数控车削加工工艺与编程.ppt

2 1数控车削加工工艺分析 数控车削加工工艺是以普通车削加工工艺为基础 结合数控车床的特点 综合运用多方面的知识解决数控车削加工过程中面临的工艺问题 主要内容有 分析零件图纸 确定工序和工件在数控车床上的装夹方式 确定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 2 1 1数控车削加工内容 图2 1车削外圆示意图 a 45 车刀车削外圆 b 90 正偏刀车削外圆 c 反偏刀车削外圆 d 加工工件内部的外圆柱面 e 加工外沟槽 根据数控车床的工艺特点 数控车削加工主要有以下加工内容 1 车削外圆 a b c d e 2 车削内孔 图2 2车削内孔示意图 3 车削端面 图2 3车削端面示意图 a 45 车刀车削端面 b 左偏刀车削端面 由外向中心进刀 4 车削螺纹 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 2 1 2数控车床类型 1 按结构分类 2 按导轨分类 图2 4床身导轨的布局形式图2 4a 为水平床身布局图2 4b 为斜床身布局图2 4c 为水平床身配上倾斜放置的滑板布局 3 按刀架的布局分类 2 1 3数控车床结构特点 机床本体包括 床身 电动机 主轴箱 电动回转刀架 进给传动系统 冷却系统 润滑系统 安全保护系统等组成 结构特点如下 1 由于数控车床刀架的两个方向运动分别由伺服电动机驱动 所以它的传动链短 2 多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴 按控制指令作无级变速 主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速 3 数控车床的第三个结构特点是轻拖动 4 为了拖动轻便 数控车床的润滑都比较充分 大部分采用油雾自动润滑 5 由于数控车床的价格较高 控制系统的寿命较长 所以数控车床的滑动导轨也要求耐磨性好 6 数控车床还具有加工冷却充分 防护较严密等特点 7 数控车床一般还配有自动排屑装置 2 1 4数控车削工艺分析 工艺分析是数控车削加工的前期工艺准备工作 制定车削加工工艺之前 必须首先对被加工零件的图样进行分析 它主要包括以下内容 2 1 4数控车削工艺分析 1 结构工艺性分析零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性 即所设计的零件结构应便于加工成型 2 构成零件轮廓的几何要素由于设计等各种原因 在图纸上可能出现加工轮廓的数据不充分 尺寸模糊不清及尺寸封闭等缺陷 从而增加编程的难度 有时甚至无法编写程序 3 尺寸公差要求在确定控制零件尺寸精度的加工工艺时 必须分析零件图样上的公差要求 从而正确选择刀具及确定切削用量等 4 形状和位置公差要求图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要要求 5 表面粗糙度要求表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求 是合理选择机床 刀具及确定切削用量的重要依据 6 材料要求7 加工数量 2 1 5车削加工工件装夹 1 夹具类型在数控车床上用于装夹零件的装置称为车床夹具 车床夹具可分为通用夹具和专用夹具两大类 通用夹具是指能够装夹两种或两种以上零件的夹具 例如车床上的三爪卡盘 四爪卡盘 弹簧卡套和通用心轴等 专用夹具是专门为加工某一特定零件的某一工序而设计的夹具 1 三爪自定心卡盘 2 四爪单动卡盘 3 花盘 4 心轴 注意 选择夹具时应优先考虑通用夹具 使用通用夹具无法装夹 或者不能保证被加工零件与加工工序的定位精度时 才采用专用夹具 专用夹具的定位精度较高 成本也较高 专用夹具的作用为 1 保证产品质量 2 提高加工效率 3 解决车床加工中的特殊装夹问题 4 扩大机床的使用范围 2 基准 1 设计基准设计基准是设计零件时采用的基准 例如轴套类和轮盘类零件的中心线 轴套类和轮盘类零件都属于回转体类 通常将径向设计基准设置在回转体轴线上 将轴向设计基准设置在零件的某一端面或几何中心处 2 加工定位基准加工定位基准是在加工零件时装夹定位的基准 数控车削加工轴套类及轮盘类零件的加工定位基准只能是被加工零件的外圆表面 内圆表面或零件端面中心孔 3 测量基准被加工零件各项精度测量和检测时的基准 3 数控车床定位基准的选择定位基准的选择包括定位方式的选择和被加工零件定位面的选择 在数控车削加工中 较短轴类零件的定位方式常采用一端外圆固定 即用三爪卡盘 四爪卡盘或弹簧套固定零件的外圆表面 此定位方式对零件的悬伸长度有一定限制 零件悬伸过长会在切削过程中产生变形 还会增大加工误差甚至掉活 注意 对于切削长度较长的轴类零件 可以采用一夹一顶 或采用两顶尖定位 在装夹方式允许的条件下 零件的轴向定位面尽量选择几何精度较高的表面 4 装夹方法 1 三爪卡盘装夹 2 四爪卡盘装夹 3 花盘装夹 4 双顶尖拨盘装夹 5 双顶尖中心架装夹 使用两顶尖装夹工件时的注意事项 前后顶尖的连线应该与车床主轴中心线同轴 否则会产生锥度误差 尾座套筒在不与车刀干涉的前提下 应尽量伸出短些 以增加刚性和减小振动 中心孔的形状应正确 表面粗糙度应较好 两顶尖中心孔的配合应该松紧适当 6 一夹一顶跟刀架装夹 7 心轴装夹 2 1 6数控车刀的选择 1 常用数控车刀的类型数控车刀一般分为尖形车刀 圆弧形车刀和成型车刀三种类型 1 尖形车刀 2 圆弧形车刀 3 成型车刀 2 常用车刀的几何参数 1 尖形车刀的几何参数 2 圆弧形车刀的几何参数3 机夹可转位车刀的选用 1 刀片材质的选择 2 刀片的紧固方式 3 刀片外形的选择 4 刀杆头部形式的选择 5 刀片后角的选择 6 左右手刀柄的选择 7 刀尖圆弧半径的选择 8 断屑槽形的选择 表2 1常用刀片形状 表2 2不同刀尖圆弧半径时最大进给量 2 1 7数控车床切削用量的选择 1 背吃刀量的确定2 主轴转速的确定 1 光车时表主轴转速的确定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来确定 在实际生产中 主轴转速可用下式计算 式中n 主轴转速 r min vc 切削速度 m min d 零件待加工表面的直径 mm 2 车螺纹时车削螺纹时 车床的主轴转速将受到螺纹的螺距 或导程 大小 驱动电机的升降频特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响 对于不同的数控系统 推荐有不同的主轴转速选择范围 例如 大多数经济型数控车床的数控系统 推荐切削螺纹时的主轴转速为 式中 工件螺纹的螺距或导程 mm 保险系数 一般取80 2 1 8车削加工顺序的确定 如图2 18 a 所示手柄零件 批量生产 加工时用一台数控车床 该零件加工所用坯料为mm的棒料 加工顺序如下 制定零件车削加工顺序一般遵循下列原则 1 先粗后精按照粗车 半精车 精车的顺序 逐步提高加工精度 粗车将在较短的时间内将工件表面上的大部分加工余量 如图2 19中的双点划线内所示部分 切掉 一方面提高金属切除率 另一方面满足精车的余量均匀性要求 2 先近后远这量所说的远和近是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的 3 内外交叉对既有内表面 内型 腔 又有外表面需加工的零件 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 2 1 9进给路线的确定 进给路线 刀具刀位点相对于工件的运动轨迹和方向称为进给路线 1 轮廓粗车进给路线图2 21粗车进给路线示意图 a 表示利用数控系统的循环功能控制车刀沿着工件轮廓线进行进给的路线 b 为三角形循环 车锥法 进给路线 c 为矩形循环进给路线 其路线总长最短 因此在同等切削条件下的切削时间最短 刀具损耗最少 2 车削圆锥的加工路线图2 23 a b 为车削倒锥的两种加工路线 分别与图2 22 a b 相对应 其车锥原理与正圆锥相同 有时在粗车圆弧时也经常使用 3 车削圆弧的加工路线 1 车锥法粗车圆弧 2 车矩形法粗车圆弧 3 车圆法粗车圆弧 4 车螺纹时的加工路线分析螺纹加工的类型包括圆柱螺纹 圆锥螺纹 端面螺纹 单头螺纹和多头螺纹 恒螺距与变螺距螺纹 1 螺纹加工方法在数控车床上加工螺纹的进刀方式通常有直进法和斜进法 如图2 27所示 直进法使用刀具双侧刃切削 切削力较大 一般用于螺距或导程小于3mm的螺纹加工 斜进法使用刀具单侧刃切削 切削力较小 一般用于螺距或导程大于3mm的螺纹加工 图2 27螺纹加工方法 2 螺纹尺寸的计算在用车削螺纹指令编程前 需对螺纹的相关尺寸进行计算 以确定车削螺纹程序段中的有关参数 螺纹牙型高度车削螺纹时 车刀总的切削深度是牙型高度 即螺纹牙顶到牙底之间垂直于螺纹轴线的距离 根据GB T196 2003普通螺纹国家标准规定 普通螺纹的牙型理论高度H 0 866P 实际加工时 由于螺纹车刀刀尖半径的影响 螺纹牙型实际高度 式中 H 牙型理论高度 mm h 牙型实际高度 mm P 螺距 mm 螺纹进刀与退刀距离在加工螺纹时 沿螺距方向 Z向 刀具进给速度与主轴转速有严格的匹配关系 由于螺纹加工开始有一个加速过程 结束有一个减速过程 在加减速过程中主轴转速保持不变 因此 在这两段距离内螺距是变化的 如图2 28所示 图2 28进刀与退刀距离 螺纹顶径控制在螺纹切削时 由于刀具的挤压使得最后加工出来的顶径塑性膨胀 从而影响螺纹的装配和正常使用 考虑到这个问题 在螺纹切削前的圆柱加工中 先多切除一部分材料 将外圆柱车小 内圆柱车大 这个值一般是0 2 0 3mm 螺纹大径和小径可根据经验公式计算d大 D 0 1P式 2 7 d小 D 1 3P式 2 8 式中 D 螺纹的公称直径 mm P 螺纹的螺距 mm 5 车槽加工路线分析 1 对于宽度 深度值相对不大 且精度要求不高的槽 可采用与槽等宽的刀具 直接切入一次成型的方法加工 如图2 29所示 2 对于宽度值不大 但深度较大的深槽零件 为了避免切槽过程中由于排屑不畅 使刀具前部压力过大出现扎刀和折断刀具的现象 应采用分次进刀的方式 刀具在切入工件一定深度后 停止进刀并退回一段距离 达到排屑和断屑的目的 如图2 30所示 图2 29简单槽类零件的加工方式图2 30深槽零件的加工方式 3 宽槽的切削 通常把大于一个切刀宽度的槽称为宽槽 宽槽的宽度 深度的精度及表面质量要求相对较高 在切削宽槽时常采用排刀的方式进行粗切 然后是用精切槽刀沿槽的一侧切至槽底 精加工槽底至槽的另一侧 再沿侧面退出 切削方式如图形2 31所示 图2 31宽槽切削方法示意图 7 空行程进给路线 1 合理安排 回零 路线合理安排退刀路线时 应使其前一刀终点与后一刀起点问的距离尽量减短 或者为零 以满足进给路线为最短的要求 2 巧用起刀点和换刀点图2 32 a 为采用矩形循环方式粗车的一般情况 考虑到精车等加工过程中换刀的方便 故将对刀点A设置在离坯件较远的位置处 同时将起刀点与对刀点重合在一起 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2 32 b 则是将起刀点与对刀点分离 并设于B点位置 仍按相同的切削用量进行三刀粗车 其进给路线安排如下 车刀先由对刀点A运行至起刀点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 图2 32巧用起刀点 8 轮廓精车进给路线在安排轮廓精车进给路线时 应妥善考虑刀具的进 退刀位置 避免在轮廓中安排切入和切出 避免换刀及停顿 以免因切削力突然发生变化而造成弹性变形 致使在光滑连续的轮廓上产生表面划伤 形状突变或滞留刀痕等缺陷 合理的轮廓精车进给路线应是一刀连续加工而成 注意 零件加工的进给路线 应综合考虑数控系统的功能 数控车床的加工特点及零件的特点等多方面的因素 灵活使用各种进给方法 从而提高生产效率 2 2数控车床编程基础 2 2 1数控车床编程特点 1 尺寸字选用灵活2 重复循环切削功能3 直接按工件轮廓编程4 采用直径编程 2 2 2数控车削加工坐标系 1 数控车床坐标系 图2 33数控车床坐标系 2 工件坐标系 图2 34实际加工时的工件坐标系 3 设置工件坐标系的方法 a 方法1 b 方法2 图2 35设定工件坐标系方法 2 2 3数控车床基本指令 1 基本移动指令 G00 G01 G02 G03 1 G00快速点定位格式 G00X U Z W 图2 36快速进给 2 G01直线插补格式 G01X U Z W F 图2 37直线插补 3 G01倒角 倒圆功能 图2 38倒角和倒圆 4 圆弧插补指令G02 G03 格式 G02 G03X U Z W I K F 或G02 G03X U Z W R F 5 圆弧插补指令的应用 2 暂停指令 G04 G04指令可使刀具作暂短的无进给光整加工 一般用于镗平面 锪孔等场合 格式 G04X P 3 进给功能设定 G98 G99 1 快速移动 即当程序中指定了G00命令时 刀具以系统中参数指定的速度运行 2 切削进给 即刀具以程序中给定的F值运动 此时切削进给速度可用两种指令方式设定 4 主轴转速功能设定 G50 G96 G97 主轴转速功能用地址S及其后面数字指定主轴转速 编程格式S 5 刀具功能T指令 T功能指令用于选择加工所用刀具 编程格式 T 6 自动回机床参考点 G28 G27 1 G28自动返回参考点编程指令 G28X U Z W 2 G27回参考点检验编程格式 G27X U Z W 7 公制 英制变换 G21 G20 G21表示为米制 G20表示为英制 G21 G20指令断电前后一致 8 M功能9 刀具控制 2 2 4切削循环指令 1 G90 外径 内径切削循环 1 圆柱面切削循环格式 G90X U Z W F 2 圆锥面切削循环格式 G90X U Z W R F 图2 48圆柱面切削循环 图2 50圆锥面切削循环 2 G94 端面切削循环 1 平端面切削循环格式 G94X U Z W F 图2 52平端面切削循环 2 锥端面切削循环格式 G94X U Z W R F 图2 54锥端面切削循环 3 复合循环 4 螺纹车削加工指令 2 2 5特殊循环指令 孔钻削的主要问题是排屑 如果用G01指令编程 解决排屑问题相当麻烦 深孔钻削循环G74指令 是解决这个问题的最好办法 1 G74 深孔钻削循环格式 G74R e G74X U Z W P i Q k R d F f 图2 65G74钻孔循环轨迹 2 G75 切槽循环格式 G75R e G75X U Z W P i Q k R d F f 图2 67G75切槽循环轨迹 2 2 6刀具补偿及其编程指令 1 刀具位置补偿 刀具位置补偿是指当刀具的实际位置与编程理论位置存在误差时 通过刀具位置补偿值的设定 使刀具在X Z轴方向获得相应的补偿量 它是操作