模塊B數(shù)控車床應(yīng)用技術(shù)(第二章)

模塊B數(shù)控車床應(yīng)用技術(shù)(16~48學(xué)時)第一章數(shù)控車床概述第二章數(shù)控車削加工工藝第三章數(shù)控車削加工手工編程第四章數(shù)控車床加工操作第五章數(shù)控車床編程與加工應(yīng)用實例第二章數(shù)控車削加工工藝一加工順序的確定在模塊A中，已經(jīng)詳細論述了數(shù)控加工工序安排的原則和劃分的方法。工序的劃分可以采取工序集中和工序分散兩種原則，而常見的數(shù)控加工工序劃分的方法包括：按所用刀具劃分工序；按粗、精加工劃分工序；按加工部位劃分工序等。第二章數(shù)控車削加工工藝總的加工順序的安排應(yīng)遵循以下原則：(1)上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊；(2)先內(nèi)后外，即先進行內(nèi)部型腔(內(nèi)孔)的加工工序，后進行外形的加工；(3)以相同的安裝或使用同一把刀具加工的工序，最好連續(xù)進行，以減少重新定位或換刀所引起的誤差；(4)在同一次安裝中，應(yīng)先進行對工件剛性影響較小的工序。第二章數(shù)控車削加工工藝這些原則不論對于數(shù)控加工，還是對于常規(guī)加工都是適用的。對于數(shù)控加工工藝，還有一些根據(jù)其特點而應(yīng)注意的原則，表2-1中闡述了這些原則。第二章數(shù)控車削加工工藝表2-1數(shù)控加工工序的確定原則第二章數(shù)控車削加工工藝二走刀路線的確定數(shù)控車削的走刀路線包括刀具的運動軌跡和各種刀具的使用順序，是預(yù)先編制在加工程序中的。合理地確定走刀路線、安排刀具的使用順序?qū)τ谔岣呒庸ば?、保證加工質(zhì)量是十分重要的。數(shù)控車削的走刀路線不是很復(fù)雜，也有一定規(guī)律可遵循。第二章數(shù)控車削加工工藝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(yīng)根據(jù)毛坯類型和零件形狀確立循環(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)軸套類零件軸套類零件安排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。第二章數(shù)控車削加工工藝2)輪盤類零件輪盤類零件安排走刀路線的原則是徑向走刀、軸向進刀，循環(huán)去除余量的循環(huán)終點在粗加工起點。編制輪盤類零件的加工程序時，與軸套類零件相反，是從大直徑端開始順序向前。3)鑄鍛件鑄鍛件毛坯形狀與加工后零件形狀相似，留有—定的加工余量。循環(huán)去除余量的方式是刀具軌跡按零件輪廓線運動，逐漸逼近圖樣尺寸。這種方法實質(zhì)上是采用“零點漂移”的方式。第二章數(shù)控車削加工工藝2.確定退刀路線數(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是以指令G00的方式(快速)運動的。根據(jù)刀具加工零件部位的不同，退刀的路線確定方式也不同，車床數(shù)控系統(tǒng)提供三種退刀方式。第二章數(shù)控車削加工工藝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，如圖2.1所示。第二章數(shù)控車削加工工藝2)徑―軸向退刀方式這種退刀方式刀具先徑向垂直退刀，到達指定位置時再軸向退刀，如圖2.2所示。切槽即采用這種退刀方法。第二章數(shù)控車削加工工藝(3)軸―徑向退刀方式軸―徑向退刀方式的順序與徑―軸向退刀方式恰好相反，如圖2.3所示。鏜孔即采用此種退刀方式。第二章數(shù)控車削加工工藝數(shù)控系統(tǒng)除按指定的退刀方式退刀外，還可用G0快速定位指令編制退刀路線，原則是第一考慮安全性，即在退刀過程中不能與工件發(fā)生碰撞；第二是考慮使退刀路線最短。相比之下安全是第一位的。第二章數(shù)控車削加工工藝3.換刀1)設(shè)置換刀點數(shù)控車床的刀盤結(jié)構(gòu)有兩種，一是刀架前置，其結(jié)構(gòu)同普通車床相似，經(jīng)濟型數(shù)控車床多采用這種結(jié)構(gòu)；另一種是刀盤后置，這種結(jié)構(gòu)是中高檔數(shù)控車床常采用的。第二章數(shù)控車削加工工藝換刀點是一個固定的點，不隨工件坐標系的位置改變而發(fā)生位置變化。換刀點最安全的位置是換刀時刀架或刀盤上的任何刀具不與工件發(fā)生碰撞的位置。如工件在第三象限，刀盤上所有刀具在第一象限。換句話說換刀點軸向位置(Z軸)由軸向最長的刀具(如內(nèi)孔鏜刀、鉆頭等)確定；換刀點徑向位置(X軸)由徑向最長刀具(如外圓刀、切刀等)決定。這種設(shè)置換刀點方式的優(yōu)點是安全、簡便，在單件及小批量生產(chǎn)中經(jīng)常采用；缺點是增加了刀具到工件加工表面的運動距離，降低了加工效率，機床磨損也加大，大批量生產(chǎn)時往往不采用這種設(shè)置換刀點的方式。第二章數(shù)控車削加工工藝2)跟隨式換刀在批量生產(chǎn)時，為縮短空走刀路線，提高加工效率，在某些情況下可以不設(shè)置固定的換刀點，每把刀有其各自不同的換刀位置。這里應(yīng)遵循的原則是：第一，確保換刀時刀具不與工件發(fā)生碰撞；第二，力求最短的換刀路線，即采用所謂的“跟隨式換刀”。跟隨式換刀不使用機床數(shù)控系統(tǒng)提供的回換刀點的指令，而使用G0快速定位指令。第二章數(shù)控車削加工工藝這種換刀方式的優(yōu)點是能夠最大限度地縮短換刀路線，但每一把刀具的換刀位置要經(jīng)過仔細計算，以確保換刀時刀具不與工件碰撞。跟隨式換刀常應(yīng)用于被加工工件有一定批量、使用刀具數(shù)量較多、刀具類型多、徑向及軸向尺寸相差較大時。第二章數(shù)控車削加工工藝另外跟隨式換刀可以實現(xiàn)一次裝夾加工多個工件，如圖2.4所示。此時若采用固定換刀點換刀，工件會離換刀點越來越遠，使空走刀路線增加。跟隨式換刀時，每把刀具有各自的換刀點，設(shè)置換刀點時只考慮換下一把刀具是否與工件發(fā)生碰撞，而不用考慮刀盤上所有刀具是否與工件發(fā)生碰撞，即換刀點位置只參考下一把刀具，但這樣做的前提是刀盤上的刀具是按加工工序順序排列的。調(diào)試時從第一把刀具開始，具體有兩種方法。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.4跟隨式換刀第二章數(shù)控車削加工工藝第一種方法是：直接在機床上調(diào)試。這種方法的優(yōu)點是直觀，缺點是增加了機床的輔助時間。如圖2.5所示，第二把外圓刀的安裝位置與第一把外圓刀的安裝位置不會完全重合。以第一把刀刀尖作為X、Z的坐標原點，比較第二把刀的刀尖與第一把刀的刀尖位置差和方向，在換第二把刀時，第一把刀所在的位置應(yīng)該是刀尖距工件的加工部位最近點再疊加上第二把刀尖與第一把刀尖的差值X、Z。舉例說明，第一把刀離工件的加工部位最近點是X20、Z1，第二把刀的刀尖位置與第一把刀的尖位置差值為X?1、Z1。則第一把刀的換刀點位置是X21、Z1，這樣每把刀具都有各自的換刀點，以保證按加工順序換刀時，刀具不會與工件發(fā)生碰撞，而新?lián)Q刀具的位置又離加工位置最近，程序中所有刀具都離各自加工部位最近點換刀，從而縮短了刀具的空行程，提高了加工效率，這在批量生產(chǎn)中經(jīng)常使用。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.5跟隨換刀的測量第二章數(shù)控車削加工工藝第二種方法是：使用機外對刀儀對刀。這種方法可直接得出程序中所有使用刀具的刀尖位置差。換刀點可根據(jù)對刀儀測得數(shù)據(jù)按上述方法直接計算，寫入程序。但如果計算錯誤就會導(dǎo)致?lián)Q刀時刀具與工件發(fā)生碰撞，輕則損壞刀具、工件，重則機床嚴重受損。使用跟隨式換刀方式，換刀點位置的確定與刀具的安裝參數(shù)有關(guān)。如果加工過程中更換刀具，刀具的安裝位置改變，程序中有關(guān)的換刀點也要修改。第二章數(shù)控車削加工工藝3)排刀法在數(shù)控車的生產(chǎn)實踐中，為縮短加工時間、提高生產(chǎn)效率，針對特定幾何形狀和尺寸的工件常采用所謂的排刀法。這種刀具排列方式的好處是在換刀時，刀盤或刀塔不需要轉(zhuǎn)動，是一種加工效率很高的安排走刀路線的方法。如圖2.6所示為一利用排刀法加工的零件。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.6零件圖工件材料為鋁，毛坯為管材。第二章數(shù)控車削加工工藝所用刀具種類：(1)外圓粗車刀；(2)外圓精車刀；(3)內(nèi)圓粗車刀；(4)內(nèi)圓精車刀；(5)切槽刀；(6)螺紋刀。刀具在刀架上的排列如圖2.7所示。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.7排刀法第二章數(shù)控車削加工工藝內(nèi)、外圓車刀是背靠背并列在一起的，刀具距離d應(yīng)等于或小于管材毛坯內(nèi)徑。這樣排列刀具目的是保持加工過程中主軸始終朝一個方向轉(zhuǎn)動，避免主軸反轉(zhuǎn)；內(nèi)圓粗車刀與外圓精車刀之間的距離D應(yīng)大于管材毛坯的內(nèi)外半徑之差。排刀式裝卡刀具有一定的局限性，適用于小型零件。排刀法能夠裝卡刀具的數(shù)量受刀具間隔及拖板X軸行程限制。使用排刀法時，程序與刀具位置有關(guān)。一種編程方法是使用變換坐標系指令，為每一把刀具設(shè)立一個坐標系；另一種方法是所有刀具使用一個坐標系，刀具的位置差由程序坐標系補償，但刀具一旦磨損或更換就要根據(jù)刀尖實際位置重新調(diào)整程序，十分麻煩。第二章數(shù)控車削加工工藝4.2.3車削用夾具的選擇1.車床工裝夾具的概念1)車床夾具的定義和分類在車床上用來裝夾工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工件的同一夾具，例如，車床上的三爪自定心卡盤、四爪單動卡盤、彈簧卡套和通用心軸等；專用夾具是專門為加工某一指定工件的某一工序而設(shè)計的夾具。如按夾具元件組合特點劃分，則有不能重新組合的夾具和能夠重新組合的夾具，后者稱為組合夾具。數(shù)控車床通用夾具與普通車床及專用車床相同。第二章數(shù)控車削加工工藝2)夾具的作用夾具用來裝夾被加工工件以完成加工過程，同時要保證被加工工件的定位精度，并使裝卸盡可能方便、快捷。選擇夾具時通常先考慮選用通用夾具，這樣可避免制造專用夾具。專用夾具是針對通用夾具無法裝夾的某一工件或工序而設(shè)計的，下面對專用夾具的作用做一總結(jié)。第二章數(shù)控車削加工工藝(1)保證產(chǎn)品質(zhì)量被加工工件的某些加工精度是由機床夾具來保證的。夾具應(yīng)能提供合適的夾緊力，既不能因為夾緊力過小導(dǎo)致被加工件在切削過程中松動，又不能因夾緊力過大而導(dǎo)致被加工工件變形或損壞工件表面。(2)提高加工效率夾具應(yīng)能方便被加工件的裝卸，例如，采用液壓裝置能使操作者降低勞動強度，同時節(jié)省機床輔助時間，達到提高加工效率的目的。第二章數(shù)控車削加工工藝(3)解決車床加工中的特殊裝夾問題對于不能使用通用夾具裝夾的工件通常需要設(shè)計專用夾具。(4)擴大機床的使用范圍使用專用夾具可以完成非軸套、非輪盤類零件的孔、軸、槽和螺紋等的加工，可擴大機床的使用范圍。第二章數(shù)控車削加工工藝2.圓周定位夾具在車床加工中大多數(shù)情況是使用工件或毛坯的外圓定位。1)三爪自定心卡盤三爪自定心卡盤，如圖2.8所示，是最常用的車床通用卡具，三爪自定心卡盤最大的優(yōu)點是可以自動定心，夾持范圍大，但定心精度存在誤差，不適于同軸度要求高的工件的二次裝夾。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.8三爪自定心卡盤第二章數(shù)控車削加工工藝三爪自定心卡盤常見的有機械式和液壓式兩種。液壓卡盤裝夾迅速、方便，但夾持范圍變化小，尺寸變化大時需重新調(diào)整卡爪位置。數(shù)控車床經(jīng)常采用液壓卡盤，液壓卡盤還特別適用于批量加工。第二章數(shù)控車削加工工藝2)軟爪由于三爪自定心卡盤定心精度不高，當加工同軸度要求高的工件二次裝夾時，常常使用軟爪。軟爪是一種具有切削性能的夾爪。通常三爪自定心卡盤為保證剛度和耐磨性要進行熱處理，硬度較高，很難用常用刀具切削。軟爪是在使用前配合被加工工件特別制造的，加工軟爪時要注意以下幾方面的問題：第二章數(shù)控車削加工工藝(1)軟爪要在與使用時相同的夾緊狀態(tài)下加工，以免在加工過程中松動和由于反向間隙而引起定心誤差。加工軟爪內(nèi)定位表面時，要在軟爪尾部夾緊一適當?shù)陌袅?，以消除卡盤端面螺紋的間隙，如圖2.9所示。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.9加工軟爪內(nèi)定位表面第二章數(shù)控車削加工工藝(2)當被加工件以外圓定位時，軟爪內(nèi)圓直徑應(yīng)與工件外圓直徑相同，略小更好，如圖2.10所示，其目的是消除夾盤的定位間隙，增加軟爪與工件的接觸面積。軟爪內(nèi)徑大于工件外徑會導(dǎo)致軟爪與工件形成三點接觸，如圖2.11所示，此種情況接觸面積小，夾緊牢固程度差，應(yīng)盡量避免。軟爪內(nèi)徑過小，如圖2.12所示，會形成六點接觸，一方面會在被加工表面留下壓痕，同時也使軟爪接觸面變形。軟爪也有機械式和液壓式兩種。軟爪常用于加工同軸度要求較高的工件的二次裝夾。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.10理想的軟爪內(nèi)徑第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.11軟爪內(nèi)徑過大第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.12軟爪內(nèi)徑過小第二章數(shù)控車削加工工藝3)彈簧夾套彈簧夾套定心精度高，裝夾工件快捷方便，常用于精加工的外圓表面定位。彈簧夾套特別適用于尺寸精度較高、表面質(zhì)量較好的冷拔圓棒料，若配以自動送料器，可實現(xiàn)自動上料。彈簧夾套夾持工件的內(nèi)孔是標準系列，并非任意直徑。第二章數(shù)控車削加工工藝4)四爪單動卡盤加工精度要求不高、偏心距小、零件長度較短的工件時，可采用四爪單動卡盤，如圖2.13所示。第二章數(shù)控車削加工工藝3.中心孔定位夾具1)兩頂尖撥盤兩頂尖定位的優(yōu)點是定心正確可靠，安裝方便。頂尖作用是定心、承受工件的重量和切削力。頂尖分前頂尖和后頂尖。前頂尖中的一種是插入主軸錐孔內(nèi)的，如圖2.14(a)所示；另一種是夾在卡盤上的，如圖2.14(b)所示。前頂尖與主軸一起旋轉(zhuǎn)，與主軸中心孔不產(chǎn)生摩擦。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.14前頂尖第二章數(shù)控車削加工工藝后頂尖插入尾座套筒。后頂尖中的一種是固定的，如圖2.15(a)所示；另一種是回轉(zhuǎn)的，如圖2.15(b)所示?；剞D(zhuǎn)后頂尖使用較為廣泛。第二章數(shù)控車削加工工藝工件安裝時用對分夾頭或雞心夾頭夾緊工件一端，撥桿伸向端面。兩頂尖只對工件有定心和支撐作用，必須通過對分夾頭或雞心夾頭的撥桿帶動工件旋轉(zhuǎn)，如圖2.16所示。第二章數(shù)控車削加工工藝利用兩頂尖定位還可以加工偏心工件，如圖2.17所示。第二章數(shù)控車削加工工藝2)撥動頂尖撥動頂尖常用有內(nèi)、外撥動頂尖和端面撥動頂尖兩種。(1)內(nèi)、外撥動頂尖內(nèi)、外撥動頂尖如圖2.18所示，這種頂尖的錐面帶齒，能嵌入工件，撥動工件旋轉(zhuǎn)。第二章數(shù)控車削加工工藝圖2.18內(nèi)、外撥動頂尖第二章數(shù)控車削加工工藝(2)端面撥動頂尖端面撥動頂尖如圖2.19所示。這種頂尖利用端面撥爪帶動工件旋轉(zhuǎn)，適合裝夾