典型零件的數(shù)控車削加工培訓(xùn)課程

機(jī)械零件的數(shù)字化加工沙洲職業(yè)工學(xué)院機(jī)械動力工程系1典型零件的數(shù)控車削加工項目1：簡單零件的數(shù)控車削加工2典型零件的數(shù)控車削加工任務(wù)2：圓錐類零件的數(shù)控車削加工2.1任務(wù)描述如圖所示工件，毛坯為?20mm×60mm的45鋼棒料，試采用單一固定循環(huán)編程指令G90編寫其加工程序。圖3-1圓錐類零件編程實例3程序清單典型零件的數(shù)控車削加工O0001主程序名G50S2000；限定主軸最高轉(zhuǎn)速2000r/minG96G99G21G40T01;程序初始化G00X200.Z200.;快速定位至換刀參考點（人工設(shè)定）T0101;換1號刀，選擇1號刀補(bǔ)S100M03;主軸正轉(zhuǎn)，線速度100M/minG00X100.Z100.M08;刀具到目測安全位置，冷卻液打開G41G00X16.Z0;定位至固定循環(huán)起始點，建立左刀補(bǔ)G90X6.Z-5.196R-3.F0.15;調(diào)用固定循環(huán)粗加工60度頂尖表面X6.Z-9.526R-5.5;固定循環(huán)模態(tài)調(diào)用G01X0Z0；定位至精加工起始點G01X6.Z-10.392F0.1；精加工60度頂尖表面X20.;G97S800；G40G00X100.Z100.M09;程序結(jié)束部分M30;42.2相關(guān)知識2.2.1進(jìn)給路線的確定在車床上車削外圓錐時大體上有如圖所示的三種進(jìn)給路線。圓錐的加工路線典型零件的數(shù)控車削加工52.2.1進(jìn)給路線的確定1.階梯切削路線按圖a中的階梯切削路線，二刀粗車，最后一刀精車；二刀粗車的終刀距S要作精確的計算，可由相似三角形得：D-d2L＝D-d2S-apD-d2L（＝D-d2S-ap）

此種加工路線，粗車時，刀具背吃刀量相同，但精車時，背吃刀量不同；同時刀具切削運動的路線最短。典型零件的數(shù)控車削加工62.2.1進(jìn)給路線的確定2.相似三角形切削路線

按圖b的相似斜線切削路線，也需計算粗車時終刀距S，可由相似三角形得：按此種加工路線，刀具切削運動的距離較短。D-d2L＝SapD-d2L＝Sap典型零件的數(shù)控車削加工72.2.1進(jìn)給路線的確定3.三角形切削路線

按圖c的斜線加工路線，只需確定每次背吃刀量ap，而不需計算終刀距，編程方便。但在每次切削中背吃刀量是變化的，且刀具切削運動的路線較長。典型零件的數(shù)控車削加工82.2.2數(shù)控車床的裝夾與定位1.數(shù)控車床工件的基準(zhǔn)2.數(shù)控車床定位基準(zhǔn)的選擇設(shè)計基準(zhǔn)徑向：回轉(zhuǎn)體軸線軸向：工件的某一端面或幾何中心處定位基準(zhǔn)被加工工件的外圓表面、內(nèi)圓表面或端面中心孔測量基準(zhǔn)被加工工件各項精度測量和檢測時的基準(zhǔn)定位方式一：一端固定（用三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤或彈簧套固定）（適于軸較短）定位方式二：卡盤—頂尖定位或兩頂尖定位（適于軸較長）典型零件的數(shù)控車削加工93.數(shù)控車床裝夾三爪自定心卡盤裝夾兩頂尖之間裝夾雙三爪定心卡盤裝夾卡盤和頂尖裝夾常用裝夾方式通用夾具裝夾典型零件的數(shù)控車削加工10三爪卡盤：可自動定心，夾持范圍大，但定心精度不高，不適于零件同軸度要求高時的二次裝夾。有機(jī)械式和液壓式（常用）。軟爪：當(dāng)加工同軸度要求較高的工件或進(jìn)行工件的二次裝夾時用此?？ūP加頂尖：在車削質(zhì)量較大的工件時用。安全可靠、剛性好、軸向定位準(zhǔn)確，常用。四爪卡盤：當(dāng)加工精度要求不高，偏心距較小，長度較短的工件。彈簧夾套：定心精度高，裝夾快捷方便，常用于精加工的外圓表面定位。典型零件的數(shù)控車削加工111.對刀具的要求（1）為使粗車能大吃刀、大走刀，要求粗車刀具強(qiáng)度高、耐用度好；（2）精車首先是保證加工精度，所以要求刀具的精度高、耐用度好。（3）為減少換刀時間和方便對刀，應(yīng)盡可能多地采用機(jī)夾刀。（4）多數(shù)情況下應(yīng)采用涂層硬質(zhì)合金刀片。（5）數(shù)控車床對刀片的斷屑槽有較高的要求。數(shù)控車削刀片常采用三維斷屑槽。（6）數(shù)控車床還要求刀片耐用度的一致性好，以便于使用刀具壽命管理功能。2.2.3數(shù)控車削刀具典型零件的數(shù)控車削加工122.常用車刀種類和用途常用車刀的種類、形狀和用途

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(nèi)螺紋車刀11-內(nèi)槽車刀12-通孔車刀13-盲孔車刀典型零件的數(shù)控車削加工132.常用車刀種類和用途外圓車刀內(nèi)孔車刀螺紋車刀常用車刀典型零件的數(shù)控車削加工14類型主偏角適用機(jī)床外圓車刀900、500、600、750、450普通車床和數(shù)控車床仿形車刀930、107.50仿形車床和數(shù)控車床端面車刀900、450、750普通車床和數(shù)控車床內(nèi)圓車刀450、600、750、900、910、930、950、107.50普通車床和數(shù)控車床切斷車刀普通車床和數(shù)控車床螺紋車刀普通車床和數(shù)控車床切槽車刀普通車床和數(shù)控車床3.數(shù)控車刀數(shù)控車床所采用車刀分為整體式和可轉(zhuǎn)位車刀兩種，多采用可轉(zhuǎn)位車刀.可轉(zhuǎn)位車刀按其用途可分為外圓車刀、仿形車刀、端面車刀、內(nèi)圓車刀、切槽車刀、切斷車刀和螺紋車刀等

典型零件的數(shù)控車削加工15可轉(zhuǎn)位車刀的結(jié)構(gòu)形式由杠桿、螺釘、刀墊、刀墊銷、刀片所組成由壓緊螺釘、刀墊、銷、刀片所組成由緊定螺釘、刀墊、銷、楔塊、刀片所組成①杠桿式：②楔塊式：③上壓式：典型零件的數(shù)控車削加工16依靠螺釘旋緊壓靠杠桿，由杠桿的力壓緊刀片達(dá)到夾固的目的。杠桿式典型零件的數(shù)控車削加工17依靠銷與楔塊的壓下力將刀片夾緊。

楔塊式

典型零件的數(shù)控車削加工18依靠夾緊螺釘?shù)膲合铝⒌镀瑠A緊。

上壓式

典型零件的數(shù)控車削加工194.合理選擇刀具

第一條路線為：零件圖樣、機(jī)床影響因素、選擇刀桿、刀片夾緊系統(tǒng)、選擇刀片形狀，主要考慮機(jī)床和刀具的情況；第二條路線為：工件影響因素、選擇工件材料代碼、確定刀片的斷屑槽型、選擇加工條件臉譜，這條路線主要考慮工件的情況。綜合這兩條路線的結(jié)果，才能確定所選用的刀具。典型零件的數(shù)控車削加工20①選擇刀片材質(zhì)常見刀片材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金，陶瓷、立方氮化硼和金鋼石等，其中應(yīng)用最多的是硬質(zhì)合金和涂層硬質(zhì)合金刀片。選擇刀片材質(zhì)主要依據(jù)被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面質(zhì)量要求、切削載荷的大小以及切削過程有無沖擊和振動等。

典型零件的數(shù)控車削加工21②刀片形狀的選擇刀片形狀主要依據(jù)加工輪廓、切削方法、刀具壽命和刀片的轉(zhuǎn)位次數(shù)等因素選擇。一般外圓車削常用80°凸三角形、四方形和80°菱形刀片；仿形加工常用55°、35°菱形和圓形刀片；在機(jī)床剛性、功率允許的條件下，大余量、粗加工應(yīng)選擇刀尖角較大的刀片，反之選擇刀尖角較小的刀片。典型零件的數(shù)控車削加工22可轉(zhuǎn)位車削刀片型號表示方法23③刀具前角的選擇大負(fù)前角用于切削硬材料需切削刃強(qiáng)度大，以適應(yīng)斷續(xù)切削、切削含黑皮表面層的加工條件大正前角用于切削軟質(zhì)材料易切削材料被加工材料及機(jī)床剛性差時前角的影響正前角大，切削刃鋒利前角每增加1°，切削功率減少1％正前角大，刀刃強(qiáng)度下降；負(fù)前角過大，切削力增加典型零件的數(shù)控車削加工24④刀具后角的選擇后角的影響后角大，后刀面磨損小后角大，刀尖強(qiáng)度下降小后角用于切削硬材料需切削刃強(qiáng)度高時大后角用于切削軟材料切削易加工硬化的材料典型零件的數(shù)控車削加工25⑤刀具主偏角的選擇主偏角的影響進(jìn)給量相同時，主偏角小，刀片與切屑接觸的長度增加，切削厚度變薄，使切削力分散作用在長的刀刃上，刀具耐用度得以提高主偏角小，分力a’也隨之增加，加工細(xì)長軸時，易發(fā)生撓曲主偏角小，切削處的力性能變差主偏角小，切削厚度變薄，切削寬度增加，將使切屑難以碎斷大主偏角用于切深小的精加工切削細(xì)而長的工件機(jī)床剛性差時小主偏角用于工件硬度高，切削溫度大時大直徑零件的粗加工機(jī)床剛性高時典型零件的數(shù)控車削加工26⑥刀具副偏角的選擇副偏角的影響副偏角小，切削刃強(qiáng)度增加，但刀尖易發(fā)熱副偏角小，背向力增加，切削時易產(chǎn)生振動粗加工時副偏角宜小些；而精加工時副偏角則宜大些副偏角具有減少已加工表面與刀具摩擦的功能。一般為5°～15°典型零件的數(shù)控車削加工27⑦刀具刃傾角的選擇刃傾角是前刀面傾斜的角度。重切削時，切削開始點的刀尖上要承受很大的沖擊力，為防止刀尖受此力而發(fā)生脆性損傷，故需有刃傾角。推薦車削時為3°～5°；刃傾角的影響刃傾角為負(fù)時，切屑流向工件；為正時，反向排出刃傾角為負(fù)時，切削刃強(qiáng)度增大，但切削背向力也增加，易產(chǎn)生振動典型零件的數(shù)控車削加工28⑧刀尖圓弧半徑的選擇刀尖圓弧半徑的影響刀尖圓弧半徑大，表面粗糙度下降刀尖圓弧半徑大，刀刃強(qiáng)度增加刀尖圓弧半徑過大，切削力增加，易產(chǎn)生振動刀尖圓弧半徑大，刀具前、后面磨損減小刀尖圓弧半徑過大，切削處的力性能惡化刀尖圓弧小用于切深削的精加工細(xì)長軸加工機(jī)床剛性差時刀尖圓弧大用于需要刀刃強(qiáng)度高的黑皮切削，斷續(xù)切削大直徑工件的粗加工機(jī)床剛性好時典型零件的數(shù)控車削加工295．車削工具系統(tǒng)為了提高效率，減少換刀輔助時間，數(shù)控車削刀具已經(jīng)向標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、模塊化方向發(fā)展，目前數(shù)控車床的刀具系統(tǒng)常用的有兩類。一類是刀塊式，結(jié)構(gòu)是用凸鍵定位、螺釘夾緊。該結(jié)構(gòu)定位可靠，夾緊牢固、剛性好，但換裝刀具費時，不能自動夾緊。另一類結(jié)構(gòu)是圓柱柄上銑有齒條的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)自動夾緊，換裝比較快捷，剛性較刀塊式差。

典型零件的數(shù)控車削加工30刀塊式車刀系統(tǒng)圓柱齒條式車刀系統(tǒng)典型零件的數(shù)控車削加工316．對刀

（1）試切對刀試切對刀是指在機(jī)床上使用相對位置檢測手動對刀（2）機(jī)外對刀儀對刀機(jī)外對刀的本質(zhì)是測量出刀具假想刀尖點到刀具臺基準(zhǔn)之間X及Z方向的距離。（3）自動對刀

動對刀是通過刀尖檢測系統(tǒng)實現(xiàn)的，刀尖以設(shè)定的速度向接觸式傳感器接近，當(dāng)?shù)都馀c傳感器接觸并發(fā)出信號，數(shù)控系統(tǒng)立即記下該瞬間的坐標(biāo)值，并自動修正刀具補(bǔ)償值。典型零件的數(shù)控車削加工32

刀具安裝后，先移動刀具手動切削工件右端面，再沿X向退刀，將右端面與加工原點距離N輸入數(shù)控系統(tǒng)，即完成這把刀具Z向?qū)Φ哆^程。

典型零件的數(shù)控車削加工33典型零件的數(shù)控車削加工34典型零件的數(shù)控車削加工352.2.4編程指令回顧介紹S功能指令S功能指令用于控制主軸轉(zhuǎn)速。編程格式S～S后面的數(shù)字表示主軸轉(zhuǎn)速，單位為r/min。在具有恒線速功能的機(jī)床上，S功能指令還有如下作用。(1)最高轉(zhuǎn)速限制編程格式G50S～S后面的數(shù)字表示的是最高轉(zhuǎn)速：r/min。例：G50S3000表示最高轉(zhuǎn)速限制為3000r/min。(2)恒線速控制編程格式G96S～S后面的數(shù)字表示的是恒定的線速度：m/min。例：G96S150表示切削點線速度控制在150m/min。(3)恒線速取消編程格式G97S～S后面的數(shù)字表示恒線速度控制取消后的主軸轉(zhuǎn)速，如S未指定，將保留G96的最終值。例：G97S3000表示恒線速控制取消后主軸轉(zhuǎn)速3000r/min。典型零件的數(shù)控車削加工362.進(jìn)給速度量綱控制指令G98、G99在數(shù)控車削中有兩種切削進(jìn)給模式設(shè)置方法，即進(jìn)給率(每轉(zhuǎn)進(jìn)給模式)和進(jìn)給速度(每分鐘進(jìn)給模式)。（1）進(jìn)給率，單位為mm/r，其指令為：G99；進(jìn)給率轉(zhuǎn)換指令G01X__Z__F__；F的單位為mm/r（2）進(jìn)給速度，單位為mm/min，其指令為：G98；進(jìn)給速度轉(zhuǎn)換指令G01X__Z__F__；F的單位為mm/minG98和G99都是模態(tài)指令，一旦指定就一直有效，直到指定另一方式為止。車削CNC系統(tǒng)缺省的進(jìn)給模式是進(jìn)給率，即每轉(zhuǎn)進(jìn)給模式，只有在用動力刀具銑削時才采用每分鐘進(jìn)給模式。典型零件的數(shù)控車削加工373.F功能指令F功能指令用于控制切削進(jìn)給量。在程序中，有兩種使用方法。(1)每轉(zhuǎn)進(jìn)給量編程格式G99F～F后面的數(shù)字表示的是主軸每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，單位為mm/r。例：G99F0.2表示進(jìn)給量為0.2mm/r。(2)每分鐘進(jìn)給量編程格式G98F～F后面的數(shù)字表示的是每分鐘進(jìn)給量，單位為mm/min。例：G98F100表示進(jìn)給量為100mm/min。典型零件的數(shù)控車削加工384.英制和米制輸入指令G20、G21G20表示英制輸入，G21表示米制輸入。G20和G21是兩個可以互相取代的代碼。機(jī)床出廠前一般設(shè)定為G21狀態(tài)，機(jī)床的各項參數(shù)均以米制單位設(shè)定，所以數(shù)控車床一般適用于米制尺寸工件加工。如果一個程序開始用G20指令，則表示程序中相關(guān)的一些數(shù)據(jù)均為英制(單位為英寸)；如果程序用G21指令，則表示程序中相關(guān)的一些數(shù)據(jù)均為米制(單位為mm)。在一個程序內(nèi)，不能同時使用G20或G21指令，且必須在坐標(biāo)系確定前指定。G20或G21指令斷電前后一致，即停電前使用G20或G21指令，在下次后仍有效，除非重新設(shè)定。5.T功能指令T功能指令用于選擇加工所用刀具。編程格式T～T后面通常有兩位數(shù)表示所選擇的刀具號碼。但也有T后面用四位數(shù)字，前兩位是刀具號，后兩位是刀具長度補(bǔ)償號，又是刀尖圓弧半徑補(bǔ)償號。例：T0303表示選用3號刀及3號刀具長度補(bǔ)償值和刀尖圓弧半徑補(bǔ)償值。

T0300表示取消刀具補(bǔ)償。典型零件的數(shù)控車削加工396.外圓切削循環(huán)（G90）編程格式：G90X/U＿

Z/W＿

R＿

F＿；（切削外圓柱圓錐）說明：圓錐面切削的起點相對于切削的終點的半徑差，具體計算方法為切削起點半徑尺寸減去切削終點半徑尺寸。對外徑車削錐度左大右小，R值為負(fù)反之為正；對內(nèi)孔車削，錐度左小右大R值為正反之為負(fù)。7.端面切削循環(huán)（G94）編程格式：G94X/U＿

Z/W＿

R＿F＿；（切削端面圓錐）說明：和G90指令加工錐度軸意義有所區(qū)別G94指令是在工件的端面上形成斜面而G90指令是在工件的外圓上形成錐度，請注意區(qū)別。指令中R表示圓臺的高度。圓臺左大右小，R為正值；否則圓臺直徑左小右大，R為負(fù)值，一般只在內(nèi)孔中出現(xiàn)此結(jié)構(gòu)，但用鏜刀x方向進(jìn)刀車削并不妥當(dāng)。典型零件的數(shù)控車削加工40外圓錐車削循環(huán)端面圓錐車削循環(huán)內(nèi)孔端面圓錐車削循環(huán)典型零件的數(shù)控車削加工418.刀具半徑補(bǔ)償功能指令（G41、G42、G40）編程格式：刀具左補(bǔ)償：G41G00/G01X/U＿

Z/W＿

F＿；刀具右補(bǔ)償：G42G00/G01X/U＿

Z/W＿

F＿；取消刀具補(bǔ)償：G40；典型零件的數(shù)控車削加工42原因：在編程時，通常將車刀刀尖作為一點考慮（即假想刀尖位置），但實際上刀尖部分是帶有圓角的。我們編程時所指定的刀具軌跡就是假想刀尖的軌跡。在實際當(dāng)中，以假想刀尖編程在加工端面或外圓時沒有誤差，但在進(jìn)行倒角、斜面、圓弧面切削時就會產(chǎn)生欠切或過切，造成零件加工精度誤差。典型零件的數(shù)控車削加工43注意：不同的數(shù)控車床用刀具在工作中假想刀尖的位置不同，故要輸入假想刀尖位置序號。假想刀尖位置序號共有10個。

圖示為幾種數(shù)控車床常用刀具的假想刀尖位置。

典型零件的數(shù)控車削加工442.3任務(wù)實施1.工藝分析（1）明確加工內(nèi)容：加工本例工件時，沿用前一例加工后的坯料。主要加工表面為工件右端60度頂尖部分。（2）確定各表面加工方案：零件右端頂尖部分，車削范圍直徑變化較大，為了得到比較好的表面粗糙度，加工時采用恒線速(G96)方式編程，分粗精兩次加工。（3）裝夾定位方案：用三爪自定心卡盤裝夾定位，零件經(jīng)一次裝夾加工，就能完成加工工序。（4）選用刀具：95°粗、精車右偏外圓車刀。典型零件的數(shù)控車削加工452．確定工件坐標(biāo)系與基點坐標(biāo)的計算以工件右端面的中心點為編程原點，走刀路線如圖所示，粗加工分兩次走刀，每次背吃刀量2.5~3mm，基點值為絕對尺寸編程值。圓錐類零件編程實例走刀及基點示意圖基點123456X坐標(biāo)值360.5606Z坐標(biāo)值05.19609.526010.392表2-1圓錐類零件編程實例的基點計算值典型零件的數(shù)控車削加工3.確定加工所用各種工藝參數(shù)粗加工每次背吃刀量取2.5mm，精加工背吃刀量取1mm，主軸轉(zhuǎn)速線速度取100m/min，主軸最高轉(zhuǎn)速限定2000r/min,進(jìn)給量0.1-0.15mm/r。刀具與工藝參數(shù)見表2-2、表2-3

表2-2數(shù)控加工刀具卡實訓(xùn)課題軸加工技能訓(xùn)練零件名稱零件圖號序號刀具號刀具名稱及規(guī)格刀尖半徑數(shù)量加工表面?zhèn)渥?T010195°粗、精車右偏外圓刀0.8mm1外表面、端面80°菱形刀片典型零件的數(shù)控車削加工47表2-3數(shù)控加工工序卡材料45#零件圖號系統(tǒng)FANUC工序號操作序號工步內(nèi)容（走刀路線）G功能T刀具切削用量轉(zhuǎn)速S（r/min）進(jìn)給速度F