1、電 子 教 案課 題3.2數(shù)控車(chē)削工藝規(guī)程的制定課 型講授授課日期課次授課時(shí)數(shù)2教學(xué)目標(biāo)1 理解數(shù)控車(chē)削工藝的基本特點(diǎn)；2掌握數(shù)控車(chē)削工藝的主要內(nèi)容。教學(xué)重點(diǎn)1 數(shù)控車(chē)削工藝的基本特點(diǎn)；2數(shù)控車(chē)削工藝的主要內(nèi)容。教學(xué)難點(diǎn)數(shù)控車(chē)削工藝的主要內(nèi)容學(xué)情分析學(xué)生已經(jīng)實(shí)習(xí)過(guò)數(shù)控車(chē)，故有一定的基礎(chǔ)。板書(shū)設(shè)計(jì)3.2數(shù)控車(chē)削工藝規(guī)程的制定教學(xué)程序教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)雙邊活動(dòng)教學(xué)手段與教學(xué)方法導(dǎo)入新課講授新課講授新課講授新課講授數(shù)控車(chē)削加工工藝規(guī)程制訂的主要內(nèi)容有:分析零件圖樣、確定工件在車(chē)床上的裝夾方式、各表面的加工順序和刀具的進(jìn)給路線以及刀具、夾具和切削用量的選擇等.下面以典型軸類(lèi)零件為例來(lái)介紹數(shù)控車(chē)削加工工藝規(guī)

2、程制訂的步驟,如圖-所示. 3.2數(shù)控車(chē)削工藝規(guī)程的制定一、分析零件圖樣 零件圖樣是工藝制訂中的首要工作,直接影響零件加工程序的編制及加工結(jié)果.首先熟悉零件在產(chǎn)品中作用、裝配關(guān)系和工作條件,搞清各項(xiàng)技術(shù)要求對(duì)零件裝配質(zhì)量和使用性能的影響,找出主要的和關(guān)鍵的技術(shù)要求,然后對(duì)零件圖樣進(jìn)行分析.主要需考慮以下幾方面. .圖紙審查()圖樣構(gòu)成輪廓的幾何元素充分性審查與分析. 圖3-7所示的零件表面由圓柱、圓錐、順圓弧、逆圓弧及螺紋等表面組成.其中多個(gè)直徑尺寸有較高的尺寸精度和表面粗糙度等要求;球面S50mm 的尺寸公差還兼有控制該球面形狀(線輪廓)誤差的作用.尺寸標(biāo)注完整,輪廓描述清楚.零件材料為45

3、鋼,無(wú)熱處理和硬度要求.通過(guò)審查得知:螺紋、槽、圓柱面和圓錐面輪廓要素均充分.而在圖-中,BC 段圓弧與CD 段圓弧切點(diǎn)C 以及CD 段圓弧與DE 段圓弧切點(diǎn)D 的尺寸未在圖樣上標(biāo)注出來(lái),無(wú)法對(duì)它們編程加工,故需要計(jì)算解決.()審查定位基準(zhǔn)可靠性,加工精度、尺寸公差是否可以得到保證,應(yīng)采取的工藝措施.本 零件徑向基準(zhǔn)為零件軸線,軸向基準(zhǔn)為右端面.零件為回轉(zhuǎn)體,最大直徑為mm,若采用三爪卡盤(pán)進(jìn)行裝夾,應(yīng)保證軸線與機(jī)床主軸的同心度和偏角誤差小于一定值.為保證軸線與機(jī)床主軸的相對(duì)精度,可將零件右端車(chē)出夾持端,采用端面與卡盤(pán)端面緊靠定位;也可以右端鉆中心孔,采用頂尖頂緊進(jìn)行定位.本零件尺寸公差要求最高

4、為.mm,角度偏差不小于,表面粗糙度要求最高為.,采用數(shù)控機(jī)床進(jìn)行加工,可保證其要求.可采用粗車(chē)精車(chē)的加工方法進(jìn)行加工.對(duì)圖樣上給定的幾個(gè)精度要求較高的尺寸,因其公差數(shù)值較小,故編程時(shí)不必取平均值,而全部取其基本尺寸即可.毛坯選擇與分析本零件材料采用鋼,毛坯可選擇型材棒料.本零件最大直徑為mm,圓弧要素面最大直徑為mm,經(jīng)綜合考慮,可選擇直徑為mm 的型材棒料作為毛坯.此時(shí),最小加工余量為()mm mm,要素面最小加工余量為()mmmm,可充分保證零件的尺寸精度和表面粗糙度.另外,為便于裝夾,坯件左端應(yīng)預(yù)先車(chē)出夾持部分(雙點(diǎn)畫(huà)線部分),右端面也應(yīng)先粗車(chē)出并鉆好中心孔.毛坯選mm 棒料.機(jī)床選擇

5、本零件為回轉(zhuǎn)體零件,表面有螺紋、圓弧面等復(fù)雜形狀,采用普通車(chē)床不易加工.尺寸精度要求較高,表面形狀可用數(shù)學(xué)模型表示.經(jīng)綜合考慮,可選擇數(shù)控車(chē)床作為本零件的加工機(jī)床.數(shù)控車(chē)床適合加工精度和表面粗糙度要求較高、表面形狀復(fù)雜、帶特殊螺紋的回轉(zhuǎn)體零件.確定定位與裝夾方案在加工時(shí),用以確定工件相對(duì)于機(jī)床、刀具和夾具正確位置所采用的基準(zhǔn),稱(chēng)為定位基準(zhǔn).在各加工工序中,保證零件被加工表面位置精度的工藝方法是制訂工藝過(guò)程的重要任務(wù),它不僅影響工件各表面之間的相互位置尺寸和位置精度,而且還影響整個(gè)工藝過(guò)程的安排和夾具的結(jié)構(gòu),而合理選擇定位基準(zhǔn)是保證被加工表面位置精度的前提,因此,在選擇各類(lèi)工藝基準(zhǔn)時(shí),首先應(yīng)選擇

6、定位基準(zhǔn).定位基準(zhǔn)的原則定位基準(zhǔn)有粗基準(zhǔn)和精基準(zhǔn)之分.零件粗加工時(shí),以毛坯面作為定位基準(zhǔn),這個(gè)毛坯面被稱(chēng)為粗基準(zhǔn);之后的加工中,必須以加工過(guò)的表面作為定位基準(zhǔn),這些表面被稱(chēng)為精基準(zhǔn).選擇定位基準(zhǔn)時(shí),是從保證工件加工精度要求出發(fā)的.在加工中,首先使用的是粗基準(zhǔn),但在選擇定位基準(zhǔn)時(shí),為了保證零件的加工精度,首先考慮的是選擇精基準(zhǔn),精基準(zhǔn)選定以后,再考慮合理地選擇粗基準(zhǔn).)精基準(zhǔn)的選擇原則選擇精基準(zhǔn)時(shí),應(yīng)重點(diǎn)考慮如何減少工件的定位誤差,保證加工精度,并使夾具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,工件裝夾方便,具體的選擇原則為:()基準(zhǔn)重合原則.基準(zhǔn)重合原則,是指工件定位基準(zhǔn)的選擇應(yīng)盡量選擇在工序基準(zhǔn)上,也就是使工件的定位基準(zhǔn)與

7、本工序的工藝基準(zhǔn)盡量重合.()基準(zhǔn)統(tǒng)一原則.基準(zhǔn)統(tǒng)一原則,是指采用同一組基準(zhǔn)定位加工零件上盡可能多的表面.()互為基準(zhǔn)原則.對(duì)于某些位置精度要求高的表面,可以采用互為基準(zhǔn)、反復(fù)加工的方法來(lái)保證其位置精度.()自為基準(zhǔn)原則.對(duì)于精度要求很高的表面,在精密加工時(shí),為了保證加工精度,要求加工余量小且均勻,這時(shí)可以選已經(jīng)加工過(guò)的表面自身作為定位基準(zhǔn).()便于裝夾的原則.所選擇的精基準(zhǔn),尤其是主要定位面,應(yīng)有足夠大的面積和精度,以保證定位準(zhǔn)確可靠,同時(shí)夾緊機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,操作方便.)粗基準(zhǔn)的選擇原則選擇粗基準(zhǔn)時(shí),主要要求保證各加工面有足夠的余量,使加工面與不加工面之間的位置符合圖樣要求,并特別注意要盡快獲得精

8、基準(zhǔn)面.具體選擇時(shí)應(yīng)考慮下列原則:()重要表面原則(余量均勻原則).()保證相互位置要求的原則.如果工件上有多個(gè)不加工面,則應(yīng)選其中與加工面位置要求較高的不加工面為粗基準(zhǔn),以便保證要求,使外形對(duì)稱(chēng)等.如圖-所示的工件,毛坯孔與外圓之間偏心較大,應(yīng)當(dāng)選擇不加工的外圓為粗基準(zhǔn),將工件裝夾在三爪自定心卡盤(pán)中,把毛坯的同軸度誤差在鏜孔時(shí)切除,從而保證其壁厚均勻.()不重復(fù)使用原則.()便于裝夾的原則.工件裝夾的方法一般軸類(lèi)工件的裝夾方法有如下幾種:()三爪自定心卡盤(pán)(俗稱(chēng)三爪卡盤(pán))裝夾.特點(diǎn):自定心卡盤(pán)裝夾工件方便、省時(shí),但夾緊力沒(méi)有單動(dòng)卡盤(pán)大.用途:適用于裝夾外形規(guī)則的中、小型工件.()四爪單動(dòng)卡盤(pán)

9、(俗稱(chēng)四爪卡盤(pán))裝夾.特點(diǎn):單動(dòng)卡盤(pán)找正比較費(fèi)時(shí),但夾緊力較大.用途:適用于裝夾大型或形狀不規(guī)則的工件.()一頂一夾裝夾.特點(diǎn):為了防止由于進(jìn)給力的作用而使工件產(chǎn)生軸向位移,可在主軸前端錐孔內(nèi)安裝一限位支撐,也可利用工件的臺(tái)階進(jìn)行限位.用途:這種方法裝夾安全可靠,能承受較大的進(jìn)給力,應(yīng)用廣泛.()用兩頂尖裝夾.特點(diǎn):兩頂尖裝夾工件方便,不需找正,定位精度高.但比一夾一頂裝夾的剛度低,影響了切削用量的提高.用途:較長(zhǎng)的或必須經(jīng)過(guò)多次裝夾后才能加工好的工件,或工序較多,在車(chē)削后還要銑削或磨削的工件.通過(guò)上述分析,如圖-所示的零件,我們選擇坯料軸線和左端大端面(設(shè)計(jì)基準(zhǔn))為定位基準(zhǔn).裝夾方法采用左端

10、三爪自定心卡盤(pán)定心夾緊右端活動(dòng)頂尖支承的方案.確定加工順序?yàn)榱诉_(dá)到質(zhì)量?jī)?yōu)、效率高和成本低的目的,制訂數(shù)控車(chē)削加工順序時(shí)一般應(yīng)遵循以下基本原則:先粗后精、先近后遠(yuǎn)、內(nèi)外交叉、基面先行,并且程序段最少,走的路線最短.先粗后精為了提高生產(chǎn)效率并保證零件的精加工質(zhì)量,在切削加工時(shí),應(yīng)先安排粗加工工序,在較短的時(shí)間內(nèi),將精加工前大量的加工余量(如圖-所示的虛線內(nèi)的部分)去掉,同時(shí)盡量滿(mǎn)足精加工的余量均勻性要求.當(dāng)粗加工工序安排完后,應(yīng)接著安排換刀后進(jìn)行的半精加工和精加工.各個(gè)表面按照粗車(chē)半精車(chē)精車(chē)的順序進(jìn)行加工,逐步提高加工表面的精度.粗車(chē)可在短時(shí)間內(nèi)去除工件表面上大部分加工余量.若粗車(chē)后所留余量的均勻

11、性滿(mǎn)足不了精加工的要求時(shí),要安排半精車(chē),以保證精加工余量小而均勻.精車(chē)要保證加工精度,按圖樣尺寸由最后一刀連續(xù)加工而成.先近后遠(yuǎn)這里所說(shuō)的遠(yuǎn)與近,是按加工部位相對(duì)于對(duì)刀點(diǎn)的距離而言的.一般情況下,離對(duì)刀點(diǎn)近的部位先加工,離對(duì)刀點(diǎn)遠(yuǎn)的部位后加工,以便縮小刀具移動(dòng)距離,減少空行程時(shí)間,提高加工效率.對(duì)于數(shù)控車(chē)削而言,先近后遠(yuǎn)還有利于保持坯件或半成品的剛性,改善其切削條件.內(nèi)外交叉對(duì)既有內(nèi)表面(內(nèi)型腔)又有外表面需要加工的零件,在安排加工順序時(shí),應(yīng)先進(jìn)行內(nèi)外表面粗加工,后進(jìn)行內(nèi)外表面精加工.切不可將零件上一部分表面(外表面或內(nèi)表面)加工完畢后,再加工其他表面(內(nèi)表面或外表面).基面先行用作精基準(zhǔn)的表

12、面應(yīng)優(yōu)先加工出來(lái),再以加工出的精基準(zhǔn)為定位基準(zhǔn),安排其他表面的加工.因?yàn)槎ㄎ换鶞?zhǔn)的表面越精確,裝夾誤差就越小.確定進(jìn)給路線進(jìn)給路線是刀具在整個(gè)加工過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)軌跡,即刀具從起刀點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)給運(yùn)動(dòng)起,直到加工程序運(yùn)行結(jié)束后退刀返回該點(diǎn)所經(jīng)過(guò)的路徑,包括了切削加工的路徑及刀具切入、切出等空行程路徑.確定進(jìn)給路線的重點(diǎn)在于確定粗加工及空行程的進(jìn)給路線.刀具引入、切出在數(shù)控車(chē)床上進(jìn)行加工時(shí),要安排好刀具的引入、切出路線,盡量使刀具沿著輪廓的切線方向引入、切出.尤其是車(chē)螺紋時(shí),因?yàn)殚_(kāi)始加速時(shí)和加工結(jié)束時(shí)主軸轉(zhuǎn)速和螺距之間的速比不穩(wěn)定,加工螺紋會(huì)發(fā)生亂扣現(xiàn)象,所以必須設(shè)置升速段 和降速段,這樣可避免因車(chē)刀升降

13、速而影響螺距的穩(wěn)定(見(jiàn)圖-).最短的空行程路線確定最短的進(jìn)給路線,除了依靠大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)外,還應(yīng)善于分析,必要時(shí)可輔以一些簡(jiǎn)單的計(jì)算.)巧用起刀點(diǎn)圖-(a)所示為采用矩形循環(huán)方式進(jìn)行粗車(chē)的一般情況.其起刀點(diǎn)A 的設(shè)定是考慮到精車(chē)等加工過(guò)程中需方便地?fù)Q刀,故將其設(shè)置在離坯件較遠(yuǎn)的位置處,同時(shí)將起刀點(diǎn)與其對(duì)刀點(diǎn)重合在一起.按三刀粗車(chē)的進(jìn)給路線安排如下:第一刀為ABCDA,第二刀為AEFGA,第三刀為AH IJA.圖-(b)則是將起刀點(diǎn)與對(duì)刀點(diǎn)分離,并設(shè)于圖示B 點(diǎn)位置,仍按相同的切削量進(jìn)行三刀粗車(chē),其進(jìn)給路線安排如下:起刀點(diǎn)與對(duì)刀點(diǎn)分離的空行程為AB,第一刀為BCDEB,第二刀為BFGH B,第三

14、刀為BIJKB.)巧設(shè)換刀點(diǎn)為了考慮換刀的方便和安全,有時(shí)也將換刀點(diǎn)設(shè)置在離坯件較遠(yuǎn)的位置處,見(jiàn)圖-(a)中的點(diǎn)A.當(dāng)換第二把刀后,進(jìn)行精車(chē)時(shí)的空行程路線較長(zhǎng);如果將第二把刀的換刀點(diǎn)設(shè)置在圖-(b)中B 點(diǎn)的位置上,則可縮短空行程距離.)合理安排“回零”路線在手工編制較復(fù)雜輪廓的加工程序時(shí),為使其計(jì)算過(guò)程盡量簡(jiǎn)化,既不易出錯(cuò),又便于校核,編程者有時(shí)將每一刀加工完后的刀具終點(diǎn)通過(guò)執(zhí)行“回零”(即返回對(duì)刀點(diǎn))指令返回到對(duì)刀點(diǎn)位置,然后再執(zhí)行后續(xù)程序.這樣會(huì)增加走刀距離,降低生產(chǎn)效率.因此,在合理安排“回零”路線時(shí),應(yīng)使其前一刀終點(diǎn)與后一刀起點(diǎn)間的距離盡量縮短,或者為零,即滿(mǎn)足進(jìn)給路線為最短的要求.

15、最短的切削進(jìn)給路線切削進(jìn)給路線短,可有效地提高生產(chǎn)效率,降低刀具的損耗等.在安排粗加工或半精加工的切削進(jìn)給路線時(shí),應(yīng)同時(shí)兼顧被加工零件的剛性及加工工藝性等要求,不能顧此失彼.如圖-所示為三種不同的輪廓粗車(chē)切削進(jìn)給路線.其中,圖-(a)為利用數(shù)控系統(tǒng)的封閉式復(fù)合循環(huán)功能控制車(chē)刀沿著工件輪廓線進(jìn)給的路線;圖-(b)為利用其程序循環(huán)功能安排的“三角形”循環(huán)進(jìn)給路線;圖-(c)為利用矩形循環(huán)功能安排的“矩形”循環(huán)進(jìn)給路線.對(duì)以上三種切削進(jìn)給路線進(jìn)行分析和判斷后可知,矩形循環(huán)進(jìn)給路線總和最短,因此在同等切削條件下的切削時(shí)間最短,刀具損耗最少.因數(shù)控車(chē)床具有粗車(chē)循環(huán)和車(chē)螺紋循環(huán)功能,只要正確使用編程指令,

16、機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)會(huì)自行確定其進(jìn)給路線,因此該零件的粗車(chē)循環(huán)和車(chē)螺紋循環(huán)不需要人為確定其進(jìn)給路線(但精車(chē)的進(jìn)給路線需要人為確定).確定刀具合理地選用刀具,是保證產(chǎn)品質(zhì)量和提高切削效率的重要條件.在選擇刀具形式和結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)綜合考慮一些主要因素,如工件的材料、形狀、尺寸和加工要求;工藝方案和生產(chǎn)率等.加工圖-所示零件所選用的刀具如下:.選用mm 中心鉆鉆削中心孔.粗車(chē)及平端面選用硬質(zhì)合金右偏刀,為防止副后刀面與工件輪廓干涉(可用作圖法檢驗(yàn)),副偏角不宜太小,選Kr.精車(chē)選用90硬質(zhì)合金右偏刀,車(chē)螺紋選用60硬質(zhì)合金外螺紋車(chē)刀,刀尖圓弧半徑應(yīng)小于輪廓最小圓角半徑,取r.mm.為了便于編程和操作管理,將所選

17、定的刀具參數(shù)填入數(shù)控加工刀具卡片中,見(jiàn)表-.確定切削用量.切削用量的選擇原則選擇切削用量時(shí),要在保證加工質(zhì)量和刀具壽命的前提下,充分發(fā)揮車(chē)床性能和刀具切削性能,使切削效率最高、加工成本最低.合理選擇切削用量的原則如下:()粗加工時(shí)切削用量的選擇原則.首先,選取盡可能大的切削深度;其次,要根據(jù)機(jī)床動(dòng)力和剛性的限制條件等,選擇盡可能大的進(jìn)給量;最后,根據(jù)刀具耐用度確定最佳切削速度.()精加工時(shí)切削用量的選擇原則.首先,根據(jù)粗加工后的余量確定切削深度;其次,根據(jù)已加工表面的表面粗糙度要求,選取較小的進(jìn)給量;最后,在保證刀具壽命的前提下,盡可能選取較高的切削速度.粗加工時(shí),以提高生產(chǎn)效率為主,但也要考

18、慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本;而半精加工和精加工時(shí),以保證加工質(zhì)量為目的,兼顧加工效率、經(jīng)濟(jì)性和加工成本.具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說(shuō)明書(shū),參考切削用量手冊(cè),并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)而定.切削用量三要素的確定()切削深度ap 的確定.在工藝系統(tǒng)(車(chē)床夾具刀具零件)剛性好和機(jī)床功率允許的情況下,盡可能選取較大的切削深度,以減少進(jìn)給次數(shù),提高生產(chǎn)效率.當(dāng)零件的精度要求較高時(shí),應(yīng)考慮適當(dāng)留出精車(chē)余量,其所留精車(chē)余量一般比普通車(chē)削時(shí)的小,常取.mm.當(dāng)粗車(chē)后所留的余量的均勻性不能滿(mǎn)足精車(chē)要求時(shí),則需安排半精車(chē),一般取mm.因此加工如圖-所示零件時(shí),輪廓粗車(chē)循環(huán)選apmm,精車(chē)ap .mm;螺紋粗車(chē)時(shí)選ap .mm,逐刀減少,精車(chē)

19、ap .mm.()主軸轉(zhuǎn)速n 的確定.車(chē)削加工(除車(chē)螺紋外)時(shí),主軸轉(zhuǎn)速應(yīng)根據(jù)零件上被加工部位的直徑、零件和刀具的材料及加工性質(zhì)等條件來(lái)確定.在實(shí)際生產(chǎn)中,主軸轉(zhuǎn)速可用式-計(jì)算:在確定主軸轉(zhuǎn)速時(shí),需要首先確定其切削速度,而切削速度又與切削深度和進(jìn)給量有關(guān).車(chē) 螺紋時(shí)的主軸轉(zhuǎn)速n,主軸轉(zhuǎn)速可用式(-)計(jì)算:原則上只要能保證每轉(zhuǎn)一周時(shí),刀具沿主進(jìn)給軸(多為z 軸)方向位移一個(gè)螺距即可,車(chē)床主軸轉(zhuǎn)速的選取將考慮到螺紋的螺距(或?qū)С?大小、驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的升降頻率特性及螺紋插補(bǔ)運(yùn)算速度等多種因素的影響,故對(duì)于不同的數(shù)控系統(tǒng),推薦用不同的主軸轉(zhuǎn)速范圍.()進(jìn)給量f 的確定.進(jìn)給量是指工件旋轉(zhuǎn)一周,車(chē)刀沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離,單位為mm/r,它與切削深度有著較密切的關(guān)系.進(jìn)給速度主要是指在單位時(shí)間里,刀具沿進(jìn)給方向移動(dòng)的距離,單位為mm/min,有些數(shù)控車(chē)床規(guī)定可選用以進(jìn)給量(mm/r)表示的進(jìn)給速度.進(jìn)給量是數(shù)控車(chē)床切削用量中