《数控加工工艺》电子教案
教学任务：项目一之任务二曲面轴的数控加工工艺设计
教学时数：2课时
教学目标：
1.知识目标：掌握曲面零件轴的数学处理方法和编程尺寸设定值的确定；了解切槽刀及切槽加工工艺；了解螺纹刀并掌握螺纹车削加工工艺。

2.技能目标：能够对曲线轮廓进行处理并会获取零件各基点值；能够正确选定车削加工螺纹时的切削用量；在项目一的学习基础上进一步培养学生对工艺设计的整体思路和步骤的理解，达到能够进行较复杂的曲面轴件的数控加工工艺设计。

教学重点：尺寸的数学处理、较长轴件的装夹、螺纹车削工艺。

教学方法：讲授法、多媒体演示法、小组讨论法
教学步骤：（任务描述）
曲面轴如图1-39所示，零件材料为45钢，毛坯尺寸为Φ55mm×172mm，单件生产。

设计该零件的数控加工工艺。

图1-39曲面轴
（提出问题）
1.该零件相对项目1的轴件在尺寸精度上，几何结构上有何变化？在普通车床上容易加工么？难点在哪？
2.图纸中M30×2 以及A4/8.5的含义是什么？
（引入相关知识学习）
1．圆弧曲面的车削加工
（1）圆弧曲面切削路线
①凹圆弧切削路线
②凸圆弧加工的切削路线
（2）零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定
①编程原点的选择；轴类零件编程原点选在右端面的回转中心上。

②编程尺寸设定值的确定，编程尺寸一般平均尺寸代替，最后根据试加工结果进行修正。

③应用实例
（3）外圆弧曲面轴类零件数控车削刀具选择
车削圆弧表面或凹槽时，要注意车刀副后刀面与工件已车削轮廓表面会否干涉。

为避免干涉也可采用直头刀杆车削。

2．较长轴类零件的定位与装夹（二）
见教材表1-13实心较长轴外圆加工的装夹方式：一夹一顶、内梅花顶尖装夹、双顶尖、双顶尖中心架（或跟刀架）。

如果需要顶尖，则轴上一定有一个中心孔，了解一下中心孔的类型和结构（见知识拓展），此处回答了提出问题关于“A4/8.5的含义是什么”。

（1）常用中心孔定位夹具-顶尖
顶尖分为前顶尖与后顶尖。

后顶尖有一种是固定的（死顶尖），另一种是回转的（活顶尖）。

（2）用两顶尖装夹工件时的注意事项
●车床主轴轴线应在前后顶尖的连线上，否则车出的工件会产生锥度。

●在不影响车刀切削的前提下，尾座套筒应尽量伸出短些，以增加刚度，减少振动。

●中心孔形状应正确，表面粗糙度要小。

装入顶尖前，应清除中心孔的切屑或异物。

●由于中心孔与顶尖间产生滑动摩擦，如果后顶尖用固定顶尖，应在中心孔内加入润滑脂（黄油），以防止温度过高而“烧坏”顶尖和中心孔。

●两顶尖与中心孔的配合必须松紧合适。

如果顶太紧，细长轴工件会弯曲变形，如果顶太松，工件回转中心不稳，且车削时易振动，导致加工质量差。

3．切槽与切断加工工艺
（1）回转体类零件的切槽与切断加工形式
（2）切槽刀与切断刀
（3）切槽刀及切断刀切削刃宽度的确定
为便于加工，在加工宽度小于5mm的槽时，一般切槽刀的宽度就等于槽宽。

通常，切断钢件或铸铁材料时，切断刀主切削刃宽度a可用式1-4计算。

a≈(0.5~0.6)D（式1-4）
式中：a—主切削刃宽度，mm；D—工件待加工表面直径，mm。

（4）数控车床切槽（切断）时切削用量的选择
车槽时的背吃刀量等于车槽刀主切削刃宽度，一般刀刃宽度为3~5mm。

车槽时进给量常取0.05~0.2mm/r，转速一般为300~500r/min。

4．外螺纹车削加工工艺
（1）螺纹车削加工的方法
一般情况下，当螺距小于3mm时可采用“径向切入法”又称“直进法”。

切削力过大会损坏刀具或在切削中引起震颤，在这种情况下为避免切削力过大可采用“侧向切入法”又称“斜进法”。

径向切入法加工的牙形精度较高，一般多用于小螺距螺纹加工。

侧向切入法一般用于大螺距螺纹加工。

在加工较高精度的螺纹时，可采用两刀加工完成，既先用侧向切入法进行粗车，然后用径向切入法进行精车。

工件上的螺纹一般是在半精车以后车削的。

螺纹车好后，
再精车各段外圆。

（2）车削螺纹时切入切出路线
沿轴向进给的加工路线长度，除保证加工螺纹长度外，还应增加刀具引入距离δ1(2~5mm)和刀具切出距离δ2(1~2mm)，如图1-55所示。

这样在切削螺纹时，能保证在升速后使刀具接触工件，刀具离开工件后再降速。

图1-55车螺纹时的引入、切出路线
（3）螺纹车刀及安装
①常见外螺纹车刀与螺纹车刀片
②螺纹加工时刀具的安装方式
（4）车削螺纹时切削用量的确定
①背吃刀量的确定：见教材表1-15、1-16常用公制英制螺纹切削的进给次数与背吃刀量 ②进给量的确定
车床切削时的进给量往往是指每转进给量，因此车螺纹的进给量就等于螺纹的导程，单头螺纹就指螺纹的螺距。

复习螺距的含义，以及如何获得螺距值？粗牙是通过查表，细牙则在螺纹标注中体现。

回答了课前的提问关于“M30×2”的含义。

③主轴转速的确定
大多数普通型数控车床的数控系统推荐车螺纹时的主轴转速公式为式1-5。

K P n -≤1200 （式1-5）
注意：工厂经验一般为200~300转/min
（5）车削螺纹时的注意事项
（引导学生按以下7个步骤完成该项目）
1．零件图的工艺分析
（1）尺寸精度分析：根据标准公差数值表可知，部分尺寸精度达到IT7级，精度要求较高。

（2）形位精度分析：该零件无形位公差要求，但球径SΦ50及曲面圆弧半径R25、R20的尺寸还兼有控制该球面形状（线轮廓）误差的作用。

（3）结构分析：该项目为含有圆弧曲面的回转体零件。

曲面中切点为手工无法计算的坐标点，因此，零件适于在数控车床加工。

可通过零件图形的数学处理（处理方法见本任务中的相关知识），再绘制AutoCAD 图，通过捕捉功能获取各节点数据。

该零件相对于项目1在结构上增加了刻槽和螺纹加工，同时出现了曲面，因此不适于在普通车床上加工，此处回答了提出问题1的问题。

2．机床选择
3．加工工艺路线设计
（1）加工方案的确定
（2）加工顺序的确定
①基准先行。

先在普通车床上夹一端，车外圆工艺凸台Φ40mm ，注意保证零件总长。

②先粗后精。

按由近到远（由右至左）的原则进行，即先从右到左进行粗车（单边留
0.25mm精车余量），再从右到左进行精车零件各部分达图纸要求。

粗车进给路线由粗加工指令及所选的数控系统的内部设置决定。

③先主后次。

在精加工外圆之前要切削螺纹退刀槽、车削M30×2螺纹。

（3）工艺路线拟定
根据上述加工顺序安排，零件加工工艺路线见教材表1-17所示。

（4）确定数控车部分进给加工路线
零件的粗车循环和车螺纹循环不需要人为确定其进给加工路线，但精车的进给加工路线需要人为确定。

如图1-59所示。

图1-59精车轮廓进给加工路线
4．装夹方案及夹具选择：一夹一顶的装夹方案。

5．刀具选择
该任务中除了外径需要加工外用到外圆粗车刀、外圆精车刀外，还有退刀槽、螺纹、定位中心孔需要加工，因此。

还选用了中心钻、刻槽刀、外螺纹刀。

6．切削用量选择
（1）切削深度a p的选择
（2）主轴转速n的选择
车直线和圆弧轮廓时，查表1-6硬质合金外圆车刀切削速度的参考数值，选粗车的切削速度v c＝90m／min，精车的切削速度v c＝120m／min，然后利用公式n=（1000×V c）/（3.14×d），计算主轴转速n得到：粗车570r/min、精车765r/min，车螺纹时按公式n≤1200/P-K计算得到最高转速为320r/min，为确保螺纹车刀片耐用度，选取150r/min。

为保证各曲面的表面粗糙度一致，车削外圆曲面时，选用恒线速切削。

（3）进给量f的选择
根据表1-4硬质合金车刀粗车外圆和端面的进给量参考数值和表1-5按表面粗糙度选择进给量的参考数值，再根据加工的实际情况，确定粗车时，选取进给量f＝0.3mm/r；精车时，选取f＝0.15mm/r；车螺纹的进给量等于螺纹导程，即f＝2mm/r。

填写工序卡和刀具卡之前先学习一下A4/8的含义，以及该中心孔的特点，同时再次复习M30×2的含义，为螺纹切削用量的选择做准备。

7．数控加工工序卡和刀具卡的编写
见教材表1-18曲面轴数控加工工序卡。

见教材表1-19曲面轴数控加工刀具卡。

（课堂小结）
1.该零件结构中一是出现了曲面，普通车床也不易加工，并且基点的坐标不易计算，我们推荐在CAD中先绘图在捕捉点的坐标的方式、二是出现了退刀槽和螺纹，加工中至少增加两把刀具，我们要思考加工退刀槽时的切削用量的选择。

2.该零件的装夹上我们增加了知识点，一个是工艺搭子（工艺凸台），二是有项目一中的夹一端到项目2的一夹一顶的装夹方式，同时了解中心孔和顶尖的基本知识。

（课后作业）
完成本任务的“知识点及技能测评”。

其中，第六大题是设计指定零件的工艺卡片，要求学生模仿本任务实施过程的步骤，在
A4纸上完成数控加工工序卡和刀具卡的制定。