第一节数控车削概述与普通车床相比 数控车床比较适合车削具有以下要求和特点的回转体零件 1 精度要求高的零件2 表面粗糙度值小的零件3 表面轮廓形状复杂的零件4 带特殊螺纹的零件 二 数控车削加工的主要内容 根据数控车床的工艺特点 数控车削加工主要有以下加工内容 1 车削外圆2 车削内孔3 车削端面4 车削螺纹 车削外圆车削外圆是最常见 最基本的车削方法 工件外圆一般由圆柱面 圆锥面 圆弧面及回转槽等基本件组成 锥面的车削 可以分别视为内圆 外圆的一种特殊形式 锥面可分为内锥面和外锥面 在普通车床上加工锥面的方法有小滑板转位法 尾座偏移法 靠模法和宽刀法等 而在数控车床上车削圆锥 则完全和车削其他外圆一样 不必像普通车床那么麻烦 在车削圆弧面时 则更能显示数控车床的优越性 车削内孔车削内孔是指用车削方法扩大工件的孔或加工空心工件的内表面 是常用的车削加工方法之一 在车削盲孔和台阶孔时 车刀要先纵向进给 当车到孔的根部时再横向进给 从外向中心进给车端面或台阶端面 车削端面车削端面包括台阶端面的车削 偏刀车削端面 可采用较大背吃刀量 切削顺利 表面光洁 而且大 小端面均可车削 使用90 左偏刀从外向工件中心进给车削端面 适用于加工尺寸较小的端面 使用90 左偏刀从工件中心向外进给车削端面 适用于加工工件中心带孔的端面 使用右偏刀车削端面 刀头强度较高 适宜车削较大端面 尤其是铸锻件的大端面 车削螺纹车削螺纹是数控车床的特点之一 在普通车床上一般只能加工少量的等螺距螺纹 而在数控车床上 只要通过调整螺纹加工程序 指出螺纹终点坐标值及螺纹导程 即可车削各种不同螺距的圆柱螺纹 锥螺纹或端面螺纹等 螺纹的车削可以通过单刀切削的方式进行 也可进行循环切削 第二节数控车削工艺制订 数控车削加工工艺是以普通车削加工工艺为基础 结合数控车床的特点 综合运用多方面的知识解决数控车削加工过程中面临的工艺问题 主要内容有 分析零件图纸 确定工序和工件在数控车床上的装夹方式 确定各表面的加工顺序和刀具的进给路线以及刀具 夹具和切削用量的选择 一 数控车削加工工艺分析 编制加工程序前 应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点 认真而详细地考虑零件图的工艺分析 确定工件在数控车床上的装夹 刀具 夹具和切削用量的选择等 制定车削加工工艺之前 必须首先对被加工零件的图样进行分析 它主要包括以下内容 1 结构工艺性分析2 构成零件轮廓的几何要素3 尺寸公差要求4 形状和位置公差要求5 表面粗糙度要求7 加工数量6 材料要求 1 结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性 即所设计的零件结构应便于加工成型 在数控车床上加工零件时 应根据数控车削的特点 认真审视零件结构的合理性 例如图4 5 a 所示零件 图4 5结构工艺性示例 2 构成零件轮廓的几何要素 由于设计等各种原因 在图纸上可能出现加工轮廓的数据不充分 尺寸模糊不清及尺寸封闭等缺陷 从而增加编程的难度 有时甚至无法编写程序 如图4 6所示 3 尺寸公差要求 在确定控制零件尺寸精度的加工工艺时 必须分析零件图样上的公差要求 从而正确选择刀具及确定切削用量等 在尺寸公差要求的分析过程中 还可以同时进行一些编程尺寸的简单换算 如中值尺寸及尺寸链的解算等 在数控编程时 常常对零件要求的尺寸取其最大和最小极限尺寸的平均值 即 中值 作为编程的尺寸依据 4 形状和位置公差要求 图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要要求 在工艺准备过程中 除了按其要求确定零件的定位基准和检测基准 并满足其设计基准的规定外 还可以根据机床的特殊需要进行一些技术性处理 以便有效地控制其形状和位置误差 三爪自定心卡盘装夹 两顶尖之间装夹 双三爪定心卡盘装夹 卡盘和顶尖装夹 常用装夹方式 通用夹具装夹 二 车削加工工件装夹 2 四爪单动卡盘 四爪单动卡盘 如图4 8 所示 它的四个对分布卡爪是各自独立运动的 因此工件装夹时必须调整工件夹持部位在主轴上的位置 使工件加工面的回转中心与车床主轴的四面转中心重合 图四爪单动卡盘a 四爪单动卡盘b 四爪单动卡盘装夹工件1 卡爪2 螺杆3 木板 软爪软爪是一促具有切削性能的夹爪 当成批加工某一工件时 为了提高三爪自定心卡盘的定心精度 可以采用软爪结构 即用黄铜或软钢焊在三个卡爪上 然后根据工件形状和直径把三个软爪的夹持部分直接在车床上车出来 定心误差只有0 01 0 02mm 即软爪是在使用前配合被加工工件特别制造的 如图4 11所示 如加工成圆弧面 圆锥面或螺纹等形式 可获得理想的夹持精度 图4 11加工软爪 5 花盘 弯板当在非回转体零件上加工圆柱面时 由于车削效率较高 经常用花盘 弯板进行工件装夹 找正法 找正装夹时必须将工件的加工表面回转轴线 同时也是工件坐标系Z轴 找正到与车床主轴回转中心重合 一般为打表找正 通过调整卡爪 使工件坐标系Z轴与车床主轴的回转中心重合 装夹方法 数控车削工件的装夹 也可以改变夹紧力的作用点 采用轴向夹紧的方式 薄壁零件容易变形 普通三爪卡盘受力点少 采用开缝套筒或扇形软卡爪 可使工件均匀受力 减小变形 薄壁零件的装夹 三 数控车床切削用量的选择 1 背吃刀量的确定在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下 尽可能选取较大的背吃刀量 以减少进给次数 当零件的精度要求较高时 应考虑适当留出精车余量 其所留精车余量一般为0 1 0 5mm 2 主轴转速的确定 1 光车时的主轴转速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 因而切削速度不能太低 4 1为硬质合金外圆车刀切削速度的参考值 选用时可参考选择 1 光车时的主轴转速 2 车螺纹时的主轴转速 切削螺纹时 数控车床的主轴转速将受到螺纹螺距 或导程 的大小 驱动电动机的升降频率特性 螺纹插补运算速度等多种因素的影响 故对于不同的数控系统 推荐不同的生轴转速选择范围 例如 大多数经济型数控车床的数控系统 推荐切削螺纹时的主轴转速为 3 进给量 或进给速度 的确定 3 进给量 或进给速度 的确定 1 单向进给量计算单向进给量包括纵向进给量和横向进给量 进给量的数值可按式1 2计算 粗车时一般取0 3 0 8mm r 精车时常取0 1 0 3mm r 切断时常取0 05 0 2mm r 表4 2是硬质合金车刀粗车外圆或端面的进给量参考值 表4 3是按表面粗糙度选择进给量的参考值 供参考选用 2 合成进给速度的计算合成进给速度是指刀具作合成运动 斜线及圆弧插补等 时的进给速度 例如加工斜线及圆弧等轮廓零件时 刀具的进给速度由纵 横两个坐标轴同时运动的速度合成获得 即 第二节数控车削工艺制订 四 数控车刀的选择选择数控车削刀具通常要考虑数控车床的加工能力 工序内容及工件材料等因素 与普通车削相比 数控车削对刀具的要求更高 不仅要求精度高 刚度好 耐用度高 而且要求尺寸稳定 安装调整方便 1 常用车刀类型 焊接式车刀焊接式车刀是将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上 形成一个整体 机械夹固式可转位车刀机械夹固式可转位车刀是已经实现机械加工标准化 系列化的车刀 1 数控车刀与加工表面 车床刀具 2 车削刀具及其主要特点 3 车刀的类型及选择数控车削常用的车刀一般分为三类 即尖形车刀 圆弧车刀和成型车刀 尖形车刀尖形车刀的刀尖 同时也为其刀位点 由直线形的主 副切削刃构成 切削刃为一直线形 如90 内 外圆车刀 端面车刀 切断 槽 车刀等 圆弧形车刀圆弧形车刀的切削刃是一圆度误差或轮廓误差很小的圆弧 该圆弧上每一点都是圆弧形车刀的刀尖 其刀位点不在圆弧上 而在该圆弧的圆心上 成形车刀 4 机械夹固式可转位车刀机械夹固式可转位车刀是已经实现机械加工标准化 系列化的车刀 数控车床常用的机夹可转位车刀结构主要由刀杆l 刀片2 刀垫3及夹紧元件4组成 刀片每边都有切削刃 为减少换刀时间和方便对刀 便于实现机械加工的标准化 数控车削加工时 应尽量采用机夹刀和机夹刀片 选择刀片材质常见刀片材料有高速钢 硬质合金 涂层硬质合金 陶瓷 立方氮化硼和金钢石等 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 切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动等 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 刀片是机夹可转位车刀的重要组成元件 刀片大致可分为三大类17种 可转位车刀的选用 1 刀片的紧固方式 2 刀片外形的选择 3 刀杆头部形式的选择 4 刀片后角的选择 5 左右手柄的选择 6 刀尖圆弧半径的选择 7 断屑槽形的选择 5 车削工具系统为了提高效率 减少换刀辅助时间 数控车削刀具已经向标准化 系列化 模块化方向发展 目前数控车床的刀具系统常用的有两类 一类是刀块式 结构是用凸键定位 螺钉夹紧 该结构定位可靠 夹紧牢固 刚性好 但换装刀具费时 不能自动夹紧 另一类结构是圆柱柄上铣有齿条的结构 该结构可实现自动夹紧 换装比较快捷 刚性较刀块式差 刀块式车刀系统圆柱齿条式车刀系统 五 车削加工顺序的确定如图4 17 a 所示手柄零件 批量生产 加工时用一台数控车床 该零件加工所用坯料为mm的棒料 加工顺序如下 第一道工序 如图 b 所示 将一批工件全部车出 工序内容有 先车出mm和mm两圆柱面及20 圆锥面 粗车掉R42mm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 调头 按图4 17 c 所示 用mm外圆及mm端面装夹工件 工序内容有 先车削包络mm球面的30 圆锥面 然后对全部圆弧表面进行半精车 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型 在分析了零件图样和确定了工序 装夹方式后 接下来即要确定零件的加工顺序 制定零件车削加工顺序一般遵循下列原则 1 先粗后精按照粗车 半精车 精车的顺序 逐步提高加工精度 1 先粗后精按照粗车 半精车 精车的顺序 逐步提高加工精度 2 先近后远这量所说的远和近是按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 而且对于车削而言 先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性 改善其切削条件 3 内外交叉对既有内表面 内型 腔 又有外表面需加工的零件 安排加工顺序时应先进行内外表面粗加工 后进行内外表面精加工 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 确定走刀路线的一般原则是 保证零件的加工精度和表面粗糙度要求 缩短走刀路线 减少进退刀时间和其他辅助时间 方便数值计算 减少编程工作量 尽量减少程序段数 走刀路线的确定 车圆锥的加工路线分析 数控车床上车外圆锥 假设圆锥大径为D 小径为d 锥长为L 车圆锥的加工路线如图所示 按图a中的阶梯切削路线 二刀粗车 最后一刀精车 二刀粗车的终刀距S要作精确的计算 可有相似三角形得 D d2 L D d2 S ap D d2 L D d2 S ap 此种加工路线 粗车时 刀具背吃刀量相同 但精车时 背吃刀量不同 同时刀具切削运动的路线最短 车圆锥的加工路线分析 按图b的相似斜线切削路线 也需计算粗车时终刀距S 同样由相似三角形可计算得出 按此种加工路线 刀具切削运动的距离较短 按图c的斜线加工路线 只需确定每次背吃刀量ap 而不需计算终刀距 编程方便 但在每次切削中背吃刀量是变化的 且刀具切削运动的路线较长 走刀路线的确定 车圆弧的加工路线分析 应用G02 或G03 指令车圆弧 若用一刀就把圆弧加工出来 这样吃刀量太大 容易打刀 所以 实际车圆弧时 需要多刀加工 先将大多余量切除 最后才车得所需圆弧 右图为车圆弧的阶梯切削路线 即先粗车成阶梯 最后一刀精车出圆弧 此方法在确定了每刀吃刀量ap后 须精确计算出粗车的终刀距S 即求圆弧与直线的交点 此方法刀具切削运动距离较短 但数值计算较繁 走刀路线的确定 车圆弧的加工路线分析 右图为车圆弧的同心圆弧切削