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1、序号1 日期班级课题数控车削加工工艺与编程重点与难点重点：1、数控车床切削用量的选择 2、数控车刀的选择难点：1、数控车床切削用量的选择教研室主任年 月 日教师年 月 日教学手段：多媒体教学教学方法：案例教学、演示复 习：数控机床的基础知识（5分钟）引 入：从机床的分类和用途（ 5分钟）正 课：数控车削概述和数控车削工艺制订（90分钟）知识点（85分钟）：第四章 数控车削加工工艺与编程数控车床是数控机床中应用最为广泛的一种机床。数控车床在结构及其加工工艺上都与普通车床相类似，但由于数控车床是由电子计算机数字信号控制的机床，其加工是通过事先编制好的加工程序来控制，所以在工艺特点上又与普通车床有所
2、不同。本章将着重介绍数控车床的加工工艺及其程序编制。第一节 数控车削概述一、数控车床的主要加工对象数控车削是数控加工中用得最多的加工方法之一。由于数控车床具有加工精度高、具有直线和圆弧插补功能以及在加工过程中能自动变速等特点，因此其加工范围比普通车床宽得多。凡是能在数控车床上装夹的回转体零件都能在数控车床上加工。与普通车床相比，数控车床比较适合车削具有以下要求和特点的回转体零件：1精度要求高的零件零件的精度要求主要指尺寸、形状、位置和表面等精度要求，其中的表面精度主要指表面粗糙度。由于数控车床刚性好，制造和对刀精度高，并能方便、精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工尺寸精度要求较高的零件，有
3、些场合能达到以车代磨的效果。另外，由于数控车床的运动是通过高精度插补运算和伺服驱动来实现，所以它能加工直线度、圆度、圆柱度等形状精度要求高的零件。由于数控车床一次装夹能完成加工的内容较多，所以它能有效提高零件的位置精度，并且加工质量稳定。数控车床具有恒线速度切削功能，所以它不仅能加工出表面粗糙度小而均匀的零件，而且还适合车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。一般数控车床的加工精度可达0001 mm，表面粗糙度Ra可达016m(精密数控车床可达002m)。2表面粗糙度值小的零件数控车床具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度值小而均匀的零件。困为在材质、精车余量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取决于进
4、给量和切削速度。切削速度变化，致使车削后的表面粗糙度不一致，使用数控车床的恒线切削功能，就可选用最佳线速度来切削锥 、球面和端面等，使车削后的表面粗糙度值即小又一致。3表面轮廓形状复杂的零件由于数控车床具有直线和圆弧插补功能(部分数控车床还有某些非圆弧曲线插补功能)，所以它可以车削由任意直线和各类平面曲线组成的形状复杂的回转体零件，包括通过拟合计算处理后的、不能用方程式描述的列表曲线。如图4-1所示的壳体零件封闭内腔的成型面，在普通车床上是无法加工的，而在数控车床上则很容易加工出来。图4-1 成型内腔零件示意图4带特殊螺纹的零件数控车床具有加工各类螺纹的功能，包括任何等导程的直、锥和端面螺纹，
5、增导程、减导程以及要求等导程与变导程之间平滑过渡的螺纹。通常在主轴箱内安装有脉冲编码器，主轴的运动通过同步带1：1地传到脉冲编码器。采用伺服电动机驱动主轴旋转，当主轴旋转时，脉冲编码器便发出检测脉冲信号给数控系统，使主轴电动机的旋转与刀架的切削进给保持同步关系，即实现加工螺纹时主轴转一转，刀架Z向移动工件一个导程的运动关系。而且车削出来的螺纹精度高，表面粗糙度值小。二、数控车削加工的主要内容根据数控车床的工艺特点，数控车削加工主要有以下加工内容。1车削外圆车削外圆是最常见、最基本的车削方法，工件外圆一般由圆柱面、圆锥面、圆弧面及回转槽等基本面组成。图32所示为使用各种不同的车刀车削中小型零件外
6、圆(包括车外回转槽)的方法。其中右偏刀主要用于从左向右进给，车削右边有直角轴肩的外圆以及左偏刀无法车削的外圆，如图4-2(c)所示。(a) (b) (c) (d) (e)图4-2 车削外圆示意图(a)45车刀车削外圆; (b)90正偏刀车削外圆; (c)反偏刀车削外圆;(d)加工工件内部的外圆柱面; (e)加工外沟槽锥面车削，可以分别视为内圆、外圆切削的一种特殊形式。锥面可分为内锥面和外锥面，在普通车床上加工锥面的方法有小滑板转位法、尾座偏移法、靠模法和宽刀法等，而在数控车床上车削圆锥，则完全和车削其他外圆一样，不必像普通车床那么麻烦。车削圆弧面时，则更能显示数控车床的优越性。2车削内孔车削内
7、孔是指用车削方法扩大工件的孔或加工空心工件的内表面，是常用的车削加工方法之一。常见的车孔方法如图33所示。在车削盲孔和台阶孔时，车刀要先纵向进给，当车到孔的根部时再横向进给车端面或台阶端面，如图33(b)、 (c)所示。(a) (b) (c) (d)图4-3 车削内孔示意图 (a)车削通孔; (b)车削盲孔; (c)车削台阶孔; (d)车削内沟槽3车削端面车削端面包括台阶端面的车削，常见的方法如图4-4所示。图4-4(a)是使用45。偏刀车削端面，可采用较大背吃刀量，切削顺利，表面光洁，而且大、小端面均可车削；图4-4(b)是使用90左偏刀从外向工件中心进给车削端面，适用于加工尺寸较小的端面或
8、一般的台阶端面；图4-4(c)是使用90左偏刀从工件中心向外进给车削端面，适用于加工工件中心带孔的端面或一般的台阶端面；图4-4(d)是使用右偏刀车削端面，刀头强度较高，适宜车削较大端面，尤其是铸锻件的大端面。(a) (b) (c) (d)图4-4 车削端面示意图 (a)45车刀车削端面; (b)左偏刀车削端面(由外向中心进刀);(c)左偏刀车削外圆(由中心向外进刀); (d)右偏刀车削端面;4车削螺纹车削螺纹是数控车床的特点之一。在普通车床上一般只能加工少量的等螺距螺纹，而在数控车床上，只要通过调整螺纹加工程序，指出螺纹终点坐标值及螺纹导程，即可车削各种不同螺距的圆柱螺纹、锥螺纹或端面螺纹等
9、。螺纹的车削可以通过单刀切削的方式进行，也可进行循环切削。第二节 数控车削工艺制订数控车削加工工艺是以普通车削加工工艺为基础，结合数控车床的特点，综合运用多方面的知识解决数控车削加工过程中面临的工艺问题，主要内容有：分析零件图纸，确定工序和工件在数控车床上的装夹方式，确定各表面的加工顺序和刀具的进给路线以及刀具、夹具和切削用量的选择等。一、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。工艺制定得合理与否，对程序编制、机床的加工效率和零件的加工精度等都有重要影响。因此，编制加工程序前，应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点，认真而详细地考虑零件图的工艺分析，确定工件在数控车床上
10、的装夹，刀具、夹具和切削用量的选择等。制定车削加工工艺之前，必须首先对被加工零件的图样进行分析，它主要包括以下内容。1 结构工艺性分析零件的结构工艺性是指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。在数控车床上加工零件时，应根据数控车削的特点，认真审视零件结构的合理性。例如图4-5（a）所示零件，需用三把不同宽度的切槽刀切槽，如无特殊需要，显然是不合理的，若改成图4-5（b）所示结构，只需一把刀即可切出三个槽。这样既减少了刀具数量，少占刀架刀位，又节省了换刀时间。在结构分析时若发现问题应向设计人员或有关部门提出修改意见。图4-5 结构工艺性示例2构成零件轮廓的几何要素由于设计等各
11、种原因，在图纸上可能出现加工轮廓的数据不充分、尺寸模糊不清及尺寸封闭等缺陷，从而增加编程的难度，有时甚至无法编写程序，如图4-6所示。图4-6 几何要素缺陷示意图在图4-6(a)中，两圆弧的圆心位置是不确定的，不同的理解将得到完全不同的结果。再如图4-6(b)中，圆弧与斜线的关系要求为相切，但经计算后的结果却为相交割关系，而非相切。这些问题由于图样上的图线位置模糊或尺寸标注不清，使编程工作无从下手。在图4-6(c)中，标注的各段长度之和不等于其总长尺寸，而且漏掉了倒角尺寸。在图4-6(d)中，圆锥体的各尺寸已经构成封闭尺寸链。这些问题都给编程计算造成困难，甚至产生不必要的误差。当发生以上缺陷时
12、，应向图样的设计人员或技术管理人员及时反映，解决后方可进行程序的编制工作。3尺寸公差要求在确定控制零件尺寸精度的加工工艺时，必须分析零件图样上的公差要求，从而正确选择刀具及确定切削用量等。在尺寸公差要求的分析过程中，还可以同时进行一些编程尺寸的简单换算，如中值尺寸及尺寸链的解算等。在数控编程时，常常对零件要求的尺寸取其最大和最小极限尺寸的平均值(即“中值”)作为编程的尺寸依据。4形状和位置公差要求图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要要求。在工艺准备过程中，除了按其要求确定零件的定位基准和检测基准，并满足其设计基准的规定外，还可以根据机床的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效地控制其形
13、状和位置误差。5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，也是合理选择机床、刀具及确定切削用量的重要依据。 6材料要求图样上给出的零件毛坯材料及热处理要求，是选择刀具(材料、几何参数及使用寿命)，确定加工工序、切削用量及选择机床的重要依据。7加工数量零件的加工数量对工件的装夹与定位、刀具的选择、工序的安排及走刀路线的确定等都 是不可忽视的参数。二、车削加工工件装夹数控车床有多种实用的夹具，下面主要介绍常见的车床夹具。1三爪自定心卡盘三爪自定心卡盘（如图4-7）是最常用的车床能用卡盘，其三个爪是同步运动的，能自动定心（定心误差在0.05mm以内），夹持范围大，一般不需要找正，装夹
14、效率比四爪卡盘高，但夹紧力没有四爪卡盘大，所以适用于装夹外形规则、长度不太长的中小型零件。图4-8 四爪单动卡盘a) 四爪单动卡盘 b) 四爪单动卡盘装夹工件1-卡爪 2-螺杆 3-木板图4-7 三爪卡盘示意图 2四爪单动卡盘四爪单动卡盘（如图4-8）所示，它的四个对分布卡爪是各自独立运动的，因此工件装夹时必须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四面转中心重合。四爪单动卡盘找正比较费时，只能用于单件小批量生产。四爪单动卡盘的优点是夹紧力大，但装夹不如三爪自定心卡盘方便，所以适用于装夹大型或不规则的工件。3双顶尖对于长度较长或必须经过多次装夹才能加工的工件，如细长轴
15、、长丝杠等的车削，或工序较多，为保证每次装夹时的装夹精度（如同轴度要求），可以用两顶尖装夹。（如图4-9）两顶尖装夹工件方便，不需找正，装夹精度高。图4-9 两顶尖装夹工件利用两顶尖装夹定位还可以加工偏心工件。如图4-10所示图4-11 加工软爪图4-10 两顶尖车偏心轴4软爪软爪是一促具有切削性能的夹爪。当成批加工某一工件时，为了提高三爪自定心卡盘的定心精度，可以采用软爪结构。即用黄铜或软钢焊在三个卡爪上，然后根据工件形状和直径把三个软爪的夹持部分直接在车床上车出来（定心误差只有0.01-0.02mm），即软爪是在使用前配合被加工工件特别制造的（如图4-11所示），如加工成圆弧面、圆锥面或螺纹等形式，可获得理想的夹持精度。5花盘、弯板当在非回转体零件上加工圆柱
