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1、数控车削加工工艺摘 要: 数控机床的加工工艺与普通机床的加工工艺虽有诸多相同之处, 但也有许多不同之处。为此 , 探讨了数控车削的加工工艺, 同时结合实例阐述了它的典型应用。关键词 :数控车床；车削加工工艺；工艺分析Abstract : Although the process of NC machine tools has many things in common w ith that of tradit ional machinetools, there ex ist many dif ferences between them. The turning process of NC la
2、the w as explored and itstypical applicat ion w as illust rated. Key words : NC lathe; turning process; process analysis第一章绪论数控车削是使用最多的数控加工方法之一。普通车床受控于操作者, 所用工艺规程只是一个工艺过程卡 , 有时切削用量、 走刀路线、工序、工步等由操作者自行选定 1 , 而数控车削加工工艺的干预度低, 需考虑更多的工艺因素。因此, 对编程者的要求更高 , 必须熟悉数控车床的性能、特点、运动方式、刀具系统以及工件的装夹方法等。工艺方案的好坏不仅会影响数控车床
3、性能与效率的发挥, 更将直接影响到零件的加工质量。第二章数控车削加工工艺的内容数控车削加工工艺是采用数控车床加工零件时所运用的方法和技术手段的总和。 其主要内容包括以下几个方面: ( 1) 选择并确定零件的数控车削加工内容; ( 2) 对零件图纸进行数控车削加工工艺分析; 吉林化工学院本科毕业设计文献综述2 ( 3) 选择加工所用数控车床的类型; ( 4) 工具、夹具的选择和调整设计; ( 5) 工序、工步的设计 ; ( 6) 加工轨迹的计算和优化 ; ( 7) 数控车削加工程序的编写、校验与修改; ( 8) 首件试加工与现场问题的处理; ( 9) 数控车削加工工艺技术文件的定型与归档。第三章
4、数控车削加工工艺分析工艺分析是数控车削加工的前期工艺准备工作 3 。工艺制定得合理与否 , 对程序的编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响。为了编制出一个合理的、实用的加工程序 , 要求编程者不仅要了解数控车床的工作原理、性能特点及结构, 掌握编程语言及编程格式 , 还应熟练掌握工件加工工艺, 确定合理的切削用量、正确地选用刀具和工件装夹方法。因此 , 应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点, 认真而详细地进行数控车削加工工艺分析。 其主要内容有 : 根据图纸分析零件的加工要求及其合理性; 确定工件在数控车床上的装夹方式; 各表面的加工顺序、刀具的进给路线以及刀具、夹具和切削用量的
5、选择等。3. 1 零件图分析零件图分析是制定数控车削工艺的首要任务。主要进行尺寸标注方法分析、轮廓几何要素分析以及精度和技术要求分析。此外, 还应分析零件结构和加工要求的合理性, 选择工艺基准。3. 1. 1 尺寸标注方法分析零件图上的尺寸标注方法应适应数控车床的加工特点, 以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程, 又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。如果零件图上各方向的尺寸没有统一的设计基准, 可考虑在不影响零件精度的前提下 , 选择统一的工艺基准 , 计算转化各尺寸 , 以简化编程计算。3. 1. 2 轮廓几何要素分析在手工编程时 , 要计算每个节点
6、坐标。在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义。因此在零件图分析时, 要分析几何元素的给定条件是否充分。3. 1. 3 精度和技术要求分析吉林化工学院本科毕业设计文献综述3 对被加工零件的精度和技术进行分析, 是零件工艺性分析的重要内容, 只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上, 才能正确合理地选择加工方法、装夹方式、刀具及切削用量等。其主要内容包括: 分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理; 分析本工序的数控车削加工精度能否达到图纸要求, 若达不到 , 允许采取其他加工方式弥补时, 应给后续工序留有余量 ; 对图纸上有位置精度要求的表面, 应保证在一次装夹下完成; 对表面粗糙度要
7、求较高的表面, 应采用恒线速度切削 ( 注意: 在车端面时 , 应限制最高转速) 。3. 2 夹具和刀具的选择3. 2. 1 工件的装夹与定位数控车削加工中尽可能做到一次装夹后能加工出全部或大部分代加工表面, 尽量减少装夹次数 , 以提高加工效率、保证加工精度。对于轴类零件, 通常以零件自身的外圆柱面作定位基准 ; 对于套类零件 , 则以内孔为定位基准。数控车床夹具除了使用通用的三爪自动定心卡盘、四爪卡盘和液压、电动及气动夹具外, 还有多种通用性较好的专用夹具, 如专门用于装夹轴类零件的夹具等。实际操作时应合理选择。3. 2. 2 刀具选择刀具的使用寿命除与刀具材料相关外, 还与刀具的直径有很
8、大的关系。 刀具直径越大 , 能承受的切削用量也越大。 所以在零件形状允许的情况下, 采用尽可能大的刀具直径是延长刀具寿命 , 提高生产率的有效措施 4 。数控车削常用的刀具一般分为3 类, 即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀( 1) 尖形车刀。以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。其刀尖由直线性的主、副切削刃构成 , 如外圆偏刀、端面车刀、切刀等。这类车刀加工零件时, 零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线形主切削刃位移后得到。( 2) 圆弧形车刀。除可车削内外圆表面外, 特别适宜于车削各种光滑连接的成型面。其特征为 : 构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓误差很小的圆弧,
9、该圆弧刃的每一点都是圆弧形车刀的刀尖, 因此, 刀位点不在圆弧上 , 而在该圆弧的圆心上。( 3) 成型车刀。即所加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中, 常用的成型车刀有小半径圆弧车刀、车槽刀和螺纹车刀等。为了减少换刀时间和方便对刀 , 便于实现机械加工的标准化, 数控车削加工中 , 应尽量采用机夹可转位式车刀。吉林化工学院本科毕业设计文献综述4 3. 3 切削用量选择数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量ap 、主轴转速 S ( 或切削速度 v ) 及进给速度( 或进给量 f ) 。_ 3. 3. 1 切削用量的选择原则合理选用切削用量对提高数控车床的加工质量至关重
10、要。确定数控车床的切削用量时一定要根据机床说明书中规定的要求, 以及刀具的耐用度去选择 , 也可结合实际经验采用类比法来确定 5 。一般的选择原则是 : 粗车时 , 首先考虑在机床刚度允许的情况下选择尽可能大的背吃刀量ap ; 其次选择较大的进给量 f ; 最后再根据刀具允许的寿命确定一个合适的切削速度 v 6 。增大背吃刀量可减少走刀次数, 提高加工效率 , 增大进给量有利于断屑。精车时, 应着重考虑如何保证加工质量, 并在此基础上尽量提高加工效率, 因此宜选用较小的背吃刀量和进给量, 尽可能地提高加工速度。主轴转速S / ( r#min- 1) 可根据切削速度 v /( m#min- 1)
11、 由公式 S = v 1 000/ PD( D 为工件或刀具直径 mm) 计算得出 , 也可以查表或根据实践经验确定。3. 3. 2 选择切削用量应注意的问题车削螺纹时 , 主轴转速不宜过高 , 不同的数控系统都有推荐使用的不同的主轴转速范围。原因如下 : ( 1) 螺纹加工程序指令中的螺距值即相当于进给量, 如果主轴速度选择过高 , 则进给速度将大大超过正常值。( 2) 刀具在移动到加工螺纹位置的起始处或终止处时, 由于受到伺服驱动系统升降频率及数控系统插补运算的约束, 若主轴速度过高 , 则可能因过大的主进给运动产生出超前和滞后 , 而导致部分螺牙的螺距不符合要求。( 3) 当主轴转速过高
12、时 , 通过螺纹编码器发出的定位脉冲将可能不稳定, 从而导致了螺纹产生乱扣。车削细长轴时应注意细长轴的毛坯一般不太直, 加工余量不均 , 加之其刚性差 , 走刀次数不易过少。 粗车及半精车各应切削 1 2 次, 精车1 次, 精车余量应尽量小 , 一般取0. 2 0. 3 mm 7 。3. 4 划分工序及拟定加工顺序3. 4. 1 工序划分的原则在数控车床上加工零件 , 常用的工序的划分原则有两种。( 1) 保持精度原则。工序一般要求尽可能地集中, 粗、精加工通常会在一次装夹中全部完成。为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度吉林化工学院本科毕业设计文献综述5 的影
13、响 , 则应将粗、精加工分开进行。( 2) 提高生产效率原则。 为减少换刀次数 , 节省换刀时间 , 提高生产效率 , 应将需要用同一把刀加工的加工部位都完成后, 再换另一把刀来加工其他部位, 同时应尽量减少空行程。3. 4. 2 确定加工顺序制定加工顺序一般遵循下列原则: ( 1) 先粗后精。按照粗车半精车精车的顺序进行, 逐步提高加工精度。( 2) 先近后远。离对刀点近的部位先加工, 离对刀点远的部位后加工 , 以便缩短刀具移动距离 , 减少空行程时间。此外, 先近后远车削还有利于保持坯件或半成品的刚性, 改善其切削条件。( 3) 内外交叉。对既有内表面又有外表面需加工的零件, 应先进行内
14、外表面的粗加工, 后进行内外表面的精加工。( 4) 基面先行。用作精基准的表面应优先加工出来, 因定位基准的表面越精确 , 装夹误差越小。第四章典型零件工艺分析实例对图1分析，采用 CJK6241 数控车床 , 其数控车削加工工艺分析如下。3. 1 零件图分析表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧、退刀槽及螺纹面等组成。其中多个直径尺寸有较严格的尺寸精度和表面粗糙度等要求, 球面的尺寸公差还兼有控制该球面形状误差的作用。尺寸标注完整 , 轮廓描述清楚。零件材料为45 钢, 无热处理和硬度要求。根据上述分析 , 可采取以下几点工艺措施。( 1) 对图纸上给定的几个精度要求较高的尺寸, 因为不是同向公差
15、值 , 所以编程时取其中间公差尺寸。( 2) 在轮廓曲线上有过象限圆弧, 因此, 在加工时应采用负偏角较大的刀具, 以保证轮廓曲线的完整。4. 2 夹具和刀具的选择4. 2. 1 确定装夹方案左端采用三爪自动定心卡盘夹紧, 一次装夹完成全部表面的加工。吉林化工学院本科毕业设计文献综述6 4. 2. 2 选择刀具( 1) 选用90b硬质合金 , 且副偏角为 35b左右的右偏刀进行粗车及大部分轮廓的精车。( 2) 选用刀刃宽为 4 mm 的硬质合金割刀进行割槽。( 3) 选用60b外螺纹硬质合金车刀进行局部精车和螺纹车削。4. 3 选择切削用量4. 3. 1 背吃刀量的选择轮廓粗车时 , 选择背吃
16、刀量为 2 mm, 精车时 , 选择背吃刀量为 0. 25 mm; 螺纹粗车循环时, 选择背吃刀量为 0. 32 mm, 精车螺纹可选择为 0. 05mm。4. 3. 2 主轴转速的选择可根据实践经验进行选择 , 粗车轮廓和割槽时 , 主轴转速可选择 500 r/ min 左右, 精车轮廓时 , 一般选择 1 000 r/ min 以上, 车削螺纹时选择 200r/ min 。4. 3. 3 进给速度的选择粗车轮廓时进给量可选择 0. 3 mm/ r, 精车时选择 0. 1 mm/ r。4. 4 确定加工顺序加工顺序按照由粗到精、由近到远的原则, 先从右到左进行粗车以及大部分轮廓的精车, 再换割刀车削退刀槽 , 最后换螺纹刀进行局部精车和螺纹车削。综合以上分析的各项内容, 制定数控加工工艺卡片 , 以此为依据即可进行数控加工程序吉林化工学院本科毕业设计文献综述7 的编制及零件的加工。第五章结 语数控机床作为一种高效率的设备, 欲充分发挥其高性能、高精度和高自动化的特点, 除了必须掌握机床的性能、特点及操作方法外, 还应在编程前进行详细的工艺分析
