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1、数控车削编程与加工,主编,表4-1专业技能和关联知识,一、数控车削加工工艺设计内容,1)选择在数控机床上加工的零件，并确定加工的工序内容。2)分析被加工零件加工部位的形状，明确加工内容与加工要求，在此基础上确定零件的加工方案，制订零件数控加工的工艺路线，包括工序的划分、加工顺序的安排、与普通加工工序的衔接等。3)设计数控加工工序。4)数控加工运行轨迹各节点坐标的尺寸计算。5)编写数控加工程序。6)合理分配数控加工中的公差。,二、零件的工艺性分析,1)几何形状分析。2)尺寸标注分析。3)精度及技术要求分析。4)零件力学性能分析。5)结构工艺性分析等。,三、加工方法选择,1.外圆表面加工方法的选择
2、2.内孔表面加工方法的选择3.平面加工方法的选择,1.外圆表面加工方法的选择,1)最终工序为车削的加工方案，适用于除淬火钢以外的各种金属材料。2)最终工序为磨削的加工方案，适用于淬火钢、未淬火钢和铸铁，不适用于有色金属，因为有色金属韧性大，磨削时易堵塞砂轮。3)最终工序为精细车或金刚车的加工方案，适用于要求较高的有色金属的精加工。4)最终工序为光整加工，如研磨、超精磨及超精加工等，为提高生产效率和加工质量，一般在光整加工前进行精磨。5)对表面粗糙度要求高而尺寸精度要求不高的外圆，可采用滚压或抛光。,1.外圆表面加工方法的选择,图4-1外圆表面加工方案,2.内孔表面加工方法的选择,1)加工精度为
3、IT9级的孔，当孔径小于10mm时，可采用钻铰方案；当孔径小于30mm时，可采用钻扩方案；当孔径大于30mm时，可采用钻镗方案。2)加工精度为IT8级的孔，当孔径小于20mm时，可采用钻铰方案；当孔径大于20mm时，可采用钻扩铰方案，此方案适用于加工淬火钢以外的各种金属，但孔径应在2080mm之间，此外也可采用最终工序为精镗或拉削的方案。3)加工精度为IT7级的孔，当孔径小于12mm时，可采用钻粗铰精铰方案；当孔径在1260mm范围时，可采用钻扩粗铰精铰方案或钻扩拉方案。 4)加工精度为IT6级的孔，最终工序采用手铰、精细镗、研磨或珩磨等均能达到要求，视具体情况选择。,2.内孔表面加工方法的选
4、择,图4-2内孔表面加工方案,3.平面加工方法的选择,图4-3平面加工方案,四、毛坯的类型和选择,零件的毛坯有铸件、锻件和型材（如圆钢、方钢）等，应根据生产纲领和批量、零件的结构形状和尺寸大小、零件的力学性能、工厂现有设备和技术水平以及技术经济性综合考虑选择毛坯类型、材料、尺寸规格、表面质量及力学性能。,五、工件在数控车床上的定位与装夹,1.工件的定位原理2.工件的定位方法3.工件的夹紧4.工件在数控车床上的装夹方案,1.工件的定位原理,(1)完全定位按照上述方法在夹具上布置六个支承点，每个支承点相应地限制一个自由度,工件的六个自由度就被完全限制了，工件在夹具中的位置是唯一的，即处于完全确定的
5、位置，这种定位称为完全定位。(2)不完全定位工件加工时，有些工序并不要求工件完全定位，而只要求部分定位，即限制部分自由度就能满足工件加工要求，这种定位称为不完全定位。(3)欠定位若夹具上的支承点少于工件上应该限制的自由度数，使得工件上某些应该限制的自由度没有被限制，工件的定位不足而导致加工精度得不到保证，这种定位称为欠定位，欠定位在数控车削加工时是不允许的。 (4)重复定位几个定位点同时限制同一个自由度，称为重复定位。,1.工件的定位原理,图4-4工件的六个自由度,1.工件的定位原理,图4-5工件的六点定位分布,(1)完全定位,按照上述方法在夹具上布置六个支承点，每个支承点相应地限制一个自由度
6、,工件的六个自由度就被完全限制了，工件在夹具中的位置是唯一的，即处于完全确定的位置，这种定位称为完全定位。,(2)不完全定位工件加工时，有些工序并不要求工件完全定位，而只要求部分定位，即限制部分自由度就能满足工件加工要求，这种定位称为不完全定位。,图4-7三爪自定心卡盘夹持,(2)不完全定位工件加工时，有些工序并不要求工件完全定位，而只要求部分定位，即限制部分自由度就能满足工件加工要求，这种定位称为不完全定位。,图4-7三爪自定心卡盘夹持短轴零件的不完全定位,(3)欠定位若夹具上的支承点少于工件上应该限制的自由度数，使得工件上某些应该限制的自由度没有被限制，工件的定位不足而导致加工精度得不到保
7、证，这种定位称为欠定位，欠定位在数控车削加工时是不允许的。,图4-8一夹一顶装夹台阶轴时的欠定位,(3)欠定位若夹具上的支承点少于工件上应该限制的自由度数，使得工件上某些应该限制的自由度没有被限制，工件的定位不足而导致加工精度得不到保证，这种定位称为欠定位，欠定位在数控车削加工时是不允许的。,图4-9一夹一顶装夹长轴时的重复定位,(4)重复定位几个定位点同时限制同一个自由度，称为重复定位。,图4-10带圆柱孔工件用心轴和端面定位时的重复定位a)心轴定位限制四个自由度b)心轴和端面形成重复定位,(4)重复定位几个定位点同时限制同一个自由度，称为重复定位。,图4-11圆柱孔用心轴定位时防止重复定位
8、的措施a)减小平面b)球面垫圈定位c)缩短心轴长度,2.工件的定位方法,(1)工件以平面定位当工件以平面定位时，由于工件的定位平面和定位元件的表面不可能是理想平面(特别是以毛坯面作为定位基准时)，实际定位中只能由最凸出的三点接触。(2)工件以外圆定位(3)工件以内孔定位在车削齿轮、套筒、盘类等零件的外圆时，一般应以加工好的内孔定位。(4)工件以一面两孔定位当工件以两个轴线互相平行的孔及与孔相互垂直的平面作为定位基准时，可用一个短圆柱销、一个削边销和一个平面作为定位元件来定位，这种定位方法称为一面两孔定位，如图4-23所示。,2.工件的定位方法,图4-12工件的三点平面定位,(1)工件以平面定位
9、,当工件以平面定位时，由于工件的定位平面和定位元件的表面不可能是理想平面(特别是以毛坯面作为定位基准时)，实际定位中只能由最凸出的三点接触。为保证定位的稳定可靠，工件以毛坯面定位时，应采用三点支承的方法，并尽量增大支承点间的距离L，使支承三角形的面积尽可能大些，如图412所示。 工件以大平面定位时，大平面中间部分应做成凹面，以减小与定位面的接触面积。用于工件点、线定位的定位元件常见的有支承钉、支承板和可调支承等，分别如图413图415所示。,(2)工件以外圆定位,1)在圆柱孔中定位。2)在半圆弧夹具上定位。3)在V形块上定位。,1)在圆柱孔中定位。,图4-14支承板结构,1)在圆柱孔中定位。,
10、图4-14支承板结构,1)在圆柱孔中定位。,图4-15可调支承结构,2)在半圆弧夹具上定位。,工件在半圆弧夹具上定位如图416所示。这种定位装置的下半圆弧起定位作用，上半圆弧起夹紧作用。半圆弧夹具接触面积大，因此不易夹伤工件表面，适用于外圆已精加工过的工件。,3)在V形块上定位。,图4-17工件在V形块上定位,3)在V形块上定位。,图4-17工件在V形块上定位,(3)工件以内孔定位在车削齿轮、套筒、盘类等零件的外圆时，一般应以加工好的内孔定位。,1)在小锥度心轴上定位。2)在圆柱心轴上定位。3)在圆锥心轴上定位。4)在花键心轴上定位。5)在螺纹心轴上定位。,1)在小锥度心轴上定位。,图4-18
11、工件在小锥度心轴上定位,2)在圆柱心轴上定位。,图4-19工件在圆柱心轴上定位,3)在圆锥心轴上定位。,图4-20工件在圆锥心轴上定位,4)在花键心轴上定位。,图4-21工件在花键心轴上定位,5)在螺纹心轴上定位。,图4-22工件在螺纹心轴上定位,(4)工件以一面两孔定位当工件以两个轴线互相平行的孔及与孔相互垂直的平面作为定位基准时，可用一个短圆柱销、一个削边销和一个平面作为定位元件来定位，这种定位方法称为一面两孔定位，如图4-23所示。,图4-23工件以一面两孔定位,3.工件的夹紧,(1)对夹紧装置的基本要求(2)夹紧装置使用注意事项(3)常见夹紧装置,(1)对夹紧装置的基本要求,1)牢固：
12、工件夹紧后，应保证工件在加工过程中的位置不发生变化。2)正确：夹紧时，应不破坏工件的正确定位。3)快捷：夹紧装置应操作方便，安全省力，夹紧迅速。4)简单：夹紧装置结构简单紧凑，有足够的刚性和强度，且便于制造。,(2)夹紧装置使用注意事项,1)夹紧力大小的确定：夹紧力必须保证工件在加工过程中的位置不发生变化，但夹紧力也不能过大，过大会造成工件变形。2)夹紧力方向的确定：夹紧力的方向应尽可能垂直于工件的主要定位基准面，使夹紧稳定可靠，保证加工精度；夹紧力的方向应尽可能与切削力方向一致。3)夹紧力作用点的确定：夹紧力的作用点应尽可能地落在主要定位面上，这样可保证夹紧稳定可靠；夹紧力的作用点应与支承件
13、对应，并尽可能作用在工件刚性较好的部位，如图4-24所示。,1)夹紧力大小的确定：,夹紧力必须保证工件在加工过程中的位置不发生变化，但夹紧力也不能过大，过大会造成工件变形。,2)夹紧力方向的确定：,夹紧力的方向应尽可能垂直于工件的主要定位基准面，使夹紧稳定可靠，保证加工精度；夹紧力的方向应尽可能与切削力方向一致。,3)夹紧力作用点的确定：,夹紧力的作用点应尽可能地落在主要定位面上，这样可保证夹紧稳定可靠；夹紧力的作用点应与支承件对应，并尽可能作用在工件刚性较好的部位，如图4-24所示。,图4-24夹紧装置夹紧力作用点确定,(3)常见夹紧装置,1)螺钉式夹紧装置。2)摆动压块夹紧装置。3)螺母式
14、夹紧装置。4)螺旋压板夹紧装置。5)偏心式夹紧装置。6)楔块式夹紧装置。,1)螺钉式夹紧装置。,螺钉式夹紧装置如图425所示。为防止螺钉头部被压扁后拧不出来，螺钉头部不应有螺纹，并需经淬火处理，提高硬度。,2)摆动压块夹紧装置。,图4-26摆动压块夹紧装置,3)螺母式夹紧装置。,图4-27螺母式夹紧装置,4)螺旋压板夹紧装置。,图4-28螺旋式中间压板夹紧装置a)中间夹紧式b)整体螺旋压板式c)结构完整螺旋压板式,5)偏心式夹紧装置。,图4-30螺旋式铰链压板夹紧装置,5)偏心式夹紧装置。,图4-30螺旋式铰链压板夹紧装置,5)偏心式夹紧装置。,图4-31偏心式夹紧装置,6)楔块式夹紧装置。,
15、图4-32楔块式夹紧装置,4.工件在数控车床上的装夹方案,(1)零件装夹方式选择原则(2)数控卧式车削加工中的常用装夹方案(3)细长轴装夹方案细长轴刚性差，在切削加工过程中容易受热伸长产生弯曲变形，同时在切削力的作用下会产生振动，影响加工精度和表面粗糙度。(4)薄壁件装夹方案薄壁工件刚性差，在夹紧力、切削力和切削热作用下极易产生变形。,(1)零件装夹方式选择原则,1)力求设计基准、工艺基准与编程原点统一。2)尽量减少装夹次数，尽可能做到一次定位装夹后能完成全部加工。3)避免采用占机人工调整方案。4)若夹具的使用可以降低对机床的要求，并能降低机床的运行成本，仍应考虑使用夹具。5)对细长杆零件，要
16、考虑使用跟刀架。,(2)数控卧式车削加工中的常用装夹方案,1)三爪自定心卡盘装夹。2)四爪卡盘装夹。3)在两顶尖间装夹工件。4)一夹一顶装夹工件。5)用花盘及其附件装夹工件。6)内梅花顶尖拨顶装夹工件。7)外梅花顶尖拨顶装夹工件。8)光面顶尖拨顶装夹工件。,1)三爪自定心卡盘装夹。,图4-33三爪自定心卡盘及其装夹图例,2)四爪卡盘装夹。,图4-34四爪卡盘结构1、2、3、4卡爪5丝杠,2)四爪卡盘装夹。,图4-35工件装夹在四爪卡盘上用划线盘校正位置a)校正外圆b)校正端面平面,2)四爪卡盘装夹。,图4-36工件装夹在四爪卡盘上用百分表校正位置a)盘类工件校正b)长轴工件校正,2)四爪卡盘装
17、夹。,图4-37数控车床两顶尖装夹工件,3)在两顶尖间装夹工件。,图4-38数控车床前顶尖的两种安装方式a)安装在主轴锥孔内b)夹持在卡盘内,3)在两顶尖间装夹工件。,图4-39数控车床固定后顶尖结构,3)在两顶尖间装夹工件。,图4-40数控车床回转后顶尖结构,3)在两顶尖间装夹工件。,图4-41用百分表测量尾座偏移量,3)在两顶尖间装夹工件。,图4-42两顶尖夹持工件时的传动a)弯头鸡心夹头b)直尾鸡心夹头1拨盘2鸡心夹头3方头螺钉,4)一夹一顶装夹工件。,用双顶尖装夹工件虽然精度高，但刚性较差。车削较重工件时要用一端夹住，另一端用后顶尖顶住的装夹方法，如图443所示。为了防止工件由于切削力
18、的作用而产生轴向位移，必须在卡盘内装一限位支承，如图443a所示；或利用工件的台阶限位，如图443b所示。这种装夹方法比较安全，能承受较大的轴向切削力，安装刚性好，轴向定位准确，应用广泛。,5)用花盘及其附件装夹工件。,图4-44花盘结构及其用百分表,5)用花盘及其附件装夹工件。,图4-44花盘结构及其用百分表对花盘平面度的检测,5)用花盘及其附件装夹工件。,图4-45花盘常用附件结构a)角铁b)V形架c)平垫铁d)平衡铁e)T形螺钉f)压板,5)用花盘及其附件装夹工件。,图4-46双孔连杆结构,6)内梅花顶尖拨顶装夹工件。,图4-48花盘角铁装夹连杆,6)内梅花顶尖拨顶装夹工件。,图4-48
19、花盘角铁装夹连杆,7)外梅花顶尖拨顶装夹工件。,图4-49数控车床内梅花顶尖拨顶装夹工件,7)外梅花顶尖拨顶装夹工件。,图4-50数控车床外梅花顶尖拨顶装夹工件,8)光面顶尖拨顶装夹工件。,图4-51数控车床光面顶尖拨顶装夹工件,(3)细长轴装夹方案细长轴刚性差，在切削加工过程中容易受热伸长产生弯曲变形，同时在切削力的作用下会产生振动，影响加工精度和表面粗糙度。,1)使用中心架支承细长轴。2)使用跟刀架支承细长轴。,1)使用中心架支承细长轴。,当细长轴可以分段车削时，中心架支承在细长轴中间，如图452所示。采用这种支承，细长轴长度与直径之比可减少一半，其刚度可增加好几倍，在细长轴装上中心架之前
20、，可在毛坯中间车一段支承中心架支承爪的沟槽，沟槽的直径要比细长轴要求尺寸略大一些，以便留出精加工余量，车好沟槽后应用砂布抛光。 在细长轴中间车削一条沟槽比较困难时，可以利用过渡套筒装夹细长轴的方法，使支承爪不直接与毛坯轴接触，而与过渡套筒的外表面接触，如图453所示。过渡套筒的两端各装有四个螺钉，用来找正和夹住工件毛坯。 中心架支承爪安装时需要调整，如图454所示。在调整中心架支承爪前，在卡盘和顶尖之间，把工件两端支承好，保证中心架支承处工件的圆度要求。注意要轻度拧紧中心架活动臂卡爪，先拧紧靠近操作者的支承爪C，直到感觉支承爪轻微接触到外圆为止（可结合耳听、目测等感觉）；然后顺次拧紧远离操作者
21、的支承爪D，向下拧上面支承爪E，达到同样感觉；用手轻轻拧动支承爪的滚花螺钉，直到支承爪与外圆表面刚好接触为止；最后锁住下面两个支承爪就可以了。,2)使用跟刀架支承细长轴。,图4-52细长轴加工中心架辅助支承方式1,2)使用跟刀架支承细长轴。,图4-53细长轴加工中心架辅助支承方式2,(4)薄壁件装夹方案薄壁工件刚性差，在夹紧力、切削力和切削热作用下极易产生变形。,图4-55跟刀架类型与结构,(4)薄壁件装夹方案薄壁工件刚性差，在夹紧力、切削力和切削热作用下极易产生变形。,图4-55跟刀架类型与结构a)两爪跟刀架b)三爪跟刀架,(4)薄壁件装夹方案薄壁工件刚性差，在夹紧力、切削力和切削热作用下极易产生变形。,图4-56薄壁工件的变形,(4)薄壁件装夹方案薄壁工件刚性差，在夹紧力、切削力和切削热作用下极易产生变形。,图4-57薄壁工件的周向装夹方法a)开缝套筒装夹b)扇形软卡爪装夹,(4)薄壁件装夹方案薄壁工件刚性差，在夹紧力、切削力和切削热作用下极易产生变形。,图4-58薄壁工件的轴向装夹方法,