《數(shù)控編程與加工訓練教程》課件項目3 數(shù)控車床加工預備工作

項目3數(shù)控車床加工預備工作技能要求1.掌握數(shù)控車床的工件裝夾與刀具選擇。2.掌握數(shù)控車床典型零件的車削工藝分析特點，并能夠正確地對零件進行數(shù)控車削工藝分析。3.了解數(shù)控車床對刀及設置工件零點的方法，掌握數(shù)控車床刀具偏置的設定。典型案例

編寫下圖所示軸類零件的數(shù)控加工工藝。圖3-1典型案例零件圖一、數(shù)控車床的工件裝夾方法知識學習1.定位基準的選擇

在數(shù)控車削中，應盡量讓零件在一次裝夾下完成大部分甚至全部表面的加工。對于軸類零件，通常以零件自身的外圓柱面作定位基準；對于套類零件則以內(nèi)孔作定位基準。常用裝夾方式三爪自定心卡盤裝夾心軸裝夾卡盤和頂尖裝夾專用夾具裝夾2.常用車削夾具和裝夾方法二、車刀的類型及選用

常用車刀的刀位點如圖所示,其中（a）是90o偏刀，（b）是螺紋車刀，（c）是切斷刀，（d）是圓弧車刀。1.常用車刀的刀位點

車刀的刀位點2.車刀的類型（1）尖形車刀

以直線形切削刃為特征的車刀一般稱為尖形車刀。這類車刀的刀尖(同時也為其刀位點)由直線形的主、副切削刃構成，如90o內(nèi)、外圓車刀，左、右端面車刀，切槽(斷)車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內(nèi)孔車刀。用這類車刀加工零件時，其零件的輪廓形狀主要由一個獨立的刀尖或一條直線形主切削刃位移后得到。（2）圓弧形車刀

圓弧形車刀的特征是：構成主切削刃的刀刃形狀為一圓度誤差或線輪廓度誤差很小的圓弧。該圓弧刃上每一點都是圓弧形車刀的刀尖，因此，刀位點不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上，編程時要進行刀具半徑補償。圓弧形車刀可以用于車削內(nèi)、外圓表面，特別適宜于車削精度要求較高的凹曲面或大外圓弧面。圖10.6圓弧形車刀

成型車刀俗稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形狀和尺寸決定。數(shù)控車削加工中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋車刀等。在數(shù)控加工中，應盡量少用或不用成型車刀，當確有必要選用時，則應在工藝準備的文件或加工程序單上進行詳細說明。（3）成型車刀

3．常用車刀的幾何參數(shù)

（1）尖形車刀的幾何參數(shù)

尖形車刀的幾何參數(shù)主要指車刀的幾何角度。選擇方法與使用普通車削時基本相同，但應結合數(shù)控加工的特點如走刀路線及加工干涉等進行全面考慮。（2）圓弧形車刀的幾何參數(shù)①圓弧形車刀的選用圓弧形車刀具有寬刃切削(修光)性質，能使精車余量相當均勻而改善切削性能，還能一刀車出跨多個象限的圓弧面。②圓弧形車刀的幾何參數(shù)圓弧形車刀的幾何參數(shù)除了前角及后角外，主要幾何參數(shù)為車刀圓弧切削刃的形狀及半徑。（1）刀片材質的選擇

常見刀片材料有高速鋼、硬質合金、涂層硬質合金、陶瓷、立方氮化硼和金鋼石等，其中應用最多的是硬質合金和涂層硬質合金刀片。選擇刀片材質的主要依據(jù)是被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面質量要求、切削載荷的大小以及切削過程有無沖擊和振動等。4.機夾可轉位車刀的選用

①刀片的緊固方式

在國家標準中，一般緊固方式有上壓式（代碼為C）、上壓與銷孔夾緊（代碼M）、銷孔夾緊（代碼P）和螺釘夾緊（代碼S）四種。但這仍沒有包括可轉位車刀所有的夾緊方式，而且，各刀具商所提供的產(chǎn)品并不一定包括了所有的夾緊方式，因此選用時要查閱產(chǎn)品樣本。（2）可轉位車刀的選用②刀片外形的選擇

刀片外形與加工的對象、刀具的主偏角、刀尖角和有效刃數(shù)等有關。一般外圓車削常用80o凸三邊形（W型）、四方形（S型）和80o棱形（C型）刀片。仿形加工常用55o（D型）、35o（V型）菱形和圓形（R型）刀片。90o主偏角常用三角形（T型）刀片。不同的刀片形狀有不同的刀尖強度，一般刀尖角越大，刀尖強度越大，反之亦然。圓刀片（R型）刀尖角最大，35o菱形刀片（V型）刀尖角最小。在選用時，應根據(jù)加工條件惡劣與否，按重、中、輕切削有針對性地選擇。在機床剛性、功率允許的條件下，大余量、粗加工應選用刀尖角較大的刀片，反之，機床剛性和功率小、小余量、精加工時宜選用較小刀尖角的刀片。常用刀片外形③刀桿頭部形式的選擇

刀桿頭部形式按主偏角和直頭、彎頭分有15～18種，各形式規(guī)定了相應的代碼，國家標準和刀具樣本中都一一列出，可以根據(jù)實際情況選擇。有直角臺階的工件，可選主偏角大于或等于90o的刀桿。一般粗車可選主偏角45o～90o的刀桿；精車可選45o～75o的刀桿；中間切人、仿形車則選45o～107.5o的刀桿；工藝系統(tǒng)剛性好時可選較小值，工藝系統(tǒng)剛性差時，可選較大值。當?shù)稐U為彎頭結構時，則既可加工外圓，又可加工端面。④刀片后角的選擇

常用的刀片后角有N（0o）、C（7o）、P（11o）、E（20o）等。一般粗加工、半精加工可用N型；半精加工、精加工可用C、P型，也可用帶斷屑槽形的N型刀片；加工鑄鐵、硬鋼可用N型；加工不銹鋼可用C、P型；加工鋁合金可用P、E型等；加工彈性恢復性好的材料可選用較大一些的后角；一般孔加工刀片可選用C、P型，大尺寸孔可選用N型。⑤左右手刀柄的選擇左右手刀柄有R（右手）、L（左手）、N（左右手）三種。要注意區(qū)分左、右刀的方向。選擇時要考慮車床刀架是前置式還是后置式、前刀面是向上還是向下、主軸的旋轉方向以及需要的進給方向等。⑥刀尖圓弧半徑的選擇

刀尖圓弧半徑不僅影響切削效率，而且關系到被加工表面的粗糙度及加工精度。從刀尖圓弧半徑與最大進給量關系來看，最大進給量不應超過刀尖圓弧半徑尺寸的80％，否則將惡化切削條件，甚至出現(xiàn)螺紋狀表面和打刀等問題。刀尖圓弧半徑還與斷屑的可靠性有關，為保證斷屑，切削余量和進給量有一個最小值。當?shù)都鈭A弧半徑減小，所得到的這兩個最小值也相應減小，因此，從斷屑可靠出發(fā)，通常對于小余量、小進給車削加工應采用小的刀尖圓弧半徑，反之宜采用較大的刀尖圓弧半徑。⑦斷屑槽形的選擇

斷屑槽的參數(shù)直接影響著切屑的卷曲和折斷，目前刀片的斷屑槽形式較多，各種斷屑槽刀片使用情況不盡相同。槽形根據(jù)加工類型和加工對象的材料特性來確定，各供應商表示方法不一樣，但思路基本一樣：基本槽形按加工類型有精加工（代碼F）、普通加工（代碼M）和粗加工（代碼R）；加工材料按國際標準有加工鋼的P類、不銹鋼、合金鋼的M類和鑄鐵的K類。這兩種情況一組合就有了相應的槽形，比如FP就指用于鋼的精加工槽形，MK是用于鑄鐵普通加工的槽形等。如果加工向兩方向擴展，如超精加工和重型粗加工，以及材料也擴展，如耐熱合金、鋁合金，有色金屬等等，就有了超精加工、重型粗加工和加工耐熱合金、鋁合金等補充槽形，選擇時可查閱具體的產(chǎn)品樣本。一般可根據(jù)工件材料和加工的條件選擇合適的斷屑槽形和參數(shù)，當斷屑槽形和參數(shù)確定后，主要靠進給量的改變控制斷屑。（3）刀夾

數(shù)控車刀一般通過刀夾（座）裝在刀架上。刀夾的結構主要取決于刀體的形狀、刀架的外形和刀架對主軸的配置三種因素。刀架對主軸的配置形式只有幾種，而刀架與刀夾聯(lián)結部分的結構形式多，致使刀夾的結構形式很多，用戶在選型時，除滿足精度要求外，應盡量減少種類、形式，以利于管理。三、零件數(shù)控車削加工方案的擬定

1．擬定工藝路線（1）加工方法的選擇回轉體零件的結構形狀雖然是多種多樣的，但它們都是由平面、內(nèi)、外圓柱面、曲面、螺紋等組成。每一種表面都有多種加工方法，實際選擇時應結合零件的加工精度、表面粗糙度、材料、結構形狀、尺寸及生產(chǎn)類型等因素全面考慮。在選定加工方法后，接下來就是劃分工序和合理安排工序的順序。零件的加工工序通常包括切削加工工序、熱處理工序和輔助工序，合理安排好切削加工、熱處理和輔助工序的順序，并解決好工序間的銜接問題，可以提高零件的加工質量、生產(chǎn)效率，降低加工成本。（2）加工順序的安排①先粗后精

②先近后遠③內(nèi)外交叉④刀具集中⑤基面先行

走刀路線是指刀具從起刀點開始運動起，直至返回該點并結束加工程序所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、切出等非切削空行程。確定走刀路線的一般原則是：保證零件的加工精度和表面粗糙度要求。縮短走刀路線，減少進退刀時間和其他輔助時間。選擇使工件在加工后變形小的路線方便數(shù)值計算，減少編程工作量。2．確定走刀路線

（1）刀具引入、切出

在數(shù)控車床上進行加工時，尤其是精車時，要妥當考慮刀具的引入、切出路線，盡量使刀具沿輪廓的切線方向引入、切出，以免因切削力突然變化而造成彈性變形，致使光滑連接輪廓上產(chǎn)生表面劃傷、形狀突變或滯留刀痕等疵病。車螺紋時，必須設置升速段L1和降速段L2，這樣可避免因車刀升降速而影響螺距的穩(wěn)定。升、降速段示例

（2）確定最短的空行程路線

確定最短的走刀路線，除了依靠大量的實踐經(jīng)驗外，還應善于分析，必要時可輔以一些簡單計算。在手工編制較復雜輪廓的加工程序時，編程者(特別是初學者)有時將每一刀加工完后的刀具通過執(zhí)行“回零”(即返回換刀點)指令，使其返回到換刀點位置，然后再執(zhí)行后續(xù)程序。這樣會增加走刀路線的距離，從而大大降低生產(chǎn)效率。因此，在不換刀的前提下，執(zhí)行退刀動作時，應不用“回零”指令。安排走刀路線時，應盡量縮短前一刀終點與后一刀起點間的距離，方可滿足走刀路線為最短的要求。（3）確定最短的切削進給路線

走刀路線示例圖為粗車時幾種不同切削進給路線的安排。a）圖表示利用數(shù)控系統(tǒng)具有的封閉式復合循環(huán)功能而控制車刀沿著工件輪廓進行走刀的路線；（b）圖為“三角形”走刀路線；（c）圖為“矩形”走刀路線。經(jīng)分析和判斷后，可知矩形循環(huán)進給路線的走刀長度總和為最短。四、選擇切削用量

對于高效率的金屬切削機床加工來說，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。這些條件決定著加工時間、刀具壽命和加工質量。經(jīng)濟的、有效的加工方式，要求必須合理地選擇切削用量。編程人員在確定切削用量時，要根據(jù)被加工工件材料、硬度、切削狀態(tài)、刀具耐用度，先確定背吃刀量、進給量，最后選擇合適的切削速度。

切削速度(V)背吃刀量ap進給量1．背吃刀量（ap）的確定

在車床主體－夾具－刀具－零件這一系統(tǒng)剛性允許的條件下，盡可能選取較大的背吃刀量，以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。當零件的精度要求較高時，則應考慮留出精車余量，常取0.1～0.5mm。

2．主軸轉速的確定

光車時:

光車時，主軸轉速的確定應根據(jù)零件上被加工部位的直徑，并按零件和刀具的材料及加工性質等條件所允許的切削速度來確定。在實際生產(chǎn)中，主軸轉速可用下式計算：

n=1000Vc/πD

式中:n是主軸轉速（r／min）；Vc是切削速度（m／min）；D是零件待加工表面的直徑（mm）。在確定主軸轉速時，首先需要確定其切削速度，而切削速度又與背吃刀量和進給量有關。①進給量（f）

進給量是指工件每轉一周，車刀沿進給方向移動的距離(mm／r)，它與背吃刀量有著較密切的關系。粗車時一般取為0.3～0.8mm／r，精車時常取0.1～0.3mm／r，切斷時宜取0.05～0.2mm／r。②切削速度（Vc）

切削速度又稱為線速度，是指車刀切削刃上某一點相對于待加工表面在主運動方向上的瞬時速度。如何確定加工時的切削速度，除了參考表列出的數(shù)值外，主要根據(jù)實踐經(jīng)驗進行確定。車螺紋時:

車削螺紋時，車床的主軸轉速將受到螺紋的螺距（或導程）大小、驅動電機的升降頻特性及螺紋插補運算速度等多種因素影響，故對于不同的數(shù)控系統(tǒng)，推薦有不同的主軸轉速選擇范圍。如大多數(shù)經(jīng)濟型車床數(shù)控系統(tǒng)推薦車螺紋時的主軸轉速如下：n≤

式中，P是工件螺紋的導程（mm），英制螺紋為相應換算后的毫米值；K是保險系數(shù)，一般取為80。3．進給速度的確定

進給速度是指在單位時間里，刀具沿進給方向移動的距離(mm／min)。有些數(shù)控車床規(guī)定可以選用以進給量(mm／r)表示的進給速度。進給速度的大小直接影響表面粗糙度的值和車削效率，因此進給速度的確定應在保證表面質量的前提下，選擇較高的進給速度。一般應根據(jù)零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素，查閱切削用量手冊選取。需要說明的是切削用量手冊給出的是每轉進給量，因此要根據(jù)Vf=f×n計算進給速度。五、數(shù)控車床的編程特點1．數(shù)控車床編程坐標系的建立

在編制零件的加工程序時，必須把零件放在一個坐標系中，只有這樣才能描述零件的軌跡，編出合格的程序。圖3.12數(shù)控車床編程坐標系2．數(shù)控車床及車削中心的編程特點（1）數(shù)控車床上工件的毛坯大多為圓棒料，加工余量較大，一個表面往往需要進行多次反復的加工。如果對每個加工循環(huán)都編寫若干個程序段，就會增加編程的工作量。為了簡化加工程序，一般情況下，數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)中都有車外圓、車端面和車螺紋等不同形式的循環(huán)功能。（2）數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)中都有刀具補償功能。在加工過程中，對于刀具位置的變化、刀具幾何形狀的變化及刀尖的圓弧半徑的變化，都無需更改加工程序，只要將變化的尺寸或圓弧半徑輸入到存儲器中，刀具便能自動進行補償。（3）數(shù)控車床的編程有直徑、半徑兩種方法。所謂直徑編程是指X軸上的有關尺寸為直徑值，半徑編程是指X軸上的有關尺寸為半徑值。FANUC數(shù)控車床是采用