《数控机床加工工艺与编程（智媒体版）》课件 项目1.2 数控车床的种类及特征

数控机床与编程数控车床的种类及特征

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具有高精度、高效率、高柔性化等综合特点适合中小批量形状复杂零件的多品种、多规格生产数控车床的种类及特征通用X、Z二轴控制(卧式)转塔刀架排式刀架数控车床的种类及特征立式数控车数控车床的种类及特征

加工实例第一主轴第二主轴双主轴数控车床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。目前国际上出现的双主轴结构就是这种构思的体现双主轴、双刀塔CNC车床结构示意

主轴副主轴副主轴刀塔主轴刀塔数控车床的种类及特征数控车床的种类及特征车铣加工中心数控车床的主要加工对象精度要求高的回转体零件高精度的机床主轴高速电机主轴数控车床的主要加工对象带特殊螺纹的回转体零件非标丝杠数控车床的主要加工对象表面形状复杂的回转体零件凸轮轴曲轴数控车床的主要加工对象其他形状复杂的零件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三爪自定心卡盘装夹常用装夹方式通用夹具装夹数控车削加工的装夹与对刀两顶尖装夹卡盘和顶尖装夹双三爪定心卡盘装夹常用装夹方式找正：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采用找正的方法数控车削加工的装夹与对刀工件装夹方式数控车削加工的装夹与对刀常用对刀方式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

手动对刀定位对刀法光学对刀法（ATC对刀）试切对刀法自动对刀对刀实例数控车刀的选择现代加工技术追求的一个重要目标：

优质、高效、低成本刀具的正确选择与实现这一目标有何关系呢？数控车刀的选择可转位车刀的选择美、德、日等世界制造业发达的国家无一例外都是刀具工业先进的国家。先进刀具不但是推动制造技术发展进步的重要动力，还是提高产品质量、降低加工成本的重要手段。切削刀具由传统的机械工具实现了向高科技产品的飞跃，刀具的切削性能有显著的提高。切削技术由传统的切削工艺向创新制造工艺的飞跃，大大提高了切削加工的效率。与现代科学的发展紧密相连，是应用材料科学、制造科学、信息科学等领域的高科技成果的结晶。数控刀具的特点和类型按照刀具结构分：整体式：钻头、立铣刀等镶嵌式：包括刀片采用焊接和机夹式特殊形式：复合式、减振式等数控刀具的特点和类型

机夹可转位刀具得到广泛应用，数量上已达到整个数控刀具的30%~40%，金属切除率占总数80%~90%数控刀具材料刀具材料刀具材料的硬度和韧性关系图数控车刀的选择可转位车刀组成刀体刀垫刀片夹紧元件数控车刀的选择刀片的夹紧方式上压式（顶面夹紧C)杠杆式（圆柱孔夹紧P)螺销上压式（顶面和圆柱孔夹紧M)偏心式（圆柱孔夹紧P)螺钉式（沉孔夹紧S)弹性刀槽数控车刀的选择可转位刀片的选择（4）选择刀片形状R型S型C型W型T型D型V型数控车刀的选择刀片形状的选择切削刃强度高通用性好振动倾向越大所需功率越小不同形状的刀片有各自不同的特点在要求强度和经济性时，应选择大的刀尖角在保证通用性时，选择小的刀尖角数控车刀的选择刀片形状的选择根据加工轮廓选择刀片形状一般外圆车削常用60°凸三角形、四方形和80°菱形刀片；仿形加工常用55°、35°菱形和圆形刀片；在机床刚性、功率允许的条件下，大余量、粗加工应选择刀尖角较大的刀片，反之选择刀尖角较小的刀片。数控车刀的选择刀片形状的选择数控车刀的选择刀片后角的选择后角0°（N)、7°（C)、11°（P）、20°（E)负前角刀片：0°后角双面和单面高强度切削刃外圆车削首选重载切削状况正前角刀片：带有后角单面低切削力内孔和细长轴车削首选数控车刀的选择左右手刀柄的选择右手（R)左右手（N）左手（L)数控车刀的选择刀尖圆弧半径的选择作为经验法则，一般进给量可取为刀尖圆弧半径的一半

刀尖圆弧半径影响表面粗糙度、加工精度和切削效率与进给量有关最大进给量不应超过刀尖圆弧半径的80%。与断屑可靠性有关为保证断屑，切削深度和进给量有一个最小值小余量、小进给采用小刀尖圆弧半径大余量、大进给采用大刀尖圆弧半径数控车刀的选择切削范围代号断屑槽形状特点精加工切削FH

精加工专用断屑槽轻切削SH

适合用于小切深,大进给大的前角刃口锋利中切削MV

适用于仿形向上切削加工正角刀棱锋利准重切削GH

大进给粗加工断续、黑皮切削两面均有断屑槽重切削HX

不等棱边刀刃不仅刀刃锋利且强度也好连续或继续加工均适合断屑槽的参数直接影响到切削的卷曲和折断，目前刀片的断屑槽形式较多，各种断屑槽刀片的使用情况不尽相同，选用时一般参照具体的产品样本MITSUBISHI推荐的适用于加工钢材的断屑槽形数控车刀的选择刀杆头部形式的选择按主偏角和直头、弯头分15～18种数控车刀的选择刀杆头部形式的选择按主偏角和直头、弯头分15～18种不同主偏角车刀车削加工示意图数控车刀的选择可转位外圆车刀的型号选择数控车刀的选择可转位外圆车刀的型号选择1.2数控编程的工艺基础1.数控加工工艺的主要内容选择适合在数控机床上加工的零件，确定数控机床加工内容。对零件图样进行数控加工工艺分析，明确加工内容及技术要求。具体设计数控加工工序，如工步的划分、工件的定位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等。处理特殊的工艺问题，如对刀点、换刀点的选择，加工路线的确定，刀具补偿等编程误差分析及其控制。处理数控机床上部分工艺指令，编制工艺文件。数控车削的工艺分析分析零件图样分析零件的结构工艺性尺寸标注方法是否适合数控加工几何元素的条件是否充分、正确数控车加工零件的结构合理性精度及技术要求分析了解工艺基准毛坯、热处理要求及生产纲领等数控车削的工艺分析研究制定工艺方案工序的划分：请分析编制该手柄零件工艺规程如何划分工序？数控车削的工艺分析研究制定工艺方案工序的划分：以一次装夹进行的加工作为一道工序以一个完整数控程序连续加工内容为一道工序以工件上的结构内容组合用一把刀具加工为一道工序以粗、精加工划分工序数控车削的工艺分析研究制定工艺方案数控车削的工艺分析研究制定工艺方案先粗后精先近后远内外交叉保证工件加工刚度同一把刀连续加工工序安排的一般原则数控车削的工艺分析走刀路线的确定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数控车削的工艺分析走刀路线的确定数控车削的工艺分析走刀路线的确定特殊的进给加工路线

合理的进给路线嵌刀现象

数控车削的工艺分析走刀路线的确定数控车削的工艺分析车圆弧的加工路线分析螺球柱端面加工、外轮廓粗加工外轮廓粗、精加工走刀路线举例2.走刀路径的确定零件的刀具路径是指切削加工过程中刀具刀位点相对于被加工零件的运动轨迹和运动方向。编程时,刀具路径的确定原则是:1)保证被加工零件的精度和表面粗糙度,且效率较高。2)使数值计算简单,以减少编程工作量。3)应使加工路线最短,这样既可以减少程序段,又能减少空行程时间。1、寻求最短加工路线按圆周顺序设置加工路线按平面螺旋设置加工路线按平面内外交叉设计加工路线2、最终轮廓一次走刀完成一次走刀完成整个内轮廓的加工先内后边缘轮廓的加工方式平面圆周加工方式设计的加工路线3、选择切入和切出的方向

刀具的切入或切出点应尽量选择在工件轮廓的切线上。避免刀具因切入或退出时在工件轮廓边缘上留下刀痕而影响到表面粗糙度值增大。

尽量减少在轮廓加工过程中使用暂停，目的是减少因工件弹性变形而留下刀痕。刀具切入和切出向外延图例刀具起点刀具终点4、选择加工后使工件变形小的走刀路线

针对一些特形或异形零件及薄壁零件的特点，选择加工路线对确保产品加工质量可起到保障作用。如：

细而长或一些薄壁件，可采用多次分层切削或对称切削的方法来安排走刀路线。

在安排时则应首先考虑工件刚性和破坏性较小的工步及部位入手。1.零件的安装确定零件的安装方法和对刀点、换刀点（1）尽量做到设计基准、工艺基准与编程计算基准统一。（2）尽量减少装夹次数，选择工序集中进行安排。（3）减少调整时间，避免工件装夹时间过长。改进前的装夹（易变形）改进前的装夹（易变形）改进后的装夹改进后的装夹或者2.对刀点与换刀点的确定对刀点就是在数控机床上加工零件时,刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开始执行,所以对刀点又称为程序起点或起刀点。对刀点的选择原则是:1)在机床上容易找正,加工中便于检查。2)便于用数字处理和简化程序编制。3)引起的加工误差小。对刀点指刀位点与对刀点的重合位置操作。刀位点

指刀具的定位基准点。

通常回转运动的刀具均以圆心点为刀位点，车刀，刨刀等则以刀尖为刀位点。

由于各类数控机床的操作方式各自不相同，对刀的方式也相应存在一些差异。刀位点换刀点指具备自动换刀功能的数控机床在更换刀具时的坐标位置。

该点的位置设定应以机床操作安全为重，防止在自动更换刀具时撞伤或划伤工件及机床其它部件。对刀点可以选在工件上,也可以选在工件外,比如选在机床上或夹具上,但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系,这样才能确定机床坐标系与工件坐标系的关系,如图4-8所示。对刀点既是程序的起点,也是程序的终点。因此在成批生产中,要考虑对刀点的重复精度,该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值(X0,Y0)来校核。确定零件的安装方法和对刀点、换刀点图4-8对刀点的设定切削用量三要素背吃刀量(切削深度)进给速度(进给量)主轴转速(切削速度)

选择刀具和切削用量切削用量确定的依据刀具耐用度加工实作经验机床性能及刚性工件材料及余量工件精度要求生产效率选择切削用量的基本原则：粗加工首先选取尽可能大的ap其次根据机床动力和刚性限制条件或已加工表面粗糙度的要求，选取尽可能大的f最后利用切削用量手册选取或者用公式计算确定vc半精、精加工在保证加工质量的前提下，兼顾必要的生产率高速或低速切削（避开切屑瘤区)进给量根据工件表面粗糙度的要求来确定较小的背吃刀量切削用量的选择特别提示：在实际应用中参阅有关刀具样本或相关资料选择切削用量至关重要！！切削用量的选择数控加工工艺分析与设计

1基准先行先粗后精先主后次先面后孔

2

3

4首先加工作为精基准的表面先粗加工，再半精加工和精加工先加工主要表面，后加工次要表面先加工平面，后加工孔切削加工顺序安排原则工序顺序的安排典型零件加工工艺分析已知该零件的毛坯为100mm×80mm×27mm的方形坯料，材料为45钢，且底面和四个轮廓面均已加工好，要求在立式加工中心上加工顶面、孔及沟槽。零件图样数控加工工艺分析与设计(1）先粗后精当加工零件精度要求较高时都要经过粗加工、半精加工、精加工阶段，如果精度要求更高，还包括光整加工等几个阶段。

（2）基准面先行原则用作精基准的表面应先加工。任何零件的加工过程总是先对定位基准进行粗加工和精加工，例如轴类零件总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆和端面；箱体类零件总是先加工定位用的平面及两个定位孔，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。

（3）先面后孔对于箱体、支架等零件，平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸又是以平面为基准的，故应先加工平面，然后加工孔。

（4）先主后次即先加工主要表面，然后加工次要表面。零件号101零件名称编制日期2003/10/5程序号O1011编制陈洪涛工步号程序段号工步内容刀具切削用量S功能F功能切深/mm1N11粗铣顶面端面铣刀（φ125）v=90m/minf=0.2mm/齿2.5S240F3002N12钻φ32，φ12孔中心孔中心钻（φ2）2.5S1000F1003N13钻φ32，φ12孔至φ11.5麻花钻（φ11.5）v=20m/minf=0.2mm/revS550F1104N14扩φ32孔至φ30麻花钻（φ30）v=25m/minf=0.3mm/revS280F855N15钻3-φ6孔至尺寸麻花钻（φ6）v=20m/minf=0.2mm/revS1100F2206N16粗铣φ60沉孔及沟槽立铣刀