项目一数控车削加工工艺分析

项目一数控车削加工工艺分析项目导入1.1相关知识1.2项目实施1.31.1项目导入图1-1轴承座图1-1所示为轴承座零件图，材料为45#钢，毛坯为80×120mm棒料，小批量生产。要求分析其数控车削加工工艺，编制数控加工工序卡、数控车削加工刀具卡。1.2相关知识1.2.1数控车削加工工艺内容的选择1.2.2数控加工零件图的工艺性分析1.2.3数控车削加工工艺路线的拟定1.2.4零件的定位与夹具的选择1.2.5数控车削加工刀具及其选择1.2.6数控车削加工的切削用量选择1.2.7对刀点与换刀点的确定1.2.8数控编程中的数值计算1.2.9数控加工的工艺文件编制1.2.1数控车削加工工艺内容的选择1．适于数控车削加工的内容数控车削主要的加工对象是：精度要求高的回转体零件；表面粗糙度要求高的回转体零件；轮廓形状特别复杂的零件；带特殊螺纹的回转体零件等。2．不适于数控车削加工的内容（1）占机调整时间长。（2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。（3）按某些特定的制造依据（如样板、样件、模胎等）加工的型面轮廓。1.2.2数控加工零件图的工艺性分析1．尺寸标注应符合数控加工的特点2．几何要素的条件应完整、准确3．尺精度及技术要求分析4．统一几何类型及尺寸1.2.3数控车削加工工艺路线的拟定1．加工方法的选择数控车削内、外回转表面的加工方案的确定，应注意以下几点。（1）加工精度为IT8～IT9级、表面粗糙度Ra1.6～3.2m、除淬火钢以外的常用金属，可采用普通型数控车床，按粗车、半精车、精车的方案加工。（2）加工精度为IT6～IT7级、表面粗糙度Ra0.2～0.63m、除淬火钢以外的常用金属，可采用精密型数控车床，按粗车、半精车、精车、细车的方案加工。（3）加工精度为IT5级、表面粗糙度Ra＜0.2m的除淬火钢以外的常用金属，可采用高档精密型数控车床，按粗车、半精车、精车、精密车的方案加工。2．工序的划分（1）工序的划分的原则。工序的划分原则有工序集中原则和工序分散原则两种。（2）工序划分方法。在数控机床上加工的零件，一般按工序集中原则划分工序。（3）回转类零件非数控车削加工工序的安排。3．加工顺序的安排（1）先粗后精原则。（2）先近后远原则。（3）内外交叉原则。（4）刀具集中原则。（5）基面先行原则。4．确定进给路线确定进给路线的重点，在于确定粗加工及空行程的进给路线，因精加工切削过程的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。（1）刀具引入、切出。车螺纹时，必须设置刀具引入距离1和刀具切出距离2，即升速段和减速段，这样可避免因车刀升降速而影响螺距的稳定，如图1-2所示。图1-2切螺纹时的引入、引出距离（2）确定最短的空行程路线。（3）确定最短的切削进给路线。如图1-3所示，为粗车零件时几种不同切削进给路线的安排示意图。（4）零件轮廓精加工一次走刀完成。（a）沿轮廓进给的路线（b）“三角形”进给路线（c）“矩形”进给路线图1-3走刀路线示例1.2.4零件的定位与夹具的选择1．定位基准的选择（1）粗基准的选择。选择粗基准时，必须达到两个基本要求：首先应该保证所有加工表面都有足够的加工余量；其次应该保证零件上加工表面和不加工表面之间具有一定的位置精度。（2）精基准的选择原则。基准重合原则、基准统一原则、自为基准原则、互为基准原则和便于装夹原则。2．常用车削夹具和装夹方法（1）夹具与夹紧方案的选择。在数控车床上装夹工件时，应使工件相对于车床主轴轴线有一个确定的位置，并且在工件受到各种外力的作用下，仍能保持其既定位置。（2）数控车床常用装夹方法。数控车床多采用三爪自定心卡盘夹持工件；轴类工件还可采用尾座顶尖支持工件。数控车床常用装夹方法见表1-1。表1-1数控车床常用装夹方法序号装夹方法特点适用范围1三爪卡盘夹紧力较小，夹持工件时一般不需要找正，装夹速度较快适于装夹中小型圆柱形、正三边或正六边形工件2四爪卡盘夹紧力较大，装夹精度较高，不受卡爪磨损的影响，但夹持工件时需要找正适于装夹形状不规则或大型的工件3两顶尖及鸡心夹头用两端中心孔定位，容易保证定位精度，但由于顶尖细小，装夹不够牢靠，不宜用大的切削用量进行加工适于装夹轴类零件4一夹一顶定位精度较高，装夹牢靠适于装夹轴类零件5中心架配合三爪卡盘或四爪卡盘来装夹工件，可以防止弯曲变形适于装夹细长的轴类零件6心轴与弹簧卡头以孔为定位基准，用心轴装夹来加工外表面，也可以外圆为定位基准，采用弹簧卡头装夹来加工内表面，工件的位置精度较高适于装夹内外表面的位置精度要求较高的套类零件1.2.5数控车削加工刀具及其选择1．车削刀具材料（1）车刀的类型。常用车刀的种类、形状和用途，如图1-6所示。（2）常用车刀的几何参数。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、加工方法等，正确选择刀具的几何形状及有关参数。图1-6常用车刀的种类、形状和用途1—切断刀2—90°左偏刀3—90°右偏刀4—弯头车刀5—直头车刀6—成型车刀7—宽刃精车刀8—外螺纹车刀9—端面车刀10—内螺纹车刀11—内槽车刀12—通孔车刀13—盲孔车刀（3）机夹可转位车刀的选用。为了减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，数控车削加工时，应尽量采用机夹刀和机夹刀片，机夹刀片常采用可转位车刀。（4）刀夹。数控车刀一般通过刀夹（座）装在刀架上。刀夹的结构主要取决于刀体的形状、刀架的外形和刀架对主轴的配置3种因素。刀架对主轴的配置形式只有几种，而刀架与刀夹连接部分的结构形式多，致使刀夹的结构形式很多，用户在选型时，除满足精度要求外，应尽量减少种类、形式，以利于管理。2．数控车削刀具的类型及其选择（1）夹具与夹紧方案的选择。在数控车床上装夹工件时，应使工件相对于车床主轴轴线有一个确定的位置，并且在工件受到各种外力的作用下，仍能保持其既定位置。（2）数控车床常用装夹方法。数控车床多采用三爪自定心卡盘夹持工件；轴类工件还可采用尾座顶尖支持工件。数控车床常用装夹方法见表1-1。1.2.6数控车削加工的切削用量选择1．背吃刀量ap的确定背吃刀量根据机床、工件和刀具的刚度来决定，在刚度允许的条件下，应尽可能选择较大的背吃刀量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些，一般为0.1～0.5mm。2．主轴转速n的确定（1）车光轴时的主轴转速。在实际生产中，主轴转速可用下式计算：式中：vc—切削速度，由刀具的耐用度决定；d—零件待加工表面的直径（mm）。c1000πvnd（2）车螺纹时的主轴转速。大多数经济型车床数控系统推荐车螺纹时主轴转速如下：式中：P—被加工工件螺纹导程（螺距），mm；k—保险系数，一般为80。1200nkp≤3．进给量（进给速度）f的确定进给量f是指工件每转一周，车刀沿进给方向移动的距离（mm/r），它与背吃刀量有着较密切的关系。进给量是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度、表面粗糙度要求、刀具及工件的材料性质选取。最大进给量受机床、刀具、工件系统刚度和进给驱动及控制系统的限制。4．选择切削用量时应注意的几个问题切削用量选择是否合理，对于实现优质、高产、低成本和安全操作具有很重要的作用。切削用量选择的一般原则如下。（1）粗车时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本，首先选择大的背吃刀量ap，其次选择较大的进给量f，增大进给量f有利于断屑；最后根据已选定的吃刀量和进给量，并在工艺系统刚性、刀具寿命和机床功率许可的条件下选择一个合理的切削速度vc，减少刀具消耗，降低加工成本。（2）半精车或精车时，加工精度和表面粗糙度要求较高，加工余量不大且均匀，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本，通常选择较小的背吃刀量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，以保证零件加工精度和表面粗糙度。（3）在安排粗、精车用量时，应注意机床说明书给定的允许切削用量范围。对于主轴采用交流变频调速的数控车床，由于主轴在低转速时扭矩降低，尤其应注意此时的切削用量选择。表1-3所示为数控车削切削用量推荐表，供编程时参考。表1-3数控切削用量推荐数据工件材料加工方式背吃刀量（mm）切削速度（m/min）进给量（mm/r）刀具材料碳素钢b＞600MPa粗加工5760～800.2～0.4YT类粗加工2～380～1200.2～0.4精加工0.2～0.3120～1500.1～0.2车螺纹70～100导程钻中心孔500～800r/minW18Cr4V钻孔～300.1～0.2切断（宽度＜5mm）70～1100.1～0.2YT类合金钢b=1470MPa粗加工2～350～800.2～0.4YT类精加工0.1～0.1560～1000.1～0.2切断（宽度＜5mm）40～700.1～0.2铸铁200HBS以下粗加工2～350～700.2～0.4YG类精加工0.1～0.1570～1000.1～0.2切断（宽度＜5mm）50～700.1～0.2铝粗加工2～3600～10000.2～0.4YG类精加工0.2～0.3800～12000.1～0.2切断（宽度＜5mm）600～10000.1～0.2黄铜粗加工2～4400～5000.2～0.4YG类精加工0.1～0.15450～6000.1～0.2切断（宽度＜5mm）400～5000.1～0.21.2.7对刀点与换刀点的确定1．对刀点对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点的选择原则如下。1.2.8数控编程中的数值计算1．基点和节点的坐标计算基点坐标是编程中必需的重要数据，如图1-12所示。如图1-13所示，对图中曲线用直线逼近时，其交点A、B、C、D、E、F等即为节点。图1-12零件轮廓的基点图1-13零件轮廓的节点2．刀位点轨迹的计算刀位点是标志刀具所处不同位置的坐标点，不同类型的刀具其刀位点不同，数控系统就是从对刀点开始控制刀位点运动，并由刀具的切削刃加工出所要求的零件轮廓。1.2.9数控加工的工艺文件编制1．数控编程任务书数控编程任务书阐明了工艺人员对数控加工工序的技术要求和工序说明，以及进行数控加工前应保证的加工余量。它是编程人员和工艺人员协调工作和编制数控程序的重要依据之一，见表1-4。表1-4数控编程任务书工艺处数控编程任务书产品零件图号任务书编号零件名称使用数控设备共页第页续表主要工序说明及技术要求：编程收到日期月日经手人编制审核编程审核批准2．数控加工工序卡数控加工工序卡与普通加工工序卡有许多相似之处，所不同的是：工序简图中应注明编程原点与对刀点，要进行简要编程说明（如所用机床型号、程序编号、刀具半径补偿、径向对称加工方式等）及切削参数（即程序编入的主轴转速、进给速度、最大背吃刀量或宽度等）的选择，见表1-5。数控加工工序卡产品名称零件名称零件图号工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间工步号工步内容切削用量刀具量具名称备注主轴转速n（r/min）进给速度F（mm/r）背吃刀量ap（mm）编号名称1234编制审核批准共1页第1页表1-5数控加工工序卡片3．数控刀具卡片数控加工时，对刀具的要求十分严格，刀具卡片主要反映刀具编号、刀具名称及规格、刀片型号和材料等。它是组装刀具和调整刀具的依据，详见表1-6。表1-6数控刀具卡片产品名称或代号零件名称零件图号序号刀具号刀具名称及规格数量加工表面刀尖半径（mm）备注12345编制审核批准年月日共页第页4．数控加工程序单数控加工程序单是编程员根据工艺分析情况，经过数值计算，按照机床特定的指令代码编制的，是记录数控加工工艺过程、工艺参数、位移数据的清单以及手动数据输入（MDI）、实现数控加工的主要依据。数控加工程序单见表1-7。表1-7数控加工程序单零件号零件名称编程原点程序号数控系统编制程序内容简要说明1.3项目实施1.3.1零件图工艺分析1.3.2确定装夹方案1.3.3确定加工顺序及走刀路线1.3.4刀具选择1