教学课件：第四章-数控车削加工工艺.ppt

目录,数控车床的种类及特征,数控车床的结构,数控车床的主要加工对象,数控车削工件的装夹,数控车削的对刀,数控车削的工艺分析,数控车削的基本特征与加工范围,车外圆,车端面,钻孔,车内孔,切槽,切断,车锥面,车型面,车螺纹,加工范围,数控车削的基本特征与加工范围,数控车削的基本特征与加工范围,数控车床主要用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工，具有高精度、高效率、高柔性化等综合特点，其加工范围较普通车削广，不仅可以进行车削还可以铣削，具体见后,基本特征,数控车削时，工件做回转运动，刀具做直线或曲线运动，刀尖相对工件运动的同时，切除一定的工件材料从而形成相应的工件表面。其中，工件的回转运动为切削主运动，刀具的直线或曲线运动为进给运动。两者共同组成切削成形运动,加工范围,数控车床即装备了数控系统的车床。由数控系统通过伺服驱动系统去控制各运动部件的动作，主要用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工，具有高精度、高效率、高柔性化等综合特点，适合中小批量形状复杂零件的多品种、多规格生产。数控车床按车削中心是在普通数控车床基础上发展起来的一种复合加工机床。除具有一般二轴联动数控车床的各种车削功能外，车削中心的转塔刀架上有能使刀具旋转的动力刀座，主轴具有按轮廓成形要求连续（不等速回转）运动和进行连续精确分度的C轴功能，并能与X轴或Z轴联动，控制轴除X、Z、C轴之外，还可具有Y轴。可进行端面和圆周上任意部位的钻削、铣削和攻螺纹等加工，在具有插补功能的条件下，还可以实现各种曲面铣削加工,数控车床的种类和特征,数控车床的种类和特征,通用X、Z二轴控制(卧式),单刀架,数控车床的种类和特征,X、Z二轴控制技术参数,单刀架,数控车床的种类和特征,随着数控技术的发展，数控车床的工艺和工序将更加复合化和集中化。即把各种工序（如车、铣、钻等）都集中在一台数控车床上来完成。目前国际上出现的双主轴结构就是这种构思的体现。,加工实例,第一主轴,第二主轴,X、Y、Z、C四轴控制车削中心,采用四轴三联动配置，线性轴X/Y/Z及旋转C轴，C轴绕主轴旋转。机床除具备一般的车削功能外，还具备在零件的端面和外圆面上进行铣加工的功能。,单刀架,数控车床的种类和特征,X、Y、Z、C四轴控制车削中心技术参数,单刀架,数控车床的种类和特征,数控车床的种类和特征,外圆上槽的加工,端面上面的加工,外圆上进行孔加工,端面上进行孔加工,车削中心动力刀具和C轴功能,X、Y、Z、B、C轴控制车削中心,单刀架,数控车床的种类和特征,X、Y、Z、B、C轴控制车削中心技术参数,单刀架,数控车床的种类和特征,双刀塔复合加工4轴控制CNC车床,数控车床的种类和特征,双刀塔复合加工4轴控制CNC车床 技术参数,数控车床的种类和特征,双主轴、双刀塔CNC车床,双主轴，双刀塔车床，仅仅使用夹具一次装夹就可以进行全部加工。,数控车床的种类和特征,数控车床的种类和特征,双主轴、双刀塔CNC车床结构示意,这类机床可以在一道工序中加工同一工件的两个端面。,加工完一个端面后，工件从主轴上转移到副主轴上。,1)加工前半部分,2)副主轴伸出,3)副主轴缩回,4)加工另一部分,双主轴、双刀塔CNC车床参数,数控车床的种类和特征,双主轴、3刀塔的复合加工CNC车床,可以同时连续对零部件进行车削、铣削加工，只需进行一次装夹就可以完成对零部件的全加工。,数控车床的种类和特征,双主轴、3刀塔加工复合加工CNC车床,数控车床的种类和特征,车铣加工中心,对复杂零件进行高精度的六面完整加工。可以自动进行从第1主轴到第2主轴的工件交接，自动进行第2工序的工件背面加工。具有高性能的直线电机、以及高精度的车-铣主轴。对于以前需要通过多台机床分工序加工的复杂形状工件，可一次装夹进行全工序的加工。特别适用航天航空工业、汽车工业和液压气动产业以及在高精度要求的机床和刀具制造业中应用。,数控车床的种类和特征,车铣加工中心技术参数,数控车床的种类和特征,车铣加工中心技术参数,数控车床的种类和特征,立式数控车,装载了ATC装置的CNC立式车床,可以对工件尺寸最大为1000X1000mm的大型零部件、或使用卧轴CNC车床不可能抓住的异型巨大零部件进行高效率地加工。通常有专用于车削和可以进行铣削、研磨等复合加工性能的2种机型。,数控车床的种类和特征,立式数控车床技术参数,数控车床的种类和特征,数控车床种类较多，但主体结构都是由：车床主体、数控装置、伺服系统三大部分组成。,数控车床与普通车床在结构上具有明显差异,以下以卧式车床和立式车床为例进行讲解。,数控车床的结构,数控车床的结构,刀架,床身,主轴箱,滚珠丝杠,床座,尾座,数控卧式车床的基本结构,数控车床的结构,高精度导轨,主轴,刀塔,轴向导轨,床身,数控立式车床的基本结构,数控车床的结构,数控车床的主要加工对象,数控车削加工是数控加工中用得最多的加工方法之一，由于数控车床具有精度高、能做直线和圆弧插补以及在加工过程中能自动变速的特点，其工艺范围较普通机床宽得多。数控车床适合于车削具有以下要求和特点的回转类零件。,数控车床的主要加工对象,高精度的机床主轴,高速电机主轴,精度要求高的回转体零件,数控车床的主要加工对象,非标丝杠,带特殊螺纹的回转体零件,表面形状复杂的回转体零件,数控车床的主要加工对象,凸轮轴,曲轴,钢制联接零件高压技术,阀门壳体零件石油工业,采用车铣加工中心,数控车床的主要加工对象,其他形状复杂的零件,隔套 精密加工业,联接套 航天工业,其他形状复杂的零件,采用车铣加工中心,数控车床的主要加工对象,三爪自定心卡盘装夹,两顶尖之间装夹,双三爪定心卡盘装夹,卡盘和顶尖装夹,常用装夹方式,数控车削工件的装夹,通用夹具装夹,找正：找正装夹时必须将工件的加工表面回转轴线（同时也是工件坐标系Z轴）找正到与车床主轴回转中心重合。一般为打表找正。通过调整卡爪，使工件坐标系Z轴与车床主轴的回转中心重合,数控车削工件的装夹,采用找正的方法,数控车削工件的装夹,也可以改变夹紧力的作用点，采用轴向夹紧的方式。,薄壁零件容易变形，普通三爪卡盘受力点少，采用开缝套筒或扇形软卡爪，可使工件均匀受力，减小变形。,薄壁零件的装夹,数控车削的对刀,对刀是确定工件在机床上的位置，也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。对刀过程一般是从各坐标方向分别进行，它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点(即对刀点)来实现,直接用刀具试切对刀自动对刀机外对刀仪对刀,常用对刀方式,对刀实例,分析零件图样,数控车削的工艺分析,分析零件的几何要素：首先从零件图的分析中,了解工件的外形、结构,工件上须加工的部位,及其形状、尺寸精度、和表面粗糙度；了解各加工部位之间的相对位置和尺寸精度；了解工件材料及其它技术要求。从中找出工件经加工后，必须达到的主要加工尺寸和重要位置尺寸精度。,分析了解工件的工艺基准：包括其外形尺寸、在工件上的位置、结构及其他部位的相对关系等。对于复杂工件或较难辨工艺基准的零件图，尚需详细分析有关装配图，了解该零件的装配使用要求，找准工件的工艺基准。,了解工件的加工数量：不同的加工数量所采用的工艺方案也不同。,研究制定工艺方案,数控车削的工艺分析,研究制定工艺方案的前提是：熟悉本厂机床设备条件，把加工任务指定给最适宜的工种，尽可能发挥机床的加工特长与使用效率。并按照分析上述零件图所了解的加工要求，合理安排加工顺序。一、安排加工顺序的一般方法（1）安排工件上基准部位的辅助加工及其他准备工序。（2）安排工件工艺基准面的加工工序。二、根据工件的加工批量大小，确定加工工序的集中与分散。三、充分估计加工中会出现的问题，有针对性地予以解决。例如：对于薄壁工件要解决装夹变形和车削震动的问题。对有角度位置的工件要解决角度定位问题。对于偏心工件要解决偏心夹具或装夹问题,编制加工程序,数控车削的工艺分析,一、零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定二、根据工艺方案中工步内容及顺序的要求，逐项创建刀具路径并生成程序三、程序校验,分析实例,确定走刀路线的一般原则是：保证零件的加工精度和表面粗糙度要求；缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间；方便数值计算，减少编程工作量；尽量减少程序段数,走刀路线的确定,数控车削的工艺分析,数控车削的工艺分析,走刀路线的确定,车圆锥的加工路线分析,数控车床上车外圆锥，假设圆锥大径为D，小径为d，锥长为L，车圆锥的加工路线如图所示。按图a中的阶梯切削路线，二刀粗车，最后一刀精车；二刀粗车的终刀距S要作精确的计算，可有相似三角形得：,D-d 2,L,D-d 2,S,-,ap,D-d 2,L（,D-d 2,S,-,ap）,此种加工路线，粗车时，刀具背吃刀量相同，但精车时，背吃刀量不同；同时刀具切削运动的路线最短。,数控车削的工艺分析,车圆锥的加工路线分析,走刀路线的确定,按图b的相似斜线切削路线，也需计算粗车时终刀距S，同样由相似三角形可计算得出。按此种加工路线，刀具切削运动的距离较短。,按图c的斜线加工路线，只需确定每次背吃刀量ap，而不需计算终刀距，编程方便。但在每次切削中背吃刀量是变化的，且刀具切削运动的路线较长。,数控车削的工艺分析,走刀路线的确定,车圆弧的加工路线分析,应用G02（或G03）指令车圆弧，若用一刀就把圆弧加工出来，这样吃刀量太大，容易打刀。所以，实际车圆弧时，需要多刀加工，先将大多余量切除，最后才车得所需圆弧。,右图为车圆弧的阶梯切削路线。即先粗车成阶梯，最后一刀精车出圆弧。此方法在确定了每刀吃刀量ap后，须精确计算出粗车的终刀距S，即求圆弧与直线的交点。此方法刀具切削运动距离较短，但数值计算较繁。,数控车削的工艺分析,走刀路线的确定,车圆弧的加工路线分析,右图为车圆弧的同心圆弧切削路线。即用不同的半径圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。此方法在确定了每次吃刀量aP后，对90圆弧的起点、终点坐标较易确定，数值计算简单，编程方便，常采用。但按图b加工时，空行程时间较长。,右图为车圆弧的车锥法切削路线。即先车一个圆锥，再车圆弧。但要注意，车锥时的起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆锥表面，也可能将余量留得过大。确定方法如图所示，连接OC交圆弧于D，过D点作圆弧的切线AB。,数控车削的工艺分析,走刀路线的举例,车圆弧的加工路线分析,螺球柱,端面加工、外轮廓粗加工,外轮廓粗、精加工,课堂讨论1：请仔细观看下列加工视频，试说明其走刀路线有何特点？,走刀路线的确定,数控车削的工艺分析,切削用量的确定,进给量,切削速度(V),背吃刀量ap,V,=,X D X n,1000,(m/min),式中：D 工件切削部分的最大直径（mm)n 主轴每分钟转数min-1。,数控车削的工艺分析,切削速度：,(例题)主轴转速2000min-1、车削直径50，求此时的切削速度？,答：=3.14、D=125、n=2000代入公式V=(Dn)1000=(3.14502000)1000=314(m/min)切削速度为314m/min,数控车削的工艺分析,进给量的确定,每转进给量(fr)、每分进给量(Vf),式中：Vf：每分钟进给量(mm/min)n：主轴转速(min-1)fr：每转进给量(mm/r),Vf=n x fr(mm/min),(例题)主轴转速2000min-1、每分进给速度100mm/min，求此时每转进给量？,(例题)每转进给量0.1mm/r，主轴转速1600min-1,求每分进给速度?,答：Vf=nfr=0.11600=160mm/min，求出每分进给速度为160mm/min。,答：fr=Vfn=1002000=0.05mm/r求出每转进给量为0.05mm/r,数控车削的工艺分析,切削用量的确定,孔加工的计算式,vc(m/min)：切削速度(3.14)：圆周率D1(mm)：钻头直径n(min-1)：主軸转速,用1000去除，为将mm换算成m,vf(mm/min)：主轴（Z轴）进给速度fr(mm/rev)：每转进给量n(min-1)：主轴转速,主轴每分钟进给量(vf),切削速度(vc),数控车削的工艺分析,螺纹切削方式,数控车削的工艺分析,螺纹加工方法,螺纹加工方法,数控车削的工艺分析,课堂讨论2：请仔细观看下列加工视频，试说明其加工螺纹是左旋还是右旋？一共有几次走刀？,螺纹加工方法,数控车削的工艺分析,螺纹加工进刀次数及进刀量的选择,应根据螺距来选择走刀次数及进给量，以保证螺纹的精度及质量,数控车削的工艺分析,一、轴类零件的数控车削工艺,典型数控车削零件的工艺分析,图示是模具芯轴的零件简图。零件的径向尺寸公差为0.01mm，角度公差为0.1，材料为45钢。毛坯尺寸为66mm100 mm，批量 30件。,数控车削的工艺分析,一、轴类零件的数控车削工艺,典型数控车削零件的工艺分析,经过分析可制定加工方案如下：工序1：用三爪卡盘夹紧工件一端，加工6438柱面并调头打中心孔。,工序2：用三爪卡盘夹紧工件64一端，另一端用顶尖顶住。加工6462柱面，如图所示。,工序3：钻螺纹底孔；精车20表面，加工14锥面及背端面；攻螺纹，如图所示。,数控车削的工艺分析,一、轴类零件的数控车削工艺,典型数控车削零件的工艺分析,工序4 加工SR19.4圆弧面、26圆柱面、角15锥面和角15倒锥面，装夹方式如图所示。工序4的加工过程如下：l）先用复合循环若干次一层层加工，逐渐靠近由EFCHI等基点组成的回转面。后两次循环的走刀路线都与BC一DEFCHIB相似。完成粗加工后，精加工的走刀路线是BCDEFGHI一B，如图所示。2）再加工出最后一个15的倒锥面，如图所示。,二、轴套类零件数控车削加工工艺,数控车削的工艺分析,典型数控车削零件的工艺分析,1零件图工艺分析 该零件为轴承套。表面由内外圆柱面、内圆锥面、顺圆弧、逆圆弧及外螺纹等表面组成，其中多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求。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：（1）零件图样上带公差的尺寸，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。（2）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。,数控车削的工艺分析,二、轴套类零件数控车削加工工艺,典型数控车削零件的工艺分析,2确定装夹方案：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，为保证一次安装加工出全部外轮廓，需要设一圆锥心轴装置，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。,数控车削的工艺分析,二、轴套类零件数控车削加工工艺,典型数控车削零件的工艺分析,3确定加工顺序及走刀路线：加工顺序的确定按由内到外、由粗到精、由近到远的原则确定，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，可先加工内孔各表面，然后加工外轮廓表面。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。,数控车削的工艺分析,二、轴套类零件数控车削加工工艺,典型数控车削零件的工艺分析,4刀具选择：将所选定的刀具参数填入表轴承套数控加工刀具卡片中，以便于编程和操作管理。,轴承套数控加工刀具卡片,5切削用量选择：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，计算结果填入表6-8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.l0.4 mm较为合适。6数控加工工艺卡片拟订：将前面分析的各项内容综合成如表所示的数控加工工艺卡片。,二、轴套类零件数控车削加工工艺,典型数控车削零件的工艺分析,数控车削的工艺分析,课堂讨论4：活塞数控车加工工艺分析,端面和外轮廓粗车端面和外轮廓精车,钻中心孔端面和内轮廓粗车端面和内轮廓精车,外轮廓精车切槽,发动机活塞,课堂讨论5：数控车床加工实践车酒杯,工件-名称:酒杯-材料:铝-尺寸:65 x 130mm-使用刀具数:5-加工时间:1 hr 48min,切削条件,