模塊B數(shù)控車床應(yīng)用技術(shù)(第二章)

模塊B數(shù)控車床應(yīng)用技術(shù)(16~48學(xué)時(shí))第一章數(shù)控車床概述第二章數(shù)控車削加工工藝第三章數(shù)控車削加工手工編程第四章數(shù)控車床加工操作第五章數(shù)控車床編程與加工應(yīng)用實(shí)例第二章數(shù)控車削加工工藝一加工順序的確定在模塊A中，已經(jīng)詳細(xì)論述了數(shù)控加工工序安排的原則和劃分的方法。工序的劃分可以采取工序集中和工序分散兩種原則，而常見(jiàn)的數(shù)控加工工序劃分的方法包括：按所用刀具劃分工序；按粗、精加工劃分工序；按加工部位劃分工序等。第二章數(shù)控車削加工工藝總的加工順序的安排應(yīng)遵循以下原則：(1)上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊；(2)先內(nèi)后外，即先進(jìn)行內(nèi)部型腔(內(nèi)孔)的加工工序，后進(jìn)行外形的加工；(3)以相同的安裝或使用同一把刀具加工的工序，最好連續(xù)進(jìn)行，以減少重新定位或換刀所引起的誤差；(4)在同一次安裝中，應(yīng)先進(jìn)行對(duì)工件剛性影響較小的工序。第二章數(shù)控車削加工工藝這些原則不論對(duì)于數(shù)控加工，還是對(duì)于常規(guī)加工都是適用的。對(duì)于數(shù)控加工工藝，還有一些根據(jù)其特點(diǎn)而應(yīng)注意的原則，表2-1中闡述了這些原則。第二章數(shù)控車削加工工藝表2-1數(shù)控加工工序的確定原則第二章數(shù)控車削加工工藝二走刀路線的確定數(shù)控車削的走刀路線包括刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡和各種刀具的使用順序，是預(yù)先編制在加工程序中的。合理地確定走刀路線、安排刀具的使用順序?qū)τ谔岣呒庸ば?、保證加工質(zhì)量是十分重要的。數(shù)控車削的走刀路線不是很復(fù)雜，也有一定規(guī)律可遵循。第二章數(shù)控車削加工工藝1.循環(huán)切除余量數(shù)控車削加工過(guò)程一般要經(jīng)過(guò)循環(huán)切除余量、粗加工和精加工三道工序。應(yīng)根據(jù)毛坯類型和零件形狀確立循環(huán)切除余量的方式，以達(dá)到減少循環(huán)走刀次數(shù)、提高加工效率的目的。1)軸套類零件軸套類零件安排走刀路線的原則是軸向走刀、徑向進(jìn)刀，循環(huán)切除余量的循環(huán)終點(diǎn)在粗加工起點(diǎn)附近，這樣可以減少走刀次數(shù)，避免不必要的空走刀，節(jié)省加工時(shí)間。第二章數(shù)控車削加工工藝2)輪盤類零件輪盤類零件安排走刀路線的原則是徑向走刀、軸向進(jìn)刀，循環(huán)去除余量的循環(huán)終點(diǎn)在粗加工起點(diǎn)。編制輪盤類零件的加工程序時(shí)，與軸套類零件相反，是從大直徑端開(kāi)始順序向前。3)鑄鍛件鑄鍛件毛坯形狀與加工后零件形狀相似，留有—定的加工余量。循環(huán)去除余量的方式是刀具軌跡按零件輪廓線運(yùn)動(dòng)，逐漸逼近圖樣尺寸。這種方法實(shí)質(zhì)上是采用“零點(diǎn)漂移”的方式。第二章數(shù)控車削加工工藝2.確定退刀路線數(shù)控機(jī)床加工過(guò)程中，為了提高加工效率，刀具從起始點(diǎn)或換刀點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到接近工件部位及加工完成后退回起始點(diǎn)或換刀點(diǎn)是以指令G00的方式(快速)運(yùn)動(dòng)的。根據(jù)刀具加工零件部位的不同，退刀的路線確定方式也不同，車床數(shù)控系統(tǒng)提供三種退刀方式。第二章數(shù)控車削加工工藝1)斜線退刀方式斜線退刀方式路線最短，適用于加工外圓表面的偏刀退刀，如圖2.1所示。第二章數(shù)控車削加工工藝2)徑―軸向退刀方式這種退刀方式刀具先徑向垂直退刀，到達(dá)指定位置時(shí)再軸向退刀，如圖2.2所示。切槽即采用這種退刀方法。第二章數(shù)控車削加工工藝(3)軸―徑向退刀方式軸―徑向退刀方式的順序與徑―軸向退刀方式恰好相反，如圖2.3所示。鏜孔即采用此種退刀方式。第二章數(shù)控車削加工工藝數(shù)控系統(tǒng)除按指定的退刀方式退刀外，還可用G0快速定位指令編制退刀路線，原則是第一考慮安全性，即在退刀過(guò)程中不能與工件發(fā)生碰撞；第二是考慮使退刀路線最短。相比之下安全是第一位的。第二章數(shù)控車削加工工藝3.換刀1)設(shè)置換刀點(diǎn)數(shù)控車床的刀盤結(jié)構(gòu)有兩種，一是刀架前置，其結(jié)構(gòu)同普通車床相似，經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床多采用這種結(jié)構(gòu)；另一種是刀盤后置，這種結(jié)構(gòu)是中高檔數(shù)控車床常采用的。第二章數(shù)控車削加工工藝換刀點(diǎn)是一個(gè)固定的點(diǎn)，不隨工件坐標(biāo)系的位置改變而發(fā)生位置變化。換刀點(diǎn)最安全的位置是換刀時(shí)刀架或刀盤上的任何刀具不與工件發(fā)生碰撞的位置。如工件在第三象限，刀盤上所有刀具在第一象限。換句話說(shuō)換刀點(diǎn)軸向位置(Z軸)由軸向最長(zhǎng)的刀具(如內(nèi)孔鏜刀、鉆頭等)確定；換刀點(diǎn)徑向位置(X軸)由徑向最長(zhǎng)刀具(如外圓刀、切刀等)決定。這種設(shè)置換刀點(diǎn)方式的優(yōu)點(diǎn)是安全、簡(jiǎn)便，在單件及小批量生產(chǎn)中經(jīng)常采用；缺點(diǎn)是增加了刀具到工件加工表面的運(yùn)動(dòng)距離，降低了加工效率，機(jī)床磨損也加大，大批量生產(chǎn)時(shí)往往不采用這種設(shè)置換刀點(diǎn)的方式。第二章數(shù)控車削加工工藝2)跟隨式換刀在批量生產(chǎn)時(shí)，為縮短空走刀路線，提高加工效率，在某些情況下可以不設(shè)置固定的換刀點(diǎn)，每把刀有其各自不同的換刀位置。這里應(yīng)遵循的原則是：第一，確保換刀時(shí)刀具不與工件發(fā)生碰撞；第二，力求最短的換刀路線，即采用所謂的“跟隨式換刀”。跟隨式換刀不使用機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)提供的回?fù)Q刀點(diǎn)的指令，而使用G0快速定位指令。第二章數(shù)控車削加工工藝這種換刀方式的優(yōu)點(diǎn)是能夠最大限度地縮短換刀路線，但每一把刀具的換刀位置要經(jīng)過(guò)仔細(xì)計(jì)算，以確保換刀時(shí)刀具不與工件碰撞。跟隨式換刀常應(yīng)用于被加工工件有一定批量、使用刀具數(shù)量較多、刀具類型多、徑向及軸向尺寸相差較大時(shí)。第二章數(shù)控車削加工工藝另外跟隨式換刀可以實(shí)現(xiàn)一次裝夾加工多個(gè)工件，如圖2.4所示。此時(shí)若采用固定換刀點(diǎn)換刀，工件會(huì)離換刀點(diǎn)越來(lái)越遠(yuǎn)，使空走刀路線增加。跟隨式換刀時(shí)，每把刀具有各自的換刀點(diǎn)，設(shè)置換刀點(diǎn)時(shí)只考慮換下一把刀具是否與工件發(fā)生碰撞，而不用考慮刀盤上所有刀具是否與工件發(fā)生碰撞，即換刀點(diǎn)位置只參考下一把刀具，但這樣做的前提是刀盤上的刀具是按加工工序順序排列的。調(diào)試時(shí)從第一把刀具開(kāi)始，具體有兩種方法。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.4跟隨式換刀第二章數(shù)控車削加工工藝第一種方法是：直接在機(jī)床上調(diào)試。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是直觀，缺點(diǎn)是增加了機(jī)床的輔助時(shí)間。如圖2.5所示，第二把外圓刀的安裝位置與第一把外圓刀的安裝位置不會(huì)完全重合。以第一把刀刀尖作為X、Z的坐標(biāo)原點(diǎn)，比較第二把刀的刀尖與第一把刀的刀尖位置差和方向，在換第二把刀時(shí)，第一把刀所在的位置應(yīng)該是刀尖距工件的加工部位最近點(diǎn)再疊加上第二把刀尖與第一把刀尖的差值X、Z。舉例說(shuō)明，第一把刀離工件的加工部位最近點(diǎn)是X20、Z1，第二把刀的刀尖位置與第一把刀的尖位置差值為X?1、Z1。則第一把刀的換刀點(diǎn)位置是X21、Z1，這樣每把刀具都有各自的換刀點(diǎn)，以保證按加工順序換刀時(shí)，刀具不會(huì)與工件發(fā)生碰撞，而新?lián)Q刀具的位置又離加工位置最近，程序中所有刀具都離各自加工部位最近點(diǎn)換刀，從而縮短了刀具的空行程，提高了加工效率，這在批量生產(chǎn)中經(jīng)常使用。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.5跟隨換刀的測(cè)量第二章數(shù)控車削加工工藝第二種方法是：使用機(jī)外對(duì)刀儀對(duì)刀。這種方法可直接得出程序中所有使用刀具的刀尖位置差。換刀點(diǎn)可根據(jù)對(duì)刀儀測(cè)得數(shù)據(jù)按上述方法直接計(jì)算，寫入程序。但如果計(jì)算錯(cuò)誤就會(huì)導(dǎo)致?lián)Q刀時(shí)刀具與工件發(fā)生碰撞，輕則損壞刀具、工件，重則機(jī)床嚴(yán)重受損。使用跟隨式換刀方式，換刀點(diǎn)位置的確定與刀具的安裝參數(shù)有關(guān)。如果加工過(guò)程中更換刀具，刀具的安裝位置改變，程序中有關(guān)的換刀點(diǎn)也要修改。第二章數(shù)控車削加工工藝3)排刀法在數(shù)控車的生產(chǎn)實(shí)踐中，為縮短加工時(shí)間、提高生產(chǎn)效率，針對(duì)特定幾何形狀和尺寸的工件常采用所謂的排刀法。這種刀具排列方式的好處是在換刀時(shí)，刀盤或刀塔不需要轉(zhuǎn)動(dòng)，是一種加工效率很高的安排走刀路線的方法。如圖2.6所示為一利用排刀法加工的零件。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.6零件圖工件材料為鋁，毛坯為管材。第二章數(shù)控車削加工工藝所用刀具種類：(1)外圓粗車刀；(2)外圓精車刀；(3)內(nèi)圓粗車刀；(4)內(nèi)圓精車刀；(5)切槽刀；(6)螺紋刀。刀具在刀架上的排列如圖2.7所示。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.7排刀法第二章數(shù)控車削加工工藝內(nèi)、外圓車刀是背靠背并列在一起的，刀具距離d應(yīng)等于或小于管材毛坯內(nèi)徑。這樣排列刀具目的是保持加工過(guò)程中主軸始終朝一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，避免主軸反轉(zhuǎn)；內(nèi)圓粗車刀與外圓精車刀之間的距離D應(yīng)大于管材毛坯的內(nèi)外半徑之差。排刀式裝卡刀具有一定的局限性，適用于小型零件。排刀法能夠裝卡刀具的數(shù)量受刀具間隔及拖板X軸行程限制。使用排刀法時(shí)，程序與刀具位置有關(guān)。一種編程方法是使用變換坐標(biāo)系指令，為每一把刀具設(shè)立一個(gè)坐標(biāo)系；另一種方法是所有刀具使用一個(gè)坐標(biāo)系，刀具的位置差由程序坐標(biāo)系補(bǔ)償，但刀具一旦磨損或更換就要根據(jù)刀尖實(shí)際位置重新調(diào)整程序，十分麻煩。第二章數(shù)控車削加工工藝4.2.3車削用夾具的選擇1.車床工裝夾具的概念1)車床夾具的定義和分類在車床上用來(lái)裝夾工件的裝置稱為車床夾具。車床夾具可分為通用夾具和專用夾具兩大類。通用夾具是指能夠裝夾兩種或兩種以上工件的同一夾具，例如，車床上的三爪自定心卡盤、四爪單動(dòng)卡盤、彈簧卡套和通用心軸等；專用夾具是專門為加工某一指定工件的某一工序而設(shè)計(jì)的夾具。如按夾具元件組合特點(diǎn)劃分，則有不能重新組合的夾具和能夠重新組合的夾具，后者稱為組合夾具。數(shù)控車床通用夾具與普通車床及專用車床相同。第二章數(shù)控車削加工工藝2)夾具的作用夾具用來(lái)裝夾被加工工件以完成加工過(guò)程，同時(shí)要保證被加工工件的定位精度，并使裝卸盡可能方便、快捷。選擇夾具時(shí)通常先考慮選用通用夾具，這樣可避免制造專用夾具。專用夾具是針對(duì)通用夾具無(wú)法裝夾的某一工件或工序而設(shè)計(jì)的，下面對(duì)專用夾具的作用做一總結(jié)。第二章數(shù)控車削加工工藝(1)保證產(chǎn)品質(zhì)量被加工工件的某些加工精度是由機(jī)床夾具來(lái)保證的。夾具應(yīng)能提供合適的夾緊力，既不能因?yàn)閵A緊力過(guò)小導(dǎo)致被加工件在切削過(guò)程中松動(dòng)，又不能因夾緊力過(guò)大而導(dǎo)致被加工工件變形或損壞工件表面。(2)提高加工效率夾具應(yīng)能方便被加工件的裝卸，例如，采用液壓裝置能使操作者降低勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)節(jié)省機(jī)床輔助時(shí)間，達(dá)到提高加工效率的目的。第二章數(shù)控車削加工工藝(3)解決車床加工中的特殊裝夾問(wèn)題對(duì)于不能使用通用夾具裝夾的工件通常需要設(shè)計(jì)專用夾具。(4)擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍使用專用夾具可以完成非軸套、非輪盤類零件的孔、軸、槽和螺紋等的加工，可擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍。第二章數(shù)控車削加工工藝2.圓周定位夾具在車床加工中大多數(shù)情況是使用工件或毛坯的外圓定位。1)三爪自定心卡盤三爪自定心卡盤，如圖2.8所示，是最常用的車床通用卡具，三爪自定心卡盤最大的優(yōu)點(diǎn)是可以自動(dòng)定心，夾持范圍大，但定心精度存在誤差，不適于同軸度要求高的工件的二次裝夾。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.8三爪自定心卡盤第二章數(shù)控車削加工工藝三爪自定心卡盤常見(jiàn)的有機(jī)械式和液壓式兩種。液壓卡盤裝夾迅速、方便，但夾持范圍變化小，尺寸變化大時(shí)需重新調(diào)整卡爪位置。數(shù)控車床經(jīng)常采用液壓卡盤，液壓卡盤還特別適用于批量加工。第二章數(shù)控車削加工工藝2)軟爪由于三爪自定心卡盤定心精度不高，當(dāng)加工同軸度要求高的工件二次裝夾時(shí)，常常使用軟爪。軟爪是一種具有切削性能的夾爪。通常三爪自定心卡盤為保證剛度和耐磨性要進(jìn)行熱處理，硬度較高，很難用常用刀具切削。軟爪是在使用前配合被加工工件特別制造的，加工軟爪時(shí)要注意以下幾方面的問(wèn)題：第二章數(shù)控車削加工工藝(1)軟爪要在與使用時(shí)相同的夾緊狀態(tài)下加工，以免在加工過(guò)程中松動(dòng)和由于反向間隙而引起定心誤差。加工軟爪內(nèi)定位表面時(shí)，要在軟爪尾部夾緊一適當(dāng)?shù)陌袅希韵ūP端面螺紋的間隙，如圖2.9所示。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.9加工軟爪內(nèi)定位表面第二章數(shù)控車削加工工藝(2)當(dāng)被加工件以外圓定位時(shí)，軟爪內(nèi)圓直徑應(yīng)與工件外圓直徑相同，略小更好，如圖2.10所示，其目的是消除夾盤的定位間隙，增加軟爪與工件的接觸面積。軟爪內(nèi)徑大于工件外徑會(huì)導(dǎo)致軟爪與工件形成三點(diǎn)接觸，如圖2.11所示，此種情況接觸面積小，夾緊牢固程度差，應(yīng)盡量避免。軟爪內(nèi)徑過(guò)小，如圖2.12所示，會(huì)形成六點(diǎn)接觸，一方面會(huì)在被加工表面留下壓痕，同時(shí)也使軟爪接觸面變形。軟爪也有機(jī)械式和液壓式兩種。軟爪常用于加工同軸度要求較高的工件的二次裝夾。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.10理想的軟爪內(nèi)徑第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.11軟爪內(nèi)徑過(guò)大第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.12軟爪內(nèi)徑過(guò)小第二章數(shù)控車削加工工藝3)彈簧夾套彈簧夾套定心精度高，裝夾工件快捷方便，常用于精加工的外圓表面定位。彈簧夾套特別適用于尺寸精度較高、表面質(zhì)量較好的冷拔圓棒料，若配以自動(dòng)送料器，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料。彈簧夾套夾持工件的內(nèi)孔是標(biāo)準(zhǔn)系列，并非任意直徑。第二章數(shù)控車削加工工藝4)四爪單動(dòng)卡盤加工精度要求不高、偏心距小、零件長(zhǎng)度較短的工件時(shí)，可采用四爪單動(dòng)卡盤，如圖2.13所示。第二章數(shù)控車削加工工藝3.中心孔定位夾具1)兩頂尖撥盤兩頂尖定位的優(yōu)點(diǎn)是定心正確可靠，安裝方便。頂尖作用是定心、承受工件的重量和切削力。頂尖分前頂尖和后頂尖。前頂尖中的一種是插入主軸錐孔內(nèi)的，如圖2.14(a)所示；另一種是夾在卡盤上的，如圖2.14(b)所示。前頂尖與主軸一起旋轉(zhuǎn)，與主軸中心孔不產(chǎn)生摩擦。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.14前頂尖第二章數(shù)控車削加工工藝后頂尖插入尾座套筒。后頂尖中的一種是固定的，如圖2.15(a)所示；另一種是回轉(zhuǎn)的，如圖2.15(b)所示?；剞D(zhuǎn)后頂尖使用較為廣泛。第二章數(shù)控車削加工工藝工件安裝時(shí)用對(duì)分夾頭或雞心夾頭夾緊工件一端，撥桿伸向端面。兩頂尖只對(duì)工件有定心和支撐作用，必須通過(guò)對(duì)分夾頭或雞心夾頭的撥桿帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，如圖2.16所示。第二章數(shù)控車削加工工藝?yán)脙身敿舛ㄎ贿€可以加工偏心工件，如圖2.17所示。第二章數(shù)控車削加工工藝2)撥動(dòng)頂尖撥動(dòng)頂尖常用有內(nèi)、外撥動(dòng)頂尖和端面撥動(dòng)頂尖兩種。(1)內(nèi)、外撥動(dòng)頂尖內(nèi)、外撥動(dòng)頂尖如圖2.18所示，這種頂尖的錐面帶齒，能嵌入工件，撥動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.18內(nèi)、外撥動(dòng)頂尖第二章數(shù)控車削加工工藝(2)端面撥動(dòng)頂尖端面撥動(dòng)頂尖如圖2.19所示。這種頂尖利用端面撥爪帶動(dòng)工件旋轉(zhuǎn)，適合裝夾