数控车削加工工艺基础

数控车削加工工艺基础知识、能力目标数控车削加工工艺的内容数控车削加工工艺的制订轴类零件的数控车削加工工艺分析小结知识、能力目标知识目标掌握数控车床加工工艺的基本特点；数控车床加工工艺的主要内容，零件图工艺性分析、定位与夹紧方案的确定、加工顺序的确定、刀具进给路线的确定、夹具的选择、刀具的选择、切削用量的选择。能力目标具备制订简单零件数控车削加工工序卡的能力。数控车削加工工艺的内容数控车削加工的主要对象数控车削加工工艺的主要内容数控车削加工工艺的基本特点工艺内容具体工艺设计严密注重加工的适应性数控车削加工的主要对象1．适于数控车削加工的内容（1）普通车床上无法加工的内容应作为优先选择内容；（2）普通车床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；（3）普通车床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。数控车削加工的主要对象是：精度要求高的回转体零件；表面粗糙度要求高的回转体零件；轮廓形状特别复杂的零件；带特殊螺纹的回转体零件等。2.不宜选择采用数控车削加工的内容（1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容；（2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。不能在一次安装中加工完成的其它零星部位，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排普通机床补加工。（3）按某些特定的制造依据（如：样板、样件、模胎等）加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。（4）必须按专用工装协调的孔及其它加工内容；此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的。要防止把数控机床降格为通用机床使用。数控车削加工工艺的主要内容数控车床加工程序不仅包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量，走刀路线，刀具尺寸以及车床的运动过程。因此，数控加工工艺主要包括以下几个方面的内容：（1）通过数控加工的适应性分析选择并确定进行数控加工的零件内容；（2）结合加工表面的特点和数控设备的功能对零件进行数控加工的工艺分析；（3）进行数控加工的工艺设计；（4）根据编程的需要，对零件图形进行数学处理和计算；（5）编写加工程序单（自动编程时为源程序，由计算机自动生成目标程序—加工程序）；（6）检验与修改加工程序；（7）首件试加工以进一步修改加工程序，并对现场问题进行处理；（8）编制数控加工工艺技术文件，如数控加工工序卡、程序说明卡，走刀路线图等。数控车削加工工艺的制订零件图样分析工序和装夹方式的确定加工顺序的安排进给路线的确定定位与夹紧方案的确定夹具的选择数控车削刀具的选择切削用量的选择零件图样分析尺寸标注应符合数控加工的特点检查构成加工轮廓的几何要素有无完整、准确分析尺寸公差、表面粗糙度要求形状和位置公差要求结构工艺性分析工序和装夹方式的确定选择加工方法加工阶段的划分粗加工阶段半精加工阶段精加工阶段光整加工阶段工序的划分按零件加工表面划分以粗、精加工划分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。如图2-4所示的轴承内圈，其内孔对小端面的垂直度、滚道和大挡边对内孔回转中心的角度差以滚道与内孔间的壁厚差均有严格的要求，精加工时划分成两道工序，用两台数控车床完成。第一道工序采用图2-4a所示的以大端面和大外径装夹的方案，将滚道、小端面及内孔等安排在一次安装下车出，很容易保证上述的位置精度。第二道工序采用图2-4b所示的以内孔和小端面装夹方案，车削大外圆和大端面。a）第一道工序b）第二道工序图2-4轴承内圈加工方案对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生较大的变形而需要进行校正，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。对于毛坯余量较大和精加工精度较高的零件，应将粗车和精车分开，划分成两道或更多的工序。将粗车安排在精度较低、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。如图2-4所示的轴承内圈就是按粗、精加工划分工序的。加工顺序的安排先粗后精在车削加工中，应先安排粗加工工序。在较短的时间内，将毛坯的加工余量去掉，以提高生产效率。先近后远通常安排离刀具起点近的部位先加工，离刀具起点远的部位后加工，这样，不仅可缩短刀具移动距离、减少空走刀次数、提高效率，还有有利于保证坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。先内后外在加工既有内表面（内孔），又有外表面需加工的零件，应先安排进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工，易控制其内外表面的尺寸和表面形状的精度。进给路线的确定最短的空行程路线巧用起刀点合理安排回零路线最短的切削进给路线零件轮廓精加工一次走刀完成特殊处理先精后粗分序加工定位与夹紧方案的确定在零件加工的工艺过程中，合理选择定位基准对保证零件的尺寸和相互位置精度起着决定性的作用。定位基准又有以毛坯表面作为基准面的粗基准和以已加工的表面作为基准面的精基准两种。在确定定位基准与夹紧方案时，应注意以下几点：（1）力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。（2）选择粗基准时，应尽量选择不加工表面或能牢固、可靠地进行装夹的表面，并注意粗基准不宜进行重复使用。（3）选择精基准时，应尽可能采用设计基准或装配基准作为定位基准，并尽量与测量基准重合，其基准重合是保证零件加工质量最理想的工艺手段。精基准虽可重复使用，但为了减少定位误差，仍应尽量减少精基准的重复使用（即多次调头装夹等）。（4）设法减少装夹次数，尽可能做到一次定位装夹后能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥机床的效率。（5）避免采用占机人工调整式方案，以免占机时间太多，影响加工效率。数控车削刀具的选择数控车床对刀具的要求刀具性能方面强度要高；精度要高；切削速度和进给速度要高；耐用度要高；断屑及排屑性能好刀具材料方面较高的硬度和耐磨性；较高的耐热性；足够的强度和韧性；较好的导热性；良好的工艺性；较好的经济性。数控车削普通车刀的种类和用途尖形车刀以直线形切削刃特征的车刀一般称为尖形车刀圆弧形车刀圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀成型车刀俗称样板车刀，加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削机夹可转位车刀（标准化刀具）切削用量的选择数控车削加工中的切削用量是机床主体的主运动和进给运动速度大小的重要参数，包括切削深度ap、主轴转速S（n）或切削速度vC、进给量f或进给速度Vf，并与普通车床加工中所要求的各切削用量基本一致。加工程序的编制工作中，选择好切削用量，使切削深度、主轴转速和进给速度三者间能互相适应，形成最佳切削参数，是工艺处理的重要内容之一。切削深度ap的确定主轴转速S（n）或切削速度vC的确定进给量f或进给速度Vf的确定轴类零件的数控车削加工工艺分析零件的结构特点和技术要求轴类零件的材料、毛坯及热处理轴类零件的加工工艺分析轴类零件的结构特点是均为长度大于直径的回转体，长径比小于6mm的称为短轴，大于20mm的称为细长轴。轴类零件一般由同轴线的外圆柱面、圆锥面、圆弧面、螺纹及键槽等组成。按结构形状的不同，轴类零件可分为光轴、阶梯轴、空心轴和曲轴四种。轴类零件的技术要求是设计者根据轴的主要功用以及使用条件确定的，通常有以下几方面的内容。1．加工精度（1）尺寸精度主要指结构要素的直径和长度的精度。直径精度由使用要求和配合性质确定；对于主要支承轴颈，常为IT9~IT6；特别重要的轴颈，也可为IT5。轴的长度精度按未注公差尺寸加工；要求较高时，其允许偏差约为0.05～0.2mm。（2）形状精度主要指轴颈的圆度、圆柱度等，因轴的形状误差直接影响与之相配合零件的接触质量和回转精度，因此一般限制在公差范围内；要求较高时可取直径公差的1/2～1/4，或另外规定允许偏差。（3）位置精度包括装配传动件的配合轴颈对于支承轴颈的同轴度、圆跳动及端面对轴心线的垂直度等。普通精度的轴，配合轴颈对支承轴颈的径向圆跳动一般为0.01～0.03mm，高精度的轴为0.005～0.01mm。2．表面粗糙度轴类零件主要工作表面的粗糙度，根据其运动速度和尺寸精度等级决定。支承轴颈的表面粗糙度Ra值一般为0.8～0.2μm；配合轴颈的表面粗糙度Ra值一般为3.2～0.8μm。3．其它要求为改善轴类零件的切削加工性能或提高综合力学性能及使用寿命等，还必须根据轴的材料和使用条件，规定相应的热处理和平衡要求。轴类零件大都用优质中碳钢（如45钢）制造；对于中等精度而转速较高的轴，可选用40Cr、20CrMnTi等低碳合金钢，这类钢以渗碳淬火处理后，心部保持较高的韧性，表面具有较高的耐磨性和综合力学性能，但热处理变形大。若选用38CrMoAlA经调质和表面渗氮，不仅具有优良的耐磨性我耐疲劳性，而且热处理变形小。常用的热处理工艺有正火、调质、表面淬火、渗碳淬火和氮化等。轴类零件的毛坯类型和轴的结构有关。一般光轴或直径相差不大的阶梯轴可用热轧或冷拔的圆棒料；直径相差较大或比较重要的轴，大都采用锻件；少数结构复杂的大型轴，也有采用铸钢的。具有空心和内锥特点的轴类零件，在考虑支承轴颈、一般轴颈和内锥等主要表面的加工顺序时，可有以下几种方案（深孔应在粗车外圆后就进行加工）。①外表面粗加工——钻深孔——外表面精加工——锥孔粗加工——锥孔精加工。②外表面粗加工——钻深孔——锥孔表面粗加工——锥孔表面精加工——外表面精加工。③外表面粗加工——钻深孔——锥孔粗加工——外表面精加工——锥孔精加工。如图2-16所示，针对CA6140型车床主轴的加工顺序来说，可作这样的分析比较。第一方案：在锥孔粗加工时，由于要用已精加工过的外圆表面作精基准面，会破坏外圆表面质量，所以此方案不宜采用。第二方案：在精加工外圆表面时，还要再插上锥堵，这样会破坏锥孔精度。另外，在加工锥孔时不可避免的会有加工误差（锥孔的磨削条件比外圆磨削条件差），加上锥堵本身的误差等就会造成外圆表面和内锥面的同轴度误差的增大，故此方案也不宜采用。第三方案：在锥孔精加工时，虽然也要用已精加工过的外圆表面作为精基准面，但由于锥面精加工的加工余量已很小，磨削力不大；同时锥孔的精加工已处于轴加工的最终阶段，对外圆表面的精度影响不大；加上这一方案的加工顺序，可以采用外圆表面和锥孔互为基准，交替使用，能逐步提高同轴度。经过这一比较可知，像CA6140型车床主轴一类的轴件加工顺序，以第三方案为佳。图2-168CA6140型车床主轴简图本章全面介绍了数控车削加工工艺的主要内容、数控车削加工工艺的制订过程，从零件图样的工艺分析入手，确定工序和装夹方式，加工顺序的安排，进给路线的确定，定位方法与夹具的选择到数控车削刀具的选择和切削用量的选取。小结