第6章 车削加工

车削加工是机械加工中最主要的加工方法之一，主要用来加工轴类、盘类等回转体类零件。和前面介绍的平面铣和型腔铣加工类似，UGNXCAM在车削、钻孔加工方面也具有强大的功能。本章详细介绍车削、钻孔等加工的刀具设置、加工参数设置等方法，并附实例加以说明。第6章车削加工6.1入门引例NX车削模块提供了粗车、精车、车退刀槽、车螺纹和钻孔循环等加工类型。能准确控制进给量、主轴转速和加工余量等参数。对于如图6-1所示的回转体外表面，可利用NX车削模块完成车削加工。打开NX8.0，从“开始”切换到加工模块。如图6-2所示，系统弹出【加工环境】对话框。在“CAM会话配置”中选择“cam_general”或“lathe”，在“要创建的CAM设置”中选择“turning”，单击【确定】按钮，完成加工环境的初始化。图6-1零件图展开操作导航器，切换至几何视图，然后双击“MSC_SPINDLE”，弹出【TurnOrient】对话框，选择加工平面为ZM-XM，其它选项保持默认，如图6-3所示。在操作导航器中双击“WORKPIECE”，弹出“工件”对话框，如图6-4所示。图6-2【加工环境】对话框图6-3加工坐标系和加工平面的确定•图6-4工件对话框图6-5车加工横截面确定选择“工具”→“车加工横截面”，弹出6-5所示的对话框，保持缺省的“全剖”选项，鼠标选项车削零件，单击鼠标中键，【确定】按钮变亮，单击【确定】，生成零件横截面，如图6-6所示。图6-6零件横截面在操作导航器中双击“TURNINGWORKPIECE”，弹出车削边界对话框，如图6-7所示。选择“指定毛坯边界”图标，弹出选择毛坯对话框，如图6-9所示。输入长度为102，直径为41，单击【确定】按钮。创建车削加工的刀具。单击“创建刀具”图标，弹出【创建刀具】对话框，如图6-10所示。选择标准车刀，参数采用缺省值，设置如图6-11所示。图6-8车削边界定义图6-9定义毛坯图6-10创建刀具对话框图6-11车刀尺寸定义对话框在【加工创建】工具条中单击，弹出【创建操作】对话框，在操作子类型中选择图标，参数设置如图6-12所示。单击【确定】按钮，弹出【粗车_OD】对话框内，保持缺省值，输入“步进”中最大值为2mm，如图6-13所示。单击图标，生成加工轨迹，如图6-14所示。图6-12【创建操作】对话框图6-13【粗车_OD】对话框图6-14加工刀具轨迹6.2车削加工概述6.2.1概述车削加工的加工对象主要是各种回转表面（内外圆柱面、中心孔、圆锥面、环槽、回转体成型面等）和回转体的端面以及螺纹等。这种加工方式的共同特点是以车刀或钻头为主要切削工具，进行各种车削加工。UGNX8.0CAM车削加工包含粗车（Roughing）、精车（Finishing）、中心孔加工（CenterlineDrilling）、镗孔（Boring）及旋转体加工（Rotating）等功能。车削加工通常指对零件外表面和外端面的加工；镗加工是对于内表面和腔体的加工；中心孔加工包含中心孔的钻削、铰孔及攻丝等。旋转体加工包括车槽、车螺纹、切断等操作。加工模块提供了21种加工子类型。NX8车削加工的特点如下：使用固定切削刀具加强并合并基本切削操作。为车床提供了更强大的粗加工、精加工、开槽、螺纹加工和钻孔功能，该模块使用方便，具备了车削的核心功能。粗加工和精加工的“切削区域”是“自动检测”的，能更快地获得结果。教学模式操作具有最大的灵活性，特别是希望手工将刀具控制到位的时候。提供了动画功能，如刀轨回放中的材料移除过程显示和处理中的工件的3D显示。可以更好地支持在一个编程会话中以及为机床创建车削、铣削和钻孔操作。允许为多个主轴设置创建NC程序。系统使您能够连续规划每个单独子主轴组的加工工艺，然后重新排列操作顺序。6.2.2车削加工的步骤1.准备工作把待加工部件和工件（毛坯）的实体模型进行装配。设置程序零点－MCS标识“部件”和“毛坯”几何体到CAM系统选择和安装使用的刀具（可以在编程过程中执行）。2.编程工作创建面加工操作创建中心线钻孔操作创建粗加工操作创建精加工操作管理程序3.最终活动检查程序（完整检验、可视化、机床仿真）后处理创建车削加工刀具6.3创建车削加工刀具在UGNX车削中，车削加工刀具主要包含中心孔钻头、标准车刀、切槽车刀、螺纹车刀以及成型车刀等几种。其中，标准车刀又包括外圆车刀和内孔车刀，标准车刀的形状以菱形为主，切槽车刀多为长梯形。不同的车刀对应着不同的车削加工类型，选择车刀时，首先要考虑车削加工的部位，其次考虑刀具的形状和尺寸。刀具编号可以反映出其适宜加工的类型，比如“OD-80-L”表示刀刃在左侧的外圆车刀，刀尖角度为80度。其中：OD表示外表面加工，80表示刀具的方向角度，L表示左侧。具体刀具创建如图6-16所示。下面简要介绍各种车削加工类型常用的刀具。1.中心孔钻头中心孔钻削是利用车削主轴中心线上的固定刀具（钻头）和旋转的工件来进行钻孔，在图6-16所示的【创建刀具】对话框中，单击“SPOTDRILLING_TOOL”或“DRILLING_TOOL”按钮，再单击【确定】按钮，弹出如图6-17所示的【钻刀】对话框。2.标准车削刀具标准车刀的定义主要包括刀具外形尺寸和刀柄几何尺寸，在【创建刀具】对话框中，单击按钮，系统弹出如图6-18所示的【车刀-标准】对话框。（1）“镶块”选项组该选项组用来指定ISO刀片的形状和位置。ISO刀片形状：该选项用来定义刀片的形状，包括平行四边形、菱形、六边形、八边形、五边形、矩形、圆形、正方形以及三角形等不同形状，用户也可以选择“用户定义形状”来创建自己的刀片。刀片位置：该选项定义主轴的选择方向，车床主轴顺时针旋转时选择顶侧，逆时针时选择底侧。（2）“尺寸”选项组该选项组用来显示刀尖角度，指定刀尖半径和方向角度。刀尖角度：用来显示或者输入刀片的刀尖角度。系统根据所选刀具ISO插入形状取值，如果是用户自定义的刀具，则该选项被激活，在其文本框中输入数值已定义刀尖角。刀尖半径：用来定义刀尖圆角的半径。方向角度：刀具刃口与加工表面之间的夹角，确定刀柄相对于车窗主轴轴线的位置。（3）“刀片尺寸”选项组该选项组用来设置刀片的尺寸。“测量”下拉选项中有【切削边缘】、【内切圆（IC）】以及【ANSI（IC）】等3种方式分别指定刀片的切边长度尺寸、刀片内切圆直径和ANSI标准的刀片内切圆直径，从而设定刀片尺寸。（4）“更多”选项组该选项组包含“退刀槽角”、“厚度代码”和“厚度”选项，用来设置刀片的刃倾角和刀片的厚度。3.车槽刀具车槽刀具用于零件中的退刀槽等凹槽结构，图6-16中车槽刀具包括三种，对应不同的切削面，单击按钮，弹出如图6-19所示的【槽刀-标准】对话框，其参数设置大多与标准车刀相似，下面对某些选项进行说明。4.螺纹车刀车制内外螺纹时，用到螺纹刀具。图6-4中螺纹刀具图标，选择其中一个，进行螺纹车刀的定义，如图6-20所示。螺纹车刀包含两种：标准螺纹车刀和梯形螺纹车刀。刀片形状选择【标准螺纹车刀】时，使用刀尖半径参数定义刀尖尺寸；当选择【梯形螺纹车刀】时，使用刀尖宽度参数定义刀尖尺寸。螺纹刀具的另一个参数为刀尖偏置，对于标准螺纹车刀来说，此参数是刀尖底部与刀具侧面的间距，对于梯形螺纹车刀来说，此参数表示刀尖右侧点与刀具左侧面的问距。6.4创建几何体车削加工的零件为回转体结构，因此车削加工几何体可认为是二维结构，通过边界来定义。车削加工几何体由加工坐标系、零件、毛坯以及避让几何体组成。实际操作中通常先定义加工坐标系，确定车削的主轴，之后通过主轴来定义车削横向截面，得到待加工旋转体的截面边界结构，再根据得到的边界定义零件与毛坯。6.4.1加工坐标系根据车削加工的特点可知，加工坐标系只需定义在二维界面上。在车削加工环境下，单击创建几何体按钮，弹出如图6-21所示的【MCS主轴】对话框。在确定加工的加工坐标系时，加工坐标系的方向必须和机床坐标轴的方向一致，加工坐标系和机床坐标系应该在同一个坐标原点上。图6-21【MCS主轴】对话框图6-22数控车床的坐标系图6-23设定编程坐标系1.机床坐标系数控车床与数控铣床一样，以机床原点为坐标原点建立起来的直角坐标系称为机床坐标系。数控车床的机床坐标系是机床固有的，它是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础。其坐标轴及方向按标准规定，其坐标原点的位置则由各机床生产厂设定，一般情况下，不允许用户随意变动。2.车床工作平面车床工作平面是指车刀运动的二维平面，是由机床坐标系中的二个轴组成。此处有二个选项，即ZM-XM和XM-YM。为了使编程坐标系方向与机床坐标系方向一致，建议使用车床工作平面为“ZM-XM”。车床工作平面第一个轴是指主轴轴线，即数控车床编程中的Z轴，使用ZM-XM则ZM为主轴；另一个轴则是数控车床编程中的X轴。6.4.2车削几何体（WORKPIECE）WORKPIECE（工件）主要设置包括：指定部件、指定毛坯、指定检查等。如图6-25所示。（1）指定部件与平面铣一样，在绘图区域中直接选中要加工的模型即可。（2）指定毛坯选中“指定毛坯”图标后，可以用来选取毛坯。具体方法同2.5中“铣削几何体”。6.4.3车削横向截面车削加工横截面用来生成旋转体过轴线的截面，得到零件横截面的边界线，从而精确定义车削加工的零件边界和毛坯边界。在主菜单中，选择“工具”→“车加工横截面”命令，弹出如图6-26所示的【车加工横截面】对话框。可以选择生成简单截面，由一个平面进行切割产生，也可以生成复杂截面，使用多个通过轴线的平面进行切割产生。选择整个部件，然后单击按钮或单击鼠标中键，再单击【确定】按钮，完成横截面的生成。6.4.4车削零件几何体（TURNINGWORKPIECE）在导航器中右键单击“TURNING_WORKPIECE”，或双击该选项，弹出如图6-27所示的【车削工件】对话框。在此可指定部件边界及毛坯边界。1.部件边界的定义部件边界即被车削零件的外轮廓，如果已经指定了“车加工横截面”，那么默认的部件边界是整个回转体工件的半面轮廓边界，在“部件边界”对话框中只要点击【确定】即可。2.毛坯边界的定义（1）“棒料”按钮该按钮用来定义棒料毛坯，适合于定义实心的加工几何体。单击该按钮，“点位置”选项组用来指定毛坯的安装位置，“在主轴箱处”表示毛坯轴线与主轴方向相同，“远离主轴箱”表示毛坯轴线与主轴方向相反，通常选择在主轴箱处。指定直径、长度来定义毛坯的几何尺寸。（2）“管材”按钮该按钮用来定义管料毛坯，适合于定义带有中心孔的加工几何体。定义方法与棒料的方法相同。（3）“从曲线”按钮与零件几何体的定义类似，毛坯几何体也可以通过指定曲线边界来定义，选择图标，单击“选择”，弹出【毛坯边界】对话框。通过选取面、线或点等方式定义边界曲线。（4）“从工作区”按钮该按钮用来选择已有的工件作为毛坯，适用于同一主轴上加工多个零件。6.4.5包容几何体包容几何体用于规定车削加工的区域范围。在定义零件几何体时，通常选取区域广阔的零件边界，但针对某个车削操作时，往往需要仅对某些部位进行加工，在不重新定义零件边界的前提下，通过定义包容几何体来限制加工区域的范围，不允许对区域外的部分进行加工。在【创建几何体】对话框中选择“包容几何体”按钮，单击【确定】按钮，进入【空间范围】对话框。定义包容几何体的方式有两种，即修剪平面和修剪点。6.5中心孔加工采用车削进行中心孔加工能够保证较高的位置精度和表面粗糙度，NX8提供的中心孔操作包括中心孔钻削、锪孔、啄钻、断屑钻、饺孔和攻丝等。中心孔操作对话框如图6-40所示，选择不同的孔加工操作，其参数也会相应地发生变化，下面对其中一些常用的加工参数进行介绍。1.循环类型（1）循环“循环”用来设置中心孔加工的循环类型。系统提供了6种循环方式：“钻”、“钻，深”、“钻，断屑”、“攻丝”、“攻丝，浅”和“镗”。镗孔标准循环的刀具运动过程，取决于机床和后置处理器。典型的镗孔运动为：刀具进给到孔的最终深度后回退到操作安全点。（2）输出选项为了让系统自动计算钻孔的刀具路径，