第2章 數(shù)控車削加工工藝與編程

第2章數(shù)控車削加工工藝與編程

本章導(dǎo)讀1.數(shù)控車削加工工藝分析2.數(shù)控車床編程基礎(chǔ)3.FANUC0iMate-TB系統(tǒng)在數(shù)控車削中的應(yīng)用4.車削加工項(xiàng)目實(shí)訓(xùn)2.1數(shù)控車削加工工藝分析數(shù)控車削加工工藝是以普通車削加工工藝為基礎(chǔ)，結(jié)合數(shù)控車床的特點(diǎn)，綜合運(yùn)用多方面的知識(shí)解決數(shù)控車削加工過(guò)程中面臨的工藝問(wèn)題，主要內(nèi)容有：分析零件圖紙，確定工序和工件在數(shù)控車床上的裝夾方式，確定各表面的加工順序和刀具的進(jìn)給路線以及刀具、夾具和切削用量的選擇等。2.1.1數(shù)控車削加工內(nèi)容圖2-1車削外圓示意圖(a)45°車刀車削外圓(b)90°正偏刀車削外圓(c)反偏刀車削外圓(d)加工工件內(nèi)部的外圓柱面(e)加工外溝槽根據(jù)數(shù)控車床的工藝特點(diǎn)，數(shù)控車削加工主要有以下加工內(nèi)容。1．車削外圓(a)(b)(c)(d)(e)2．車削內(nèi)孔圖2-2車削內(nèi)孔示意圖3．車削端面圖2-3車削端面示意圖(a)45°車刀車削端面(b)左偏刀車削端面(由外向中心進(jìn)刀)

4．車削螺紋在普通車床上一般只能加工少量的等螺距螺紋，而在數(shù)控車床上，只要通過(guò)調(diào)整螺紋加工程序，指出螺紋終點(diǎn)坐標(biāo)值及螺紋導(dǎo)程，即可車削各種不同螺距的圓柱螺紋、錐螺紋或端面螺紋等。螺紋的車削可以通過(guò)單刀切削的方式進(jìn)行，也可進(jìn)行循環(huán)切削。

2.1.2數(shù)控車床類型1，按結(jié)構(gòu)分類2．按導(dǎo)軌分類圖2-4床身導(dǎo)軌的布局形式圖2-4a）為水平床身布局圖2-4b）為斜床身布局圖2-4c）為水平床身配上傾斜放置的滑板布局

3．按刀架的布局分類按刀架的布局分類兩坐標(biāo)聯(lián)動(dòng)四坐標(biāo)控制2.1.3數(shù)控車床結(jié)構(gòu)特點(diǎn)機(jī)床本體包括：床身、電動(dòng)機(jī)、主軸箱、電動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架、進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、安全保護(hù)系統(tǒng)等組成。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：

1，由于數(shù)控車床刀架的兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)分別由伺服電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，所以它的傳動(dòng)鏈短。2，多功能數(shù)控車床是采用直流或交流主軸控制單元來(lái)驅(qū)動(dòng)主軸，按控制指令作無(wú)級(jí)變速，主軸之間不必用多級(jí)齒輪副來(lái)進(jìn)行變速。

3，數(shù)控車床的第三個(gè)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是輕拖動(dòng)。

4，為了拖動(dòng)輕便，數(shù)控車床的潤(rùn)滑都比較充分，大部分采用油霧自動(dòng)潤(rùn)滑。

5，由于數(shù)控車床的價(jià)格較高、控制系統(tǒng)的壽命較長(zhǎng)，所以數(shù)控車床的滑動(dòng)導(dǎo)軌也要求耐磨性好。

6，數(shù)控車床還具有加工冷卻充分、防護(hù)較嚴(yán)密等特點(diǎn)。

7，數(shù)控車床一般還配有自動(dòng)排屑裝置。2.1.4數(shù)控車削工藝分析

工藝分析是數(shù)控車削加工的前期工藝準(zhǔn)備工作。制定車削加工工藝之前，必須首先對(duì)被加工零件的圖樣進(jìn)行分析，它主要包括以下內(nèi)容。

工藝分析結(jié)構(gòu)工藝性分析構(gòu)成零件輪廓的幾何要素

尺寸公差要求

形狀和位置公差要求表面粗糙度要求材料要求加工數(shù)量

2.1.4數(shù)控車削工藝分析1．結(jié)構(gòu)工藝性分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性是指零件對(duì)加工方法的適應(yīng)性，即所設(shè)計(jì)的零件結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工成型。2．構(gòu)成零件輪廓的幾何要素由于設(shè)計(jì)等各種原因，在圖紙上可能出現(xiàn)加工輪廓的數(shù)據(jù)不充分、尺寸模糊不清及尺寸封閉等缺陷，從而增加編程的難度，有時(shí)甚至無(wú)法編寫程序.3．尺寸公差要求在確定控制零件尺寸精度的加工工藝時(shí)，必須分析零件圖樣上的公差要求，從而正確選擇刀具及確定切削用量等。4．形狀和位置公差要求圖樣上給定的形狀和位置公差是保證零件精度的重要要求。5．表面粗糙度要求表面粗糙度是保證零件表面微觀精度的重要要求，是合理選擇機(jī)床、刀具及確定切削用量的重要依據(jù)。6．材料要求7．加工數(shù)量2.1.5車削加工工件裝夾1．夾具類型在數(shù)控車床上用于裝夾零件的裝置稱為車床夾具。車床夾具可分為通用夾具和專用夾具兩大類。

通用夾具是指能夠裝夾兩種或兩種以上零件的夾具，例如車床上的三爪卡盤、四爪卡盤、彈簧卡套和通用心軸等；

專用夾具是專門為加工某一特定零件的某一工序而設(shè)計(jì)的夾具。（1）三爪自定心卡盤。（2）四爪單動(dòng)卡盤。（3）花盤。（4）心軸。注意?。?！

選擇夾具時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮通用夾具。使用通用夾具無(wú)法裝夾，或者不能保證被加工零件與加工工序的定位精度時(shí)，才采用專用夾具。專用夾具的定位精度較高，成本也較高。專用夾具的作用為：（1）保證產(chǎn)品質(zhì)量；（2）提高加工效率；（3）解決車床加工中的特殊裝夾問(wèn)題；（4）擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍。2．基準(zhǔn)（1）設(shè)計(jì)基準(zhǔn)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)是設(shè)計(jì)零件時(shí)采用的基準(zhǔn)。例如軸套類和輪盤類零件的中心線。軸套類和輪盤類零件都屬于回轉(zhuǎn)體類，通常將徑向設(shè)計(jì)基準(zhǔn)設(shè)置在回轉(zhuǎn)體軸線上，將軸向設(shè)計(jì)基準(zhǔn)設(shè)置在零件的某一端面或幾何中心處。（2）加工定位基準(zhǔn)加工定位基準(zhǔn)是在加工零件時(shí)裝夾定位的基準(zhǔn)。數(shù)控車削加工軸套類及輪盤類零件的加工定位基準(zhǔn)只能是被加工零件的外圓表面、內(nèi)圓表面或零件端面中心孔。（3）測(cè)量基準(zhǔn)被加工零件各項(xiàng)精度測(cè)量和檢測(cè)時(shí)的基準(zhǔn)。3．?dāng)?shù)控車床定位基準(zhǔn)的選擇定位基準(zhǔn)的選擇包括定位方式的選擇和被加工零件定位面的選擇。在數(shù)控車削加工中，較短軸類零件的定位方式常采用一端外圓固定，即用三爪卡盤，四爪卡盤或彈簧套固定零件的外圓表面，此定位方式對(duì)零件的懸伸長(zhǎng)度有一定限制，零件懸伸過(guò)長(zhǎng)會(huì)在切削過(guò)程中產(chǎn)生變形，還會(huì)增大加工誤差甚至掉活。

注意?。?！

對(duì)于切削長(zhǎng)度較長(zhǎng)的軸類零件，可以采用一夾一頂、或采用兩頂尖定位。在裝夾方式允許的條件下，零件的軸向定位面盡量選擇幾何精度較高的表面。4．裝夾方法（1）三爪卡盤裝夾（2）四爪卡盤裝夾（3）花盤裝夾（4）雙頂尖撥盤裝夾（5）雙頂尖中心架裝夾使用兩頂尖裝夾工件時(shí)的注意事項(xiàng)：①前后頂尖的連線應(yīng)該與車床主軸中心線同軸，否則會(huì)產(chǎn)生錐度誤差。②尾座套筒在不與車刀干涉的前提下，應(yīng)盡量伸出短些，以增加剛性和減小振動(dòng)。③中心孔的形狀應(yīng)正確，表面粗糙度應(yīng)較好。④兩頂尖中心孔的配合應(yīng)該松緊適當(dāng)。（6）一夾一頂跟刀架裝夾（7）心軸裝夾2.1.6數(shù)控車刀的選擇

1．常用數(shù)控車刀的類型數(shù)控車刀一般分為尖形車刀、圓弧形車刀和成型車刀三種類型。（1）尖形車刀（2）圓弧形車刀（3）成型車刀2．常用車刀的幾何參數(shù)（1）尖形車刀的幾何參數(shù)（2）圓弧形車刀的幾何參數(shù)3．機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀的選用（1）刀片材質(zhì)的選擇（2）刀片的緊固方式（3）刀片外形的選擇（4）刀桿頭部形式的選擇（5）刀片后角的選擇（6）左右手刀柄的選擇（7）刀尖圓弧半徑的選擇（8）斷屑槽形的選擇斷屑槽形的選擇

刀尖圓弧半徑的選擇

左右手刀柄的選擇

刀片后角的選擇

刀桿頭部形式的選擇

刀片外形的選擇刀片的緊固方式

刀片材質(zhì)的選擇

機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀的選用

刀片類型WCSDVRT刀片圖形表2-1常用刀片形狀表2-2不同刀尖圓弧半徑時(shí)最大進(jìn)給量刀尖圓弧半徑（mm）0.40.81.21.62.4最大推薦進(jìn)給量（mm/r）

0.25～0.350.4～0.70.5～1.00.7～1.31.0～1.82.1.7數(shù)控車床切削用量的選擇1．背吃刀量的確定2．主軸轉(zhuǎn)速的確定（1）光車時(shí)表主軸轉(zhuǎn)速的確定應(yīng)根據(jù)零件上被加工部位的直徑，并按零件和刀具的材料及加工性質(zhì)等條件所允許的切削速度來(lái)確定。在實(shí)際生產(chǎn)中，主軸轉(zhuǎn)速可用下式計(jì)算。

式中n——主軸轉(zhuǎn)速，r/min；

vc——切削速度，m/min；

d——零件待加工表面的直徑，mm。

（2）車螺紋時(shí)車削螺紋時(shí)，車床的主軸轉(zhuǎn)速將受到螺紋的螺距（或?qū)С蹋┐笮?、?qū)動(dòng)電機(jī)的升降頻特性及螺紋插補(bǔ)運(yùn)算速度等多種因素影響，對(duì)于不同的數(shù)控系統(tǒng)，推薦有不同的主軸轉(zhuǎn)速選擇范圍。例如，大多數(shù)經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)，推薦切削螺紋時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速為：

式中-----工件螺紋的螺距或?qū)С蹋ǎ琺m；

-----保險(xiǎn)系數(shù)，一般取80。2.1.8車削加工順序的確定如圖2-18(a)所示手柄零件，批量生產(chǎn)，加工時(shí)用一臺(tái)數(shù)控車床，該零件加工所用坯料為mm的棒料。加工順序如下：制定零件車削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，逐步提高加工精度。

粗車將在較短的時(shí)間內(nèi)將工件表面上的大部分加工余量（如圖2-19中的雙點(diǎn)劃線內(nèi)所示部分）切掉，一方面提高金屬切除率，另一方面滿足精車的余量均勻性要求。

2．先近后遠(yuǎn)

這量所說(shuō)的遠(yuǎn)和近是按加工部位相對(duì)于對(duì)刀點(diǎn)的距離大小而言的。3．內(nèi)外交叉

對(duì)既有內(nèi)表面（內(nèi)型、腔），又有外表面需加工的零件，安排加工順序時(shí)應(yīng)先進(jìn)行內(nèi)外表面粗加工，后進(jìn)行內(nèi)外表面精加工。2.1.9進(jìn)給路線的確定進(jìn)給路線：刀具刀位點(diǎn)相對(duì)于工件的運(yùn)動(dòng)軌跡和方向稱為進(jìn)給路線.1．輪廓粗車進(jìn)給路線

圖2-21粗車進(jìn)給路線示意圖（a）表示利用數(shù)控系統(tǒng)的循環(huán)功能控制車刀沿著工件輪廓線進(jìn)行進(jìn)給的路線；（b）為三角形循環(huán)（車錐法）進(jìn)給路線；（c）為矩形循環(huán)進(jìn)給路線，其路線總長(zhǎng)最短，因此在同等切削條件下的切削時(shí)間最短，刀具損耗最少。2．車削圓錐的加工路線圖2-23(a)、(b)為車削倒錐的兩種加工路線，分別與圖2-22(a)、(b)相對(duì)應(yīng)，其車錐原理與正圓錐相同，有時(shí)在粗車圓弧時(shí)也經(jīng)常使用。3．車削圓弧的加工路線（1）車錐法粗車圓弧。（2）車矩形法粗車圓弧。（3）車圓法粗車圓弧。4．車螺紋時(shí)的加工路線分析螺紋加工的類型包括圓柱螺紋、圓錐螺紋、端面螺紋，單頭螺紋和多頭螺紋，恒螺距與變螺距螺紋。（1）螺紋加工方法在數(shù)控車床上加工螺紋的進(jìn)刀方式通常有直進(jìn)法和斜進(jìn)法，如圖2-27所示。直進(jìn)法使用刀具雙側(cè)刃切削，切削力較大，一般用于螺距或?qū)С绦∮?mm的螺紋加工。斜進(jìn)法使用刀具單側(cè)刃切削，切削力較小，一般用于螺距或?qū)С檀笥?mm的螺紋加工。圖2-27螺紋加工方法（2）螺紋尺寸的計(jì)算在用車削螺紋指令編程前，需對(duì)螺紋的相關(guān)尺寸進(jìn)行計(jì)算，以確定車削螺紋程序段中的有關(guān)參數(shù)。

①螺紋牙型高度車削螺紋時(shí)，車刀總的切削深度是牙型高度，即螺紋牙頂?shù)窖赖字g垂直于螺紋軸線的距離。根據(jù)GB/T196—2003普通螺紋國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普通螺紋的牙型理論高度H=0.866P，實(shí)際加工時(shí)，由于螺紋車刀刀尖半徑的影響，螺紋牙型實(shí)際高度。式中，H——牙型理論高度，mm；h——牙型實(shí)際高度，mm；P——螺距，mm。②螺紋進(jìn)刀與退刀距離在加工螺紋時(shí)，沿螺距方向（Z向）刀具進(jìn)給速度與主軸轉(zhuǎn)速有嚴(yán)格的匹配關(guān)系。由于螺紋加工開始有一個(gè)加速過(guò)程，結(jié)束有一個(gè)減速過(guò)程，在加減速過(guò)程中主軸轉(zhuǎn)速保持不變，因此，在這兩段距離內(nèi)螺距是變化的，如圖2-28所示。

圖2-28進(jìn)刀與退刀距離③螺紋頂徑控制在螺紋切削時(shí)，由于刀具的擠壓使得最后加工出來(lái)的頂徑塑性膨脹，從而影響螺紋的裝配和正常使用，考慮到這個(gè)問(wèn)題，在螺紋切削前的圓柱加工中，先多切除一部分材料，將外圓柱車小，內(nèi)圓柱車大，這個(gè)值一般是0.2~0.3mm。螺紋大徑和小徑可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算

d大=D-0.1P