第三章数控车床的编程与加工.

1、第第3章章 数控车床的编程与加工数控车床的编程与加工 3.1 数控车床简介数控车床简介 3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析 3.3 数控车床基本编程指令数控车床基本编程指令 3.4 固定循环和复合循环加工固定循环和复合循环加工 3.5 子程序子程序 3.6 宏指令及宏程序宏指令及宏程序 3.7 提高车削质量的方法提高车削质量的方法 3.8 数控车削加工实训数控车削加工实训下一页返回3.1 数控车床简介数控车床简介 3.1.1数控车床的分类数控车床的分类1.按数控系统的功能水平分类按数控系统的功能水平分类(1)经济型数控车床经济型数控车床(图图3-1)经济型数控车床又称简易型数控车

2、床，一般以卧式车床的机械结构为经济型数控车床又称简易型数控车床，一般以卧式车床的机械结构为基础，经改进设计或改造而成。一般采用由步进电动机驭动的开环伺基础，经改进设计或改造而成。一般采用由步进电动机驭动的开环伺服系统，其控制部分采用单板机或单片机实现。此类车床结构简单、服系统，其控制部分采用单板机或单片机实现。此类车床结构简单、价格低，但缺少一些刀尖圆弧半径自动补偿和恒表面线速度切削等功价格低，但缺少一些刀尖圆弧半径自动补偿和恒表面线速度切削等功能，加工精度不高。多用于对加工精度要求不太高的大批量或中等批能，加工精度不高。多用于对加工精度要求不太高的大批量或中等批量零件的车削加工。量零件的车削

3、加工。(2)标准型数控车床标准型数控车床(图图3-2)通常所说的通常所说的“数控车床数控车床”指的就是标准型数控车床，又称为全功能型指的就是标准型数控车床，又称为全功能型数控车床。它的控制系统是标准型的，具有高分辨率的数控车床。它的控制系统是标准型的，具有高分辨率的CRT显示器，显示器，具有各种显示、图形仿真、刀具补偿等功能，带有通信或网络接具有各种显示、图形仿真、刀具补偿等功能，带有通信或网络接上一页 下一页返回3.1 数控车床简介数控车床简介口，采用闭环或半闭环控制的伺服系统，可以进行多个坐标轴的控制，口，采用闭环或半闭环控制的伺服系统，可以进行多个坐标轴的控制，具有高刚度、高精度和高效率

4、等特点。具有高刚度、高精度和高效率等特点。(3)车削中心车削中心车削中心是以标准型数控车床为主体，配备刀库、自动换刀器、分度车削中心是以标准型数控车床为主体，配备刀库、自动换刀器、分度装置、铣削动力头和机械手等部件，实现多工序复合加工的车床。在装置、铣削动力头和机械手等部件，实现多工序复合加工的车床。在车削中心上，工件在一次装夹后，可以完成回转类零件的车、铣、钻、车削中心上，工件在一次装夹后，可以完成回转类零件的车、铣、钻、铰、螺纹加工等多种加工工序的加工。车削中心的加工功能全面，加铰、螺纹加工等多种加工工序的加工。车削中心的加工功能全面，加工质量和速度都很高，但价格比较高。工质量和速度都很高

5、，但价格比较高。(4) FMC车床车床(图图3-3 )FMC车床是由数控车床、机器人等构成的系统，实现工件搬运、装车床是由数控车床、机器人等构成的系统，实现工件搬运、装卸自动化和加工调整准备的自动化操作。卸自动化和加工调整准备的自动化操作。2.按主轴的配置形式分类按主轴的配置形式分类卧式数控车床卧式数控车床:机床主轴轴线为水平布置。机床主轴轴线为水平布置。上一页 下一页返回3.1 数控车床简介数控车床简介立式数控车床立式数控车床:机床主轴轴线为垂直布置。机床主轴轴线为垂直布置。具有两根主轴的车床，称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。具有两根主轴的车床，称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床

6、。3.按数控系统联动的轴数分类按数控系统联动的轴数分类根据数控系统控制的轴数，可以分为根据数控系统控制的轴数，可以分为两轴数控车床两轴数控车床:机床上只有一个回转刀架，可实现两坐标轴控制。机床上只有一个回转刀架，可实现两坐标轴控制。四轴控制数控车床四轴控制数控车床:机床上有两个独立的回转刀架，可以实现四轴机床上有两个独立的回转刀架，可以实现四轴控制。控制。 3.1.2数控车削的加工对象数控车削的加工对象数控车削是数控加工中运用较多的加工方法之一。与常规车削加工相数控车削是数控加工中运用较多的加工方法之一。与常规车削加工相比，数控车削加下主要用于以下零件的加工。比，数控车削加下主要用于以下零件的

7、加工。轮廓形状特别复杂或尺寸难于控制的回转体零件轮廓形状特别复杂或尺寸难于控制的回转体零件因为数控车床具有直线插补、圆弧插补功能，部分机床还有非圆曲线因为数控车床具有直线插补、圆弧插补功能，部分机床还有非圆曲线上一页 下一页返回3.1 数控车床简介数控车床简介插补功能，故能车削由任意平面曲线轮廓所组成的回转体零件，包括插补功能，故能车削由任意平面曲线轮廓所组成的回转体零件，包括通过拟合计算后的、不能用方程描述的列表曲线类零件。通过拟合计算后的、不能用方程描述的列表曲线类零件。2.加工质量要求高的零件加工质量要求高的零件零件的加工质量主要指精度和表面粗糙度，精度要求高主要是尺寸精零件的加工质量主

8、要指精度和表面粗糙度，精度要求高主要是尺寸精度、形状精度和位置精度要求高，表面粗糙度值低。例如，尺寸公差度、形状精度和位置精度要求高，表面粗糙度值低。例如，尺寸公差为为0. 005 mm的零件的零件;圆柱度要求高的圆柱体零件圆柱度要求高的圆柱体零件;素线直线度、圆素线直线度、圆度和倾斜度要求高的圆锥体零件度和倾斜度要求高的圆锥体零件;线轮廓要求高的零件线轮廓要求高的零件(其轮廓形状精其轮廓形状精度可超过数控线切割加工的样板精度度可超过数控线切割加工的样板精度);在特种精密数控加工车床上，在特种精密数控加工车床上，可以加工出轮廓精度极高、表面粗糙度值低的高精零件可以加工出轮廓精度极高、表面粗糙度

9、值低的高精零件(如复印机中如复印机中的回转鼓及激光打印机的多面反射体等的回转鼓及激光打印机的多面反射体等)，以及通过恒线速度切削功，以及通过恒线速度切削功能，加工表面精度要求高的各种变径表面类零件等。能，加工表面精度要求高的各种变径表面类零件等。3.特殊的螺旋表面零件特殊的螺旋表面零件特殊螺旋表面零件主要指特大螺距特殊螺旋表面零件主要指特大螺距(或导程或导程)、变、变(增增/减减)螺距、等螺螺距、等螺距与变螺距作平滑过渡的螺旋零件、高精度的模数螺旋零件距与变螺距作平滑过渡的螺旋零件、高精度的模数螺旋零件(如圆柱、如圆柱、上一页 下一页返回3.1 数控车床简介数控车床简介圆弧蜗杆圆弧蜗杆)以及端

10、面螺旋零件等。以及端面螺旋零件等。4.淬硬工件的加工淬硬工件的加工在大型模具加工中，有不少尺寸大且形状复杂的零件，这些零件热处在大型模具加工中，有不少尺寸大且形状复杂的零件，这些零件热处理后的变形量较大，磨削加工困难，因此可用陶瓷车刀在数控机床上理后的变形量较大，磨削加工困难，因此可用陶瓷车刀在数控机床上对淬火后的零件进行车削加工、以车代磨，提高加工效率。对淬火后的零件进行车削加工、以车代磨，提高加工效率。5.异形轴的加工异形轴的加工零件呈轴对称回转体形状，方便在车床上装夹的工件加工。这些零件零件呈轴对称回转体形状，方便在车床上装夹的工件加工。这些零件一般称为异形轴，如十字轴、曲轴等。一般称为

11、异形轴，如十字轴、曲轴等。上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析 3.2.1数控车削加工工艺的主要内容数控车削加工工艺的主要内容选择适合在数控车床上加工的零件，确定工序内容。选择适合在数控车床上加工的零件，确定工序内容。分析加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确定加工方案，分析加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求，确定加工方案，制订数控加工路线，如工序的划分、加工顺序的安排、非数控加工工制订数控加工路线，如工序的划分、加工顺序的安排、非数控加工工序的衔接等。序的衔接等。设计数控加工工序，如工序的划分、刀具的选择、夹具的定位与安设计数控加工工序，如工序的划分、刀

12、具的选择、夹具的定位与安装、切削用量的确定、走刀路线的确定等。装、切削用量的确定、走刀路线的确定等。调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、刀具的补偿。调整数控加工工序的程序。如对刀点、换刀点的选择、刀具的补偿。分配数控加工中的允差。分配数控加工中的允差。处理数控机床上部分工艺指令。处理数控机床上部分工艺指令。上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析 3.2.2数控车削的工艺性分析数控车削的工艺性分析数控车削加工工艺性分析是数控车削编程前的重要工艺准备工作之一，数控车削加工工艺性分析是数控车削编程前的重要工艺准备工作之一，根据加工实践，数控车削加工工艺分析所要

13、解决的主要问题大致可归根据加工实践，数控车削加工工艺分析所要解决的主要问题大致可归纳为以下几个方面。纳为以下几个方面。1.选择并确定数控车削加工部位及工序内容选择并确定数控车削加工部位及工序内容在选择数控车削加工内容时，应充分发挥数控车床的优势和关键作用。在选择数控车削加工内容时，应充分发挥数控车床的优势和关键作用。主要选择的加下内容有主要选择的加下内容有:端面和外圆表面的加工。端面和外圆表面的加工。螺纹与沟槽的加工。螺纹与沟槽的加工。内孔的加工。内孔的加工。能在一次安装中顺带车削出来的简单表面或形状。能在一次安装中顺带车削出来的简单表面或形状。用数控车削方式加工后，能成倍提高生产率，大大减轻

14、劳动强度的用数控车削方式加工后，能成倍提高生产率，大大减轻劳动强度的上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析一般加工内容。一般加工内容。2.零件图工艺分析零件图工艺分析分析零件图样是进行工艺分析的前提，它将直接影响零件加工程序的分析零件图样是进行工艺分析的前提，它将直接影响零件加工程序的编制与加工。分析零件图样主要考虑以下几方面。编制与加工。分析零件图样主要考虑以下几方面。(1)构成零件轮廓的几何条件构成零件轮廓的几何条件由于设计等多方面的原因，可能在零件图样上出现构成零件加工轮廓由于设计等多方面的原因，可能在零件图样上出现构成零件加工轮廓的数据不充分、尺寸模糊不清等

15、缺陷，这样会增加编程的难度，有时的数据不充分、尺寸模糊不清等缺陷，这样会增加编程的难度，有时甚至无法编程。甚至无法编程。零件图上漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构零件图上漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成。成。零件图上的图线位置模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手。零件图上的图线位置模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手。零件图上给定的几何条件不合理，造成数学处理困难。零件图上给定的几何条件不合理，造成数学处理困难。上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析(2)尺寸精度要求尺寸精度要求分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否利用车削工艺达到，

16、并确分析零件图样尺寸精度的要求，以判断能否利用车削工艺达到，并确定控制尺寸精度的工艺方法。定控制尺寸精度的工艺方法。在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与在该项分析过程中，还可以同时进行一些尺寸的换算，如增量尺寸与绝对尺寸及尺寸链计算等。在利用数控车床车削零件时，常常对零件绝对尺寸及尺寸链计算等。在利用数控车床车削零件时，常常对零件要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。要求的尺寸取最大和最小极限尺寸的平均值作为编程的尺寸依据。(3)形状和位置精度要求形状和位置精度要求零件图样上给定的形状和位置公差是保证零件精度的重要依据。加工零件图样上给定的形状和位置

17、公差是保证零件精度的重要依据。加工时，要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据机床时，要按照其要求确定零件的定位基准和测量基准，还可以根据机床的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效地控制零件的形状和位置的特殊需要进行一些技术性处理，以便有效地控制零件的形状和位置精度。精度。(4)表面粗糙度要求表面粗糙度要求表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择机床、表面粗糙度是保证零件表面微观精度的重要要求，也是合理选择机床、上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析刀具及确定切削用量的依据。刀具及确定切削用量的依据。(5)材料与热处理要求材料与热处理要求

18、零件图样上给定的材料与热处理要求，是选择刀具、机床型号、确定零件图样上给定的材料与热处理要求，是选择刀具、机床型号、确定切削用量的依据。切削用量的依据。3.毛坯的确定毛坯的确定在确定毛坯种类及制造方法时，考虑现有的生产条件后主要应考虑下在确定毛坯种类及制造方法时，考虑现有的生产条件后主要应考虑下列因素。列因素。(1)零件材料及其力学性能零件材料及其力学性能零件的材料大致确定了毛坯的种类。例如，材料为铸铁和青铜的零件零件的材料大致确定了毛坯的种类。例如，材料为铸铁和青铜的零件应选择铸件毛坯应选择铸件毛坯;钢质零件当形状不复杂、力学性能要求不太高时可钢质零件当形状不复杂、力学性能要求不太高时可选型

19、材选型材;重要的钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻件毛坯。重要的钢质零件，为保证其力学性能，应选择锻件毛坯。(2)零件的结构形状与外形尺寸零件的结构形状与外形尺寸形状复杂的毛坯，一般用铸造方法制造。薄壁零件不宜用砂型铸造形状复杂的毛坯，一般用铸造方法制造。薄壁零件不宜用砂型铸造;上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析中小型零件可考虑用先进的铸造方法中小型零件可考虑用先进的铸造方法;大型零件可用砂型铸造。一般大型零件可用砂型铸造。一般用途的阶梯轴，如各台阶直径相差不大，可用圆棒料用途的阶梯轴，如各台阶直径相差不大，可用圆棒料;如各台阶直径如各台阶直径相差较大，为减少

20、材料消耗和机械加工的劳动量，则宜选择锻件毛坯。相差较大，为减少材料消耗和机械加工的劳动量，则宜选择锻件毛坯。尺寸大的零件一般选择自由锻造尺寸大的零件一般选择自由锻造;中小型零件可选择模锻件。中小型零件可选择模锻件。(3)生产类型生产类型大量生产的零件应选择精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，如铸大量生产的零件应选择精度和生产率都比较高的毛坯制造方法，如铸件采用金属模机器造型或精密铸造件采用金属模机器造型或精密铸造;锻件采用模锻、精锻锻件采用模锻、精锻;采用冷轧和采用冷轧和冷拉型材。零件产量较小时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。冷拉型材。零件产量较小时应选择精度和生产率较低的毛坯制造方法。

21、随着机械制造技术的发展，毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料随着机械制造技术的发展，毛坯制造方面的新工艺、新技术和新材料的应用也发展很快，如精铸、精锻、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等的应用也发展很快，如精铸、精锻、冷挤压、粉末冶金和工程塑料等在机械中的应用日益增加。采用这些方法可大大减少机械加量，其经在机械中的应用日益增加。采用这些方法可大大减少机械加量，其经济效果非常显著。济效果非常显著。上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析4.数控加工工艺路线的确定数控加工工艺路线的确定(1)制订工艺路线的原则制订工艺路线的原则在数控车床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮

22、廓曲线的在数控车床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料、批量不同等多方面因素的影响，在形状及位置千变万化，加上材料、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制订工艺路线时，应该考虑以下原则。对具体零件制订工艺路线时，应该考虑以下原则。先粗后精。粗加工主要有先粗后精。粗加工主要有3种不同的加工路线，如种不同的加工路线，如图图3-4所示。加所示。加工时应考虑被加下工件的刚性及进给的工艺要求。工时应考虑被加下工件的刚性及进给的工艺要求。精加工时，零件的轮廓应由最后一刀连续加工而成。这时，加工刀具精加工时，零件的轮廓应由最后一刀连续加工而成。这时，加工刀具的进

23、、退刀位置要考虑妥当，尽量沿轮廓的切线方向切人和切出，以的进、退刀位置要考虑妥当，尽量沿轮廓的切线方向切人和切出，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接轮廓上产生表面免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等影响加工精度。划伤、形状突变或滞留刀痕等影响加工精度。先近后远。通常在粗加工时，离对刀点近的部位先加工，离对刀点先近后远。通常在粗加工时，离对刀点近的部位先加工，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。对于车上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数

24、控车削加工工艺分析削加工，先近后远还有利于保持坯件或半成品件的刚性，改善其切削削加工，先近后远还有利于保持坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。条件。先内后外。对既有内表面先内后外。对既有内表面(内型、腔内型、腔)，又有外表面的零件，在制定，又有外表面的零件，在制定其加工方案时，通常应安排先加工内型和内腔，后加工外形表面。这其加工方案时，通常应安排先加工内型和内腔，后加工外形表面。这是因为控制内表面的尺寸和形状较困难，刀具刚性相应较差，刀尖是因为控制内表面的尺寸和形状较困难，刀具刚性相应较差，刀尖(刃刃)的耐用度易受切削热而降低，以及在加工中清除切屑较困难等。的耐用度易受切削热而降低，以及在加

25、工中清除切屑较困难等。刀具集中。即用一把刀加工完相应各部位，再换另一把刀，加工相刀具集中。即用一把刀加工完相应各部位，再换另一把刀，加工相应的其他部位，以减少空行程和换刀时间。应的其他部位，以减少空行程和换刀时间。(2)确定走刀路线确定走刀路线确定走刀路线的重点在于确定粗加工及空行程的走刀路线。走刀路线确定走刀路线的重点在于确定粗加工及空行程的走刀路线。走刀路线包括切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程。包括切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程。刀具引入、切出。在数控车床上进行加工时，要安排好刀具的引入、刀具引入、切出。在数控车床上进行加工时，要安排好刀具的引入、切出路线，尽量使

26、刀具沿轮廓的切线方向引入、切出。尤其是车螺纹切出路线，尽量使刀具沿轮廓的切线方向引入、切出。尤其是车螺纹上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析时，必须设置升速段时，必须设置升速段l1和降速段和降速段l2，这样可避免因车刀升降速而影响，这样可避免因车刀升降速而影响螺距的稳定，如螺距的稳定，如图图3-5所示。所示。确定最短的空行程路线。确定最短的走刀路线，可以将换刀点设在确定最短的空行程路线。确定最短的走刀路线，可以将换刀点设在安全位置，且随加工位置的改变而改变。切削过程中起刀点靠近工件安全位置，且随加工位置的改变而改变。切削过程中起刀点靠近工件加工位置。除了依靠大量的

27、实践经验外，还应善于分析，必要时可辅加工位置。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计算。如以一些简单计算。如图图3-6中中(b)比比(a)走刀路线短。走刀路线短。确定最短的切削进给路线。切削进给路线短，可有效地提高生产效确定最短的切削进给路线。切削进给路线短，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给路线时，率，降低刀具的损耗等。在安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，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。彼。图图3-4中，三种切削进给路线，经分析和判断后

28、可知矩形循环进给路中，三种切削进给路线，经分析和判断后可知矩形循环进给路线的走刀长度总和为最短。因此，在同等条件下，其切削所需时间线的走刀长度总和为最短。因此，在同等条件下，其切削所需时间(不含空行程不含空行程)为最短，刀具的损耗小。另外，矩形循环加工的程序段为最短，刀具的损耗小。另外，矩形循环加工的程序段格式较简单，所以这种进给路线在制订加工方案时应用较多。格式较简单，所以这种进给路线在制订加工方案时应用较多。上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析(3)特殊处理特殊处理先精后粗。在特殊情况下，其加工顺序可不按先精后粗。在特殊情况下，其加工顺序可不按“先近后远先近后

29、远”“”“先粗先粗后精后精”的原则考虑。如加工的原则考虑。如加工图图3-7所示套筒零件时，若按一般情况安所示套筒零件时，若按一般情况安排，则加工各孔的走刀路线为排，则加工各孔的走刀路线为80 mm60 mm52 mm。这时，加工基准将由所车第一个台阶孔这时，加工基准将由所车第一个台阶孔(80 mm)来体现，对刀时来体现，对刀时也以其为参考。由于该零件上的也以其为参考。由于该零件上的52 mm孔要求与滚动轴承形成过孔要求与滚动轴承形成过渡配合，其尺寸公差较严渡配合，其尺寸公差较严(IT7)。另外，该孔的位置较深，因此，车。另外，该孔的位置较深，因此，车床纵向长丝杠在该加工段区域可能产生误差，车刀

30、的刀尖在切削过程床纵向长丝杠在该加工段区域可能产生误差，车刀的刀尖在切削过程中也可能产生磨损等，使其尺寸精度难以保证。对此，在安排工艺路中也可能产生磨损等，使其尺寸精度难以保证。对此，在安排工艺路线时，宜将线时，宜将52 mm孔作为加工孔作为加工(兼对刀兼对刀)的基准，并按的基准，并按52 mm80 mm60mm的顺序车各孔，就能较好地保证其尺的顺序车各孔，就能较好地保证其尺寸公差要求。寸公差要求。分序加工。对于车削分序加工。对于车削图图3-8 (a)所示手柄零件，需要经过分序加工所示手柄零件，需要经过分序加工的特殊安排，整个手柄的形状才便于加工。的特殊安排，整个手柄的形状才便于加工。上一页

31、下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析设批量加工该手柄时，所用坯料为势设批量加工该手柄时，所用坯料为势32 mm棒材，制订其加工方案棒材，制订其加工方案则宜采用两次装夹、三个程序进行安排。则宜采用两次装夹、三个程序进行安排。第一次装夹第一次装夹(棒材棒材)及第一个程序段安排加工及第一个程序段安排加工图图3-8(b)所示部分所示部分:先车先车削削12 mm和和20 mm两圆柱面及势两圆柱面及势20 mm圆锥面圆锥面(粗车掉粗车掉R42 mm圆弧的部分余量圆弧的部分余量)，换刀后按总长要求留加工余量切断。，换刀后按总长要求留加工余量切断。第二次装夹第二次装夹(调头调头)及第二个

32、程序段安排粗加工，即包络及第二个程序段安排粗加工，即包络SR7 mm球球面的面的30圆锥面，然后对全部圆弧表面半精车圆锥面，然后对全部圆弧表面半精车(留较少精车余量留较少精车余量)，如如图图3-8(c)所示。所示。换精车刀后，保持第二次装夹状态，按第三个程序安排即可将全部圆换精车刀后，保持第二次装夹状态，按第三个程序安排即可将全部圆弧表面一刀精车成形。弧表面一刀精车成形。虽然按上述过程制订其加工方案比较烦琐，但因第一、第二次加工程虽然按上述过程制订其加工方案比较烦琐，但因第一、第二次加工程序都很简单，可采用作图法或直接编制，而第二、第三次加工程序可序都很简单，可采用作图法或直接编制，而第二、第

33、三次加工程序可合并为一个加工程序连续执行，故该方案在车削实践中常常采用。合并为一个加工程序连续执行，故该方案在车削实践中常常采用。上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析巧用切断巧用切断(槽槽)刀。刀。图图3-9(a)可巧用切断刀同时完成车倒角和切断。可巧用切断刀同时完成车倒角和切断。图图3-9(b)表示用切断刀先车槽，后倒角，减小了刀具切断较大直径表示用切断刀先车槽，后倒角，减小了刀具切断较大直径坯件时的长时间摩擦，有利于切断时的排屑。坯件时的长时间摩擦，有利于切断时的排屑。图图3-9(c)表示倒角时，表示倒角时，切断刀刀位点的起、止位置。切断刀刀位点的起、止位置。

34、图图3-9(d)表示切断时，切断刀的起、表示切断时，切断刀的起、止位置。止位置。断屑处理。在数控机床加工中，除了采取改变刀具切削部分的几何断屑处理。在数控机床加工中，除了采取改变刀具切削部分的几何角度和增加断屑器等措施外，还可通过编程技巧制订其相应的加工方角度和增加断屑器等措施外，还可通过编程技巧制订其相应的加工方案，以满足加工中的断屑要求，如使切屑形成比较理想的案，以满足加工中的断屑要求，如使切屑形成比较理想的“C“形。形。a.连续进行间隔式暂停根据粗加工切削的需要，可对一连续运动轨迹连续进行间隔式暂停根据粗加工切削的需要，可对一连续运动轨迹进行分段加工安排，每相邻加工段中间用进行分段加工安

35、排，每相邻加工段中间用G04(延时暂停延时暂停)指令功能指令功能将其隔开。将其隔开。b.进、退刀交替安排在钻削深孔等加工时，为了便于及时排出切屑，进、退刀交替安排在钻削深孔等加工时，为了便于及时排出切屑，可通过加工程序使钻头钻人材料内一段并经短暂延时后，快速退离坯可通过加工程序使钻头钻人材料内一段并经短暂延时后，快速退离坯件，然后再钻进一段，并以此循环进行下去，就能满足其断屑件，然后再钻进一段，并以此循环进行下去，就能满足其断屑(兼排兼排上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析屑屑)要求。要求。c.进给方向的特殊安排在数控车削加工中，一般情况，进给方向的特殊安排在数控

36、车削加工中，一般情况，Z坐标轴方向坐标轴方向的进给运动都是沿着负方向走刀的，但有时按其常规的负方向安排走的进给运动都是沿着负方向走刀的，但有时按其常规的负方向安排走刀路线并不合理，甚至可能车坯工件。刀路线并不合理，甚至可能车坯工件。例如，当采用尖形车刀加工大圆弧内表面零件时，例如，当采用尖形车刀加工大圆弧内表面零件时，图图3-10(a)为沿为沿G负向走刀，负向走刀，图图3-10(b)为沿为沿Z正向走刀。正向走刀。(b)图走刀比图走刀比(a)图好。图好。d.灵活选用不同形式的切削路线灵活选用不同形式的切削路线图图3-11为切削半圆弧凹表面时，几为切削半圆弧凹表面时，几种常见切削路线的形式。种常见

37、切削路线的形式。程序段数最少的为同心圆及等径圆形式。程序段数最少的为同心圆及等径圆形式。走刀路线最短的为同心圆形式，其余依次为三角形、梯形及等径圆形走刀路线最短的为同心圆形式，其余依次为三角形、梯形及等径圆形式。式。计算和编程最简单的为等径圆形式计算和编程最简单的为等径圆形式(可利用程序循环功能可利用程序循环功能)，其余依次，其余依次为同心圆、三角形和梯形形式。为同心圆、三角形和梯形形式。上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析金属切除率最高、切削力分布最合理的为梯形形式。金属切除率最高、切削力分布最合理的为梯形形式。精车余量最均匀的为同心圆形式。精车余量最均匀的为同

38、心圆形式。 3.2.3数控车床刀具数控车床刀具数控车削常用刀具的种类及特点数控车削常用刀具的种类及特点(1)根据刀具形状分类根据刀具形状分类根据刀具形状不同，数控车削用的车刀一般分为三类根据刀具形状不同，数控车削用的车刀一般分为三类:尖形车刀、圆尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀。弧形车刀和成形车刀。尖形车刀。尖形车刀的切削刃主要是直线形状，车刀的刀尖尖形车刀。尖形车刀的切削刃主要是直线形状，车刀的刀尖(同时同时也为其刀位点也为其刀位点)由主、副两条直线形的切削刃相交构成。如由主、副两条直线形的切削刃相交构成。如90内、内、外圆车刀，左、右端面车刀，切槽外圆车刀，左、右端面车刀，切槽(断断)车刀及

39、刀尖倒棱很小的各种外车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀，如圆和内孔车刀，如图图3-12所示。尖形车刀的刀尖有很小的倒棱，可所示。尖形车刀的刀尖有很小的倒棱，可以增强车刀的刚度，提高刀具的耐用度。以增强车刀的刚度，提高刀具的耐用度。用这类车刀加工零件时，其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或用这类车刀加工零件时，其零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析一条直线形主切削刃位移后形成旋转工件的母线得到，它与另两类车一条直线形主切削刃位移后形成旋转工件的母线得到，它与另两类车刀加工时所得到零件轮廓形状的原理是截然不同的。刀加工时所得到

40、零件轮廓形状的原理是截然不同的。圆弧形车刀。圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀，如圆弧形车刀。圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀，如图图3-13所示。其特征是所示。其特征是:构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓误差很小的圆弧，该圆弧刃每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因此，刀误差很小的圆弧，该圆弧刃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，车刀圆弧半径理论上与被加位点不在圆弧上，而在该圆弧的圆心上，车刀圆弧半径理论上与被加工零件的形状无关，选刀时，车刀圆弧半径应小于被加工回转体母线工零件的形状无关，选刀时，车刀圆弧半径

41、应小于被加工回转体母线的曲率半径。的曲率半径。圆弧形车刀可以用于车削内、外表面，特别是适宜于车削各种光滑连圆弧形车刀可以用于车削内、外表面，特别是适宜于车削各种光滑连接接(凹形凹形)的成形面。圆弧形车刀具有宽刃切削的成形面。圆弧形车刀具有宽刃切削(修光修光)功能，能使精车功能，能使精车余量相当均匀从而改善切削性能。余量相当均匀从而改善切削性能。成形车刀。成形车刀俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由成形车刀。成形车刀俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。车刀刀刃的形状和尺寸决定。上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析在数控车削加工中，常

42、见的成形车刀有小半径圆弧车刀、非矩形车槽在数控车削加工中，常见的成形车刀有小半径圆弧车刀、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，当确有必要选用时，则应在工艺准备的文件或加工程序单上进行详细说明。有必要选用时，则应在工艺准备的文件或加工程序单上进行详细说明。(2)根据刀片与刀体连接固定方式分类根据刀片与刀体连接固定方式分类根据刀片与刀体连接固定方式的不同，车刀又可分为焊接式与机械夹根据刀片与刀体连接固定方式的不同，车刀又可分为焊接式与机械夹固式两大类。固式两大类。焊接式车刀的种类如焊接式车刀的种类如图图3-1

43、2所示。其结构简单、制造方便、刚性所示。其结构简单、制造方便、刚性较好。缺点是由于存在焊接应力，刀具材料在使用时易产生裂纹。另较好。缺点是由于存在焊接应力，刀具材料在使用时易产生裂纹。另外，刀杆不能重复使用，刀片不能回收利用，造成刀具材料浪费。外，刀杆不能重复使用，刀片不能回收利用，造成刀具材料浪费。机械夹固式可转位车刀。为了减少换刀时间和方便换刀，实现机械机械夹固式可转位车刀。为了减少换刀时间和方便换刀，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。机加工的标准化，数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹刀片。机械夹固式可转位车刀，由刀杆、刀片、刀垫及夹紧元件组成。刀片每械

44、夹固式可转位车刀，由刀杆、刀片、刀垫及夹紧元件组成。刀片每边都有切削刃，可以更换使用。边都有切削刃，可以更换使用。图图3-14为常见可转位车刀刀片形状，为常见可转位车刀刀片形状，表表3-1为常见可转位车刀刀片角度，选用时参照为常见可转位车刀刀片角度，选用时参照表表3-2进行。进行。上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析(3)车刀类型的确认车刀类型的确认在数控车削中，有时一把车刀可以属于不同类型。现以车削在数控车削中，有时一把车刀可以属于不同类型。现以车削图图3-15所示成形孔工件时所用的特殊内孔车刀所示成形孔工件时所用的特殊内孔车刀(见见图图3-16)为例，对该车刀

45、为例，对该车刀所属类型分析如下。所属类型分析如下。当车刀刀尖的圆弧半径与零件上最小的凹形圆弧半径相同，且在加当车刀刀尖的圆弧半径与零件上最小的凹形圆弧半径相同，且在加工程序中无此圆弧程序段时，对加工工程序中无此圆弧程序段时，对加工R0.2 mm圆弧轮廓而言，属成圆弧轮廓而言，属成形车刀性质。形车刀性质。如果车刀刀尖的圆弧为一圆弧，编程时又考虑了对其经测量认定的如果车刀刀尖的圆弧为一圆弧，编程时又考虑了对其经测量认定的刀具圆弧半径进行半径补偿，则该车刀属圆弧形车刀性质。刀具圆弧半径进行半径补偿，则该车刀属圆弧形车刀性质。当车刀刀尖上标注的圆弧尺寸为倒棱性质时，该车刀属尖形车刀。当车刀刀尖上标注的

46、圆弧尺寸为倒棱性质时，该车刀属尖形车刀。通过以上分析可以看出，确认数控车削用车刀的类型，必须考虑到车通过以上分析可以看出，确认数控车削用车刀的类型，必须考虑到车刀切削部分的形状及零件轮廓的形成原理刀切削部分的形状及零件轮廓的形成原理(包括编程因素包括编程因素)这两个方面。这两个方面。上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析(4)数控车削加工用工具系统数控车削加工用工具系统数控车削加工时，应尽量选择标准刀具系统。数控车削加工时，应尽量选择标准刀具系统。图图3-17是一般结构体是一般结构体系图。系图。2.常用车刀的几何参数常用车刀的几何参数刀具切削部分的几何参数对零件的表

47、面质量及切削性能影响极大，应刀具切削部分的几何参数对零件的表面质量及切削性能影响极大，应根据零件的形状、刀具的安装位置以及加工方法等，正确选择刀具的根据零件的形状、刀具的安装位置以及加工方法等，正确选择刀具的几何形状及有关参数。几何形状及有关参数。(1)尖形车刀的几何参数尖形车刀的几何参数尖形车刀的几何参数主要指车刀的几何角度。选择方法与使用普通车尖形车刀的几何参数主要指车刀的几何角度。选择方法与使用普通车削时基本相同，但应结合数控加工的特点如走刀路线及加工干涉等进削时基本相同，但应结合数控加工的特点如走刀路线及加工干涉等进行全面考虑。行全面考虑。例如在加工例如在加工图图3-18所示的轴时，要

48、使其左右两个所示的轴时，要使其左右两个45锥面由一把车锥面由一把车刀加工出来，则车刀的主偏角应取刀加工出来，则车刀的主偏角应取5055，这样既保证了刀头，这样既保证了刀头上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析有足够的强度，又利于主、副切削刃车削圆锥面时不致发生加工干涉。有足够的强度，又利于主、副切削刃车削圆锥面时不致发生加工干涉。又如，车削又如，车削图图3-19所示大圆弧内表面零件时，所选择尖形内孔车刀所示大圆弧内表面零件时，所选择尖形内孔车刀的形状及主要几何角度如的形状及主要几何角度如图图3-20所示所示(前角为前角为0)，这样刀具可将，这样刀具可将内圆弧面和右端

49、端面一刀车出，而避免了用两把车刀进行加工。内圆弧面和右端端面一刀车出，而避免了用两把车刀进行加工。选择尖形车刀不发生干涉的几何角度，可用作图或计算的方法。如副选择尖形车刀不发生干涉的几何角度，可用作图或计算的方法。如副偏角的大小，大于作图或计算所得不发生干涉的极限角度值偏角的大小，大于作图或计算所得不发生干涉的极限角度值68即可。当确定几何角度困难或无法确定即可。当确定几何角度困难或无法确定(如尖形车刀加工接如尖形车刀加工接近于半个凹圆弧的轮廓等近于半个凹圆弧的轮廓等)时，则应考虑选择其他类型车刀后，再确时，则应考虑选择其他类型车刀后，再确定其几何角度。定其几何角度。(2)圆弧形车刀的几何参数

50、圆弧形车刀的几何参数圆弧形车刀的选用。圆弧形车刀的选用。圆弧形车刀具有宽刃切削圆弧形车刀具有宽刃切削(修光修光)性质性质;能使精车余量相当均匀从而改能使精车余量相当均匀从而改善切削性能善切削性能;还能一刀车出跨多个象限的圆弧面。对于某些精度要求还能一刀车出跨多个象限的圆弧面。对于某些精度要求上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析较高的凹曲面车削较高的凹曲面车削(见见图图3-21)或大外圆弧面或大外圆弧面(见见图图3-22)的车削，的车削，以及尖形车刀所不能完成的加工，宜选用圆弧形车刀进行。以及尖形车刀所不能完成的加工，宜选用圆弧形车刀进行。例如，当例如，当图图3-2

51、1所示零件的曲面精度要求不高时，可以选择用尖形所示零件的曲面精度要求不高时，可以选择用尖形车刀进行加工车刀进行加工;当曲面形状精度和表面粗糙度均有要求时，选择尖形当曲面形状精度和表面粗糙度均有要求时，选择尖形车刀加工就不合适了，因为车刀主切削刃的实际吃力刀深度在圆弧轮车刀加工就不合适了，因为车刀主切削刃的实际吃力刀深度在圆弧轮廓段总是不均匀的，如廓段总是不均匀的，如图图3-23所示。当车刀主切削刃靠近其圆弧终所示。当车刀主切削刃靠近其圆弧终点时，该位置上的背吃刀量点时，该位置上的背吃刀量(ap1)将大大超过其圆弧起点位置上的背将大大超过其圆弧起点位置上的背吃刀量吃刀量(ap)，致使切削阻力增大

52、，则可能产生较大的线轮廓度误差，致使切削阻力增大，则可能产生较大的线轮廓度误差，并增大其表面粗糙度数值。并增大其表面粗糙度数值。对于加工对于加工图图3-22所示同时跨四个象限的外圆弧轮廓，无论采用何种所示同时跨四个象限的外圆弧轮廓，无论采用何种形状及角度的尖形车刀，也不可能由一条圆弧加工程序一刀车出，而形状及角度的尖形车刀，也不可能由一条圆弧加工程序一刀车出，而采用圆弧形车刀就能十分简便地完成。采用圆弧形车刀就能十分简便地完成。圆弧形车刀的几何参数。圆弧形车刀的几何参数除了前角及后角外，圆弧形车刀的几何参数。圆弧形车刀的几何参数除了前角及后角外，主要几何参数为车刀圆弧切削刃的形状及半径。主要几

53、何参数为车刀圆弧切削刃的形状及半径。上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析选择车刀圆弧半径的大小时，应考虑两点选择车刀圆弧半径的大小时，应考虑两点:车刀切削刃的圆弧半径应当小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率车刀切削刃的圆弧半径应当小于或等于零件凹形轮廓上的最小曲率半径，以免发生加工干涉。半径，以免发生加工干涉。该半径不宜选择太小，否则既难于制造，还会因其刀头强度太弱或该半径不宜选择太小，否则既难于制造，还会因其刀头强度太弱或刀体散热能力差，使车刀容易受到损坏。刀体散热能力差，使车刀容易受到损坏。要满足车刀圆弧刃的半径处处等距，则必须保证该圆弧刃具有很小的要满足车刀圆

54、弧刃的半径处处等距，则必须保证该圆弧刃具有很小的圆度误差，即近似为一条理想圆弧，因此需要通过特殊的制造工艺圆度误差，即近似为一条理想圆弧，因此需要通过特殊的制造工艺(如光学曲线磨削等如光学曲线磨削等)，才能将其圆弧刃做得准确。，才能将其圆弧刃做得准确。至于圆弧形车刀前、后角的选择，原则上与普通车刀相同，只不过形至于圆弧形车刀前、后角的选择，原则上与普通车刀相同，只不过形成其前角成其前角(大于大于0时时)的前刀面一般都为凹球面，形成其后角的后刀的前刀面一般都为凹球面，形成其后角的后刀面一般为圆锥面。圆弧形成其后角的后刀面一般为圆锥面。圆弧形车面一般为圆锥面。圆弧形成其后角的后刀面一般为圆锥面。圆

55、弧形车刀前、后刀面的特殊形状，是为满足在刀刃的每一个切削点上，都具刀前、后刀面的特殊形状，是为满足在刀刃的每一个切削点上，都具有恒定的前角和后角，以保证切削过程的稳定性及加工精度。为了制有恒定的前角和后角，以保证切削过程的稳定性及加工精度。为了制造车刀的方便，在精车时，其前角多选择为造车刀的方便，在精车时，其前角多选择为0(无凹球面无凹球面)。上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析 3.2.4加工过程中切削用量的确定加工过程中切削用量的确定1.数控车床切削要素数控车床切削要素数控机床加工中的切削用量是表示机床主体的主运动和进给运动速度数控机床加工中的切削用量是表示机

56、床主体的主运动和进给运动速度大小的重要参数，包括背吃刀量、主轴转速和进给速度。在确定每道大小的重要参数，包括背吃刀量、主轴转速和进给速度。在确定每道工序的切削用量时，应根据工件的材料、刀具的耐用度、切削用量手工序的切削用量时，应根据工件的材料、刀具的耐用度、切削用量手册和机床说明书中的规定去选择，也可以结合实际经验用类比法确定册和机床说明书中的规定去选择，也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。切削用量。粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本;半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、半精加工和精加

57、工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。经济性和加工成本。2.合理选择切削用量合理选择切削用量在加工程序的编制工作中，选择好切削用量，使背吃刀量、主轴转速在加工程序的编制工作中，选择好切削用量，使背吃刀量、主轴转速上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析和进给速度三者间能互相适应，以形成最佳切削参数，这是工艺处理和进给速度三者间能互相适应，以形成最佳切削参数，这是工艺处理的重要内容之一。的重要内容之一。(1)切削深度切削深度(ap)的确定的确定在车床主体夹具刀具零件这一系统刚性允许的条件下，尽可能选取较在车床主体夹具刀具零件这一系统刚性允许的条

58、件下，尽可能选取较大的切削深度，以减少走刀次数，提高生产效率。当零件的精度要求大的切削深度，以减少走刀次数，提高生产效率。当零件的精度要求较高时，则应考虑适当留出精车余量，其所留精车余量一般比普通车较高时，则应考虑适当留出精车余量，其所留精车余量一般比普通车削时所留余量小，常取削时所留余量小，常取0. 10. 5 mm。(2)主轴转速的确定主轴转速的确定主轴转速的确定方法，除螺纹加工外，其他与普通车削加工时一样，主轴转速的确定方法，除螺纹加工外，其他与普通车削加工时一样，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

59、件所允许的切削速度来确定。在实际生产中，主轴转速可用下式等条件所允许的切削速度来确定。在实际生产中，主轴转速可用下式计算计算:n= 1000v/(d)上一页 下一页返回3.2 数控车削加工工艺分析数控车削加工工艺分析式中，式中，n是主轴转速是主轴转速(r/min);v是切削速度是切削速度(m/min) ; d是零件待是零件待加工表面的直径加工表面的直径(mm)。在确定主轴转速时，需要首先确定其切削速度，而切削速度又与背吃在确定主轴转速时，需要首先确定其切削速度，而切削速度又与背吃刀量和进给量有关。刀量和进给量有关。进给量进给量(f)。进给量是指工件每转一周，车刀沿进给方向移动的距。进给量是指工

60、件每转一周，车刀沿进给方向移动的距离离(mm/r)，它与背吃刀具有着较密切的关系。粗车时一般取为，它与背吃刀具有着较密切的关系。粗车时一般取为0. 30. 8 mm/r，精车时常取，精车时常取0. 1 0. 3 mm/r,切断时宜取切断时宜取0. 050. 2 mm/r,具体选择时，可参考具体选择时，可参考表表3-3进行。进行。切削速度切削速度(v)。切削速度是指切削时，车刀切削刃上某一点相对于。切削速度是指切削时，车刀切削刃上某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时速度待加工表面在主运动方向上的瞬时速度(v)，又称为线速度。，又称为线速度。如何确定加工时的切削速度，除了可参考如何确定加工时