第4章数控车床加工及其编程-XXXX

1第四章数控车床加工工艺与编程数控车床的主要加工对象；数控车床加工工艺基础；数控车床的编程基础；数控车床编程的基本方法；2第一节数控车床的加工对象一、加工对象：加工轴类、盘状类等回转类零件。可以自动完成外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹、端面等表面的加工。并能进行车槽、钻孔、扩孔和铰孔等工作。具体1、加工精度要求高的零件；数控车床刚度好，制造和对刀精度高，能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿。有些时候可以“以车代磨”。能加工直线度、圆度和圆柱度等形状精度要求高的零件。33、表面轮廓形状复杂的零件具有直线和圆弧插补功能。可以车削任意直线和曲线组成的形状复杂的回转体零件。对于非圆曲线组成的零件轮廓应先由直线或圆弧去逼近，然后再用直线或圆弧插补功能进行插补切削。4、导程有特殊要求的螺纹零件可以加工增螺纹、减螺纹以及要求等导程和变导程之间平滑过渡的螺纹。2、表面质量要求高的零件数控车床能够进行横线速度切削，能将工出表面粗糙度Ra值小的圆锥面和端面。4立式数控车床用于回转直径较大的盘类零件的车削加工。卧式数控车床用于轴向尺寸较长或小型盘类零件的车削加工。二、数控车床简介数控车床分为立式数控车床和卧式数控车床两种相对于立式数控车床来说，卧式数控车床的结构形式较多、加工功能丰富、使用面广。本教程主要针对卧式数控车床进行介绍。卧式数控车床按功能可进一步分为：经济型数控车床、普通数控车床和车削加工中心。51．经济型数控车床采用步进电动机和单片机对普通车床的车削进给系统进行改造后形成的简易型数控车床，成本较低，但自动化程度和功能都比较差，车削加工精度也不高，适用于要求不高的回转类零件的车削加工2．普通数控车床根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床，数控系统功能强，自动化程度和加工精度也比较高。适用于一般回转类零件的车削加工。这种数控车床可同时控制两个坐标轴，即X轴和Z轴。63．车削加工中心在普通数控车床的基础上，增加了C轴和动力头，更高级的机床还带有刀库，可控制X、Z和C三个坐标轴，联动控制轴可以是(X、Z)、(X、C)或(Z、C）。由于增加了C轴和铣削动力头，除可以进行一般车削外，还可以进行径向和轴向铣削、曲面铣削、中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工。78第二节数控车床加工工艺基础主要内容有：分析零件图样；确定工件的装夹方式；各表面的加工顺序；刀具的进给路线切削用量的选择。93.2.1零件图工艺分析1.结构工艺性分析：分析给定元素的条件是否充分，审查制造的可行性和经济性。2.零件轮廓几何要素分析：为了计算每个基点坐标，要求图样上的给定尺寸要完整，且不能自相矛盾，所确定的加工零件轮廓是唯一的。103.精度及技术要求分析：精度及技术要求分析的主要内容：一是分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理；二是分析本工序的数控车削加工精度能否达到图样要求，若达不到，需采取其他后续工序弥补时，则应给后续工序留有一定余量；三是找图样上有位置精度要求的表面，这些表面应在一次装夹下完成；四是对表面粗糙度要求较高的表面，应确定用恒线速度切削。113.2.2工序的划分应按工序集中的原则划分。根据零件结构形状不同，通常选择：外圆和端面或内孔和端面装夹，并力求设计基准、工艺基准和编程原点的统一批量生产中常用：1、按零件加工表面划分将位置要求较高的表面在一次装夹中完成，以免多次定位夹紧产生的误差影响位置精度。122、按粗、精加工对毛坯余量较大和加工精度要求较高的零件，应将粗、精分开，划分成两道或更多道工序。粗车安排在精度较低、功率较大的数控机床上进行，将精车安排在精度较高的数控机床进行。3、按所用刀具种类以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序13三、加工顺序的确定原则：1、先粗后精：按照“粗车—半精车—精车”的顺序进行逐步提高零件的加工精度。2、先近后远：先加工离对到点近的部位，再加工离对到点远的部位。143、内外交叉对既有内表面（内型、腔），又有外表面需加工的零件，安排加工顺序：先进行内外表面的粗加工，再进行内外表面的精加工4、最后加工槽、螺纹153.2.4进给路线确定进给路线是指刀具从对刀点（或机床固定原点）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切入、切出等非切削空行程。1、最短的空行程路线2、最短的切削进给路线3、大余量毛坯的阶梯切削进给路线4、完工轮廓的连续切削进给路线5、特殊的进给路线16(1)巧用起刀点(2)巧设换刀点1、最短的空行程路线如采用矩形循环方式进行粗车如图3-7，将换刀点由A点换刀B点，缩短空行程距离17(3)合理安排“回零’’路线在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量缩短，或者为零，即可满足进给路线为最短的要求。此外，在选择返回对刀点指令时，在不发生加工干涉现象的前提下，宜尽量采用X，Z坐标轴双向同时“回零”指令，该指令功能的“回零路线将是最短的。182．最短的切削进给路线切削路线为最短可有效提高生产效率，降低刀具的损耗。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。矩形最短G73G71193．大余量毛坯的阶梯切削进给路线每次所留余量相等（b）图20根据数控车床加工的特点，还可以采用依次从轴向和径向进刀，顺零件毛坯轮廓切削进给的路线，如图3—10所示214．完工轮廓的连续切削进给路线在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时其零件的完工轮廓应由最后一刀连续加工而成，这时加工刀具的进、退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切入和切出或换刀及停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，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。5．特殊的进给路线用尖形车刀加工大圆弧内表面223.2.5夹具的选择和装夹方式的确定为了缩短生产周期，数控机床上一般采用通用夹具。1．定位基准的选择应该尽量使设计基准、工艺基准与定位基准重合，减少基准不重合误差和编程中的计算工作量，并减少工件的装夹次数；在多工序或者多次装夹中，要选择相同的定位基准，保证工件的位置精度；要保证定位准确、夹紧可靠，操作方便。23(1)三爪自动定心卡盘装夹这种方式装夹工件方便，但精度不是太高。适用于装夹外圆规则的中、小型工件。2．数控车床常用的装夹方式24(3)卡盘和顶尖装夹这种方式装夹工件的刚性好，轴向定位准确，能承受较大的轴向切削力，装夹可靠。实用于装夹较大的工件。一般在卡盘内装一限位支承或利用工件台阶限位，防止工件由于切削力的作用产生轴向位移(2)两顶尖装夹这种装夹方式精度高，能较好地保证工件的同轴度要求，且适合于长度尺寸较大或工序较多的轴类零件的装夹253.2.6刀具的选择1、数控机床车削常用的车刀一般分为3类，即尖形车刀、圆弧车刀和成形车刀1）尖形车刀以直线形切削刃为特征。这类车刀的刀尖由直线形的主副切削刃构成，如90°内、外圆车刀，左右端面车刀、切断车刀等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262）圆弧形车刀特征：构成主切削刃的刀刃形状为圆弧。该圆弧刃上每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因此，刀位点不在圆弧刃上，而在圆弧的圆心上。圆弧形车刀可以用于车削内、外表面，特别适合于车削各种光滑连接（凹形）成型面。273)成型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。282、数控车床的刀具选择在数控车床或车削加工中心上车削零件时，应根据车床的刀架结构和可以安装刀具的数量，合理、科学地安排刀具在刀架上的位置，并注意避免刀具在静止和工作时，刀具与机床、刀具与工件以及刀具相互之间的干涉现象。数控车床上常用的刀具如图所示。29303.2.7对刀在数控车削加工中，应首先确定零件的加工原点，以建立准确的加工坐标系；同时，还要考虑刀具的不同尺寸对加工的影响。这些都需要通过对刀来解决。对刀点的选择原则便于用数字处理和简化程序编制在机床上找正容易，加工中便于检查引起的加工误差小对刀点可选在工件上，也可选在工件外面（如选在夹具上或机床上）。但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系。31数控车削加工的对刀试切对刀机外对刀仪对刀ATC对刀自动对刀对刀方法321．一般对刀（试切）一般对刀是指在数控机床上作手动对刀。数控车床所用的位置检测器分相对式和绝对式两种332．机外对刀仪对刀机外对刀的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间在X方向及Z方向的距离，即刀具在X向和Z向的长度。利用机外对刀仪可将刀具预先在机床外校对好，以便装上机床即可以使用。图3—16是一种比较典型的机外对刀仪，它可适用于各种数控车床。针对某台具体的数控车床，应制作相应的对刀刀具台，将其安装在刀具台安装座上。34这个对刀刀具台与刀的连接结构及尺寸，应与数控车床刀架相应结构及尺寸相同，甚至制造精度也要求与数控车床刀架相应部位一样。此外，还应制作一个刀座、刀具联合体(也可将刀具焊接在刀座上)，作为调整对刀仪的基准。把该联合体安装在数控车床刀架上，尽可能精确地校对出X向及Z向的长度，并将这两个值刻在联合体表面，对刀仪使用若干时间后就应装上这个联合体作一次调整。353、ATC对刀在数控车床上利用对刀显微镜自动地计算出车刀X向和Z向两个长度的简称。364.自动对刀373.2.8车削用量的选择38（1）光车时的主轴转速影响因素：零件上被加工部位的直径、零件和刀具的材料；加工性质3940不同的数控系统，推荐不同的螺纹主轴转速，一般数控车床切削螺纹时的主轴转速为：影响因素：螺纹螺距（或导程）的大小；驱动电动机的升降频率特性；螺纹插补运算速度等3.进给速度确定41在编程时可以按进给量编程，也可以按进给速度编程，确定好进给量f后，进给速度vf可以按下式计算：423．3数控车床的编程基础3.3.1数控车床编程特点①在一个程序段中，根据图样上标注的尺寸编写运动坐标值，既可以采用绝对值编程(X，Z)，也可以采用相对值编程(U，W)，或二者混合编程。②为了方便编程和增加程序的可读性，X坐标采用直径编程，即程序中X坐标以直径值表示；用增量编程时，以径向实际位移量的二倍值表示，并附以方向符号(正向可以省略)。43③由于车削常用的毛坯为棒料或锻件，加工余量大，为简化编程，数控系统常具有不同形式的固定循环功能，可进行多次重复循环切削，如圆柱面切削固定循环、圆锥面切削固定循环、端面切削固定循环、车槽循环、螺纹切削固定循环及复合切削循环。④编程时，常认为车刀刀尖为一个点。而实际上，为了提高刀具寿命和工件的表面质量，车刀刀尖常为一个半径不大的圆弧。因此，为了提高工件的加工精度，当用圆头车刀加工编程尺寸，需要对刀具半径进行补偿。⑤换刀一般在起刀点进行，同时应注意换刀点选择在工件外安全的地方443.3.2数控车床坐标系后刀座坐标系前刀座坐标系453.3.3数控车床编程基本功能指令1．准备功能指令准备功能指令又称G指令或G代码，它是建立机床或控制数控系统工作方式的一种指令。G指令由字母G和其后两位数字组成。不同的数控车床，其指令系统也不尽相同。例如，FANUC0T／18T系统的数控车床常用的准备功能指令，见表3—2。4647注：①有标记“”的指令为开机时即已被设定的指令。②属于“00组群”的G码是非模态指令，只能在指定的程序段中有效。③一个程序段中可使用若干个不同组群的G指令，在FANUC系统中，若使用一个以上同组群的G指令则最后一个G指令有效。2．辅助功能指令辅助功能指令又称M指令或M代码。这类指令的作用是控制机床或系统的辅助功能动作，如冷却泵的开、关；主轴的正转、反转；程序结束等。M指令由字母M和其后两位数组成，例如FANUC—OT／18T系统常用辅助功能指令，见表3—3。48493．其他功能指令除了G指令和M指令外，编程时还应有F功能、S功能和T