32数控车削工艺规程的制定Word文档格式.docx

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数控车削工艺的主要内容

学情分析

学生已经实习过数控车，故有一定的基础。

板

书

设

计

教学

程序

教学内容及教学双边活动

教学手段与

教学方法

导入

新课

数控车削加工工艺规程制订的主要内容有:

分析零件图样、确定工件在车床上的装夹方式、各表面的加工顺序和刀具的进给路线以及刀具、夹具和切削用量的选择等.下面以典型轴类零件为例来介绍数控车削加工工艺规程制订的步骤,如图３-７所示.

一、分析零件图样

零件图样是工艺制订中的首要工作,直接影响零件加工程序的编制及加工结果.首先熟悉零件在产品中作用、装配关系和工作条件,搞清各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响,找出主要的和关键的技术要求,然后对零件图样进行分析.主要需考虑以下几方面.

１.图纸审查

（１）图样构成轮廓的几何元素充分性审查与分析.

图3-7所示的零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成.其中多个直径尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度等要求;

球面Sϕ50mm的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用.尺寸标注完整,轮廓描述清楚.零件材料为45钢,无热处理和硬度要求.

通过审查得知:

螺纹、槽、圆柱面和圆锥面轮廓要素均充分.而在图３-８中,BC段圆弧与CD段圆弧切点C以及CD段圆弧与DE段圆弧切点D的尺寸未在图样上标注出来,无法对它们编程加工,故需要计算解决.

（２）审查定位基准可靠性,加工精度、尺寸公差是否可以得到保证,应采取的工艺措施.

本零件径向基准为零件轴线,轴向基准为右端面.零件为回转体,最大直径为５６mm,若采用三爪卡盘进行装夹,应保证轴线与机床主轴的同心度和偏角误差小于一定值.为保证轴线与机床主轴的相对精度,可将零件右端车出夹持端,采用端面与卡盘端面紧靠定位;

也可以右端钻中心孔,采用顶尖顶紧进行定位.

本零件尺寸公差要求最高为０.０２５mm,角度偏差不小于６０,表面粗糙度要求最高为３.２,采用数控机床进行加工,可保证其要求.

可采用粗车－精车的加工方法进行加工.对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸,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.毛坯选择与分析

本零件材料采用４５钢,毛坯可选择型材棒料.本零件最大直径为５６mm,圆弧要素面最大直径为５０mm,经综合考虑,可选择直径为６０mm的型材棒料作为毛坯.此时,最小加工余量为（６０－５６）mm＝４mm,要素面最小加工余量为（６０－５０）mm＝１０mm,可充分保证零件的尺寸精度和表面粗糙度.另外,为便于装夹,坯件左端应预先车出夹持部分（双点画线部分）,右端面也应先粗车出并钻好中心孔.毛坯选ϕ６０mm棒料.

３.机床选择

本零件为回转体零件,表面有螺纹、圆弧面等复杂形状,采用普通车床不易加工.尺寸精度要求较高,表面形状可用数学模型表示.经综合考虑,可选择数控车床作为本零件的加工机床.

数控车床适合加工精度和表面粗糙度要求较高、表面形状复杂、带特殊螺纹的回转体零件.

３.２.２　确定定位与装夹方案

在加工时,用以确定工件相对于机床、刀具和夹具正确位置所采用的基准,称为定位基准.

在各加工工序中,保证零件被加工表面位置精度的工艺方法是制订工艺过程的重要任务,它不仅影响工件各表面之间的相互位置尺寸和位置精度,而且还影响整个工艺过程的安排和夹具的结构,而合理选择定位基准是保证被加工表面位置精度的前提,因此,在选择各类工艺基准时,首先应选择定位基准.

１.定位基准的原则

定位基准有粗基准和精基准之分.零件粗加工时,以毛坯面作为定位基准,这个毛坯面被称为粗基准;

之后的加工中,必须以加工过的表面作为定位基准,这些表面被称为精基准.

选择定位基准时,是从保证工件加工精度要求出发的.在加工中,首先使用的是粗基准,但在选择定位基准时,为了保证零件的加工精度,首先考虑的是选择精基准,精基准选定以后,再考虑合理地选择粗基准.

１）精基准的选择原则

选择精基准时,应重点考虑如何减少工件的定位误差,保证加工精度,并使夹具结构简单,工件装夹方便,具体的选择原则为:

（１）基准重合原则.基准重合原则,是指工件定位基准的选择应尽量选择在工序基准上,也就是使工件的定位基准与本工序的工艺基准尽量重合.

（２）基准统一原则.

基准统一原则,是指采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面.

（３）互为基准原则.对于某些位置精度要求高的表面,可以采用互为基准、反复加工的方法来保证其位置精度.

（４）自为基准原则.对于精度要求很高的表面,在精密加工时,为了保证加工精度,要求加工余量小且均匀,这时可以选已经加工过的表面自身作为定位基准.

（５）便于装夹的原则.所选择的精基准,尤其是主要定位面,应有足够大的面积和精度,以保证定位准确可靠,同时夹紧机构简单,操作方便.

２）粗基准的选择原则

选择粗基准时,主要要求保证各加工面有足够的余量,使加工面与不加工面之间的位置符合图样要求,并特别注意要尽快获得精基准面.具体选择时应考虑下列原则:

（１）重要表面原则（余量均匀原则）.

（２）保证相互位置要求的原则.

如果工件上有多个不加工面,则应选其中与加工面位置要求较高的不加工面为粗基准,以便保证要求,使外形对称等.如图３-９所示的工件,毛坯孔与外圆之间偏心较大,应当选择不加工的外圆为粗基准,将工件装夹在三爪自定心卡盘中,把毛坯的同轴度误差在镗孔时切除,从而保证其壁厚均匀.

（３）不重复使用原则.

（４）便于装夹的原则.

２.工件装夹的方法

一般轴类工件的装夹方法有如下几种:

（１）三爪自定心卡盘（俗称三爪卡盘）装夹.

特点:

自定心卡盘装夹工件方便、省时,但夹紧力没有单动卡盘大.

用途:

适用于装夹外形规则的中、小型工件.

（２）四爪单动卡盘（俗称四爪卡盘）装夹.

单动卡盘找正比较费时,但夹紧力较大.

适用于装夹大型或形状不规则的工件.

（３）一顶一夹装夹.

为了防止由于进给力的作用而使工件产生轴向位移,可在主轴前端锥孔内安装一限位支撑,也可利用工件的台阶进行限位.

这种方法装夹安全可靠,能承受较大的进给力,应用广泛.

（４）用两顶尖装夹.

两顶尖装夹工件方便,不需找正,定位精度高.但比一夹一顶装夹的刚度低,影响了切削用量的提高.

较长的或必须经过多次装夹后才能加工好的工件,或工序较多,在车削后还要铣削或磨削的工件.

通过上述分析,如图３-７所示的零件,我们选择坯料轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准.装夹方法采用左端三爪自定心卡盘定心夹紧＋右端活动顶尖支承的方案.

３.２.３　确定加工顺序

为了达到质量优、效率高和成本低的目的,制订数控车削加工顺序时一般应遵循以下基本原则:

先粗后精、先近后远、内外交叉、基面先行,并且程序段最少,走的路线最短.

１.先粗后精　　

为了提高生产效率并保证零件的精加工质量,在切削加工时,应先安排粗加工工序,在较短的时间内,将精加工前大量的加工余量（如图３-１０所示的虚线内的部分）去掉,同时尽量满足精加工的余量均匀性要求.

当粗加工工序安排完后,应接着安排换刀后进行的半精加工和精加工.

各个表面按照粗车—半精车—精车的顺序进行加工,逐步提高加工表面的精度.粗车可在短时间内去除工件表面上大部分加工余量.若粗车后所留余量的均匀性满足不了精加工的要求时,要安排半精车,以保证精加工余量小而均匀.精车要保证加工精度,按图样尺寸由最后一刀连续加工而成.

２.先近后远　　

这里所说的远与近,是按加工部位相对于对刀点的距离而言的.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,以便缩小刀具移动距离,减少空行程时间,提高加工效率.对于数控车削而言,先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性,改善其切削条件.

３.内外交叉　　

对既有内表面（内型腔）又有外表面需要加工的零件,在安排加工顺序时,应先进行内外表面粗加工,后进行内外表面精加工.切不可将零件上一部分表面（外表面或内表面）加工完毕后,再加工其他表面（内表面或外表面）.

４.基面先行　　

用作精基准的表面应优先加工出来,再以加工出的精基准为定位基准,安排其他表面的加工.因为定位基准的表面越精确,装夹误差就越小.

３.２.４　确定进给路线

进给路线是刀具在整个加工过程中的运动轨迹,即刀具从起刀点开始进给运动起,直到加工程序运行结束后退刀返回该点所经过的路径,包括了切削加工的路径及刀具切入、切出等空行程路径.确定进给路线的重点在于确定粗加工及空行程的进给路线.

１.刀具引入、切出

在数控车床上进行加工时,要安排好刀具的引入、切出路线,尽量使刀具沿着轮廓的切线方向引入、切出.

尤其是车螺纹时,因为开始加速时和加工结束时主轴转速和螺距之间的速比不稳定,加工螺纹会发生乱扣现象,所以必须设置升速段δ１和降速段δ２,这样可避免因车刀升降速而影响螺距的稳定（见图３-１２）.

２.最短的空行程路线　　

确定最短的进给路线,除了依靠大量的实践经验外,还应善于分析,必要时可辅以一些简单的计算.

１）巧用起刀点

图３-１３（a）所示为采用矩形循环方式进行粗车的一般情况.其起刀点A的设定是考虑到精车等加工过程中需方便地换刀,故将其设置在离坯件较远的位置处,同时将起刀点与其对刀点重合在一起.按三刀粗车的进给路线安排如下:

第一刀为A→B→C→D→A,

第二刀为A→E→F→G→A,

第三刀为A→H→I→J→A.

图３-１３（b）则是将起刀点与对刀点分离,并设于图示B点位置,仍按相同的切削量进行三刀粗车,其进给路线安排如下:

起刀点与对刀点分离的空行程为A→B,

第一刀为B→C→D→E→B,

第二刀为B→F→G→H→B,

第三刀为B→I→J→K→B.

２）巧设换刀点

为了考虑换刀的方便和安全,有时也将换刀点设置在离坯件较远的位置处,见图３-１３（a）中的点A.

当换第二把刀后,进行精车时的空行程路线较长;

如果将第二把刀的换刀点设置在图３-１３（b）中B点的位置上,则可缩短空行程距离.

３）合理安排“回零”路线

在手工编制较复杂轮廓的加工程序时,为使其计算过程尽量简化,既不易出错,又便于校核,编程者有时将每一刀加工完后的刀具终点通过执行“回零”（即返回对刀点）指令返回到对刀点位置,然后再执行后续程序.这样会增加走刀距离,降低生产效率.因此,在合理安排“回零”路线时,应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量缩短,或者为零,即满足进给路线为最短的要求.

３.最短的切削进给路线　　

切削进给路线短,可有效地提高生产效率,降低刀具的损耗等.在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时,应同时兼顾被加工零件的刚性及加工工艺性等要求,不能顾此失彼.

如图３-１４所示为三种不同的轮廓粗车切削进给路线.其中,图３-１４（a）为利用数控系统的封闭式复合循环功能控制车刀沿着工件轮廓线进给的路线;

图３-１４（b）为利用其程序循环功能安排的“三角形”循环进给路线;

图３-１４（c）为利用矩形循环功能安排的“矩形”循环进给路线.

对以上三种切削进给路线进行分析和判断后可知,矩形循环进给路线总和最短,因此在同等切削条件下的切削时间最短,刀具损耗最少.

因数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能,只要正确使用编程指令,机床数控系统会自行确定其进给路线,因此该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线（但精车的进给路线需要人为确定）.

３.２.５　确定刀具

合理地选用刀具,是保证产品质量和提高切削效率的重要条件.在选择刀具形式和结构时,应综合考虑一些主要因素,如工件的材料、形状、尺寸和加工要求;

工艺方案和生产率等.

加工图３-７所示零件所选用的刀具如下:

１.选用ϕ５mm中心钻钻削中心孔.

２.粗车及平端面选用７５°

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Kr′＝３５°

.

３.精车选用90°

硬质合金右偏刀,车螺纹选用60°

硬质合金外螺纹车刀,刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径,取rε＝０.１５~０.２mm.

为了便于编程和操作管理,将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中,见表３-１.

３.２.６　确定切削用量

１.切削用量的选择原则

选择切削用量时,要在保证加工质量和刀具寿命的前提下,充分发挥车床性能和刀具切削性能,使切削效率最高、加工成本最低.合理选择切削用量的原则如下:

（１）粗加工时切削用量的选择原则.

首先,选取尽可能大的切削深度;

其次,要根据机床动力和刚性的限制条件等,选择尽可能大的进给量;

最后,根据刀具耐用度确定最佳切削速度.

（２）精加工时切削用量的选择原则.

首先,根据粗加工后的余量确定切削深度;

其次,根据已加工表面的表面粗糙度要求,选取较小的进给量;

最后,在保证刀具寿命的前提下,尽可能选取较高的切削速度.

粗加工时,以提高生产效率为主,但也要考虑经济性和加工成本;

而半精加工和精加工时,以保证加工质量为目的,兼顾加工效率、经济性和加工成本.具体数值应根据机床说明书,参考切削用量手册,并结合实践经验而定.

２.切削用量三要素的确定

（１）切削深度ap的确定.

在工艺系统（车床—夹具—刀具—零件）刚性好和机床功率允许的情况下,尽可能选取较大的切削深度,以减少进给次数,提高生产效率.当零件的精度要求较高时,应考虑适当留出精车余量,其所留精车余量一般比普通车削时的小,常取０.１~０.５mm.

当粗车后所留的余量的均匀性不能满足精车要求时,则需安排半精车,一般取１~３mm.

因此加工如图３-７所示零件时,轮廓粗车循环选ap＝３mm,精车ap＝０.２５mm;

螺纹粗车时选ap＝０.４mm,逐刀减少,精车ap＝０.１mm.

（２）主轴转速n的确定.

车削加工（除车螺纹外）时,主轴转速应根据零件上被加工部位的直径、零件和刀具的材料及加工性质等条件来确定.在实际生产中,主轴转速可用式３-１计算:

在确定主轴转速时,需要首先确定其切削速度,而切削速度又与切削深度和进给量有关.

车螺纹时的主轴转速n,主轴转速可用式（３-２）计算:

原则上只要能保证每转一周时,刀具沿主进给轴（多为z轴）方向位移一个螺距即可,车床主轴转速的选取将考虑到螺纹的螺距（或导程）大小、驱动电动机的升降频率特性及螺纹插补运算速度等多种因素的影响,故对于不同的数控系统,推荐用不同的主轴转速范围.

（３）进给量f的确定.

进给量是指工件旋转一周,车刀沿进给方向移动的距离,单位为mm/r,它与切削深度有着较密切的关系.进给速度主要是指在单位时间里,刀具沿进给方向移动的距离,单位为mm/min,有些数控车床规定可选用以进给量（mm/r）表示的进给速度.

进给量是数控车床切削用量中的重要参数,主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择.粗加工时,对加工表面粗糙度要求不高,进给量可以选择得大些,以提高生产效率,进给量一般取０.３~０.８mm/r;

而半精加工及精加工时,要求表面粗糙度值低,进给量应选择得小些,进给量一般取０.１~０.３mm/r;

切断时宜取０.０５~０.２mm/r.

（３）数控机床生产率.数控机床的工时费用较高,刀具损耗费用所占比重较低,应尽量用高的切削用量,通过适当降低刀具寿命来提高数控机床的生产率.

综合切削速度、表面粗糙度要求,选择精车阶段的进给量f为０.１５mm/r.选择粗车每转进给量为０.４mm/r,精车每转进给量为０.１５mm/r,最后根据式vf＝nf计算粗车、精车进给速度.

切削用量应根据加工性质、加工要求、工件材料及刀具的尺寸和材料等查阅切削手册并结合经验确定.还应考虑以下因素:

（１）刀具差异.不同厂家生产的刀具质量差异较大,所以切削用量须根据实际所用刀具和现场经验加以修正.一般进口刀具允许的切削用量高于国产刀具.

（２）机床特性.切削用量受机床电动机的功率和机床的刚性限制,必须在机床说明书规定的范围内选取.避免因功率不够发生闷车,或刚性不足产生大的机床变形或振动,影响加工精度和表面粗糙度.

综合前面分析的各项内容,并将其填入表３-２所示的数控加工工艺卡片.此表是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件,主要内容包括工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等.

图示

分析

举例

板图

理解

后记