第 17 章 数控车削加工基础

1. 第17章 数控车削加工基础 在使用Mastercam进行车削编程之前，应先了解车削的相关基础。本章主要介绍关于数控车床的一些基本概念、车床坐标系等知识，这些是车床编程的基础。车削加工主要对象是回转体工件。车削加工一般是2~4轴的加工。

2. 17.1 数控车削的概念、特点及应用 数控车削是普通车削与现代先进的数控技术相结合的加工方法。无论在效率、加工范围和加工精度上数控车削都远远超过了普通车削，因而在全球加工业中应用极为广泛。

3. 17.1.1 数控车削的概念 数控车削是指利用数字化信号对车床的运动及加工过程进行控制的一种方法。数控车削的设备就是数控车床。数控车床有很多类型，包括精密型数控车床、专用型数控车床和万能型车削中心。

4. 17.1.2 数控车削的特点 数控车削具有高效率、高精度等特点，与普通车床相比，表现在以下几个方面。 （1）加工效率高：数控车床能实现全自动多工序加工，在很多复杂零件加工上表现更为突出。 （2）加工精度高：对于加工精度要求和表面粗糙度要求比较高的工件，普通车削很难满足加工要求，而数控车削能很好地做出高精度和高光洁度。 （3）加工难度高：普通车床只能加工一些直线和圆弧组成的工件，很难加工非圆曲线或函数控制曲线，而数控车床却没有问题。 （4）劳动强度低：对于普通车床，操作者在装卸零件、对刀、走刀时要付出很多精力，而数控车床大部分的劳动都是在操作键盘上，不需进行手工操作，劳动强度降低很多。

5. 17.1.3 数控车削的应用 数控车床相对普通车床来说确实是有很多优点，但是数控车床却不能完全替代普通车床。 （1）非常复杂零件必须用数控车床。如果是简单的零件，能用普通车床的就没必要用数控车床。 （2）批量生产、零件又复杂时，必须用数控车床。因为普通车床批量生产效率低。

6. 17.2 车床坐标系 在数控车削中，工件坐标系的建立是必需的环节。数控车床型号不同，所用系统可能也不同，但是坐标系统是类似的。

7. 17.2.1 车床坐标轴 数控车削坐标系有两条坐标轴。规定了与车床旋转轴线平行的方向为Z轴方向，工件的径向为X轴方向。 数控车床是以其主轴轴线方向为Z轴方向，刀具远离工件的方向为Z轴正方向。X坐标的方向是在工件的径向上，且平行于横向拖板，刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向。

8. 17.2.2 机床原点、参考点、工件原点 机械原点（机械坐标系的原点）是生产厂家在制造机床时的固定坐标系原点，也称机械零点。它是在机床装配、调试时已经确定下来的，是机床加工的基准点。在使用机床时，机械坐标系是由参考点确定的。启动机床系统后，进行返回参考点操作，机械坐标系就建立了。坐标系一经建立，只要不切断电源，坐标系就不会变化。车床的机床原点一般定义在主轴旋转中心线与车头端面的交点或参考点上。

9. 17.2.3 机床坐标系、编程坐标系和工件坐标系 数控车床有3种坐标系，即机械坐标系、编程坐标系和工件坐标系。这3种坐标系都规定了与车床旋转轴线平行的方向为Z轴方向，工件的径向为X轴方向。 如果以机床原点为坐标原点，建立一个Z 轴与X 轴的直角坐标系，则此坐标系就称为机床坐标系。当机床完成返回参考点的操作时，即建立机床坐标系。机床坐标系是机床固有坐标系，是制造和调整的基础，用户一般不需更改。

10. 17.2.4 坐标系的建立 工件坐标系的参考点确定后，接下来要建立坐标系，采用标准G代码指令（G92）确定刀具起刀点相对工件原点的距离。

11. 17.2.5 对刀操作 工件坐标系是建立在对刀操作结果准确性基础上的。对刀最常用的是试切对刀法。 1．对刀点、刀位点、换刀点 2．试切对刀操作

12. 17.3 数控车削工艺 在进行数控车削加工前要对产品进行结构分析、加工工艺分析，并制订合理的加工工艺，确定加工顺序，设置加工参数等。

13. 17.3.1 分析零件图 在加工前应对零件图进行充分的数控加工工艺分析，包括对工件的结构工艺性、轮廓的几何条件、尺寸、形位公差要求、表面粗糙度要求及工件材料等的分析。 1．结构工艺性分析 2．零件精度与技术要求分析

14. 17.3.2 尺寸处理 一般图纸的尺寸标注不能直接用于数控车削编程，需要进行数学处理，使其符合数控程序的编制。编程尺寸值理论上应该为该尺寸的误差分散中心。但是由于事先不知道分散中心的确切位置，可以先由平均尺寸替代，最后根据试加工结果进行修正，消除编程尺寸值误差的影响。 编程尺寸值确定的步骤如下。 （1）零件精度高时的尺寸处理：将零件的基本尺寸换算成平均尺寸。 （2）零件轨迹曲线几何关系的处理：保持原来重要的几何关系不变，如角度、相切或相交。 （3）零件精度低时的尺寸处理：通过修改一般尺寸确保零件原有的几何关系，使之协调。 （4）节点坐标尺寸的计算：按照调整后的尺寸计算有关未知节点的坐标尺寸。 （5）编程尺寸的修正：按照调整后的尺寸编程，加工一组零件，测量零件关键尺寸的实际分散中心，得出几何误差，再按照此误差调整编程尺寸并相应修改编制的加工程序。

15. 17.3.3 数控车削加工进给路线的确定 （1）零件成型轮廓的进给路线。 在安排进行一刀或多刀加工的精车进给路线时，零件的最终成型轮廓应该由最后一刀连续加工完成，并且要考虑到加工刀具的进刀、退刀位置，尽量不要在连续的轮廓轨迹中安排切入、切出以及换刀或停顿，以免造成工件的弹性变形、表面划伤等缺陷。 （2）加工中需要换刀的进给路线。 主要根据工步顺序的要求决定各把加工刀具的先后顺序以及加工刀具进给路线的衔接。 （3）刀具切入、切出以及接刀点的位置选择。 加工刀具的切入、切出以及接刀点应该尽量选取在有空刀槽，或零件表面间有拐点和转角的位置处，曲线要求相切或者光滑连接的部位不能作为加工刀具切入、切出以及接刀点的位置。 （4）如果零件各加工部位的精度要求相差不大，应以最高的精度要求为准，一次连续走刀加工完成零件的所有加工部位；如果零件各加工部位的精度要求相差很大，应把精度接近的各加工表面安排在同一把车刀的走刀路线上完成加工部位的切削，且要先加工精度要求较低的加工部位，再加工精度要求较高的加工部位。

16. 17.4 设置车削刀具 要进行车削，需要进行必要的车削设置，包括车削刀具设置、工件设置以及车削模拟设置。车削刀具设置包括从刀具库选择刀具、修改刀具库刀具、自定义新刀具和删除刀具库刀具。

17. 17.4.1 从刀具库选择刀具 从刀具库选择刀具是建立刀具的最基本形式，操作很简单，直接在“刀具路径参数”选项卡选择所需的加工刀具即可，如图所示。

18. 17.4.2 修改刀具库刀具 从刀具库选择的刀具，其参数是系统先前已经给定的参数，有时并不适合加工需要。用户可以对其参数进行修改。修改方法是在“刀具路径参数”选项卡中选中某一刀具，单击右键，在弹出的右键菜单中选择“编辑刀具”选项，弹出“定义刀具”对话框，修改刀具参数。 定义刀具对话框包括4项参数：“类型·一般车削”、“刀片”、“刀把”和“参数”。各类型介绍如下。 1．车削类型 2．刀片 3．刀把 4．参数

19. 17.4.3 自定义新刀具 除了可以从刀具库选择刀具和修改刀具外，还有自定义设置刀具的方式，具体操作步骤如下。

20. 17.4.4 删除刀具库刀具 用户可以自定义新的刀具，并保存到刀具库，创建自己需要的刀具库，也可以将刀库中不需要的刀具删除掉。删除刀具有两种方式：键盘删除和右键菜单删除。 1．键盘删除 2．右键菜单删除

21. 17.4.5 设置刀具参数 设置完刀具后，要对刀具相关参数进行设置，刀具参数设置如图所示。

22. 17.5 设置加工工件及模拟 加工刀具和参数设置完后即可设置工件参数，再进行实体模拟加工。工件参数设置包括工件尺寸和工件原点设置、卡盘尺寸设置、尾盘尺寸设置、中心架尺寸设置等。模拟包括刀具路径模拟和实体加工模拟。

23. 17.5.1 设置加工工件 设置加工工件主要是设置工件的一些尺寸，在“刀具路径”管理器中单击“属性”→“材料设置”按钮，弹出“机器群组属性”对话框如图所示。在此对话设置工件尺寸。 1．素材（工件）设置 2．Chuck（夹爪）设置 3．尾座设置 4．支撑架设置

24. 17.5.2 加工模拟 在所有参数设置完后，可以通过模拟仿真加工。有两种方式，一种是刀具路径模拟，另一种是实体模拟。 1．刀具路径模拟 2．实体加工模拟

25. 17.5.3 后置处理 实体模拟后，如果没有错误，可进行后置处理产生NC程序。在加工操作管理器中单击“后置处理”按钮，弹出“后处理程序”对话框，可以设置后处理参数。 其部分参数含义如下。 • 当前使用的后处理程序：此处显示的是当前使用的后处理名称，默认的名称为“MPLFAN.PST”。 • 更改后处理程序：用于选择所需的后处理程序。 • 覆盖：生成NC文件时，若有同名直接覆盖。 • 覆盖前询问：生成NC文件时，若有同名，系统会提示是否覆盖。 • 编辑：系统在生成NC文件后自动弹出文件编辑器供用户进行编辑。 NC文件的扩展名：用户可以在此栏输入NC文件的扩展名，默认为NC。 可以在此栏输入NC文件的扩展名。默认的为NC。