数控车削加工工艺路线 章 数控车床编程与加工基础 知识目标 ●了解数控车床的组成、各部分的作用及工作原理 ●了解数控车床的分类与特点 ●了解数控车削加工的主要对象 ●掌握数控车削刀具的类型及选用 ●掌握数控车削加工工艺过程分析及工艺路线的拟定方法 ●理解数控车床编程的基本知识 ●熟悉数控车床加工程序结构与格式 ●熟悉数控车床加工中工件坐标系及换刀点的设定方法 ●掌握数控编程中基点的计算方法 1.1 数控车床概述 1.1.1 数控车床的组成和工作原理 1．数控车床的基本组成 数控车床是由床身、主传动系统、进给传动系统、自动回转刀架等部分组成，如图1.1所示。 （1）床身 数控车床的床身结构和导轨有多种形式，主要有平床身、斜床身、平床身斜滑板与立床身，如图1.2所示。 （2）主传动系统 （3）进给传动系统 进给传动系统分为横向进给传动系统和纵向进给传动系统。 （4）自动回转刀架 排式刀架有两种类型，如图1.5（a）所示。 转塔式刀架也有两种类型：一种是回转轴与主轴垂直，如图1.5（b）所示；另一种是回转轴与主轴平行，如图1.5（c）所示。 2．数控车床的工作原理 1.1.2 数控车床的分类和特点 1．数控车床的分类 （1）按数控系统的功能分类。 ① 经济型数控车床。 ② 全功能型数控车床。 ③ 车削中心。 （2）按主轴的配置形式分类 ① 卧式数控车床。 ② 立式数控车床。 2．数控车床的特点 （1）适应性强，适合加工单件或小批量复杂工件。 （2）加工精度高，产品质量稳定。 （3）生产效率高。 （4）自动化程度高，劳动强度低 （5）有利于生产管理的现代化。 （6）易于建立计算机通信网络。 1.2 数控车削加工工艺 1.2.1 数控车削加工的主要对象 1．轮廓形状特别复杂或难于控制尺寸的回转体零件 2．精度要求高的零件 3．特殊的螺旋零件 4．以特殊方式加工的零件 1.2.2 数控车削的刀具及其选用 1．对刀具、刀座的要求 数控车床常用的刀具如图1.15所示。 加工时可根据加工内容、工件材料等选用，要保证刀具强度、耐用度。 2．数控车削用车刀的类型 数控车削用的车刀一般分为三类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成型车刀。 （1）尖形车刀。 （2）圆弧形车刀。 （3）成型车刀。 （4）车刀类型的确认。 ① 当车刀刀尖的倒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R0.2 mm圆弧轮廓而言，可属成型车刀。 ② 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圆弧半径进行半径补偿，则该车刀属圆弧形车刀。 ③ 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。 3．常用车刀的几何参数 （1）尖形车刀的几何参数 尖形车刀的几何参数主要指车刀的几何角度。 （2）圆弧形车刀的选用及几何参数 ① 圆弧形车刀的选用。 对于某些精度要求较高的凹曲面车削（见图1.21）或大外圆弧面（见图1.14）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。 ② 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，主要几何参数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当小于或等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，否则既会难于制造，还会因其刀头强度太弱或刀体散热能力差，使车刀容易受到损坏。 4．刀具的标准化 （1）模块化刀具。 （2）标准化刀具。 ① 刀柄部分。 ② 刀头部分。 1.2.3 数控车削加工工艺路线．数控车削加工工艺工艺路线的拟定 数控车削加工工艺包括以下主要内容。 （1）分析被加工零件的工艺性。 （2）拟定加工工艺路线，包括划分工序、选择定位基准、安排加工顺序和组合工序等。 （3）设计加工工序，包括选择工装夹具与刀具、确定走刀路径、确定切削用量等。 （4）编制工艺文件。 2．数控车床加工零件的工艺性分析 （1）结构工艺性分析。 零件的结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，且成本低，效率高。 （2）轮廓几何要素分析。 在分析零件图形的轮廓几何要素时，主要工作是运用机械制图的基本知识分清零件图中给定的几何元素的定形尺寸、定位尺寸，确定几何元素（直线、圆弧、曲线等）之间的相对位置关系 （3）精度、技术要求分析。 ① 分析精度及各项技术要求是否齐全合理。 ② 分析本工序的数控车削加工精度能否达到图样要求。 ③ 找出图样上有位置精度要求的表面，这些表面应尽可能在一次装夹下完成加工。 ④ 对表面粗糙度要求较高的表面，应确定采用机床提供的恒线．数控车床加工工艺路线）工序的划分。 机械加工的工序划分通常采用工序集中原则和工序分散原则。 工序集中原则就是将工件的加工集中在少数几道工序内完成，每道工序的加工内容较多。 工序分散原则就是将工件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少。 常见的数控加工工序划分的方法有以下几种。 ① 按安装次数划分工序。 ② 按加工部位划分工序。 ③ 按所用刀具划分工序。 ④ 按粗、精加工划分工序。 （2）加工顺序的安排。 机械加工顺序的安排一般应遵循以下原则。 ① 上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧。 ② 以相同的安装方式或使用同一把刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重新定位或换刀所引起的误差。 ③ 在同一次安装中，应先进行对工件刚性影响比较小的工序，确保工件在足够刚性条件下逐步加工完毕。 表1.1列出了一些根据数控加工工艺特点而应注意的其他原则，在确定加工工序的时候也要引起重视。 （3）定位基准的选择。 定位基准的选择包括定位方式的选择和被加工工件定位面的选择。 （4）走刀路线的确定。 ① 循环切除余量。 数控车削加工过程一般要经过循环切除余量、粗加工和精加工三道工序。 （a）轴套类零件。 轴套类零件安排走刀路线的原则是轴向走刀、径向进刀，循环切除余量的循环终点在粗加工起点附近。 （b）轮盘类零件。 轮盘类零件安排走刀路线的原则是径向走刀、轴向进刀，循环切除余量的循环终点在粗加工起点附近。 （c）铸锻件。 铸锻件毛坯形状与加工后零件形状相似，为加工留有一定的余量。 ② 确定退刀路线。 考虑退刀路线的原则是：第一、确保安全性，即在退刀过程中不与工件发生碰撞；第二、考虑退刀路线最短，缩短空行程，提高生产效率。 数控车床常用以下3种退刀路线。 （a）斜向退刀路线。 （b）径、轴向退刀路线。 （c）轴、径向退刀路线）设置换刀点。 换刀点最安全的位置是换刀时刀架或刀盘上的任何刀具都不与工件或机床其他部件发生碰撞的位置。 4．切削用量的选择 切削用量包括切削速度、进给量和切削深度三要素。 （1）一般内外表面车削时的切削用量选择原则。 ① 粗加工。 粗加工时的切削用量时首先应选择一个尽可能大的切削深度，其次选择较大的进给量，最后在刀具耐用度和机床功率允许的条件下选择一个合理的切削速度。 ② 半精加工与精加工。 半精加工、精加工时切削用量的选择要保证加工质量，兼顾生产效率和刀具使用寿命。 （2）螺纹车削时的切削用量选择原则。 ① 主轴转速的选择。 ?f=n???f ② 切削深度的选择。 1.3 数控车床编程概述 1.3.1 数控编程概念 从分析零件图纸开始，到获得数控机床所需的数控加工程序的全过程叫做数控编程。 1.3.2 数控编程的种类 1．手工编程 手工编程是指由人工完成数控编程的全部工作，包括零件图纸分析、工艺处理、数学处理、程序编制等，如图1.33所示。 2．自动编程 自动编程是指由计算机来完成数控编程的大部分或全部工作 1.3.3 数控编程的内容和步骤 1．数控编程的内容 数控编程的主要内容有：分析零件图样，确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序、制备控制介质、校对程序及首件试切。 2．数控编程的步骤 数控编程的一般步骤，如图1.35所示。 1.3.4 加工程序结构与格式 1．程序的结构 一个完整的程序由程序号、程序内容和程序结束3部分组成。 （1）程序号。 程序号即为程序的开始部分，为了区别存储器中的程序，每个程序都要有程序编号，在编号前采用程序编号地址码。 如在FANUC 0系统中，一般采用英文字母Ｏ作为程序编号地址，而其他系统有的采用P、%以及：等。 （2）程序内容。 程序内容部分是整个程序的核心，它由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成，它表示数控机床要完成的全部动作。 （3）程序结束。 2．程序段格式 程序段格式是指一个程序段中字、字符、数据的书写规则，通常有以下3种格式。 （1）字—地址程序段格式。 程序段内各字的说明如下。 ① 程序段号。 用以识别程序段的编号。 用地址码N和后面的若干位数字来表示。 例如：N20表示该语句的语句号为20。 ② 准备功能字（G功能字）。 G功能是使数控机床做好某种操作准备指令，用地址G和两位数字来表示，从G00～G99共100种。 ③ 尺寸字。 尺寸字由地址码、“+”“?”符号及绝对值（或增量）的数值构成。 表示地址码的英文字母的含义如表1.3所示。 ④ 进给功能字。 它由地址码F和后面若干位数字构成。 ⑤ 主轴转速功能字。 由地址码S和在其后面的若干位数字组成 ⑥ 刀具功能字。 由地址码T和若干位数字组成。 ⑦ 辅助功能字（M功能）。 ⑧ 程序段结束。 （2）使用分隔符的程序段格式。 在每个字前写一个分隔符“HT”或“TAB”，这样就可以不使用地址符，只要按规定的顺序把相应的数字跟在分隔符后面就可以了。 （3）固定程序段格式。 1.3.5 主程序与子程序 子程序是可由适当的机床控制指令调用的一段加工程序，它在加工中一般具有独立意义。 调用第一层子程序的指令所在的加工程序叫做主程序。 子程序可以嵌套，即一层套一层。 在数控加工程序中可以使用用户宏（程序）。 所谓宏程序就是含有变量的子程序，在程序中调用宏程序的指令称为用户宏指令，系统可以使用用户宏程序的功能叫做用户宏功能。 用户宏的最大特征如下。 （1）可以在用户宏中使用变量。 （2）可以使用演算式、转向语句及多种函数。 （3）可以用用户宏命令对变量进行赋值。 1.3.6 数控编程的代码 1．穿孔纸带及代码 穿孔纸带是信息载体的一种，它也是包括加工程序在内的数控程序常用的介质，如图1.36所示。 2．程序段中的指令字 （1）字。 数控机床程序由若干个“程序段”（block）组成，每个程序段由按照一定顺序和规定排列的“字”（word）组成。 （2）顺序号字。 顺序号字也称程序段号或程序段序号或序号。 使用顺序号字应注意如下的问题:数字部分应为正整数，所以最小顺序号是N1，建议不使用N0；顺序号字的数字可以不连续使用，也可以不从小到大使用；顺序号字不是程序段必用字，对于整个程序，可以每个程序段均有顺序号字，也可以均没有顺序号字，也可以部分程序段设有顺序号字。 顺序号字的作用： ①便于人们对程序作校对和检索修 改。 ②用于加工过程中的显示屏显示。 ③便于程序段的复归操作。 ④主程

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