《数控加工工艺》-第五章

5.1数控车削加工工艺概述5.1.1数控车削的主要加工对象

1．轮廓形状复杂的回转体零件如图5-1所示的零件在普通车床上是很难加工的，而由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，因此，能加工由任意直线和曲线组成的复杂形状的回转体零件。2．带螺纹的回转体零件3．高精度的回转体零件由于数控车床刚性好，制造精度高，加工过程中运动部件的运动精度高，开且利用对刀仪对刀精度高，可方便和精确地实现人工补偿和自动补偿，因此，能加工尺寸精度要求高的零件。下-页

返回5.1数控车削加工工艺概述5.1.2数控车削加工工艺的基本特点数控车床加工程序与普通车床工艺规程有较大差别，涉及的内容也较广。数控车床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量、进给路线、刀具尺寸以及车床的运动过程。因此，要求编程人员对数控车床的性能、特点、运动方式、刀具系统、切削规范及工件的装夹方法都要非常熟悉。工艺方案的好坏不仅会影响车床效率的发挥，而且将直接影响到零件的加工质量。5.1.3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)分析被加工零件的图样，明确加工内容及技术要求。上-页

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返回5.1数控车削加工工艺概述(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。上-页

返回5.2数控车削加工工艺的制订5.2.1分析零件图

1．零件图样分析

(1)尺寸标注方法分析对于数控加工来说，零件图上应以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。这就是坐标标注法。这种尺寸标注法既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，又利于设计基准、工艺基准、测量基准与编程原点设置的统一。(2)零件轮廓的几何要素分析在手工编程时要计算构成零件轮廓的每一个节点坐标，在自动编程时要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义，下-页

返回5.2数控车削加工工艺的制订因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否充分、正确。

(3)精度及技术要求分析

1)分析精度及各项技术要求是否齐全，是否合理。对采用数控加工的表面，其精度要求应尽量一致，以便最后能连续加工。

2)分析本工序的数控车削加工精度能否达到图纸要求，若达不到，需采用其他措施（如磨削）弥补的话，注意给后续工序留有余量。

3)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。

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返回5.2数控车削加工工艺的制订4)对表面粗糙度要求较高的表面，应确定用恒线速切削。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。2．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形并且成本低、效率高。对零件进行结构工艺性分析时要充分反映数控加工的特色，过去用普通设备加工工艺性很差的结构改用数控设备加工其结构工艺性则可能不再成为问题，比如国外产品零件中大量使用的圆弧结构、微小结构等。如图5-6所示上-页

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返回5.2数控车削加工工艺的制订3．零件安装方式的选择

(1)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。

(2)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。5.2.2工序及装夹方法的确定1．工序的确定

(1)按零件加工表面的位置精度划分

(2)按粗、精加工划分，如图5-8所示。上-页

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返回5.2数控车削加工工艺的制订2．装夹方法的确定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。由于数控车床主轴转速极高，为便于工件夹紧，多采用液压高速动力卡盘，因它在出厂时已通过了严格平衡，具有高转速(极限转速6000～8000r/min)、高夹紧力(最大推拉力为2000～8000N)、高精度、调爪方便、通孔、使用寿命长等优点。

(1)用于轴类零件的夹具用于轴类零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。上-页

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返回5.2数控车削加工工艺的制订(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。5.2.3加工顺序和进给路线的确定

1．加工顺序的确定数控车削的加工顺序一般由下面的原则确定。

(1)先粗后精为了提高生产效率并保证零件的精加工质量，在切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量（如图5-10中的虚线内所示部分）去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。上-页

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返回5.2数控车削加工工艺的制订(2)先近后远这里所说的远与近，是按加工部位相对于对刀点的距离远近而言。在一般情况下，特别是在粗加工时，通常安排离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。(3)内外交叉对有内表面（内型腔）和外表面都需加工的零件，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

(4)基面先行原则用做精基准的表面应优先加工出来。上-页

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返回5.2数控车削加工工艺的制订2．加工进给路线的确定

(1)最短的空行程路线

1)巧用起刀点。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。

2)巧设换刀点。为了考虑换刀的方便和安全，有时将换刀点也设置在离坯件较远的位置处（如图5-12中的A点）

3)合理安排“回零”路线。

(2)粗加工（或半精加工）进给路线

1)常用的粗加工进给路线。常用的粗加工循环进给路线如图5-13所示。上-页

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返回5.2数控车削加工工艺的制订2)大余量毛坯的阶梯切削进给路线。图5-14所示为车削大余量工件毛坯的两种加工路线。3)双向切削进给路线。利用数控车床加工的特点，还可以放弃常用的阶梯车削法，改用轴向和径向联动双向进刀，顺工件毛坯轮廓进给的路线，如图5-15所示。

(3)精加工进给路线

1)完工轮廓的连续切削进给路线。

2)各部位精度要求不一致的精加工进给路线。

(4)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。上-页

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返回5.2数控车削加工工艺的制订(5)特殊的进给路线在数控车削加工中，一般情况下，Z坐标轴方向的进给路线都是沿着坐标的负方向进给的，但有时按这种常规方式安排进给路线并不合理，甚至可能车坏工件。5.2.4加工刀具及切削用量的选择1．数控车削刀具的选用(1)数控车削刀具的类型1)车刀类型。①尖形车刀（如图5-20所示）。以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。上-页

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返回5.2数控车削加工工艺的制订②圆弧形车刀（如图5-21所示）。圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀。③成形车刀。成形车刀俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。2)车刀类型的确认。现以加工孔时所用的特殊内孔车刀（如图5-22所示）为例，对该车刀所属类型进行分析。①当车刀刀尖的圆弧半径与零件上最小的凹形圆弧半径相同且在加工程序中无此圆弧程序段时，对加工R0.2mm圆弧轮廓而言，可属成形车刀性质。上-页

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返回5.2数控车削加工工艺的制订②如果车刀刀尖的形状为一圆弧，编程时又考虑了对其经测量认定的刀具圆弧半径，并进行刀尖半径补偿时，则该车刀属圆弧车刀性质。③当车刀刀尖上标注的圆弧尺寸为倒棱性质时，该车刀属尖形车刀。

(2)常用车刀的几何参数选择

1)尖形车刀的几何参数选择。尖形车刀的几何参数主要指车刀的几何角度。选择方法与使用普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点，如进给路线及加工干涉等进行全面考虑，例如图5-23所示。上-页

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返回5.2数控车削加工工艺的制订2)圆弧形车刀的几何参数①圆弧形车刀的选用。如图5-26所示零件的曲面精度要求不高时，可以选择用尖形车刀进行加工；当曲面形状精度和表面粗糙度均要求较高时，选择尖形车刀加工就不合适了，因为车刀主切削刃的实际切削深度在圆弧轮廓段总是不均匀的，如图5-27所示。

2．数控车削切削用量的选择上-页

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返回5.2数控车削加工工艺的制订(1)背吃刀量n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。当零件精度要求较高时，则应考虑留出精车余量，其所留的精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取0.1～0.5mm。(2)进给速度的确定1)进给速度的确定原则。①当工件的质量要求能够得到保证时，可选择2000mm/min以下的进给速度。②当切断、车削深孔或精车时，宜选择较低的进给速度。上-页

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返回5.2数控车削加工工艺的制订③当刀具空行程时，可以设定尽量高的进给速度。④进给速度应与背吃刀量和主轴转速相适应。2)单向进给速度的计算。单向进给速度包括纵向进给速度和横向进给速度，其值按式vf=nf计算。3)合成进给速度的计算。合成进给速度是指刀具作合成（斜线及圆弧插补等）运动时的进给速度。(3)主轴转速的确定1)车外圆时主轴转速。只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。上-页

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返回5.2数控车削加工工艺的制订(2)车螺纹时主轴的转速。在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距P（或导程）大小、驱动电机的升降频特性，以及螺纹插补运算速度等多种因素影响，故对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。上-页

返回5.3典型零件的工艺分析5.3.1轴类零件数控车削工艺分析下面以图5-28所示螺纹特形轴为例，介绍数控车削加工工艺。所用机床为CK6140数控车床，其数控车削加工工艺分析如下。

1．零件图工艺分析采取以下几点工艺措施。(1)对图样上给定的几个精度(IT7～IT8)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。(2)在轮廓曲线上，有3处为过象限圆弧，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。下-页

返回5.3典型零件的工艺分析(3)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460mm棒料。

2．确定装夹方案左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧、右端采用活动顶尖支撑的装夹方式，一次装夹完成粗精加工。

3．确定加工顺序及进给路线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0.25mm精车余量），再从右到左进行精车，然后车削螺纹，最后切断。上-页

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返回 5.3典型零件的工艺分析4．刀具选择

(1)选用φ5mm中心钻钻削中心孔。

(2)粗车及平端面选用90°硬质合金右偏刀，为防止副后刀面与工件轮廓干涉，副偏角不宜太小，选35°。

(3)为减少刀具数量和换刀次数，精车和车螺纹选用硬质合金60。将所选定的刀具参数填入表5-4数控加工刀具卡中，以便于编程和操作管理。

5．切削用量的选择(1)背吃刀量的选择上-页

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返回5.3典型零件的工艺分析轮廓粗车循环时选ap=3mm，精车时选ap=0.25mm;螺纹粗车循环时选ap=0.4mm，精车时选ap=0.1mm。

(2)主轴转速的选择车直线和圆弧时，查表5-3选粗车切削速度90m/min，精车仞削速度120m/min(3)进给速度的选择先查表5-1、表5-2选择粗车、精车进给量分别为0.4mm/r和0.15mm/r，再根据公式计算粗车、精车进给速度分别为200mm/min和180mm/min。上-页

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返回5.3典型零件的工艺分析6．填写工艺文件将前面分析的各项内容综合成表5-5所示的数控加工工艺卡5.3.2套类零件数控车削工艺分析下面以图5-30所示的锥孔螺母套零件为例，介绍数控车削加工工艺。单件小批量生产，所用机床为CK6140。1．零件图工艺分析(1)零件图样上带公差的尺寸，除内螺纹退刀槽公差值较大，编程时可取平均值24.958外，其他尺寸因公差值较小，编程时不必取其平均值，而取基本尺寸即可。上-页

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返回5.3典型零件的工艺分析(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。(3)内孔圆锥面加工完后，需掉头再加工内螺纹。

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。3．确定加工顺序及走刀路线加工顺序的确定按由内到外、由粗到精、由远到近的原则确定，在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。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，如图5-32所示。上-页

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返回5.3典型零件的工艺分析4．刀具选择(1)车削端面选用45°硬质合金端面车刀。对刀点(2)φ4中心钻，钻中心孔以利于钻削底孔时刀具找正。(3)φ31.5高速钢钻头，钻内孔底孔。(4)粗镗内孔选用内孔镗刀。(5)内孔精加工选用φ32铰刀。(6)螺纹退刀槽加工选用5mm内槽车刀。(7)内螺纹切削选用60°内螺纹车刀。(8)选用93°硬质合金右偏刀，副偏角选35°，自右到左车削外圆表面。上-页

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返回5.3典型零件的工艺分析(9)选用93。硬质合金左偏刀，副偏角选35。，自左到右车削外圆表面。

5．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，然后根据公式计算主轴转速与进给速度（计算过程略），将计算结果填人表5-7工序卡中。

6．填写工艺文件(1)按加工顺序将各工步的加工内容、所用刀具及切削用量等填入表5-6数控加工工序卡中。上-页

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返回5.3典型零件的工艺分析(2)将选定的各工步所用刀具的刀具型号、刀片型号、刀片牌号及刀尖圆弧半径等填入表5-7，数控加工刀具卡中。

(3)将各工步的进给路线(图5-32)绘成文件形式的进给路线图，本例略去。5.3.3盘类零件数控车削工艺分析如图5-33所示带孔圆盘零件，材料为45钢，分析其数控车削工艺。1．零件图工艺分析如图5-33所示零件，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上-页

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返回5.3典型零件的工艺分析可靠地定位，可在数控加工前将左侧端面φ95mm外圆加工，同时将φ55mm内孔钻至φ53mm孔。

2．确定零件的装夹方案(1)定位基准。以已加工出的φ95mm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。

3．制定加工顺序及走刀路线

(1)粗车外圆及端面。

(2)粗车内孔。