盘类零件数控加工工艺分析及编程

黎佳妮

摘 要：本文将对盘类零件数控加工工艺与编程进行分析与研究，重点在于如何分析工艺、选择刀具、加工路线的确定及加工程序的编制过程。并绘制出盘类零件图，其中主要介绍了盘类零件数控加工工艺的制定和编程方法、工艺分析。并利用G代码编制该零件的数控加工程序，本文以盘类零件数控工艺规程分析为重点和难点。

关键词：数控加工工艺分析；刀具选择；夹具选择；G代码编程

中图分类号：TB     文献标识码：A      doi：10.19311/j.cnki.16723198.2024.02.089

0 引言

20世纪40年代中后期数控加工技术为了方便复杂形状零件加工而发展起来的一种自动化生产加工技术，它采用NC技术对零件加工过程进行程序定义，通过控制机床进行自动加工运行。数控加工技术最早出现于20世纪40年代，由美国北密支安的一个小型飞机场使用该项技术，1952年，美国的麻省理工学院经过不懈努力生产出一台铣床，装上了一套数控系统进行实验，成功地实现了控制三个坐标轴同时运动。

1 数控机床的加工时的主要特点

（1）自动化程度相对较高，加工生产时效率较高。除了正常手工装夹棒料以外，其它生产加工过程都是数控机床自动完成加工。有的机床加工过程中配合自动装料和卸装置，极大地提高了生产加工效率。

（2）加工零件对象的适应性较强。在生产加工中如果改变加工对象时，在毛坯装夹方式和刀具不变的情况下，只需重新调整编程即可完成加工，不需要做其他复杂的调整工作，极大地缩短了生产准备时间。

（3）生产加工时精度较高，质量比较稳定。工件在加工时一般尺寸精度可以控制在0.005～0.01 mm之间，不受加工零件复杂程度的影响。因为绝大部分加工操作都由数控机床自动完成，减小了人为误差，在批量生产时，可以很好地保证批量加工零件时尺寸的一致性，在一些高精度控制数控机床上还采用了位置检测和反馈装置，可以更好的提高数控加工的各项尺寸精度。

1.1 盘类零件特点

盘类零件是机械领域中的典常用工零件，它的范围应用比较广泛，如法兰、导向套、各种轴承和汽缸套等。盘类零件在机械设备中常起到支撑和导向作用，所以对尺寸精度要求较高，形状精度和表面光洁度要求也较高。盘类零件的加工特点适合在数控机床自动运转的机器上完成，它依靠在数字媒质上加码指令完成相应工作。

1.2 盘类零件数控加工工艺分析

根据盘类零件结构特点和加工技术要求，在加工时工艺必须满足以下几个方面的要求。

（1）在画零件图时，其尺寸标注要满足加工编程方便的基本原则。

（2）零件图在尺寸标注方法上，要满足数控机床加工的特点。在零件图上的尺寸必须要以同一基准标注尺寸或坐标尺寸在图纸上直接给出。采用这样的方法标注便于编程，在加工时，方便尺寸之间的相互协调。加工时在保证工艺基准、设计基准、检查基准与编程加工原点设置的位置尽量保证一致性，给生产过程带来极大的方便。

（3）盘类零件的毛坯和材料分析。材料是不是有良好的数控加工工艺性能，其热处理和硬度状态是什么样的，加工时毛坯的余量是否足够，表面是否均匀，毛坯的安装操作定位能否便于操作等。

对于数控加工而言，加工工艺合理安排就是为后续零件加工的顺序及编程顺序提前规划，保证加工顺利进行。通过数控加工程序改变零件的形状与尺寸大小，使其成为所需标准零件的加工过程。

1.3 盘类零件图样及材料的选择

在机械加工生产过程中，产品质量一般受两个方面影响，一个是材料，另一个就是加工工艺，加工工艺中最重要的部分就是加工顺序，正确加工工艺顺序可以大大降低原材料的损耗，是提高工件品质质量的重要方式。本文零件选择45#钢，毛坯选择直径200 mm通孔直徑为100 mm的毛坯零件。如图所示。

2 盘类零件数控加工方法

2.1 盘类零件结构数控工艺分析

盘类零件结构工艺是指所设计的零件用最简单的加工步骤与操作方法完成对该零件的加工。在设计零件产品时，必须考虑到该零件产品的整体结构与加工工艺。

（1）要确定盘类零件数控加工工艺规程，主要是零件加工工艺流程、主要内容加工工序、工件加工时切削量控制、工艺装备如何确认和加工机床选择、工时如何定额等。如何合理确定盘类零件加工精度与表面质量，准确地计算出零件加工尺寸，避免或减少误差出现。

（2）机械加工工艺规程是组织和管理生产的基本依据，在设计新零件试制或零件生产时，必须遵循机械加工工艺基本规程提供的数据进行生产准备和技术准备。方便合理编制零件生产计划，合理制定原材料尺寸、机床和毛坯，选择合适的制造工艺装备，科学有效地进行成本核算和相关技术上的准备。

机械加工工艺规程进行技术交流，能缩短生产的辅助时间，有效提高生产效率。良好的机械生产工艺规程必须广泛吸取合理化建议，不断交流相互工作经验，才能适合技术的不断更新。为了更好保证零件在加工时位置精度，在零件加工时，尽量在一次安装中加工出所有相关表面尺寸，根据数控机床本身的精度来达到所要求的位置精度。并尽量在一次装夹中加工出外圆与内孔，保证内外的同轴度精度。这样可以达到减少劳动量，提高零件装配质量。盘类零件的相关尺寸尽量要求一致，尽量采用标准刀具加工。减少加工刀具种类，节省换刀时间。

2.2 制定盘类零件加工工艺

（1） 熟悉加工工艺规程的主要依据，确定零件生产类型。

（2） 分析零件图，查看图上的尺寸和技术要求，找到主要技术要求并分析技术问题。

（3） 确定加工零件的毛坯，包括选择类型及加工方法。

（4） 选择零件定位基准或者定位基面。

（5） 选定好在数控机床上拟定加工工艺路线。

（6） 确定每道工序需要的设备和工艺设备。

（7） 确定好加工余量，尺寸及公差。

（8） 明确每个尺寸检验工序方法。

（9） 确定工序在切削时的用量和加工时间，选择适合工艺方案进行加工。

（10） 完成工艺卡片填写。

2.3 盘类零件数控加工刀具的选择

在数控机床加工过程中刀具种类比较多，刀具的选择是数控机床加工工艺中的比较重要内容，合理选择不仅影响机械机的加工效率，而且还会影响加工的质量。数控机床刀具在选用时，首先要考虑机床的加工范围、工序的主要内容、零件材料等因素。数控机床刀具的要求相比普通机床的刀具要求要高很多、除了刚性要好，还必须要有良好的稳定性和较长的使用寿命，另外除了切削性能良好外，还要求刀具在安装调整时要相对方便。所以在选择刀具的几何形状应依据具体情况而定，结合盘类零件结构特点选择合适刀具，该零件将要用到粗车外圆刀、精车外圆刀以及切槽刀。

2.4 刀具装夹方法

（1） 将刀具放置于刀架上，用前面2～3个螺栓压紧。

（2） 用垫刀片调整刀尖位置，使刀尖与零件轴线必须等高，如果没有和零件轴线等高，那么加工过程中会使零件加工变形。

（3） 在装夹外圆车刀时需伸长车刀厚度的2倍。

（4） 在使用垫刀片的过程中尽量减少使用，如使用一定要放置整齐。

（5） 在刀具固定之前应调整刀具的偏角直至需要角度。

（6） 在装夹切槽刀时，应该使切槽刀刃与工件表面完全平行并且刀尖最好略高于工件中心。

（7） 在装夹过程中车刀不能伸出太长或者太短，否则会影响加工质量。

（8） 在装夹所有刀具时，应该与零件中心线等高。

（9） 在车削时，切槽刀的中线应该与零件形成90度夹角，保证偏角相同。

2.5 工件夹具选择

在数控加工过程中，数控加工装夹方式按照定位方法可以分为两种，第一种是找正定位装夹方法，另一种是使用专用夹具定位安装方法。找正定位装夹方法包括直接找正装夹方法，直接找正装夹方法就是用百分表或者目测在机床上找正工件然后再进行夹紧。然而在我们平时装夹过程中，常用到的装夹装置有三抓卡盘、四爪卡盘、虎钳等工艺装置。而专用夹具就是针对某种零件专门设计的装夹工具。与前者相比，专用夹具制造成本高，只适合单一零件的批量生产，与卡盘等夹具使用性相比，专用夹具应用范围更加广泛。

三爪卡盘通常被称为三爪自定心卡盘，它可以根据加工工件装夹部分的圆周确定工件的回转中心，但它的自定心精度不是太高。可以根据不同场合进行使用，一般在精加工车削、磨削过程及使用万能分度头铣削工件精度要求比较高情况下，选用装夹精度比较高的三爪卡盘进行装夹。在粗加工車削和没有形位精度要求的磨削、铣削等加工中，一般会选用装夹精度相对低的三爪卡盘。

本文盘类零件采用三爪卡盘装夹，利用外六角扳手将其松开，将零件装上并将其夹紧，在此过程中需要用百分表不断的测量，使其与机床同轴。这样可以避免加工误差，导致后面加工零件不合格。

2.6 装夹注意事项

（1） 设计基准、工艺基准与编程计算的基准要统一。

（2） 要尽可能减少装夹次数，如果一次定位就能加工出全部待加工表面，尽量一次性完成。

（3） 夹具在选择和定位时，夹紧机构不能影响加工中的走刀路线，如生产过程中发生碰撞可以采用虎钳或者是加底板抽螺丝的方式装夹。装夹时要注意平面度、平行度等形位公差要求。

3 盘类零件数控加工程序

工件对刀操作及完成加工：

（1） 打开数控机床按下按键使刀架台沿着Z轴移动，在手摇或手动的模式下，将刀移动到靠近工件的安全位置。

（2） 按下主轴正转按键，将刀具移动到工件附近点，选择合适的进给倍率，使刀具慢慢触碰工件端面。

（3） 然后将刀具沿着X轴退出到合适的位置，按下主轴暂停键，在此过程中Z轴保持不变。

（4） 按下刀具表键进入参数设定页面，输入Z0按下测量按键，刀具Z轴方向对刀结束。

（5） 在按下主轴正转按键，将刀具移动到工件附近点，选择合适的进给倍率，使刀具轻轻触工件外圆，将刀具沿着Z轴方向退刀，到合适的位置按下主轴暂停按键。在此过程中X轴坐标保持不变。

（6） 测量刚刚对刀处的外圆直径并且记录下来，在刀具表中输入该数值，按下测量按键，刀具X轴方向的对刀结束。

（7） 最后刀具完成对刀，如果还有其他刀具则依次按同样的方法对刀，最后将其加工。

4 结论

本文主要对盘类零件的加工特点进行工艺分析，结合数控车床车削加工工艺和编程方法的分析，目的在于提高加工工艺的效率和精度。在实际的盘类零件加工工艺中，加工情况较为复杂，盘类种类较多，因此在进行加工时应该根据实际情况和加工条件灵活应用，还要对加工中出现的问题作出具体分析，保质完成盘类零件加工工作，生产出优质产品。

参考文献

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