第5章(1)数控车削工艺.ppt

,第五章数控车削工艺,武汉纺织大学机电学院,数控加工工艺与编程,教材与参考书,1、吴晓光、何国旗数控加工工艺与编程华中科技大学出版社武汉，2010年2、廖效果、朱启逑数字控制机床华中科技大学出版社武汉，2000年3、任玉田、焦振学机床计算机数控技术北京理工大学出版社北京，2004年4、何雪明、吴晓光数控技术华中科技大学出版社武汉，2006年5、关雄飞、马一民数控机床与编程技术清华大学出版社北京，2006年,第一章绪论第二章数控刀具及装夹方法第三章数控加工的切削用量第四章数控编程基础第五章数控车削工艺第六章数控车削编程第七章数控铣削工艺与编程第八章加工中心工艺与编程第九章数控加工自动编程,目录,第一节数控车削工艺,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,第一节数控车削工艺,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,1、数控车削的基本特征与加工范围,第一节数控车削工艺,数控车削实例1,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,第一节数控车削工艺,1、数控车削的基本特征与加工范围,车型面,外圆上槽的加工,端面上面的加工槽,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,第一节数控车削工艺,数控车床的种类和特征,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。,第一节数控车削工艺,非标丝杠,带特殊螺纹的回转体零件,1、数控车削的基本特征与加工范围,表面形状复杂的回转体零件,凸轮轴,曲轴,第一节数控车削工艺,1、数控车削的基本特征与加工范围,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,第一节数控车削工艺,1、数控车削的基本特征与加工范围,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,第一节数控车削工艺,1、数控车削的基本特征与加工范围,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，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,第一节数控车削工艺,2、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,第一节数控车削工艺,2、数控车床的种类和特征,二轴控制技术参数,第一节数控车削工艺,2、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,第一节数控车削工艺,2、数控车床的种类和特征,目前国际上出现的双主轴结构就是这种构思的体现。,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,第一节数控车削工艺,2、数控车床的种类和特征,四轴控制技术参数,第一节数控车削工艺,2、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,数控车床的种类和特征,第一节数控车削工艺,五轴控制技术参数,第一节数控车削工艺,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,第一节数控车削工艺,双塔四轴控制技术参数,数控车床的种类和特征,第一节数控车削工艺,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,第一节数控车削工艺,数控车床的种类和特征,双主轴双塔四轴控制车削中心车床结构示意,第一节数控车削工艺,车床结构示意,数控车床的种类和特征,双主轴双塔四轴控制技术参数,第一节数控车削工艺,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,第一节数控车削工艺,数控车床的种类和特征,塔二,塔一,塔三,加工活塞,双主轴三塔四轴控制技术参数,第一节数控车削工艺,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,第一节数控车削工艺,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。,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,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,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,第一节数控车削工艺,数控车床的种类和特征,立式数控车床技术参数,第一节数控车削工艺,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,3、数控车削工件的装夹,第一节数控车削工艺,第六次课,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,3、数控车削工件的装夹,第一节数控车削工艺,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,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,第一节数控车削工艺,4、数控车削的对刀,自动对刀,寻边器对刀,对刀方式,偏心式寻边器,光电式寻边器,视频,第一节数控车削工艺,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,第一节数控车削工艺,5、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,第一节数控车削工艺,5、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,第一节数控车削工艺,5、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,第一节数控车削工艺,5、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：,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,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,动画,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。,走刀路线的确定,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,车圆锥的加工路线分析,图b,图c,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。,走刀路线的确定,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,先加工阶梯形,最后车圆弧,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。,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,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,先车锥,后车圆弧,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,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,车圆弧的加工路线分析,（1）三爪自定心卡盘三爪自定心卡盘是最常用的车床用卡盘，其三个爪是同步运动的，能自动定心（定心误差在0.05mm以内），夹持范围大，一般不需要找正，装夹效率比四爪卡盘高，但夹紧力没有四爪卡盘大，所以适用于装夹外形规则、长度不太长的中小型零件,车床夹具,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,（2）四爪单动卡盘四爪单动卡盘，它的四个对分布卡爪是各自独立运动的，因此工件装夹时必须调整工件夹持部位在主轴上的位置，使工件加工面的回转中心与车床主轴的四面转中心重合。四爪单动卡盘找正比较费时，只能用于单件小批量生产。四爪单动卡盘的优点是夹紧力大，但装夹不如三爪自定心卡盘方便，所以适用于装夹大型或不规则的工件。,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,（3）两顶尖装夹对于长度较长或必须经过多次装夹才能加工的工件，如细长轴、长丝杠等的车削，或工序较多，为保证每次装夹时的装夹精度（如同轴度要求），可以用两顶尖装夹两顶尖装夹工件方便，不需找正，装夹精度高。,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,利用两顶尖装夹定位还可以加工偏心工件。,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,（4）软爪软爪是一个具有切削性能的夹爪。当成批加工某一工件时，为了提高三爪自定心卡盘的定心精度，可以采用软爪结构。即用黄铜或软钢焊在三个卡爪上，然后根据工件形状和直径把三个软爪的夹持部分直接在车床上车出来（定心误差只有0.01-0.02mm），即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,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,（1）、数控车刀与加工表面,车床刀具,第一节数控车削工艺,6、数控车削的工艺分析,（2）、车削刀具及其主要特点,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,（3）车刀的类型及选择数控车削常用的车刀一般分为三类，即尖形车刀、圆弧车刀和成型车刀。尖形车刀：尖形车刀的刀尖（同时也为其刀位点）由直线形的主、副切削刃构成，切削刃为一直线形。如90内、外圆车刀，端面车刀，切断(槽)车刀等。圆弧形车刀：圆弧形车刀的切削刃是一很小的圆弧，该圆弧上每一点都是圆弧形车刀的刀尖，其刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上成形车刀：与被加工形状相同,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,（4）、机械夹固式可转位车刀机械夹固式可转位车刀是已经实现机械加工标准化、系列化的车刀，数控车床常用的机夹可转位车刀结构主要由刀杆l、刀片2、刀垫3及夹紧元件4组成。刀片每边都有切削刃。为减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,选择刀片材质常见刀片材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金，陶瓷、立方氮化硼和金钢石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。选择刀片材质主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动等。,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,刀片形状的选择刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素选择,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,刀片大致可分为三大类17种。,可转位车刀的选用：（1）刀片的紧固方式（2）刀片外形的选择（3）刀杆头部形式的选择（4）刀片后角的选择（5）左右手柄的选择（6）刀尖圆弧半径的选择（7）断屑槽形的选择,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,（1）车削工具系统为了提高效率，减少换刀辅助时间，数控车削刀具已经向标准化、系列化、模块化方向发展。数控车床的刀具系统常用的有两类。一类是刀块式，结构是用凸键定位、螺钉夹紧。该结构定位可靠，夹紧牢固、刚性好，但换装刀具费时，不能自动夹紧。另一类结构是圆柱柄上铣有齿条的结构，该结构可实现自动夹紧，换装比较快捷，刚性较刀块式差。,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,刀块式车刀系统圆柱齿条式车刀系统,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,进给量f,切削速度(V),背吃刀量ap,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,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,第一节数控车削工艺,5、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=nxfr(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,第一节数控车削工艺,5、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),(答)将=3.14D1=12n=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vf=frn=0.21350=270mm/min由此得出主轴每分钟进给量为270mm/min。,第一节数控车削工艺,螺纹切削方式,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,(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66mm100mm，批量30件。,典型数控车削零件的工艺分析,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,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。,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,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EFGHI等基点组成的回转面。后两次循环的走刀路线都与BC一DEFGHIB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。,第一节数控车削工艺,5、数控车削的工艺分析,(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