数控车床加工工艺

数控车床加工工艺 698183488.doc 第2章 数控车床加工工艺 在数控车床编制程序过程中，必将经历一个重要过程，就是加工工艺设计过程，它包含图纸分析、工序的划分、坐标尺寸、机床选择、工件加工工序的安排，装夹方式、加工线路，刀具切削用量等比较广泛的工艺问题， 本章介绍数控车床加工中的各项加工工艺处理问题。 2(1 数控车床加工工艺分析 2(1(1 数控车床加工工艺的主要内容 根据数控车床加工实际要求，数控加工工艺主要包括以下几个内容: 1(分析零件图样、选择并决定适合在数控车床上加工的内容 2(加工工序的划分原则及工序间的衔接要求 3(典型零件加工工序的处理 4(加工制定原则及加工线路的确定 5(工件的定位与装夹 6(数控车床刀具 7(切削用量的确定 8(制定补偿方案 9(处理特殊的工艺问题。 2(1(2 数控车床加工工艺基本特点 无论是普通车床加工还是数控车床加工，在加工前都要对所加工的零件进行工艺过程分析，拟定加工方案，确定加工线路和加工内容，选择合适的刀具和切削用量，设计合适的夹具及装夹方法。特别是在数控车床加工中，加工工艺的制定则比普通车床显得更为重要，也要更为详细，因为在普通车床加工中，制定了工艺卡，操作者按加工工艺进行操作，在加工中如遇到某些问题，(如在加工内孔时，铁屑堵塞，可停机清理)，可灵活进行调整处理，不会受太大影响，而数控车床则不同。数控车床受控于程序指令，加工过程都是自动进行加工的，每一个数据、加工路线、刀具、切削用量的不合理，都会造成工作量的成倍增加，甚至要重来，这样就要对零件的加工从装夹到加工完毕每一工步都十分清晰，要细化每一工步的切削变化、切削用量、走刀线路等较细致的问题。 加工工艺设计是对工件加工前的前期准备工作，它必须在程序编制工作以前完成，只有在确定了工艺设计方案后，编程才有依据并通过首件加工来检验、修正。工艺方面考虑不周是造成数控加工出错的主要原因之一，因此，编程人员一定注意先将工艺设计做好，对一些拿捏不定的数据(如切削用量，刀具切削效果等)，可进行必要的测试，匆匆忙忙就进行编程往往会顾此失彼。 数控车床在加工工艺上与普通车床加工工艺原理上基本相同，但由于数控车床与 - 6 - 《数控车工仿真训练与考核》 之相比，在加工性能、控制方式也有其优势、缺点，因而又有其特点。 首先，数控车床加工工序比普通车床加工的工序内容要复杂。数控车床通常安排较复杂的工序或是在普通车床上加工难以控制的工序，如圆弧面连接、锥度螺纹、台阶螺纹、内弧面等，这样，在工艺处理方面难度相对增大。 其次，数控车床加工程序的编制要比普通车床的工艺规程编制复杂。这是因为在普通车床加工中，许多加工工艺不必考虑的问题(如排屑、换刀、定位装夹)，在数控加工工艺中都不能忽视，普通车床这些问题在加工中可由操作者根据情况随时调整，而数控车床在加工中调整则较繁锁。 2. 1. 3 数控车床加工零件工艺性分析 数控机床加工，必须根据数控机床的性能特点、应用范围，对零件加工工艺进行分析。 一是分析零件数控加工的可能性:对零件毛坯的可安装性、材质的加工性、刀具运动的可行性和加工余量状况进行分析。 二是分析程序编制的方便性:视零件图纸尺寸的标注方法是否便于坐标计算和程序编制，能否减少刀具的规格和换刀次数，提高生产效率和加工质量。 三是通过工艺分析选择合适的加工方案:对于同一零件，由于安装定位的方式、刀具的配备、加工路径的选取、工件坐标系的设置以及生产规模等的差异，往往会有许多可能的加工方案，也就是根据零件的技术要求选择经济、合理的工艺方案。 具体要分析的内容大致有如下几个方面: 1(分析零件图纸给标示构成零件轮廓的几何元素的条件是否充分。 2(分析零件图纸尺寸的标注方法是否适应数控加工的特点。通常零件图的尺寸标注方法都是要据装配要求和零件的使用特性分散地从设计基准引注，这样的标注方法会给工序安排、坐标计算和数控加工增加许多麻烦。而数控加工零件图则要求从同基准引注尺寸或直接给出相应的坐标值(或坐标尺寸)，这样有利于编程和协调设计基准、工艺基准、测量基准与编程零点的设置和计算。 3(材质的加工性分析。是分析所提供的毛坯材质本身的机械性能和热处理状态，毛坯的铸造品质和被加工部位的材料硬度，是否有白口、夹砂、疏松等。判断其加工的难易程度，为刀具材料和切削用量的选择提供依据。 4(零件毛坯的可安装性分析:是分析被加工零件的毛坯是否便于定位和装夹，要不要增加工艺辅助装置，安装基准需不需要进行加工，装夹方式和装夹点的选取是否会有碍刀具的运动，夹压变形是否对加工质量造成影响等。为工件定位、安装和夹具设计提供依据。 5(刀具运动的可行性分析:是分析工件毛坯(或坯件)外形和内腔是否有碍刀具定位、运动和切削的地方，有无加工干涉现象，对有碍部位检验是否通过。为刀具运动路线的确定和程序设计提供依据。 6(加工余量状况的分析:是分析毛坯(或坯料)是否留有足够的加工余量，孔加工部位是通孔还是盲孔，有无加工干涉等，为刀具选择、加工安排和加工余量分配提供依据。 7(分析零件结构工艺性是否有利于数控车床加工。是分析零件的外形、内腔是否 7 698183488.doc 可以采取统一的几何类型或尺寸 ，尽可能减少刀具数量和换刀次数。 8(分析加工工序的划分是否有利于数控车床加工，各工序尺寸是否容易保证, 是否对加工质量有影响，是否能提高加工效率，是否经济合理。 2(2 数控车床加工工艺设计 工艺设计是数控车床加工过程中较为复杂又非常重要的环节，与加工程序的编制、零件加工的质量、效益都有着密切的联系。要掌握好数控车床加工的工艺设计环节，不仅要掌握普通车床加工的工艺规程、切削知识，还应具有扎实的加工工艺基础知识，及对数控车床加工工艺方案制定的各个方面都有比较全面的了解，在数控车床的加工中，造成加工失误或质量、效益不尽人意的主要原因就是对工艺设计考虑不周。做好工艺设计、处理工作，对于数控车床加工中程序的编制和零件的加工是非常重要的。但工艺设计工作的实践性很强。在学习中，要善于思考，充分利用所掌握的各项知识，理论联系实际，在大量的实际运用中，不断总结、提高自己的工艺设计、处理的水平。 现对数控车床加工工艺设计过程给予分析: 2(2(1 分析零件图样、选择并决定适合在数控车床上加工的内容 2. 2 .1 . 1 分析零件图样 分析零件图样是工艺准备中的首要工作，因为工件图样包括工件轮廓的几何条件、尺寸、形状位置公差要求、表面粗糙度要求、毛坯、材料与热处理要求及件数要求，这些都是制定合理工艺处理所必需要考虑到的，也直接影响到零件加工程序的编制及加工的结果。分析零件图样主要包括以下几个内容: 1(检查构成加工轮廓的几何条件有无缺陷 由于零件图纸设计、绘制等多方面原因，可能在图样上出现构成加工轮廓的数据不充足(如图样上漏掉某尺寸或所给定的几何条件不合理，造成数学处理困难，及给定的几何条件自相矛盾等)，尺寸模糊不清，或图样上图线位置模糊、及尺寸封闭等缺陷，这些缺陷不仅增加编程工作难度，有时甚至无法编程或由于图样几何条件不清，造成加工失误，使零件报废，造成不必要的损失。 当发生了上述或其它图样上的各项缺陷时，应及时向图样的设计人员或技术管理人员反映，解决后方可进行程序的编制工作，不可凭自己盲目推断或想象来进行加工，以避免不必要的错误发生。 2(分析零件材质、尺寸公差、表面粗糙度要求 分析零件图样的尺寸公差要求和表面粗糙度要求，明确零件材质是确定机床、刀具、切削用量的重要依据，以确定零件尺寸精度的控制方法、手段和加工工艺。在该项分析过程中，对不同的工件材料、不同精度的尺寸要求和表面粗糙度要求。在刀具选择、切削用量、走刀线路等方面进行合理的选择, 并将这些选择在程序编制中予以应用。 3(形状和位置公差要求 零件不仅尺寸公差和表面粗糙度要求要达到图样要求，同时形状和位置公差也是保 - 8 - 《数控车工仿真训练与考核》 证零件精度的重要要求。在工艺准备过程中，应按图样的形状和位置公差要求来确定零件的定位基准、加工工艺，以满足其公差要求。 对于数控车床加工，零件的形状和位置公差要求主要受车床机械运动副精度和加工工艺的影响，如对于圆柱度、垂直度的公差要求，其车床本身在Z轴和X轴方向线与主轴轴线的平行度和垂直度和公差要小于其图样的形位公差要求，否则无法保证其加工精度，即车床机械运动副误差不得大于图样的形位公差要求。在机床精度达不到要求时，则需在工艺准备中，考虑进行技术性处理的有关方案。另在分析图样的形位公差要求时，要选择正确的加工工艺来保证其公差要求。生产实践证明加工工艺的不合理，是造成形位公差超差的主要原因。 2(2(1(2选择并决定适合在数控车床上加工的内容 当选择并决定某个零件进行数控加工后，并不等于要把它所有的加工内容都包下来，可能只是其中的一部分进行数控加工。必须对零件图纸进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在选择并作出决定时，应结合设备的实际情况，立足于解决难题、攻克关键和提高生产率，充分发挥数控车床的优势。在选择时，一般可按下列顺序考虑: 1(普通车床无法加工的内容应作为优先选择内容; 2(普通车床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容; 3(普通车床加工效率低，工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富余的基础上进行选择。 一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产率与综合经济效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些内容则不宜选择采用数控车床加工: 1(装夹定位不准且不易解决，需通过较长时间占机调整的加工内容; 2(难加工材料，刀具容易磨损，刀具调整时间过多的加工内容; 3(不能在数控上一次安装加工完成的零星部位、分序加工定位不易解决需多次调整、效益不明显的加工内容。 2. 2. 2 加工工序的划分原则及工序间的衔接要求 2(2(2(1 工序的划分原则、方法 1(工序划分原则 工序的划分可以采用两种原则，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;减少了机床数量、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和装夹工件的辅助时间。但数控机床、专用设备和工艺装备投资大，对操作工人要求高，尤其是专用设备和工艺装备调整和维修比较麻烦，不利于转产。 (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，对操作工人要求低，转产容易;有利于选择合理的切削用量，减少机动时间。 9 698183488.doc 但工艺路线长，所需设备及工人人数多，占地面积大。 2(工序划分方法: 工序划分主要考虑生产规模、所用设备及零件本身的结构和技术要求等因素。 大批量生产时，若使用多刀架、塔式刀架等高效数控车床，工序可按集中原则划分;若在经济型数控车床或组合机床组成的自动线上加工，工序一般按分散原则划分。现代企业生产的发展多趋向于前者。单件小批生产时，工序划分通常采用集中原则。成批生产时，工序可按集中原则划分，也可按分散原则划分，应视具体情况而定。对于尺寸和质量都很大的重型零件，为减少装夹次数和运输量，应按集中原则划分工序。对于刚性差且精度高的精密零件，应按工序分散原则划分工序。 按照工序划分原则考虑被加工零件是否可以在一台数控机床上完成整个零件的加工工作，若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工，哪一部分在其他机床上加工，即对零件的加工工序进行划分。一般工序划分有以下几种方式: 1(按零件装夹定位方式划分工序 由于每个零件结构形状不同，各表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位;加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。 2(按粗、精加工划分工序 根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先粗加工再精加工。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工。通常在一次安装中，不允许将零件某一部分表面加工完毕后，再加工零件的其他表面。 3(按所用刀具划分工序 为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能性用同一把刀具加工出可能加工所有部位，然后再换另一把刀加工其他部位。 4(按安装次数划分工序 即以一次安装完成的那一部分工艺过程为一道工序。这种方法适合于加工内容不多的工件，加工完成后就能达到待检状态。 5(按设备情况及零件数量，以提高生产效率为原则来划分工序: 工序的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个零件的加工中往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分析和描述较复杂的工序，简化零件的加工， 在保证加工精度和提高效率的前提下来进行零件加工工序的划分。 总之，工序的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。 2.2.2.2工序间的衔接及要求 数控车床的工艺路线设计往往包含其他加工工序工艺过程，由于数控车床工序常常穿插于零件加工的整个工艺过程中间，因此在工艺路线设计中使之与整个工艺过程协调。这样才能保证数控车床的加工要求，如:留多少加工余量;定位面与定位孔的精度要求及形位公差;对校形工序的技术要求;对毛坯的热处理要求等。目的是达到相互间能满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，主要是确定加工顺序的安排和工序尺寸的大小。 1(加工顺序的安排 加工顺序的安排应根据零件结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的需要来考虑，重点是保证定位夹紧时工件的刚性和有利于保证加工精度。加工顺序安排一般应遵循下 - 10 - 《数控车工仿真训练与考核》 列原则: ?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 的也要综合考虑; ?一般先进行外形加工工序，后进行内型加工工序; ?以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重复定位次数，换刀次数与挪动压紧元件次数; ?在不同安装中进行的多道工序，应先安排对工件精度、刚性破坏较小的工序。 2(工序尺寸衔接要求 在数控车床的分序加工中一定要注意建立好相互间的连接。在工艺设计时，要全面的考虑将各个工件的装夹方式、加工部位、尺寸要求、余量大小、编程原点、工艺线路等，如要不要留余量，什么地需要加工，能否保证零件的精度要求等。只要认真处理好这些问题，分序加工能够帮助生产率的提高。 数控工序工艺设计是整个零件加工的基础，其设计的质量会直接影响零件的加工质量与生产效率。工序工艺设计时应对零件图、毛坯图认真消化，结合数控加工的特点灵活运用普通加工工艺的一般原则，尽量把数控车床加工工序工艺设计得更合理、更有效率一些。 2. 2. 3 典型零件加工工序的处理 在数控车床的加工中许多零件经过合理工序划分来进行加工，会取得较好的效果，现以实际加工如图2-1所示的零件—模钉来分析工序划分处理，经过工序划分的加工，有以下几个优点: 1(减少辅助换刀、对刀时间，提高加工效率; 2(节省材料、提高经济效率; 3(简化程序编制; 4(可方便进给尺寸控制的调整，对操作人员要求不高，可实现流水线生产。 全部Ra3.2 图2—1 模钉 数量:5000件 以下是两种加工方式的比较 方式一:零件一次在数控车床上加工完毕。 优点:不需要多次分序加工，便于管理。 缺点:1(需多刀加工，刀具磨损后，调整辅助时间较多， 11 698183488.doc 2(材料浪费较大，由于不可能将棒材预留得太短，每段材料将浪费一个装 夹位长的材料。 3(对操作者有一定技术要求，如进行对尺寸精度调整。 4(定位不准而且加工效率不高。 方式二:分序加工及各工序尺寸公差。 1(普车切断 此工序须保证工件总长在44.4至45mm之间，太短两端无精车余量，太长可能造成崩刀，为数控定位车削提供保证。 2(数控加工ф18、ф15及锥体部份，此工序将ф18往右的部分全部车至要求尺寸。总长须控制在44. 2?0.1之间，且在Ф18外圆处，长度车削要超过5毫米，可定在5.5毫米左右。 3(数控加工φ15?0.05台阶R1.5圆孤。 由于分序加工每个工序都是单刀加工，可以方便地换刀，减少了很多辅助时间，既方便地实现了车削中途的尺寸调态，也节省了材料，克服了在一次装夹中的许多不足。 但分序加工中一定要注意建立好相互间的连接，如要不要留余量，什么地方需要加工，能否保证零件的精度要求等。只要认真处理好这些问题，分序加工对提高生产率是有很大帮助的。 2. 2. 4 加工方案制定原则及加工线路的确定 在数控车床的加工零件一般与普通车床所加工的零件基本相同，但数控车床也有其加工的特点。如加工轮廓形状较复杂或难以控制尺寸的回转体零件等，在对于具体零件制定加工方案及加工线路时，应根据图样形状、大小、材料、刀具、批量等因素，进行具体的分析和区别对待，灵活处理。只有这样才能制定出合理的加工方案。从而达到质量优、效率高和成本低的目的。 加工方案制定的一般原则为:先粗后精、先近后远、先内后外、程序段最少、走刀路线最短及特殊情况特殊处理。 1(先粗后精 在车削加工中，应先安排粗加工工序。在较短的时间内，将毛坯的加工余量去掉，以提高生产效率。如图2—2中虚线内所示的部分。同时应尽量满足精加工的余量均匀性要求，以保证零件的精加工质量。 - 12 - 《数控车工仿真训练与考核》 图 2—2 零件中需要粗加工的部分 在零件进行了粗加工后，应接着安排进行换刀后的半精加工和精加工。当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，需要安排半精加工。 如图2—2中的R圆弧(AB)处余量比其它处较多，则可安排半精车作为过渡性加工，使精车的余量基本一致，便于尺寸精度的控制。 在数控车床精车加工时，最后一刀的精车加工应一次走刀连续加工而成，加工刀具的进刀、退刀方向要考虑妥当。这时，尽可能不要在连续的轮廓中安排切入和切出或停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形致使光滑连接的轮廓上产生表面划伤，或滞留刀痕及尺寸精度不一样等缺陷。 1(先近后远 在一般情况下，在数控车床的加工中，通常安排离刀具起点近的部位先加工离刀具起点远的部位后加工，一是可缩短刀具移动距离，减少空走刀次数，提高效率。二是有利于保证工件的刚性，改善其切削条件。 例如，当加工图2-3所示零件时，如果按先车好ø28mm处到车ø26mm处，再到车ø24mm处的次序安排车削，刀具车削走刀和退刀有三次往返过程，这样不仅增加了空运行时间，增加导轨的磨损，而且可能使台阶的外直角处产生毛刺，对这类直径相差不大的车削场合时，(最大切深单边为3mm)。宜按先车ø24mm处，退到ø26mm处车削，再退到刀至ø28mm处车削。这样，车刀在一次走刀往返中就可完成了三个台阶的车削，提高了效率。 图2—3 阶梯轴 13 698183488.doc 2(先内后外 在加工既有内表面(内孔)，又有外表面的零件时，通常应先安排加工内表面后加工外表面，这是由于加工内表面时，由于受刀具刚性较差影响，及工件的刚性不足，会使其振动加大，不易控制其内表面的尺寸和表面形状的精度。如图2—4所示零件，如将外表面加工好，再加工内表面，不仅装夹不方便，工件的刚性较差，而且加工内孔过程中，排屑困难，散热不良，刀杆刚性又不足，工件的尺寸精度和表面粗糙度都 不易得到保证。如先将 图2—4 内孔与外轮廓的加工图例 内孔加工好，利用心轴或胀力心轴装夹，既可准确实现其定位，尺寸精度、形状精度也都较易控制。 3(程序段最少 在数控车床的加工中，在保证加工效率的前提下，总是希望以最少的程序段数即可实现对零件的加工，以使程序简洁，减少编程工作量和编程出错率，也便于程序的检查和修改。随着数控车床的编程功能日益完善，许多仿形、循环车削的指令的车削线路是按最便捷的方式运行。如GSK928TA中G80、G84等，GSK980T在系统升级后G70、G71、G73等指令。在加工中都非常实用，但在加工中也要根据产品数量、轮廓选择正确加工工序、合理地运用各种指令，大大简化程序编制工作，提高加工效率。 4(走刀线路最短 在数控车床上确定走刀线路的重点，主要是指粗车加工和空运行走刀线路方面。在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路线，不仅可以节省整个加工过程的时间，还能减少车床的磨损等。 - 14 - 《数控车工仿真训练与考核》 其余 × × 图2—5 导柱 要实现最短的走刀路线，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，并在实践加工中不断总结，充分利用数控系统所提供的功能，特别是对切削进给路线的安排上(其加工时间较长)要仔细考虑，利用各类刀具的切削性能(如断屑性能)、特点来合理地安排其走刀路线，有效地提高加工速度。 如图2—5所示，R8部份的车削，可使用60?尖刀进行车削，刃磨时两侧要有一定后角，走刀线路可使用两种，如2—6中箭头所示。两种方式的车削特点，都是车刀在向负Z方向车削后，不用返回起点，而是直接在终点附近又向正Z向车削，这样可减少走刀行程，实现了最短车削线路。 图2—6 走刀示意图 5(特殊处理 (1)先精后粗 在特殊情况下，加工顺序可能不按“先近后远”、“先粗后精”的原则考虑。加工如图2—7所示长筒零件时，若按一般情况安排最后加工孔的走刀路线为φ80mm 15 698183488.doc ?φ60mm?φ52mm。这时，加工基准将由所车第一个台阶孔(φ80mm)来体现，对刀时也以其为参考。由于该零件上的φ52mm孔要求与滚动轴承形成过渡配合，其尺寸公差较严只有0.03mm公差。加外，该孔的位置较深，因此，车床纵向长丝杠在该加工段区域可能产生误差，车刀的刀尖在切削过程中也可能产生磨损等，使其尺寸精度难以保证。对此，在安排工艺路线时，宜将φ52mm孔作为加工(兼对刀)的基准，并按φ52mm?φ80mm?φ60mm的顺序车削各孔，就能较好地保证其尺寸公差要求。 图2—7 长筒零件 (2)分序加工 在数控车床加工零件时，有的零件经过分序加工的特殊安排，其加工效率可明显提高。如图2—8所示模套，其加工工序分为三步进行: 图2—8 模套 1)普车进行钻Φ14通孔、粗车Φ18外圆留0.5余量，长度11毫米处控制在+0.15至+0.4之间，切断总长控制在35.2至35.7之间。 2)数控车加工内孔Ф18、锥体及Ф15内孔至尺寸。 3)上心轴加工Ф18外圆及大外圆。这样，工序虽较多，但每个工序加工，控制尺寸、精度都有保证、效率也高。 (3)先外后内 - 16 - 《数控车工仿真训练与考核》 有的零件按照先外后内的工序加工，可以提高孔的加工精度，避免外加工时所引起的切削变形。 因此，在实际加工中，特别是批量生产中要认真分析、合理安排加工工序，才能充分发挥数控车床效能。 通过对各类加工线路的了解，在进行制定加工方案时，具体情况应具体分析，主要是考虑以下三个方面的问题: 1(是否能在一台数控车床上经一次装夹就能完成零件的所需加工内容，且能保证 加工的连续性。 2(所确定的加工线路是否经济合理，效益是否明显提高。 3(所确定加工路线是否能保证加工质量。 另外，在数控车床的加工中，特殊的情况较多，可根据实际情况，在进给方向的安排上、切削路线的选择上、断屑处理、刀具运用上等方面灵活处理，并在实际加工中注意分析、研究、总结、不断积累经验，提高制定加工方案的水平。 所制定加工工序方案在满足以上几个基本条件后，那么就可以进行后续的工作了。 2(2(5 工件的定位与装夹 要充分发挥数控车床的加工效能，工件的装夹必须快速，定位必须准确，数控车床对工件的装夹要求。首先，应具有可靠的夹紧力，以防止在加工过程中工件松动。其次，应具有较高的定位精度，并便于迅速和方便地装、折工件。 数控车床主要是用三爪卡盘装夹工件，其定位方式主要采用心轴、顶尖、缺牙爪等方式，与普通车床的装夹定位方式基本相同，同时，液压、气动夹具也已广泛运用于生产中。 工件的装夹方式可根据加工对象的不同灵活选用，除此之外，数控车床加工还有许多相应的夹具，主要分为轴类和盘类夹具两大类:用于轴类工件的夹具有自动夹紧拔动卡盘、拔齿顶尖、三爪拔动卡盘等。用于盘类工件的主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘。 同时，在进行装夹方式的试计时，也要考虑零件的形状、弹性变形、数量等方面的因素。现以下例零件进行数控车床装夹方式的分析。 例:封盖，如图2—9所示，材料:45,钢，数量2000件。 数控车床加工部分:孔、内螺纹、R图弧面。 17 698183488.doc 图2—9 封盖 图2—10 开缝套 在设计这个零件的装夹方式时，主要是解决弹性变形问题，用普通的三爪爪卡盘夹住ф36台阶处，加工R圆弧面及内螺纹，由于ф36处壁厚仅2mm肯定会产生变形，造成内螺纹旋合精度达不到要求，另由于在车削R圆弧面时，在三爪端面与工件接触的地方，由于面积太小，爪与爪之间的定位尚有一定空间，工件在车削R圆弧面时，会有一个-Z向的切削力，从而产生变形，不能保证圆弧精度。为了避免变形，虽然可以减小吃刀深度，但效率又不高。为了解决上述出现的问题，在批量不大的情况下，可采用开缝套，如图2-10所示，这样即可准确定位，也可防止工件变形。缺点是拆装不方便，且要求ф36 处工序尺寸有较好的尺寸同一性。 图2—11 包容式软卡爪 在有一定批量的情况下，则可自做一个包容式软卡爪，如图2—11所示，当卡爪夹紧时，有如一个开缝套，不仅有效地防止工件变形且装夹更迅速、更可靠、也更方便，精度也更高。 在数控车床加工中，工件的装夹主要根据加工零件的数量多少来进行夹具的选择， - 18 - 《数控车工仿真训练与考核》 力求简单、可靠，加工操作者可根据不同情况灵活选用。 2(2(6 数控车床刀具 在数控车床加工中，产品质量和劳动生产率在相当大的程度上，都受到刀具的制约，虽然其车刀的切削原理与普通车床基本相同。但由于数控车床加工的特点，为保证数控车床加工的连续性，保证零件的精度，提高效率，在刀具的选择上，应尽量选用专用数控车床刀具(不重磨车刀)，对于没有条件的情况，在进行刀具的选择上，因认真对待，特别是对切削部份的几何参数，刀具的形状上尚需做特别的处理，才能满足数控车床的加工要求，充份发挥数控车床的效益。 2(2(6(1 数控车床对刀具的要求 1(刀具性能方面 (1) 强度高 为适应刀具在粗加工或对高硬度材料的零件加工时，能大切深和快走刀，要求刀具必须具有很高的强度;对于刀杆细长的刀具(如深孔车刀)，还应较好的抗震性能。 (2) 精度高 为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具及其刀夹都必须具有较高的精度。 切削速度和进给速度高 为提高生产效率并适应一些特殊加工的需要，刀具应能满足高切削速度的要求。 (3) 可靠性好 要保证数控加工中不会因发生刀具意外损坏及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性和较强的适应性。 (4) 耐用度高 刀具在切削过程中的不断磨损，会造成加工尺寸的变化，伴随刀具的磨损，还会因刀刃(或刀尖)变钝，使切削阻力增大，既会使被加工零件的表面精度大大下降，同时还会加剧刀具磨损，形成恶性循环。因此，数控车床中的刀具，不论在粗加工、精加工或特殊加工中，都应具有比普通车床加工所用刀具更高的耐用度，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而保证零件的加工质量，提高生产效率。 耐用度高的刀具，至少应完成1,2个班次以上的加工。 (5) 断屑及排屑性能好 有效地进行断屑的性能，对保证数控车床顺利、安全地运行具有非常重要的意义。 如果车刀的断屑性能不好，车出的螺旋形切屑就会缠绕在刀头、工件或刀架上，既可能损坏车刀(特别是刀尖)，还可能割伤已加工好的表面，甚至会发生伤人和设备事故。因此，数控车削加工所用的硬质合金刀片上，常常采用三维断屑槽，以增大断屑范围，改善断屑性能。另外，车刀的排屑性能不好，会使切削在前刀面或断屑槽内堆积，加大切削刃(刀尖)与零件间的摩擦，加快其磨损，降低零件的表面质量，还可能产生刀瘤，影响车刀的切削性能。因此，应常对车刀采取减小前刀面(或断屑槽)的摩擦系数等措施(如特殊涂层处理及改善刃磨效果等)。对于内孔车刀，需要时还可考虑从刀体或刀杆的里面引入冷却液，并能从刀头附近喷出的冲排结构。 2(刀具材料方面 这里所讲的刀具材料，主要是指刀具切削部分的材料，较多的指刀片材料。 19 698183488.doc (1)刀具材料必须具备的主要性能 ? 较高的硬度和耐磨性 ? 较高的耐热性 ?足够的强度和韧性 ?较好的导热性 ?良好的工艺性 ?较好的经济性 (2)刀具材料的类型 为适应机械加工技术，特别是数控机床加工技术的高速发展，刀具材料也在大力发展之中，除了量大、面广的高速钢及硬质合金材料外，新型刀具材料正不断涌现。 ?高速钢 高速钢是常用刀具材料之一，它具有稳定的综合性能，在复杂刀具和精加工刀具中，仍占主要地位。典型钢号有:W18Cr4V、W9Cr4V2T和W9Mo3Cr4V3Co10等。 ?硬质合金 硬质合金是高速切削时常用的刀具材料，它具有高硬度、高耐性和高耐热性，但抗弯强度和冲击韧性比高速钢差，故不宜用在切削振动和冲击负荷大的加工中。其常用牌号有:YG类，如YG6和YG8等用于加工铸铁及有色金属，YG6A和YG8A可用于加工硬铸铁和不锈钢等;YT类，如YT5、YT15和YT30等，主要用于加工钢料;YW类，如YW1和YW2等，可广泛用于加工铸铁、有色金属、各种钢及其合金等。 ?涂层刀具 为提高刀具的可靠性，进一步改善其切削性能和提高加工效率，通过“涂镀”这一新工艺，使硬质合金和高速钢刀具性能大大提高。涂层硬质合金刀片的耐用度至少可提高1,3倍，而涂层高速钢刀具的耐用度则可提高2,10倍。 涂层刀具是在高速钢及韧性较好的硬质合金基体上，通过气相沉积法，涂覆一层极薄(0.005,0.012)的、耐磨性高的难熔金属化合物，如TiC、TiN、TiB2、TiA1N等。国产硬质合金刀片的牌号有YB215和YB415等。 2.2.6.2数控车削的刀具及其应用 1(数控车床刀具类型 数控车床车削的车刀一般可分为五类，即尖形车刀、圆弧形车刀、成型车刀、特殊形状车刀及化刀具。 (1)尖形车刀 以直线形切削刃特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖(同时也为其刀位点)由直线形的主、副切削刃构成，如90?偏刀、外圆车刀，左、右端面车刀，切槽(断)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。 尖形车刀加工零件时，零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线形主切削刃位移后得到，它与圆弧形车刀、 成型车刀加工时所得到零件轮廓形状的原理是截然不同的。 (2)圆弧形车刀 圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀。其特征是，构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓度误差很小的圆弧;该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因此，刀位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上;车刀圆弧半径理论上与被加工零件的形状无关，并可按需要灵活确定或经测定后确认。 - 20 - 《数控车工仿真训练与考核》 当某些尖形车刀或成型车刀(如螺纹车刀)的刀尖具有一定的圆弧半径时，也可作为这类车刀使用。 圆弧形车刀可以用于车削内、外表面，特别适宜于车削各种光滑连接的成型面。 (3)成型车刀 成型车刀俗称样板车刀，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。 数控车削加工中，常见的成型车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽刀和螺纹车刀等。在数控加工中，应尽量少用或不用成型车刀，当确有必要选用时，则应在工艺准备的文件或加工程序单上进行详细说明。 (4)特殊形状车刀 在数控车床的加工中， 产品质量和劳动生产率在相当的程度上都受刀具的制约，数控刀具一经调试完毕，就不再像普通车刀那样经常取下刃磨或换刀，否则事倍功半。在保证产品质量的前提下，数控车床刀具尽量一刀多用或一刀多刃，提高加工效率。对一些工艺难度、形状特殊的零件、其刀具形状和几何参数，都需做特别处理，才能满足加工要求。 21 698183488.doc 图2—12 零件的要求与刀具的选择 在实际生产加工中，某些零件如某一厂家的实际生产图纸，如图2—12所示。数控加工范围:在一次装夹中(左侧外圆已加工好)夹左侧已加工好大外圆，将Ф120、Ф161、Ф90、R15、Ф60及长度尺寸加工出来。材料:铸铁，件数:每月3000件。 在对刀具选择方面，一般选用四把整体式焊接刀(YG8)，二把刀进行粗车，二把进行精车。由于铸铁表皮较硬，刀具容易产生磨损，换刀后，重新对刀、试车、调试的辅助时间较多，且四把刀加工、刀架自动换刀和空运行时间也较多，没有发挥出数控车床的效能。如将车刀改为机夹刀，如图2—12所示，以A、B两个刀尖为两个独立基准点，设两组刀补，自用各取。刀具磨损后，只需更换刀片，做简单的刀补修改，即可满足加工需要。大大缩短了辅助加工、调试时间、刀具自动换刀及空运行时间，减轻操作者劳动强度，节约成本，明显提高加工效益。由此可见，合理的刀具选用、加工手段确定等工艺处理工作，对数控车床的加工是非常重要的。 这类车刀可减少刀具换刀和空运行时间，大大提高生产效率。用这类车刀加工零 - 22 - 《数控车工仿真训练与考核》 件时也应在工艺准备文件或加工程序单中对刀具的形状、尺寸、和刀位点予以详细说明。 (5)标准化刀具 以方刀体为特征的车刀，国家标准对可转位机夹外圆车刀、内孔刀、切断刀、螺纹刀、圆头刀等都做了具体的，不重磨刀片已有多种标准形状和系列化的型号(规格)可供选用。数控车床应大力推广使用系列化、标准化的刀具(只要更换刀片、刀刃与工件之间的相对位置基本不变)，标准化的刀具不仅适应数控车床的加工，减少辅助时间，而且提高产品质量和生产效率，节省刀具费用，减轻操作者劳动强度，由于精密制造技术的发展，为数控车床的机夹刀具提供了较好的应用环境，刀片和刀杆的定位精度越来越高(可达到0.01mm)满足了数控车床加工需要，缩短了工艺准备周期。 2(数控车床各类型车刀的几何参数及应用 数控车床刀具切削部分的几何参数对零件的表面的质量及切削性能，加工效益影响极大，应根据零件的形状、件数、材料种类、刀具的安装位置以工件的加工方法、机床的性能等方面，正确选择刀具的种类几何形状及几何参数。 (1)尖形车刀 尖形车刀的种类较多，如90?偏刀、切曹刀、镗孔刀等等。在数控车床上应用广泛，其各种车刀的几何参数，使用方法与选择方法，与普通车床车削时的选择方法基本相同，但也要根据数控车床的加工特点(如走刀线路及加工干涉)等方面进行全面考虑来选用，适用于批量小，精度要求一般的各类零件的加工。 数控车床在加工时具连续性，如图2—12 a所示零件，可用一把车刀将Φ40、Φ24、形成的几个锥面加工出来，那么车刀的主偏角应取50?~55?，副偏角取50?~52?，如图2—12b所示，从而保证了刀头有足够的强度，又可保证在车削几个上下锥面时主、副切削刃不至发生加工干涉。(即主、副切削部分不能碰到工件表面)。 ?50?-52 50-52?? 40 20 40 a b 图2—13 尖形车刀与应用 选择尖形车刀形状可根据零件的几何轮廓灵活制定，尽可能一刀多用，但需保证所选车刀不会发生干涉的几何角度，可用作图或计算的方法，如副偏角的大小，大于做图或计算所得不发生干涉的极限角度值6?~8?即可，同时又要保证有足够的刀尖角，以保证刀头有足够的强度。 (2)圆弧形车刀 23 24 40 698183488.doc 适用于某些精度要求高、批量大的大外圆曲面或凹曲面的车削，以及其它刀具所不能完成的加工。圆弧形车刀具有宽刃切削性质，能使精车余量相当均匀，从而改善切削性能，使零件的尺寸、形位公差、精度容易得以保证，还能一刀车出多个象限的圆弧面。如图2—14所示的外圆弧轮廓，无论采用何种形状及角度的尖形车刀也不可能由一条圆弧加工程序一刀车出，而利用圆弧形车刀就能十分简便地完成。 图2—14 圆弧形车刀及应用 圆弧形车刀的几何参数除了前角和后角外，主要为圆弧切削刃的形状及半径。选择车刀圆弧半径的大小时，应考虑两点:第一，车刀切削刃的圆弧半径应当小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干涉;第二，该半径不宜选择太小，否则既难于制造，还会因其刀头强度太弱或刀体散热能力差，使车刀容易受到损坏。 当车刀圆弧半径已经选定或通过测量并给予确认之后，应特别注意圆弧切削刃的形状误差对加工精度的影响。 现通过图2—14所示的零件，对圆弧形车刀的加工原理分析如下: 在车削时，车刀的圆弧切削刃与被加工轮廓曲线作相对滚动。这时，车刀在不同的切削位置上，其“刀尖”在圆弧切削刃上也有不同位置(即切削刃圆弧与零件轮廓相切的切点)，也就是说，切削刃对工件的切削，是以无数个连续变化位置的“刀尖”进行的。 为了使这些不断变化位置的“刀尖”能按加工原理所要求的规律(“刀尖”所在半径处处等距)运动，并便于编程，故规定圆弧形车刀的刀位点必须在该圆弧刃的圆心位置上，对于无刀尖圆弧半径补偿的经济型数控车床，就必须以圆弧车刀的圆弧中心的运动轨迹来进行程序的编制。 要满足车刀圆弧刃的半径处处等距，则必须保证该圆弧刃具有很小的圆度误差，即近似为一条理想圆弧，因此需要通过特殊的制造工艺(如光学曲线磨削等)，才能将其圆弧刃做得准确。 至于圆弧形车刀前、后角的选择，原则上与普通车刀相同，只不过形成其前角(大 - 24 - 《数控车工仿真训练与考核》 于0?时)的前刀面一般都为凹球面，形成其后角的后刀面一般为圆锥面。圆弧形车刀前、后刀面的特殊形状，是为满足在刀刃的每一个切削点上，都具有恒定的前角和后角，以保证切削过程的稳定性及加工精度。为了制造车刀的方便，在精车时，其前角多选择(无凹球面)为0?。 (3)成型车刀 数控车床的加工中，对一些小半径圆弧，非矩形槽和各类螺纹的加工，可将车刀刃磨成与零件的轮廓形状尺寸完全相同的形状，直接加工而成，其车刀的几何角度基本与普通车床相同。但要注意由于这类车刀在车削时由于接触面较大易引起加工的振动，从而导致加工质量的下降，故在选用时要谨慎。当确有必要选用时，可通过改善切削用量、编程工艺处理等方面来避免振动的产生。 (4)特殊形状车刀 由于数控车床加工的特性，对于一些零件，如图2—11所示，为了提高生产效率可采用一些特殊形状的车刀，可根据零件的形状灵活制定一把刀有2个(或几个)刀头，设两组刀补，各自取用，不用换刀。一把刀将零件加工完毕。可大大提高生产效率，其刀头部分的几何参数与普通车刀基本相同，在决定是否选用这类车刀时，必须符合以下几个条件方可选用，首先，被加工材料应属易加工材料(如铜、铝、塑料等)，对刀具的磨损较小。其次，零件的件数多、批量较大，否则无必要。再次，刀具的制造、刃磨或换刀片应比较方便。最后，选用的刀具形状便于程序编制，零件的加工，以利于提高加工效率。 (5)标准化刀具 为了适应数控车床的加工，减少辅助时间，并不断提高产品质量和生产效率，节省刀具费用，减轻操作者劳动强度，企业在数控车床生产中已广泛使用系列化、标准化的刀具。 可转位车刀的刀片形状很多，并经过精磨加工，预压有断屑槽，常用的有各种外圆刀片、螺纹刀片、切槽刀片、内孔刀片等，刀片形状主要有正三角形、正方形、正五边形、菱形和圆形等等，对车床的加工基本都能满足。 正三角形刀片可用于主偏角为60?或90?的外圆、端面和内孔车刀，由于此刀片刀尖角小，强度差，耐用度低，故只宜用较小的削用量。 正方形刀片刀尖角为90?，其强度和散热性能均有所提高，主要用于45?、60?、75?等的外圆车刀，端面车刀和镗孔车刀。 正五边形的刀尖角为108?，其强度、耐用度高，散热面积大，但切削径向力大，只宜在加工系统刚性较好的情况下使用。 菱形刀片和圆弧刀片主要用于成形表面和圆弧表面的加工，其形状及尺寸可结合加工对象的要求参照国家标准来选择。 2(2(7 切削用量的确定 数控车床加工中的切削用量是表示机床主体的主运动和进给运动速度大小的重要参数，包括切削深度、主轴转速和进给速度，并与普通车床加工中所要求的各切削用量基本一致，但由于数控车床的各种配置较好，切削参数应比普通车床高了一个档次。 在加工程序的编制工作中，选择好切削用量，使切削深度、主轴转速和进给速度 25 698183488.doc 三者间能互相适应，以形成最佳切削参数，这是工艺处理的重要内容之一。 数控车削加工时切削用量的确定方法。 1(切削深度(α)的确定 在车床主体——夹具——刀具——零件——这—系统刚性允许的条件下，尽可能选取较大的切削深度，以减少走刀次数，提高生产效率。当零件的精度要求较高时，则应考虑适当留出精车余量，其所留精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取0.1~0.5mm。 2(主轴转速的确定 主轴转速的确定方法，除螺纹加工外，其他与普通车削加工时一样，应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。在实际生产中，主轴转速可用下式计算: 可用n= 1000 v/πd 式中n—主轴转速(r?min); v—切削速度(m,min); d—为零件待加工表面的直径(mm)。 在确定主轴转速时，首先要确定其切削速度，而切削速度又与切削深度和进给量有关。 (1)进给量(f) 是指工件每一周，车刀沿进给向移动的距离(mm,r)，它与切削深度有着较密切的关系。粗车时一般取0.3~0.8mm,r，精车时常取0.1~0.3mm,r，切断时宜取0.05~0.2mm,r。 (2)切削速度(v) 切削时，车刀切削刃上某一点相对待加工表面在主运动向上的瞬时速度(v)，又称为线速度。 (3)车螺纹时的主轴转速 在车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距(或导程)大小、驱动电机的降频特性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，推荐有不同的主轴转速范围。如大多数经济车床数据控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下: n?1200/p—k 式中P—工件螺纹的螺距或导程(mm)，英制螺纹为相应换算后的毫米值; K—保险系数，一般取为80。 3(进给速度的确定 进给速度主要是指在单位时间里，刀具沿进给方向移动的距离(如mm,min)有些数控机床规定可选用以进给量(mm,r)表示的进给速度。确定进给速度的原则: (1)当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高(2000mm,min以下)的进给速度。 (2)切断、车削深孔或用高速钢刀具车削时，宜选择较低的进给速度。 (3)刀具空行程，特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。 (4)进给速度应与主轴转速和切削深度相适应。 在编制加工程序时，大多凭实践经验或通过试切确定其速度值。 应该注意的是:对一些精度要求较高、或断屑、切削较果拿捏不定的切削用量。 - 26 - 《数控车工仿真训练与考核》 应进行必要的试切削，以得到最佳的切削效果，为程序编制提供可靠依据。 2(2(8 制定补偿方案 在偏制加工程序时，也要考虑到车床丝杆的机械间隙和刀具偏差，刀尖圆弧等因素，对数控加工质量的影响，制定合理的补偿方案，也是工工艺处理中的一个重要环节。 机械间隙主要指数控车床的滚珠丝杆在传动过程中改变原进给予方向的时候，存在一个稳定的机械滞后号，即坐标显示在运行，但实际的运动距离少了一个和机械间隙相同的距离。其稳定的间隙值一般可通过表测法和试切法测定后得到。 在掌握数控车床的稳定间隙值后，即可有针对作画地选择具体补偿方法，根据不同零件的开头尺寸精度等要求，制定简便的，符合实际的补偿方案，一般有自动补偿法和编程补偿法。 1(自动补偿法 数控车床一般都有具有对机械间隙进行自动补偿的功能，可方便地实现对稳定的机械间隙的补偿。需要进行自动补偿的间隙量，一般可花加工前在机床内设置，一经设置了间隙补偿值，则机床在每次换向后，均自动执行，直至取消。 数控车床执行自动补偿的过程是:在任一坐标轴改变原进给方向的瞬间，先补偿其稳定的机械滞后量，然后现再执行换后的运动。 自动补偿法因简单和方便，在加工中，应用十分普通，但需注意的是，机床在使用了一段时间后，应重新测定其间隙量，以防发生变化影响加工质量。 编程补偿法主要是针对不同的加工零件，通过对加工程序的处理，以不同的方法消除，或减少数控车床机械间隙量对加工精度的影响，主要采用编程追加法和编程走刀线路法两种。 (1)编程实加法 这种方法原理比较简单，就是将机械间隙量的大小，直接加入到程序段内相应的数值中。使车床运动实际上多运动了一个机械间隙量的距离，从而达到消除机械间隙量的目的，但需测得比较准确的机械间隙值。 在程序编制中，对有的形状的零件，如图2—15所示，其两端轴颈处尺寸精度要求较高。而R圆弧两面处，尺寸精度，形状精度要求一般，但粗糙度要求较高()，如采用自动补偿法，两端轴颈处尺寸精度虽可保证，但刀具从b?C的过程中，由于有一个换向的瞬间，(b′)处返时机床的运动是先运行其稳定的间隙量，(向-X处运动一个间隙量的距离)再执行换向后的运动，这时在圆弧的最高点处，(b-b′面和b′-c面的交点处)，会因此而形成一个明显刀痕，影响了圆弧面的粗糙度。而采用了编程追加法，即在编程时，将其稳定的间隙值加入或(减小)到坐标终点的尺寸上，不仅可保证轴颈而端Ø30处的尺寸公差要求，又可保证圆弧面的粗糙度要求。但需注意的是，机床的机械间隙量太大时不适用。 27 698183488.doc 其于 R47 0 040-0.03340-0.033 acbd30b' 50 100 图2—15 转向节轴 (2)编程走刀线路法 在编制加工程序时，通过安排其走刀路线从一个方向切入或切出来控制工件的尺寸，避免出现换向而出现的间隙误差。这种方法不需测得准确的间隙量，即可方便地实现对尺寸的控制。 图2—16 阶台轴的编程走刀线路 如图2—3所示的阶台轴零件，精车走刀路线安排如图2—16箭头所示，其间隙量的运行在空走刀已消除，从一个方向运动进给来进行车削，在这样的走刀路线中，尺寸控制的走刀线路都向+X方向运动，没有换向，也不必考虑机械间隙量的误差对零件的加工精度的影响。 2(刀位偏差补偿 在对刀过程中或对刀后，通过光学测定法或试切测定法均可测定出刀位偏差，故一般采用自动补偿法，使加工中各刀号的刀位点都能“重合”于对刀基准点上。 数控系统在实施刀具自动补偿功能时，是在换刀过程结束后，按在辅助程序段中所给定的补偿方向和大小 ，对已处于工作位置的该号刀自动进行补偿，使其刀位点准确到达对刀点位置。通常，计算机将该号刀的补偿值与其进给位移量合并执行。 除了刀具类别极简单，工件轮廓类型也相应简单的情况外，对刀位偏差一般不宜采用编程补偿法。例如，当工件需要用多把不同类别刀具加工同一工件时，如果采用编程补偿法，不仅编程过程繁琐，数据换算麻烦，还容易出错，校验加工程序也不直观、不方便。 在数控车床中，除了少数较高档的数控系统具有刀具半径自动补偿功能外，大多数(特别是经济型)数控车床都有不具备这一功能。 利用刀具半径自动补偿功能时，只要将其刀具半径按数控系统的规定和程序段格 - 28 - 《数控车工仿真训练与考核》 式要求，设定在辅助程序段中即可。 对不具备刀具半径自动补偿功能的车床数控系统，在选择圆弧形车刀并制定相应的加工方案时，则只能通过刀具半径编程补偿法满足补偿要求。 如图2—14所示工件轮廓，在编制加工程序时，只能以圆弧形车刀的中心点(刀径点)运动轨迹来进行程序的编制工作，以满足刀具半径的补偿要求。 2(2(9 处理特殊的工艺问题。 数控车床在进行程序编制以前，不仅要明确工艺中的各项问题，而且要针对加工程序中所涉及到的刀位点、编程原点、间隙量等都要明确，如切槽刀的刀宽、刀位点的确定。因此，在编程前要将各项准备工作都完成，才进行程序的编制工作。 2(2(9(1 刀位点及刀具补偿 加工一个零件常需要几把不同的刀具，由于刀具形状不同、安装位置偏差等，每把刀转到切削位置时，其刀尖所处位置并不完全重合，为使在编程时无需考虑刀具间的偏差，因此要对刀具进行刀具偏差补偿(即对刀)，对刀是数控加工中较为复杂的工艺准备工作之一。对刀的好与差将直接影响到加工程序的编制及零件的尺寸精度。 通过对刀或刀具预调，还可同时测定其各号刀的刀位偏差，有利于设定刀具补偿量。 1(刀位点 刀位点是指在加工程序编制中，用以表示刀具特征的点，也是对刀和加工基准点的。对于车刀，各类车刀的刀位点见图2—17所示。 刀位点 图2—17 各类车刀的刀位点 2(刀具补偿(对刀) 对刀是数控加工中的主要操作。结合机床操作说明掌握有关对刀方法和技巧，具有十分重要的意义。 在加工程序执行前，调整每把刀的刀位点，使其尽量重合于某一理想基准点，这一过程称为对刀。理想基准点可以设定在刀具上，如基准刀的刀尖上;也可以设定在刀具外，如光学对刀镜内的十字线的交点上。 对刀的基本方法, 目前，绝大多数的数控车床采用手动对刀，其基本方法有: ? 定位对刀法 定位对刀法的实质是按接触式设定基准重合原理而进行的一种粗定位对刀方法，其定位基准由预设的对刀基准点来体现。对刀时，只要将各号刀的刀位点调整至与对刀基准点重合即可。该方法简便、易行因而得到较广泛的应用，但其对刀精度受到操作者技术熟练程度的影响，一般情况下其精度都不高，还需在加工或试切中进行修正。 ? 光学对刀法 这是一种按非接触式设定基准重合原理而进行的一种对刀方法， 29 698183488.doc 其定位基准通常由光学显微镜(或投影放大镜)上的十字基准刻线交点来体现。这种对刀方法比定位对刀法的对刀精度高，并且不会损坏刀尖，是一种推广采用的方法。 ? 试切对刀法 在以上各种手动对刀方法中，均因可能受到手动和目测等多种误差的影响，其对刀精度十分有限，往往需要通过试切对刀，以得到更加准确和可靠的结果。 对刀后，各号刀的刀位点与对刀基准点相重合的状况，总是有一定偏差的。因此，在对刀的进行过程中，可同时测定出各号刀具的刀位偏差(在进给坐标轴方向上的偏差大小与方向)，以便进行自动补偿。 刀位偏差的测定工作是伴随着对刀工作进行的，其测定原理与对刀原理基本相同，测定过程与对刀过程相似，常采用光学测定法和试切测定法进行。 3(确定对刀点和换刀点的位置 (1)对刀点的含义 用以确定工件坐标系相对于机床坐标系之间的关系，并与对刀基准点相重合(或经刀补后能重合)的位置，称为对刀点。 在编制加工程序时，其程序原点通常设定在对刀点位置上。在一般情况下，对刀点既是加工程序执行的起点，也是加工程序执行后的终点。该点的位置可由G92等指令进行设定。 对刀点位置的选择原则 ? 尽量使加工程序的编制工作简单和方便; ? 便于用常规量具在机床上进行测量，便于工件装夹; ? 该点的对刀误差较小，或可能引起加工的误差为最小; ? 尽量使加工程序中的引入(或返回)路线短，并便于换(转)刀; ? 应选择在与机床约定机械间隙状态(消除或保持最大间隙方向)相适应的位置上，避免在执行其自动补偿时造成“反补偿”; (2)确定对刀点位置的方法 确定对刀点位置的方法较多，对设置了固定原点的数控机床，可配合手动及显示功能，并用设置坐标系指令(如G92)即可方便地进行确定;对未设置固定原点的数控机床，则可视其确定的精度要求而分别采用位移换算法、模拟定位法可近似定位法等进行确定。 (3)换刀点定位的确定 换刀点是指在编制数控车床多刀加工的加工程序时，相对于机床固定原点而设置的一个自动换刀的位置。 换刀点的位置可设定在程序原点、机床固定原点或浮动原点上，其具体的位置应根据工序内容而定。 为了防止在换刀时碰撞到被加工零件或夹具、尾座，防止事故发生。除特殊情况外，其换刀点几乎都设置在被加工零件的外面，并留有一定的安全区。 对刀的操作过程常因数控系统的不同，而有所区别。如本书所介绍的CVM-GSK928TA和CVM-GSK980T系统的对刀操作过程(请参考4.5和5.5)。 2(2(9(2 有关数据的测定 该项工艺准备工作包括检查机床主体，检查数控系统，检查刀具及夹具系统，对刀及确定对刀点与换刀点的位置等内容。 1(检查机床主体 - 30 - 《数控车工仿真训练与考核》 机床主体的各项机械运动精度及床身、主轴、立柱或工作台等部件的精度，在机床出厂 前均已经过严格检验，故对新机床，一般可免予检查。但是，当被加工零件有特殊的加工要求或机床已使用了较长时间后，则应有针对性地检查有关项目。对于开环控制或半闭环控制的数控机床，其机械运动副的多种误差与加工程序的编制密切相关，心中无数就会影响零件的加工质量。这项工作主要是检查机械间隙。 机械间隙主要指进给丝杠与螺母副和齿轮副等运动副，由于内部间隙而产生运动滞后的现象。未经处理的机械间隙对零件的加工质量影响极大。如在车削加工中，其进给坐标轴正、负向变换的瞬间，都可能因机械间隙的影响，导致损坏刀具或报废被加工零件。 按照对机床主体传动精度的影响程度，机械间隙一般分为稳定间隙和非稳定间隙两类。检查机床主体时，首先要确定其机械间隙的类别，然后才便于采取相应的措施，为后面的加工做好准备。 (1) 测定稳定间隙 为了弥补机械间隙对加工所产生的不利影响，机床数控系统一般都具有机械间隙自动补偿功能。利用这种功能，可以有效地对其稳定间隙进行自动跟踪补偿:在刀架或工作台每次作反向位移时，数控系统先补偿由测量得到的机械滞后量，然后再执行反向后的运动。其中，经测定后得到的该机械滞后量，就是自动补偿时需要输入给数控系统的机械间隙值。 测定机械间隙的方法主要有正反向(静态)表测法和试切(动态)测定法两种。对于系统刚性及运动精度较好的机床，通常采用静态方式测定即可，对于使用时间较长或改造式数控机床，一般采用动态方式测定较好。 (2) 检测非稳定间隙 非稳定间隙主要指因进给丝杠和螺母不均匀磨损而产生的单个螺距误差或累积螺距误差，以及在进给运动过程中，因受到切削阻力、机械刚性和运动惯性等因素影响而产生的间隙“游动”现象。 非稳定间隙常常为随机变化，故一般测不出恒定的间隙值，数控系统也就无法进行自动补偿了。 数控机床加工实践中，不允许出现这类非稳定间隙。经检测后，如果确认其间隙为非稳定间隙时，则应在加工前对机床进行调整及维修。 1(检查数控系统 检查内包括数控装置、伺服系统和检测(反馈)装置的主要技术参数及性能状态等。 例如，对数控系统具有的各功能项目及其编程说明书的有关规定，都必须在编制加工程序前做到心中有数，应用时才能有的放矢。 对于长时间未用或刚使用的数控系统及检测(反馈)装置，则应在其准备过程中做好各项调试工作，以保证加工程序编制工作的顺利进行，如机床限位开关的位置是否会影响零件的加工(加工中途机床由于碰到限位开关而停机)以便做相应的处理。 2(检查刀具和夹具系统 该准备工作包括以下内容: (1)检查自动转位刀架的工作状态。 (2)结合加工方案检查刀具编码。 31 698183488.doc (3)检查刀具的切削情况，确定切削用量。 (4)检查刀具系统的重复定位精度。 (5)选择好具用夹具(简称刀夹)，并检查其组合精度及可靠性。 (6)选择零件装卡用夹具及其装卡方式，检查其定位基准、定位精度、夹紧力大 小和快速调整性能。 2(2(9(3 具体加工方案确定 通过对零件图纸的各项综合分析，处理、以及各项准备工作的完成，便可进行具体加工方案的制定。为下一步的编制程序做好准备，具体加工方案的制定主要包括以下几个内容: 1(图纸编程所需坐标参数的确定、刀位点、编程原点的确定。 2(零件各个工序的加工内容、尺寸、余量的确定。 3(工艺线路、刀具、装夹方式、切削用量的确定。 4(针对设备情况、进行补偿方案的确定。 2(3 数控车床工艺设计实例。 2 . 3 . 1 轴类零件数控车床加工实例 如图2—18所示，材料:铝合金，φ30×150;件数:1件，A(ø15?0.04)，B(Sø28?0.03)，C(17)，E(ø20?0.023)，D(M20)。 其余Ra1.6 图2—18 手柄 技术要求: o 1、未注倒角0.5×45。 2、未注公差尺寸按 GB1804-M。 - 32 - 《数控车工仿真训练与考核》 1(图样及工艺性分析 该零件形状圆弧连接处较多，又是单件加工材料为铝合金切削性能好，但各尺寸精度及表面粗糙度要求较高，普通车床加工极为困难，适合在数控车床加工。图样上给定编程坐标参数不足，需进行数学处理，以获得零件编程数据，现将各编程所需坐标尺寸列出(如下表)，以绝对坐标值来标注(计算过程略)。 序号 基点 X Z 1 工件右面与R5连接处 4.53 100 2 R5与R17连接点坐标尺寸 14.27 93.86 3 R17与28铝球连接处 21.39 79.03 4 SФ28与R5连接处 22.11 61.41 5 R5与Ф20外圆连接处 20 58.34 6 锥体30º与Ф28外圆连接处 28 32.57 7 M20螺纹底径 18.05 2(工件的装来方式 由于是单件加工，但材料预留有足够夹持长度，可在三瓜卡盘上直接找正夹紧加工。 3(刀具的选择 工件材料是铝合金，又是单件加工，但形状尺寸要求较高，为获得较准确的形状精度，可选用高速钢车刀加工，这样比较容易刃磨出较锋利的刀尖，减少刀尖圆弧对工件精度的影响，刀具的角度，形状也要注意，外圆刀在能保证切削要求的前提下，其副偏角可磨得较大些，切槽刀尽量选择刀宽为整数的，便于编程计算，但也不要太宽，以防车削时引起振动，三角螺纹车刀尖应尽最大可能向右靠这样，在车螺纹时，便于进刀车削及定位。 4(简明加工工艺。 零件在一次装夹中全部完成，由于工件只能加工一件，从保证加工的精度，提高工件的刚性的角度，安排加工线路如下: (1)粗车时将右侧R5、R 17、 SΦ28、 Φ20 、30º锥体、Φ28外圆粗加工， 留0.3左右余量;(2)半精车，从右端面一次按照顺序走刀车至Φ28大外圆; (3)调整好尺寸后，从右端面一次走刀将各外圆、圆弧、车至尺寸; (4) 切A处Φ15槽至尺寸，切M20处外圆至尺寸、车螺纹处5×1.5槽至尺寸，倒角至尺寸要求; (5)车M20×1.5螺纹至尺寸; (6)切断至总长。 5(编制加工程序单如下: 用CVM-GSK980T对零件进行编程 夹Φ30外圆，找正，伸长125毫米左右加工 T0101(精车刀)、T0202(粗车刀)、T0303(切断刀)、T0404(螺纹刀) 33 698183488.doc O0068 加工说明 N10 G50 X100 Z150 建立工件坐标系 N20 T0202 S2 M3 调粗车刀，主轴低速，正转560/分 N30 G00 X46 Z102 M08 快速定位，开冷却液 N40 G73 U15 W0 R0.010 从N60开始至N150结束，对零件进N50 G73 P60 Q150 U0.3 W0 F140 行外形粗车，由于是单件加工，为便于程N60 G00 X0 序编制，利用G73封闭式车削循环一次将N70 G01 Z100 F100 各部分外形余量粗车完毕，留0.3毫米余N80 X4.53 量精车。 N90 G03 X14.27 Z93.68 R5 F80 N100 G02 X21.39 Z79.03 R17 F80 N110 G03 X22.11 Z61.41 R14 F80 N120 G02 X20 Z58.34 R5 F80 N130 G01 Z47.5 F100 N140 X28 Z32.57 N150 Z-5 N160 G00 X100 Z150 M05 快速返回起刀点，停主轴 N170 T0101 S1 M3 换精车刀，主轴高速正转 N180 G00 X46 Z102 快速定位 N190 G70 P60 Q150 调精车段，精车各外形尺寸 N200 G00 X100 Z150 M05 快速返回，停主轴 N210 M00 程序暂停，便于调态(可修正尺寸) N220 T0303 S2 M3 换切断刀 N230 G00 X30 Z57.4 M08 从N230定位开始至N370完毕，完 成对Ø15处槽的粗车，精车及倒角。 N240 X22 N250 G01 X15.1 F60 N260 G00 X22 N270 Z55.6 N280 G01 X15.1 N290 G00 X21 N300 Z58.5 N310 G01 X19 Z57.5 N320 X15.1 N330 G00 X21 N340 Z54.5 N350 G01 X19 Z55.5 - 34 - 《数控车工仿真训练与考核》 N360 X15 N370 Z57.5 N380 G00 X30 Z56 快速定位至X30至Z24.9 N390 Z24.9 N400 G01 X17.1 F60 切槽至X17.1 N410 G00 X30 退刀 N420 G72 W2.8 R0.5 N430 G72 P440 Q510 U0.1 W0 F80 从N420开始至N470结束用G72循N440 G00 Z-5 环指令对M20外圆及5×1.5的槽进行车 削，并且Z向车至-5处，使车削螺纹时N450 G01 X19.8 留有退刀空间。 N460 Z21.5 N470 X17.1 Z23 N480- G00 X29 Z26 快速定位，至倒角起点 N490 X27 Z25 F60 倒角0.5×45? N500 X17 精车端面 N510 Z22 精车5×1.5槽底 N520 G00 X100 X向快速退刀 N530 Z150 Z向退刀 N540 T0404 换螺纹刀 N550 G00 X30 Z23 快速定位至X22，Z23(螺纹起点) N560 X22 N570 G92 X19 Z-2 F1.5 对M20×1.5螺纹进行车削共分5刀N580 X18.5 进行车削 N590 X18.2 N600 X 18.1 N610 X18.05 N620 G00 X100 M05 X向快速退刀，停主轴 N630 Z150 M00 Z向退刀，程序暂停，检验尺寸 N640 T0303 S2 M3 换切断刀，主轴低速正转 N650 G00 X30 Z0 快速定位至(X22，Z0) N660 X22 N670 G01 X17 F80 先切一条槽至X17，便于倒角 N680 G00 X21 快速定位至倒角起点 N690 Z2 N700 G01 X17 Z0 倒1.5×45?角 N710 X0 切断至总长 N720 G00 X100 M05 快速返回起点，停主轴，停冷却液。 35 698183488.doc N730 Z150 M09 N740 T0101 M30 换回基准刀，程序结束。 2 . 4 . 2 套类零件数控车床加工实例 下面以图2—9所示零件为例，分析其加工工艺设计过程。 1(零件工艺性分析:由零件图可知，数控加工部位较多，内孔、R圆弧尺寸精度不高，但粗糙度要求较高。且工件壁薄易变形;从结构上看，即有内螺纹又有槽及R圆弧面，结构虽不太复杂，但很适合在数控车床加工。从尺寸精度上看，Ф36外圆，Ф64大外圆要求不高。但内孔、内螺纹、R圆弧面粗糙度都要求较高，切削用量选择要适当，对刀具要求也较高。 从图纸上看，该零件轮廓描述，尺寸标注均完整，满足程序编程要求。 图2—9 封盖 图2—11 包容式软卡爪 2(确定加工工序、工序尺寸、装夹方案、基本工艺(详细见程序单)。 由于零件在一次装夹中完成，不利于车削效益，故采用三个工序完成。 (1)普车进行Ф64大外圆的切削及钻Ф29通孔，切断。 为了保证数控加工装夹定位的定位精度，在第一道工序(普车加工时)就需车一个基准面，并保证零件长度在14.5?0.3mm范围内。 (2)数控车床加工第一步，完成Ф36外圆、槽、长度的控制，便于下一步定位、装夹。 第二道工序，数控车削Ф36阶台，将外圆、槽、及台阶长度车至尺寸，总长留0.3毫米左右，采用缺牙爪直接在三爪卡盘上装夹、迅速、可靠、定位准确。 (3)数控车床加工第二步，完成内孔、内螺纹、R圆弧面、及总长控制。 第三道工序主要是解决工件装夹弹性变形的问题，采用如图包容式软爪，夹Φ36处加工。如图 2—11所示。 3(刀具的选择。 数控车削的工序最好都能采用机夹刀，一个能保证加工质量。二是减少辅助时间，提高加工效益，减轻劳动强度。针对工件形状将切槽刀磨成如图 2—19所示形状，以 - 36 - 《数控车工仿真训练与考核》 避免切槽时刀架和卡盘发生碰撞。 切槽刀 刀架 紧固螺钉 图 2—19 切槽刀 4(切削用量的确定(经济性数控车床) 第二道工序 粗车Φ36台阶时用560转/分，进给速度F180; 精车时Φ36台阶时用1120转/分，进给速度F120; 切小槽时用560转/分。进给速度F60。 第三道工序 内孔、R圆弧面、粗车时560转/分。进给速度F140 精车1120转/分。进给速度F100 内螺纹、车削560转/分。(小于1200/1.5-80) 5(确定编程原点，刀具起点。 以工件左端面与轴线相交处为编程原点。 刀具起点(换刀点)要考虑工件的测量(如内螺纹的试旋合)及刀片拆换是否方 便，现定在 :(第二工序)G50 X50 Z100，(第三工序)G50 X20 Z150 6(编制加工程序单如下: 用CVM-GSK980T对零件进行编程 (1)夹大外圆加工Φ36外圆、切小槽、伸长11毫米。 O1968 加工说明 N10 G50 X50 Z100 设置工件坐标系。 N20 S2 M3 T0101 主轴转速为560r/mm。 N30 G00 64 Z16 M08 快速定位至起刀点、冷却液开 N40 G71 U1.5 R0.5 N50 G71 P60 Q120 U0.3 W0.05 循环粗车Φ36外圆，X向留0.3余量 F180 Z向留0.05余量。 N60 G00 X28 N70 G01 Z14 F100 N80 X35 N90 X36 X13.5 N100 Z40 N110 X63 F150 N120 X64.1 Z3.5 37 698183488.doc N130 G70 P60 Q120 精车Φ36外圆、倒角去毛刺 N140 G00 X50 Z100 M05 返回起点、停主轴 N150 T0202 S2 M3 换切槽刀、 主轴正转 N155 G00 X37 Z9.5 快速定位至切槽起点 N160 G01 X35 F40 切槽1.5X0.5至尺寸 N170 G00 X50 M05 X向返回起点、停主轴 N180 Z100 M30 Z向返回起点、程序结束。 (2) 用包容式软爪夾Φ36外圆,加工内孔内螺纹,圆弧面及总长控制 T0101为内孔刀，T0202为内螺纹刀，T0303为外圆刀 O0088 加工说明 N10 G50 X20 Z150 设置工件坐标系 N20 S2 M3 T0101 主轴低速正转560转/分 调1号刀 N30 G00 X29 Z16 M08 快速定位、开冷却液 N40 G90 X31.5 Z2 F120 粗车Φ32内孔，留0.5mm 余量 N43 G00X36 Z15 快速定位至倒角起点 N46 G01X32.1 Z13 F80 倒角1×45º N49 Z2 车Φ32孔至尺寸 N50 X29.5 定位至×29.5 N60 Z-1 车Φ29.5孔至尺寸 N70 G00 X20 Z150 返回起点 N80 T0202 换内螺纹刀 N90 G00 X28 Z20 快速定位至螺纹起点 N100 G92 X33 Z8 F1.5 车M34内螺纹至尺寸 N110 X33.5 N120 X34 N130 G00 Z-0.5 快速定位至X28. Z-0.5 N140 G01 X30.5 F60 X向进给、倒角 N150 G00 X28 定位 N160 Z2.5 定位 N170 G01 X30.5 X向进给、倒角 N180 G00 Z150 Z向快进返回 N190 T0303 换偏刀 N200 G00 X65 Z15 快速定位 N210 G71 U2 R0.5 N220 G71 P230 Q270 U0.1 W0.1 F150 从N210开始至上270对R28圆N230 G00 X34 弧面进行粗加工X向、Z向 留N240 G01 Z14 F80 - 38 - 《数控车工仿真训练与考核》 N250 X37 0.1mm余量 N260 G03 X64 Z0.6 R28. 04 F80 N270 G01 X64.2 Z0.3 N275 G70 P230 Q270 精车 N280 G00 Z150 M09 Z向返回，停冷却液 N290 X20 M05 X向返回起点，主轴停 N300 M30 程序结束 复习思考题 1、结合数控车床加工特点和适应性分析哪些情况需要选择数控车床加工,哪些情况下 不宜选择数控车床加工, 2、分析零件图样包括哪些内容, 3、数控车床装夹有何特点和要求, 4、数控车床的刀具须具备哪些基本性能, 5、标准化刀具有何优点, 6、加工方案制定原则有哪些, 7、掌握普通车床的知识，对数控车床的学习有何益处, 8、数控车床的走刀路线应考虑哪些方面, 9、数控加工工序的划分应考虑哪些因素,工序划分的方法有哪些, 10、什么是数控加工工艺,其主要内容是什么, 11、按下列图纸考虑其加工工艺，材料，铝合金，件数一件。 其余 × × × 12、试进行下列图纸的工艺分析。数量:200件。 39 698183488.doc 材料:紫铜 13、数控车削加工中的切削用量如何确定,试按照12)题目中所示零件确定车削加工 中的切削用量。 14、加工表面要求光滑连接或光滑过渡时，进给路线应如何确定，为什么, - 40 - 《数控车工仿真训练与考核》 41