第四章数控车削加工工艺.ppt

数控加工工艺车削加工工艺,第四单元数控车削加工工艺,了解数控车削中要解决的主要工艺问题以及各种问题的解决方法。掌握数控车削工艺拟定的过程、工序的划分方法、工序顺序的安排和进给路线的确定等工艺知识，对数控车削工艺知识有一个系统的了解，并学会对一般数控车削零件加工工艺进行分析及制定加工方案。,教学目的：,第四单元数控车削加工工艺,学习内容与知识点：,数控车床的主要加工对象,配轮廓数控装置主要车削有锥度、圆弧的轴类零件。,数控车床主要用于加工轴类、套类和盘类等回转体零件的加工；,配点位、直线数控装置主要车削没有锥度、圆弧的轴类零件；,数控车削加工零件的类型（单击观看录像）,数控车床种类较多，但主体结构都是由：车床主体、数控装置、伺服系统三大部分组成。,数控车床结构及分类,数控车床与普通车床在结构上具有明显差异。,数控车床与普通车床结构差别,右图是同一品牌的数控车床与普通车床。结构上具有明显差异,数控系统；,床身稳固装有防护门；,保留主轴箱、尾座；取消挂轮箱、进给箱、溜板箱、光杆、丝杆等；,配备自动刀架对刀仪自动排屑等辅助设备。,伺服系统；,数控车床结构及分类,数控车床结构及分类,按数控系统功能分,按主轴的配置形式分,按数控系统控制的轴数分,全功能型,数控型,卧式,立式,两轴控制,四轴控制,卧式数控车床,数控车床结构及分类,数控车削中心,数控车床结构及分类,立式电脑车床,数控车床结构及分类,数控车床坐标系,经济型数控车床只有X、Z两轴,Z,X,主轴中心线方向,工件径向水平方向,坐标轴方向,机床某一部件的运动增大刀具与工件之间距离定为该轴的正方向。,后刀座坐标系,数控车床坐标系,前刀座坐标系,数控车床坐标系,数控车通用夹具的装夹,两顶尖之间装夹,卡盘和顶尖装夹,双三爪定心卡盘装夹,常用装夹方式,数控车通用夹具的装夹,支承套装夹示意图,数控车削加工的对刀,对刀点的选择原则,便于用数字处理和简化程序编制,在机床上找正容易，加工中便于检查,引起的加工误差小,对刀点可选在工件上，也可选在工件外面（如选在夹具上或机床上）。但必须与零件的定位基础有一定的尺寸关系。,数控车削加工的对刀,试切对刀,机外对刀仪对刀,ATC对刀,自动对刀,对刀方法,第4章数控车削加工工艺,4.2数控车削加工工艺概述4.2.1数控车削加工的主要对象数控车削是数控加工中用得最多的加工方法之一。由于数控车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补（高档车床数控系统还有非圆弧曲线插补功能）以及在加工过程中能自动变速等特点，因此其加工范围较普通车床宽得多。针对数控车床的特点，下列几种零件最适合数控车床削加工。(1)轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件(2)精度要求高的回转体零件(3)带特殊螺纹的回转体零件,图4-1成型内腔壳体零件示例组成零件轮廓的曲线可以是数学方程式表述的曲线，也可以是列表曲线。对于由直线或圆弧组成的轮廓，直接利用机床的直线或圆弧插补功能。对于由非圆曲线组成的轮廓，可以用非圆曲线插补功能;若所选机床没有非圆曲线插补功能，则应先用直线或圆弧去逼近，然后再用直线或圆弧插补功能进行插补切削。,车外圆,车端面,钻孔,车内孔,切槽,切断,车锥面,车型面,车螺纹,加工范围,数控车削的基本特征与加工范围,数控车削的基本特征与加工范围,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，具体见后。,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,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，具有高精度、高效率、高柔性化等综合特点，适合中小批量形状复杂零件的多品种、多规格生产。数控车床按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。除具有一般二轴联动数控车床的各种车削功能外，车削中心的转塔刀架上有能使刀具旋转的动力刀座，主轴具有按轮廓成形要求连续（不等速回转）运动和进行连续精确分度的C轴功能，并能与X轴或Z轴联动，控制轴除X、Z、C轴之外，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，在具有插补功能的条件下，还可以实现各种曲面铣削加工。,数控车床的种类和特征,数控车床的主要加工对象,数控车削加工是数控加工中用得最多的加工方法之一，由于数控车床具有精度高、能做直线和圆弧插补以及在加工过程中能自动变速的特点，其工艺范围较普通机床宽得多。数控车床适合于车削具有以下要求和特点的回转类零件。,数控车床的主要加工对象,高精度的机床主轴,高速电机主轴,精度要求高的回转体零件,数控车床的主要加工对象,非标丝杠,带特殊螺纹的回转体零件,表面形状复杂的回转体零件,数控车床的主要加工对象,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,数控车床的主要加工对象,其他形状复杂的零件,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,数控车床的主要加工对象,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,数控车削工件的装夹,通用夹具装夹,找正：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。,数控车削工件的装夹,采用找正的方法,数控车削工件的装夹,也可以改变夹紧力的作用点，采用轴向夹紧的方式。,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,数控车削的对刀,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,4.2.2数控车削加工工艺的基本特点数控车床加工的程序是数控车床的指令性文件。数控车床受控于程序指令，加工的全过程都是按程序指令自动进行的。数控车床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还有包括切削用量，走刀路线，刀具尺寸以及车床的运动过程。4.2.3数控车削加工工艺的主要内容(1)选择适合在数控车床上加工的零件，确定工序内容。(2)恒线被加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求。(3)确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。(4)加工工序的设计。(5)数控加工程序的调整。,4.3数控车削加工工艺分析,其主要内容由：分析零件图纸、确定工具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。4.3.1数控车削加工零件的工艺性分析（1）零件图分析尺寸标注方法分析轮廓几何要素分析精度及技术要求分析,图4-2零件尺寸标注分析如图4-2所示，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点统一。,图4-3几何要素缺陷示例一如图4-3所示的几何要素中，根据图示尺寸计算，圆弧与斜线相交而并非相切。,图4-4几何要素缺陷示例二如图4-4所示的几何要素，图样上给定几何条件自相矛盾，总长不等于各段长度之和。,精度及技术要求分析的主要内容如下。a.分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理；b.分析本各项的数控车床加工精度能否达到图样要求，若达不到，需采取其他措施（如磨削）弥补时，则应给后续各项留有余量；c.找出图样上有位置精度要求的表面，这些表面应在一次安装下完成；d.对表面粗糙度要求较高的表面，应确定用恒线速切削。（2）结构工艺性分析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。在数控车床上加工零件时，应根据数控车削的热点，认真审视零件结构的合理性。,图4-5结构工艺性示例如4-5（a）所示零件，需用三把不同宽度的切槽刀切槽，如无特殊需要，显然不合理。图4-5（b），只需一把刀就可切出三个槽，即减少了刀具输入，少占了刀架刀位，又节省了换刀时间。,（3）零件安装方式的选择在数控车床上零件的安装方式与普通车床一样，要合理选择定位基准和夹紧方案，主要注意一下两点。力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于提高编程时数值计算的简便性和精确性。尽量减少装夹次数，尽可能在一次装夹后，加工出全部待加工面。4.3.2数控车削加工工艺路线的拟定(1)加工方法的选择(2)加工工序划分保持精度原则提高生产效率的原则(3)加工路线的确定在数控加工中，刀具（严格所是刀位点）相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线，即刀具从对刀点开始运动其，直至加工结束所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。,图4-6车正锥的两种加工路线按图3-6（a）车正锥时，需要计算终刀距S。假设圆锥大径为D，小径为d，锥长为L。背吃刀量，则由相似三角形可得：（D-d）/（2L）=/S则S=2L/(D-d)，按此种加工路线刀具切削运动的居然较短。当按图4-6（b）的走刀路线车正锥时，则不需要计算终倒距S，只要确定背吃刀量，即可车出圆锥轮廓，编程方便。,车圆弧的加工路线分析,图4-8车圆法切削路线图3-8所示为车圆弧时车圆法切削路线。即用不同半径圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。此方法在确定那每次背吃刀量后，对90圆弧的起点、终点坐标较易确定。图4-8（a）的走刀路线较短，但图4-8（b）加工的空行程较长。,图3-9车锥法切削路线图3-9所示为车圆弧的车锥法切削路线，即先车一个圆锥，再车圆弧。但要主要车锥时的起点和终点的确定。若确定不好，则肯损坏圆弧表面，也肯将余量留的过大。确定方法是连接OB交圆弧与D，过D点作圆弧的切线AC。有几何关系得BD=OB-OD=R-R=0.414R此为车锥时的最大切削余量，即车锥时，加工路线不了超过AC线。由BD与ABC的关系，可得AB=CB=BD=0.586R这样可以确定出车锥时的起点和终点。但不太大时，可取ABCB0.5R。此方法数值计算交繁，但其刀具切线路线较短。,轮廓粗车加工路线分析切削进给路线最短，可有效提高生产效率，降低刀具损耗。,图4-10粗车进给路线示例图4-10给出了三种不同的轮廓粗车切削径路线，其中图4-10（）表述利用数控系统具有的封闭式符合循环功能控制车刀沿着工件轮廓线进行进给的路线；图4-10（）为三角形循环进给路线；图4-10（）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。,车螺纹时的轴向进给距离分析在数控车床上车螺纹时，沿螺距方向的Z向进给应和车床主轴的旋转保持严格的速比不安心，因此应避免在进给机构加速或减速的过程中切削。,图4-11车螺纹时的引入距离和超越距离,（）车削加工顺序的安排制订零件车削加工顺序一般遵循下列原则。先粗后精先近后远内外交叉基面先行圆锥4.2.3数控车削加工工序的设计（）夹具的选择（2）刀具的选择,图4-15常用车刀的种类、形状和用途1-切断刀；2-90左偏刀；3-90右偏刀；4-弯头车刀；5-直头车刀；6-成型车刀；7-宽刃精车刀；8-外螺纹车刀；9-端面车刀；10-内螺纹车刀；11-内槽车刀；12-通孔车刀；13-盲孔车刀,（3）切削用量的确定切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具的切削性能，保证和你的刀具内用的；并充分发挥机床的性能，最大限度提高生产率，降低成本。主轴转速n的确定进给速度的确定背吃刀量的确定4.2.4数控车削加工中的装刀与对刀装刀与对刀是数控机床加工中极其并十分棘手的一项基本工作。（1）车刀的安装（2）刀位点（3）对刀（4）换刀点位置的确定,4.4典型零件的加工工艺分析,4.4.1轴类零件,图4-21典型轴类零件,（1）零件图工艺分析（2）确定装夹方案（3）确定加工顺序及进给路线（4）刀具选择（5）切削用量的选择,图4-22精车轮廓进给路线,二、轴套类零件数控车削加工工艺,数控车削的工艺分析,典型数控车削零件的工艺分析,1零件图工艺分析该零件为轴承套。表面由内外圆柱面、内圆锥面、顺圆弧、逆圆弧及外螺纹等表面组成，其中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。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。,数控车削的工艺分析,二、轴套类零件数控车削加工工艺,典型数控车削零件的工艺分析,2确定装夹方案：内孔加工时以外圆定位，用三爪自动定心卡盘夹紧。加工外轮廓时，为保证一次安装