车削零件的数控加工工艺

2.3.1　车削零件的数控加工工艺

1.最适合数控车削加工的零件。

（1）精度要求高的回转体零件

由于数控车床刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿和自动补偿，所以能加工尺寸精度要求较高的零件。在有些场合可以以车代磨。此外，数控车削的刀具运动是通过高精度插补运算和伺服驱动来实现的，再加上机床的刚性好和制造精度高，所以它能加工对母线直线度、圆度、圆柱度等形状精度要求高的零件。对于圆弧以及其他曲线轮廓，加工出的形状与图纸上所要求的几何形状的接近程度比用仿形车床要高得多。数控车削对提高位置精度特别有效，且加工质量稳定。

（2）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。在材质、精车余量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取决于进给量和切削速度。在普通车床上车削锥面和端面时，由于转速恒定不变，致使车削后的表面粗糙度不一致，只有某一直径处的粗糙度值最小。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和端面，使车削后的表面粗糙度值既小又一致。数控车削还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。粗糙度值要求大的部位选用大的进给量，要求小的部位选用小的进给量。

（3）表面形状复杂的回转体零件

由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，所以可以车削由任意直线和曲线组成的形状复杂的回转体零件。组成零件轮廓的曲线可以是数学方程式描述的曲线，也可以是列表曲线。对于由直线或圆弧组成的轮廓，直接利用机床的直线或圆弧插补功能，对于由非圆曲线组成的轮廓应先用直线或圆弧去逼近，然后再用直线或圆弧插补功能进行插补切削。

（4）带特殊螺纹的回转体零件

普通车床所能车削的螺纹相当有限，它只能车等导程的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只能限定加工若干种导程。数控车床不但能车削任何等导程的直、锥和端面螺纹，而且能车增导程、减导程，以及要求等导程与变导程之间平滑过渡的螺纹。数控车床车削螺纹时主轴转向不必像普通车床那样交替变换，它可以一刀又一刀不停顿地循环，直到完成，所以它车螺纹的效率很高。数控车床可以配备精密螺纹切削功能，再加上一般采用硬质合金成型刀片，以及可以使用较高的转速，所以车削出来的螺纹精度高、表面粗糙度小。

2.数控车削零件加工工艺

【例2-9】轴类零件数控车削加工工艺分析。

下面以如图2-17所示轴为例，介绍其数控车削加工工艺。所用机床为CJK6032-3数控车床。

图2-17　轴

（1）零件图工艺分析

该零件表面由圆柱、圆锥、顺圆弧、逆圆弧及双线螺纹等表面组成。其中多个直径尺寸有较严的尺寸精度和表面粗糙度等要求；球面Sφ50mm的尺寸公差还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。尺寸标注完整，轮廓描述清楚。零件材料为45钢，无热处理和硬度要求。

通过上述分析，采取以下几点工艺措施。

1）对图样上给定的几个精度（IT7～IT8）要求较高的尺寸，因其公差数值较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。

2）在轮廓曲线上，有三处为过象限圆弧，其中两处为既过象限又改变进给方向的轮廓曲线，因此在加工时应进行机械间隙补偿，以保证轮廓曲线的准确性。

3）为便于装夹，坯件左端应预先车出夹持部分（双点画线部分），右端面也应先车出并钻好中心孔。毛坯选φ60mm棒料。

（2）确定装夹方案

确定坯件轴线和左端大端面（设计基准）为定位基准。左端采用三爪自定心卡盘定心夹紧、右端采用活动顶尖支承的装夹方式。

（3）确定加工顺序及进给路线

加工顺序按由粗到精、由近到远（由右到左）的原则确定。即先从右到左进行粗车（留0.25mm精车余量），然后从右到左进行精车，最后车削螺纹。

CJK6032-3数控车床具有粗车循环和车螺纹循环功能，只要正确使用编程指令，机床数控系统就会自行确定其进给路线，因此，该零件的粗车循环和车螺纹循环不需要入为确定其进给路线。但精车的进给路线需要人为确定，该零件是从右到左沿零件表面轮廓进给，如图2-18所示。

图2-18　轴的加工路线

（4）选择刀具

1）粗车选用硬质合金90°外圆车刀，副偏角不能太小，以防止与工件轮廓发生干涉，必要时应作图检验，本例取Кr=35°。

②精车和车螺纹选用硬质合金60°外螺纹车刀，取刀尖角ε_r=59°30′，取刀尖圆弧半径r_ε=0.15～0.2mm。

（5）选择切削用量

1）粗车循环时的背吃刀量，确定为a_p=3mm；精车时a_p=0.25mm。

2）主轴转速

① 车直线和圆弧轮廓时的主轴转速

查表取粗车的切削速度v_c=90m／min，精车的切削速度v_c=120m／min，根据坯件直径（精车时取平均直径），利用式（2-2）计算，并结合机床说明书选取：粗车时，主轴转速n=500r／min；精车时，主轴转速n=1200r／min。

② 车螺纹时的主轴转速用式（2-2）计算，取主轴转速n=320r／min。

3）进给速度

先选取进给量，然后用公式v=nf计算。粗车时，选取进给量f=0.4mm／r，精车时，选取f=0.15mm／r，计算得：粗车进给速度v_f=200mm／min；精车进给速度v_f=180mm／min。车螺纹的进给量等于螺纹导程，即f=3mm／r。短距离空行程的进给速度取v_f=300mm／min。

（6）编制工艺文件

1）数控加工工序卡片

2）数控加工刀具卡片

【例2-11】非圆曲面的加工工艺分析。

数控车床一般只能作直线插补和圆弧插补。遇到回转轮廓是非圆曲线的零件时，数学处理的方法是用直线段或圆弧段去逼近非圆轮廓。

如图2-33所示工件，毛坯直径为φ 40，选用刀具为90°正偏刀。

（1）工艺路线

1）夹工件右端，车工件左端。

2）粗精车工件左端圆柱φ38、φ25°_−0.05。

3）调头，用三爪自定心卡盘夹信左端φ 25mm处，工件伸出卡盘外30mm。

4）车右端面

图2-33 非圆零件的加工

5）粗车外圆至φ 33×25。

6）用车锥法粗车椭圆。

7）分别用直线、圆弧逼近法精车椭圆。

（2）相关计算

1）椭圆方程：（Z²/25²）+（X²/16²）=1

2）直线插补点

在Z轴坐标上，以2.5mm为单位，正向等间距取点，通过椭圆方程算出相应的X坐标值，如表2-5所示。

表2-5　直线插补点

3）圆弧插补点

从表2-3中可以看出，最后三点X轴数值差距较大，拟合误差也较大，所以一般在对椭圆进行拟合逼近时，通常对曲率半径较大的部分采用直线拟合计算，对曲率半径较小的部分采用圆弧拟合计算。

先用“不在一条直线上的三个点确定一个圆”的定理，求出该圆的圆心坐标和直径。

设圆心坐标为（a，b），半径为r，则由圆的方程有：

(X−a)² + (Z−b)² = r²

(9.6−a)² + (20−b)² = r²

(6.97−a)² +(22.5−b)² = r²

(0−a)² +(25−b)² = r²

用待定系数法解得：a = −0.86，b=11.63，r=13.4。由此可用圆弧插补编程。

（4）拟合误差的计算

在AB两点之间取Z₁=21.25，在BC两点之间取Z₂=23.75，代入椭圆方程，求得X₁=8.429，X₂=4.996；代入圆方程，求得X₁=8.407，X₂=4.845。

ΔX₁=8.429−8.407=0.022，ΔX₂=4.996−4.845=0.151。

ΔX₂小于轮廓精度0.2，故拟合方法能满足工件的加工要求。