《数控编程技能训练 项目教程》-项目1-2

任务一

工件与刀具的安装

知识准备(一)数控车床夹具随着现代化工业的发展，金属加工中碰到的奇形怪状的产品已不足为鲜，要想加工这些产品，最大的难题就是怎样去夹持，因为加工只要有刀具、机床就可以实现，但夹持就要相对难办，故夹具在金属加工中起到了至关重要的作用。首先，一个好的夹具，必须要满足能够有效夹持，其次还要有高的夹持精度、效率、可靠性以及较长的使用寿命等。为了充分发挥数控机床高速度、高精度和自动化的效果，还应有相应的数控夹具进行配合，夹具除了使用通用三爪自定心卡盘、四爪卡盘及大批量生产中使用便于自动控制的液压电动及气动夹具外，数控车床加工中还有多种相应的夹具，它们主要分为两大类，即用于轴类工件的夹具和用于盘类工件的夹具。下一页返回任务一

工件与刀具的安装

1.用于轴类工件的夹具数控车床加工轴类工件时，坯件装夹在主轴顶尖和尾座顶尖之间，工件由主轴上的拨盘或拨齿顶尖带动旋转。这类夹具在粗车时可以传递足够大的转矩，以适应主轴的高速旋转车削。用于轴类工件的夹具有自动夹紧拨动卡盘、拨齿顶尖、三爪自定心卡盘和快速可调万能卡盘等。图1一2一1所示为三爪自定心卡盘。1)圆柱心轴图1一2一2所示为圆柱心轴的结构形式。图1一2一2(a)所示为间隙配合心轴，装卸工件较方便，但定心精度不高;图1一2一2(b)所示为过盈配合心轴，由引导部分1、工作部分2和传动部分3组成，这种心轴制造简单，定心准确，不用另设夹紧装置，但装卸工件不便，易损伤工件定位孔，因此多用于定心精度要求高的精加工;图1一2一2(c)所示为花键心轴，用于加工以花键孔定位的工件。上一页下一页返回任务一

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2)圆锥心轴如图1-2一3所示，工件在锥度心轴上定位，并靠工件定位圆孔与心轴限位圆锥面的弹性变形夹紧工件。这种定位方式的定心精度高，可达小0.O1一小0.02mm，但工件的轴向位移误差较大，适用于工件定位精度不低于IT7的精车和磨削加工，且不能用于加工端面。3)锥套心轴和锥堵在空心主轴加工过程中，通常采用外圆表面和中心孔互为基准进行加工。在机加工开始时，先以支承轴颈为粗基准加工两端面和中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆表面。在内孔加工时，以加工后的支承轴颈为精基准。在内孔加工完成后，用如图1一2-4(a)所示的锥堵或如图1一2-4(b)所示的锥套心轴定位精加工外圆表面，保证各表面间的相互位置精度，最后以精加工后的支承轴颈定位精磨内孔。上一页下一页返回任务一

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2.用于盘类工件的夹具这类夹具适用于无尾座的卡盘式数控车床。用于盘类工件的夹具主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘。图1一2一5所示为四爪单爪可调式卡盘，外径是一个渐开线圆，工艺要求是夹持外圆加工内孔，而且种类较多，内孔与外形的公差较小，更换工件的频率较快，对于这样的渐开线外形，用手动四爪卡盘夹持，操作起来较慢，每次装上均要校正中心;用四爪液压卡盘夹持，由于更换频率的原因，也比较浪费时间;而采用四爪单爪可调式卡盘既解决了装夹慢的问题，又能保证其加工精度，如图1-2-5所示。上一页下一页返回任务一

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针对大批量相同或类似工件的加工，可以采用特殊的夹持器械。尤其对于薄壁的环，使用带有6或12个直径为400-4000mm卡盘的机械传动式杠杆平衡卡盘，可以获得很好的效果(见图1-2-6)，即在各个卡盘之间形成一种夹持量和夹持力的均衡状态，因此，即使工件的圆周存在误差，工件也可以安全且无变形地被夹持住。此外，夹具还可以通过手动和自动切换到一种纯中心的夹持方式。(二)数控车床刀具随着数控机床的发展，现在数控车床的刀具已不是普通车床所采用的“一机一刀”的模式，而是多种不同类型的刀具同时在数控车床的刀盘上(或主轴上)轮换使用，以达到自动换刀的口的。选择数控车削刀具通常要考虑数控车床的加工能力、工序内容及工件材料等因素。上一页下一页返回任务一

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与普通车削相比，数控车削对刀具的要求更高，不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。数控车床常用车刀类型如下:1.焊接式车刀焊接式车刀是将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上，形成一个整体。此类刀具结构简单，制造方便，刚性较好。但由于受焊接工艺的影响，使刀具的使用性能受到影响;另外，其刀杆不能重复使用，造成刀具材料的浪费。根据工件加工表面的形状以及用途不同，焊接式车刀可分为外圆车刀、内孔车刀、切断(切槽)刀、螺纹车刀及成形车刀等，具体如图1一2一7所示。上一页下一页返回任务一

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2.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形式如图1-2-8所示，主要由刀杆1、刀片2、刀垫3及夹紧元件4组成。刀片每边都有切削刃，当某切削刃磨损钝化后，只需松开夹紧元件，将刀片转一个位置便可继续使用。机械夹固式可转位车刀减少了换刀时间，且对刀方便，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。任务实施(一)工件的装夹1.工件的装夹(1)三爪自定心卡盘。夹持工件时一般不需要找正，若装夹不正，则令主轴低速旋转，用铜锤或铜棒敲击工件。上一页下一页返回任务一

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(2)四爪单动卡盘。适用于装夹形状不规则或大型工件，夹紧力较大，装夹精度高，不受卡爪磨损影响，但装夹不如三爪自定心卡盘方便2.工件的找正找正前需注意:把主轴放在空挡位置，便于转动;不能同时松开两只卡爪，以防止工件掉下;灯光视线角度与针尖要配合好，以减少口测误差;工件找正后，四爪的夹紧力要基本相同，否则车削时工件容易发生移动;找正近卡爪处的外圆，发现有极小误差时，不能盲口地松开卡爪，可把相对应的卡爪再夹紧一点来做微量调整。(1)轴类工件的找正。对于轴类零件的找正，找正外圆上的两个点即可。具体步骤如下:先找正外圆上a点，再找正外圆上h点。找正a点时，应调整相应的卡爪，其调整量为间隙值的一半;找正h点时，采用铜锤或铜棒敲击。如图1一2一9所示。上一页下一页返回任务一

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(2)盘类零件的找正。盘类零件既要找正外圆，还要找正平面，找正平面时，用铜锤或铜棒敲击，其调整量等于间隙值。(3)百分表找正。车削精度较高的工件时，常采用百分表找正，如图1一2一10所示。粗找正结束后，把百分表装夹在中溜板上，向前移动中溜板，使百分表头与工件的回转轴线相垂直，用手转动卡盘至读数最大值，记下中溜板的刻度值和此时百分表的读数值;然后提起百分表头，向后移动中溜板，使百分表离开工件，退至安全位置;挂空挡，用手把卡盘转1800，向前移动中溜板，摇到原位(与上次刻度值重合)，再转动卡盘到读数最大值，比较对应两点的读数值，若两点的读数值不相重合，出现了读数差，则应把其差值除以2作为微调量进行微调;若两者读数重合，则表明工件在这个方向上的回转中心已经与主轴的轴线相重合。应用这种方法，一般只需反复2一3次就能使一对卡爪达到要求。同理可找好另一对卡爪。上一页下一页返回任务一

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用四爪单动卡盘找正偏心工件(单件或少量)比三爪自定心卡盘方便，尤其是双重偏心工件，且加工精度较高。工件的偏心距在4.5mm以内时，直接用百分表找正即可;当工件偏心距大于4.5mm时，0一10mm百分表的量程就受到了局限。可借助量块辅助，其找正方法与百分表找正方法一致，所不同的是需先在工件上找正处垫量块，再拉百分表的表头使其接触，压表范围控制在1mm以内，转到最大值，记住读数值，再拉起表头，取出量块，退出百分表，余下的操作与前面百分表找正一致。上一页返回任务二

数控车削加工工艺分析知识准备(一)数控车削工艺分析1.零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性，良好的结构工艺性可以使零件加工容易，节省工时和材料;而较差的零件构造工艺性会使加工困难，浪费工时和材料，有时甚至无法加工。因此，零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。1)应采用统一的基准定位在数控加工中若没有统一的定位基准，则会因工件的二次装夹而造成加工后两个面上的轮廓位置及尺寸不协调现象。下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析另外，零件上最好有合适的孔作为定位基准孔，若没有，则应设置工艺孔作为定位基准孔。若无法制出工艺孔，则也要使用精加工表面作为统一基准，以减少二次装夹产生的误差。此外，还应分析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保证，有没有引起矛盾的多余尺寸或影响加工安排的封闭尺寸等。2)注意分析零件的变形情况零件在数控加工时的变形不仅会影响加工质量，而且当变形较大时，还将使加工不能继续进行下去。这时就应当考虑采取一些必要的工艺措施进行预防，如对钢件进行调质处理、对铸铝件进行退火处理，对不能用热处理方法解决的也可考虑粗、精加工及对称去余量等常规方法。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析除了上面讲到的有关零件的结构工艺性外，有时还要考虑到毛坯的结构工艺性，因为在数控加工零件时，加工过程是自动的，毛坯余量的大小、如何装夹等问题在选择毛坯时就要仔细考虑好。否则，一旦毛坯不适合数控加工，加工过程将很难继续下去。根据经验，确定毛坯的余量和装夹应注意以下两点:(1)毛坯加工余量应充足和尽量均匀。毛坯主要是锻件、铸件。因锻模时的欠压量与允许的错模量会造成余量的不等;铸造时也会因砂型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量的不等。此外锻造、铸造后，毛坯挠曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量不充分、不稳定。因此，除板材料外，不论是锻件、铸件还是型材，只要准备采用数控加工，其加工面均应有较充分的余量。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析对于热轧件、厚铝板，经淬火时效后很容易在加工中与加工后出现变形现象，所以需要考虑在加工时要不要分层切削、分几层切削，一般尽量做到各个加工表面的切削余量均匀，以减少内应力所致的变形。(2)分析毛坯的装夹适应性。主要考虑毛坯在加工时定位与夹紧的可靠性和方便性，以便在一次安装中加工出尽量多的表面。对于不便装夹的毛坯，可考虑在毛坯上另外增加装夹余量或工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准。无论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟订工艺方案，选择合适的刀具，确定切削用量。因此，程序编制前的工艺分析是一项十分重要的工作。在选择并决定数控加工零件及其加工内容后，应对零件的数控加工工艺性进行全面、认真、仔细的分析。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析(二)零件图分析首先应熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，搞清各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出关键的技术要求，然后对零件图样进行分析。由于加工程序是以准确的坐标来编制的，因此，各图形几何要素间的相互关系(如相切、相交、垂直和平行等)应明确;各种几何要素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。1.尺寸标注方法分析以同一基准引注尺寸或直接标注坐标尺寸的方法为统一基准标注法，这种标注方法[见图1-2一12(a)〕最符合数控机床的加工特点，既方便编程，又保持了设计基准、工艺基准、测量基准与工件原点设置的一致性。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析而设计人员在标注尺寸时较多考虑装配与使用特性方面的因素，常采用局部分散的标注方法[见图1一2一12(b)]，但这种标注方法会给工序安排与数控编程带来许多不便，宜将局部分散的标注方法改为统一基准标注方法(由于数控加工精度及重复定位精度很高，故统一基准标注方法不会产生较大的累积误差)。2.零件图的完整性和正确性分析构成零件轮廓几何元素(点、线、面)的条件(如相切、相交、垂直和平行等)是数控编程的重要依据。审查和分析零件图纸中构成轮廓几何元素的条件时，一定要认真仔细，看是否有构成零件轮廓的几何元素不充分或模糊不清的问题。手工编程时，要依据这些条件计算每一个节点的坐标;自动编程时，则要根据这些条件才能构成对零件的所有几何元素进行定义，无论哪一条件不明确，编程都无法进行。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析因此，当审查与分析图样时，若发现构成零件轮廓几何元素的条件不充分，则应及时与零件设计者协商解决。3.零件技术要求与零件材料分析零件的技术要求主要是指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等，这些要求在保证零件使用性能的前提下，应经济合理。过高的精度和表面粗糙度要求会使工艺过程复杂、加工困难、成本提高。虽然数控机床精度很高，但对一些特殊情况，例如过薄的底板与肋板，因为加工时产生的切削拉力及薄板的弹性退让极易产生切削面的振动，使薄板厚度尺寸公差难以保证，故其表面粗糙度也将增大。根据实践经验，对于面积较大的薄板，当其厚度小于3mm时，就应在工艺上充分重视这一问题。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析1)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。在尺寸公差要求的分析过程中，还可以同时进行一些编程尺寸的简单换算，如中值尺寸及尺寸链的解算等。在数控编程时，常常根据零件要求的尺寸取其最大和最小极限尺寸的平均值(即“中值”)作为编程的尺寸依据。2)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。在工艺准备过程中，除了按其要求确定零件的定位基准和检测基准并满足其设计基准的规定外，还可以根据机床的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效地控制其形状和位置误差。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析3)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，也是合理选择机床、刀具及确定切削用量的重要依据。4)材料要求图样上给出的零件毛坯材料及热处理要求是选择刀具(材料、几何参数及使用寿命)及确定加工工序、切削用量和选择机床的重要依据。5)加工数量零件的加工数量对工件的装夹与定位、刀具的选择、工序的安排及走刀路线的确定等都是不可忽视的参数。此外，在满足零件功能的前提下，应选用廉价、切削性能好的材料，而且材料选择应立足国内，不要轻易选用贵重或紧缺的材料。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析(四)确定加工路线加工路线，也就是走刀路线，是指数控机床在整个加工工序中刀具中心(严格来说是刀位点)相对于工件的运动轨迹和方向。走刀路线是编写程序的依据之一，在编写加工程序时，主要是编写刀具的运动轨迹和方向，它不但包括了工步的内容，而且也反映出工步的顺序。因此，在确定走刀路线时最好画一张工序简图，将已经拟定出的走刀路线画上去(包括进、退刀路线)，这样可为编程提供不少方便。工步顺序是指在同一道工序中，各个表面加工的先后次序，它对零件的加工质量、加工效率和数控加工中走刀路线有直接影响，应根据零件的结构特点和工序的加工要求等合理安排。一般可随走刀路线来进行工步的划分与安排。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析1.加工路线与加工余量的关系在数控车床还未达到普及使用的条件下，一般应把毛坯件上过多的余量，特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工，则要注意程序的灵活安排。1)对大余量毛坯进行阶梯切削时的数控车进给路线(见图1一2一13)图1-2一13所示为车削大余量工件的两种加工路线，图1一2一13(a)所示为错误的阶梯切削路线，因为在同样背吃刀量的条件下，其加工所剩的余量过多;图1一2一13(b)所示为按1-5的顺序切削，每次切削所留余量相等，是正确的阶梯切削路线。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析根据数控加工的特点，还可以放弃常用的阶梯车削法，改用依次从轴向和径向进刀、顺工件毛坯轮廓走刀的路线，如图1-2一14所示的数控车进给路线。2)分层切削时刀具的终止位置当某表面的余量较多需分层多次走刀切削时，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。如图1-2一15所示的数控车进给路线，设以90“主偏角刀分层车削外圆，合理的安排应是每一刀的切削终点依次提前一小段距离。2.刀具的切入和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8,和降速段Sz(见图1一2一16)，这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析3.确定最短的空行程路线在确定数控车进给路线时，为了提高机械加工效率，可以确定最短的走刀路线，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时辅以一些简单计算。现将实践中的部分设计方法或思路介绍如下。1)巧用起刀点图1-2一17(a)所示为采用矩形循环方式的数控车进给路线进行粗车的一般情况示例。其起刀点A的设定是考虑到精车等加工过程中需方便地换刀，故设置在离坯料较远的位置处，同时将起刀点与对刀点重合在一起，按三刀粗车的走刀路线安排如下: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。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析图1-2一17(b)所示为将起刀点与对刀点分离，并设于图1-2一17(b)所示B点位置的数控车进给路线，仍按相同的切削用量进行三刀粗车，其走刀路线安排如下:起刀点与对刀点分离的空行程为AFB;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。显然，如图1-2一17(b)所示的走刀路线短。2)巧设换刀点为了考虑换(转)刀的方便和安全，有时将换(转)刀点设置在离坯件较远的位置(如图1-2一17(a))，那么，当换第二把刀后，进行精车时的空行程路线必然也较长;如果将第二把刀的换刀点也设置在图1-2一17(b)所示中的B点位置上，则可缩短空行程距离。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析3)合理安排“回零”路线当手工编制较复杂轮廓的加工程序时，为使其计算过程尽量简化，既不易出错，又便于校核，编程者(特别是初学者)有时将每一刀加工完后的刀具终点通过执行“回零”(即返回对刀点)指令，使其全都返回到对刀点位置，然后再进行后续程序。这样会增加走刀路线的距离，从而大大降低生产效率。因此，在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短或者为零，即可满足走刀路线为最短的要求。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。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析图1-2一18所示为粗车工件时几种不同切削进给路线的安排示例。其中，图1一2一18(a)所示为利用数控系统具有的封闭式复合循环功能而控制车刀沿着工件轮廓进行走刀的路线;图1一2一18(b)所示为利用其程序循环功能安排的“三角形”走刀路线;图1一2一18(c)所示为利用其矩形循环功能而安排的“矩形”走刀路线。对以上三种切削进给路线进行分析和判断后可知，矩形循环进给路线的走刀长度总和为最短。因此，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。另外，矩形循环加工的程序段格式较简单，所以这种进给路线的安排在制定加工方案时应用较多。当数控车削加工工艺分析方案确定之后就可以确定进给路线了，加工路线的确定必须保持被加工零件的尺寸精度和表面质量，即必须使零件精度符合图纸要求;其次要考虑数值计算简单、走刀路线尽量短、效率较高等。否则将直接影响加工成本。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析(二)数控车床切削用量的选择数控编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量，并以指令的形式写人程序中，所以编程前必须确定合适的切削用量。1.背吃刀量的确定在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下，应尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数，当零件的精度要求较高时，应考虑适当留出精车余量，其所留精车余量一般为0.1一0.5mm2.主轴转速的确定1)光车时的主轴转速光车时的主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，按零件、刀具的材料、加工性质等条件所允许的切削速度来确定。切削速度除了计算和查表选取外，还可根据实践经验确定。上一页下一页返回任务二

数控车削加工工艺分析需要注意的是，交流变频调速数控车床低速