数控车削加工技术 课件 王振 项目1、2 数控车削工艺基础、制定数控车削工艺

1数控车削工艺基础教学目标【知识目标】了解数控车床的组成和分类掌握数控车削工艺的特点学习数控加工工艺的制定【能力目标】认知常见的数控车床掌握数控加工工艺的制定的方法【素质目标】了解数控加工技术的发展方向数控车床是数控机床中应用最为广泛的一种机床。数控车床在结构及其加工工艺上都与普通车床相类似，但由于数控车床是由电子计算机数字信号控制的机床，其加工是通过事先编制好的加工程序来控制，所以在工艺特点上又与普通车床有所不同。本章将着重介绍数控车床的加工工艺特点及其分类。1数控车削工艺基础1.1数控车床简介1．按数控系统的功能分（1）全功能型数控车床

1.1.1数控车床的分类（2）经济型数控车床（3）车削中心1.1数控车床简介1.1.1数控车床的分类2．按主轴的配置形式分类（1）卧式数控车床（2）立式数控车床

（a）卧式数控车床（b）立式数控车床图1.1常见的数控车床1.1.1数控车床的分类1.1数控车床简介3.按数控系统控制的轴数分类：（1）两轴控制的数控车床

机床上只有一个回转刀架或排刀架，多采用水平导轨，可实现两坐标轴（卧式X、Z）控制。（2）四轴控制的数控车床

机床上有两个独立的回转刀架，多采用斜置导轨，可实现四坐标轴控制。（3）多轴控制的数控车床

多轴控制的数控车床是指数控车床除控制X、Z两轴外，还可控制如Y、B、C轴进行数控复合加工，也就是功能复合化的数控车床。1.1数控车床简介1.1.1数控车床的分类数控系统；床身稳固装有防护门；保留主轴箱、尾座；取消挂轮箱、进给箱、溜板箱、光杆、丝杆等；配备自动刀架\对刀仪\自动排屑等辅助设备。伺服系统；数控车床与普通车床的区别1.1.2数控车床的结构特点1.1数控车床简介传统车床相比，数控车床的结构有以下特点：1.由于数控车床刀架的两个方向运动分别由两台伺服电动机驱动，所以它的传动链短。2.多功能数控车床是采用直流或交流主轴控制单元来驱动主轴，按控制指令作无级变速，主轴之间不必用多级齿轮副来进行变速。3.数控车床的第三个结构特点是轻拖动。刀架移动一般采用滚珠丝杠副。1.1数控车床简介1.1.2数控车床的结构特点4.为了拖动轻便，数控车床的润滑都比较充分，大部分采用油雾自动润滑。5.由于数控机床的价格较高、控制系统的寿命较长，所以数控车床的滑动导轨也要求耐磨性好。6.数控车床还具有加工冷却充分、防护较严密等特点，自动运转时一般都处于全封闭或半封闭状态。7.数控车床一般还配有自动排屑装置。1.1数控车床简介1.1.2数控车床的结构特点1.1.3数控车床用途及主要加工对象1．精度要求高的零件2．表面粗糙度值小的零件3．表面轮廓形状复杂的零件4．带特殊螺纹的零件5．淬硬回转体零件1.1数控车床简介1.2数控车削工艺特点车削加工的工艺特点就是工件旋转做主运动，车刀作进给运动。车削加工可以在卧式车床、立式车床、转塔车床、仿形车床、自动车床、数控车床，以及各种专用车床上进行，主要用来加工各种回转表面，如外圆(含外回转槽)、内圆(含内回转槽)、平面(含台阶端面)、锥面、螺纹和滚花面等。根据所选用的车刀角度和切削用量的不同，车削可分为粗车、半精车和精车等阶段。1.2.1数控车削工艺的基本特点1．车削外圆车削外圆是最常见、最基本的车削方法外圆车刀车削外圆面1.2数控车削工艺特点1.2.1数控车削工艺的基本特点2．车削内圆(孔)车削内圆(孔)是指用车削方法扩大工件的孔或加工工件的内表面。常见内圆加工方式1.2数控车削工艺特点1.2.1数控车削工艺的基本特点3．车削平面车削平面主要指的是车端平面(包括台阶端面)

45°车刀车削端面方式90°左偏刀和右偏刀车削端面方式1.2数控车削工艺特点1.2.1数控车削工艺的基本特点4．车削锥圆锥面可分为内锥面和外锥面，可以分别视为内圆、外圆的一种特殊形式圆锥面车削方式1.2数控车削工艺特点1.2.1数控车削工艺的基本特点5．车削螺纹车削螺纹也是最常见、最基本的一种车削工艺

螺纹车削方式1.2.1数控车削工艺的基本特点1.2数控车削工艺特点1.2.2数控车削工艺分析的主要内容数控车削加工工艺包括以下主要内容：1.分析被加工零件的工艺性；2.拟定加工工艺路线，包括划分工序、选择定位基准、安排加工顺序和组合工序等；3.设计加工工序，包括选择工装夹具与刀具、确定走刀路线、确定切削用量等；4.编制工艺文件。1.2数控车削工艺特点1.3认识典型的数控车床数控车床与普通车床相比较，其结构上仍然是由床身、主轴箱、刀架、进给传动系统、液压、冷却、润滑系统等部分组成。输入装置输出装置计算机数控装置PLC主轴控制单元主轴机床伺服电机速度控制单元工作台位置检测反馈装置1.3.1数控车床的组成1．机床本体

刀架床身主轴箱滚珠丝杠床座尾座高精度导轨1.3认识典型的数控车床1.3.1数控车床的组成2．数控装置（CNC）数控装置是数控系统的核心，主要包括微处理器CPU、存储器、局部总线、外围逻辑电路以及与数控系统的其他组成部分联接的各种接口等。1.3.1数控车床的组成1.3认识典型的数控车床3．输入/输出设备键盘、磁盘机等是数控机床的典型输入设备。除此以外，还可以用串行通信的方式输入。伺服单元是数控装置和机床本体的联系环节，它将来自数控装置的微弱指令信号放大成控制驱动装置的大功率信号。4．伺服单元1.3认识典型的数控车床1.3.1数控车床的组成5．驱动装置驱动装置把经放大的指令信号转变为机械运动，通过机械传动部件驱动机床主轴、刀架、工作台等精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，

最后加工出图纸所要求的零件。伺服驱动器和伺服电机1.3.1数控车床的组成1.3认识典型的数控车床6.

可编程控制器

可编程控制器（PLC）己成为数控机床不可缺少的控制装置。CNC和PLC协调配合，共同完成对数控机床的控制。可编程控制器1.3认识典型的数控车床1.3.1数控车床的组成7.测量装置测量装置也称反馈元件，通常安装在机床的工作台或丝杠上，相当于普通机床的刻度盘和人的眼睛，它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给CNC装置，供CNC装置与指令值比较产生误差信号，以控制机床向消除该误差的方向移动。1.3.1数控车床的组成1.3认识典型的数控车床1.3.2数控车床技术参数序号项

目单位CA6140CK61361床身上最大回转直径mm4003602最大工件长度mm7507503最大车削长度mm7507504刀架上回转直径mm2101805主轴中心至床身平面导轨距离mm2052056主轴通孔直径mm52527主轴孔前端锥度度莫氏5#莫氏6#8主轴头形式

A6D69尾架套筒内孔锥度

莫氏4号莫氏4号10主轴转速范围r/min10～1400（正转）14～1580（反转）200～182011刀架纵向的快移速度m/min4612刀架横向的快移速度m/min2313上/下刀架最大行程mm140/320140/32014刀架转盘回转角度

±90°±90°15刀杆截面尺寸mm25×2520×2016床尾套筒直径mm756517床尾套筒锥度

莫氏圆锥5#莫氏圆锥4#18床尾主轴最大行程mm15012019机床净重Kg12001600CK6136和CA6140的技术参数1.3认识典型的数控车床2制定数控车削工艺教学目标【知识目标】1.掌握如何分析零件图2.掌握加工顺序、走刀路径的安排和工量夹具的选择3.掌握切削用量的选择原则【能力目标】根据图纸能编制合理的加工工艺规程【素质目标】培养学生的知识应用能力和学习能力培养学生良好的工作习惯2.1分析零件图1.构成零件轮廓的几何要素分析由于设计等各种原因，在图纸上可能出现加工轮廓的数据不充分、尺寸模糊不清及尺寸封闭等缺陷，从而增加编程的难度，有时甚至无法编写程序，如图(a)中，两圆弧的圆心位置是不确定的，不同的理解将得到完全不同的结果。(b)中，圆弧与斜线的关系要求为相切，但经计算后的结果却为相交割关系，而非相切。(c)中，标注的各段长度之和不等于其总长尺寸，而且漏掉了倒角尺寸。(d)中，圆锥体的各尺寸已经构成封闭尺寸链。2.1.1零件图分析2.尺寸标注方法分析在数控车床的编程中，点、线、面的位置一般都是以工件坐标原点为基准的。因此，零件图中尺寸标注应根据数控车床编程特点尽量直接给出坐标尺寸，或采用同一基准标注尺寸，减少编程辅助时间，容易满足加工要求。集中引注尺寸标注法2.1分析零件图2.1.1零件图分析3.精度及技术要求分析加工精度及技术要求分析主要分析如下内容：（1）分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理。对采用数控加工的表面，其精度要求应尽量一致，以便最后能一刀连续加工。

（2）分析本工序的数控车削加工精度能否达到图纸要求，若达不到，需采用其他措施（如磨削）弥补的话，注意给后续工序留有余量。

（3）找出图样上有较高位置精度要求的表面，这些表面应在一次安装下完成。

（4）对表面粗糙度要求较高的表面，应确定用恒线速切削。2.1.1零件图分析2.1分析零件图2.1.2结构工艺性分析零件的结构工艺性是指零件对加工方法的适应性，即所设计的零件结构应便于加工成型。2.1分析零件图2.2制订数控车削工艺方案1.加工方法的选择1）数控车削外回转表面加工方法的选择2.2.1拟定工艺路线2）数控车削内回转表面加工方法的选择2.2.1拟定工艺路线2.2制订数控车削工艺方案2.加工顺序的安排1）先粗后精2）先近后远3）内外交叉4）刀具集中5）基面先行2.2制订数控车削工艺方案2.2.1拟定工艺路线2.2.2确定走刀路线（1）刀具引入、切出车螺纹时，必须设置升速进刀段（空刀导入量）δ1和减速退刀段（空刀导出量）δ2（如图2.6），这样可避免因车刀升降而影响螺距的稳定。δ1、δ2一般按下式选取：δ1≥1×导程；δ2≥0.75×导程螺纹加工的导入、导出量2.2制订数控车削工艺方案（2）确定最短的空行程路线1）灵活设置程序循环起点。（a）起刀点和循环起点重合

（b）起刀点和循环起点分离2.2制订数控车削工艺方案2.2.2确定走刀路线2）合理安排返回换刀点在手工编制较复杂轮廓的加工程序时，编程者有时将每一刀加工完后的刀具通过执行返回换刀点，使其返回到换刀点位置，然后再执行后续程序。这样会增加走刀路线的距离，从而降低生产效率。因此，在不换刀的前提下，执行退刀动作时，应不用返回到换刀点。安排走刀路线时，应尽量缩短前一刀终点与后一刀起点间的距离，方可满足走刀路线为最短的要求。2.2.2确定走刀路线2.2制订数控车削工艺方案3）确定最短的切削进给路线

对以上三种切削进给路线分析和判断可知：矩形循环进给路线的走刀长度总和为最短，即在同等条件下，其切削所需的时间（不含空行程）为最短，刀具的损耗小。(a)沿工件轮廓走刀(b)三角形走刀(c)矩形走刀2.2制订数控车削工艺方案2.2.2确定走刀路线（4）零件轮廓精加工一次走刀完成在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时，零件轮廓应由最后一刀连续加工而成，此时，加工刀具的进、退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续轮廓中安排切人、切出、换刀及停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连续的轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。2.2.2确定走刀路线2.2制订数控车削工艺方案2.2.3数控车削加工工序划分与设计1.数控车削加工工序划分方法工序是指一个（或一组）工人在一个工作地（如一台机床）对一个（或若干个）劳动对象连续完成的各项生产活动的总和。它是组成生产过程的最小单元。若干个工序组成工艺阶段。2.2制订数控车削工艺方案数控车削加工工序划分常有以下几种方法：（1）按安装次数划分工序。以每一次装夹作为一道工序，这种划分方法主要适用于加工内容不多的零件。（2）按加工部位划分工序。按零件的结构特点分成几个加工部分，每个部分作为一道工序。（3）按所用刀具划分工序。刀具集中分序法是按所用刀具划分工序，即用同一把刀或同一类刀具加工完成零件所有需要加工的部位，以达到节省时间、提高效率的目的。（4）按粗、精加工划分工序。对易变形或精度要求较高的零件常用这种方法。这种划分工序一般不允许一次装夹就完成加工，而是粗加工时留出一定的加工余量，重新装夹后再完成精加工。2.2制订数控车削工艺方案2.2.3数控车削加工工序划分与设计2.数控车削加工工序设计（1）确定装夹方案1）三爪自定心卡盘装夹2）四爪单动卡盘装夹2.2.3数控车削加工工序划分与设计2.2制订数控车削工艺方案3）软爪装夹对刀基准面工件焊接软爪装夹2.2制订数控车削工艺方案2.2.3数控车削加工工序划分与设计4）中心孔定位装夹①两顶尖拔盘②拨动顶尖

两顶尖装夹2.2.3数控车削加工工序划分与设计2.2制订数控车削工艺方案③一夹一顶

（a）用限位支承

（b）用工件台阶限位2.2制订数控车削工艺方案2.2.3数控车削加工工序划分与设计5）利用其它工装夹具装夹数控车削加工中有时会遇到一些形状复杂和不规则的零件，不能用三爪或四爪卡盘等夹具装夹，需要借助其它工装夹具装夹，如花盘、角铁等2.2.3数控车削加工工序划分与设计2.2制订数控车削工艺方案（2）选用刀具1)常用数控焊接车刀2.2制订数控车削工艺方案2.2.3数控车削加工工序划分与设计2）机械夹固式可转位车刀机械夹固式可转位车刀是已经实现机械加工标准化、系列化的车刀2.2.3数控车削加工工序划分与设计2.2