第2章 模具数控车削加工技术.ppt

1、2.1 数控车床,2.2 数控车削刀具,2.3 数控车削编程基础,第2章 模具数控车削加工技术,2.4 数控车床编程指令,思考与练习,数控车床是数控机床中应用最广泛的一种。它可以完成各种带有复杂母线的回转体类零件的加工。对于高档次的数控车床（如车削中心）还能进行铣削、钻削以及各种多边形零件的加工。一般数控车床在模具制造中有一定的应用范围，如塑料瓶吹塑模的加工等。,2.1 数控车床,1.数控车床的组成 数控车床大致由五部分组成，分别为数控系统、驱动系 统、辅助装置、车床主机和CAD/CAM软件。,2.1.1数控车床组成与分类,（1）数控系统 数控系统（亦称控制系统）是数控车床的控制核心。其主要部

2、分是一台计算机，它与通用的计算机从构成上讲是相同的，其中包括CPU、存储器、CRT等部分。数控系统中用的计算机一般是专用计算机，也有一些是工业控制用计算机（工控机）。 （2）驱动系统 驱动系统是数控车床切削工作的动力部分，主要实现主运动和进给运动。在数控车床中，驱动系统又称为伺服系统，由伺服驱动电路和驱动装置两大部分组成。伺服驱动电路的作用是接收指令，经过软件的处理，推动驱动装置运动。驱动装置主要由主轴电机、进给系统等组成。其中电动机有步进电机、直流伺服电机和交流伺服电机三类。,（3）辅助装置 与普通车床相类似，辅助装置是指数控车床中为正常加工提供帮助的配套部分，如液压、气动装置、冷却、照明、

3、润滑、防护和排屑装置等。 （4）车床主机 主要是数控车床的机械部件，主要包括床身、主轴箱、刀架、尾座、进给传动机构等。 （5）CAD/CAM软件编程 由于一些模具零件形状复杂，需借助CAD/CAM（计算机辅助设计/制造）软件与相应的后置处理程序，来生成加工程序。通过数控车床控制系统上的通信接口或其它存储介质（如磁盘、光盘等），把生成的加工程序输入到数控车床的控制系统中，完成零件的加工。,数控车床机械结构与普通车床基本一致，而刀架和导轨的布局形式发生了根本的变化，这是因为刀架和导轨的布局形式直接影响数控车床的使用性能及机床的结构和外观。,平床身的工艺性好，便于导轨面的加工。平床身水平放置刀架可提

4、高刀架的运动精度，但下部空间小，排屑困难。一般可用于大型数控车床或小型精度数控车床的布局。 斜床身其导轨倾斜的角度分别为30、45、60、90（称为立床身）。倾斜角度小，排屑不便；倾斜角度大，导轨的导向性差，受力情况也差。一般中小规格的数控车床，其床身的倾斜度为60为宜。 平床身斜滑板布局形式有平床身的工艺性好的特点，且机床宽度方向的尺寸较水平配置滑板的要小，排屑方便。,2.数控车床的分类 （1）按数控系统的技术水平或机床的机械结构分类 经济型数控车床 全功能型数控车床 车削中心 FMC车床 （2）按主轴的配置形式分类 卧式数控车床 立式数控车床 （3）按控制的轴数分类 两轴控制数控车床 四轴

5、控制数控车床,2.1.2数控车床主要技术参数,1.机床规格及技术要求 （1）加工范围,（2）机床主轴控制:采用交流变频器和交流变频电机控制。,（3）机床进给驱动控制:采用交流伺服驱动单元与交流伺服电机驱动。,（4）机床精度:机床的定位精度及重复定位精度按国家数控卧式车床精度专业标准的相关项目进行检测。精度值应满足标准要求。,（5）机床刀架控制: 刀架采用与机床相配套的电动刀架。,（6）尾座,2.数控车床数控系统基本功能要求 数控系统配置与功能的要求,3.数控系统编程功能要求,2.2.1数控车削刀具概述 数控车床使用的刀具从切削方式上可分为三类：外圆表面切削刀具、端面切削刀具和内圆表面切削刀具。

6、目前国内外大部分公司采用的数控车刀命名规则是：根据GB2076-87规定，可转位硬质合金刀片型号由代表一定意义的字母和数字按一定顺序排列组成。这里只限于标准车刀，不包含切断刀、螺纹刀等非标准型号。,2.2数控车削刀具,要实现数控车床的合理切削，必须有与之相适应的刀具与刀具材料。目前刀具材料的种类很多，数控加工中常用的刀具材料有高速钢（HSS）、硬质合金、立方氮化硼（CBN）、陶瓷和金刚石（PCD）等。切削中刀具切削刃要承受很高的温度和很大的切削力，同时还要承受冲击与振动，要使刀具能在这样的条件下工作，并保持良好的切削能力，刀具材料应满足以下基本要求：,（1）高硬度和高耐磨性 刀具材料的硬度应大

7、于工件材料的硬度才能维持正常的切削。 （2）足够的强度和韧性 刀具材料必须具备足够的抗弯强度和冲击韧性，以承受切削力、冲击和振动，避免刀具在切削过程中产生断裂和崩刃。 （3）良好的耐热性能 耐热性是指刀具材料在切削过程中的高温下保持硬度、耐磨性、强度和韧性的能力，又称热硬性或红硬性。 （4）良好的工艺性 为了便于刀具的制造，要求刀具材料具有良好的工艺性，如良好的热处理性能和刃磨性等。 （5）经济性 经济性是指刀具材料价格及刀具制造成本，整体上的经济性可以使分摊到每个工件的成本不高。,为了满足数控车床的加工工序集中、零件装夹次数少、加工精度高、能自动换刀等要求，数控车床使用的数控刀具有如下特点：

8、 （1）高加工精度 为适应数控加工高精度和快速自动换刀的要求，数控刀具及其装夹结构必须具有很高的精度，以保证在数控车床上的安装精度和重复定位精度。 （2）高刚性 数控车床所使用的刀具应具有适应高速切削的要求，具有良好的切削性能。 （3）高耐用度 数控加工刀具的耐用度及其经济寿命的指标应具有合理性，要注重刀具材料及其切削参数与被加工工件材料之间匹配的选用原则。 （4）高可靠性 要求刀具应有很高的可靠性，避免加工过程中出现意外的损伤，而且同一批刀具的切削性能和耐用度不能有较大差异。 （5）装卸调整方便 刀具系统装载质量限度的要求，对整个数控刀具自动换刀系统的结构应进行优化。 （6）标准化、系列化、

9、通用化程度高 使数控刀具最终达到高效、多能、快换、经济的目的。,2.2.2数控车削刀具的基本术语,1.车刀的组成 一般车刀都是由刀头和刀体两部分组成的。,前面(前刀面)刀具上切屑流过的表面。它直接作用于被切削的金属层，并控制切屑沿其排出的刀面。 后面(后刀面)与工件上切削中产生的表面相对的表面。 主后面(主后刀面)刀具上同前面相交形成主切削刃的后面。它与过渡表面相对。 副后面(副后刀面)刀具上同前面相交形成副切削刃的后面。它与已加工表面相对。 主切削刃起始于切削刃上主偏角为零的点，并至少有一段切削刃拟用来在工件上切出过渡表面的那个整段切削刃。 副切削刃切削刃上除主切削刃以外的刃，亦起始于切削刃

10、上主偏角为零的点，但它向背离主切削刃的方向延伸。,2.刀具角度参考系 刀具角度参考系 为了确定和测量车刀的角度，需要根据一些辅助平面作为基准。,切削平面通过切削刃选定点与切削刃相切并垂直于基面的平面。 主切削平面Ps通过切削刃选定点与主切削刃相切并垂直于基面的平面。它切于过渡表面，也就是说它是由切削速度与切削刃切线组成的平面。 副切削平面通过切削刃选定点与副切削刃相切并垂直于基面的平面。 基面Pt通过切削刃选定点垂直于合成切削速度方向的平面。在刀具静止参考系中，它是过切削刃选定点的平面，平行或垂直于刀具在制造、刃磨和测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般说来其方位要垂直于假定的主运动方向

11、。 假定工作平面在刀具静止参考系中，它是过切削刃选定点并垂直于基面，平行或垂直于刀具在制造、刃磨和测量时适合于安装或定位的一个平面或轴线，一般说来其方位要平行于假定的主运动方向。 法平面Pn通过切削刃选定点并垂直于切削刃的平面。,3.车刀各部分角度名称,前角-前面与基面间的夹角。 后角-后面与切削平面间的夹角。 楔角-前面与后面间的夹角。 主偏角-主切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。 副偏角-副切削平面与假定工作平面间的夹角，在基面中测量。 刀尖角-主切削平面与副切削平面间的夹角，在基面中测量。 刃倾角-主切削刃与基面间的夹角，在主切削平面中测量。,1.外圆车刀型号 为了便于选用和

12、订购刀片，规范各生产厂家对刀片的命名，我国参照ISO相关标准制定了切削刀具用可转位刀片型号表示规则，即GB20761987。在此标准中规定，可转位刀片的型号由不同意义的字母或者数字按照一定顺序、方式排列构成。,2.2.3数控车削刀具及选用原则,（1）夹紧机构,（2）进给方向 R为右偏刀从右边开始切削加工；L为左偏刀从左边开始切削加工；N一般为螺纹的进刀加工方式。,（3）外圆刀杆的应用。,（4）外圆刀杆的应用（刀片）。,2.内孔车刀型号。,（1）内孔刀杆的应用。,（2）内孔刀杆的应用（刀片）。,（3）镗刀杆的选择 镗刀杆选择的基本原则为： 选择尽可能大的直径；选择尽可能小的镗杆悬伸；选择刚性尽可

13、能大的夹紧，以减少震动的危险；冷却液（或压缩空气）可提高排屑能力和表面质量，特别是在深孔加工中。（4）刀片形状选择 在要求强度和经济性时，应选择大的刀尖圆角；在保证通用性时，选择小的刀尖圆角。,3.数控车削刀具选用原则 （1）确定工序类型 确定外圆/内孔加工顺序。一般是先内孔后外圆的原则，即先进行内部型腔的加工，再进行外圆的加工。,（2）确定加工类型 确定外圆车削/内孔车削/端面车削/螺纹车削的类型。数控车削加工的工艺特点是工件旋转做主运动，车刀做进给运动，主要用来加工各种回转表面，如外圆、内孔、平面、锥面、螺纹等。根据所选用的车刀角度和切削用量的不同，车削可分为粗车、半精车和精车等阶段。粗车

14、的尺寸公差等级为IT12IT11，Ra值为2512.5um；半精车为IT10IT9，Ra值为6.33.2um；精车为IT8IT7，Ra值为1.60.8um。其中外圆车削是最常见、最基本的车削方法；内孔车削是指用车削方法扩大工件的孔或加工空心工件的内表面，也是最常采用的车削加工方法之一；端面车削主要指的是车端平面（包括台阶端面）；螺纹车削一般使用成形车刀加工。 （3）确定刀具夹紧系统 M类夹紧/S类夹紧/P类夹紧。,（4）确定刀具形式 车削刀具形式与加工范围。,（5）确定刀具中心高 一般刀具中心高主要有16、20、25、32、40mm等。（6）选择刀片 形状/型号/槽型/刀尖半径/牌号。（7）确

15、定切削参数 主要是确定用量三要素，即切削速度Vc、切削深度ap和进给量f。,2.3数控车削编程基础,2.3.1数控车床坐标系与运动方向确定 一般数控车床仅有两个直角坐标轴，分别用X轴和Z轴表示。对于Z轴为带动工件旋转的主轴轴线；X轴为工件的径向且在水平面内，X、Z的正方向为刀具远离工件的方向。,2.3.2数控车削加工工艺分析,数控车床的加工工艺是预先在所编制的程序中体现的，由机床自动实现。合理的加工工艺对提高数控机床的加工效率和加工精度至关重要。一般数控车床加工工艺内容如下： （1）被加工零件图样分析； （2）选择毛坯； （3）确定加工工艺，包括加工顺序、走刀路线、切削用量和加工刀具、夹具等；

16、 （4）工序的划分； （5）编制工艺文件。 1.加工顺序安排原则 总的加工顺序的安排应遵循以下原则： （1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧； （2）先内后外，即先进行内部型腔（内孔）的加工工序，后进行外形的加工； （3）以相同的安装或使用同一把刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重新定位或换刀所引起的误差； （4）在同一次安装中，应先进行对工件刚性影响较小的工序。,2.确定加工路线 在数控车床上加工路线确定优化与否，直接影响其加工质量、加工效率和加工安全性。刀具运动方向、轨迹是指刀具在加工过程中刀具的走势。 3.选择切削用量 数控车削加工切削用量包括：切削速度、背吃刀量和进给量。在

17、车床夹具刀具工件这一刚性系统条件下，选择好切削用量达到最佳切削效果是工艺处理的重要内容之一。一般粗加工时切削用量首先选择尽可能大的背吃刀量，其次选择较大的进给量，最后在刀具寿命和机床功率允许的条件选择下一个合理的切削速度。而精加工的切削用量要保证质量，兼顾效率和刀具使用寿命的条件下，与粗加工的选择反之。 4.工序划分的原则 在数控车削加工中，加工过程要分为粗加工阶段、半精加工阶段和精加工阶段。工序的划分可以采用两种不同的原则，即工序集中原则和工序分散原则。 （1）工序集中原则 工序集中就是将工件的加工集中在少数几道工序内完成，每道工序的加工内容较多。工序集中有利于采用高效的专用设备和数控机床，

18、减少机床数量、操作工人数和占地面积；一次装夹后可加工较多表面，不仅保证了各个加工表面之间的相互位置精度，同时还减少了工序间的工件运输量和装夹工件的辅助时间。 （2）工序分散原则 工序分散就是将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少。工序分散使设备和工艺装备结构简单，调整和维修方便，操作简单，转产容易；有利于选择合理的切削用量，减少机动时间。,2.4数控车床编程指令,数控车床加工零件的操作流程是：首先要根据零件图编写加工程序，然后用程序控制CNC机床按规定路线加工。那么下面我们就来看看数控车床的编程指令。 2.4.1编程指令体系 BEIJING-FANUC-0i-Mate-TB

19、系统数控车床编程指令体系，根据这些指令我们可以完成较复杂模具零件的加工。,2.4.2编程实例 【例2.1】如图所示的零件图，材料为45钢。毛坯为2070mm，试用FANUC 0i系统数控车床编程指令编制其加工程序。,分析零件图纸和数控车床的加工特点，其加工工艺方案如下： （1）工件坐标系选在工件右端面的中心，且在三爪卡盘上装夹； （2）以工件坐标系为参照，确定各基点的坐标值； （3）选择外圆车刀（T0101）加工外轮廓，分粗、精加工； （4）用尖刀（T0202）加工R5圆弧； （5）用切断刀（T0303）将工件从毛坯上切下，修端面。,其参考程序如下：,【例2.2】如图所示的零件图，材料为45钢

20、。毛坯为32130mm，试用FANUC 0i系统数控车床编程指令编制其加工程序。,分析零件图纸和数控车床的加工特点，其加工工艺方案如下： （1）工件坐标系选在工件右端面的中心，且在三爪卡盘上装夹； （2）以工件坐标系为参照，确定各基点的坐标值； （3）选择尖刀（T0101）加工外轮廓，分粗、精加工； （4）用切断刀（T0202）将工件从毛坯上切下，修端面。,【综合案例】 如图2.22所示的零件图，材料为45钢。毛坯为26130mm，试用FANUC 0i系统数控车床编程指令编制其加工程序。,案例分析 分析零件图纸和数控车床的加工特点，其加工工艺方案如下： （1）工件坐标系选在工件右端面的中心，且

21、在三爪卡盘上装夹； （2）以工件坐标系为参照，确定各基点的坐标值； （3）选择尖刀（T0101）加工外轮廓，分粗、精加工； （4）选择切槽刀（T0202）加工145的螺纹退刀槽和梯形槽； （5）选择螺纹刀（T0303）加工M201.5的螺纹； （6）用切槽刀（T0202）加工右端台阶并将工件从毛坯上切下，修端面。,本章总结 本章从数控车床的组成、分类和主要技术参数等方面介绍，侧重数控车削加工工艺方案的制定和程序编制知识。,思考与练习,一、填空题 1数控车床的组成，一般是由 、驱动系统、 、 和CAD/CAM软件等几个部分。 2数控车床中，电动机主要有 、 和 三种类型。 3数控车床的机械结构与

22、普通车床基本一致，而刀架和导轨的布局形式发生了根本变化。一般数控车床床身导轨与水平面的相对位置有 、 、 和 四种布局。 4数控车床按主轴的配置形式可分为 和 两类。 5我国参照ISO相关标准制定的切削刀具用可转位刀片型号表示规则，即GB20761987中规定，可转位刀片的型号由不同意义的 或 按照一定顺序、方式排列构成。 6安装车刀时，刀杆在刀架上伸出量过长，切削时容易产生 。 7数控车床机床坐标系，其Z轴与 重合，为 进刀方向；与 主轴垂直，为 进刀方向。 8数控车床的运动量是由数控系统直接控制的，运动状态则是由 控制的。 9车床数控系统中，用 指令进行恒切削速度控制。 10在数控车削用量

23、中，对切削力影响最大的是 。,二、选择题 1数控车床X方向对刀时，车削外圆后只能沿（ ）方向退刀并停掉主轴后，测量外径尺寸。 AX BZ CX、Z都可以 2FANUC O系列数控系统操作面板上显示报警号的功能键是（ ）。 ADGNOS/PARAM BPOS COPR/ALARM DMENU OFSET 3数控机床坐标轴命名的原则规定，（ ）的运动方向为该坐标轴的正方向。 A刀具远离工件 B刀具接近工件 C工件远离刀具 4数控车床的核心装置是（ ）。 A机床本体 B数控装置 C输入输出装置 D伺服装置 5车床数控系统中，用哪一组指令进行恒线速控制（ ）。 AG00 S BG96 S CF01 F DG98 S 6可用于开环伺服控制的电动机是（ ）。 A交流主轴电动机 B永磁宽调速直流电动机 C无刷直流电动机 D功率步进电动机 7（ ）是无法用准备功能字G来规定或指定的。 A主轴旋转方向 B直线插补 C刀具补偿 D增量尺寸 8采用固定循环编程，可以。 A加快切削速度，提高加工质量 B缩短程序的长度，减少程序所占内存 C减少换刀次数，提高切削速度 D减少吃刀深度，保证加工质量 9车削不可以加工（ ）。 A螺纹 B键槽 C外圆柱面 D端面 10数控系统中，（ ）指令在加工过程中是非模态的。 AG90 BG55 CG04 DG02,三、简答题