数控车工艺资料课件.ppt
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1、数控车工艺 刘良振数控车工艺规则不同于普通车床的工艺规则。每一种表面都有多种加工方法,实际选择时应结合零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型等因素全面考虑。1.数控车加工工艺规则归纳如下:1.1.数控车床能一次完成工件上有精度要求的加工面的加工,因此,建立有关工件特征型面加工方法链和普通加工的特征型面加工方法链是有区别的。1.2.数控车床有时有两个动力头,数控加工一次装夹可完成普通加工几次装夹所能完成的加工任务。1.3.由于数控车加工时刀具的配置、安装与使用区别于普通机床,1.4.数控车床加工工艺决策中的工序排序应符合数控机床工件装夹的特点和刀具配置、换刀使用等特点。1.5
2、.数控工艺工序内容需要详细描述,在工艺决策时应遵循工序、工步内容详尽的规则。1.6.数控车工艺结果应既有工艺文档文件,又有工艺代码文件。2.数控车加工工艺的主要内容2.1.确定该零件应安排在哪类或哪台机床上进行加工。2.分析加工零件的图纸,明确加工内容及 技术要求,确定加工方案,制定数控加工路。线,如工序的划分、加工顺序的安排、加工顺序的安排、非数控加工工序的衔接等。2.3.采用何种装夹具或何种装卡位方法 2.4.确定采用何种刀具或采用多少把刀进行加工。2.5.确定加工路线,即选择对刀点、程序起点(又称加工起点,加工起点常与对刀点重合)、走刀路线、程序终点(程序终点常与程序起点重合)。2.6.
3、确定切削速度(主轴转速)、背吃刀量(切削深度)、进给量(进给速度)等切削参数。2.7.确定加工过程中是否需要提供冷却液、是否需要换刀、何时换刀等。3.数控加工工艺规则区别于普通加工工艺规则主要体现在以下几个方面:3.1.加工阶段划分的决策规则不同;3.2.工序、工步集中与分散的决策规则不 同;3.3.工序、工步归并与排序的决策规则不同;3.4.工序、工步内容详细与简略的要求不同;3.5.切削用量选择的决策规则不同;3.6工艺规程文件格式生成的要求不同。4.数控编程中刀具选择和切削用量确定刀具的选择和切削用量的确定是数控加工工艺中的重要内容,它不仅影响数控机床的加工效率,而且直接影响加工质量。有
4、时自动编程功能完成不了一些特殊部位的加工,这些部位的加工主要靠编程人员根据经验,来选择刀具和进给路线,以保证刀具使用寿命和加工质量。4.1 数控车加工常用刀具的种类及特点根据刀具结构可分为:整体式;镶嵌式,采用焊接或机夹式连接,机夹式又可分为不转位和可转位两种;特殊型式,如复合式刀具,减震式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为:高速钢刀具;硬质合金刀具;金刚石刀具;其他材料刀具,如立方氮化硼刀具,陶瓷刀具等。从切削工艺上可分为:车削刀具,分外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种;钻削刀具,包括钻头、铰刀、丝锥等;镗削刀具;铣削刀具等。数控刀具与普通机床上所用的刀具相比,有许多不同的要求,主要有以下特
5、点:4.1.1.刚性好(尤其是粗加工刀具),精度高,抗振及热变形小;4.1.2.互换性好,便于快速换刀;4.1.3.寿命高,切削性能稳定、可靠;4.1.4.刀具的尺寸便于调整,以减少换刀调整时间;4.1.5.刀具应能可靠地断屑或卷屑,以利于切屑的排除;4.1.6.系列化,标准化,以利于编程和刀具管理。4.2.数控加工刀具的选择 刀具的选择是在数控编程的人机交互状态下进行的。应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其它相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是:安装调整方便,刚性好,耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下,尽量选择较短的刀柄,以提高刀具加工的刚性。选取刀具
6、时,要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。另外,刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大,必须引起注意的是,在大多数情况下,选择好的刀具虽然增加了刀具成本,但由此带来的加工质量和加工效率的提高,则可以使整个加工成本大大降低。一般应遵循以下原则:尽量减少刀具数量;一把刀具装夹后,应完成其所能进行的所有加工部位;粗精加工的刀具应分开使用,即使是相同尺寸规格的刀具;先铣后钻;在可能的情况下,应尽可能利用数控机床的自动换刀功能,以提高生产效率等。4.3 数控加工切削用量的确定 合理选择切削用量的原则是,粗加工时,一般以提高生产率为主,但也应考虑经济性和加工成本;半精加工和精加工时,应在保证加工质量的
7、前提下,兼顾切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册,并结合经验而定。4.3.1背吃刀量t。在机床、工件和刀具刚度允许的情况下,t就等于加工余量,这是提高生产率的一个有效措施。4.3.2.进给量F。一般F与刀具强度和工件刚性成正比,与切削深度成反比。4.3.3.切削速度v。提高v也是提高生产率的一个措施,但v与刀具耐用度的关系比较密切。4.3.4.主轴转速n(r/min)。主轴转速一般根据切削速度v来选定。5.机床影响因素机床影响因素为保证加工方案的可行性、经济性,获得最佳加工方案,在刀具选择前必须确定与机床有关的如下因素:机床类型:数控车床、车削中心;刀具附件:刀柄
8、的形状和直径,左切和右切刀柄;主轴功率;工件夹持方式。图4.2机床影响因素 选择刀杆 选用刀杆时,首先应选用尺寸尽可能大的刀杆,同时要考虑以下几个因素:夹持方式;切削层截面形状,即切削深度和进给量;刀柄的悬伸。图5.4选择刀杆 刀杆类型外圆加工刀杆内孔加工刀杆柄部截面形状刀杆尺寸柄部直径 D柄部长度 l1主偏角表5.1 刀杆类型尺寸夹持方式;切削层截面形状,即切削深度和进给量;刀柄的悬伸。刀片夹紧系统刀片夹紧系统杠杆式夹紧系统杠杆式夹紧系统是最常用的刀片夹紧方式。其特点为:定位精度高,切屑流畅,操作简便,可与其它系列刀具产品通用。螺钉夹紧系统特点:适用于小孔径内孔以及长悬伸加工压板压紧系统特点
9、:适用于刀片中心无的脆性刀片双重夹紧系统图5.5杠杆式夹紧系统 选择刀片形状选择刀片形状主要参数 CNMG120408 N-GU1 形状记号:菱形 C:80、D55、E75F50、V35.顶角(刀尖角)圆形 R 正方形 S:90 正三角形度 T:60 等边不等角六边形度 W:60 平行四边形 A:85、B:82K:55.正六角形 H:120.正八角形 O:135.正五角形 P:108.长方形 L:90.菱形 M:90.2 后角记号:A:3、B:5、C:7、D:15、E:20、F:25、N:0、O:其它.3 精度记号:刀尖高允许差、内切圆允许差、后角允许差.4 沟孔记号:有无孔、孔形状、有无断屑
10、槽、形状(截面).5 切刃长记号:6 后度记号:7 刀尖R记号:8 方向记号:R:L:N:910 断屑槽记号:(9根据用途、10根据形状来区别)刀尖角刀尖角的大小决定了刀片的强度。在工件结构形状和系统刚性允许的前提下,应选择尽可能大的刀尖角。通常这个角度在35到90之间 刀片基本类型刀片可分为正型和负型两种基本类型。正型刀片:对于内轮廓加工,小型机床加 工,工艺系统刚性较差和工件结构形状 较复杂应优先选择正型刀片。负型刀片:对于外圆加工,金属切除率高和 加工条件较差时应优先选择负型刀片 -首选首选-次选次选 CNMG120408 N-GU1形状记号:菱形 C:80、D55、E75、F50、V3
11、5.顶角(刀尖角)圆形 R 正方形 S:90 正三角形度 T:60 等边不等角六边形度 W:60 平行四边形 A:85、B:82K:55.正六角形 H:120.正八角形 O:135.正五角形 P:108.长方形 L:90.菱形 M:90.2)后角记号:A:3、B:5、C:7、D:15、E:20、F:25、N:0、O:其它.3)精度记号:刀尖高允许差、内切圆允许差、后角允许差.4)沟孔记号:有无孔、孔形状、有无断屑槽、形状(截面).5)切刃长记号:6)后度记号:7)刀尖R记号:8(方向记号:R(右手)、L(左手)、N(左右手)三种:910)断屑槽记号:(9根据用途、10根据形状来区别)刀尖圆弧半
12、径的选择 刀尖圆弧半径不仅影响切削效率,而且关系到被加工表面的粗糙度及加工精度。从刀尖圆弧半径与最大进给量关系来看,最大进给量不应超过刀尖圆弧半径尺寸80,否则将恶化切削条件。因此,从断屑可靠出发,通常对于小余量、小进给车削加工应采用小的刀尖圆弧半径,反之宜采用较大的刀尖圆弧半径。粗加工时,注意以下几点:A、为提高刀刃强度,应尽可能选取大刀尖半径的刀片,大刀尖半径可允许大进给;B、在有振动倾向时,则选择较小的刀尖半径;C、常用刀尖半径为1.21.6;D、粗车时进给量不能超过表12.1给出的最大进给量,作为经验法则,一般进给量可取为刀尖圆弧半径的一半。精加工时,注意以下几点:A、精加工的表面质量
13、不仅受刀尖圆弧半径和进给量的影响,而且受工件装夹稳定性、夹具和机床的整体条件等因素的影响;B、在有振动倾向时选较小的刀尖半径;C、非涂层刀片比涂层刀片加工的表面质量高。工件影响因素 工件形状:稳定性;工件材质:硬度、塑性、韧性、可能形成的切 屑类型;毛坯类型:锻件、铸件等;工艺系统刚性:机床夹具、工件、刀具等;表面质量;加工精度;切削深度;进给量;刀具耐用度。工件影响因素 6.数控车床编程加工工艺处理数控车床编程加工工艺处理 6.1.确定工件的加工部位和具体内容确定被加工工件需在本机床上完成的工序内容及其与前后工序的联系。工件在本工序加工之前的情况。例如铸件、锻件或棒料、形状、尺寸、加工余量等
14、。前道工序已加工部位的形状、尺寸或本工序需要前道工序加工出的基准面、基准孔等。本工序要加工的部位和具体内容。为了便于编制工艺及程序,应绘制出本工序加工前毛坯图及本工序加工图。6.2.确定工件的装夹方式与设计夹具 根据已确定的工件加工部位、定位基准和 夹紧要求,选用或设计夹具。6.3.确定加工方案 加工方案又称工艺方案,数控机床的加工方案包括制定工序、工步及走刀路线等内容。先粗后精 先近后远 先内后外 走刀路线最短 6.4.加工路线与加工余量的关系 在数控车床还未达到普及使用的条件下,一般应把毛坯件上过多的余量,特别是含有锻、铸硬皮层的余量安排在普通车床上加工。如必须用数控车床加工时,则要注意程
15、序的灵活安排。安排一些子程序对余量过多的部位先作一定的切削加工。1)对大余量毛坯进行阶梯切削时的加工路线2)分层切削时刀具的终止位置6.5.数控车床加工螺纹数控车床加工螺纹时,因其传动链的改变,原则上其转速只要能保证主轴每转一周时,刀具沿主进给轴(多为Z轴)方向位移一个螺距即可,不应受到限制。但数控车床加工螺纹时,会受到以下几方面的影响:螺纹加工1)程序段中指令的螺距(导程)值,相当于以进给量(mm/r)表示的进给速度F,如果将机床的主轴转速选择过高,其换算后的进给速度(mm/min)则必定大大超过正常值;2)刀具在其位移的始/终,都将受到伺服驱动系统升/降频率和数控装置插补运算速度的约束,由
16、于升/降频特性满足不了加工需要等原因,则可能因主进给运动产生出的“超前”和“滞后”而导致部分螺牙的螺距不符合要求;3)车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能而实现,即车削螺纹需要有主轴脉冲发生器(编码器)。当其主轴转速选择过高,通过编码器发出的定位脉冲(即主轴每转一周时所发出的一个基准脉冲信号)将可能因“过冲”(特别是当编码器的质量不稳定时)而导致工件螺纹产生乱扣。车螺纹时,主轴转速的确定应遵循以下几个原则:1)在保证生产效率和正常切削的情况下,宜选择较低的主轴转速;2)当螺纹加工程序段中的导入长度1和切出长度2,考虑比较充裕,即螺纹进给距离超过图样上规定螺纹的长度较大时,可选择适当高一些的主轴转
17、速;3)当编码器所规定的允许工作转速超过机床所规定主轴的最大转速时,则可选择尽量高一些的主轴转速;注意:在车螺纹期间进给速度倍率、主轴速度倍率无效(固定100%);车螺纹期间不要使用恒表面切削速度控制,而要使用G97;车螺纹时,必须设置升速段L1和降速段L2,这样可避免因车刀升降速而影响螺距的稳定。通常L1、L2按下面公式计算:公式1 L1=nP/400,L2=nP/1800 式中,n是主轴转速;P是螺纹螺距。由于以上公式所计算的L1、L2是理论上所需的进退刀量,实际应用时一般取值比计算值略大。通常情况下,车螺纹时的主轴转速(n螺)应按其机床或数控系统说明书中规定的计算式进行确定,其计算式多为
18、:公式2 n螺n允L(rmin)式中n允编码器允许的最高工作转速(rmin);L工件螺纹的螺距(或导程,mm)。升速进刀段和降速退刀段。升速进刀段1=0.0015nP,降速退刀段2=0.00042nP。或1=2-5mm,(对于大螺距和高精度的螺纹取大值)降速退刀段2=1/416.5确定切削用量与进给量 在编程时,编程人员必须确定每道工序的切削用量。选择切削用量时,一定要充分考虑影响切削的各种因素,正确的选择切削条件,合理地确定切削用量,可有效地提高机械加工质量和产量。影响切削条件的因素有:机床、工具、刀具及工件的刚性;切削速度、切削深度、切削进给率;工件精度及表面粗糙度;刀具预期寿命及最大生产
19、率;切削液的种类、冷却方式;工件材料的硬度及热处理状况;工件数量;机床的寿命。上述诸因素中以切削速度、切削深度、切削进给率为主要因素。切削速度快慢直接影响切削效率。若切削速度过小,则切削时间会加长,刀具无法发挥其功能;若切削速度太快,虽然可以缩短切削时间,但是刀具容易产生高热,影响刀具的寿命。决定切削速度的因素很多,概括起来有:刀具材料。刀具材料不同,允许的最高切削速度也不同。高速钢刀具耐高温切削速度不到50mmin,碳化物刀具耐高温切削速度可达100mmin以上,陶瓷刀具的耐高温切削速度可高达1000mmin。工件材料。工件材料硬度高低会影响刀具切削速度,同一刀具加工硬材料时切削速度应降低,
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