如何实现项目精度要求？

一、技术要求分析

1）件1与件3、件4与件5组装后，外圆接合处的间隙应最小，而且接合面应平整。要保证该项精度，各零件加工后其相应端面必须与外圆中心线有一定的垂直度要求。各零件加工时垂直度公差为0.05mm，因此，加工中只要保证零件的加工要求，该项精度就能保证。

2）组装后各件间的同轴度误差小于0.05mm。要保证该项精度，同样应注意各零件加工时的精度，工件有掉头要保证同轴度误差小于0.05mm，这样该项精度就能保证。

3）件4与件5、件5与件6处的螺纹配合要牢固。为了保证该项要求，加工这三件螺纹时应注意螺纹精度。

火箭模型装配图如图5-1所示，其件1～件6的零件图分别如图5-2～图5-7所示。

图5-1　火箭模型装配图

图5-2　火箭模型（件1）零件图

图5-3　火箭模型（件2）零件图

图5-4　火箭模型（件3）零件图

图5-5　火箭模型（件4）零件图

图5-6　火箭模型（件5）零件图

图5-7　火箭模型（件6）零件图

二、火箭模型（件1）相关知识准备

1.宏程序的应用

用户宏指令功能是把事先编好的宏程序作为子程序存储在存储器中，以便随时调用。使用宏程序指令调用的子程序称为用户宏程序，又称宏程序。由此，就可以按照某些工件加工要求用宏程序列出各坐标的计算过程，在加工时根据零件尺寸再输入相应数据，宏程序根据这些数据进行计算，并与已知条件进行比较，再与NC指令配合，使机床运行加工。宏程序的调出与子程序的调出方法相同。变量的设定可以用程序输入，也可以采用MDI方式。

（1）A类宏程序

1）变量的类型及表示。变量分为通用变量和系统变量。编程时常用通用变量。在FANUC-0MA系统中，变量为#100～#131和#500～#515。两者区别在于#100～#131在电源车断后被清除，电源接通时全部为“0”，而#500～#515在电源被车断后不被清除，它的值一直保持。

变量用来置换地址后面的数值，用#i（i=1，2，3，…）表示。

2）宏程序的形式。一般形式为G65HmP#iQ#jR#k。

其中　m——取01～99表示宏程序功能；

#i——运算结果的变量名；

#j——待运算的变量名1，也可以是常数；

#k——待运算的变量名2，也可以是常数。

#i=#j⊕#k，⊕为运算符，用Hm表示。

（2）B类宏程序　虽然子程序在编制相同加工操作的程序时非常有用，但用户宏程序由于允许使用变量、算术和逻辑运算及条件转移，使得编制相同加工操作的程序更简便。可将相同加工操作编为通用程序，如型腔加工宏程序和固定加工循环宏程序。使用时，加工程序可用一条简单指令调出用户宏程序，和调用子程序完全一样。

调用格式如图5-8所示。

1）变量。普通加工程序直接用数值指定G代码和移动距离，如G100和X100.0。使用用户宏程序时，数值可以直接指定或用变量指定。当用变量时，变量值可用程序或用MDI面板上的操作改变。

例如，

#1 =#2 +100；

G01 x#1 F0.3

2）变量的表示。

变量用变量符号#和后面的变量号指定，如#1。

表达式可以用于指定变量号。此时，表达式必须封闭在括号中，如#[#1+#2-12]。

3）变量的类型。变量根据变量号可以分为四种类型，见表5-2。

图5-8　调用格式

表5-2　变量的类型

4）宏程序语句和NC语句。下面的程序段为宏程序语句。

①包含算术或逻辑运算（=）的程序段。

②包含控制语句（如GOTO，DO，END）的程序段。

③包含宏程序调用指令（如用G65，G66，G67或其他G代码，M代码调用宏程序）的程序段。

④除了宏程序语句以外的任何程序段都为NC语句。

5）转移和循环。在程序中，使用GOTO语句和IF语句可以改变控制的流向。

条件转移： IF＜条件表达式＞GOTOn

无条件转移： 转移到标有顺序号n（1～99999）的程序段

例如，GOTO1；GOTO#10

说明：

①条件表达式。条件表达式必须包括算符，算符插在两个变量中间或变量和常数中间，并且用（[]）封闭。表达式可以代替变量。

②运算符。运算符由两个字母组成，用于两个值的比较，以决定它们的关系。

2.椭圆的变量公式

X=2∗b∗SIN（θ）

Z=a∗COS（θ）-a （θ为起始角度）

三、火箭模型（件1）中的薄壁件相关知识

1.薄壁件的特点

对于薄壁套筒类零件，普遍存在的问题是壁薄，如果用卡盘直接装夹，零件就极易发生变形。此外，加工过程中薄壁零件还会在切削力的作用下产生变形，而造成零件报废，因此必须采取补强措施。即加工内孔及内端面时，应从外侧补强；加工外圆及外端面时，应从内侧补强，往往从内向外胀，既可以提高薄壁的强度又可以提高工艺系统的刚性。此类零件往往采用端面及内、外圆柱面作为定位基准，定位方式常采取不完全定位方式。所以有时会设计专用的数控车削夹具。

薄壁套筒类零件是机械中常见的零件，它广泛应用于工业各部门，如支承旋转轴的各种形式的滑动轴承、夹具上引导刀具的导向套、内燃机气缸套、液压系统中的液压缸及一般用途的套筒。由于其功用不同，套筒类零件的尺寸有着很大的差别，但其结构上仍有共同点，即零件的主要表面为同轴度要求较高的内、外圆表面，零件壁的厚度较薄且易变形，零件长度一般大于直径等。同时，它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。薄壁零件加工中常见问题的主要原因是薄壁零件刚性差、强度弱，在加工中极容易变形，使零件的形位误差增大，不易保证零件的加工质量。为此对薄壁零件的装夹，刀具及其切削用量的选择要合理，保证薄壁零件的加工质量。

2.车削薄壁套筒零件对刀具的要求

（1）选用合理的切削用量　车削薄壁零件时产生变形的原因是多方面的，主要有装夹工件时的夹紧力、切削工件时的切削力及工件阻碍刀具切削时产生的弹性变形和塑性变形，以及使切削区温度升高而产生热变形等。

切削力的大小与切削用量密切相关。

1）背吃刀量和进给量同时增大，则切削力也增大，变形也大，对车削薄壁零件极为不利。

2）减少背吃刀量，增大进给量，切削力虽然有所下降，但工件表面残余面积增大，表面粗糙度值大，使强度不好的薄壁零件的内应力增加，同样也会导致零件的变形。所以，粗加工时，背吃刀量和进给量可以取大些；精加工时，背吃刀量一般为0.2～0.5mm，进给量一般为0.1～0.2mm/r，甚至更小，切削速度为6～120m/min；精车时尽量用高的切削速度，但又不易过高。合理选用三要素就能减少切削力，从而减少变形。

（2）合理选择刀具的几何角度　在薄壁零件的车削中，合理的刀具几何角度对车削时切削力的大小、车削中产生的热变形和工件表面的表面粗糙度都是至关重要的。刀具的前角大小决定着切削变形与刀具前角的锋利程度。前角大，则切削变形和摩擦力小，切削力也小。但如果前角太大，就会使刀具的楔角减小，刀具强度减弱，刀具散热情况变差，磨损加快。刀具的后角大，则摩擦力小，切削力也相应减小。但如果后角过大，就会使刀具强度减弱。在车削薄壁零件时，精车取较大的后角，粗车取较小的后角。主偏角在30°～90°范围内，车薄壁零件的内外圆时，取大的主偏角。副偏角取8°～15°，精车时取较大的副偏角，粗车时取较小的副偏角。

四、火箭模型（件1）工艺分析

1.火箭模型（件1）的结构特点及技术要求分析

火箭模型（件1）是带有螺孔及椭球面的薄壁类零件，其结构比较简单，但精度要求高，加工比较困难，适合在数控车床上加工。其难点是内椭球面的加工和薄壁的加工。外圆精度较高的是端面上2mm宽的ϕ44mm凸台，其公差是-0.016mm。其他尺寸精度为未注尺寸公差按照IT9～IT11加工。外椭球面的表面粗糙度值为Ra1.6μm，内椭球面的表面粗糙度值为Ra3.2μm，M41螺孔与外圆ϕ54mm的同轴度要求要高。内外表面不能有磕碰、划痕及毛刺等，表面要光滑，而且内表面是实心的，加工时注意刀具的正确使用。

2.火箭模型（件1）的数控加工工艺编制

（1）火箭模型（件1）的数控加工工艺过程（表5-3）

表5-3　火箭模型（件1）的数控加工工艺过程

（续）

（2）火箭模型（件1）的数控加工工艺过程分析

1）根据技术要求，零件外圆曲面应光滑无刀痕，无毛刺，且尺寸精度和表面粗糙度要求较高。因此，外椭球面需一次装夹加工完成，并按粗车、精车两个工步进行车削，粗精加工刀具应分开。

2）外椭球面车削时没有装夹的地方，但是内轮廓有螺纹，因此可以用工艺辅助件，配合加工外椭球面（如表5-3的工序07）。

3）内椭球面的加工较困难，相当于端面圆弧，因此，刀具的主副偏角要大，而且刀尖要对准工件回转中心线，如图5-9所示。

4）由于螺孔与外圆的同轴度要求及端面与外圆中心线的垂直度要求都很高，因此，以毛坯外圆为基准，加工大端面及内螺纹时，必须减小工件的圆跳动量，并用百分表找正，才能保证加工要求。另外，车端面时要保证总长尺寸。

（3）刀具及切削用量的选择　根据对薄壁零件特点、刀具要求的分析，选择刀具及切削用量，见表5-4。

图5-9　内椭球面的加工

表5-4　刀具及切削用量

（4）火箭模型（件1）的数控加工程序（以FANUC系统为例）

五、火箭模型（件2）的相关知识

1.薄壁工件的加工特点

车削薄壁工件时，由于工件的刚度低，在车削过程中，可能产生以下现象。

1）因工件薄壁，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。

2）因工件壁较薄，切削热会引起工件热变形，使工件尺寸难以控制。

3）在切削力尤其是背向力的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、表面粗糙度和几何精度。

针对以上车薄壁工件时可能产生的问题，下面介绍防止和减少薄壁工件变形的方法。

2.防止和减少薄壁工件变形的方法

1）把薄壁工件的加工分成粗车和精车两个阶段。粗车时夹紧力稍大些，虽然变形也相应大些，但是由于切削余量比较大，不会影响工件的最终精度。精车时夹紧力可稍小些，一方面夹紧变形小，另一方面精车时还可以消除粗车时因切削力过大而产生的变形。

2）合理选择刀具的几何参数。精车薄壁工件时，要求刀柄的刚度高，车刀的修光切削刃不宜过长（一般取0.2～0.3mm），刃口要锋利。

3）增加装夹接触面积。使用开缝套筒（图5-10）或特制的软卡爪（图5-11），增大装夹时的接触面积，使夹紧力分布在薄壁工件上，从而使夹紧时的工件不易产生变形。

图5-10　开缝套筒

图5-11　软卡爪

4）应用轴向夹紧夹具。车削薄壁工件时，尽量不使用径向夹紧，而优先选用轴向夹紧的方法，如图5-12所示。薄壁工件装夹在车床夹具体内，用螺母的端面来夹紧工件，使夹紧力F沿工件轴向分布，这样可以防止薄壁工件内孔产生夹紧变形。

5）增加工艺肋。有些薄壁工件可以在其装夹部位特制几根工艺肋，如图5-13所示，以增强刚度，使夹紧力更多地作用在工艺肋上，以减少工件的变形。加工完毕后，再去掉工艺肋。

6）浇注充分的切削液。充分浇注切削液可降低切削温度，减少工件热变形，是防止和减少薄壁工件变形的有效方法。

3.车削薄壁工件时切削用量的选择

针对薄壁工件刚度低、易变形的特点，车薄壁工件时应适当降低切削用量。实际生产中，一般按照中速、小背吃刀量和快进给的原则来选择，具体参数可参考下表5-5。

图5-12　轴向夹紧夹具

1—夹具体　2—薄壁工件　3—螺母

图5-13　增强工艺肋防止薄壁工件变形

1—工艺肋　2—薄壁工件

表5-5　车削薄壁工件时的切削用量

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六、偏心工件的相关知识

1.偏心工件的特点

1）在机械传动中，一般采用曲柄滑块机构来实现运动形式的转换，使回转运动转变为往复直线运动或使往复直线运动转变为回转运动。偏心轴、曲柄和曲轴都是偏心工件。

2）偏心工件就是外圆与外圆、内孔与外圆的轴线平行但不重合的工件。其中，外圆与外圆偏心的工件称为偏心轴，外圆与内孔偏心的工件称为偏心套，两轴线之间的距离称为偏心距e。

3）偏心轴、偏心套一般都在车床上加工，其原理基本相同，都是通过采取适当的装夹方法，将需要加工的偏心外圆或内孔的轴线找正到与机床主轴轴线重合的位置后，再进行车削。

4）根据偏心工件的数量、形状、偏心距的大小和精度不同，偏心工件可以在车床上用自定心卡盘、单动卡盘或用两顶尖装夹进行车削。在成批生产或偏心距精度要求较高时，可采用专用偏心夹具车削。

5）自定心卡盘上车削偏心工件的垫片厚度计算。

x=1.5e+k

k≈1.5Δe

Δe=e-e_测

式中　x——垫片厚度（mm）；

e——工件偏心距；

k——偏心距修正值，其正负值按实测结果确定（mm）；

Δe——试切后的实测偏心距误差值（mm）；

e_测——试切后的实测偏心距（mm）。

6）偏心的基本原理。把所要加工偏心部分的轴线找正到与车床主轴轴线重合，在自定心卡盘的任意一个卡爪与工件基准外圆柱面（已加工好）的接触部位之间，垫上一预先选好厚度的垫片，使工件的轴线相对车床主轴轴线产生等于工件偏心距e。夹紧工件后即可车削。垫垫片的卡爪应做好标记。

7）偏心工件偏心距的测量。通常用百分表测量偏心距。

①在两顶尖之间测量偏心距。对于两端有中心孔，偏心距较小，不易放在V形架上测量的偏心轴类工件，可以在两顶尖间测量偏心距。测量时，将百分表测量杆触头垂直轴线接触在偏心部位，用手均匀、缓慢转动一周，百分表指示的最大值与最小值之差的一半即偏心距。

将偏心套套在心轴上，再用两顶尖支承，可用上述同样的方法，测量偏心套工件的偏心距。

②在V形架上检测偏心距。无中心孔或长度较短，偏心距e＜5mm的偏心工件，可在V形架上测量偏心距。测量时，将工件基准圆柱放在V形架上，百分表测量杆触头垂直基准轴线接触在工件偏心部位，用手均匀、缓慢转动一周，百分表指示的最大值与最小值之差的一半即偏心距。

2.偏心工件实操技巧

1）装夹工件时，工件轴线不能歪斜，以免影响加工质量。

2）为保证偏心轴的两轴线平行，装夹时应用百分表找正工件外圆，使外圆侧素线与车床主轴轴线平行。

3）选择具有足够硬度的材料制作垫片，以防装夹时发生挤压变形。

4）垫片与卡爪接触的一面应制成与卡爪圆弧相匹配的圆弧面，否则垫片与卡爪之间会产生间隙，而造成偏心距误差。

5）为防止因卡爪的同轴度误差而造成的找准偏心距麻烦，在调整垫片厚度，以及在垫垫片时应使用同一个卡爪。

3.偏心工件加工注意的安全事项

1）由于工件偏心，在开车前车刀不能靠近工件，以防工件碰撞车刀。

2）初学者车偏心工件时，建议采用高速钢车刀车削。

3）为了保证偏心零件的工作精度，在车削偏心工件时，应注意控制轴线间的平行度和偏心距的精度。

七、火箭模型（件2）工艺分析

1.火箭模型（件2）的结构特点及技术要求分析

火箭模型（件2）是一件典型的薄壁回转体零件，此零件的外圆尺寸为ϕ41⁰_-0.016mm，表面粗糙度值为Ra1.6μm，此外还有在外径上的M41×1.5螺纹，其结构简单，但精度要求严格。内孔的尺寸是ϕ34mm，没有标注精度，但技术要求是未注尺寸公差按照IT9～IT11来加工，总长尺寸为110mm。其中外圆偏心1mm，属于偏心轴加工，将来要与火箭模型（件4）内孔偏心形成偏心套配合，增加配合的牢固性。整个工件表面不能有磕碰、划痕和毛刺等。

2.火箭模型（件2）加工工艺编制

（1）火箭模型（件2）单件加工的工艺过程（表5-6）

表5-6　火箭模型数控加工工艺过程

（续）

（2）火箭模型（件2）加工的工艺过程分析

1）根据技术要求，零件外圆面应光滑无刀痕、毛刺，且尺寸精度和表面粗糙度要求较高。因此，外圆面需一次装夹加工完成，并按粗车、精车两个工步进行车削，粗、精加工刀具应分开。

2）外圆面车削时没有装夹的地方，但是毛坯较长，可以夹住工艺台阶，因此可以采用一夹一顶的方式把外圆一刀车到位。

3）内孔面的加工也有一定的困难，既要保证尺寸精度和表面粗糙度，又要加工偏心，而且是薄壁，所以这里设计了弹簧夹套，以增大受力面积，保证切削刚性。车偏心时用偏心垫片，并换用软卡爪夹持。

4）注意内孔与外圆的同轴度要求及端面与外圆中心线的垂直度和未注尺寸公差为IT9～IT11的加工。装夹时用百分表找正，才能保证加工要求。另外，车端面时要保证总长尺寸。

（3）刀具及切削用量的选择（表5-7）

表5-7　刀具切削参数表

（4）火箭模型（件2）的数控加工程序（以FANUC系统为例）

八、火箭模型（件3）工艺分析

1.火箭模型（件3）的结构特点及技术要求分析

件3与件2相似，同样有薄壁，壁厚为2mm，总长为95mm，外圆的尺寸精度是⁰_-0.016mm内孔的尺寸精度是⁺⁰_0.025mm，精度要求较高。外表面的表面粗糙度是Ra1.6μm，因此加工时应注意刀具的角度和切削用量问题。其中，外圆ϕ54mm、长度5mm和总长95mm都是未注尺寸公差，因此应按技术要求规定的未注尺寸公差IT9～IT11加工。工件表面不能有磕碰、划痕和毛刺等。

2.火箭模型（件3）加工工艺的编制

（1）火箭模型（件3）的工艺过程（表5-8）

表5-8　火箭模型（件3）的数控加工工艺过程

（续）

（2）火箭模型（件3）加工的工艺过程分析　火箭模型（件3）为薄壁件，而且壁厚只有2mm，薄壁长度为95mm，因此加工的刚性比较差。为了保证加工时的切削刚度，应采用先加工内轮廓，后加工外轮廓的方法。加工内孔时，用自定心卡盘直接夹持毛坯外圆，粗、精加工到ϕ44mm，然后加工工艺夹具心轴，用心轴夹持内孔，实现工件的轴向定位，避免径向夹紧受力而引起的工件变形，从而保证薄壁的精度。另外，工件未注尺寸公差按照IT9～IT11加工，工件内、外表面不能有划痕和毛刺等。加工时工件的跳动量应用百分表表找正。

（3）刀具及切削用量的选择（表5-9）

表5-9　刀具及切削用量的选择

（4）火箭模型（件3）的数控加工程序

九、火箭模型（件4）的工艺分析

1.火箭模型（件4）的结构特点及技术要求分析

火箭模型（件4）是典型的螺纹轴零件，它包含内圆表面、外圆表面、外螺纹、端面槽和端面圆弧、薄壁、偏心等加工要素，其难点是内孔的平底加工，对刀具有一定的特殊要求。因此，在选择刀具上注意刀尖要到孔底中心，刀具的偏角和加工方法，平底的表面粗糙度值为Ra3.2μm。其他的技术要求中，表面粗糙度值为Ra3.2μm，而且表面不能有碰痕和划伤。

2.火箭模型（件4）加工工艺的编制

（1）火箭模型（件4）的数控加工工艺过程（表5-10）

表5-10　火箭模型（件4）的数控加工工艺过程

（续）

（续）

（2）火箭模型（件4）加工的工艺过程分析　火箭模型（件4）是典型的轴类零件，综合性较强，有外圆、螺纹退刀槽、外螺纹、端面槽、偏心、内孔和端面圆弧等结构。其难点是端面槽的加工，应注意刀具的选择，以及端面槽与外圆槽切削用量的区别。偏心件的加工工艺与件2的相似。对于ϕ41mm孔与件2ϕ41mm外圆的配合，应注意加工精度和端面的垂直度。螺纹与件5的内螺纹形成配合，应加工注意精度。外圆的表面粗糙度值为Ra1.6μm，其他表面的表面粗糙度值为Ra3.2μm。表面不能有划痕和毛刺等。未注尺寸公差按IT9～IT11来加工。

（3）刀具及切削用量的选择（表5-11）

表5-11　刀具及切削用量的选择

（4）火箭模型（件4）的数控加工程序

十、火箭模型（件5）的工艺分析

1.火箭模型（件5）的结构特点及技术要求分析

火箭模型（件5）是较简单的轴类零件，但在整个模型中与件4和件6形成内、外螺纹配合，要注意保证螺纹精度。

2.火箭模型（件5）加工工艺编制

（1）火箭模型（件5）的数控加工工艺过程（表5-12）

表5-12　火箭模型（件5）的数控加工工艺过程

（续）

（2）火箭模型（件5）的加工工艺过程分析　火箭模型（件5）属于简单的轴类零件，由于下料长度较长，因此加工外圆时不需要制作辅助夹具，直接车断即可。M48的粗牙螺纹的螺距5mm，且螺纹深度较深，外圆为ϕ54mm，此处应注意薄壁件的加工；右端是M16的粗牙螺纹，可以采取攻螺纹的方法。此外，还要注意各表面表面粗糙度和工件的同轴度等要求，表面不能有磕碰、划痕和毛刺等。

（3）刀具及切削用量的选择（表5-13）

表5-13　刀具及切削用量的选择

（4）火箭模型（件5）的数控加工程序

十一、火箭模型（件6）的加工工艺

1.火箭模型（件6）的结构特点及技术要求分析

火箭模型（件6）是轴类工件。其左端外形较简单，右端是平底孔。该零件是薄壁件，加工时应注意薄壁件的加工要点。工件表面不能有磕碰、划痕和毛刺等。在刀具的选用上应特别考虑内孔的切削角度。此外，该零件加工时要特别注意平底孔的加工工艺方法。

2.火箭模型（件6）加工工艺的编制

（1）火箭模型（件6）的数控加工工艺过程（表5-14）

表5-14　火箭模型（件6）的数控加工工艺过程

（续）

（2）火箭模型（件6）的加工工艺过程分析　火箭模型（件6）也是典型的螺纹和孔加工的轴类零件，此件要与件5的内螺纹形成配合，注意在加工此件的螺纹与端面的垂直度要求和工件的跳动量。右端有平底孔，加工钻孔时要注意钻孔的深度，粗加工必须留足够的余量。由于右端的壁厚较小，因此在加工时，必须粗、精加工分开，同时还要注意选择合理的切削用量。加工的表面粗糙度不能有毛刺和划痕，注意保证零件的同轴度要求。

（3）刀具及切削用量的选择（表5-15）

表5-15　刀具切削参数表

（4）火箭模型（件6）的数控加工程序