数控机床编程与操作5、数控车削加工工艺

1、数控机床编程与操作数控机床编程与操作数控机床编程与操作数控机床编程与操作数控机床编程与操作数控机床编程与操作电子教案电子教案电子教案电子教案电子教案电子教案 第5讲 数控车削加工工艺5.1 数控加工工艺概述数控加工工艺概述5.2 数控加工工艺分析的一般步骤与方法数控加工工艺分析的一般步骤与方法5.3 数控车削工艺数控车削工艺5.4 数控车削零件工艺分析举例数控车削零件工艺分析举例5.5 数控加工工艺文件数控加工工艺文件 第5讲 数控车削加工工艺5.1 数控加工工艺概述数控加工工艺概述1.数控加工工艺的基本特点 在普通机床上加工零件时，是用工艺规程来规定每道加工工序的操作顺序的，操作者严格按工艺

2、卡规定的操作顺序进行加工。而在数控机床上加工零件时，要把加工零件的全部工艺过程、工艺参数等编制成程序，存储在数控系统的存储器内，来控制机床进行加工。因此，数控机床加工工艺与普通机床加工工艺原则基本相同，但数控加工的整个过程是自动进行的，又有其特点： 数控加工的工序比普通机床加工的工序内容复杂。 数控机床加工程序的编制比普通机床工艺规程的编制复杂。 第5讲 数控车削加工工艺2.数控加工工艺的主要内容数控加工工艺主要包括以下方面： 选择在数控机床上加工的零件，并确定加工的工序内容。 分析被加工零件的加工部位形状，明确加工内容与加工要求，在此基础上确定零件的加工方案，制定加工工艺路线。如工序的划分、

3、加工顺序的安排等。 设计数控加工工序。如工步的划分、零件的定位和夹具的选择、切割用量的确定。 数控加工中运行轨迹上各节点的计算。 调整数控加工程序。如对刀点、换刀点的选择，加工路线的确定，刀具的补偿等。 合理分配数控加工中的容差。 处理数控机床上的部分工艺指令。 第5讲 数控车削加工工艺5.2 数控加工工艺分析的一般步骤与方法数控加工工艺分析的一般步骤与方法1. 机床的合理选用 机床的合理选用概括起来有三点：要保证加工零件的技术要求，加工出合格的零件；提高生产率；降低生产成本。根据国内外数控技术生产实践，数控机车加工的范围可以用下图来进行定位分析：零件复杂程度零件批量专用机床通用机床数控机床C

4、BA00综合费用通用机床数控机床专用机床50100零件复杂程度与生产批量的关系零件复杂程度与生产批量的关系零件生产批量与总加工费用的关系零件生产批量与总加工费用的关系零件批量 第5讲 数控车削加工工艺2.数控加工零件的工艺性分析 数控加工工艺分析主要从数控加工的可能性和方便性方面分析：（1）零件图上尺寸数据的给出，应符合程序编制方便的原则1）零件图上尺寸标注方法应该适应数控加工编程的特点2）构成零件轮廓几何元素的条件要充分（2）零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点1）零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。这样可以减少使用刀具的规格和加工中换刀的次数，使得编程方便，生产效益提高

5、。2）应该采用统一的定位基准 第5讲 数控车削加工工艺3.加工方法的选择与加工方案的确定（1）加工方法的选择 加工方法的选择要同时保证加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一级精度与表面粗糙度的加工方法有多种，因而在进行选择时，要结合零件的形状、尺寸的大小和热处理等具体要求来考虑。例如对于IT7级精度的孔，采用车削、镗削、铰削、磨削等加工方法，均可达到精度要求。（2）确定加工方案的原则 确定加工方案质时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确定达到这些要求所需的加工方法。此时要考率到数控机床使用的合理性和经济性，原则上数控机床仅进行较复杂零件重要基准的加工和零件的精加工。 第5讲

6、数控车削加工工艺4.工序与工步的划分（1）工序的划分 在数控机床上加工零件，工序应比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序。工序划分有以下方式：1）以零件的装夹定位方式划分工序 一般加工零件外形时以内形定位，加工零件内形时以外形定位。可根据定位方式的不同来划分工序2）按所用刀具划分工序 为了减少换刀次数，压缩空行程运行的时间，减少不必要的定位误差，可以按照使用相同刀具来集中加工工序的方法进行零件的加工工序划分。车削轴类零件车削轴类零件 第5讲 数控车削加工工艺3）按粗、精加工划分工序 一般情况下先进行粗加工，再进行精加工。通常在一次安装中，不允许将零件的某一部分表面加工完毕后，在加工零

7、件的其他表面。如图所示的零件，应先切除整个零件的大部分余量，再将其能加工到的所有表面以连续运行的方式精车一遍，这样，安排加工工序才能达到加工精度和表面粗糙度的要求。 第5讲 数控车削加工工艺（2）工步的划分 工步的划分主要从加工精度和生产效率两方面来考虑。在一个工序内往往需要采用不同的切削刀具和切削用量对不同的表面进行加工。工步划分的原则是： 同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗加工后精加工分开进行。 对于既有铣削平面又有镗孔加工表面的零件，可按先铣削平面后镗孔进行加工。按此方法划分工步，可提高孔的加工精度。因为铣削平面时切削力较大，零件易发生变形，先铣平面后镗孔，

8、可以使其有时间恢复变形，并减少由此变形引起的对孔的精度的影响。 按使用刀具来划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。 工序与工步的划分要根据零件的结构特点、技术要求等综合考虑。 第5讲 数控车削加工工艺5.零件的安装与夹具的选择（如下图动画演示）（如下图动画演示）（1）安装定位的基本原则 在数控机床上加工零件时，安装定位的基本原则与普通机床相同，也要合理选择定位基准和夹紧方案。为了提高数控机床的效率，确定定定位基准和夹紧方案时应注意以下几点： 力求设计基准、工艺基准和编程计算基准统一。 尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后加工出全部待加工表面。 避免用占机人工调整加工方案，以便充分发挥数控

9、机床的效能。 第5讲 数控车削加工工艺（2）选择夹具的基本原则 数控加工的特点对夹具提出了两点要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定不变；二是要零件和机床坐标系的尺寸关系。除此之外还应考虑以下几点： 当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具或其他通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。 在成批生产时才考虑使用专用夹具。 零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短数控机床的停顿时间。 夹具上各零部件应该不妨碍机床对零件各表面的加工。夹具要敞开，其定位夹紧机构的元件不能影响加工中机床或刀具的运行。 第5讲 数控车削加工工艺6.刀具的选择与切削用量的确定（1）刀具的选择 数

10、控加工用的刀具不仅要精度高、刚度好、装夹调整方便，而且要求其切削性能强、耐用度高。因此数控加工的刀具材料，要求采用新型优质材料，一般尽可能选用硬质合金；精密加工时，还可选择性能更好、更耐磨的陶瓷、金刚石刀具。（2）切削用量的确定1）确定背吃刀量 在机床、工件和刀具刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除待加工余量，最好一次切除待加工余量，以提高生产效率，为了保证零件的加工精度和表面粗糙度，可留少许余量待最后进行精加工。数控机床的精加工余量一般可取0.20.5mm。 第5讲 数控车削加工工艺2）确定切削速度 因为切削速度与刀具耐用度的关系成反比，所以切削速度的选择主要取决于刀具耐用度。3）确定进

11、给量 进给速度是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具与零件的材料性质来选取。当加工精度和表面粗糙度要求高时进给量应选择得小些。最大进给量受机床刚度和进给系统的性能影响，并与数控系统脉冲当量的大小有关。 第5讲 数控车削加工工艺7.对刀点和换刀点的确定选择对刀点的原则是： 选择的对刀点便于数学处理，并可简化程序编制； 对刀点在机床上容易校准； 加工过程中便于检查； 引起的加工误差小。 对刀点可以设置在零件上，也可以设置在夹具或机床上。为提高零件的加工精度，应尽可能设置在零件的设计基准或工艺基准上，或与零件的设计基准有一定的尺寸关系。 加工过程中若需要进行换

12、刀，应该在换刀点处进行。所谓换刀点，是指刀架转位换刀时的位置。换刀点在加工中心上一般是固定的，在数控车床上，则为一任意点，一般要根据加工工序的内容进行确定，在数控铣床上是一相对固定点。为了防止换刀时刀具碰伤工件，换刀点应该设置在工件或夹具的外部。 第5讲 数控车削加工工艺8.工艺加工路线的确定 在数控加工中，工艺加工路线是指数控加工过程中刀位点相对于被加工零件的运动轨迹。编程时，确定工艺加工路线的原则是： 保证零件的加工精度和表面粗糙度； 方便数值计算，减少编程工作量； 缩短加工运行路线，减少空运行行程。 在确定工艺加工路线时，还要考虑零件的加工余量和机床、刀具的刚度，要确定是一次走刀，还是多

13、次走刀来完成切削加工。对于点位控制的数控机床，仅要求定位精度较高，定位过程尽可能加快，所以刀具相对于零件的运行路线是无关紧要的。因此，此类机床应该按加工运行路线最短来安排加工工艺路线，并且还要考虑加工时刀具的轴向运动尺寸（该尺寸大小由被加工零件的孔深决定）。 第5讲 数控车削加工工艺5.3 数控车削工艺数控车削工艺1.选择确定数控车削加工的内容 当选定进行数控车削加工的工件后，并不是把工件的所有内容都包下来，一般只是对其中的一部分内容进行数控加工。因此，必须对加工的零件图纸进行仔细的工艺分析，确定需要进行数控加工的内容和工序。选择数控车削加工工艺的内容时，应根据下列顺序进行考虑：（1）通用机床

14、无法加工的内容应该作为首选内容1）由曲线轮廓构成的回转表面2）微小结构尺寸的零件表面3）零件表面间有严格几何关系要求的表面 第5讲 数控车削加工工艺（2）通用车床难以加工和质量难以保证的内容应该作为重 点选择内容 零件表面间有严格的位置精度要求，但在普通车床上无法一次安装加工完 成的零件表面。 表面粗糙度要求高的锥面、曲面和端面。这类表面只能采用恒线速度切削才能达到要求，而只有数控设备才具有恒线速度切削的功能。（3）通用车床加工效率低、手工操作劳动强度大的加工内容可以选择用数控车床加工 需要较长时间占用车床调整加工的内容，例如：偏心回转零件使用四爪卡盘装夹，需长时间在车床上进行调整，而加工内容

15、却比较简单。 第5讲 数控车削加工工艺 不能在一次安装中完成加工的星形零件或部位，采用数控车削加工，效果不明显。2.对零件图进行数控加工工艺分析（1）结构工艺性分析1）零件结构工艺性2）零件结构工艺性分析的内容 零件结构工艺性是指在满足使用要求的前提下，零件加工的可行性和经济性，换言之就是设计的零件结构要求便于加工且成本低、效率高。 审查与分析零件图纸中的尺寸标注方法是否符合数控加工的特点 审查与分析零件图纸中构成轮廓的几何元素的条件是否充分、正确 第5讲 数控车削加工工艺 审查与分析在数控车床上进行加工时零件结构的合理性（2）零件精度与技术要求分析零件精度与技术要求分析的主要内容包括： 分析

16、零件精度与各项技术要求是否齐全、合理。 分析工序中的数控加工精度能否达到图纸要求。 找出零件图纸中有较高位置精度要求的表面，判断这些表面能否在一次安装下完成。 对零件表面粗糙度要求较高的表面或对称表面，确定使用恒线速功能进行切削加工。 第5讲 数控车削加工工艺3.零件图形的数学处理和编程尺寸的计算（1）编程原点的选择 理论上讲，编程原点选择在任何地方都是可以的。但实际上，为了尺寸坐标的换算方便，应该尽可能地使尺寸直观，所以编程原点的位置选择要合理。一般数控车削加工的编程原点，在X向（零件径向）均应选在被加工零件的回转中心上。 对于在Z向（零件轴向）不对称零件的数控加工，编程原点的位置在Z向一般

17、选取在零件的左端面或右端面。对于在Z向对称零件，编程原点应该选取在零件的对称中心。这样可以保证零件的加工余量均匀，也可以采用镜像指令进行编程加工。 第5讲 数控车削加工工艺车削零件编程原点的选择车削零件编程原点的选择 第5讲 数控车削加工工艺（2）编程尺寸设定值的确定编程尺寸值确定的步骤： 零件精度高时的尺寸处理 零件轨迹曲线几何关系的处理 零件精度低时的尺寸处理 节点坐标尺寸的计算编程尺寸的休正将零件的基本尺寸换算成平均尺寸。保持原来重要的几何关系不变，例如角度、相切或相交等。通过修改一般尺寸，来确保零件原有的几何关系。按调整后的尺寸计算有 关未知节点的坐标尺寸。 第5讲 数控车削加工工艺4

18、.数控车削加工工艺过程的拟订（1）零件表面数控加工方案的选择1）数控车削加工外圆回转体零件与端面加工方案的选择 加工精度为IT7、IT8级，表面粗糙度Ra1.63.2um的除淬火钢以外的常用金属，可以采用普通型数控车床，按粗车、半精车、精车的方案进行加工。 加工精度为IT5、IT6级，表面粗糙度Ra0.20.8um的除淬火钢以外的常用金属，可以采用精密型数控车床，按粗车、半精车、精车的方案进行加工。 加工精度高于IT5、表面粗糙度Ra0.8um的除淬火钢以外的常用金属，可以采用高档精密型数控车床，按粗车、半精车、精车的方案进行加工。 对淬火刚等难加工材料，在淬火前可以采用粗车、半精车的方法，淬

19、火后安排磨削加工。 第5讲 数控车削加工工艺2）数控车削加工内圆回转体零件加工方案的确定 加工精度为IT8、IT9级，表面粗糙度Ra1.63.2um的除淬火钢以外的常用金属，可以采用普通型数控车床，按粗车、半精车、精车的方案进行加工。 加工精度为IT6、IT7级，表面粗糙度Ra0.20.8um的除淬火钢以外的常用金属，可以采用精密型数控车床，按粗车、半精车、精车的方案进行加工。 加工精度为IT5、表面粗糙度Ra0.2um的除淬火钢以外的常用金属，可以采用高档精密型数控车床，按粗车、半精车、精车的方案进行加工。 对淬火刚等难加工材料，在淬火前可以采用粗车、半精车的方法，淬火后安排磨削加工。 第5

20、讲 数控车削加工工艺（2）工序的划分数控车削加工工序的划分可按下列方法进行：以一次安装能够进行的加工为一道工序 以一个完整的数控程序能够连续进行加工的内容为一道工序以零件的类同结构内容使用一把刀具进行加工为一道工序以粗加工、精加工划分工序 第5讲 数控车削加工工艺（3）工序顺序的安排制定零件数控车削加工工序，一般应遵循下列原则：先加工定位面，即前道工序的加工能够为后面的工序提供精加工基准和合适的装夹表面。先加工平面后加工孔，先加工简单的几何形状，后加工复杂的几何形状。对于零件精度要求高，粗、精加工需要分开的零件，先进行粗加工，后进行精加工。以相同定位、夹紧方式安装的工序，应该连续进行，以便减少

21、重复定位次数和夹紧次数。加工中间穿插有通用机床加工工序的零件加工，要综合考虑合理安排加工顺序。 第5讲 数控车削加工工艺（4）工步顺序和进给路线的安排1）工步顺序安排的一般原则 先粗后精 先近后远 内外交叉 保证工件加工刚度的原则 同一把车刀尽量连续加工的原则 第5讲 数控车削加工工艺先粗后精示例图先粗后精示例图 先近后远示例图先近后远示例图 第5讲 数控车削加工工艺2）数控车削加工进给路线的确定确定数控车削加工进给路线的主要原则： 首先按照拟定的工步顺序，确定零件各加工表面进给路线的顺序。 确定的进给路线应该能保证工件轮廓表面加工后的精度和表面粗糙度要求。 寻求最短的进给路线（包括空行程路线

22、和进给加工路线），以便提高加工效率。 要选择工件在加工时变形小的路线，对细长零件或薄壁零件应该采用分几次走刀加工到最后尺寸，或者用对称地去除加工余量的方法来安排进给路线。 第5讲 数控车削加工工艺5.数控车削粗加工进给路线的确定（1）常用的粗加工进给路线 “矩形”循环进给路线。 一般用于使用圆柱形棒料毛坯的数控车削加工，如下图所示： 第5讲 数控车削加工工艺 沿轮廓形状等距线循环进给路线 一般用于使用外形已经大体成形的坯料（如锻件或铸件）的数控车削加工，如下图所示：（a）不合理）不合理（b）合理）合理 第5讲 数控车削加工工艺 阶梯切削路线 如下图两种切削加工路线：a 的加工方式留取的加工余量

23、多而且不均匀，是不合理的加工路线；b的加工方式按照序号15的加工顺序进行切削，每次切削留取的加工余量相等，是合理的加工路线。 第5讲 数控车削加工工艺 双向切削进给路线 利用数控车床的加工特点，还可以使用横向和径向双向进刀，沿着零件毛坯轮廓进给的加工路线，如下图所示： 第5讲 数控车削加工工艺6.数控车削精加工进给路线的确定（1）零件成形轮廓的进给路线）零件成形轮廓的进给路线 在安排进行一刀或多刀加工的精车进给路线时，零件的最终形成轮廓应该由最后一刀连续加工完成，并且要考虑到加工刀具的进刀、退刀位置，尽量不要在连续的轮廓轨迹中安排切入、切出以及换刀和停顿，以免造成工件的弹性变形、表面划伤等缺陷

24、。（2）加工中需要换刀的进给路线）加工中需要换刀的进给路线 主要根据工步顺序的要求来决定各加工刀具的先后顺序以及加工刀具进给路线的衔接。（3）刀具的切入、切出以及接刀点的位置选择）刀具的切入、切出以及接刀点的位置选择 刀具的切入、切出以及接刀点，应该尽量选取在有空刀槽或零件表面间有拐点和转角的位置处。 第5讲 数控车削加工工艺7.最短空行程进给加工路线的确定（1）巧用起刀点 采用矩形循环进给路线进行粗车的示例如下图所示。设对刀点A的出发点是考虑到加工过程中能够方便地进行换刀，因此应该在离工件较远的地方设置对刀点A。同时将对刀点和起刀点重合在一起，按照三刀粗车进行加工。其粗车进给路线安排如下：A

25、BCDAAEFGAAHI JA 第5讲 数控车削加工工艺 如图是将循环起刀点设定在B点，循环起刀点与对刀点进行分离。仍然按照相同的切削余量进行三刀粗车来安排加工，其粗车进给加工路线安排如下： 起刀点与对刀点分离的空行程起刀点与对刀点分离的空行程AB BCDEB BFGHB BIJ KB 第5讲 数控车削加工工艺（3）合理安排回零路线 在手工编制较为复杂零件的轮廓的加工程序时，要想使其计算过程简化，不出错，又便于校核，可将每把刀加工完成的刀具终点，通过执行“回零”指令使其返回对刀点位置，待检测校核后，再执行后续加工程序。这样做可保证零件加工的精度，但这样处理会增加进给路线的距离，降低生产效率，所

26、以只适用于单件和小批量加工。（2）巧设换刀点 第5讲 数控车削加工工艺8.数控车削加工余量、工序尺寸与公差的确定（1）数控车削加工余量的确定 数控车削加工余量的确定，可以采用查表法来确定零件毛坯余量的选取。（2）数控车削加工工序尺寸与公差的确定 不论编程原点与设计基准或定位基准、测量基准是否重合，只有在零件的设计基准与定位基准或测量基准不重合，而且设计基准与零件被加工表面不同时加工时，才会产生基准不重合误差。在数控加工中，零件的一组尺寸是在一次安装加工中直接获得的，一般不存在加工累积误差。但是，不论是采用绝对尺寸编程，还是采用增量尺寸编程，零件各加工表面到坐标原点的误差均应控制在加工精度以内。

27、 第5讲 数控车削加工工艺5.4 数控车削零件工艺分析举例数控车削零件工艺分析举例 完成如图所示零件的加工。毛坯尺寸50114，材料45钢，零件的径向尺寸公差0.01mm。 第5讲 数控车削加工工艺1图纸分析 （1）加工内容：（2）工件坐标系：*装夹50外圆，平端面，对刀，设置第1个工件原点。此端面做精加工面，以后不再加工。*调头装夹48外圆，平端面，测量总长度，设置第2个工件原点（设在精加工端面上）此零件加工包括车端面，外圆，倒角，圆弧，螺纹，槽等。该零件加工需调头，从图纸上尺寸标注分析应设置2个坐标系，2个工件零点均定于装夹后的右端面（精加工面）。 第5讲 数控车削加工工艺2工艺处理 （1

28、）装夹定位方式 此工件必须分两次装夹完成加工。第一次装夹工件右端部位，加工工件左端，使用三爪卡盘夹持，第二次将工件调头装夹。（2）换刀点：换刀点选定为（120.0，200.0）（3）公差处理：尺寸公差取中值。 （4）工步和走刀路线的确定：*装夹50外圆表面，探出65mm,粗加工零件左侧外轮廓：245倒角，48外圆，R20，R16，R10圆弧。*精加工上述轮廓。 第5讲 数控车削加工工艺*手工钻孔，孔深至尺寸要求。*粗加工孔内轮廓。*精加工孔内轮廓。*调头装夹48外圆，粗加工零件右侧外轮廓：245倒 角，螺纹外圆，36端面，锥面，48外圆到圆弧面。*精加工上述轮廓。*切槽。*螺纹加工。 第5讲 数控车削加工工艺（5）刀具的选择和切削用量的确定 T0101外圆粗车刀：外轮廓粗加工，刀尖圆弧半径0.8mm,切深2mm，主轴转速800r/min，进给速度150mm/min。T0202外圆精车刀：外轮廓精加工，刀尖圆弧半径0.8mm，切深0.5mm，主轴转速1500r/min，进给速度80mm/min。T0303切槽刀：刀宽4mm，主轴转