淺論數(shù)控車削典型零件加工

1、數(shù)控車削典型零件加工工藝摘 要：文章通過(guò)對(duì)典型數(shù)控車削零件加工工藝的分析，切削參數(shù)、加工指令選擇,最終制定加工方案,保證加工零件的精度。關(guān)鍵詞：工藝分析加工方案進(jìn)給路線控制尺寸隨著數(shù)控技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，數(shù)控加工技術(shù)對(duì)國(guó)計(jì)民生的一些重要行業(yè)（IT、汽車、輕工、醫(yī)療等）的發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用，因?yàn)樾?、質(zhì)量是先進(jìn)制造技術(shù)的主體。高速、高精加工技術(shù)可極大地提高效率，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和檔次，縮短生產(chǎn)周期和提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力。而對(duì)于數(shù)控加工,無(wú)論是手工編程還是自動(dòng)編程，在編程前都要對(duì)所加工的零件進(jìn)行工藝分析，擬定加工方案，選擇合適的刀具，確定切削用量，對(duì)一些工藝問(wèn)題（如對(duì)刀點(diǎn)、加工路線等）

2、也需做一些處理。并在加工過(guò)程掌握控制精度的方法,才能加工出合格的產(chǎn)品。1.加工零件圖（圖1） 2.確定零件車削加工方案零件圖紙工藝分析確定裝夾方案確定工序方案確定工步順序確定進(jìn)給路線確定所用刀具確定切削參數(shù)編寫加工程序2.1零件圖紙工藝分析零件圖分析是制定數(shù)控車削工藝的首要任務(wù)。主要進(jìn)行尺寸標(biāo)注方法分析、輪廓幾何要素分析以及精度和技術(shù)要求分析。此外還應(yīng)分析零件結(jié)構(gòu)和加工要求的合理性，選擇工藝基準(zhǔn)。 2.1.1尺寸標(biāo)注方法分析 零件圖上的尺寸標(biāo)注方法應(yīng)適應(yīng)數(shù)控車床的加工特點(diǎn)，以同一基準(zhǔn)標(biāo)注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸。這種標(biāo)注方法既便于編程，又有利于設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)、測(cè)量基準(zhǔn)和編程原點(diǎn)的統(tǒng)一。如果零

3、件圖上各方向的尺寸沒有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，可考慮在不影響零件精度的前提下選擇統(tǒng)一的工藝基準(zhǔn)。計(jì)算轉(zhuǎn)化各尺寸，以簡(jiǎn)化編程計(jì)算。 2.1.2輪廓幾何要素分析 在手工編程時(shí)，要計(jì)算每個(gè)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。在自動(dòng)編程時(shí)要對(duì)零件輪廓的所有幾何元素進(jìn)行定義。因此在零件圖分析時(shí)，要分析幾何元素的給定條件是否充分。 2.1.3精度和技術(shù)要求分析 對(duì)被加工零件的精度和技術(shù)進(jìn)行分析，是零件工藝性分析的重要內(nèi)容，只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基礎(chǔ)上，才能正確合理地選擇加工方法、裝夾方式、刀具及切削用量等。其主要內(nèi)容包括：分析精度及各項(xiàng)技術(shù)要求是否齊全、是否合理；分析本工序的數(shù)控車削加工精度能否達(dá)到圖紙要求，若達(dá)不到，允許采

4、取其他加工方式彌補(bǔ)時(shí)，應(yīng)給后續(xù)工序留有余量；對(duì)圖紙上有位置精度要求的表面，應(yīng)保證在一次裝夾下完成；對(duì)表面粗糙度要求較高的表面，應(yīng)采用恒線速度切削（注意：在車削端面時(shí)，應(yīng)限制主軸最高轉(zhuǎn)速)。該零件尺寸精度要求較高，有外圓錐面,外圓弧面,內(nèi)錐,內(nèi)槽，內(nèi)螺紋等形面。精度上，外圓48與38等外徑及長(zhǎng)度方向尺寸精度較高。并且左圓錐面與右圓柱面具有同軸度要求，可見該零件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，適合數(shù)控加工。2.2裝夾方案2.2.1工件的裝夾與定位 數(shù)控車削加工中盡可能做到一次裝夾后能加工出全部或大部分代加工表面，盡量減少裝夾次數(shù)，以提高加工效率、保證加工精度。對(duì)于軸類零件，通常以零件自身的外圓柱面作定位基準(zhǔn)；對(duì)于套類零

5、件，則以內(nèi)孔為定位基準(zhǔn)。數(shù)控車床夾具除了使用通用的三爪自動(dòng)定心卡盤、四爪卡盤、液壓、電動(dòng)及氣動(dòng)夾具外，還有多種通用性較好的專用夾具。實(shí)際操作時(shí)應(yīng)合理選擇。 形位精度的要求確定了零件的裝夾方案，從該零件可看出，需要經(jīng)過(guò)多次掉頭裝夾才能達(dá)到要求。應(yīng)先夾住左端面,除了直徑40的外錐及內(nèi)螺紋內(nèi)槽不需加工外,其它的需加工完畢。接著掉頭夾住38的外徑加工剩余的部分。第二次裝夾需以38的外徑及左端面定位，采用百分表找正，才能較好保證同軸度。還需注意，第二次裝夾時(shí)該零件屬薄壁件，易變形，夾緊力要適當(dāng)。2.3工序方案 2.3.1工序劃分的原則 在數(shù)控車床上加工零件，常用的工序的劃分原則有兩種。 （1）保持精度原

6、則。工序一般要求盡可能地集中，粗、精加工通常會(huì)在一次裝夾中全部完成。為減少熱變形和切削力變形對(duì)工件的形狀、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影響，則應(yīng)將粗、精加工分開進(jìn)行。 （2）提高生產(chǎn)效率原則。為減少換刀次數(shù)，節(jié)省換刀時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，應(yīng)將需要用同一把刀加工的加工部位都完成后，再換另一把刀來(lái)加工其他部位，同時(shí)應(yīng)盡量減少空行程。 2.3.2確定加工順序 制定加工順序一般遵循下列原則： （1）先粗后精。按照粗車半精車精車的順序進(jìn)行，逐步提高加工精度。 （2）先近后遠(yuǎn)。離對(duì)刀點(diǎn)近的部位先加工，離對(duì)刀點(diǎn)遠(yuǎn)的部位后加工，以便縮短刀具移動(dòng)距離，減少空行程時(shí)間。此外，先近后遠(yuǎn)車削還有利于保持坯件或半成品

7、的剛性，改善其切削條件。 （3）內(nèi)外交叉。對(duì)既有內(nèi)表面又有外表面需加工的零件，應(yīng)先進(jìn)行內(nèi)外表面的粗加工，后進(jìn)行內(nèi)外表面的精加工。 （4）基面先行。用作精基準(zhǔn)的表面應(yīng)優(yōu)先加工出來(lái)，定位基準(zhǔn)的表面越精確，裝夾誤差越小。分為四道工序，工序1，夾住零件右端，夾位為30長(zhǎng)，加工48、38柱面、R40、R4圓弧、保證外徑各個(gè)長(zhǎng)度。工序2,加工16、30內(nèi)圓柱,圓錐面、R2圓弧、保證內(nèi)徑各個(gè)長(zhǎng)度。工序3,工掉頭裝夾3825柱面，控制總長(zhǎng),加工40外錐面；工序4鉆螺紋底孔,加工內(nèi)槽。內(nèi)螺紋。2.4確定工步順序、進(jìn)給路線及刀具確定進(jìn)給路線的工作重點(diǎn)，主要在于確定粗加工及空行程的進(jìn)給路線，因精加工切削過(guò)程的進(jìn)給路

8、線基本上都是沿其零件輪廓順序進(jìn)行的。進(jìn)給路線泛指刀具從對(duì)刀點(diǎn)（或機(jī)床固定原點(diǎn)）開始運(yùn)動(dòng)起，直至返回該點(diǎn)并結(jié)束加工程序所經(jīng)過(guò)的路徑，包括切削加工的路徑及刀具切入、切出等非切削空行程。在保證加工質(zhì)量的前提下，使加工程序具有最短的進(jìn)給路線，不僅可以節(jié)省整個(gè)加工過(guò)程的執(zhí)行時(shí)間，還能減少一些不必要的刀具消耗及機(jī)床進(jìn)給機(jī)構(gòu)滑動(dòng)部件的磨損等。 刀具的使用壽命除與刀具材料相關(guān)外，還與刀具的直徑有很大的關(guān)系。刀具直徑越大，能承受的切削用量也越大。所以在零件形狀允許的情況下，采用盡可能大的刀具直徑是延長(zhǎng)刀具壽命，提高生產(chǎn)率的有效措施。數(shù)控車削常用的刀具一般分為3類。即尖形車刀、圓弧形車刀和成型車刀。（1）尖形車刀

9、。以直線形切削刃為特征的車刀一般稱為尖形車刀。其刀尖由直線性的主、副切削刃構(gòu)成，如外圓偏刀、端面車刀等。這類車刀加工零件時(shí)，零件的輪廓形狀主要由一個(gè)獨(dú)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。除可車削內(nèi)外圓表面外，特別適宜于車削各種光滑連接的成型面。其特征為：構(gòu)成主切削刃的刀刃形狀為一圓度誤差或線輪廓誤差很小的圓弧，該圓弧刃的每一點(diǎn)都是圓弧形車刀的刀尖，因此刀位點(diǎn)不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上。 （3）成型車刀。即所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，常用的成型車刀有小半徑圓弧車刀、車槽刀和螺紋車刀等。為了減少換刀時(shí)間和方便對(duì)刀，便于實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工

10、的標(biāo)準(zhǔn)化。數(shù)控車削加工中，應(yīng)盡量采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位式車刀。 刀具的選擇是數(shù)控加工中重要內(nèi)容之一，它不僅影響機(jī)床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。編程時(shí)，選擇刀具通常要考慮機(jī)床的加工能力、工序內(nèi)容、工件材料等因素。如下是對(duì)該零件工步順序、刀具的選擇。粗車外圓表面。刀具：90o外圓刀片,80o菱形刀片。48、30外圓、R40圓弧。半精車R4過(guò)渡圓弧。刀具：6圓形刀。粗車內(nèi)孔端部，刀具：三角形刀片。這道工步是為下一道工步服務(wù)，減少鉆削加工變形。鉆削內(nèi)孔深部。刃具：16鉆頭。粗車內(nèi)錐面。刀具：55o菱形刀片。精車右端面。刀具：55o菱形刀片。精車內(nèi)錐面。刀具：93o菱形刀片。精車外圓及圓弧面。刀具：93o

11、外圓刀片,R3圓弧車刀。掉頭裝夾,粗、精車左端面,保證總長(zhǎng)。刀具：55o菱形刀片。粗車40外錐面。刀具：90o外圓刀片。粗、精螺紋底孔。刀具：93o菱形刀片。精車40外錐面。刀具：93o外圓刀片。車內(nèi)螺紋退刀槽及車螺紋。刀具：90o內(nèi)槽刀片及 60o內(nèi)螺紋刀片。2.5確定切削用量 數(shù)控車削加工中的切削用量包括背吃刀量ap、主軸轉(zhuǎn)速S（或切削速度）及進(jìn)給速度F（或進(jìn)給量f）。 切削用量的選擇原則，合理選用切削用量對(duì)提高數(shù)控車床的加工質(zhì)量至關(guān)重要。確定數(shù)控車床的切削用量時(shí)一定要根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書中規(guī)定的要求，以及刀具的耐用度去選擇，也可結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)采用類比法來(lái)確定。一般的選擇原則是：粗車時(shí)，首先考慮在

12、機(jī)床剛度允許的情況下選擇盡可能大的背吃刀量ap；其次選擇較大的進(jìn)給量f；最后再根據(jù)刀具允許的壽命確定一個(gè)合適的切削速度。增大背吃刀量可減少走刀次數(shù)，提高加工效率，增大進(jìn)給量有利于斷屑。精車時(shí)，應(yīng)著重考慮如何保證加工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡量提高加工效率，因此宜選用較小的背吃刀量和進(jìn)給量，盡可能地提高加工速度。主軸轉(zhuǎn)速S(r/min)可根據(jù)切削速度(mm/min)由公式S=1000D(D為工件或刀具直徑mm)計(jì)算得出，也可以查表或根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定。切削用量是衡量工作運(yùn)動(dòng)大小的數(shù)值，它的選擇與保證工件質(zhì)量和提高生產(chǎn)效率有密切的關(guān)系。切削用量主要包括切削速度、進(jìn)給量和切削深度。切削用量大小決定著加工時(shí)間

13、、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟(jì)有效的加工方式必然是合理的選擇了切削用量。如下是對(duì)該零件切削用量的選擇。外圓柱面粗車:S=600r/min F=80mm/min ap=4mm精車: S=1000r/min F=100mm/min ap=1mm內(nèi)圓柱面粗車:S=600r/min F=60mm/min ap=3mm精車: S=1000r/min F=80mm/min ap=1.5mm內(nèi)槽S=600r/min F=50mm/min ap=4mm內(nèi)螺紋S=600r/min 2.6指令 ( GSK980T系統(tǒng) )選擇準(zhǔn)備功能指令 GOO G01 G71 G73 G75 G76 輔助功能指令 M03 M05 M

14、08 M09 M00 M30 刀具功能代碼 T主軸功能代碼 S3.控制尺寸精度的方法數(shù)控加工中，經(jīng)常碰到這樣一種現(xiàn)象：程序自動(dòng)運(yùn)行后，停車測(cè)量，發(fā)現(xiàn)工件尺寸達(dá)不到要求，尺寸變化無(wú)規(guī)律。這時(shí)可采取以下常用的控制尺寸的方法。修改刀補(bǔ)值保證尺寸精度。由于第一次對(duì)刀誤差或者其他原因造成工件誤差超出工件公差，不能滿足加工要求時(shí)，可通過(guò)修改刀補(bǔ)使工件達(dá)到要求尺寸，保證徑向尺寸方法如下： 根據(jù)“大減小，小加大”的原則，在刀補(bǔ)001004處修改。如用號(hào)切斷刀切槽時(shí)工件尺寸大了0.2mm，而001處刀補(bǔ)顯示是X3.8，則可輸入X3.6，減少1號(hào)刀補(bǔ)。 修改程序控制尺寸。如用2號(hào)外圓刀加工完上圖工件后，經(jīng)粗加工和半精加工后停車測(cè)量，各軸段徑向尺寸如下：48.06mm、38.03mm。這時(shí)，可以采用修改程序的方法進(jìn)行補(bǔ)救，方法為把X48改為X47.93，X38改為X37.97，這樣一來(lái)，這兩處外圓能達(dá)到要求。 經(jīng)過(guò)上述程序和刀補(bǔ)雙管齊下的修改后，再調(diào)用精車程序，工件尺寸一般都能得到有效的保證。4.結(jié)語(yǔ)數(shù)控車削加工是基于數(shù)控程序的自動(dòng)化加工方式，實(shí)際加工中，操作者只有具備較強(qiáng)的加工工藝分析能力和豐富的實(shí)踐技能，方能編制出高質(zhì)量的加工程序，加工出高