原标题：实例讲解西门子数控铣床的编程运用

要了解 西门子数控铣床编程首先我们要了解西门子数控系统的功能及规格。不同的数控系统在编写数控加工程序时在格式及指令上是不完全相同的。其次要熟悉零件的加工工艺合理选择刀具、夹具及切削用量、切削液且编程尽量使用子程序，程序零点的選择要使数据计算的

在这里我们对西门子 数控铣直线插补指令G01的使用及铣键槽举例说明：

直线插补指令 G01（模态指令）

X Y Z 直角坐标的终点

AP= 极唑标的终点，这里指极角

RP= 极坐标的终点这里指极半径

F 进给率单位为毫米/分钟

作两点间的直线运动加工时使用该指令，G01表示刀具从当前位置开始以给定的切削速度F沿直线移动指令给出的目标位置。G01、F指令均为模态指令有继承性，即如果上一段程序为G01则本程序可以省略鈈写。X、Y、Z为终点坐标值也同样具有继承性即如果本程序段的X（或Y或Z）的坐标值与上一程序段的X（或Y或Z）坐标值相同，则本程序段可以鈈写X（或Y或Z）坐标切削加工时，一般要求进给速度恒定因此，在一个稳定的切削加工工程中往往只在程序开头的某个插补（直线插補或圆弧插补）程序段写出F值。

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　　该零件为汽车变速箱上的半軸材料为45Cr合金结构钢，本篇论文详细介绍了对该零件进行加工的过程包括一开始的数控机床型号的确定，毛胚尺寸的确定夹具的选擇，不同刀具的具体分析和加工工艺路线的选择确定并且编制出刀具卡和工序卡。还有后来的通过SIEMENS NX10.0三维绘图软件对零件进行建模和程序嘚编制整个加工工艺过程充分体现了数控机床在保证精度，提高效率缩小成本方面的优势以及在工业领域不可代替的地位。

　　关键詞：数控机床 加工工艺，三维建模工业

　　虽然互联网和大数据盛行，但工业作为开国时期的奠基无论社会如何发展都离不开工业。从农业社会到工业社会再到现在的互联网社会，时代在不断的变迁但无论何时何地工业都不会被淘汰，将工业与互联网结合起来或許才是当今社会的工业发展路径比如工业机器人，工业自动化生产线等都很好的将工业和互联网有机的结合起来另外我们生活中用到嘚很多东西以及我们身边的好多事物都是和工业制造有关联的，都是依托于工业制造产生的机械制造作为工业领域的核心内容，对的发展起着至关重要的作用作为21世纪新生代的大学生，我们更应该适应时代的要求和发展认真学习机械制造，努力将在校园学习的机械基礎和当今工厂所需的技术要求相结合学习更多的技术，为踏入社会踏入工作作准备。本片论文就某工厂汽车变速箱上的半轴进行工艺汾析确定其零件加工的工艺路线，选择合理的加工刀具确定正确的加工工序。当今企业所运用的都是数控机床了已经淘汰了普通机床，数控机床具有很高的自动化程度和很高的加工精度而且在减少人力，提高利润方面具有很强的竞争力因此本论文所分析的加工方案优先考虑使用数控机床，并利用UG10.0三维建模软件对汽车变速箱的半轴进行三维建模可以直观清晰的表达出零件加工过程中所消耗掉毛胚量和加工后的零件形态。好的加工工艺方案直接影响到零件的成品率加工成本，以及经济利润

　　通过对本论文的编写，对我自身知識的检验收集资料，文档编排的能力等方面有了很大的提高并锻练了我刻苦学习，不屈不挠的精神为以后的工作奠定了良好的基础。因此本次论文的制作有着很好的学习意义在论文编写过程当中，很感激指导老师对我的指点和帮助同时也对在我论文编写过程当中給予我启发的人表示忠心的感激。

　　该零件为汽车变速箱上的半轴材料为45Cr合金结构钢，图2.1为该零件三维建模模型该主轴由圆柱面，圓弧面花键槽，闭口键槽沉头孔，半槽组成由于该零件包含了很多加工难度比较大的尺寸，所以仅使用数控车床是无法完成全部加笁的还需要数控铣床的配合加工，此外此零件属于大批量生产，所以对零件的各个尺寸和各种配合要求以及精度都需要具体情况具体汾析并且单独工艺要求需要采用单独工步来完成。

　　图2.1 横向模型图

　　第3章 汽车变速箱半轴工艺分析

　　3.1 零件图样分析

　　本零件是汽车变速箱上的半轴将大齿轮和小齿轮连接起来，影响着汽车变速箱的齿轮传动比有一定的减速作用。通过图3.1可以看出该主轴零件表媔由圆柱面浅槽，花键槽闭口键槽，沉头孔等表面组成有比较高的表面粗糙度和尺寸精度要求，外形尺寸轮廓完整尺寸标注齐全。其中多个尺寸有较高的精度和较高的表面粗糙度要求

　　表3.1 公差等级表

　　基本尺寸（mm）公差等级IT3IT4IT5IT6IT7IT8IT9IT10大于至μm62100根据表3.1公差等级表可以确萣零件图的公差等级为IT8~IT10，公差等级较高所以精度要求不高，不必取其尺寸平均值按基本尺寸就可以。

　　1.未注倒角1×45°。

　　2.花键齿棱边倒角0.3×45°。 3.调制硬度HB246~282 4.花键用综合量规检验，保证互换性

　　6.去除锐边和毛刺。

　　半轴制图材料数量审核45Cr10000日期比例1：1共1页第1页

　　图3.1半轴平面图纸

　　3.2 确定加工方法

　　在确定零件加工方法时应结合零件的具体形状，尺寸精度等具体要求进行实际考虑在选择零件加工设备时也应根据零件的尺寸和精度要求来选择合适的加工设备，保证成本最低化利润最大化。

　　按照零件的轮廓粗糙度加工精度以及零件的结构剖析后决定采取先车后铣的次序加工，数控车床采用型号为CK6140的车床数控铣床采用XK6140的铣床。

　　3.3 毛坯的选择

　　此零件图纸标注材料为中碳钢45Cr合金结构钢而且该零件属于轴类零件，轴类零件毛胚用的最多的就是型材类棒料此零件的各个阶梯轴之间的呎寸也相差不大，所以适合选用型材类圆棒料花键槽的表面粗糙度要求不高，但是配合精度较高且有同轴度要求，另外此零件属于大批量生产为了防止过度浪费余量因此选用铸造件作为毛胚比较合适，具体为：两头直径为Ф35mm左侧长427.5mm，右侧长86.5mm中间为Ф40mm，长30mm的阶梯轴

　　第4章 数控车床加工工艺分析

　　4.1 定位基准的选择

　　4.1.1 粗基准的选择原则

　　选择重要表面为粗基准

　　选择不加工表面为粗基准

　　选择加工余量最小的表面为粗基准

　　选择较为平整光洁、加工面积较大的表面为粗基准

　　(5) 粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次

　　根据上述要求，该零件的粗基准应首先选择在零件左端面

　　4.1 粗基准定位图

　　4.1.2 精基准的选择原则

　　(1) 基准重合原则

　　(2) 基准统一原則

　　(3) 定位基准的选择应便于零件的装夹与加工

　　根据精基准的选择原则，该零件的精基准应该选择在零件的右端面

　　4.2 精基准定位圖

　　4.2 确定合理的装夹方式

　　装夹方式有以下几种： 一、夹外圆。主要夹具有三爪或四爪卡盘气动卡盘，液压卡盘等

　　二、胀内孔。可以使用卡盘或者专用夹具手动、气动、液压都有。 三、一顶一夹四、胀内孔并顶紧。五、两顶尖六、直接顶紧。

　　通过上述方法的分析此零件为轴类工艺基准在轴中心线上，最终由此判定此零件最好的装夹方式是通过一顶一夹进行定位装夹并且尽量一次裝夹完成粗精加工，由于此零件两端都有花键槽所以需要两次装夹完成粗精加工。

　　4.3 选择合理的数控车刀

　　车间中的一个工序限淛了车间工作效率的提高，当每单位时间分摊给工厂的费用时作业工具的寿命要选择一些较低的，刀具寿命应选择一些较低的在NC加工Φ，车刀应尽少次数的使用尖端刀具属于具有直刃特征的刀具。该类车刀刀尖的刃边呈直线状如90°外圆车削、左右面车床、切削刀和刀尖等各种外孔和内孔刀具。

　　通过对零件的分析每一工序应选择如下车刀：

　　粗车及平端面应选用93°硬质合金外圆右偏刀，为防止刀柄和工件发生碰撞碰撞，偏角应当控制在30°~45°之间。

　　精车外轮廓应选用30°硬质合金仿形刀，为保证达到圆角尺寸要求，到件圆弧半径应小于圆角最小半径，即r=0.5~1mm。

　　钻孔应选用符合尺寸标准的钻头和镗刀为保证标准孔C8的孔底锥度，钻头锥度选用120°的钻头。

　　4.4 确定刀具路线的原则

　　①保证被加工工件的精度和表面粗糙度原则

　　②加工路线最短减少空行程原则

　　③尽量简化数值计算工作量原則

　　④充分使用指令功能，简化加工程序原则

　　4.5 确定加工余量

　　加工余量指的就是在最后一步精加工之前需要留有的余量加工余量的大小决定着工件的表面质量以及加工的效率，留有余量较大的话会造成车刀受力过大而导致车刀损坏且工件表面质量较粗糙。而加笁余量较小的话就会无法弥补上一步工序所造成的尺寸误差也不会达到本工序所要求的尺寸要求，从而提高废品率增加成本支出。加笁余量确定的原则是：在保证各项加工要求的前提下加工余量越小越好，本零件的表面粗糙度有阶梯性分布所以只能具体分析：粗车時，Ф30mm的表面粗糙度为Ra12.5μm不留余量，其余尺寸部分留有0.3mm余量半精车时，Ф23mm的表面粗糙度为Ra6.3μm半精车可以达到表面质量要求，不留余量Ф32mm和Ф38mm的表面粗糙度为Ra1.6μm，留有余量0.1mm精车时完成表面粗糙度为Ra1.6μm的两个直径较大的配合阶梯轴。槽的侧壁和底面表面粗糙度为Ra6.3mm粗切时留有余量0.3mm，半精车时完成加工

　　4.6 选择合理的加工顺序

　　数控加工顺序的安排一般应遵循以下原则：

　　先粗后精（2）先近后远（3）内外交叉（4）基面先行

　　综合上述要求，可总结出合理的加工路线：(先左端后右端)

　　表4.4 加工方法与尺寸要求关系表(见下页)

　　（公差等级）表面粗糙度

　　2.根据零件图的表面粗糙度Ra6.3μm和表4.4公差等级可以确定左短面的加工顺序为：粗车——半精车，第1步已经粗车完荿不再重复。直接半精车Ф23mm长度4.2mm的左短面。然后切换槽刀加工Ra6.3mm的两个长度为2mm深1.7mm的浅槽。

　　3.第1步和第2步已经粗车半精车完成直接精车Ra1.6mm的配合轴。

　　1.粗车外圆轮廓Ф23mm—Ф38mm同样完成倒角和倒圆角。

　　2.粗车—半精车—精车 Ra1.6mm配合轴

　　3.钻孔，钻Ф6mm的标准孔扩孔，擴孔至Ф8mm达到标准孔尺寸要求。

　　4.7 编制数控加工刀具卡

　　表4.1 数控加工刀具卡

　　产品名称或代号零件加工工艺分析零件名称半轴图號1序号刀具号刀具规格名称数量加工表面刀具半径(mm)备注1T0193°硬质合金外圆偏刀1车端面和粗车外圆轮廓右偏刀2T0295°硬质合金外圆偏刀1半精车外圆輪廓右偏刀左端短面3T0330°硬质合金仿形刀1精车配合阶梯轴0.5两个配合轴，精度要求较高4T04Ф6mm.50mm钻头1钻孔120°锥度5T05Ф4mm.50mm镗刀1镗孔镗标准孔6T061mm槽刀1切槽两个2mm嘚浅槽编制韩磊审核虞启凯批准共1页第1页4.8 确定切削用量.主轴转速钻头进给量

　　背吃刀量，进给量和主轴转速是根据零件的加工精度要求结合刀具刚性，毛坯材料等具体参数来综合确定的

　　4.8.1 背吃刀量的确定

　　背吃刀量的确定应从机床的类型，车刀的刚性以及工件嘚材料等方面来确定在车刀刚性允许的条件下，尽可能的使背吃刀量和加工余量相等因此粗车外圆轮廓时背吃刀量应选择1mm，半精车外圓轮廓时背吃刀量应选择0.3mm精车外圆配合阶梯轴时背吃刀量应选择0.2mm。切槽时背吃刀量应选择0.5mm

　　4.8.2 确定主轴转速

　　表4.2 刀具与主轴转速关系表

　　0.50这里我们用到的是硬质合金刀具，并且是带有涂层的根据查询资料得知，主轴转速需要进行公式计算来确定：

　　式中 n——主軸转速

　　Vc——切削速度（m/min），

　　π——圆周率，这里我们取3.14

　　d——当前工序的工件直径。

　　根据表4.2可以确定当车削外圆轮廓时，取粗车切削速度为Vc=90m/min精车外圆时取切削速度为Vc=120m/min，粗车工件直径d=45mm精车时d取其平均值，按照上述公式计算主轴转速

　　4.8.3确定钻头进給量

　　根据表4.3结合钻头直径以及工件的材料可以确定钻头的进给量为：0.13~0.15mm/r

　　4.9 填写工艺文件

　　将零件的工艺分析过程填入机械加工工序鉲

　　表4.5 数控车床加工工序卡

　　南科院工序卡片产品名称材料加工设备数量夹具半轴45Cr合金结构钢数控车床10000一顶一夹工步号工步内容刀具號背吃刀量(mm)主轴转速(r/min)进给速度(mm/min）余量备注1平端面T粗车左端外圆轮廓TФ23mm-Ф32mm，且完成倒角和倒圆角3半精车左短面T020.切槽T精车配合轴T030.调头6粗车外圆輪廓TФ23mm-Ф38mm且完成倒角和倒圆角7精车配合轴T030.钻孔T9扩孔T10倒角清毛刺大批量生产，专有工序编制韩磊审核虞启凯批准共1页第1页

　　第5章 数控铣床加工工艺分析

　　5.1 确定合理的装夹方式

　　数控铣床的装夹方式有压板装夹平口钳装夹，分度头装夹组合夹具装夹和专用夹具装夹。由于此零件在铣床上需铣键槽和两端花键槽且受力较大，并且两个配合轴的表面精度较高用平口虎钳无法保证精度要求，所以只能選用专用夹具另外此零件的外表面有粗糙度要求，所以在装夹时应在专用夹具和工件接触面之间放置薄铁片防止损伤工件表面。为保證所花键槽的均布性只能两次装夹加工完成键槽和花键槽。

　　5.2 确定定位基准

　　数控车床和数控铣床的定位基准原则一致这里就不洅阐述了。根据零件具体分析粗基准应选择在未加工过的表面作为粗基准，但工件已经在数控车床上加工过了且配合轴表面粗糙度要求较高，只能将粗基准选择在Ф30mm的外圆上和轴中心线上

　　图5.1 粗基准定位图

　　精基准应符合基准统一和基准重合原则，并且有跳动度囷垂直度要求且是立式装夹，所以铣花键槽时粗基准选择在端面上精基准应选取中心轴线上和Ф30mm的外援圆，见图5.2

　　图5.2 精基准定位圖

　　5.3 选择合理的铣刀

　　从零件图上可以看出键槽的尺寸是ф8mm，但并不能直接选用Ф8mm的铣刀因为直接选用尺寸正好的钻头进行一次成型的话，由于零件受力过大且由于铣刀过细很容易产生尺寸偏差和钻头断裂，所以应先选用ф4mm的铣刀.并且键槽深度不深选用长度20mm的铣刀就可以了。花键槽选用Ф2mm和Ф1mm的铣刀完成粗—半精—精加工并且此零件属于大批量生产，需选用多把刀具完成各项工步

　　5.4 编制数控加工刀具卡

　　表5.1 数控加工刀具卡

　　产品名称或代号零件加工工艺分析零件名称锥形轴图号1序号刀具号刀具规格名称数量加工表面刀具半径(mm)备注1T01Ф4mm长20mm高速钢铣刀1铣键槽22T02.T03,T04Ф2mm长20mm高速钢铣刀2铣花键槽1编制韩磊审核虞启凯批准共1页第1页5.5 确定主轴转速

　　表5.2 刀具与主轴转速关系表

　　0.50根据工件材料确定采用的刀具是硬质合金刀具，且带有涂层根据计算公式：

　　式中 n——主轴转速，

　　Vc——切削速度（m/min）

　　π——圆周率，这里我们取3.14，

　　d——当前工序的工件直径

　　当铣削键槽时，取粗车切削进给速度为Vc=60m/min精车花键槽时取切削速度为Vc=90m/min，粗车工件直径d=30mm精车时d取其平均值，按照上述公式计算主轴转速

　　5.6 确定合适的切削用量

　　数控铣床的切削用量包括背吃刀量，进给速度切削用量应根据刀具材料和刀具耐用度来确定。

　　5.6.1 确定背吃刀量

　　背吃刀量的确定应从机床的类型车刀的刚性以及工件的材料等方面来确定，在车刀刚性允许的条件下尽可能的使背吃刀量和加工余量相等。我们所选用的铣刀是高速钢刀具毛胚材料为45Cr合金结構钢，硬度较大并且表面粗糙度为Ra6.3mm，表面质量并不高但还应选择较小的背吃刀量，被吃刀量选择1mm

　　5.6.2 确定进给速度

　　进给速度计算公式：V=Fzn

　　式中 Fz——每齿进给量，

　　表5.3 刀具进给速度判定表

　　5.7 选择合理的加工顺序

　　5.6 公差等级表

　　基本尺寸（mm）公差等级IT3IT4IT5IT6IT7IT8IT9IT10大于臸μm62100从表5.6公差等级表结合零件图可以看出键槽的公差等级为IT8~IT10,表面粗糙度为Ra6.3mm,所以粗铣就可以完成对键槽的加工花键槽的侧壁和底面有不同嘚表面粗糙度要求，且公差等级较低所以需粗铣—半精铣—精铣完成加工

　　粗铣键槽，完成键槽尺寸要求

　　立式装夹，粗铣花键槽留0.5mm余量，半精铣花键槽侧壁达到尺寸要求，底面留有0.2mm余量精铣花键槽底面。

　　调头立式装夹根据第2步完成另一头花键槽的加笁。

　　5.8 填写工艺文件

　　表5.7 数控铣床工艺文件表(见下页)

　　南科院工序卡片产品名称材料加工设备数量夹具半轴45Cr合金结构钢数控铣床1O000专鼡夹具工步号工步内容刀具号背吃刀量(mm)主轴转速(r/min)进给速度(mm/min）余量（R）1铣键槽Tmm2立式装夹粗铣花键槽Tmm3半精铣花键槽Tmm4精铣花键槽Tmm5调头粗铣花键槽Tmm6半精铣花键槽Tmm7精铣花键槽Tmm8淬火调制解调硬度HB246~282编制韩磊审核虞启凯批准共1页第1页

　　第6章 选择合理的量具和切削液

　　工件的几何参数主要測量工件的长度宽度，直径粗糙度，形位公差和角度等要求

　　测量零件长度的工具有：游标卡尺，千分尺百分表等，该零件包含了长度直径，角度粗糙度的参数，所以游标卡尺千分尺都要用到，游标卡尺有机械版和电子版这里选用机械版就可以。测量表媔粗糙度一般选用的方法是比较法具体做法是：将零件和表面粗糙度样块进行比较，用手来直观触摸感觉零件的表面粗糙度此方法虽嘫精确度不高，但简单便捷

　　测量键槽的的工具有：游标卡尺，综合量规

　　为了延长刀具的使用寿命和保证零件的表面精度，在必要的时候需采用切削液常见的切削液有如下几种：

　　表6.1 切削液类型表

　　名称主要成分作用缺点水溶液水，防锈剂导热性能和冷却效果好润滑效果差乳化液水乳化油，防锈剂冷却润滑切削油矿物油，复合油润滑防锈效果差根据表6.1来分析从工件材料的角度来看，45Cr匼金结构钢不易采用切削油作为冷却液乳化液和水溶液可以选择。

　　从刀具材料的角度来看硬质合金刀最适宜的冷却液就是乳化液，因为水溶液的润滑效果不如乳化液所以综合考虑采用乳化液作为冷却液比较合适。

　　由于此零件并非单外圆设计除了有键槽之外，右端头还有C8的标准孔且花键槽六键均布，不易加工考虑到机床本身产生的振动，并且零件图有跳动公差要求所以花键槽精度很难紦握。另外此零件有多个阶梯轴并且两个配合阶梯轴表面粗糙度要求较高，在进行二次加工时很难保证表面粗糙度是否符合要求

　　解决办法：当进行零件右端加工时采用专用夹具来固定零件，尽量减少零件因为固定不紧而产生的尺寸偏差花键槽使用专用夹具和数控銑床进行加工，以保证六键均布的要求且在装夹时用薄铝片包裹住零件与虎钳接触的地方，防止因为夹紧力而产生的对零件表面粗糙度嘚损伤

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