數控車削加工工藝（華中系統）

電子工業(yè)出版社2021.6華中數控系統數控車床編程與維護第2章數控車削加工工藝

2.1數控車削加工工藝的根本特點及主要內容2.2數控車削加工工藝2.3典型零件的加工工藝分析

2.1數控車削加工工藝的根本特點及主要內容2.1.1數控車削加工工藝的根本特點數控車床的加工程序是數控車床的指令性文件。數控車床加工程序不僅要包括零件的工藝過程，而且還要包括切削用量、走刀路線、刀具尺寸及車床的運動過程。因此，要求編程人員對數控車床的性能、特點、運動方式、刀具系統、切削標準及工件的裝夾方法等都要非常熟悉。工藝規(guī)程的好壞不僅會影響車床效率的發(fā)揮，而且將直接影響零件的加工質量。第2章數控車削加工工藝

2.1.2數控車削加工工藝的主要內容〔1〕選擇適合在數控車床上加工的零件，確定工序內容?！?〕分析被加工零件的圖紙，明確加工內容及技術要求?！?〕確定零件的加工方案，制定數控車削加工工藝路線，如劃分工序、安排加工順序、處理與非數控加工工序的銜接等?！?〕數控車削加工工序的設計，如選取零件的定位基準、夾具方案確實定、工步劃分、刀具選擇和確定切削用量等?！?〕數控車削加工程序的調整。如選取對刀點和換刀點、確定刀具補償及確定加工路線等。第2章數控車削加工工藝

2.2數控車削加工工藝2.2.1數控車削加工零件的工藝性分析1．零件圖分析零件圖分析是制定數控車削工藝的首要工作，主要包括以下內容。〔1〕尺寸標注方法分析零件圖上的尺寸標注方法應適應數控車床加工的特點?！?〕輪廓幾何要素分析在手工編程時，要計算每個節(jié)點坐標；在自動編程時，要對構成零件輪廓的所有幾何要素進行定義。因此在分析零件圖時，要分析幾何要素的給定條件是否充分。第2章數控車削加工工藝

〔3〕精度及技術要求分析①精度及各項技術要求是否齊全、合理。②分析本工序的數控車削加工精度能否到達圖樣要求，假設達不到而需采取其他措施〔如磨削〕彌補時，那么應給后續(xù)工序留有余量。③找出圖樣上有位置精度要求的外表，這些外表應在一次裝夾下完成。④對外表粗糙度要求較高的外表，應確定用恒線速度切削。第2章數控車削加工工藝

2．結構工藝性分析零件的結構工藝性是指零件對加工方法的適應性，即所設計的零件結構應便于加工成型。在數控車床上加工零件時，應根據數控車削的特點，認真審視零件結構的合理性。如圖2-4〔a〕所示零件，需用三把不同寬度的切槽刀切槽，如無特殊需要，顯然是不合理的。假設改成圖2-4〔b〕所示結構，那么只需一把切槽刀即可切出三個槽，既減少了刀具數量、少占了刀架刀位，又節(jié)省了換刀時間。第2章數控車削加工工藝

圖2-4結構工藝性例如

3．零件裝夾方式的選擇數控車床上零件的裝夾要合理選擇定位基準和夾緊方案，主要注意以下兩點。〔1〕力求設計、工藝與編程計算的基準統一，這樣有利于提高編程時數值計算的簡便性和精確性?！?〕盡量減少裝夾次數，盡可能在一次裝夾后加工出全部待加工面。第2章數控車削加工工藝

2.2.2數控車削加工工藝路線的擬定1．加工方法的選擇在數控車床上，能夠完成內外回轉體外表的車削、鉆孔、鏜孔、鉸孔和攻螺紋等加工操作。具體選擇時應根據零件的加工精度、外表粗糙度、材料、結構形狀、尺寸及生產類型等因素，選用相應的加工方法和加工方案。第2章數控車削加工工藝

2．加工工序的劃分原那么〔1〕保持精度原那么數控加工要求工序盡可能集中，通常粗、精加工在一次裝夾下完成。為減少熱變形和切削力變形對工件外表質量的影響，應將粗、精加工分開進行。對軸類或盤類零件，應將待加工面先粗加工，然后留少量余量精加工，以保證外表質量要求；對軸上有孔、螺紋加工的工件，應先加工外表，而后加工孔、螺紋。第2章數控車削加工工藝

〔2〕提高生產效率的原那么數控加工中，為減少換刀次數，節(jié)省換刀時間，應將需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再換另一把刀來加工其他部位，同時應盡量減少空行程。用同一把刀加工工件的多個部位時，應以最短的路線到達各加工部位。實際生產中，數控加工工序的劃分要根據具體零件的結構特點、技術要求等情況綜合考慮。第2章數控車削加工工藝

3．加工路線確實定在數控加工中，刀具〔嚴格說是刀位點〕相對于工件的運動軌跡和方向稱為加工路線，即刀具從對刀點開始運動起，直至加工結束時所經過的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、返回等非切削空行程。加工路線確實定首先必須保持被加工零件的尺寸精度和外表質量，其次考慮數值計算簡單、走刀路線盡量短、效率較高等。因精加工的進給路線根本上都是沿其零件輪廓順序進行的，因此確定進給路線的工作重點是確定粗加工及空行程的進給路線。第2章數控車削加工工藝

數控車削加工零件時常用的加工路線分析實例〔1〕車圓錐的加工路線分析如圖2-5所示為車正錐的兩種加工路線。當按圖2-5〔a〕所示車正錐時，刀具切削運動的距離較短。當按圖2-5〔b〕所示的走刀路線車正錐時，編程方便,但在每次切削中，背吃刀量是變化的，而且切削運動的路線較長。圖2-6所示為車倒錐的兩種加工路線，其車倒錐原理與車正錐相同。第2章數控車削加工工藝

圖2-5車正錐的兩種加工路線圖2-6車倒錐的兩種加工路線

〔2〕車圓弧的加工路線分析應用G02〔G03〕指令車圓弧時，需要多刀加工，先將大局部余量切除，最后才車得所需圓弧。①車圓法車圓弧的切削路線此方法在確定了每次背吃刀量后，對90°圓弧的起點、終點坐標都較易確定。圖2-7〔a〕所示的走刀路線較短，圖2-7〔b〕所示的加工的空行程時間較長。此方法數值計算簡單，編程方便，可適合于加工較復雜的圓弧。第2章數控車削加工工藝

圖2-7車圓法切削路線

②車錐法切削車圓弧的路線圖2-8所示為車圓弧的車錐法切削路線，即先車一個圓錐，再車圓弧。但要注意車錐時起點和終點確實定。確定方法是連接OB交圓弧于D，過D點作圓弧的切線AC。由幾何關系得BD＝OB－OD＝R＝0.414R此為車錐時的最大切削余量，即車錐時，加工路線不能超過AC線。由BD與△ABC的關系可得AB＝CB＝BD=0.586R當R不太大時，可取AB＝CB＝0.5R。此方法的數值計算較繁，但其刀具切削路線較短。第2章數控車削加工工藝

圖2-8車錐法切削路線

〔3〕輪廓粗車加工路線分析切削進給路線最短，可有效提高生產效率，降低刀具損耗。安排最短切削進給路線時，應同時兼顧工件的剛性和加工工藝性等要求，不要顧此失彼。圖2-9所示給出了三種不同的輪廓粗車切削進給路線，其中圖a表示利用數控系統具有的封閉式復合循環(huán)功能，控制車刀沿著工件輪廓線進行進給的路線；圖b為三角形循環(huán)進給路線；圖c為矩形循環(huán)進給路線，其路線總長最短，因此在同等切削條件下的切削時間最短，刀具損耗最少。第2章數控車削加工工藝

圖2-9粗車進給路線例如

〔4〕車螺紋時的軸向進給距離分析在數控車床上車螺紋時，因此應防止在進給機構加速或減速的過程中切削。為此要有引入距離δ1和超越距離δ2。如圖2-10所示，δ1和δ2的數值與車床拖動系統的動態(tài)特性、螺紋的螺距和精度有關。一般δ1為2～5mm，對大螺距和高精度的螺紋取大值；δ2一般為1～2mm。這樣在切削螺紋時，能保證在升速后使刀具接觸工件，刀具離開工件后再降速。第2章數控車削加工工藝

圖2-10車螺紋時的引入距離和超越距離

4．車削加工順序的安排制訂零件車削加工順序時一般應遵循以下原那么。〔1〕先粗后精車削加工按照粗車→〔半精車〕→精車的順序，逐步提高加工精度。粗車將在較短的時間內將工件外表上的大局部加工余量〔如圖2-11中的雙點畫線內所示局部〕切掉。假設粗車后所留余量的均勻性滿足不了精加工的要求時，那么要安排半精車，以此為精車做準備。精車要保證加工精度，按圖樣尺寸一刀切出零件輪廓。第2章數控車削加工工藝

圖2-11先粗后精例如

〔2〕先近后遠在一般情況下，先加工離對刀點近的部位，后加工離對刀點遠的部位，以便縮短刀具移動距離，減少空行程時間。對于車削而言，先近后遠還有利于保持坯件或半成品的剛性，改善其切削條件。例如，加工圖2-12所示零件時，假設第一刀吃刀量未超限，那么應該按φ34→φ36→φ38的次序先近后遠地安排車削順序。第2章數控車削加工工藝

圖2-12先近后遠例如

〔3〕內外交叉對既有內外表〔內型腔〕又有外外表需加工的零件，在安排加工順序時，應先進行內外外表粗加工，后進行內外外表精加工。切不可將零件上的一局部外表〔外外表或內外表〕加工完畢后，再加工其他外表〔內外表或外外表〕?！?〕基面先行用作精基準的外表應優(yōu)先加工出來，因為定位基準的外表越精確，裝夾誤差就越小。例如，軸類零件加工時，總是先加工中心孔，再以中心孔為精基準加工外圓外表和端面。第2章數控車削加工工藝

2.2.3數控車削加工工序的設計1．夾具的分類與選擇車床夾具分為兩種根本類型：〔1〕安裝在車床主軸上的夾具這類夾具和車床主軸相連接并帶開工件一起隨主軸旋轉，主要用于加工工件的內外圓柱面、圓錐面、回轉成型面、螺紋及端平面等。除了各種卡盤、頂尖等通用夾具或其他機床附件外，往往根據加工的需要設計出各種心軸或其他專用夾具；〔2〕另一類是安裝在滑板或床身上的夾具，對于某些形狀不規(guī)那么和尺寸較大的工件，常常把夾具安裝在車床滑板上，刀具那么安裝在車床主軸上作旋轉運動，夾具作進給運動。第2章數控車削加工工藝

2.2.3數控車削加工工序的設計1．夾具的分類與選擇車床夾具分為兩種根本類型：〔1〕安裝在車床主軸上的夾具這類夾具和車床主軸相連接并帶開工件一起隨主軸旋轉，主要用于加工工件的內外圓柱面、圓錐面、回轉成型面、螺紋及端平面等。除了各種卡盤、頂尖等通用夾具或其他機床附件外，往往根據加工的需要設計出各種心軸或其他專用夾具；〔2〕另一類是安裝在滑板或床身上的夾具，對于某些形狀不規(guī)那么和尺寸較大的工件，常常把夾具安裝在車床滑板上，刀具那么安裝在車床主軸上作旋轉運動，夾具作進給運動。

2．刀具的選擇〔1〕常用車刀的種類及其選擇車刀一般分為尖形車刀、圓弧形車刀和成型車刀三類。①尖形車刀。尖形車刀是以直線形切削刃為特征的車刀。這類車刀的刀尖由直線形的主、副切削刃構成，如90°內外圓車刀、左右端面車刀、切斷〔車槽〕車刀，以及刀尖倒棱很小的各種外圓和內孔車刀。尖形車刀幾何參數的選擇方法與普通車削時根本相同，但應適合數控加工的特點〔如加工路線、加工工步等〕進行全面的考慮，并應兼顧刀尖本身的強度。第2章數控車削加工工藝

②圓弧形車刀圓弧形車刀是以一圓度誤差或線輪廓誤差很小的圓弧形切削刃為特征的車刀，如圖2-13所示。該車刀的圓弧刃上的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。圓弧形車刀可用于車削內外外表，特別適合于車削各種光滑連接〔凹形〕的成形面。選擇車刀圓弧半徑時應考慮兩點：★車刀切削刃的圓弧半徑應小于或等于零件凹形輪廓上的最小曲率半徑，以免發(fā)生加工干預；★該半徑不宜選得太小，否那么不但制造困難，還會因刀具強度太弱或刀體散熱能力差而導致車刀損壞。第2章數控車削加工工藝

圖2-13圓弧形車刀

③成型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刀刃的形狀和尺寸決定。在數控車削加工中，常見的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形槽車刀和螺紋車刀等。在數控加工中，應盡量少用或不用成型車刀，當確有必要選用時，那么應在工藝準備文件或加工程序單上進行詳細說明。第2章數控車削加工工藝

常用的焊接式車刀的種類、形狀和用途如圖2-14。第2章數控車削加工工藝

1—切斷刀；2—90°左偏刀；3—90°右偏刀；4—彎頭車刀；5—直頭車刀；6—成型車刀；7—寬刃精車刀；8—外螺紋車刀；9—端面車刀；10—內螺紋車刀；11—內槽車刀；12—通孔車刀；13—盲孔車刀圖2-14焊接式車刀的種類、形狀和用途

〔2〕機夾可轉位車刀的選用為了減少換刀時間和方便對刀，便于實現機械加工的標準化，數控車削加工時，應盡量采用機夾刀具。數控車床常用的機夾可轉位車刀的結構形式如圖2-15所示。第2章數控車削加工工藝

1—刀桿；2—刀片；3—刀架；4—夾緊元件圖2-15機夾可轉位車刀的結構形式

①刀片材質的選擇。常見的刀片材料有高速鋼、硬質合金、涂層硬質合金、陶瓷、立方氮化硼和金剛石等。選擇刀片材質時主要依據被加工工件的材料、被加工外表的精度、外表質量要求、切削載荷的大小及切削過程有無沖擊和振動等。②刀片尺寸的選擇。刀片尺寸的大小取決于有效切削刃的長度L。有效切削刃長度與背吃刀量ap和車刀的主偏角kr有關，如圖2-16所示，使用時可查閱有關刀具手冊進行選取。第2章數控車削加工工藝

圖2-16有效切削刃長度與背吃刀量和主偏角的關系

③刀片形狀的選擇刀片形狀主要依據被加工工件的外表形狀、切削方法、刀具壽命和刀片的轉位次數等因素進行選擇。常見可轉位車刀的刀片形狀及角度如下圖。第2章數控車削加工工藝

圖2-17常見可轉位車刀的刀片形狀及角度注意：加工凹形輪廓外表時，假設主、副偏角選得太小，會導致加工時刀具主后刀面、副后刀面與工件發(fā)生干預，因此必要時需作圖檢驗。

3．切削用量確實定數控編程時，編程人員必須確定每道工序的切削用量，并以指令的形式寫入程序中。切削用量包括主軸轉速、背吃刀量及進給速度等。對于不同的加工方法，需要選用不同的切削用量。切削用量的選擇原那么是：★保證零件加工精度和外表粗糙度，充分發(fā)揮刀具的切削功能；★保證合理的刀具耐用度，并充分發(fā)揮機床的性能；★最大限度地提高生產率，降低本錢。第2章數控車削加工工藝

〔1〕主軸轉速n確實定主軸轉速n應根據允許的切削速度vc和工件直徑d來選擇：vc＝pdn/1000〔m/min〕切削速度vc由刀具的耐用度決定，計算時可查找切削用量手冊進行選取或參考表2-1選取。數控車床車螺紋時，會受到以下幾方面的影響。①螺紋加工程序段中的螺距值，相當于以進給量f〔mm/r〕表示的進給速度F，如果將機床的主軸轉速選得過高，那么其換算后的進給速度〔mm/min〕必定大大超過正常值。第2章數控車削加工工藝

②刀具在其位移過程中將受到伺服驅動系統升、降頻率和數控裝置插補運算速度的約束。由于升、降頻率特性滿足不了加工需要等原因，那么可能因主進給運動產生的“超前〞和“滯后〞而導致局部螺牙的螺距不符合要求。③車削螺紋必須通過主軸的同步運行功能而實現，即車削螺紋需要設置主軸脈沖發(fā)生器〔編碼器〕。當其主軸轉速選得過高時，通過編碼器發(fā)出的定位脈沖將可能因“過沖而導致工件螺紋產生亂紋〔俗稱“爛牙〞〕。鑒于上述原因，不同的數控系統在車螺紋時推薦使用不同的主軸轉速范圍。大多數經濟型數控車床的數控系統推薦車螺紋時的主軸轉速n為n≤－k式中P—被加工螺紋的螺距〔mm〕；k—保險系數，一般為80。第2章數控車削加工工藝

〔2〕進給速度vf確實定進給速度主要根據零件的加工精度和外表粗糙度要求，以及刀具、工件的材料性質選取。確定進給速度的原那么如下。①當工件的質量要求能夠得到保證時，為提高生產效率，可選擇較高的進給速度，一般在100～200mm/min范圍內選取。②在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20～50mm/min范圍內選取。③當加工精度、外表粗糙度要求較高時，進給速度也應選小些，一般在20～50mm/min范圍內選取。④計算進給速度時，可參考表2-2、表2-3或查閱切削用量手冊選取每轉進給量f，然后按下式計算進給速度：vf＝nf第2章數控車削加工工藝

〔3〕背吃刀量ap確實定背吃刀量根據機床、工件和刀具的剛度來確定。在剛度允許的條件下，應盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數，提高生產效率。為了保證加工外表質量，可留少許精加工余量，一般為0.2～0.5mm。第2章數控車削加工工藝

提示：按照上述方法確定的切削用量進行加工，工件外表的加工質量未必十分理想。因此，切削用量的具體數值還應根據機床性能、相關的手冊并結合實際經驗用模擬方法確定，使主軸轉速、背吃刀量及進給速度三者能相互適應，以形成最正確切削用量。

2.2.4數控車削加工中的裝刀與對刀1．車刀的安裝在實際切削中，車刀安裝位置的上下、車刀刀桿軸線是否垂直，對車刀角度有很大的影響。正確地安裝車刀，是保證加工質量、減小刀具磨損、提高刀具使用壽命的重要步驟。如圖2-18所示，為車刀的安裝角度示意圖。圖〔a〕為“－〞的傾斜角度，增大刀具切削力；圖〔b〕為“＋〞的傾斜角度，減小刀具切削力。第2章數控車削加工工藝

圖2-18車刀的安裝角度

2．刀位點刀位點是指在加工程序編制中，用以表示刀具特征的點，也是對刀和加工的基準點。各類車刀的刀位點如圖2-19所示。第2章數控車削加工工藝

圖2-19車刀的刀位點

第2章數控車削加工工藝

3．對刀在加工程序執(zhí)行前，調整每把刀的刀位點，使其盡量重合于某一理想基準點，這一過程稱為對刀。對刀一般分為手動對刀和自動對刀兩大類。目前，絕大多數的數控機床采用手動對刀，其根本方法有定位對刀法、光學對刀法、ATC對刀法和試切對刀法。數控車床常用的試切對刀方法如圖2-20所示。圖2-20數控車床常用的試切對刀方法

4．換刀點位置確實定換刀點是指在編制加工中心、數控車床等多刀加工的各種數控機床所需加工程序時，相對于機床固定原點而設置的一個自動換刀或換工作臺的位置。換刀的位置可設定在程序原點、機床固定原點或浮動原點上，其具體的位置應根據工序內容而定。為了防止在換〔轉〕刀時碰撞到被加工零件或夾具，除特殊情況外，其換刀點都設置在被加工零件的外面，并留有一定的平安區(qū)。第2章數控車削加工工藝

2.3典型零件的加工工藝分析2.3.1軸類零件以圖2-21所示的典型軸類零件為例，所用機床為配備HNC-21T數控系統的CJK36數控車床，其數控車削加工工藝分析如下。第2章數控車削加工工藝

圖2-21典型軸類零件

〔1〕零件圖工藝分析該零件外表由圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧、雙曲線、螺紋等外表組成，其中多個直徑尺寸有嚴格的尺寸精度和外表粗糙度等要求；球面Sφ50mm的尺寸公差還兼有控制該球面形狀〔線輪廓〕誤差的作用；尺寸標注完整，輪廓描述清楚；零件材料為45鋼，無熱處理和硬度要求。

第2章數控車削加工工藝

通過上述分析，可采取以下幾點工藝措施。①對圖樣上給定的幾個精度要求較高的尺寸，因其公差數值較小，故編程時不必取平均值，而全部取其根本尺寸即可。②在輪廓曲線上，有三處為過象限圓弧，其中兩處為既過象限又改變進給方向的輪廓曲線，因此在加工時應進行機械間隙補償，以保證輪廓曲線的準確性。③為便于裝夾，坯件左端面應預先車出夾持局部，右端面也應先粗車并鉆好中心孔。毛坯選φ60mm棒料。第2章數控車削加工工藝

〔2〕確定加工順序及進給路線加工順序按由粗到精、由近到遠〔由右到左〕的原那么確定，即先從右到左進行粗車〔留0.25mm的精車余量〕，然后從右到左進行精車，最后車削螺紋。HNC-21T數控車床具有粗車循環(huán)和車螺紋循環(huán)的功能，只要正確使用編程指令，機床數控系統就會自行確定其進給路線，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給路線〔但精車的進給路線需要人為確定〕。該零件從右到左沿零件外表輪廓的精車進給路線如圖2-22所示。第2章數控車削加工工藝

圖2-22精車輪廓進給路線

〔3〕刀具選擇①選用φ5中心鉆鉆削中心孔。②粗車及平端面選用90o硬質合金右偏刀，為防止副后刀面與工件輪廓干預〔可用作圖法檢驗〕，副偏角不宜太小，選35°。③為減少刀具數量和換刀次數，精車和車螺紋選用硬質合金60°外螺紋車刀，刀尖圓弧半徑應小于輪廓最小圓角半徑，取rε=0.15～0.20mm。將所選定的刀具參數填入數控加工刀具卡片中〔見表2-4〕，以便于編程和操作管理。第2章數控車削加工工藝

〔4〕切削用量選擇①背吃刀量的選擇輪廓粗車循環(huán)時選ap=3mm，精車時ap=0.25mm；螺紋粗車循環(huán)時選ap=0.4mm，精車時ap=0.1mm。②主軸轉速的選擇車直線和圓弧時，查表2-1選粗車切削速度vc=90m/min精車切削速度vc=120m/min。然后計算主軸轉速n，粗車時為500r/min，精車時為1200r/min。車螺紋時主軸轉速n＝320r/min。

第2章數控車削加工工藝

③進給速度的選擇先查表2-3選擇粗車、精車時進給量分別為0.4mm/r和0.15mm/r。再計算粗車、精車時的進給速度分別為200mm/min和180mm/min。綜合前面分析的各項內容，并將其填入表2-5(數控加工工藝卡片)。第2章數控車削加工工藝

2.3.2軸套類零件以圖2-23所示的軸承套零件為例，分析軸套類零件的數控車削加工工藝〔單件、小批量生產〕。第2章數控車削加工工藝

圖2-23軸承套零件

〔1〕零件圖工藝分析該零件外表由內外圓柱面、內圓錐