数控车削和数控车削中心的加工工艺ppt课件.ppt

数控车削和数控车削 中心的加工工艺 第5章 1 数控车床的介绍 数控车床加工类型 主要用于加工轴类 盘类等回转体零件 车削中心与数控车床的主要区别 车削中心具有动力刀架和C轴功能 可在一次装夹中完成更多的加工工序 提高加工精度和生产效率 同时还可以加工变节距变径螺纹 端面凸轮槽 交叉槽等 特别适合于复杂形状回转类零件的加工 2 第5章数控车削和车削中心的加工工艺 5 1数控车削的主要加工对象5 1 1要求高的回转体零件5 1 2表面形状复杂的回转体零件5 1 3带横向加工的回转体零件5 1 4带一些特殊类型螺纹的零件 3 5 2数控车削加工工艺的制订5 2 1零件图工艺分析5 2 2工序和装夹方法的确定5 2 3加工顺序和进给路线的确定5 2 4数控车削刀具5 2 5切削用量的选择 4 5 3典型工件的工艺分析5 3 1轴类零件数控车削工艺分析5 3 2套类零件数控车削工艺分析5 3 3盘类零件数控车削工艺分析 5 零件车削 6 5 1数控车削的主要加工对象 5 1 1要求高的回转体零件1 精度要求高的零件2 表面粗糙度好的回转体3 超精密 超低表面粗糙度的零件磁盘 录象机磁头 激光打印机的多面反射体 复印机的回转鼓 照相机等光学设备的透镜及其模具 以及隐形眼镜等要求超高的轮廓精度和超低的表面粗糙度 7 5 1 2表面形状复杂的回转体零件 成型内腔壳体零件示例 8 5 1 3带横向加工的回转体零件 端面有分布的孔系 曲面的盘类零件也可选择立式加工中心加工径向孔的盘套或轴类零件也常选择卧式加工中心加工 如果采用普通机床加工 工序分散 工序数目多 采用加工中心加工后 由于有自动换刀系统 使得一次装夹可完成普通机床的多个工序的加工 减少了装夹次数 实现了工序集中的原则 保证了加工质量的稳定性 提高了生产率 降低了生产成本 9 5 1 4带一些特殊类型螺纹的零件 传统车床所能切削的螺纹相当有限 它只能车等节距的直 锥面公 英制螺纹 而且一台车床只限定加工若干种节距 数控车床不但能车任何等节距的直 锥和端面螺纹 而且能车增节距 减节距 以及要求等节距 变节距之间平滑过渡的螺纹和变径螺纹 数控车床可以配备精密螺纹切削功能 再加上采用机夹硬质合金螺纹车刀 以及可以使用较高的转速 所以车削出来的螺纹精度较高 表面粗糙度小 10 5 2数控车削加工工艺的制订 5 2 1零件图工艺分析1 构成零件轮廓的几何条件分析零件图时应注意 1 零件图上是否漏掉某尺寸 使其几何条件不充分 影响到零件轮廓的构成 2 零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清 使编程无法下手 11 3 零件图上给定的几何条件是否不合理 造成数学处理困难 4 零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点 应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸 12 2 尺寸精度要求在利用数控车床车削零件时 常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据 3 形状和位置精度的要求零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据 4 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 也是合理选择数控车床 刀具及确定切削用量的依据 5 材料与热处理要求零件图样上给定的材料与热处理要求 是选择刀具 数控车床型号 确定切削用量的依据 13 5 2 2工序和装夹方法的确定 1 工序的划分数控车削加工的两种划分原则 1 按所用刀具划分工序采用这种方式可提高车削加工的生产效率 2 按粗 精加工划分工序图采用这种方式可保持数控车削加工的精度 14 2 确定零件装夹方法和夹具选择 数控车床夹具选择 数控车床多采用三爪自定心卡盘夹持工件 轴类工件还可采用尾座顶尖支持工件 为便于工件夹紧 多采用液压高速动力卡盘还可使用软爪夹持工件 软爪弧面由操作者随机配制 可获得理想的夹持精度为减少细长轴加工时受力变形 提高加工精度 以及在加工带孔轴类工件内孔时 可采用液压自动定心中心架 15 数控车床加工中心夹具的选择 1 用于轴类零件的夹具用于轴类工件的夹具有自动夹紧拨动卡盘 拨齿顶尖 三爪拨动卡盘和快速可调万能卡盘等 2 用于盘类零件的夹具用于盘类零件的夹具主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘 这类夹具适用于无尾座的卡盘式数控车床上 16 5 2 3加工顺序和进给路线的确定 1 加工顺序的确定针对数控车削的特点对以下原则进行叙述 1 先粗后精图 2 先近后远加工 减少空行程时间 是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的 例 用作精基准的表面应优先加工出来 因为定位基准的表面越精确 装夹误差就越小 3 内外交叉 远与近概念 4 基面先行原则 17 2 加工进给路线的确定概念 进给路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹 它不但包括了工步的内容 而且也反映出工步的顺序 1 加工路线与加工余量的关系 对大余量毛坯进行阶梯切削时的加工路线阶梯切削路线从轴向和径向进刀 顺工件毛坯轮廓走刀的路线 分层切削时刀具的终止位置从第二刀开始就要注意防止走刀到终点时切削深度的猛增图 18 2 刀具的切入 切出在数控机床上进行加工时 要安排好刀具的切入 切出路线 尽量使刀具沿轮廓的切线方向切入 切出 尤其是车螺纹时 必须设置升速段 1和降速段 2 如图 这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定 3 确定最短的空行程路线实践中的部分设计方法或思路 巧用对刀点 巧设换刀点 合理安排 回零 路线 19 4 确定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 应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求 不要顾此失彼 图结论 矩形循环进给路线的走刀长度总和为最短 即在同等条件下 其切削所需时间 不含空行程 为最短 刀具的损耗小 20 5 2 4数控车削刀具 1 对刀具的要求A 为使粗车能大吃刀 大走刀 要求粗车刀具强度高 耐用度好 B 精车首先是保证加工精度 所以要求刀具的精度高 耐用度好 C 为减少换刀时间和方便对刀 应尽可能多地采用机夹刀 D 多数情况下应采用涂层硬质合金刀片 E 数控车床对刀片的断屑槽有较高的要求 数控车削刀片常采用三维断屑槽F 数控车床还要求刀片耐用度的一致性好 以便于使用刀具寿命管理功能 21 2 对刀座 夹 的要求刀座的结构取决的因素 刀体的形状 刀架的外型和刀架对主轴的配置方式这三个 用户在选型时 应尽量减少种类 型式 以利管理 22 3 数控车刀可转位刀具的介绍 1 数控车床可转位刀具特点数控车床所采用的可转位车刀 其几何参数是通过刀片结构形状和刀体上刀片槽座的方位安装组合形成的 与通用车床相比一般无本质的区别 其基本结构 功能特点是相同的 但数控车床的加工工序是自动完成的可转位刀具具体要求和特点如下 23 24 2 可转位车刀的种类可转位车刀按其用途可分为外圆车刀 仿形车刀 端面车刀 内圆车刀 切槽车刀 切断车刀和螺纹车刀等 25 3 可转位车刀的结构形式 由杠杆 螺钉 刀垫 刀垫销 刀片所组成 由紧定螺钉 刀垫 销 压紧楔块 刀片所组成 由紧定螺钉 刀垫 销 楔块 刀片所组成 杠杆式 楔块式 楔图块夹紧式 图 图 图 26 4 合理选择刀具数控车床刀具的选刀过程图 1 机床影响因素 机床类型 数控车床 车削中心 刀具附件 刀柄的形状和直径 左切和右切刀柄 主轴功率 工件夹持方式 27 2 选择刀杆首先选用尺寸尽可能大的刀杆 同时要考虑以下几个因素 夹持方式 切削层截面形状 即背吃刀量和进给量 刀柄的悬伸 28 3 刀片夹紧系统 杠杆式夹紧系统杠杆式夹紧系统是最常用的刀片夹紧方式 特点 定位精度高 切屑流畅 操作简便 可与其它系列刀具产品通用 螺钉夹紧系统特点 适用于小孔径内孔以及长悬伸加工 29 4 选择刀片形状参数选择方法 刀尖角在工件结构形状和系统刚性允许的前提下 应选择尽可能大的刀尖角 通常这个角度在35o到90o之间 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 下面介绍正三角形刀片 正方形刀片 正五边形刀片 菱形刀片和圆形刀片 30 A 正三角形刀片可用于主偏角为600或900的外圆车刀 端面车刀和内孔车刀 特点 刀尖角小 强度差 耐用度低 只宜用较小的切削用量 B 正方形刀片的刀尖角为900优点 强度和散热性能均有所提高 通用性较好 主要用于主偏角为450 600 750等的外圆车刀 端面车刀和镗孔刀 31 C 正五边形刀片的刀尖角为1080 优点 强度 耐用度高 散热面积大 缺点 切削时径向力大 只宜在加工系统刚性较好的情况下使用 D 菱形刀片和圆形刀片主要用于成形表面和圆弧表面的加工 32 5 工件影响因素选择刀具时应考虑的因素 工件形状 稳定性 工件材质 硬度 塑性 韧性 可能形成的切屑类型 毛坯类型 锻件 铸件等 工艺系统刚性 机床夹具 工件 刀具等 表面质量 加工精度 切削深度 进给量 刀具耐用度 33 6 选择工件材料代码右图工件材料组下表 34 7 确定刀片的断屑槽型 8 选择加工条件脸谱三类脸谱代表了不同的加工条件 很好 好 不足 9 选定刀具 选定刀片材料 选定刀具 35 5 对刀 1 一般对刀一般对刀是指在机床上使用相对位置检测手动对刀 2 机外对刀仪对刀机外对刀的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间X及Z方向的距离 3 自动对刀动对刀是通过刀尖检测系统实现的 刀尖以设定的速度向接触式传感器接近 当刀尖与传感器接触并发出信号 数控系统立即记下该瞬间的坐标值 并自动修正刀具补偿值 36 5 2 5切削用量的选择 车削用量的选择原则粗车时 考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap 其次选择一个较大的进给量f 最后确定一个合适的切削速度v 精车时 精车时应选用较小 但不太小 的背吃刀量ap和进给量f 并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数 以尽可能提高切削速度v 1 背吃刀量ap的确定在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下 尽可能选取较大的背吃刀量 以减少进给次数 37 对刀 38 2 进给量f 有些数控机床用进给速度Vf 进给量f的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应 在保证工件加工质量的前提下 可以选择较高的进给速度 2000 min以下 在切断 车削深孔或精车时 应选择较低的进给速度 当刀具空行程特别是远距离 回零 时 可以设定尽量高的进给速度 粗车时 一般取f 0 3 0 8 r 精车时常取f 0 1 0 3 r 切断时f 0 05 0 2 r 39 3 主轴转速的确定 1 光车外圆时主轴转速光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径 并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定 切削速度确定后 用公式n 1000vc d计算主轴转速n r min 2 车螺纹时主轴的转速大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速n r min 为 n 1200 P k式中P 被加工螺纹螺距 k 保险系数 一般取为80 40 5 3典型工件的工艺分析 5 3 1轴类零件数控车削工艺分析1 实例一 典型轴类零件如图所示 零件材料为45钢 无热处理和硬度要求 试对该零件进行数控车削工艺分析 1 零件图工艺分析 2 选择设备 3 确定零件的定位基准和装夹方式 4 确定加工顺序及进给路线 5 刀具选择 6 切削用量选择 41 1 零件图工艺分析可采用以下几点工艺措施 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 在轮廓曲线上 有三处为圆弧 其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线 因此在加工时应进行机械间隙补偿 以保证轮廓曲线的准确性 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 60 棒料 42 2 选择设备根据被加工零件的外形和材料等条件 选用TND360数控车床 3 确定零件的定位基准和装夹方式 定位基准确定坯料轴线和左端大端面 设计基准 为定位基准 装夹方法左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧 右端采用活动顶尖支承的装夹方式 4 确定加工顺序及进给路线图加工顺序按由粗到精 由近到远 由右到左 的原则确定 即先从右到左进行粗车 留0 25 精车余量 然后从右到左进行精车 最后车削螺纹 43 5 刀具选择 选用 5 中心钻钻削中心孔 粗车及平端面选用900硬质合金右偏刀 副偏角不宜太小 选 350 精车选用900硬质合金右偏刀 车螺纹选用硬质合金600外螺纹车刀 刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径 取r 0 15 0 2 将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中 见教材170页表5 7 以便编程和操作管理 44 6 切削用量选择 背吃刀量的选择轮廓粗车循环时选ap 3 精车ap 0 25 螺纹粗车时选ap 0 4 逐刀减少 精车ap 0 1 主轴转速的选择直线和圆弧时 查表选粗车切削速度vc 90m min 精车切削速度vc 120m min 然后利用公式vc dn 1000计算主轴转速n 粗车直径D 60 精车工件直径取平均值 粗车500r min 精车1200r min 车螺纹时 参照式 n 1200 P k 计算主轴转速n 320r min 45 进给速度的选择粗车每转进给量为0 4 r 精车每转进给量为0 15 r 最后根据公式vf nf计算粗车 精车进给速度分别为200 min和180 min 综合前面分析的各项内容 并将其填入表教材170页5 8所示的数控加工工艺卡片 46 2 实例二如图为典型轴类零件 该零件材料为LY12 毛坯尺寸为 22 95 无热处理和硬度要求 试对该零件进行数控车削工艺分析 1 零件图工艺分析 2 选择设备 3 确定零件的定位基准和装夹方式 4 确定加工顺序及进给路线 5 刀具选择 6 确定切削用量 47 1 零件图工艺分析该零件表面由圆柱 圆锥 凸圆弧 凹圆弧及螺纹等表面组成 零件材料为LY12 毛坯尺寸为为 22 95 无热处理和硬度要求 2 选择设备根据被加工零件的外形和材料等条件 选用CK6140数控车床 3 确定零件的定位基准和装夹方式 定位基准确定坯料轴线和左端面为定位基准 装夹方法采用三爪自定心卡盘自定心夹紧 48 4 确定加工顺序及进给路线加工顺序按先车端面 然后遵循由粗到精 由近到远 由右到左 的原则 即先从右到左粗车各面 留0 5 精车余量 然后从右到左精车各面 最后切槽 车削螺纹 切断 5 刀具选择刀具材料为W18Cr4V 将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中 见教材172页表5 9 49 6 确定切削用量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 然后利用公式vc dn 1000和vf nf 计算主轴转速与进给速度 计算过程略 最后根据实践经验进行修正 计算结果填入表5 9 见教材172页 工序卡中 综合前面分析的各项内容 并将填入表5 9 见教材172页 工序卡中 50 5 3 2套类零件数控车削工艺分析 1 在一般数控车床上加工的套类零件如图为典型轴套类零件 该零件材料为45钢 无热处理和硬度要求 试对该零件进行数控车削工艺分析 单件小批量生产 1 零件图工艺分析 2 选择设备 3 确定零件的定位基准和装夹方式 4 确定加工顺序及进给路线 5 刀具选择 6 切削用量选择 7 数控加工工艺卡片拟订 51 1 零件图工艺分析采用以下几点工艺措施 对图样上带公差的尺寸 因公差值较小 故编程时不必取平均值 而取基本尺寸即可 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 内孔尺寸较小 镗1 20锥孔与镗 32孔及150锥面时需掉头装夹 52 2 选择设备选用CJK6240数控车床 3 确定零件的定位基准和装夹方式 内孔加工定位基准 内孔加工时以外圆定位 装夹方式 用三爪自动定心卡盘夹紧 外轮廓加工定位基准 确定零件轴线为定位基准 装夹方式 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 见图A双点划线部分 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 53 4 确定加工顺序及进给路线加工顺序的确定原则 由内到外 由粗到精 由近到远的 在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面 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 见图B 54 5 刀具选择 6 切削用量选择利用公式vc dn 1000和vf nf 计算主轴转速与进给速度 计算结果填入表5 12工序卡中 背吃刀量的选择粗加工时 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 1 0 4 较为合适 7 数控加工工艺卡片拟订将前面分析的各项内容综合成表5 12所示的数控加工工艺卡片 55 在加工中心上加工的轴套类零件如图为升降台铣床的支承套 零件材料为45钢 无热处理和硬度要求 分析其数控加工工艺 1 零件图工艺分析 2 选择设备 3 确定零件的定位基准和装夹方式 5 确定加工顺序及进给路线 分析略 6 刀具选择 7 切削用量选择 分析略 8 数控加工工艺卡片拟订 56 1 零件图工艺分析为便于定位装夹 100f9外圆 80尺寸两面 78尺寸上面均在前面工序中用普通机床完成 数控加工的主要内容是 2 15H7孔 35H7孔 60 12窝 2 11 17 2 M6 6H螺孔 57 2 选择设备选用的卧式加工中心 主要参数是 工作台尺寸 400 400 工作台左右行程 X轴 500 工作台前后行程 Z轴 400 主轴箱上下行程 Y轴 400 主轴中心线至工作台面距离100 500 主轴端面至工作台中心线距离150 500 主轴锥孔BT 40 刀库容量30把 3 确定零件的定位基准和装夹方式工件以 100f9外圆 80尺寸左端面定位 58 4 工件坐标系设定B00 G54 X0 Y0设在 35H7孔中心上 Z0设在80尺寸左面 B900 G55 X0设在80尺寸左面 Y0设在 35H7孔中心上 Z0设在78尺寸上面 5 确定加工顺序及进给路线 6 刀具选择 7 切削用量选择 8 数控加工工艺卡片拟订 通过分析可得出加工工艺过程 见表5 14 59 5 3 3盘类零件数控车削工艺分析 如图所示带孔圆盘工件 材料为45钢 分析其数控车削工艺 1 零件图工艺分析2 选择设备3 确定零件的定位基准和装夹方式4 制定加工方案5 刀具选择及刀位号6 确定切削用量7 数控加工工艺卡片拟订 60 1 零件图工艺分析该零件属于典型的盘类零件 材料为45钢 可选用圆钢为毛坯 为保证在进行数控加工时工件能可靠的定位 可在数控加工前将左侧端面 95 外圆加工 同时将 55 内孔钻 53 孔 2 选择设备选定Vturn 20型数控车床 3 确定零件的定位基准和装夹方式 1 定位基准以已加工出的 95 外圆及左端面为工艺基准 2 装夹方法采用三爪自定心卡盘自定心夹紧 61 4 制定加工方案工步顺序 1 粗车外圆及端面 2 粗车内孔 3 精车外轮廓及端面 4 精车内孔5 刀具选择及刀位号选择刀具及刀位号如图 6 确定切削用量7 数控加工工艺卡片拟订 62 谢谢观看 63 64 65 车削加工的零件 66 例如 当加工如下图所示零件时 如果按 38 36 34 的次序安排车削 不仅会增加刀具返回对刀点