[院校资料]数控机床毕业设计.doc

陕西电子信息职业技术学院毕业(课程）设计说明书 设计题目：数控车床发展及应用 系别：数字控制系 专业：机电一体化 班级： 0902 班 姓名：吴 阳 （共 35 页） 2012年05月03日 陕西电子信息职业技术学院 附表1 机电一体化专业毕业设计姓名： 吴阳 班级： 机电 0902班 学号： 09030200060号 一、设计或实践题目：数控车床结构及实际操作 二、内容及要求：了解数控车床发展历史，学习数控车床分类及特点。深刻记忆数控车床的组成及相关技术参数；通过实例体验数控车床的加工过程，进行总结！ 三、完成形式：通过实践进行学习！试验后，进行总结，制作毕业设计！ 四、系（部）审核意见： 指导教师： 发题日期： 2012年 04月 06日 完成日期： 2012年 05月 03日附表2目录格式不对，学校网站有模板，中英文摘要呢？一数控车床简介1.数控车床的发展史-22.数控车床的分类-43.数控车床特点-5二数控车床的组成及主要技术参数1.数控车床的布局形式-72.数控车床的组成部分及其作用-93.数控车床的主要技术参数-10三数控车削刀具及刀架1.数控车削加工的刀具分类及用途-122.刀具的选择-16四数控车床加工工艺1.数控车削的基本特征-182.数控车削的主要加工对象-193.数控车削的工艺分析步骤-224.实例-29五总结-32一数控车床简介1.1数控车床的发展史1797年，英国机械发明家莫兹利创制了用丝杠传动刀架的现代车床，并于1800年采用交换齿轮，可改变进给速度和被加工螺纹的螺距。1817年，另一位英国人罗伯茨采用了四级带轮和背轮机构来改变主轴转速。为了提高机械化自动化程度，1845年，美国的菲奇发明转塔车床。1848年，美国又出现回轮车床,1873年，美国的斯潘塞制成一台单轴自动车床，不久他又制成三轴自动车床。20世纪初出现了由单独电机驱动的带有齿轮变速箱的车床。第一次世界大战后，由于军火、汽车和其他机械工业的需要，各种高效自动车床和专门化车床迅速发展。为了提高小批量工件的生产率，40年代末，带液压仿形装置的车床得到推广，与此同时，多刀车床也得到发展。50年代中，发展了带穿孔卡、插销板和拨码盘等的程序控制车床。数控技术于60年代开始用于车床，70年代后得到迅速发展。 1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。由于样板形状复杂多样，精度要求高，一般加工设备难以适应，于是提出计算机控制机床的设想。1949年，该公司在美国麻省理工学院（MIT）伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床改装而成的三坐标数控铣床，不久即开始正式生产，于1957年正式投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代的开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究和发展。当时的数控装置采用电子管元件，体积庞大，价格昂贵，只在航空工业等少数有特殊需要的部门用来加工复杂型面零件；1959年，制成了晶体管元件和印刷电路板，使数控装置进入了第二代，体积缩小，成本有所下降；1960年以后，较为简单和经济的点位控制数控钻床，和直线控制数控铣床得到较快发展，使数控机床在机械制造业各部门逐步获得推广。我国于1958年开始研制数控机床，成功试制出配有电子管数控系统的数控机床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。 1965年，出现了第三代的集成电路数控装置，不仅体积小，功率消耗少，且可靠性提高，价格进一步下降，促进了数控机床品种和产量的发展。60年代末，先后出现了由一台计算机直接控制多台机床的直接数控系统（简称DNC），又称群控系统；采用小型计算机控制的计算机数控系统（简称CNC）,使数控装置进入了以小型计算机化为特征的第四代。 1974年，研制成功使用微处理器和半导体存贮器的微型计算机数控装置（简称MNC），这是第五代数控系统。第五代与第三代相比，数控装置的功能扩大了一倍，而体积则缩小为原来的1/20，价格降低了3/4，可靠性也得到极大的提高。80年代初，随着计算机软、硬件技术的发展，出现了能进行人机对话式自动编制程序的数控装置；数控装置愈趋小型化，可以直接安装在机床上；数控机床的自动化程度进一步提高，具有自动监控刀具破损和自动检测工件等功能。乾长达重工机械主打产品是铸铁检验平台、铸铁划线平台、铸铁铆焊平台、铸铁装配平台、动力机械震动试验台（又称槽铁或地梁、地轨）、铸铁方箱、检验棒、V型铁、花岗石平台（岩石平台）以及其他岩石量具。1.2数控车床的分类数控车床的分类方法较多，但通常都以和普通车床相似的方法进行分类。（1）按车床主轴位置分类立式数控车床 立式数控车床简称为数控车床，其车床主轴垂直于水平面，并有一个直径很大的圆形工作台，供装夹工件用。这类机床主要用于加工径向尺寸大、轴向尺寸相对较小的大型复杂零件。卧式数控车床 卧式数控车床又分为数控水平导轨卧式车床和数控倾斜导轨卧式车床。倾斜导轨结构可以使车床具有更大的刚性，并易于排除切屑。（2）按加工零件的基本类型分类卡盘式数控车床 这类车床未设置尾座，适合车削盘类（含短轴类）零件。其夹紧方式多为电动或液动控制，卡盘结构多具有可调卡爪或不淬火（即软卡爪）。顶尖式数控车床 这类数控车床配置有普通尾座或数控尾座，适合车削较长的轴类零件及直径不太大的盘、套类零件。（3）按刀架数量分类单刀架数控车床 普通数控车床一般都配置有各种形式的单刀架，如四工位卧式自动转位刀架或多工位转塔式自转位刀架。 双刀架数控车床 这类车床其双刀架的配置（即移动导轨分布）1.3数控车床特点数控车床已越来越多的应用于现代制造业，并发挥出普通车床无法比拟的优势，数控车床主要有以下几特点：1.传动链短，与普通车床相比主轴驱动不再是电机 皮带 齿轮副机构变速，而是采用横向和纵向进给分别由两台伺服电机驱动运动完成，不再使用挂轮、离合器等传统部件，传动链大大缩短。2.刚性高，为了与数控系统的高精度相匹配，数控车床的刚性高，以便适应高精度的加工要求。3.轻拖动，刀架（工作台）移动采用滚珠丝杠副，摩擦小，移动轻便。丝杠两端的支承式专用轴承，其压力角比普通轴承大，在出厂时便选配好；数控车床的润滑部分采用油雾自动润滑，这些措施都使得数控车床移动轻便。数控车床加工特点：1）.自动化程度高，可以减轻操作者的体力劳动强度。数控加工过程是按输入的程序自动完成的，操作者只需起始对刀、装卸工件、更换刀具，在加工过程中， 主要是观察和监督车床运行。但是，由于数控车床的技术含量高，操作者的脑力劳动相应提高。2）.加工零件精度高、质量稳定。数控车床的定位精度和重复定位精度都很高，较容易保证一批零件尺寸的一致性，只要工艺设计和程序正确合理，加之精心操作，就可以保证零件获得较高的加工精度，也便于对加工过程实行质量控制。3）.生产效率高。数控车床加工是能再一次装夹中加工多个加工表面，一般只检测首件，所以可以省区普通车床加工时的不少中间工序，如划线、尺寸检测等，减少了辅助时间，而且由于数控加工出的零件质量稳定，为后续工序带来方便，其综合效率明显提高。4）.便于新产品研制和改型。数控加工一般不需要很多复杂的工艺装备，通过编制加工程序就可把形状复杂和精度要求较高的零件加工出来，当产品改型，更改设计时，只要改变程序，而不需要重新设计工装。所以，数控加工能大大缩短产品研制周期，为新产品的研制开发、产品的改进、改型提供了捷径。5）.可向更高级的制造系统发展。数控车床及其加工技术是计算机辅助制造的基础。6）.初始投资较大。这是由于数控车床设备费用高，首次加工准备周期较长，维修成本高等因素造成。7）.维修要求高。数控车床是技术密集型的机电一体化的典型产品，需要维修人员既懂机械，又要懂微电子维修方面的知识，同时还要配备较好的维修装备。二数控车床的组成及主要技术参数2.1数控车床的布局形式典型数控车床的机械结构系统组成，包括主轴传动机构、进给传动机构、刀架、床身、辅助装置(刀具自动交换机构、润滑与切削液装置、排屑、过载限位)等部分。数控车床床身导轨与水平面的相对位置如图1 - 2所示，它有4种布局形式：图1-2 (a)平床身，图1-2(b)斜床身，图1-2(c)平床身斜滑板，图1-2(d)为立床身。数控车床床身导轨与水平面的相对位置图水平床身的工艺性好，便于导轨面的加工。水平床身配上水平放置的刀架可进步刀架的运动精度，一般可用于大型数控车床或小型精密数控车床的布局。但是水平床身由于下部空间小，故排屑困难。从结构尺寸上看，刀架水平放置使得滑板横向尺寸较长，从而加大了机床宽度方向的结构尺寸。如下图所示，修改数控车床水平床身水平床身配置倾斜放置的滑板，并配置倾斜式导轨防护罩，这种布局形式方面有水平床身丁艺性好的特点，另一方面机床宽度方向的尺寸较水平配置滑板的要小，且排屑方便。水平床身配上倾斜放置的滑板和斜床身配置斜滑板布局形式被中、小型数控车床所普遍采用。此两种布局形式的特点是排屑轻易，热铁屑不会堆积在导轨上，也便于安装自动排屑器；操纵方便，易于安装机械手，以实现单机自动化；机床占地面积小，外形简单、美观，轻易实现封闭式防护。数控车床倾斜床身斜床身其导轨倾斜的角度分别为30°、45° 、60°、75°和90°(称为立式床身)，若倾斜角度小，排屑不便；若倾斜角度大，导轨的导向性差，受力情况也差。导轨倾斜角度的大小还会直接影响机床外形尺寸高度与宽度的比例。综合考虑上面的因素，中小规格的数控车床其床身的倾斜度以60为宜。立式床身 立式车床结构的主要特点是它的主轴处于垂直位置。立式车床的主要特点是：工作台在水平面内，工件的安装调整比较方便。工作台由导轨支撑，刚性好，切削平稳。有几个刀架，并能快速换刀，立式车床的加工精度可达到IT9-IT8，表面粗糙度Ra可达3.2-1.6um. 立式车床的主参数为最大车削直径D。2.2数控车床的组成部分及其作用1、控制介质格式，2.2.1？ 数控机床工作时，不需要工人去摇手柄操作机床，但又要自动地执行人们的意图，这就必须在人和数控机床之间建立某种联系，这种联系的媒介物称之为控制介质(或称程序介质、输入介质、信息载体)。常用的控制介质是8单位的标准穿孔带，且常用的穿孔带是纸质的，所以又称纸带。其宽为25.4mm，厚0.108mm，每行除了必须有一个1.17mm的同步孔外，最多可以有8个1.33mm的信息孔。用每行8个孔有无的排列组合来表示不同的代码(纸带上孔的排列规定，称为代码)。把穿孔带输入到数控装置的读带机，再由读带机把穿孔带上的代码转换为数控装置可以识别和处理的电信号，并传送到数控装置中去，便完成了指令信息的输入工作。2、 数控装置 数控置是数控机床的中枢，在普通数控机床中一般由输入装置、存储器、控制器、运算器和输出装置组成。数控装置接收输入介质的信息，并将其代码加以识别、储存、运算，输出相应的指令脉冲以驱动伺服系统，进而控制机床动作。在计算机数控机床中，由于计算机本身即含有运算器、控制器等上述单元，因此其数控装置的作用由一台计算机来完成。3、伺服系统伺服系统的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换为机床移动部件的运动，使工作台(或溜板)精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动，最后加工出符合图纸要求的零件。在数控机床的伺服系统中，常用的伺服驱动元件有功率步进电机、电液脉冲马达、直流伺服电机和交流伺服电机等。4、机床 数控机床中的机床，在开始阶段使用通用机床，只是在自动变速、刀架或工作台自动转位和手柄等方面作些改变。实践证实：数控机床除由于切削用量大、连续加工发热多等影响工件精度外，并且由于是自动控制，在加工中不能像在通用机床上那样可以随时由人工进行干预。所以其设计要求比通用机床更严格，制造要求更精密。因而后来在数控机床设计时，采用了许多新的加强刚性、减小热变形、提高精度等方面的措施，使得数控机床的外部造型、整体布局、传动系统以及刀具系统等方面都已发生了很大的变化。2.3数控车床的主要技术参数数控车床的主要技术参数包括最大回转直径、最大车削长度、各坐标轴行程、主轴转速范围、切削进给速度范围、定位精度、刀架定位精度等。数控车床主要技术参数类别主要类容作用尺寸参数X、Z轴最大行程影响加工工件的尺寸范围（重量）、编程范围及刀具、工件、机床之间的干涉卡盘尺寸最大回转直径最大车削直径尾座套筒移动距离坐大车削长度接口参数刀位数，刀具装夹尺寸影响工件及刀具安装主轴头型式主轴孔及尾座孔锥度、直径运动参数主轴转速范围影响加工性能及编程参数刀架快进速度、切削进给速度范围动力参数主轴电机功率影响切削负荷伺服电机额定转矩精度参数定位精度、重复定位精度影响加工精度及其一致性刀架定位精度、重复定位精度其他参数外形尺寸（长×宽×高）、重量影响使用环境三数控车削刀具及刀架3.1数控车削加工的刀具分类及用途 刀具材质的改良和发展是今日金属加工发展的重要课题之一，因为良好的刀具材料能有效、迅速的完成切削工作，并保持良好的刀具寿命。一般常用车刀材质有下列几种： 1.高碳钢高碳钢车刀是由含碳量0.8%1.5%之间的一种碳钢，经过淬火硬化后使用，因切削中的摩擦四很容易回火软化，被高速钢等其它刀具所取代。一般仅适合于软金属材料之切削，常用者有SK1，SK2、SK7等。2.高速钢高速钢为一种钢基合金俗名白车刀，含碳量0.70.85%之碳钢中加入W、Cr、V及Co等合金元素而成。例如18-4-4高速钢材料中含有18%钨、4%铬以及4%钒的高速钢。高速钢车刀切削中产生的摩擦热可高达至6000C，适合转速1000rpm以下及螺纹之车削，一般常用高速钢车刀如SKH2、SKH4A、SKH5、SKH6、SKH9等。3.非铸铁合金刀具此为钴、铬及钨的合金，因切削加工很难，以铸造成形制造，故又叫超硬铸合金，最具代表者为stellite，其刀具韧性及耐磨性极佳，在8200C温度下其硬度仍不受影响，抗热程度远超出高速钢，适合高速及较深之切削工作。 4.烧结碳化刀具碳化刀具为粉末冶金的产字体、格式。后面文章也一样，修改文章格式和字体格式品，碳化钨刀具主要成分为50%90%钨，并加入钛、钼、钽等以钴粉作为结合剂，再经加热烧结完成。碳化刀具的硬度较任何其它材料均高，有最硬高碳钢的三倍，适用于切削较硬金属或石材，因其材质脆硬，故只能制成片状，再焊于较具韧性之刀柄上，如此刀刃钝化或崩裂时，可以更换另一刀口或换新刀片，这种够车刀称为舍弃式车刀。碳化刀具依国际标准(ISO)其切削性质的不同，分成P、M、K三类，并分别以蓝、黄、红三种颜色来标识：P类适于切削钢材，有P01、P10、P20、P30、P40、P50六类，P01为高速精车刀，号码小，耐磨性较高，P50为低速粗车刀，号码大，韧性高，刀柄涂蓝色以识别之。K类适于切削石材、铸铁等脆硬材料，有K01、K10、K20、K30、K40五类，K01为高速精车刀，K40为低速粗车刀，此类刀柄涂以红色以识别。M类介于P类与M类之间，适于切削韧性较大的材料，此类刀柄涂以黄色来识别之。5.陶瓷车刀陶瓷车刀是由氧化铝粉未，添加少量元素，再经由高温烧结而成，其硬度、抗热性、切削速度比碳化钨高，但是因为质脆，故不适用于非连续或重车削，只适合高速精削。6.钻石刀具作高级表面加工时，可使用圆形或表面有刃缘的工业用钻石来进行光制。可得到更为光滑的表面，主要用来做铜合金或轻合金的精密车削，在车削时必须使用高速度，最低需在60100m/min，通常在200300m/min。7.氧化硼立方晶氧化硼(CBN)是近年来推广的材料，硬度与耐磨性仅次于钻石，此刀具适用于加工坚硬、耐磨的铁族合金和镍基合金、钴基合金。车刀按用途可分为外圆、台肩、端面、切槽、切断、螺纹和成形车刀等。还有专供自动线和数字控制机床用的车刀。切断车刀 切断车刀切既窄且深的槽，排屑空间小，切屑极易堵塞，为了减小同已加工表面的摩擦，其切削部分的两侧必须磨有副偏角，因而根部的强度大大削弱。此外,切断车刀在切近工件中心处时,切削速度趋近于零，不利于切削。因此,切断车刀在工作时极易"打刀"(崩裂)。先进的切断车刀一般将主切削刃做成人字形,前面磨成屋脊形，使切屑产生横向收缩，朝一个方向稳定地排出，不致堵塞在槽中，同时再将刀头底部制成凸肚形，以最大限度地提高强度和刚度。 成形车刀 成形车刀在结构上有平体形、棱体形和圆形3种（图4）。成形车刀只有在前角为零度时其刀刃廓形才与工件的截形相同；前角不是零度时，则稍有不同，需要经过计算或用图解法求出车刀的截形。 自动线和数控机床用车刀 这类车刀应满足一些特殊要求：切削性能稳定可靠，断屑稳定，刀具可快速更换。因此，对刀片的质量要求更高，使用中采取强制换刀，以避免过度的磨损。断屑槽的形状和尺寸必须根据加工条件经试验确定，使切屑形状为碎裂的短弧形。为了减少换刀和调整的停机时间，刀具的调整应用各种类型的对刀工具或对刀仪在机外进行。图5是利用螺钉或楔块来调整车刀的径向尺寸L、轴向尺寸W 和刀尖高度H 的自动线和数字控制机床用车刀。3.2刀具的选择 车刀是应用最广的一种单刃刀具。也是学习、分析各类刀具的基础。车刀用于各种车床上，加工外圆、内孔、端面、螺纹、车槽等。车刀按结构可分为整体车刀、焊接车刀、机夹车刀、可转位车刀和成型车刀。其中可转位车刀的应用日益广泛，在车刀中所占比例逐渐增加。一、硬质合金焊接车刀所谓焊接式车刀，就是在碳钢刀杆上按刀具几何角度的要求开出刀槽，用焊料将硬质合金刀片焊接在刀槽内，并按所选择的几何参数刃磨后使用的车刀。二、机夹车刀是采用普通刀片，用机械夹固的方法将刀片夹持在刀杆上使用的车刀。此类刀具有如下特点：（1）刀片不经过高温焊接，避免了因焊接而引起的刀片硬度下降、产生裂纹等缺陷，提高了刀具的耐用度。（2）由于刀具耐用度提高，使用时间较长，换刀时间缩短，提高了生产效率。（3）刀杆可重复使用，既节省了钢材又提高了刀片的利用率，刀片由制造厂家回收再制，提高了经济效益，降低了刀具成本。（4）刀片重磨后，尺寸会逐渐变小，为了恢复刀片的工作位置，往往在车刀结构上设有刀片的调整机构，以增加刀片的重磨次数。（5）压紧刀片所用的压板端部，可以起断屑器作用。三、可转位车刀 可转位车刀是使用可转位刀片的机夹车刀。一条切削刃用钝后可迅速转位换成相邻的新切削刃，即可继续工作，直到刀片上所有切削刃均已用钝，刀片才报废回收。更换新刀片后，车刀又可继续工作。1可转位刀具的优点与焊接车刀相比，可转位车刀具有下述优点：（1）刀具寿命高由于刀片避免了由焊接和刃磨高温引起的缺陷,刀具几何参数完全由刀片和刀杆槽保证，切削性能稳定，从而提高了刀具寿命。（2）生产效率高由于机床操作工人不再磨刀，可大大减少停机换刀等辅助时间。（3）有利于推广新技术、新工艺可转位刀有利于推广使用涂层、陶瓷等新型刀具材料。（4）有利于降低刀具成本由于刀杆使用寿命长，大大减少了刀杆的消耗和库存量，简化了刀具的管理工作，降低了刀具成本。2可转位车刀刀片的夹紧特点与要求： （1）定位精度高刀片转位或更换新刀片后，刀尖位置的变化应在工件精度允许的范围内。（2）刀片夹紧可靠应保证刀片、刀垫、刀杆接触面紧密贴合，经得起冲击和振动，但夹紧力也不宜过大，应力分布应均匀，以免压碎刀片。（3）排屑流畅刀片前面上最好无障碍，保证切屑排出流畅，并容易观察。（4）使用方便转换刀刃和更换新刀片方便、迅速。对小尺寸刀具结构要紧凑。在满足以上要求时，尽可能使结构简单，制造和使用方便。四、成形车刀 成形车刀是加工回转体成形表面的专用刀具，其刃形是根据工件廓形设计的，可用在各类车床上加工内外回转体的成形表面。用成形车刀加工零件时可一次形成零件表面，操作简便、生产率高，加工后能达到公差等级IT8IT10、粗糙度为105m，并能保证较高的互换性。但成形车刀制造较复杂、成本较高，刀刃工作长度较宽，故易引起振动。成形车刀主要用在加工批量较大的中、小尺寸带成形表面的零件。四数控车床加工工艺4.1.数控车削的基本特征 数控车床是目前使用最广泛的数控机床之一。数控车床主要用于加工轴类、盘类等回转体零件。通过数控加工程序的运行，可自动完成内外圆柱面、圆锥面、成形表面、螺纹和端面等工序的切削加工，并能进行车槽、钻孔、扩孔、铰孔等工作。车削中心可在一次装夹中完成更多的加工工序。提高加工精度和生产效率，特别适合于复杂形状回转类零件的加工。4.2数控车削的主要加工对象一、 要求高的回转体零件 1. 精度要求高的零件 由于数控车床的刚性好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿甚至自动补偿，所以它能够加工尺寸精度要求高的零件。一般来说，车削七级尺寸精度的零件应该没什么困难。在有些场合可以以车代磨。此外由于数控车削时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、圆柱度要求高的零件。对圆弧以及其它曲线轮廓的形状，加工出的形状与图纸上的目标几何形状的接近程度比仿形车床要好得多。车削曲线母线形状的零件常采用数控线切割加工并稍加修磨的样板来检查。数控车削出来的零件形状精度，不会比这种样板本身的形状精度差。数控车削对提高位置精度特别有效。不少位置精度要求高的零件用传统的车床车削达不到要求，只能用尔后的磨削或其它方法弥补。车削零件位置精度的高低主要取决与零件的装夹次数和机床的制造精度。在数控车床上加工如果发现位置精度较高，可以用修改程序内数据的方法来校正，这样可以提高其位置精度。而在传统车床上加工是无法作这种校正的。 2. 表面粗糙度好的回转体 数控车床能加工出表面粗糙度小的零件，不但是因为机床的刚性和制造精度高，还由于它具有恒线速度切削功能。在材质、精车留量和刀具已定的情况下，表面粗糙度取决于进刀量和切削速度。在传统的车床上车削端面时，由于转速在切削过程中恒定，理论上只有某一直径处的粗糙度最小。实际上也可发现端面内的粗糙度不一致。使用数控车床的恒线速度切削功能，就可选用最佳线速度来切削端面，这样切出的粗糙度既小又一致。数控车床还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。粗糙度小的部位可以用减小走刀量的方法来达到，而这在传统车床上是做不到的。 3. 超精密、超低表面粗糙度的零件 磁盘、录象机磁头、激光打印机的多面反射体、复印机的回转鼓、照相机等光学设备的透镜及其模具，以及隐形眼镜等要求超高的轮廓精度和超低的表面粗糙度，它们适合于在高精度、高功能的数控车床上加工，以往很难加工的塑料散光用的透镜，现在也可以用数控车床来加工。超精加工的轮廓精度可达0.1m，表面的粗糙度可达0.02m，超精加工所用数控系统的最小设定单位应达到0.01m。超精车削零件的材质以前主要是金属，现已扩大到塑料和陶瓷。 二、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，部分车床数控装置还有某些非圆曲线插补功能，所以可以车削由任意直线和平面曲线组成的形状复杂的回转体零件和难以控制尺寸的零件，如具有封闭内成型面的壳体零件。图5-1所示壳体零件封闭内腔的成型面，“口小肚大”，在普通车床上是无法加工的，而在数控车床上则很容易加工出来。 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，可以用非圆曲线插补功能；若所选机床没有曲线插补功能，则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。如果说车削圆弧零件和圆锥零件既可选用传统车床也可选用数控车床，那么车削复杂形状回转体零件就只能使用数控车床了。三、 带横向加工的回转体零件 带有键槽或径向孔，或端面有分布的孔系以及有曲面的盘套或轴类零件，如带法兰的轴套、带有键槽或方头的轴类零件等，这类零件宜选车削加工中心加工。当然端面有分布的孔系、曲面的盘类零件也可选择立式加工中心加工，有径向孔的盘套或轴类零件也常选择卧式加工中心加工。这类零件如果采用普通机床加工，工序分散，工序数目多。采用加工中心加工后，由于有自动换刀系统，使得一次装夹可完成普通机床的多个工序的加工，减少了装夹次数，实现了工序集中的原则，保证了加工质量的稳定性，提高了生产率，降低了生产成本。 四、带一些特殊类型螺纹的零件 传统车床所能切削的螺纹相当有限，它只能车等节距的直、锥面公、英制螺纹，而且一台车床只限定加工若干种节距。数控车床不但能车任何等节距的直、锥和端面螺纹，而且能车增节距、减节距，以及要求等节距、变节距之间平滑过渡的螺纹和变径螺纹。数控车床车削螺纹时主轴转向不必象传统车床那样交替变换，它可以一刀又一刀不停地循环，直到完成，所以它车削螺纹的效率很高。数控车床可以配备精密螺纹切削功能，再加上采用机夹硬质合金螺纹车刀，以及可以使用较高的转速，所以车削出来的螺纹精度较高、表面粗糙度小。可以说，包括丝杠在内的螺纹零件很适合于在数控车床上加工。4.3数控车削的工艺分析步骤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。 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。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。数控车床多采用三爪自定心卡盘夹持工 件；轴类工件还可采用尾座顶尖支持工件。由于数控车床主轴转速极高，为便于工件夹紧，多采用液压高速动力卡盘，因它在生产厂已通过了严格的平衡，具有高转速(极限转速可达40006000r/min)、高夹紧力(最大推拉力 为20008000N)、高精度、调爪方便、通孔、使用寿命长等优点。还可使用软爪夹持工件，软爪弧面由操作者随机配制，可获得理想的夹持精度。通过调整油缸压力，可改变卡盘夹紧力，以满足夹持各种薄壁和易变形工件的特殊需要。为减少细长轴加工时受力变形，提高加工精度，以及在加工带孔轴类工件内孔时，可采用液压自动定心中心架，定心精度可达0.03mm。3 确定加工方案 确定加工方案的原则 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。 在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时，应该进行具体分析和区别对待，灵活处理。只有这样，才能使所制定的加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。 制定加工方案的一般原则为：先粗后精，先近后远，先内后外，程序段最少，走刀路线最短以及特殊情况特殊处理。 先粗后精 为了提高生产效率并保证零件的精加工质量，在切削加工时，应先安排粗加工工序，在较短的时间内，将精加工前大量的加工余量(如图3-4中的虚线内所示部分)去掉，同时尽量满足精加工的余量均匀性要求。 当粗加工工序安排完后，应接着安排换刀后进行的半精加工和精加工。其中，安排半精加工的目的是，当粗加工后所留余量的均匀性满足不了精加工要求时，则可安排半精加工作为过渡性工序，以便使精加工余量小而均匀。 在安排可以一刀或多刀进行的精加工工序时，其零件的最终轮廓应由最后一刀连续加工而成。这时，加工刀具的进退刀位置要考虑妥当，尽量不要在连续的轮廓中安排切人和切出或换刀及停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑连接轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等疵病。 先近后远 这里所说的远与近，是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的。在一般情况下，特别是在粗加工时，通常安排离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削加工，先近后远有利于保持毛坯件或半成品件的刚性，改善其切削条件。 先内后外还是格式。 对既要加工内表面(内型、腔)，又要加工外表面的零件，在制定其加工方案时，通常应安排先加工内型和内腔，后加工外表面。这是因为控制内表面的尺寸和形状较困难，刀具刚性相应较差，刀尖(刃)的耐用度易受切削热影响而降低，以及在加工中清除切屑较困难等。 走刀路线最短 确定走刀路线的工作重点，主要用于确定粗加工及空行程的走刀路线，因精加工切削过程的走刀路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。 走刀路线泛指刀具从对刀点(或机床固定原点)开始运动起，直至返回该点并结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、切出等非切削空行程。 在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的走刀路线，不仅可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损等。 优化工艺方案除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时可辅以一些简单计算。 上述原则并不是一成不变的，对于某些特殊情况，则需要采取灵活可变的方案。如有的工件就必须先精加工后粗加工，才能保证其加工精度与质量。这些都有赖于编程者实际加工经验的不断积累与学习。 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。 对大余量毛坯进行阶梯切削时的加工路线 分层切削时刀具的终止位置车螺纹时的主轴转速 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； 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； 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。 因此，车螺纹时，主轴转速的确定应遵循以下几个原则： 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； 当螺纹加工程序段中的导入长度d1和切出长度d2(如图所示)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速； 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； 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： n螺n允/L(r/min)式中：n允编码器允许的最高工作转速(r/min)； L工件螺纹的螺距(或导程，mm)。4 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