1、第 4 章数控车削加工工艺第第 4 4 章数控车削加工工艺章数控车削加工工艺4.1概述概述4.2数控车削加工常用刀具的选择数控车削加工常用刀具的选择4.3数控车削加工常用夹具的选择数控车削加工常用夹具的选择4.4数控车削工艺的制定数控车削工艺的制定4.5典型零件的数控车削加工工艺分析典型零件的数控车削加工工艺分析第 4 章数控车削加工工艺 1.“口小肚大口小肚大”的回转体零件的回转体零件 图4-1 所示的零件在普通车床上是不能加工的，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，加工时车刀刀尖的运动轨迹由加工程序控制。组成零件轮廓的曲线可以是直线、
2、圆弧、非圆曲线或列表曲线。对于由直线和圆弧组成的轮廓，直接利用数控机床的直线和圆弧插补功能；对于由非圆曲线组成的轮廓应先用直线或圆弧去逼近，然后再利用逼近的直线或圆弧来实现插补切削。4.1概述概述第 4 章数控车削加工工艺图 4-1“口小肚大”的内成形面零件第 4 章数控车削加工工艺2.带螺纹的回转体零件带螺纹的回转体零件普通车床只能车削等导程的圆柱或端面公、英制螺纹，并且一种车床只能加工若干种导程，而数控车床不但能加工等螺距的圆柱、圆锥和端面螺纹，而且能加工各种非标准螺距或变螺距等特殊螺旋类零件。加工螺纹时，数控车床主轴回转与刀架进给可实现多种功能同步，主轴转向不必像普通车床那样正反向交替变
3、换，刀具只需按确定的轨迹不停地循环加工，直到完成即可，因此车螺纹的效率很高。数控车床如果配备精密螺纹切削功能，并使用硬质合金刀具，同时采用较高的转速，则加工出来的螺纹精度高，表面粗糙度值小。第 4 章数控车削加工工艺3.高精度的回转体零件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，并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。同时，由于刀具运动是通过高精度的插补运算和伺服驱动装置来控制的，因此它能加工对母线第 4 章数控车削加工工艺直线度、圆度、圆柱度等形状精度要求高的零件。用数控车床加工由圆弧以及其它曲线
4、构成轮廓的零件，加工出的形状与设计要求的几何形状的符合程度比用仿形车床高。许多位置精度要求高的零件用普通车床车削时，由于机床制造精度低，因此工件装夹次数多，达不到要求，只能在车削后用磨削或其它方法来修正或补充加工。例如，图 4-2 所示的轴承内圈，原来采用液压半自动车床和液压仿形车床加工时，需要多次装夹，造成了较大的壁厚差，达不到图纸要求；后改用数控车床加工，一次装夹即可完成滚道和内孔的车削，且壁厚差大大减小，从而提高了位置精度和加工质量。第 4 章数控车削加工工艺图 4-2轴承内圈示意图第 4 章数控车削加工工艺4.表面粗糙度高的回转体零件表面粗糙度高的回转体零件在普通车床上车削锥面和端面时
5、，由于主轴转速恒定不变，在不同回转直径的表面处切削速度不同，因此车削后的表面粗糙度不一致。而数控车床具有恒线速度切削功能，在不同回转直径的表面处切削速度相同，能加工出表面粗糙度值小而均匀的表面，同时还能车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。粗糙度值要求大的部位选用大的进给量，粗糙度值要求小的部位选用小的进给量。第 4 章数控车削加工工艺4.2.1车刀和刀片的种类车刀和刀片的种类 1.焊接式车刀焊接式车刀一般将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上即为焊接式车刀。这种车刀结构简单，制造方便，刚性较好，通过刃磨可形成所需的几何参数，使用灵活。但刀片经高温焊接和刃磨后，易产生热应力和裂纹，会降低刀具材料
6、的切削性能。另外，当刀片磨完或崩坏后，刀杆也不能再用，造成了浪费。根据工件加工表面以及用途不同，焊接式车刀又可分为切断车刀、外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、螺纹车刀以及成形车刀等，如图 4-3 所示。4.2数控车削加工常用刀具的选择数控车削加工常用刀具的选择第 4 章数控车削加工工艺图 4-3焊接式车刀的种类第 4 章数控车削加工工艺2.机夹可转位车刀机夹可转位车刀 如图4-4 所示，机械夹固式可转位车刀由刀杆、刀片、刀垫以及夹紧元件组成。刀片每边都有切削刃，当某切削刃用钝后，只需松开夹紧元件，将刀片转一个位置便可继续使用。第 4 章数控车削加工工艺1刀杆；2刀片；3刀垫；4夹紧元件图 4-4机
7、械夹固式可转位车刀的组成第 4 章数控车削加工工艺刀片是可转位车刀的重要元件。按照GB2076-87,刀片可分为带圆孔、带沉孔以及无孔三大类，形状有三角形、正方形、五边形、六边形、圆形以及菱形等共17种。如图4-5所示为几种常见的刀片形状及角度。第 4 章数控车削加工工艺图 4-5几种常见可转位车刀的刀片(a)T型；(b)F型；(c)W型；(d)S型；(e)P型；(f)D型；(g)R型；(h)C型第 4 章数控车削加工工艺4.2.2车刀类型和刀片的选择车刀类型和刀片的选择1.车刀的类型车刀的类型数控车削常用的车刀一般分为三类：尖形车刀、圆弧车刀和成形车刀。1）尖形车刀 尖形车刀是以直线形切削刃
8、为特征的车刀。这类车刀的刀尖即为刀位点，由直线形的主、副切削刃构成，如90的内、外圆车刀，左、右端面车刀,切槽（断）刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。用这类车刀加工零件时，零件的轮廓形状主要由刀尖或一条直线形主切削刃位移后得到。第 4 章数控车削加工工艺2）圆弧形车刀如图 4-6 所示，圆弧形车刀上构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或轮廓误差很小的圆弧。该圆弧上的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；加工凹形轮廓时,车刀圆弧半径应小于或等于被加工凹形轮廓的最小半径；而加工凸形轮廓时，车刀圆弧半径应尽量取大，以利于提高刀具的强度。当某些尖形车刀或成形车刀（如
9、螺纹车刀）的刀尖具有一定的圆弧形状时，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，特别适于车削各种光滑连接（凹形）的成形面。第 4 章数控车削加工工艺图 4-6圆弧形车刀第 4 章数控车削加工工艺3)成形车刀成形车刀也叫样板车刀，车刀的刀刃形状和尺寸与被加工零件的轮廓形状相吻合。在数控车削中，常见的成形车刀有小半径的圆弧车刀、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形车刀，当确有必要时，应在工艺文件或加工程序单上进行详细说明。第 4 章数控车削加工工艺2.刀片的选择刀片的选择为了减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，在数控车削加工时应尽量采用机夹刀杆和
10、机夹刀片。使用时，应根据车床的刀架结构和可以安装刀具的数量，合理、科学地安排刀具在刀架上的位置，并注意避免刀具在静止和工作时，刀具与机床、刀具与工件以及刀具与刀具之间的干涉现象。数控车床常用刀具如图 4-7 所示。第 4 章数控车削加工工艺图 4-7数控车床常用刀具第 4 章数控车削加工工艺1）刀片材质的选择 车刀刀片的材料主要有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。选择刀片材质的主要依据有被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面的质量要求、切削载荷的大小以及切削过程中有无冲击和振动等。第 4 章数控车削加工工艺2）刀片尺寸的选
11、择 刀片尺寸的大小取决于必要的有效切削刃长度L。有效切削刃长度L、背吃刀量ap 以及车刀的主偏角r 的关系如图4-8 所示。3）刀片形状的选择 刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素选择，如表 4-1 所示。表 4-1 中刀片型号的组成见GB2076-87切削刀具可转位刀片型号表示规则。第 4 章数控车削加工工艺图 4-8切削刃长度、背吃刀量与主偏角的关系第 4 章数控车削加工工艺第 4 章数控车削加工工艺4.3数控车削加工常用夹具的选择数控车削加工常用夹具的选择4.3.1圆周定位夹具圆周定位夹具在车床加工中，大多数情况下是利用工件或毛坯的外圆来定位的。
12、1.三爪自定心卡盘三爪自定心卡盘 三爪自定心卡盘是常用的车床通用夹具，如图4-9所示。它可以自定中心，夹持范围大，装夹工件的效率高，适用于装夹中小型以外圆定位的零件；但定心精度存在误差，不适用于同轴度要求高的工件的二次装夹。第 4 章数控车削加工工艺图 4-9三爪自定心卡盘第 4 章数控车削加工工艺2.软爪软爪由于三爪自定心卡盘精度不高，因此当加工同轴度要求高的工件的二次装夹时，常使用软爪。通常三爪自定心卡盘为保证刚度和耐磨性要进行热处理，处理后的三爪自定心卡盘硬度较高，用常用刀具切削很难。软爪是在使用前根据被加工工件定位面专门制造的，加工软爪时可以在每个卡爪上焊接一块黄铜或低碳钢，然后车削加
13、工成与定位面相同或相近的外圆或内孔。第 4 章数控车削加工工艺(1)软爪要在与使用时相同的夹紧状态下加工，以免在加工过程中松动或由于反向间隙而引起定心误差。加工软爪内定位表面时，要在软爪尾部夹紧一适当的棒料，以消除卡盘端面螺纹的间隙，如图4-10所示。第 4 章数控车削加工工艺 图4-10加工软爪第 4 章数控车削加工工艺(2)当被加工工件以外圆定位时，软爪内圆直径应与外圆直径相同，略小更好，如图4-11 所示。其目的是消除夹盘的定位间隙，增加软爪与工件的接触面积。软爪内径大于工件外径会导致软爪与工件内形成三点接触，如图4-12所示，接触面积小，夹紧稳定程度差，应尽量避免。软爪内径过小会形成六
14、点接触，一方面会在被加工表面留下压痕，同时也会导致软爪接触面变形，如图4-13所示。第 4 章数控车削加工工艺图 4-11理想的软爪内径第 4 章数控车削加工工艺图 4-12软爪内径过大第 4 章数控车削加工工艺图 4-13软爪内径过第 4 章数控车削加工工艺3.四爪卡盘四爪卡盘 在加工精度要求不高、偏心距较小、零件长度较短的工件时，可使用四爪卡盘。四爪卡盘的每个卡爪是单动的，夹紧力大，但找正比较费时，适用于形状不规则的工件，如图4-14 所示。第 4 章数控车削加工工艺图 4-14四爪卡盘第 4 章数控车削加工工艺4.3.2中心孔定位夹具中心孔定位夹具1.两顶尖两顶尖+拔盘拔盘 两顶尖定位的
15、优点是定心准确可靠，安装方便。顶尖的作用是定心、承受工件的重量和切削力。顶尖可分为前顶尖和后顶尖。前顶尖有两种，一种是插入主轴锥孔内的，如图4-15(a)所示；另一种是夹在卡盘上的，如图4-15(b)所示。定位时前顶尖与主轴一起旋转，与主轴中心孔不会产生摩擦。第 4 章数控车削加工工艺图 4-15前顶尖第 4 章数控车削加工工艺后顶尖可插入尾座套筒，也分为两种。一种是固定的，如图4-16 所示，只适用于低速加工精度要求较高的工件；另一种是回转的，将顶尖与工件中心孔之间的滑动摩擦改成顶尖内部轴承的滚动摩擦，能在很高的转速下正常工作，使用较为广泛。但回转后,顶尖存在一定的装配累积误差，并且轴承磨损
16、后会使顶尖产生径向跳动，降低加工精度。第 4 章数控车削加工工艺图 4-16后顶尖第 4 章数控车削加工工艺工件安装时，用对分夹头或鸡心夹头夹紧工件靠近主轴的一端，拔杆伸向端面。两顶尖只对工件起定心和支撑作用，通过对分夹头或鸡心夹头的拨杆带动工件旋转，如图 4-17 所示。利用两顶尖定位还可加工偏心工件，如图4-18 所示。第 4 章数控车削加工工艺图 4-17两顶尖装夹工件第 4 章数控车削加工工艺图 4-18两顶尖车偏心轴第 4 章数控车削加工工艺2.拨齿顶尖拨齿顶尖常用的拨齿顶尖有内、外拨齿顶尖和端面拨齿顶尖两种。(1)内、外拨齿顶尖。内、外拨齿顶尖如图4-19所示，这种顶尖的锥面带齿，
17、能嵌入工件，拨动工件旋转。(2)端面拨齿顶尖。端面拨齿顶尖如图4-20所示。这种顶尖利用端面拨齿带动工件旋转，适合装夹工件的直径在50150mm之间。第 4 章数控车削加工工艺图 4-19内、外拨齿顶尖第 4 章数控车削加工工艺图 4-20端面拨齿顶尖第 4 章数控车削加工工艺4.3.3其它车削工装夹具其它车削工装夹具1.花盘花盘当加工表面的回转轴线与基准面垂直时，外形复杂的零件可以装夹在花盘上加工。如图4-21 所示是用花盘装夹双孔连杆的方法。第 4 章数控车削加工工艺图 4-21用花盘装夹双孔连杆的方法第 4 章数控车削加工工艺 2.角铁角铁当加工表面的回转轴线与基准面平行时，外形复杂的零
18、件可以装夹在角铁上加工。如图 4-22 所示是角铁的安装方法。第 4 章数控车削加工工艺图 4-22角铁的安装方法第 4 章数控车削加工工艺3.用于盘类工件的夹具用于盘类工件的夹具这类夹具适用于无尾座的卡盘式数控机床。用于盘类工件的夹具有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘两种，快速可调卡盘如图4-23 所示。第 4 章数控车削加工工艺图 4-23快速可调卡盘第 4 章数控车削加工工艺4.4.1零件的工艺性分析零件的工艺性分析数控车床所能加工零件的复杂程度比数控铣床简单。数控车床最多能控制三个轴（即x、z、c轴），加工出的曲面是刀具（包括成形刀具）的平面运动和主轴的旋转运动共同形成的，因此数控车床的刀
19、具轨迹不会太复杂。其难点主要在于加工效率、加工精度的提高，特别是切削性能差的材料或切削工艺性差的零件，例如小深孔、薄壁件、窄深槽等，这些结构的零件允许刀具运动的空间狭小，工件结构刚性差，安排工序时要特殊考虑。4.4数控车削工艺的制定数控车削工艺的制定第 4 章数控车削加工工艺1.零件的配合表面和非配合表面零件的配合表面和非配合表面 一般零件都包括配合表面和非配合表面。配合表面标注有尺寸公差、形位公差以及表面粗糙度等要求，这些部位的加工分为三部分工艺安排：首先去除大量余量以接近工件形状，其次半精车到留有均匀余量的工件轮廓形状，最后精加工，完成零件的加工。第 4 章数控车削加工工艺在实际生产中，为
20、了提高效率，延长刀具的使用寿命，精加工通常仅对精度要求高的部位进行，即粗加工时要对精加工的部位留有余量。因此在制定加工工艺时需要人为地改变被加工工件的结构尺寸，也就是改变需要精加工部位的尺寸。设改变后的尺寸为d1，图样标注尺寸为d，则有：d1=d+精加工余量 （4-1）采用改变工件结构尺寸的方法避免了对工件不必要部位进行精加工，特别是在大批量生产中，可有效地提高生产率，减小刀具损耗，提高产品合格率。第 4 章数控车削加工工艺2.零件结构的合理性分析零件结构的合理性分析 在数控车床加工零件时，应根据数控车削的特点，认真审视零件结构的合理性。如图4-24(a)所示的零件需用三把不同宽度的切槽刀切槽
21、，如无特殊需要，显然是不合理的，若改成图4-24(b)所示的结构，只需一把切槽刀即可。这样既减少了刀具数量，少占了刀架刀位，又节省了换刀时间。在结构分析时，若发现问题应向设计人员或有关部门提出修改意见。第 4 章数控车削加工工艺图 4-24结构工艺性示例第 4 章数控车削加工工艺3.轮廓几何要素分析轮廓几何要素分析在手工编程时，要计算每个基点坐标，在自动编程时，要对构成轮廓的所有几何要素进行定义，因此在分析零件图时，要分析几何要素的给定条件是否充分。由于设计等多方面的原因，因此可能在图样上出现构成加工轮廓的条件不充分，尺寸模糊不清，增加了编程工作的难度，甚至无法编程。如图4-25所示，圆弧与斜
22、线的关系要求为相切，但经计算后却为相交关系。又如图4-26所示，图样上给出的几何条件互相矛盾，且给出的各段长度之和不等于其总长。第 4 章数控车削加工工艺图 4-25几何要素缺陷示例一第 4 章数控车削加工工艺图 4-26几何要素缺陷示例二第 4 章数控车削加工工艺4.精度及技术要求分析精度及技术要求分析 在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上，才能对加工方法、装夹方式、刀具及切削用量进行正确的选择。精度及技术要求分析的主要内容有：一是分析精度及各项技术要求是否齐全合理；二是分析本工序的数控车削加工精度是否能达到图样要求，若不能达到，需采取其它措施弥补，并且应给后续工序留有余量；三是找出有位置
23、精度要求的表面，这些表面应在一次安装下完成加工；四是对表面粗糙度精度要求较高的表面应采用恒线速度切削功能进行加工。第 4 章数控车削加工工艺4.4.2工序和装夹方式的确定工序和装夹方式的确定在数控车床上加工零件，应按工序集中的原则划分工序，在一次安装下尽可能完成大部分甚至全部表面的加工。根据零件的结构形状不同，通常选择外圆、端面或内孔装夹，并力求设计基准、工艺基准和编程原点统一。在批量生产中，常用下列两种方法划分工序。第 4 章数控车削加工工艺1.按零件加工表面的位置精度划分按零件加工表面的位置精度划分将位置精度要求较高的表面安排在一次安装下完成，以免多次安装产生的安装误差影响位置精度。如图
24、4-27 所示的轴承内圈，其内孔对小端面的垂直度、滚道和大挡边对内孔回转中心的角度差以及滚道与内孔间的壁厚差均有严格的要求，精加工时可划分成两道工序，用两台数控车床来完成。第一道工序采用图4-27（a）所示的以大端面和大外径装夹的方案，将滚道、小端面及内孔等安排在一次安装下车出，很容易保证上述的位置精度。第二道工序采用图4-27（b）所示的以内孔和小端面装夹方案，车削大外圆和大端面。第 4 章数控车削加工工艺图 4-27轴承内圈加工方案第 4 章数控车削加工工艺2.按粗、按粗、精加工划分精加工划分 对毛坯余量较大和加工精度要求较高的零件，应将粗车和精车分开，划分成两道或更多工序。一般将粗车安排
25、在精度较低、功率较大的数控车床上，将精车安排在精度较高的数控车床上。如图4-27所示的轴承内圈就是按粗、精加工划分工序的。第 4 章数控车削加工工艺下面以车削图4-28（a）所示的手柄零件为例，说明工序的划分及安装方式的选择。该零件加工所用的坯料为32mm棒料，批量生产，加工时用一台数控车床。工序的划分及装夹方式如下所述。第一道工序按图4-28（b）所示将一批工件全部车出，工序内容有：先车出f12 mm和 f20 mm两圆柱面及圆锥面（粗车掉R42圆弧的部分余量），换刀后按总长要求留下加工余量切断。第二道工序用f12 mm外圆及f20 mm端面装夹，工序内容有：先车SR7 mm球面的30圆锥面
26、，然后对全部圆弧表面半精车（留少量的精车余量），最后换精车刀将全部圆弧表面一刀精车成形，见图4-28（c）。第 4 章数控车削加工工艺图 4-28手柄加工示意图第 4 章数控车削加工工艺4.4.3加工顺序的确定加工顺序的确定在分析零件图样和确定工序、装夹方式之后，接下来应确定零件的加工顺序。制定零件车削加工顺序一般应遵循下列原则。1.先粗后精先粗后精 先粗后精指按照粗车半精车精车的顺序进行加工，逐步提高加工精度。粗车可在较短的时间内将工件表面上的大部分余量（如图4-29中的双点画线内所示部分）切掉，一方面提高金属切除率，另一方面满足精车的余量均匀性要求。若粗车后所留余量的均匀性满足不了精加工的
27、精度要求，则要安排半精车，为精车作准备。精车要保证加工精度，按图样尺寸一刀车出零件轮廓。第 4 章数控车削加工工艺图 4-29先粗后精示例第 4 章数控车削加工工艺2.先近后远先近后远这里说的远与近，是指加工部位相对于对刀点的距离大小而言的。在一般情况下，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。对于车削而言，先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性，可改善其切削条件。第 4 章数控车削加工工艺例如，当加工图4-30 所示的零件时，如果按f38 mm、f36 mm、f34 mm的次序安排车削，不仅会增加刀具返回对刀点所需的空行程时间，而且一开始就削弱了工件的刚性，还可能使台阶
28、的外直角处产生毛刺。对这类直径相差不大的台阶轴，当第一刀背吃刀量（图4-30 中最大背吃刀量为3 mm左右）未超限时，宜按f34 mm、f36 mm、f38 mm的次序先近后远地车削。对既有内表面（内型、内腔）又有外表面需要加工的零件安排加工顺序时，应先内后外（先加工内表面，后加工外表面），即先进行内外表面粗加工，后进行内外表面的精加工。切不可将零件上一部分表面（外表面或内表面）加工完毕后，再加工其它表面（内表面或外表面）。第 4 章数控车削加工工艺图 4-30先近后远示例第 4 章数控车削加工工艺3.基面先行基面先行用作精基准的表面应先行加工出来，这是因为用作定位的基准越精确，装夹误差就越小
29、。例如轴类工件加工时，总是先加工中心孔，再以中心孔定位加工外圆和端面。4.先内后外先内后外对既有内表面又有外表面的零件,安排加工顺序时,通常先安排内型内腔,后安排外形表面的加工,不可将零件上的外表面加工完后再加工内表面,也不可将零件上的内表面加工完后再加工外表面。第 4 章数控车削加工工艺4.4.4进给路线的确定进给路线的确定确定进给路线主要在于确定粗加工及空行程的进给路线，精加工切削过程的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。进给路线一般指刀具从起刀点（或机床固定原点）开始运动，直至返回该点并结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径以及刀具切入、切出等非切削空行程。在保证加工质量的前
30、提下，使加工程序具有最短的进给路线，不仅可以节省加工过程的时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损等。实现最短切削路线，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时可辅以一些简单的计算。第 4 章数控车削加工工艺1.循环切除余量循环切除余量数控车削加工过程一般要经过循环切除余量、粗加工和精加工三道工序。应根据毛坯类型和工件形状来确定循环切除余量的方式，以达到减少循环走刀次数，提高加工效率的目的。1)轴套类零件安排轴套类零件走刀路线的原则是轴向走刀，径向进刀，循环切除余量的循环终点在粗加工起点附近，这样可以减少走刀次数，避免不必要的空走刀，节省加工时间，如图 4-31所示
31、。第 4 章数控车削加工工艺图 4-31轴套类零件循环切除余量的方式第 4 章数控车削加工工艺2)轮盘类零件 安排轮盘类零件走刀路线的原则是径向走刀，轴向进刀，循环切除余量的循环终点在粗加工起点。编制轮盘类零件的加工程序时，其走刀路线与轴套类零件相反，是从大直径端开始加工,如图4-32 所示。第 4 章数控车削加工工艺图 4-32轮盘类零件循环切除余量的方式第 4 章数控车削加工工艺3)铸锻件 铸锻件毛坯形状与加工后零件形状相似，留有一定的加工余量。循环切除余量的方式是刀具轨迹按工件轮廓线运动，逐渐逼近图纸尺寸。这种方法实质上是采用轮廓车削的方式，如图4-33 所示。第 4 章数控车削加工工艺
32、图 4-33铸锻件类零件循环切除余量的方式第 4 章数控车削加工工艺2.确定退刀路线确定退刀路线在数控机床加工过程中，为了提高加工效率，刀具从起始点或换刀点运动到接近工件部位及加工完成后退回起始点或换刀点都是以快速运动方式运动的。数控机床系统的退刀路线，原则上首先要考虑安全性，即在退刀过程中不能与工件发生碰撞；其次要考虑使退刀路线最短。相比之下，安全是首要的。第 4 章数控车削加工工艺根据刀具加工零件部位的不同，退刀路线的确定方式也不同，数控机床系统提供了以下三种退刀方式:(1)斜线退刀方式。斜线退刀方式路线最短，适用于加工外圆表面的偏刀退刀，如图 4-34所示。(2)切槽刀退刀方式。这种退刀
33、方式是刀具先径向垂直退刀，到达指定位置时再轴向退刀，如图4-35所示。切槽即采用这种退刀方法。第 4 章数控车削加工工艺图 4-34斜线退刀方式第 4 章数控车削加工工艺图 4-35切槽刀退刀方式第 4 章数控车削加工工艺(3)镗孔刀退刀方式。这种退刀方式与切槽刀的退刀方式恰好相反，如图4-36 所示。粗镗孔即采用这种退刀方式。精镗孔通常先径向退刀再轴向退刀至孔外，再斜线退刀。第 4 章数控车削加工工艺图 4-36镗孔刀退刀方式第 4 章数控车削加工工艺3.进给路线的选择进给路线的选择1)最短的切削进给路线切削进给路线最短，可有效地提高生产效率，降低刀具的损耗等。在安排粗加工或半精加工的切削进
34、给路线时，应同时兼顾到被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求，不要顾此失彼。图4-37为粗车图4-28所示工件时几种不同切削进给路线的安排示意图。其中，图4-37（a）表示利用数控系统具有的封闭式复合循环功能控制车刀沿着工件轮廓进给的路线；图4-37（b）为利用其程序循环功能安排的“三角形”进给路线；图4-7（c）为利用其矩形循环功能而安排的“矩形”进给路线。第 4 章数控车削加工工艺图 4-37不同粗车进给路线示意图第 4 章数控车削加工工艺对以上三种切削进给路线，经分析和判断后可知，“矩形”进给路线的进给长度综合最短，因此，在同等条件下，其切削所需时间（不含空行程）最短，刀具的损耗最小。2)
35、完整轮廓的连续切削进给路线在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时，其零件的完整轮廓应由最后一刀连续加工而成，这时，所加工刀具的进、退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切入、切出、换刀及停顿，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、形状突变或滞留刀痕等缺陷。第 4 章数控车削加工工艺3)特殊的进给路线在数控车削加工时，一般情况下，z坐标轴方向的进给运动都是沿着负方向进给的，但有时按其常规的负方向安排进给路线并不合理，甚至可能车坏工件。例如，当采用尖形车刀加工大圆弧内表面零件时，安排两种不同的进给方法，如图4-38所示，其结果也不相同。第 4 章数控车削加工
36、工艺图 4-38两种不同的进给方法第 4 章数控车削加工工艺对于图4-38(a)所示的第一种进给方法（负z走向），因切削时尖形车刀的主偏角为100105，这时切削力在x向的较大分力Fp将沿着图4-39所示的正x方向作用，当刀尖运动到圆弧的换象限处，即由负z、负x向负z、正x变换时，吃刀抗力Fp与传动横向拖板的传动力方向相同，若螺旋副间有机械传动间隙，就可能使刀尖嵌入零件表面（即扎刀），其嵌入量在理论上等于其机械传动间隙量e（如图4-39所示）。即使该间隙量很小，由于刀尖在x方向换向时，横向拖板进给过程的位移量变化也很小，因此加上处于动摩擦与静摩擦之间呈过渡状态的拖板惯性的影响，仍会导致横向拖板
37、产生严重的爬行现象，从而大大降低了零件的表面质量。第 4 章数控车削加工工艺图 4-39嵌刀现象第 4 章数控车削加工工艺对于图4-38(b)所示的第二种进给方法，因为尖刀运动到圆弧的换象限处，即由正z、负x向正z、正x方向变换时，吃刀抗力Fp与丝杠传动横向拖板的传动力方向相反，不会受螺旋副机械传动间隙的影响而产生嵌刀现象，所以图4-40所示的进给方案是较合理的。此外，在车削余量较大的毛坯和车削螺纹时，都有一些多重复进给的动作，且每次进给的轨迹相差不大，这时进给路线的确定可采用系统固定循环功能，详见相关数控编程教材。第 4 章数控车削加工工艺图 4-40合理进刀方案第 4 章数控车削加工工艺4
38、.4.5切削用量的选择切削用量的选择1.背吃刀量的确定背吃刀量的确定在工艺系统刚性和机床功率许可的条件下，尽可能取大的背吃刀量，以减少走刀次数。当余量过大、工艺系统刚性不足时可分次切除余量，各次的余量按递减原则确定；当零件的精度要求较高时，应考虑半精加工，余量常取0.52 mm，精加工余量常取0.10.4 mm。第 4 章数控车削加工工艺2.进给速度的确定进给速度的确定进给速度是指在单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离（mm/min）。有些数控车床规定可以选用进给量（mm/r）表示进给速度。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，可选择较高（2000 mm/min以下）的进
39、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。(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。第 4 章数控车削加工工艺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（1-2）计算。式（1-2）中的进给量，粗车时一般取为0.30.8mm/r，精车时常取0.10.3 mm/r，切断时常取 0.050.2 mm/r。表4-2 和表4-3分别为硬质合金车刀粗车外圆、端面时的进给量参考值和按表面粗糙度选择进给量的参考值，供参考选用。第 4 章数控车削加工工艺第 4 章数控车削加工工艺第 4 章数控车削加工工艺3）
40、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。如加工斜线及圆弧等轮廓零件时，这时刀具的进给速度由纵、横两个坐标轴同时运动的速度决定，即 22hfzfxfvvv(4-5)由于计算合成进给速度的过程比较繁琐，因此，除特别需要外，在编制加工程序时，大多凭实践经验或通过试切来确定速度。第 4 章数控车削加工工艺3.主轴转速的确定主轴转速的确定1)光车时主轴转速 在光车时，主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件允许的切削速度来确定。切削速度除了计算和查表选取外，还可根据实践经验确定。需要注意的是交流变频调速数控车床低速输出力矩小，因
41、而切削速度不能太低。切削速度确定之后，用式(1-1)计算主轴转速。第 4 章数控车削加工工艺2)车螺纹时主轴转速 在切削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距（或导程）大小、驱动电动机的矩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，推荐使用不同的主轴转速选择范围。如大多数经济型车床数控系统推荐车螺纹时的主轴转速如下：kP1200(4-6)n式中：P工件螺纹的螺距或导程(mm)；k保险系数，一般取80。第 4 章数控车削加工工艺4.4.6螺纹加工螺纹加工车削螺纹是数控车床常见的加工任务之一。螺纹的种类按牙型分为三角形、梯形、矩形等，按螺纹在零件中的部位分为圆柱螺纹、锥面螺纹、端
42、面螺纹等。螺纹实际上是由刀具的直线运动和主轴按预先输入的比例转数同时运动形成的。切削螺纹用的是成形刀具，螺距和尺寸精度受机床精度影响，牙型精度由刀具精度保证。第 4 章数控车削加工工艺1.常见螺纹及加工工艺常见螺纹及加工工艺1)圆柱螺纹圆柱螺纹在加工中最常见，通常在切削螺纹时需要多次进刀才能完成。由于螺纹刀具是成形刀具，因此刀刃与工件接触线较长，切削力较大。而切削力过大会损坏刀具或在切削中容易引起振动。在这种情况下，为避免切削力过大可采用斜进法，如图4-41所示。一般情况下，当螺距小于1.5 mm时可采用直进法，如图4-42所示。直进法与斜进法在数控车床编程系统中一般都有相应的指令，也有的数控
43、系统根据螺距的大小自动选择直进法或斜进法。圆柱螺纹进刀方向垂直于主轴轴线。圆柱螺纹有内螺纹和外螺纹两种形式。第 4 章数控车削加工工艺图 4-41斜进法第 4 章数控车削加工工艺图 4-42直进法第 4 章数控车削加工工艺由于两侧刃同时工作，用直进法切削的切削力较大，而且排屑困难，因此在切削时，两切削刃容易磨损。在切削螺距较大的螺纹时，由于切削深度较大，刀刃磨损较快，会造成螺纹中径产生误差,但是其加工的牙型精度较高，因此一般多用于小螺距螺纹加工。由于其刀具移动切削均靠编程来完成，因此加工程序较长。另外，刀刃容易磨损，故在加工中要做到勤测量。第 4 章数控车削加工工艺用斜进法切削，由于是单侧刃加
44、工，故加工刀刃容易损伤和磨损，使加工的螺纹面不直，刀尖角发生变化，进而造成牙型精度较差。但由于其为单侧刃工作，刀具负载较小，排屑容易，并且切削深度递减，因此斜进法一般适用于大螺距加工。用斜进法加工排屑容易，刀刃加工工况较好，在螺纹精度要求不高的情况下，此加工方法更为方便。在加工较高精度螺纹时，可采用两道加工工序来完成，即先用斜进法进行粗车，然后用直进法进行精车。但要注意刀具起始点要准确，不然容易乱扣，造成零件报废。第 4 章数控车削加工工艺2)等螺距螺纹 有些数控车床可实现各种等螺距(限米制,若英制则需换算为米制)螺纹的加工,如圆柱、圆锥及端面螺纹等。3)变螺距螺纹 有些数控车床具有加工变螺距
45、螺纹的功能。如图4-43 所示，其每牙螺纹螺距(P)的增、减量可用地址符(K)后的正、负值(米制或英制)来表示。第 4 章数控车削加工工艺图 4-43变螺距螺纹第 4 章数控车削加工工艺2.螺纹加工数据处理螺纹加工数据处理(1)数控车床加工螺纹的前提条件是主轴有位置测量装置，主轴转速与进给速度同步，同时加工多头螺纹通过主轴起点偏移来实现，如图4-44所示。例如双头螺纹SF相差180。第 4 章数控车削加工工艺图 4-44螺纹加工起始点偏移示意图第 4 章数控车削加工工艺(2)车削螺纹时不能使用恒线切削速度功能。因为车削时x轴直径值是逐渐减小的。若使用恒线速切削使主轴回转，则工件转速将以非固定转
46、速回转，会随工件直径减小而增加转速，转速增加会使F导程指定的值产生变动而发生乱牙现象。第 4 章数控车削加工工艺(3)适当的空刀导入量和空刀退出量。为防止非定值导程螺纹，车削螺纹的前后，需有适当的空刀导入量L1和空刀退出量L2。数控车床的螺纹加工是靠伺服马达转动，从而带动滚珠螺杆，再驱动螺纹刀移动的。伺服马达由静止状态必须先加速再达到等速移动，此段时间所移动的距离会切削出非定值导程螺纹，应予以避开，此即为空刀导入量，如图4-44所示。同理，伺服马达等速回转后需先减速再达到静止，故仍需有空刀退出量。L1和L2因机床制造厂商而异，但相差不大。一般地，L12P,L20.5P（其中P为螺距）。由此计算
47、而得的L1和L2是理论所需的最小升降距离,故实际应用中应取比L1与L2的值略大。第 4 章数控车削加工工艺(4)主轴转速。因数控机床系统和结构等原因，车削螺纹时主轴的转速有一定的限度，该限度因厂商而异，编程时可参照机床说明书。(5)螺纹牙型高度（螺纹总切深）。螺纹牙型高度是指在螺纹牙型上，牙顶到牙底之间垂直于螺纹轴线的距离。第 4 章数控车削加工工艺 如图4-45 所示，螺纹牙型高度即为车削时车刀总切入深度。根据GB192197-2003 普通螺纹国家标准规定，普通螺纹的牙型理论高度H=0.866P，实际加工时，由于螺纹车刀刀尖半径的影响，螺纹的实际切深有变化。根据GB197-2003规定，螺
48、纹车刀可在牙底最小削平高度H/8处削平或倒圆，则螺纹实际牙型高度可按下式计算：PHHh6495.082式中：H螺纹原始三角形高度，H=0.866P；P螺距。第 4 章数控车削加工工艺图 4-45螺纹牙型高度示意图第 4 章数控车削加工工艺(6)径向起点和终点的确定。螺纹加工中，径向起点（编程大径）的确定决定于螺纹大径；径向终点（编程小径）的确定决定于螺纹小径。因为编程大径确定后，螺纹总切深在加工时是由编程小径（螺纹小径）来控制的。螺纹小径的确定应满足螺纹中径公差要求。对于普通螺纹可用粗略算法来编制程序。通常螺纹大径D比公称尺寸减小0.12P mm，螺纹小径的确定根据公式d1=M2h 来确定。第
49、 4 章数控车削加工工艺(7)分段切削深度。如果落网内牙型较深，螺距较大,则可分几次进给。每次进给背吃刀量用螺纹深度减精加工背吃刀量所得的差按递减规律分配，如图4-46 所示。常用螺纹切削进给次数与背吃刀量可参考表4-4。第 4 章数控车削加工工艺图 4-46螺纹分段切削示意图第 4 章数控车削加工工艺第 4 章数控车削加工工艺续表第 4 章数控车削加工工艺4.5典型零件的数控车削加工工艺分析典型零件的数控车削加工工艺分析下面以图4-47所示零件为例，介绍数控车削加工工艺。该零件由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成，内外表面有较严的尺寸、形状、位置和表面粗糙度等要求；尺寸标注完整，轮廓
50、描述清楚。零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。图样上给定的几个精度（IT78）要求较高的尺寸，因其公差数值小，同时公差值偏向一边，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。第 4 章数控车削加工工艺图 4-47典型轴类零件(一)第 4 章数控车削加工工艺图 4-47典型轴类零件(二)第 4 章数控车削加工工艺1.夹具的选择夹具的选择三爪自定心卡盘定心夹紧。2.刀具的选择刀具的选择(1）中心钻。(2）f15 mm的麻花钻,刃长大于125 mm。(3）外圆粗车刀，主偏角r=90的硬质合金车刀。(4）内孔镗刀。(5）外圆精车刀,主偏角r=90,副偏角为30。(6）外切槽刀，刃宽2 mm。(7）
