀尖角小，干涉现象少，多用于车削工件的复杂型面或开挖沟槽。

可转位刀片的国家标准是采用了ISO国际标准，并在国际标准规定的九位号码之后，再加一个字母和一位数字，表示刀片断屑槽的形式和宽度。常用数控可转位车刀刀片如图1-20所示。

按照规定，任何一个型号的刀片都必须用前七个号位，后三个号位在必要时才用。但对于车刀来说，第十号位属于标准要求标注的部分。刀片型号及表示的含义如图1-21所示。

5）本零件所选刀具。

（1）粗车外圆时选93°外圆刀，粗车内孔时选内孔刀。

（2）为减少刀具数量和换刀次数，加工外圆和内孔的粗、精车选同一把刀。

（3）加工外螺纹时选60°外螺纹刀，加工内螺纹时选60°内螺纹刀。

（4）切槽和切断选刀宽为4mm的机卡切断刀进行切断。

将所定的刀具参数填入表1-4数控加工刀具卡片中，以便于编程和操作管理。

6）切削用量的选择。

数控车削加工中的切削用量是机床主运动和进给运动速度大小的重要参数，包括切削深度ap、主轴转速S（n）或切削速度vc、进给量f或进给速度F，并与普通车床加工中所要求的各切削用量基本一致。加工程序的编制过程中，选择好切削用量，使切削深度、主轴转速和进给速度三者间能相互适应，形成最佳切削参数，是工艺处理的重要内容之一。

（1）切削深度ap的确定。

在车床主体—夹具—刀具—零件这一系统刚性允许的条件下，尽可能选取较大的切削深度，以减少走刀次数，提高生产效率。当零件的精度要求较高时，则应考虑适当留出精车余量，其所留精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取0.2～0.5mm。本次零件加工粗车循环时ap=2mm，精车ap=0.25mm。

（2）主轴转速S（n）或切削速度vc的确定

非车削螺纹时主轴转速n。主轴转速的确定方法，除螺纹加工外，其他与普通车削加工时一样，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，主轴转速可用下式计算：

n=1000vc/πd

式中：n，主轴转速（r/min）；

vc，切削速度（m/min）；

d，零件待加工表面的直径（mm）。

本次零件加工粗车n=1000r/min，精车n=1600r/min。

（3）进给量 f或进给速度F的确定。

进给量是指工件旋转一周，车刀沿进给方向移动的距离（mm/r），他与切削深度有着较密切的关系。粗车时一般取为0.3～0.8mm/r，精车时常取0.1～0.3mm/r，切断时宜取0.05～0.2mm/r。进给速度主要是指在单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离（如mm/min），有些数控车床规定可选用以进给量（mm/r）表示的进给速度。

①确定进给速度的原则。

（a）当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高（2000mm/min以下）的进给速度。

（b）切断、车削深孔或用高速钢刀具车削时，宜选择较低的进给速度。

（c）刀具空行程，特别是远距离“回零”时，可设定尽量高的进给速度。

（d）进给速度应与主轴转速和切削深度相适应。

②进给速度的确定。

进给速度F包括纵向进给速度和横向进给速度。每分钟进给速度的计算公式为：F=nf（mm/m in）。

本次零件加工粗车、精车进给量 f分别为0.3mm/r和0.1mm/r，进给速度F分别为200mm/min和100mm/m in。

前面分析的各项内容可综合成表1-5所示的数控加工工艺卡片。

七、加工工时的预估方法

（1）经验法。根据以往的经验确定加工的工时，这实际上是以前经验的总结，例如，某工件某道工序加工以前一直是开2小时，也基本没有异议，那么现在也确定是2小时。

（2）实测法。某工件某道工序以前没有加工过，那么让一个水平中等、效率中等的操作工做，他用的工时乘以1.1就是这个工件这道工序的加工工时，这实际上是通过实测确定工时。

（3）计算法。某工件某道工序有几个工步，每个工步是多少时间，加起来就是工时。例如，车床车一个外圆，表面粗糙度Ra是3.2，加工余量是5毫米，那么一般要通过以下工步才能完成：粗车、半精车、精车、车两端面、倒角。根据不同的材料、工况确定转速、进刀量，然后通过计算得出。另外，各工序每批次都有一个准备工时，一般30件为一个单位（具体要根据本单位的情况确定），每单位准备工时为0.5小时。任何人定的工时都会有偏差，只是水平好的偏差小一点而已。

八、编制程序

1．确定编程原点

根据零件图样确定编程原点并在图中标出，如图1-22所示。

2．数控编程的种类

数控编程有三种方法，即手工编程、自动编程和计算机辅助编程。采用哪种编程方法应视零件的难易程度而定。

（1）手工编程。

手工编程，从分析零件图样、确定加工工艺过程、数据计算、编写零件加工程序单、程序输入数控系统到程序校验，都是由人工完成。对于加工形状简单、计算量小、程序不多的零件（如点位加工或由直线与圆弧组成的轮廓加工），采用手工编程比较容易，而且经济、快捷。对于形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线、曲面组成的零件，手工编程就有一定困难，出错的概率增大，有时甚至无法编出程序，必须用自动编程的方法编制程序。

（2）自动编程。

自动编程是由编程人员将加工部位和加工参数以一种限定格式的语言写成源程序，然后由专门的软件转换成数控程序。常用的有APT语言。APT是一种自动编程工具（Automatically Programmed Tools）的简称，是一种对工件、刀具的几何形状及刀具相对于工件的运动等进行定义所用的一种接近于英语的符号语言。把用APT语言书写的零件加工程序输入计算机，经计算机的APT语言编程系统编译产生刀位文件，然后进行数控后置处理，最后生成数控系统能接受的零件加工程序的过程，称为APT语言编程。自动编程使得一些计算烦琐、手工编程困难或无法编出的程序能够顺利地完成。

（3）CAD/CAM计算机辅助数控编程。

计算机辅助数控编程是以待加工零件CAD模型为基础的一种集加工工艺规划及数控编程为一体的自动编程方法。目前，以CAD/CAM一体化集成形式的软件已成为数控加工自动编程系统的主流。这些软件可以采用人机交互方式，进行零件几何建模（绘图、编辑和修改），对车床和刀具参数进行定义和选择，确定刀具相对于零件的运动方式、切削加工参数，自动生成刀具轨迹和程序代码。最后经过后置处理，按照所使用车床规定的文件格式生成加工程序。通过串行通信的方式，将加工程序传送到数控车床的数控单元。

3．本次学习任务所用数控指令介绍

数控编程五大功能代码包括：准备功能代码（G功能）、辅助功能代码（M功能）、进给功能代码（F功能）、主轴转速功能代码（S功能）和刀具功能代码（T功能）。

1）准备功能（G功能）。

准备功能是完成某些准备动作的指令，用来指令机床动作的方式，又称G功能，由地址符G和后面的两位数字组成。主要规定刀具和工件的相对运动轨迹、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿、坐标偏置等多种加工操作。

此次学习任务所用准备功能如下所述。

（1）快速点定位指令G00。

①格式“G00 X_ Z _; X_、Z_”为目标点坐标值，该指令表示刀具从当前位置快速移动到目标位置。在实际操作时，可以通过参数设置G00的速度，还可以通过机床上的按钮“F0”“F25”“F50”“F100”对其移动速度进行调节。

②运行轨迹，通过参数可设定为直线或折线，通常为折线，即先在X轴和Z轴移动相同增量，而后再移动距离较长轴的剩余量，如图1-23所示。

刀具的初始位置在O点，当其执行“G00X300Z200”时，刀具由O点快速移动到B点，再由B点快速移动到A点。在编程过程中，一定要特别注意G00指令的运行轨迹，要清楚刀具相对于工件、夹具所处的位置，以避免在进、退刀过程中刀具与工件、夹具等发生碰撞。

（2）直线插补指令G01。

①格式。“G01 X_ Z _F_；X_、Z_”为刀具目标点坐标值，F为进给速度。该指令表示刀具从当前位置切削加工到目标位置（见图1-24）。

②运行轨迹。由起点（当前点）到终点（目标点）的一条直线，常用来加工圆柱面、圆锥面、阶台、槽、倒角等，上图中如果用“G01X300Z200F100”，则运行轨迹是以每分钟100毫米的速度从O点切削加工至A点，即O→A。

（3）内外圆粗、精车复合循环。

外圆粗车复合循环指令适合切除棒料毛坯的大部分加工余量，主要用于径向尺寸要求比较高，轴向尺寸大于径向尺寸的毛坯工件进行粗车循环。

①粗车循环G71。

指令格式：G71 U（Δd） R（e）

G71 P（ns） Q（nf）

U （Δu） W （Δw） F××

其中，Δd为X 轴方向背吃刀量，用半径量指定，不带符号；

e为每次循环的退刀量；

ns—nf之间的程序是描述工件的精加工轨迹的，ns为精加工程序的第一个程序段号，nf为精加工程序的最后一个程序段号；

Δu为X 向精车余量的大小和方向，用直径量指定，外圆的加工余量为正，内孔的加工余量为负；

Δw为Z轴方向精车余量的大小和方向。

②运行轨迹。

如图1-25所示，刀具从起点 C快退至D 点，沿 X 向快速进刀Δd 值至E 点，按G01方式切削进刀至G点后，沿45°退刀e值至H 点，再快速沿Z向退刀至D 点的Z值处（I点），再沿 X向进刀（e+Δd），完成第一次切削循环，再开始第二次切削循环，如此完成粗车后，再按平行于精加工表面的轨迹进行半精车，完成后快速返回起点 C，此时，待精加工表面分别留出Δu和Δw的余量。

（a）G71指令中的“F_ S_”指粗加工循环中的F、S值，该值一经指定，则在此“ns—nf”之间所有F、S值对粗加工循环均无效；

（b）该指令适于加工轮廓外形单增或单减的形式。

（c）要注意“ns”程度段必须只有 X向进刀。

（d）当出现凹形轮廓时，本指令不能分层切削，而是在半精加工时一次性切削。

（e）循环结束后，可以用G70指令进行精车。

（f）G71循环前的定位点必须是毛坯以外并且靠近工件毛坯的点，因为该点会被系统认为毛坯的大小，即从该点起开始粗加工零件。

②精车循环G70。

格式：G70 P（ns） Q（nf）

“ns”“nf”分别为精车程序的首尾程序段号。

说明：该指令必须用于G71、G72、G73指令之后，不单独使用；执行G70循环时，刀具沿工件的实际外形轮廓轨迹进行切削，结束后刀具返回起点，运行的 F、S值由“ns”到“nf”之间的F、S值决定。

（4）螺纹指令。

螺纹的导入和导出距离δ1=2～3P，δ2=1～2P。

车削螺纹前轴外径= D- 0.13P。

车削螺纹前塑性金属孔径= D- P。

车削螺纹前脆性金属孔径= D- 1.05P。

其中，D为螺纹公称直径，P为螺距。

车削外螺纹底径= D- 1.3P。

车削内螺纹底径= D。

常用普通螺纹切削的进给次数与背吃力量见表1-6。

①单行程螺纹切削指令。

指令格式：G32 X（U）_Z（W）_F _ Q _（等螺距）

G34 X（U）_Z（W）_F _ K _（变螺距）

参数含义：X（U）_Z（W）_为螺纹终点坐标。

F为导程，其值为螺距与螺纹线数的乘积，单线螺纹的导程等于螺距。

Q为螺纹起始角，单位为0.001度，单线时该值不用指定，该值为零；多线时，按线数等分圆周。每刀间隔为等分的角度数。

K为主轴每转螺距的增量（正值）或减量（负值）。

②单一固定循环切削螺纹指令（模态）。

指令格式：G92 X（U）_ Z（W）_F _ R _

参数含义：X（U）_Z（W）_为螺纹切削终点坐标；

F为螺纹导程；

R为加工圆锥螺纹时，切削起点与切削终点的半径差（计算方法同G90指令中的R值）。

运行轨迹：

如图1-26所示，刀具从循环起点A沿X 向快速移至切削起点B，然后按 F给定的导程值切削螺纹至切削终点C, X向快速退刀至D 点，最后快速返回循环起点A。

③复合固定循环切削螺纹指令。

指令格式：G76 P（m）（r）（α） Q（Δdmin） R（d）

G76 X（U） _Z（W） _R（i） P（k） Q（Δd） F _

参数含义：

m为精加工循环次数，范围1～99。

r为螺纹退尾的Z向距离，单位为0.1S（S为导程），范围0～99。

α为刀尖角度，可选择80°、60°、55°、30°、29°、0°中的一种。

m、r和α用地址P同时指定。

例：当m =2, r=1.2S, α=60°，指定如下：P021260。

Δdmin为最小切深，用不带小数点的半径值表示。

d为精加工余量，用带小数点的半径值表示。

X（U）_Z（W）_ 为螺纹切削终点处坐标。

i为螺纹切削起点与切削终点半径差（i=0，则可进行圆柱螺纹切削）。

k为牙型编程高度，用不带小数点的半径值表示。

Δd为第一刀切削深度，用不带小数点的半径值表示。

F _为导程。

提示

a．由地址 P、Q和R 指定的数值的意义取决于X（或 U）和Z（或 W）的存在。

b．X（或U）和Z（或 W）的G76指令执行循环加工。该循环用一个刀刃切削（斜进刀），使刀尖的负荷减小。第一刀的被吃刀量为Δd，第 n刀的被吃刀量为（）Δd，每次切削循环的被吃刀量逐步递减。在图1-26中，C和D 之间的进给速度由地址F指定，而轨迹则是快速移动。图中增量尺寸的符号如下：

c．U、W：由刀具轨迹AC和CD 的方向决定。

d．R：由刀具轨迹AC的方向决定。

e．P: +（总是）;Q: +（总是）。

f．螺纹切削的注释与G32螺纹切削和G92螺纹切削循环的注释相同。

g．倒角值对于G92螺纹切削循环也有效。

h．在螺纹切削复合循环（G76）加工中，按下进给暂停按钮时，就跟螺纹切削循环终点的倒角一样，刀具立即快速退回，刀具返回到该循环的起始点。当按下循环启动按钮时，螺纹切削恢复。

i．对于多头螺纹的加工，可将螺纹加工起点的Z轴方向坐标偏移一个螺距（或多个螺距）。

运行轨迹如图1-27所示，刀具从循环起点A处快速沿 X向进给至切削点B处，然后沿与基本牙型一侧平行的方向进给 X向切深Δd，再以螺纹切削方式切削至离Z向终点距离为r时，倒角退刀至Z向终点，再X向快退至E点，返回A点，如此循环，直至完成整个螺纹切削过程，其进刀方式为斜进刀，减小了切削阻力，提高刀具寿命，利于保证加工精度。

2）辅助功能（M功能）。

辅助功能又称M功能，主要用来控制机床或系统的各种辅助动作，与数控系统的插补运算无关。如主轴的正反转、切削液的开关、工作台的转位、运动部件的锁紧与松开、程序的暂停、结束等，由地址符M和后面的两位数字组成。

3）进给功能代码（F功能）。

进给功能用来指定刀具相对于工件运动速度，由地址符F和后面数字组成，用G98指定分进给，用G99指定转进给。例如，“G98F200”表示刀具的进给速度为每分钟200毫米，“G99F0.3”表示主轴每转一转刀具进给0.3毫米。

4）主轴转速功能代码（S功能）。

主轴功能控制主轴转速的功能，又称为S功能，由S及后面的一组数字组成。用G96指定恒线速的线速度（米/分），用G97指定转速（转/分），机床默认值为G97。例如，“S1000”表示主轴转速为1000转/分，“G96S100；G50S5000”表示刀位点处的线速度为100米/分，且最高转速不能超过5000转/分。主轴的正转、反转、停止分别用M03、M04、M05进行控制。

5）刀具功能代码（T功能）。

刀具功能又称T功能，指系统选择刀具的指令，FAN UC系统用地址符T加四位数字表示，前两位数字表示刀具号码，后两位数字表示刀具偏置号。如T0201表示选择2号刀具及选1号刀偏值。

4.归纳编程指令

根据零件图样及加工工艺，结合所学数控系统，归纳出螺纹轴套配合件加工用到的编程指令（包括G代码指令和辅助指令），见表1-7。

5．问题与任务

（1）为了保证零件的加工精度，在加工过程中应多次进行测量，试考虑在程序中如何实现这一环节。

（2）根据零件加工步骤及工艺分析，完成螺纹轴套配合件数控加工程序的编制（见表1-8～表1-11）。