數(shù)控編程與實(shí)訓(xùn)(第2版) 課題10 數(shù)控車削工藝分析.ppt

1、課題10 數(shù)控車削工藝分析,10.1 實(shí)訓(xùn)目的,掌握數(shù)控車削加工工藝分析過(guò)程及各種工藝資料的填寫(xiě)。,10.2 相關(guān)知識(shí),零件數(shù)控車削加工方案的擬定 車刀的類型及選用 確定切削用量 確定裝夾方法 數(shù)控車床的編程特點(diǎn) 典型車削零件的工藝分析,10.2.1 零件數(shù)控鏜銑削加工方案的擬定,1擬定工藝路線 （1）加工方法的選擇 回轉(zhuǎn)體零件的結(jié)構(gòu)形狀雖然是多種多樣的，但它們都是由平面、內(nèi)、外圓柱面、曲面、螺紋等組成。每一種表面都有多種加工方法，實(shí)際選擇時(shí)應(yīng)結(jié)合零件的加工精度、表面粗糙度、材料、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸及生產(chǎn)類型等因素全面考慮。,（2）加工順序的安排 在選定加工方法后，接下來(lái)就是劃分工序和合理安排工序

2、的順序。零件的加工工序通常包括切削加工工序、熱處理工序和輔助工序，合理安排好切削加工、熱處理和輔助工序的順序，并解決好工序間的銜接問(wèn)題，可以提高零件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)效率，降低加工成本。,在數(shù)控車床上加工零件，應(yīng)按工序集中的原則劃分工序，安排零件車削加工順序一般遵循下列原則：,先粗后精,先近后遠(yuǎn),內(nèi)外交叉,刀具集中,基面先行,走刀路線是指刀具從起刀點(diǎn)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)起，直至返回該點(diǎn)并結(jié)束加工程序所經(jīng)過(guò)的路徑，包括切削加工的路徑及刀具引入、切出等非切削空行程。,2確定走刀路線,（1）刀具引入、切出 在數(shù)控車床上進(jìn)行加工時(shí)，尤其是精車時(shí)，要妥當(dāng)考慮刀具的引入、切出路線，盡量使刀具沿輪廓的切線方向引入、切出，

3、以免因切削力突然變化而造成彈性變形，致使光滑連接輪廓上產(chǎn)生表面劃傷、形狀突變或滯留刀痕等疵病。 車螺紋時(shí)，必須設(shè)置升速段L1和降速段L2，這樣可避免因車刀升降速而影響螺距的穩(wěn)定，如圖10.3所示。,圖10.3 升、降速段示例,（2）確定最短的空行程路線 確定最短的走刀路線，除了依靠大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)外，還應(yīng)善于分析，必要時(shí)可輔以一些簡(jiǎn)單計(jì)算。 在手工編制較復(fù)雜輪廓的加工程序時(shí)，編程者(特別是初學(xué)者)有時(shí)將每一刀加工完后的刀具通過(guò)執(zhí)行“回零”(即返回?fù)Q刀點(diǎn))指令，使其返回到換刀點(diǎn)位置，然后再執(zhí)行后續(xù)程序。這樣會(huì)增加走刀路線的距離，從而大大降低生產(chǎn)效率。因此，在不換刀的前提下，執(zhí)行退刀動(dòng)作時(shí)，應(yīng)不用“

4、回零” 指令。安排走刀路線時(shí)，應(yīng)盡量縮短前一刀終點(diǎn)與后一刀起點(diǎn)間的距離，方可滿足走刀路線為最短的要求。,（3）確定最短的切削進(jìn)給路線,圖10.4 走刀路線示例,圖10.4為粗車圖10.1所示例件時(shí)幾種不同切削進(jìn)給路線的安排示意圖。其中，（a）圖表示利用數(shù)控系統(tǒng)具有的封閉式復(fù)合循環(huán)功能而控制車刀沿著工件輪廓進(jìn)行走刀的路線；（b）圖為 “三角形”走刀路線；（c）圖為“矩形”走刀路線。經(jīng)分析和判斷后，可知矩形循環(huán)進(jìn)給路線的走刀長(zhǎng)度總和為最短。,10.2.2 車刀的類型及選用,常用車刀的刀位點(diǎn)如圖10.5所示,其中（a）是90o偏刀，（b）是螺紋車刀，（c）是切斷刀，（d）是圓弧車刀。,1常用車刀的刀

5、位點(diǎn),圖10.5 車刀的刀位點(diǎn),2車刀的類型,（1）尖形車刀,以直線形切削刃為特征的車刀一般稱為尖形車刀。這類車刀的刀尖(同時(shí)也為其刀位點(diǎn))由直線形的主、副切削刃構(gòu)成，如90o內(nèi)、外圓車刀，左、右端面車刀，切槽(斷)車刀及刀尖倒棱很小的各種外圓和內(nèi)孔車刀。 用這類車刀加工零件時(shí)，其零件的輪廓形狀主要由一個(gè)獨(dú)立的刀尖或一條直線形主切削刃位移后得到。,（2）圓弧形車刀（如圖10.6所示）,圓弧形車刀的特征是：構(gòu)成主切削刃的刀刃形狀為一圓度誤差或線輪廓度誤差很小的圓弧。該圓弧刃上每一點(diǎn)都是圓弧形車刀的刀尖，因此，刀位點(diǎn)不在圓弧上，而在該圓弧的圓心上，編程時(shí)要進(jìn)行刀具半徑補(bǔ)償。 圓弧形車刀可以用于車削

6、內(nèi)、外圓表面，特別適宜于車削精度要求較高的凹曲面或大外圓弧面。,圖10.6 圓弧形車刀,成型車刀俗稱樣板車刀，其加工零件的輪廓形狀完全由車刀刀刃的形狀和尺寸決定。 數(shù)控車削加工中，常見(jiàn)的成型車刀有小半徑圓弧車刀、非矩形車槽刀和螺紋車刀等。在數(shù)控加工中，應(yīng)盡量少用或不用成型車刀，當(dāng)確有必要選用時(shí)，則應(yīng)在工藝準(zhǔn)備的文件或加工程序單上進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。,（3）成型車刀,3常用車刀的幾何參數(shù),（1）尖形車刀的幾何參數(shù) 尖形車刀的幾何參數(shù)主要指車刀的幾何角度。選擇方法與使用普通車削時(shí)基本相同，但應(yīng)結(jié)合數(shù)控加工的特點(diǎn)如走刀路線及加工干涉等進(jìn)行全面考慮。 例如：在加工圖10.7所示的零件時(shí)，要使其左右兩個(gè)450

7、錐面由一把車刀加工出來(lái)，則車刀的主偏角應(yīng)取50o55 o，副偏角取50 o 52 o ，這樣既保證了刀頭有足夠的強(qiáng)度，又利于主、副切削刃車削圓錐面時(shí)不致發(fā)生加工干涉。,圖10.7 示例件,（2）圓弧形車刀的幾何參數(shù) 圓弧形車刀具有寬刃切削(修光)性質(zhì)，能使精車余量相當(dāng)均勻而改善切削性能，還能一刀車出跨多個(gè)象限的圓弧面。 例如，當(dāng)圖10.8所示零件的曲面精度要求不高時(shí)，可以選擇用尖形車刀進(jìn)行加工；當(dāng)曲面形狀精度和表面粗糙度均有要求時(shí)，選擇尖形車刀加工就不合適了，因?yàn)檐嚨吨髑邢魅械膶?shí)際吃刀深度在圓弧輪廓段總是不均勻的，如圖10.9所示。當(dāng)車刀主切削刃靠近其圓弧終點(diǎn)時(shí)，該位置上的切削深度(ap1)將

8、大大超過(guò)其圓弧起點(diǎn)位置上的切削深度(ap)，致使切削阻力增大，可能產(chǎn)生較大的線輪廓度誤差，并增大其表面粗糙度數(shù)值。,圖10.8 曲面車削示例,圖10.9 切削深度不均勻性示例,圓弧形車刀的幾何參數(shù) 圓弧形車刀的幾何參數(shù)除了前角及后角外，主要幾何參數(shù)為車刀圓弧切削刃的形狀及半徑。 選擇車刀圓弧半徑的大小時(shí)，應(yīng)考慮兩點(diǎn)：第一，車刀切削刃的圓弧半徑應(yīng)當(dāng)小于或等于零件凹形輪廓上的最小曲率半徑，以免發(fā)生加工干涉，第二，該半徑不宜選擇太小，否則既難于制造，還會(huì)因其刀頭強(qiáng)度太弱或刀體散熱能力差，使車刀容易受到損壞。,4機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀的選用,（1）刀片材質(zhì)的選擇 常見(jiàn)刀片材料有高速鋼、硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、

9、陶瓷、立方氮化硼和金鋼石等，其中應(yīng)用最多的是硬質(zhì)合金和涂層硬質(zhì)合金刀片。選擇刀片材質(zhì)的主要依據(jù)是被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面質(zhì)量要求、切削載荷的大小以及切削過(guò)程有無(wú)沖擊和振動(dòng)等。,刀片的緊固方式 在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中，一般緊固方式有上壓式（代碼為C）、上壓與銷孔夾緊（代碼M）、銷孔夾緊（代碼P）和螺釘夾緊（代碼S）四種。但這仍沒(méi)有包括可轉(zhuǎn)位車刀所有的夾緊方式，而且，各刀具商所提供的產(chǎn)品并不一定包括了所有的夾緊方式，因此選用時(shí)要查閱產(chǎn)品樣本。,（2）可轉(zhuǎn)位車刀的選用,刀片外形的選擇 刀片外形與加工的對(duì)象、刀具的主偏角、刀尖角和有效刃數(shù)等有關(guān)。一般外圓車削常用80o凸三邊形（W型）、四方形（S

10、型）和80o棱形（C型）刀片。仿形加工常用55o（D型）、35o（V型）菱形和圓形（R型）刀片，如圖10.10所示。90o主偏角常用三角形（T型）刀片。不同的刀片形狀有不同的刀尖強(qiáng)度，一般刀尖角越大，刀尖強(qiáng)度越大，反之亦然。圓刀片（R型）刀尖角最大，35o菱形刀片（V型）刀尖角最小。在選用時(shí)，應(yīng)根據(jù)加工條件惡劣與否，按重、中、輕切削有針對(duì)性地選擇。在機(jī)床剛性、功率允許的條件下，大余量、粗加工應(yīng)選用刀尖角較大的刀片，反之，機(jī)床剛性和功率小、小余量、精加工時(shí)宜選用較小刀尖角的刀片。,圖10.10 常用刀片外形,刀桿頭部形式的選擇 刀桿頭部形式按主偏角和直頭、彎頭分有1518種，各形式規(guī)定了相應(yīng)的代

11、碼，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和刀具樣本中都一一列出，可以根據(jù)實(shí)際情況選擇。有直角臺(tái)階的工件，可選主偏角大于或等于90o的刀桿。一般粗車可選主偏角45o90o的刀桿；精車可選45o75o的刀桿；中間切人、仿形車則選45o107.5o的刀桿；工藝系統(tǒng)剛性好時(shí)可選較小值，工藝系統(tǒng)剛性差時(shí)，可選較大值。當(dāng)?shù)稐U為彎頭結(jié)構(gòu)時(shí)，則既可加工外圓，又可加工端面。,刀片后角的選擇 常用的刀片后角有N（0o）、C（7o）、P（11o）、E（20o）等。一般粗加工、半精加工可用N型；半精加工、精加工可用C、P型，也可用帶斷屑槽形的N型刀片；加工鑄鐵、硬鋼可用N型；加工不銹鋼可用C、P型；加工鋁合金可用P、E型等；加工彈性恢復(fù)性好的材

12、料可選用較大一些的后角；一般孔加工刀片可選用C、P型，大尺寸孔可選用N型。 左右手刀柄的選擇 左右手刀柄有R（右手）、L（左手）、N（左右手）三種。要注意區(qū)分左、右刀的方向。選擇時(shí)要考慮車床刀架是前置式還是后置式、前刀面是向上還是向下、主軸的旋轉(zhuǎn)方向以及需要的進(jìn)給方向等。,刀尖圓弧半徑的選擇 刀尖圓弧半徑不僅影響切削效率，而且關(guān)系到被加工表面的粗糙度及加工精度。從刀尖圓弧半徑與最大進(jìn)給量關(guān)系來(lái)看，最大進(jìn)給量不應(yīng)超過(guò)刀尖圓弧半徑尺寸的80，否則將惡化切削條件，甚至出現(xiàn)螺紋狀表面和打刀等問(wèn)題。刀尖圓弧半徑還與斷屑的可靠性有關(guān)，為保證斷屑，切削余量和進(jìn)給量有一個(gè)最小值。當(dāng)?shù)都鈭A弧半徑減小，所得到的這

13、兩個(gè)最小值也相應(yīng)減小，因此，從斷屑可靠出發(fā)，通常對(duì)于小余量、小進(jìn)給車削加工應(yīng)采用小的刀尖圓弧半徑，反之宜采用較大的刀尖圓弧半徑。,斷屑槽形的選擇 斷屑槽的參數(shù)直接影響著切屑的卷曲和折斷，目前刀片的斷屑槽形式較多，各種斷屑槽刀片使用情況不盡相同。槽形根據(jù)加工類型和加工對(duì)象的材料特性來(lái)確定，各供應(yīng)商表示方法不一樣，但思路基本一樣：基本槽形按加工類型有精加工（代碼F）、普通加工（代碼M）和粗加工（代碼R）；加工材料按國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)有加工鋼的P類、不銹鋼、合金鋼的M類和鑄鐵的K類。這兩種情況一組合就有了相應(yīng)的槽形，比如FP就指用于鋼的精加工槽形，MK是用于鑄鐵普通加工的槽形等。如果加工向兩方向擴(kuò)展，如超精加

14、工和重型粗加工，以及材料也擴(kuò)展，如耐熱合金、鋁合金，有色金屬等等，就有了超精加工、重型粗加工和加工耐熱合金、鋁合金等補(bǔ)充槽形，選擇時(shí)可查閱具體的產(chǎn)品樣本。一般可根據(jù)工件材料和加工的條件選擇合適的斷屑槽形和參數(shù)，當(dāng)斷屑槽形和參數(shù)確定后，主要靠進(jìn)給量的改變控制斷屑。,（3）刀夾 數(shù)控車刀一般通過(guò)刀夾（座）裝在刀架上。刀夾的結(jié)構(gòu)主要取決于刀體的形狀、刀架的外形和刀架對(duì)主軸的配置三種因素。刀架對(duì)主軸的配置形式只有幾種，而刀架與刀夾聯(lián)結(jié)部分的結(jié)構(gòu)形式多，致使刀夾的結(jié)構(gòu)形式很多，用戶在選型時(shí)，除滿足精度要求外，應(yīng)盡量減少種類、形式，以利于管理。,10.2.3 確定切削用量,1背吃刀量（ap）的確定,在車床

15、主體夾具刀具零件這一系統(tǒng)剛性允許的條件下，盡可能選取較大的背吃刀量，以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。當(dāng)零件的精度要求較高時(shí)，則應(yīng)考慮留出精車余量，常取0.10.5mm。,2主軸轉(zhuǎn)速的確定,（1）光車時(shí) 光車時(shí)，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： n=1000Vc/d 式中,n是主軸轉(zhuǎn)速（rmin）；Vc是切削速度（mmin）；d是零件待加工表面的直徑（mm）。 在確定主軸轉(zhuǎn)速時(shí)，首先需要確定其切削速度，而切削速度又與背吃刀量和進(jìn)給量有關(guān)。,10.2.4 工件的安裝與夾具的選擇,1工件安裝的基

16、本原則,（1）力求設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一。 （2）盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后就能 加工出全部待加工表面。 （3）避免采用占機(jī)人工調(diào)整式方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī) 床的效能。,2夾具的選擇,（1）當(dāng)零件加工批量不大時(shí)，應(yīng)盡量采用組合夾具、可 調(diào)夾具和其它通用夾具，以縮短準(zhǔn)備時(shí)間，節(jié)省生 產(chǎn)費(fèi)用。 （2）在成批生產(chǎn)時(shí)才考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單。 （3）夾具要開(kāi)敞，加工部位開(kāi)闊，夾具的定位、夾緊機(jī) 構(gòu)元件不能影響加工中的進(jìn)給（如產(chǎn)生碰撞等）。 （4）裝卸零件要快速、方便、可靠，以縮短準(zhǔn)備時(shí)間， 批量較大時(shí)應(yīng)考慮采用氣動(dòng)或液壓夾具、多工位夾具。,進(jìn)給量（f） 進(jìn)給量

17、是指工件每轉(zhuǎn)一周，車刀沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離(mmr)，它與背吃刀量有著較密切的關(guān)系。粗車時(shí)一般取為0.30.8mmr，精車時(shí)常取0.10.3mmr，切斷時(shí)宜取0.050.2mmr。 切削速度（Vc） 切削速度又稱為線速度，是指車刀切削刃上某一點(diǎn)相對(duì)于待加工表面在主運(yùn)動(dòng)方向上的瞬時(shí)速度。 如何確定加工時(shí)的切削速度，除了參考表10.2列出的數(shù)值外，主要根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行確定。,（）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，故對(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。如大多數(shù)經(jīng)濟(jì)型車床數(shù)控系統(tǒng)推薦車螺紋時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速

18、如下： n 式中，P是工件螺紋的導(dǎo)程（mm），英制螺紋為相應(yīng)換算后的毫米值；K是保險(xiǎn)系數(shù)，一般取為80。,3進(jìn)給速度的確定,進(jìn)給速度是指在單位時(shí)間里，刀具沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離(mmmin)。有些數(shù)控車床規(guī)定可以選用以進(jìn)給量(mmr)表示的進(jìn)給速度。 進(jìn)給速度的大小直接影響表面粗糙度的值和車削效率，因此進(jìn)給速度的確定應(yīng)在保證表面質(zhì)量的前提下，選擇較高的進(jìn)給速度。一般應(yīng)根據(jù)零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素，查閱切削用量手冊(cè)選取。需要說(shuō)明的是切削用量手冊(cè)給出的是每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，因此要根據(jù)Vf=fn計(jì)算進(jìn)給速度。,10.2.4 確定裝夾方法,1定位基準(zhǔn)的選擇,在數(shù)控車削中，應(yīng)盡量讓零件在一次裝夾下完

19、成大部分甚至全部表面的加工。對(duì)于軸類零件，通常以零件自身的外圓柱面作定位基準(zhǔn)；對(duì)于套類零件則以內(nèi)孔作定位基準(zhǔn)。,2常用車削夾具和裝夾方法,在數(shù)控車床上裝夾工件時(shí)，應(yīng)使工件相對(duì)于車床主軸軸線有一個(gè)確定的位置，并且在工件受到各種外力的作用下，仍能保持其既定位置。常用裝夾方法見(jiàn)表10.5。,10.2.5 數(shù)控車床的編程特點(diǎn),1數(shù)控車床編程坐標(biāo)系的建立,在編制零件的加工程序時(shí)，必須把零件放在一個(gè)坐標(biāo)系中，只有這樣才能描述零件的軌跡，編出合格的程序。下面介紹FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床的編程坐標(biāo)系。 FANUC系統(tǒng)數(shù)控車床的編程坐標(biāo)系如圖10.11所示，縱向?yàn)閆軸方向，正方向是遠(yuǎn)離卡盤(pán)而指向尾座的方向；徑向?yàn)?/p>

20、X軸方向，與Z軸相垂直，正方向亦為刀架遠(yuǎn)離主軸軸線的方向。 編程原點(diǎn)OP一般取在工件端面與中心線的交點(diǎn)處。,圖10.11 數(shù)控車床編程坐標(biāo)系,2數(shù)控車床及車削中心的編程特點(diǎn),（1）數(shù)控車床上工件的毛坯大多為圓棒料，加工余量較大，一個(gè)表面往往需要進(jìn)行多次反復(fù)的加工。如果對(duì)每個(gè)加工循環(huán)都編寫(xiě)若干個(gè)程序段，就會(huì)增加編程的工作量。為了簡(jiǎn)化加工程序，一般情況下，數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)中都有車外圓、車端面和車螺紋等不同形式的循環(huán)功能。 （2）數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)中都有刀具補(bǔ)償功能。在加工過(guò)程中，對(duì)于刀具位置的變化、刀具幾何形狀的變化及刀尖的圓弧半徑的變化，都無(wú)需更改加工程序，只要將變化的尺寸或圓弧半徑輸入到存儲(chǔ)器中，刀具便能自動(dòng)進(jìn)行補(bǔ)償。 （3）數(shù)控車床的編程有直徑、半徑兩種方法。所謂直徑編程是指X軸上的有關(guān)尺寸為直徑值，半徑編程是指X軸上的有關(guān)尺寸為半徑值。FANUC數(shù)控車床是采用直徑編程。,10.2.6