畢業設計葫蘆數控工藝分析、編程及加工(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 為適應數控加工的高精度和自動換刀等要求，刀具及其刀夾都必須具有較高的精度。 ③ 切削速度和進給速度高。 為提高生產效率并適應一些特殊加工的需要，刀具應能滿足高切削速度的要求。例如，采用聚晶剛石復合車刀加工玻璃或碳纖維復合材料時，其切削速度高達 100m/min 以上。 ④ 可靠性好。 要保證數控加工中不會因發生刀具意外損壞及潛在缺陷而影響到加工的順利進行，要求刀具及與 之組合的附件必須具有很好的可靠性較強的適應性。 ⑤ 耐用度高。 刀具在切削過程中的不斷磨損，會造成加工尺寸的變化，伴隨刀具的磨損，還會因刀刃（或刀尖）變鈍，使切削阻力增大，即會使被加工零件的表面精度大大下降，同時還會加劇刀具磨損，形成惡性循環。 因此， 數控車床中的刀具，不論在粗加工、精加工或特殊加工中，都應具有比普通車床加工所用刀具更高的耐用度，以盡量減少更換或修磨刀具及對刀的次數，從而保證零件的加工質量，提高生 產效率。 ⑥ 斷屑及排屑性能好。有效地進行斷屑的性能，對保證數控車床順利、安全地運行具有非常重要的意義。 如果車刀的斷屑性能不好，車出的螺旋形切屑就會纏繞在刀頭、工件或刀架上，既可能損壞車刀（特別是刀尖），還可能割傷已加工的表面，甚至會發生傷人和設備事故。另外，車刀的排屑性能不好，會使切屑在前刀面或斷屑槽內堆積，加大切削刃（刀尖） 與零件間的摩擦，加快其磨損，降低零件的表面質量，還可能產生積削瘤，影響車刀的切削性能。因此，應常對車刀采取減小前刀面（或斷屑槽）的摩擦系數等措施（如特殊涂層處理及改善刃磨效果等） 。對于內孔車刀，需要時還可以考慮從刀體或刀桿的里面引入冷卻液，并能從刀頭附近噴出的沖排結構。 （ 2） 刀具材料方面。刀具材料在這里主要是指刀具切削部分的材料，較多的指刀片材料。刀具材料必須具備一些主要性能：較高的硬度和耐磨性；較高的耐熱性；足夠的強度和韌性；較好的導熱性；良好的工藝性；較好的經濟性。 為適應機械加工技術，特別是數控車床加工技術的高速發展，刀具材料也在大力發展之中，除了量大、面廣的高速鋼、硬質合金和涂層硬質合金刀片材料外， 15 新型刀具材料正在不斷涌現。 ① 高速鋼。 主要有通用型高速鋼和高性能高 速鋼。高性能高速鋼的耐用度是通用型的 3～ 15倍，主要牌號為 W18Cr4V 和 W6Mo5Cr4V2。 ② 硬質合金。其常用牌號有： YG 類， YT 類， YW 類，如 YW1 和 YW2 等，可廣泛用于加工鑄鐵、有色金屬、各種鋼及其合金等。 ③ 涂層刀具。涂層硬質合金刀片的耐用度至少可提高 1～ 3 倍，而涂層高速鋼刀具的耐用度則可提高 2～ 10 倍。 ④ 非金屬材料刀具。用作刀具的非金屬材料主要有：陶瓷、金剛石及立方氮化硼等。 2. 數控車削常用車刀的種類及用途 （ 1） 車刀的種類 車刀按其車削的內容不同可分為外圓車刀、端面車刀、 切斷刀、內孔車刀、成形車刀和螺紋車刀等。 （ 2） 車刀的用途 90。 車刀又叫偏刀，主要用來車削外圓、端面和臺階。 75。 車刀用來粗車外圓。 45。車刀又叫彎頭刀，主要用來車外圓、端面和倒角。切斷刀用來切槽、切斷。成形刀用來車削成形面。螺紋車刀用來車削螺紋。 切削用量的選擇 數控車削加工中的切削用量是機床主運動和進給運動速度大小的重要參數，包括切削深度 ap、主軸轉速 S（ n）或切削速度 VC、進給量 f 或進給速度 F， 并與普通車床加工中所要求的各切削用量基本一致。加工程序的編制過程中，選擇好切削用量，使切削 深度、主軸轉速和進給速度三者間能相互適應，形成最佳切削參數，是工藝處理的重要內容之一。 1. 切削深度 ap 的確定 在車床主體 — 夾具 — 刀具 — 零件這 一系統剛性允許的條件下，盡可能選取較大的切削深度，以減少走刀次數，提高生產效率。當零件的精度要求較高時，則應考慮適當留出精車余量，其所留精車余量一般比普通撤銷時所留余量小，常取～ 。 16 2. 主軸轉速 S（ n） 或切削速度 VC的確定 （ 1）非車削螺紋時主軸轉速 n。主軸轉速的確定方法，除螺紋加工外，其他與普通車削加工時一樣，應根據零件上被加工部位的直徑，并按零 件和刀具的材料及加工性質等條件所允許的切削速度來確定。在實際生產中，主軸轉速可用下式計算： 可用 n=1000VC/π d； 式中： n：主軸轉速（ r/min） ； VC：切削速度（ m/min） ； d：零件待加工表面的直徑 （ mm） ； 在確定主軸轉速時，需要首先確定其切削速度，而切削速度又與切削深度和進給量有關。 （ 2）車螺紋時的主軸轉速 n。在加工螺紋時，因其傳動鏈的改變，原則上其轉速只要能保證每轉一周時，刀具沿主進給軸（多為 Z 軸）方向位移一個螺距即可，不受到限制。但數控車螺紋時，會受到以下幾方 面的影響。 ① 螺紋加工程序段中指令的螺距值 ，相當于以進給量 f(mm/r)表示的進給速度Vf,如果將機床的主軸轉速選擇過高 ，其換算后的進給速度 (mm/min)則必定大大超過正常值。 ② 刀具在其位移過程的 始終， 都將受到伺服 驅動系統 升降頻率和數控裝置 插補運算 速度的約束，由于升降頻率特性滿足不了加工需要等原因，則可能因主進給運動產生出的“超前”和“滯后”而導致部分螺紋的螺距不符合要求。 ③ 車削螺紋必須通過主軸的同步運行功能來實現，即車削螺紋需要有主軸脈沖發生器（編碼器）。當主軸轉速選擇過高，通過編碼器發出的定 位脈沖（即主軸每轉一周是所發出的一個基準脈沖信號）將可能因“過沖”（特別是當編碼器的質量不穩定時）而導致工件螺紋產生“亂牙”。 車削螺紋時，車床的主軸轉速的選取將考慮到螺紋的螺距 (或導程 )大小、驅動電機的開降頻率特性及螺紋插補運算速度等多種因素影響，故對于不同的數控系統，推薦用不同的主軸轉速范圍。 （ 3）切削速度（ VC）。切削時，車刀切削刃上某一點相對待加工表面在主運動方 17 向上的瞬時速度（ VC），單位為 mm/min，又稱線速度（恒線速度）。 3. 進給量 f 或進給速度 Ff 的確定 進給量是指工件旋轉一周，車刀沿進給方向移動的距離 (mm/r)，他與切削深度有著較密切的關系。粗車時一般取為 ～ ， 精車時常取 ～，切斷時宜取 ～ 。 進給速度主要是指在單位時間里，刀具沿進給方向移動的距離（如 mm/min）有些數控車床規定可選用以進給量（ mm/r） 表示的進給速度。 （ 1）確定進給速度的原則 ① 當工件的質量要求能夠得到保證時，為提高生產效率，可選擇較高（ 2021mm/min 以下）的進給速度。 ② 切斷、車削深孔或用高速鋼刀具車削時，宜選擇較 低的進給速度。 ③ 刀具空行程，特別是遠距離“回零”時，可設定盡量高的進給速度。 ④ 進給速度應與主軸轉速和切削深度相適應。 （ 2）進給速度的確定 每分鐘進給速度的計算。進給速度（ Ff） 包括縱向進給速度和橫向進給速度。其每分鐘進給速度的計算公式為： F=nf（ mm/min） 葫蘆數控車削加工工藝分析 圖 1— 1 葫蘆零件圖 18 如圖 1— 1 所式的葫蘆數控加工零件圖，毛坯直徑 φ 20mmX60mm。 材料 Q235。要求在數控車床上完成加工，單件生產。 1. 零件圖工藝分析。 該零件表面由圓柱、圓錐、順圓 弧 及逆圓弧等組成。雖然尺寸精度及表面粗糙度沒有作嚴格要求，但 仍然 要將尺寸精度控制在 + 范圍內，表面粗糙度要達到 。 無熱處理和硬度要求。 從圖紙給出的數據看，并不完整，在編寫加工程序之前要將未知的數據計算出來。 通過上述分析，采取以下幾點工藝措施。 （ 1） 先粗車掉大部分余量，在粗車時不要產生“過切”現象，粗車的同時為精加工留一定的余量。粗車最后一刀時按照輪廓軌跡走一刀，為精加工留下均勻的余量。 （ 2）精車到圖紙尺寸。精車時，采用一次性走刀 將零件輪廓加工完整。為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求，精加 工時，最終輪廓應安排在最后一次走刀連續加工出來。刀具的進退刀路線要認真考慮，以盡量減少在輪廓處停刀，以避免切削力（大小、方向）突然變化造成彈性變形而留下刀痕。一般應沿著零件表面的切向切入和切出，盡量避免沿工件輪廓面垂直方向進、退刀而劃傷工件。 （ 3）進行切斷。切斷刀在對刀時，最好使用右刀尖對刀比較容易保證尺寸。 2. 確定裝夾方案。 由于給出的材料長度為 60mm 比較長，所以不需要采用一夾一頂的方式加工，只需要才三爪自定心卡盤夾持毛坯材料的一端即可。 3. 確定加工順序及進給路線。 按由粗到精 、由近及遠（由右 到左）的原則確定。即先從右到左進行粗車（留 精車余量），換精車刀，然后從右至左進行精車；最后換切刀進行切斷。編寫粗車程序時，只需要用基本指令（如 G0 G00、 G02 及 G03 等）就可以完成粗車。既節約時間又方便。 4. 刀具選擇。 （ 1） 粗車外輪廓選用 90O硬質合金 左 偏刀，為防止副后刀面與工件輪廓干涉（可用作圖法或 AutoCAD 作圖檢驗），副偏角不宜太小，選副偏角 60O或略大于 60O、刀尖圓弧半徑約 的外圓車刀。為保證刀具的剛性強度，在刃磨刀具幾何角 19 度時，要比精車刀的幾何角度相對小些。 （ 2）精車外輪廓選用 90O硬質合金 左 偏刀，副偏角選取 60O或略大于 60O為最佳。刀尖圓弧小于 。由于精車余量較小，為保證零件加工質量，刀具的幾何角度相對于粗車刀要刃磨大一些。 （ 3） 切斷時選取的切斷刀為高速鋼，刀頭長度約 10mm,刀寬約 3mm 即可。刀寬沒有作嚴格要求，因為零件沒有要求切槽等內容。 5. 切削用量選擇 （ 1）背吃刀量的選擇。輪廓粗加工時選用 ap=2mm，精車 ap=。 （ 2）主軸轉速的選擇。粗車時選取主軸轉速 535r/min；精車時選取主軸轉速835r/min；切斷時，選取主軸轉速 225r/min。 （ 3）進給速度的選擇。 粗車、精車進給速度分別為 120mm/min 和 80mm/min；切斷時，進給速度為 22mm/min。 綜上所述，葫蘆數控加工步驟如下： ① 三爪自定心卡盤夾持 φ 20mm 棒料，伸出長度約 35mm，找正并夾緊工件。 ② 正確裝夾刀具。粗車刀為 1號刀；精車刀為 2號刀；切斷刀為 3號刀。裝夾刀具時要求刀尖與工件旋轉中心（主軸軸心線）等高，裝夾切刀時刀頭要與工件垂直 。 ③ 粗車工件輪廓，并留精加工余量 。 ④ 精車至圖紙尺寸。 ⑤ 切斷。 ⑥ 調頭處理切斷時留下的凸臺。 ⑦ 測量加工出的零件。 20 第三章 數控車削編程基礎知識 數控編程的種類 數控編程有三種方法，即手工編程、自動編程和計算機輔助編程，采用哪種編程方法應視零件的難易程度而定。 1. 手工編程 手工編程就是從分析零件圖樣、確定加工工藝過程、數據計算、編寫零件加工程序單、程序輸入數控系統到程序校驗都是由人工完成。對于加工形狀簡單、計算量小、程序不多的零件（ 如點位加工或由直線與圓弧組成的輪