《数控课件》-4.1.2编制异形轴零件的数控车削加工工艺

相关知识（1）数控加工工艺流程一.数控加工工艺的分析与设计数控加工工艺路线设计中应注意以下几个问题：（1）工序的划分①以一次安装、加工作为一道工序。②以同一把刀具加工的内容划分工序。③以加工部位划分工序。④以粗、精加工划分工序。（2）顺序的安排

①上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑；

②先进行内腔加工，后进行外形加工；③以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。（3）数控加工工艺与普通工序的衔接数控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序在数控车床上加工零件，一般情况下按工序集中原则划分工序，即一次装夹下尽可能完成大部分甚至全部表面的加工。在批量生产中，常用下列四种方法进行工序的划分：二、数控车削加工工艺过程的拟订

1.工序的确定①以一次定位安装能够进行的加工为一道工序。由于每个零件结构形状不同，各个表面的技术要求也不同，所以在加工中，其定位方式就各有差异。一般加工零件外形时，以内形定位；加工零件内形时以外形定位。通常将位置精度要求较高的表面安排在一次安装下完成，以免多次安装所产生的安装误差影响位置精度。轴承内圈加工方案（1）数控车削加工工序的划分②以一个完整的数控程序能够进行连续加工的内容为一道工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工面，但考虑到程序太长，会受到如控制系统存储容量等的限制，而且程序太长，出错率增加，查错困难，检索速度慢。这时可以以一个独立、完整的数控程序段连续加工的内容作为一道工序。③以零件的类同结构内容使用一把刀具进行加工为一道工序。有些零件结构较复杂，既有回转表面也有非回转表面，既有外圆、平面也有内腔、曲面。对于加工内容较多的零件，按零件结构特点将加工内容组合分成若干部分，每一部分用一把典型刀具加工。这时可以将组合在一起的所有部位作为一道工序，然后再将另外组合在一起的部位作为一道新的工序，换另外一把刀具进行加工，这样一方面有利于减小不必要的定位误差，另一方面减少了换刀次数以及空行程时间。④以粗加工精加工划分工序对于容易发生加工变形的零件，通常粗加工后需要进行矫形，这时粗加工和精加工作为两道工序，可以采用不同的刀具或不同的数控车床加工。对毛坯余量较大和加工精度要求较高的零件，也应将粗车和精车分开，划分成两道或更多的工序。手柄零件图如下图所示手柄零件，加工该零件所用坯料为φ32mm棒料，要求批量生产，加工时用一台数控车床。工序划分如下：example

第一道工序：按图所示将一批工件全部车出，包括切断，夹棒料外圆柱面，工序内容包括先车出φ12mm和φ20mm两圆柱面及圆锥面（粗车掉R42mm圆弧的部分余量），转刀后按总长要求留下加工余量切断。第二道工序：φ12mm外圆及φ20mm端面装夹，工序内容有：先车削包络SR7mm球面的30°圆锥面，然后对全部圆弧表面半精车（留少量的精车余量），最后换精车刀将全部圆弧表面一刀精车成形。

综上所述，在数控加工划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性，零件的批量，机床的功能，零件数控加工内容的多少，程序的大小，安装次数及本单位生产组织状况灵活掌握，力求合理。①零件上有不适合数控车削加工的表面，如渐开线齿形、键槽、花键表面等形状，必须安排相应的非数控车削加工工序。②零件表面硬度与精度要求较高，热处理需要安排在数控车削加工之后，在热处理工序之后一般安排磨削加工。③零件要求特殊，不能使用数控车削加工来完成全部加工要求的零件，必须另外安排其它工序加工，例如喷丸、滚压加工、抛光等。④如果根据实际条件，零件上有些表面采用非数控车削加工更为合理，此时可安排这些工序在其它设备上进行加工，例如铣削端面、打中心孔等。（2）非数控车削加工工序的安排在数控车床上根据工件结构特点和工件加工要求，确定合理装夹方式，选用相应的夹具。如轴类零件的定位方式通常是一端外圆固定，即用三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘或弹簧套固定工件的外圆表面，但此定位方式对工件的悬伸长度有一定的限制。工件的悬伸长度过长在切削过程中会产生较大的变形，严重时将无法切削。对于切削长度过长的工件可以采用一夹一顶或两顶尖装夹。数控车床常用的装夹方法有以下几种。2.装夹方法的确定（1）三爪自定心卡盘装夹

三爪自定心卡盘（如图所示）是数控车床最常用的卡具。它的特点是可以自定心，夹持工件时一般不需要找正，装夹速度较快，但夹紧力较小，定心精度不高。适于装夹中小型圆柱形、正三边或正六边形工件，不适合同轴度要求高的工件的二次装夹。三爪卡盘常见的有机械式和液压式两种。数控车床上经常采用液压卡盘，液压卡盘特别适合于批量生产。（2）四爪单动卡盘装夹

用四爪单动卡盘装夹时，夹紧力较大，装夹精度较高，不受卡爪磨损的影响，但夹持工件时需要找正（如图所示）。适于装夹偏心距较小、形状不规则或大型的工件等。（3）软爪装夹

由于三爪自定心卡盘定心精度不高，当加工同轴度要求高的工件二次装夹时，常常使用软爪（如图所示）。软爪是一种可以加工的卡爪，在使用前配合被加工工件特别制造。对刀基准面工件焊接（4）中心孔定位装夹①两顶尖拔盘对于轴向尺寸较大或加工工序较多的轴类工件，为保证每次装夹时的装夹精度，可用两顶尖装夹。如图所示，其前顶尖为普通顶尖，装在主轴孔内，并随主轴一起转动，后顶尖为活顶尖装在尾架套筒内。工件利用中心孔被顶在前后顶尖之间，并通过鸡心夹头带动旋转。这种方式，不需找正，装夹精度高，适用于多工序加工或精加工。两顶尖车偏心轴两顶尖装夹工件②拨动顶尖装夹。拨动顶尖有内、外拨动顶尖和端面拨动顶尖两种。内、外拨动顶尖是通过带齿的锥面嵌入工件拨动工件旋转，端面拔动顶尖是利用端面的拨爪带动工件旋转，适合装夹直径在￠50mm～￠150mm之间的工件。

③一夹一顶

在车削较重、较长的轴体零件时，可采用一端夹持，另一端用后顶尖顶住的方式安装工件，这样会使工件更为稳固，从而能选用较大的切削用量进行加工。为了防止工件因切削力作用而产生轴向窜动，必须在卡盘内装一限位支承，或用工件的台阶作限位，如图所示。此装夹方法比较安全，能承受较大的轴向切削力，故应用很广泛。一夹一顶安装工件a)用限位支承b)用工件台阶限位（5）心轴与弹簧卡头装夹

以孔为定位基准，用心轴装夹来加工外表面。以外圆为定位基准，采用弹簧卡头装夹来加工内表面。用心轴或弹簧卡头装夹工件的定位精度高，装夹工件方便、快捷，适于装夹内外表面的位置精度要求较高的套类零件。（6）利用其它工装夹具装夹

数控车削加工中有时会遇到一些形状复杂和不规则的零件，不能用三爪或四爪卡盘等夹具装夹，需要借助其它工装夹具装夹，如花盘、角铁等，对于批量生产时，还要采用专用夹具装夹。补充：薄壁工件加工分析防止和减少薄壁工件变形,采用以下装夹方法及其夹具:增加装夹接触面应采用轴向夹紧夹具增加工艺肋在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同，批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制订加工顺序时，应该进行具体分析和区别对待，主要从加工精度和生产效率两方面来考虑。

在数控车床加工过程中，考虑加工对象轮廓曲线形状、位置、材料、批量等多方面因素的影响，对零件加工顺序、工艺路线的安排，应考虑以下原则：3.加工顺序和进给路线的的确定（1）加工顺序的确定①先粗后精：对粗精加工在一道工序内进行的，先对各表面进行粗加工，全部粗加工结束后再进行半精加工和精加工，逐步提高加工精度。此加工顺序安排的原则要求：粗车在较短的时间内将工件各表面上的大部分加工余量（如下图中的双点画线内所示部分）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。若粗车后所留余量的均匀性满足不了精加工的要求时，则要安排半精加工作为过渡性工序，以便使精加工余量小而均匀，以此为精加工做好准备。为保证加工精度，精加工时要由最后一刀连续切出图样要求的零件轮廓，而且刀具的进、退刀位置尽量沿轮廓的切线方向切入和切出。此原则实质是在一个工序内分阶段加工，这样有利于保证零件的加工精度，适用于精度要求高的场合，但可能增加换刀的次数和加工路线的长度。为充分释放粗切加工时残存在工件内的应力，在粗、精加工工序之间可适当安排一些精度要求不高部位的加工。如切槽、倒角、钻孔等。②先近后远：其中远近是按照加工部位相对于对刀点的距离大小而言。实际加工时，离对刀点近的部位先加工，离对刀到点远的位置后加工，以缩短刀具移动距离。对于车削而言，先近后远还可以保持毛坯件或者工件的刚性，改善切削条件，有利于切削加工。例：加工下图所示零件。如果按照Φ34mm→Φ28mm→Φ18mm安排车削顺序，一方面会增加刀具返回对刀点所需的空行程时间，而且一开始就削弱了工件的刚性，还有可能在台阶的外直角处会产生毛刺（飞边）。因此对这类直径相差不大的台阶轴，如果第一刀的切削深度允许取较大值，宜按Φ18mm→Φ28mm→Φ34mm的顺序先近后远安排加工。③先内后外，内外交叉：由于控制内表面的尺寸精度和形状精度较困难，加工刀具的刚性相对较差，而且加工过程中清除切屑比较困难，因此对既有内表面（内型、内腔），又有外表面的零件进行加工时，先进行内型和内腔表面的粗加工，然后进行外型表面的粗加工；接着进行内型和内腔表面的精加工，然后进行外型表面的精加工，也就是说内外表面的加工应该交叉进行，切不可将零件上一部分表面（外表面或内表面）加工完毕后，再加工其它表面（内表面或外表面）。④基面先行

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。⑤刀具集中用一把刀尽可能加工完相应各部位，再换一把刀加工相应的其他部位，以减少空行程时间和换刀时间。加工进给路线（也称为走刀路线）泛指刀具从对刀点（或机床固定原点）开始运动起，直至返回该点并结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行程，也称走刀路线。它不但包括了工步的内容，也反映出了工步顺序，是编写程序的重要依据之一。确定加工进给路线的原则是：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。(2)加工进给路线的确定由于精加工切削过程的走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的，因此确定走刀路线的重点在于确定粗加工及空行程的走刀路线。①巧用对刀点：如图5-12（a）所示为采用矩形循环方式进行粗车的一般情况示例。起刀点A的设定考虑到在精车等加工过程中换刀的方便性，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，按三刀粗车的走刀路线安排如下：第一刀：A→B→C→D→A第二刀：A→E→F→G→A第三刀：A→H→I→J→A起刀点和对刀点重合1）确定最短的空行程路线②巧用对刀点：图5-12（b）将起刀点与对刀点分离，设定为B点，其走刀路线安排如下：起刀点与对刀点分离的空行程为A→B第一刀：B→C→D→E→B第二刀：B→F→G→H→B第三刀：B→I→J→K→B显然图5-12（b）所示的走刀路线最短。起刀点和对刀点分离确定最短的空行程路线③巧设换刀点：基于换刀的方便性和安全性考虑，将换刀点设置在离坯件较远的位置处，如图5-12（a）的A点，那么在换第二把刀时会增加空行程距离，如果将第二把刀的换刀点也设置在图5-12（b）中的B点上，则可缩短空行程距离，但一定要注意确保换刀时不发生碰撞。设置数控车床刀具的换刀点是编制加工程序过程中必须考虑的问题。换刀点最安全的位置是换刀时刀架或刀盘上的任何刀具都不与工件或机床其它部件发生碰撞的位置。确定最短的空行程路线巧设换刀点：通常在单件小批量生产中，我们习惯把换刀点设置为一个固定点，其位置不随工件坐标系的位置改变而发生变化。换刀点的轴向位置由刀架上轴向伸出最长的刀具（如内孔镗刀、钻头等）决定，换刀点的径向位置则由刀架上径向伸出最长的刀具（如外圆车刀、切槽刀等）决定。在大批量生产中，为了提高生产效率，减少机床空行程时间，降低机床导轨面磨损，有时候可以不设置固定的换刀点。每把刀各有各的换刀位置。这时，编制和调试换刀部分的程序应该遵循两个原则：第一，确保换刀时刀具不与工件发生碰撞；第二，力求最短的换刀路线，即所谓的“跟随式换刀”。确定最短的空行程路线④合理安排“回零”路线：在手工编制较复杂轮廓的加工程序时，为了使计算过程尽量简化，既不容易出错，又便于校核，常常在每一刀加工完后，将刀具通过“回零（即返回对刀点）”指令，返回到对刀位置，再执行后续程序，这样会增加走刀路线距离，降低生产效率。因此，在合理安排“回零”路线时，应使前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短或为零，这样进给路线最短。另外，返回对刀点时，在不发生加工干涉现象的前提下，应尽量采用X、Y、Z坐标双向同时“回零”，这种“回零”路线最短。确定最短的空行程路线⑤巧用切断（槽）刀对切断面带一倒角要求的零件，如下图（a）所示，为便于切断并避免调头倒角，可用切断刀同时完成车倒角和切断两个工序。图（b）表示用切断刀先按4×Φ26mm工序尺寸安排车槽，这样既为倒角提供了方便，也减小了刀尖切断较大直径坯件时的长时间摩擦，同时有利于切断时的排屑。图（c）表示倒角时，切断刀刀位点的起、止位置。图（d）表示切断时，切断刀的起始位置及路径。确定最短的空行程路线确定最短的空行程路线零件图用切断刀先按工序尺寸安排车槽倒角切断①“矩形”循环走刀轮廓加工路线。如图5-13（a）所示为利用数控系统具有的矩形循环功能安排的“矩形”循环进给路线。②“三角形”循环走刀轮廓加工路线。如图5-13（b）所示，表示利用数控系统具有的循环功能安排的“三角形”走刀路线。③沿循环轮廓形状的等距线循环轮廓加工走刀路线。如图5-13（c）表示利用数控系统具有的封闭式复合循环功能而控制车刀进行的走刀路线。分析以上三种轮廓切削进给路线可知，在同等条件下，矩形循环所需切削时间（不含空行程）最短，刀具的损耗小，故制定加工方案时矩形循环进给路线应用较多。2）常用粗加工（或半精加工）走刀路线（c）（a）（b）常用粗加工走刀路线④阶梯切削轮廓加工走刀路线。如下图所示是常用车削大余量工件的两种走刀路线，若按图（a）所示从右往左由小到大逐次车削，由于受背吃刀量不能过大的限制，所剩的残余量较多；按图（b）所示，从大到小依次车削，则在保证同样背吃刀量的条件下，每次切削所留余量就比较均匀，是正确的阶梯切削路线。由小到大（直径）由大到小（直径）⑤双向切削轮廓加工走刀路线。基于数控机床的控制特点，可不受矩形路线的限制，采用右图所示走刀路线，但同样要考虑避免背吃刀量过大的情形，为此采用轴向和径向联动双向进给切削的走刀路线。双向走刀切削路线车削精度不高且宽度较窄的矩形沟槽时，可用刀宽等于槽宽的车槽刀，采用直进法一次进给车出。精度要求较高的沟槽，一般采用二次进给车成，即第一次进给车槽时，槽壁两侧留精车余量，第二次进给时用等宽刀修整。车较宽的沟槽，可以采用多次直进法切割，并在槽壁及底面留精加工余量，最后一刀精车至尺寸。如右图所示。切槽走刀路线⑥切槽走刀路线。车螺纹时，刀具沿螺纹方向的进给应与工件主轴旋转保持严格的速比关系，考虑到刀具从停止状态到达指定的进给速度或从指定的进给速度降至零，驱动系统必有一个过渡过程，为了避免在进给机构加速或者减速的过程中车削螺纹，加工螺纹时，沿轴向进给的加工路线长度，除保证加工螺纹长度外，还应增加L1（２～5mm）的刀具引入距离和L2（１～2mm）的刀具切出距离。车螺纹时引入和超出距离⑦车螺纹轴向走刀路线。⑧车螺纹径向走刀路线。径向切入法

侧向切入法

一般的螺纹切削；加工螺纹螺距4以下。

用于工件刚性低易振动的场合；用于切削不锈钢等难加工材料；加工螺纹螺距4以上。螺纹切削方式外螺纹右螺纹左螺纹右手刀柄左手刀柄

内螺纹右螺纹左螺纹右手刀柄左手刀柄