《数控机床编程与操作（数控车床分册）（第二版）》 课件 第六章 典型零件的工艺分析与编程

第六章

典型零件的工

艺分析与编程

第一节复杂型面工件加工目录CONTENTS第二节薄壁工件加工第三节偏心轴套加工第四节高级数控车应会试题第一节

复杂型面工件加工一、零件图样复杂型面工件的零件图如图所示，毛坯尺寸为φ50mm×92mm，试编写其数控车加工程序。工具、刃具、量具清单二、加工准备加工本例工件选用FANUC0i或SIEMENS802D系统的CKA6140型数控车床，工件加工前先钻出直径为20mm、深度为40mm的底孔。1.编程原点的确定由于工件在长度方向的要求较低，根据编程原点的确定原则，该工件的编程原点取在工件的左、右端面与主轴轴线的交点处。2.制订加工方案及加工路线工件采用两次装夹后完成粗、精加工的加工方案，先加工左端内、外形，完成粗、精加工后，掉头加工另一端。3.工件的定位、装夹与刀具的选用（1）工件的定位及装夹工件采用三爪自定心卡盘进行定位与装夹。（2）刀具的选用选用整体式或机夹式车刀，四种刀具的刀片材料均选用硬质合金。三、加工工艺分析4.确定加工参数（1）主轴转速（n）本例工件粗加工的主轴转速在400～1000r/min内选取，精加工的主轴转速在800～2000r/min内选取。（2）进给量（f）粗加工时，为提高生产效率，在保证工件质量的前提下，可选择较高的进给量，一般取0.2～0.3mm/r。当切槽、切断、车孔或采用高速钢刀具进行加工时，应选用较低的进给量，一般在0.1～0.2mm/r内选取。（3）背吃刀量（ap）粗加工的背吃刀量一般取2～5mm（直径量），精加工的背吃刀量等于精加工余量，精加工余量一般取0.2～0.5mm（直径量）。5.制定加工工艺工步号工步内容（加工面）刀具号刀具规格主轴转速（r/min）进给速度(mm/r)背吃刀量(mm)1手动钻孔

φ22mm钻头2500.2112手动加工左端面T01外圆车刀6000.30.53粗加工左端外圆轮廓

8000.224精加工左端外圆轮廓

15000.050.255加工外圆槽T02外切槽刀5000.136粗加工左端内轮廓T03盲孔车刀8000.21.07精加工左端内轮廓

12000.050.155.制定加工工艺工步号工步内容（加工面）刀具号刀具规格主轴转速（r/min）进给速度(mm/r)背吃刀量(mm)8加工内圆槽T04内切槽刀5000.139加工内螺纹T05内螺纹车刀6002分层10掉头手动加工右端面T01外圆车刀6000.30.511粗加工右端外圆轮廓8000.25212精加工右端外圆轮廓15000.10.2513工件精度检测

编制

审核

批准

共

页第

页加工视频参考程序

评分表

四、参考程序

五、检测评分

第二节

薄壁工件加工中国劳动和社会保障出版社1.零件图一、分析零件图样

2.零件精度及加工工艺分析本例的尺寸精度、形位精度和表面粗糙度要求均较高。而且该工件材料为锡青铜，壁厚仅2mm，属于薄壁工件。因此，在加工过程中极易产生工件变形，从而无法保证零件的各项加工精度。对于薄壁工件，为了保证零件的加工精度要求，应合理安排其加工工艺并特别注意工件装夹方法的选择。车薄壁工件时，由于工件的刚度差，在车削过程中，可能产生以下现象。（1）因工件壁薄，在夹紧力的作用下容易产生变形，从而影响工件的尺寸精度和形状精度。薄壁工件的夹紧变形二、薄壁工件的加工特点

（2）因工件较薄，切削热会引起工件热变形，从而使工件尺寸难以控制。对于线膨胀系数较大的薄壁金属工件，如在一次装夹中连续完成半精车和精车，由切削热引起工件的热变形会对其尺寸精度产生极大的影响，有时甚至会使工件卡死在夹具上。（3）在切削力(特别是径向切削力)的作用下，容易产生振动和变形，影响工件的尺寸精度、形状精度、位置精度和表面质量。1.工件分粗、精车阶段粗车时，由于切削余量较大，夹紧力稍大些，变形也相应大些；精车时，夹紧力可稍小些，一方面夹紧变形小，另一方面精车时还可以消除粗车时因切削力过大而产生的变形。三、防止和减小薄壁工件变形的方法

2.合理选用刀具的几何参数（1）外圆精车刀

κr=90°~93°，κ′r

=15°，αo

=14°~16°，αo1=15°，γo适当增大。（2）内孔精车刀κr=60°，κ′r=30°，γo=35°，αo=14°~16°，αo1

=6°~8°，λs=5°~6°。3.增大装夹接触面采用开缝套筒或一些特制的软卡爪使装夹接触面增大，让夹紧力均布在工件上，从而使工件夹紧时不易产生变形。增大装夹接触面,减小工件变形4.应采用轴向夹紧夹具车薄壁工件时，尽量不用图a所示的径向夹紧方法，而优先选用图b所示的轴向夹紧方法。在图b中，工件靠轴向夹紧套（螺纹套）的端面实现轴向夹紧，由于夹紧力F沿工件轴向分布，而工件轴向刚度高，不易产生夹紧变形。薄壁套的夹紧5.增加工艺肋有些薄壁工件在其装夹部位特制几根工艺肋（见图），以提高此处的刚度，使夹紧力作用在工艺肋上，以减小工件的变形。6.充分浇注切削液通过充分浇注切削液，降低切削温度,减小工件热变形。增大工艺肋减少变形1.粗车内、外圆表面，各留精车余量1~1.5mm，精车ϕ30mm内孔。（1）夹持外圆小头，粗车端面、内孔。（2）精车内孔mm至加工要求。（3）夹持内孔，粗车外圆、端面。2.安装在图所示扇形软卡爪中，精车内孔ϕ42H8，精车外圆达mm。四、车削步骤

用扇形软卡爪安装精车内、外圆及端面3.以内孔ϕ42H8和薄壁工件加工实例图右侧端面为基准，将工件安装在图所示弹性胀力心轴上，精车外圆ϕ48h8达到图样要求。用弹性胀力心轴安装粗车外圆本例的加工难点在于薄壁工件的加工工艺，而非编程。本例的数控编程比较简单，请自行编制其加工程序。五、加工程序

第三节

偏心轴套加工中国劳动和社会保障出版社一、分析零件图样

1.零件图2.零件精度分析精度要求较高的尺寸主要有

mm、mm外圆，mm、

mm内孔，

mm内孔和

mm外圆与

外圆的偏心距(2±0.1)mm，两处偏心距无相位角要求。主要的形位精度有外圆ϕ36mm和内孔ϕ32mm的轴线对外圆ϕ48mm基准轴线B的平行度公差0.03mm，内孔ϕ22mm的轴线对外圆ϕ48mm基准轴线B的同轴度公差0.03mm。外圆和外圆的轴线或内孔与外圆的轴线平行但不重合（彼此偏离一定距离）的工件，称为偏心工件。外圆与外圆偏心的工件称为偏心轴，内孔与外圆偏心的工件称为偏心套。两平行轴线间的距离称为偏心距。偏心工件二、偏心轴、偏心套的概念

安装及车削偏心工件前，应先用划线的方法确定偏心轴或偏心套的轴线，随后在两顶尖或四爪单动卡盘上安装工件。现以偏心轴为例来说明偏心工件的划线方法。其步骤如下：1.先将毛坯车成一根光轴，直径为D，长度为L。使工件两端面与轴线垂直（其误差将直接影响找正精度），表面粗糙度Ra值为1.6μm，然后在工件的两端面和外圆上涂一层蓝色显示剂，晾干后将工件放在平板上的V形架中。三、偏心工件的划线方法

2．用游标高度卡尺划线量爪的尖端测量工件的最高点，如图所示，并记下读数，再把游标高度卡尺的游标尺下移至工件实际测量直径的一半，并在工件的端面轻轻地划出一条水平线，然后将工件转过180°，仍用刚才调整的高度再在该端面轻轻地划出另一条水平线。检查前、后两条线是否重合，若重合，即为工件的水平轴线；若不重合，则调整游标高度卡尺，游标尺调整量为两平行线间距离的一半。如此反复，直至使两线重合为止。在V形架上划偏心工件轴线的方法3．找出工件的轴线后，即可在工件的端面和四周划出图所示圈线（即过轴线的水平剖面与工件的截交线）。4．将工件转过90°，用直角尺对齐已划好的端面线，然后用刚才调整好的游标高度卡尺在工件端面和四周划上一道圈线，这样在工件上就得到两道互相垂直的圈线。5．将游标高度卡尺的游标尺上移一个偏心距尺寸，也在轴端面和四周划上一道圈线。6．偏心距中心线划出后，在偏心的中心线处两端分别打样冲眼，要求敲打样冲眼的中心位置准确无误，眼坑宜浅且小而圆。在V形架上划偏心工件轴线的方法1．用四爪单动卡盘装夹及车削偏心工件（1）按划线找正车削偏心工件1）装夹及找正工件①装夹工件前，应先调整好四爪单动卡盘的卡爪，使其中两爪处于对称位置，另外两爪处于不对称位置，其偏离主轴中心的距离大致等于工件的偏心距。各对卡爪之间张开的距离稍大于工件装夹处的直径，使工件偏心圆的中心线处于卡盘中央，然后装夹工件，如图所示。②夹持工件长15～20mm，夹紧工件后，要使尾座顶尖接近工件，调整卡爪位置，使顶尖对准偏心圆中心（即图中的A点），然后移走尾座。四爪单动卡盘装夹偏心工件四、常用车偏心工件的方法

③将划线盘置于床鞍上适当位置，使划针尖对准工件外圆上的侧素线（见图）。移动床鞍，检查侧素线是否水平；若不水平，可用木锤轻轻敲击工件进行调整。再将工件转过90°，检查并校正另一条侧素线，然后将划针尖对准工件端面的偏心圆线，并校正偏心圆（见图）。如此反复校正和调整，直至使两条侧素线均呈水平（此时偏心圆的轴线与基准圆轴线平行），又使偏心圆轴线与车床主轴轴线重合为止。④将四个卡爪均匀地紧一遍，经检查及确认侧素线和偏心圆的中心线在紧固卡爪时没有移位，即可开始车削。找正侧素线校正偏心圆2）车偏心轴①粗车偏心圆直径。由于粗车偏心圆是在光轴的基础上进行的，切削余量很不均匀，并且又是断续切削，会产生一定的冲击和振动，因此外圆车刀的刃倾角取负值。②检查偏心距。当还有0.5mm左右精车余量时，可采用图所示的方法检测偏心距。测量时，用分度值为0.02mm的游标卡尺测量两外圆间的最大距离和最小距离，则偏心距等于最大距离与最小距离差值的一半，即e=（b-a）/2。③精车偏心外圆。用游标卡尺检查并调整卡爪，使偏心距在图样允许的误差范围内，然后复检侧素线，以保证偏心圆和基准圆两轴线平行，便可精车偏心圆。用游标卡尺检测偏心距（2）用百分表找正车削偏心工件1）先用划线初步找正工件。2）再用百分表进一步找正，如图所示，移动床鞍，用百分表在M、N两点处交替进行测量，找正工件侧素线，使偏心圆和基准圆两轴线平行。3）校正偏心距。使百分表测量杆垂直于工件，测头接触偏心工件的基准轴（即光轴）外圆上，并使百分表压缩量为0.5～1mm，用手缓慢转动卡盘，使工件转过一周，百分表读数最大值和最小值之差的一半即为偏心距。按此方法校正M、N两点处的偏心距，使M、N两点处的偏心距基本一致，并且均在图样允许的误差范围内。如此反复调整，直至校正完成。用百分表校正偏心工件4）粗车偏心圆，其操作要求和注意事项与按划线找正车削偏心工件时相同。5）检测偏心距。当还有0.5mm左右精车余量时，可按图所示的方法复检偏心距，将百分表测头与工件基准外圆接触，使卡盘缓慢转过一周，检查百分表读数最大值和最小值之差的一半是否在图样所标偏心距允许的误差范围内。通常复检时偏心距误差应该很小，若偏心距超差，则略紧相应卡爪即可。6）精车偏心圆，保证各项加工精度要求。用百分表复检偏心距2.用三爪自定心卡盘安装、车削偏心工件方法：在三个卡爪中的任意一个卡爪与工件接触面之间垫上一块预先选好的垫片，使工件轴线相对于车床主轴轴线产生位移，并使位移距离等于工件的偏心距，如图所示。在三爪自定心卡盘上车偏心工件（1）垫片厚度的计算垫片厚度x可按下列公式计算:x=1.5e±KK≈1.5Δe式中x——垫片厚度，mm；e——偏心距，mm；K——偏心距修正值，正负号可按实测结果确定，mm；Δe——试切后的实测偏心距误差，mm。例如用三爪自定心卡盘加垫片的方法车削偏心距e=4mm的偏心工件，试计算垫片厚度。解先暂不考虑修正值，初步计算垫片厚度：x=1.5e=1.5×4mm=6mm垫入6mm厚的垫片进行试切削，然后检查其实际偏心距为4.05mm，则其偏心距误差为：Δe=4.05mm-4mm=0.05mmK=1.5Δe=1.5×0.05mm=0.075mm由于实测偏心距比工件要求的大，则垫片厚度的正确值应减去修正值，即：x=1.5e-K=1.5×4mm-0.075mm=5.925mm（2）用三爪自定心卡盘车削偏心工件注意事项1）应选用硬度较高的材料制作垫片，以防止在装夹时发生挤压变形。垫片与卡爪接触的一面应做成与卡爪圆弧相同的圆弧面；否则，接触面将会产生间隙，造成偏心距误差。2）装夹时，工件轴线不能歪斜，否则会影响加工质量。3）对精度要求较高的偏心工件，必须按上述计算方法，在首件加工时进行试车检验，再按实测偏心距误差求得修正值K，从而调整垫片厚度，然后才可正式车削。3.用两顶尖安装、车削偏心工件对于较长的偏心轴，只要轴的两端面能钻中心孔，有装夹鸡心夹头的位置，都可以安装在两顶尖间进行车削，如图所示。用两顶尖装夹车偏心采用两顶尖安装、车削偏心工件时，应注意以下几个方面：（1）用两顶尖安装及车削偏心工件时，关键是要保证基准圆中心孔和偏心圆中心孔钻孔的位置精度；否则偏心距精度无法保证，所以钻中心孔时应特别注意。（2）顶尖与中心孔的接触松紧程度要适当，且应在其间经常加注润滑脂，以减少磨损。（3）断续车削偏心圆时应选用较小的切削用量，初次进刀时一定要从偏心的最远点开始切入工件。4.其他车削偏心工件的方法除了以上几种车偏心工件的常用方法外，其他车削偏心工件的方法有双重卡盘安装、车削偏心工件，偏心卡盘安装、车削偏心工件和专用夹具安装、车削偏心工件等。1.在两顶尖间检测偏心距对于两端有中心孔、偏心距较小、不易放在V形架上检测的轴类工件，可将其放在两顶尖间检测偏心距，如图所示。检测时，使百分表的测头接触工件的偏心部位，用手均匀、缓慢地转动偏心轴，百分表读数最大值与最小值之差的一半就等于偏心距。偏心套的偏心距也可以用上述方法检测，但必须将偏心套套在心轴上，再将其放在两顶尖间检测。五、偏心距的测量方法

在两顶尖间测量偏心距2.在V形架上检测偏心距将工件外圆放置在V形架上，转动偏心工件，通过百分表读数最大值与最小值之差的一半确定偏心距，如图所示。采用以上方法检测偏心距时，由于受百分表测量范围的限制，只能检测无中心孔或工件较短、偏心距e<5mm的偏心工件。若工件的偏心距较大（e≥5mm），则可利用V形架、百分表和量块等间接检测。在V形架上间接测量偏心距1．粗、精车外圆，保证外圆尺寸mm，粗、精车内孔，保证内孔尺寸mm，且保证内孔轴线与外圆轴线的同轴度要求。2．在V形架上划线并划出偏心圆，打样冲眼。3．在四爪单动卡盘上装夹工件后，先通过划线初步找正，再进一步用百分表找正，找正工件侧素线并校正偏心距，使偏心圆轴线与车床主轴轴线重合。4．粗车偏心圆，然后检查偏心距并进行调整；精车偏心圆，保证外圆尺寸mm、偏心距（2±0.1）mm和平行度要求。5．掉头装夹，重复以上步骤3和4，加工出偏心孔，保证内孔尺寸mm、偏心距（2±0.1）mm和平行度要求。六、用四爪单动卡盘装夹及车削偏心工件的步骤

第四节

高级数控车应会试题中国劳动和社会保障出版社

1.零件图样毛坯为φ45mm×92mm的圆钢，钻出φ18mm的预孔，试编写其数控车加工程序。一、应会试题12.加工准备本例选用的机床为FANUC0i或SIEMENS802D系统的CKA6140型数控车床，毛坯材料加工前先钻出直径为18mm的预孔。请根据零件的加工要求自行配置工具、量具、夹具。3.加工工艺分析本例工件的加工难点在于加工工件右侧外椭圆轮廓，FANUC系统数控车床中，采用G73指令进行编程与加工；而在SIEMENS802D系统数控车床中，则采用CYCLE95指令编程与加工。编程时以Z坐标为自变量，X坐标为因变量，同时使用以下变量进行运算。#101

（R1）：公式中的Z坐标。#102（R2）：公式中的X坐标。#103（R3）：工件坐标系中的Z坐标，#103=#101-15.0。#104（R4）：工件坐标系中的X坐标，#104=2*#102。4.编制加工程序选择工件左、右端面的回转中心作为编程原点，选择的刀具为T01外圆车刀、T02内孔车刀、T03内切槽刀（刀头宽度为3mm）、T04内螺纹车刀，参考程序5．检测与评分加工本例工件的工时定额（包括编程与程序手动输入）为3h。高级数控车应会试题1评分表1.零件图样毛坯为φ50mm×112mm的圆钢，已预先钻出φ18mm的孔，试编写其数控车加工程序。二、应会试题22.加工准备本例选用的机床为FANUC0i或SIEMENS802D系统的CKA6140型数控车床，毛坯材料加工前先钻出直径为18mm的预孔。请根据零件的加工要求自行配置工具、量具、夹具。3.加工工艺分析（1）椭圆的近似画法粗加工过程中常用圆弧代替非圆曲线，采用圆弧代替椭圆的近似画法如图所示，其操作步骤如下：1）画出长轴AB和短轴CD，连接AC并在AC上截取CF，使其等于AO与CO之差CE。2）作AF的垂直平分线，使其分别交AB和CD的延长线于O1和O2点。3）分别以O1和O2为圆心，O1A和O2C为半径作出圆弧AG和CG，该圆弧即为四分之一的椭圆。4）用同样的方法画出整个椭圆。四心近似画椭圆（2）本例工件椭圆曲线的编程思路将本例工例件中的非圆曲线分成40条线段后，用直线进行拟合，每段直线在Z轴方向的间距为0.5mm。如图所示，根据曲线公式，以Z坐标为自变量，X坐标为因变量，Z坐标每次递减0.1mm，计算出对应的X坐标值。采用宏程序或参数编程时使用以下变量进行运算：#101（R1）：非圆曲线公式中的Z坐标值，初始值为20。#102（R2）：非圆曲线公式中的X坐标值（半径量），初始值为0。#103（R3）：非圆曲线在工件坐标系中的Z坐标值，其值为#101-45.0。#104（R4）：非圆曲线在工件坐标系中的X坐标值（直径量），其值为#102*2。椭圆的变量计算4.编制加工程序选择工件左、右端面的回转中心作为编程原点，选择的刀具为T01外圆车刀、T02外切槽刀（刀头宽度为3mm）、T03外螺纹车刀、T04内孔车刀。高级数控车应会试题2参考程序5.检测评分加工本例工件的工时定额（包括编程与程序手动输入）为4h。高级数控车应会试题2评分表三、应会试题31.零件图样加工图所示的工件，毛坯为φ45mm×65mm和φ40mm×51mm的圆钢，试编写其数控车加工程序。2.加工准备加工本例工件选用FANUC0i或SIEM