数控车削工艺与编程相关知识

1、4.1 数控车削工艺数控车削实例2数控车削实例3本章内容2、数控车床的种类及特征3、数控车削工件的装夹4、数控车削的对刀5、数控车削的工艺分析1、数控车削的基本特征与加工范围一、数控车削工艺二、数控车编程1、手工编程2、自动编程车外圆车端面钻孔车内孔切槽切断车型面车螺纹加工形式一、数控车削的加工的主要内容 数控车床主要用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工，具有高精度、高效率、高柔性化等综合特点，其加工范围较普通车削广，不仅可以进行车削还可以铣削。基本特征 数控车削时，工件做回转运动，刀具做直线或曲线运动，刀尖相对工件运动的同时，切除一定的工件材料从而形成相应的工件表面。其中，工件的回转运动为切

2、削主运动，刀具的直线或曲线运动为进给运动。两者共同组成切削成形运动加工范围一、数控车削的加工的主要内容车削螺纹 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。 非标丝杠带特殊螺纹的回转体零件一、数控车削的加工的主要内容表面形状复杂的回转体零件凸轮轴曲轴一、数控车削的加工的主要内容钢制联接零件（高压技术）阀门壳体零件（石油工业）采用车铣加工中心其他形状复杂的零件一、数控车削的加工的主要内容隔套

3、（精密加工业）联接套（航天工业）其他形状复杂的零件采用车铣加工中心一、数控车削的加工的主要内容 数控车床即装备了数控系统的车床。由数控系统通过伺服驱动系统去控制各运动部件的动作，主要用于轴类和盘类回转体零件的多工序加工，适合于中小批量形状复杂零件的多品种、多规格生产。 数控车削中心是在普通数控车床基础上发展起来的一种复合加工机床。即可实现二轴联动，三轴联之外，还可具有Y轴。可进行端面和圆周上任意部位的钻削、铣削和攻螺纹等加工，还可以实现各种曲面铣削加工二、数控车床的种类和特征数控车削中心加工实例通用X、Z二轴控制(卧式)单刀架二、数控车床的种类和特征项目参数最大回转直径 470 mm 最大车削

4、直径 95 mm 最大棒材加工能力32 mm X轴最大行程300mm Z轴最大行程240mm主轴转速 7000 rpm主轴轴承直径45mm刀塔刀位数 刀塔 :H 8 (选配) 快速进给 (X / Z 轴) 300mm/min 电动机功率5.5KW二轴控制技术参数二、数控车床的种类和特征 随着数控技术的发展，数控车床的工艺和工序将更加复合化和集中化。即把各种工序（如车、铣、钻等）都集中在一台数控车床上来完成。第一主轴第二主轴目前国际上出现的双主轴结构就是这种构思的体现。二、数控车床的种类和特征 采用四轴三联动配置，四轴X/Y/Z及旋转C轴，C轴绕主轴旋转。机床除具备一般的车削功能外，还具备在零件

5、的端面和外圆面上进行铣加工的功能。X、Y、Z、C四轴控制车削中心单刀架二、数控车床的种类和特征项目参数最大车削直径 420 mm 最大加工长度1025mm最大棒材加工能力77mm X/Z轴最大行程260/1030mm Y轴最大行程150mm主轴转速4000rpm铣削主轴转速4000 rpm刀塔形式鼓型刀塔刀塔刀位数12快速进给 (X/Y / Z/C 轴)X：24m/minY：2m/minZ：24m/minC：300min-1四轴控制技术参数二、数控车床的种类和特征X、Y、Z、B、C五轴控制车削中心单刀架二、数控车床的种类和特征项目参数最大车削回转直径 300 mm 最大加工长度1048mm最大

6、棒材加工能力51mm X/Z最大行程1045mm X/Z/B轴最大行程585mmX/Z/Y轴最大行程575mmX/Z/Y/B轴最大行程585mm第一主轴转速4500rpm第二主轴转速4500rpm铣削主轴转速 4500 rpm刀塔形式鼓行刀塔刀塔刀位数 12 快速进给 (X / Z 轴) 30m/min 电动机功率5.5KW五轴控制技术参数二、数控车床的种类和特征X、Y、Z、B四轴控制车削中心双塔刀架二、数控车床的种类和特征项目参数最大车削回转直径 350 mm 最大加工长度610mm最大棒材加工能力51mm X/Z最大行程190mm X/Z/B轴最大行程645mmX1，X2，Z轴快速进给30

7、m/minZ2轴快度进给20m/min最大主轴转速5000rpm铣削主轴转速 4500 rpm刀塔形式鼓行刀塔刀塔刀位数 8 电动机功率22KW双塔四轴控制技术参数二、数控车床的种类和特征 双主轴，双刀塔车床，仅仅使用夹具一次装夹就可以进行全部加工。双主轴双塔四轴控制车削中心双塔刀架二、数控车床的种类和特征主轴副主轴副主轴刀塔主轴刀塔双主轴双塔四轴控制车削中心车床结构示意 车床结构示意二、数控车床的种类和特征项目参数最大车削回转直径 230 mm 主轴间距1030mm最大棒才加工能力51mm X/Z最大行程200mm Y轴最大行程80mmX/Z轴快速进给30m/minY轴快度进给15m/min

8、最大主轴转速6000rpm铣削主轴转速 4500 rpm刀塔形式鼓行刀塔2个刀塔刀位数 12 电动机功率7.5KW双主轴双塔四轴控制技术参数二、数控车床的种类和特征 可以同时连续对零部件进行车削、铣削加工，只需进行一次装夹就可以完成对零部件的全加工。双主轴三塔四轴控制复合车削中心塔二塔一塔三加工活塞二、数控车床的种类和特征 项目参数最大车削旋径 200 mm 主轴间距11485mm最大棒才加工能力51mm X/Z最大行程200mm Y轴最大行程80mmX1/X2轴快速进给50m/minY1/Y2轴快度进给25m/minZ1/Z2轴快速进给50m/min最大主轴转速5000rpm刀塔形式鼓行刀塔

9、3个刀塔刀位数 12 电动机功率22KW双主轴三塔四轴控制技术参数第一节 数控车削工艺二、数控车床的种类和特征 对复杂零件进行高精度的六面完整加工。可以自动进行从第1主轴到第2主轴的工件交接，自动进行第2工序的工件背面加工。 具有高性能的直线电机、以及高精度的车-铣主轴。车铣复合车削中心数控车床的种类和特征数控车削中心加工实例应用：对于以前需要通过多台机床分工序加工的复杂形状工件，可一次装夹进行全工序的加工。特别适用航天航空工业、汽车工业和液压气动产业以及在高精度要求的机床和刀具制造业中应用。二、数控车床的种类和特征项目参数加工能力:最大加工直径 X最大加工长度 660 mm X 1016mm

10、行程:上位刀塔 (X/Y/Z)580 / 160 / 1045 mmB/C轴225/ 360 下位刀塔 (X2/Z2)150 / 990 mm第1、2主轴回转速度5000 min -1铣削主轴:回转速度铣削加工能力：平铣 立铣钻 攻丝12000min 1100mm32mm30mmM27车铣加工中心技术参数第一节 数控车削工艺数控车床的种类和特征二、数控车床的种类和特征项目参数快进速度X，X2，Z，Z2 轴 38m/minY轴26m/minC轴400min-1自动刀具交换装置(ATC)刀库容量20换刀时间1.3s车铣加工中心技术参数第一节 数控车削工艺数控车床的种类和特征二、数控车床的种类和特征

11、 装载了ATC(自动刀具交换装置)装置的CNC立式车床,可以对工件尺寸最大为1000X1000mm的大型零部件立式数控车床二、数控车床的种类和特征项目参数最大加工直径1350 mm 工作台直径 1250 mm 最大加工长度1150mm工作台最大承重7000kg最大主轴转速350rpm最大铣削转速1500rpm刀库容量30换刀时间1.3s立式数控车床技术参数二、数控车床的种类和特征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三、数控车削工件的装夹 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

12、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 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 也可以改变夹紧力的作用点，采用轴向夹紧的方式。 轴向受力三、数控车削工件的装夹对刀是确定工件在机床上的位置，也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。对刀过程：一般是从各坐标方向分别进行，它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点(即对刀点)来实现 直接用刀具试切对刀自动对刀机外对刀仪对刀常用对刀方式四、数控车削的对刀 寻边器对刀对刀方式偏心式寻边器光电式寻边器 分析零件的几何要素：首先

13、从零件图中分析,了解工件的外形、结构,工件上须加工的部位,及其形状、尺寸精度、和表面粗糙度；了解各加工部位之间的相对位置和尺寸精度；了解工件材料及其它技术要求。从中找出工件经加工后，必须达到的主要加工尺寸和重要位置尺寸精度。 分析了解工件的工艺基准：包括其外形尺寸、在工件上的位置、结构及其他部位的相对关系等。对于复杂工件或较难辨工艺基准的零件图，尚需详细分析有关装配图，了解该零件的装配使用要求，找准工件的工艺基准 。 了解工件的加工数量 ：不同的加工数量所采用的工艺方案也不同 。分析零件图样五、数控车削的工艺分析 研究制定工艺方案的前提是：熟悉本厂机床设备条件，把加工任务指定给最适宜的工种，尽

14、可能发挥机床的加工特长与使用效率。并按照分析上述零件图所了解的加工要求，合理安排加工顺序。 一、安排加工顺序的一般方法 （1）安排工件上基准部位的辅助加工及其他准备工序。 （2）安排工件工艺基准面的加工工序 。 二、根据工件的加工批量大小，确定加工工序的集中与分散 。 三、充分估计加工中会出现的问题，有针对性地予以解决。例如：对于薄壁工件要解决装夹变形和车削震动的问题。对有角度位置的工件要解决角度定位问题。对于偏心工件要解决偏心夹具或装夹问题.研究制定工艺方案五、数控车削的工艺分析 一、零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定。二、根据工艺方案中工步内容及顺序的要求，逐项创建刀具路径并生成程序

15、。三、程序校验。编制加工程序五、数控车削的工艺分析 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五、数控车削的工艺分析 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-d 2LD-d 2SapD-d 2L（D-d 2S 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

16、线最短。 走刀路线的确定五、数控车削的工艺分析 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锥的加工路线分析图b图c五、数控车削的工艺分析 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

17、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。 走刀路线的确定先加工阶梯形最后车圆弧 五、数控车削的工艺分析 右图a为车圆弧的同心圆弧切削路线。即用不同的半径圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。此方法在确定了每次吃刀量aP后，对90圆弧的起点、终点坐标较易确定，数值计算简单，编程方便常采用但按图b加工时，空行程时间较长。 图c为车圆弧的车锥法切削路线。即先车一个圆锥，再车圆弧。走刀路线的确定车圆弧的加工路线分析先车锥后车圆弧五、数控车削的工艺分析 注意：车锥时的起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆

18、锥表面，也可能将余量留得过大。确定方法如图c所示，连接OC交圆弧于D，过D点作圆弧的切线AB。 螺球柱先粗车端面、再粗车外轮廓 最后精加工外轮廓走刀路线的确定车圆弧的加工路线分析进给量f切削速度(V)背吃刀量ap六、切削用量的确定式中：D 工件切削部分的最大直径（mm) n 主轴每分钟转数min-1。切削速度(例题)主轴转速2000min-1、车削直径50，求此时的切削速度？答：=3.14、D=125、n=2000代入公式V=(Dn)1000=(3.14502000)1000=314(m/min)切削速度为314m/minV=nd/100进给量的确定每转进给量(fr)、每分进给量(Vf) 式中

19、： Vf：每分钟进给量(mm/min) n：主轴转速(min-1) fr：每转进给量 (mm/r)Vf = n x fr (mm/min)(例题)主轴转速2000min-1、每分进给速度100mm/min，求此时每转进给量？(例题)每转进给量0.1mm/r，主轴转速1600min-1,求每分进给速度?答：Vf=nfr=0.11600=160mm/min，求出每分进给速度为160mm/min。答：fr=Vfn=1002000=0.05mm/r求出每转进给量为0.05mm/r切削用量的确定孔加工的计算式 V c(m/min)：切削速度(3.14)：圆周率D1 (mm)：钻头直径n(min-1) ：

20、主軸转速 用1000去除，为将mm换算成m V f(mm/min)：主轴（Z轴）进给速度fr(mm/rev)：每转进给量n(min-1) ：主轴转速 主轴每分钟进给量(vf) 切削速度(vc) (例题)主轴转速1350min-1、钻头直径12，求切削速度。(答)将=3.14 D1=12 n=1350代入公式vc=D1n1000=3.14121350=50.9m/min据此，得出切削速度为50.9m/min。（例题)主轴转速1350min-1、钻头直径12，求切削速度。(答) 代入公式v f=f rn=0.21350=270mm/min由此得出主轴每分钟进给量为270mm/min。径向切入法 侧

21、向切入法 一般的螺纹切削； 加工螺纹螺距4以下。 用于工件刚性低易振动的场合； 用于切削不锈钢等难加工材料； 加工螺纹螺距4以上。螺纹切削方式(一)、轴类零件的数控车削工艺 图示是模具芯轴的零件简图。零件的径向尺寸公差为0.01mm，角度公差为0.1，材料为45钢。毛坯尺寸为66mm100 mm，批量30件。六、典型数控车削零件的工艺分析 经过分析可制定加工方案如下： 工序1： 用三爪卡盘夹紧工件一端，加工6438柱面并调头打中心孔。 工序2：用三爪卡盘夹紧工件64一端，另一端用顶尖顶住。加工6462柱面，如图所示。 工序3： 钻螺纹底孔；精车20表面，加工14锥面及背端面；攻螺纹，如图所示。

22、38 工序4 加工 SR19.4圆弧面、26圆柱面、角15锥面和角15倒锥面，装夹方式如图所示。工序4的加工过程如下：l）先用复合循环若干次一层层加工，逐渐靠近由EFGHI等基点组成的回转面。后两次循环的走刀路线都与BC一DEFGHIB相似。完成粗加工后，精加工的走刀路线是BCDEFGHI一B，如图所示。2） 再加工出最后一个15的倒锥面，如图所示。 (二)、轴套类零件数控车削加工工艺1零件图工艺分析（1）轴承套表面几何要素；（2）尺寸标注；零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整；零件材料为45钢，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。通过上述分析，采取以下几点工艺措施：（1）零件图样上带公差的尺寸，因公差值较小，故编程时不必取其平均值，而取基本尺寸即可。（2）左、右端面均为多个尺寸的设计基准，相应工序加工前，应该先将左、右端面车出来。轴承套表面要素：内外圆柱面、内锥面、圆弧、外螺纹等表面组成，尺寸精度：多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求。 2确定装夹方案： （1）内孔加工时以外圆定位，用三爪自动定心卡盘夹紧。 （2）