（中职）数控车工第3章电子教案.ppt

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1、Y CF正版可修改PPT（中职）数控车工第3章电子教案第3章数控车削加工 本章概述 本章通过对数控车床坐标系、数控车床刀架及对刀方法和数控车削加工工艺等知识的讲解，使学生能够掌握数控车削加工的相关知识，在理论上为进行数控加工的实践做好铺垫。教学目标 1.熟练掌握并理解数控车床坐标系统。2.掌握数控车床的对刀方法。3.掌握数控车床车刀的选择和装夹。4.熟练掌握数控车削加工工艺。下一页第3章数控车削加工 3.1数控车床的坐标系 3.2数控车床刀架及工具系统 3.3对刀操作 3.4数控车削加工工艺 3.5练习3.1数控车床的坐标系 3.1.1机床坐标系和运动方向 规定数控机床坐标轴及运动方向是为了准

2、确地描述机床的运动，简化程序的编制方法，并使所编程序有互换性。JB3051-1982数字控制机床坐标和运动方向的命名对数控机床的坐标和运动方向作出了明确规定。1.机床坐标系的原点 机床上作为加工基准的特定点叫做机床原点，用机床原点作为原点的坐标系叫做机床坐标系。数控机床坐标系由制造厂家确定，不能更改。机床原点也称机床坐标系原点或者参考点，是一固定位置，不能替换。在数控机床启动时，通常要进行回参考点的操作，就是将运动部件回到各轴正极限位置，即机床原点。返回 下一页3.1数控车床的坐标系 2.坐标和运动方向的命名原则 为了使编程人员在机床加工刀具与工件移动方向未知的情况下，根据图样确定机床的加工过

3、程，编制加工程序，规定永远假定刀具相对于静止的工件坐标系而运动。3.机床坐标系的形式 在数控机床L加工零件，机床的动作是由数控系统发出的指令来控制的。为了确定机床的运动方向和移动的距离，需要在机床卡建立一个坐标系，这个坐标系叫标准坐标系，也叫机床坐标系。机床坐标系的形式主要有两种:笛卡儿坐标系和极坐标系。返回 下一页 上一页3.1数控车床的坐标系(1)笛卡儿坐标系采用直角坐标系，用右手法则判断方向。右手的拇指、食指和中指的脂向分别代表X,Y,Z三个直角坐标的方向;旋转方向按右手螺旋法则规定，四指指向轴的旋转方向，拇指的指向与坐标轴同向为轴的正旋转方向，反之为轴的反旋转方向。如图3-1所示，大拇

4、指的方向为X轴的正方向;食指为Y轴的正方向;中指为Z轴的正方向。(2)极坐标一个点的坐标由到指定原点的距离和到指定轴的角度确定，在坐标系中，角度以X轴作为参考。如果角度是从X开始按逆时针方向测量的，那么角度就为正，反之为负。4.运动方向的确定 根据JB3051-1982规定，机床某一部件运动的正方.向提蹭大工件和刀步琴之间距离的方向。返回 下一页 上一页3.1数控车床的坐标系 坐标轴确定的方法及步骤(1)z轴一般取产生切削力的主轴轴线为Z轴，刀具远离工件的方向为正向，如图3-1、图3-2所示。当机床有几个主轴时，选一个与工件装夹面垂直的主轴为Z轴。当机床无主轴时，选与工件装夹面垂直的方向为Z轴

5、。(2)X轴一般位于平行工件装夹面的水平面内。对于工件作回转切削运动的机床(如车床、磨床等)，在水平面内取垂直工件回转轴线(Z轴)的方向为X轴，刀具远离工件的方向为正向，如图3-2所示。返回 下一页 上一页3.1数控车床的坐标系 3.1.2工件坐标系 工件坐标系又称编程坐标系，供编程时使用。工件坐标系的参考点又称为工件原点，该点由编程人员根据所加工工件的实际情况进行选定。习惯上把数控车床工件原点选择在工件的中心点位置，数控铣床工件原点选择各角的上表面，如图3-3所示。工件坐标系分为绝对坐标系和相对坐标系两种。1.绝对坐标系 在坐标系中，所有几何点或位置的坐标值均以工件原点为基准计量的坐标系称为

6、绝对坐标系。绝对坐标系中坐标用X,玖Z表示，如图3-4所示。返回 下一页 上一页3.1数控车床的坐标系 2.相对坐标系 在坐标系中，某一位置的坐标尺寸用相对于前一位置的坐标尺寸的增量进行计量，也就是说，后一位置的坐标尺寸是以前一位置为零进行计量的坐标系称为相对坐标系(增量坐标系)。相对坐标系中坐标用U,V,W表示，如图3-5所示。通常我们可以通过G90(绝对值指令)、G91(增量值指令)来决定编程时采用绝对坐标还是增量坐标。G90,G91可以一起用在一个程序段中。返回 下一页 上一页3.2数控车床刀架及工具系统 数控车床的刀架是机床的重要组成部分，刀架是用于装夹切削刀具的，因此，其结构直接影响

7、机床的切削性能和切削效率，在一定程度上，刀架结构和性能体现了数控车床的设计与制造水平。随着数控车床的不断发展，刀架结构形式不断创新，总体来说大致可以分为两大类，即排刀式刀架和转塔式刀架。有的车削加工中心还采用带刀库的自动换刀装置。排刀式刀架一般用于小型数控车床，各种刀具排列着装夹在可移动的滑板上，换刀时可实现自动定位。转塔式刀架也称刀塔或刀台，转塔式刀架有立式和卧式两种结构形式(见图3-6、图3-7。转塔式刀架是多刀位的自动定位装置，通过转塔头的旋转、分度和定位夹实现机床的自动换刀动作。返回 下一页 上一页3.2数控车床刀架及工具系统 一般来说转塔式刀架应分度准确、定位可靠、重复定位精度高，转

8、位速度快、夹紧刚性好，以保证数控车床的高精度和高效率。有的转塔式刀架不仅可以实现自动定位，而且还可以传递动力，完成铣削加工等工序，这种转塔式刀架称为动力刀塔(动力刀台)。加工所需的各种切削刀具(如车刀、镬刀、钻头等)是通过刀柄座、镬刀座、刀柄套、定位环等刀辅具紧固在转塔刀架的回转刀盘上的(见图3-8)。刀盘的形状有方形、圆形和多边形。刀位数有4,6,8,12和16及20刀位。图3-6所示立式转塔刀架的工具(刀辅具)系统如图3-9所示。返回 上一页3.3对刀操作 对刀的目的是通过刀具或对刀工具确定工件坐标系与机床坐标系之间的空间位置关系，并将对刀数据输入到相应的存储位置。对刀是数控加工中最重要的

9、操作内容，其准确性将直接影响零件的加工精度。数控车床的对刀操作分为X向对刀和Z向对刀。3.3.1对刀方法 根据现有条件和加工精度要求选择对刀方法，可采用试切法对刀、寻边器对刀、机内对刀仪对刀、自动对刀等。其中试切法对刀精度较低，加工中常用寻边器和z向设定器对刀，效率高，能保证对刀精度。返回 下一页3.3对刀操作 3.3.2对刀工具 1.寻边器 寻边器主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系中的X,Y值，也可以测量工件的简单尺寸。寻边器有偏心式和光电式等类型，其中以光电式较为常用。光电式寻边器的测头一般为直径10 mm的钢球，用弹簧压紧在光电式寻边器的测杆上，碰到工件时可以退让，并将电路导通，发出

10、光信号，通过光电式寻边器的指示和机床坐标位置，即可得到被测表面的坐标位置，具体使用方法见下述对刀实例。2.2轴设定器 Z轴设定器主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系的Z轴坐标，或者说是确定刀具在机床坐标系中的高度。返回 下一页 上一页3.3对刀操作 Z轴设定器有光电式和指针式等类型，通过光电指示或指针判断刀具与对刀器是否接触，对刀精度一般可达0.005 mm。Z轴设定器带有磁性表座，可以牢固地附着在工件或夹具上，其高度一般为50mm或100mm.3.3.3试切削对刀法实例(以T1刀具为例)工件和刀具装夹完毕，驱动主轴旋转，移动刀架至工件试切一段外圆。然后保持x坐标不变，移动刀具远离工件，测量

11、出该段外圆的直径，并将其输入到相应的刀具参数中的刀长中，系统会自动用刀具当前x坐标减去试切出的那段外圆直径，即得到工件坐标系x原点的位置。再移动刀具试切工件一端端面，测量出工件端面与卡盘之间的距离，并将其输入到相应刀具参数中的刀宽中，系统会自动将此时刀具的z坐标减去刚才输入的数值，即得工件坐标系z原点的位置。具休模作如下:返回 下一页 上一页3.3对刀操作 Z方向:车削端面，测量出工件端面与卡盘之间的距离，选择“参数”“刀补”“对刀”“轴+G54”软键，输入测量值并回车，再按“计算”“确认”键。X方向:车削外圆，测量出工件直径，选择“参数”“刀补”“对刀”“G54”软键，输入测量直径值并回车，

12、再按“计算”“确认”键。其余刀具对刀方法与T1相同。3.3.4刀具补偿值的输入和修改 1.输入要求 根据刀具的实际尺寸和位置，将刀具半径补偿值和刀具长度补偿值输入到与程序对应的存储位置，如图3-10所示。返回 下一页 上一页3.3对刀操作 需注意的是，补偿的数据正确性、符号正确性及数据所在地址正确性都将影响到加工，不正确的输入和修改会导致撞车危险或加工件报废。刀具补偿分为刀具长度补偿和刀具半径补偿。参数表结构因刀具类型不同而不同。2.操作步骤 按下列步骤输入刀具补偿参数:返回 下一页 上一页3.3对刀操作 3.3.5输入/修改零点偏置值-“参数”操作区 1.功能 在回参考点之后，实际值存储器以

13、及实际值的显示均以机床的零点为基准，而工件的加工程序则以工件零点为基准，这之间的差值就作为可设定的零点偏移量输入，如图3-11。2.操作步骤 通过操作软键“参数”和“零点偏移”，可以选择零点偏置，屏幕上显示可设定零点偏置的情况。把光标移到待修改的范围。输入数值。按“向下翻页”键，屏幕上显示下一页零点偏置窗:G55和 G56。按返回键不确认零点偏置值，直接返回上一级菜单。返回 下一页 上一页3.3对刀操作 3.3.6刀尖半径补偿:G40,G41,G42 1.刀尖半径补偿:G41,G42(1)刀尖半径G41/G42(左/右)补偿功能刀具必须有相应的D号才能有效。刀尖半径补偿通过G41/G42生效，

14、控制器自动算出当前刀具运行所产生的与编程轮廓等距离的刀具轨迹，如图3-12和图3-13所示。(2)编程格式 G41 X_ Z_;在工件轮廓左边刀具补偿有效 G42 X_ Z_;在工件轮廓右边刀具补偿有效返回 下一页 上一页3.3对刀操作 正确选择起始点 只有在线性插补是G00,G01才可以进行G41/G42的选择。刀具以直线回轮廓，并在轮廓起始点处与轨迹切向垂直。应正确选择起始点，保证刀具运行时不发生碰撞，如图3-14所示。(3)编程举例 N10 T_F_ N20 X_Z_;PO起始点 N30 GO1 G42 X_Z;工件轮廓右补偿，Pl N40 Z_Z;起始轮廓，圆弧或直线返回 下一页 上一

15、页3.3对刀操作 2.取消刀尖半径补偿:G40 取消刀尖半径补偿功能:G40指令之前的程序段以正常方式结束，在程序段之后，刀尖到达编程终点。编程格式:G40 X_Z_;取消刀尖半径补偿，如图3-15所示。七、间隙补偿 对于采用滚珠丝杠副作为X轴和Z轴传动的数控车床，机械间隙一般可忽略不计，而对于仍采用梯形螺纹丝杠作为传动带的旧机床改造型数控车床，其反向间隙需事先测量出来，然后在引导程序中通过间隙补偿指令给予补偿。机床每次运行时，先间隙补偿，后运行程序。返回 下一页 上一页3.3对刀操作 这里介绍在实际中经常使用的一种测量数控车床纵、横两导轨(两坐标)间隙的方法正反向表测法。操作步骤如下:在手动

16、状态下，使刀架向Z轴正向(或负向)移动一小段距离;在编辑状态下清零;在刀架移动方向的反向一侧，水平安放一块百分表(压表0.3 mm左右)并调整百分表刻度盘，对准零位;在手动状态下，使刀架向Z轴负方向(或正方向)移动一小段距离，并记录显示器上Z轴数值;记录百分表读数值;两项数值的差即为Z向间隙;重复操作2-3次，进一步验证间隙数值。返回 下一页 上一页3.3对刀操作 用同样方法检测X轴方向间隙。这里需注意的是，百分表读数值的2倍与显示器读数值的差就是X向间隙。对刀操作应注意问题 在对刀操作过程中，需注意以下问题:根据加工要求采用正确的对刀工具，控制对刀误差;在对刀过程中，可通过改变微调进给量来提

17、高对刀精度;对刀时需小心谨慎操作，尤其要注意移动方向，避免发生碰撞危险;对刀数据一定要存入与程序对应的存储地址，防止因调用错误参数而产生严重后果。返回 上一页3.4数控车削加工工艺 零件的加工工艺实际上就是零件的加工过程，这个过程包含工序、安装、工位、工步和工作行程。其中工序是工艺过程的基本单元。工序是指一个或一组工人，在一个工作地对同一个或同时对几个工件所连续完成的那部分工艺过程。零件加工过程中要合理安排加工顺序，要解决零件的定位和装夹问题。3.4.1数控车削的主要加工对象 数控加工是指在数控机床上进行自动加工零件的一种工艺方法。区别于普通车床的是数控车床通过编写程序把普通车床操作步骤记录下

18、来，机床自动按照记录轨迹走刀来实现零件的加工。返回 下一页3.4数控车削加工工艺 数控车削主要加工对象:.精度要求高的回转体;.表面质量要求高的回转体零件;.表面形状复杂的回转体零件;.带特殊螺纹的回转体零件。3.4.2数控车削加工工艺的特点 数控车削加工与普通车床加工工艺基本相同，在设计数控加工工艺时，首先要遵循普通车床加工工艺的基本原则与方法，同时，还需考虑数控加工本身的特点和零件编程的要求。数控车削加工工艺的特点如下。返回 下一页 上一页3.4数控车削加工工艺 1.工艺内容具体明确 数控车床加工前，许多具体的工艺问题，如加工过程中工序与工步的划分，各工序的加工内容、刀具的几何形状、走刀路

19、线、切削用量以及加工顺序等，在进行数控工艺设计时必须认真考虑，做出正确的选择并写人数控加工程序。2.工艺设计准确严密 数控车削加工按照事先编制好的加工程序自动进行加工，故不能像普通车削加工，可以根据加工过程中出现的问题，由操作者灵活地进行调整。因此，在进行数控加工工艺设计时，必须全面仔细考虑加工过程中的每一个细节，在对零件图样进行数学处理、计算和编程时，都要做到准确无误万无一失，以便使加工能顺利进行。在实际工作中，一个小的错误都可能酿成重大事故。返回 下一页 上一页3.4数控车削加工工艺 3.加工工序相对集中 工件在一次装夹中可以完成多个表面的加工，可保证被加工表面之间的位置精度，减少了加工设

20、备，缩短了生产周期，有助于提高劳动生产率。3.4.3数控车削加工工艺的主要内容 数控车削加工工艺内容较多，总的来说包括以下几方面:.确定工件是否适合数控车床上加工，并确定工序内容。.确定零件的加工方案，制仃数控加工工艺路线。安排加工顺序，确定走刀路线。注意，零件的加工顺序安排原则有基准面先行原则、先粗后精原则、先主后次原则、先近后远原则。返回 下一页 上一页3.4数控车削加工工艺 在确定走刀路线时，主要遵循下列原则:保证被加工零件的精度和表面粗糙度要求。缩短走刀路线，减少刀具空行程时间。简化编程计算，减少程序段和编程工作量。.加工工序的设计。选择零件的定位基准、装夹方案、工步划分、刀具选择和确

21、定切削用量等。.分配各个工序的加工余量，计算工序尺寸及公差。.程序编制及调整。.编写专用技术文件。如数控加工工序卡和刀具调整卡等。返回 下一页 上一页3.4数控车削加工工艺 3.4.4数控车削一般零件的车削工艺 数控车床加工的零件表面都有一定的特征。一般为圆柱面、圆锥面、圆弧面等。对圆锥面和圆弧面进行车削，就要去除大量的余量。这里介绍车削这两种表面的常用方法。1.圆弧面的车削 圆弧面的常用车削方法有:车锥法、车圆法、移圆法。如图3-16所示。(1)车锥法如图3-16(a)所示，在车削圆弧时，可根据加工余量，采用圆锥分层切削来去除多余的余量，再进行圆弧精加工。采用这种加工路线时，加工效率高，但计

22、算较烦琐。通常可大致计算节点进行车削。返回 下一页 上一页3.4数控车削加工工艺(2)车圆法如图3-16(b)所示，车圆法就是通过车削与外形同心但不同半径的圆弧，来逐渐加工到圆弧表面的方法。此方法效率高，预留余量均匀，但此方法节点的计算更显烦琐。通常采用计算机辅助(CAD)来完成。(3)移圆法如图3-16(c)所示，采用相同半径的圆弧向Z轴方向移动，最终将圆弧加工出来。采用这种加工方法，编程简单，节点好计算。但此方法会产生许多空走刀，生产率低。2.圆锥面的车削 圆锥面的常用车削方法有:平行车削法、终点车削法。如图3-17所示。返回 下一页 上一页3.4数控车削加工工艺(1)平行车削法如图3-1

23、7(a)所示，去除余量是与外形锥体母线平行的线段。刀具每次切削量均匀，加工效率和加工质量很好。但编程需计算起点和终点坐标，所以计算麻烦。(2)终点车削法如图3-17(b)所示，这种方法是通过切削若干直角三角来切削余量的。走刀量是变化的。这种方法编程方便，不需要特别计算节点。特别适用车削锥度不大的圆锥面。3.4.5工件在数控车床上的定位与装夹 1.定位 使工件在机床上或夹具中占有正确位置的过程称为定位。在工件的机械加工工艺过程中，合理地选择定位基准对保证工件的尺寸精度和相互位置精度起到重要的作用。定位基准有粗基准和精基准两种。以未加工表面定位称为粗基准;用已加工的表面作为定位基准称为精基准。返回

24、 下一页 上一页3.4数控车削加工工艺(1)粗基准的选择原则尽量选择不加工的表面作为粗基准。选择加工余量最小的表面为粗基准。选择工件上强度、刚性好的表面作为粗基准。粗基准不能重复使用。(2)精基准的选择原则尽可能采用设计基准或装配基准作为定位基准。尽可能使定位基准和测量基准重合。尽可能使基准统一。选择精度较高、形状简单和尺寸较大的表面作为精基准。2.装夹 数控车床夹具是用于盘类、轴类零件装夹的液压动力卡盘和尾座。如图3-18为液压动力卡盘。图3-18(a)为轴类零件用液压动力卡盘，图3-18(b)为盘类零件用液压动力卡盘。返回 下一页 上一页3.4数控车削加工工艺(1)三爪自动定心卡盘在数控车

25、床上还有最常用的夹具是三爪卡盘。三爪卡盘装夹工件时可自动定心，不需找正，特别适合夹持横截面为圆形、正三角形、正六边形等工件。但该卡盘夹持力小，只适合装夹中小型工件。(2)四爪单动卡盘四爪卡盘(图3-19)不但能夹持横截面为圆形的工件，还能夹持其他各种规则和不规则截面的工件，且夹紧力较大，可用于车削偏心工件。但该卡盘不能自动定心，需操作人员仔细进行找正。在车削薄壁工件时，夹具常采用轴向夹紧，防止加工时工件变形。常用薄壁工件夹紧机构有弹簧夹头定心夹紧机构，如图3-20所示。通常数控车床同普通车床一样，常用夹具还有软爪、双顶尖，定位心轴、花盘和角铁等，在此不作详细描述，请参照车工入门等相关的教材。返

26、回 上一页3.5练习 1.机床坐标系是什么?2.数控车床刀架的分类及说明是什么?3.对刀工具有哪几种?4.数控车削加工工艺的特点是什么?5.数控车床定位基准的选用原则是什么?返回图3-1右手笛卡儿坐标系返回图3-2数控车床坐标系返回图3-3工件坐标系返回图3-4绝对坐标系返回图3-5相对坐标系返回图3-6立式转塔刀架返回图3-7卧式转塔刀架返回图3-8刀具的安装与紧固方式返回图3-9立式转塔刀架的工具(刀辅具)系统返回图3-10“刀具补偿参数”窗口返回图3-11“零点偏置”窗口返回图3-12刀尖半径补偿返回图3-13刀尖左/右补偿返回图3-14刀尖位置进行的补偿返回图3-15 取消刀尖补偿返回图3-16圆弧车削方法返回图3-17圆锥车削方法返回图3-18 液压动力卡盘返回图3-19四爪卡盘返回图3-20弹簧夹头定心夹紧机构返回