數控高級教學PPT第二章和數控機床編程及加工

數控車工(高級）沈建峰虞俊主編第二章數控車床的加工工藝第二章數控車床的加工工藝

掌握數控車床加工工藝路線的擬定方法；了解數控車床的刀具系統(tǒng)；了解數控車床的夾具系統(tǒng)；掌握數控車床工藝文件的編寫方法。第二章數控車床的加工工藝目錄第三節(jié)數控車床用夾具系統(tǒng)一、數控機床夾具的基本知識二、數控車床常用夾具簡介三、數控車床常用定位方法及定位誤差分析第四節(jié)數控加工工藝文件一、數控加工編程任務書二、數控加工工序卡片三、數控刀具調整單四、機床調整單五、數控加工程序單復習思考題第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定一、數控加工概述二、加工階段的劃分三、加工順序的安排四、加工路線的確定第二節(jié)數控車床用刀具系統(tǒng)一、數控車削刀具的特點二、數控車削刀具的分類三、數控車削刀具的材料四、機械夾固式車刀簡介五、常用數控車刀的刀具參數六、數控車刀在數控機床刀架上的安裝要求七、切削用量的選用第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定一、數控加工概述1.數控加工的定義

數控加工的實質是：數控機床按照事先編制好的加工程序并通過數字控制過程，自動地對零件進行加工。（1）分析圖樣，確定加工方案（2）工件的定位與裝夾2.數控加工的內容圖2-1數控加工流程圖第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定(3)刀具的選擇與安裝(4)編制數控加工程序(5)試切削、試運行并校驗數控加工程序

試切削一方面用來對加工程序進行最后的校驗，另一方面用來校驗工件的加工精度(6)數控加工(7)工件的驗收與質量誤差分析第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定二、加工階段的劃分零件的加工過程可劃分為4個階段（1）粗加工階段（2）半精加工階段（3）精加工階段

并非所有零件的加工都要經過4個加工階段。因此，加工階段的劃分不應絕對化，應根據零件的要求、結構特點、毛坯情況和生產綱領靈活掌握。（4）精密加工階段1.加工階段的性質第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定（1）保證加工質量（2）合理使用設備（3）便于及時發(fā)現毛坯缺陷（4）便于組織生產劃分加工階段即可提高生產率，又可延長精密設備的使用壽命2.劃分加工階段的目的第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定1.加工順序安排原則三、加工順序的安排

加工順序（又稱工序）通常包括切削加工工序、熱處理工序和輔助工序。（1）基準面先行原則圖2-2軸類零件加工路線分析第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定（2）先粗后精原則（3）先主后次原則（4）先近后遠圖2-3套類零件加工路線分析第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定2.工序的劃分（1）工序劃分的原則1)工序集中原則

采用工序集中原則有利于保證加工精度（特別是位置精度）、提高生產效率、縮短生產周期和減少機床數量，但專用設備和工藝裝備投資大、調整維修比較麻煩、生產準備周期較長，不利于轉產。2)工序分散原則

采用工序分散原則有利于調整和維修加工設備和工藝裝備，選擇合理的切削用量且轉產容易；但工藝路線較長，所需設備及工人數量多，占地面積大。第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定（2）工序劃分的方法1)按所用刀具劃分2)按安裝次數劃分3)按粗、精加工劃分4)按加工部位劃分3.工步的劃分方法

通常情況下，可分別按粗、精加工分開，由近及遠的加工方法和切削刀具來劃分工步。

再劃分工步時，要根據零件的結構特點、技術要求等情況綜合考慮第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定四、加工路線的確定1.加工路線的確定原則

在數控加工中，刀具刀位點相現對于零件運動的軌跡稱為加工路線。加工路線的確定與工件的加工精度和表面粗糙度直接相關1)加工路線應保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率較高。2)使數值計算簡便，以減少編程工作量。3)應使加工路線最短，這樣既可減少程序段，又可減少空刀時間。4）加工路線還應根據工件的加工余量和機床、刀具的剛度等具體情況確定。第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定2.圓弧車削加工路線（1）車錐法（圖2-4a）（2）移圓法(圖2-4b)（3）車圓法（圖2-4c）圖2-4圓弧車削方法第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定3.圓錐車削加工路線(1)平行車削法（圖2-5a）(2)終點車削法（圖2-5b）圖2-5圓錐車削方法應根據具體工件的情況來確定車圓和車錐的加工路線第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定4.深孔的加工方法深孔加工的關鍵技術是深孔鉆的幾何形狀和冷卻、排屑問題常見的深孔加工有以下三種形式：（1）槍孔鉆和外排屑槍孔鉆用高速鋼或硬質合金刀頭與無縫鋼管的刀柄焊接制成圖2-6槍孔鉆鉆深孔第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定（2）噴吸鉆和內排屑圖2-7噴吸鉆圖1—切削刃2—小孔3—喇叭形孔是切削液的出口處。圖2-8噴吸鉆的工作過程1—鉆頭2—內套管3—外套管4—彈簧夾頭5—刀桿6—月牙孔7—小孔第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定5.梯形螺紋的加工與測量（1）梯形螺紋的加工方法圖2-9高壓內排削鉆的工作過程1-深孔鉆2-封油頭3-排屑外套管1）直進法。采用此種方法加工梯形螺紋時，螺紋車刀的三面都參加切削，導致加工排屑困難，切削力和切削熱增加，刀尖磨損嚴重。第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定圖2-10梯形螺紋的幾種切削方法a)直進法b)斜進法c)交錯切削法d)切槽刀粗切槽法2）斜進法3）交錯切削法4）切槽刀粗切槽法第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定梯形螺紋的測量分綜合測量、三針測量和單針測量三種式中M——三針測量時的理論值(mm)；dD——測量用量針的直徑（mm）；P——導程/螺距（mm）。A=（M+d0）/2式中A——單針測量時的理論值(mm)；d0——工件被測實際外徑（mm）。（2）梯形螺紋測量第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定圖2-11梯形螺紋中徑的測量

置值在梯形螺紋的實際加工中，由于刀尖寬度并不等于槽底寬，因此通過一次螺紋復合循環(huán)切削無法正確控制螺紋中徑等各項尺寸。為此可采用刀具Z向偏置后再次進行螺紋復合循環(huán)加工來解決以上問題。（3）計算Z向刀具偏第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定6.大余量毛坯切削循環(huán)加工路線

大余量毛坯切削循環(huán)加工路線主要有“矩形”復合循環(huán)進給路線和“型車”復合循環(huán)進給路線兩種形式。

“矩形”復合循環(huán)軌跡加工路線較短，加工效率較高，通常通過數控車系統(tǒng)的輪廓粗車循環(huán)指令來實現?！靶蛙嚒睆秃涎h(huán)進給路線

這種軌跡主要適用于鑄造成形、鍛造成形或已粗車成形工件的粗加工和半精加工，通常通過數控車系統(tǒng)的輪廓型車復合循環(huán)指令來實現。第一節(jié)數控車床加工工藝路線的擬定圖2-13“矩形”復合循環(huán)進給路線圖2-14“型車”復合循環(huán)進給路線7.車削非圓曲面的加工路線

往往采用短直線或圓弧去近似替代非圓曲線，這種處理方式稱為擬合處理。

非圓曲線擬合的方法：直線法和圓弧法。直線法包括等步距法、等誤差法、等弦長法；圓弧法包括單圓弧、雙圓弧和三圓弧法。步距法、等誤差法應用較廣泛。非圓曲線的擬合實質是將曲線離散后用短直線或圓弧來替代。第二節(jié)數控車床用刀具系統(tǒng)一、數控車削刀具的特點二、數控車削刀具的分類1.根據加工用途分類

數控車床用刀具可分為外圓車刀、內孔車刀、螺紋車刀、切槽刀等種類。尖形車刀、圓弧形車刀和成形車刀第二節(jié)數控車床用刀具系統(tǒng)圖2-16按刀尖形狀分類的數控車刀(1)尖形車刀(2)圓弧形車刀(3)成形車刀在數控車床上，除進行螺紋加工外，應盡量不用或少用成形車刀第二節(jié)數控車床用刀具系統(tǒng)3.根據車刀結構分類

根據車刀的結構，數控車刀又可分為整體式車刀、焊接式車刀和機械夾固式車刀三類（1）整體式車刀（2）焊接式車刀（3）機械夾固式車刀圖2-17按刀具結構分類的數控車刀a)整體式車刀b)焊接式車刀c)機械夾固式車刀第二節(jié)數控車床用刀具系統(tǒng)三、數控車削刀具的材料

高速鋼、硬質合金、涂層硬質合金、陶瓷、立方氮化硼、金剛石等。其中，高速鋼、硬質合金和涂層硬質合金在數控車削刀具中應用較廣。

高速鋼車刀具有較高的強度和韌性，主要用于復雜刀具和精加工刀具，但刀具耐熱性差。該刀具材料的適用性較廣，能適用各種金屬的加工。由于其耐熱性差，因此高速鋼刀具并不適用于高速切削第二節(jié)數控車床用刀具系統(tǒng)

硬質合金具有高硬度、高耐磨性、高耐熱性的特點，但其抗彎強度和沖擊韌度較差，因此該材料適用于精加工或加工鋼及韌性較大的塑性金屬。

陶瓷刀片是加工淬硬（達65HRC左右）鋼及其他難加工材料的首選刀具。圖2-18不同刀具材料的硬度與韌性對比第二節(jié)數控車床用刀具系統(tǒng)四、機械夾固式車刀簡介1.機械夾固式車刀機械夾固式可重磨車刀和機械夾固式不重磨車刀

其最大優(yōu)點是車刀幾何角度完全由刀片保證，切削性能穩(wěn)定，刀桿和刀片已標準化，加工質量好。

在數控車床的加工過程中，為了便于實現加工自動化，應盡量選用機夾可轉位刀片，目前，70%~80%的自動化加工刀具已使用了可轉位刀片第二節(jié)數控車床用刀具系統(tǒng)（1）刀片形狀

注意，有些刀片，雖然其形狀和刀尖角度相等，但由于同時參加切削的切削刃數不同，則其型號也不相同（2）機夾可轉位刀片的代碼

共用10個號位的內容來表示品種規(guī)格、尺寸系列、制造公差以及測量方法等主要參數的特征第二節(jié)數控車床用刀具系統(tǒng)圖2-20常用機夾可轉位刀片形狀a)T型b)V型c)W型d)S型e)P型f)D型g)C型h)R型第二節(jié)數控車床用刀具系統(tǒng)（3）刀片與刀桿的固定方式

通常有壓板式壓緊、復合式壓緊、杠桿式壓緊和螺釘式壓緊等幾種。圖2-22刀片與刀桿的固定方式a)壓板式壓緊b)復合式壓緊c)螺釘式壓緊第二節(jié)數控車床用刀具系統(tǒng)五、常用數控車刀的刀具參數圖2-23數控車刀的刀具參數

在確定角度參數值的過程中，應考慮工件材料、硬度、切削性能、具體輪廓形狀和刀具材料等諸多因素。第二節(jié)數控車床用刀具系統(tǒng)六、數控車刀在數控機床刀架上的安裝要求1)車刀安裝在刀架上，伸出部分不宜太長，伸出量一般為刀桿高度的1～倍。2)車刀至少要用兩個螺釘壓緊在刀架上，并逐個輪流擰緊。3)車刀刀尖應與工件軸線等高，否則會因基面和切削平面的位置發(fā)生變化，而改變車刀工作時的前角和后角的數值。4）車刀刀桿中心線應與進給方向垂直，否則會使主偏角和副偏角的數值發(fā)生變化注意圖2-24裝刀高低對前后角的影響第二節(jié)數控車床用刀具系統(tǒng)圖2-26

車刀裝偏對主副偏角的影響圖2-25

車刀刀尖不對準工件中心的后果第二節(jié)數控車床用刀具系統(tǒng)七、切削用量的選用

所謂切削用量是指切削速度、進給速度（進給量）和背吃刀量三者的總稱。

粗加工時，應根據刀具的切削性能和機床性能選擇切削用量；精加工時，應根據零件的加工精度和表面質量來選擇切削用量。（1）背吃刀量的選擇（2）進給速度(進給量)的確定

在中等功率機床上，粗加工的背吃刀量可達8～10mm；半精加工的背吃刀量取～5mm；精加工的背吃刀量取～。（3）切削速度的確定

切削速度vc確定后，可根據刀具或工件直徑（D）按公式n=1000vc/πD來確定主軸轉速n（r/min）。第二節(jié)數控車床用刀具系統(tǒng)第三節(jié)數控車床用夾具系統(tǒng)一、數控機床夾具的基本知識

機床夾具是指安裝在機床上，用以裝夾工件或引導刀具，使工件和刀具具有正確的相互位置關系的裝置。

數控機床夾具由定位元件、夾緊元件、安裝連接元件和夾具體等幾個部分組成。（1）精度和剛度要求（2）定位要求（3）敞開性要求（4）快速裝夾要求第三節(jié)數控車床用夾具系統(tǒng)

選擇數控車床夾具時，要根據零件精度等級、零件結構特點、產品批量及機床精度等情況綜合考慮。選擇順序是：首先考慮通用夾具，其次考慮組合夾具，最后考慮專用夾具、成組夾具。（1）通用夾具（2）專用夾具（3）成組夾具（4）組合夾具第三節(jié)數控車床用夾具系統(tǒng)二、數控車床常用夾具簡介

因此，當需要二次裝夾加工同軸度要求較高的工件時，須對裝夾好的工件進行同軸度的校正。（1）三爪自定心卡盤（2）裝夾與校正圖2-28

三爪自定心卡盤圖2-29三爪自定心卡盤的校正第三節(jié)數控車床用夾具系統(tǒng)（1）四爪單動卡盤（2）裝夾與校正圖2-30四爪單動卡盤圖2-31四爪單動卡盤裝夾實例圖232四爪單動卡盤裝夾與校正方法第三節(jié)數控車床用夾具系統(tǒng)

軟爪的卡爪通常在夾持部位焊有銅等軟材料，是一種可以切削的卡爪，它是為了配合被加工工件而特別制造的。 它可以在使用前進行自鏜加工（圖2-33），從而保證卡爪中心與主軸中心同軸，因此，工件的裝夾表面也應是精加工表面。另外，在加工過程中最好使軟爪的內圓直徑等于或略小于所要加工工件的外徑（圖2-34），以消除卡盤的定位間隙并增加軟爪與工件的接觸面積。（1）軟爪（2）彈簧夾套（1）兩頂尖撥盤圖2-36

前頂尖圖2-37

后頂尖第三節(jié)數控車床用夾具系統(tǒng)

在數控車床上加工齒輪、套筒、輪盤等零件時，為了保證外圓軸線和內孔軸線的同軸度要求，常以心軸定位加工外圓和端面。（2）撥動頂尖

工件內孔為圓柱孔時，常用間隙配合心軸（圖2-41a）、過盈配合心軸（圖2-41b）定位；而當工件內孔為圓錐孔、螺紋孔和花鍵孔時，則采用相應的圓錐心軸（圖2-41c）、螺紋心軸（圖2-41d）、花鍵心軸（圖2-41e）定位。圖2-38

兩頂尖支承用撥桿圖2-39

端面撥動頂尖第三節(jié)數控車床用夾具系統(tǒng)圖2-40內、外撥動頂尖圖2-41

定位心軸第三節(jié)數控車床用夾具系統(tǒng)

一些形狀復雜和不規(guī)則零件，不能用卡盤和頂尖進行裝夾，這時，可借助花盤、角鐵等輔助夾具進行裝夾。圖2-42花盤角鐵及其常用附件a)花盤b)角鐵c)V形塊d)方頭螺釘e)壓板f)平墊鐵g)平衡塊

加工表面的回轉軸線與基準面垂直、外形復雜的零件可以裝夾在花盤上加工。第三節(jié)數控車床用夾具系統(tǒng)三、數控車床常用定位方法及定位誤差分析

所謂定位誤差是指工件在夾具中定位時，由于其被加工表面的設計基準，在加工方向上的位置不定性而引起的一項工藝誤差，是被測要素在加工方向上的最大變動量。 定位誤差有兩種，即基準不重合誤差和基準位移誤差。第四節(jié)數控加工工藝文件一、數控加工編程任務書

工廠中常用的數控工藝文件包括數控加工編程任務書、數控加工工序卡片、數控加工刀具調整單、數控機床調整單、數控加工進給路線圖、數控加工程序單等。

為了加強技術文件管理，數控加工工藝文件也應向標準化、規(guī)范化方向發(fā)展。但目前尚無統(tǒng)一的國家標準，各企業(yè)可參照本書并根據本部門特點自行制定有關工藝文件。

編程人員和工藝人員協(xié)調工作和編制程序的重要依據，主要包括數控加工工序的技術要求、工序說明、編程前工件余量等內容。二、數控加工工序卡片

數控加工工序卡主要用于反映使用的輔具、刀具規(guī)格、切削用量、切削液、加工工步等內容，它是操作人員配合數控程序進行數控加工的主要指導性工藝資料。第四節(jié)數控加工工藝文件三、數控刀具調整單

包括機床控制面板開關調整單和數控加工零件安裝、零點設定卡片兩部分。四、機床調整單

數控刀具調整單主要包括數控刀具卡片(簡稱刀具卡)和數控刀具明細表(簡稱刀具表)兩部分。

機床調整單是機床操作人員在加工前調整機床的依據。五、數控加工程序單

數控加工程序單是編程員根據工藝分析情況，經過數值計算，按照機床特點的指令代碼編制的。第二章數控車床的加工工藝1.什么是數控加工？數控加工的內容有哪些？2.哪些零件比較適合在數控機床上加工？哪些零件不適合在數控機床上加工？3.數控車削的主要加工對象有哪些？4.零件的加工過程通常可劃分為哪幾個加工階段？各加工階段的任務是什么？5.何謂數控加工工序？數控加工工序劃分的原則是什么？6.螺紋加工過程中如何確定螺紋的小徑？7.螺距為2mm的外螺紋，在分層多刀切削過程中如何分配背吃刀量？8.數控車削刀具的種類有哪些？數控車削刀具常用的刀具材料有哪些？9.國家標準與ISO國際標準是如何定義機夾可轉位刀片的型號的?10.選擇切削用量的依據是什么？如何進行切削用量的選擇？11.數控車刀在數控機床刀架上的安裝要求有哪些？12.切削液的作用有哪些？如何選用切削液？13.數控車床常用夾具有哪些？如何在這些夾具中安裝并校正工件？14.試簡要介紹組合夾具的種類及其特點。15.工廠中常用的數控加工工藝文件有哪些？數控機床編程及加工機械工程實驗教學中心實驗目的通過數控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數控機床上對工件進行加工；結合機械加工工藝，實現最優(yōu)化編程，提高加工質量和生產效率。機械工程實驗教學中心數控編程的基本原理數控編程的目的；數控編程的內容；編程步驟。機械工程實驗教學中心數控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數、機床的運動以及刀具位移等內容，按照數控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質如程序紙帶、磁帶等，變成數控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數控機床，數控機床的CNC裝置對程序經過處理之后，向機床各坐標的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅動機床完成相應的運動。機械工程實驗教學中心數控編程的目的數控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數據；③編寫零件加工程序；④制作控制介質；⑤校對程序及首件試加工。機械工程實驗教學中心數控編程的內容數控編程的基本原理機械工程實驗教學中心數控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數學處理編寫程序文件制作控制介質程序校驗及試切數控機床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數控車床模擬仿真和數控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標準硬件系統(tǒng)構成，不要求專用硬件或運動控制卡，所有數控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹機械工程實驗教學中心為例，軟件提供下列指令：以數控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點G28

G92定義絕對坐標系G92X_Z_√2G04延時G04E_

3M00暫停M00

M02程序結束M02

4M03主軸正轉M03√M04主軸反轉M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關冷卻液M09√

6M97程序跳轉M97P_

M98子程序調用M98P_L_

M99子程序