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1、模块一 数控车削加工工艺、编程与操作,项目一：数控车削加工工艺分析,1.1 导入项目,图1-1所示为一轴承座零件，材料为45钢，毛坯为80120mm棒料，小批量生产。要求分析其数控车削加工工艺，编制数控加工工序卡、数控车削加工刀具卡。,图1-1 轴承座零件图,1.2 知识学习,1.2.1数控车床类型和主要加工对象 1.数控车床的分类 按车床主轴的位置分类 立式数控车床。其车床主轴垂直于水平面，如图1-2所示。 卧式数控车床。其车床主轴平行于水平面，如图1-3所示。,1.2 知识学习,按数控系统的功能分类 经济型数控车床。一般采用由步进电机驱动的开环伺服系统，结构简单，价格低廉，一般只能进行两坐
2、标联动。 全功能型数控车床。一般采用闭环或半闭环控制的数控系统，可进行多坐标联动。这类数控车床具有高精度、高强度和高效率等特点。 车削中心。它是以全功能型数控车床为主体，配备刀库、自动换刀装置、分度装置和机械手等部件，实现多工序复合加工的机床。,1.2 知识学习,2.数控车床主要加工对象 数控车床主要用于精度要求高，表面粗糙度值要求小，零件形状复杂，单件、小批量生产的轴套类、盘类等回转表面的加工；也可以钻孔、扩孔、镗孔以及切槽加工；还可以在内、外圆柱表面上及内、外圆锥表面上加工各种螺距的螺纹。图1-4所示的“口小肚大”的特形内表面零件。,1.2 知识学习,1.2.2零件图工艺性分析 1.尺寸标
3、注方法分析 在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的，因此，零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准标注尺寸。 2.零件图的完整性和正确性分析 构成零件轮廓的几何要素的条件（如相切、相交、垂直和平行等）务必要充分，发现问题及时与设计人员协商解决。 3.精度及技术要求分析 零件的精度及技术要求是否齐全、是否合理。若数控车削精度达不到要求，则需采取其他加工方式(如磨削)进一步加工，并应留有加工余量；有位置精度要求的表面应在一次安装下完成；表面粗糙度相同的表面，应确定用恒线速切削。 4.零件的材料分析 分析所提供的毛坯材质的机械性能和热处理状态，毛坯的铸造品质和被加工部
4、位的材料硬度。判断其加工的难易程度，为选择刀具材料和切削用量提供依据。,1.2 知识学习,1.2.3数控车削工艺路线的拟定 1.加工方法和加工顺序的确定 加工方法的确定 确定加工方法时，应结合零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸、生产类型等因素，确定零件表面的数控车削加工方法及加工方案。 加工精度为IT11级以下、表面粗糙度Ra12.550m、除淬火钢以外的常用金属，可采用普通型数控车床，按粗车方案加工。 加工精度为IT8IT10级、表面粗糙度Ra3.26.3m、除淬火钢以外的常用金属，可采用普通型数控车床，按粗车半精车的方案加工。 加工精度为IT7IT8级、表面粗糙度Ra0.81
5、.6m、除淬火钢以外的常用金属，可采用普通型数控车床，按粗车半精车精车的方案加工。 加工精度为IT6IT7级、表面粗糙度Ra0.20.63m、除淬火钢以外的常用金属，可采用精密型数控车床。按粗车半精车精车精密车的方案加工。,1.2 知识学习,加工顺序的确定 先粗后精原则。先粗加工，再半精加工，最后精加工和光整加工的顺序依次进行，逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度。 粗加工阶段切除各表面上的大部分余量，目的是为了提高加工效率。 半精加工阶段完成次要表面的加工，并为主要表面的精加工作准备，满足精加工余量均匀性的要求。 精加工阶段要一刀切出图样要求的零件轮廓，保证各主要表面达到图纸规定的要求，保
6、证加工质量。 先近后远原则。以便于缩短刀具移动距离，减少空行程时间。 内外交叉原则。有内、外表面需加工的零件，应先内外表面粗加工，后内外表面精加工。 刀具集中原则。同一把刀连续加工完成相应各部位后，再更换另一把刀，加工零件的其他部位，以减少空行程和换刀时间。 基面先行原则。用作精基准的表面，要首先加工，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。,1.2 知识学习,2.工序的划分 在数控加工般按工序集中原则划分工序，常用下列划分方法。 按粗、精加工划分 数控加工要求工序尽可能集中，通常粗、精加工可在一次装夹下完成。为减少热变形和切削力对工件加工的影响，应将粗、精加工分开进行。可将粗车安排在精度较
7、低、功率较大的数控车床上，将精车安排在精度较高的数控车床上进行。 按所用刀具划分 为减少换刀次数，节省换刀时间，即以同一把刀具加工的那一部分工艺过程为一道工序。同时应尽量减少空行程。 按零件装夹定位方式划分 以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。将位置精度要求较高的表面安排在一次安装下完成，以免多次安装所产生的安装误差影响位置精度。 按加工部位划分 以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序。对于加工表面多而复杂的零件，可按其结构特点将加工部位划分成多道工序，如内腔、外形、曲面或平面。,1.2 知识学习,3.进给路线的确定 刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向称为进给路线，包括切削加工的
8、路径及刀具切人、切出等非切削空行程。 轮廓粗车进给路线 粗车进给路线以最短切削路线为原则，同时兼顾被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求。图1-5为粗车三种不同切削进给路线的示意图。 图1-5a为车刀沿着工件轮廓进行进给的路线，此种路线切削总行程最长； 图1-5b为 “三角形”进给路线； 图1-5c为 “矩形”进给路线，进给长度总和最短，刀具的损耗也最小。因此，在同等条件下应选择该方案。但是，此方案粗加工后的精加工余量不均匀。,图1-5 常用的粗车进给路线,1.2 知识学习,刀具引入、切出 在数控车床上进行加工时，尽量使刀具沿轮廓的切线方向引入、切出，避免停刀或垂直切人、切出工件，否则会因切削力
9、突然变化致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或留下刀痕。 零件轮廓精加工应一次走刀完成 零件的完工轮廓应由最后一刀连续加工而成，尽量不要在连续的轮廓中安排切入、切出或换刀及停顿，以免因切削力突然变化致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。,1.2 知识学习,1.2.4零件的定位与装夹 1.定位基准的选择 在数控车削中，尽量让零件在一次装夹中完成大部分甚至全部表面的加工。 粗基准的选择 首先应该保证所有加工表面都有足够的加工余量；其次应该保证零件上加工表面和不加工表面之间具有一定的位置精度。粗基准的选择原则如下。 选择不加工表面作为粗基准。对所有表面都要加工的零件，应根据加
10、工余量最小的表面找正。应该选用比较牢固可靠的表面作为基准，否则会使工件夹坏或松动。粗基准应选择平整光滑的表面。粗基准不能重复使用。 精基准的选择原则 基准重合原则。采用设计基准或装配基准为定位基准，并使定位基准和测量基准重合。 基准统一原则。除第一道工序外，其余工序尽量采用同一个精基准。 自为基准原则。某些要求加工余量小而均匀的精加工工序，选择加工表面本身作为定位基准。 互为基准原则。当对工件上两个相互位置精度要求很高的表面进行加工时，需要用两个表面互相作为基准，反复进行加工，以保证位置精度要求。 便于装夹原则。选择精度较高、装夹稳定可靠的表面作为精基准。,2.常用的装夹方式 夹具与夹紧方式的
11、选择 选择夹具与夹紧方式还应考虑以下几点。 要尽量选用已有的通用夹具装夹，且应注意减少装夹次数。 夹具要开敞，加工部位开阔，夹具上零部件应不妨碍零件各表面的加工。 零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。 为提高数控加工效率，批量较大的零件加工可采用气动或液压夹具、多工位夹具。 为满足数控加工精度，要求夹具精度高，且定位精度高。 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。 常用的装夹方式 三爪自定心卡盘装夹。三爪自定心卡盘装夹工件方便、省时，自动定心好，但夹紧力较小，所以适用于装夹外形规则的中、小型圆柱形、正三边形或正六边形工件。,1.2 知识学习,卡盘和顶尖装夹。车削轴类工件，尤其
12、是质量较大工件，还可使用尾座顶尖支持工件。即一端用卡盘夹住，另一端用后顶尖支撑。如图1-6所示。这种方法装夹牢靠，定位精度较高。,1.2 知识学习,图1-6 卡盘和顶尖装夹,两顶尖及鸡心夹头。对于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。两顶尖装夹一般配合鸡心夹头使用。如图1-7所示。 四爪单动卡盘装夹。四爪单动卡盘的四个卡爪是各自独立运动的，适用于加工各种不规则的工件。图1-8所示，用四爪单动卡盘找正，加工偏心距为e的偏心轴。,1-拨盘 2-鸡心夹头 图1-7 两顶尖及鸡心夹头安装,图1-8 四爪卡盘加工偏心轴,1.2.5数控车削加工刀具及其选用 1车
13、削刀具的材料 常用的刀具材料有高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等5类，目前数控加工中用得最普遍的刀具是高速钢刀具和硬质合金刀具。 高速钢 高速钢是一种加入了较多的钨、铬、钒、钼等合金元素的高合金工具钢，具有良好的综合性能。 普通高速钢。普通高速钢具有一定的硬度和耐磨性、较高的强度和韧性。其切削速度般不太高。不适合高速切削和硬材料的切削。 高性能高速钢。高性能高速钢是在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的耐用度为普通高速钢的1.53倍：但这类钢的综合性能不如普通高速钢。 硬质合金 硬质合金是由难熔金属碳化物(如TiC、WC、NbC等）和金属黏结剂(如C
14、o、Ni等)经粉末冶金方法制成。国产普通硬质合金按其化学成分的不同可分为：钨钴类(WC+Co)、钨钛钴类(WC+TiC+Co)、钨钛钽(铌)钴类、碳化钛基类(WC+TiC+Ni+Mo) 4类。,1.2 知识学习,特殊刀具材料 陶瓷刀具。陶瓷刀具材料主要由硬度和熔点都很高的Al2O3、Si3N4等氧化物、氮化物组成。另外还有少量的金属碳化物、氧化物等添加剂，通过粉末冶金工艺方法压制烧结而成。陶瓷刀具的优点是有很高的硬度和耐磨性；刀具寿命比硬质合金高；具有很好的热硬性；摩擦系数低，切削力比硬质合金小。 金刚石刀具。金刚石具有极高的硬度和耐磨性；切削刃锋利，能实现超精密微量加工和镜面加工；。金刚石刀
15、具缺点是：耐热性差，强度低，脆性大，对震动很敏感，不宜加工黑色金属。 立方氮化硼刀具。立方氮化硼(简称CBN)是人工合成的超硬刀具材料。其硬度仅次于金刚石。热稳定性好，可耐13001500。但其强度和韧性较差，抗弯强度仅为陶瓷刀具的1/51/2。 涂层刀具 涂层刀具是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性较高的难熔金属化合物而制成的。常用的涂层材料有TiC、TiN、Al2O3等。涂层刀具具有高的抗氧化性能和抗黏结性能，因此具有较高的耐磨性。,1.2 知识学习,2.数控车刀的类型 数控车刀的类型 与普通车削相比，数控车削对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而
16、且要求尺寸稳定、安装调整方便。 焊接式车刀。焊接式车刀是将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上，形成一个整体。此类刀具结构简单，制造方便，刚性较好。 根据工件加工表面的形状以及用途不同，车刀可分为外圆车刀、内孔车刀、切断 (切槽)刀、螺纹车儿及成形车刀等，具体如图1-9所示。,1.2 知识学习,2.数控车刀的类型 数控车刀的类型 与普通车削相比，数控车削对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。 焊接式车刀。焊接式车刀是将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上，形成一个整体。此类刀具结构简单，制造方便，刚性较好。 根据工件加工表面的形状以及用途不同，车刀可分为外圆车刀、内孔车刀、切断 (切槽)刀、螺纹车儿及成形车刀等，具体如图1-9所示。,1.2 知识学习,机夹可转位车刀。数控车床常用的机夹可转位车刀结构形式如图1-10所示，主要由刀杆1、刀片2、刀垫3及夹紧
