数控车削工艺与编程相关知识

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,4.1,数控车削工艺,数控车削实例,2,数控车削实例,3,本章内容,2,、,数控车床的种类及特征,3,、数控车削工件的装夹,4,、数控车削的对刀,5,、数控车削的工艺分析,1,、,数控车削的基本特征与加工范围,一、数控车削工艺,二、数控车编程,1,、,手工编程,2,、自动编程,车外圆,车端面,钻孔,车内孔,切槽,切断,车型面,车螺纹,加工形式,一、数控车削的加工的主要内容,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。,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,一、数控车削的加工的主要内容,车削螺纹,车削螺纹,是数控车床的特点之一。在,普通车床,上一般只能加工少量的等螺距螺纹,，,而在,数控车床上,，只要通过调整螺纹加工程序，指出螺纹终点坐标值及螺纹导程，即可,车削各种不同螺距的圆柱螺纹、锥螺纹或端面螺纹,等。螺纹的车削可以通过单刀切削的方式进行，也可进行循环切削。,非标丝杠,带特殊螺纹的,回转,体零件,一、数控车削的加工的主要内容,表面形状复杂的回转体零件,凸轮轴,曲轴,一、数控车削的加工的主要内容,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,其他形状复杂的零件,一、数控车削的加工的主要内容,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,一、数控车削的加工的主要内容,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,，适合于中小批量形状复杂零件的多品种、多规格生产。,数控车削中心,是在普通数控车床基础上发展起来的一种,复合加工机床,。即可,实现二轴联动，三轴联之外,，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,，还可以实现各种,曲面铣削加工,二、数控车床的种类和特征,数控车削中心加工实例,通用,X,、,Z,二轴控制,(,卧式,),单刀架,二、数控车床的种类和特征,项目,参数,最大回转直径,470 mm,最大车削直径,95 mm,最大棒材加工能力,32 mm,X,轴最大行程,300mm,Z,轴最大行程,240mm,主轴转速,7000 rpm,主轴轴承直径,45mm,刀塔刀位数,刀塔,:H 8 (,选配,),快速进给,(X / Z,轴,),300mm/min,电动机功率,5.5KW,二,轴,控,制,技,术,参,数,二、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。,第一主轴,第二主轴,目前国际上出现的,双主轴结构,就是这种构思的体现。,二、数控车床的种类和特征,采用,四轴三联动配置,，,四轴,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。,X,、,Y,、,Z,、,C,四轴,控制车削中心,单刀架,二、数控车床的种类和特征,项目,参数,最大车削直径,420 mm,最大加工长度,1025mm,最大棒材加工能力,77mm,X/Z,轴最大行程,260/1030mm,Y,轴最大行程,150mm,主轴转速,4000rpm,铣削,主轴转速,4000 rpm,刀塔形式,鼓型刀塔,刀塔刀位数,12,快速进给,(X/Y / Z/C,轴,),X,：,24m/min,Y,：,2m/minZ,：,24m/min,C,：,300min,-1,四,轴,控,制,技,术,参,数,二、数控车床的种类和特征,X,、,Y,、,Z,、,B,、,C,五轴,控制车削中心,单刀架,二、数控车床的种类和特征,项目,参数,最大车削回转直径,300 mm,最大加工长度,1048mm,最大棒材加工能力,51mm,X/Z,最大行程,1045mm,X/Z/B,轴最大行程,585mm,X/Z/Y,轴最大行程,575mm,X/Z/Y/B,轴最大行程,585mm,第一主轴转速,4500rpm,第二主轴转速,4500rpm,铣削主轴转速,4500 rpm,刀塔形式,鼓行刀塔,刀塔刀位数,12,快速进给,(X / Z,轴,),30m/min,电动机功率,5.5KW,五,轴,控,制,技,术,参,数,二、数控车床的种类和特征,X,、,Y,、,Z,、,B,四轴,控制车削中心,双塔刀架,二、数控车床的种类和特征,项目,参数,最大车削,回转直径,350 mm,最大加工长度,610mm,最大棒材加工能力,51mm,X/Z,最大行程,190mm,X/Z/B,轴最大行程,645mm,X1,，,X2,，,Z,轴快速进给,30m/min,Z2,轴快度进给,20m/min,最大主轴转速,5000rpm,铣削,主轴转速,4500 rpm,刀塔形式,鼓行刀塔,刀塔刀位数,8,电动机功率,22KW,双,塔,四,轴,控,制,技,术,参,数,二、数控车床的种类和特征,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。,双主轴双塔四轴,控制车削中心,双塔刀架,二、数控车床的种类和特征,主轴,副主轴,副主轴刀塔,主轴刀塔,双主轴双塔四轴,控制车削中心车床结构示意,车床结构示意,二、数控车床的种类和特征,项目,参数,最大车削,回转直径,230 mm,主轴间距,1030mm,最大棒才加工能力,51mm,X/Z,最大行程,200mm,Y,轴最大行程,80mm,X/Z,轴快速进给,30m/min,Y,轴快度进给,15m/min,最大主轴转速,6000rpm,铣削,主轴转速,4500 rpm,刀塔形式,鼓行刀塔,2,个,刀塔刀位数,12,电动机功率,7.5KW,双,主,轴,双,塔,四,轴,控,制,技,术,参,数,二、数控车床的种类和特征,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。,双主轴三塔四轴,控制复合车削中心,塔二,塔一,塔三,加工活塞,二、数控车床的种类和特征,项目,参数,最大车削旋径,200 mm,主轴间距,11485mm,最大棒才加工能力,51mm,X/Z,最大行程,200mm,Y,轴最大行程,80mm,X1/X2,轴快速进给,50m/min,Y1/Y2,轴快度进给,25m/min,Z1/Z2,轴快速进给,50m/min,最大主轴转速,5000rpm,刀塔形式,鼓行刀塔,3,个,刀塔刀位数,12,电动机功率,22KW,双,主,轴,三,塔,四,轴,控,制,技,术,参,数,第一节 数控车削工艺,二、数控车床的种类和特征,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。,车铣复合车削中心,数,控车床的种类和特征,数控车削中心加工实例,应用：,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。,二、数控车床的种类和特征,项目,参数,加工能力,:,最大加工直径,X,最大加工长度,660 mm X 1016mm,行程,:,上位刀塔,(X/Y/Z),580 / 160 / 1045 mm,B/C,轴,225/ 360,下位刀塔,(X2/Z2),150 / 990 mm,第,1,、,2,主轴回转速度,5000 min,-1,铣削主轴,:,回转速度,铣削加工能力：平铣 立铣钻,攻丝,12000min,1,100mm32mm,30mmM27,车,铣,加,工,中,心,技,术,参,数,第一节 数控车削工艺,数,控车床的种类和特征,二、数控车床的种类和特征,项目,参数,快进速度,X,，,X2,，,Z,，,Z2,轴,38m/min,Y,轴,26m/min,C,轴,400min,-1,自动刀具交换装置,(ATC),刀库容量,20,换刀时间,1.3s,车铣加工中心技术参数,第一节 数控车削工艺,数,控车床的种类和特征,二、数控车床的种类和特征,装载了,ATC(,自动刀具交换装置,),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,立式数控车床,二、数控车床的种类和特征,项目,参数,最大加工直径,1350 mm,工作台直径,1250 mm,最大加工长度,1150mm,工作台最大承重,7000kg,最大主轴转速,350rpm,最大铣削转速,1500rpm,刀库容量,30,换刀时间,1.3s,立,式,数,控,车,床,技,术,参,数,二、数控车床的种类和特征,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,通,用,夹,具,装,夹,三、数控车削工件的装夹,找正法：,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,装夹方法,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,也可以,改变夹紧力的作用点,，采用轴向夹紧的方式。,轴向受力,三、数控车削工件的装夹,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,四、数控车削的对刀,寻边器对刀,对刀方式,偏心式寻边器,光电式寻边器,分析零件的几何要素：,首先从零件图中分析,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 。,分析零件图样,五、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,.,研究制定工艺方案,五、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。,编制加工程序,五、数控车削的工艺分析,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,五、数控车削的工艺分析,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,a,p,D-d,2,L,（,D-d,2,S,a,p,）,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。,走刀路线的确定,五、数控车削的工艺分析,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,a,p,，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,。,走刀路线的确定,车圆锥的加工路线分析,图,b,图,c,五、数控车削的工艺分析,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,a,p,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。,走刀路线的确定,先加工阶梯形,最后车圆弧,五、数控车削的工艺分析,右图,a,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,a,P,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。,图,c,为车圆弧的车锥法,切削路线。即,先车一个圆锥,，,再车圆弧,。,走刀路线的确定,车圆弧的加工路线分析,先车锥,后车圆,弧,五、数控车削的工艺分析,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,c,所示，连接,OC,交圆弧于,D,，过,D,点作圆弧的切线,AB,。,螺球柱,先粗车端面、再粗车外轮廓,最后精加工外轮廓,走刀路线的确定,车圆弧的加工路线分析,进给量,f,切削速度,(V),背吃刀量,a,p,六、切削用量的确定,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,。,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,V=,nd/100,进给量的确定,每转进给量,(f,r,),、每分进给量,(V,f,),式中：,V,f,：,每分钟进给量,(mm/min),n,：,主轴转速,(min,-1,),f,r,：,每转进给量,(mm/r),V,f,= n x,f,r,(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：,V,f,=nf,r,=0.11600=160mm/min,，求出每分进给速度为,160mm/min,。,答：,f,r,=V,f,n=1002000=0.05mm/r,求出每转进给量为,0.05mm/r,切削用量的确定,孔加工的计算式,V,c,(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,V,f,(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),(,例题,),主轴转速,1350min,-1,、钻头直径,12,，求切削速度。,(,答,),将,=3.14 D1=12 n=1350,代入公式,vc=D1n1000=,3.14121350=50.9m/min,据此，得出切削速度为,50.9m/min,。,（例题,),主轴转速,1350min-1,、钻头直径,12,，,求切削速度。,(,答,),代入公式,v,f,=f,r,n=0.21350=270mm/min,由此得出主轴每分钟进给量为,270mm/min,。,径向切入法,侧向切入法,一般的螺纹切削；,加工螺纹螺距,4,以下。,用于工件刚性低易振动的场合；,用于切削不锈钢等难加工材料；,加工螺纹螺距,4,以上。,螺纹切削方式,(,一,),、轴类零件的数控车削工艺,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。,六、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。,38,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,E,F,G,H,I,等基点组成的回转面。后两次循环的走刀路线都与,B,C,一,D,E,F,G,H,I,B,相似。完成粗加工后，精加工的走刀路线是,B,C,D,E,F,G,H,I,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,1,零件图工艺分析,（,1,）轴承套表面几何要素；,（,2,）尺寸标注；,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。,轴承套表面要素：,内外圆柱面、内锥面、圆弧、外螺纹等表面组成，,尺寸精度：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。,2,确定装夹方案：,（,1,）内孔加工时以外圆定位,，用三爪自动定心卡盘夹紧。,（,2,）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。,专用圆锥心轴装置,尾座顶尖,3,确定加工顺序及走刀路线,（,1,）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。,（,2,）,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。,外轮廓表面车削走刀路线,4,刀具选择,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。,产品名称或代号,0110,零件名称,轴承套,零件图号,Lathe-01,序号,刀具号,刀具规格名称,数量,加工表面,刀尖半径,mm,备注,1,T01,45,硬质合金端面车刀,1,车端面,0.5,2525,2,T02,5,中心钻,1,钻,5mm,中心孔,3,T03,26 mm,钻头,1,钻底孔,4,T04,镗刀,1,镗内孔各表面,0.4,20,20,5,T05,93,右手偏刀,1,自右至左车外表面,0.2,25,25,6,T06,93,左手偏刀,1,自左至右车外表面,7,T07,60,外螺纹车刀,1,车,M45,螺纹,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,填入工序卡,中。,背吃刀量,的选择因粗、精加工而有所不同。,（,1,）,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；,（,2,）,精加工,时,，为保证零件表面粗糙度要求，背吃刀量一般,取,0.l,0.4 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。,