第2章 数控车削加工技术.ppt

1、第2章 数控车削加工技术,2.1 数控车床概述 2.2 数控车床刀具与夹具系统 2.3 数控车削加工工艺 2.4 数控车床编程指令及要点 2.5 数控车床加工实例与操作,2.1 数控车床概述,本章提要 数控车床的用途、特点、结构与分类; 数控车床用刀具的类型、特点、选用及数控车床用刀具的材料和对刀具的要求; 数控车床用夹具的要求、种类、结构和特点; 数控车削加工工艺的基拙知识; 数控车削加工程序中编程指令的格式及应用; 数控车削加工实例; 数控车床的基本操作。,下一页,返回,2.1 数控车床概述,数控车床又称为CNC (Computer Numerical Control )车床，即用计算机数

2、字控制的车床普通车床是靠手工操作机床来完成各种切削加工，而数控车床是将编制好的加工程序输入到数控系统中，由数控系统通过车床X,Z坐标轴的伺服电动机去控制车床进给运动部件的动作顺序、移动量和进给速度，再配以主轴的旋转运动，便能加工出各种形状不同的轴类或盘类回转体零件。因此，数控车床是目前使用较为广泛的数控机床，约占数控机床总数的25 %。,下一页,返回,上一页,2.1 数控车床概述,2.1.1 数控车床的用途 数控车床与普通车床一样，也是用来加工轴类或盘类的回转体零件。但是由于数控车床是自动完成内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、螺纹等工序的切削加工，所以数控车床特别适合加工形状复杂的轴类或盘类零

3、件。 数控车床具有加工灵活，通用性强，能适应产品的品种和规格频繁变化的特点，能够满足新产品的开发和多品种、小批量、生产自动化的需求，因此被广泛应用于机械制造业，例如汽车制造厂、发动机制造厂等。,下一页,返回,上一页,2.1 数控车床概述,2.1.2 数控车床特点 由于数控车床刀架的纵向(Z向)和横向(X向)运动分别采用两台伺服电动机驱动，经滚珠丝杠传到滑板和刀架，不必使用交换齿轮、光杠等传动部件，所以传动链短;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，它可以按控制指令作无级变速，与主轴间无须再用多级齿轮副来进行变速，所以其主轴箱内的结构也比普通车床简单得多。故数控车床的结构大为简化

4、，其精度和刚度大大提高。另外，数控车床还具有轻拖动(刀架移动采用了滚珠丝杠副)，加工时冷却充分、防护较严密等特点。,下一页,返回,上一页,2.1 数控车床概述,2.1.3数控车床的结构与布局 1.数控车床的组成 图2-1为全功能型数控车床，一般由以下几部分组成。 机床本体。它是数控车床的机械部分，包括床身、主轴箱、刀架、尾座、进给机构等。 数控装置。它是数控车床的控制核心，其主体是有数控系统运行的一台计算机(包括CPU、存储器、CRT等)。 伺服驱动系统。它是数控车床切削工作的动力部分，主要实现主运动和进给运动，由伺服驱动电路和伺服驱动装置组成。伺服驱动装置主要有主轴电动机和进给驱动装置(步进

5、电动机或交、直流伺服电动机等)。,下一页,返回,上一页,2.1 数控车床概述,辅助装置。辅助装置是指数控车床的一些配套部件，包括液压、气动装置及冷却系统、润滑系统和排屑装置等。 2.数控车床的典型结构 下面主要介绍全功能型数控车床的典型结构。 (1)主传动系统 数控车床的主传动要求速度在一定范围内可调，有足够的功率，主轴回转轴心线的位置准确稳定，并有足够的刚性和抗振性。 全功能型数控车床的主轴变速是按照加工程序指令自动进行的。为确保机床主传动的精度，降低噪声，减少振动，主传动链要尽可能地缩短;为保证满足不同的加工工艺要求并能获得最低切削速度，主传动系统应能无级地大范围变速;,下一页,返回,上一

6、页,2.1 数控车床概述,为提高端面加工的生产率和加工质量，还应能实现恒切削速度控制。此外，主轴应能配合其他构件实现工件自动装夹。 图2-2所示为济南第一机床厂生产的MJ-50型数控车床的传动系统图。其中主运动传动系统由功率为11 , 15 kW的AC;伺服电动机驱动，经一级1: 1的带传动带动主轴旋转，使主轴在353 500 r/min的转速范围内实现无级调速，主轴箱内部省去了齿轮传动变速机构，因此减少了齿轮传动对主轴精度的影响，并且维修方便。另外，在主轴箱内还安装有脉冲编码器，主轴的运动通过同步带1: 1传到脉冲编码器。当主轴旋转时，脉冲编码器便发出检测脉冲信号给数控系统，使主轴电动机的旋

7、转与刀架的切削进给保持同步关系，即实现加工螺纹时主轴转一转，刀架Z向移动一个工件导程的运动关系。,下一页,返回,上一页,2.1 数控车床概述,(2)进给传动系统 数控车床进给传动系统是用数字控制X,Z坐标轴的直接对象，工件最后的尺寸精度和轮廓都直接受进给运动的传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为此，数控车床的进给传动系统应充分注意减少摩擦力，提高传动精度和刚度，消除传动间隙以及减少运动件的惯量。 为使全功能型数控车床进给传动系统满足高精度、快速响应、低速大转矩等要求，一般采用交、直流伺服进给驱动装置，通过滚珠丝杠螺母副带动刀架移动。刀架的快速移动和进给移动为同一条传动路线。如图2-2，MJ-50

8、数控车床的进给传动系统分为X轴进给传动和Z轴进给传动X轴进给由功率为0.9 kW的交流伺服电动机驱动，经20/24的同步带轮传动到滚珠丝杠，其螺母带动回转刀架移动， 滚珠丝杠螺距为6 mm。,下一页,返回,上一页,2.1 数控车床概述,Z轴进给由功率为1. 8 kW的交流伺服电动机驱动，经24/30的同步带轮传动到滚珠丝杠，其上螺母带动滑板移动。滚珠丝杠螺距为10 mm。 滚珠丝杠螺母轴向间隙可通过预紧方法消除，预紧载荷以能有效地减小弹性变形所带来的轴向位移为度，过大的预紧力将增加摩擦阻力，降低传动效率，并使寿命大为缩短。所以，一般要经过几次仔细调整才能保证机床在最大轴向载荷下，既消除间隙，又

9、能灵活运转。目前，丝杠螺母副已由专业厂生产，其预紧力由制造厂调好后供用户使用。 (3)自动回转刀架 数控车床的刀架是机床的重要组成部分，其结构直接影响机床的切削性能和工作效率回转式刀架上回转头各刀座用于安装或支持各种不同用途的刀具，通过回转头的旋转、分度和定位，实现机床的自动换刀。,下一页,返回,上一页,2.1 数控车床概述,回转刀架分度准确，定位可靠，重复定位精度高，转动速度快，夹紧性好，可以保证数控车床的高精度和高效率。按照回转刀架的回转轴相对于机床主轴的位置，可分为立式回转刀架和卧式回转刀架。 立式回转刀架。立式回转刀架的回转轴垂直于机床主轴，有四方刀架和六方刀架等外形，多用于经济型数控

10、车床上。 卧式回转刀架。卧式回转刀架的回转轴与机床主轴平行，可径向或轴向安装刀具径向刀具多用作外圆柱面及端面加工，轴向刀具多用作内孔加工。回转刀架的工位数最多可达20多个，常用的有8工位、10工位、12工位、14工位四种。刀架回转及松开夹紧的动力可采用全电动，全液压电动回转松开碟形弹簧夹紧，电动回转液压松开夹紧等。刀位计数采用光电编码器。,下一页,返回,上一页,2.1 数控车床概述,由于回转刀架机械结构复杂，使用中故障率相对较高，因此在选用及使用维护时要给予足够重视。MJ-50数控车床的自动回转刀架结构为卧式回转刀架的结构，其转位换刀过程为:当接收到数控系统的换刀指令后，刀盘松开刀盘旋转到指令

11、要求的刀位刀盘夹紧并发出结束信号。在机床自动工作状态下，当指定换刀的刀号后，数控系统可以通过内部的运算判断，实现刀盘就近转位换刀，即刀盘可正转也可反转。但当手动操作机床时，从刀盘方向观察，只允许刀盘顺时针转动换刀。 (4)机床尾座 如图2-3所示为MJ-50型数控车床出厂时配置的标准尾座结构简图。尾座体3的移动由滑板带动实现。尾座体移动后，由指令控制的液压缸将其锁紧在床身上。,下一页,返回,上一页,2.1 数控车床概述,在调整机床时，可以手动控制尾座套筒移动。顶尖1与尾座套筒2用锥孔连接，尾座套筒可带动顶尖一起移动。在机床自动工作循环中，可通过加工程序由数控系统控制尾座套筒的移动。当数控系统发

12、出尾座套筒伸出的指令后，液压电磁阀动作，压力油通过活塞杆4的内孔进入套筒液压缸的左腔，推动尾座套筒伸出。当数控系统指令其退回时，压力油进入套筒液压缸右腔，从而使尾座套筒退回。图2-3中5为端盖。 尾座套筒移动的行程，靠调整套筒外部连接的行程杆10上面的移动挡块6来完成。当图2-3所示移动挡块的位置在右端极限位置时，套筒的行程最长。当套筒伸出到位时，行程杆上的挡块6压下确认开关9，向数控系统发出尾座套筒到位信号。当套筒退回时，行程杆上的固定挡块7压下确认开关8，向数控系统发出套筒退回的确认信号。,下一页,返回,上一页,2.1 数控车床概述,3.数控车床的布局 数控车床的形式与普通车床基本一致，但

13、数控车床的刀架和导轨的布局形式有很大变化，直接影响着数控车床的使用性能及机床的结构和外观。此外，在数控车床上没有封闭的防护装置。 (1)床身和导轨的布局 数控车床床身导轨水平面的相对位置如图2-4所示。 如图2-4 (a)所示为平床身的布局。它的工艺性好，便于导轨面的加工。水平床身配上水平放置的刀架，可提高刀架的运动精度。这种布局一般可用于大型数控车床或小型精密数控车床上。但是水平床身由于下部空间小，因而排屑困难。从结构尺寸上看，刀架水平放置使滑板横向尺寸较长，从而加大了机床宽度方向的结构尺寸。,下一页,返回,上一页,2.1 数控车床概述,如图2-4(b) 为斜床身的布局。其导轨倾斜的角度分别

14、为30 , 45 , 60 和75 等。当导轨倾斜的角度为90时，称为立床身，如图2-4(d)。倾斜角度小，排屑不便;倾斜角度大，导轨的导向性及受力情况差。倾斜角度的大小还直接影响机床外形尺寸高度与宽度的比例。综合考虑以上因素，中小规格的数控车床，其床身的倾斜度以60 为宜。 如图2-4(c)所示为平床身斜滑板的布局。这种布局形式一方面具有水平床身工艺性好的特点，另一方面机床宽度方向的尺寸较水平配置滑板的要小，且排屑方便。平床身斜滑板和斜床身的布局形式，被中小型数控车床普遍采用。这是由于这两种布局形式排屑容易，热切屑不会堆积在导轨上，也便于安装自动排屑器;操作方便，易于安装机械手，以实现单机自

15、动化;机床占地面积小，外形美观，容易实现封闭防护。,下一页,返回,上一页,2.1 数控车床概述,(2)刀架的布局 分为排式刀架和回转式刀架两大类。目前两坐标联动数控车床多采用回转刀架，它在机床上的布局有两种形式:一种是用于加工盘类零件的回转刀架，其回转轴垂直于主轴;另一种是用于加工轴类和盘类零件的回转刀架，其回转轴平行于主轴。 四坐标轴控制的数控车床，床身上安装有两个独立的滑板和回转刀架，也称为双刀架四坐标数控车床。其上每个刀架的切削进给量是分别控制的，因此两刀架可以同时切削同一工件的不同部位，既扩大了加工范围，又提高了加工效率，适合于加工曲轴、飞机零件等形状复杂、批量较大的零件。,下一页,返

16、回,上一页,2.1 数控车床概述,2.1.4 数控车床分类 随着数控车床制造技术的不断发展，形成了产品繁多、规格不一的局面，因而也出现了几种不同的分类方法 1.按数控系统的功能分类 经济型数控车床。它一般采用步进电动机驱动形成开环伺服系统，其控制部分采用单板机或单片机。此类车床结构简单，价格低廉，无刀尖圆弧半径自动补偿和恒线速切削等功能。 全功能型数控车床。如图2-1所示，它一般采用闭环控制系统，具有高刚度、高精度和高效率等特点。,下一页,返回,上一页,2.1 数控车床概述,车削中心。它是以全功能型数控车床为主体，并配置刀库、换刀装置、分度装置、铣削动力头和机械手等，实现多工序复合加工的机床，

17、在工件一次装夹后，可完成回转类零件的车、铣、钻、铰、攻丝等多种加工工序，其功能全面，但价格较高。 FMC车床。它实际上是一个由数控车床、机器人等构成的柔性加工单元。它能实现工件搬运，装卸的自动化和加工调整准备的自动化。 2.按加工零件的基本类型分类 卡盘式数控车床。这类车床未设置尾座，适于车削盘类零件。其夹紧方式多为电动或液压控制，卡盘结构多数具有卡爪。 顶尖式数控车床。这类车床设置有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的轴类零件及直径不太大的盘、套类零件。,下一页,返回,上一页,2.1 数控车床概述,3.按主轴的配置形式分类 卧式数控车床。其主轴轴线处于水平位置，可以分为水平导轨卧式数控车床和倾

18、斜导轨卧式数控车床(其倾斜导轨卧式结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排屑)。 立式数控车床。其主轴轴线处于垂直位置，并有一个直径很大的圆形工作台，供装夹工件用。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸较小的大型复杂零件。 具有2个主轴的车床称为双轴卧式数控车床或双轴立式数控车床。,下一页,返回,上一页,2.1 数控车床概述,4.其他分类 按数控系统的不同控制方式等指标，数控车床可分为直线控制数控车床、轮廓控制数控车床等;按特殊或专门的工艺性能可分为螺纹数控车床、活塞数控车床、曲轴数控车床等;按刀架数量可分为单刀架数控车床和双刀架数控车床;另外也有把车削中心列为数控车床一类的。,返回,上一页,

19、2.2 数控车床刀具与夹具系统,2.2.1 刀具材料及其应具备的基本性能 1.刀具材料 与刀具的组成一样，刀具材料也分为刀柄材料和刀片材料。刀柄一般采用45#钢锻造，经过铣削加工而得。随着数控机床的日益普及，对机床刀具的要求越来越高，对刀柄的要求日益提高，对车刀刀柄的公差要求也提高了很多。现在谈论的刀具材料主要是指刀具切削部分(即刀片)的材料。刀具切削性能的优劣，主要取决于刀片的材料，其次取决于刀具几何参数和刀具结构的设计，再次取决于刀具切削用量的选用和刀具的安装情况。目前，经常使用的刀具材料有高速钢和硬质合金两大类，随着加工技术的不断发展，一些特种材料，如陶瓷材料和超硬刀具材料(金刚石和立方

20、氮化硼)也得到一定的应用。,下一页,返回,2.2 数控车床刀具与夹具系统,后者具有硬度高、抗磨性能好，可以保证较好的加工质量和加工效率等优点，但由于价格因素的限制，使用范围不如前者高。 (1)高速钢 高速钢是指含有较多的钨、铬、钼、钒等合金元素的高合金工具钢。高速钢按用途的不同可分为通用型高速钢和高性能高速钢。 通用型高速钢。通用型高速钢具有一定的硬度(6366 HRC)和耐磨性、较高的强度和韧性。在加工一般钢材料时，切削速度为5060 m/min不适于进行高速切削和超硬材料的加工。主要牌号为W18Cr4V和W6Mo5Cr4V2，后者在强度、韧性上优于前者，但热稳定性稍差。 高性能高速钢。它是

21、在通用型高速钢的基础上，通过增加碳、钒等元素的含量或添加钴、铝等合金元素得到的耐热性、耐磨性更高的新钢种。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,高性能高速钢在630650时仍可保持60 HRC的硬度，其耐用度是通用型高速钢的1. 53倍。适用于加工奥氏体不锈钢、高温合金、铁合金、超高强度钢等难加工材料。但这类钢种的综合性能不如通用型高速钢，不同的牌号只有在各自规定的切削条件下，才能达到良好的加工效果，因此其使用范围受到限制。常用的牌号有:9W18CrV, 9W6Mo5Cr4V2, W6Mo5Cr4V3,W6Mo5 Cr4V2Co8及W6Mo5 Cr4V2Al等。 (2)硬质合

22、金 硬质合金是由硬度和熔点都很高的的碳化物(WC , TiC , TaC , NbC等)，用Co, Mo,Ni等元素充当黏结剂而制成的粉末冶金制品。其常温硬度可达7882 HRC，能够在8001 000的高温下使用，允许的切削速度是高速钢的410倍。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,但其冲击韧性与抗弯强度远比高速钢低，故很少做成整体式刀具。在实际使用中，一般将硬质合金刀片用焊接或机械夹固的方式固定在刀体上。 常用的硬质合金有三大类: 钨钴类硬质合金(代号为YG )。由碳化钨和钴组成。这类硬质合金韧性较好，但硬度和耐磨性较差，适用于加工脆性材料(如铸铁等)。钨钴类硬质合金中

23、含钴越多，则韧性越好。常用的牌号有YG8 , YG6 , YG3，它们制造的刀具依次适用于粗加工、半精加工和精加工。 钨钛钴类硬质合金(代号为YT )。由碳化钨、碳化钛和钴组成。这类硬质合金耐热性和耐磨性较好，但抗冲击韧性较差，适用于切屑呈带状的钢料等塑性材料。常用的牌号有YT5 , YT15 , YT30等，其中的数字表示碳化钛的含量。碳化钛的含量越高，则耐磨性越好、韧性越低。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,这三种牌号的钨钛钴类硬质合金制造的刀具分别适用于粗加工、半精加工和精加工。 钨钛钮(铌)类硬质合金(代号为YW)。由在钨钛钴类硬质合金中加入少量的碳化钮(TaC)

24、或碳化铌(NbC)组成。它具有上述两类硬质合金的优点，其制造的刀具既能加工钢、铸铁、有色金属，也能加工高温合金、耐热合金及合金铸铁等难加工材料。常用的牌号有YW1和YW2。 (3)特种刀具材料 涂层刀具材料。这种材料是在韧性较好的硬质合金基体上或高速钢基体上，采用化学气相沉积(CVD)法或物理气相沉积(PVD)法涂覆一薄层硬质和耐磨性极高的难熔金属化合物而得到的刀具材料。通过这种方法，使刀具既具有基体材料的强度和韧性，又具有很高的耐磨性。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,常用的涂层材料有TiC , TiN , Al2O3等。其中碳化钛(TiC)的硬度和耐磨性好，氮化钛(T

25、iN)的抗氧化、抗粘结性好，氧化铝(Al2O3)的耐热性好，使用时可根据不同的需要选择涂层材料。 陶瓷材料。主要成分是Al2O3。陶瓷刀片的硬度可达78 HRC以上，能耐1 2001 450的高温，故能承受较高的切削速度。但抗弯强度低，怕冲击，易崩刃。主要用于钢、灰铸铁、淬火铸铁、球墨铸铁、耐热合金及高精度零件的精加工。 金刚石材料。金刚石材料分为人造金刚石和天然金刚石两种。一般采用人造金刚石作为刀具材料。其硬度极高，可达10 000 HV(一般的硬质合金仅为1 3001 800 HV)。其耐磨性是硬质合金的80120倍。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,但韧性较差，对铁

26、族材料亲和力大，因此一般不适合加工钢铁材料，主要用于有色金属以及非金属材料的高速精加工。 立方氮化硼(CNB)。立方氮化硼是人工合成的一种高硬度材料，其硬度可达7 3009 000 HV，可耐1 3001 500的高温，与铁族元素的亲和力小。但其强度低，焊接性差，目前主要用于加工淬硬钢、冷硬铸铁、高温合金和一些难加工材料。 2.刀具材料的性能 刀具切削时，在承受较大压力的同时，还与切屑、工件产生剧烈的摩擦，由此而产生较高的切削温度。在加工余量不均匀和切削断续表面时，刀具将受到冲击和产生振动。为此，刀具切削部分的材料应具备下列基本性能。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,(1

27、)强度高 为适应刀具在粗加工或对高硬度材料的零件加工时，能有较大切削尝试和快进给，要求刀具必须具有足够的强度。 (2)精度高 为适应数控加工的高精度和自动换刀等要求，刀具及其刀夹都必须具有较高的精度，如有的整体式立铣刀的径向尺寸精度高达0. 005 mm. (3)切削速度和进给速度高 为提高生产效率并适应一些特殊加工的需要，刀具应能满足高切削速度或进给速度的要求。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,(4)可靠性好。要保证数控加工中不会因发生刀具意外的损坏及潜在缺陷而影响到加工的顺利进行，要求刀具及与之组合的附件必须具有很好的可靠性和较强的适应性。 (5)使用寿命长 刀具在切

28、削过程中不断磨损，会造成加工尺寸的变化，伴随刀具的磨损，还会因切削刃(或刀尖)变钝，使切削阻力增大，既会使被加工零件的表面精度下降，同时还会加剧其磨损，形成恶性循环。因此，数控加工中的刀具，不论在粗加工、精加工或特殊加工中，都应具有比普通机床加工所用刀具更高的使用寿命，以尽量减少更换或修磨刀具及对刀的次数，从而保证零件的加工质量，提高生产效率。 (6)断屑及排屑性能好,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,有效断屑及排屑性能的好坏对保证数控机床顺利、安全地运行具有非常重要的意义。在车削加工时，如果车刀的断屑性能不好，车出的螺旋形切屑就会缠绕在刀头、工件或刀架上，既可能损坏车刀(

29、特别是刀尖)，又可能割伤已加工好的表面，甚至会发生伤人和损害设备的事故。因此，数控车削加工所用的硬质合金刀片，常常采用三维断屑槽，以增大断屑范围，改善断屑性能。另外，车刀的排屑性能不好，会使切屑在前刀面或在断屑槽内堆积，加大切削刃(刀尖)与工件间的摩擦，加快其磨损，降低零件的表面质量，还可能产生积屑瘤，影响车刀的切削性能。因此，应对车刀采取减小前刀面(或断屑槽)的摩擦等措施(如特殊涂层处理及改善刃磨效果等)。对于内孔车刀，需要时还可考虑从刀杆的里面引入切削液，并具有从刀头附近喷出冲排切屑的结构。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,2.2.2 刀具的种类、结构与应用 1.常用

30、车刀的刀位点 刀位点是表示刀具特征的点。常用车刀的刀位点如图2-5所示。 2.数控车削用刀具的类型 数控车削用刀具一般分为三类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀。 (1)车刀类型 尖形车刀。以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀。这类车刀的刀尖(同时也为其刀位点)由直线形的主、副切削刃构成，如90内、外圆车刀，左、右端面车刀，切断(车槽)车刀及刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,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一条直线形主切削刃位移后得到，它与另两类车刀加工时零件轮廓形状的成形原理截然不同。 圆弧形车刀(图2

31、-6)。圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀。其特征是:构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或轮廓度误差很小的圆弧;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工零件的形状无关，并可按需要灵活确定或经测定后确认。利用刀尖圆弧半径补偿后，仍按零件轮廓编程。当某些尖形车刀或成形车刀(如螺纹车刀)的刀尖具有一定的圆弧形状时，也可作为这类车刀使用。圆弧形车刀可以用于车削内、外表面，特别适宜于车削各种光滑连接(凹型)的成形面。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,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切削

32、刃的形状和尺寸决定。 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)车刀类型的确认 在数控车削中，有时一把车刀可同属不同类型。现以加工孔时所用的特殊内孔车刀(图2-7)为例，对该车刀所属类型进行分析。 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R 0. 2 mm圆弧轮廓而言，可属成形车刀性质。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,如果车刀刀尖的形状为一圆弧，编程时又考虑了对其经测量认定的刀具

33、圆弧半径，并进行刀尖半径补偿时，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。 通过以上分析可以看出，确认数控车刀的类型，必须考虑到车刀切削部分的形状及零件轮廓的形成原理(包括编程因素)这两个方面。 3.常用车刀的几何参数选择 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，正确选择刀具的几何形状及有关参数。 (1)尖形车刀的几何参数选择,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,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，如进给路

34、线及加工干涉等进行全面考虑。例如，在加工如图2-8的零件时，要使其左右两个45锥面由一把车刀加工出来，并使车刀的切削刃在车削圆锥面时不致发生加工干涉。又如，在车削如图2-9的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图2-10 (前角为0 )，这样刀具可将其内圆弧面和右端端面一刀车出，从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。当副偏角的大小，大于作图或计算所得不发生干涉的极限角度6 8 时即可。当确定几何角度困难或无法确定时(如尖形车刀加工接近于半个凹圆弧的轮廓等)，则应考虑选择其他类型车刀后，再确定其几何角度。,下一页,返回,上

35、一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,(2)圆弧形车刀的几何参数 圆弧形车刀的选用。对于某些精度要求较高的凹曲面车削(图2-11 )或大外圆弧面的批量车削，以及尖形车刀所不能完成的加工，宜选用圆弧形车刀进行。圆弧形车刀具有宽刃切削(修光)性质，能使精车余量保持均匀而改善切削性能，还能一刀车出跨多个象限的圆弧面。 当如图2-12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。当曲面形状精度和表面粗糙度均要求较高时，选择尖形车刀加工就不合适了，因为车刀主切削刃的实际切削深度在圆弧轮廓段总是不均匀的，如图2-11所示。当车刀主切削刃靠近其圆弧终点时，该位置上的切削深度a1将大大超过其圆弧起

36、点位置上的切削深度a，致使切削阻力增大，则可能产生较大的轮廓度误差，并增大其表面粗糙度数值。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,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，主要为车刀圆弧切削刃的形状及半径。 选择车刀圆弧半径的大小时，应考虑两点:第一，车刀切削刃的圆弧半径应不大于零件凹形轮廓上的最小半径，以免发生加工干涉;第二，该半径不宜选择太小，否则既难以制造，又会因其刀头强度太弱或刀体散热能力差，使车刀受到损坏。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(大于0时)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。圆弧形车刀前

37、、后刀面的特殊形状，是为满足在切削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。为了制造车刀的方便，在精车时，其前角多选择为0 (无凹球面)。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,4.机夹可转位车刀的选用 为了减少换刀时间和方便对刀，并便于实现机械加工的标准化，在数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹刀片，机夹刀片常用可转位车刀。 (1)刀片材质的选择 其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金。选择刀片材质的主要依据是被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动等。 (2)可转位车刀的选用 刀片的紧固

38、方式。在国家标准中，一般紧固方式有上压式(指令代码为C)、上压与销孔夹紧式(指令代码为M )、销孔夹紧式(指令代码为P)和螺钉夹紧式(指令代码为S)四种。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,刀片外形的选择。刀片外形与加工的对象、刀具的主偏角、刀尖角和有效刃数等有关。在选用时，应根据加工条件恶劣与否，按重、中、轻切削有针对性地选择。在机床刚性和功率允许的条件下，大余量、粗加工应选用刀尖角较大的刀片，小余量、精加工宜选用刀尖角较小的刀片。 刀杆头部形式的选择。刀杆头部形式按主偏角和直头、弯头可分为1518种，各形式规定了相应的代码，国家标准和刀具样本中都一一列出，可以根据实际情

39、况选择。 刀片后角的选择。常用的刀片后角有N (0), C (7), P (11), E (20)等。一般粗加工、半精加工可用N型;半精加工、精加工可用C, P型。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,左右手刀柄的选择。左右手刀柄有R(右手)、L(左手)、N(左右手)三种。选择时要考虑车床刀架是前置式还是后置式、主轴的旋转方向以及需要的进给方向等。 刀尖圆弧半径的选择。刀尖圆弧半径不仅影响切削效率，而且关系到被加工表面的粗糙度及加工精度。从刀尖圆弧半径与最大进给量关系来看，最大进给量不应超过刀尖圆弧半径尺寸的80% ,否则将恶化切削条件。因此，从断屑可靠出发，通常对于小余量、

40、小进给车削加工应采用小的刀尖圆弧半径，反之宜采用较大的刀尖圆弧半径。 粗加工时，要注意以下几点: 为提高切削刃强度，应尽可能选取大刀尖半径的刀片，大刀尖半径可允许大进给;,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,在有振动倾向时，则选择较小的刀尖半径; 常用刀尖半径为1. 21. 6 mm; 粗车时进给量不能超过所给出的最大进给量，作为经验法则，一般进给量可取为刀尖圆弧半径的一半。 精加工时，应注意以下几点: 精加工的表面质量不仅受刀尖圆弧半径和进给量的影响，而且受工件装夹稳定性、夹具和机床的整体条件等因素的影响; 在有振动倾向时选择较小的刀尖半径; 非涂层刀片比涂层刀片加工的表面

41、质量高。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,2.2.3 数控车床用工艺装备与夹具 1.车床工装夹具的概念 (1)车床夹具的定义与分类 在车床上用来装夹工件的装置称为车床夹具。车床夹具可分为通用夹具和专用夹具两大类。通用夹具是指能够装夹两种或两种以上工件的同一夹具，例如车床上的三爪自定心卡盘、四爪单动卡盘、弹簧卡套和通用心轴等;专用夹具是专门为加工某一指定工件的某一工序而设计的夹具。如按夹具装置组合特点划分，则有不能重新组合夹具和能够重新组合夹具，后者称为组合夹具。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,(2)夹具作用 夹具用来装夹被加工工件以完成加工过程，同

42、时要保证被加工工件的定位精度，并使装卸尽可能方便、快捷。 选择夹具时通常先考虑选择通用夹具，这样可避免制造专用夹具。 专用夹具是针对通用夹具无法装夹的某一工件或工序而设计的，下面对专用夹具的作用作一总结。 保证产品质量。被加工工件的某些精度是由机床夹具来保证的。夹具应能提供合适的加紧力，既不能因为加紧力过小导致被加工工件在切削过程中松动，又不能因为加紧力过大而导致被加工工件变形或损坏工件表面。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,提高加工效率。夹具应能便于被加工工件的装卸，例如采用液压装置能使操作者降低劳动强度，同时节省机床辅助时间，达到提高加工效率的目的。 解决车床加工中的

43、特殊装夹问题。对于不能使用通用夹具装夹的工件通常需要设计专用夹具。 扩大机床的使用范围。使用专用夹具可以完成非套类、非盘类零件的孔、轴、槽和螺纹等的加工，可扩大机床的使用范围。 2.车削时工件的装夹方式和夹具装置 (1)三爪自定心卡盘 三爪自定心卡盘(图2-13)是最常用的车床通用夹具，适用于装夹截面为圆形、三角形、六边形的轴类和盘类中小型零件。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,三爪自定心卡盘的最大优点是可以自动定心，夹持范围大，但定心精度存在误差，不适于同轴度要求高的工件的二次装夹。 三爪自定心卡盘最常见的有机械式和液压式两种。液压三爪自定心卡盘装夹迅速、方便，但夹持范

44、围变化较小，尺寸变化大时需要重新调整卡爪位置。数控车床经常采用液压三爪自定心卡盘，液压三爪自定心卡盘还特别适于批量加工。 (2)软爪 由于三爪自定心卡盘的定心精度不高，因此当加工同轴度要求较高的工件二次装夹时，常常使用软爪，软爪也有机械式和液压式两种。软爪是一种具有切削性能的夹爪。通常三爪自定心卡盘为保证刚度和耐磨性要进行热处理，硬度较高，很难用常用刀具切削。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,软爪是在使用前配合被加工工件特别制造的，加工软爪时要注意以下几方面的问题: 软爪要在与使用时相同的夹紧状态下加工，以免在加工过程中松动和由于反向间隙而引起定心误差。加工软爪内定位表面

45、时，要在软爪尾部夹紧一适当的棒料，以消除卡盘端面螺纹的间隙，如图2-14所示。 当被加工工件以外圆定位时，软爪内径应与工件外圆直径相同，略小更好，如图2-15所示，其目的是消除夹盘的定位间隙，增加软爪与工件的接触面积。软爪内径大于工件外径会导致软爪与工件形成三点接触，如图2-16所示，此种情况接触面积小，夹紧牢固程度差，应尽量避免。软爪内径过小(图2-17)会形成六点接触，一方面会在被加工表面留下压痕，同时也使软爪接触面变形。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,(3)弹簧夹套 弹簧夹套定心精度高，装夹工件快速方便，常用于精加工的外圆表面定位。弹簧夹套特别适用于尺寸精度较高、

46、表面质量较好的冷拔圆棒料，若配以自动送料器，可实现自动上料。弹簧夹套夹持工件的内孔是标准系列，并非任意直径。 (4)四爪单动卡盘 当加工精度要求不高、偏心距较小、零件长度较短时，可采用四爪单动卡盘，如图2-18所示。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,(5)顶尖装夹 较长的轴类工件在加工时常用顶尖装夹，如图2-19所示，工件支承在前后两顶尖之间，工件的一端用鸡心夹头夹紧，由安装在主轴上的拨盘带动旋转。这种方法定位精度高，能保证轴类零件的同轴度。另外，还可以用一夹一顶的方法装夹(将工件一端用主轴上的三爪自定心卡盘夹持，另一端用尾座上的顶尖安装)，这种方法夹紧力较大，适于轴类零

47、件的粗加工和半精加工，当工件调头加工时不能保证同轴度。精加工应采用两顶尖装夹。,下一页,返回,上一页,2.2 数控车床刀具与夹具系统,顶尖的结构有两种:一种是死顶尖，另一种是活顶尖(图2-20)。死顶尖又称为普通顶尖，顶尖头部带有60锥形尖端，用来顶在工件的中心孔内，以支撑工件;莫氏锥体的尾部安装在主轴孔或尾座孔内(活顶尖只用在尾座上)。由于主轴孔较顶尖锥体大，因此，安装时须采用变径套安装。 用顶尖装夹工件时，须在工件两端面用中心钻加工出中心孔，如图2-21所示。中心孔分普通中心孔(A型中心孔)和双锥面中心孔(B型中心孔)。中心孔要求光滑平整，在用死顶尖安装工件时，中、自孔内应加入润滑脂。,返

48、回,上一页,2.3 数控车削加工工艺,2.3.1 数控车削主要加工对象 数控车削是数控加工中用得最多的加工方法之一。由于数控车床具有加工精度高、能作直线和圆弧插补以及在加工过程中能自动变速的特点，因此，其工艺范围较普通车床宽得多。凡是能在数控车床上装夹的回转体零件都能在数控车床上加工。针对数控车床的特点，下列几种零件最适合数控车削加工。 1.精度要求高的回转体零件 由于数控车床刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工尺寸精度要求较高的零件。在有些场合可以以车代磨。,下一页,返回,2.3 数控车削加工工艺,此外，数控车削的刀具运动是通过高精度插补运算和伺服驱

49、动来实现的，再加上机床的刚性好和制造精度高，所以能加工对母线直线度、圆度、圆柱度等形状精度要求高的零件。对于圆弧以及其他曲线轮廓，加工出的形状与图样上所要求的几何形状的接近程度比仿形车床要高得多。数控车床对提高位置精度还特别有效不少位置精度要求高的零件用普通车床车削时，因机床制造精度低，工件装夹次数多而达不到要求，只能在车削后用磨削或其他方法弥补。例如，如图2-22所示的轴承内圈，原采用三台液压半自动车床和一台液压仿形车床加工，需多次装夹，因而造成较大的壁厚差，达不到图样要求，后改用数控车床加工，一次装夹即可完成滚道和内孔的车削，壁厚差大为减小，且加工质量稳定。,下一页,返回,上一页,2.3

50、数控车削加工工艺,2.表面粗糙度要求高的回转体零件 数控车床具有恒线速切削功能，能加工出表面粗糙度值小而均匀的零件。在材质、精车余量和刀具已定的情况下，表面粗糙度仅取决于进给量和切削速度。在普通车床上车削锥面和端面时，由于转速恒定不变，致使车削后的表面粗糙度不一致。使用数控车床的恒线速切削功能，就可以选择最佳线速度来切削锥面和端面，使车削后的表面粗糙度值既小又一致。数控车削还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的零件，粗糙度值要求大的部位选用大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。,下一页,返回,上一页,2.3 数控车削加工工艺,3.表面形状复杂的回转体零件 由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，

51、所以可以车削由任意直线和曲线组成的形状复杂的回转体零件。如图2-23所示的壳体零件封闭内腔的成形面，在普通车床上是无法加工的，而在数控车床上则很容易加工出来。 4.带特殊螺纹的回转体零件 普通车床所能加工的螺纹相当有限，并且一台车床只能限定加工若干种导程的螺纹。数控车床不但能车削出任何等导程的直、锥和端面螺纹，而且能车削变导程，以及要求等导程与变导程之间平滑过渡的螺纹。数控车床可以配备精密螺纹车削功能，再加上一般采用硬质合金刀片，以及可以使用较高的转速，所以车出的螺纹精度高、表面粗糙度小。,下一页,返回,上一页,2.3 数控车削加工工艺,2.3.2 车削加工工艺的特点与内容 1.数控车削加工工

52、艺的特点 工艺规程是工人在加工时的指导文件。由于普通车床受控于操作工人，因此，在普通车床上用的工艺规程实际上只是一个工艺过程卡，车床的车削用量、进给路线、工序的工步等往往都是由操作工人自行选定。数控车床加工的程序是数控车床的指令性文件，数控车床受控于程序指令，加工的全过程都是按程序指令自动进行的。因此，数控车床加工程序与普通。车床的工艺规程有较大差别，涉及的内容也较广。数控车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、进给路线、刀具尺寸以及车床的运动过程。,下一页,返回,上一页,2.3 数控车削加工工艺,2.数控车床加工工艺的主要内容 数控车床加工工艺主要包括以下内容: 选择适合

53、在数控车床上加工的零件，确定工序内容。 分析被加工零件的图样，明确加工内容及技术要求。 确定零件的加工方案，确定数控加工工艺路线。如划分工序、安排加工顺序、处理与非数控加工工序的衔接等。 加工工序的设计。如选取零件的定位基准、装夹方案的确定、工步划分、刀具选择和确定切削用量等。 数控加工程序的调整。如选取对刀点和换刀点、确定刀具补偿及确定加工路线等。,下一页,返回,上一页,2.3 数控车削加工工艺,2.3.3 数控车削加工的工艺分析 理想的加工程序不仅应保证加工出符合图样的合格零件，同时应能使数控机床的功能得到合理的应用和充分的发挥。除必须熟练掌握其性能、特点和使用操作方法外，还必须在编程之前

54、正确地确定加工工艺。 由于生产规模的差异，对于同一零件的车削加工方案是有所不同的，应根据具体条件，选择经济、合理的车削工艺方案。 1.加工工序划分 在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，一次装夹应尽可能完成全部工序。与普通机床加工相比，加工工序划分有其自己的特点，常用的工序划分原则有以下两种。,下一页,返回,上一页,2.3 数控车削加工工艺,保证精度原则。数控加工要求工序尽可能集中，通常粗、精加工在一次装夹下完成，为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。对轴类或盘类零件，将待加工面先粗加工，留少量余量再精加工，以保证表面质量要求。对

55、轴上有孔、螺纹加工的工件，应先加工表面而后加工孔、螺纹。 提高生产效率的原则。在数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应在需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其他部位。同时应尽量减少空行程，当用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。 在实际生产中，数控加工工序的划分要求根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。,下一页,返回,上一页,2.3 数控车削加工工艺,2.加工路线的确定 在数控加工中，刀具(严格说是刀位点)相对于工件的运动轨迹和方向称为加工路线，即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入，返回

56、等非切削空行程。加工路线的确定首先必须保持被加工零件的尺寸精度和表面质量，其次考虑数值计算应简单、走刀路线要尽量短、效率应较高等因素。下面举例分析数控车床加工零件时常用的加工路线。 (1)车圆锥的加工路线分析 在车床上车外圆锥时可以分为车正锥和车倒锥两种情况，而每一种情况又有两种加工路线。如图2-24所示为车正锥的两种加工路线。,下一页,返回,上一页,2.3 数控车削加工工艺,当按图2-24 (a)车正锥时，需要计算终刀距S。假设圆锥大径为D，小径为d，锥长为L，背吃刀量为aP，则由相似三角形可得 (D-d )/2L= aP /S 则S=2L aP /( D-d)，按此种加工路线，刀具切削运动

57、的距离较短。 当按图2-24(b)的走刀路线车正锥时，则不需要计算终刀距S，只要确定了背吃刀量aP即可车出圆锥轮廓，编程方便。但在每次切削中背吃刀量是变化的，且刀切削运动的路线较长。 图2-25(a)、图2-25(b)为车倒锥的两种加工路线，分别与图2-24(a)、图2-24(b)相对应，其车锥原理与正锥相同。,下一页,返回,上一页,2.3 数控车削加工工艺,(2)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，实际切削时，需要多刀加工，先将大部分余量切除，最后才车得所需圆弧。 图2-26为车圆弧的车圆法切削路线。即用不同半径圆

58、来车削，最后将所需圆弧加工出来此方法在确定了每次背吃刀量aP后，对90圆弧的起点、终点坐标较易确定图2-26 (a)的走刀路线较短，但图2-26 (b)加工的空行程时间较长。此方法数值计算简单，编程方便，常用于较复杂的圆弧。图2-27为车圆弧的车锥法切削路线，即先车一个圆锥，再车圆弧。但要注意车圆锥时的起点和终点的确定。,下一页,返回,上一页,2.3 数控车削加工工艺,若确定不好，则可能损坏圆弧表面，也可能将余量留得过大。确定方法是连接OB交圆弧于D，过D点作圆弧的切线AC。 由几何关系得 CD=OB-OD= R-R=0. 4148 此为车锥时的最大切削余量，即车锥时，加工路线不能超过AB线。

59、由CD与ABC的关系，可得 AB=BC= CD=0. 585R 这样可确定出车锥时的起点和终点。当R不太大时，可取 AB=BC=0. 5R 此方法数值计算较繁琐，但其刀具切削路线较短。,下一页,返回,上一页,2.3 数控车削加工工艺,(3)车螺纹时轴向进给距离的分析 车螺纹时，刀具沿螺纹方向的进给应与工件主轴旋转保持严格的速比关系。考虑到刀具从停止状态到达指定的进给速度或从指定的进给速度降至零，驱动系统必有一个过渡过程，因此沿轴向进给的加工路线长度，除应保证加工螺纹长度外，还应增加1 ( 25 mm)的刀具引入距离和 2 ( 12 mm)的刀具引出距离，如图2-28所示。这样在切削螺纹时，能保证在升速完成后使刀具接触工件，刀具离开工件后再降速。 3.数控车削加