第二章 數(shù)控車削加工工藝分析0

數(shù)控車削加工工藝分析

蘇建修機電學院

一、數(shù)控車削加工工藝范圍

二、數(shù)控車削的主要加工對象

（1）輪廓形狀特別復雜或難于控制尺寸的回轉體零件數(shù)控車較適合車削普通車床難于實現(xiàn)的由任意直線和平面曲線（圓弧和非圓曲線類）組成的形狀復雜的回轉體零件，斜線和圓弧均可直接由插補功能實現(xiàn)，非圓曲線可用數(shù)學手段轉化為小段直線或小段圓弧后作插補加工得到。對于一些具有封閉內(nèi)成型面的殼體零件，如“口小肚大”的孔腔，在普通車床上是無法加工的，而在數(shù)控車床上則很容易加工出來。（2）精度要求高、表面粗糙度要求較低的回轉體零件數(shù)控車床系統(tǒng)的控制分辨率一般為0.01~0.001mm。在特種精密數(shù)控車床上，還可加工出幾何輪廓精度達0.0001mm、表面粗糙度Ra達0.02μm的超精零件（如復印機中的回轉鼓及激光打印機上的多面反射體等），數(shù)控車床通過恒線速度切削功能，可加工表面精度要求高的各種變徑表面類零件。由于數(shù)控車床剛性好，制造精度高，加工過程中運動部件的運動精度高，并且利用對刀儀對刀精度高，可方便和精確地實現(xiàn)人工補償和自動補償，因此能加工尺寸精度要求高的零件。同時，由于刀具運動是通過高精度的插補運算和伺服驅動裝置來控制的，因此它能加工對母線，直線度、圓度、圓柱度等形狀精度要求高的零件。二、數(shù)控車削的主要加工對象

（3）帶特殊螺紋的回轉體零件普通車床只能車等導程的直、錐面公英制螺紋，而且一臺車床只能限定加工若干種導程的螺紋。數(shù)控車床則還能車削變導程的螺紋、高精度的模數(shù)螺旋零件（如蝸桿）及端面盤形螺旋零件等。由于數(shù)控車床進行螺紋加工不需要掛輪系統(tǒng)，因此對任意導程的螺紋均不受限制，且其加工多頭螺紋比普通車床要方便得多。

二、數(shù)控車削的主要加工對象

二、數(shù)控車削加工常用刀具及選擇

刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容之一。刀具選擇得合理與否不僅影響機床的加工效率，而且還直接影響加工質量。選擇刀具通常要考慮機床的加工能力、工序內(nèi)容以及工件材料等因素。由于工件材料、生產(chǎn)批量、加工精度以及機床類型、工藝方案的不同，車刀的種類繁多。

1．焊接式車刀

1一切斷刀2—90°左偏刀3—90°右偏刀4--彎頭車刀5--直頭車刀6--成形車刀7--寬刃精車刀8--外螺紋車刀9--端面車刀10--內(nèi)螺紋車刀11一內(nèi)槽車刀12--通孔車刀13一不通孔車刀焊接式車刀的優(yōu)缺點：一般將硬質臺金刀片用焊接的方法固定在刀體上即為焊接式車刀。這種車刀結構簡單，制造方便，剛性較好，通過刃磨可形成所需的幾何參數(shù)，使用靈活。刀片經(jīng)高溫焊接和刃磨后，易產(chǎn)生熱應力和裂紋，會降低刀具材料的切削性能。另外，當?shù)镀ネ昊虮缐暮?，刀桿也不能再用，造成了浪費。2．機夾可轉位車刀

1-刀桿，2-刀片，3-刀墊，4-夾緊元件幾種常見的可轉位車刀的刀片(a)T型，（b）F型,(c)W型,(d)S型,(e)P型,(f)D型,(g)R型,(h)C型刀片及型號刀片是可轉位車刀的重要元件。按照GB2076—1987，刀片可分為帶圓孔、帶沉孔以及無孔三大類，形狀有三角形、正方形、五邊形、六邊形、圓形以及菱形等共17種。可轉位刀片型號由代表一給定意義的字母和數(shù)字代號按一定順序位置排列所組成，共有十個號位，各號位代號表示規(guī)則(GB／T2076--1987)。

刀片型號示例

刀片型號示例

三、數(shù)控車削加工工藝的制訂

制定加工工藝的主要內(nèi)容有：分析零件圖樣，確定工件在車床上的裝夾方式，各表面的加工順序、刀具的進給路線以及刀具、夾具和切削用量的選擇等。1.零件圖工藝分析

（1）構成零件輪廓的幾何條件在車削加工中手工編程時，要計算每個節(jié)點坐標；在自動編程時，要對構成零件輪廓所有幾何元素進行定義。因此在分析零件圖時應注意：

①零件圖上是否漏掉某尺寸，使其幾何條件不充分，影響到零件輪廓的構成。②零件圖上的圖線位置是否模糊或尺寸標注不清，無法編程

③零件圖上給定的幾何條件是否合理，造成數(shù)學處理困難。④零件圖上尺寸標注方法應適應數(shù)控車床加工的特點，應以同一基準標注尺寸或直接給出坐標尺寸。

（2）尺寸精度要求

分析零件圖樣尺寸精度的要求，以判斷能否利用車削工藝達到，并確定控制尺寸精度的工藝方法。

在該項分析過程中，還可以同時進行尺寸的換算，如增量尺寸與絕對尺寸及尺寸鏈計算等。（3）形狀和位置精度的要求零件圖樣上給定的形狀和位置公差是保證零件精度的重要依據(jù)。加工時，要按照其要求確定零件的定位基準和測量基準，還可以根據(jù)數(shù)控車床的特殊需要進行一些技術性處理，以便有效地控制零件的形狀和位置精度。（4）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，也是合理選擇數(shù)控車床、刀具及確定切削用量的依據(jù)。（5）材料與熱處理要求零件圖樣上給定的材料與熱處理要求，是選擇刀具、數(shù)控車床型號、確定切削用量的依據(jù)。2.工序和裝夾方式的確定在數(shù)控車床上加工零件，應按工序集中的原則劃分工序，在一次安裝下盡可能完成大部分甚至全部表面的加工。根據(jù)零件的結構形狀不同，通常選擇外圓、端面或內(nèi)孔裝夾，并力求設計基準、工藝基準和編程原點統(tǒng)一。2.工序和裝夾方式的確定

（1）按零件加工表面的位置精度劃分將位置精度要求較高的表面安排在一次安裝下完成，以免多次安裝產(chǎn)生的安裝誤差影響位置精度。

2．按粗、精加工劃分對毛坯余量較大和加工精度要求較高的零件，應將粗車和精車分開，劃分成兩道或更多工序。一般將粗車安排在精度較低、功率較大的數(shù)控車床上，將精車安排在精度較高的數(shù)控車床上。該零件加工所用的坯料為Φ32mm棒料，批量生產(chǎn)，加工時用一臺數(shù)控車床。第一道工序按圖(b)所示將一批工件全部車出，工序內(nèi)容有：先車出Φ12mm和Φ20mm兩圓柱面及圓錐面(粗車掉R42圓弧的部分余量)，換刀后按總長要求留下加工余量切斷。第二道工序用Φ12mm外圓及Φ20mm端面裝夾，工序內(nèi)容有：先車SR7mm球面的30°圓錐面，然后對全部圓弧表面半精車(留少量的精車余量)，最后換精車刀將全部圓弧表面一刀精車成形，見圖(c)。

3.加工順序的確定

(1)先粗后精先粗后精指按照粗車一半精車一精車的順序進行加工，逐步提高加工精度。粗車可在較短的時間內(nèi)將工件表面上的大部分余量(如圖中的雙點畫線內(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。若粗車后所留余量的均勻性滿足不了精加工的精度要求，則要安排半精車，為精車作準備。精車要保證加工精度，按圖樣尺寸一刀車出零件輪廓。(2)先近后遠

這里說的遠與近，是指加工部位相對于對刀點的距離大小而言的。在一般情況下，離對刀點遠的部位后加工，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，可改善其切削條件。例如，當加工圖所示的零件時，如果按Φ38mm、Φ36mm、Φ34mm的次序安排車削，不僅會增加刀具返回對刀點所需的空行程時間，而且一開始就削弱了工件的剛性，還可能使臺階的外直角處產(chǎn)生毛刺。

對既有內(nèi)表面(內(nèi)型、內(nèi)腔)又有外表面需要加工的零件安排加工順序時，應先內(nèi)后外(先加工內(nèi)表面，后加工外表面)，即先進行內(nèi)外表面粗加工，后進行內(nèi)外表面的精加工。切不可將零件上一部分表面(外表面或內(nèi)表面)加工完畢后，再加工其它表面(內(nèi)表面或外表面)。(3)基面先行

用作精基準的表面應先行加工出來，這是因為用作定位的基準越精確，裝夾誤差就越小。例如軸類工件加工時，總是先加工中心孔，再以中心孔定位加工外圓和端面。(4)先內(nèi)后外

對既有內(nèi)表面又有外表面的零件，安排加工順序時，通常先安排內(nèi)型內(nèi)腔，后安排外形表面的加工，不可將零件上的外表面加工完后再加工內(nèi)表面，也不可將零件上的內(nèi)表面加工完后再加工外表面。4.進給路線的確定

確定進給路線主要在于確定粗加工及空行程的進給路線，精加工切削過程的進給路線基本上都是沿其零件輪廓順序進行的。進給路線一般指刀具從起刀點(或機床固定原點)開始運動，直至返回該點并結束加工程序所經(jīng)過的路徑，包括切削加工的路徑以及刀具切入、切出等非切削空行程。在保證加工質量的前提下，使加工程序具有最短的進給路線，不僅可以節(jié)省加工過程的時間，還能減少一些不必要的刀具消耗及機床進給機構滑動部件的磨損等。實現(xiàn)最短切削路線，除了依靠大量的實踐經(jīng)驗外，還應善于分析，必要時可輔以一些簡單的計算。(1)循環(huán)切除余量

數(shù)控車削加工過程一般要經(jīng)過循環(huán)切除余量、粗加工和精加工三道工序。應根據(jù)毛坯類型和工件形狀來確定循環(huán)切除余量的方式，以達到減少循環(huán)走刀次數(shù)，提高加工效率的目的。1)軸套類零件安排軸套類零件走刀路線的原則是軸向走刀，徑向進刀，循環(huán)切除余量的循環(huán)終點在粗加工起點附近，這樣可以減少走刀次數(shù)，避免不必要的空走刀，節(jié)省加工時間，2)輪盤類零件

安排輪盤類零件走刀路線的原則是徑向走刀，軸向進刀，循環(huán)切除余量的循環(huán)終點在粗加工起點。編制輪盤類零件的加工程序時，其走刀路線與軸套類零件相反，是從大直徑端開始加工.3)鑄鍛件

鑄鍛件毛坯形狀與加工后零件形狀相似，留有一定的加工余量。循環(huán)切除余量的方式是刀具軌跡按工件輪廓線運動，逐漸逼近圖紙尺寸。這種方法實質上是采用輪廓車削的方式.

(2)確定退刀路線

在數(shù)控機床加工過程中，為了提高加工效率，刀具從起始點或換刀點運動到接近工件部位及加工完成后退回起始點或換刀點都是以快速運動方式運動的。數(shù)控機床系統(tǒng)的退刀路線，原則上首先要考慮安全性，即在退刀過程中不能與工件發(fā)生碰撞；其次要考慮使退刀路線最短。相比之下，安全是首要的。1)斜線退刀方式斜線退刀方式路線最短，適用于加工外圓表面的偏刀退刀.2)切槽刀退刀方式這種退刀方式是刀具先徑向垂直退刀，到達指定位置時再軸向退刀.3)鏜孔刀退刀方式

這種退刀方式與切槽刀的退刀方式恰好相反，如圖所示。粗鏜孔即采用這種退刀方式。精鏜孔通常先徑向退刀再軸向退刀至孔外，再斜線退刀。(3)進給路線的選擇

1)最短的切削進給路線[粗加工（或半精加工）進給路線]

切削進給路線最短，可有效地提高生產(chǎn)效率，降低刀具的損耗等。在安排粗加工或半精加工的切削進給路線時，應同時兼顧到被加工零件的剛性及加工的工藝性等要求，不要顧此失彼。

圖

常用的粗加工循環(huán)進給路線

圖a為利用數(shù)控系統(tǒng)具有的矩形循環(huán)功能而安排的“矩形”循環(huán)進給路線。圖b為利用數(shù)控系統(tǒng)具有的三角形循環(huán)功能而安排的“三角形”循環(huán)進給路線。

圖c為利用數(shù)控系統(tǒng)具有的封閉式復合循環(huán)功能控制車刀沿工件輪廓等距線循環(huán)的進給路線。

對以上三種切削進給路線，經(jīng)分析和判斷后可知矩形循環(huán)進給路線的進給長度總和最短。因此，在同等條件下，其切削所需時間（不含空行程）最短，刀具的損耗最少。但粗車后的精車余量不夠均勻，一般需安排半精車加工。

A.常用的粗加工進給路線

大余量毛坯的階梯切削進給路線

a)錯誤的階梯切削路線b)正確的階梯切削路線B.大余量毛坯的階梯切削進給路線C.雙向切削進給路線圖順工件輪廓雙向進給的路線(軸向和徑向聯(lián)動雙向進刀的路線)

2)完整輪廓的連續(xù)切削進給路線

在安排可以一刀或多刀進行的精加工工序時，其零件的完整輪廓應由最后一刀連續(xù)加工而成，這時，所加工刀具的進、退刀位置要考慮妥當，盡量不要在連續(xù)的輪廓中安排切入、切出、換刀及停頓，以免因切削力突然變化而造成彈性變形，致使光滑連接的輪廓上產(chǎn)生表面劃傷、形狀突變或滯留刀痕等缺陷。3)特殊的進給路線

在數(shù)控車削加工時，一般情況下，z坐標軸方向的進給運動都是沿著負方向進給的，但有時按其常規(guī)的負方向安排進給路線并不合理，甚至可能車壞工件。圖5—16兩種不同的進給方法

對于圖5—16(a)所示的第一種進給方法(負z走向)，因切削時尖形車刀的主偏角為100°～105°，這時切削力在x向的較大分力Fp將沿著圖5—17所示的正X方向作用，當?shù)都膺\動到圓弧的換象限處，即由負z、負x向負z、