数控车削加工工艺

第4章数控车削加工工艺4.1数控车床的特点及功能

4.2数控车削加工工艺概述

4.3数控车削加工工艺分析

4.4典型零件的加工工艺分析

2023/2/31工业设计史4.1数控车床的特点及功能

4.1.1数控机床的分类2023/2/32工业设计史图片2023/2/33工业设计史数控车床2023/2/34工业设计史2023/2/35工业设计史图片2023/2/36工业设计史七轴控制多功能车削中心，双主轴双刀塔实现复杂零部件一次装夹加工完2023/2/37工业设计史4.1.2数控机床的结构特点2023/2/38工业设计史2023/2/39工业设计史4.2数控车削加工工艺概述数控车床具有加工精度要求高，能够进行直线插补和圆弧插补（高档数控系统还有非螺旋插补功能），在加工过程中能自动变速等特点，其工艺范围较普通车床宽的多，具体适合于如下零件的加工。2023/2/310工业设计史4.2.1数控车削的主要加工对象（1）要求高的回转体零件

磁盘、录像机磁头、激光打印机的多面反射体、复印机的回转鼓、照相机等光学设备的透镜及其模具，以及隐形眼镜等要求超高的轮廓精度和超低的表面粗糙度2023/2/311工业设计史（2）表面形状复杂的回转体零件成型内腔壳体零件示例2023/2/312工业设计史（3）带横向加工的回转体零件端面有分布的孔系、曲面的盘类零件也可选择立式加工中心加工径向孔的盘套或轴类零件也常选择卧式加工中心加工。如果采用普通机床加工，工序分散，工序数目多。采用加工中心加工后，由于有自动换刀系统，使得一次装夹可完成普通机床的多个工序的加工，减少了装夹次数，实现了工序集中的原则，保证了加工质量的稳定性，提高了生产率，降低了生产成本。2023/2/313工业设计史（4）带一些特殊类型螺纹的零件传统车床所能切削的螺纹相当有限，它只能车等节距的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只限定加工若干种节距。数控车床不但能车任何等节距的直、锥和端面螺纹，而且能车增节距、减节距，以及要求等节距、变节距之间平滑过渡的螺纹和变径螺纹。数控车床可以配备精密螺纹切削功能，再加上采用机夹硬质合金螺纹车刀，以及可以使用较高的转速，所以车削出来的螺纹精度较高、表面粗糙度小。2023/2/314工业设计史4.2.2数控车削加工工艺的基本特点与普通车床的对比：

数控机床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量、走刀路线、刀具尺寸及车床的运动过程对编程人员的要求：对数控车床的性能、特点、运动方式、刀具系统、切削规范以及车床的运动过程及工件的装夹方式都要熟悉。2023/2/315工业设计史4.2.3数控车削加工工艺的主要内容选择并确定适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容；分析被加工零件的图纸，明确加工内容及技术条件；确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线；加工工序的设计；加工程序的调整。2023/2/316工业设计史4.3数控车削加工工艺分析4.3.1数控车削加工零件的工艺性分析2023/2/317工业设计史分析零件图时应注意：（1）零件图上是否漏掉某尺寸，使其几何条件不充分，影响到零件轮廓的构成；（2）零件图上的图线位置是否模糊或尺寸标注不清，使编程无法下手；（3）零件图上给定的几何条件是否不合理，造成数学处理困难。（4）零件图上尺寸标注方法应适应数控车床加工的特点，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。2023/2/318工业设计史2023/2/319工业设计史4.3.2数控车削加工工艺路线的拟定(1)车削加工顺序的安排2023/2/320工业设计史先近后远示例2023/2/321工业设计史2023/2/322工业设计史（2）加工工序划分2023/2/323工业设计史（3）加工路线的确定1)车圆锥的加工路线分析2023/2/324工业设计史2）车圆弧的加工路线分析车削大余量毛坯的阶梯路线图(a)是错误的阶梯切削路线图(b)是正确的阶梯切削路线2023/2/325工业设计史(b)“三角形”走刀(c)“矩形”走刀(a)沿工件轮廓走刀3）轮廓粗车加工路线分析2023/2/326工业设计史4）车螺纹时的轴向进给距离分析车螺纹时的引入距离和超越距离为1-2mm为2-5mm2023/2/327工业设计史4.3.3数控车削加工工序的设计（1）夹具的选择车床的夹具包括两种类型：按照在主轴上的夹具，如：三爪、四爪、心轴、专用夹具等；安装在滑板或床身上的夹具，一般刀具是安装在主轴上，夹具安装在车床滑板上，夹具做进给运动。2023/2/328工业设计史数控车床加工中心夹具的选择：（1）用于轴类零件的夹具用于轴类工件的夹具有自动夹紧拨动卡盘、拨齿顶尖、三爪拨动卡盘和快速可调万能卡盘等（2）用于盘类零件的夹具用于盘类零件的夹具主要有可调卡爪式卡盘和快速可调卡盘。这类夹具适用于无尾座的卡盘式数控车床上。2023/2/329工业设计史（2）刀具的选择2023/2/330工业设计史2023/2/331工业设计史刀片的选择刀片选择材质形状尺寸2023/2/332工业设计史常用刀片形状2023/2/333工业设计史2023/2/334工业设计史1）主轴转速的确定车外圆时主轴转速光车外圆时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具材料以及加工性质等条件所允许的切削速度来确定。P75（3）切削用量的确定2023/2/335工业设计史2023/2/336工业设计史车螺纹时主轴的转速大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速n(r/min)为：

n≤（1200/P）－k

式中P——被加工螺纹螺距，㎜；

k——保险系数，一般取为80。2023/2/337工业设计史2)进给速度的确定(P76-77)进给量f的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。在保证工件加工质量的前提下，可以选择较高的进给速度一般在100-200mm/min内选取（2000㎜/min以下）。在切断、车削深孔或精车时，应选择较低的进给速度。当刀具空行程特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。粗车时，一般取f=0.3～0.8㎜/r，精车时常取f=0.1～0.3㎜/r，切断时f=0.05～0.2㎜/r。2023/2/338工业设计史3）背吃刀量

的确定在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。粗车时，考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap，其次选择一个较大的进给量f

，最后确定一个合适的切削速度v。精车时，精车时应选用较小（但不太小）的背吃刀量ap和进给量f，并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度v。

2023/2/339工业设计史4.3.4数控车削加工中的装刀与对刀装刀与对刀是数控机床加工中非常重要和复杂的一项基本工作。装刀与对刀的精度，将直接影响到加工程序的编制及零件的尺寸精度。2023/2/340工业设计史刀具的安装2023/2/341工业设计史八工位刀塔2023/2/342工业设计史车床手动对刀方法2023/2/343工业设计史4.4典型零件的加工工艺分析数控车床主要擅长加工轴类零件、盘类和套类零件。2023/2/344工业设计史4.4.1轴类零件毛坯选φ60㎜棒料2023/2/345工业设计史可采用以下几点工艺措施。①对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。②在轮廓曲线上，有三处为圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。③为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分（双点画线部分），右端面也应先粗车出并钻好中心孔。毛坯选φ60㎜棒料。（1）零件图工艺分析

2023/2/346工业设计史（2）选择设备

根据被加工零件的外形和材料等条件，选用TND360数控车床。2023/2/347工业设计史TND360数控卧式车床的传动系统图2023/2/348工业设计史2023/2/349工业设计史①定位基准确定坯料轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。②装夹方法左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧，右端采用活动顶尖支承的装夹方式。（3）确定零件的定位基准和装夹方式

2023/2/350工业设计史（4）确定加工顺序及进给路线图

加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。即先从右到左进行粗车（留0.25㎜精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。

2023/2/351工业设计史（5）刀具选择①选用φ5㎜中心钻钻削中心孔。②粗车及平端面选用90º硬质合金右偏刀，副偏角不宜太小，选副偏角=35º。P111③精车选用60º硬质合金右偏刀，车螺纹选用硬质合金60º外螺纹车刀，刀尖圆弧半径应小于轮廓最小圆角半径，取rε=0.15～0.2㎜P1352023/2/352工业设计史①背吃刀量的选择

轮廓粗车循环时选ap=3㎜，精车ap=0.25㎜；螺纹粗车时选ap=0.4㎜，逐刀减少，精车ap=0.1㎜。

②主轴转速的选择

直线和圆弧时，查表选粗车切削速度vc=90m/min、精车切削速度vc=120m/min，然后利用公式vc=πdn/1000计算主轴转速n（粗车直径D=60㎜，精车工件直径取平均值）：粗车500r/min、精车1200r/min。车螺纹时，参照式（

n≤（1200/P）－k

）计算主轴转速n=320r/min（6）切削用量选择

2023/2/353工业设计史粗车每转进给量为0.4㎜/r，精车每转进给量为0.15㎜/r，最后根据公式vf=nf计算粗车、精车进给速度分别为200㎜/min和180㎜/min。见课本P81页表4.6③进给速度的选择2023/2/354工业设计史4.4.2套类零件2023/2/355工业设计史采用以下几点工艺措施。①对图样上带公差的尺寸，因公差值较小，故编程时不必取平均值，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。③内孔尺寸较小，镗1:20锥孔与镗φ32孔及150锥面时需掉头装夹。（1）零件图工艺分析2023/2/356工业设计史选用CJK6240数控车床。CJK系列数控车床适用于各种轴类.盘类及复杂零件的加工：可加工原柱面、圆锥面、圆弧面、球面、螺纹、切槽等高精度加工

（2）选择设备2023/2/357工业设计史（3）确定零件的定位基准和装夹方式①内孔加工定位基准：内孔加工时以外圆定位；装夹方式：用三爪自动定心卡盘夹紧。②外轮廓加工定位基准：确定零件轴线为定位基准；装夹方式：加工外轮廓时，为保证一次安装加工出全部外轮廓，需要设一圆锥心轴装置（见图A双点划线部分），用三爪卡盘夹持心轴左端，心轴右端留有中心孔并用尾座顶尖顶紧2023/2/358工业设计史A）外轮廓车削装夹方案

2023/2/359工业设计史加工顺序的确定原则：由内到外、由粗到精、由近到远的，在一次装夹中尽可能加工出较多的工件表面。可先加工内孔各表面，然后加工外轮廓表面。由于该零件为单件小批量生产，走刀路线设计不必考虑最短进给路线或最短空行程路线，外轮廓表面车削走刀路线可沿零件轮廓顺序进行。（4）确定加工顺序及进给路线2023/2/360工业设计史B）外轮廓加工走刀路线

2023/2/361工业设计史（5）刀具选择

见P83页，表4.7

2023/2/362工业设计史（6）切削用量选择利用公式vc=πdn/1000和vf

=nf，计算主轴转速与进给速度。背吃刀量的选择粗加工时，在工艺系统刚性和机床功率允许的情况下，尽可能