课题3数控车削加工工电子教案 数控车削加工编程与操作.doc

数控车削加工编程与操作日期 年 月 日 NO. 03 课题名称数控车削加工工艺课题号授课班级授课日期目的与要求熟悉常见回转体零件的数控车削加工工艺分析方法，懂得加工顺序、走刀路径的安排和工量夹具的选择，掌握切削用量的选择原则，能编制合理的加工工艺规程。课时安排 12学时检测手段 课堂检查安全及注意事项1、遵守实训场地安全文明生产制度；2、遵守数控车床的安全操作规程；课后分析教学过程：数控车削加工工艺一、数控车床加工工艺分析的主要内容工艺分析是数控车削加工的前期准备工作。工艺制定的合理与否，对程序编制、加工效率、加工精度等都有重要影响。因此，应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点，认真而详细的制定好零件的数控车削加工工艺。数控车削加工工艺包括以下主要内容：1、分析被加工零件的工艺性；2、拟定加工工艺路线，包括划分工序、选择定位基准、安排加工顺序和组合工序等；3、设计加工工序，包括选择工装夹具与刀具、确定走刀路径、确定切削用量等；4、编制工艺文件。二、数控车床加工零件的工艺性分析适合数控车床加工的零件或工序内容选定后，首要工作是分析零件结构工艺性、轮廓几何要素和技术要求。（一）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，且成本低，效率高。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。在结构分析时，若发现问题，一般应通过设计人员或有关部门请示并提出修改意见。数控车床车削零件时，刀具仅作平面运动，其成型运动形式比较简单，刀具轨迹不会太复杂。结构工艺性分析过程中对于像小深孔、薄壁件、窄深槽等允许刀具运动的空间狭小、结构刚性差的零件，安排工序时要特殊考虑刀具路径、刀具类型、刀具角度、切削用量、装夹方式等因素，以降低刀具损耗，提高加工精度、表面质量和劳动生产率。（二）轮廓几何要素分析在分析零件图形的轮廓几何要素时，主要工作是运用机械制图的基本知识分清零件图中给定的几何元素的定形尺寸、定位尺寸，确定几何元素（直线、圆弧、曲线等）之间的相对位置关系，防止“相交”误作“相切”关系，“相切”却被当作“相交”来对待。作为工艺分析的重要环节，轮廓几何要素分析时，还应该计算出图样中未直接给出，而编程时又必须知道的节点坐标。一方面以校核图样标注的正确性，另一方面为后续的编程工作做好铺垫。（三）精度、技术要求分析对被加工零件的精度及技术要求进行分析，可以帮助我们选择合理的加工方法、装夹方法、进给路线、切削用量、刀具类型和角度等工艺内容。精度及技术要求的分析主要包括：1、分析精度及各项技术要求是否齐全合理；2、分析本工序的数控车削加工精度能否达到图样要求。若达不到，需要采取其他措施（如磨削）弥补的话，则应给后续工序留有余量；3、找出图样上有位置精度要求的表面，这些表面应尽可能在一次装夹下完成加工；4、对表面粗糙度要求较高的表面，应确定采用机床提供的恒线速度功能加工。三、数控车床加工工艺路线的拟定（一）工序的划分机械加工的工序划分通常采用工序集中原则和工序分散原则。所谓工序集中原则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。所谓工序分散原则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。在数控车床上加工零件，通常按工序集中原则划分工序，在一次安装下尽可能完成比较多的表面的加工。不仅可以保证各个加工表面之间的相互位置精度，还可以减少工序间的工件运输量和装夹工件的辅助时间。常见的数控加工工序划分的方法有以下几种：1、按安装次数划分工序以每一次装夹作为一道工序。此种划分工序的方法适用于加工内容不多的零件。专用数控机床和加工中心常用此方法。2、按加工部位划分工序按零件的结构特点分成几个加工部分，每一部分作为一道工序。3、按所用刀具划分工序这种方法用于工件在切削过程中基本不变形，退刀空间足够大的情况。此时可以着重考虑加工效率、减少换刀时间和尽可能缩短走刀路线。刀具集中分序法是按所用刀具划分工序，即用同一把刀具或同一类刀具加工完成零件上所有需要加工的部位，以达到节省时间、提高效率的目的。4、按粗、精加工划分工序对易变形或精度要求较高的零件厂采用此种划分工序的方法。这样划分工序一般不允许一次装夹就完成加工，而要粗加工时留出一定的加工余量，重新装夹后再完成精加工。（二）加工顺序的安排机械加工顺序的安排一般应遵循以下原则：1、上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧。2、以相同的安装方式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。3、在同一次安装中，应先进行对工件刚性影响比较小的工序，确保工件在足够刚性条件下逐步加工完毕。这些原则不仅适用于数控加工，也适用于普通机加工。对于数控加工，表3-1列出了一些根据数控加工工艺特点而应注意的其它原则，在确定加工工序的时候也要引起重视。表3-1 数控加工工序的确定原则加工路线的确定原则保证被加工工件的精度和表面粗糙度原则加工路线最短，减少空行程原则尽量简化数值计算工作量原则充分使用指令功能，简化加工程序原则工件安装方式的确定原则基准统一原则装夹次数最少原则占机时间最少原则数控刀具的确定原则刀具刚性、耐用度高，缩短对换刀时间原则刀具尺寸稳定，安装调整简便原则切削用量的确定原则粗加工生产效率高，兼顾经济性原则精加工质量先行，兼顾生产效率原则消除过切、欠切原则为下道工序留足余量原则对刀点的确定原则便于数学处理和加工程序简化原则便于检测原则由对刀引起的加工误差最小原则（三）定位基准的选择定位基准的选择包括定位方式的选择和被加工工件定位面的选择。由于车削加工的成型运动形式和加工自由度限制，数控车床在加工零件的定位基准选择上比较简单，没有太多的选择余地，也没有过多的基准转换问题。轴（套）类零件的定位方式通常是一端外圆（或内孔）固定，即用三爪卡盘、四爪卡盘或弹簧套（轴）固定工件的外圆（或内孔）表面。但此种定位方式对于工件的悬伸长度有一定限制，工件悬伸过长会导致切削过程中产生变形，严重时将使切削无法进行。对于切削悬伸长度过长的工件可以采用一夹一顶或两顶尖定位，必要时再辅以中心架、跟刀架等辅助支撑，以减小工件的受力变形。（四）走刀路线的确定数控车削的走刀路线包括刀具的运动轨迹和各种刀具的使用顺序，是预先编制在加工程序中的。合理的刀具运动轨迹和使用顺序对于提高加工效率、保证加工质量是十分重要的。数控车削的走刀路线不是十分复杂，也有一定的规律可循。1、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）轴套类零件轴套类零件安排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。（2）轮盘类零件轮盘类零件安排走到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附近。编制轮盘类零件的加工程序时，与轴套类零件相反，是从大直径端开始顺序向前。（3）铸锻件铸锻件毛坯形状与加工后零件形状相似，为加工留有一定的余量。循环去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。2、确定退刀路线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后退回起始点或换刀点是以G00（快速点定位）方式运动的。考虑退刀路线的原则是：第一、确保安全性，即在退刀过程中不与工件发生碰撞；第二、考虑退刀路线最短，缩短空行程，提高生产效率。根据刀具加工零件部位的不同，退刀路线的确定也不同。数控车床常用以下三种退刀路线：（1）斜向退刀路线斜向退刀路线（如图3-1所示）行程最短，适合于加工外圆表面的偏刀退刀。图3-1斜向退刀路线（2）径、轴向退刀路线径、轴向退刀路线是指刀具先沿径向垂直退刀，到达指定位置时再轴向退刀。图3-2所示的切槽加工即采用此类退刀路线。图3-2 径、轴向退刀路线（3）轴、径向退刀路线轴、径向退刀路线的顺序与径、轴向退刀路线刚好相反。图3-3所示的镗孔加工即采用此类退刀路线。图3-3 轴、径向退刀路线3、设置换刀点设置数控车床刀具的换刀点是编制加工程序过程中必须考虑的问题。换刀点最安全的位置是换刀时刀架或刀盘上的任何刀具都不与工件或机床其它部件发生碰撞的位置。一般地，在单件小批量生产中，我们习惯把换刀点设置为一个固定点，其位置不随工件坐标系的位置改变而发生变化。换刀点的轴向位置由刀架上轴向伸出最长的刀具（如内孔镗刀、钻头等）决定，换刀点的径向位置则由刀架上径向伸出最长的刀具（如外圆车刀、切槽刀等）决定。在大批量生产中，为了提高生产效率，减少机床空行程时间，降低机床导轨面磨损，有时候可以不设置固定的换刀点。每把刀各有各的换刀位置。这时，编制和调试换刀部分的程序应该遵循两个原则：第一，确保换刀时刀具不与工件发生碰撞；第二，力求最短的换刀路线，即所谓的“跟随式换刀”。四、切削用量的选择切削用量包括切削速度、进给量和切削深度三要素。数控加工时，对同一加工过程选择不同的切削用量会产生不同的切削效果。合理的切削用量应能保证工件的质量要求，在工艺系统强度和刚性允许的条件下充分利用机床功率，最大限度地在耐用度范围内发挥刀具的切削性能。所以，选择切削速度时也要参考刀具生产厂家提供的切削用量参考值明细表。1、一般内外表面车削时的切削用量选择原则（1）粗加工粗加工时切削用量的选择一般考虑提高生产效率为主，兼顾经济性和加工成本。切削用量三要素中，切削速度对刀具耐用度影响最大，切削深度对刀具耐用度影响最小。因此考虑粗加工时的切削用量时首先应选择一个尽可能大的切削深度，其次选择较大的进给量，最后在刀具耐用度和机床功率允许的条件下选择一个合理的切削速度。（2）半精加工与精加工半精加工、精加工时切削用量的选择要保证加工质量，兼顾生产效率和刀具使用寿命。其中切削深度的选择要根据零件加工精度、表面粗糙度要求和粗加工后所留余量决定。由于半精加工、精加工时切削深度较小，产生的切削力也较小，所以可在保证表面粗糙度的前提下适当加大进给量。2、螺纹车削时的切削用量选择原则由于螺纹的螺距（或导程）是由图样指定的，所以选择车削螺纹时的切削用量，关键是确定主轴转速n和切削深度ap。（1）主轴转速的选择根据车削螺纹时主轴转1转，刀具进给1个导程的机理，数控车床车削螺纹时的进给速度是由选定的主轴转速决定的。螺纹加工程序段中指令的螺纹导程（单头螺纹时即为螺距），相当于以进给量f（mm/r）表示的进给速度vfvf = n f (3-1) 从式3-1可以看出，进给速度vf 与进给量f成正比关系，如果将机床的主轴转速选择过高，换算后的进给速度则必定大大超过机床额定进给速度。所以选择车削螺纹时的主轴转速要考虑进给系统的参数设置情况和机床电气配置情况，避免螺纹“乱牙”或起/终点附近螺距不符合要求等现象的发生。另外，值得注意的是，一旦开始进行螺纹加工，其主轴转速值一般是不能进行更改的，包括精加工在内的主轴转速都必须沿用第一次进刀加工时的选定值。否则，数控系统会因为脉冲编码器基准脉冲信号的“过冲”量而导致螺纹“乱牙”。（2）切削深度的选择由于螺纹车削加工为成型车削，刀具强度较差，且切削进给量较大，刀具所受切削力也很大，所以，一般要求分数次进给加工，并按递减趋势选择相对合理的切削深度。表3-2列出了常见米制螺纹切削的进给次数和切削深度参考值，供读者查阅。表3-2 常见米制螺纹切削的进给次数和切削深度螺距牙深（半径值）切削深度（直径值）1次2次3次4次5次6次7次8次9次1.00.6490.70.40.21.50.9740.80.60.40.162.01.2990.90.60.60.40.12.51.6241.00.70.60.40.40.153.01.9491.20.70.60.40.40.40.23.52.2731.50.70.60.60.40.40.20.154.02.5981.50.80.60.60.40.40.40.30.2