3.4.1 数控车削加工编程实例 1．零件加工工艺分析和处理
工艺性分析通常从零件结构形状的复杂程度、位置及尺寸精度的可控制程度、材料难加 工程度几个方面进行分析说明。
（1）零件的结构形状：图 3-14 所示零件属简单轮廓回转体轴类零件，整体结构清晰简 单。工件大体由轴向阶台、圆锥面、圆弧成型面等轮廓要素组成，无薄壁窄槽等难加工的特 殊部位，工艺性良好，可以通过车削加工来完成。因其轮廓要素中具有锥面和圆弧成型面，普 通车床加工比较困难，需要采用数控车床。需要调头加工。
（2）零件的尺寸精度要求：从图可以看出零件的总体尺寸精度要求不是很高。有右端径 向尺寸
2700.08（IT10 级）、径向尺寸
3500.15（IT11 级）、左端轴
4000.15（IT11 级）、轴向尺 寸 38.5±0.05（IT10 级）、1800.1（IT11 级）；有几处表面粗糙度要求为 1.6μm 和 3.2μm，采用粗车半精车即可达到零件加工的要求。
图 3-14 车削零件图
（3）零件的材料性能：该零件材料为硬铝 LY12，切削加工性能良好。由于铝材塑性好，
在加工过程中易粘刀而形成积屑瘤，故加工过程中要求刀具要锋利、冷却充分。
（4）加工方案的设计：该零件的结构形状是中间大、两头小，可以从以下两个方案中进 行选择：
方案 1：采用锯床下料、锯切长度超过 125mm、
50 以上的圆棒料作毛坯，先加工一端后 再调头加工另一端。方案 2：采用直径
50 以上的长圆棒料，穿越主轴孔后一端夹持，使用左右偏刀分别车削 左右两端，最后由切断刀切断得到总长。继续送料后可接着加工下一件。对以上两个方案进行比较，方案 1 在使用普通三爪装夹的情形下，总长及两端轴向相对 位置不容易保证，调头装夹也会使得两端轴颈同轴度降低，但需要使用的刀具较少。若为大批 量生产类型要求，则需要制作精密软爪定位或进行装夹定位方案的设计，以减少调头对刀的麻 烦和由此引起的总长尺寸误差。方案 2 是一次装夹加工左右两端，总长及两端轴向相对位置容 易保证，两端轴颈同轴度较高，但需要使用多把车刀（左右偏刀和切断刀），较适合于精度要 求较高或大批量生产类型。
该零件的总体加工工艺方案如表 3-11 和表 3-12 所示。
表 3-11 总体加工工艺方案（1）
序号 工序名称 工序内容 刀具/量具 夹具 设备
1 备料
50×125 冷轧圆棒料 带锯/锯条 锯床2 车左端 车左端
40×42 台肩 焊接外圆车刀 三爪卡盘 数控车床/普通车床3 检 检验
4000.15 游标卡尺4 调头车右端 车右端各台肩及轮廓成型面 焊接外圆车刀 三爪卡盘 数控车床
5 检 检验
2700.08、
3500.15、 1800.15、38±0.05游标卡尺、深 度尺
6 入库
表 3-12 总体加工工艺方案（2）
序号 工序名称 工序内容 刀具/量具 夹具 设备
1 备料
50×2500 圆棒料 冷轧车一端 车右端
40×42 台肩 左偏外圆车刀 三爪卡盘 数控车床车另一端 车左端各台肩及轮廓成型面 右偏外圆车刀 三爪卡盘 数控车床
2
切断 按总长分割切断 切断刀 三爪卡盘 数控车床
3 检 检验
2700.08、
3500.15、 1800.15、38±0.05游标卡尺、深度 尺
4 入库
由于该零件属单件小批量生产类型，图纸中对总长尺寸及两端同轴度也没有提出特别高 的要求，因此选择方案 1 进行工艺设计。
（5）加工路线的确定。由于零件加工精度要求不是太高，采用粗、精车即可保证。按照
“先粗后精、先易后难”的工序划分原则，因零件左端结构简单，且轴颈尺寸较大，先粗、精 加工左端Ф40×42 的台肩作调头加工时装夹定位的精基准，再粗、精加工右端复杂台肩及圆 弧成型面。左端加工时可将左端圆弧曲面部分粗加工完成，调头加工右侧时可连续走刀将圆弧 成型面一起精加工出来，以减少使用刀具数量并保证圆弧面的完整，避免对接加工产生接刀痕。
先加工左端尺寸较大的Ф40 长轴颈部分，可确保调头夹持时获得较好的刚性。
该零件加工顺序及装夹方案如图 3-15 和图 3-16 所示。
图 3-15 左端简单台肩加工
图 3-16 右端复杂台肩及圆弧面加工
（6）刀具及设备的选用。由于采用调头分别车削两端，完成零件的加工只需要用一把 外圆车刀即可。毛坯材料为硬铝 LY12，选择高速钢材质的刀具即可，刀具必须刃磨锋利，
前角约 20º～30º。由于零件中有半径为 R10 和 R18.5 的凹凸圆弧成型面，从交接处切线角 度分析，外圆车刀的副偏角必须大于 30º，如图 3-17 所示。若使用副偏角小于 30º的外圆 车刀，则必须在两端调头加工前后分别进行粗、精车对接加工，在一般三爪卡盘装夹定位 的条件下，容易产生接痕。该零件结构简单且具有一定长度的稳定夹持表面，不需要特殊 的夹具，使用三爪卡盘即可。
图 3-17 外圆车刀的副偏角必须大于 30º
如果使用机夹车刀，以副偏角要大于 30º的要求，应选用 J 形刀杆、V 形刀片，参照 CK616I 机床刀架允许装刀要求，可选用 16×16 或 20×20 刀片的刀杆，因此最后应选用的机夹车刀型 号为 SVJCR1616-H16、SVJCR2020-K16，刀片型号为 VC 1604。
（7）起刀位置及走刀路线。左端车削加工除Ф40 的轴颈需要精车到尺寸外，其余仅作台 肩粗车。车削的走刀路线如表 3-13 所示。
表 3-13 左端台肩车削走刀路线图
数控加工走刀路线图 零件图号 C01 工序号 2 工步号 程序号
机床型号 CK616i 程序号 加工内容 车左端台肩 第 页 共 页
编程说明：
在 考 虑余 量的 基础 上，使用 G80 循环作 粗车，根据背吃刀量 人为分层，每层切削 终点的 Z 向应保留 精切余量；最后使用 基 本 指令 作连 续轮 廓精修编程
编程 节点：0（52，2） 1（44.5，-60）2（42.86，-57）3（40，-42） 校对
审批 符号
含义 抬刀 下刀 编程原点 起刀点 走刀方向 刀路相交 爬斜坡 钻孔 行切
调头装夹车右端时可使用 G80 粗车后直接进行轮廓精车（包括圆弧成型面）。使用 G80
200m/min，按车削
40 直径计算，其主轴转速 N=1000vc/πD 为 120～1600r/min，考虑机床刚 性问题，粗车时 S=600r/min，ap=2mm，精车时 S=800r/min，ap=0.1～0.2mm。切削用量如表 3-15 所示。表 3-16 左端车削加工工序卡片
2．零件加工程序设计
结构是由 3 个轮廓凸台和矩形台阶所组成。最上层为一柱台，第二层为五边形凸台，第三层为 带凸凹转角的正方形阶台，右侧为一矩形台肩，如图 3-18 所示。
图 3-18 铣削零件图
（2）零件的尺寸精度要求：零件的尺寸标注完整，从基座零件图可以看出，该零件有几 处尺寸精度要求较高，它们分别是9000.05（IT 7～8）、4000.03（IT 7～8）、深度800.05（IT9～10）、
顶部直径
4000.03（IT7～8）。精度要求较高的部位要合理地分配精加工余量；一般情况硬铝 精加工余量为单边 0.2～0.3mm。（3）零件的材料性能及装夹：该零件材料为硬铝 LY12，切削加工性能良好。工艺过程主 要涉及轮廓铣削，由于毛坯面简单规则，铣削加工时利用通用的装夹定位工具——平口钳即可。
固定钳口边可限制 Y 向移动、Z 向旋转自由度。
等高垫铁可限制 Z 向移动和 X、Y 向旋转自由度。
批量加工时可增设一个横向定位的挡块来限制 X 向移动自由度。
（4）加工方案及加工路线的确定。该零件整体结构较简单，主要是轮廓铣削和矩形台肩 面铣削。总体加工工艺方案可以采用：①铣六面：上下平面、前后侧平面和左右侧平面，可用 面铣刀在普通铣床上铣出；②正面台阶轮廓数控铣削：各轮廓阶台因有一定的斜线和圆弧要素，
且尺寸精度相对较高，需要在数控铣床或加工中心上实现，如图 3-19 所示。主要有以下两个 方案进行选择：
方案 1：由上而下逐层铣削，按先粗后精原则先铣削去除柱台周边余料，后铣削柱台；再
同样地铣削出五边形轮廓、正方形带转角轮廓；最后铣削右侧矩形台肩。
方案 2：由外向内逐次铣削，先铣削右侧矩形台肩；再铣削正方形带转角轮廓、铣削五边 形轮廓；最后铣削柱台。
对以上两个方案进行比较，方案 1 每层都需要从外向内作大余量的粗切，程序处理较复 杂，但按自上而下的切削顺序，每层吃刀深度容易控制；方案 2 采用由外向内逐步减少余量的 方法，后续加工的切削范围逐步变小，程序处理相对简单，但外圈轮廓的切深较大，需要分层 重复轮廓切削，到内圈后深度逐步减少。
从减少程序的处理量出发，在这里我们选择方案 2。按照先粗后精的原则，以充分释放因 加工产生的残余应力带来的不利影响，应将所有部位先粗切完成后，再进行各轮廓的精修加工，
特别是有精度要求的轮廓部位。
铣削右侧矩形台肩 正方形带转角轮廓
铣削五边形轮廓 铣削柱台 图 3-19 铣削工艺示意图
（5）刀具及设备的选用。正面各轮廓阶台加工需要用到的刀具包括以下几个方面的考虑：
铣削右侧矩形台肩：台肩面宽 24，可以使用
25 及以上的铣刀走一段直线，相对于 小尺寸铣刀可避免来回走刀，以简化程序并提高效率。 正方形台阶：可以使用
14 及以上的铣刀沿轮廓作一圈的粗铣，精铣时刀具尺寸不得 超过
20。 五边形台阶及柱台：需要使用
30 及以上的铣刀一圈铣出，避免小尺寸铣刀多圈铣削 的编程处理并提高效率。综括上述刀具尺寸要求，粗铣时可以使用
32 的立铣刀，精铣时可以选用
16 的合金立铣刀。M98P1002 精切外圈
G1Y33.
G40X-45.Y34.942
（Automatically Programmed Tools）系统，1955 年公布了研制成果。20 世纪 50 年代末，数控 加工技术正式走向工业生产。 一体化软件 CAD/CAM。由此，数控加工编程系统实现了交互式图形编程。它是通过与 CAD 集成，成为 CAD/CAM 系统的集成化应用模块，与 CAD 部分共享统一的数据结构。目前，交 互式图形数控自动编程是使用最为广泛的自动编程方式。根据 CAD/CAM 软件系统流派，现 代自动编程技术分为：基于特征的自动编程技术和基于曲面模型的自动编程技术，其编程过程 相同。目前比较常见的软件有 MasterCAM、Pro/Engineer、UniGraphics、CAXA 制造工程师等。
（Automatically Programmed Tools）系统，1955 年公布了研制成果。20 世纪 50 年代末，数控 加工技术正式走向工业生产。 一体化软件 CAD/CAM。由此，数控加工编程系统实现了交互式图形编程。它是通过与 CAD 集成，成为 CAD/CAM 系统的集成化应用模块，与 CAD 部分共享统一的数据结构。目前，交 互式图形数控自动编程是使用最为广泛的自动编程方式。根据 CAD/CAM 软件系统流派，现 代自动编程技术分为：基于特征的自动编程技术和基于曲面模型的自动编程技术，其编程过程 相同。目前比较常见的软件有 MasterCAM、Pro/Engineer、UniGraphics、CAXA 制造工程师等。