任务3复合外轮廓类零件加工

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1、机械零件的数字化加工,沙洲职业工学院机械动力工程系,1,典型零件的数控车削加工,项目1：简单零件的数控车削加工,2,3,典型零件的数控车削加工,任务3：复合外轮廓类零件加工 3.1 任务描述如图所示工件，毛坯为25 mm60 mm的45钢棒料，试确定其加工工艺并编写加工程序。,复合外轮廓类零件编程实例,程序清单,典型零件的数控车削加工,4,程 序 清 单,典型零件的数控车削加工,5,6,3.2 相关知识,3.2.1数控车削工艺知识,1.数控车床加工工艺的特点与内容,数控车床加工工艺的特点：工艺内容十分具体；工艺工作十分严密；工序相对集中；主要采用轨迹法。,数控车床加工工艺的内容： 选择适合加工

2、的零件并确定工序内容；分析零件图纸的数控加工工艺，明确加工内容与技术要求；确定零件加工方案，制定数控加工工艺路线；设计数控加工工序，制定定位加紧方案，划分工步，规划走刀路 线，选择刀辅具，确定切削用量，计算工序尺寸及公差等；确定数控加工专业技术文件,典型零件的数控车削加工,7,2.对零件图数控工艺分析,（1）构成零件轮廓的几何条件,在车削加工中手工编程时，要计算每个节点坐标； 在自动编程时，要对构成零件轮廓所有几何元素进行定义。 因此在分析零件图时应注意： a) 零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成； b) 零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手；

3、 c) 零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难； d) 零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。,典型零件的数控车削加工,8,（2）尺寸精度要求,分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否利用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法。在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等。在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。,（3）形状和位置精度的要求,零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。加工时，要按照其要求确定零件的定位基准和测量基

4、准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效的控制零件的形状和位置精度。,典型零件的数控车削加工,9,（2）尺寸精度要求,分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否利用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法。在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等。在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。,（3）形状和位置精度的要求,零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。加工时，要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据数控车床的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效的控制

5、零件的形状和位置精度。,典型零件的数控车削加工,10,（4）表面粗糙度要求,表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择数控车床、刀具及确定切削用量的依据。,（5）材料与热处理要求,零件图样上给定的材料与热处理要求，是选择刀具、数控车床型号、确定切削用量的依据。,典型零件的数控车削加工,3.数控车削加工工艺的拟定,（1） 数控车削加工方案的确定,一般根据零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型确定： a) 加工精度为IT9IT7级、Ra为0.83.2um的除淬火钢以外的常用金属，可采取粗车、半精车、精车的方案加工； b) 加工精度为IT5IT7级、Ra为0.630

6、.2um的除淬火钢以外的常用金属，可采取粗车、半精车、精车、细车的方案加工； c) 加工精度高于IT5级、Ra0.63um的除淬火钢以外的常用金属，可采用高档精密数控车床，按粗车、半精车、精车、精密车的方案加工；,典型零件的数控车削加工,11,（2） 数控车削加工工序的划分,a) 以一次安装所进行加工的内容作为一道工序 将位置精度要求较高的表面安排在一次安装下完成。,c) 按粗、精加工划分工序 采用这种方式可保持数控车削加工的精度。如图所示的零件，应先切除整个零件的大部分余量，再将表面精车一遍，以保证加工精度和表面粗糙度的要求。,b) 按所用刀具划分工序 采用这种方式可提高车削加工的生产效率。

7、,车削加工的零件,典型零件的数控车削加工,12,a）先粗后精 图 b）先近后远加工，减少空行程时间 例,用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。,c）内外交叉,d）基面先行原则,（3） 数控车削加工工序顺序的确定,典型零件的数控车削加工,13,为了提高生产效率并保证零件的精加工质量，在切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量(如图中的虚线内所示部分)去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。,先粗后精示例,典型零件的数控车削加工,14,例如，当加工如下图所示零件时，如果按383634的次序安排车削，不仅会增加刀具返回对刀点所需的

8、空行程时间，而且还可能使台阶的外直角处产生毛刺(飞边)。对这类直径相差不大的台阶轴，当第一刀的切削深度(图中最大切削深度可为3左右)未超限时，宜按343638的次序先近后远地安排车削。,先近后远加工示例,典型零件的数控车削加工,15,概念：进给路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，而且也反映出工步的顺序。 a）加工路线与加工余量的关系对大余量毛坯进行阶梯切削时的加工路线阶梯切削路线 从轴向和径向进刀、顺工件毛坯轮廓走刀的路线 分层切削时刀具的终止位置从第二刀开始就要注意防止走刀到终点时切削深度的猛增 图,（4） 数控车削加工进给路线的确定,典型零件的数控车削加

9、工,16,车削大余量毛坯的阶梯路线,图(a)是错误的阶梯切削路线 图(b)是正确的阶梯切削路线,典型零件的数控车削加工,17,双向进刀走刀路线,典型零件的数控车削加工,18,分层切削时刀具的终止位置,典型零件的数控车削加工,19,b）刀具的切入、切出 在数控机床上进行加工时，要安排好刀具的切入、切出路线，尽量使刀具沿轮廓的切线方向切入、切出。 尤其是车螺纹时，必须设置升速段1和降速段2（如图），这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定。 c）确定最短的空行程路线 实践中的部分设计方法或思路 巧用对刀点 巧设换刀点 合理安排“回零”路线,典型零件的数控车削加工,20,(a) 起刀点对刀点重合 (b)

10、 起刀点对刀点分离,巧用起刀点,典型零件的数控车削加工,21,图 (a)为采用矩形循环方式进行粗车 按三刀粗车的走刀路线安排如下：,图 (b)则是巧将起刀点与对刀点分离 起刀点与对刀点分离的空行程为AB,第一刀为 ABCDA,第二刀为 AEFGA,第二刀为 BFGHB,第一刀为 BCDEB,第三刀为 AHIJA,典型零件的数控车削加工,22,d）确定最短的切削进给路线 切削进给路线短，可有效地提高生产效率，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。 图 结论：矩形循环进给路线的走刀长度总和为最短。即在同等条件下，其

11、切削所需时间（不含空行程）为最短，刀具的损耗小。,典型零件的数控车削加工,23,(b)“三角形”走刀 (c)“矩形”走刀,(a)沿工件轮廓走刀,走刀路线示例,典型零件的数控车削加工,24,25,e）车圆弧的加工路线,同心圆法车圆弧 即用不同的半径圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。此方法在确定了每次吃刀量aP后，对90圆弧的起点、终点坐标较易确定，数值计算简单，编程方便，常采用。但按图b加工时，空行程时间较长。,同心圆法车圆弧,典型零件的数控车削加工,26,车锥法车圆弧 即先车一个圆锥，再车圆弧。但要注意，车锥时的起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆锥表面，也可能将余量留得过大。确定方法如

12、图所示，连接OC交圆弧于D，过D点作圆弧的切线AB。则AC 0.58R。,e）车圆弧的加工路线,车锥法车圆弧,典型零件的数控车削加工,27,3.2.2 编程指令回顾,S功能指令 S功能指令用于控制主轴转速。 编程格式 S S后面的数字表示主轴转速，单位为r/min。 在具有恒线速功能的机床上，S功能指令还有如下作用。 (1) 最高转速限制 编程格式 G50 S S后面的数字表示的是最高转速：r/min。 例：G50 S3000 表示最高转速限制为3000r/min。 (2) 恒线速控制 编程格式 G96 S S后面的数字表示的是恒定的线速度：m/min。 例：G96 S150 表示切削点线速度

13、控制在150 m/min。 (3) 恒线速取消 编程格式 G97 S S后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速，如S未指定，将保留G96的最终值。 例：G97 S3000 表示恒线速控制取消后主轴转速3000 r/min。,典型零件的数控车削加工,28,2. 进给速度量纲控制指令G98、G99 在数控车削中有两种切削进给模式设置方法，即进给率(每转进给模式)和进给速度(每分钟进给模式)。 （1）进给率，单位为mm/r， 其指令为：G99； 进给率转换指令 G01 X_ Z_ F_； F的单位为mm/r （2）进给速度，单位为mm/min， 其指令为：G98； 进给速度转换指令 G01 X_

14、 Z_ F_； F的单位为mm/min G98和G99都是模态指令，一旦指定就一直有效，直到指定另一方式为止。 车削CNC系统缺省的进给模式是进给率，即每转进给模式，只有在用动力刀具铣削时才采用每分钟进给模式。,典型零件的数控车削加工,29,3. F功能指令 F功能指令用于控制切削进给量。在程序中，有两种使用方法。 (1) 每转进给量 编程格式 G99 F F后面的数字表示的是主轴每转进给量，单位为mm/r。 例：G99 F0.2 表示进给量为0.2 mm/r。,(2) 每分钟进给量 编程格式G98 F F后面的数字表示的是每分钟进给量，单位为 mm/min。 例：G98 F100 表示进给量

15、为100mm/min。,4. T功能指令 T功能指令用于选择加工所用刀具。 编程格式 T T后面通常有两位数表示所选择的刀具号码。但也有T后面用四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具长度补偿号，又是刀尖圆弧半径补偿号。 例：T0303 表示选用3号刀及3号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值。T0300 表示取消刀具补偿。,典型零件的数控车削加工,30,5. 英制和米制输入指令G20、G21 G20表示英制输入，G21表示米制输入。G20和G21是两个可以互相取代的代码。 机床出厂前一般设定为G21状态，机床的各项参数均以米制单位设定，所以数控车床一般适用于米制尺寸工件加工。 如果一个程序开始用

16、G20指令，则表示程序中相关的一些数据均为英制(单位为英寸)；如果程序用G21指令，则表示程序中相关的一些数据均为米制(单位为mm)。 在一个程序内，不能同时使用G20或G21指令，且必须在坐标系确定前指定。 G20或G21指令断电前后一致，即停电前使用G20或G21指令，在下次后仍有效，除非重新设定。,典型零件的数控车削加工,31,6. 参考点返回指令G27、G28、G30 参考点是CNC机床上的固定点，可以利用参考点返回指令将刀架移动到该点。可以设置最多四个参考点，各参考点的位置利用参数事先设置。接通电源后必须先进行第一参考点返回，否则不能进行其它操作。参考点返回有两种方法： (1)手动参

17、考点返回。 (2)自动参考点返回。该功能是用于接通电源已进行手动参考点返回后，在程序中需要返回参考点进行换刀时使用的自动参考点返回功能。 自动参考点返回时需要用到如下指令： 返回参考点检查G27 G27用于检验X轴与Z轴是否正确返回参考点。 指令格式为：G27 X(U)_ Z(W)_； X(U)、Z(W)为参考点的坐标。 执行G27指令的前提是机床通电后必须手动返回一次参考点。 执行该指令时，各轴按指令中给定的坐标值快速定位，且系统内部检查检验参考点的行程开关信号。如果定位结束后检测到开关信号发令正确，则参考点的指示灯亮，说明滑板正确回到了参考点位置；如果检测到的信号不正确，系统报警，说明程序中指令的参考点坐标值不对或机床定位误差过大。,