《數(shù)控機床加工工藝與編程（智媒體版）》課件 項目1.2 數(shù)控車床的種類及特征

數(shù)控機床與編程數(shù)控車床的種類及特征

數(shù)控車床即裝備了數(shù)控系統(tǒng)的車床：由數(shù)控系統(tǒng)通過伺服驅(qū)動系統(tǒng)去控制各運動部件的動作主要用于軸類和盤類回轉(zhuǎn)體零件的多工序加工具有高精度、高效率、高柔性化等綜合特點適合中小批量形狀復(fù)雜零件的多品種、多規(guī)格生產(chǎn)數(shù)控車床的種類及特征通用X、Z二軸控制(臥式)轉(zhuǎn)塔刀架排式刀架數(shù)控車床的種類及特征立式數(shù)控車數(shù)控車床的種類及特征

加工實例第一主軸第二主軸雙主軸數(shù)控車床隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，數(shù)控車床的工藝和工序?qū)⒏訌?fù)合化和集中化。即把各種工序（如車、銑、鉆等）都集中在一臺數(shù)控車床上來完成。目前國際上出現(xiàn)的雙主軸結(jié)構(gòu)就是這種構(gòu)思的體現(xiàn)雙主軸、雙刀塔CNC車床結(jié)構(gòu)示意

主軸副主軸副主軸刀塔主軸刀塔數(shù)控車床的種類及特征數(shù)控車床的種類及特征車銑加工中心數(shù)控車床的主要加工對象精度要求高的回轉(zhuǎn)體零件高精度的機床主軸高速電機主軸數(shù)控車床的主要加工對象帶特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件非標(biāo)絲杠數(shù)控車床的主要加工對象表面形狀復(fù)雜的回轉(zhuǎn)體零件凸輪軸曲軸數(shù)控車床的主要加工對象其他形狀復(fù)雜的零件鋼制聯(lián)接零件高壓技術(shù)閥門殼體零件石油工業(yè)采用車銑加工中心三爪自定心卡盤裝夾常用裝夾方式通用夾具裝夾數(shù)控車削加工的裝夾與對刀兩頂尖裝夾卡盤和頂尖裝夾雙三爪定心卡盤裝夾常用裝夾方式找正：找正裝夾時必須將工件的加工表面回轉(zhuǎn)軸線（同時也是工件坐標(biāo)系Z軸）找正到與車床主軸回轉(zhuǎn)中心重合。一般為打表找正。通過調(diào)整卡爪，使工件坐標(biāo)系Z軸與車床主軸的回轉(zhuǎn)中心重合采用找正的方法數(shù)控車削加工的裝夾與對刀工件裝夾方式數(shù)控車削加工的裝夾與對刀常用對刀方式對刀是確定工件在機床上的位置，也即是確定工件坐標(biāo)系與機床坐標(biāo)系的相互位置關(guān)系。對刀過程一般是從各坐標(biāo)方向分別進(jìn)行，它可理解為通過找正刀具與一個在工件坐標(biāo)系中有確定位置的點(即對刀點)來實現(xiàn)

手動對刀定位對刀法光學(xué)對刀法（ATC對刀）試切對刀法自動對刀對刀實例數(shù)控車刀的選擇現(xiàn)代加工技術(shù)追求的一個重要目標(biāo)：

優(yōu)質(zhì)、高效、低成本刀具的正確選擇與實現(xiàn)這一目標(biāo)有何關(guān)系呢？數(shù)控車刀的選擇可轉(zhuǎn)位車刀的選擇美、德、日等世界制造業(yè)發(fā)達(dá)的國家無一例外都是刀具工業(yè)先進(jìn)的國家。先進(jìn)刀具不但是推動制造技術(shù)發(fā)展進(jìn)步的重要動力，還是提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低加工成本的重要手段。切削刀具由傳統(tǒng)的機械工具實現(xiàn)了向高科技產(chǎn)品的飛躍，刀具的切削性能有顯著的提高。切削技術(shù)由傳統(tǒng)的切削工藝向創(chuàng)新制造工藝的飛躍，大大提高了切削加工的效率。與現(xiàn)代科學(xué)的發(fā)展緊密相連，是應(yīng)用材料科學(xué)、制造科學(xué)、信息科學(xué)等領(lǐng)域的高科技成果的結(jié)晶。數(shù)控刀具的特點和類型按照刀具結(jié)構(gòu)分：整體式：鉆頭、立銑刀等鑲嵌式：包括刀片采用焊接和機夾式特殊形式：復(fù)合式、減振式等數(shù)控刀具的特點和類型

機夾可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛應(yīng)用，數(shù)量上已達(dá)到整個數(shù)控刀具的30%~40%，金屬切除率占總數(shù)80%~90%數(shù)控刀具材料刀具材料刀具材料的硬度和韌性關(guān)系圖數(shù)控車刀的選擇可轉(zhuǎn)位車刀組成刀體刀墊刀片夾緊元件數(shù)控車刀的選擇刀片的夾緊方式上壓式（頂面夾緊C)杠桿式（圓柱孔夾緊P)螺銷上壓式（頂面和圓柱孔夾緊M)偏心式（圓柱孔夾緊P)螺釘式（沉孔夾緊S)彈性刀槽數(shù)控車刀的選擇可轉(zhuǎn)位刀片的選擇（4）選擇刀片形狀R型S型C型W型T型D型V型數(shù)控車刀的選擇刀片形狀的選擇切削刃強度高通用性好振動傾向越大所需功率越小不同形狀的刀片有各自不同的特點在要求強度和經(jīng)濟(jì)性時，應(yīng)選擇大的刀尖角在保證通用性時，選擇小的刀尖角數(shù)控車刀的選擇刀片形狀的選擇根據(jù)加工輪廓選擇刀片形狀一般外圓車削常用60°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。數(shù)控車刀的選擇刀片形狀的選擇數(shù)控車刀的選擇刀片后角的選擇后角0°（N)、7°（C)、11°（P）、20°（E)負(fù)前角刀片：0°后角雙面和單面高強度切削刃外圓車削首選重載切削狀況正前角刀片：帶有后角單面低切削力內(nèi)孔和細(xì)長軸車削首選數(shù)控車刀的選擇左右手刀柄的選擇右手（R)左右手（N）左手（L)數(shù)控車刀的選擇刀尖圓弧半徑的選擇作為經(jīng)驗法則，一般進(jìn)給量可取為刀尖圓弧半徑的一半

刀尖圓弧半徑影響表面粗糙度、加工精度和切削效率與進(jìn)給量有關(guān)最大進(jìn)給量不應(yīng)超過刀尖圓弧半徑的80%。與斷屑可靠性有關(guān)為保證斷屑，切削深度和進(jìn)給量有一個最小值小余量、小進(jìn)給采用小刀尖圓弧半徑大余量、大進(jìn)給采用大刀尖圓弧半徑數(shù)控車刀的選擇切削范圍代號斷屑槽形狀特點精加工切削FH

精加工專用斷屑槽輕切削SH

適合用于小切深,大進(jìn)給大的前角刃口鋒利中切削MV

適用于仿形向上切削加工正角刀棱鋒利準(zhǔn)重切削GH

大進(jìn)給粗加工斷續(xù)、黑皮切削兩面均有斷屑槽重切削HX

不等棱邊刀刃不僅刀刃鋒利且強度也好連續(xù)或繼續(xù)加工均適合斷屑槽的參數(shù)直接影響到切削的卷曲和折斷，目前刀片的斷屑槽形式較多，各種斷屑槽刀片的使用情況不盡相同，選用時一般參照具體的產(chǎn)品樣本MITSUBISHI推薦的適用于加工鋼材的斷屑槽形數(shù)控車刀的選擇刀桿頭部形式的選擇按主偏角和直頭、彎頭分15～18種數(shù)控車刀的選擇刀桿頭部形式的選擇按主偏角和直頭、彎頭分15～18種不同主偏角車刀車削加工示意圖數(shù)控車刀的選擇可轉(zhuǎn)位外圓車刀的型號選擇數(shù)控車刀的選擇可轉(zhuǎn)位外圓車刀的型號選擇1.2數(shù)控編程的工藝基礎(chǔ)1.數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容選擇適合在數(shù)控機床上加工的零件，確定數(shù)控機床加工內(nèi)容。對零件圖樣進(jìn)行數(shù)控加工工藝分析，明確加工內(nèi)容及技術(shù)要求。具體設(shè)計數(shù)控加工工序，如工步的劃分、工件的定位與夾具的選擇、刀具的選擇、切削用量的確定等。處理特殊的工藝問題，如對刀點、換刀點的選擇，加工路線的確定，刀具補償?shù)染幊陶`差分析及其控制。處理數(shù)控機床上部分工藝指令，編制工藝文件。數(shù)控車削的工藝分析分析零件圖樣分析零件的結(jié)構(gòu)工藝性尺寸標(biāo)注方法是否適合數(shù)控加工幾何元素的條件是否充分、正確數(shù)控車加工零件的結(jié)構(gòu)合理性精度及技術(shù)要求分析了解工藝基準(zhǔn)毛坯、熱處理要求及生產(chǎn)綱領(lǐng)等數(shù)控車削的工藝分析研究制定工藝方案工序的劃分：請分析編制該手柄零件工藝規(guī)程如何劃分工序？數(shù)控車削的工藝分析研究制定工藝方案工序的劃分：以一次裝夾進(jìn)行的加工作為一道工序以一個完整數(shù)控程序連續(xù)加工內(nèi)容為一道工序以工件上的結(jié)構(gòu)內(nèi)容組合用一把刀具加工為一道工序以粗、精加工劃分工序數(shù)控車削的工藝分析研究制定工藝方案數(shù)控車削的工藝分析研究制定工藝方案先粗后精先近后遠(yuǎn)內(nèi)外交叉保證工件加工剛度同一把刀連續(xù)加工工序安排的一般原則數(shù)控車削的工藝分析走刀路線的確定確定走刀路線的一般原則是：保證零件的加工精度和表面粗糙度要求；縮短走刀路線，減少進(jìn)退刀時間和其他輔助時間；方便數(shù)值計算，減少編程工作量；盡量減少程序段數(shù)走刀路線的確定數(shù)控車削的工藝分析走刀路線的確定數(shù)控車削的工藝分析走刀路線的確定特殊的進(jìn)給加工路線

合理的進(jìn)給路線嵌刀現(xiàn)象

數(shù)控車削的工藝分析走刀路線的確定數(shù)控車削的工藝分析車圓弧的加工路線分析螺球柱端面加工、外輪廓粗加工外輪廓粗、精加工走刀路線舉例2.走刀路徑的確定零件的刀具路徑是指切削加工過程中刀具刀位點相對于被加工零件的運動軌跡和運動方向。編程時,刀具路徑的確定原則是:1)保證被加工零件的精度和表面粗糙度,且效率較高。2)使數(shù)值計算簡單,以減少編程工作量。3)應(yīng)使加工路線最短,這樣既可以減少程序段,又能減少空行程時間。1、尋求最短加工路線按圓周順序設(shè)置加工路線按平面螺旋設(shè)置加工路線按平面內(nèi)外交叉設(shè)計加工路線2、最終輪廓一次走刀完成一次走刀完成整個內(nèi)輪廓的加工先內(nèi)后邊緣輪廓的加工方式平面圓周加工方式設(shè)計的加工路線3、選擇切入和切出的方向

刀具的切入或切出點應(yīng)盡量選擇在工件輪廓的切線上。避免刀具因切入或退出時在工件輪廓邊緣上留下刀痕而影響到表面粗糙度值增大。

盡量減少在輪廓加工過程中使用暫停，目的是減少因工件彈性變形而留下刀痕。刀具切入和切出向外延圖例刀具起點刀具終點4、選擇加工后使工件變形小的走刀路線

針對一些特形或異形零件及薄壁零件的特點，選擇加工路線對確保產(chǎn)品加工質(zhì)量可起到保障作用。如：

細(xì)而長或一些薄壁件，可采用多次分層切削或?qū)ΨQ切削的方法來安排走刀路線。

在安排時則應(yīng)首先考慮工件剛性和破壞性較小的工步及部位入手。1.零件的安裝確定零件的安裝方法和對刀點、換刀點（1）盡量做到設(shè)計基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程計算基準(zhǔn)統(tǒng)一。（2）盡量減少裝夾次數(shù)，選擇工序集中進(jìn)行安排。（3）減少調(diào)整時間，避免工件裝夾時間過長。改進(jìn)前的裝夾（易變形）改進(jìn)前的裝夾（易變形）改進(jìn)后的裝夾改進(jìn)后的裝夾或者2.對刀點與換刀點的確定對刀點就是在數(shù)控機床上加工零件時,刀具相對于工件運動的起點。由于程序段從該點開始執(zhí)行,所以對刀點又稱為程序起點或起刀點。對刀點的選擇原則是:1)在機床上容易找正,加工中便于檢查。2)便于用數(shù)字處理和簡化程序編制。3)引起的加工誤差小。對刀點指刀位點與對刀點的重合位置操作。刀位點

指刀具的定位基準(zhǔn)點。

通?；剞D(zhuǎn)運動的刀具均以圓心點為刀位點，車刀，刨刀等則以刀尖為刀位點。

由于各類數(shù)控機床的操作方式各自不相同，對刀的方式也相應(yīng)存在一些差異。刀位點換刀點指具備自動換刀功能的數(shù)控機床在更換刀具時的坐標(biāo)位置。

該點的位置設(shè)定應(yīng)以機床操作安全為重，防止在自動更換刀具時撞傷或劃傷工件及機床其它部件。對刀點可以選在工件上,也可以選在工件外,比如選在機床上或夾具上,但必須與零件的定位基準(zhǔn)有一定的尺寸關(guān)系,這樣才能確定機床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的關(guān)系,如圖4-8所示。對刀點既是程序的起點,也是程序的終點。因此在成批生產(chǎn)中,要考慮對刀點的重復(fù)精度,該精度可用對刀點相距機床原點的坐標(biāo)值(X0,Y0)來校核。確定零件的安裝方法和對刀點、換刀點圖4-8對刀點的設(shè)定切削用量三要素背吃刀量(切削深度)進(jìn)給速度(進(jìn)給量)主軸轉(zhuǎn)速(切削速度)

選擇刀具和切削用量切削用量確定的依據(jù)刀具耐用度加工實作經(jīng)驗機床性能及剛性工件材料及余量工件精度要求生產(chǎn)效率選擇切削用量的基本原則：粗加工首先選取盡可能大的ap其次根據(jù)機床動力和剛性限制條件或已加工表面粗糙度的要求，選取盡可能大的f最后利用切削用量手冊選取或者用公式計算確定vc半精、精加工在保證加工質(zhì)量的前提下，兼顧必要的生產(chǎn)率高速或低速切削（避開切屑瘤區(qū))進(jìn)給量根據(jù)工件表面粗糙度的要求來確定較小的背吃刀量切削用量的選擇特別提示：在實際應(yīng)用中參閱有關(guān)刀具樣本或相關(guān)資料選擇切削用量至關(guān)重要??！切削用量的選擇數(shù)控加工工藝分析與設(shè)計

1基準(zhǔn)先行先粗后精先主后次先面后孔

2

3

4首先加工作為精基準(zhǔn)的表面先粗加工，再半精加工和精加工先加工主要表面，后加工次要表面先加工平面，后加工孔切削加工順序安排原則工序順序的安排典型零件加工工藝分析已知該零件的毛坯為100mm×80mm×27mm的方形坯料，材料為45鋼，且底面和四個輪廓面均已加工好，要求在立式加工中心上加工頂面、孔及溝槽。零件圖樣數(shù)控加工工藝分析與設(shè)計(1）先粗后精當(dāng)加工零件精度要求較高時都要經(jīng)過粗加工、半精加工、精加工階段，如果精度要求更高，還包括光整加工等幾個階段。

（2）基準(zhǔn)面先行原則用作精基準(zhǔn)的表面應(yīng)先加工。任何零件的加工過程總是先對定位基準(zhǔn)進(jìn)行粗加工和精加工，例如軸類零件總是先加工中心孔，再以中心孔為精基準(zhǔn)加工外圓和端面；箱體類零件總是先加工定位用的平面及兩個定位孔，再以平面和定位孔為精基準(zhǔn)加工孔系和其他平面。

（3）先面后孔對于箱體、支架等零件，平面尺寸輪廓較大，用平面定位比較穩(wěn)定，而且孔的深度尺寸又是以平面為基準(zhǔn)的，故應(yīng)先加工平面，然后加工孔。

（4）先主后次即先加工主要表面，然后加工次要表面。零件號101零件名稱編制日期2003/10/5程序號O1011編制陳洪濤工步號程序段號工步內(nèi)容刀具切削用量S功能F功能切深/mm1N11粗銑頂面端面銑刀（φ125）v=90m/minf=0.2mm/齒2.5S240F3002N12鉆φ32，φ12孔中心孔中心鉆（φ2）2.5S1000F1003N13鉆φ32，φ12孔至φ11.5麻花鉆（φ11.5）v=20m/minf=0.2mm/revS550F1104N14擴(kuò)φ32孔至φ30麻花鉆（φ30）v=25m/minf=0.3mm/revS280F855N15鉆3-φ6孔至尺寸麻花鉆（φ6）v=20m/minf=0.2mm/revS1100F2206N16粗銑φ60沉孔及溝槽立銑刀