数控车削加工工艺与编程

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1、第一节 数控车削加工工艺,第五章 数控车削加工工艺与编程,第二节 数控车削程序编制,第三节 典型零件的数控车削加工实例,第一节 数控车削加工工艺 一、数控车削的主要加工对象, 精度要求高的回转体零件,轴承内圈, 表面粗糙度要求高的回转体零件, 表面形状复杂的回转体零件,壳体零件封闭内腔,非标丝杠, 带特殊螺纹的回转体零件,二、数控车削加工工艺分析,尺寸标注方法分析结构工艺性分析轮廓几何要素分析精度及技术要求分析零件基准和加工定位基准的选择,零件图工艺分析,（一）尺寸标注方法分析 为方便编程及保证设计基准、工艺基准、测量基准、编程原点的一致性，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。,（二）结构

2、工艺性分析 零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工成型。,结构工艺性示例,a）不合理,b）合理,几何要素缺陷示例,（三）轮廓几何要素分析 在手工编程时，要计算每个基点坐标；在自动编程时，要对构成轮廓的所有几何元素进行定义，因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分。,（四）精度及技术 要求分析,（1）分析精度及各项技术要求是否齐全、合理；（2）分析本工序的数控车削加工精度能否达到图样 要求；（3）找出图样上有位置精度要求的表面，这些表面 应尽量在一次安装下完成；（4）对表面粗糙度要求较高的表面，应采用圆周恒 线速切削。,（五）零件基准和加工定位基准的选择,径向跳动的测量

3、方法,三、数控车削加工工艺设计 （一）工序的划分 1.按零件加工表面划分,轴承内圈两道工序加工方案(a) 以大端外径和端面定位装夹； (b) 以内孔和小端面定位装夹,手柄加工示意图(a) 零件； (b) 第一道工序； (c) 第二道工序,2.按粗、精加工划分,（二）加工顺序的安排,先粗后精示例,先近后远示例,（三） 进给路线的确定,1. 最短的空行程路线(1） 巧用起刀点。在下图a）中，对刀点A的设定考虑到了加工过程中换刀方便，故设置在离坯件较远处，同时将起刀点与对刀点重合在一起，按三刀粗车的进给路线安排如下：第一刀为ABCDA； 第二刀为AEFGA； 第三刀为AHIJA。,图b）则将起刀点与

4、对刀点分离，并设于图示B点位置，仍按相同的切削量进行三刀粗车，其进给路线安排如下：起刀点与对刀点分离的空行程为AB； 第一刀为BCDEB； 第二刀为BFGHB； 第三刀为BIJKB。显然，图b）所示的进给路线最短 。,(2） 巧设换（转）刀点。为了换（转）刀的方便、安全， 将换（转）刀点设在离工件较远的位置处（如图中的A点），那么换第二把刀后，进行精车时的空行程路线必然也较长；如果将第二把刀的换刀点也设置在图（b）中的B点位置，则可缩短空行程距离。 ,（3）合理安排“回零”路线。在手工编制较为复杂轮廓的加工程序时，为使其计算过程尽量简化，既不出错，又便于校核，编制者有时将每一刀加工完后的刀具终

5、点通过执行“返回参考点”（即“回零”）指令，使其全都返回到参考点位置，然后再执行后续程序。这样会增加进给路线的距离，从而大大降低生产效率。因此，在合理安排“回零”路线时，应使前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量缩短，或者为零，即可满足进给路线为最短的要求。另外，在选择返回参考点指令时，在不发生加工干涉现象的前提下，宜尽量采用X、Z坐标轴双向同时“回零”，该指令功能的“回零”路线将是最短的。,2最短的切削进给路线 切削进给路线为最短，可有效地提高生产率，降低刀具损耗等。在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求，不要顾此失彼。 下图为粗车某零件时几种不

6、同切削进给路线的安排示意图。经分析和判断后可知，矩形循环进给路线的进给长度总和最短。,粗车切削路线a）沿着工件轮廓进行进给的路线 b）“三角形” 进给路线 c）“矩形” 进给路线,3.大余量毛坯的阶梯切削进给路线,大余量毛坯的阶梯切削进给路线 a）错误的阶梯切削路线 b）正确的阶梯切削路线,4完工轮廓的连续切削进给路线 在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时，其零件的完工轮廓应由最后一刀连续加工而成，这时，加工刀具的进、退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切入和切出或换刀及停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连续的轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。,5. 特

7、殊的进给路线 ,尖形车刀加工大圆弧内表面a）第一种进给方法 b）第二种进给方法,6.合理安排退刀和换刀路线 （1）退刀 1)斜线退刀方式 路线最短，适用于加工外圆表面的偏刀退刀。,2)径轴向退刀方式,3)轴-径向退刀方式,（2）换刀 1)设置换刀点 换刀点是一个固定的点，它不随工件坐标系的位置改变而发生位置变化。换刀点最安全的位置是换刀时刀架或刀盘上的任何刀具不与工件发生碰撞的位置。,2）跟随式换刀 每把刀有其各自不同的换刀位置。这里应遵循的原则是：第一，确保换刀时刀具不与工件发生碰撞；第二，力求最短的换刀路线。,跟随式换刀的测量,(四) 夹具的选择,1.圆周定位夹具（1）三爪卡盘,（2）软爪

8、 1）软爪要在与使用时相同的夹紧状态下加工，以免在加工过程中松动和由于反向间隙而引起定心误差。加工软爪内定位表面时，要在软爪尾部夹紧一适当的棒料，以消除卡盘端面螺纹的间隙，如图所示。,加工软爪,2）当被加工工件以外圆定位时，软爪内圆直径应与工件外圆直径相同，略小更好。,理想的软爪直径,软爪内径过大,软爪内径过小,（3）弹簧夹套 定心精度高，装夹工件快捷方便，常用于精加工的外圆表面定位。,（4）四爪单动卡盘 四个对称分布卡爪是各自独立运动的，可以调整工件夹持部位在主轴上的位置，使工件加工面的回转中心与车床主轴的回转中心重合。四爪卡盘夹紧力大，但找正比较费时，单件小批量生产、大型或形状不规则的工件

9、，可用四爪卡盘装夹。,2.中心孔定位夹具（1）两顶尖拨盘,前顶尖a）插入主轴锥孔内 b）夹在卡盘上,两顶尖装夹,偏心轴加工,（2）拨动顶尖,内、外拨动顶尖a）内拨动顶尖 b）外拨动顶尖,端面拨动顶尖,3.其他车削工装夹具（1）花盘,在花盘上装夹双孔连杆,（2）角铁,角铁的安装方法,（五）刀具的选择 数控车床一般使用标准的机夹可转位刀具。选择车削刀具时，主要考虑刀片的材料和形状。 高速钢刀具使用前需生产者自行刃磨，且刃磨方便，适合于各种特殊需要的非标准刀具。硬质合金刀片切削性能优异，在数控车削中被广泛使用。硬质合金刀片有标准规格系列，具体技术参数和切削性能由刀具生产厂家提供。,硬质合金刀片按国际

10、标准分为三大类，分别用P、K、M表示。P相当于我国的YT类硬质合金，M 相当于我国的YW类硬质合金，K相当于我国的YG类硬质合金。,P 适于加工钢、长屑可锻铸铁M 适于加工奥氏体不锈钢、铸铁、高锰钢、合金铸铁等M-S 适于加工耐热合金和钛合金K 适于加工铸铁、冷硬铸铁、短屑可锻铸铁、非钛合金K-N 适于加工铝、非铁合金K-H 适于加工淬硬材料,（六）切削用量的选择1背吃刀量ap的确定 背吃刀量应根据机床、夹具、刀具和工件所组成的工艺系统的刚度来确定。在刚度允许的条件下，尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量，以减少走刀次数，提高生产效率。为了保证加工精度和表面粗糙度，一般都留有一定的精加工余量，其

11、大小可小于普通车削的精加工余量。一般精加工余量为0.10.5mm。,2进给量f的确定 进给量的大小直接影响工件的表面粗糙度和加工效率，因此进给速度的确定应在保证表面质量的前提下，选择较高的进给速度。进给速度包括纵向进给速度和横向进给速度。一般根据零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素，查阅切削用量手册选取进给量。,3主轴转速n的确定 （1）光车时主轴转速。光车时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径、零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度vc（mm/min）来确定。 切削速度确后，用下式计算主轴转速：,式中，n是工件转速（r/min）；vc是切削速度（mm/min）；D是切削刃选定点处

12、所对应的工件的回转直径（mm）。,常见工件材料、所用刀具及相应的切削用量,（2）车螺纹时主轴转速 在切削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距（或导程）大小、驱动电动机的升降频率特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。如大多数普通型车床数控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下：,式中，n是工件转速（r/min）；p是工件螺纹的螺距或导程（mm）；k是保险系数，一般取80。,(七) 典型工件数控车削工艺分析,实例1,材料：45钢，毛坯尺寸：80110,1零件图分析（1）加工内容。此零件加工包括车端面、外圆、倒角、内锥面、圆弧、螺纹、退刀槽等。（2）工件坐

13、标系。该零件加工需掉头，从图纸上尺寸标注分析，应设置两个坐标系，两个工件原点均定于零件装夹后的右端面（精加工面）。 掉头后装夹50外圆，58外圆端面做轴向（Z向）定位，平端面，测量，设置第2个工件原点（设在精加工端面上）。,2确定工件的装夹方式 此工件不能一次装夹完成加工，必须分两次装夹。该工件右端面为螺纹，不适于做装夹表面，52圆柱面又较短，也不适于做装夹表面，所以第一次装夹工件右端面，加工左端面，伸出长度76mm，使用三爪卡盘夹持，如图所示。 第一次装夹完成左端面（此端面为精加工面，以后不再加工）245倒角、50外圆、58台阶、R5圆弧、245倒角、78外圆的粗、精加工；同时设置第一个工件

14、原点。,第二次装夹如图所示，完成工件右端面、245倒角、M45螺纹、42退刀槽、52外圆、轴肩、245倒角的粗、精加工。 换刀点为（200.0，300.0）。公差处理：尺寸公差不对称取中值。,3确定加工顺序和走刀路线按加工过程确定走刀路线如下：1）第一次装夹80外圆表面，粗车加工零件左侧端面、245倒角、50外圆、58台阶、R5圆弧、245倒角、78外圆；2）精加工上述轮廓；3）钻中心孔；4）钻孔，20通孔；5）粗加工32内轮廓；6）精加工32内轮廓；7）掉头装夹50外圆，粗加工右端面、245倒角、M45螺纹、42退刀槽、52外圆、轴肩、245倒角；8）精加工上述轮廓；9）精加工20内轮廓；1

15、0）切槽；11）螺纹加工。,4刀具的选择和切削用量的确定切削参数表,刀具选择图,实例2,1零件图分析 由图知，本工序加工部位较多，精度要求高，且工件壁薄易变形。 从结构上看，该零件有内、外圆柱面，内、外圆锥面，平面及圆弧等组成，结构形状较复杂，很适合数控车削加工。 从尺寸精度上看，和两处加工精度要求较高，需仔细对刀和认真调整机床。此外，工件圆锥面上有几处R2的圆弧面，由于圆弧半径较小，可直接用成形车刀车削而不用圆弧插补程序，这样既可减小编程工作量，又可提高切削效率。 此外，该零件的轮廓要素描述、尺寸标注均完整，且尺寸标注有利于定位基准与编程原点的统一，便于编程加工。,前工序简图,2确定工件的装夹方式 为了使工序基准与定位基准重合，减小本工序的定位误差，并敞开所有的加工部位，选择A面和B面分别为轴向和径向定位基准，以B面为夹紧表面。由于该工件属薄壁易变形件，为减少夹紧变形，采用包容式软爪。这种软爪其底部的端齿在卡盘上定位，能保持较高的重复安装精度。为了加工中对刀和测量的方便，可以在软爪上设定一个基准面。这个基准面是在数控车床上加工软爪的径向夹持表面和轴向支承表面时一起加工出来的。基准面至轴向支承表面的距离可以控制的很准确。,