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项目一简易回转体轴类零件数控车削加工工艺编制


项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

项目一 简易回转体轴类零件 数控车削加工工艺编制

漳州职业技术学院机械系数控教研室
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

项目总体能力目标: ? 1.会对数控车削零件图进行数控车削加工工艺 性分析,包括:分析零件图纸

技术要求,会检 查零件图的完整性和正确性,会分析零件的结 构工艺性; ? 2.会拟定数控车削加工工艺路线 ,包括:会选 择数控车削外回转表面、螺纹及端面的加工方 法,会划分加工阶段, 会划分加工工序,会拟定 加工走刀路线,会确定加工顺序 ;

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? 3.会根据数控车削加工工艺熟练选用数控机 夹可转位车刀与中心钻; ? 4.会识别数控车刀与带涂层刀具; ? 5.会根据数控车削常用夹具用途来正确选择 夹具,并确定装夹方案; ? 6.会选择合适的切削用量与机床; ? 7.能确定常用螺纹切削的进给次数与背吃刀 量; ? 8.会编制简易回转体轴类零件数控车削加工 工艺文件。
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项目总体工作任务:
? 1.分析简易回转体轴类零件图数控车削加工工艺 性; ? 2.拟定简易回转体轴类零件数控车削加工工艺路 线; ? 3.选择回转体轴类零件数控车削加工刀具; ? 4.选择回转体轴类零件数控车削加工夹具,确定 装夹方案; ? 5.按简易回转体轴类零件数控车削加工工艺选择 合适的切削用量与机床; ? 6.编制简易回转体轴类零件数控车削加工工艺文 件。
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单元一

数控车削加工工艺设计入门

单元二
单元三 单元四 单元五 单元六

编制短光轴零件数控车削加工工艺
编制阶梯轴数控车削加工工艺 编制细长轴数控车削加工工艺 编制螺纹数控车削加工工艺 编制外圆弧曲面零件数控车削加工工艺
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单元一

数控车削加工工艺设计入门

? 单元能力目标: ? 1.能够检索数控加工工艺及数控车削相关工艺资 料、工艺手册,从中获取完成当前工作任务所需要 的工艺知识及数据; ? 2.能够识别数控车削加工工艺领域内常用的术语。 ? 单元工作任务: ? 现要完成如图1-1所示光轴加工案例零件的数控车削 加工,具体设计该光轴的数控加工工艺。 ? 1.查阅数控加工工艺书和工艺手册,获取图1-1所 示零件数控加工工艺数据; ? 2.识别数控车削加工术语。 ? 单元教学学时: ? 10学时。
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现要完成如图1-1所示光轴加工案例零件的数控车削 加工,具体设计该光轴的数控加工工艺。

? 图1-1光轴
光轴加工案例零件说明:该光轴加工案例零件材料45钢,生 产批量5件,毛坯尺寸为?65mm×105mm,如何设计该光轴的 数控加工工艺?

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数控车削加工工艺设计步骤

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完成工作任务需查阅的背景知识
?资料一 数控车削机床选择
?资料二 ?资料三 零件图纸工艺分析 拟定数控车削加工工艺路线

?资料四 找正装夹方案及夹具选择 ?资料五 刀具选择 ?资料六 切削用量选择 ?资料七 填写数控加工工序卡和刀具卡

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资料一 数控车削机床选择
? 数控车床的分类
? 1.按主轴的配置形式分类: ? (1)卧式数控车床 : ? 主轴轴线处于水平位置的数控车床

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? (2)立式数控车床 : ? 主轴轴线处于垂直位置的数控车床。

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? 2.按数控系统的功能分类 ? (1)经济型数控车床:经济型数控车床一般是采用步进电
机驱动的开环控制系统。此类数控车床结构简单,价格低 廉,无刀尖圆弧半径自动补偿和恒线速切削等功能,一般 最小分辨率为0.01mm或0.005mm。

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? (2)全功能型数控车床:采用闭环或半闭环控 制的伺服系统,可以进行多个坐标轴的控制。 具有高刚度、高精度和高效率等特点。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? (3)车削中心:车削中心是一种复合加工机床,工件在一次 装夹后,它不但能完成对回转型面的加工,还能完成回转零 件上个各表面加工,如圆柱面或端面上铣槽或平面等。
X、Y、Z、C

四轴控制车削中心

单刀架

采用四轴三联动配置,线性轴X/Y/Z 及旋转C轴,C轴绕主轴旋转。机床除具 备一般的车削功能外,还具备在零件的 端面和外圆面上进行铣加工的功能。
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车削中心C轴加工回转体零件表面
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? 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,可实现两坐标轴控制。
通用X、Z二轴控制(卧式) 单刀架

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? (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。
双刀塔复合加工4轴控制 CNC车床

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双主轴、双刀塔 CNC车床

双主轴,双刀塔车床,仅仅使用夹具一次装夹就可以 进行全部加工。

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? (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。

车削中心控制X、Y、Z、B、C五轴及其加工示例
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数控车床的组成及布局
? (1)数控车床的组成 ? 数控车床与普通车床相比,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。但数控车床的进给系统与普 通车床的进给系统在结构上存在着本质上的差别。 数控车床是采用伺服电机经滚珠丝杆,传到滑板和 刀架,实现纵向(Z向)和横向(X向)进给运动。 因此,数控车床进给传动系统的结构大为简化。 ? (2)数控车床的布局 ? 数控车床的主轴、尾座等部件相对于床身的布 局形式与普通车床基本一致,而刀架和导轨的布局 形式发生了根本的变化,这是因为其直接影响数控 车床的使用性能及机床的结构和外观所致。
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? 1)床身和导轨的布局
? 数控车床的床身导轨与水平面的相对位置有多种形式, 如下图1-12所示,它有4种布局形式,图1-12(a)为水平床 身;图1-12(b)为斜床身;图1-12(c)为平床身斜滑板; 图1-12(d)为立床身。

?

? ?

图1-12数控车床的布局形式

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? ①水平床身 水平床身配置水平滑板和刀架,工艺性好, 一般用于大型数控车床或小型精密数控车床。但水平床身 排屑困难,刀架水平放置加大了机床宽度方向的结构尺寸。 ? ②斜床身 斜床身配置斜滑板,这种结构的导轨倾斜角度 多采用45°和60°。整体床身刚性好、排屑方便。 ? ③平床身斜滑板 水平床身配置倾斜放置的滑板,这种结 构一方面具有工艺性好的特点,另一方面机床宽度方向尺 寸较小,排屑方便。一般被中小型数控车床采用。 ? ④立床身 立床身配置90°的滑板,即导轨倾斜角度为 90°的滑板结构称为立床身。 ? 由于水平床身配置倾斜放置的滑板和斜床身配置斜滑 板布局,具有排屑容易,便于安装自动排屑器;操作方便, 易于安装机械手,以实现单机自动化;机床外观简洁、美 观,占地面积小,容易实现封闭式防护等特点,所以中小 型数控车床普遍采用这两种形式。
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? 2)刀架的布局
? 刀架作为数控车床的重要部件之一,它对机床整体布 局及工作性能影响很大。数控车床的刀架分为转塔式和排 刀式刀架两大类。 ? 转塔式刀架是普遍采用的刀架形式,它通过转塔头的 旋转、分度、定位来实现机床的自动换刀工作。转塔式回 转刀架有两种形式,一种主要用于加工盘类零件,其回转 轴线垂直于主轴;另一种主要用于加工盘类零件和轴类零 件,其回转轴线与主轴平行。两坐标联动数控车床,一般 采用6~12工位转塔式刀架。 ? 排刀式刀架主要用于小型数控车床,适用于短轴或套 类零件加工。

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数控车床的尾座
? 尾座安装在数控车床床身导轨上,可以根据工件的长 短调节纵向位置。它的作用是利用套筒安装顶尖,用来支 承较长工件的一端,也可以安装钻头、中心钻或铰刀等刀 具进行孔加工。下图1-13所示为尾座安装顶尖,图1-14所 示为尾座及尾座套筒。

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数控车床的主要技术参数 ? 数控车床的主要技术参数反映了数控车床 的加工能力、加工范围、加工工件大小、 主轴转速范围、装夹刀具数量、装夹刀杆 尺寸和加工精度等指标,识别数控车床的 主要技术参数是选择数控车床的重要一环。 为便于识别数控车床的主要技术参数,摘 选沈阳第一机床厂生产的CAK6150Di/890 数控车床主要技术参数中与选择数控车床 较有关的主要技术参数罗列如表1-1所示。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 表1-1 CAK6150Di/890数控车床主要技术参数摘选(单位:mm)

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数控车床用途及主要加工对象
? 一.数控车床的用途 ? 数控车床可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,并能进行切槽、钻孔、镗孔、扩孔、铰孔等 加工。

数控车床加工的典型表面

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? 二.数控车床主要加工对象
? 1.轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件 ? 因车床数控装置都具有直线和圆弧插补功能,还 有部分车床数控装置具有某些非圆曲线插补功能,故 能车削由任意直线和平面曲线轮廓组成的形状复杂的 回转体零件。如下图所示

车削轴承内圈滚道示例

车削成型内腔零件示例
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? 2.精度要求高的回转体零件 ? 零件的精度要求主要指尺寸、形状、位置和表面
等精度要求,其中的表面精度主要指表面粗糙度。例如: 尺寸精度高达0.001mm或更小的零件;圆柱度要求高的 圆柱体零件;素线直线度、圆度和倾斜度均要求高的圆 锥体零件;以及通过恒线速度切削功能,加工表面精度 要求高的各种变径表面类零件等。如下图所示:

高精度的机床主轴

高速电机主轴
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? 3.带特殊螺纹的回转体零件

?

这些零件是指特大螺距、等螺距与变螺距或圆柱与圆锥 螺纹面之间作平滑过渡的螺纹零件等。而传统车床所能切 削的螺纹相当有限,它只能车等节距的直、锥面公、英制 螺纹,而且一台车床只限定加工若干种节距而已。如数控 车加工下图带特殊螺纹非标丝杆。

? 4.淬硬回转体零件

带特殊螺纹非标丝杆

?

在大型模具加工中,有不少尺寸大而形状复杂的零件。 这些零件热处理后的变形量较大,磨削加工有困难,因此 可以用陶瓷车刀在数控机床上对淬硬后的零件进行车削加 工,以车代磨,提高加工效率。
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? 5.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。切削速度变化,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,就可选用最佳线 速度来切削锥面、球面和端面等,使切削后的表面粗糙度值 既小又一致。

? 6.超精密、超低表面粗糙度的零件 ? 磁盘、录象机磁头、激光打印机的多面反射体、复印
机的回转鼓、照相机等光学设备的透镜及其模具,以及隐形 眼镜等要求超高的轮廓精度和超低的表面粗糙度值,适合在 高精度、数控车上加工

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数控车的常见加工对象

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? 选择并确定数控车削的加工内容
? ? ? ? ? ? ? ? ? 1.通用车床无法加工的内容应作为首先选择内容; (1)由轮廓曲线构成的回转表面; (2)具有微小尺寸要求的结构表面; (3)同一表面采用多种设计要求的结构; (4)表面间有严格几何关系要求的表面。 2.通用车床难加工质量难以保证的内容应作为重点选择内容; (1)表面间有严格位置精度要求但在通用车床上无法一次安装加工 的表面; (2)表面粗糙度要求很严的锥面、曲面、端面等。 3.通用车床加工效率低,工人手工操作劳动强度大的内容,可在数控 机床尚存在富余能力的基础上进行选择。 下列一些加工内容则不宜选择采用数控加工: (1)需要通过较长时间占机调整的加工内容; (2)不能在一次安装中加工完成的其他零星部位。 此外在选择和决定加工内容时,也要考虑生产批量、现场生产条 件、生产周期等情况,灵活处理。
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? ? ? ?

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? 数控车床的选择
? 在数控车床加工精度满足零件图纸技术要 求的前提下,选择数控车床的最主要技术规格 是多个数控轴的行程范围,数控车床的两个基 本直线坐标(X、Z)行程反映该机床允许的 加工空间。加工工件的轮廓尺寸应在机床的加 工空间范围之内,同时要考虑机床主轴的允许 承载能力,以及工件是否与机床交换刀具的空 间干涉、与机床防护罩等附件发生干涉等系列 问题。

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资料二

零件图纸工艺分析

分析零件图纸技术要求 检查零件图的完整性和 正确性 零件的结构工艺性分析

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 分析零件图纸技术要求
分析车削零件图纸技术要求时,主要考虑如下方面: 1.各加工表面的尺寸精度要求;

2.各加工表面的几何形状精度要求;
3.各加工表面之间的相互位置精度要求; 4.各加工表面粗糙度要求以及表面质量方面的其他要求; 5.热处理要求及其他要求。

首先,要根据零件在产品中的功能,研究分析零件与部件或产 品的关系,从而认识零件的加工质量对整个产品加工质量的影 响,并确定零件的关键加工部位和精度要求较高的加工表面等, 认真分析上述各精度和技术要求是否合理。其次,要考虑在数 控车上加工能否保证零件的各项精度和技术要求,进而具体考 虑在哪一种机床上加工最为合理。

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检查零件图的完整性和正确性
由于数控加工程序是以准确的坐标点来编制的,因此,各图形几 何要素间的相互关系(如相切、相交、垂直和平行等)应明确;各 种几何要素的条件要充分,应无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安 排的封闭尺寸;尺寸、公差和技术要求是否标注齐全等。例如,在 实际加工中常常会遇到图纸中缺少尺寸,给出的几何要素的相互关 系不够明确,使编程计算无法完成,或者虽然给出了几何要素的相 互关系,但同时又给出了引起矛盾的相关尺寸,同样给数控编程计 算带来困难。另外要特别注意零件图纸各方向尺寸是否有统一的设 计基准,以便简化编程,保证零件的加工精度要求。如下图所示。

几何要素缺陷示例一

几何要素缺陷示例二
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 零件的结构工艺性分析
零件的结构工艺性是指所设计的零件在满足使用要求的前提下制 造的可行性和经济性。良好的结构工艺性,可以使零件加工容易,节省工 时和材料。而较差的零件结构工艺性,会使加工困难,浪费工时和材 料,有时甚至无法加工。因此,零件各加工部位的结构工艺性应符合 数控加工的特点。分析零件的结构工艺性包括以下几个方面: 零件结构工艺性分析
零件图纸上的尺寸标注应方便编程 分析加工时零件结构的合理性 零件加工精度及技术要求分析 数控车削加工余量的确定

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零件结构工艺性分析

零件结构工艺性是指在满足使用要求前提下零件加工的可行 性与经济性,即所设计的零件结构应便于加工成形并且成本 低、效率高。对零件图纸的工艺性分析与审查,重点放在零 件图纸和毛坯图纸初步设计与设计定型之间的工艺性审查与 分析上。

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零件图纸上的尺寸标注应方便编程
由于数控加工精度及重复定位精度都很高,不会因产生较大 的积累误差而破坏使用特性,因此可将局部的尺寸分散标注 法改为集中引注或坐标式的尺寸标注法。但要保证基准统一 原则,如下图所示。

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分析加工时零件结构的合理性
如下图所示(a)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,若改成(b)所示结构,只需要一把切 槽刀即可切出三个槽。这样即减少了刀具数量,少占了刀架 刀位,又节约了换刀时间。

零件结构工艺性示例
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零件加工精度及技术要求分析
加工精度及技术要求分析是零件工艺性分析的重要内容,只有在 分析零件加工精度和表面粗糙度的基础上,才能对加工方法、装 夹方式、进给路线、刀具及切削用量等进行正确而合理的选择。 加工精度及技术要求分析主要分析如下内容:
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。 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。 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。 对表面粗糙度要求较高的表面,应确定用恒线速切削。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 数控车削加工余量的确定
加工余量是指加工过程中所切去的金属层厚度。加工余量有工序余量

和加工总余量(毛坯余量)之分。工序余量是相邻两工序的工序尺寸 之差;加工总余量(毛坯余量)是毛坯尺寸与零件图样的设计尺寸之 差。

对于数控车削回转表面(外圆和内孔等),加工余量是直径上的余量, 在直径上是对称分布的,故称为对称余量;而在加工中,实际切除的 金属层厚度是加工余量的一半,因此又有双边余量(加工前后直径之 差)和单边余量(加工前后半径之差)之分。 加工余量的大小对于工件的加工质量和生产率均有较大的影响。加工 余量过大,会增加机械加工的劳动量和各种消耗,提高加工成本。加 工余量过小,则不能消除前工序的各种缺陷、误差和本工序的装夹误 差,造成废品。因此,应当合理地确定加工余量。
在保证加工质量的前提下,加工余量越小越好。确定加工余量有以下 三种方法: (1)查表法。根据各工厂的生产实践和试验研究积累的数据,先制 成各种表格,再汇集成手册。确定加工余量时,查阅这些手册,再
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结合工厂的实际情况进行适当修改。目前大都采用查表法。
查表应先拟出工艺路线,将每道工序的余量查出后由最后一道工序 向前推算出各道工序尺寸。粗加工工序余量不能用查表法得到,而 由总余量减去其它各工序余量得到。 (2)经验估算法。经验估算法是根据实际经验确定加工余量的。一 般情况下,为防止因余量过小而产生废品,经验估计的数值总是偏 大。经验估算法常用于单件小批生产。 (3)分析计算法。分析计算法是根据加工余量计算公式和一定的试 验资料,对影响加工余量的各项因素进行分析,并计算确定加工余 量。这种方法比较合理,但必须有比较全面和可靠的试验资料才能 采用。 为方便数控车削加工工艺的具体制订,这里直接给出按查表法确定 轧制圆棒料毛坯和模锻毛坯用于加工轴类零件的余量,具体见表1-2 和表1-3。

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资料三 拟定数控车削加工工艺路线
加工方法选择

划分加工阶段 划分加工工序

确定加工顺序(工序顺序安排)

工步顺序和进给加工路线确定

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加工方法选择
选择数控车削加工方法时应重点考虑如下几个方面: 能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求;使走刀路线 最短,提高加工效率;使编程节点数值计算简单,程序 段数量少,以减少编程工作量。一般根据零件的加工精 度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型确 定零件表面的数控车削加工方法及加工方案。

1)数控车削外回转表面加工方法的选择
回转体类零件外回转表面的加工方法主要是车削和磨

削,当零件表面粗糙度要求较高时,还要经光整加工。
一般外回转表面的参考加工方法如表1-4所示。
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? 2)数控车削内回转表面加工方法的选择
? 回转体类零件内回转表面的加工方法主要是车削和 磨削;当零件表面粗糙度要求较高时还要经光整加工。 ? 一般内回转表面的加工方法如表1-5所示。

? 3 .数控车削回转体端面的加工方法选择
? 回转体端面的主要加工方法是车削和磨削,当采 用车削且回转体端面的粗糙度要求较高时,应采用恒 线速切削。数控车削回转体零件端面,可保证端面与 回转体回转轴线的垂直度要求。

? 一般回转体端面的加工方法如表1-6所示。

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划分加工阶段
当数控车削零件的加工精度要求较高时,往往不可能用一道工 序来满足其加工要求,而要用几道工序逐步达到其所要求的加工精 度。为保证加工质量和合理地使用设备、人力,车削零件的加工过 程通常按工序性质不同,可分为如下四个加工阶段: 1.粗加工阶段—主要任务是切除各加工表面上的大部分余量, 并作出精基准,其目的是提高生产率。 2.半精加工阶段—其任务是减小粗加工留下的误差,使主要 加工表面达到一定的精度,并留有一定的精加工余量,为主要表面 的精加工(精车或磨削)做好准备。 3. 精加工阶段—保证各主要表面达到图纸规定的尺寸精度和 表面粗糙度要求,其主要目标是如何保证加工质量。 4 .精密、超精密加工、光整加工阶段—对那些加工精度要求 很高的零件,在加工工艺过程的最后阶段安排细车、精密车、超精 磨、抛光或其他特种加工方法加工,以达到零件最终的精度要求。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 划分加工阶段的目的如下:
(1) 保证加工质量 使粗加工产生的误差和变形,通过半精加工和 精加工予以纠正,并逐步提高零件的加工精度和表面质量。 (2) 合理使用设备 避免以精干粗,充分发挥机床的性能,延长使 用寿命。 (3) 便于安排热处理工序,使冷热加工工序配合的更好,热处理变 形可以通过精加工予以消除。 (4)有利于及早发现毛坯的缺陷,粗加工时发现毛坯缺陷,及时予 以报废,以免继续加工造成资源的浪费。 加工阶段的划分不是绝对的,必须根据工件的加工精度要求和 工件的刚性来决定。一般来说,工件精度要求越高、刚性越差,划 分阶段应越细;当工件批量小、精度要求不太高、工件刚性较好时 也可以不分或少分阶段。

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划分加工工序
工序的划分可以采用两种不同原则,即工序集中原 则和工序分散原则。

工序集中原则—工序集中是指每道工序包括尽可能 多的加工内容,从而使工序的总数减少。 工序分散原则—工序分散就是将加工分散在较多的 工序内进行,每道工序的加工内容很少。 在数控车床上加工的零件,一般按工序集中原则划 分工序,在一次安装下尽可能完成大部分甚至全部表面 的加工。一般应根据零件的结构形状不同,选择外圆、 端面或内孔、端面装夹,并力求设计基准、工艺基准和 编程原点的统一。工序的划分可按下列方法进行: (1)以一次安装所进行的加工作为一道工序
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? 将位置精度要求较高的表面安排在一次安装下完成, 以免多次安装所产生的安装误差影响位置精度。这种 工序划分方法适用于加工内容不多的零件。如下图圆 锥滚子轴承内圈精车两道工序加工方案:

?

圆锥滚子轴承内圈精车两道工序加工方案 (a) 以大端外径和端面定位装夹; (b) 以内孔和小端面定位装夹

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? (2)以一个完整数控程序连续加工的内容作为一道工序

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有些零件虽能在一次安装中加工出很多表面,但因程序 太长而会受到某些限制,这时可以以一个独立、完整的数控 程序段连续加工的内容为一道工序。 (3)以工件上的结构内容组合用一把刀具加工为一道工序 有些结构复杂、 加工内容较多,既有回转表面也有非 回转表面,既有外圆、平面也有内腔、曲面的零件,可将加 工内容组合,用一把典型刀具加工的内容作为一道工序。可 以减少换刀次数,减少空程时间。 (4)以粗、精加工划分工序 以粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序,精加 工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。对于容易发生加 工变形的零件,可以将粗加工和精加工作为两道或更多的工 序,采用不同的刀具或不同的数控车床加工,以合理利用数 控车床。这种工序划分方法适用于零件加工后易变形或精度 要求较高的零件。 下面以车削下图所示手柄零件为例,说明工序的划分。
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工序划分实例分析

【例】
加工如下图所示手柄零件,该零件加工所用坯料为

φ32mm棒料,批量生产,加工时用一台数控车床。试进
行工序的划分及确定装夹方式。

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工 序 1

?

(如图所示将一批工件全部车出,包括切 断),夹棒料外圆柱面,工序内容有:车出 φ12mm和φ20mm两圆柱面→圆锥面(粗车掉 R42mm圆弧的部分余量)→转刀后按总长要 求留下加工余量切断。

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工 序2
(见下图),用φ12㎜外圆和φ20㎜端面装夹,工序内容 有:车削包络SR7㎜球面的30°圆锥面→对全部圆弧 表面半精车(留少量的精车余量)→换精车刀将全部 圆弧表面一刀精车成形。

综上所述,在数控加工划分工序时,一定要视零件的 结构与工艺性,零件的批量,机床的功能,零件数控 加工内容的多少,程序的大小,安装次数及本单位生 产组织状况灵活掌握。
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确定加工顺序(工序顺序安排) 制定零件数控车削加工工序顺序一般遵循下列原则 : (1)先加工定位面,即上道工序的加工能为后面 的工序提供精基准和合适的夹紧表面。轴类零件加 工时,一般先加工中心孔,再以中心孔为精基准加 工外圆表面和端面。 (2)先加工平面,后加工孔;先加工简单的几何 形状,再加工复杂的几何形状。 (3)对精度要求高、粗精加工需分开进行的,先 粗加工后精加工。 (4)以相同定位、夹紧方式安装的工序,最好接 连进行,以减少重复定位次数和夹紧次数。 (5)中间穿插有通用机床加工工序的要综合考虑, 合理安排其加工顺序。

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工步顺序和进给加工路线确定 ? 1. 工步顺序安排的原则 ? 1) 先粗后精 ?

?
? ? ? ? ? ? ?

对于粗精加工在一道工序内进行的加工内容,应先 对各表面进行全部粗加工,然后再进行半精加工和精加工, 以逐步提高加工精度,如下图所示。 若粗车后所留余量的均匀性满足不 了精加工的要求,则要安排半精车, 以此为精车做准备。为保证加工精 度,精车一定要一刀切出。此原则 的实质是在一个工序内分阶段加工, 这有利于保证零件的加工精度,适 用于精度要求高的场合。 先粗后精示例
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? 2) 先近后远

?

先近后远即在一般情况下,离对刀点近的部位先加 工, 离对刀点远的部位后加工,以缩短刀具移动距离, 减少空行程时间。 对车削而言,先近后远还可以保持 工件的刚性,有利于切削加工。如加工下图所示零件, 如果按¢38 mm→ ¢36 mm→¢34 mm的次序安排车 削, 不仅会增加刀具返回对刀点的空行程时间,而且 一开始就削弱了工件的刚性, 还可能使台阶的外直角 处产生毛刺(飞边)。对这类直径相差不大的台阶轴, 宜按¢34 mm→ ¢36 mm→ ¢38 mm的次序车削。

先近后远示例
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? 3)先内后外、内外交叉 ? ? 先内后外、内外交叉的原则是指粗加工时先进行内腔、 内形粗加工,后进行外形粗加工;精加工时先进行内腔、 内形精加工,后进行外形精加工。这是因为控制内表面的 精度较困难,刀具刚性较差,加工中清除切屑较困难等。 ? 4)保证工件加工刚度原则 ? 在一道工序中进行的多工步加工,应先安排对工 件刚性破坏较小的工步,后安排对工件刚性破坏较大的工 步,以保证工件加工时的刚度要求。即一般先加工离装夹 部位较远的在后续工步中不受力或受力小的部位,本身刚 性差又在后续工步中受力的部位一定要后加工。 ? 5)同一把刀能加工内容连续加工原则 ? 此原则的含义是用同一把刀把能加工的内容连续 加工出来,以减少换刀次数,缩短刀具移动距离。特别是 精加工同一表面一定要连续切削。
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? 2.数控车削加工常见工步内容的安排
? 1)车削台阶轴时,为了保证车削时的刚性,一般应先车直 径较大的部分,后车直径较小的部分; ? 2)在轴类工件上切槽时,应在精车之前进行,以防止工件 变形; ? 3)精车带螺纹的轴时,一般应在螺纹加工之后再精车无螺 纹部分; ? 4)钻孔前,应将工件端面车平,必要时应先钻中心孔; ? 5)钻深孔时,一般先钻导向孔; ? 6)车削Φ10-Φ20的孔时,刀杆的直径应为被加工孔的0.60.7倍;加工直径大于Φ20的孔时,一般应采用装夹刀头的刀 杆; ? 7)当工件的有关表面有位置公差要求时,尽量在一次装 ? 夹中完成车削; ? 8)车削圆柱齿轮齿坯时,孔与基准端面必须在一次装夹中 加工。
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? 3.进给加工路线的确定
? 进给加工路线是指数控机床加工过程中刀具相对工件 的运动轨迹和方向,也称走刀路线。它包括切削加工的路径 及刀具切入、切出等非切削空行程。它不但包括了工步的 内容,也反映出工步顺序。

? (1)确定进给加工路线的主要原则

? 1)首先按已定工步顺序确定各表面加工进给路线的顺序; ? 2)所定进给加工路线应能保证工件轮廓表面加工后的精度 和表面粗糙度要求; ? 3)寻求最短加工路线,减少行走时间以提高加工效率; ? 4)选择工件在加工时变形小的路线,对细长零件或薄壁零 件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去余量法安排 进给加工路线。 ? 确定进给加工路线的工作重点,主要在于确定粗加工 及空行程的进给路线,因精加工切削过程的进给路线基本 沿零件轮廓进行。
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? (2)粗加工进给加工路线的确定
? 1)常用的粗加工进给加工路线
? “矩形”循环进给路线—利用数控系统具有的矩形循环功能而安 排的“矩形”循环进给路线。如下图(a)所示: ? “三角形”循环进给路线—利用数控系统具有的三角形循环功能 而安排的“三角形”循环进给路线。如下图(b)所示: ? 沿轮廓形状等距线循环进给路线—利用数控系统具有的封闭式复 合循环功能控制车刀沿着工件轮廓等距线循环的进给路线。如下 图(c)所示:

常用的粗车循环进给加工路线示例
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? 阶梯切削路线—下图所示为车削大余量工件两种加工路线:图(a) 是错误的阶梯切削路线,图(b)按1-5的顺序切削,每次切削所 留余量相等,是正确的阶梯切削路线。因为在同样背吃刀量的条 件下,按图(a)的方式加工所留的余量过多。

?

a) 错误的阶梯切削路线 b)正确的阶梯切削路线 大余量毛坯阶梯进给切削路线

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? 2)最短的粗加工切削进给路线
? 切削进给路线为最短,可有效地提高生产效率, 降低刀具的损耗等。上图常用的粗车循环进给加工路 线示例所示的三种不同切削进给路线,经分析和判断 后可知矩形循环进给路线的进给长度总和最短。因此 在同等条件下,其切削所需时间(不含空行程)最短, 刀具的损耗最少,为常用粗加工切削进给路线,但也 有缺点,粗加工后的精车余量不够均匀,一般需安排 半精加工。

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? (3)精加工进给加工路线的确定

? 1)完工轮廓的连续切削进给路线 ? 在安排一刀或多刀进行的精加工进给路线时,零件的 完工轮廓应由最后一刀连续加工而成,不要在连续的轮廓 中安排切入和切出或换刀及停顿,以免因切削力突然变化 而造成工件弹性变形,致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、 形状突变或滞留刀痕等缺陷。 ? 2)换刀加工时的进给路线 ? 根据工步顺序要求决定各刀加工的先后顺序及各刀进给 路线的衔接。 ? 3)切入、切出及接刀点位置的选择 ? 应选在有空刀槽或表面间有拐点、转角的位置。 ? 4)各部位精度要求不一致的精加工进给路线 ? 若各部位精度相差不大时,以最严的精度为准,连续走 刀加工所有部位;若各部位精度相差很大,精度接近的表 面安排在同一把刀走刀路线内加工,先加工精度较低的部 位,最后安排精度高的部位加工。
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? (4)最短的空行程进给加工路线的确定
? 最短的进给路线,不仅可以节省整个加工过程的执行时间, 还能减少机床进给机构滑动部件的磨损等。 ? 1)巧用起刀点 ? 在下图(a)中,对刀点A的设定考虑到了加工过程中换刀方 便,故设置在离坯件较远处,同时将起刀点与对刀点重合在一起, 按三刀粗车的进给路线安排如下: 第一刀为A→B→C→D→A; ? 第二刀为A→E→F→G→A; ? 第三刀为A→H→I→J→A。

巧用起刀点
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? 上图(b)则将起刀点与对刀点分离,并设于图示B点位置, 仍按相同的切削量进行三刀粗车,其进给路线安排如 下: ? 起刀点与对刀点分离的空行程为A→B; ? ? 第一刀为B→C→D→E→B; ? ? 第二刀为B→F→G→H→B; ? ? 第三刀为B→I→J→K→B。 ? 显然,上图(b)所示的进给路线最短。该方法也可用在 其他循环(如螺纹加工)切削加工中。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? 2)巧设换(转)刀点 ? 为了换(转)刀的方便、安全, 将换(转)刀点 设在离工件较远的位置处(如上图中的A点),那么换 第二把刀后,进行精车时的空行程路线必然也较长; 如果将第二把刀的换刀点也设置在上图(b)中的B点 位置,则可缩短空行程距离,但换刀过程中一定不能 发生干涉。 ? 3)合理安排“回零”路线 ? 在安排“回零”路线时, 应使其前一刀终点与后 一刀起点间的距离尽量短,最好为零, 这样进给路线 最短。另外,返回对刀点时,在不发生加工干涉现象 的前提下,应尽量采用x、z坐标双向同时“回零”,这 种“回零”路线最短。

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资料四 找正装夹方案及夹具选择
找正装夹方案

夹具选择

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找正装夹方案
1.数控车削零件的装夹定位及定位基准选择原则 (1)工件装夹定位要求 数控车削零件工件径向定位后必须保证工件坐标系 Z轴与机床主轴轴线同轴,同时还要保证加工表面径向 的工序基准(或设计基准)与机床主轴回转中心线的 位置满足工序(或设计)要求。 工件轴向定位后要保证加工表面轴向的工序基准 (或设计基准)与工件坐标系X轴的位置要求。批量加 工时,若采用三爪自定心卡盘装夹,工件轴向定位基 准可选工件的左端面或左側其他台肩面以方便定位; 若采用两顶针装夹,为保证定位准确,工件两中心孔 倒角可加工成准确的圆弧形倒角,这时顶针与中心孔 圆弧形倒角接触为一条环线,轴向定位非常准确,适 合数控加工精确性要求。若单件加工,不需轴向定位, 可用对刀的方法建立工件坐标系。
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装 夹 定 位

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? (2)定位基准(指精基准)的选择原则:
? 1)基准重合原则 为避免基准不重合误差,应选用工序基 准(设计基准)作为定位基准,并使工序基准、定位基准、 编程原点三者统一。因为当加工面的工序基准与定位基准 不重合且加工面与工序基准不在一次安装中同时加工时, 会产生基准不重合误差。 ? 2)基准统一原则 在多工序或多次安装中,选用相同的定 位基准,对数控加工保证零件的位置精度非常重要。 ? 3)便于装夹原则 选用的定位基准应能保证定位准确、可 靠,定位、夹紧机构简单,敞开性好,操作方便,能加工 尽可能多的内容。 ? 4)便于对刀原则 批量加工时,在工件坐标系已定,采用 不同的定位基准为对刀基准建立工件坐标系,会使对刀的 方便性不同,甚至无法对刀,这时要分析此种定位方案能 否满足对刀操作要求,否则原设工件坐标系须重新设定。
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2.数控车削零件的装夹找正
把工件从定位到夹紧的整个过程称为工件的装夹。 数控车床装夹工件时,必须将工件表面的回转中心轴 线,找正到与数控车床的主轴中心线重合。 (1)工件常用装夹方式 1)在三爪自定心卡盘上装夹 三爪自定心卡盘的三个卡爪是同步运动的,能自动 定心,一般不需找正。三爪自定心卡盘装夹工件夹紧 力较小,适用于装夹外形规则的中、小型工件。三爪 自定心卡盘可装成正爪或反爪两种形式,反爪用来装 夹直径较大的工件。用三爪自定心卡盘装夹精加工过 的表面时,被夹住的工件表面应包一层铜皮,以免夹 伤工件表面。 用三爪自定心卡盘装夹工件进行粗车或精车时,若 工件直径小于或等于30mm,其悬伸长度应不大于直径 的3倍,若工件直径大于30mm,其悬伸长度应不大于直 径的5倍。
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装 夹 找 正

项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? 数控车床多采用三爪自定心卡盘夹持工件,轴类 工件还可使用尾座顶尖支持工件。数控车床主轴转速 较高,为便于工件夹紧,多采用液压高速动力卡盘。 这种卡盘在生产厂已通过了严格平衡检验,具有高转 速、高夹紧力、高精度、调爪方便、使用寿命长等优 点。 通过调整油缸的压力,可改变卡盘的夹紧力,以 满足夹持各种薄壁和易变形工件的特殊需要。还可使 用软爪夹持工件,软爪弧面由操作者随机配制,可获 得理想的夹持精度。 ? 用三爪自定心卡盘直接装夹加工工件如下图所示:

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? 2)在两顶尖之间顶两头装夹
? 对于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类零件,为保 证每次装夹时的装夹精度,可用两顶尖装夹。两顶尖装夹 工件方便,不需找正,装夹精度高,但必须先在工件两端 面钻出中心孔,工件利用中心孔被顶在前后顶尖之间,通 过拨盘和卡箍随主轴一起转动。如下图所示: 用两顶尖装夹工件时须注意的事项: (1)前后顶尖的连线应与车床主轴轴线同轴,否则车出的 工件会产生锥度误差。 ? (2)尾座套筒在不影响车刀切削的前提下,应尽量伸出得 短些,以增加刚性,减少振动。? ? (3)中心孔应形状正确,表面粗糙度值小。 (4)两顶尖与中心孔的配合应松紧合适。 (5)由于靠卡箍传递扭矩,所以车削工件的切削用量要小。

? ? ? ? ? ?

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用两顶尖装夹工件

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? 3) 用卡盘和顶尖一夹一顶装夹 ? ? 用两顶尖装夹工件虽然精度高,但刚性较差。因 此,车削质量较大的工件时要一端用卡盘夹住,另一 端用后顶尖支撑。 为了防止工件由于切削力的作用而 产生轴向位移,必须在卡盘内装一限位支承(注:限 位支承比夹持工件直径稍小,通常采用圆盘料或隔套) 或利用工件的台阶面限位(如下图所示),这样比较 安全,能承受较大的轴向切削力,且安装刚性好,轴 向定位准确,因此应用比较广泛。

用工件的台阶面限位
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? (2)工件采用找正方式装夹 ? 单件生产的工件偏心安装时常采用找正装夹。用三爪自定 心卡盘装夹较长的工件时,工件离卡盘夹持部分较远处的 旋转中心不一定与车床主轴旋转中心重合,这时必须找正; 当三爪自定心卡盘使用时间较长,失去了应有精度,而工 件的加工精度要求又较高时,也需要找正。 ? 找正法适用于大型或形状不规则的工件,但因找正比较费 时,故只能用于单件小批生产。 ? 1)找正及校正要求 ? 对于工件装夹表面轴线与加工表面轴线同轴的,找正 装夹时必须将工件的装夹表面轴线找正及校正到与车床主 轴回转中心线重合;对于工件装夹表面轴线与加工表面轴 线不同轴的,要使工件的装夹表面轴线(即加工表面径向 的工序基准或设计基准)与机床主轴回转中心线的位置满 足工序(或设计)要求。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? 2)找正及校正方法 ? 找正方法与普通车床上找正及校正工件相同,一般 用划针或打表找正,精度高的工件用百分表校正。 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, 如下图所示。

找正装夹工件
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夹具选择
? 数控车床加工回转体轴类零件常用夹具分为圆周定位夹 具、中心孔定位夹具和其他数控车床夹具。 (1)手动三爪自定心卡盘 手动三爪自定心卡盘是最常用的数控 车床通用夹具,能自动定心,夹持范围 大,一般不需找正,装夹速度较快,如 图所示。但夹紧力小,卡盘磨损后会降 低定心精度。用三爪自定心卡盘装夹精 加工过的工件表面时,被夹住的工件表 面应包一层铜皮,以免夹伤工件表面。 手动三爪自定心卡盘有中空三爪自定心 卡盘和中实三爪自定心卡盘之分。 三爪自定心卡盘构造示意图

? 1.常用圆周定位夹具
? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

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(2)液压动力卡盘(液压三爪卡盘)
为提高生产效率和减轻劳动强度,数控车床广泛采用 液压自定心卡盘,常称液压三爪卡盘,如图所示。 液压三爪卡盘装夹迅速、方便,但夹持范围小(只能夹 持直径变动约5mm的工件),尺寸变化大的需重新调整卡 爪位置。

液压三爪卡盘
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(3)卡爪
卡爪有硬爪、软爪、正爪和反爪之分。 硬爪是卡爪经过热处理淬火,一般卡爪硬度达45-50HRC左 右;软爪也就是卡爪未经过热处理淬火或只经过调质处理, 用户自制软爪一般未经过热处理,专业厂家生产的软爪一般 只经过调质处理,卡爪硬度一般在28-30HRC左右;正爪用于 夹工件外径,如上图-手动三爪自定心卡盘所示卡爪安装状态 就是正爪安装;反爪也就是将卡爪掉转180°安装,如上图手动三爪自定心卡盘所示卡爪掉转180°安装就成反爪。 液压三爪卡盘自定心精度虽比普通三爪卡盘好一些,但 仍不适合用于零件同轴度要求较高时的二次装夹加工,或批 量生产零件时按上道工序的已加工面装夹,加工形位精度 (如同轴度)要求高的零件。故单件生产时,可用找正法装 夹加工,批量生产时常采用软爪。软爪是一种具有切削性能 的夹爪,软爪是在使用前配合被加工工件特别制造的,如加 工成圆弧面、圆锥面或螺纹等形式,可获得理想的夹持精度。 在数控车床上装刀根据加工工件外圆大小自车内圆弧软爪示 例,如下图所示。
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数控车床自车加工内圆弧软爪示例

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 数控车床自车加工软爪时要注意以下几个方面的问题: 1)软爪要在与使用时相同的夹紧状态下进行车削,以免在加 工过程中松动和由于卡爪反向间隙而引起定心误差,车削软 爪内定心表面时,要在靠卡盘处夹适当的圆盘料,以消除卡 盘端面螺纹的间隙,如上图-加工软爪所示。 2)当被加工工件以外圆定位时,软爪夹持直径应比工件外圆 直径略小,如下图所示。目的是增加软爪与工件的接触面积。 3)软爪内径大于工件外径时,会使软爪与工件形成三点接触, 如下图所示。此种情况下夹紧不牢固,且极易在工件表面留 下压痕,应尽量避免 。 4)当软爪内径过小时,如下图所示,会形成软爪与工件的六 点接触,这样,不仅会在被加工表面留下压痕,而且软爪接 触面也会变形。这种情况在实际使用中应尽量避免 。
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理想软爪内径

软爪内径过大

软爪内径过小

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(4)弹簧夹套
弹簧夹套定心精度高,装夹工件快捷方便,常用于 精加工过的外圆表面定位装夹。特别适用于尺寸精度较高、 表面质量较好的冷拔圆棒料的夹持。弹簧夹套所夹持工件 的内孔为规定的标准系列,并非任意直径的工件都可以进 行夹持。下图(a)是拉式弹簧夹套,下图(b)是推式弹 簧夹套。图1-50是常见的弹簧夹套加工示例。

(a) 拉式弹簧夹套

(b) 推式弹簧夹套

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? 2.常用中心孔定位夹具
? (1)两顶尖拨盘 ? 数控车床加工轴类零件时,坯料装卡在主轴顶尖和 尾座顶尖之间,工件由主轴上的拨盘带动旋转。两顶尖 装夹工件方便,不需找正,装夹精度高。该装夹方式适 用于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类零件的精加工。 顶尖分为前顶尖与后顶尖,如图所示。另顶尖还有活顶 尖,如图1-52(b)所示。

前顶尖

后顶尖

? (2)拨动顶尖:拨动顶尖有内、外拨动顶尖和端面顶尖 两种。
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夹具选择原则
数控车削夹具选择原则如下: (1)单件小批量生产时,一般选用手动三爪自定心卡盘或液压三 爪卡盘 。 (2)成批生产时,优选选用液压三爪卡盘,其次才考虑选用普通三 爪自定心卡盘。 (3)车削长径比L/D<5的回转体类零件,根据工件直径大小和加 工精度要求,考虑是否用尾架顶尖加以顶紧;车削长径比5< L/D <20的回转体类零件,必须用尾架顶尖加以顶紧;车削长 径比L/D >20的细长轴回转体类零件,根据工件直径大小和加 工精度要求,考虑再配以中心架或跟刀架辅助夹持进行加工, 以免影响加工精度。 (4)车削薄壁套类零件,考虑采用包容式软爪、弹簧夹套或心轴 和弹簧心轴,以增大装夹接触面积,防止工件夹紧变形,以免 影响加工精度;或改变夹紧力的作用点,采用轴向夹紧方式。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 (5)车削偏心回转体类零件,一般选用四爪卡盘、花 盘、 角铁或专用夹具,也可选用三爪自定心卡盘, 但须加装其他辅具。 (6)车削工件直径大于500mm的回转体类零件,一 般选用花盘进行装夹。 (7)零件的装卸要快速、方便、可靠,以缩短机床的 停机时间,减少辅助时间; (8)为满足数控车削加工精度,要求夹具定位、夹紧 精度高; (9)夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加 工,即夹具要敞开,其定位、夹紧元件不能影响加 工中的走刀(如产生干涉碰撞等) 。

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资料五 刀具选择
1.数控车削刀具的要求、种类及特点

1)数控车削刀具的基本要求
? (1)为使粗车能吃大刀、大走刀,要求粗车刀具强 度高、耐用度好; (2)精车首先是保证加工精度,所以要求刀具的精 度高、耐用度好。 (3)为减少换刀时间和方便对刀,应尽可能多地采 用机夹刀。 (4)多数情况下应采用涂层硬质合金刀片。 (5)数控车削对刀片的断屑槽有较高的要求,数控 车削刀片应采用三维断屑槽。 (6)数控车削还要求刀片耐用度的一致性要好,以 便于使用刀具寿命管理功能。
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2)常用数控车削刀具的种类
(1)按刀具结构分类 1)整体式:由整块材料磨制而成,使用时可根据不 同用途将切削部分修磨成所需要的形状。如高速钢磨 制的白钢刀。 2)镶嵌式:分为焊接式和机夹式。机夹式又根据刀 体结构不同,分为不转位和可转位两种。 3)减振式:当刀具的工作长度与直径比大于4时,为 了减少刀具的振动,提高加工精度,所采用的一种特 殊结构的刀具。如减振式数控内孔车刀。 4)内冷式:刀具的切削冷却液通过刀盘传递到刀体 内部由喷孔喷射到切削刃部位的刀具。 目前数控车削刀具主要采用机夹可转位刀具。
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? (2)按刀具制造所用材料分类:
1)高速钢刀具 2)硬质合金刀具 3)陶瓷刀具 4)立方氮化硼刀具 5)聚晶金刚石刀具。 目前数控机床用得最多的是硬质合金刀具

(3)按刀具切削工艺分类
1) 外圆车刀 2)端面车刀 3)内孔车刀 4)切断车刀 5)切槽车刀 6)螺纹车刀
常用外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、螺纹车刀如下图所示:

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数控车削常用刀具

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3)数控车削刀具的特点
? (1)刀具具有很高的切削效率; (2)数控刀具的精度和重复定位精度高; (3)刀具的可靠性和耐用度高; (4)可实现刀具尺寸的预调和快速换刀; 刀具结构应能预调尺寸,以能达到很高的重复定位精度。 (5) 具有一个比较完善的工具系统和刀具管理系统; (6) 应有刀具在线监控及尺寸补偿系统。

2.数控刀具材料
(1)切削用刀具材料应具备的性能 切削用刀具材料应具备的性能如表1-7所示

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 (2)各种刀具材料 现今所采用的刀具材料,大体可分为:高速钢、硬质合 金、陶瓷、立方氮化硼(CBN)、聚晶金刚石(PCD) 高速钢 高速钢是在合金工具钢中加入较多的钨、钼、铬、钒 等合金元素的高合金工具钢。它具有较高的强度、韧性和 耐热性,是目前广泛应用的刀具材料。因刃磨时易获得锋 利的刃口,又称“锋钢”。 大体上可分为W系和M0系两大 类。 ? 1)普通高速钢:具有一定的硬度和耐磨性、高的强度和韧 性,切削速度(加工钢料)一般不高于50~60m/min,不适 合高速切削和硬的材料切削。 ? 典型的普通高速钢有:W18Cr4v、W6MO5Cr4V2

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? 2)高性能高速钢:耐高温性好,其耐用度是普通高速钢的1.5~3 倍。适用于加工奥氏体不锈钢、高温合金、钛合金、超高强度钢 等难加工材料。不同牌号只有在各自规定切削条件下,才能达到 良好的加工效果,因此其使用范围受到限制。 ? 典型高性能高速钢有:9W18Cr4v、9W6MO5Cr4V2、W6MO5Cr4V3

硬质合金
? 硬质合金是由硬度和熔点都很高的碳化物(WC、TiC、 TaC、 NbC等),用Co、Mo、Ni作黏结剂烧结而成的粉末冶金制品。其 常温硬度可达78~82 HRC,能耐850~1000℃的高温, 切削速度 比高速钢高4~10倍,但其冲击韧性与抗弯强度远比高速钢差,因 此很少做成整体式刀具。实际使用中,常将硬质合金刀片焊接或 用机械夹固的方式固定在刀体上。 按ISO标准,硬质合金主要以硬质合金的硬度、抗弯强度等指 标为依据。分为K类、P类、M类:

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? 1) K类(YG):即钨钴类硬质合金,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,适用于加工铸铁、青 铜等脆性材料。我国常用的K类硬质合金牌号有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。 其中的数字表示Co含量的百分数,如YG6即含Co 6%。 含Co越多, 则韧性越好。 ? 2) P类(YT):即钨钴钛类硬质合金,由碳化钨、碳化钛和钴 组成。这类硬质合金的耐热性和耐磨性较好,但抗冲击韧性较差, 适用于加工钢料等韧性材料。我国常用的P类硬质合金牌号有YT5、 YT15、YT30等,其中的数字表示碳化钛含量的百分数。 碳化钛 的含量越高,则耐磨性较好,韧性越低。这三种牌号的硬质合金 制造的刀具分别适用于粗加工、半精加工和精加工。 ? 3) M类(YW):即钨钴钛钽铌类硬质合金,是在钨钴钛类硬质 合金中加入少量的稀有金属碳化物(TaC或NbC)组成的。它具 有前两类硬质合金的优点,用其制造的刀具既能加工脆性材料, 又能加工韧性材料,同时还能加工高温合金、 耐热合金及合金铸 铁等难加工的材料。我国常用的M类硬质合金牌号有YW1、 YW2。

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?

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? ? ?

硬质合金材料上加涂层作成的刀片就是涂层硬质合金刀 片。这种材料是在韧性、强度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)法涂覆一层极薄的、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。 常用 的涂层材料有TiC、TiN 、TiCN 、Al2O3等。TiC的韧性和 耐磨性好;TiN的抗氧化、抗黏结性好;Al2O3的耐热性好。 使用时可根据不同的需要选择涂层材料。 涂层刀具的使用范围相当广泛,非金属、铝合金、铸铁、 钢、高强度钢、高硬度钢和耐热合金、钛合金等难加工材 料的切削均可使用。 目前常用涂层材料有以下几种: ①TiC涂层 TiC涂层呈银白色。 ②TiN涂层 TiN涂层呈金黄色。
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? ③TiCN涂层 TiCN涂层呈蓝灰色,为高韧性通用涂层。 ? ④TiALN涂层 TiALN涂层呈紫黑色,可用于加工难加 工材料、干切削和硬材料。 ? ⑤ALTiN涂层 ALTiN涂层呈黑色,比TiALN有更好的 切削性能。 ? ⑥TiN和TiC复合涂层 里层为TiC涂层,外层为TiN涂 层,兼有TiC的高硬度、高耐磨性和TiN的不黏刀的特 点,复合涂层的性能优于单层。 ? ⑦AL2O3涂层 耐磨性好、耐热性高、化学稳定性好 和摩擦因数小,适用于高速切削。 ? 一般而言,在相同的切削速度下,涂层高速钢刀具的 耐磨损性能比未涂层的提高2~10倍;涂层硬质合金刀 具的耐磨损性能比未涂层的提高1~3倍。所以,一片 涂层刀片可代替几片未涂层刀片使用。 ? 硬质合金刀片及硬质合金涂层刀片如下图所示:
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硬质合金涂层刀片

金属陶瓷 螺纹车刀 切断和切槽 刀片 片 刀片 硬质合金刀片

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 陶瓷 ? 陶瓷其主要成分是Al2O3,陶瓷刀片硬度可达 HRC 78 以上,能耐1200~1450℃的高温,故能承受较高的切削速 度。主要特点是:高硬度、高温强度好、化学性能稳定, 与被加工材料的亲和性低,故不易产生粘刀和积屑瘤现象, 但陶瓷的抗弯强度低,抗冲击韧性差,脆性大,易崩刃。 陶瓷刀具适用于加工耐热合金等难加工材料。刀具耐用度 比传统刀具高几倍甚至几十倍,减少了加工中的换刀次数; 可进行高速切削或实现“以车、铣代磨”,切削效率比传 统刀具高3-10倍。金属陶瓷刀片如上图所示。 ? 立方氮化硼(CBN) ? 立方氮化硼是人工合成的超硬刀具材料,其硬度可达 4500HV,仅次于金刚石。特点:热稳定性好,硬度高,与 铁族元素亲和力小,但强度低,焊接性差。特别适用于加 工超高硬度的材料,目前主要用于加工淬火钢、冷硬铸铁、 高温合金和一些难加工的材料。
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? 聚晶金刚石(PCD)
? 聚晶金刚石硬度极高,可达10000 HV(硬质合金仅为 1300~1800 HV)。聚晶金刚石刀具的耐磨性是硬质合金 的80~120倍,但韧性差,对铁族材料亲和力大,因此一 般不宜加工黑色金属,主要用于硬质合金、玻璃纤维塑料、 硬橡胶、石墨、 陶瓷、 有色金属等材料的高速精加工。 ? 上述五大类刀具材料,从总体上分析,材料的硬度、耐 磨性,金刚石最高,依次降低到高速钢。而材料的韧性则 是高速钢最高,金刚石最低。下图显示了目前使用的各种 刀具材料根据硬度和韧性排列的大致位置。涂层刀具材料 具有较好的实用性能,也是将来能使硬度和韧性并存的手 段之一。在数控机床中,应用最广泛的是硬质合金类。因 为硬质合金材料从经济性、适应性、多样性、工艺性等各 方面,综合效果都优于陶瓷、立方氮化硼和聚晶金刚石。

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切削用刀具材料的硬度与韧性 关系

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3.数控刀具的失效形式及影响刀具耐用度的因素 (1)数控刀具的主要失效形式及对策 在切削过程中,刀具磨损到一定的程度,刀刃崩刃或 破裂,刀刃卷刀(塑性变形)时,刀具丧失其切削能 力或无法保证加工质量,称为刀具失效。刀具破损的 主要失效形式及对策如下: 1)后刀面磨损 由机械应力引起的出现在后刀面上的 摩擦磨损 对策:应选择耐磨性高的刀具材料,同时降低切削速 度,提高进给量,增大刀具后角。 2)主切削刃的边界磨损 对策:降低切削速度和进给速度,同时选择耐磨刀具 材料并增大前角使切削刃锋利。 3)前刀面磨损(月牙洼磨损) 在前刀面上由摩擦和 扩散导致的磨损 对策:降低切削速度和进给速度,选择涂层硬质合金 刀具。
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 4 )塑性变形 切削刃在高温或高应力作用下产生的变形。 对策:降低切削速度和进给速度,选择耐磨性高和导热系 数大的刀具。 5 )积屑瘤 工件材料在刀具上的粘附 对策:提高切削速度,选择涂层硬质合金刀具,并使用切 削液。 6 )刃口剥落 切削刃上出现一些很小的缺口,而非均匀的 磨损 对策:在开始加工时降低进给速度,选择韧性好的刀具材 料和切削刃强度高的刀片。 7 )崩刀 刀尖、切削刃整块崩掉 对策:选择韧性好的刀具材料,加工时减小进给量和切削 深度 8 )热裂纹 对策:选择韧性好的刀具材料,同时减小进给量和切削深 度,并使用切削液。
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? (2)影响刀具耐用度的因素
? 所谓刀具耐用度,指的是从刀具刃磨后开始切削,一直到磨损量 达到磨钝标准为止所经过的总切削时间,用符号“T”表示,单位为 min。耐用度为切削时间,不包括对刀、测量、快进、回程等非切削 时间。影响刀具耐用度的因素如下: ? 1)切削用量。 ? 切削用量是影响刀具耐用度的一个重要因素。Vc、f、ap增大,刀 具耐用度T减小,且Vc影响最大, f次之, ap最小。所以在保证一定 刀具耐用度的条件下,为了提高生产率,应首先选取大的背吃刀量 ap, 然后选择较大的进给量f,最后选择合理的切削速度Vc。 ? 2)刀具几何参数。 ? 刀具几何参数对刀具耐用度影响最大的是前角Y0和主偏角Kr。 ? 前角Y0增大,可使切削力减小,切削温度降低,耐用度提高;但 前角Y0太大,会使刀具强度削弱,散热差,且易于破损,刀具耐用度 反而下降了。

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?

? ?

? ?

?

主偏角Kr减小,可使刀尖强度提高,改善散热条 件,提高刀具耐用度;但主偏角Kr过小,则背向力增 大,对刚性差的工艺系统,切削时易引起振动。 3)刀具材料 刀具材料的高温强度越高,耐磨性越好,刀具耐 用度越高。但在有冲击切削、重型切削和难加工材料 切削时,影响刀具耐用度的主要因素是冲击韧性和抗 弯强度。韧性越好,抗弯强度越高,刀具耐用度越高, 越不易产生破损。 4)工件材料 工件材料的强度、硬度越高,产生的切削温度越 高,故刀具耐用度越低。此外,工件材料的塑性、韧 性越高,导热性越低,切削温度越高,刀具耐用度越 低。 合理选择刀具耐用度,可以提高生产效率和降低加 工成本。
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4.数控可转位车削刀具及刀片 目前数控机床主要采用镶嵌式机夹可转位刀片的 机夹刀具。 (1)数控可转位车削刀具 1) 数控可转位车削刀具特点 数控车床所采用的可转位车刀,其几何参数是 通过刀片结构形状和刀体上刀片槽座的方位安 装组合形成的。 数控可转位刀具具体要求和特点如表1-8所示。 ? 2) 可转位车刀的种类 ? 可转位车刀按其用途可分为外圆车刀、仿形车 刀、端面车刀、内圆车刀、切槽车刀、切断车 刀和螺纹车刀等。如表1-9所示。 ? 常见机夹数控可转位车刀如下图所示:
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外圆及端面车刀

外圆车刀

内孔车刀

螺纹车刀

切槽刀

常见机夹数控可转位车刀

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? 3)数控可转位车刀的结构形式
? 可转位车刀由刀片、定位元件、夹紧元件和刀体组成。 常见可转位车刀刀片的夹紧方式有杠杆式 、楔块式 、楔 块上压式和螺钉上压式四种方式。杠杆式 、楔块式 和楔 块上压式如下图所示:

杠杆式

楔块式

楔块上压式

杠杆式依靠螺钉旋紧压靠杠杆,由杠杆的力压紧刀片达到夹固的目的。 楔块式依靠销与楔块的压下力将刀片夹紧。 楔块上压式依靠销与楔块的压下力将刀片夹紧。
螺钉上压式依靠螺钉压下力将刀片夹紧。
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? (2)数控机夹可转位刀片 ? 1)可转位刀片代码 ? 按ISO1832-2004,可转位刀片的代码表示方法由10位字 符串组成,其排列如下: ? 1 2 3 4 5 6 7 8 — 9 10 ? 式中每一位字符串代表刀片某种参数的意义: ? 1——刀片的几何形状及其夹角。 ? 2——刀片主切削刃后角(法后角)。 ? 3——公差 表示刀片内接圆d与厚度s的精度级别。 ? 4——刀片形状、固定方式或断屑槽。 ? 5——刀片边长、切削刃长。 ? 6——刀片厚度。 ? 7——修光刀 刀尖圆角半径r或主偏角κr或修光刃后角αn。 ? 8——切削刃状态 尖角切削刃或倒棱切削刃。 ? 9——进刀方向或倒刃宽度。 ? 10——各刀具公司的补充符号或倒刃角度。
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 可转位刀片型号表示规则 如表1-10所示 一般情况下,第8位和第9位的代码在有要求时才填写,第 10位代码因厂商而异,无论哪一种型号的刀片必须标注前7位 代号。此外,各刀具厂商可以另外添加一些符号,用连接号将 其与ISO代码相连接(如PF代表断屑槽型)。 【例】车刀可转位刀片CNMG120408E-NUB公制型号表示含义: C—80°菱形刀片形状;N—法后角为0°;M—刀尖转位 尺寸允差(±0.08~±0.18mm),内切圆允差(±0.05~ ±0.13mm),厚度允差±0.13mm;G—圆柱孔双面断屑槽; 12—内切圆基本直径12,实际直径12.07mm;04—刀片厚度 4.76mm;08—刀尖圆角半径0.8mm;E—倒圆切削刃;N—无 切削方向;UB—用于半精加工的一种断屑槽形。 常见可转位数控车刀刀片如下图所示

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常见可转位数控车刀刀片

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? 2)数控车削可转位刀片的选择 ? 选择依据:被加工零件的材料、表面粗糙度、加工余量等。 刀片材料选择 选择刀片材料依据:根据被加工工件的材料、被加工 表面的精度要求、切削载荷的大小以及加工中有无冲击和 振动等。 刀片尺寸选择 刀片尺寸的大小取决于必要的 有效切削刃长度L,有效切削刃长 度L与背吃刀量ap和主偏角kr有关, 如图所示。使用时可查阅有关手册 或刀具公司的刀具样本选取。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 刀片形状的选择 刀片形状主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀 具寿命和刀片的转位次数等因素来选择。通常刀尖角度影 响加工性能如下图所示。被加工表面与刀片形状和主偏角 的关系见下图,使用时可查阅有关手册或刀具公司的刀具 样本选取。

切削刃强度增强,振动加大 通用性增强,所需功率减小

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刀片的刀尖半径选择 刀尖圆弧半径的大小直接影响刀尖的强度及 被加工零件的表面粗糙度。刀尖圆弧半径大, 表面粗糙度值增大,切削力增大且易产生振动, 切削性能变坏,但刀刃强度增加,刀具前后刀 面磨损减少。通常在切深较小的精加工、细长 轴加工、机床刚性差情况下,选用刀尖圆弧半 径较小些;而在需要刀刃强度高、工件直径大 的粗加工中,选用刀尖圆弧半径大些。正常刀 尖圆弧半径的尺寸系列有:0.2mm、 0.4mm、 0.8mm、 1.2mm、 1.6mm、 2.0mm等。刀尖 圆弧半径一般适宜选取进给量的2-3倍。

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刀杆头部形式的选择
刀杆头部形式按主偏角和直头、弯头分为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,可根据实际情况选择。 车削直角台阶的工件,可选主偏角大于或等于 900的刀杆。一般粗车可选主偏角450-900的刀 杆;精车可选450-750的刀杆;中间切入、仿形 车则可选450-107.50的刀杆;工艺系统刚性好时 可选较小值,工艺系统刚性差时可选较大值。 下图所示为几种不同主偏角车刀车削加工的示 意图,图中箭头指向表示车削时车刀的进给方 向。车削端面时,可以用偏刀或450端面车刀。

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不同主偏角车刀车削加工示意图

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左右手刀杆的选择
弯头或直头刀杆按车削方向可分为右手刀R(右手)、左手刀L (左手)和左右刀N(左右手)。 右手刀R也即车削时,自右至左车削工件回转表面。 左手刀L也即车削时,自左至右车削工件回转表面。

左右手刀N也即车削时,既可自左至右车削工件回转表
面,也可自右至左车削工件回转表面。 如右图所示。 要注意区分左、右手刀的方向。选择时要考虑机床刀架

是前置式还是后置式、前刀面是向上还是向下、主轴的
旋转方向以及需要的进给方向等。

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? 刀片厚度选择
? 刀片的厚度愈大,则能承受的切削负荷愈大。因此 在车削的切削力大时,应选用较厚的刀片;太薄,刀片 就容易破碎。刀片的厚度可根据背吃刀量ap和进给量f 的大小来选择。使用时可查阅有关手册或刀具公司的刀 具样本选取。

? 刀片夹紧方式选择
? 为了使刀具能达到良好的切削性能,对刀片的夹紧方式 有如下基本要求: ? 夹紧可靠,不允许刀片松动或移动。 ? 定位准确,确保定位精度和重复定位精度。 ? 排屑流畅,有足够的排屑空间。 ? 结构简单,操作方便,制造成本低,转位动作快,缩 短换刀时间

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断屑槽形的选择
断屑槽形的参数直接影响着切屑的卷曲和折断,刀片 的断屑槽形式较多,各种断屑槽刀片使用情况不尽相同。 槽形根据加工类型和加工对象的材料特性来确定,各刀具 厂商表示方法不一样,但基本思路一样:基本槽形按加工 类型有精加工(代码F)、普通加工(代码M)和粗加工 (代码R);加工材料按国际标准有加工钢的P类,加工 不锈钢、合金钢的M类和加工铸铁的K类。这两种情况一 组合就有了相应的槽形,比如FP就指用于钢的精加工槽 形,MK是用于铸铁普通加工的槽形等。使用时可查阅有 关手册或刀具公司的刀具样本选取。 数控加工时,如果切屑断得不好,它就会缠绕在刀头 上,既可能挤坏刀片,也会把切削表面刮伤。普通车床用 的硬质合金刀片一般是两维断屑槽,而数控车削刀片常采 用三维断屑槽。
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5.中心钻
中心钻是加工中心孔的刀具,常用主要有四种型式。A型:不带护 锥的中心钻;B型:带护锥的中心钻;C型:带螺纹的中心钻;R型:弧 形中心钻。加工直径d=1-10mm的中心孔时,通常采用不带护锥的中心钻 (A型);工序较长、精度要求较高的工件,为了避免60度定心锥被损 坏,一般采用带护锥的中心钻(B型);对于定位精度要求较高的轴类 零件(如圆拉刀),则采用弧形中心钻(R型)。具体如下图所示:

A型中心钻

B型中心钻

A、B、 R 、C型中心钻

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? 6.车刀的安装 ? 在实际切削中,车刀安装的高低、车刀刀 杆是否与工件轴线垂直对车刀角度有很大影响。 以车削外圆为例, 当车刀刀尖高于工件轴线时, 因其车削平面与基面的位置发生变化而使前角 增大,后角减小;反之,则前角减小, 后角增 大。车刀安装的歪斜对主偏角、副偏角影响较 大, 特别是在车螺纹时,会使牙形半角产生误 差。因此, 正确地安装车刀是保证加工质量、 减小刀具磨损、提高刀具使用寿命的重要环节。

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资料六 切削用量选择
数控车削加工的切削用量包括背吃刀量ap 、主轴转速n 或者切削速度V (恒线速时)、进给量或者进给速度f ,如 下图所示。合理的切削用量是在充分发挥数控机床效能、 刀具性能和保证加工质量的前提下,获得较高的生产效率 和较低的加工成本。为在一定刀具耐用度条件下取得较高 的生产效率,选取切削用量的合理顺序和原则是: 粗车时,考虑选择一个尽可能大的背吃刀量ap,其次选择一 个较大的进给量f ,最后在保证刀具耐用度的前提下,确定 一个合适的切削速度V。 精车时,精车时应选用较小(但不太小)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v。

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切削速度(V)

背吃刀量ap

进给量

切削用量的确定

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1.背吃刀量ap的确定

在工艺系统刚度和机床功率允许的情况 下,尽可能选取较大的背吃刀量,以减 少进给次数。一般当毛坯直径余量小于6 ㎜时,根据加工精度考虑是否留出半精 车和精车余量,剩下的余量可一次切除。 当零件的精度要求较高时,为了保证加 工精度和表面粗糙度,一般都留有一定 的精加工余量,其大小可小于普通加工 的精加工余量,一般半精车余量为0.5 ~ 2㎜左右,精车余量为0.1~0.4㎜。
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2.进给速度F或进给量f的确定
进给速度是指在单位时间内,刀具沿进给方向移动的 距离(单位为mm/min)。 (1)确定进给速度的原则 进给量f的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。 在保证工件加工质量的前提下,为提高生产效率,可 以选择较高的进给速度(2000㎜/min以下)。 在切断、车削深孔或精车时,应选择较低的进给速度。 当刀具空行程特别是远距离“回零”时,可以设定尽 量高的进给速度。 粗车时,一般取f=0.3~0.6㎜/r,精车时常取f=0.1~ 0.25㎜/r,切断时f=0.05~0.2㎜/r。

? ? ? ? ?

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? (2)进给速度的计算
? 进给速度的大小直接影响表面粗糙度值和车削效率,因此进 给速度的确定应在保证表面质量的前提下,选择较高的进给 速度。 ? 进给速度包括纵向进给速度和横向进给速度。一般根据零 件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素,查阅切削用量手 册选取每转进给量f,再按下式计算进给速度: ? F=nf ? 式中:F—进给速度,单位为mm/min; ? f—进给量,单位为mm/r ; ? n —工件或刀具的转速,单位为r/min。 ? 式中每转进给量f,粗车时一般取为0.3~0.6 mm/r,半精车时 常取0.2~0.4 mm/r,精车时常取0.1~0.25 mm/r,切断时常 取0.05~0.2mm/r。工件材料较软时,可选用较大的进给量; 反之,应选较小的进给量。 ? 表1-13和1-14分别为硬质合金车刀粗车外圆、端面的进给量和 按表面粗糙度选取半精车、精车进给量参考值,供选用参考。
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3.主轴转速n的确定 光车时主轴转速的确定
光车时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径,并按零 件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度vc (m/min)来确定。切削速度除了计算和查表选取外,还可 根据实践经验确定。切削速度确定之后,用下式计算主轴转 速: 式中: n —工件或刀具的转速,单位r/min; ? vc —切削速度,m/min; ? d —切削刃选定点处所对应的工件或刀具的回转 直径,mm 表1-15是硬质合金外圆车刀切削速度的参考值,供选用时参考。 表1-16是采用国产硬质合金刀具及钻孔数控车切削用量参考值

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

资料七 填写数控加工工序卡和刀具卡
数控加工工艺文件既是数控加工的依据,也是 操作者遵守、执行的作业指导书。数控加工工艺文 件是对数控加工的具体说明,目的是让操作者更明 确加工程序的内容、装夹方式、加工顺序、走刀路 线、切削用量和各个加工部位所选用的刀具等作业 指导规程。数控加工工艺技术文件主要有:数控加 工工序卡和数控加工刀具卡。更详细的还有数控加 工走刀路线图。 当前,数控加工工序卡、数控加工刀具卡及数 控加工走刀路线图还没有统一的标准格式,都是由 各个单位结合具体情况自行确定。
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

? 1.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:若要求画出 工序简图,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: 所用加工机床型号、程序编号)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。 具体如下表所示:

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 数控加工工序卡

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

? 2.数控加工刀具卡

?

数控加工刀具卡反映刀具编号、刀具型号规格与名称、 刀具的加工表面、刀具数量和刀长等。有些更详细的数控加 工刀具卡还要求反映刀具结构、尾柄规格、组合件名称代号、 刀片型号和材料等。数控加工刀具卡是组装和调整刀具的依 据。具体如下表所示:

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

? 3.数控加工走刀路线图
? 数控加工走刀路线图告诉操作者关于编程中的刀具运动路 线(如:从哪里下刀、在哪里抬刀、哪里是斜下刀等)。 为简化走刀路线图,一般可采用统一约定的符号来表示。 不同的机床可以采用不同的图例与格式。下表为一种常用 格式。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

单元二 编制短光轴零件数控车削加工工艺
? ? ? ? ? ? 单元能力目标: 1.会制订短光轴零件数控车削加工工艺; 2.会编写短光轴零件数控车削加工工艺文件。 单元工作任务: 1.制订图1-1所示短光轴零件数控车削加工工艺; 2.编制图1-1所示短光轴零件数控车削加工工序卡、 刀具卡等工艺文件。 ? 单元教学学时: ? 1.5学时。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制
在单元一中,我们查阅了设计数控车削加工工艺相关工艺资 料,现要完成如图1-1所示光轴零件的数控车削加工工艺编 制

【完成工作任务步骤】: 1.零件图纸工艺分析:零件图纸工艺分析主要引 导学生审查图纸、分析零件的结构工艺性、尺寸精 度、形位精度和表面粗糙度等零件图纸技术要求
(1)审查图纸:该案例零件图尺寸标注完整、正确,符合数控 加工要求,加工部位清楚明确。 (2)零件结构的工艺性分析:该零件材料45号钢,为典型回转 体轴类零件,工艺性好。 (3)零件图纸技术要求分析:该光轴零件要求加工部位的两端 面粗糙度Ra:3.2um,长度尺寸精度 ,要求不高;外径 粗糙度Ra:1.6um,尺寸精度 ,要求稍高。
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 2.加工工艺路线设计:加工工艺路线设计主要引导学 生选择加工方法、划分加工阶段、划分工序、工序顺 序安排和确定进给加工路线。 (1)选择加工方法
根据外回转表面的加工方法和该光轴零件的加工精度及表面加工 质量要求,选择粗车一半精车一精车加工即可满足零件图纸技术要求。 但由于该零件毛坯长度较短,无法夹持一头即完成全部加工,必须掉 头车削加工,而掉头车削加工将造成两次安装无法避免的加工接刀痕 迹问题,加工无法满足零件图纸技术要求。另由于外径加工余量不大, 单边最大加工余量只有2.5mm,故选择粗车一磨削的加工方法,但数 控车加工时,必须顺带打出中心孔,为磨削装夹做好准备。

(2)划分加工阶段
根据上述加工方法分析,该案例零件加工划分为粗加工阶段—精加 工阶段两个阶段。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 (3)划分工序
根据上述加工方法,该案例零件毛坯长度较短,无法夹持一头 即完成全部加工,必须掉头车削加工,故工序划分以一次安装所 进行的加工作为一道工序,数控车削加工共分两道工序,但每道 工序又分三道工步,即粗精车端面、粗车外径和打中心孔三道工 步。

(4)工序顺序安排
根据上述工序划分方法,该案例零件加工顺序按由粗到精、先面 后孔、由近到远(由右到左)的原则确定,工步顺序按同一把刀能 加工内容连续加工原则确定 。

(5)确定进给加工路线
根据上述加工顺序安排,该案例零件加工路线设计先粗精车一头 端面,再粗车外径(含车倒角2×450),后打中心孔;掉头粗精 车一头端面(含车倒角2×450 ),保证长度尺寸精度 ,后 打中心孔;最后再安排磨削外径,保证外径尺寸精度 和 表面粗糙度Ra:1.6um 。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 3.机床选择:机床选择主要引导学生如何根据加工零件 规格大小、加工精度和加工表面质量等技术要求,正确 合理地选择机床型号及规格。
该案例零件规格不大,且尺寸精度要求较高的外径精加工安排磨 削,故数控车削选用规格不大的经济型数控车床CJK6132(注:带尾 架)即可,精加工磨削选用普通外圆磨床M1320即可。

4.装夹方案及夹具选择:装夹方案及夹具选择主要引导 学生根据加工零件规格大小、结构特点、加工部位、尺 寸精度、形位精度和表面粗糙度等零件图纸技术要求, 确定零件的定位、装夹方案及夹具。
该案例零件是典型回转体类零件,根据上述加工工艺路线设计,该 案例零件装夹方案选用三爪卡盘反爪外台阶面以光轴一端定位,夹紧外 径,因工件长径比小,且精加工安排磨削,故无须找正;掉头装夹加工, 担心已粗加工外径夹伤严重,可考虑在工件已加工表面夹持位包一层薄 铜皮。夹具选择普通三爪卡盘或液压三爪卡盘均可。数控车削夹持工件 长度及夹紧余量参考值如下表所示。夹紧余量指数控车刀车削至靠近三 爪端面处与卡爪外端面的距离。
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

5.刀具选择:刀具选择主要引导学生根据加工零件余量 大小、结构特点、材质、热处理硬度、加工部位、尺寸 精度、形位精度和表面粗糙度等零件图纸技术要求,结 合刀具材料,正确合理地选择刀具。
根据上述加工工艺路线设计,该案例零件数控车只有加工端面、 外径和中心孔,根据各类型车刀的加工对象和特点,加工端面和 外径选用右偏外圆车刀(右手刀),刀片选用带涂层硬质合金刀 片,刀尖圆弧半径0.8mm;加工中心孔选用B型中心钻;磨削外 径选用砂轮。
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 6.切削用量选择切削用量选择主要引导学生根据加工零 件余量大小、材质、热处理硬度、尺寸精度、形位精度和 表面粗糙度等零件图纸技术要求,结合所选刀具和拟定的 加工工艺路线,正确合理地选择切削用量。
数控车削的切削用量包括主轴转速S、进给速度F或每转进给量f 、背吃 刀量ap。 (1)背吃刀量ap 根据上述加工工艺路线设计,该案例零件外径、端面加工余量不大,单 边最大加工余量只有约2.5mm,选择粗车一磨削的加工方法。背吃刀量ap 在工艺系统刚度和机床功率允许的情况下,尽可能选取较大的背吃刀量, 以减少进给次数。故粗车端面和外径时,背吃刀量ap取约2.25mm,外径单 边留约0.12-0.13mm的磨削余量,精车端面背吃刀量ap取约0.25-0.28mm。 (2)每转进给量f 根据硬质合金车刀粗车外圆、端面的进给量和按表面粗糙度选择进给量 的参考值,该案例零件粗车外径、端面的每转进给量f取0.25mm;精车端 面的每转进给量f取0.15mm;中心钻按国产硬质合金刀具及钻孔数控车切 削用量参考值,每转进给量f取0.15mm。
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 (3)主轴转速n 主轴转速n应根据零件上被加工部位的直径,并按零件 和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度vc (m/min),按公式n=(1000 × vc)/(3.14 ×d)来确 定。根据硬质合金外圆车刀切削速度的参考数值,粗车 外径、端面的切削速度vc选100 m/min,则主轴转速n约 为500r/min;精车端面的切削速度vc选130 m/min,则主 轴转速n约为650r/min;钻中心孔的主轴转速选600r/min。 注:为保证车削端面的表面粗糙度一致,车削端面时, 选用恒线速切削。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 7.填写数控加工工序卡和刀具卡 光轴加工案例数控加工工序卡如表1-22所示 光轴加工案例数控加工刀具卡如表1-23所示

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

单元三 编制阶梯轴数控车削加工工艺
? ? ? ? ? 单元能力目标 1.会制定阶梯轴数控车削加工工艺; 2.会编制阶梯轴数控车削加工工艺文件。 单元工作任务 1.分析图1-77所示阶梯轴加工案例,确定正确 数控车削加工工艺; ? 2.编制图1-77所示阶梯轴数控车削加工工序卡、 刀具卡等工艺文件。 ? 单元教学学时: ? 1.5学时
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

图1-77 阶梯轴加工案例

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制
阶梯轴加工案例零件说明:该阶梯轴加工案例零件材料为45钢, 毛坯尺寸为φ57mm×260mm,小批生产。现有该阶梯轴加工案例 数控加工工艺规程如下:

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

完成工作任务需再查阅的背景知识 ? 资料一:切槽与切断工艺 ? 1.切槽与切断
? 回转体类零件内外回转表面或端面上经常设计一些沟槽, 这些槽有螺纹退刀槽、砂轮越程槽、油槽、密封圈槽等。切槽 和车端面有些相似,如同两把左右偏刀并在一起同时车左右两 个端面,但刀具与工件的接触面积比较大,切削条件比较差。 ? 把坯料或工件从夹持端上分离下来的切削方法称为切断。 切断与切槽类似,只是由于刀具要切到工件回转中心,散热条 件差、排屑困难、刀头窄而长,所以切削条件差。切断时刀尖 必须与工件等高,否则切断处将留有凸台,且易损坏加工刀具。 ? 一般轴类零件上的切槽,应当在精车之前进行,再最后切断。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

? 2. 回转体类零件的切槽与切断加工
? 回转体类零件内外回转表面或端面常见切槽与切断加 工如下图所示:

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

? 3.切断刀切削刃宽度的确定
? 切断刀主切削刃太宽,会造成切削力过大而引起振动; 主切削刃太窄,削弱刀头强度,容易使刀头折断。通常, 切断刀主切削刃宽度a可用下面公式计算: ? a≈ (0.5-0.6) ? 式中:a—主切削刃宽度 ? D—工件待加工表面直径,单位:mm

? 4 .切断时切断刀的折断问题
? 当切断毛坯或不规则表面的工件时,切断前先把工件车 圆,或起始切断时,尽量减小进给量,以免发生“啃刀” 而损坏切断刀。 ? 用卡盘装夹工件切断时,如工件装夹不牢固,或切断位 置离卡盘较远,在切削力的作用下易将工件抬起,造成切 断刀刀头折断。因此,工件应装夹牢固,切断位置应尽可 能靠近卡盘,当切断用一夹一顶装夹工件时,工件不应完
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? 全切断,而应在工件中心留一细杆,卸下工件后再用榔头 敲断。否则,切断时会造成事故并折断切断刀。切断刀装 得与工件轴线不垂直,主切削刃没有对准工件中心,也容 易使切断刀折断。 ? 切断时的进给量太大,或数控车床X轴传动链间隙过大 时,切断时易发生“扎刀”,会造成切断刀折断;手动进 给切断时,摇动手轮应连续、均匀、如不得已而需中途停 车时,应先把车刀退出后再停车。切断刀排屑不畅时,使 切屑堵塞在槽内,造成刀头负荷增大而折断。故切断时应 注意及时排屑,防止堵塞。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

? 资料二:常见切槽刀与切断刀
? 常见切槽刀、切断刀及刀片如下图所示:

常见切槽刀与切断刀

切槽、切断刀片

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

教学过程设计
1.对图1-77所示阶梯轴加工案例进行详尽分析,找出该阶梯轴加工工 艺有什么不妥之处? (1)加工方法选择是否得当? (2)夹具选择是否得当? (3)刀具选择是否得当? (4)加工工艺路线是否得当? (5)切削用量是否合适? (6)工序安排是否合适? (7)机床选择是否得当? (8)装夹方案是否得当? 2.对上述问题进行分析后,如果有不当的地方,改正过来,提出正确 的工艺措施; 3.制定正确工艺,并优化工艺; 4.填写该阶梯轴加工案例加工工序卡、刀具卡,确定装夹方案。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

加工案例加工工艺与装夹方案
(1)阶梯轴加工案例数控加工工序卡如表1-26所示 (2)阶梯轴加工案例数控加工刀具卡如表1-27所示 (3)阶梯轴加工案例装夹方案 该案例零件是典型回转体类零件,适合选用三爪卡 盘反爪外台阶面以一端定位,夹紧外径。因工件长径比 大于5,且加工精度及表面粗糙度要求较高,三爪卡盘 夹紧一端时,另一端必须采用机床尾架顶尖顶紧,即形 成一夹一顶的装夹方式。掉头装夹加工时,担心已精加 工的φ50mm外径表面夹伤,可考虑在工件φ50mm已加 工表面夹持位包一层铜皮,防止工件夹伤。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

单元四 编制细长轴数控车削加工工艺
? 单元能力目标
? 1.会解决细长轴数控车削加工的工艺问题,并进行相应的工艺处 理; ? 2.会制订细长轴数控车削加工工艺; ? 3.会编制细长轴数控车削加工工艺文件。

? 单元工作任务
? ? ? ? ? 1.界定细长轴; 2.分析细长轴的加工工艺特点; 3.解决细长轴的加工变形问题; 4.制订图1-82所示细长轴零件数控车削加工工艺; 5.编制图1-82所示细长轴零件数控车削加工工序卡、刀具卡等工 艺文件。

? 单元教学学时
? 2学时
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 现要完成如图1-82所示细长轴加工案例零件的数控车削 加工,具体设计该细长轴的数控加工工艺。该细长轴 (材料45钢,批量3件)零件右端面在普通车床已加工 好,并打好中心孔,倒角尚未加工,零件毛坯尺寸为 φ67mm×1320mm。如何设计该细长轴加工案例的数 控加工工艺?

? 图1-82 细长轴加工案例
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

现有该细长轴加工案例数控加工工艺规程如下:

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

完成工作任务需再查阅的背景知识 资料一:细长轴的结构与工艺特点
? ? ? ? ? 一般把长度与直径之比大于20(L/D>20)的轴类零件 称为细长轴。细长轴加工时有如下工艺特点: 1.细长轴刚性差 细长轴在车削时如果工艺措施不当,容易因切削力和 自身重力的作用而发生弯曲变形,产生振动,影响加工 精度和表面粗糙度。 2 .细长轴车削时易受热伸长产生变形 细长轴车削时常用两顶尖或一夹一顶装夹,由于每次 走刀时间较长,大部分切削热传入工件,导致工件轴向 伸长而产生弯曲变形,当细长轴以较高速旋转时,这种 弯曲所引起的离心力,将使弯曲变形进一步加剧。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

? 3 .车削细长轴时车刀磨损大 ? 由于车削细长轴每次走刀的时间较长,使车刀 磨损大而降低工件的加工精度并增大表面粗糙度 值。 ? 4 .工艺系统调整困难,加工精度不易保证 ? 车削细长轴时,由于中心架或跟刀架的使用, 带来了机床、刀具、辅助工夹具、工件之间的配 合、调整困难,也增大了系统共振的因素,容易 造成工件竹节形、棱圆形等误差,影响加工精度。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

资料二:车削细长轴时的工艺处理 ? 1.用中心架支承车细长轴
? 一般在车削细长轴时,用中心架来增加工件的刚性, 当工件可以进行分段切削时,中心架支承在工件中间, 如图所示。在工件装上中心架之前,须在毛坯中部车出 一段用来支承中心架支承爪的沟槽,并在支承爪与工件 接触处经常加润滑油。为提高工件精度,车削前应将工 件轴线调整到与机床主轴回转中心同轴。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

? 2 .用跟刀架支承车细长轴
? 对不宜调头车削的细长轴,不能用中心架支承,要用跟 刀架支承进行车削,以增加工件的刚性。跟刀架固定在床鞍 上,一般有两个支承爪,它可以跟随车刀移动,抵消径向切 削力,提高车削细长轴的形状精度和减小表面粗糙度。但由 于工件本身的自重,以及偶然的弯曲,车削时会瞬时离开支 承爪及接触支承爪时产生振动。所以车削细长轴一般采用三 支承跟刀架。如图所示:

(a)两支承跟刀架

(b)三支承跟刀架

? 跟刀架
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? 采用三支承跟刀架加工细长轴外圆,车刀安装粗车时, 刀尖可比工件中心高出约0.03-0.05mm,使刀尖部分的后 面压住工件,车刀此时相当于跟刀架的第四个支承块,有 效增强了工件的刚度,减少工件振动和变形,提高加工精 度。精车时,刀尖可比工件中心低约0.05mm,用以增大后 角减少刀具磨损,切削刃不会啃入工件,防止损伤工件表 面。采用三支承跟刀架加工细长轴示例如下图所示。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

? 3.车削细长轴时宜采用反向进给
? 车削细长轴时,为防止工件振动,常采用反向(自左 向右即采用左手刀)进给,使工件内部产生拉应力。此 外,宜采用弹性尾顶尖,以防止工件热伸长而导致工件 弯曲。 为防止细长轴粗车时的弯曲变形和振动,采用较大的 主偏(750或750以上)使车削径向力较小,轴向力较大, 在反向切削中使工件受到较大的拉力。 细长轴的刚性差,工件坯料的自重、弯曲和工件材料 的内应力,都是造成工件弯曲的原因。因此,在细长轴 的加工过程中要在精车前适当安排热处理,以消除材料 的内应力。对于弯曲的坯料,加工前要进行校直。一般 粗车时工件挠度不大于1mm,精车时不大于0.2mm
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? 4 .车削细长轴粗车刀应采用较大的主偏角
?

? 5 .细长轴加工过程中要适当安排热处理和校直
?

项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

? 工件的校直

当工件坯料在全长上的弯曲量超过1mm时应进行校直。 当工件精度要求较高或坯料直径较大时,采用热校直;当工 件精度要求较低且坯料直径较小时,可采用反向锤击法进行 冷校直。因反向锤击法存在内应力,故对坯料直径较小而精 度要求较高的工件,可在反向锤击法冷校直后再进行退火处 理以消除应力。

? 6.车削细长轴时要装夹正确
? 细长轴工件装夹不良是工件弯曲的一个重要原因。细长轴 毛坯往往都存在一定的挠度,一般用四爪单动卡盘装夹为宜。 因为四爪单动卡盘具有可调整被夹工件圆心位置的特点,可 用于“借”正毛坯上的某些弯曲部分,以防止车削后工件弯 曲。 ? 另外尾座顶尖与工件中心孔不宜顶得过紧,否则,车削 时产生的切削热使工件膨胀伸长,就会造成工件弯曲变形。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

资料三:四爪卡盘
? 四爪卡盘的外形如下图a所示,它的四个对称分布卡 爪通过4个螺杆独立移动,又称四爪单动卡盘,可以调整 工件夹持部位在主轴上的位置。四爪卡盘不仅能装夹较 大型回转体类零件、偏心回转体类零件,也能装夹形状 比较复杂的非回转体类零件,如方形、长方形等,而且 夹紧力大。由于四爪卡盘装夹时不能自动定心,所以装 夹效率较低,装夹时必须用划线盘或百分表找正,使工 件回转中心与车床主轴中心重合,如下图b所示。四爪卡 盘常用于单件或小批生产时采用,也有正爪和反爪两种。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

教学过程设计
1.对图1-82所示细长轴加工案例进行详尽分析,指出该细长轴加工案 例与图1-1光轴有何区别,加工工艺有何特点;找出该细长轴加工工 艺有什么不妥之处? (1)该细长轴加工案例与图1-1光轴有何区别? (2)细长轴加工工艺有何特点? (3)加工方法选择是否得当? (4)夹具选择是否得当? (5)刀具选择是否得当? (6)加工工艺路线是否得当? (7)切削用量是否合适? (8)工序安排是否合适? (9)机床选择是否得当? (10)装夹方案是否得当? 2.对上述问题进行分析后,如果有不当的地方,改正过来,提出正确 的工艺措施; 3.制定正确工艺,并优化工艺; 4.填写该细长轴加工案例加工工序卡、刀具卡,确定装夹方案。
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

加工案例加工工艺与装夹方案
(1)细长轴加工案例数控加工工序卡如表1-30所示 (2)细长轴加工案例数控加工刀具卡如表1-31所示 (3)细长轴加工案例装夹方案 该案例零件长径比(L/D)大于20,是典型回转体 细长轴类零件。细长轴刚性很差,在车削时如果工艺 措施不当,很容易因为切削力和重力的作用而发生弯 曲变形,产生振动,从而影响加工精度和表面粗糙度。 应选用四爪单动卡盘“借”正毛坯上的某些弯曲部分, 再采用弹性顶尖顶紧,另外须选用三支承跟刀架跟踪 加工。因生产批量为3件,为避免每个工件加工时准确 定位,四爪单动卡盘装夹工件时,在四爪单动卡盘内 放置合适的圆盘件或隔套,工件装夹时只须靠紧圆盘 件或隔套即可准确轴向定位。
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

单元五 编制螺纹数控车削加工工艺
? ? ? ? ? ? ? ? 单元能力目标 1.会确定螺纹车削的加工方法、进给次数与背吃刀量; 2.会制订带螺纹零件的数控车削加工工艺; 3.会编制带螺纹零件的数控车削加工工艺文件。 单元工作任务 1.分析图纸,确定螺纹加工方法; 2.制订图1-87所示联接轴(带螺纹)的数控车削加工工艺; 3.编制图1-87所示联接轴(带螺纹)的数控车削加工工序 卡、刀具卡等工艺文件。 ? 单元教学学时 ? 2学时

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

现要完成如图1-87所示联接轴(带螺纹)加工案例的数 控车削加工,具体设计该联接轴的数控加工工艺。该联 接轴(材料45钢,批量60件)零件毛坯尺寸为 φ32mm×64mm。如何设计该联接轴加工案例的数控 加工工艺?

图1-87 联接轴(带螺纹)加工案例
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

现有该联接轴加工案例数控加工工艺规程如下:

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

完成工作任务需再查阅的背景知识
资料一:螺纹加工工艺 ?
车削螺纹是数控车床常见的加工任务。螺纹加工是由 刀具的直线运动和主轴按预先输入的比例转数同时运动而 形成的。车削螺纹使用的刀具是成形刀具,螺距和尺寸精 度受机床精度影响,牙型精度由刀具几何精度保证。 ? 螺纹车削通常需要多次进刀才能完成。由于螺纹刀具是 成形刀具,所以刀刃与工件接触线较长,切削力较大。切 削力过大会损坏刀具或在切削中引起震颤,在这种情况下 为避免切削力过大可采用“侧向切入法”又称“斜进法”, 如下图所示。一般情况下,当螺距小于3mm时可采用“径向 切入法”又称“直进法”,如下图所示。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制

径向切入法

侧向切入法

?

径向切入法与侧向切入法在数控车床编程系统中一般 有相应的指令,车削圆柱螺纹进刀方向应垂直于主轴轴线。 ? 径向切入法由于车削时两侧刃同时参与切削,切削力 较大,排屑困难,因此在切削时,两切削刃容易磨损,故 加工过程中要勤测量与检验。径向切入法在车削螺距较大 的螺纹时,由于切削深度较深,两切削刃磨损较快,容

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? 易造成螺纹中径产生偏差,但是径向切入法加工的牙形精 度较高,一般多用于小螺距螺纹加工。 ? 侧向切入法车削时单侧刃参与切削,因此参与切削的侧 刃容易磨损和损伤,使加工的螺纹面不直,刀尖角发生变 化,造成牙形精度较差。由于侧向切入法只有单侧刃参与 切削,刀具切削负载较小,排屑容易,并且切削深度为递 减式。因此,侧向切入法一般用于大螺距螺纹加工。在加 工较高精度的螺纹时,可采用两刀加工完成,既先用侧向 切入法进行粗车,然后用径向切入法进行精车。另侧向切 入法由于车削时切削力较小,常用于加工不锈钢等难加工 材料的螺纹。 ? 由于车螺纹时的切削力大,容易引起工件弯曲。因此, 工件上的螺纹一般是在半精车以后车削的。螺纹车好后, 再精车各段外圆。

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资料二:螺纹牙型高度(螺纹总切深)的确定 ? 螺纹牙型高度是指在螺纹牙型上,牙顶到牙底 之间垂直于螺纹轴线的距离,它是车削螺纹时螺纹 车刀片的总切入深度。 ? 根据普通螺纹国家标准规定,普通螺纹的牙型 理论高度H=0.866P,但实际加工时,由于螺纹车刀 刀尖半径的影响,螺纹的实际切深会有变化。 GB197-2003规定螺纹车刀可在牙底最小削平高度 H/8处削平或倒圆。则螺纹实际牙型高度可按下式 计算: ? h=H-2(H/8)=0.6495P 式中:H—螺纹原始三角形高度,H=0.866P P—螺距

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资料三:车削螺纹时轴向进给距离的确定 ? 在数控车床上车螺纹时,车刀沿螺纹方向的Z 向进给应与车床主轴的旋转保持严格的速比关系。 考虑到车刀从停止状态达到指定的进给速度或从指 定的进给速度降至零,数控车床进给伺服系统有一 个很短的过渡过程,因此应避免在数控车床进给伺 服系统加速或减速的过程中切削。沿轴向进给的加 工路线长度,除保证加工螺纹长度外,还应增加 δ 1(2~5mm)的刀具引入距离和δ 2(1~2mm)的 刀具切出距离,如下图所示。这样在切削螺纹时, 能保证在升速后使刀具接触工件,刀具离开工件后 再降速。
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车螺纹时的引入、切出距离

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? 资料四:螺纹加工与螺纹车刀和螺纹车刀片
? 1. 内外螺纹加工 ? 回转体类零件常见内外螺纹加工如图所示:

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? 2. 常见外螺纹车刀与螺纹车刀片
? 常见外螺纹车刀与螺纹车刀片如图所示:

常见外螺纹车刀

螺纹车刀片

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资料五:车削螺纹时主轴转速的确定
? 不同的数控系统车螺纹时推荐使用不同的主轴转速 范围。大多数普通型数控车床的数控系统推荐车螺纹 时的主轴转速如下:

? 式中:n—主轴转速,单位为r/min; ? P—工件螺纹的螺距或导程,单位为mm; ? k—保险系数,一般取为80。

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资料六:车削螺纹时应遵循的几个原则
1.在保证生产效率和正常切削的情况下,宜选择较低的主 轴转速; 2.当螺纹加工程序段中的导入长度δ 1和切出长度δ 2比较 充裕时,可选择适当高一些的主轴转速; 3.当编码器所规定的允许工作转速超过机床所规定主轴的 最大转速时,则可选择尽量高一些的主轴转速; 4.通常情况下,车螺纹时主轴转速应按其机床或数控系统 说明书中规定的计算式进行确定; 5 牙型较深,螺距较大时,可分数次进给,每次进给的背 吃刀量用螺纹深度减去精加工背吃刀量所得之差按递 减规律分配。 常用公制与英制螺纹切削的进给次数与背吃刀量如表134和1-35所示。
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资料七:常见的螺纹加工方法
1.内螺纹加工方法
内螺纹
右螺纹 右手刀 左螺纹 左手刀

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 2.外螺纹加工方法
外螺纹 右螺纹 右手刀 左螺纹 左手刀

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教学过程设计
1.对图1-87所示联接轴(带螺纹)加工案例进行详尽分析,找出该联接 轴加工工艺有什么不妥之处? (1)加工方法选择是否得当? (2)夹具选择是否得当? (3)刀具选择是否得当? (4)加工工艺路线是否得当? (5)切削用量是否合适? (6)工序安排是否合适? (7)机床选择是否得当? (8)装夹方案是否得当? 2.对上述问题进行分析后,如果有不当的地方,改正过来,提出正确 的工艺措施; 3.制定正确工艺,并优化工艺; 4.填写该联接轴加工案例加工工序卡、刀具卡,确定装夹方案。

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加工案例加工工艺与装夹方案
(1)联接轴加工案例数控加工工序卡如表1-38所示 (2)联接轴加工案例数控加工刀具卡如表1-39所示 (3)联接轴加工案例装夹 该案例零件右边有M24×1.5 螺纹,若用三爪卡盘 夹紧先车螺纹外径、螺纹及切槽,则掉头时夹螺纹外径, 会夹伤已车螺纹,故只能先车左边外径及端面。再因车 螺纹及切槽切削力较大,且该案例零件批量60件,若掉 头总是在工件已车外圆包铜皮,会影响生产效率。因此 该工件夹紧采用液压三爪卡盘配软爪,先在软爪夹紧状 态自车三软爪形成的内圆弧至φ27.95mm后,先夹工件 右边,以自车的内圆弧软爪台阶轴向定位,此时三爪卡 盘夹紧工件接触面积为6条线接触,也比无自车软爪3条 线接触面积大。左边端面、外圆加工好后,掉头夹已加 工好的左边外圆,夹紧时软爪轻微变形使软爪圆弧面全 夹紧在φ28mm的外圆上,夹紧面积大,不会夹伤工件, 且装夹效率高。
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单元六 编制外圆弧曲面零件数控车削加工工艺
? 单元能力目标
? 1 .会零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定; ? 2.会制订轴类带外圆弧曲面零件的数控车削加工工艺; ? 3.会编制轴类带外圆弧曲面零件的数控车削加工工艺文件。

? 单元工作任务
? 1.分析轴类带外圆弧曲面零件图纸,根据零件图纸技术要求确定加 工方案; ? 2.计算零件基点、节点坐标(含对零件图纸进行工艺处理) ? 3.制订图1-94所示球头销的数控车削加工工艺 ? 4.编制图1-94所示球头销的数控车削加工工序卡、刀具卡等工艺文 件。

? 单元教学学时
? 2学时

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 现要完成如图1-94所示球头销加工案例的数控车削加工, 具体设计该球头销的数控加工工艺。该球头销(材料45 钢,批量30件)零件毛坯尺寸为φ50mm×113mm。 如何设计该球头销加工案例的数控加工工艺?

图1-94 球头销加工案例
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现有该球头销加工案例数控加工工艺规程如下:

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完成工作任务需再查阅的背景知识
资料一 零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定
数控加工是一种基于数字的加工,分析数控加工工艺过程不可避免地要进 行数字分析和计算。对零件图形的数学处理是数控加工这一特点的突出体现。 数控编程工艺员在拿到零件图后,必须要对它作数学处理最终确定编程尺寸 设定值。 1.编程原点的选择

加工程序中的字大部分是尺寸字,这些尺寸字中的数据是程序的主要内容。 同一个零件,同样的加工,由于编程原点选择不同,尺寸字中的数据就不一 样。所以编程之前首先要选定编程原点。从理论上说,编程原点选在任何位 置都是可以的。但实际上,为了换算尽可能简便以及尺寸较为直观(至少让 部分点的指令值与零件图上的尺寸值相同),应尽可能把编程原点的位置选 得合理些;另外,当编程原点选在不同位置时,对刀的方便性和准确性也不 同;还有就是编程原点位置不同时,确定其在毛坯上位置的难易程度和加工 余量的均匀性也不一样。车削件的程序原点X向一般应取在零件加工表面的回 转中心,即装夹后与车床主轴的轴心线同轴,所以编程原点位置只在Z向做选 择。如下图所示的Z向不对称零件,编程原点Z向位置一般在左端面、右端面
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? 两者中做选择。如果是左右对称零件, Z向编程原点应选在对称平 面内。一般编程原点的确定原则为: (1)将编程原点选在设计基准上并以设计基准为定位基准,这样可 避免基准不重合而产生的误差及不必要的尺寸换算。如图所示圆锥 滚子轴承内圈零件,批量生产时,编程原点选在左端面上。 (2)容易找正对刀,对刀误差小。如下图若单件生产,G92建立工 件坐标系,选零件的右端面为编程原点,可通过试切直接确定编程 原点在Z向的位置,不用测量,找正对刀比较容易,对刀误差小。

?

?

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? (3)编程方便。如图,选零件球面的中心(图中O点)为编程原点,各 节点的编程尺寸计算比较方便。

? ?

?

(4)在毛坯上的位置能够容易、准确地确定,并且各面的加工余量均匀。 (5)对称零件的编程原点应选在对称中心。一方面可以保证加工余量均 匀,另一方面可以采用镜像编程,编一个程序加工两个程序,零件的轮 廓精度高。 具体应用哪条原则,要视具体情况,在保证质量的前提下,按操作方 便和效率高来选择。
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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? 2.编程尺寸设定值的确定
? 编程尺寸设定值理论上应为该尺寸误差分散中心,但由于事先无 法知道分散中心的确切位置,可先由平均尺寸代替,最后根据试 加工结果进行修正,以消除常值系统性误差的影响。 ? (1)编程尺寸设定值确定的步骤 ? 1)精度高的尺寸处理,将基本尺寸换算成平均尺寸。 ? 2)几何关系的处理,保持原重要的几何关系,如角度、相切等不 变。 ? 3)精度低的尺寸的调整,通过修改一般尺寸保持零件原有几何关 系,使之协调。 ? 4)节点坐标尺寸的计算,按调整后的尺寸计算有关未知节点的坐 标尺寸。 ? 5)编程尺寸的修正,按调整后的尺寸编程并加工一组工件,测量 关键尺寸的实际误差分散中心并求出常值系统性误差,再按此误 差对程序尺寸进行调整并修改程序。

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项目一 简易回转体轴类零件的数控车削加工工艺编制 ? (2)应用实例
? 如图所示典型轴类零件的数控车削编程尺寸的确定(单位:mm)

? 该零件中的 、 、 、 四个直径基本尺寸都为 最大尺寸,若按此基本尺寸编程,考虑到车削外尺寸时刀具的磨 损及让刀变形,实际加工尺寸肯定偏大,难以满足加工精度要求, 所以必须按平均尺寸确定编程尺寸。但这些尺寸一改,若其

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? 他尺寸保持不变,则左边R15圆弧与 球面、 与 R25 圆弧和R25与右边R15圆弧相切的几何关系就不能保持,所以必须 按前述步骤对有关尺寸进行修正,以确定编程尺寸值。 ? 1)将精度高的基本尺寸换算成平均尺寸 ? 改为 ; 改为 ? 改为 ; 改为 ? 2)保持原有关圆弧间相切的几何关系,修改其他精度低的尺寸使 之协调,如图所示:

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? 设工件坐标系原点为图示O点,工件轴线为Z轴,径向为X轴。A点 为左边R15圆弧圆心;B点为左边R15圆弧与R25球面圆弧切点;C 点为R25球面圆弧与右边R25圆弧切点;D点为R25圆弧与右边R15 圆弧切点;E点为R25圆弧圆心。要保证E点到轴线距离为40,由 于D点到轴线距离为14.99175(编程尺寸决定),所以该处圆弧半径 调整为R25.00825,保持OE间距离为50不变,则球面圆弧半径调整 为R24.99175;保持左边R15圆弧半径不变并与 外圆和 R24.99175球面圆弧相切,则左边R15圆弧中心按此要求计算确定。 其他调整后的有关尺寸见上图。 ? 3)按调整后的尺寸计算有关未知节点尺寸 ? 经计算,各有关主要节点的坐标值(保留小数点后3位)如下: ? A点:Z= -23.995,X= 31.994 B点: Z= -14.995,X= 19.994 ? C点: Z= 14.995,X= 19.994 D点: Z=30.000,X= 14.992 ? E点: Z= 30.000,X=40.000 ? 由上述可以看出,球面圆弧调整后的直径并不是其平均尺寸,但 在其尺寸公差范围内。

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资料二 外圆弧曲面轴类零件数控车削刀具选择
车削圆弧表面或凹槽时,要注意车刀副后刀面会否与 工件已车削轮廓表面干涉。如图所示:

对于车刀后面会与工件已车削轮廓表面干涉,或车削 圆弧的圆弧曲率半径较小,容易发生干涉,一般采用 直头刀杆车削。如图所示:

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教学过程设计
1.对图1-94所示球头销加工案例进行详尽分析,找出该球头销加工工 艺有什么不妥之处? (1)加工方法选择是否得当? (2)夹具选择是否得当? (3)刀具选择是否得当? (4)加工工艺路线是否得当? (5)切削用量是否合适? (6)工序安排是否合适? (7)机床选择是否得当? (8)装夹方案是否得当? 2.对上述问题进行分析后,如果有不当的地方,改正过来,提出正确 的工艺措施; 3.制定正确工艺,并优化工艺; 4.填写该球头销加工案例加工工序卡、刀具卡,确定装夹方案及计算 圆弧曲面圆心坐标。

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加工案例加工工艺与装夹方案
(1)球头销加工案例数控加工工序卡如表1-42所示 (2)球头销加工案例数控加工刀具卡表1-43所示 (3)球头销加工案例装夹方案 该案例零件是典型回转体轴类零件,最适合采用三爪卡 盘夹紧,因该工件生产批量30件,为提高生产效率,采用液 压三爪卡盘配软爪,配软爪目的是避免工件加工夹伤较严重。 再因该工件左端不用加工,故加工时可夹紧工件左端,在液 压三爪卡盘内放置合适的圆盘件或隔套,工件装夹时只须靠 紧圆盘件或隔套即可准确轴向定位,实现快速装夹。 (4)球头销加工案例圆弧曲面圆心坐标计算 该案例零件工件坐标系编程原点设置如图1-6所示,按此工 件坐标系设置,该案例零件两圆弧曲面圆心坐标计算如下: SR14mm圆弧的圆心坐标是: X=0, Z=-14(mm); R5mm圆弧的圆心坐标是: X=50, Z=-(44+20-5)=-59 (mm);
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