1、电子电子教案教案周晓宏周晓宏 主编主编数控加工工艺与设备数控加工工艺与设备SHUKONG JIAGONG GONGYI YU SHEBEISHUKONG JIAGONG GONGYI YU SHEBEI第四章 数控车削加工工艺及设备 本章应知 本章应会1.1.数控车床的组成及典型结构2.数控车床的常用刀具数控车削加工的工艺制订 第一节 数控车床概述第 章四 数控车削加工工艺及设备一、数控车床的用途、分类1数控车床的用途 常用来加工轴类或盘类的回转体零件，能自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，数控车床特别适合加工形状复杂的轴类或盘类零件。数控车床约占数控机床总数的25
2、%。2数控车床的分类1）卡盘式数控车床2）顶尖式数控车床（1）按加工零件的基本类型分类（2）按主轴的配置形式分类1）卧式数控车床2）立式数控车床 第一节 数控车床概述第 章四 数控车削加工工艺及设备（3）按数控系统的功能分类1）经济型数控车床2）全功能数控车床3）车削中心4）FMC车床 二、数控车床的特点与发展 1高精度 2高效率 3高柔性 4高可靠性 5工艺能力强 6模块化设计 第一节 数控车床概述第 章四 数控车削加工工艺及设备三、数控车床的组成及布局大都采用机、电、液、气一体化布局，全封闭或半封闭防护。1数控车床的组成（1）主机（2）数控装置（3）伺服驱动系统（4）辅助装置 图4-1 数
3、控车床2数控车床的布局（1）床身和导轨的布局图4-2 数控车床的布局形式a）平床身 b）斜床身 c）平床身斜滑板 d）立床身 两坐标联动数控车床多采用12工位的回转刀架，也有采用6工位、8工位、10工位回转刀架的。回转刀架在机床上的布局有两种形式。加工盘类零件的回转刀架，其回转轴垂直于主轴；另一种是用于加工轴类和盘类零件的回转刀架，其回转轴平行于主轴。第一节 数控车床概述第 章四 数控车削加工工艺及设备（2）刀架的布局四、数控车床的典型结构以济南第一机床厂生产的MJ-50型数控车床为例 1主轴箱结构图4-3 MJ-50数控车床主轴箱结构简图1、6、8螺母 2同步带 3、16同步带轮 4脉冲编码
4、器 5螺钉 7主轴第一节 数控车床概述第 章四 数控车削加工工艺及设备2传动系统（1）主传动系统 图4-4 MJ-50型数控车床的传动系统（2）进给传动系统3自动回转刀架可分为立式和卧式回转刀架 第二节 数控车削加工工艺的制定第 章四 数控车削加工工艺及设备一、分析零件图样1）零件图上漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成。2）零件图上的图线位置模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手。3）零件图上给定的几何条件不合理，造成数学处理困难。1构成零件轮廓的几何条件2尺寸精度要求5材料与热处理要求4表面粗糙度要求3形状和位置精度要求 适用于无尾座的卡盘式数控车床上。主要有可调卡爪卡盘和快速
5、可调卡盘。毛坯装在主轴顶尖和尾座顶尖之间，由主轴上的拨动卡盘或拨齿顶尖带动旋转。第二节 数控车削加工工艺的制定第 章四 数控车削加工工艺及设备二、确定毛坯1零件材料及其力学性能 2.零件的结构形状与外形尺寸3.生产类型4.现有生产条件5.充分考虑利用新工艺、新技术的可能性三、确定装夹方法和对刀点1.零件的装夹（1）用于轴类零件的夹具（2）用于盘类零件的夹具 在加工过程中，自动换刀装置的换刀位置。换刀点的位置应保证刀具转位时不碰撞被加工零件或夹具，一般可设置在对刀点。对刀是操作数控车床的重要内容，对刀的好坏将直接影响到车削零件的尺寸精度。第二节 数控车削加工工艺的制定第 章四 数控车削加工工艺及
6、设备2.确定对刀点和换刀点（1）对刀 1）刀位点是指在加工程序编制中，用以表示刀具特征的点，也是对刀和加工的基准点。2）对刀是指执行加工程序前，调整刀具的刀位点，使其尽量重合于某一理想基准点的过程。（2）确定对刀点 1）尽量与零件的设计基准或工艺基准一致。2）便于用常规量具在车床上进行找正。3）该点的对刀误差应较小，或可能引起的加工误差为最小。4）尽量使加工程序中的引入或返回路线短，并便于换刀。（3）确定换刀点 第二节 数控车削加工工艺的制定第 章四 数控车削加工工艺及设备四、确定加工方案1.制定工艺路线（1）先粗后精（见图4-6）（2）先近后远 远与近，是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言
7、的。图4-6 先粗后精示例图4-7 先近后远示例（3）先内后外（4）刀具集中 2.确定走刀路线图4-8 螺纹进给切削（1）刀具引入、切出 尽量使刀具沿轮廓的切线方向引入、切出，尤其是车螺纹时，必须设置升速段1和降速段2。第二节 数控车削加工工艺的制定第 章四 数控车削加工工艺及设备（2）确定最短的空行程路线1）巧用对刀点 2）巧设换刀点 3）合理安排“回零”路线 图4-9 巧用起刀点a）采用矩形循环方式进行粗车的一般情况b）将起刀点与对刀点分离（3）确定最短的切削进给路线图4-10 走刀路线示例a）利用封闭式复合循环减小间距 b）“三角形”走刀路线 c）利用矩形循环功能 在特殊情况下，其加工顺
8、序可不按“先近后远”、“先粗后精”的原则考虑。第二节 数控车削加工工艺的制定第 章四 数控车削加工工艺及设备3.特殊处理（1）先精后粗。图4-11 套筒零件（2）分序加工（3）巧用切断（槽）刀 五、刀具的选择五、刀具的选择图4-14 焊接式车刀的种类1切断刀 290左偏刀 390右偏刀 4弯头车刀 5直头车刀6成形车刀 7宽刃精车刀 8外螺纹车刀9端面车刀 10内螺纹车刀 11内槽车刀 12通孔车刀 13盲孔车刀1.数控车床的刀具种类（1）焊接式车刀 第 章四 数控车削加工工艺及设备（2）机夹可转位车刀（3）孔加工刀具 图4-15 圆弧形车刀图4-16 数控车床上常用的孔加工刀具a)中心钻 b
9、)麻花钻 c)粗镗孔刀 d)精镗孔刀2.数控车刀的选用（1）焊接式车刀的选用 圆柱形或圆锥形外表面选用各种外圆车刀 加工工件端面，选用端面车刀；加工螺纹，选用螺纹车刀，也可用来加工成形面；加工各种光滑连接的成形面，选用圆弧形车刀；切断工件，选用切断刀 第二节 数控车削加工工艺的制定第 章四 数控车削加工工艺及设备第二节 数控车削加工工艺的制定（2）机械夹固式可转位车刀的选用数控车削加工时应尽可能采用机械夹固定式可转位车刀。刀片材料的选择 高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方碳化硼和金刚石等。选择刀片材质，主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷大小以及切削过程中
10、有无冲击和振动等。刀片尺寸的选择 刀片尺寸的大小(刀片切削刃的长度l取决于必要的有效切削刃长度L。有效切削刃长度L与背吃刀量ap和车刀的主偏角kr有关。刀片形状的选择 第 章四 数控车削加工工艺及设备第二节 数控车削加工工艺的制定表4-1 被加工表面及适用的刀片形状 车削外圆表面主偏角4545607595刀片形状及加工示意图推荐选用的刀片SCMA SPMRSCMM SNMM-8SPUN SNMM-9SCMA SPMRSCMM SNMGSPUN SPGRTCMA TNMM-8TCMMTPUNSCMM SPUMSCMA SPMRSNMACCMACCMMCNMM-7车削端面主偏角75909095刀片
11、形状及加工示意图推荐选用的刀片SCMA SPMRSCMM SPURSPUN CNMGTNUN TNMATCMA TPUNTCMM TPMRCCMATPUNTPMR车削成形面主偏角1545609093刀片形状及加工示意图推荐选用的刀片RCMM RNNGTNMM-8TNMGTNMA第 章四 数控车削加工工艺及设备第二节 数控车削加工工艺的制定六、切削用量的确定 1背吃刀量ap的确定尽可能选取较大的背吃刀量 2进给速度vf确定 在保证工件加工质量的前提下，可以选择较高的进给速度 确定进给速度的原则是：1）当工件的质量要求能够得到保证时，可选择较高的进给速度。一般在100200mm/min范围内选取；
12、2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在2050mm/min范围内选取；3）当加工精度、表面粗糙度要求较高时，进给速度应选小些，一般在2050mm/min范围内选取；4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以设定该机床数控系统设定的最高进给速度。第 章四 数控车削加工工艺及设备第二节 数控车削加工工艺的制定表4-2 硬质合金车刀粗车外圆、端面的进给量参考值工件材料工件材料车刀刀杆尺寸车刀刀杆尺寸（BH）（mmmm）工件直径工件直径（dw/mm）背吃刀量背吃刀量ap/mm3（3,5（5.8（8,1212进给量进给量f/(mmr-1)碳素结构钢、碳素结构钢、合金结
13、构钢合金结构钢及耐热钢及耐热钢16252040601004000.30.40.40.50.50.70.60.90.81.20.30.40.40.60.50.70.71.00.30.50.50.60.60.80.40.50.50.6203025252040601004000.30.40.40.50.50.70.81.01.21.40.30.40.50.70.70.91.01.20.4060.50.70.81.00.40.70.60.90.40.6162540601004000.40.50.50.80.81.21.01.40.50.80.71.01.01.20.40.60.60.80.81.00.
14、50.70.60.8铸铁铜合金铸铁铜合金2030252540601004000.40.50.50.90.91.31.21.80.50.80.81.21.21.60.40.70.71.01.01.30.50.80.91.10.70.9注：加工断续表面及有冲击的工件时，表内进给量应乘系数K=0.750.85。在无外皮加工时,表内进给量应乘系数K=1.1。加工耐热钢及其合金时，进给量不大于1mm/r。加工淬硬钢时，进给量应减小。当钢的硬度为4456HRC时，乘系数K=0.8;当钢的硬度为5762HRC时,乘系数K=0.5。第 章四 数控车削加工工艺及设备第二节 数控车削加工工艺的制定表4-3 按表面
15、粗糙度选择的半精车、精车的进给量参考值工件材料表面粗糙度Ra/m切削速度范围vc/(mmin-1)刀尖圆弧半径r/mm0.51.02.0进给量f/(mmr-1)铸铁、青铜、铝合金5102.551.252.5不限0.250.400.400.500.500.600.150.250.250.400.400.600.100.150.150.200.200.35碳钢及合金钢510500.300.500.450.600.550.70500.400.550.550.650.650.702.55500.180.250.250.300.300.40500.250.300.300.350.300.501.252.
16、5500.100.110.150.150.22501000.110.160.160.250.250.351000.160.200.200.250/250.35注:r=0.5mm(用于12mm12mm及以下刀杆),r=1.0mm(用于30mm30mm及以下刀杆),r=2.0mm(用于30mm45mm及以上刀杆)。被加工部位的直径，按零件和刀具材料、加工性质等条件所允许的切削速度来确定。大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速为：n1200/P-K（K为保险系数，一般取为80）。第 章四 数控车削加工工艺及设备第二节 数控车削加工工艺的制定3主轴转速的确定（1）光车外圆时主轴转速 根据实践经验确
17、定用公式n=1000vc/d计算主轴转速。（2）车螺纹时的主轴转速 4.车削用量的选择原则1)粗车时，首先考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap,其次选择一个较大的进给量f,最后确定一个合适的切削进度vc。2)精车时，选择较小（但不太小）的背吃刀量ap和进给量f，并选用切削性能好的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度vc。3)在安排粗、精车削用量时，应注意机床说明书给定的允许切削用量范围。第 章四 数控车削加工工艺及设备第二节 数控车削加工工艺的制定表4-4 硬质合金外圆车刀切削速度的参考值工件材料热处理状态p/mm0.3,2(2,6)(6,10f/(mmr-1)0.08,0.3(0.3
18、,0.6(0.6,1c/(mmin-1)低碳钢、易切钢热轧1401801001207090 中碳钢热轧13016090110 6080调质10013070905070合金结构钢热轧10013070905070调质8011050704060工具钢 退火9012060805070灰铸铁HBS1909012060805070HBS=1902258011050704060高锰钢（n13%）1020铜及铜合金20025012018090120铝及铝合金300600200400150200铸铝合金（si13%）1001808015060100注：切削钢及灰铸铁时刀具寿命约为60min。第 章四 数控车削加
19、工工艺及设备第二节 数控车削加工工艺的制定表4-5 数控车削用量推荐表工件材料工件条件背吃刀量/mm切削速度/（mmin-1）进给量/（mmr-1）刀具材料碳素钢b600MPa粗加工5760800.20.4YT类粗加工23801200.20.4精加工0.20.31201500.10.2钻中心孔500800r/minW18Cr4V钻 孔300.10.2切断（宽度5mm）701100.10.2YT类铸铁HBS200以下粗加工50700.20.4YG类精加工701000.10.2切断（宽度5mm）5000.10.2第 章四 数控车削加工工艺及设备第三节 典型零件的数控车削加工工艺分析一、轴类零件数控
20、车削加工工艺图4-18 典型轴类零件采用三爪自定心卡盘定心夹紧，右端采用活动顶尖支承的装夹方式。第 章四 数控车削加工工艺及设备第三节 典型零件的数控车削加工工艺分析1.零件图工艺分析工艺措施 1）几个精度要求较高的尺寸，编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。2）轮廓上，三处圆弧，在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。3）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60mm棒料。2.选择设备 选用TND360数控车床 3.确定零件的定位基准和装夹方式（1）定位基准坯料轴线和左端大端面(设计基准)为定位基准。（2）装夹方法第 章四 数控车
21、削加工工艺及设备第三节 典型零件的数控车削加工工艺分析 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)，然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。4.确定加工顺序及进给路线1）选用5mm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，副偏角r不宜太小，选r35。3）精车选用90硬质合金右偏刀。5.刀具选择表4-6 数控加工刀具卡片产品名称或代号零件名称典型轴零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工表面 备注1T015中心钻1钻5mm中心孔2T02硬质合金90外圆车刀1车端面及粗车轮廓右偏刀3T03硬质合金90外圆车刀1精车轮廓 右偏刀4T0
22、4硬质合金60外外螺车刀1车螺纹 编制 审核批准共 页第 页粗车每转进给量为0.4mm/r，精车每转进给量为0.15mm/r，根据公式fnf计算粗车、精车进给速度分别为200mm/min和180mm/min。车直线和圆弧时，c90m/min、精车切削速度c120m/min，利用公式cdn1000计算主轴转速n：粗车n=500r/min、精车n=1200r/min。轮廓粗车循环时选ap 3mm，精车ap 0.25mm；螺纹粗车时选ap 0.4mm，逐刀减少，精车ap0.1mm。第 章四 数控车削加工工艺及设备第三节 典型零件的数控车削加工工艺分析6.切削用量选择（1）背吃刀量的选择（2）主轴转速
23、的选择（3）进给速度的选择第 章四 数控车削加工工艺及设备第三节 典型零件的数控车削加工工艺分析表4-7 典型轴类零件数控加工工艺卡片单位名称产品名称或代号零件名称零件图号典型轴工序号程序编号夹具名称使用设备车间001三爪卡盘和活动顶尖TND360数控车床数控中心工序号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴转速/rmin-1进给速度/mmmin-1背吃刀量/mm备注1平端面T022525500手动2钻中心孔T015950手动3粗车轮廓T0225255002003自动4精车轮廓T03252512001800.25自动5粗车螺纹T0425253209600.4自动6精车螺纹T0425253209600.
24、1自动编制审核批准年 月 日共 页第 页第 章四 数控车削加工工艺及设备第三节 典型零件的数控车削加工工艺分析二、轴套类零件数控车削加工工艺 图4-19 锥孔螺母套零件图 1)带公差的尺寸，除内螺纹退刀槽尺寸 公差值较大，编程时可取平均值24.958外,其他尺寸取基本尺寸即可。第 章四 数控车削加工工艺及设备第二节 数控车削加工工艺的制定1零件工艺分析 00840-25.2)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 加工内孔时以外圆定位用三爪自动定心卡盘夹紧。加工外轮廓时以坯件左端面和轴心线为定位基准，为
25、此需要设计一心轴装置。3确定加工顺序及走刀路线 图4-20 外轮廓车削心轴定位装夹方案 图4-21外轮廓车削走刀路线 第 章四 数控车削加工工艺及设备第三节 典型零件的数控车削加工工艺分析4刀具选择1)车削端面选用45硬质合金端面车刀。2)4中心钻，钻中心孔以利于钻削底孔时刀具找正。3)31.5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32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。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。第 章四 数控车削加工工艺
26、及设备第三节 典型零件的数控车削加工工艺分析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4-8数控加工工序卡片中。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4-9数控加工刀具卡片中。3)将各工步的进给路线(图4-21)，绘成文件形式的进给路线图。6填写工艺文件1）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。2）根据公式n=1000vc/d和公式vf=fn计算主轴转速与进给速度(计算过程略)，计算结果填入表4-8工序卡中。3）车螺纹时主轴转速根据公式n1200/p-k计算，进给速度由系统根据螺
27、距与主轴转速自动确定。5.确定切削用量第 章四 数控车削加工工艺及设备第三节 典型零件的数控车削加工工艺分析表4-8 数控加工工序卡片(单位名称)数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称材料 零件图号数控车工艺分析实例锥孔螺母套45钢 工序号程序编号夹具编号使用设备 车间 CJK6240数控中心 工步号工步内容 刀具号刀具规格（mm）主轴转速(r/min)进给速度(mm/min)背吃刀量（mm）备注1平端面T0125253201手动2钻中心孔T0249502手动3钻孔 T0332.520015.75手动4镗通孔至尺寸31.9mmT042020320400.2自动5铰孔至尺寸320+0.033 T
28、0532320.1手动6粗镗内孔斜面T042020320400.8自动7精镗内孔斜面保证(15)6T042020320400.2自动8粗车外圆至尺寸71mm光轴T0825253201手动9掉头车另一端面，保证长度尺寸76mmT012525320自动编制审核批准共1页第1页 第 章四 数控车削加工工艺及设备第三节 典型零件的数控车削加工工艺分析表4-8 数控加工工序卡片(单位名称)数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称材料 零件图号数控车工艺分析实例锥孔螺母套45钢 工序号程序编号夹具编号使用设备 车间 CJK6240数控中心 工步号工步内容 刀具号刀具规格（mm）主轴转速(r/min)进给速度
29、(mm/min)背吃刀量（mm）备注10粗镗螺纹底孔至尺寸34mmT042020320400.5自动11精镗螺纹底孔至尺寸34.2mmT042020320250.1手动12切5mm内孔退刀槽T061616320手动1334.2mm孔边倒角245T071616320自动14粗车内孔螺纹T0716163200.4自动15精车内孔螺纹至M362-7HT0716163200.1自动16自右至左车外表面T082525320300.2自动17自左至右车外表面T092525320300.2自动编制审核批准共1页第1页 续表第 章四 数控车削加工工艺及设备第三节 典型零件的数控车削加工工艺分析表4-9 数控加
30、工刀具卡片产品名称或代号数控车工艺分析实例零件名称锥孔螺母套零件图号程序编号工步号刀具号刀具规格名称数量加工表面刀尖半径（mm)备注1T0145硬质合金端面车刀1车端面0.52T024中心钻1钻4mm中心孔3T0331.5 mm的钻头1钻孔4T04镗刀1镗孔及镗内孔锥面0.45T0532mm的铰刀1铰孔6T06内槽车刀 1切5mm宽螺纹退刀槽0.47T07内螺纹车刀 1车内螺纹及螺纹孔倒角0.38T0893右手偏刀 1自右至左车外表面0.29T0993左手偏刀1自左至右车外表面0.2编制审核批准 共1页第1页第 章四 数控车削加工工艺及设备第三节 典型零件的数控车削加工工艺分析三、盘类零件数控
31、车削加工工艺图4-22 带孔圆盘 1零件图工艺分析2选择设备 3确定零件的定位基准和装夹方式(1)定位基准(2)装夹方法 4制定加工方案1)粗车外圆及端面2)粗车内孔3)精车外轮廓及端面4)精车内孔第 章四 数控车削加工工艺及设备第三节 典型零件的数控车削加工工艺分析5刀具选择及刀位号 图4-23 刀具及刀位号 表4-10 带孔圆盘数控加工刀具卡片 产品名称或代号零件名称带孔圆盘零件图号序号刀具号刀具规格名称数量加工表面备注1T01硬质合金外圆车刀1粗车端面、外圆2T04硬质合金内孔车刀1粗车内孔3T07硬质合金外圆车刀1精车端面、外轮廓4T08硬质合金内孔车刀1精车内孔编制审核批准共 页第
32、页6确定切削用量(略)第 章四 数控车削加工工艺及设备第三节 典型零件的数控车削加工工艺分析7数控加工工艺卡片拟订 表4-11 带孔圆盘的数控加工工艺卡片 单位名称产品名称或代号零件名称零件图号带孔圆盘工序号程序编号夹具名称使用设备车间001三爪卡盘Vturn-20数控车床数控中心工步号工步内容刀具号刀柄规格/rnrn主轴转速/rmin-1进给速度/mmmin-1背吃刀量/rnrn备注1粗车端面T012020400802粗车外圆T012020400803粗车内孔T0420400604精车外轮廓及端面T07202011001105精车内孔T08321000100编制审核批准年 月 日共 页第 页1.试简述数控车床的主要加工工艺范围？试简述数控车床的主要加工工艺范围？2.数控车床如何分类？数控车床如何分类？3.试述数控车床刀具的选择方法试述数控车床刀具的选择方法?4.数控车削加工工艺的制订主要包括哪些方面数控车削加工工艺的制订主要包括哪些方面?5.数控车削加工中切削用量如何选择数控车削加工中切削用量如何选择?6.在数控车床上加工如图4-24所示零件，试编制其加工工艺。图4-24 题6图四 数控车削加工工艺及设备
