數(shù)控加工編程 課件 任務(wù)2.1 數(shù)控車削加工工藝

數(shù)控車床編程與加工——數(shù)控車削加工工藝一、數(shù)控車削的加工對象主要用于加工軸類，盤類等回轉(zhuǎn)體零件的內(nèi)外圓柱面、任意角度的內(nèi)外圓錐面，復(fù)雜回轉(zhuǎn)體內(nèi)外曲面，圓柱、圓錐螺紋等，并能進(jìn)行切槽、鉆孔、擴(kuò)孔、鏜孔等切削加工。數(shù)控車床的加工方式與普通車床相比，數(shù)控車削的加工對象具有以下特點：1.加工的回轉(zhuǎn)零件精度要求高2.加工的回轉(zhuǎn)零件表面質(zhì)量要求高3.加工的回轉(zhuǎn)零件表面形狀復(fù)雜4.加工的回轉(zhuǎn)零件可帶特殊螺紋二、數(shù)控車削零件加工工藝方案的制定1.零件圖工藝分析（1）零件結(jié)構(gòu)工藝性分析：零件結(jié)構(gòu)設(shè)計是否合理（2）輪廓要素幾何分析：尺寸標(biāo)注是否清晰（3）精度及技術(shù)要求分析：①分析精度和技術(shù)要求是否合理②分析機(jī)床的加工精度是否能達(dá)到加工要求，③找出有位置粗糙度要求的表面，這些表面的加工應(yīng)在一次安裝中完成④對表面粗糙度要求較高的表面應(yīng)采用恒線速度切削功能進(jìn)行加工。軸上槽寬尺寸標(biāo)注2.零件的加工工藝安排一般零件都包括配合表面和非配合表面。配合表面就是標(biāo)有尺寸公差、幾何公差以及表面粗糙度等要求的表面。對于配合表面，加工工藝安排一般為：粗車-半精車-精車。對于非配合表面，可根據(jù)實際情況來安排工藝。比如粗車-精車3.工序劃分的方法在數(shù)控車床上加工零件，應(yīng)按照工序集中的原則劃分工序，在一次裝夾下盡可能完成大部分甚至全部表面的加工。（1）按零件加工表面劃分工藝以完成相同型面的那一部分工藝過程為一道工序，如外表面、內(nèi)表面、曲面和平面等等對于位置粗糙度要求較高的表面應(yīng)在一次安裝中完成，以免多次定位夾緊產(chǎn)生的誤差影響位置精度。（2）按粗、精加工劃分工序以粗加工中完成的那部分工藝過程為一道工序，精加工中完成的那一部分工藝過程為一道工序。對于毛坯余量較大和加工精度要求較高的零件，應(yīng)將粗車和精車分開，分成兩道或多道工序。將粗車安排在精度較低、功率較大的數(shù)控機(jī)床上進(jìn)行，將精車安排在精度較高的數(shù)控機(jī)床上完成。這種劃分方法適用于加工后變形較大，粗、精加工分開的零件，如毛坯為鑄件、焊接件或鍛件的零件。（3）按所用的刀具種類劃分工序以把同一把刀具完成的那一部分工藝過程為一道工序這種方法適用于工件的加工表面較多，機(jī)床連續(xù)工作時間較長、加工程序的編制和檢查難度較大的情況（4）按安裝次數(shù)劃分工序以一次安裝完成的那部分工藝。這種方法適用于加工內(nèi)容不多的工件，加工完成后就能達(dá)到待檢狀態(tài)。4.加工原則（1）先粗后精原則：按粗車-半精車-精車的順序進(jìn)行加工（2）先近后遠(yuǎn)原則：先加工離對刀點較近的表面，后加工離對刀點較遠(yuǎn)的表面（3）基面先行原則：先加工用于精基準(zhǔn)的表面，以減小后續(xù)工序的裝夾誤差。（4）先內(nèi)后外原則：先加工內(nèi)孔，再加工外圓。5.確定刀具的進(jìn)給路線進(jìn)給路線是指刀具從對刀點開始運(yùn)動起，直至加工程序結(jié)束所經(jīng)過的路徑?？傇瓌t：在保證零件加工精度和表面質(zhì)量的前提下，盡量縮短進(jìn)給路線，以提高生產(chǎn)率；進(jìn)給路線方便坐標(biāo)值計算，減少編程工作量，便于編程。1.最短的切削進(jìn)給路線通過分析和判斷，按矩形循環(huán)軌跡加工的進(jìn)給路線的長度總和最短。因此在同等條件下，切削所需時間（不含空行程）最短，刀具的損耗最小。2.大余量毛坯的切削進(jìn)給路線不同粗車進(jìn)給路線示意圖大余量毛坯的切削進(jìn)給路線三、零件在數(shù)控車床上的裝夾方式1.軸類零件的裝夾（1）用自定心卡盤裝夾自動定心，僅限于裝夾圓柱形，正三角形，六邊形等形狀規(guī)則的零件（2）用單動卡盤裝夾不能自動定心，可裝夾形狀比較復(fù)雜的非回轉(zhuǎn)體，比如方形，長方形等。裝夾時需用百分表找正，使工件回轉(zhuǎn)軸線與車床主軸軸線對齊。（3）用兩頂尖裝夾對同軸度要求較高的且需要掉頭加工的軸類零件（4）用一夾一頂裝夾車削較重的一般軸類零件自定心卡盤單動卡盤兩頂尖間裝夾一夾一頂裝夾2.盤類零件的裝夾盤類工件的裝夾主要有可調(diào)卡爪盤和快速可調(diào)卡爪盤兩種?？焖倏烧{(diào)卡爪盤的結(jié)構(gòu)剛性好，工作可靠，因而廣泛用于裝夾法蘭等盤類及杯類工件，也可用于裝夾不太長的柱類零件。在數(shù)控車削加工中，常采用以下裝夾方法來保證工件的同軸度、垂直度要求。1)一次安裝加工。它是在一次安裝中把工件全部或大部分尺寸加工完成的一種裝夾方法。此方法沒有定位誤差,可獲得較高的幾何精度,但需經(jīng)常轉(zhuǎn)換刀架、變換切削用量,尺寸較難控制。

2)以外圓為定位基準(zhǔn)裝夾。工件以外圓為基準(zhǔn)保證位置精度時,零件的外圓和一個端面必須在一次安裝中進(jìn)行精加工后,方能合適為定位基準(zhǔn)。以外圓為基準(zhǔn)時,常用軟卡爪裝夾工件。

3)以內(nèi)孔為定位基準(zhǔn)裝夾。中小型軸套、帶輪、齒輪等零件,常以工件內(nèi)孔作為定位基準(zhǔn)安裝在心軸上,以保證工件的同軸度和垂直度。常用的心軸有實體心軸和脹力心軸兩種四、數(shù)控車床刀具的類型與選用1.數(shù)控車刀的特點（1）高的切削效率（2）刀具精度高、精度穩(wěn)定（3）剛性好、抗振及熱變形?。?）互換性好，便于快速換刀（5）刀具壽命長，切削性能穩(wěn)定、可靠（6）刀具的尺寸調(diào)整方便，換刀調(diào)整時間短（7）系列化，標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)控車刀普通車刀由切削部分和刀柄兩部分組成。切削部分用于切削，對稱刀頭；刀柄用于裝夾。刀具切削部分由刀面、切削刃及刀尖組成，簡稱“三面兩刃一尖法平面參考系(1)基面Pr,通過切削刃上所選定的點,并垂直于該點主運(yùn)動速度方向的平面,稱為基面。通常情況下，車刀切削刃上各點的基面可理解為平行刀具底面的平面。

(2)切削平面Ps,通過切削刃上所選定的點與切削刃相切并垂直于基面的平面,稱為切削平面。

(3)正交平面Pn。通過切削刃上所選定的點,同時垂直于切削平面與基面的平面,稱為正交平面。假定工作平面與背平面參考系

(1)假定工作平面Pf,通過切削刃上選定的點,平行于假定進(jìn)給運(yùn)動方向并垂直于基面的平面,稱為假定工作平面。

(2)背平面pp,通過切削刃上選定的點,既垂直于假定工作平面又垂直于基面的平面稱為背平面(1)前角γ0在正交平面中測量的前刀面與基面間的夾角,稱為前角。(2)后角a0在正交平面中測量的主后刀面與切削平面間的夾角,稱為主后角(3)副后角a0’在副正交平面測量的副后刀面與副切削平面間的夾角,稱為副后角。(4)主偏角κr

在基面中測量的主切削平面與假定工作平面間的夾角,刀具角度稱為主偏角。(5)副偏角κr’在基面中測量的副切削平面與假定工作平面間的夾角,稱為副偏角。(6)刃傾角λs.在主切削平面中測量的主切削刃與基面間的夾角,稱為刃傾角2.數(shù)控車刀的類型（1）按刀具結(jié)構(gòu)分1）整體式車刀由整塊材料研磨而成，使用時根據(jù)不同用途將切削部分修磨成所需要的形狀。2）焊接式車刀將硬質(zhì)合金刀片用焊接的方法固定在刀體上稱為焊接式車刀。其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、剛性較好，且通過刃磨可形成所需的幾何參數(shù)，故使用方便靈活。焊接式車刀的種類機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀3）機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀將硬質(zhì)合金可轉(zhuǎn)位刀片用機(jī)械方法加固在刀體上。機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀主要由刀桿、刀片、刀墊以及夾緊元件等組成。刀片由硬質(zhì)合金模壓而成，其每邊都有切削刃，當(dāng)某一切削刃用鈍后，只要松開夾緊元件，將刀片轉(zhuǎn)一個位置便可繼續(xù)使用。目前。數(shù)控車刀主要采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀。刀片主要采用硬質(zhì)合金刀片和涂層硬質(zhì)合金刀片。（2）按刀具所用的材料分1）高速鋼刀具高速鋼刀具的硬度和韌性的配合較好，熱穩(wěn)定性和熱塑性也較好，但不適用于較硬材料的加工和數(shù)控高速切削。高性能高速工具鋼材料牌號為W2Mo9Cr4Co8，適用于高強(qiáng)度合金鋼材料加工。2）硬質(zhì)合金刀具常用的普通硬質(zhì)合金有K、P、M共3大類。K類主要牌號有YG3、YG6、YG8等，適用于鑄鐵和有色金屬加工；P類主要牌號有YT5、YT15、YT30等，適用于鋼加工；M類主要牌號有YW1、YW2等，適用于難加工鋼材加工。新型硬質(zhì)合金的主要牌號有YM051、YM052、YW3、YW4、YN5、YN10、YD15等，通過添加某些碳化物使材料性能得到提高，更能適應(yīng)難加工材料的加工。3）金剛石刀具金剛石刀具的特點是其切削刃口可以磨得非常鋒利，適用于有色金屬、非金屬的精加工。4）其他材料刀具，如涂層刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具目前，數(shù)控機(jī)床用得最普遍的是硬質(zhì)合金刀具。（3）按切削工藝分車削刀具分外圓車刀、內(nèi)孔車刀（鏜刀）、螺紋車刀、切割車刀等多種。3.數(shù)控車刀的選擇刀具選擇總的原則是：安裝調(diào)整方便，剛性好，壽命長，精度高。在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。數(shù)控車刀一般分為3類：尖形車刀、圓弧形車刀和成形車刀。（1）尖形車刀尖形車刀是以直線形切削刃為特征的車刀。其刀尖即為刀位點，如90°的內(nèi)、外圓車刀，左、右端面車刀，切槽（斷）刀等。使用尖形車刀加工，零件的輪廓形狀主要由刀尖位移得到。（2）圓弧形車刀圓弧形車刀是以一圓弧形切削刃為特征的車刀。由于其切削刃為圓弧形，因此刀位點為圓弧的圓心。當(dāng)加工凹形輪廓時，車刀圓弧半徑應(yīng)小于或等于被加工凹形輪廓的最小半徑；而加工凸形輪廓時，車刀圓弧半徑應(yīng)盡量取大，以利于提高刀具強(qiáng)度。圓弧形車刀可用于加工內(nèi)、外表面，尤其適合車削各種光滑連接（凹形）的成形面。（3）成形車刀成形車刀的特征是切削刃的形狀、尺寸與被加工零件的輪廓形狀相一致。在數(shù)控車削中，常見的成形車刀有小半徑的圓弧車刀、非矩形車槽刀、螺紋車刀等。4.刀片選擇由于數(shù)控車刀主要采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀，因此選擇的主要問題是刀片的形狀、角度、精度、材料、尺寸、厚度、圓角半徑、斷屑槽、刃口修磨等要能滿足各種加工條件的要求。刀片是可轉(zhuǎn)位車刀的重要元件，刀片可分為帶圓孔、帶沉孔及無孔3大類，形狀有三角形、正方形、五邊形、六邊形、圓形、菱形等。幾種常見的可轉(zhuǎn)位車刀的刀片（1）刀片材料選擇目前刀片材料應(yīng)用最多的是硬質(zhì)合金刀片和涂層硬質(zhì)合金刀片。選擇刀片材質(zhì)的主要依據(jù)是被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面的質(zhì)量要求、切削負(fù)荷的大小及切削過程中有無沖擊和振動等。（2）刀片尺寸選擇刀片尺寸的大小取決于有效切削刃長度。在具體選擇時需綜合考慮有效切削刃長度、背吃刀量、主偏角大小等因素。（3）刀片形狀選擇在刀片形狀選擇時，主要考慮被加工工件的表面形狀、切削方法、刀具壽命、刀片的轉(zhuǎn)位次數(shù)等因素。5.車刀的裝夾在實際切削中，車刀安裝的高低，車刀刀桿軸線是否垂直，對車刀角度有很大影響。刀尖與工件軸線等高。以車削外圓為例，當(dāng)車刀刀尖高于工件軸線時，因其切削平面與基面的位置發(fā)生變化，使前角增大，后角減??；反之，則前角減小，后角增大。車刀安裝的歪斜，對主偏角，副偏角的影響特別大，特別是在車螺紋的時候，會使牙形半角產(chǎn)生誤差。因此，正確的安裝車刀，且使刀具夾緊夾牢是保證加工質(zhì)量，減小刀具磨損，提高刀具使用壽命的重要環(huán)節(jié)。五、車削用量的選擇數(shù)控車床中的切削用量包括：背吃刀量、主軸轉(zhuǎn)速或切削速度（用于恒線速度切削）、進(jìn)給速度或進(jìn)給量。粗加工：生產(chǎn)