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第四章数控车削加工工艺03.ppt

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第3章 数控车削加工工艺,3.1 数控车削加工工艺概述3.1.1 数控车削加工的主要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(高档车床数控系统还有非圆弧曲线插补功能)以及在加工过程中能自动变速等特点,因此其加工范围较普通车床宽得多。针对数控车床的特点,下列几种零件最适合数控车床削加工。(1)轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件(2)精度要求高的回转体零件(3)带特殊螺纹的回转体零件,图3-1 成型内腔壳体零件示例组成零件轮廓的曲线可以是数学方程式表述的曲线,也可以是列表曲线。对于由直线或圆弧组成的轮廓,直接利用机床的直线或圆弧插补功能。对于由非圆曲线组成的轮廓,可以用非圆曲线插补功能;若所选机床没有非圆曲线插补功能,则应先用直线或圆弧去逼近,然后再用直线或圆弧插补功能进行插补切削。,3.1.2 数控车削加工工艺的基本特点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。数控车床加工程序不仅要包括零件的工艺过程,而且还有包括切削用量,走刀路线,刀具尺寸以及车床的运动过程。3.1.3 数控车削加工工艺的主要内容(1)选择适合在数控车床上加工的零件,确定工序内容。(2)恒线被加工零件的图纸,明确加工内容及技术要求。(3)确定零件的加工方案,制定数控加工工艺路线。(4)加工工序的设计。(5)数控加工程序的调整。,3.2 数控车削加工工艺分析,其主要内容由:分析零件图纸、确定工具在车床上的装夹方式、各表面的加工顺序和刀具的进给路线以及刀具、夹具和切削用量的选择等。3.2.1 数控车削加工零件的工艺性分析(1)零件图分析①尺寸标注方法分析②轮廓几何要素分析③精度及技术要求分析,图3-2 零件尺寸标注分析如图3-2所示,应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程,又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点统一。,图3-3 几何要素缺陷示例一 如图3-3所示的几何要素中,根据图示尺寸计算,圆弧与斜线相交而并非相切。,图3-4 几何要素缺陷示例二如图3-4所示的几何要素,图样上给定几何条件自相矛盾,总长不等于各段长度之和。,精度及技术要求分析的主要内容如下。a.分析精度及各项技术要求是否齐全、是否合理;b.分析本各项的数控车床加工精度能否达到图样要求,若达不到,需采取其他措施(如磨削)弥补时,则应给后续各项留有余量;c.找出图样上有位置精度要求的表面,这些表面应在一次安装下完成;d.对表面粗糙度要求较高的表面,应确定用恒线速切削。(2)结构工艺性分析 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。在数控车床上加工零件时,应根据数控车削的热点,认真审视零件结构的合理性。,图3-5 结构工艺性示例如3-5(a)所示零件,需用三把不同宽度的切槽刀切槽,如无特殊需要,显然不合理。图3-5(b),只需一把刀就可切出三个槽,即减少了刀具输入,少占了刀架刀位,又节省了换刀时间。,(3) 零件安装方式的选择在数控车床上零件的安装方式与普通车床一样,要合理选择定位基准和夹紧方案,主要注意一下两点。① 力求设计、工艺与编程计算的基准统一,这样有利于提高编程时数值计算的简便性和精确性。② 尽量减少装夹次数,尽可能在一次装夹后,加工出全部待加工面。3.2.2 数控车削加工工艺路线的拟定 (1)加工方法的选择(2)加工工序划分①保持精度原则 ②提高生产效率的原则(3)加工路线的确定在数控加工中,刀具(严格所是刀位点)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其,直至加工结束所经过的路径,包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。,,图3-6 车正锥的两种加工路线 按图3-6(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 ,则由相似三角形可得: (D-d)/(2L)= /S 则S=2L /(D-d),按此种加工路线刀具切削运动的居然较短。 当按图3-6(b)的走刀路线车正锥时,则不需要计算终倒距S,只要确定背吃刀量 ,即可车出圆锥轮廓,编程方便。,,② 车圆弧的加工路线分析,图3-8 车圆法切削路线图3-8所示为车圆弧时车圆法切削路线。即用不同半径圆来车削,最后将所需圆弧加工出来。此方法在确定那每次背吃刀量后,对90°圆弧的起点、终点坐标较易确定。图3-8(a)的走刀路线较短,但图3-8(b)加工的空行程较长。,图3-9 车锥法切削路线 图3-9所示为车圆弧的车锥法切削路线,即先车一个圆锥,再车圆弧。但要主要车锥时的起点和终点的确定。若确定不好,则肯损坏圆弧表面,也肯将余量留的过大。确定方法是连接OB交圆弧与D,过D点作圆弧的切线AC。有几何关系得 BD=OB-OD= R-R=0.414R 此为车锥时的最大切削余量,即车锥时,加工路线不了超过AC线。由BD与ABC的关系,可得 AB=CB= BD=0.586R 这样可以确定出车锥时的起点和终点。但R不太大时,可取AB=CB=0.5R。此方法数值计算交繁,但其刀具切线路线较短。,,③轮廓粗车加工路线分析切削进给路线最短,可有效提高生产效率,降低刀具损耗。,图3-10 粗车进给路线示例图3-10给出了三种不同的轮廓粗车切削径路线,其中图3-10(a)表述利用数控系统具有的封闭式符合循环功能控制车刀沿着工件轮廓线进行进给的路线;图3-10(b)为三角形循环进给路线;图3-10(c)为矩形循环进给路线,其路线总长最短,因此在同等切削条件下的切削时间最短,刀具损耗最少。,④ 车螺纹时的轴向进给距离分析在数控车床上车螺纹时,沿螺距方向的Z向进给应和车床主轴的旋转保持严格的速比不安心,因此应避免在进给机构加速或减速的过程中切削。,图3-11 车螺纹时的引入距离和超越距离,(4) 车削加工顺序的安排制订零件车削加工顺序一般遵循下列原则。① 先粗后精② 先近后远③ 内外交叉④ 基面先行圆锥3.2.3 数控车削加工工序的设计(1)夹具的选择(2)刀具的选择,图3-15 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) 切削用量的确定切削用量的选择原则是:保证零件加工精度和表面粗糙度,充分发挥刀具的切削性能,保证和你的刀具内用的;并充分发挥机床的性能,最大限度提高生产率,降低成本。①主轴转速n的确定②进给速度的确定③背吃刀量的确定3.2.4 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极其并十分棘手的一项基本工作。 (1)车刀的安装(2)刀位点(3)对刀(4)换刀点位置的确定,3.3 典型零件的加工工艺分析,3.3.1 轴类零件,图3-22 典型轴类零件,(1)零件图工艺分析(2)确定装夹方案(3)确定加工顺序及进给路线(4)刀具选择(5)切削用量的选择,图3-23 精车轮廓进给路线,,(1)零件图工艺分析 该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求;球面Sφ50㎜的尺寸公差还兼有控制该球面形状(线轮廓)误差的作用。尺寸标注完整,轮廓描述清楚。零件材料为45钢,无热处理和硬度要求。 通过上述分析,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。 (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。 (3)确定零件的定位基准和装夹方式 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。 (4)确定加工顺序及进给路线 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。 TND360数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能,只要正确使用编程指令,机床数控系统就会自动确定其进给路线,因此,该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给路线(但精车的进给路线需要人为确定)。该零件从右到左沿零件表面轮廓精车进给,如图2所示。,,,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900硬质合金右偏刀,为防止副后刀面与工件轮廓干涉(可用作图法检验),副偏角不宜太小,选κ=35 0。 ③精车选用900硬质合金右偏刀,车螺纹选用硬质合金600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㎜。 将所选定的刀具参数填入数控加工刀具卡片中(见表1),以便编程和操作管理。,,(6)切削用量选择 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 车直线和圆弧时,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1200 r/min。车螺纹时,参照式(5-1)计算主轴转速n =320 r/min. ③进给速度的选择 选择粗车、精车每转进给量,再根据加工的实际情况确定粗车每转进给量为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。 综合前面分析的各项内容,并将其填入表2所示的数控加工工艺卡片。此表是编制加工程序的主要依据和操作人员配合数控程序进行数控加工的指导性文件。主要内容包括:工步顺序、工步内容、各工步所用的刀具及切削用量等。,表2 典型轴类零件数控加工工艺卡片,
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