盘类零件车削编程实例

一、能力目标

1．知识要求

（1）了解数控车削加工工件的装夹及对刀方法。

（2）了解数控车削加工工艺的制订方法。

（3）掌握数控车削加工工艺路线的拟定方法。

（4）掌握数控车削刀具和切削用量的选择方法。

2．技能要求

（1）能根据图纸确定零件的定位、装夹和加工路线。

（2）能根据图纸编写工艺卡、刀具卡。

二、任务说明

能进行典型零件的数控车削加工工艺分析。

1．教学媒体

多媒体教学设备、网络、数控实训基地的机床。

2．教学说明

教师应该大量提供涵盖数控车床刀具、夹具和零件加工的数控设备视频，在观看这些视频的过程中，逐一解释相关设备的加工工艺特点和适用条件。在此基础上，完成数控车削工艺的介绍。

3．学习说明

反复观看网站中提供的相关视频资料，并通过网络查找相关数控车削加工工艺的资料，并能进行典型零件的数控车削加工工艺分析，编写工艺卡、刀具卡。

三、相关知识

（一）数控车削加工工艺概述

数控车削是数控加工中最常用的加工方法之一，其加工工艺与普通车床的加工工艺有相似之处，但由于数控车床具有直线、圆弧插补功能，许多数控系统还具有非圆曲线的编程功能等，工艺范围较普通车床宽得多，因此数控车床加工零件往往比普通车床加工零件的工艺规程要复杂。数控加工前要编写数控加工程序，数控程序内容实际包括描述工件的工艺过程、刀具选用、切削用量和走刀路线等工艺参数。所以，数控编程者必须掌握相关数控加工工艺，否则无法合理地编制零件的加工程序。

1．数控车削加工工艺的主要内容

数控车床的加工工艺主要包括如下内容：

（1）根据数控车削加工的特点，确定零件数控加工工序的内容。

（2）分析零件图，明确数控加工内容和技术要求、零件轮廓数学处理。

（3）确定加工方案，拟定数控加工工艺路线，如划分工序、安排加工顺序、处理与非数控加工工序的衔接等。

（4）数控加工工序的设计，主要是选择定位基准、确定定位、装夹方案、选用刀具、确定切削用量等。

（5）编制数控加工程序。

（6）填写数控加工工艺技术文件。

2．数控车削加工工艺特点

工艺规程是操作人员的指导性文件。由于普通车床受控于操作工人的因素较多，小批量生产时，普通车床的工艺规程实际上用得较多的是工艺过程卡，车床的切削用量、走刀路线、工序的工步往往都是由操作工人自行选定。数控车床的加工程序是数控车削加工的指令性文件，数控车床运行受控于程序指令，加工的全过程都是按照程序指令自动执行的。因此数控车床与普通车床相比，工艺规程有较大的差别，涉及的内容也较为广泛。

数控车床的加工程序不仅包括零件的工艺过程，而且还包括切削用量、走刀路线、刀具选用以及车床的运动轨迹控制等内容，这些具体的问题，不仅是在数控加工工艺规程设计时要认真考虑，而且还必须合理地编入到数控加工程序中，这就要求编程人员对数控车床的性能、特点、刀具系统、运动控制方式、加工性能以及工件的定位、装夹方法等内容都要非常熟悉。

因此，数控车床加工工艺规程的制订中，工艺内容是非常具体的，工艺设计是很严密的。数控车削加工工艺合理与否不仅会影响车床效率的发挥，而且将直接影响到零件的加工质量。

（二）数控车削加工工艺制订

数控车削加工工艺制订的合理与否，对数控加工程序编制、数控车床加工效率以及工件的加工精度都有重要的影响。因此，根据车削加工的一般工艺原则并结合数控车床的特点，制订零件的数控车削加工工艺显得非常重要。其主要内容有：分析零件图样，确定在数控车床上的加工内容，在此基础上确定在数控车床上的工件定位、装夹方式、加工顺序、刀具的进给路线以及刀具、夹具、切削用量的合理选择等内容。

（1）分析零件图样 分析零件图样是工艺准备中的首要工作，内容包括零件轮廓的组成要素，尺寸、形状、位置公差要求，表面粗糙度要求，材料及热处理，毛坯以及生产批量等，这些都是制订合理工艺方案的依据。

（2）确定数控车削加工内容 在分析零件形状、精度和其他技术要求的基础上，考虑零件或零件的某些部位是否适合在数控车床上加工。对于一个零件来讲，并非全部的加工内容都适合在数控车床上加工，这就要对零件图样进行全面分析，选择出那些最适合在数控车床上加工的内容，充分发挥数控车床作用，提高经济效益。

（3）数控车削加工方案的拟定 数控车削加工方案的拟定是制订数控车削加工工艺的重要内容之一，其主要内容包括选择各加工表面的加工方法、安排工序的先后顺序、确定刀具的走刀路线等。

（三）数控车削加工工序划分与设计

1．数控车削加工工序划分

数控车削加工工序划分常有以下几种方法：

（1）按安装次数划分工序 以每一次装夹作为一道工序，这种方法划分主要适用于加工内容不多的零件。

（2）按加工部位划分工序 按零件的结构特点分成几个加工部分，每个部分作为一道工序。

（3）按所用刀具划分工序 这种方法适用于工件在切削过程中基本不变形、退刀空间足够大的情况。此时，可以着重考虑加工效率、减少换刀时间和尽可能缩短走刀路线。

（4）按粗、精加工划分工序 对易变形或精度要求较高的零件常用这种方法。这种划分工序一般不允许一次装夹就完成加工，而是粗加工时留出一定的加工余量，重新装夹后再完成精加工。

2．数控车削加工工序设计

数控车削加工工序划分后，对每个加工工序都要进行设计。数控车削加工工序设计主要包括选择定位基准、确定装夹方案、选用刀具、确定切削用量等内容。

1）选择定位基准

定位基准的选择除了应遵循机制工艺有关定位基准的选择原则外，还应注意以下几点：

（1）力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。

（2）设法减少装夹次数，尽可能做到在一次定位装夹中，能加工工件上全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥数控机床的效率。

（3）避免采用占机人工调整方案，以免占机时间太多，影响加工效率。

数控车削加工在零件加工定位基准的选择上相对比较简单。定位基准的选择包括定位方式的选择和被加工零件定位面的选择。

2）确定装夹方案

数控车床常用的装夹方法有以下几种：三爪自定心卡盘装夹、软爪装夹、四爪单动卡盘装夹、中心孔定位装夹、心轴与弹簧卡头装夹、利用其他工装夹具装夹。

（1）中心孔定位装夹有以下几种：

①两顶尖拨盘。顶尖分为前顶尖和后顶尖。前顶尖两种形式，一种是插在主轴锥孔内，另一种是夹在卡盘上。后顶尖是插在尾座套筒内，也有两种形式，一种是固定式，另一种是回转式。两顶尖只对工件起定心和支撑作用，工件安装时要用鸡心夹头或对分夹头夹紧工件一端，必须通过鸡心夹头或对分夹头带动工件旋转。这种方式适于装夹轴类零件，利用两顶尖定位还可以加工偏心工件。

②拨动顶尖。拨动顶尖有内、外拨动顶尖和端面拨动顶尖两种。内、外拨动顶尖是通过带齿的锥面嵌入工件，拨动工件旋转。端面拨动顶尖是利用端面的拨爪带动工件旋转，适合装夹直径在φ50～φ150mm之间的工件。

用两端中心孔定位容易保证定位精度，但由于顶尖细小，装夹不够牢靠，不宜用大的切削用量进行加工。

③一夹一顶。一端用三爪或四爪卡盘，通过卡爪夹紧工件并带动工件转动，另一端用尾顶尖支撑。这种方式定位精度较高，装夹牢靠。

（2）心轴与弹簧卡头装夹 以孔为定位基准，用心轴装夹加工外表面；以外圆为定位基准，采用弹簧卡头装夹加工内表面。这种方法定位精度高，装夹工件方便、快捷，适于装夹内、外表面的位置精度要求较高的套类零件。

（3）利用其他工装夹具装夹 数控车削加工中有时会遇到一些形状复杂和不规则的零件，不能用三爪或四爪卡盘等夹具装夹，需要借助其他工装夹具装夹，如花盘、角铁等，批量生产时，还要采用专用夹具装夹。

3）选用刀具

刀具选择是数控加工工序设计的重要内容之一。

刀具选择合理与否不仅影响到机床的加工效率，而且直接影响到加工质量。选择刀具通常考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素，主要考虑如下几方面的因素：

（1）一次连续加工的表面尽可能多。

（2）在切削加工过程中，刀具不能与工件轮廓发生干涉。

（3）有利于提高加工效率和加工表面质量。

（4）有合理的刀具强度和寿命。

4）确定切削用量

数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量、主轴转速或切削速度、进给速度或进给量。在编制加工程序时，选择合理的切削用量，使背吃刀量、主轴转速和进给速度三者间能互相协调，以形成最佳切削参数，这是工艺处理的重要内容之一。

（1）选择切削用量的一般原则主要有：

①粗车切削用量选择。粗车时，一般以提高生产效率为主，兼顾经济性和加工成本。提高切削速度、加大进给量和背吃刀量都能提高生产效率。由于切削速度对刀具使用寿命影响最大，背吃刀量对刀具使用寿命影响最小，所以考虑粗车切削用量时，首先尽可能选择大的背吃刀量，其次选择大的进给速度，最后在保证刀具使用寿命和机床功率允许的条件下选择一个合理的切削速度。

②精车、半精车切削用量选择。精车和半精车的切削用量选择要保证加工质量，兼顾生产效率和刀具使用寿命。精车和半精车的背吃刀量是根据零件加工精度和表面粗糙度要求，以及粗车后留下的加工余量决定的，一般情况，一刀切去余量。精车和半精车的背吃刀量较小，产生的切削力也较小，所以在保证表面粗糙度的情况下，适当加大进给量。

（2）背吃刀量（ap）的确定 在车床主体、夹具、刀具和零件组成的工艺系统中，系统刚性允许的条件下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少走刀次数，提高生产效率。当零件的精度要求较高时，则应考虑留出精车余量，常取0．1～0．5mm。

（3）进给速度的确定 进给速度是指在单位时间里刀具沿进给方向移动的距离（mm／min），其大小直接影响表面粗糙度的值和车削效率。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。

有些数控车床规定可以选用以进给量（mm／r）表示的进给速度。进给量是指工件每转一周，车刀沿进给方向移动的距离（mm／r），它与背吃刀量有着较密切的关系。粗车时一般取0．3～0．8mm／r，精车时常取0．1～0．3mm／r，切断时宜取0．05～0．2mm／r。

（4）主轴转速的确定主要考虑：

①车光面时主轴转速。车光面时，主轴转速的确定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来确定。

切削速度又称为线速度，是指车刀切削刃上某一点相对于待加工表面在主运动方向上的瞬时线速度。

②车螺纹时主轴转速。车削螺纹时，车床的主轴转速将受到螺纹的螺距（或导程）大小、驱动电机的升降速特性及螺纹插补运算速度等多种因素影响，对于不同的数控车床，推荐有不同的主轴转速选择范围。

（四）数控车削加工工艺文件

数控加工工艺文件不仅是进行数控加工和产品验收的依据，也是操作者遵守和执行的规程，同时还是产品零件重复生产时的必要工艺资料。由工艺人员制订的工艺文件是编程员在编制数控加工程序时所依据的相关技术文件。编制数控加工工艺文件是数控加工工艺设计的重要内容之一。

不同的数控机床，工艺文件的内容有一定的差异。一般来说，数控车床所需工艺文件包括以下几种：

（1）编程任务书。

（2）数控加工工序卡片。

（3）数控机床调整卡。

（4）数控加工刀具卡。

（5）数控加工进给路线图。

（6）数控加工程序单。

［例］ 试对图4－1所示的螺纹轴进行数控车削工艺分析，并编制工艺过程卡和刀具卡。

1．零件轮廓几何要素分析

零件加工面主要有内外圆柱面、圆锥面、圆弧面、切槽、倒角和外螺纹等形式。

2．精度分析

（1）尺寸精度分析 该零件精度要求较高的尺寸主要有外圆φ480－0．025、φ360－0．025，内孔φ24＋0．0330，长度100－0．03、950－0．1和螺纹的中径等。

（2）形位精度分析 主要的形位精度有外圆φ48轴线对组合基准轴线A－B的同轴度公差及螺纹线对A－B轴线的圆跳动公差。

（3）表面粗糙度分析 零件加工后的表面粗糙度要求为Ra1．6μm，螺纹的粗糙度为Ra3．2μm，切槽与其他表面的粗糙度为Ra6．3μm。

零件加工精度和表面粗糙度，可通过制订合适的加工工艺，选择合理的装夹方法，选用合适的刀具，拟定正确的粗、精加工路线，选择合理的切削用量及冷却液等措施来保证。

3．加工工艺分析

（1）拟定加工方案与加工路线 采用两次装夹后完成粗、精加工的加工方案，先加工左端内、外形，完成粗、精加工后，再掉头加工工件右端。数控加工时，尽可能采用沿轴向切削的方式进行加工，以提高加工过程中工件与刀具的刚性。

图4－1 螺纹轴

（2）工件的定位及装夹 工件采用三爪卡盘进行定位与装夹。当掉头加工右端时，采用一夹一顶的装夹方式。工件装夹过程中，应对工件进行找正，以保证工件轴线与主轴轴线同轴。

（3）刀具的选用 根据零件加工要求，需要选用外圆车刀（加工外轮廓、端面）、内孔车刀（加工内孔）、切槽刀（加工退刀槽）、螺纹刀（加工螺纹）、钻头和中心钻。除钻头和中心钻外，其他刀片材料均选用硬质合金。刀具卡见表4－1。

表4－1 刀具卡

（4）确定切削用量 加工参数的确定取决于实际加工经验、工件的加工精度及表面质量、工件的材料性质、刀具的种类及形状、刀柄的刚性等诸多因素。

①主轴转速。硬质合金刀具材料切削钢件时，切削速度vc取80～220m／min。根据公式及加工经验，并根据实际情况，本工件粗加工主轴转速在400～1 000r／min内选取，精加工的主轴转速在800～2 000r／min内选取。

②进给速度。粗加工时，为提高生产效率，在保证工件质量的前提下，可选择较高的进给速度，一般取100～200mm／min。精加工的进给速度一般取粗加工进给速度的1／2。切槽、切断、车孔加工或采用高速钢刀具进行加工时，应选用较低的进给速度，一般在50～100mm／min内选取。

③背吃刀量。背吃刀量根据机床与刀具的刚性以及加工精度来确定，粗加工的背吃刀量一般选取2～5mm（直径量），精加工的背吃刀量等于精加工余量，精加工余量一般取0．2～0．5mm（直径量）。

4．加工工艺制订

通过以上分析，该零件的数控车削加工工艺过程卡见表4－2。

表4－2 工艺过程卡

四、想一想

练习数控车床配合件加工工艺编写。

五、做一做

1．组织体系

每个班级分为5个组，分别任命各组组长，负责对本组进行出勤、学习态度考核。

2．实训地点

数控实训基地机床车间、计算机房。

3．实做步骤

1）零件轮廓几何要素分析

（1）分析图纸明确技术要求。

（2）基点、节点尺寸计算。

2）加工工艺分析

（1）分组讨论，确定零件定位和装夹方案。

（2）讨论分析，确定数控车削加工工艺路线图。

（3）数控车削刀具选择。

（4）切削用量的选择。

（5）主轴转速计算。

（6）背吃刀量、进给量的计算。

3）编写工艺过程卡、刀具卡

（1）工艺卡格式如下：

（2）刀具卡格式如下：

4．实训总结

在教师的指导下总结数控车床加工工艺的特点及典型零件加工工艺的编写要求。初步形成对数控车床加工工艺编写的概念性认识。