數(shù)控車削工藝規(guī)程的制定

1、電 子 教 案課 題3.2數(shù)控車削工藝規(guī)程的制定課 型講授授課日期課次授課時數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1 理解數(shù)控車削工藝的基本特點；2掌握數(shù)控車削工藝的主要內(nèi)容。教學(xué)重點1 數(shù)控車削工藝的基本特點；2數(shù)控車削工藝的主要內(nèi)容。教學(xué)難點數(shù)控車削工藝的主要內(nèi)容學(xué)情分析學(xué)生已經(jīng)實習(xí)過數(shù)控車，故有一定的基礎(chǔ)。板書設(shè)計3.2數(shù)控車削工藝規(guī)程的制定教學(xué)程序教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)雙邊活動教學(xué)手段與教學(xué)方法導(dǎo)入新課講授新課講授新課講授新課講授數(shù)控車削加工工藝規(guī)程制訂的主要內(nèi)容有:分析零件圖樣、確定工件在車床上的裝夾方式、各表面的加工順序和刀具的進(jìn)給路線以及刀具、夾具和切削用量的選擇等.下面以典型軸類零件為例來介紹數(shù)控車削加工工藝規(guī)

2、程制訂的步驟,如圖-所示. 3.2數(shù)控車削工藝規(guī)程的制定一、分析零件圖樣 零件圖樣是工藝制訂中的首要工作,直接影響零件加工程序的編制及加工結(jié)果.首先熟悉零件在產(chǎn)品中作用、裝配關(guān)系和工作條件,搞清各項技術(shù)要求對零件裝配質(zhì)量和使用性能的影響,找出主要的和關(guān)鍵的技術(shù)要求,然后對零件圖樣進(jìn)行分析.主要需考慮以下幾方面. .圖紙審查()圖樣構(gòu)成輪廓的幾何元素充分性審查與分析. 圖3-7所示的零件表面由圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及螺紋等表面組成.其中多個直徑尺寸有較高的尺寸精度和表面粗糙度等要求;球面S50mm 的尺寸公差還兼有控制該球面形狀(線輪廓)誤差的作用.尺寸標(biāo)注完整,輪廓描述清楚.零件材料為45

3、鋼,無熱處理和硬度要求.通過審查得知:螺紋、槽、圓柱面和圓錐面輪廓要素均充分.而在圖-中,BC 段圓弧與CD 段圓弧切點C 以及CD 段圓弧與DE 段圓弧切點D 的尺寸未在圖樣上標(biāo)注出來,無法對它們編程加工,故需要計算解決.()審查定位基準(zhǔn)可靠性,加工精度、尺寸公差是否可以得到保證,應(yīng)采取的工藝措施.本 零件徑向基準(zhǔn)為零件軸線,軸向基準(zhǔn)為右端面.零件為回轉(zhuǎn)體,最大直徑為mm,若采用三爪卡盤進(jìn)行裝夾,應(yīng)保證軸線與機(jī)床主軸的同心度和偏角誤差小于一定值.為保證軸線與機(jī)床主軸的相對精度,可將零件右端車出夾持端,采用端面與卡盤端面緊靠定位;也可以右端鉆中心孔,采用頂尖頂緊進(jìn)行定位.本零件尺寸公差要求最高

4、為.mm,角度偏差不小于,表面粗糙度要求最高為.,采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工,可保證其要求.可采用粗車精車的加工方法進(jìn)行加工.對圖樣上給定的幾個精度要求較高的尺寸,因其公差數(shù)值較小,故編程時不必取平均值,而全部取其基本尺寸即可.毛坯選擇與分析本零件材料采用鋼,毛坯可選擇型材棒料.本零件最大直徑為mm,圓弧要素面最大直徑為mm,經(jīng)綜合考慮,可選擇直徑為mm 的型材棒料作為毛坯.此時,最小加工余量為()mm mm,要素面最小加工余量為()mmmm,可充分保證零件的尺寸精度和表面粗糙度.另外,為便于裝夾,坯件左端應(yīng)預(yù)先車出夾持部分(雙點畫線部分),右端面也應(yīng)先粗車出并鉆好中心孔.毛坯選mm 棒料.機(jī)床選擇

5、本零件為回轉(zhuǎn)體零件,表面有螺紋、圓弧面等復(fù)雜形狀,采用普通車床不易加工.尺寸精度要求較高,表面形狀可用數(shù)學(xué)模型表示.經(jīng)綜合考慮,可選擇數(shù)控車床作為本零件的加工機(jī)床.數(shù)控車床適合加工精度和表面粗糙度要求較高、表面形狀復(fù)雜、帶特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件.確定定位與裝夾方案在加工時,用以確定工件相對于機(jī)床、刀具和夾具正確位置所采用的基準(zhǔn),稱為定位基準(zhǔn).在各加工工序中,保證零件被加工表面位置精度的工藝方法是制訂工藝過程的重要任務(wù),它不僅影響工件各表面之間的相互位置尺寸和位置精度,而且還影響整個工藝過程的安排和夾具的結(jié)構(gòu),而合理選擇定位基準(zhǔn)是保證被加工表面位置精度的前提,因此,在選擇各類工藝基準(zhǔn)時,首先應(yīng)選擇

6、定位基準(zhǔn).定位基準(zhǔn)的原則定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分.零件粗加工時,以毛坯面作為定位基準(zhǔn),這個毛坯面被稱為粗基準(zhǔn);之后的加工中,必須以加工過的表面作為定位基準(zhǔn),這些表面被稱為精基準(zhǔn).選擇定位基準(zhǔn)時,是從保證工件加工精度要求出發(fā)的.在加工中,首先使用的是粗基準(zhǔn),但在選擇定位基準(zhǔn)時,為了保證零件的加工精度,首先考慮的是選擇精基準(zhǔn),精基準(zhǔn)選定以后,再考慮合理地選擇粗基準(zhǔn).)精基準(zhǔn)的選擇原則選擇精基準(zhǔn)時,應(yīng)重點考慮如何減少工件的定位誤差,保證加工精度,并使夾具結(jié)構(gòu)簡單,工件裝夾方便,具體的選擇原則為:()基準(zhǔn)重合原則.基準(zhǔn)重合原則,是指工件定位基準(zhǔn)的選擇應(yīng)盡量選擇在工序基準(zhǔn)上,也就是使工件的定位基準(zhǔn)與

7、本工序的工藝基準(zhǔn)盡量重合.()基準(zhǔn)統(tǒng)一原則.基準(zhǔn)統(tǒng)一原則,是指采用同一組基準(zhǔn)定位加工零件上盡可能多的表面.()互為基準(zhǔn)原則.對于某些位置精度要求高的表面,可以采用互為基準(zhǔn)、反復(fù)加工的方法來保證其位置精度.()自為基準(zhǔn)原則.對于精度要求很高的表面,在精密加工時,為了保證加工精度,要求加工余量小且均勻,這時可以選已經(jīng)加工過的表面自身作為定位基準(zhǔn).()便于裝夾的原則.所選擇的精基準(zhǔn),尤其是主要定位面,應(yīng)有足夠大的面積和精度,以保證定位準(zhǔn)確可靠,同時夾緊機(jī)構(gòu)簡單,操作方便.)粗基準(zhǔn)的選擇原則選擇粗基準(zhǔn)時,主要要求保證各加工面有足夠的余量,使加工面與不加工面之間的位置符合圖樣要求,并特別注意要盡快獲得精

8、基準(zhǔn)面.具體選擇時應(yīng)考慮下列原則:()重要表面原則(余量均勻原則).()保證相互位置要求的原則.如果工件上有多個不加工面,則應(yīng)選其中與加工面位置要求較高的不加工面為粗基準(zhǔn),以便保證要求,使外形對稱等.如圖-所示的工件,毛坯孔與外圓之間偏心較大,應(yīng)當(dāng)選擇不加工的外圓為粗基準(zhǔn),將工件裝夾在三爪自定心卡盤中,把毛坯的同軸度誤差在鏜孔時切除,從而保證其壁厚均勻.()不重復(fù)使用原則.()便于裝夾的原則.工件裝夾的方法一般軸類工件的裝夾方法有如下幾種:()三爪自定心卡盤(俗稱三爪卡盤)裝夾.特點:自定心卡盤裝夾工件方便、省時,但夾緊力沒有單動卡盤大.用途:適用于裝夾外形規(guī)則的中、小型工件.()四爪單動卡盤

9、(俗稱四爪卡盤)裝夾.特點:單動卡盤找正比較費(fèi)時,但夾緊力較大.用途:適用于裝夾大型或形狀不規(guī)則的工件.()一頂一夾裝夾.特點:為了防止由于進(jìn)給力的作用而使工件產(chǎn)生軸向位移,可在主軸前端錐孔內(nèi)安裝一限位支撐,也可利用工件的臺階進(jìn)行限位.用途:這種方法裝夾安全可靠,能承受較大的進(jìn)給力,應(yīng)用廣泛.()用兩頂尖裝夾.特點:兩頂尖裝夾工件方便,不需找正,定位精度高.但比一夾一頂裝夾的剛度低,影響了切削用量的提高.用途:較長的或必須經(jīng)過多次裝夾后才能加工好的工件,或工序較多,在車削后還要銑削或磨削的工件.通過上述分析,如圖-所示的零件,我們選擇坯料軸線和左端大端面(設(shè)計基準(zhǔn))為定位基準(zhǔn).裝夾方法采用左端

10、三爪自定心卡盤定心夾緊右端活動頂尖支承的方案.確定加工順序為了達(dá)到質(zhì)量優(yōu)、效率高和成本低的目的,制訂數(shù)控車削加工順序時一般應(yīng)遵循以下基本原則:先粗后精、先近后遠(yuǎn)、內(nèi)外交叉、基面先行,并且程序段最少,走的路線最短.先粗后精為了提高生產(chǎn)效率并保證零件的精加工質(zhì)量,在切削加工時,應(yīng)先安排粗加工工序,在較短的時間內(nèi),將精加工前大量的加工余量(如圖-所示的虛線內(nèi)的部分)去掉,同時盡量滿足精加工的余量均勻性要求.當(dāng)粗加工工序安排完后,應(yīng)接著安排換刀后進(jìn)行的半精加工和精加工.各個表面按照粗車半精車精車的順序進(jìn)行加工,逐步提高加工表面的精度.粗車可在短時間內(nèi)去除工件表面上大部分加工余量.若粗車后所留余量的均勻

11、性滿足不了精加工的要求時,要安排半精車,以保證精加工余量小而均勻.精車要保證加工精度,按圖樣尺寸由最后一刀連續(xù)加工而成.先近后遠(yuǎn)這里所說的遠(yuǎn)與近,是按加工部位相對于對刀點的距離而言的.一般情況下,離對刀點近的部位先加工,離對刀點遠(yuǎn)的部位后加工,以便縮小刀具移動距離,減少空行程時間,提高加工效率.對于數(shù)控車削而言,先近后遠(yuǎn)還有利于保持坯件或半成品的剛性,改善其切削條件.內(nèi)外交叉對既有內(nèi)表面(內(nèi)型腔)又有外表面需要加工的零件,在安排加工順序時,應(yīng)先進(jìn)行內(nèi)外表面粗加工,后進(jìn)行內(nèi)外表面精加工.切不可將零件上一部分表面(外表面或內(nèi)表面)加工完畢后,再加工其他表面(內(nèi)表面或外表面).基面先行用作精基準(zhǔn)的表

12、面應(yīng)優(yōu)先加工出來,再以加工出的精基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn),安排其他表面的加工.因為定位基準(zhǔn)的表面越精確,裝夾誤差就越小.確定進(jìn)給路線進(jìn)給路線是刀具在整個加工過程中的運(yùn)動軌跡,即刀具從起刀點開始進(jìn)給運(yùn)動起,直到加工程序運(yùn)行結(jié)束后退刀返回該點所經(jīng)過的路徑,包括了切削加工的路徑及刀具切入、切出等空行程路徑.確定進(jìn)給路線的重點在于確定粗加工及空行程的進(jìn)給路線.刀具引入、切出在數(shù)控車床上進(jìn)行加工時,要安排好刀具的引入、切出路線,盡量使刀具沿著輪廓的切線方向引入、切出.尤其是車螺紋時,因為開始加速時和加工結(jié)束時主軸轉(zhuǎn)速和螺距之間的速比不穩(wěn)定,加工螺紋會發(fā)生亂扣現(xiàn)象,所以必須設(shè)置升速段 和降速段,這樣可避免因車刀升降

13、速而影響螺距的穩(wěn)定(見圖-).最短的空行程路線確定最短的進(jìn)給路線,除了依靠大量的實踐經(jīng)驗外,還應(yīng)善于分析,必要時可輔以一些簡單的計算.)巧用起刀點圖-(a)所示為采用矩形循環(huán)方式進(jìn)行粗車的一般情況.其起刀點A 的設(shè)定是考慮到精車等加工過程中需方便地?fù)Q刀,故將其設(shè)置在離坯件較遠(yuǎn)的位置處,同時將起刀點與其對刀點重合在一起.按三刀粗車的進(jìn)給路線安排如下:第一刀為ABCDA,第二刀為AEFGA,第三刀為AH IJA.圖-(b)則是將起刀點與對刀點分離,并設(shè)于圖示B 點位置,仍按相同的切削量進(jìn)行三刀粗車,其進(jìn)給路線安排如下:起刀點與對刀點分離的空行程為AB,第一刀為BCDEB,第二刀為BFGH B,第三

14、刀為BIJKB.)巧設(shè)換刀點為了考慮換刀的方便和安全,有時也將換刀點設(shè)置在離坯件較遠(yuǎn)的位置處,見圖-(a)中的點A.當(dāng)換第二把刀后,進(jìn)行精車時的空行程路線較長;如果將第二把刀的換刀點設(shè)置在圖-(b)中B 點的位置上,則可縮短空行程距離.)合理安排“回零”路線在手工編制較復(fù)雜輪廓的加工程序時,為使其計算過程盡量簡化,既不易出錯,又便于校核,編程者有時將每一刀加工完后的刀具終點通過執(zhí)行“回零”(即返回對刀點)指令返回到對刀點位置,然后再執(zhí)行后續(xù)程序.這樣會增加走刀距離,降低生產(chǎn)效率.因此,在合理安排“回零”路線時,應(yīng)使其前一刀終點與后一刀起點間的距離盡量縮短,或者為零,即滿足進(jìn)給路線為最短的要求.

15、最短的切削進(jìn)給路線切削進(jìn)給路線短,可有效地提高生產(chǎn)效率,降低刀具的損耗等.在安排粗加工或半精加工的切削進(jìn)給路線時,應(yīng)同時兼顧被加工零件的剛性及加工工藝性等要求,不能顧此失彼.如圖-所示為三種不同的輪廓粗車切削進(jìn)給路線.其中,圖-(a)為利用數(shù)控系統(tǒng)的封閉式復(fù)合循環(huán)功能控制車刀沿著工件輪廓線進(jìn)給的路線;圖-(b)為利用其程序循環(huán)功能安排的“三角形”循環(huán)進(jìn)給路線;圖-(c)為利用矩形循環(huán)功能安排的“矩形”循環(huán)進(jìn)給路線.對以上三種切削進(jìn)給路線進(jìn)行分析和判斷后可知,矩形循環(huán)進(jìn)給路線總和最短,因此在同等切削條件下的切削時間最短,刀具損耗最少.因數(shù)控車床具有粗車循環(huán)和車螺紋循環(huán)功能,只要正確使用編程指令,

16、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)會自行確定其進(jìn)給路線,因此該零件的粗車循環(huán)和車螺紋循環(huán)不需要人為確定其進(jìn)給路線(但精車的進(jìn)給路線需要人為確定).確定刀具合理地選用刀具,是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高切削效率的重要條件.在選擇刀具形式和結(jié)構(gòu)時,應(yīng)綜合考慮一些主要因素,如工件的材料、形狀、尺寸和加工要求;工藝方案和生產(chǎn)率等.加工圖-所示零件所選用的刀具如下:.選用mm 中心鉆鉆削中心孔.粗車及平端面選用硬質(zhì)合金右偏刀,為防止副后刀面與工件輪廓干涉(可用作圖法檢驗),副偏角不宜太小,選Kr.精車選用90硬質(zhì)合金右偏刀,車螺紋選用60硬質(zhì)合金外螺紋車刀,刀尖圓弧半徑應(yīng)小于輪廓最小圓角半徑,取r.mm.為了便于編程和操作管理,將所選

17、定的刀具參數(shù)填入數(shù)控加工刀具卡片中,見表-.確定切削用量.切削用量的選擇原則選擇切削用量時,要在保證加工質(zhì)量和刀具壽命的前提下,充分發(fā)揮車床性能和刀具切削性能,使切削效率最高、加工成本最低.合理選擇切削用量的原則如下:()粗加工時切削用量的選擇原則.首先,選取盡可能大的切削深度;其次,要根據(jù)機(jī)床動力和剛性的限制條件等,選擇盡可能大的進(jìn)給量;最后,根據(jù)刀具耐用度確定最佳切削速度.()精加工時切削用量的選擇原則.首先,根據(jù)粗加工后的余量確定切削深度;其次,根據(jù)已加工表面的表面粗糙度要求,選取較小的進(jìn)給量;最后,在保證刀具壽命的前提下,盡可能選取較高的切削速度.粗加工時,以提高生產(chǎn)效率為主,但也要考

18、慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本;而半精加工和精加工時,以保證加工質(zhì)量為目的,兼顧加工效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本.具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說明書,參考切削用量手冊,并結(jié)合實踐經(jīng)驗而定.切削用量三要素的確定()切削深度ap 的確定.在工藝系統(tǒng)(車床夾具刀具零件)剛性好和機(jī)床功率允許的情況下,盡可能選取較大的切削深度,以減少進(jìn)給次數(shù),提高生產(chǎn)效率.當(dāng)零件的精度要求較高時,應(yīng)考慮適當(dāng)留出精車余量,其所留精車余量一般比普通車削時的小,常取.mm.當(dāng)粗車后所留的余量的均勻性不能滿足精車要求時,則需安排半精車,一般取mm.因此加工如圖-所示零件時,輪廓粗車循環(huán)選apmm,精車ap .mm;螺紋粗車時選ap .mm,逐刀減少,精車

19、ap .mm.()主軸轉(zhuǎn)速n 的確定.車削加工(除車螺紋外)時,主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)零件上被加工部位的直徑、零件和刀具的材料及加工性質(zhì)等條件來確定.在實際生產(chǎn)中,主軸轉(zhuǎn)速可用式-計算:在確定主軸轉(zhuǎn)速時,需要首先確定其切削速度,而切削速度又與切削深度和進(jìn)給量有關(guān).車 螺紋時的主軸轉(zhuǎn)速n,主軸轉(zhuǎn)速可用式(-)計算:原則上只要能保證每轉(zhuǎn)一周時,刀具沿主進(jìn)給軸(多為z 軸)方向位移一個螺距即可,車床主軸轉(zhuǎn)速的選取將考慮到螺紋的螺距(或?qū)С?大小、驅(qū)動電動機(jī)的升降頻率特性及螺紋插補(bǔ)運(yùn)算速度等多種因素的影響,故對于不同的數(shù)控系統(tǒng),推薦用不同的主軸轉(zhuǎn)速范圍.()進(jìn)給量f 的確定.進(jìn)給量是指工件旋轉(zhuǎn)一周,車刀沿進(jìn)給方向移動的距離,單位為mm/r,它與切削深度有著較密切的關(guān)系.進(jìn)給速度主要是指在單位時間里,刀具沿進(jìn)給方向移動的距離,單位為mm/min,有些數(shù)控車床規(guī)定可選用以進(jìn)給量(mm/r)表示的進(jìn)給速度.進(jìn)給量是數(shù)控車床切削用量中