22数控车床及工艺

课题10数控车削工艺分析10.1实训目的10.110.2相关知识10.210.3实训内容10.310.2相关知识零件数控车削加工方案的拟定车刀的类型及选用确定切削用量确定装夹方法数控车床的编程特点典型车削零件的工艺分析数控车床类型1、倾斜导轨与水平导轨2、前刀架与后刀架水平导轨与床身，操作方便，受力好;不利于自动排屑，占地面积大。斜导轨，排屑方便，占地小。受力不好，不适合强力切削，小型数控车床多采用。10.2.2车刀的类型及选用常用车刀的刀位点如图10.5所示,其中（a）是90o偏刀，（b）是螺纹车刀，（c）是切断刀，（d）是圆弧车刀。1．常用车刀的刀位点图10.5车刀的刀位点车刀角度P21车刀角度作用及选择P312．车刀的类型（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。这类车刀的刀尖(同时也为其刀位点)由直线形的主、副切削刃构成，如90o内、外圆车刀，左、右端面车刀，切槽(断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。用这类车刀加工零件时，其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（如图10.6所示）圆弧形车刀的特征是：构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓度误差很小的圆弧。该圆弧刃上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，编程时要进行刀具半径补偿。圆弧形车刀可以用于车削内、外圆表面，特别适宜于车削精度要求较高的凹曲面或大外圆弧面。图10.6圆弧形车刀成型车刀俗称样板车刀，其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，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹车刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀，当确有必要选用时，则应在工艺准备的文件或加工程序单上进行详细说明。（3）成型车刀3．常用车刀的几何参数（1）尖形车刀的几何参数尖形车刀的几何参数主要指车刀的几何角度。选择方法与使用普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点如走刀路线及加工干涉等进行全面考虑。例如：在加工图10.7所示的零件时，要使其左右两个45o锥面由一把车刀加工出来，则车刀的主偏角应取》45o，副偏角取》45o，这样可以保证主、副切削刃车削圆锥面时不致发生加工干涉。图10.7示例件P132（2）圆弧形车刀的几何参数圆弧形车刀具有宽刃切削(修光)性质，能使精车余量相当均匀而改善切削性能。例如，当图10.8所示零件的曲面精度要求不高时，可以选择用尖形车刀进行加工；当曲面形状精度和表面粗糙度均有要求时，选择尖形车刀加工就不合适了，因为车刀主切削刃的实际吃刀深度在圆弧轮廓段总是不均匀的，如图10.9所示。当车刀主切削刃靠近其圆弧终点时，该位置上的切削深度(ap1)将大大超过其圆弧起点位置上的切削深度(ap)，致使切削阻力增大，可能产生较大的线轮廓度误差，并增大其表面粗糙度数值。图10.8曲面车削示例图10.9切削深度不均匀性示例②圆弧形车刀的几何参数圆弧形车刀的几何参数除了前角及后角外，主要几何参数为车刀圆弧切削刃的形状及半径。选择车刀圆弧半径的大小时，应考虑车刀切削刃的圆弧半径应当小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干涉。4．机夹可转位车刀的选用（1）刀片材质的选择常见刀片材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金钢石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。选择刀片材质的主要依据是被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动等。①刀片的紧固方式在国家标准中，一般紧固方式有上压式（代码为C）、上压与销孔夹紧（代码M）、销孔夹紧（代码P）和螺钉夹紧（代码S）四种。但这仍没有包括可转位车刀所有的夹紧方式，而且，各刀具商所提供的产品并不一定包括了所有的夹紧方式，因此选用时要查阅产品样本。（2）机夹可转位车刀的选用②刀片外形的选择刀片外形与加工的对象、刀具的主偏角、刀尖角和有效刃数等有关。一般外圆车削常用80o凸三边形（W型）、四方形（S型）和80o棱形（C型）刀片。仿形加工常用55o（D型）、35o（V型）菱形和圆形（R型）刀片，如图10.10所示。90o主偏角常用三角形（T型）刀片。不同的刀片形状有不同的刀尖强度，一般刀尖角越大，刀尖强度越大，反之亦然。圆刀片（R型）刀尖角最大，35o菱形刀片（V型）刀尖角最小。在选用时，应根据加工条件恶劣与否，按重、中、轻切削有针对性地选择。在机床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工应选用刀尖角较大的刀片，反之，机床刚性和功率小、小余量、精加工时宜选用较小刀尖角的刀片。图10.10常用刀片外形10.2.1数控车削零件加工方案的拟定1．拟定工艺路线（1）加工方法的选择回转体零件的结构形状虽然是多种多样的，但它们都是由平面、内、外圆柱面、曲面、螺纹等组成。每一种表面都有多种加工方法，实际选择时应结合零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型等因素全面考虑。（2）加工顺序的安排在选定加工方法后，接下来就是划分工序和合理安排工序的顺序。零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序，合理安排好切削加工、热处理和辅助工序的顺序，并解决好工序间的衔接问题，可以提高零件的加工质量、生产效率，降低加工成本。在数控车床上加工零件，应按工序集中的原则划分工序，安排零件车削加工顺序一般遵循下列原则：①先粗后精②先近后远③内外交叉④刀具集中⑤保证加工刚性P128关于数控加工的几个点1、刀位点：刀具上代表刀具切削位置的点。2、对刀点：设定工件坐标系时候，刀位点所在点。又称为程序起点，或者是起刀点。3、换刀点：换刀时候，刀架所在位置。P1194、机床原点：机床坐标系原点。其在制作机床时候由厂家设定，在机场中的位置固定不变。对于数控车床，一般在主轴中心线与卡盘端面交点。对于数控铣床，一般在各轴正向最大位移处。走刀路线是指刀具从起刀点开始运动起，直至返回该点并结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程。加工路线：刀具刀位点相对于工件运动的轨迹。即不包括空刀路线的走刀路线。2．确定走刀路线加工路线的确定原则1、保证加工尺寸精度及表面粗糙度。2、尽量缩短加工路线，减少空行程。3、使数值计算简单，减少编程量。（1）刀具引入、切出车螺纹时，必须设置升速段L1（引入距离）和降速段L2（超越距离），这样可避免因车刀升降速而影响螺距的稳定，如图10.3所示。图10.3升、降速段示例（2）常见车削循环走刀路线图10.4走刀路线示例图10.4为粗车时几种不同切削进给路线的安排示意图。其中，（a）封闭式复合循环走刀的路线；（b）图为“三角形”走刀路线；（c）图为“矩形”走刀路线。经分析和判断后，可知矩形循环进给路线的走刀长度总和为最短。G73G71三大切削用量1、切削速度2、进给速度3、切削深度（背吃刀量）P2810.2.3确定切削用量P35切削速度进给速度背吃刀量粗加工适中快大精加工快慢小10.2.4工件的安装与夹具的选择1．工件安装的基本原则（1）力求设计基准、工艺基准与编程计算的基准统一。（2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后就能加工出全部待加工表面。（3）避免采用占机人工调整式方案，以充分发挥数控机床的效能。2．夹具的选择（1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其它通用夹具，以缩短准备时间，节省生产费用。（2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。（3）夹具要开敞，加工部位开阔，夹具的定位、夹紧机构元件不能影响加工中的进给（如产生碰撞等）。（4）装卸零件要快速、方便、可靠，以缩短准备时间，批量较大时应考虑采用气动或液压夹具、多工位夹具。10.2.5数控车床的编程特点1．数控车床编程坐标系的建立在编制零件的加工程序时，必须把零件放在一个坐标系中，只有这样才能描述零件的轨迹，编出合格的程序。下面介绍FANUC系统数控车床的编程坐标系。FANUC系统数控车床的编程坐标系如图10.11所示，纵向为Z轴方向，正方向是远离卡盘而指向尾座的方向；径向为X轴方向，与Z轴相垂直，正方向亦为刀架远离主轴轴线的方向。编程原点OP一般取在工件端面与中心线的交点处。图10.11数控车床编程坐标系后刀架2．数控车床及车削中心的编程特点（1）数控车床上工件的毛坯大多为圆棒料，加工余量较大，一个表面往往需要进行多次反复的加工。如果对每个加工循环都编写若干个程序段，就会增加编程的工作量。为了简化加工程序，一般情况下，数控车床的数控系统中都有车外圆、车端面和车螺纹等不同形式的循环功能。（2）数控车床的数控系统中都有刀具补偿功能。在加工过程中，对于刀具位置的变化、刀具几何形状的变化及刀尖的圆弧半径的变化，都无需更改加工程序，只要将变化的尺寸或圆弧半径输入到存储器中，刀具便能自动进行补偿。（3）数控车床的编程有直径、半径两种方法。所谓直径编程是指X轴上的有关尺寸为直径值，半径编程是指X轴上的有关尺寸为半径值。FANUC数控车床是采用直径编程。典型车削零件分析P1361、加工内容有哪些2、工序顺序安排3、加工路线安排4、切削用量10.2.6典型车削零件的工艺分析图10.12中间轴以图10.12所示的中间轴为例，介绍轴类零件的工艺分析及编程。1．分析零件图样该零件由圆柱、顺圆弧、逆圆弧等表面组成。其中两端Ф20的轴颈因为要与其它零件配合，所以技术要求很高，公差为IT6，表面粗糙度为Ra0.8；两端Ф26的台阶面有圆跳动要求，其它轴颈的精度要求不高。该零件材料为20CrMnTi，硬度为HRC≥58。通过分析，采取以下工艺措施：（1）零件图样上带公差的尺寸，编程时取其平均值。（2）两端Ф20的轴颈、Ф26的台阶面按粗车→精车→磨削进行，以保证其精度和表面粗糙度要求。2．加工方案的拟定该零件的加工工艺过程见表10.6。3．数控车削加工方案的拟定由表10.6可以看出，30号工序要在数控车床上完成，其工序图如图10.14所示。（1）确定装夹方案以零件两端的中心孔为定位基准，采用两顶尖装夹的方式。（2）确定加工顺序①粗、精车Ф26、Ф47.5外圆并倒角；②粗、精车Ф200-0.2外圆并倒角。（3）刀具将所选定的刀具参数填入表10.7中间轴数控加工刀具卡片中，以便于编程和操作管理。表5.7支撑套数控加工工序卡片（4）确定切削用量①切削深度粗车时，单边外圆的切削深度为1.5mm左右，圆弧为R0.8～1mm；精车时，单边外圆的切削深度为0.15mm左右，圆弧为R0.4mm。②切削速度为30～60㎜/min。③进给速度粗车时为0.2mm/r，精车时为0.1mm/r。10.3实训内容分析如图10.15所示的零件数控加工工艺，并制作工艺资料及表格。图10.15实训题