现代数控加工工艺与装备第5章.ppt

学习目的：,1、了解数控车床的结构以及种类2、正确分析数控机床加工零件的工艺性3、掌握数控车床加工工艺的制订4、掌握中等复杂典型零件的数控车削加工工艺分析,并制订其工艺规程,第 5 章 数控车削加工工艺,5.1 数控车削加工工艺概述,第 5 章 数控车削加工工艺,本章主要内容如下：,5.3 典型零件数控车削加工工艺分析实例,5.2 数控车削加工工艺的制订,5.1 数控车削加工工艺概述,5.1.1 数控车床的类型,1按数控系统的功能和机械结构的档次分（1）经济型数控车床:一般采用步进电动机驱动的开环控制系统，结构简单，价格低廉,一般只能 进行两个平动坐标(刀架的移动)的控制和联动。（2）全功能型数控车床:采用闭环或半闭环控制的伺服系统，可以进行多个坐标轴的控制。具有高刚度、高精度和高效率等特点。（3）车削中心:车削中心是一种复合加工机床，工件在一次装夹后，它不但能完成对回转型面的加工，还能完成回转零件上个各表面加工，如圆柱面或端面上铣槽或平面等。(4)FMC车床:由数控车床、机器人等构成的柔性加工单元。,经济型数控车床 全功能型数控车床,车削中心主轴的C轴功能,FCM车床,2按主轴的配置形式分类：（1）卧式数控车床：主轴轴线处于水平位置的数控车床。（双轴卧式数控车床）（2）立式数控车床：主轴轴线处于垂直位置的数控车床。（双轴立式数控车床）,3按数控系统控制的轴数分类：（1）两轴控制的数控车床：机床上只有一个回转刀架或两个排刀架，多采用水平导轨，可实现 两坐标轴控制。（2）四轴控制的数控车床：机床上有两个独立的回转刀架，多采用斜置导轨，可实现四坐标轴控制。,5.1.2 数控车床的结构与主要性能参数,1 数控车床的组成,（1）车床主机 即数控车床的机械部件，主要包括床身、主轴箱、刀架、尾座、进给传动机构等。（2）数控系统 即控制系统，是数控车床的控制核心，其中包括CPU、存储器、CRT等部分。（3）驱动系统 即伺服系统，是数控车床切削工作的动力部分，主要实现主运动和进给运动。（4）辅助装置 是为加工服务的配套部分，如液压、气动装置，冷却、照明、润滑、防护和排屑装置。,MJ-50 数控车床的外观图,允许最大工件回转直径 500mm主轴转速范围 353500rmin(连续无级)安装刀具数 10把主轴AC伺服电动机连续30min超载 1115kW机床外形尺寸(长宽高)2995mm1667mm1796mm,2床身和导轨的布局,数控车床的布局形式,3.刀架的布局,数控车床的刀架分为回转式和排刀式刀架两大类。排刀式刀架主要用于小型数控车床，适用于短轴或套类零件的加工。回转式刀架是普遍采用的刀架形式，它通过回转头的旋转、分度、定位来实现机床的自动换刀工作。,排刀式刀架 回转式刀架,4.数控车床的用途,数控车床自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，并能进行切槽、钻孔、镗孔、扩孔、铰孔等加工。此外，数控车床还特别适合加工形状复杂、精度要求高的轴类或盘类零件。,车床加工的典型表面,5.1.2 数控车床的主要加工对象,1精度要求高的回转体零件2表面粗糙度要求高的回转体零件 3表面形状复杂的回转体零件 4带特殊螺纹的回转体零件,轴承内圈示意图 成型内腔零件示例,5.2.1 数控车削加工零件的工艺性分析,1零件图样分析（1）尺寸标注方法分析 由于数控加工精度及重复定位精度都很高，不会因产生较大的积累误差而破坏使用特性，因此可将局部的尺寸分散标注法改为以集中引注或坐标式的尺寸标注法。,52 数控车削加工工艺的制订,（2）零件轮廓的几何要素分析 要分析几何元素的给定条件是否充分、正确。（3）精度及技术要求分析 分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理。对采用数控加工的表面，其精度要求应尽量一致，以便最后能一刀连续加工。分析本工序的数控车削加工精度能否达到图纸要求，若达不到，需采用其他措施（如磨削）弥补的话，注意给后续工序留有余量。找出图样上有较高位置精度要求的表面，这些表面应在一次安装下完成。对表面粗糙度要求较高的表面，应确定用恒线速切削。,2零件结构工艺性分析,几何要素缺陷示例一 几何要素缺陷示例二,结构工艺性示例,5.2.2 工序的划分,在批量生产中，常用下列两种方法进行工序的划分：1 按零件加工表面划分工序 将位置精度要求较高的表面安排在一次安装下完成，以免多次安装所产生的安装误差影响位置精度。适用于加工内容不多的零件。2按粗、精加工划分工序 以粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。这法适用于零件加工后易变形或精度要求较高的零件。,轴承内圈精车加工方案,【例】,加工如下图所示手柄零件，该零件加工所用坯料为32mm，批量生产，加工时用一台数控车床。试进行工序的划分及确定装夹方式。,实 例 分 析,（如图所示将一批工件全部车出，包括切断），夹棒料外圆柱面，工序内容有：车出12mm和20mm两圆柱面圆锥面（粗车掉R42mm圆弧的部分余量）转刀后按总长要求留下加工余量切断。,工序1,（见下图），用12外圆和20端面装夹，工序内容有：车削包络SR7球面的30圆锥面对全部圆弧表面半精车（留少量的精车余量）换精车刀将全部圆弧表面一刀精车成形。,工序2,5.2.3 加工顺序的安排,1先粗后精 对于粗精加工在一道工序内进行的，先对各表面进行粗加工，全部粗加工结束后在进行半精加工和精加工，逐步提高加工精度。2先近后远 在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。3内外交叉 对既有内表面（内型、腔），又有外表面需加工的回转体零件，安排加工顺序时，应先进行外、内表面粗加工，后进行外、内表面精加工。4基面先行 用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。,先粗后精 先近后远,5.2.4 加工路线的确定,1最短的空行程路线（1）巧用起刀点。（2）巧设换（转）刀点。（3）合理安排“回零”路线。（执行“回零”（即返回对刀点）指令）2粗加工（或半精加工）进给路线（1）常用的粗加工进给路线。（2）大余量毛坯的阶梯切削进给路线。（3）双向切削进给路线。3精加工进给路线（1）完工轮廓的连续切削进给路线。（2）各部位精度要求不一致的精加工进给路线。4特殊的进给路线。在数控车削加工中，一般情况下，Z坐标轴方向的进给路线都是沿着坐标的负方向进给的，但有时按这种常规方式安排进给路线并不合理，甚至可能车坏工件。,(1)圆弧车削加工路线,车锥法（(a)）移圆法(b)车圆法,圆锥车削加工路线,(2),车正锥的两种加工路线 车倒锥的两种加工路线,在车床上车外圆锥时可以分为车正锥和车倒锥两种情况,巧用起刀点,a)将起刀点与对刀点重合在一起：第一刀为ABCDA；第二刀为AEFGA；第三刀为AHIJA。,b)巧将起刀点与对刀点分离：起刀点与对刀点分离的空行程为AB；第一刀为BCDEB；第二刀为BFGHB；第三刀为BIJKB。,（3）常用的粗加工循环进给路线,图a为利用数控系统具有的矩形循环功能而安排的“矩形”循环进给路线。图b为利用数控系统具有的三角形循环功能而安排的“三角形”循环进 给路线。图c为利用数控系统具有的封闭式复合循环功能控制车刀沿工件轮廓等距线循环的进给路线。,a)错误的阶梯切削路线 b)正确的阶梯切削路线,（4）大余量毛坯的阶梯切削进给路线,（5）顺工件轮廓双向进给的路线,两种不同的进给方法,嵌刀现象 合理的进给方案,5.2.5 数控车削夹具类型和选择,1圆周定位夹具（1）三爪自定心卡盘：能自动定心，夹持范围大，一般不需找正，装夹速度较快。但夹紧力小，卡盘磨损后会降低定心精度。（2）软爪：软爪是在使用前配合被加工工件特别制造的，如加工成圆弧面、圆锥面或螺纹等形式，可获得理想的夹持精度。（3）弹簧夹套：弹簧夹套定心精度高，装夹工件快捷方便，常用于精加工的外圆表面定位.。弹簧夹套夹持工件的内孔是标准系列，并非任意直径。（4）四爪单动卡盘：四爪单动卡盘夹紧力较大，所以适用于大型或形状不规则的工件。但四爪单动卡盘找正比较费时，只能用于单件小批生产。,2中心孔定位夹具（1）两顶尖拨盘：两顶尖（活顶尖、死顶尖）装夹工件方便，不需找正，装夹精度高。（2）拨动顶尖：拨动顶尖有内、外拨动顶尖和端面顶尖两种。3复杂、异形、精密工件的装夹（1）花盘：加工表面的回转轴线与基准面垂直、外形复杂的零件可以装夹在花盘上加工。（2）角铁：加工表面的回转轴线与基准面平行、外形复杂的零件可以装夹在角铁上加工。,三爪卡盘示意图 加工软爪,a)四爪单动卡盘 b)四爪单动卡盘装夹工件,1-卡爪 2-螺杆 3-木板,两顶尖装夹工件 两顶尖车偏心轴,a)普通顶尖 b)活顶尖,1-平衡铁 2-轴承座 3-角铁 4-划针盘 5-压板,1-连杆 2-圆形压板 3-压板 4-V形架 5-花盘,【实例】在角铁、花盘上装夹工件,【实例】薄壁工件装夹和夹具选择1,薄壁工件加工分析,防止和减少薄壁工件变形,采用以下装夹方法及其夹具:增加装夹接触面 应采用轴向夹紧夹具 增加工艺肋,5.2.6 数控刀具的选择,（1）尖形车刀 以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖(同时也为其刀位点)由直线形的主、副切削刃构成.（2）圆弧形车刀 构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓误差很小的圆弧，该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖。因此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上。（3）成型车刀 成型车刀俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。,1.常用车刀种类和用途,常用车刀的种类、形状和用途 1-切断刀 2-90左偏刀 3-90右偏刀 4-弯头车刀 5-直头车刀 6-成型车刀 7-宽刃精车刀 8-外螺纹车刀 9-端面车刀 10-内螺纹车刀 11-内槽车刀 12-通孔车刀 13-盲孔车刀,2可转位刀片的标记,1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 式中每一位字符串代表刀片某种参数的意义：1刀片的几何形状及其夹角。2刀片主切削刃后角（法后角）。3公差 表示刀片内接圆d与厚度s的精度级别。4刀片形状、固定方式或断屑槽。5刀片边长、切削刃长。6刀片厚度。7修光刀 刀尖圆角半径r或主偏角r或修光刃后角n。8切削刃状态 尖角切削刃或倒棱切削刃。9进刀方向或倒刃宽度。10各刀具公司的补充符号或倒刃角度。,【例】车刀可转位刀片：S N G M 16 06 12 E RA3型号表示含义。S35菱形刀片；N法后角为0；G刀尖位置尺寸允差（0.025mm），刀片厚度允差（0.13 mm），内接圆公称直径允差（0.025mm）；M一面有断屑槽，有中心定位孔；16切削刃长；06刀片厚度；12刀尖圆角半径1.2 mm；E倒圆刀刃；R右手刀；A3A型断屑槽，断屑槽宽3.23.5 mm。,常见可转位车刀刀片,【实例】淬火钢曲线轮廓车刀例,工件材料及加工要求如图所示。工件材料是一种耐热挤压新钢种，硬度为4348 HRC，=1.4 51.6 GPa，材料导热性差，表面粗糙度值为=0.8m。选择刀具、刀具几何参数及切削用量。,解：刀具材料及几何形状：粗加工采用AG2金属陶瓷，刀刃形状经多次试验，宜采用圆弧刃，选用12 mm圆弧刃刀片刃磨而成，增强了刀刃强度，有效地防止了崩刃。精加工采用YT726硬质合金，它的强度和抗冲击能力比陶瓷刀具好，允许刃口磨得锋利些以便于精加工。此刀用四川工具厂生产的螺纹车刀L32修磨而成，刀片用M608加工螺纹刀片改磨成圆弧刀刃，以适应曲面加工的要求，刀具几何参数及切削用量见表。机床：数控车床，以适应曲面加工要求。,粗车淬火钢曲线轮廓陶瓷车刀 1压紧螺钉 2垫圈 3压板 4刀体 5刀垫 6刀片,精车淬火钢曲线轮廓机夹车刀1刀片 2压紧螺钉 3压板 4调整板 5调整螺钉 6紧固螺钉 7刀杆,5.2.7 切削用量的选择,1确定背吃刀量ap（）背吃刀量ap相当于加工余量，应以最少的进给次数切除这一加工余量，最好一次切净余量，以提高生产效率。为了保证加工精度和表面粗糙度，一般都留有一定的精加工余量，其大小可小于普通加工的精加工余量，一般半精车余量为0.5左右，精车余量为0.10.5。,2确定主轴转速n(r/min)(1)光车时主轴转速 光车时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度vc（m/min）来确定。切削速度除了计算和查表选取外，还可根据实践经验确定。切削速度确定之后，用下式计算主轴转速:,式中n 工件或刀具的转速，r/min；vc 切削速度，m/min；d 切削刃选定点处所对应的工件或刀具的回转直径，mm。,（2）车螺纹时主轴转速 对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。如大多数普通型车床数控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下：,式中n主轴转速，r/min；P工件螺纹的螺距或导程，mm；k保险系数，一般取为80。,3确定进给速度vf（mm/min）进给速度的大小直接影响表面粗糙度的值和车削效率，因此进给速度的确定应在保证表面质量的前提下，选择较高的进给速度。进给速度包括纵向进给速度和横向进给速度。一般根据零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素，查阅切削用量手册选取每转进给量f，再按下式计算进给速度：,vf=f n,式中f每转进给量，mm/r。,式中每转进给量f，粗车时一般选取为0.30.8 mm/r，精车时常取0.10.3 mm/r，切断时常取0.050.2 mm/r。,5.2.8 数控车床对刀,对刀一般分为手动对刀和自动对刀两大类。,车刀对刀点示意图（a）X方向对刀；（b）Z方向对刀；（c）两把刀X方向对刀；（d）两把刀Z方向对刀,53 典型零件的数控车削加工工艺实例,5.3.1 轴类零件数控车削加工工艺,下面以下图所示螺纹特形轴为例，介绍数控车削加工工艺。所用机床为TND360数控车床，其数控车削加工工艺分析如下：,典型轴类零件简图,1零件图工艺分析 采取以下几点工艺措施：（1）对图样上给定的几个精度（IT7IT8）要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。（2）在轮廓曲线上，有三处为过象限圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。（3）为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分(双点划线部分)，右端面也应先粗车出并钻好中心孔。毛坯选60mm棒料。2确定装夹方案 确定坯件轴线和左端大端面(设计基准)为定位基准。左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧、右端采用活动顶尖支承的装夹方式。,3确定加工顺序及进给路线 加工顺序按由粗到精、由近到远(由右到左)的原则确定。即先从右到左进行粗车(留0.25mm精车余量)，然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。,精车轮廓进给路线,4刀具选择（1）选用5mm中心钻钻削中心孔。（2）粗车及平端面选用90硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉(可用作图法检验)，副偏角不宜太小，选Kr35。(3)为减少刀具数量和换刀次数，精车和车螺纹选用硬质合金60外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取r0.150.2mm。,数控加工刀具卡片,5切削用量的选择（1）背吃刀量的选择 轮廓粗车循环时选ap3mm，精车ap0.25mm；螺纹粗车循环时选ap0.4mm，精车ap0.1mm。(2)主轴转速的选择 车直线和圆弧时，查表选粗车切削速度vc90mmin、精车切削速度vc120mmin，然后利用式(51)计算主轴转速(粗车工件直径D60mm，精车工件直径取平均值)：粗车500rmin、精车1200rmin。车螺纹时，利用式(52)计算主轴转速n320rmin。(3)进给速度的选择 先查表选择粗车、精车每转进给量分别为0.4mmr和0.15mmr，再根据式(53)计算粗车、精车进给速度分别为200mmmin和180mmmin。将前面分析的各项内容综合成数控加工工艺卡片。,数控加工工序卡,5.3.2 轴套类零件数控车削加工工艺,下面以下图所示的锥孔螺母套零件为例，介绍数控车削加工工艺。单件小批量生产，所用机床为CJK6240。,螺母套零件图,该零件表面由内外圆柱面、圆锥面、顺圆弧、逆圆弧及内螺纹等表面组成，其中多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度、表面粗糙度和形位公差要求。零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整；零件材料为45钢，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。通过上述分析，采取以下几点工艺措施。零件图样上带公差的尺寸，除内螺纹退刀槽尺寸25公差值较大，编程时可取平均值24.958外，其他尺寸因公差值较小，故编程时不必取其平均值，而取基本尺寸即可。左右端面均为多个尺寸的设计基准，相应工序加工前，应该先将左右端面车出来。内孔圆锥面加工完后，需掉头再加工内螺纹。,1.零件工艺分析,内孔加工时以外圆定位，用三爪自动定心卡盘夹紧。加工外轮廓时，为保证同轴度要求和便于装夹，以坯件左端面和轴心线为定位基准，为此需要设计一心轴装置，用三爪卡盘夹持心轴左端，心轴右端留有中心孔并用尾座顶尖顶紧以提高工艺系统的刚性。,外轮廓车削心轴定位装夹方案,2确定装夹方案,加工顺序的确定按由内到外、由粗到精、由远到近的原则确定，在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。结合本零件的结构特征，可先粗、精加工内孔各表面，然后粗、精加工外轮廓表面。由于该零件为单件小批量生产，走刀路线设计不必考虑最短进给路线或最短空行程路线，外轮廓表面车削走刀路线可沿零件轮廓顺序进行。,外轮廓车削走刀路线,3确定加工顺序及走刀路线,车削端面选用45硬质合金端面车刀；4中心钻，钻中心孔以利于钻削底孔时刀具找正；31.5高速钢钻头，钻内孔底孔；粗镗内孔选用内孔镗刀；内孔精加工选用32铰刀；螺纹退刀槽加工选用5mm内槽车刀；内螺纹切削选用60内螺纹车刀；选用93硬质合金右偏刀，副偏角选35，自右到左车削外圆表面；选用93硬质合金左偏刀，副偏角选35，自左到右车削外圆表面；将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中，以便于编程和操作管理。,4刀具选择,根据被加工表面质量要求、刀具材料和工件材料，参考切削用量手册或有关资料选取切削速度与每转进给量，然后根据公式计算主轴转速与进给速度（计算过程略），计算结果填入工序卡中。背吃刀量的选择因粗、精加工而有所不同。粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，以减少进给次数；精加工时，为保证零件表面粗糙度要求，背吃刀量一般取0.10.4mm较为合适。,5确定切削用量,6填写工艺文件(1)按加工顺序将各工步的加工内容、所用刀具及切削用量等填人数控加工工序卡片中。(2)将选定的各工步所用刀具的刀具型号、刀片型号、刀片牌号及刀尖圆弧半径等填人数控加工刀具卡片中。(3)将各工步的进给路线绘成文件形式的进给路线图。上述二卡一图是编制该轴套零件本工序数控车削加工程序的主要依据。,数控加工工序卡片,数控加工刀具卡片,本 章 小 结,1.数控车床按数控系统的功能分为经济型、全功能型数控车床、车削中心和FMC车床；数控车削加工的主要对象为轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件、精度要求高的回转体零件等。2数控车削加工零件的工艺性分析主要是对零件图进行工艺分析、结构工艺性分析、零件安装方式的选择；确定数控车削加工方法和加工方案。3.确定零件装夹方法和夹具选择。要尽量选用已有的通用夹具（如三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘等）装夹，且应注意减少装夹次数，尽量做到在一次装夹中能把零件上所有要加工表面都加工出来。,4.数控车削按照加工顺序的原则：先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，走刀路线最短；从而达到质量优、效率高和成本低的目的。5.数控车削常用加工路线为圆弧车削加工路线、圆锥车削加工路线、大圆弧内表面车削加工路线等；车削加工路线的确定首先必须保持被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等。6.数控车床常用的刀具是可转位刀片的机夹刀具，综合考虑机床和刀具的影响因素情况和工件的影响因素情况,确定所选用的刀具。7.数控车削切削用量的选择原则是：粗车时，首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量，其次选择一个较大的进给量。精车时，应着重考虑如何保证加工质量，并在此基础上尽量提高生产率。,再 见,