1、项目三轴类零件的加工 通过本项目内容的学习,会简单轴类零件的加工工艺分析;掌握常用编程指令的应用及台阶,圆弧,圆锥等的加工方法。会操作数控车床加工出合格的轴类零件。1.掌握典型轴类零件加工工艺及工艺准备。2.掌握直线插补G01、圆弧插补G02、G03的指令格式及应用。3.掌握G71、G73、G70循环指令的用法。4.能根据轮廓形状合理选择刀具。5.掌握从编程到加工的整个过程及其注意事项。任务一阶梯轴的加工 本任务为加工图3-1所示的典型的阶梯轴。加工人员须认真分析零件图样,选择合适的数控刀具,拟订合理的走刀路线,制订完善的加工方案。本例要求采用基本的G01指令完成工件的加工程序编制,并操作数控
2、车床完成工件的数控加工,最后完成工件加工质量的检测与分析。图3-1阶梯轴 1.掌握阶梯轴的形状结构特点。2.在教师指导下,会制订阶梯轴加工的走刀路线。3.使用G00/G01指令完成阶梯轴加工数控程序的编制。4.在小组协助下,能安全规范操作机床,完成数控加工流程。5.正确使用测量工具检测工件。1.零件图样分析阶梯轴如图3-1所示,该零件由?19mm、?24mm和?28mm的三个外圆构成。零件材料为2A12,总长要求为4mm,手动车端面保证总长尺寸。2.选择刀具零件外圆和端面的加工均采用93外圆车刀,为节省刀具数量,粗精车合用一把外圆车刀。工件的切断使用一把4mm宽车断刀,采用手动方式进行加工。3
3、.确定装夹方案、工件原点(1)装夹方案工件毛坯为?30mm90mm铝棒,因工件只需单头加工,所以只需一次装夹即可完成加工。夹具选用自定心卡盘,装夹面选择工件左端毛坯外圆,伸出长度48mm(取5560mm),加工工件所有部分。(2)工件原点以右端面与轴线的交点为工件原点建立工件坐标系(采用试切对刀建立)。1.准备工作材料的准备见表3-1,设备的准备见表3-2,数控加工刀具的选择见表3-3,工具、量具的准备见表3-4。表3-1材料的准备表3-2设备的准备表3-3数控加工刀具的选择表3-4工具、量具的准备要求学生在准备工具、量具、刀具的过程中始终贯彻7S规范管理。根据之前阶梯轴的加工工艺分析的结果制
4、订工艺卡片,见表3-5。2.制订工序卡片表3-5数控加工工艺卡片表3-5数控加工工艺卡片3.编写数控加工程序根据制订的加工工艺过程,使用广数GSK980TD系统规定的程序语句,编写零件的数控加工程序,见表3-6。表3-6数控加工程序表3-6数控加工程序表3-6数控加工程序加工完成的零件如图3-2所示。图3-2加工完成的零件表3-7数控车床加工操作流程4.加工操作步骤按照表3-7的操作流程,操作数控车床,完成阶梯轴的加工。1.相关工艺知识阶梯轴的加工主要是外圆和平面的车削组合,故在加工时必须兼顾外圆尺寸精度和台阶长度的要求。(1)阶梯轴的技术要求阶梯轴通常与其他零件配合使用,因此它的技术要求一般
5、有以下几点。1)各段外圆的同轴度。2)外圆的台阶平面的垂直度。3)台阶平面的平面度。4)外圆和台阶相交处的清角。5)表面粗糙度及热处理要求:轴上重要配合安装面的表面粗糙度要求为Ra1.6m,常用45钢调质处理安排在粗加工之后。(2)车刀的选择和装夹车台阶工件时,为保证台阶平面和轴线垂直,应取主偏角大于90(一般为93),如图3-3所示。车刀安装时伸出刀架长度控制在1.5倍刀厚,以保证足够的刀具刚性满足较大的背吃刀量与进给速度要求。除93外圆车刀外,根据阶梯轴上的结构特点一般还要用到45偏刀、车槽(断)刀等。(3)切削用量的选择1)背吃刀量(ap)。选用机夹数控车刀时,参考刀片切削性能表,查取即
6、可。粗车时一般在综合考虑机床功率和工艺系统刚性后,尽量取大值,根据经验取ap=23mm,精车时的背吃刀量取ap=0.20.5mm。图3-3车刀的装夹2)进给量(f)。具体数值根据工件和刀具材料来决定,一般粗车时取f=0.20.5mm/r,精车时取f=0.050.15mm/r。3)切削速度(vc)。用硬质合金刀片车削外圆时,切削速度取150200m/mi,粗车时以毛坯外径根据公式n=计算转速,精车时以小端外计算转速n。4)阶梯轴的车削方法。车阶梯轴一般分粗车、精车进行。对于低台阶工件,因相邻圆柱直径差较小,可用外圆车刀一次车出,如图3-4a所示,机加工路线为ABCDE。当工件上相邻两圆柱直径差较
7、大时,应采用分层切削,如图3-4b所示,粗加工路线为A1B1、A2B2、A3B3,精加工路线为ABCDE。图3-4台阶的车削方法示意a)低台阶车削法b)高台阶车削法(1)快速定位G00(模态01组,开机状态)指令格式:G00X(U)Z(W);说明:X、Z为绝对编程时,目标点在工件坐标系中的坐标;U、W为增量编程时刀具移动的距离。2.相关编程知识阶梯轴的形状基本上由直线和45倒角连接组成,工件形状简单且加工余量不多,故可以使用G00、G01基本插补指令编程,这些指令的详细用法说明如下。功能:G00指令刀具相对于工件以各轴预先设定的速度,从当前位置快速移动到程序段指令的定位目标点。G00指令中的快
8、移速度由机床参数“快移进给速度”对各轴分别设定,快移速度可由面板上的快速修调按钮修正。主要用来完成快速辅助定位,不得参与直接的切削加工。提醒:在执行G00指令时,由于各轴以各自的速度移动,不能保证各轴同时到达终点,因此,联动直线轴的合成轨迹不一定是直线,操作人员必须格外小心,以免刀具与工件发生碰撞。常见G00运动轨迹如图3-5所示,从点A到点B的常见方式有直线AB和折线AEB。折线的起始角是固定的(如=22.5或45),它取决于各坐标的脉冲当量。例如,需将刀具从起点S快速定位到目标点P,如图3-6所示,其编程方法见表3-9。G00为模态指令,可由G01、G02、G03等功能注销。目标点位置坐标
9、可以用绝对值,也可以用相对值,甚至可以混用。图3-6绝对、相对、混合编程实例图3-5G00定位轨迹图表3-9绝对、相对、混合编程方法(2)直线插补G01指令格式:G01X(U)Z(W)F;说明:X、Z为绝对编程时目标点在工件坐标系中的坐标;U、W为增量编程时目标点坐标的增量;F为进给量。功能:G01指令使刀具以一定的进给量,从所在点出发,直线移动到目标点。通常完成一个切削加工过程。提醒:1)G01程序段中必须含有F指令值或已经在之前的01组代码中指定。2)G01为模态指令,F指令字也具备模态功能。相关指令:F进给量由两种指定方式,用G98指令每分进给方式(单位为mm/min)和用G99指令每转
10、进给方式(单位为mm/r),若要指定为每分进给方式,需在执行基本插补指令前加入G98指令(开机态),若要指定为每转进给方式,则需在基本插补指令前加入G99指令,G98和G99指令可以相互切换,均为模态指令,本书中的编程实例均采用G99方式。【例3-1】应用G00、G01指令加工图3-7所示的零件,只要求编写精加工轨迹的程序。精车程序如下:N10T0101G99;/换1号外圆车刀,执行01号刀补,设置为每转进给方式N20M03S1200;/主轴正转,转速1200r/min图3-7精车实例N30G00X10Z2M08;/快速定位至加工起点,切削液开N40G01Z0F0.12;/工进至倒角切削起点N
11、50X12Z-1;/倒角C1N60Z-7.5;/精车?12mm外圆,长7.5mmN70X15W-5;/精车外圆锥N80X17;/精车台阶面N90X19W-1;/倒角C1N100Z-19;/精车?19mm外圆,长19mmN110X26;/精车台阶面,并退刀N120G00X100Z100;/快速返回换刀点N130M30;/程序结束3.零件的检测方法1)常用阶梯轴的测量工具有游标卡尺、千分尺、深度游标卡尺和卡规等。2)阶梯轴零件的检测部位以外径、长度、深度尺寸为主。对自由公差的部位,一般选用游标卡尺;对有一定公差要求的部位,测量通常在IT8级以上,选用外径千分尺(测外径、长度)和深度千分尺(测深度)
12、,表面粗糙度则可根据经验目测或使用粗糙度样板对比测定。4.常用量具及使用方法千分尺是一种精密量具,其测量精度比游标卡尺高。按其用途可分为外径千分尺、内径千分尺、深度千分尺、公法线千分尺和螺纹千分尺等。常用外径千分尺的规格有025mm、2550mm、5075mm等,各规格之间是以25mm为行程划分的。外径千分尺的使用方法见表3-10。表3-10外径千分尺的使用表3-10外径千分尺的使用 1.对阶梯轴加工后的尺寸精度和表面粗糙度进行分析讨论。2.如何正确使用千分尺测量工件外圆,分析造成测量不正确的几种情况及纠正方法。任务二外沟槽零件的加工与切断 本任务为加工带多处沟槽的轴类零件,如图3-9所示。学
13、生在认真分析零件图样基础上,选择合适的数控刀具,拟订合理的走刀路线,制订完善的加工方案,完成数控加工程序的编制。操作数控机床完成工件的数控加工,最后完成对工件加工质量的检测与分析。图3-9直槽轴 1.了解常见外沟槽的种类。2.学会编制加工外沟槽的数控加工程序。3.掌握车槽和车断的操作要领。4.掌握外沟槽的加工工艺分析和切削用量的选用原则。5.掌握槽类工件的检测方法。1.零件图样分析如图3-9所示,该零件加工面主要有端面、倒角、台阶和外沟槽。总长要求为420.25mm,工件通过切断保证总长尺寸。2.选择刀具零件外圆和端面的加工均采用93外圆车刀,车槽和车断使用一把4mm宽车断刀,车槽和车断采用编
14、程方式加工。3.确定装夹方案、工件原点(1)装夹方案工件毛坯为?30mm100mm棒料,材料为2A12。因工件只需单头加工,所以只需一次装夹即可完成加工。夹具选用自定心卡盘,装夹面选择工件左端毛坯外圆,伸出长度46mm(取5060mm),加工工件所有部分。(2)工件原点以右端面与轴线交点为工件原点建立工件坐标系(采用试切对刀建立)。1.准备工作材料的准备见表3-12,设备的准备见表3-13,数控加工刀具的准备见表3-14,工具、量具的准备见表3-15。表3-12材料的准备表3-13设备的准备表3-14数控加工刀具的准备表3-15工具、量具准备单要求学生在准备工具、量具、刀具的过程中始终贯彻7S
15、规范管理。表3-16数控加工工艺卡片2.制订工序卡片根据直槽轴的加工工艺分析结果制订工艺卡片,见表3-16。表3-16数控加工工艺卡片3.编写数控加工程序根据前面所制订的加工工艺过程,使用GSK980TD系统规定的程序语句,编写零件的数控加工程序,见表3-17和表3-18。表3-17数控加工程序(一)表3-17数控加工程序(一)完成本程序加工后,零件如图3-10所示。图3-10加工完成的零件表3-18数控加工程序(二)表3-18数控加工程序(二)表3-18数控加工程序(二)完成本程序加工后的工件如图3-11所示。图3-11完成表3-18程序加工的工件掉头,第次装夹,用1号外圆车刀平端面,保证总
16、长。最后完成后工件如图3-12所示。图3-12完成的工件4.加工操作步骤按照表3-19的所列的操作流程,操作数控车床,完成直槽轴的加工。表3-19数控车床加工操作流程表3-19数控车床加工操作流程 1.相关工艺知识轴类工件上通常有各种外沟槽,如退刀槽、V形槽、圆弧槽等。沟槽一般是在加工中起到退刀的作用,并在安装零件时提供一个准确的轴向位置。(1)外沟槽的种类和作用常见的外沟槽形状有矩形、圆弧形和梯形,如图3-13所示。矩形槽除了在车螺纹、磨削和插齿作退刀之外,还有一些其他功用。梯形槽是安装V带的沟槽;圆弧形槽用作滑轮和圆带传动的带轮沟槽。图3-14车槽和车断(2)车矩形槽和切断的区别车槽是在工
17、件上车出所需形状和大小的沟槽,车断是把工件分离开来。用于车削矩形槽的主切削刃必须与工件的素线平行,而用于车断的主切削刃与工件素线最好有一个夹角(也可以平行),如图3-14所示。图3-13各种外槽a)矩形槽b)圆弧形槽c)梯形槽(3)外槽刀的安装安装时,要求主切削刃和工件素线平行,其几何中心与主轴轴线垂直,两副偏角对称。可以用光隙法检查切槽刀安装的正确性。刀体不宜伸出过长,同时主切削刃要与工件回转中心等高(或略高出工件回转中心0.01倍的工件外径),否则在车断实心工件时,不能车到中心,而且容易折断刀具。(4)车槽刀和车断刀刀片部分几何尺寸的确定车断刀刀头长度:L=D/2+(23)mm(车断实心材
18、料)(3-2)L=h+(23)mm(3-3)式中 L车槽刀刀头长度(mm);D被车断工件直径(mm);h被车断工件壁厚(mm)。车槽刀刀头长度:L=槽深+(23)mm(3-1)2)进给量(f)。切断和车槽时,因为车断刀和车槽刀刀头刚性不足,所以不易选较大的进给量。3)切削速度(vc)。用高速钢车刀车断钢料件时,vc=3040m/min;车断铸铁材料件时,vc=1520m/min;车断硬铝材料时,vc=6080m/min。(5)车断和车外沟槽时的切削用量1)背吃刀量(ap)。车断、车外沟槽一般为横向进给切削,背吃刀量ap是垂直于已加工表面所量得的切削层宽度。G90X(U)Z(W)F;X、Z为外圆
19、切削终点的绝对工件坐标值;U、W为外圆切削终点相对于循环起点的坐标。G90指令完成如图3-15所示1234路径的循环操作,动作形式及坐标地址定义也如图3-15所示。2.内外径单一固定循环G90本任务中使用了G90指令编写工件台阶部分的程序,采用简化编程指令用法简单可以大大缩短程序长度,提高编程效率。用法说明如下。指令格式:图3-15外圆切削循环图3-16外圆切削循环举例【例3-2】应用G90指令加工图3-16所示的零件。N10T0101G99;换1号外圆车刀,执行01号刀补,设定为每转进给方式N20M03S1000;N30G00X52Z2M08;快速定位至循环起点N40G90X45Z-24.9
20、F0.2;调用外圆切削循环,粗车N40N60,N50X40;N60X35.5;数控加工程序如下。N70X35Z-25F0.1S1400;精车N80G00X100Z100;N90M30;3.外沟槽加工相关编程指令矩形外沟槽的加工分窄槽和宽槽加工。窄槽加工时,可以用刀头宽度等于槽宽的车槽刀,一次进给车出,如图3-17所示。在刀具车至槽底时,使用G04指令停留一定时间。当槽宽尺寸较大(大于车槽刀刀头宽度),应采用多次进给方法完成粗加工,并在槽底和槽两侧留出一定的精车余量,然后根据槽底、槽宽的尺寸进行精加工。宽槽加工的刀具路线如图3-18所示。为简化编程宽槽也可以采用G75车槽复合循环指令加工完成。图
21、3-17窄槽加工方法图3-18宽槽加工示意图a)宽槽粗加工b)宽槽精加工1)指令格式:G04 X/P;(X、P为暂停时间)X后面可用带小数点的数,单位为秒(s)。例如,G04 X2.5;表示前道程序执行完后,要经过2.5s的进给暂停,才能执行下面的程序段。P后面不允许有小数点,单位为毫秒(ms),如G04 P2000表示暂停2s。2)用途:常用于车槽、锪孔等零件底部无进给光整加工,以提高零件表面质量。(2)G75外圆车槽复合循环用于外径及内径的断续切削,走刀路线如图3-19所示,如果把Z(W)和Q值省略,则用于外圆槽的断续车削。格式:G75R(e);(1)G04进给暂停指令G75X(U)Z(W
22、)P(i)Q(k)R(d)F(f);图3-19G75切槽循环的刀具轨迹e为每次沿Z方向车削i后的退刀量。根据程序指令,参数值也改变;X为点C的X方向绝对坐标值;U为点A到点C的增量;Z为点B的Z方向绝对坐标值;W为点A到点B的增量;i为X方向的每次循环移动量(无符号,单位为m);k为Z方向的每次切削移动量(无符号,单位为m);d为切削到终点时Z方向的退刀量,通常不指定,省略d时,则视为0;f为进给速度。应用外圆车槽复合循环指令,如果使用的刀具为车槽刀,则该刀具具有两个刀尖,通常设定左刀尖为该刀具的刀位点,在编程之前先要设定刀具的循环起点。如果工件槽宽大于车槽刀的刀宽,则要考虑切削刃轨迹的重叠量
23、,使刀具在Z轴方向位移量k小于车槽刀的宽度。【例3-3】应用G75指令编写图3-20所示宽槽的加工程序,并用G75指令编写切断工件的程序,总长留余量1mm,外圆?60mm已经加工完毕,取车槽(断)的刀宽为4mm,刀位点为左刀尖。图3-20切槽循环G75举例参考程序如下。O0075;G99G97T0202S500M03;/换2号车断刀,主轴正转,转速500r/minG0X70Z-27.3M08;/定位至车宽槽循环起点,切削液开G75R1.0;/设定车槽退刀量为1mmG75X40.5Z-40.7P2500Q3800F0.08;/设定车槽循环参数,每次粗车径向进刀2.5mm(半径量),Z向进刀每次3
24、.8mm,槽两侧留0.3mm,槽底留0.25mm的精车余量G01X70Z-26F1;/定位至宽槽右侧,倒角X60;/定位切削起点X58W-1F0.1;/倒角C1X40;/精车槽右侧面Z-41;/精车槽底X58;/精车槽左侧面X61W-1.5;/倒角C1,并延伸至X61G0Z-65;/定位至车断起点G75X1P3000F0.08;/车断工件G0X150;/X向退刀至安全位置Z150;/Z向退刀M30;/程序结束图3-21外沟槽的检查和测量 4.常见的外沟槽检测方法精度较低的外沟槽,可用金属直尺和卡钳测量。精度要求较高的外沟槽,可用千分尺、样板和游标卡尺等检测,如图3-21所示。2.分析讨论车断刀
25、折断的原因及预防方法。3.车断刀和车槽刀装夹时的注意事项有哪些?1.分析直槽轴加工后的尺寸精度和表面粗糙度,讨论改进表面质量的办法。任务三锥度轴的加工 本任务为加工图3-23所示的锥度轴。学生需要分析零件图样,选择合适的数控车刀,拟订合理的走刀路线,制订完善的加工方案,按规定数控系统指令格式编制加工程序。操作数控车床完成工件的加工,最后对工件的加工质量进行检测与分析。图3-23锥度轴 1.了解圆锥的定义和作用。2.会进行圆锥各项几何参数的计算。3.掌握车削外锥面的走刀路线和相关编程指令。4.掌握圆锥面的检测方法。1.零件图样分析如图3-23所示,该零件加工面主要为端面、外圆、圆锥、倒角、台阶和
26、外沟槽。总长要求为1080.1mm,外圆和外锥面的表面质量要求为Ra1.6m。工件材料为2A12(硬铝),属于易加工材料。2.选择刀具零件外圆、锥面及端面的加工均采用93外圆车刀,外槽的加工选用一把3mm宽的车槽刀。3.确定装夹方案、工件原点(1)装夹方案工件毛坯为?50mm110mm棒料,材料为2A12。用自定心卡盘装夹。第次装夹选择工件左端,夹住毛坯?50mm外圆,伸出卡盘长度35mm(取4045mm),加工工件的右端轮廓。第次装夹选择已经加工的工件右端?28mm外圆,轴向用右侧的第一个台阶面定位。(2)工件原点以右端面与轴线交点为工件原点建立工件坐标系(采用试切对刀建立)。1.准备工作材
27、料的准备见表3-22,设备的准备见表3-23,数控加工刀具的准备见表3-24,工具、量具的准备见表3-25。表3-22材料的准备表3-24数控加工刀具的准备表3-23设备的准备表3-25工具、量具的准备要求学生在准备工具、量具、刀具的过程中始终贯彻7S规范管理2.制订工艺卡片根据对锥度轴的加工工艺分析结果制订数控加工工艺卡片,见表3-26。表3-26数控加工工艺卡片表3-26数控加工工艺卡片3.编写数控加工程序根据制订的加工工艺,使用GSK980TD系统规定的程序语句,编写零件的数控加工程序,见表3-27和表3-28。表3-27数控加工程序(一)表3-27数控加工程序(一)完成本程序加工后的工
28、件如图3-24所示。图3-24完成表3-27程序加工的工件表3-28数控加工程序(二)表3-28数控加工程序(二)最后完成加工后的零件如图3-25所示。图3-25完成表3-28程序加工的零件按照表3-29所列的操作流程操作数控车床,完成锥度轴的加工。表3-29数控车床加工操作流程4.加工操作步骤表3-29数控车床加工操作流程表3-29数控车床加工操作流程 1.相关工艺知识外圆锥面是轴类零件上的典型特征,它是由倾斜于轴线的素线绕轴线旋转360所形成的表面。一般锥度轴有短锥和长锥、顺锥和逆锥之分。外圆锥面应用很广,主要应用于与内圆锥的配合,并能做到无间隙配合,起到自动定心的作用。小锥度的轴与锥孔还
29、能形成自锁,起到紧固的作用。例如,车床主轴锥孔与前顶尖锥柄的配合,车床尾座锥孔与麻花钻锥柄的配合等。2.圆锥计算图3-26外圆锥的主要尺寸外圆锥和内圆锥的各部分名称、代号及计算公式均相同,外圆锥的主要尺寸如图3-26所示。锥度:圆锥半角:式中 圆锥的锥角(/2为圆锥半角)();L锥面轴向长度(mm)D锥面大端直径(mm);d锥面小端直径(mm)。3.双曲线误差的产生根据圆锥体形成的原理可知,圆锥素线是一条直线。如果用一个平行并离开圆锥度轴线的剖切平面将圆锥体剖开,其剖面的外形则是双曲线,如果在车削圆锥时,车刀刀尖未与车床主轴轴线等高,则圆锥表面均会产生双曲线误差,如图3-27所示,该误差是不可
30、能通过简单修改加工程序(调整锥度大小)消除的,最好的解决办法就是调整车刀的装夹高度,使其刀尖严格对准车床主轴的旋转中心。图3-27圆锥表面的双曲线误差a)车外锥时的误差b)车内锥时的误差4.圆锥的检验测量锥度的常用方法有用锥套规和用游标万能角度尺测量。(1)用锥套规测量锥形套规用于测量外锥面,锥形塞规用于测量内锥面。测量时,先在套规或内外锥面上涂上显示剂,再与被测锥面配合,转动量规,拿出量规观察显示剂的变化,如果显示剂摩擦均匀,说明圆锥接触良好,锥角正确。如果套规的小端擦着大端没有擦着,说明圆锥角小了;反之,则说明锥角大了。(2)用游标万能角度尺测量用游标万能角度尺测量工件角度的范围大,测量精
31、度为25。1)结构。游标万能角度尺简称万能角度尺,可以测量0320范围内的任意角度。测量时基尺带着尺身沿着游标转动,当转到所需的角度时,可以用制动器锁紧。卡块将90角尺和直尺固定在所需的位置上。测量时转动背面的捏手,通过小齿轮转动扇形齿轮,使基尺改变角度。2)读数方法。游标万能角度尺如图3-28所示,它的读数方法与游标卡尺的相似,分度值有2和5两种。下面以常用的分度值为2的游标万能角度尺为例,介绍其读数方法,如图3-29所示。图3-28游标万能角度尺图3-29游标万能角度尺读数 用与尺身刻线对齐的游标上的刻线格数,乘以游标万能角度尺的分度值,得到角度的“”值,即82=16。从尺身上读出游标“0
32、”线左边角度的整度数(),尺身上每格为1;即读出整度数为2,如图3-29所示。两者相加就是被测圆锥的角度值,即2+16=216。5.相关编程知识(1)外径粗车复合循环G711)G71外径粗车复合循环指令的刀具轨迹如 图 3-2 7 所 示,其 数 控 工 艺 过 程是:粗车(去除大量余量并留精加工余量 w、u/2)精 车(去 除 余 量 达 到图样要求),其轨迹如图3-30所示。根据精加 工 的 加 工 路 线 及 粗 加 工 的 背吃刀量,系统会自动计算粗加工走刀路线和走刀次数。图3-30G71外径粗车复合循环指令的轨迹到循环始点G71U(d)R(e);/设置背吃刀量退刀量G71P(ns)Q
33、(nf)U(u)W(w)F(f1);/设置精加工轮廓起止程序段号,精加工余量,粗车进给量/精加工轮廓描述2)编程格式。G00XZ;/快速定位e:每次退刀量。ns:精加工路径第一程序段的段号。nf:精加工路径最后程序段段号。u:X向精加工余量。w:Z向精加工余量。f1:粗加工循环时所用的进给量。f2:精加工时所用的进给量。3)参数说明。d:背吃刀量(每次的切削深度)。只要指定精加工的加工路线及粗加工的背吃刀量,系统会自动计算粗加工走刀路线和走刀次数。切削进给方向平行于Z轴。粗加工之后留出精加工余量。【例3-4】:用外径粗加工复合循环编制图3-31所示零件的数控加工程序。循环起始点的坐标为(50,
34、5),背吃刀量为1.5mm(半径量),退刀量为1mm,X向精加工余量为0.4mm,Z向精加工余量为0.1mm,工件毛坯为直径45mm的铝棒。4)G71的特点。图3-31外径粗加工复合循环举例N1T0101;N2M03S400G98;/主轴以400r/min正转N3G00X50Z5;/刀具到循环起点位置N4G71U1.5R1;N5G71P5Q16U0.4W0.1F100;/粗车,背吃刀量1.5mm;为精加工留X向0.4mm、Z向0.1mm的余量N6G00X4;N7G01Z1;/精车轮廓O0071N8G01X10Z-2;/精车倒角C2N9Z-20;/精车?10mm外圆N10G02U10W-5R5;
35、/精车R5mm圆弧N11G01W-10;/精车?20mm外圆N12G03U14W-7R7;/精车R7mm圆弧N13G01Z-52;/精车?34mm外圆N14U10W-10;/精车外圆锥N15W-20;/精车?44mm外圆,精车轮廓结束N16X50;/退出已加工面N17G00X80Z80;/返回换刀点N18M05;/主轴停N19M30;/主程序结束并复位ns为精加工轮廓程序段中开始程序段的段号;nf为精加工轮廓程序段中结束程序段的段号。在G71、G72、G73程序应用例中的nf程序段后再加上“G70 Pns Qnf”程序段,并在nsnf程序段中加上精加工适用的F、S、T,就可以完成从粗加工到精加
36、工的全过程。(2)精加工循环G70由G71、G72、G73完成粗加工后,可以用G70进行精加工。精加工时,G71、G72、G73程序段中的F、S、T指令无效,只有在nsnf程序段中的F、S、T才有效。编程格式:G70P(ns)Q(nf);2.讨论G71指令适合加工轴类工件的形状有什么要求。1.分析锥度轴加工后的尺寸精度和表面粗糙度,讨论改进圆锥加工质量的办法。任务四成形轴的加工 本任务为加工图3-33所示的球头轴。学生在认真分析零件图样的基础上,选择合适的数控刀具,拟订合理的走刀路线,制订完善的加工方案,完成数控加工程序的编制。操作数控车床完成工件的数控加工,最后完成对工件加工质量的检测与分析
37、。图3-33球头轴 1.了解外圆弧的加工方法。2.能根据圆弧的顺逆,掌握G02、G03圆弧指令的正确用法。3.会正确选择圆弧加工刀具的角度。4.掌握使用G73封闭循环指令加工带有凹凸圆弧的外轮廓。5.掌握圆弧半径的检查方法。1.零件图样分析球头轴如图3-33所示,该零件主要加工面为外圆、凸凹圆弧、圆角和外沟槽。2.选择刀具零件外圆加工采用93外圆车刀,为避免外圆副切削刃在圆弧加工时与圆弧发生干涉,选用一把尖头外圆车刀。外沟槽的加工选用一把刀宽为4mm的车槽刀。3.确定装夹方案、工件原点(1)装夹方案工件毛坯为?50mm115mm的铝棒,用自定心卡盘装夹。第次装夹选择工件左端,夹持毛坯?50mm
38、外圆,伸出卡盘长度35mm(取4045mm),加工工件的左侧轮廓;第次装夹选择已经加工好的工件右端?30mm外圆,轴向用右侧的台阶面定位。(2)工件原点装夹以右端面与轴线交点处建立工件坐标系(采用试切对刀建立)。1.准备工作材料的准备见表3-32,设备的准备见表3-33,数控加工刀具的准备见表3-34,工具、量具的准备见表3-35。表3-32材料的准备表3-33设备的准备表3-34数控加工刀具的准备表3-35工具、量具的准备要求学生在准备工具、量具、刀具的过程中始终贯彻7S规范管理。2.制订工序卡片根据球头轴的加工工艺分析结果制订工艺卡片,见表3-36。表3-36数控加工工艺卡片表3-36数控
39、加工工艺卡片3.编写加工参考程序根据前面所制订的加工工艺过程,使用GSK980TD系统规定的程序语句,编写零件的数控加工程序,见表3-37和表3-38。表3-37数控加工程序(一)表3-37数控加工程序(一)表3-37数控加工程序(一)本程序加工完后的工件如图3-34所示。图3-34完成表3-37程序加工的工件表3-38数控加工程序(二)表3-38数控加工程序(二)本程序加工完后的零件如图3-35所示。图3-35完成表3-38程序加工的零件按照表3-39的所列的操作流程,操作数控车床,完成球头轴的加工。4.加工操作步骤表3-39数控车床加工操作流程表3-39数控车床加工操作流程 1.相关工艺知
40、识常见成形轴的素线由圆弧曲线间光滑连接组成的,如普通车床的操纵手柄,复杂的成形轴由二次曲线(椭圆、抛物线等)组成,圆弧等成形轮廓主要应用在工艺五金件中,常见有门把手、蜡台座、手电筒外壳等。(1)成形轴的常见技术要求1)圆弧的尺寸及形状要求。2)有配合要求弧面有圆跳动、同轴度要求。3)圆弧的光滑连接及表面粗糙度、硬度要求。(2)车刀的选择与装夹车圆弧表面时应考虑到圆弧的形状位置连接情况及精度要求。1)不同形状的圆弧。例如,加工凸圆弧时应考虑刀具的副后角大于圆弧终点处的切出角,如图3-36所示加工凹圆弧考虑刀具的副后角大于圆弧起点的切入角。2)不同精度要求的圆弧。圆弧尺寸要求不高时,一般选用一把R
41、0.2mm的偏刀,不加刀补加工。对圆弧连接及尺寸有特殊要求时可选用成形车刀,通过加刀尖补偿方式试切精加工。3)工件上的半径较小的凹弧。如图3-37所示圆弧槽通常选用一般等半径的成形车刀采用直进法加工。图3-36圆弧加工切入角a)切凸圆弧b)切凹圆弧图3-37小凹圆弧 (3)成形轴加工时切削用量的选择切削用量的选择应根据加工性质及所选用的刀具类型不同,结合具体的加工条件,通过查阅相关手册而定,或根据试加工经验确定。由于加工圆弧过程中刀具刀尖切削点的位置及副切削刃与加工表面形成的角度不断变化,刀尖部分的受力点受力面会发生变化粗加工时尤为明显,加工尖头刀的刀头部分刚性差。所以切削厚度、进给率可以参照
42、一般外圆加工减少20%30%。精加工时应尽量使精加工余量均匀;通常取精加工余量0.10.25mm。(4)成形轴的车削方法成形面的加工一般是粗加工和精加工分开进行。圆弧加工的粗加工与一般外圆、锥面的粗加工不同。曲线加工的切削用量不均匀,背吃刀量过大,容易损坏刀具,在粗加工中要考虑加工路线和切削方法。其总体原则是在保证背吃刀量尽可能均匀的情况下,减少走刀次数及空行程。(1)封闭切削循环封闭切削循环是一种复合固定循环,如图3-38所示。封闭切削循环适用于对铸、锻件毛坯切削,对零件轮廓的单调性则没有要求。图3-38G73循环路线2.相关编程知识1)编程格式:G73U(i)W(k)R(d)G73P(ns
43、)Q(nf)U(u)W(w)F(f)S(s)T(t)2)参数说明:i:X轴向总退刀量。k:Z轴向总退刀量(半径值)。d:重复加工次数。ns:精加工轮廓程序段中开始程序段的段号。nf:精加工轮廓程序段中结束程序段的段号。u:X轴向精加工余量。w:Z轴向精加工余量。f、s、t:F、S、T代码。提醒:G73粗车循环过程中,刀尖补偿功能暂时不起作用,为避免过切,应留出较大的精加工余量。一般U向取2倍的刀尖半径值。图3-39G73循环应用举例【例3-5】按图3-39所示尺寸编写封闭切削循环加工程序。N01T0101;/换1号外圆仿形车刀,建立刀具补偿N20G99M03S2000;/主轴正转,转速2000
44、r/min,设置为每转进给方式N30G00G42X140Z40M08;/建立刀尖半径右补偿,定位至循环起点N35G50S2500;/限定主轴最高转速N40G96S80;/设定恒线速度切削速度80m/minN50G73U9.5W9.5R10;/X、Z向总退刀量设定为9.5mm,循环10次程序如下:N60G73P70Q130U1W0.5F0.3;/精加工余量X向0.5mm(半径值)Z向0.5mmN70G00X20Z0;/精车轮廓描述N80G01Z-20F0.15;N90X40Z-30;N100Z-50;N110G02X80Z-70R20;N120G01X100Z-80;N130X105;/nfN1
45、35G70P70Q130F0.12/精车N140G00X200Z200G40;/返回换刀点,取消刀尖半径补偿N150M30;/程序结束 1.分析球头轴加工后的尺寸精度和表面粗糙度,讨论改进圆弧表面加工质量的办法。2.结合本任务的圆弧加工,分析如何计算圆弧的加工干涉角度。任务五螺纹轴的加工 本任务为加工图3-41所示的带外直螺纹的螺纹轴。学生在认真分析零件图样的基础上,选择合适的数控刀具,拟订合理的走刀路线,制订完善的加工方案,完成加工程序的编制。操作数控机床完成工件的数控加工,最后完成对工件加工质量的检测与分析。图3-41螺纹轴 1.能够识读螺纹的标注含义。2.会选用螺纹加工刀具。3.掌握螺纹
46、的切削参数的选择。4.能编制外直螺纹的数控加工程序。5.掌握螺纹轴工件的检测技术。1.零件图样分析螺纹轴如图3-41所示,该零件加工面主要为端面、倒角、外圆、外螺纹和外沟槽。外圆尺寸精度要求各处外径公差在0.033mm或0.039mm,总长要求为9mm,螺纹的公差等级为6g。2.选择刀具零件外圆和端面的加工均采用93外圆车刀,车槽和车断使用一把4mm宽的车断刀,螺纹加工选择数控螺纹车刀。3.确定装夹方案、工件原点1)装夹方案。工件毛坯为?45mm98mm棒料,因工件两端对同轴度、圆跳动无特定要求,可以选用自定心卡盘分两次装夹,第次装夹选择工件右端毛坯外圆,伸出长度为5560mm,加工工件左端所
47、有部分;第次装夹包铜片夹持左端已加工?35mm外圆处。2)工件原点。以右端面与轴线的交点为工件原点建立工件坐标系(采用试切对刀建立)。1.准备工作材料的准备见表3-42,设备的准备见表3-43,数控加工刀具的准备见表3-44,工具、量具的准备见表3-45。表3-42材料的准备表3-43设备的准备表3-44数控加工刀具的准备表3-45工具、量具的准备要求学生在准备工具、量具、刀具的过程中始终贯彻7S规范管理。根据螺纹轴的加工工艺分析结果制订数控加工工艺卡片,见表3-46。2.制订工序卡片表3-46数控加工工艺卡片表3-46数控加工工艺卡片3.编写数控加工程序根据前面所制订的加工工艺过程,使用GS
48、K980TD系统规定的程序语句,编写零件的加工程序,见表3-47和表3-48。表3-47数控加工程序(一)表3-47数控加工程序(一)完成本程序加工后的工件如图3-42所示。图3-42完成表3-47程序加工的工件表3-48数控加工程序(二)表3-48数控加工程序(二)表3-48数控加工程序(二)表3-48数控加工程序(二)完成本程序加工后的零件如图3-43所示。图3-43完成表3-48程序加工的零件按照表3-49的所列的操作流程,操作数控车床,完成螺纹轴的加工。4.加工操作步骤表3-49数控车床加工操作流程表3-49数控车床加工操作流程 1.相关工艺知识车削螺纹是数控车床上主要的加工任务。螺纹
49、是刀具的直线移动与主轴旋转运动按严格的比例同时运动形成的,即刀具在工件轮廓上按设定的螺旋轨迹切削形成螺旋槽。螺纹车刀具属于成形刀,螺距和尺寸精度受机床精度影响,牙型精度则由刀具精度保证。(1)普通螺纹的几何参数普通螺纹如图3-44所示,各参数说明如下:图3-44普通螺纹的几何参数1)公称直径,指螺纹大径的基本尺寸,包括外螺纹顶径和内螺纹底径。2)螺纹小径,包括外螺纹底径和内螺纹顶径。3)螺纹中径,是一个假想圆柱的直径,该圆柱剖切面牙型的沟槽和凸起宽度相等。4)螺距,是螺纹上相邻两牙在中径上对应点间的轴向距离。5)导程,是同一条螺旋线上相邻在中径上对应点间的轴向距离。6)理论牙型高度,是在螺纹牙
50、型上牙顶到牙底之间,垂直于螺纹轴线的距离。(2)螺纹加工尺寸分析与螺纹切削用量选用1)外直螺纹加工相关尺寸计算。车螺纹时,零件材料因受车刀挤压而使外径胀大,因此,螺纹部分的零件外径应比公称直径小0.20.4mm。可按经验公式取。2)普通螺纹牙型如图3-45所示。在实际加工中,为便于计算,可不考虑螺纹车刀的刀尖半径r的影响,通常取螺纹实际牙高:h实=0.65P螺纹实际小径:d1计=d-2h实=d-1.3P图3-45螺纹的牙高图3-46螺纹加工参数【例3-6】车削图3-46所示零件中的M302外螺纹,材料为45钢。试计算实际车削时的外径d计及螺纹实际小径d1计。解:根据上述分析,其相关计算如下:实
