5数控机床编程与操作教材.doc

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1 安徽金寨职业学校 目录 项目一数控车床基础知识... 1 任务一数控车床选用 数控车床的结构 数控车床类型选择 工艺范围 车削刀具 坐标系统 任务二数控车削加工工艺 数控车削加工工艺分析及内容 数控车削加工工艺路线的拟定 零件的定位与夹具的选择 数控车削加工刀具及其选择 数控车削加工的切削用量选择 数控加工工艺文件编制 项目二阶梯轴类零件的编程与加工 任务一工艺分析 分析零件图样 制定工艺路线 外圆刀具使用 夹具选择 切削用量选择 任务二零件程序编制 数控车床坐标系 数控程序格式 G 指令 M S F 指令 台阶轴数控程序 任务三阶梯轴类零件加工与机床操作 数控车床安全操作规程 程序编辑及效验 外圆刀对刀及零件加工 任务四零件精度检测 游标卡尺 表面粗糙度样板 项目三圆弧曲面类零件的编程与加工 任务一工艺分析 分析零件图样 制定工艺路线 切槽刀具使用 切削用量选择 编制工艺文件 任务二零件程序编制 外径粗车固定循环指令 G

2 3.2.2 刀具半径补偿指令 T 指令 圆弧曲面零件数控程序 任务三圆弧曲面零件加工与机床操作 程序编辑及效验 切槽刀对刀及零件加工 任务四零件精度检测 外径千分尺 R 规 项目四螺纹连接类零件的编程与加工 任务一工艺分析 螺纹加工方法 : 制定工艺路线 外螺纹刀具使用 切削用量选择 编制工艺文件 任务二零件程序编制 单行程螺纹切削指令 G 螺纹固定循环指令 G 螺纹切削复合循环指令 G 任务三螺纹连接类零件加工与机床操作 程序编辑及效验 螺纹刀对刀及零件加工 任务四零件精度检测 螺纹千分尺 螺纹环规 项目五盘套类零件的编程与加工 任务一 : 零件工艺分析 盘套零件的结构特点 制定工艺路线 孔加工方法及常用刀具 切削用量选择 编制工艺文件 任务二零件程序编制 内径粗车固定循环指令 G 内槽加工 内螺纹加工指令 G 螺纹连接轴数控程序 任务三盘套零件零件加工与机床操作 程序编辑及效验 内孔刀具对刀及零件加工 任务四零件精度检测 内径百分表 内测千分尺 螺纹塞规

3 安徽金寨职业学校 项目一数控车床基础知识 任务一数控车床选用 数控车床的结构 一 机床结构数控机床一般由输入输出设备 CNC 装置 ( 或称 CNC 单元 ) 伺服单元 驱动装置( 或称执行机构 ) 可编程控制器 PLC 及电气控制装置 辅助装置 机床本体及测量反馈装置组成 如下图 1.1 是数控机床的组成框图 电气回路 辅助装置 操作面板 PLC 主轴伺服单元 主轴驱动装置 机床 本 输入 / 输出 设备 计算机数控装置 进给伺服单元测量反馈装置 进给驱动装置 体 图 1.1 数控机床的组成 ⑴ 机床本体数控机床的机床本体与传统机床相似, 由主轴传动装置 进给传动装置 床身 工作台以及辅助运动装置 液压气动系统 润滑系统 冷却装置等组成 但数控机床在整体布局 外观造型 传动系统 刀具系统的结构以及操作机构等方面都已发生了很大的变化, 这种变化的目的是为了满足数控机床的要求和充分发挥数控机床的特点 ⑵CNC 单元 CNC 单元是数控机床的核心,CNC 单元由信息的输入 处理和输出三个部分组成 CNC 单元接受数字化信息, 经过数控装置的控制软件和逻辑电路进行译码 插补 逻辑处理后, 将各种指令信息输出给伺服系统, 伺服系统驱动执行部件作进给运动 ⑶ 输入 / 输出设备输入装置将各种加工信息传递于计算机的外部设备 在数控机床产生初期, 输入装置为穿孔纸带, 现已淘汰, 后发展成盒式磁带, 再发展成键盘 磁盘等便携式硬件, 极大方便了信息输入工作, 现通用 DNC 网络通讯串行通信的方式输入 输出指输出内部工作参数 ( 含机床正常 理想工作状态下的原始参数, 故障诊断参数等 ), 一般在机床刚工作状态需输出这些参数作记录保存, 待工作一段时间后, 再将输出与原始资 1

4 料作比较 对照, 可帮助判断机床工作是否维持正常 ⑷ 伺服单元伺服单元由驱动器 驱动电机组成, 并与机床上的执行部件和机械传动部件组成数控机床的进给系统 它的作用是把来自数控装置的脉冲信号转换成机床移动部件的运动 对于步进电机来说, 每一个脉冲信号使电机转过一个角度, 进而带动机床移动部件移动一个微小距离 每个进给运动的执行部件都有相应的伺服驱动系统, 整个机床的性能主要取决于伺服系统 ⑸ 驱动装置驱动装置把经放大的指令信号变为机械运动, 通过简单的机械连接部件驱动机床, 使工作台精确定位或按规定的轨迹作严格的相对运动, 最后加工出图纸所要求的零件 和伺服单元相对应, 驱动装置有步进电机 直流伺服电机和交流伺服电机等 伺服单元和驱动装置可合称为伺服驱动系统, 它是机床工作的动力装置,CNC 装置的指令要靠伺服驱动系统付诸实施, 所以, 伺服驱动系统是数控机床的重要组成部分 ⑹ 可编程控制器可编程控制器 (PC,Programmable Controller) 是一种以微处理器为基础的通用型自动控制装置, 专为在工业环境下应用而设计的 由于最初研制这种装置的目的是为了解决生产设备的逻辑及开关控制, 故把称它为可编程逻辑控制器 ( PLC, Programmable Logic Controller) 当 PLC 用于控制机床顺序动作时, 也可称之为编程机床控制器 ( PMC, Programmable Machine Controller ) PLC 己成为数控机床不可缺少的控制装置 CNC 和 PLC 协调配合, 共同完成对数控机床的控制 ⑺ 测量反馈装置测量装置也称反馈元件, 包括光栅 旋转编码器 激光测距仪 磁栅等 通常安装在机床的工作台或丝杠上, 它把机床工作台的实际位移转变成电信号反馈给 CNC 装置, 供 CNC 装置与指令值比较产生误差信号, 以控制机床向消除该误差的方向移动 二 工作原理使用数控机床时, 首先要将被加工零件图纸的几何信息和工艺信息用规定的代码和格式编写成加工程序 ; 然后将加工程序输入到数控装置, 按照程序的要求, 经过数控系统信息处理 分配, 使各坐标移动若干个最小位移量, 实现刀具与工件的相对运动, 完成零件的加工 三 数控车床的分类数控车床的品种和规格繁多, 一般可以用下面三种方法分类 (1) 按控制系统分类目前市面上占有率较大的有发那科 (FANUC) 华中 广数 西门子 三菱等 (2) 按运动方式分类 1 点位控制数控机床 2

5 安徽金寨职业学校 2 点位 / 直线控制数控机床 3 连续控制数控机床 (3) 按控制方式分类按控制方式分类可以分为开环控制数控机床 闭环控制数控机床和半闭环控制数控机床 四 数控车床的性能指标 (1) 主要规格尺寸数控车床主要有床身与刀架最大回转直径 最大车削长度 最大车削直径等 (2) 主轴系统数控车床主轴采用直流或交流电动机驱动, 具有较宽调速范围和较高回转精度, 主轴本身刚度与抗振性比较好 现在数控机床主轴普遍达到 5000~10000r/ min 甚至更高的转速, 对提高加工质量和各种小孔加工极为有利 ; 主轴可以通过操作面板上的转速倍率开关调整转速 ; 在加工端面时主轴具有恒线切削速度 ( 恒线速单位 :mm/min), 是衡量车床的重要性能指标之一 (3) 进给系统该系统有进给速度范围 快速 ( 空行程 ) 速度范围 运动分辨率 ( 最小移动增量 ) 定位精度和螺距范围等主要技术参数 进给速度是影响加工质量 生产效率和刀具寿命的主要因素, 直接受到数控装置运算速度 机床动特性和工艺系统刚度限制 数控机床的进给速度可达到 10~30m/min 其中最大进给速度为加工的最大速度, 最大快进速度为不加工时移动的最快速度, 进给速度可通过操作面板上的进给倍率开关调整 脉冲当量 ( 分辨率 ) 是 CNC 重要的精度指标 有其两个方面的内容, 一是机床坐标轴可达到的控制精度 ( 可以控制的最小位移增量 ), 表示 CNC 每发出一个脉冲时坐标轴移动的距离, 称为实际脉冲当量或外部脉冲当量 ; 二是内部运算的最小单位, 称之为内部脉冲当量, 一般内部脉冲当量比实际脉冲当量设置得要小, 为的是在运算过程中不损失精度, 数控系统在输出位移量之前, 自动将内部脉冲当量转换成外部脉冲当量 实际脉冲当量决定于丝杠螺距 电动机每转脉冲数及机械传动链的传动比, 其计算公式 为 丝杠螺距实际脉冲当量 = 传动比 电动机每转脉冲数 数控机床的加工精度和表面质量取决于脉冲当量数的大小 普通数控机床的脉冲当量, 般为 0.001mm, 简易数控机床的脉冲当量一般为 0.01mm, 精密或超精密数控机床的脉冲当量一般为 mm, 脉冲当量越小, 数控机床的加工精度和表面质量越高 定位精度和重复定位精度定位精度是指数控机床各移动轴在确定的终点所能达到的实际位置精度, 其误差称为定位误差 定位误差包括伺服系统 检测系统 进给系统等的误差, 还包括移动部件导轨的几何误差等 它将直接影响零件加工的精度 重复定位精度是指在数控机床上, 反复运行同一程序代码, 所得到的位置精度的一致程 3

6 度 重复定位精度受伺服系统特性 进给传动环节的间隙与刚性以及摩擦特性等因素的影响 一般情况下, 重复定位精度是呈正态分布的偶然性误差, 它影响一批零件加工的一致性, 是一项非常重要的精度指标 一般数控机床的定位精度为 0.001mm, 重复定位精度为 0.005mm (4) 刀具系统数控车床包括刀架工位数 工具孔直径 刀杆尺寸 换刀时间 重复定位精度各项内容 加工中心刀库容量与换刀时间直接影响其生产率, 换刀时间是指自动换刀系统, 将主轴上的刀具与刀库刀具进行交换所需要的时间, 换刀一般可在 5~20s 的时间内完成 数控机床性能指标还有电机 冷却系统 机床外形尺寸 机床重量等 五 数控车床的特点与普通车床相比, 数控车床具有以下几个特点 : (1) 适应性强由于数控机床能实现多个坐标的联动, 所以数控机床能加工形状复杂的零件, 特别是对于可用数学方程式和坐标点表示的零件, 加工非常方便 更换加工零件时, 数控机床只需更换零件加工的 NC 程序 (2) 加工质量稳定对于同一批零件, 由于使用同一机床和刀具及同一加工程序, 刀具的运动轨迹完全相同这就保证了零件加工的一致性好, 且质量稳定 (3) 效率高数控机床的主轴转速及进给范围比普通机床大 目前数控机床最高进给速度可达到 100m/min 以上, 最小分辨率达 0.01um 一般来说, 数控机床的生产能力约为普通机床的三倍, 甚至更高 数控机床的时间利用率高达 90%, 而普通机床仅为 30%~50% (4) 精度高数控机床有较高的加工精度, 一般在 0.005mm~0.1mm 之间 数控机床的加工精度不受零件复杂程度的影响, 机床传动链的反向齿轮间隙和丝杠的螺距误差等都可以通过数控装置自动进行补偿 因此, 数控机床的定位精度比较高 (5) 减轻劳动强度在输入程序并启动后, 数控机床就自动地连续加工, 直至完毕 这样就简化了工人的操作, 使劳动强度大大降低 还有能实现复杂的运动 产生良好的经济效益 利于生产管理现代化等特点 数控车床类型选择 精度高的数控卧车一般都采用倾斜导轨 按刀架数量分类, 又可分为单刀架数控车床和 双刀架数控车, 前者是两坐标控制, 后者是 4 坐标控制 双刀架卧车多数采用倾斜导轨 数控车床与普通车床一样, 也是用来加工零件旋转表面的 一般能够自动完成外圆柱面 4

7 安徽金寨职业学校圆锥面 球面以及螺纹的加工, 还能加工一些复杂的回转面, 如双曲面等 数控车床和普通车床的工件安装方式基本相同, 为了提高加工效率, 数控车床多采用液压 气动和电动卡盘 数控车床的外形与普通车床相似, 即由床身 主轴箱 刀架 进给系统 液压系统 冷却和润滑系统等部分组成 数控车床的进给系统与普通车床有质的区别, 传统普通车床有进给箱和交换齿轮架, 而数控车床是直接用伺服电机通过滚珠丝杠驱动溜板和刀架实现进给运动, 因而进给系统的结构大为简化 数控车床品种繁多, 规格不一, 可按如下方法进行分类 一 按车床主轴位置分类 (1) 立式数控车床 : 立式数控车床简称为数控立车, 其车床主轴垂直于水平面, 一个直径很大的圆形工作台, 用来装夹工件, 如图 1.2 所示 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 图 1.2 立式数控车床 (2) 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 其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, 如图 1.3 所示 图 1.3 卧式数控车床 5

8 二 按加工零件的基本类型分类 (1) 卡盘式数控车床 : 卡盘式数控车床没有尾座, 如图 1.4 所示, 适合车削盘类 ( 含短轴类 ) 零件 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卡爪 ( 即软卡爪 ), 如图 1.5 所示 图 1.4 卡盘式数控车床 图 1.5 卡盘及卡爪 (2) 顶尖式数控车床 : 这类车床配有普通尾座或数控尾座, 适合车削较长的零件及直径不太大的盘类零件 三 按刀架数量分类 (1) 单刀架数控车床 : 数控车床一般都配置有各种形式的单刀架, 如四工位卧动转位刀架或多工位转塔式自动转位刀架, 如图 1.6 所示 图 1.6 单刀架数控车床 6

9 安徽金寨职业学校 (2) 双刀架数控车床 : 这类车床的双刀架配置平行分布, 也可以是相互垂直分布, 如图 1.7 所示 图 1.7 双刀架数控车床四 按功能分类 (1) 经济型数控车床 : 采用步进电动机和单片机对普通车床的进给系统进行改造后形成的简易型数控车床, 成本较低, 但自动化程度和功能都比较差, 车削加工精度也不高, 适用于要求不高的回转类零件的车削加工 (2) 普通数控车床 : 根据车削加工要求在结构上进行专门设计并配备通用数控系统而形成的数控车床, 数控系统功能强, 自动化程度和加工精度也比较高, 适用于一般回转类零件的车削加工 这种数控车床可同时控制两个坐标轴, 即 X 轴和 Z 轴 (3) 车削加工中心 : 车削加工中心在普通数控车床的基础上, 增加了 C 轴和动力头, 如图 1.7 所示 更高级的数控车床带有刀库, 可控制 X Z 和 C 三个坐标轴, 联动控制轴可以是 (X Z) (X C) 或 (Z C) 由于增加了 C 轴和铣削动力头, 这种数控车床的加工功能大大增强, 除可以进行一般车削外可以进行径向和轴向铣削 曲面铣削 中心线不在零件回转中心的孔和径向孔的钻削等加工 图 1.8 动力头五 其它分类方法按数控系统的不同控制方式等指标, 数控车床可以分很多种类, 如直线控制数控车床, 两主轴控制数控车床等 ; 按特殊或专门工艺性能可分为螺纹数控车床 活塞数控车床 曲轴数控车床等多种 7

10 1.1.3 工艺范围 数控车床的工艺范围较广, 一般可进行内外圆柱面 圆锥面 螺纹面 成型面的加工, 也可切槽 车端面, 如图 1.9 所示 图 1.9 数控车床的工艺范围 车削刀具 车刀的种类很多, 按其用途和结构可分为外圆车刀, 左偏刀, 右偏刀, 镗孔刀, 切断刀, 螺纹车刀, 样板刀, 机夹不重磨车刀等 图 1.10 具体列出常用车刀 45 外圆车刀 ( 图 1.10a) 90 外圆车刀 ( 图 1.10b) 外螺纹车刀 ( 图 1.10c) 镗孔刀 ( 图 1.10d) 等 图 1.10 a 图 1.10b 图 1.10 c 8

11 安徽金寨职业学校 图 1.10 d 图 1.10 常用车削刀具车削刀具按照加工方式可分为 : (1) 车削车床刀具 : 常规车削刀具仍为方形刀体或圆柱刀杆, 如图 1.11 所示 方形刀体一般用槽形刀架螺钉紧固方式固定, 圆柱刀杆是用套筒螺钉紧固方式固定 它们与机床刀盘之间的联接是通过槽形刀架和套筒接杆来联接的 在模块化车削工具系统中, 有刀块式和圆柱齿条式, 而以圆柱齿条式应用较多, 数控机床其刀头与刀体的联接是 插入快换式系统, 它既可以用于外圆车削又可用于内孔镗削, 也适用于车削中心的自动换刀系统 图 1.11 车削车床刀具 (2) 钻削车床刀具 : 钻削刀具可用于数控车床 车削中心, 又可用于数控镗铣床和加 工中心, 如图 1.12 所示 图 1.12 钻削车床刀具 (3) 铣削车床刀具 : 铣刀体与刀杆分离制造, 以刀体孔为基准与刀杆配合联接, 或铣 刀体与刀杆制成一体 ( 直接与柄体联接 ), 如图 1.13 所示 对机夹式可转位刀片的铣刀, 这 9

12 两种联接形式均可采用, 而整体式高速钢铣刀则采用前者 整体式高速钢铣刀 ( 面铣 立铣 三面刃铣 ) 目前均有标准刀具提供 图 1.13 铣削车床刀具 坐标系统 数控机床的加工是由程序控制完成的, 所以坐标系的确定与使用非常重要 根据 ISO841 标准, 数控机床坐标系用右手笛卡儿坐标系作为标准确定 数控车床平行于主轴方向即纵向为 Z 轴, 水平面内垂直于主轴方向即横向为 X 轴, 刀具远离工件方向为正向, 如图 1.14 所示 图 1.14 右手笛卡儿坐标系 数控车床有三个坐标系即机械坐标系 编程坐标系和工件坐标系 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 10

13 安徽金寨职业学校确定下来的, 是机床加工的基准点 在使用中机械坐标系是由参考点来确定的, 机床系统启动后, 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 编程坐标系是编程序时使用的坐标系, 一般把我们把 Z 轴与工件轴线合, X 轴放在工件端面上 工件坐标系是机床进行加工时使用的坐标系, 它应该与编程坐标系一致 图 1.15 是数控车床的坐标系统 图 1.15 数控车床坐标系统 11

14 任务二数控车削加工工艺 数控车削加工工艺分析及内容 一 数控车削加工工艺的内容数控车削加工工艺是采用数控车床加工零件时所运用的方法和技术手段的总和 其主要内容包括以下几个方面 : (1) 选择并确定零件的数控车削加工内容 ; (2) 对零件图纸进行数控车削加工工艺分析 ; (3) 工具 夹具的选择和调整设计 ; (4) 工序 工步的设计 ; (5) 加工轨迹的计算和优化 ; (6) 数控车削加工程序的编写 校验与修改 ; (7) 首件试加工与现场问题的处理 ; (8) 编制数控加工工艺技术文件 ; 总之, 数控加工工艺内容较多, 有些与普通机床加工相似 二 数控车削加工工艺分析工艺分析是数控车削加工的前期工艺准备工作 工艺制定得合理与否, 对程序的编制 机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响 为了编制出一个合理的 实用的加工程序, 要求编程者不仅要了解数控车床的工作原理 性能特点及结构 掌握编程语言及编程格式, 还应熟练掌握工件加工工艺, 确定合理的切削用量 正确地选用刀具和工件装夹方法 因此, 应遵循一般的工艺原则并结合数控车床的特点, 认真而详细地进行数控车削加工工艺分析 其主要内容有 : 根据图纸分析零件的加工要求及其合理性 ; 确定工件在数控车床上的装夹方式 ; 各表面的加工顺序 刀具的进给路线以及刀具 夹具和切削用量的选择等 ( 一 ) 零件图分析零件图分析是制定数控车削工艺的首要任务 主要进行尺寸标注方法分析 轮廓几何要素分析以及精度和技术要求分析 此外还应分析零件结构和加工要求的合理性, 选择工艺基准 1. 尺寸标注方法分析零件图上的尺寸标注方法应适应数控车床的加工特点, 以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸 这种标注方法既便于编程, 又有利于设计基准 工艺基准 测量基准和编程原点的统一 如果零件图上各方向的尺寸没有统一的设计基准, 可考虑在不影响零件精度的前提下选择统一的工艺基准 计算转化各尺寸, 以简化编程计算 2. 轮廓几何要素分析在手工编程时, 要计算每个节点坐标 在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行 12

15 安徽金寨职业学校 定义 因此在零件图分析时, 要分析几何元素的给定条件是否充分 3. 精度和技术要求分析对被加工零件的精度和技术进行分析, 是零件工艺性分析的重要内容, 只有在分析零件尺寸精度和表面粗糙度的基础上, 才能正确合理地选择加工方法 装夹方式 刀具及切削用量等 其主要内容包括 : 分析精度及各项技术要求是否齐全 是否合理 ; 分析本工序的数控车削加工精度能否达到图纸要求, 若达不到, 允许采取其他加工方式弥补时, 应给后续工序留有余量 ; 对图纸上有位置精度要求的表面, 应保证在一次装夹下完成 ; 对表面粗糙度要求较高的表面, 应采用恒线速度切削 ( 注意 : 在车削端面时, 应限制主轴最高转速 ) ( 二 ) 夹具和刀具的选择 1. 工件的装夹与定位数控车削加工中尽可能做到一次装夹后能加工出全部或大部分代加工表面, 尽量减少装夹次数, 以提高加工效率 保证加工精度 对于轴类零件, 通常以零件自身的外圆柱面作定位基准 ; 对于套类零件, 则以内孔为定位基准 数控车床夹具除了使用通用的三爪自动定心卡盘 四爪卡盘 液压 电动及气动夹具外, 还有多种通用性较好的专用夹具 实际操作时应合理选择 2. 刀具选择刀具的使用寿命除与刀具材料相关外, 还与刀具的直径有很大的关系 刀具直径越大, 能承受的切削用量也越大 所以在零件形状允许的情况下, 采用尽可能大的刀具直径是延长刀具寿命, 提高生产率的有效措施 数控车削常用的刀具一般分为 3 类 即尖形车刀 圆弧形车刀和成型车刀 数控车削加工工艺路线的拟定 数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别, 在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程, 而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述 因此在工艺路线设计中一定要注意到, 由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中, 因而要与其它加工工艺衔接好 常见工艺流程如图 2.2 所示 控加工工艺路线设计中应注意以下几个问题 : ( 一 ) 工序的划分根据数控加工的特点, 数控加工工序的划分一般可按下列方法进行 : (1) 以一次安装 加工作为一道工序 这种方法适合于加工内容较少的零件, 加工完后就能达到待检状态 (2) 以同一把刀具加工的内容划分工序 有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面, 但考虑到程序太长, 会受到某些限制, 如控制系统的限制 ( 主要是内存容量 ), 机床连续工作时间的限制 ( 如一道工序在一个工作班内不能结束 ) 等 此外, 程序太长会增加 13

16 出错与检索的困难 因此程序不能太长, 一道工序的内容不能太多 (3) 以加工部位划分工序 对于加工内容很多的工件, 可按其结构特点将加工部位分成几个部分, 如内腔 外形 曲面或平面, 并将每一部分的加工作为一道工序 (4) 以粗 精加工划分工序 对于经加工后易发生变形的工件, 由于对粗加工后可能发生的变形需要进行校形, 故一般来说, 凡要进行粗 精加工的过程, 都要将工序分开 ( 二 ) 顺序的安排顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况, 以及定位 安装与夹紧的需要来考虑 顺序安排一般应按以下原则进行 : (1) 上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧, 中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑 ; (2) 先进行内腔加工, 后进行外形加工 ; (3) 以相同定位 夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序, 最好连续加工, 以减少重复定位次数 换刀次数与挪动压板次数 ; ( 三 ) 数控加工工艺与普通工序的衔接数控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序, 如衔接得不好就容易产生矛盾 因此在熟悉整个加工工艺内容的同时, 要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求 加工目的 加工特点, 如要不要留加工余量, 留多少 ; 定位面与孔的精度要求及形位公差 ; 对校形工序的技术要求 ; 对毛坯的热处理状态等, 这样才能使各工序达到相互满足加工需要, 且质量目标及技术要求明确, 交接验收有依据 ( 四 ) 数控加工工艺设计方法在选择了数控加工工艺内容和确定了零件加工路线后, 即可进行数控加工工序的设计 数控加工工序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内容 切削用量 工艺装备 定位夹紧方式及刀具运动轨迹确定下来, 为编制加工程序作好准备 ( 五 ) 确定走刀路线和安排加工顺序走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹, 它不但包括了工步的内容, 也反映出工步顺序 走刀路线是编写程序的依据之一 确定走刀路线时应注意以下几点 : (1) 寻求最短加工路线如加工图 1.16a 所示零件上的孔系 1.16b 图的走刀路线为先加工完外圈孔后, 再加工内圈孔 若改用 1.16c 图的走刀路线, 减少空刀时间, 则可节省定位时间近一倍, 提高了加工效率 14

17 安徽金寨职业学校 出来 a) 零件图样 b) 路线 1 c) 路线 2 图 1.16 最短走刀路线的设计 (2) 最终轮廓一次走刀完成 为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求, 最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工 如图 1.17a 为用行切方式加工内腔的走刀路线, 这种走刀能切除内腔中的全部余量, 不 留死角, 不伤轮廓 但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度, 而达不到要求的 表面粗糙度 所以如采用 b 图的走刀路线, 先用行切法, 最后沿周向环切一刀, 光 整轮廓表面, 能获得较好的效果 图 1.17c 也是一种较好的走刀路线方式 a) 路线 1 b) 路线 3 c) 路线 3 图 1.17 铣削内腔的三种走刀路线 (3) 选择切入切出方向考虑刀具的进 退刀 ( 切入 切出 ) 路线时, 刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上, 以保证工件轮廓光滑 ; 应避免在工件轮廓面上垂直上 下刀而划伤工件表面 ; 尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停 ( 切削力突然变化造成弹性变形 ), 以免留下刀痕, 如图 1.18 所示 15

18 图 1.18 刀具切入和切出时的外延 (4) 选择使工件在加工后变形小的路线对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线 安排工步时, 应先安排对工件刚性破坏较小的工步 6 确定定位和夹紧方案在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题 : (1) 尽可能做到设计基准 工艺基准与编程计算基准的统一 ; (2) 尽量将工序集中, 减少装夹次数, 尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面 ; (3) 避免采用占机人工调整时间长的装夹方案 ; (4) 夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位 如图 1.19a 薄壁套的轴向刚性比径向刚性好, 用卡爪径向夹紧时工件变形大, 若沿轴向施加夹紧力, 变形会小得多 在夹紧图 1.19b 所示的薄壁箱体时, 夹紧力不应作用在箱体的顶面, 而应作用在刚性较好的凸边上, 或改为在顶面上三点夹紧, 改变着力点位置, 以减小夹紧变形, 如图 1.19c 所示 a) 薄壁套 b) 改进方法 2 c) 改进方法 2 图 1.19 夹紧力作用点与夹紧变形的关系 16

19 安徽金寨职业学校 零件的定位与夹具的选择 机械加工中, 为了保证工件的位置精度和用调整法获得尺寸精度时, 工件相对于机床与刀具必须占有一正确位置, 即工件必须定位 而工件装夹定位的方式有 : 直接找正 划线找正和用夹具装夹三种方式, 下面我们讨论工件在夹具中的定位问题 工件在夹具中的定位涉及到定位原理 定位误差 夹具上采用的定位元件和工件上选用的定位基准等几方面的问题, 有关定位误差的计算和定位元件的选用在夹具设计一章讲授, 这里只介绍定位原理和定位基准的选择 一 定位原理 1. 六点定则工件在夹具中的定位的目的, 是要使同一工序中的所有工件, 加工时按加工要求在夹具中占有一致的正确位置 ( 不考虑定位误差的影响 ) 怎样才能各个工件按加工要求在夹具中保持一致的正确位置呢? 要弄清楚这个问题, 我们先来讨论与定位相反的问题, 工件放置在夹具中的位置可能有哪些变化? 如果消除了这些可能的位置变化, 那么工件也就定了位 任一工件在夹具中未定位前, 可以看成空间直角坐标系中的自由物体, 它可以沿三个坐标轴平行方向放在任意位置, 即具有沿三个坐标轴移动的自由度 X,Y,Z; 同样, 工件沿三个坐标轴转角方向的位置也是可以任意放置的, 即具有绕三个坐标轴转动的自由度 X,Y,Z 因此, 要使工件在夹具中占有一致的正确位置, 就必须限制工件的 X,Y,Z;X,Y,Z 六个自由度 图 1.20 工件的六个自由度为了限制工件的自由度, 在夹具中通常用一个支承点限制工件一个自由度, 这样用合理布置的六个支承点限制工件的六个自由度, 使工件的位置完全确定, 称为 六点定位规则, 简称 六点定则 17

20 图 1.21 工件的六个自由度使用六点定则时, 六个支承点的分布必须合理, 否则不能有效地限制工件的六个自由度 在具体的夹具结构中, 所谓定位支承是以定位元件来体现的, 如上例中长方体的定位以六个支承钉代替六个支承点 ( 图 1.20c), 这种形式的六点定位方案比较明显, 下面再介绍其他形式工件的定位方案 2. 对定位的两种错误理解我们在研究工件在夹具中的定位时, 容易产生两种错误的理解 一种认为 : 工件在夹具中被夹紧了, 也就没有自由度而言, 因此, 工件也就定了位 这种把定位和夹紧混为一谈, 是概念上的错误 我们所说的工件的定位是指所有加工工件在夹紧前要在夹具中按加工要求占有一致的正确位置,( 不考虑定位误差的影响 ) 而夹紧是在任何位置均可夹紧, 不能保证各个工件在夹具中处于同一位置 另一种错误的理解认为工件定位后, 仍具有沿定位支承相反的方向移动的自由度, 这种理解显然也是错误的 因为工件的定位是以工件的定位基准面与定位元件相接触为前提条件, 如果工件离开了定位元件也就不成为其定位, 也就谈不上限制其自由度了 至于工件在外力的作用下, 有可能离开定位元件, 那是由夹紧来解决的问题 3. 工件定位时应限制的自由度与加工要求的关系上述几例中, 工件的定位都采用了六个支承点, 限制了工件全部六个自由度, 使工件在夹具中占有唯一确定的位置, 称为完全定位 当工件在 x y z 三个方向都有尺寸精度或位置精度要求时, 需采用这种完全定位方式 但是, 并不是所有加工都必须设置六个支承点, 来限制工件的六个自由度 根据加工要求, 工件不需要限制的自由度而没有限制的定位, 称为不完全定位 不完全定位在加工中是允许的 在考虑定位方案时, 为简化夹具结构, 对不需限制的自由度, 一般不设置定位支承点 但也不尽然, 如在光轴上铣通槽, 按定位原理, 轴的端面可不设置定位销, 但常常设置一定位档销, 一方面可承受一定的切削力, 以减小夹紧力, 另一方面也便于调整机床的工作行程 4. 欠定位与过定位 (1) 欠定位根据工件的加工技术要求, 应该限制的自由度而没有限制的定位称为欠定位 欠定位必然会不能保证本工序的加工技术要求, 是不允许的 18

21 安徽金寨职业学校 (2) 过定位工件的同一自由度被二个以上不同定位元件重复限制的定位, 称为过定位 如图 2-X 所示在插齿机上插齿时工件的定位, 工件 3 以内孔在,L 轴 1 上定位, 限制了工件 x y z z 四个自由度, 又以端面在凸台 3 上定位, 限制了工件 x y z z 三个自由度, 其中 ; / 被心轴和凸台重复限制 由于工件内孔和心轴的间隙很小, 当工件内孔与端面的垂直度误差较大时, 工件端面与凸台实际上只有一点相接触 图 1.22 机床夹具 1 一心轴 2- 工作台 3 一支承凸台 4--:5 一压垫 6-7- 压紧螺母如图 1.22 实例中, 当工件的内孔和定位端面是在一次装夹下加工出来的, 具有好的垂直度, 而夹具的心轴和凸台也具有很好的垂直度, 即使二者仍有很小的垂直度偏差, 但可由心轴和内孔之间的配合间隙来补偿 因此, 尽管心轴和凸台重复限制了 XY 自由度, 属于过定位, 但不会引起相互干涉和冲突, 在夹紧力作用下, 工件或心轴不会变形 这种定位的定位精度高, 刚性好, 是可取的 综上所述, 欠定位不能保证工件的加工要求, 是不允许的 过定位在一般情况下, 由于定位不稳定, 在夹紧力的作用下会使工件或定位元件产生变形, 影响加工精度和工件的装卸, 应尽量避免 ; 但在有些情况下, 只要重复限制自由度的支承点不使工件的装夹发生干涉及冲突, 这种形式上的过定位, 不仅是可取的, 而且有利于提高工件加工时的刚性, 在生产实际中也有较多的应用 二 定位基准的选择工件在夹具中的定位实际上是以工件上的某些基准面与夹具上定位元件保持接触, 从而限制工件的自由度 那么, 究竟选择工件上哪些面与夹具的定位元件相接触为好呢? 这就是定位基准的选择问题 定位基准的选择是工艺上一个十分重要的问题, 它不仅影响零件表面 19

22 间的位置尺寸和位置精度, 而且还影响整个工艺过程的安排和夹具的结构, 必须十分重视 在介绍定位基准的选择原则之前, 先介绍有关基础准的一般知识 ( 一 ) 基准的概念及分类基准的广义含义就是 依据 的意思 机械制造中所说的基准是指用来确定生产对象上几何要素间的几何关系所依据的那些点 线 面 根据作用和应用场合不同, 基准可分为设计基准和工艺基准两大类, 工艺基准又可分为 : 工序基准 定位基准 测量基准和装配基准 1. 设计基准零件图上用以确定零件上某些点 线 面位置所依据的点 线 面 2. 工艺基准, 零件加工与装配过程中所采用的基准, 称为工艺基准它包括以下几种 (1) 工序基准工序图上用来标注本工序加工的尺寸和形位公差的基准 就其实质来说, 与设计基准有相似之处, 只不过是工序图的基准 工序基准大多与设计基准重合, 有时为了加工方便, 也有与设计基准不重合而与定位基准重合的 (2) 定位基准加工中, 使工件在机床上或夹具中占据正确位置所依据的基准 如用直接找正法装夹工件, 找正面是定位基准 ; 用划线找正法装夹, 所划线为定位基准 ; 用夹具装夹, 工件与定位元件相接触的面是定位基准 作为定位基准的点 线 面, 可能是工件上的某些面, 也可能是看不见摸不着的中心线 中心平面 球心等, 往往需要通过工件某些定位表面来体现, 这些表面称为定位基面 例如用三爪自定心卡盘夹持工件外圆, 体现以轴线为定位基准, 外圆面为定位基面 严格地说, 定位基准与定位基面有时并不是一回事, 但可以替代, 这中间存在一个误差问题, 有关这个问题在夹具设计一章讲授 (3) 测量基准工件在加工中或加工后测量时所用的基准 (4) 装配基准装配时, 用以确定零件在部件或产品中的相对位置所采用的基准 上述各类基准应尽可能使其重合 如在设计机器零件时, 应尽可能以装配基准作设计基准以便直接保证装配精度 在编制零件加工工艺规程时, 应尽量以设计基准作工序基准, 以便直接保证零件的加工精度 在加工和测量工件时, 应尽量使定位基准和测量基准与工序基准重合, 以便消除基准不重合误差 ( 二 ) 定位基准的选择定位基准有粗基准和精基准之分 零件开始加工时, 所有的面均未加工, 只能以毛坯面作定位基准, 这种以毛坯面为定位基准的, 称为粗基准, 以后的加工, 必须以加工过的表面做定位基准, 以加工过表面为定位基准的称精基准 在加工中, 首先使用的是粗基准, 但在选样定位基准时, 为了保证零件的加工精度, 首先考虑的是选择精基准, 精基准选定以后, 再考虑合理地选择粗基准 1. 精基准的选择原则选择精基准时, 重点考虑是如何减少工件的定位误差, 保证工件的加工精度, 同时也要考虑工件装卸方便, 夹具结构简单, 一般应遵循下列原则 : 20

23 安徽金寨职业学校 (1) 基准重合原则所谓基准重合原则是指以设计基准作定位基准, 以避免基准不重合误差 (2) 基准统一原则当零件上有许多表面需要进行多道工序加工时, 尽可能在各工序的加工中选用同一组基准定位, 称为基准统一原则 基准统一可较好地保证各个加工面的位置精度, 同时各工序所用夹具定位方式统一, 夹具结构相似, 可减少夹具的设计 制造工作量 基准统一原则在机械加工应用较为广泛, 如阶梯轴的加工, 大多采用顶尖孔作统一的定位基准 ; 齿轮的加工, 一般都以内孔和一端面作统一定位基准加工齿坯, 齿形 ; 箱体零件加工大多以一组平面或一面两孔作统一定位基准加工孔系和端面 ; 在自动机床或自动线上, 一般也需遵循基准统一原则 (3) 自为基准原则有些精加工工序, 为了保证加工质量, 要求加工余量小而均匀, 采用加工面自身作定位基准, 称为自为基准原则 例如在导轨磨床上磨削床身导轨时, 为了保证加工余量小而均匀, 采用百分表找正床身表面的方式装夹工件 (4) 互为基准原则为了使加工面获得均匀的加工余量和加工面间有较高的位置精度, 可采用加工面间互为基准反复加工 例如加工精度和同轴度要求高的套筒类零件, 精加工时, 一般先以外圆定位磨内孔, 再以内孔定位磨外圆 又如加工精密齿轮时, 通常是齿面淬硬后再磨齿面及内孔 (5) 装夹方便原则所选定位基准应能使工件定位稳定, 夹紧可靠, 操作方便, 夹具结构简单 以上介绍了精基准选择的几项原则, 每项原则只能说明一个方面的问题, 理想的情况是使基准既 重合 又 统一, 同时又能使定位稳定 可靠, 操作方便, 夹具结构简单 但实际运用中往往出现相互矛盾的情况, 这就要求从技术和经济两方面进行综合分析, 抓住主要矛盾, 进行合理选择 还应该指出, 工件上的定位精基准, 一般应是工件上具有较高精度要求的重要工作表面, 但有时为了使基准统一或定位可靠, 操作方便, 人为地制造一种基准面, 这些表面在零件的工件中并不起作用, 仅仅在加工中起定位作用, 如顶尖孔 工艺搭子等 这类基准称为辅助基准 2. 粗基准的选择原则选择粗基准时, 重点考虑如何保证各个加工面都能分配到合理的加工余量, 保证加工面与不加工面的位置尺寸和位置精度, 同时还要为后续工序提供可靠精基准 具体选择一般应遵下列原则 : 1) 为了保证零件各个加工面都能分配到足够的加工余量, 应选加工余量最小的面为粗基准 2) 为了保证零件上加工面与不加工面的相对位置要求, 应选不加工面为粗基准 当零件上有几个加工面, 应选与加工面的相对位置要求高的不加工面为粗基准 21

24 3) 为了保证零件上重要表面加工余量均匀, 应选重要表面为粗基准 零件上有些重要工作表面, 精度很高, 为了达到加工精度要求, 在粗加工时就应使其加工余量尽量均匀 例如车床床身导轨面是重要表面, 不仅精度和表面质量要求很高, 而且要求导轨表面的耐磨性好, 整个表面具有大体一致的物理力学性能 床身毛坯铸造时, 导轨面是朝下放置的, 其表面层的金属组织细微均匀, 没有气孔 夹砂等缺陷 因此, 导轨面粗加工时, 希望加工余量均匀, 这样, 不仅有利于保证加工精度, 同时也可能使粗加工中切去一层金属尽可能薄一些, 以便留下一层组织紧密而耐磨的金属层 为了达到上述目的, 在粗基准选择时, 应以床身导轨面为粗基准先加工床脚平面, 再以床脚面为精基准加工导轨面, 以重要表面作粗基准, 在重要零件的加工中得到较多的应用, 例如机床主轴箱箱体的加工, 通常是以主轴孔为粗基准先加工底面或顶面, 再以加工好的平面为精准加工主轴孔及其他孔系, 可以使精度要求高的主轴孔获得均匀的加工余量 4) 为了使定位稳定 可靠, 应选毛坯尺寸和位置比较可靠 平整光洁面作粗基准 作为粗基准的面应无锻造飞边和铸造浇冒口 分型面及毛刺等缺陷, 用夹具装夹时, 还应使夹具结构简单, 操作方便 5) 粗基准应尽量避免重复使用, 特别是在同一尺寸方向上只允许装夹使用一次 因粗基准是毛面, 表面粗糙 形状误差大, 如果二次装夹使用同一粗基准, 两次装夹中加工出的表面就会产生较大的相互位置误差 数控车削加工刀具及其选择 一 数控刀具的结构数控车床刀具种类繁多, 功能互不相同 根据不同的加工条件正确选择刀具是编制程序的重要环节, 因此必须对车刀的种类及特点有一个基本的了解 在数控车床上使用的刀具有外圆车刀 钻头 镗刀 切断刀 螺纹加工刀具等, 其中以外圆车刀 镗刀 钻头最为常用 数控车床使用的车刀 镗刀 切断刀 螺纹加工刀具均有整体式和机夹式之分, 除经济型数控车床外, 目前已广泛使用可转位机夹式车刀 (1) 数控车床可转位刀具特点数控车床所采用的可转位车刀, 其几何参数是通过刀片结构形状和刀体上刀片槽座的方位安装组合形成的, 与通用车床相比一般无本质的区别, 其基本结构 功能特点是相同的 但数控车床的加工工序是自动完成的, 因此对可转位车刀的要求又有别于通用车床所使用的刀具, 具体要求和特点如表 1-1 所示 表 1-1 可转位车刀特点要求特点目的采用 M 级或更高精度等级的刀片 ; 保证刀片重复定位精度, 方便坐标设精度高多采用精密级的刀杆 ; 定, 保证刀尖位置精度 用带微调装置的刀杆在机外预调好 22

25 安徽金寨职业学校 采用断屑可靠性高的断屑槽型或有断屑台和断屑断屑稳定, 不能有紊乱和带状切屑 ; 适器的车刀 ; 可靠性高应刀架快速移动和换位以及整个自动采用结构可靠的车刀, 采用复合式夹紧结构和夹紧切削过程中夹紧不得有松动的要求 可靠的其它结构 采用车削工具系统 ; 换刀迅速采用快换小刀夹 刀片材料刀片较多采用涂层刀片 迅速更换不同形式的切削部件, 完成多 种切削加工, 提高生产效率 满足生产节拍要求, 提高加工效率 刀杆较多采用正方形刀杆, 但因刀架系统结构差异刀杆截形刀杆与刀架系统匹配 大, 有的需采用专用刀杆 (2) 可转位车刀的种类可转位车刀按其用途可分为外圆车刀 仿形车刀 端面车刀 内圆车刀 切槽车刀 切断车刀和螺纹车刀等, 见表 1-2 表 1-2 可转位车刀的种类 类型主偏角适用机床 外圆车刀 普通车床和数控车床 仿形车刀 仿形车床和数控车床 端面车刀 普通车床和数控车床 内圆车刀 切断车刀 螺纹车刀 切槽车刀 (3) 可转位车刀的结构形式 1 杠杆式 : 普通车床和数控车床 普通车床和数控车床 普通车床和数控车床 普通车床和数控车床 结构见图 1.23, 由杠杆 螺钉 刀垫 刀垫销 刀片所组成 这种方式依靠螺钉旋紧 压靠杠杆, 由杠杆的力压紧刀片达到夹固的目的 其特点适合各种正 负前角的刀片, 有效 的前角范围为 -60 ~+180 ; 切屑可无阻碍地流过, 切削热不影响螺孔和杠杆 ; 两面槽壁 给刀片有力的支撑, 并确保转位精度 2 楔块式 : 其结构见图 1.24, 由紧定螺钉 刀垫 销 楔块 刀片所组成 这种方式依靠销与楔 块的挤压力将刀片紧固 其特点适合各种负前角刀片, 有效前角的变化范围为 -60~+180 两面无槽壁, 便于仿形切削或倒转操作时留有间隙 3 楔块夹紧式 : 其结构见图 1.25, 由紧定螺钉 刀垫 销 压紧楔块 刀片所组成 这种方式依靠销 与楔块的压下力将刀片夹紧 其特点同楔块式, 但切屑流畅不如楔块式 此外还有螺栓上压式 压孔式 上压式等形式 23

26 图 1.23 杠杆式图 1.24 楔块式图 1.25 楔块夹紧式 二 刀片材料刀具材料切削性能的优劣直接影响切削加工的生产率和加工表面的质量 刀具新材料的出现, 往往能大大提高生产率, 成为解决某些难加工材料的加工关键, 并促使机床的发展与更新 (1) 对刀具切削部分材料的要求金属切削过程中, 刀具切削部分受到高压 高温和剧烈的摩擦作用 ; 当切削加工余量不均匀或切削断续表面时, 刀具还受到冲击 为使刀具能胜任切削工作, 刀具切削部分材料应具备以下切削性能 : 1 高硬度和耐磨性刀具要从工件上切下切屑, 其硬度必须大于工件的硬度 在室温下, 刀具的硬度应在 60HRC 以上 刀具材料的硬度愈高, 其耐磨性愈好 2 足够的强度与韧性为使刀具能够承受切削过程中的压力和冲击, 刀具材料必须具有足够的强度与韧性 3 高的耐热性与化学稳定性耐热性是指刀具材料在高温条件下仍能保持其切削性能的能力 耐热性以耐热温度表示 耐热温度是指基本上能维持刀具切削性能所允许的最高温度 耐热性愈好, 刀具材料允许的切削温度愈高 化学稳定性是指刀具材料在高温条件下不易与工件材料和周围介质发生化学反应的能力, 包括抗氧化和抗粘结能力 化学稳定性愈高, 刀具磨损愈慢 耐热性和化学稳定性是衡量刀具切削性能的主要指标 刀具材料除应具有优良的切削性能外, 还应具有良好的工艺性和经济性 它们包括 : 工具钢淬火变形要小, 脱碳层要浅和淬硬性要好 ; 高硬材料磨削性能要好 ; 热轧成形的刀具高温塑性要好 ; 需焊接的刀具材料焊接性能要好 ; 所用刀具材料应尽可能是我国资源丰富 价格低廉的 (2) 常用刀具材料常用刀具材料有高速钢 硬质合金 陶瓷材料和超硬材料四类 1 高速钢 24

27 安徽金寨职业学校高速钢是一种含钨 钼 铬 钒等合金元素较多的合金工具钢, 其碳的质量分数在 l% 左右 高速钢热处理后硬度为 62 65HRC, 耐热温度为 550~600 C, 抗弯强度约为 3500MPa, 冲击韧度约为每平方米 0.3MJ 高速钢的强度与韧性好, 能承受冲击, 又易于刃磨, 是目前制造钻头 铣刀 拉刀 螺纹刀具和齿轮刀具等复杂形状刀具的主要材料 高速钢刀具受耐热温度的限制, 不能用于高速切削 2 硬质合金硬质合金是由高硬度 高熔点的碳化钨 (WC), 碳化钛 (TiC) 碳化钽(TaC) 碳化铌(NbC) 粉末用钻 (Co) 粘结后压制 烧结而成 它的常温硬度为 88~93HRA, 耐热温度为 800~1000, 比高速钢硬 耐磨 耐热得多 因此, 硬质合金刀具允许的切削速度比高速钢刀具大 5~ 10 倍 但它的抗弯强度只有高速钢的 1/2~1/4, 冲击韧度仅为高速钢的几十分之 硬质合金性脆, 怕冲击和振动 由于硬质合金刀具可以大大提高生产率, 所以不仅绝大多数车刀 刨刀 面铣刀等采用了硬质合金, 而且相当数量的钻头 铰刀 其他铣刀也采用了硬质合金 现在, 就连复杂的拉刀 螺纹刀具和齿轮刀具, 也逐渐用硬质合金制造了 我国目前常用的硬质合金有三类 : 钨钻类硬质合金由 WC 和 Co 组成, 代号为 YG, 接近于 ISO 的 K 类, 主要用于加工铸铁 有色金属等脆性材料和非金属材料 常用牌号有 YG3 YG6 和 YG8 数字表示含 Co 的百分比, 其余为含 WC 的百分比 硬质合金中 Co 起粘结作用, 含 Co 愈多的硬质合金韧性愈好, 所以 YG8 适于粗加工和断续切削,YG6 适于半精加工,YG3 适于精加工和连续切削 钨钛钴类硬质合金由 WC TiC 和 Co 组成, 代号为 YT, 接近于 ISO 的 P 类 由于 TiC 比 WC 还要硬, 耐磨 耐热, 但是还要脆, 所以 YT 类比 YG 类硬度和耐热温度更高 不过更不耐冲击和振动 因为加工钢时塑性变形很大, 切屑与刀具摩擦很剧烈, 切削温度很高 ; 但是切屑呈带状, 切削较平稳, 所以 YT 类硬质合金适于加工钢料 钨钛钻类硬质合金常用牌号有 YT30 YTl5 和 YT5 数字表示含 TiC 的百分比 所以 YT30 适于对钢料的精加工和连续切削,YTl5 适于半精加工,YT5 适于粗加工和断续切削 钨钛钽 ( 铌 ) 类硬质合金由 YT 类中加入少量的 TaC 或 NbC 组成, 代号为 YW, 接近于 ISO 的 M 类.YW 类硬质合金的硬度 耐磨性 耐热温度 抗弯强度和冲击韧度均比 YT 类高一些, 其后两项指标与 YG 类相仿 因此,YW 类既可加工钢, 又可加工铸铁和有色金屑, 称为通用硬质合金 常用牌号有 YWl 和 YW2, 前者用于半精加工和精加工, 后者用于粗加工和半精加工 现在硬质合金刀具上, 常采用 TiC C TiN Al 2 O 3 等高硬材料的涂层 涂层硬质合金刀具的寿命比不涂层的提高 2~10 倍 3 陶瓷材料陶瓷材料的硬度 耐磨性 耐热性和化学稳定性均忧于硬质合金, 但比硬质合金更脆, 目前主要用于精加工 现用的陶瓷刀具材料有氧化铝陶瓷 金属陶瓷 氮化硅陶瓷 (Si3N4) 25

28 和 Si 3 N 4 Al 2 O 3 复合陶瓷四种 20 世纪 80 年代以来, 陶瓷刀具迅速发展, 金属陶瓷 氮化硅陶瓷和复合陶瓷的抗弯强度和冲击韧度已接近硬质合金, 可用于半精加工以及加切削液的粗加工 4 超硬材料人造金刚石是在高温高压下, 借金属的触媒作用, 由石墨转化而成 人造金刚石用于制造金刚石砂轮以及经聚晶后制成以硬质合金为基体的复合人造金刚石刀片作刀具使用 金刚石是自然界最硬的材料, 有极高的耐磨性, 刃口锋利, 能切下极薄的切屑 ; 但极脆, 与铁系金属有很强的亲合力, 不能用于粗加工, 不能切削黑色金屑 目前人造金刚石主要用于磨料, 磨削硬质合金 : 也可用于有色金屑及其合金的高速精细车削和镗削 立方氮化硼 (CBN) 是在高温高压下, 由六方晶体氮化硼 ( 又称白石墨 ) 转化为立方晶体而成 立方氮化硼具有仅次于金刚石的极高的硬度和耐磨性, 耐热温度高达 1400~1500 C, 与铁系金属在 1200~1300 C 时还不起化学反应 但在高温时与水易起化学反应, 所以一般用于干切削 立方氮化硼适于精加工淬硬钢 冷硬铸铁 高温合金 热喷涂材料 硬质合金及其他难加工材料 三 刀片的形状 选择刀片形状 图标如图 1.26 所示 主要参数选择方法如下 : ⑴ 刀尖角刀尖角的大小决定了刀片的强度 在工件结构形状和系统刚性允许的前提下, 应选择尽可能大的刀尖角 通常这个角度在 35 到 90 之间 图 1.26 中 R 型圆刀片, 在重切削时具有较好的稳定性, 但易产生较大的径向力 ⑵ 刀片形状的选择刀片形状主要依据被加工工件的表面形状 切削方法 刀具寿命和刀片的转位次数等因素选择 正三角形刀片可用于主偏角为 60 或 90 的外圆车刀 端面车刀和内孔车刀 由于此刀片刀尖角小 强度差 耐用度低 故只宜用较小的切削用量 正方形刀片的刀尖角为 90, 比正三角形刀片的 60 要大, 因此其强度和散热性能均有所提高 这种刀片通用性较好, 主要用于主偏角为 等的外圆车刀 端面车刀和镗孔刀 正五边形刀片的刀尖角为 108, 其强度 耐用度高 散热面积大 但切削时径向力大, 只宜在加工系统刚性较好的情况下使用 菱形刀片和圆形刀片主要用于成形表面和圆弧表面的加工, 其形状及尺寸可结合加工对象参照国家标准来确定 26

29 安徽金寨职业学校 图 1.26 机夹刀片类型图 数控车削加工的切削用量选择 数控车削加工中的切削用量包括背吃刀量 a p 主轴转速 n 或切削速度 v c ( 用于恒线速 度切削 ) 进给速度 v f 或进给量 f 这些参数均应在机床给定的允许范围内选取 (1) 切削用量的选用原则粗车时, 应尽量保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度 选择切削用量时应首先选取尽可能大的背吃刀量 a p, 其次根据机床动力和刚性的限制条件, 选取尽可能大的进给量 f, 最后根据刀具耐用度要求, 确定合适的切削速度 v c 增大背吃刀量 a p 可使走刀次数减少, 增大进给量 f 有利于断屑 精车时, 对加工精度和表面粗糙度要求较高, 加工余量不大且较均匀 选择精车的切削用量时, 应着重考虑如何保证加工质量, 并在此基础上尽量提高生产率 因此, 精车时应选用较小 ( 但不能太小 ) 的背吃刀量和进给量, 并选用性能高的刀具材料和合理的几何参数, 以尽可能提高切削速度 (2) 切削用量的选取方法 1 背吃刀量的选择粗加工时, 除留下精加工余量外, 一次走刀尽可能切除全部余量 也可分多次走刀 精加工的加工余量一般较小, 可一次切除 在中等功率机床上, 粗加工的背吃刀量可达 8~10mm; 半精加工的背吃刀量取 0.5~5mm; 精加工的背吃刀量取 0.2~ 1.5mm 2 进给速度 ( 进给量 ) 的确定粗加工时, 由于对工件的表面质量没有太高的要求, 这时主要根据机床进给机构的强度和刚性 刀杆的强度和刚性 刀具材料 刀杆和工件尺寸以及已选定的背吃刀量等因素来选取进给速度 精加工时, 则按表面粗糙度要求 刀具及工 件材料等因素来选取进给速度 进给速度 v f 可以按公式 v f =f n 计算, 式中 f 表示每转进给 量, 粗车时一般取 0.3~0.8mm/r; 精车时常取 0.1~0.3mm/r; 切断时常取 0.05~0.2mm/r 3 切削速度的确定切削速度 v c 可根据己经选定的背吃刀量 进给量及刀具耐用度进行选取 实际加工过程中, 也可根据生产实践经验和查表的方法来选取 粗加工或工件材料的加工性能较差时, 宜选用较低的切削速度 精加工或刀具材料 工件材料的切削性能较好时, 宜选用较高的切削速度 切削速度 v c 确定后, 可根据刀具或工件直径 (D) 按公式 27

30 n=l000v c /πd 来确定主轴转速 n(r/min) 在工厂的实际生产过程中, 切削用量一般根据经验并通过查表的方式进行选取 常用硬质合金或涂层硬质合金切削不同材料时的切削用量推荐值见表 1-3 表 1-4 为常用切削用量推荐表, 供参考 表 1-3 硬质合金刀具切削用量推荐表 粗加工精加工 刀具材料工件材料 切削速度 进给量 (mm 背吃刀量 切削速度 进给量 (mm 背吃刀量 (m/min /r) mm (m/min /r) mm 碳钢 l 0.4 低合金刚 l 0.4 高合金钢 l 0.4 铸铁 l 0.4 硬质合金不锈钢 l 0.4 或涂层硬 质合金 钛合金 l 0.4 灰铸铁 球墨铸铁 铝合金 l

31 安徽金寨职业学校 表 1-4 常用切削用量推荐表 工件材料 加工内容 背吃刀 ap/mm 切削速度 vc/m min-1 进给量 f/mm r-l 刀具材料 粗加工 ~80 0.2~0.4 碳素钢 σ b>600mpa 粗加工 ~ ~0.4 YT 类 精加工 ~ ~0.2 钻中心孔 500~ 800r min-1 钻中心孔 W18Cr4V 碳素钢 σ b>600mpa 钻孔 25~30 钻孔 切断 ( 宽度 <5mm) 70~ ~0.2 切断 ( 宽度 <5mm) YT 类 粗加工 50~70 0.2~0.4 精加工 70~ ~0.2 铸铁 HBS<200 切断 ( 宽度 <5mm) 50~70 0.1~0.2 YG 类 切断 ( 宽度 <5mm) 50~70 0.1~0.2 切断 ( 宽度 <5mm) (3) 选择切削用量时应注意的几个问题 1 主轴转速 应根据零件上被加工部位的直径, 并按零件和刀具的材料及加工性质等 条件所允许的切削速度来确定 切削速度除了计算和查表选取外, 还可根据实践经验确定, 需要注意的是交流变频调速数控车床低速输出力矩小, 因而切削速度不能太低 根据切削速 度可以计算出主轴转速 2 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 在车削螺纹时, 车床的主轴转速将受到螺纹的螺距 P( 或导程 ) 大小 驱动电机的升降频特性, 以及螺纹插补运算速度等多种因素影响, 故对于不同的数控系统, 推荐不同的主轴转速选择范围 大多数经济型数控车床推荐车螺纹时的主轴转速 n(r/min) 为 :n (1200/P) -k 式中 P 被加工螺纹螺距,mm; k 保险系数, 一般取为 80 数控车床车螺纹时, 会受到以下几方面的影响 : 29

32 螺纹加工程序段中指令的螺距值, 相当于以进给量 f(mm/r) 表示的进给速度 vf 如果将机床的主轴转速选择过高, 其换算后的进给速度 v f (mm/min) 则必定大大超过正常值 刀具在其位移过程的始终, 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, 由于升降频率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纹 ( 俗称 乱扣 ) 数控加工工艺文件编制 (1) 工序卡数控加工工序卡与普通加工工序卡有许多相似之处, 但不同的是该卡中应反映使用的辅具 刃具切削参数 切削液等, 它是操作人员配合数控程序进行数控加工的主要指导性工艺文件, 工序卡应按已确定的工步顺序填写 参考实例图纸的数控加工工序卡见表 1-5 和表 1-6 所示 30

33 表 1-5 参考实例图数控加工工艺卡 安徽金寨职业学校 机械加工工艺过程卡 产品型号 零件图号 共 2 页 产品名称 零件名称 球轴 (4) 第 1 页 零件件号材料种类圆钢净重 45# 毛坯单件重量 ( 公斤 ) 数控程序名 O1001,O1002 每台件数牌号规格尺寸 Ø65ⅹ135 毛重 3.5Kg O1003,O1004 工序工序号工步号名称 工序工步内容 工艺装备设备与工艺简图程序号夹具刀具与刀号量具 1 下料 圆钢下料 ø 锯床 钢尺 2 热处理 正火热处理 热处理炉 3 粗车 三爪卡盘夹一端, 试切端面及外圆, 对刀, 见工艺图 1 CJK6136 卡盘 1 手动钻 Φ18 通孔 O1001 车刀 T11 游标卡尺 2 平全长 130mm, 车夹头位 Φ62 45 钻头 Ø18 3 粗车内孔至 Φ28 25, 程序 O1001 内孔车刀 游标卡尺 4 粗车 掉头, 三爪卡盘夹 Φ62 外圆, 夹长 25, 加工要求见工艺图三爪 CJK6136 2, 程序号 O1002 卡盘 游标卡尺 1 试切外圆及端面, 对刀 右端为工件零点 O 尖刀 T22 2 平端面, 保证总长 128mm 35 0 尖刀 T22 3 粗车 Φ56 球面外圆至 Φ58ⅹ83( 长 ) 35 0 尖刀 T22 钢尺 4 粗车 Φ 处至 Φ42 42( 长 ) 35 0 尖刀 T22 5 粗车 Φ56 球面至 Φ 尖刀 T22 6 粗车螺纹外径至 Φ34 35( 长 ) 35 0 尖刀 T22 7 距螺纹端面 72mm 处切槽 Φ44 8( 宽 ) 及车锥面 4mm 切刀 T44 游标卡尺 工艺图 2 5 热处理调质热处理热处理炉 工艺图 1 6 车 三爪装夹大头 Ф62 外圆 在小端车夹持位 Ф32 35 阶梯, 左阶梯端面见光 ( 小头端面不加工, 全长 128mm) CJK6136 三爪 卡盘 35 0 车刀 注 : 工艺图中的粗实线为本工序的加工表面 31

34 表 1-6 参考实例图数控加工工艺卡 机械加工工艺过程卡 产品型号 零件图号 共 2 页 产品名称 零件名称 球轴 (4) 第 2 页 零件件号材料种类圆钢净重 45# 毛坯单件重量 ( 公斤 ) 数控程序名 O1001,O1002 每台件数牌号规格尺寸 Φ 毛重 3.5Kg O1003,O1001 工序工序号工步号名称 工序工步内容 工艺装备设备与工艺简图程序号夹具刀具与刀号量具 7 精车 8 精车 掉头, 三爪夹 Ф32 35 外圆, 试切外圆及端面对刀 程序 加工要求见工艺图 3 CJK6136 O1003 三爪卡盘 1 精车端面, 保证全长尺寸 车刀 游标卡尺 2 精车 Φ 外圆 锥面及 Ф42 外园至尺寸, 保证工序长度尺寸 54, 并外圆倒角 2ⅹ 车刀 千分尺 3 内孔切槽 Ф40ⅹ5 精车内孔 Φ ( 长 ), 倒角 内孔刀 切槽刀内径千分尺 4 外圆上切槽 3 4( 深 ) 4mm 切槽刀 游标卡尺 掉头, 三爪夹 Φ 外圆, 夹长 20mm( 垫铜片保护已加工表 CJK6136 三爪面 ), 百分表校正 Φ 外圆 程序 O1004, 加工要求见工艺 O1004 卡盘图 4 百分表 试切外圆对刀及精车端面 保证全长 倒 1 角 C2, 半精车 Φ 外园到 Ф , 螺纹外径至 Ф 35 0 车刀 游标卡尺 30ⅹ34.5, 球面 Ф56 至 Ф 粗切 Φ26 退刀槽至 Φ26, 保证螺纹长度 22 及左阶梯面长度 mm 切槽刀 游标卡尺 3 精车球面左端面, 保证轴向尺寸 70±0.1 ( 注意 Ф42 喉径 ) 35 0 车刀 游标卡尺 工艺图 4 3x4( 深 ) 工艺图 3 倒角 2X45 4 车螺纹外径到 Ф29.7 螺纹尾部倒角 C2 Φ26 退刀槽至 Ф 25.9, 保证阶梯面长度尺寸 精车 Φ 车刀外径千分尺 深度尺 32

35 安徽金寨职业学校 -0.02ⅹ41.93( 长 ) 外圆至尺寸, 精车 Φ56 球面至尺寸 5 车 M30 2 螺纹, 去毛剌 螺纹车刀螺纹环规 9 检送检, 按图纸要求检查 若在数控机床上只加工零件的一个工步时, 也可不填写工序卡 在工序加工内容不十分复杂时, 可把零件草图反映在工序卡上, 并注明编程原点和对刀点等 (2) 数控刀具调整单数控刀具调整单主要包括数控刀具卡片 ( 简称刀具卡 ) 和数控刀具明细表 ( 简称刀具表 ) 两部分 数控加工时, 对刀具的要求十分严格, 一般要在机外对刀仪上, 事先调整好刀具直径和长度 刀具卡主要反映刀具编号 刀具结构 尾柄规格 组合件名称代号 刀片型号和材料等 它是组装刀具和调整刀具的依据 33

36 表 1-7 数控刀具卡片 产品名称材料 45# 件数机床名称与与型号工艺名称球轴加工工艺 零件名称球轴 (4) 件号图号 GSK928TE 数控车工艺编号 程序号刀号刀具名称与规格加工部位刀长备注刀具简图 T11 外园车刀 (MCLCR) 平端面, 车夹持位 Ф62ⅹ45 T22 T11 O1001 T22 内孔挖刀 (S16K-SDUCR07) 粗加工内孔至 Ф28ⅹ25 O1002 T11 外园车刀 (MCLCR) 平端面, 粗车球面外园 Ф38 外园 Ф30 螺纹外园 T 外园车刀 (MVJCR) 加工锥面 T22 T11 T44 切槽刀, 刀宽 4mm 球的左端面切槽 Ф44ⅹ8 T11 半精加工 35 0 外园车刀 ( 精加工时换刀刃 )( MVJCR) 半精加工 精加工端面 Ф58 外园 锥面 Ф42 喉径 T22 T11 O1003 T22 内孔挖刀 (S25M-SDQCR11) 精车 Ф32ⅹ25 内孔与内孔倒角 T33 内孔切槽刀, 刀宽 3mm 内孔切槽 Ф40ⅹ5 T44 切槽刀, 刀宽 3mm Ф58 外园切槽 3ⅹ4mm O1004 精加工端面 倒角 半精加工螺纹外径 Ф 半精加工 35 0 外园车刀 T11 26 退刀槽 端面 Ф (MVJNR) 外园,Ф56 球面 T22 切槽刀, 刀宽 4mm 车 Ф28 螺纹退刀槽, 车 端面 T33 T11 T33 精加工 35 0 外园车刀 (MVJCR) 精加工螺纹外径 Ф26 退刀槽 端面 Ф 外园,Ф56 球面 T44 螺纹车刀加工 M30ⅹ2 螺纹 34

37 (3) 数控加工程序单数控加工程序单是编程人员通过对被加工零件的工艺分析, 经过数值计算, 按照所使用数控机床的编程规则编制的 是记录数控加工工艺过程 工艺参数 位移数据的清单, 是实现数控加工的主要依据 不同的数控机床, 不同的数控系统, 程序单的格式不同 FANUC 系统数控铣削加工程序单示例见表 1-8 此外, 在数控加工工艺文件中, 对于较复杂轨迹的数控铣削 零件的切入 / 切出方式等, 还应绘制刀具轨迹图, 即刀具路线示意图 表 1-8 数控加工程序单示例 程序注释 O0002 N10 G90 G21 G40 G80 N20 G91 G28 X0 Y0 Z0 N30 G92 X-100 Y200 Z0 N40 G00 G90 X12.0 Y0 Z0 S2000 M03 T1 N50 G43 Z3 H01 N60 M08 N70 M98 P0004 L5 N80 G80 N90 G00 G90 Z25 M05 N100 M09 N110 G91 G20 X0 Y0 Z0 N120 M30 O0004 N10 G91 G83 Y12 Z-12.0 R3.0 Q3.0 F250 N20 X12 L9 N30 Y12 N40 X-12 L9 N50 M99 主程序号绝对坐标 公制尺寸 取消刀具半径补偿和固定循环返回 XYZ 参考点工件坐标系设定快速移动到 2, 主轴以 2000r/min 正转, 刀具 1 准备刀具 1 快速移动到工件上面 3mm 位置冷却液开调用子程序 5 次固定循环取消绝对模式迅速抬刀, 主轴停止冷却液关返回到 XYZ 参考点程序结束, 存储器复位子程序号调用快速深孔钻 G83 固定循环指令在 4 12 位置钻孔在 13 位置钻孔在 位置钻孔返回主程序 N060 程序段 35

38 项目二阶梯轴类零件的编程与加工 适合车削的零件, 不管其结构多么复杂, 它的车削加工总是由一些简单的 典型的结构加工组合起来的 典型结构车削加工, 一般有外圆车削 内孔车削 端面车削 槽车削和螺纹车削等 熟练掌握典型结构加工工艺 编程和操作方法, 是我们掌握复杂零件车削加工的重要基础 车削加工过程包括图样分析 制定加工方案 制定加工计划 试切加工 质量检验等相关过程 任务一工艺分析 分析零件图样 在 FANUC 数控机床上加工如下图 2.1 所示的零件, 已知此零件已经粗加工留有 0.5mm 余 量 试制定相关工艺文件并编写其精加工程序 图 2.1 零件图 图样分析如下 : 1. 尺寸精度 : 主要是总长度 55 和外圆面 Ф30 Ф20 Ф14 的尺寸精度 2. 形状精度 : 根据图样标注, 无形状精度要求 3. 位置精度 : 根据图样标注, 无位置精度要求 4. 表面粗糙度 : 外圆面 Ф30 Ф20 两段外圆面均要求 Ra 为 1.6μm, 其他表面 Ra 为 3.2μm 36

39 2.1.2 制定工艺路线 1) 工步顺序 1 粗车端面及 φ30 φ24 φ20 φ14 外圆, 留 1 mm精车余量 2 精车 φ30 φ24 φ20 φ14 外圆到尺寸, 并保证表面粗糙度 外圆刀具使用 根据加工要求, 选用两把刀具,T01 为 90 粗车刀,T03 为 90 精车刀 同时把两把刀 在自动换刀刀架上安装好, 且都对好刀, 把它们的刀偏值输入相应的刀具参数中 图 2.2 刀架刀具布局图 夹具选择 对短轴类零件, 轴心线为工艺基准, 用三爪自定心卡盘夹持 φ38 外圆, 使工件伸出卡 盘 80 mm, 一次装夹完成粗精加工 切削用量选择 加工参数的确定取决于实际加工经验 工件的加工精度及表面质量 工件的材料性质 刀具的种类及刀具形状 刀柄的刚性等诸多因素 1. 主轴转速 (n) 硬质合金刀具材料切削钢件时, 切削速度 ν 取 m/min, 根据公式 n=1000v/πd 及加工经验, 并根据实际情况, 本任务粗加工主轴转速在 r/min 的范围内选取 2. 进给速度 (F) 粗加工时, 为提高生产效率, 在保证工件质量的前提下, 可选择较高的进给速度, 一般取 mm/min 当进行切槽 切断 车孔加工或采用高速钢刀具进行加工时, 应选用较低的进给速度, 一般在 mm/min 的范围内选取 精加工的进给速度一般取粗加工进给速度的 1/2 37

40 刀具空运行的进给速度一般取 G00 速度, 或者在 G01 时选取 F mm/min 3. 背吃刀量背吃刀量根据机床与刀具的刚性及加工精度来确定, 粗加工的背吃刀量一般取 2-5mm( 直径量 ), 精加工的背吃刀量等于精加工余量, 精加工余量一般取 mm( 直径量 ) 编制工艺文件 1. 制定工艺文件 (1) 简单轴类零件加工刀具卡片, 见表 2-1 表 2-1 数控加工刀具卡片 刀具号 刀具类型 刀片规格 刀杆 备注 T01 外圆粗车刀 YT15 刀偏角 90 T03 外圆精车刀 CNMG PCLNR2020M08 刀尖 80 编制 审核 批准 共 页 第 页 (2) 简单轴类零件加工工步及切削用量列于加工工艺卡中, 见表 2-2 表 2-2 数控加工工序卡 零件号 程序编号 使用机床 夹具 零件材料 O0001 CAK6132V/750 三爪卡盘 45 钢 工步号 工步内容 刀具 主轴转速 / 进给量 / 背吃刀 (r/min) (mm/r) 量 /mm 备注 1 粗车外圆 T 精车外圆 T 编制 审核 批准 共 1 页 第 1 页 38

41 任务二零件程序编制 数控车床坐标系 1 数控机床坐标系的作用数控机床坐标系是为了确定工件在机床中的位置, 机床运动部件特殊位置及运动范围, 即描述机床运动, 产生数据信息而建立的几何坐标系 通过机床坐标系的建立, 可确定机床位置关系, 获得所需的相关数据 2 数控机床坐标系确定依据数控机床坐标系的确定依据为国际上统一的 ISO841 标准 3 数控机床坐标系确定方法 (1) 假设 : 工件固定, 刀具相对工件运动 (2) 标准 : 右手笛卡儿直角坐标系 拇指为 X 向, 食指为 Y 向, 中指为 Z 向 如图 2.3 所示 图 2.3 右手笛卡尔直角坐标系 (3) 顺序 : 先 Z 轴, 再 X 轴, 最后 Y 轴 Z 轴 机床主轴 ; X 轴 装夹平面内的水平向 ; Y 轴 由右手笛卡儿直角坐标系确定 (4) 方向 : 退刀即远离工件方向为正方向 数控程序格式 数控加工程序是数控机床的灵魂 不同的数控系统, 加工程序的结构及程序段格式可能 有差异, 但是基本结构和格式是一样的 39

42 (1) 数控程序的组成一个完整的加工程序由若干个程序段组成, 一个程序段又由若干个字组成, 字是控制系统的具体指令, 它由表示地址的英文字母和特殊文字与数字集合而成的 例如 : O1010; N01 G91 G00 X30.0 Y50.0; N02 G01 X10 Y45.0 F80 S1200 T12 M03; N10 G00 X30.0 Y50.0; N11 M02; 这是一个完整的加工程序, 由 10 个不同内容的程序段按加工顺序排列而成 每个程序段都包括了程序的开始 程序内容及结束部分, 程序段都以序号 N-- ( 也可省略 ) 开头, 以 ; 或回车结束,M02 或 M30 作为整个程序的结束字符 (2) 加工程序格式加工程序由程序号和若干个程序段组成 例如某零件编制的加工程序如下 : O0100; N01 G90 G92 X0 Y0 Z0 S500 M03; N20 G01 X-60 Y10 F200 D01; N30 G02 X40.0 Y10.0 R50.0; N40 G01 G40 X0 Y0; N50 M02; 该加工程序的程序号指令码 ( 即程序号地址 ) 是 O, 程序号 0100, 它有 5 个程序段 1) 程序号为了识别存在存储器中的程序, 给每个程序分配一个程序号, 它由地址 O 紧跟 4 位数值组成, 放在程序的开头 2) 顺序号和程序段一个程序由若干指令组成, 一个指令单位叫做一个程序段 用程序段结束代码 EOB( 分号 ) 把一个程序段与另一个程序段分隔开 3) 程序段结构 ( 字和地址 ) 一个程序段由一个或多个地址字组成 一个字由一个地址和其后的数值组成 ( 数值可带正负号 ) 字 = 地址 + 数值 ( 例如 :X 1000) 地址, 用字母 (A 到 Z) 中的一个 ; 地址决定其后的数值的意义 表 2.2 表示出可用的地址及其意义 相同的地址可能有不同的意义, 取决于准备功能 40

43 表 2-3 主要功能和地址 功能地址意义程序号 O 程序号顺序号 N 顺序号准备功能 G 指定运动方式 ( 直线, 圆弧等 ) X,Z,U,W 坐标轴运动指令尺寸字 I,K 圆弧中心坐标 R 圆弧半径进给功能 F 每分钟进给速度, 每转进给速度主轴速度功能 S 主轴速度刀具功能 T 刀具号 M 机床上的开 / 关控制辅助功能 B 工作台分度等暂停 P,X,U 暂停时间程序号指定 P 子程序号 L 子程序重复次数参数 P,Q 固定循环参数 程序段举例 : N G X Z F S T M ; 顺序号准备功能尺寸字进给功能主轴速度功能刀具功能辅助功能程序段结束符 4) 主程序和子程序 在一个加工程序中, 如果有多个程序段完全相同, 为了缩短程序, 可将这些重复的程序 段单独抽出, 按规定的格式变成子程序, 并事先存储在子程序存储器中 子程序以外的程序 段为主程序主程序在执行过程中, 如需执行该子程序即可随即调用, 并可多次重复调用, 从 而大大简化编程工作 G 指令 准备功能 G 代码由字母后一或两位数字组成, 它用来规定刀具和工件的相对运动轨迹 机床坐标系 坐标平面 刀具补偿 坐标偏置等多种加工操作 G 功能有非模态和模态功能之分 注意 : (1) 非模态 G 代码 ( 当段有效代码 ): 只有所规定的程序段中有效, 程序段结束时被注销 (2) 模态 G 代码 ( 持续有效代码 ): 一组可相互注销的 G 功能, 这些功能一旦被执行, 则一直有效, 直到被同一组 G 功能注销为止 (3) 模态 G 代码组中包含一个缺省 G 代码, 上电时将被初始为该功能 (4) 没有共同地址符的不同组 G 代码可以放在同一程序段中, 而且与顺序无关 例如, 41

44 G90 G17 可与 G01 放在同一程序段中 FANUC 数控车床 G 功能指令见表 2-4 表 2-4 FANUC 数控车床 G 代码一览表 G 代码 组 功能 G 代码组 功能 G00 定位 ( 快速移动 ) G51.6 重叠控制开始 G01 直线插补 ( 切削进给 ) G52 00 局部坐标系设定 01 G02 圆弧插补或螺旋插补 G53 机械坐标系选择 G03 圆弧插补或螺旋插补 G54 工件坐标系 1 选择 G04 暂停 G55 工件坐标系 2 选择 G07.1(G107) 圆柱插补 G56 工件坐标系 3 选择 14 G08 提前预读控制 G57 工件坐标系 4 选择 00 G09 准确停止 G58 工件坐标系 5 选择 G10 可编程数据输入 G59 工件坐标系 6 选择 G11 可编程数据输入取消 G61 准确停止方式 G12.1(G112) 极坐标插补方式 G63 攻丝方式 极坐标插补取消方式 G64 切削方式 G13.1(G113) G17 XpYp 平面选择 G65 00 宏指令调用 G18 16 ZpXp 平面选择 G66 宏模态调用 G19 YpZp 平面选择 G67 12 宏模态调用取消 相向刀具台镜像开或均衡切削 G20 英制数据输入 G68 方式 相向刀具台镜像关或均衡切削 G21 公制数据输入 G69 取消 G22 存储行程检测功能 ON G70 精切循环 09 G23 存储行程检测功能 OFF G71 外侧或内侧切除循环 G25 主轴速度变动检测 OFF G72 底侧切除循环 08 G26 主轴速度变动检测 ON G73 00 闭环切削循环 G27 返回参考点检测 G74 底侧切除循环 G28 返回至参考点 G75 外侧或内侧切除循环 00 G30 返回至参考点 G76 多重螺纹切削循环 G31 返回至参考点 G80 钻孔用固定循环取消 G32 螺纹切削 G81 定点镗孔 (FS10/11-T 格式 ) G34 可变导程螺纹切削 G82 镗阶梯孔 (FS10/11-T 格式 ) G36 刀具自动补偿 (X 轴 ) G83 端面钻孔循环 G37 01 高速深孔钻削循环 (FS10/11 刀具自动补偿 (Z 轴 ) G83.1 格式 ) G39 刀尖半径补偿拐角圆弧插补 G84 10 端面攻丝循环 G40 刀尖半径补偿取消 G84.2 刚性攻丝循环 (FS10/11 格式 ) G41 07 刀尖半径补偿 : 左 G85 端面镗孔循环 G42 刀尖半径补偿 : 右 G87 侧面钻孔循环 G50 设定坐标系或主轴最高 00 转速 G88 侧面攻丝循环 G50.3 工件坐标系预置 G89 侧面镗孔循环 42

45 G 代码组功能 G 代码组功能 多边形加工取消 G90 外侧或内侧车削循环 G50.2(G250) G51.2(G251) 多边形加工 G92 螺纹切削循环 G50.4 同步控制结束 G94 底侧车削循环 G50.5 混合控制结束 G96 恒线速控制 G 重叠控制结束 G97 02 恒转速控制 G51.4 同步控制开始 G98 每分钟进给 G51.5 混合控制开始 G99 05 每转进给注 :( 1 ) 00 组的 G 代码是非模态的, 其他组的 G 代码是模态的 (2) 标记的为缺省值 3. 数控车床常用的准备功能 G 指令有 G00 G01 G02 G03 G04 G20 G21 G50 G90 G94 G98 G99 (1) 快速定位指令 G00 格式 :G00 X(U)_ Z(W)_ ; 功能 :X 轴 Z 轴同时从起点以各自的快速移动速度移动到终点, 两轴是以各自独立的速度移动, 短轴先到达终点, 长轴独立移动剩下的距离, 其合成轨迹不一定是直线 如图 2.4 所示 C 点为 A 点快速移动到 B 点的中间点 图 2.4 指令轨迹图说明 : G00 为初态 G 指令 ; X: 终点 X 轴的绝对坐标 ; U: 终点与起点 X 轴绝对坐标的差值 ; Z: 终点 Z 轴的绝对坐标 ; W: 终点与起点 Z 轴绝对坐标的差值 ; X U Z W 取值范围为 ~ mm; X(U) Z(W) 可省略一个或全部, 当省略一个时, 表示该轴的起点和终点坐标值一致 ; 同时省略表示终点和始点是同一位置,X 与 U Z 与 W 在同一程序段时 X Z 有效,U W 无效 X Z 轴各自快速移动速度分别由系统数据参数设定, 实际的移动速度可通过机床面板的快速倍率键进行修调 43

46 (2) 直线插补指令 G01 格式 :G01 X(U)_ Z(W)_ F_; 功能 : 运动轨迹为按照指定的合成运动速度从起点到终点的一条直线 说明 : G01 为模态 G 指令 ; X U Z W 的取值范围及意义与 G00 指令相同 F 指令值为 X 轴方向和 Z 轴方向的瞬时速度的矢量合成速度, 实际的切削进给速度为进给 倍率与 F 指令值的乘积 ; F 指令值执行后, 此指令值一直保持, 直至新的 F 指令值被执行 (3) 圆弧插补指令 G02 G03 格式 : G02 I_ K_ G18 X(U)_ Z(W)_ F_ G03 R_ 功能 :G02 指令运动轨迹为从起点到终点的顺时针 ( 后刀座坐标系 )/ 逆时针圆弧, G03 指令运动轨迹为从起点到终点的逆时针 ( 后刀座坐标系 )/ 顺时针圆弧 说明 : G02 G03 为模态 G 指令 ; G18 指定 ZpXp 平面圆弧 ; G02 顺时针方向圆弧插补 ; G03 逆时针方向圆弧插补 ; X U Z W 的取值范围及意义与 G00 指令相同 ; I: 从起点到圆弧中心的 Xp 轴距离, 带符号, 半径值 ; K: 从起点到圆弧中心的 Zp 轴距离, 带符号, 半径值 ; R: 圆弧半径 ( 总以半径值表示 ) ; F: 沿圆弧的进给速度 ; ZpXp 平面的 顺时针 (G02) 和 逆时针 (G03) 是在直角坐标系中从 Yp 坐标的正到负方 向来观察 ZpXp 平面而定义的, 如图 2.5 所示 图 2.5 圆弧插补的方向 44

47 圆弧中心用地址 I K 指定时, 其分别对应于 X,Z 轴,I K 表示从圆弧起点到圆心的矢量分量, 是增量值 ; 如图 2.6 所示 I= 圆心坐标 X- 圆弧起始点的 X 坐标 ; K= 圆心坐标 Z- 圆弧起始点的 Z 坐标 ; I K 根据方向带有符号,I K 方向与 X Z 轴方向相同, 则取正值 ; 否则, 取负值 图 2.6 圆弧中心用地址 I K 指定 用 R 指令时, 可以是大于 180 和小于 180 圆弧,R 负值时为大于 180 度的圆弧,R 正值时 为小于或等于 180 度的圆弧 ; 如图 2.7 图 2.7 圆弧与 R 的关系 (4) 进给暂停指令 G04 格式 :G04 X_; 或 G04 U_; 或 G04 P_; 功能 :G04 指令暂停, 按指令的时间延迟执行下个程序段说明 : G04 为非模态 G 指令 ; X: 指定时间, 单位为秒 ( 允许小数点 ) U: 指定时间, 单位为秒 ( 允许小数点 ) P: 指定时间, 单位为毫秒 ( 不允许小数点 ) (5) 英制 / 公制转换指令 G20 G21 格式 :G20 或 G21 代码必须在程序的开始设定坐标系之前在一个单独的程序段中指定 45

48 功能 :G20: 当前编程尺寸单位为英制 ;G21: 当前编程尺寸单位为公制 说明 :G20 G21 为模态 G 指令,G21 为缺省值 在程序执行时, 不能切换 G20 和 G21 (6) 每分钟进给 G98 每转进给 G99 格式 :G98 F ;(F0001~F8000, 前导零可省略, 给定每分进给速度, 毫米 / 分 ) 指令功能 : 以毫米 / 分为单位给定切削进给速度,G98 为模态 G 指令 如果当前为 G98 模态, 可以不输入 G98 格式 :G99 F ;(F0.0001~F500, 前导零可省略 ) 功能 : 以毫米 / 转为单位给定切削进给速度,G99 为模态 G 指令 如果当前为 G99 模态, 可以不输入 G99 系统执行 G99 F 时, 把 F 指令值 ( 毫米 / 转 ) 与当前主轴转速 ( 转 / 分 ) 的乘积作为指令进给速度控制实际的切削进给速度, 主轴转速变化时, 实际的切削进给速度随着改变 使用 G99 F 给定主轴每转的切削进给量, 可以在工件表面形成均匀的切削纹路 在 G99 模态进行加工, 机床必须安装主轴编码器 G98 G99 为同组的模态 G 指令, 同一时刻仅能一个有效 G98 为初态 G 指令, 系统上电时默认 G98 有效 每转进给量与每分钟进给量的换算公式 : Fm = Fr S 其中 :Fm: 每分钟的进给量 (mm/min); Fr: 每转进给量 (mm/r); S: 主轴转速 (r/min) M S F 指令 1. 辅助功能 M 指令辅助功能由地址字 M 和其后的两位数字组成, 主要用于控制机床的各种辅助功能的开关动作, 以及零件程序的走向 M 功能也有非模态 M 功能和模态 M 功能两种形式 非模态 M 功能 ( 当段有效代码 ), 它只在当前程序段中有效 模态 M 功能 ( 续效代码 ) 是一组可相互注销的 M 功能 这些功能在被同一组的另一功能注销前一直有效 某些模态 M 功能组中包含一个缺省 ( 见表 3), 上电将被初始化为该功能 另外,M 功能还可分为前作用 M 功能和后作用 M 功能二类 前作用 M 功能在程序段中编制的轴运动之前执行 46

49 后作用 M 功能在程序段中编制的轴运动之后执行 M 代码规定的功能对不同的机床制造厂来说是不完全相同的 可参考机床说明书 FANUC 数控车床 M 功能指令见表 2-5 表 2-5 FANUC 数控车床常用 M 代码一览表 代码 在程序段开头激活 功能开始时间 在程序段末尾激活 功能 M00 * 程序停止 M01 * 计划停止 M02 * 程序结束 ( 不需倒带 ) M03(*) * 主轴顺时针方向 M04(*) * 主轴逆时针方向 M05(*) * 主轴停止 M06 * 自动换刀 M07(*) * 冷却液喷雾开 M08(*) * 冷却液开 M09(*) * 切削液关 M10 # # 卡盘夹紧靠 ( 车削 ) M11 # # 卡盘夹松开 ( 车削 ) M12 # # 尾架顶尖套筒进 ( 车削 ) M13(*) 尾架顶尖套筒退 ( 车削 ) M19(*) * 主轴定向停止 M30 * 程序结束 ( 需倒纸带 ) M36 * 进给范围 1 M37 * 进给范围 1 M38 * 主轴速度范围 1 M39 * 主轴速度范围 2 M40~M45 # # 齿轮换档低 / 中 / 高 M60 * 自动托盘交换 M98 # # 子程序调用 M99 # # 子程序结束并返回 注 :( 1 ) 表 2-5 中, 第二 三列中的 * 号是指明 M 功能代码开始执行的时间 47

50 (2) # 表示若选为特殊用途, 必须在程序格式中说明 (3) 第一列 M 代码后有 (*) 标记的辅助功能, 会一直有效, 直到另一个辅助功能将其取消 2. 数控车床常用的辅助功能 M 令有 M0 M1 M2 M3 M4 M5 M7 M8 M9 M30 (1) 程序停止指令 M00 执行含有 M00 的程序段后, 机床的主轴 进给及冷却液都自动停止 该指令用于加工过程中测量刀具和工件的尺寸 工件调头 手动变速等操作 当程序运行停止时, 全部现存的模态信息保持不变, 固定操作完成后, 重按 启动 键, 便可继续执行后面的程序 (2) 计划 ( 任选 ) 停止指令 M01 这个指令又叫 任选指令 或 计划暂停 该指令与 M00 基本相似, 但只有在操作面板上的 任选停止 键按下时,M01 才有效, 否则机床将忽略该程序段, 继续执行后续的程序段 该指令常用于工件关键性尺寸的停机抽样检查等情况, 当检查完成后, 按 启动 键可继续执行以后的程序 (3) 程序结束指令 M02 M03 该指令用在程序的最后一个程序段中 当程序结束后, 用此指令可使主轴 进给及冷却液全部停止 M02 的功能比 M00 多一项 复位 此时按 启动 键无效, 因为已经运行到程序尾 M30 是执行完程序段内所有指令后, 使主轴停转 冷却液关闭 进给停止, 并将程序指针指向程序首, 以便加工下一个零件 它比 M02( 程序结束 ) 多了一个 复位程序的指针 的功能, 其它功能相同 (4) 与主轴有关的指令 M03,M04,M05 M03 表示主轴正转,M04 表示主轴反转 M05 为主轴停止 (5) 与冷却液有关的指令 M07 M08 M09 M07 为命令喷液冷却液开 ;M08 为命令喷雾冷却液开 ;M09 为关闭冷却液 冷却液的开关是通过冷却泵的启动与停止来实现的 3. 主轴功能 S 主轴功能 S 控制主轴转速, 其后的数值表示主轴转速, 单位为转 / 每分钟 (r/min) S 是模态指令,S 功能只有在主轴速度可以调节时有效 S 所编程的主轴转速可以借助机床控制面板上的主轴倍率开关进行修调 4. 进给功能 F F 指令表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度,F 的单位取决于 G98( 每分钟进给量 mm/min) 或 G99( 主轴每转一转刀具的进给量 mm/r) 使用下式可以实现每转进给量和每分钟进给量的转化 : Fm=Fr S Fm: 每分钟进给量 (mm/min) 48

51 Fr: 每转进给量 (mm/r) S: 主轴的转速 (r/min) 5. 刀具功能 T(T 机能 ) T 代码用于选择刀具和确定刀具参数, 是数控编程的重要步骤, 其格式因数控系统不同而不同, 主要有以下几种 : (1) 采用 T 指令编程由地址功能码 T 和其后面的若干位数字组成 如华中数控系统就是由地址功能码 T 和其后面的 4 位数字组成, 即 T ( 前两位数字表示选择的刀架工位号, 后两位数字表示选择的刀具的补偿号 ) 例如 : T0303 表示选择第三把刀,3 号补偿量 T0300 表示选择第三把刀, 刀具补偿量取消 (2) 采用 T D 指令编程利用 T 功能选择刀具, 利用 D 功能可以选择相关的刀补 在定义这两个参数时, 其编程的顺序为 T D T 和 D 可以编写在一起, 也可以单独编写, 例如 : T10 D 选择第 10 号刀, 采用刀具偏置表 15 号的偏置尺寸 ; D 仍选用第 10 号刀, 采用刀具偏置表 20 号的偏置尺寸 ; T6---- 选用第 6 号刀, 采用刀具与该刀相关的刀具偏置尺寸 当一个程序段同时包含 T 代码和刀具移动指令时 : 先执行 T 代码指令, 而后再执行刀具移动指令 本书中以 FANUC 系统为例来说明各指令功能, 在 FANUC 系统中,T 指令用法为上述第一种用法 台阶轴数控程序 由于毛坯留有 0.5mm 加工余量, 故用外圆刀加工外圆表面时, 只需按照零件轮廓编程即 可, 切槽的编程只需控制切槽刀以直线插补方式进给并以直线插补方式退出即可 工件坐标 系建立于工作端面的以内 0.5mm 的轴心上 其程序如表 2-6 所示 49

52 FANUC 系统 参考程序 表 2-6 参考程序 华中数控系统 注解 O0001; %0001 程序名 T0101; T0101 选第一把刀 ( 外圆车刀 ) 并建立工件坐标系 M03 S1500 M08; M03 S1500 M08 主轴正转, 每分钟 1500 转, 冷却液 G00 X0 Z3.0; G00 X0 Z3.0 快速定位于工件右端面外侧 G01 Z0 F0.1; G01 Z0 F150 接触工件准备加工 R10 圆弧 开 G03 X20.0 Z-10. R10. ; G03 X20.0 Z-10. R10. 加工 R10 圆弧 G01 X31.02; G01 X31.02 加工第一个端面 G01 X35.02 W-2.0; G01 X35.02 W-2.0 加工第一个 C2 倒角 G01 Z-31.0; G01 Z-31.0 加工 Ф35 外圆面 G01 X38.02; G01 X38.02 加工第二个端面 G01 Z-54.0; G01 Z-54.0 加工 Ф38 外圆面 G02 U8. W-4. R4.0 ; G02 U8. W-4. R4.0 加工 R4 圆弧面 G01 X50.02 W-2.0 ; G01 X50.02 W-2.0 加工第二个 C2 倒角 G01 Z-90.0; G01 Z-90.0 加工 Ф50 外圆面 G00 X100.0 Z100.0 M09; G00 X100.0 Z100.0 M09 快速退刀, 冷却液关 T0202; T0202 换第二把刀 (3mm 宽切槽刀 ) 并建立工件坐标系 M03 S600 M08; M03 S600 M08 主轴转速降为每分钟正转 600 转, 冷却液开 G00 X40.0 Z-31.0; G00 X40.0 Z-31.0 快速定位准备加工第一刀 G01 X31.02 F0.08; G01 X31.02 F60 加工第一刀 G00 X40.0; G00 X40.0 退刀 G00 W2.0; G00 W2.0 向右定位准备加工第二刀 G01 X31.02 F0.08; G01 X31.02 F60 加工第二刀 G00 X40.0; G00 X40.0 快速将刀退至槽外 G00 X100.0 Z100.0; G00 X100.0 Z100.0 快速退刀 M05 M09; M05 M09 主轴停, 冷却液停 M30; M30 程序结束 50

53 知识拓展 刀具半径补偿 1. 数控车床刀尖半径补偿概念数控车床在车削工件时, 所使用刀具的刀尖, 一方面从制造工艺的角度来看, 是无法做到绝对的尖锐, 另一方面从切削原理的角度来看, 刀尖具有一定的圆角, 既可以提高刀尖的强度 增加刀具的使用寿命, 又可以改善工件的表面粗糙度 但是数控车床在采用试切法对刀时, 所获得的刀尖位置是一个假想刀尖, 如图 2.8, 按此刀尖位置进行编程加工工件, 刀具实际车削点是刀尖圆弧 A-B 上与被加工表面相切的一点, 当刀具轨迹与坐标轴不成正交状态时, 会出现过切或欠切现象, 造成加工误差 图 2.8 刀具刀尖位置示意图早期数控车床不具备刀尖半径补偿功能, 为减小由于刀尖圆角所产生的加工误差, 采用人工计算的方法修正刀尖轨迹 以加工锥面为例, 如图 2.9 所示, 假想刀尖为 P 点, 实际刀具与工件接触为 Q 点, 加工过程中在 X 和 Z 方向存在偏差, 分别可用以下方法计算 : ΔX = r r cosθ=r(1 cosθ) ΔZ = r r sinθ= r(1 sinθ) 也可计算编程轨迹与实际加工轨迹的垂直偏移量为 : h= 2 r cos(450 θ) r= r(sinθ+ cosθ 1) X 和 Z 方向偏差分别 : ΔX=h/ cosθ= r(sinθ+ cosθ 1)/ cosθ ΔZ= h/ sinθ=r(sinθ+ cosθ 1)/ sinθ 图 2.9 刀具运行轨迹示意图进行工件加工编程时, 将以上偏差在编程中补偿后, 修正刀具实际移动轨迹, 使之与编程轨迹吻合, 即可保证加工出工件符合精度要求 但是采用人工计算进行刀尖半径补偿时, 当刀具磨损或零件形状发生改变时, 都要重新计算编程参数, 因此, 编程非常繁琐且容易出 51

54 现错误 现代全功能数控车床具有自动刀尖半径补偿功能, 如 FANUC-0i MATE 系统, 编程时不必计算出刀具中心轨迹, 只按零件轮廓编程即可, 数控系统根据加工轮廓的加工程序和刀具中心的偏移量, 自动计算出刀具中心轨迹 对刀尖圆弧半径引起的误差进行补偿, 达到加工要求 2. 自动刀尖半径补偿方法刀尖半径补偿设置加工前, 通过机床数控系统的操作面板向系统存储器中输入刀具补偿的相关参数 : 刀尖圆弧半径 R 和刀尖方位 T 编程时, 按零件轮廓编程, 并在程序中采用刀具半径补偿指令 当系统执行程序中的半径补偿指令时, 数控装置读取存储器中相应刀具号的半径补偿参数, 刀具自动按刀尖方位 T 方向, 偏离零件轮廓一个刀尖半径值 R, 刀具按刀尖圆弧中心轨迹运动, 加工出所要求的零件轮廓 车刀形状和位置参数称为刀尖方位 T 车刀形状不同, 决定刀尖圆弧所处的位置不同, 执行刀具补偿时, 刀具自动偏离零件轮廓的方向也就不同 刀具半径补偿指令 G41 G42 G40 顺着刀具运动方向看, 工件轮廓在刀具的左边称为左补偿, 使用 G41 左补偿指令 工件轮廓在刀具的右边称为右补偿, 使用 G42 刀具的右补偿指令,G40 为取消刀具半径补偿指令 刀具补偿的建立过程刀具补偿的过程分为三步 ( 1 ) 刀补的建立, 刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程 ;(2) 刀补进行, 执行有 G41 G42 指令的程序段后, 刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量 ;(3) 刀补的取消, 刀具离开工件, 刀具中心轨迹要过渡到与编程轨迹重合的过程 如图 2.10 所示 图 2.10 刀具半径补偿示意图 3.FANUC 系统固定循环指令中刀尖半径补偿的应用数控车床上被加工工件的毛坯常用棒料或铸 锻件, 因此, 加工余量较大, 一般需要多次切削加工, 才能去除全部余量,FANUC 数控系统提供了不同形式的固定循环功能, 以简化编程, 缩短程序长度, 减少程序所占内存 其中粗车循环指令 G71, 适用于切除棒料毛坯的大部分加工余量 之后采用 G70 精车循环指令进行精加工 在使用固定循环指令加工工件时, 为保证加工精度, 必须设置刀具半径补偿 下面以加工如图 2.11 所示锥形工件为例, 分析使用外圆粗车循环指令 G71 和精车循环 52

55 指令 G70 指令编程加工, 刀尖半径补偿指令的设置方式及刀具移动轨迹,( 粗精车加工使用 同一把刀具, 刀尖圆弧半径 0.4mm, 刀尖方位 T=3) 图 2.11 锥形工件加工图 刀尖半径补偿指令设置在粗车循环指令 G71 之前 (1) 加工程序 : O0001; G54 G97 G99 M03 S500; T0101; G42G00 X32.0 Z2.0; G71 U2.0 R1.0; G71 P10 Q20 U1.0 W0.1 F0.3; N10 G00X10.0 S1000; G01 Z0.0 F0.15; X30.0.0Z-10.0; N20 X32.0; G70 P10 Q20 ; G40 G00X100.0 Z100.0;M30; (2) 刀具运动轨迹 刀尖半径补偿指令置于粗车循环指令 G71 之前, 进行粗加工时, 刀尖圆弧半径补偿指令 不产生作用, 进行粗加工沿工件轮廓走刀时, 刀具轨迹为假想刀尖与工件轮廓偏移量为设定 精加工余量, 加工工件尺寸在 X 和 Z 方向仍然存在加工误差, 分别为 : ΔX = r(1 cosθ) =0.4(1 cos450)=0.117 ΔZ = r(1 sinθ) =0.4(1 sin450)= 精加工时, 假想刀尖轨迹如图 2.12 所示 : A 点 ( ) B 点 ( ) 精车循环起点 A - B 起刀程序段, 执行刀具偏置过渡运动, 刀具半径补偿建立 在起刀程序段的下一个程序段的起点位置, 刀尖中心定位于程编轨迹的垂线上 53

56 C 点 ( ) 刀尖在 Z 方向补偿偏差 ΔZ =0.234 刀具圆弧中心移动到两个程序 段的程编轨迹被移动一个刀尖圆弧半径后彼此相交的位置 ( 称为交点 ) D 点 ( ) 刀尖在 X 方向补偿偏差 ΔX=0.234( 直径方式编程 ) E 点 ( ) 刀尖圆弧中心移动到交点 图 2.12 假想刀尖轨迹图刀尖半径补偿指令设置在精车程序段中 (1) 加工程序 O0002; G54 G97 G99 M03 S500; T0101; G00 X32.0 Z2.0; G71 U2.0 R1.0; G71 P10 Q20 U1.0 W0.1F0.3; N10 G42 G00 X10.0 S1000; G01 Z0.0 F0.15; G01 X30.0 Z-10.0; N20 G40 X32..0; G70 P10 Q20; G00 X100.0 Z100.0; M30 ; (2) 刀具运动轨迹刀尖半径补偿指令置于精车程序起始段中, 在精加工过程中刀尖半径补偿功能产生作用, 刀尖圆弧中心偏离工件轮廓一个刀尖半径, 加工工件达到尺寸精度要求 精加工时假想刀尖轨迹如图六所示 A 点 ( ) 精车循环起点 B 点 ( ) A - B 起刀程序段, 执行刀具偏置过渡运动, 刀具半径补偿建立 在起刀程序段的下一个程序段的起点位置, 刀尖中心定位于程编轨迹的垂线上 C 点 ( ) 刀尖在 Z 方向补偿偏差 ΔZ =0.234, 刀具圆弧中心移动到交点 D 点 ( ) 刀尖在 X 方向补偿偏差 ΔX=0.234( 直径方式编程 ), 因刀具由 D 点向 E 点移动程序段使用 G40 取消刀尖半径补偿, 则在取消半径补偿之前一个程序段, 刀尖中心运动到垂直于程编轨迹的位置 54

57 E 点 ( ) 刀具定位于补偿取消 (G40) 的终点位置 假想刀尖与程编轨迹重合 图 2.13 刀具运动轨迹 刀尖半径补偿指令设置在精车循环指令 G70 之前 1 加工程序 O0003; G54 G97 G99 M03 S500; T0101; G00 X32.0 Z2.0; G71 U2.0 R1.0; G71 P10 Q20 U1.0 W0.1 F0.3; N10 G00 X10.0 S1000; G01 Z0.0 F0.15; G01 X30.0 Z-10.0; N20 X 32.0; G00 X35.0 Z2.0; G42 G00 X30.0 Z2.0; G70 P10 Q20; G40 G00 X100.0 Z100.0; M30; 55

58 任务三阶梯轴类零件加工与机床操作 数控车床安全操作规程 一 基本要求操作者要熟悉所使用设备的主要技术性能 结构 保养内容和完好标准 二 工作前的准备 1 操作机床前应穿好工作衣和紧身衣服, 袖口应扎紧 女生要戴工作帽, 并把头发塞入帽子里 夏季禁止穿裙子 短裤和凉鞋进入操作现场 操作时严禁戴手套 2 检查设备的传动系统 操作系统 润滑系统 气动系统 各种开关的起始位置 安全制动保护装置 电力稳压系统及电气指示等, 上述系统要齐全 正确 灵敏 可靠 完好 紧固件 连接件不应松动 3 检查机床油标油位, 并及时添加油润滑 4 熟悉图纸和工艺文件, 明确技术要求, 如发现问题, 应及时反映 5 正确的选用各种刀具 刀具用钝后, 要及时刃磨, 不可用钝刃刀具继续加工, 以防止加重机床负荷, 损坏机床或达不到零件表面精度 6 认真填写精密仪器使用登记表 三 工作中的正确操作 1 机床开动前, 必须关闭防护门 2 工件 刀具必须安装牢固 装卸工件时, 防止碰撞机床 较重零件 夹具在装卸时应用吊车或在他人的协助下完成 3 根据工件材料 硬度 加工余量的大小, 合理选择进刀量和主轴转速 毛坯从主轴孔的尾端伸出不得过长, 以防伤人和甩出后碰坏别的东西 4 在加工过程中, 只允许一人操作机床, 如需多人操作时, 必须由一人统一指挥 ; 操作者不得擅离岗位或拖他人代管 5 设备滑导面 工作台面 机床拉门上禁止放置工卡量具 堆放零件和无关杂物 6 车床使用三爪或四爪卡盘时, 必须确认工件装夹牢固后, 才可以慢速试车 7 设备运行中注意异常现象, 发生故障及时停车, 采取措施, 并记录显示故障内容 发生事故, 应立即停车断电, 保护现场, 及时上报, 不得隐瞒, 并配合指导老师做好分析调查工作 8 物件摆放要井然有序 工具 量具摆放在固定的位置上; 图纸和工艺卡片要放在便于使用处 ; 毛坯和成品分开摆放, 排列整齐既要让操作者取用方便, 又不妨碍操作者自由活动 56

59 四 工作后的保养 1 操作者要及时清理设备上的切屑杂物, 清理工作现场 ; 2 各工作台面涂油保护, 操作者要将设备各开关手柄及部件移归原位 按规定顺序关闭机床 切断电源 ; 3 在进行交接时做好记录 程序编辑及效验 以 FANUC 0i-TB 数控系统车床为例讲解 : 1. 程序的输入编辑 PROG 输入文件名 :O ; 输入程序 2. 程序的编辑 ( 如 : 把 X50.0 改为 X60.0) 编辑 PROG 把光标调到 X50.0 输入 X60.0 ALTER 3. 程序的删除 ( 如 : 要删除程序 O2201;) 编辑 PROG 程序号 (O2201) DELETE 4. 单段程序的模拟运行. 选择程序段 单段 机床锁住 循环启动查看模拟图形 :CUSTOM GRAPH 图形 5. 程序效验运行. 选择编辑工作方式 PROG 在 MDI 面板上输入程序文件名 OXXXX O 检索 自动 锁住机床 空运行 GRAPH 图形 主轴转速打 100% 进给修调打 100% 循环启动 查看模拟图形 :CUSTOM GRAPH 图形 外圆刀对刀及零件加工 假设外圆刀使用 1 号刀, 即 T0101(1#) 57

60 在手轮工作操作方式下, 以较小的进给速率试切工件的右端面, 此时不要移动刀具, 保持 Z 坐标不变 OFFSETSETTING 补正 形状 用上 下键移动兰色亮条, 选择所需要的刀偏号 (1#) 的 Z 坐标 输入 Z0 测量 图 2.14 T 指令 Z 方向对刀在点动工作操作方式下, 以较小的进给速率试切工件的外圆, 再沿 Z 轴方向退出刀具 ( 保持 X 坐标不变 ), 停止主轴转动, 测量被加工工件的外圆直径值为 D( 假设为 36.6) OFFSETSETTING 补正 形状 用上 下键移动亮条, 选择所需要的刀偏号 (1#) 的 X 坐标 输入 XD(X36.6) 测量 图 2.15 T 指令 X 方向对刀程序效验结束, 一定要重新回一次参考原点 然后把刀具调到任一位置, 按循环启动, 即可进行加工 如果使用多把刀具, 用 T0202 T0303 T0404 等设定即可, 方法同 T0101 一样 58

61 任务四零件精度检测 游标卡尺 游标卡尺是一种常用的量具, 具有结构简单 使用方便 精度中等和测量的尺寸范围大 等特点, 可以用它来测量零件的外径 内径 长度 宽度 厚度 深度和孔距等, 应用范围 很广 如图 2.16 游标卡尺实物图 图 2.16 游标卡尺实物图 1. 结构组成游标卡尺由主尺和副尺 ( 又称游标 ) 组成 主尺与固定卡脚制成一体 ; 副尺与活动卡脚制成一体, 并能在主尺上滑动 游标卡尺有 mm 三种测量精度 2. 读数方法游标卡尺是利用主尺刻度间距与副尺刻度间距读数的 以 2.17 图 0.02mm 游标卡尺为例, 主尺的刻度间距为 1mm, 当两卡脚合并时, 主尺上 49mm 刚好等于副尺上 50 格, 副尺每格长为 =0.98mm 主尺与副尺的刻度间相关为 =0.02mm, 因此它的测量精度为 0.02mm ( 副尺上直接用数字刻出 ) 图 2.17 游标卡尺刻度线 3. 游标卡尺读数分为三个步骤, 下面以图 2.18 所示 0.02 游标卡尺的某一状态为例进行说明 (1) 尺上读出副尺零线以左的刻度, 该值就是最后读数的整数部分 图示 33mm (2 副尺上一定有一条与主尺的刻线对齐, 在刻尺上读出该刻线距副尺的格数, 将其与刻度间距 0.02mm 相乘, 就得到最后读数的小数部分 图示为 0.24mm (3 将所得到的整数和小数部分相加, 就得到总尺寸为 33.24mm 59

62 图 2.18 游标卡尺读数示例 4. 游标卡尺的使用方法量具使用得是否合理, 不但影响量具本身的精度, 且直接影响零件尺寸的测量精度, 甚至发生质量事故, 对国家造成不必要的损失 所以, 我们必须重视量具的正确使用, 对测量技术精益求精, 务使获得正确的测量结果, 确保产品质量 5. 使用游标卡尺测量零件尺寸时, 必须注意下列几点 : (1) 测量前应把卡尺揩干净, 检查卡尺的两个测量面和测量刃口是否平直无损, 把两个量爪紧密贴合时, 应无明显的间隙, 同时游标和主尺的零位刻线要相互对准 这个过程称为校对游标卡尺的零位 (2) 移动尺框时, 活动要自如, 不应有过松或过紧, 更不能有晃动现象 用固定螺钉固定尺框时, 卡尺的读数不应有所改变 在移动尺框时, 不要忘记松开固定螺钉, 亦不宜过松以免掉了 (3) 当测量零件的外尺寸时 : 卡尺两测量面的联线应垂直于被测量表面, 不能歪斜 测量时, 可以轻轻摇动卡尺, 放正垂直位置 如果卡尺带有微动装置, 此时可拧紧微动装置上的固定螺钉, 再转动调节螺母, 使量爪接触零件并读取尺寸 决不可把卡尺的两个量爪调节到接近甚至小于所测尺寸, 把卡尺强制的卡到零件上去 这样做会使量爪变形, 或使测量面过早磨损, 使卡尺失去应有的精度 (4) 用游标卡尺测量零件时, 不允许过分地施加压力, 所用压力应使两个量爪刚好接触零件表面 如果测量压力过大, 不但会使量爪弯曲或磨损, 且量爪在压力作用下产生弹性变形, 使测量得的尺寸不准确 ( 外尺寸小于实际尺寸, 内尺寸大于实际尺寸 ) (5) 在游标卡尺上读数时, 应把卡尺水平的拿着, 朝着亮光的方向, 使人的视线尽可能和卡尺的刻线表面垂直, 以免由于视线的歪斜造成读数误差 (6) 为了获得正确的测量结果, 可以多测量几次 即在零件的同一截面上的不同方向进行测量 对于较长零件, 则应当在全长的各个部位进行测量, 务使获得一个比较正确的测量结果 表面粗糙度样板 1 用途 : 表面粗糙度比较样块是通过视觉和触觉, 以比较法来检查机械零件加工后表面粗糙度的 60

63 一种工作量具 通过目测或放大镜与被测加工件进行比较, 判断表面粗糙度级别, 为设计人员对特定加工方法和粗糙度等级的直观感觉和外形特征提供指导, 也可作为大中专院校机械专业的直观教具 它的表征参数为表面轮廓算术平均偏差 Ra 值 它完全符合国家标准 GB 和国家检定规程 JJG102 的各项技术要求 生产品种 规格见附表 2 材料及规格: (1) 机加工表面粗糙度比较样块材料 : 除研磨样块采用 GCr15 材料外其余样块采用 45# 优质碳素结构钢制成 机加工表面粗糙度比较样块规格 : 共分五种 1 八组样块 ( 车外圆 刨 端铣 平铣 平磨 外磨 研磨 镗内孔 ) 2 七组样块 ( 车床 刨床 立铣 平铣 平磨 外磨 研磨 ) 3 六组样块 ( 车床 刨床 立铣 平铣 平磨 外磨 ) 4 笔记本样块 ( 车床 立铣 平铣 平磨 外磨 研磨 ) 5 单组式 :( 车床样块 刨床样块 立铣样块 平铣样块 平磨样块 外磨样块 6 研磨样块 镗床样块 手研 ) 6 双组式 :( 车外圆磨外圆 镗内孔磨内孔 ) (2) 其它表面粗糙度比较样块材料为镍合金, 采用精密电铸复制工艺, 工艺先进, 质量稳定, 品种规格最全, 产品有硬度高, 耐磨性好, 永不生锈等特点, 特别适用于生产现场 1 喷砂加工样块 : 2 抛喷丸加工样块 3 抛光加工样块 4 铸造钢铁砂型样块 5 电火花线切割样块 6 电火花样块 3. 使用维护注意事项 : 比较样块在使用时应尽量和被检零件处于同等条件下 ( 包括表面色泽, 照明条件等 ) 不得用手直接接触比较样块, 严格防锈处理, 以防锈蚀, 并避免碰划伤 4. 表面粗糙度比较样块规格表 : 加工方法 规格 Ra 值 um 块数 国标 车外圆 刨 端铣 平铣 平磨 八组式 块 GB 外磨 研磨 镗内孔

64 车床 刨床 立铣 平铣 七组式 平磨 外磨 研磨 车床 刨床 立铣 平铣 六组式 平磨 外磨 车床 立铣 平铣 平磨 笔记本式 外磨 研磨 块 GB 块 30 块 GB GB 喷砂单组式 块 GB

65 项目三圆弧曲面类零件的编程与加工 任务一工艺分析 图 3.1 圆弧曲面类零件样图 分析零件图样 根据零件图样, 分析零件形状 尺寸 精度要求 毛坯形式 材料与热处理要求 选择 合适的数控车床 制定工艺路线 根据零件图纸的特点, 选取相应的机床, 根据机床的特点和选取的材料, 选取相应的刀 具 选择合适的吃刀量和转速, 并填写好下面的工艺卡 切槽刀具使用 此零件需要加工端面, 且有垂直的台阶, 选择的刀具要满足这两个要求, 故选择主偏角 93 度外圆方刀, 刀杆厚度 20mm 刀片的选择: 根据所加工的 45# 钢来选 P 类, 型号与刀杆相匹配即可, 刀尖圆弧半径 0.4mm 切槽刀选择以槽宽为准,4mm 宽, 刀头长度以满足槽深越短越好为准, 此处选 20mm 长 刀片选择 P 类, 型号与刀杆相配即可, 如图 3.2 所示 63

66 图 3.2 切槽刀实物图 切削用量选择 加工参数的确定取决于实际加工经验 工件的加工精度及表面质量 工件的材料性质 刀具的种类及刀具形状 刀柄的刚性等诸多因素 1. 背吃刀量外圆刀粗车的背吃刀量最大可以到 8mm 左右, 由于数控刀具刀尖圆弧不同, 可选择刀尖圆弧半径为 0.4mm 的刀片作为精车刀, 背吃刀量为 0.5mm, 此件可以一次车完, 背吃刀量最大 2mm, 最小 1mm 2. 主轴转速因为不同材料的刀具线速度不同, 硬质合金一般在 80~300m/min, 可以根据公式 Vc=πDn/1000 进行计算, 此处选择 800r/min 3. 进给量根据刀片不同,F 一般在 0.01~0.4mm/r 左右, 此件一次加工成型, 考虑表面粗糙度及刀片的强度, 选择 F=0.15mm/r 4. 槽刀背吃刀量为刀宽 4mm, 进给量 F 取 0.1mm/r 左右 ( 注意选择时与系统刚性关系密切, 建议试切 ), 转速与背吃刀量和工件直径有关, 被吃刀量越宽, 转速越低, 此处选择 300r/min 编制工艺文件 表 3-1 零件工艺卡 数控加工工序卡 ( 一 ) 零件名称内外表面零件零件图号夹具名称三爪卡盘 设备名称及型号 材料名称及牌号 64 CK6150 硬度工序名称外轮廓加工工序号 01

67 工步 : 外轮廓粗 精加工 ( 工艺简图包括 : 标明零件伸出长度 装夹位置 ) 工步号 工步内容 切削用量刀具量具 Vf n f a p 编号名称编号名称 1 外轮廓粗加工 卡尺 2 外轮廓精加工 T0101 YT15 外 01 圆刀千分尺 签名共 2 页第 1 页 65

68 任务二零件程序编制 外径粗车固定循环指令 G71 G71 指令称为外径粗车固定循环, 它适用于毛坯料粗车外径和粗车内径 在 G71 指令后跟描述零件的精加工轮廓程序,CNC 系统根据加工程序所描述的轮廓形状和 G71 指令的各个参数自动生成加工路径, 将粗加工待切除料切削完成 (1) 指令格式内外径粗车复合循环 G71 指令格式 : G71 U( d) R(e); G71 P(ns) Q(nf)U( u) W( w) F(f) S(s) T(t); N(ns) ; ; F ; S ; T ; N(nf) ; 外径粗车复合循环指令参数是由两个 G71 程序段指令的, 而精加工的零件形状是由 N(ns) 到 N(nf) 的程序段指令的, 各参数的意义如图 5-23 d 每次循环的切削深度 ( 半径值指定 ), 模态值, 直到下个指定之前均有效 也可以用参数指定 根据程序指令, 参数中的值也变化, 单位为 mm e 每次切削退刀量 模态值, 在下次指定之前均有效 也可以用参数指定 根据程序指令, 参数中的值也变化 ns 精加工路径第一程序段的顺序号 ( 行号 ) nf 精加工路径最后程序段的顺序号 ( 行号 ) u X 方向精加工余量和方向 u 为负值时, 表示内径粗车循环 w Z 方向精加工余量和方向 f, s, t : 在 G71 程序段中指令, 在顺序号为 ns 到顺序号为 nf 的程序段中粗车时使用的 F S T 功能 ⑵ 说明 1 在 A B 之间的移动指令中指定的 F S T 功能, 仅在 G70 中有效, 粗车循环使用 G71 程序段或以前指令的 F S T 功能 精加工形状的移动指令, 直线和圆弧指令都可以指令 2 在 A A 之间的刀具轨迹, 在顺序号为 ns 的程序段中指定,ns 的程序段必须为 G00 或 G01 指令, 且只有 X 轴的移动 ( 不能指定 Z 轴的运动 ) 当用 G00 指令时,A A 快速移 66

69 动, 当用 G01 指令时,A A 切削进给移动 3 在 A B 之间的零件形状,X 轴和 Z 轴都必须是单调增大或单调减小的图形, 这是 Ⅰ 型外径粗车循环的关键 在顺序号为 ns 到顺序号为 nf 的程序段中, 不能调用子程序 4 在程序指令时,A 点在 G71 程序段之前指令 在循环开始时, 刀具首先由 A 点退回到 C 点, 移动 u/2 和 w 的距离 刀具从 C 点平行于 A A 移动 d, 开始第一刀的外圆切削循环 第一步的移动, 是用 G00 还是用 G01, 由顺序号 ns 中的代码决定, 当 ns 中用 G00 时, 这个移动就用 G00, 当 ns 中用 G01 时, 这个移动就用 G01 第二步切削运动用 G01, 当到达本程序段终点时, 以与 Z 轴成 45 夹角的方向退出 第四步以离开切削表面 e 的距离快速返回到 Z 轴的出发点 再以切深为 d 进行第二刀切削, 当达到精车留量时, 沿精加工留量轮廓 DE 加工一刀, 使精车留量均匀 最后从 E 点快速返回到 A 点, 完成一个粗车循环 5 当顺序号 ns 程序段用 G00 移动时, 在指令 A 点时, 必须保证刀具在 Z 轴方向上位于零件之外 顺序号 ns 程序段, 不仅用于粗车, 还要用于精车时进刀, 一定要确保进刀的安全 6G71 指令必须带有 P Q 地址 ns nf, 且与精加工路径起 止顺序号对应, 否则不能进行该循环加工 7X 向和 Z 向精加工余量 u 和 w 的符号如图 3.3 所示 提示 :G71 指令中 u 为负值时, 表示内径粗车循环 X B Z U(-)W(+) A A U(-)W(-) B A / A / A / A / B U(+)W(+) A A U(+)W(-) B 图 3.3 G71 指令中图 u 和 w 符号的确定 ⑶ 编程示例 例 1 用 G71 指令编程加工如图零件的外轮廓 其余 3.2 R3 SR10 φ50 φ46 φ 图 3.4 例 1 图纸 67

70 程序注释 O5010; 程序名 N10 M03 S600; N20 T0101; N30 G00 X52.0 Z1.0; 主轴正转, 转速 600r/min 换 1 号外圆车刀, 导入刀具刀补 快速到达循环起点 N40 G71 U2.0 R1.0; 外圆粗加工循环 N50 G71 P60 Q150 U0.2 W0.1 F0.3; 加工路线为 N60~N150,X 向精车余量 0.2mm,Z 向精加工余量 0.1mm, 粗加工进给速度 0.3mm/r N60 G00 XO; N70 G01 Z0 F0.10 S1000; N80 G03 X20.0 Z-10.0 R10.0; N90 G01 Z-17.0; N100 G02 X26.0 Z-20.0 R3.0; N110 G01 X32.0; N120 Z-30.0; N130 X46.0 Z-40.0; N140 Z-50.0; N150 X52.0; N160 G70 P60 Q150; N170 G28 U0 W0; N180 M30; 轮廓起点, 精加工进给量 0.10mm/r, 主轴转速 1000r/min 加工 SR10 的圆球加工 φ20 外圆柱加工 R3 的圆弧加工台阶端面加工 φ32 外圆加工圆锥面加工 φ46 外圆加工台阶端面精加工循环返回参考点主程序结束并返回程序起点 例 2 用 G71 指令加工如图中的内轮廓 ( 零件的左端面已加工, 已钻成 φ20mm 的通孔 ) R5 φ60 φ25 φ35 φ 图 3.5 例 2 图纸 68

71 程序注释 O5011; 程序名 N10 M03 S500; N20 T0404; N30 G00 X18.0 Z2.0; N40 G71 U1.5 R1.0; 主轴正转, 转速 500r/min 调用 4 号内孔车刀, 导入刀具刀补快速到达循环起点内径粗加工复合循环 N50 G71 P60 Q140 U-0.2 W0.1 F0.3; 加工路线为 N60~N140,X 向精车余量 0.2mm,Z 向精加工余量 0.1mm, 粗加工进给量 0.3mm/r N60 G00 X50.0; N70 G01 Z0 F0.10 S800; N80 G02 X40.0 Z-5.0 R5.0; N90 G01 Z-15.0; N100 X35.0; N110 Z-25.0; N120 X25.0 Z-35. 0; N130 Z-46.0; N140 X20.0; N150 G70 P60 Q140; N160 G00 Z100.0; N170 X100.0; N180 M30; 加工起点, 精加工进给量 0.10mm/r, 主轴转速 800r/min 加工 R5 的圆弧加工 φ40mm 内孔加工台阶端面加工 φ35mm 内孔加工圆锥面加工 φ25mm 内孔 X 向退刀精加工循环刀具沿轴向快速退出刀具沿径向快速退出主程序结束并返回程序起点 图 3.6 刀尖圆角 R 图 3.7 刀尖圆角 R 造成的少切与过切 69

72 3.2.2 刀具半径补偿指令 编程时, 通常都将车刀刀尖作为一点来考虑, 但实际上刀尖处存在圆角, 如图 3.6 所示 当用按理论刀尖点编出的程序进行端面 外径 内径等与轴线平行或垂直的表面加工时, 是不会产生误差的 但在进行倒角 锥面及圆弧切削时, 则会产生少切或过切现象, 如图 3.7 所示 具有刀尖圆弧自动补偿功能的数控系统能根据刀尖圆弧半径计算出补偿量, 避免少切或过切现象的产生 图 3.8 刀尖圆角 R 的确定方法 图 3.9 刀具补偿编程 G40-- 取消刀具半径补偿, 按程序路径进给 G41-- 左偏刀具半径补偿, 按程序路径前进方向刀具偏在零件左侧进给 G42-- 右偏刀具半径补偿, 按程序路径前进方向刀具偏在零件右侧进给 在设置刀尖圆弧自动补偿值时, 还要设置刀尖圆弧位置编码, 指定编码值的方法参考图 3.8 例 : 应用刀尖圆弧自动补偿功能加工图 3.9 所示零件 : 刀尖位置编码 :3 N10 G50 X200 Z175 T0101 N20 M03 S1500 N30 G00 G42 X58 Z10 M08 N40 G96 S200 N50 G01 Z0 F1.5 N60 X70 F0.2 N70 X78 Z-4 N80 X83 70

73 N90 X85 Z-5 N100 G02 X91 Z-18 R3 F0.15 N110 G01 X94 N120 X97 Z-19.5 N130 X100 N140 G00 G40 G97 X200 Z175 S1000 N150 M T 指令 T 功能指令用于选择加工所用刀具 编程格式 T~ T 后面通常有两位数表示所选择的刀具号码 但也有 T 后面用四位数字, 前两位是刀具号, 后两位是刀具长度补偿号, 又是刀尖圆弧半径补偿号 例 :T0303 表示选用 3 号刀及 3 号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值 T0300 表示取消刀具补偿 圆弧曲面零件数控程序 %0002 ( 车工件右边的程序 ) T0101 ( 换一号刀, 确定其坐标系 ) M08 M03 S800 ( 冷却液开, 主轴正转, 转速为 800r/min) G00 X35 Z6 ( 刀尖快速定位到 Ø35 直径, 距端面 6mm 处 ) G71 U1 R0.5 P1 Q2 E0.4 F100 ( 外径粗车复合循环 ) M09 M05 M00 M03S1600 F80 ( 主轴以 1600r/min 正转 ) T0101 N1G00G42X0 Z1 ( 精加工轮廓起始行, 加刀具补偿, 移到 Z1 处 ) G01 Z0 G03 X18 Z-27 R15 ( 车 R15 圆弧 ) G02 X24Z-36 R5 ( 车 R5 圆弧 ) G01 X30 Z-39 ( 车倒角 C3) Z-60 ( 车 Ø30 外圆 ) 71

74 N2G00G40X35 ( 刀具补偿取消,X 轴退刀 ) G00 X80 Z80 ( 返回程序起点位置 ) M09 ( 冷却液关 ) M30 %0012 ( 车工件左边的程序 ) T0101 ( 换一号刀, 确定其坐标系 ) M08 M03 S800 ( 冷却液开, 主轴正转, 转速为 800r/min) G00 X35 Z6 ( 刀尖快速定位到 Ø35 直径, 距端面 6mm 处 ) G71 U1 R0.5 P1 Q2 E0.4 F100 ( 外径粗车复合循环 ) M09 M05 M00 M03S1600 F80 ( 主轴以 1600r/min 正转 ) T0101 N1G00G42X0 Z1 ( 精加工轮廓起始行, 加刀具补偿, 移到 Z1 处 ) G01 Z0 G03 X20 Z-10 R10 ( 车 R10 圆弧 ) G01 X28 G01 X30 Z-11 ( 车倒角 C1) N2G00G40X34 ( 刀具补偿取消,X 轴退刀 ) G00 X80 Z80 ( 返回程序起点位置 ) M09 ( 冷却液关 ) M30 ( 主程序结束并复位 ) 知识拓展 相关编程指令补充(G04 G72 G73) 1. 暂停指令 G04 G04 指令用于暂停进给, 其指令格式是 : G04 P 或 G04 X(U) 暂停时间的长短可以通过地址 X(U) 或 P 来指定 其中 P 后面的数字为整数, 单位是 ms; X(U) 后面的数字为带小数点的数, 单位为 s 有些机床,X(U) 后面的数字表示刀具或工件空转的圈数 该指令可以使刀具作短时间的无进给光整加工, 在车槽 钻镗孔时使用, 也可用于拐角轨迹控制 例如, 在车削环槽时, 若进给结束立即退刀, 其环槽外形为螺旋面, 用暂停指令 72

75 G04 可以使工件空转几秒钟, 即能将环形槽外形光整圆, 例如欲空转 2.5s 时其程序段为 : G04 X2.5 或 G04 U2.5 或 G04 P2500; G04 为非模态指令, 只在本程序段中才有效 2. 端面粗切循环 G72 端面粗切循环是一种复合固定循环 端面粗切循环适于 Z 向余量小,X 向余量大的棒料 粗加工, 如图 3.10 所示 图 3.10 端面粗加工切削循环 图 3.11 G72 程序例图 编程格式 G72 U( d) R(e) G72 P(ns) Q(nf) U( u) W( w) F(f) S(s) T(t) 式中 : d- 背吃刀量 ; e- 退刀量 ; 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 73

76 注意 : (1)ns nf 程序段中的 F S T 功能, 即使被指定对粗车循环无效 (2) 零件轮廓必须符合 X 轴 Z 轴方向同时单调增大或单调减少 例 : 按图 3.11 所示尺寸编写端面粗切循加工程序 N10 G50 X200 Z200 T0101 N20 M03 S800 N30 G90 G00 G41 X176 Z2 M08 N40 G96 S120 N50 G72 U3 R0.5 N60 G72 P70 Q120 U2 W0.5 F0.2 N70 G00 X160 Z60 //ns N80 G01 X120 Z70 F0.15 N90 Z80 N100 X80 Z90 N110 Z110 N120 X36 Z132 //nf N130 G00 G40 X200 Z200 N140 M30 3 封闭切削循环 G73 封闭切削循环是一种复合固定循环, 如图 3.12 所示 封闭切削循环适于对铸 锻毛坯切削, 对零件轮廓的单调性则没有要求 编程格式 G73 U(i) W(k) R(d) G73 P(ns) Q(nf) U( u) W( w) F(f) S(s) T(t) 式中 :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 74

77 图 3.12 封闭切削循环图 3.13 G73 程序例图例 : 按图 3.39 所示尺寸编写封闭切削循环加工程序 N01 G50 X200 Z200 T0101 N20 M03 S2000 N30 G00 G42 X140 Z40 M08 N40 G96 S150 N50 G73 U9.5 W9.5 R3 N60 G73 P70 Q130 U1 W0.5 F0.3 N70 G00 X20 Z0 //ns N80 G01 Z-20 F0.15 N90 X40 Z-30 N100 Z-50 N110 G02 X80 Z-70 R20 N120 G01 X100 Z-80 N130 X105 //nf N140 G00 X200 Z200 G40 N150 M30 75

78 任务三圆弧曲面零件加工与机床操作 程序编辑及效验 1. 程序的输入 编辑 PROG 输入文件名 :O ; 输入程序 2. 程序的编辑 ( 如 : 把 X50.0 改为 X60.0) 编辑 PROG 把光标调到 X50.0 输入 X60.0 ALTER 3. 程序的删除 ( 如 : 要删除程序 O2201;) 编辑 PROG 程序号 (O2201) DELETE 4. 单段程序的模拟运行. 选择程序段 单段 机床锁住 循环启动 查看模拟图形 :CUSTOM GRAPH 图形 5. 程序效验 选择编辑工作方式 PROG 在 MDI 面板上输入程序文件名 OXXXX O 检索 自动 锁住机床 空运行 GRAPH 图形 主轴转速打 100% 进给修调打 100% 循环启动 程序效验结束, 一定要重新回一次参考原点 切槽刀对刀及零件加工 1. 切槽刀的对刀 1 在 MDI 方式下, 调 2 号刀, 按 [ 主轴正转 ] 按钮使主轴旋转 2 在 JOG 或手摇方式下, 将刀具移至工件附近, 越近时倍率要越小, 使切槽刀的刀尖与已加工好的工件端面接触, 听见摩擦声或有微小标听在 G02 一行上, 键入 Z0, 按 测量, 完成切槽刀 Z 向对刀 76

79 3 用与外圆车刀相同的方式, 将刀具从径向靠近工件 当切槽刀的刀刃与已加工好的工件外圆接触时, 停止进给, 工具补正 / 形状 画面里, 将光标听在 G02 一行上, 键入 X30, 按 测量, 完成切槽刀 X 向对刀 4 完成切槽刀对刀后, 刀架移开, 退到换刀位置, 使主轴停转 图 3.14 切槽刀对刀 2. 零件的加工 选择编辑工作方式 PROG 确保程序文件名是 OXXXX, 且光标处在程序头 自动 PROG ( POS 或 GRAPH ) 主轴转速打 100% 进 给修调打 60% 循环启动 加工过程处理 : 1 加工暂停 : 按 进给保持 键暂停执行程序 按 点动 键 ( 将系统工作方式切换到 点动 按 主轴停 可停主轴 2 加工恢复 : 在 点动 工作方式下按 主轴正转 键 将工作方式重新切换到 自动 按 循环启动 键即可恢复自动加工 3 加工取消 : 加工过程中若想退出, 可按 MDI 键盘上的 复位 (RESET) 键退出加工 4 若选取了 程序单段, 则系统每执行完一个程序段就会暂停, 此时必须反复按 循环启动 键, 才能实现连续加工 5 机床运行中, 一旦发现异常情况, 应立即按下急停按钮, 终止机床所有运动和操作 待故障排除后, 方可重新操作机床及执行程序 ; 出现机床报警时, 应根据报警号查明原因, 在教师指导下及时排除 77

80 任务四零件精度检测 外径千分尺 外径千分尺常简称为千分尺, 它是比游标卡尺更精密的长度测量仪器, 常用规格为 0-25mm 25-50mm 等, 每 25mm 一个等级 精度是 0.01 毫米 外径千分尺的结构由固定的尺架 测砧 测微螺杆 固定套管 微分筒 测力装置 锁紧装置等组成 固定套管上有一条水平线, 这条线上 下各有一列间距为 1 毫米的刻度线, 上面的刻度线恰好在下面二相邻刻度线中间 微分筒上的刻度线是将圆周分为 50 等分的水平线, 它是旋转运动的 根据螺旋运动原理, 当微分筒 ( 又称可动刻度筒 ) 旋转一周时, 测微螺杆前进或后退一个螺距 0.5 毫米 这样, 当微分筒旋转一个分度后, 它转过了 1/50 周, 这时螺杆沿轴线移动了 1/ 毫米 =0.01 毫米, 因此, 使用千分尺可以准确读出 0.01 毫米的数值 1. 外径千分尺的零位校准使用千分尺时先要检查其零位是否校准, 因此先松开锁紧装置, 清除油污, 特别是测砧与测微螺杆间接触面要清洗干净 检查微分筒的端面是否与固定套管上的零刻度线重合, 若不重合应先旋转旋钮, 直至螺杆要接近测砧时, 旋转测力装置, 当螺杆刚好与测砧接触时会听到喀喀声, 这时停止转动 如两零线仍不重合 ( 两零线重合的标志是 : 微分筒的端面与固定刻度的零线重合, 且可动刻度的零线与固定刻度的水平横线重合 ), 可将固定套管上的小螺丝松动, 用专用扳手调节套管的位置, 使两零线对齐, 再把小螺丝拧紧 不同厂家生产的千分尺的调零方法不一样, 这里仅是其中一种调零的方法 检查千分尺零位是否校准时, 要使螺杆和测砧接触, 偶而会发生向后旋转测力装置两者不分离的情形 这时可用左手手心用力顶住尺架上测砧的左侧, 右手手心顶住测力装置, 再用手指沿逆时针方向旋转旋钮, 可以使螺杆和测砧分开 图 3.15 千分尺实物图 2. 千分尺的组成结构螺旋测微器又称千分尺, 是比游标卡尺更精密的测长仪器, 准确度可在 mm 之间 常用于测量细丝和小球的直径以及薄片的厚度等 78

81 外径千分尺的使用方法 : 使用外径千分尺测量物体长度时, 要先将测微螺杆退开, 将待测物体放在的两个测量面之间 外径千分尺的尾端有棘轮旋柄, 转动可使测杆移动, 当测杆与被测物 ( 或砧台 ) 相接后的压力达到某一数值时, 棘轮将滑动并产生喀 喀的响声, 活动套管不再转动, 测杆也停止前进, 此时即可读数 读数时, 从主尺上读取 0.5mm 以上的部分, 从微分筒上读取余下尾数部分 [ 估计到最小分度值的十分之一, 即 (1/1000)], 然后两者相加, 如图 3.16(a) 的读数为 5.155mm,(b) 的读数为 5.655mm 图 3.16 千分尺读数示意图 3. 千分尺的使用方法 (1) 使用前的检查确认 1 在测量面 ( 基准面, 锭子 ) 上, 不能有缺口, 异物附着现象 2 旋转棘轮, 检查确认, 锭子移动顺利 3 用棘轮旋转移动锭子, 使基准面和锭子缓慢地接触, 然后再空转棘轮 2~3 次 在此时, 检查确认基点 ( 零点 ) 正确 * 数显千分尺 : 进行复位, 使显示为 * 刻度显示千分尺 : 确认主轴零点和副轴零点重合, 如果不重合, 需通过调整千分尺主轴来使主轴零点与副轴零点重合 4 在被测件的测量处上, 不许有粘污, 油等异物 (2) 读取刻度时眼睛视线尽可能地垂直于所要读取的刻度平面, 以减少读取误差 千分尺的保持方法 : 1 在原则上是必须按照下图所示, 但根据情况, 为了测量方便, 允许用一只手保持, 进行测量 2 在测量时对被测件施加的压力是由棘轮来控制, 旋转副轴进行加压和棘轮来加压 79

82 是相关的, 因此要充分利用此关系 图 3.17 千分尺使用方法示意图 (3) 使用千分尺注意事项 : I. 千分尺是一种精密的量具, 使用时应小心谨慎, 动作轻缓, 不要让它受到打击和碰撞 千分尺内的螺纹非常精密, 使用时要注意 : 1 旋钮和测力装置在转动时都不能过分用力 ; 2 当转动旋钮使测微螺杆靠近待测物时, 一定要改旋测力装置, 不能转动旋钮使螺杆压在待测物上 ; 3 当测微螺杆与测砧已将待测物卡住或旋紧锁紧装置的情况下, 决不能强行转动旋钮 II 有些千分尺为了防止手温使尺架膨胀引起微小的误差, 在尺架上装有隔热装置 实验时应手握隔热装置, 而尽量少接触尺架的金属部分 III 使用千分尺测同一长度时, 一般应反复测量几次, 取其平均值作为测量结果 IV 千分尺用毕后, 应用纱布擦干净, 在测砧与螺杆之间留出一点空隙, 放入盒中 如长期不用可抹上黄油或机油, 放置在干燥的地方 注意不要让它接触腐蚀性的气体 R 规 R 规, 也叫 R 样板 半径规 图 3.18 R 规实物图 R 规是利用光隙法测量圆弧半径的工具 测量时必须使 R 规的测量面与工件的圆弧完全的紧密的接触, 当测量面与工件的圆弧中间没有间隙是, 工件的圆弧度数则为此时候应的 R 规上所表示的数字 由于是目测, 故准确度不是很高, 只能作定性测量 80

83 项目四螺纹连接类零件的编程与加工 任务一 工艺分析 图 4.1 螺纹类零件加工示例图 序号 考核项目 考核内容及要求 评分标准 配分 尺寸 每超差 0.01 扣 4 分 外圆 Ø mm Ra1. 6 每降一级扣 4 分 7 2 外螺纹 M27X2 尺寸中径每超差 0.01 扣 5 分 18 Ra1. 6 每降一级扣 8 分 15 3 长度 L10mm 每超差 0.01 扣 2 分 4 L 40 mm 每超差 0.01 扣 2 分 切槽 4x2mm 超标准不得分 8 5 倒角 C2mm 超标准不得分 4 6 其余 Ra1.6 超标准不得分 8 7 程序程序正确一次通过一次错误扣 9 分 16 8 安全违章扣分 检测结果 得分 81

84 4.1.1 螺纹加工方法 : 1 车削螺纹主要的进给方法有直进法 斜进法 左右切削法 (1) 直进法在每次螺纹切削往复行程后, 车刀沿横向 (X 向 ) 进给, 这样反复多次切削行程, 完成螺纹加工, 这种方法称为直进法, 如图 4.2 所示 直进法车螺纹可以得到比较准确的牙型, 但是车刀刀尖全部参加切削, 切削力比较大, 而且排屑困难 因此在车削时不易车光, 并且容易产生 扎刀 现象 在切削螺距大的螺纹时, 由于背吃刀量大, 刀刃磨损较快, 从而造成螺纹中径误差, 因此一般多用于螺距小于 3mm 的螺纹加工 图 4.2 直线切削法 (2) 斜进法在粗车螺纹时, 为了操作方便, 在每次切削往复行程后, 车刀除了沿横向进给外, 纵向 (Z 向 ) 只沿一个方向作微量进给, 这种方法称为斜进法, 如图 4.3 所示 由于其为单侧工作, 刀具负载较小, 排屑容易, 并且背吃刀量为递减式, 故此加工方法一般适用于螺距大于 3mm 的螺纹加工 (3) 左右切削法在粗车螺纹时, 为了操作方便, 在每次切削往复行程后, 车刀除沿横向 (X 向 ) 进给外, 还要纵向 (Z 向 ) 作微量左 右两个方向进给 ( 借刀 ), 这样往复多次切削行程, 完成螺纹加工, 这种方法称为左右切削法, 如图 4.4 所示 左右切削法精车螺纹可以使螺纹两侧都获得较好的表面粗糙度 采用左右切削法切削时, 车刀左 右背吃刀量不能过大 图 4.3 斜进法 图 4.4 左右切削法 82

85 2 合理选择 G32 G92 和 G76 指令 G32 G92 和 G76 都是螺纹加工的 G 代码 用 G32 编辑螺纹车削程序时, 需要的程序段较多, 费时费力, 所以使用得较少 G92 在编辑螺纹车削程序时, 因为程序段直观, 便于记忆, 所以使用较多 但 G92 的进刀轨迹是直线, 车削螺纹时产生的切削力稍大, 所以适应加工螺距小于 3 毫米螺纹 如下左图 G76 的进刀轨迹是倾斜的, 车削螺纹时产生的切削力相对较小, 所以适应加工螺距小于 6 毫米螺纹 如下右图 对于螺距大于 6 毫米以上的螺纹, 一般只能用宏程序加工 G92 进刀轨迹是直线 G76 进刀轨迹是倾斜线 G92 双刀刃切削 G76 单刀刃切削 图 4.5 螺纹切削加工指令 制定工艺路线 三角形螺纹尺寸的控制的工艺路线, 先车削螺纹的外圆, 再车削螺纹的深度 加工时关键要间接控制两个尺寸, 一是车外螺纹前的直径, 二是车外螺纹的切削深度 ( 螺纹牙型高度或牙深 ) (1) 确定车外螺纹前的外圆直径车削塑性材料时, 螺纹外径被刀具挤压会变形, 螺距大, 变形大, 螺距小, 变形小 变形量大概取 P/10, 所以, 车外螺纹前的外圆直径应比螺纹的公称直径小 P/10 如车削 M27x2 的外螺纹, 车外螺纹前的外圆直径 =27- P/10=27-2/10=26.8mm (2) 车削刀数和每刀应该车到的位置三角形螺纹的车削刀数是根据螺距大小来确定的 如车削 M27x2 三角形外螺纹, 查下表知道螺距 P=2mm 的螺纹可分为五刀车完, 每刀车掉的余量分别为 : 和 0.1 由于 M27x2 螺纹大径是 Ø27mm, 每刀应该车到的位置是 : 83

86 第一刀 X=27-0.9=26.1 第二刀 X= =25.5 第三刀 X= =24.9 第四刀 X= =24.5 第五刀 X= =24.4 图 4.6 螺纹切削加工示意图车削 M27x1.5 三角形外螺纹的程序段为 : G92X26.1Z-28F2 G92X25.5Z-28F2 G92X24.9Z-28F2 G92X24.5Z-28F2 G92X24.4Z-28F2 表 4-1 常用螺距 牙深 切削次数和吃刀量 米制螺纹 螺距 牙深 ( 半径量 ) 0.64 切削次数及吃刀量 ( 直径量 ) 次 次 次 次 次 次 次 次 次

87 当车削无退刀槽的螺纹时, 程序段中应该加上 R 和 E, 如车削无退刀槽加上 R 和 E 的内螺纹程序段 :G92X24.4Z-28R2E-1F2 由于内螺纹的进刀方向与车外螺纹的进刀方向相反 所以外螺纹的退尾量 E1 为正 ; 内螺纹的退尾量 E-1 为负 (3) 不查表也可以用经验公式 1.3 P 求出 X 值应该车到的位置 如 M27x2 的 X 值应该车到的位置为 :1.3*P=1.3*2=2.6( 两倍的牙深 ) =24.4 (X 值应该车到 Ø24.4mm 处 ) 外螺纹刀具使用 (1) 外螺纹的选择在数控车床上加工螺纹与普通车床相比, 螺纹车削的进给速度要高出许多, 螺纹刀片刀尖处的作用力要高出几十 甚至几百倍 切削速度较快, 切削力较大, 因此在数控车削加工螺纹时一般采用可转位普通螺纹车刀 ( 如图 4.7 所示为外螺纹车刀 ), 该种车刀使用全牙型螺纹刀片 (2) 外螺纹车刀的安装车削螺纹时, 为了保证牙型角正确, 对螺纹车刀的安装要求是很严格的 对于螺纹车刀的安装要求如下 : 1) 牙型对称中心线垂直于工件轴线 ; 2) 车刀伸出刀座的长度不应超过刀杆截面高度的 1.5 倍 ; 3) 刀尖高度必须对准工件中心 当选用高速钢或者硬质合金螺纹刀时, 为了保证牙型角正确, 通常带有 V 形块的螺纹角度样板安装螺纹车刀 带有 V 形块的螺纹角度样板后面有一个 V 型角尺面, 装刀时靠在螺纹外圆面上, 作为基准, 以保证螺纹车刀的刀尖角的中心线相对于螺纹工件轴线垂直, 如图 4.8 所示 图 4.7 外螺纹车刀 图 4.8 螺纹刀的安装 85

88 4.1.4 切削用量选择 在螺纹加工中, 背吃刀量 ap 等于螺纹车刀切入工件表面的深度, 随着螺纹车刀的每次切入, 背吃刀量在逐步增加 因此当螺纹牙深较大时, 一般分数次进给, 每次进给的背吃刀量按递减规律分配, 即随着螺纹的深度的加深, 要相应的减小进给量 常用的螺纹切削进给次数和背吃刀量见表 1) 表中的牙深表示螺纹的单边牙深, 根据车工工艺相关知识, 牙深等于 ⅹ 螺距 如螺距为 2mm 的螺纹, 其牙深为 ⅹ2mm=1.299mm 2) 表中的背吃刀量及切削次数表示推荐螺纹直径式切削的每次背吃刀量, 背吃刀量的数值为直径值, 牙深越大则切削次数越多, 如加工螺距为 2mm 的螺纹, 牙深为 mm, 用直径量表示为 2.598mm, 分 5 次切削完成, 总的切深为 ( )mm =2.6mm 3) 表中给出的背吃刀量及切削次数为推荐值, 编程者可以根据自己的经验和实际情况进行选择 编制工艺文件 表 4-2 加工工艺文件 工步号 工步内容 ( 加工面 ) 刀具号刀具规格主轴转速 进给速度 背吃刀量 /(r/min) /(mm/ r) /mm 1 粗加工外圆 30 mm T01 外圆车刀 精加工外圆 30 mm T01 外圆车刀 粗精车螺纹外圆至 26.8 mm T02 刀寛为 4 mm 切槽刀 车外螺纹 M27x2 T03 外螺纹刀 450 螺距 86

89 任务二零件程序编制 单行程螺纹切削指令 G32 单一螺纹加工指令 G32 指令格式 :G32X(U)_Z(W)_F_ 功能 : 切削加工圆柱螺纹, 圆锥螺纹和端面螺纹 其中,X Z 为绝对编程时, 有效螺纹终点在工件坐标系中的坐标 ;U W 为增量编程时, 有效螺纹终点相对螺纹起点的增量 ;F 为螺纹的导程, 即主轴每转一圈, 刀具相对工件的进给量 指令说明 : 1) 从螺纹的粗加工到精加工, 主轴的转速必须保持一致 2) 在螺纹加工轨迹中应设置足够的升速进刀段 1 和降速退刀段 2, 以消除伺服滞后造成的螺距误差 3) 使用单一螺纹加工指令完成一次螺纹切削动作必须具备四个动作条件 :G00(X 向进给至螺纹起点 ) G32( 螺纹切削 ) G00(X 向退刀 ) G00(Z 向退刀 ) 如图 4.9 所示 螺纹固定循环指令 G92 图 4.9 G32 车削螺纹方式 指令格式 :G92X(U)_Z(W) _R_F_ 式中 X Z 绝对编程, 有效螺纹终点在工件坐标系中的坐标 U W 增量编程时, 螺纹终点 C 相对于循环起点 A 的有向距离 R 螺纹起点 B 与螺纹终点 C 的半径差, 即表示锥螺纹单边锥度差值 ; F 螺纹导程 执行该指令时, 螺纹加工的进给轨迹为 A B C D A 如图 4.10 所示, 螺纹加工过程中, 第一步刀具沿 X 轴进给至 B 点 ; 第二步沿 Z 轴切削螺纹, 当到达 C 点时回退 ; 第三步刀具沿 X 轴退至 X 初始坐标位置 D 点 ; 第四步沿 Z 轴退刀至 Z 初始坐标位置 A 点, 完成螺纹指令的一次循环加工 87

90 图 螺纹切削复合循环指令 G76 单一螺纹加工指令 G32 螺纹切削固定循环指令 G92 在加工螺纹时都采用的是直径法切削, 适合于小螺距的三角形螺纹加工, 当螺距较大或者为梯形螺纹时, 再用直径法切削就很容易出现扎刀现象 因此就需要采用斜进法或者左右进给法来加工 螺纹切削复合循环指令 G76 的进给方式为斜进法, 且背吃刀量依此递减, 是解决大螺距和梯形螺纹扎刀得好办法 指令格式 :G76P(m)(r)(a)Q( dmin)r(d); G76X(U) _Z(W) _R(i)P(K)Q( d)f(l); 式中 m 精加工重复次数 (1~99), 为模态值 r 倒角量 当螺距 L 表示时, 可以从 0.0L 到 9.9L 设定, 单位为 0.1L( 两位数 : 从 00 到 99) a 刀尖角度 ( 两位数 ), 为模态值 ; 在 和 0 六个角度中选一个 dmin 最小背吃刀量 ( 半径值 ) 当第 n 次背吃刀量 ( d n d n 1 ) 小于 dmin 时, 则背吃刀量设定为 dmin d 精加工余量 ( 半径值 ) X Z 有效螺纹终点 C 的坐标 i 螺纹两端的半径差 ; 如 i=0, 则为直螺纹 ( 园柱螺纹 ) 切削方式 K 螺纹高度 ( 半径值 ) d 第一次被吃刀量 ( 半径值 ) L 螺纹导程 提示 : 1) 螺纹切削复合循环指令 G76 的加工轨迹如图 4.11 所示 88

91 2)G76 指令进给方式为斜进法车削螺纹, 切削时为单边切削, 减小了刀尖的受力 第 一次切削时背吃刀量为 d, 第 n 次的切削总深度为 d d( n n 1 ), 如图 4.12 所示 n, 每次循环的背吃刀量为 图 4.11 螺纹切削复合循环指令 G76 的加工轨迹 图 4.12 G76 指令进给方式 螺纹连接轴数控程序 %0005 T0101 ( 选外圆车刀 ) M03S1000F120 ( 确定转速 进给量 ) G00X23Z0 ( 到切削起点 ) G01X26.8Z-2 ( 车倒角 C2) G01 Z-30 ( 车螺纹大径至 Ø26.8mm) X30 ( 到切削起点外圆 Ø mm 处 ) Z-40 ( 外圆 Ø mm) G00X100Z100 ( 退回到换刀点 ) T0202 ( 换切槽车刀 ) S600 ( 换切槽转速 ) G00X28Z-30 ( 到切槽起点 ) G01X23F60 ( 切槽至 4X2mm 尺寸 ) G00X100 ( 先退回 X 轴到换刀点 ) Z100 ( 退回到换刀点 ) T0303 ( 换螺纹车刀 ) G00X32Z2 ( 到车螺纹循环起点 ) G92X26.1Z-28F2 G92X25.5Z-28F2 G92X24.9Z-28F2 G92X24.5Z-28F2 G92X24.4Z-28F2 ( 车螺纹第一刀 0.9mm) ( 车螺纹第二刀 0.6mm) ( 车螺纹第三刀 0.6mm) ( 车螺纹第四刀 0.4mm) ( 车螺纹第五刀 0.1mm) 89

92 G00X100Z100 ( 回换刀点 ) M30 ( 程序结束 ) 知识拓展 硬质合金机夹刀具 硬质合金具有高硬度 高耐磨性 高耐热性的特点, 但其抗弯强度和冲击韧度较差, 因 此该材料适用于精加工刚及韧性较大的塑性金属 硬质合金机夹刀具也可以适用于粗加工 90

93 任务三螺纹连接类零件加工与机床操作 程序编辑及效验 1. 程序的输入编辑 PROG 输入文件名 :O ; 输入程序 2. 程序的编辑 ( 如 : 把 X50.0 改为 X60.0) 编辑 PROG 把光标调到 X50.0 输入 X60.0 ALTER 3. 程序的删除 ( 如 : 要删除程序 O2201;) 编辑 PROG 程序号 (O2201) DELETE 4. 单段程序的模拟运行. 选择程序段 单段 机床锁住 循环启动查看模拟图形 :CUSTOM GRAPH 图形 5. 程序效验 选择编辑工作方式 PROG 在 MDI 面板上输入程序文件名 OXXXX O 检索 自动 锁住机床 空运行 GRAPH 图形 主轴转速打 100% 进给修调打 100% 循环启动 程序效验结束, 一定要重新回一次参考原点 螺纹刀对刀及零件加工 1 螺纹刀的对刀: 1 在 MDI 方式下, 调 3 号刀, 按 [ 主轴正转 ] 按钮使主轴旋转 2 在 JOG 或手摇方式下将刀具移至工件附近, 越近时倍率要越小, 使 3 号刀的刀尖与已加工好的工件端面平齐, 并接触工件的外圆 3 在 工具补正 / 形状 画面里, 将光标停在 G03 一行上, 键入 X30, 按 测量, 输入数值, 完成 3 号刀 X 向对刀 ; 键入 Z0, 按 测量, 完成 3 号刀 Z 向对对刀 4 刀架移开, 退到换刀位置, 主轴停转 91

94 图 4.13 螺纹刀对刀 2 台阶螺纹轴加工步骤 : 1) 坯料用三爪自定心卡盘装夹, 伸出长约 50mm, 外围见光 2) 粗精车零件外圆 Ø mm,ø27 mm, 至图样公差要求, 同时保证长度 3) 车削螺纹退刀槽 4 x2mm 4) 车削螺纹 M27x2mm, 用螺纹环规检测, 直至尺寸合格 5) 检查各部尺寸合格后, 卸下工件, 并打扫机床卫生 92

95 任务四零件精度检测 螺纹千分尺 (1) 中径测量 : 精度较高的三角螺纹, 可用螺纹千分尺测量, 所测得的千分尺读数就是该螺纹的中径实际尺寸 如下图 4.14 螺纹的其它尺寸, 可用游标卡尺 螺距规来测量 ; 图 4.14 螺纹千分尺实物图 螺纹环规 图 4.15 螺纹环规通规 螺纹环规是两件作为一套使用, 通规和止规 1 通规: 先清理干净被测螺纹油污 杂质, 然后用拇指与食指转动通端与被测螺纹, 使其在自由状态下旋合通过螺纹长度, 判定是否合格 2 止规: 清理干净被测螺纹油污及杂质, 止端与被测螺纹对正后, 用大拇指与食指转 93

96 动止端和被测外螺纹, 旋入螺纹长度在 2 个螺距之内为合格, 旋入螺纹过多即为不良品 Z 表示止规 T 表示通规 图中 M10 或 12#-24UNC 表示螺纹规格,6h 或 3A 表示螺纹环规公差等级 图 4.16 螺纹环规实物图解备注 : 以上所说只用于公制 美制 英制的普通机械连接螺纹及美英制非螺纹密封量规的使用方法, 不适合锥度螺纹量规, 锥度量规是以基准位置检测 3. 螺纹环规的维护与保养 : 1 牙规使用完毕后, 应及时清理干净测量部位附着物, 存放在规定的量具盒内 2 生产现场在用牙规时, 应轻拿轻放, 以防止磕碰而损坏测量表面 3 严禁将牙规作为切削工具强制旋入螺纹或挤出螺纹, 避免造成早期磨损 4 牙规严禁非计量工作人员或操作人员随意使用, 以确保检测的准确性 5 牙规长时间不用, 应交计量管理部门或操作人员妥善保管 6 在用牙规应在每个工作日用校对工具计量一次, 经校对, 如果牙规计量超出公差时由相关人员收回, 作相应的处理措施, 及时处理, 不得流入生产现场 94

97 项目五盘套类零件的编程与加工 任务一 : 零件工艺分析 图 5.1 盘套类零件示例图 盘套零件的结构特点 盘套类零件在机器中主要起支承 连接作用 盘类零件主要由断面 外圆 内孔等组成, 一般零件直径大于零件的轴向尺寸, 如齿轮 带轮 法兰盘 端盖 轴承环 螺母及垫圈等 盘类零件一般用于传递动力 改变速度 转换方向或起支承 轴向定位或密封等作用 盘类零件常常具有轴孔, 为了与其它零件相连接, 盘套类零件上还有许多螺孔 光孔和沉孔等结构 制定工艺路线 1 编程原点的确定由于工件在长度方向的要求比较低, 根据编程原点的确定原则, 该工件的编程原点取在加工完成后工件的右端面与主轴轴线相交的交点上 2 制定加工方案及加工路线 (1) 选择数控机床及数控系统根据工件的形状及加工要求, 选用 CK6132 数控车床 ( 前置刀架 ) 进行本工件的加工 数控系统选用 FANUCOi-TA 或 SIEMENS 802D (2) 制定加工方案与加工路线 95

98 本例采用两次装夹后完成粗 精加工的加工方案, 先加工左端内 外形, 完成粗 精加工后, 再调头加工另一端 说明 : 进行数控车削加工时, 加工的起始点定在离工件毛坯 2mm 的位置 应尽可能采用沿轴向切削的方式进行加工, 以提高加工过程中工件与刀具的刚性 (3) 工件的定位 装夹加工工件两端时, 均采用三爪自定心卡盘进行定位与装夹 工件在装夹时的夹紧力要适中, 既要防止工件的变形与夹伤, 又要防止工件在加工过程中产生松动 工件装夹过程中, 应对工件进行找正, 以保证工件轴线与主轴轴线同轴 孔加工方法及常用刀具 1 孔加工方法孔加工一般分为钻孔, 铰孔, 扩孔, 镗孔 2 常用刀具根据实际条件, 可选用整体式或机夹式车刀, 四种刀具的刀片材料均选用硬质合金 为了保证加工精度, 可分别选择不同的粗 精车刀 上述图形中所用刀具依次为 :T01 号 90 外圆车刀 ;T02 号外切槽刀 ;T03 号普通螺纹车刀 ;T04 号盲孔车刀 切削用量选择 加工参数的确定取决于实际加工经验 工件的加工精度及表面质量 工件的材料性质 刀具的种类及刀具形状 刀柄的刚性等诸多因素 1 主轴转速 (n) 硬质合金刀具材料切削钢件时, 切削速度 v 取 m/min, 根据公式 n=1000v/ D 及加工经验, 并根据实际情况, 本课题粗加工主轴转速在 r/min 的范围内选取 2 进给速度 (F) 粗加工时, 为提高生产效率, 在保证工件质量的前提下, 可选择较高的进给速度, 一般取 mm/min 当进行切槽 切断 车孔加工或采用高速钢刀具进行加工时, 应选用较低的进给速度, 一般在 mm/min 的范围内选取 精加工的进给速度一般取粗加工进给速度的 1/2 刀具空运行的进给速度一般取 G00 速度, 或在 G01 时选取 F mm/min 3 背吃刀量背吃刀量根据机床与刀具的刚性及加工精度来确定, 粗加工的背吃刀量一般取 2-5mm( 直径量 ), 精加工的背吃刀量等于精加工余量, 精加工余量一般取 mm( 直径量 ) 96

99 5.1.5 编制工艺文件 通过以上分析, 本实例的加工工艺列于下表中 数控加工工艺卡 数控实训中心 数控加工工艺卡片 产品代号 零件名称 零件图号 工艺序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间 工步号工步内容 ( 加工面 ) 刀具号刀具规格 主轴转速 (r/min) 进给速度 (mm/min ) 1 手动钻孔直径 22 钻头 SKC-5 背吃刀量 (mm) 2 手动加工左端面 ( 含 Z 向对刀 ) T01 外圆车刀 粗加工左端面内轮廓 T04 盲孔车刀 4 精加工左端面内轮廓 粗加工左端面外圆轮廓 精加工左端面外圆轮廓 调头手动加工右端面 (Z0) T01 外圆车刀 粗加工右端面外圆轮廓 精加工右端面外圆轮廓 切槽 6X2 T02 切槽刀 刀宽 11 分线加工双线普通外螺纹 T03 普通外螺纹车刀 分层 12 粗加工右端面内孔轮廓 T04 盲孔车刀 13 精加工右端面内孔轮廓 工件精度检测 编制审核批准 CK6132 共页, 第页 97

100 任务二零件程序编制 内径粗车固定循环指令 G71 格式 :G71 U(Δd)R(r)P(ns)Q(nf)X(Δx)Z(Δz)F(f)S(s)T(t) 说明 : Δd: 切削深度 ( 每次切削量 ), 指定时不加符号, 方向由矢量决定 r : 每次退刀量 ns: 精加工路径开始程序段的顺序号 nf: 精加工路径最后程序段的顺序号 Δx:X 方向精加工余量 Δz:Z 方向精加工余量 f s t: 粗加工时 G71 中编程 F S T 有效, 而精加工时处于 ns 到 nf 程序段之间的 F S T 有效 内槽加工 格式 :G71 U(Δd)R(r)P(ns)Q(nf)E(e)F(f)S(s)T(t) 说明 :e: 精加工余量, 其为 X 方向的等高距离 ; 外径切削为正, 内径切削为负 ; 其他参数含义同前 注意 : 1G71 指令必须带有 P Q 地址 ns nf, 且与精加工路径起 止顺序号对应, 否则不能加工 2ns 的程序段必须为 G00/G01 指令, 即 G71 指令必须要有径向移动且是直线运动或点位运动 3 在顺序号 ns 到顺序号 nf 的程序段中, 不能有子程序 内螺纹加工指令 G92 指令格式 : G92 X(U)_ Z(W)_ F_J_ K_ L ; ( 公制直螺纹切削循环 ) G92 X(U)_ Z(W)_ R_ F_ J_ K_ L ; ( 公制锥螺纹切削循环 ) 98

101 指令功能 : 从切削起点开始, 进行径向 (X 轴 ) 进刀 轴向 (Z 轴或 X Z 轴同时 ) 切削, 实现等螺距的直螺纹 锥螺纹切削循环 执行 G92 指令, 在螺纹加工未端有螺纹退尾过程 : 在距离螺纹切削终点固定长度 ( 称为螺纹的退尾长度 ) 处, 在 Z 轴继续进行螺纹插补的同时, X 轴沿退刀方向指数或线性 ( 由参数设置 ) 加速退出,Z 轴到达切削终点后,X 轴再以快速移动速度退刀 指令说明 : G92 为模态 G 指令 ; 切削起点 : 螺纹插补的起始位置 ; 切削终点 : 螺纹插补的结束位置 ; X: 切削终点 X 轴绝对坐标, 单位 :mm; U: 切削终点与起点 X 轴绝对坐标的差值, 单位 :mm; Z: 切削终点 Z 轴绝对坐标, 单位 :mm; W: 切削终点与起点 Z 轴绝对坐标的差值, 单位 :mm; R: 切削起点与切削终点 X 轴绝对坐标的差值 ( 半径值 ), 当 R 与 U 的符号不一致时, 要求 R U/2, 单位 :mm; F 公制螺纹螺距, 取值范围 0.001~500 mm,f 指令值执行后保持, 可省略输入 ; J : 螺纹退尾时在短轴方向的移动量, 取值范围 0~ ( 单位 :mm), 不带方向 ( 根据程序起点位置自动确定退尾方向 ), 模态参数, 如果短轴是 X 轴, 则该值为半径指定 ; K : 螺纹退尾时在长轴方向的长度, 取值范围 0~ ( 单位 :mm), 不带方向, 模态参数, 如长轴是 X 轴, 该值为半径指定 ; L: 多头螺纹的头数, 该值的范围是 :1~99, 模态参数 ( 省略 L 时默认为单头螺纹 ) G92 指令可以分多次进刀完成一个螺纹的加工, 但不能实现 2 个连续螺纹的加工, 也不能加工端面螺纹 G92 指令螺纹螺距的定义与 G32 一致, 螺距是指主轴转一圈长轴的位移量 (X 轴位移量按半径值 ) 螺纹连接轴数控程序 99

102 量 ) 常用螺距 牙深 切削次数和吃刀量 米制螺纹 螺距 牙深 ( 半径量 ) 切削次数及吃刀量 直径 ( 右端外螺纹程序如下 : T0303 ( 外螺纹车刀 ) M03 S500 ( 主轴正转 ) G00 X37.0 Z5.0 ( 快速定位 ) 1 次 次 次 次 次 次 次 次 次 0.2 G92 X34.8 Z-27.0 F3.0 G92 X34.1 Z-27.0 F3.0 G92 X33.5 Z-27.0 F3.0 G92 X33.1 Z-27.0 F3.0 G92 X32.7 Z-27.0 F3.0 G92 X32.3 Z-27.0 F3.0 G92 X32.15 Z-27.0 F3.0 ( 第一次切 1.2mm) ( 第二次切 0.7mm) ( 第一次切 0.6mm) ( 第一次切 0.4mm) ( 第一次切 0.4mm) ( 第一次切 0.4mm) ( 第一次切 0.15mm) G00 X100.0 Z100.0 M05 ( 主轴停止 ) M30 ( 程序结束 ) 知识拓展 内孔车刀的选用 车削内孔时, 一定要满足两点要求 : 一是尽量增加刀杆的截面积 ; 二是刀杆的伸出长度 尽可能缩短 100

103 控制内孔精度的方法内孔精度可分为叁个方面 : 一是工件尺寸精度, 可用量具通过正确的测量方法来保证 ; 二是工件表面精度, 可以选择刚性很强的车刀刀杆 锋利的车刀 较高的切削速度 较小的进给量和较小切削深度 ; 三是工件形状精度, 通过正确的装夹方法来保证 上图工件在夹紧时不能用力过大, 特别是在车完内孔调头装夹时, 在保证工件夹紧后能克服车削时产生切削力的同时, 又不能将工件夹偏 101

104 任务三盘套零件零件加工与机床操作 程序编辑及效验 1 程序编辑刀具及 T01 为 93 硬质合金外圆车刀, 副偏角大于 30 ;T02 为外切槽刀 ( 刀宽为 3mm);T03 材料为外螺纹车刀 ;T04 为不通孔车刀 毛坯直径为 45mm, 预钻孔直径 18mm. 程序段号 FANUC Oi 系统程序 SIEMENS 802D 系统程序程序说明 O0020 AA20.MPF; 右端加工程序 N10 G98 G40 G21 F200; G90 G94 G40 G71 F200; N20 T0101; N30 G00 X100.0 N40 M03 S600; Z100.0; N50 G00 X47.0 Z2.0; T1D1; 102 程序开始部分 粗加工转速为 600r/min 快速定位至循环起点 N60 G71 U1.0 R0.3; 注 : 以下为 SIEMENS 程 CYCLE95("BB211",1.5,0.05,0.2, N70 G71 P80 Q120 U0.5 W0.05; 序注释轮廓切削循 200,80,80,9,1,0.05); N80 G01 X31.8 F80 S1200; 环 N90 Z0.0; G00 X100 Z100; N100 X35.8 Z-2.0; T2D1; N110 Z-30.0; M03 S600; N120 X47.0; N130 G70 P80 Q120; N140 G00 X100.0 Z100.0; N150 T0202; N160 M03 S600; N170 G00 X38.0 Z-27.0; G00 X38 Z-27; CYCLE93(36,-24,6,2,45,,,, 0.2,0.3,1.5,1,5); G00 X100.0 Z100.0; T3D1; N180 G75 R0.3; M03 S400; N190 G75 X32.0 Z-30.0 P1 500 G00 X38 Z5; Q2 000 F80; N200 G01 Z-24.0; N210 X32.0 Z-27.0; N220 X38.0; N230 G00 X100.0 Z100.0; N240 T0303; CYCLE97(3,0, -24, 36, 36,5,3,0.975,0.05,30,0,6,1,3,2 ); G00 X100.0 Z100.0; T4D1; N250 M03 S400; M03 S500; N260 G00 X38.0 Z5.0; G00 X16 Z2; 退刀 换切槽车刀 换转速 快速定位至循环起点 切削循环 退刀 换切槽车刀 换转速 快速定位至循环起点 螺纹切削循环 退刀 换内孔车刀 换转速 快速定位至循环起点

105 N270 G76 P Q50 R-0.1 ; N280 G76 X34.05 Z-27.0 P975 Q300 F3.0; N290 G01 Z3.5; G74 X0 Z0; N300 G76 P Q50 R-0.1 ;M30; N310 G76 X34.05 Z-27.0 P975 Q300 F3.0; CYCLE95("BB212",1.5,0.05, 内孔切削循环 0.2,,200,80,80,11,1,0.5); BB211.SPF; N320 G00 X100.0 Z100.0; G01 X31.8 Z0; N330 T0404; X35.8 Z-2; N340 M03 S500; Z-30; N350 G00 X16.0 Z2.0; X47; 程序结束 外轮廓子程序 外轮廓轨迹 N360 G71 U1.0 R0.3; RET; 返回主程序 N370 G71 P380 Q420 U-0.5 W0.05; N380 G01 X26.0 F50 S1200; BB211.SPF; 内轮廓子程序 N390 Z0.0; G01 X26 Z0; N400 X22.0 Z-2.0; N410 Z-20.0; X22 Z-2; Z-20; N420 X16.0; X16; 内轮廓轨迹 N430 G70 P380 Q420; RET; 返回主程序 N440 G28 U0 W0; N250 M30; 注明 : 左端加工程序与右端加工程序类似, 请自行编制 2 程序效验 选择编辑工作方式 PROG 确保程序文件名是 OXXXX, 且光标处在程序头 自动 PROG ( POS 或 GRAPH ) 主轴转速打 100% 进 给修调打 60% 循环启动 103

106 5.3.2 内孔刀具对刀及零件加工 1 内孔刀具对刀 1 内孔车刀的安装与对刀 : A 内孔车刀的刀尖应对准工件中心或略高于中心; B (2) 车削内孔时, 一定要满足两点要求 : 一是尽量增加刀杆的截面积 ; 二是刀杆的伸出长度尽可能缩短 ; 2 对刀在四方刀架上, 外圆车刀和内孔车刀的对刀在修改刀偏表的刀偏值是不同的 外圆车刀在对刀时, 如果车刀安装在一号刀位, 在刀偏表中, 应该修改一号车刀的刀偏值 而内孔和内螺纹车刀在对刀时, 如果车刀安装在二号刀位, 在刀偏表中, 应该修改的是一号车刀的刀偏值 正确判断四方刀架的方法是 : 被修改刀偏值的刀号位置一定是四方刀架左边刀号的刀偏值 2 零件加工自动加工程序名为 :O0020 工件的方法单击机床操作面板上的按键 程序 F1 选择程序 F1 选择文件名为 O0001 机床锁住 ( 机床锁住的灯灭 ) 自动 循环启动 104

107 任务四零件精度检测 内径百分表 图 5.2 内径百分表实物图 1 作用: 是将测头的直线位移变为指针的角位移的计量器具 用比较测量法完成测量, 用于不同孔径的尺寸及其形状误差的测量 2 使用前检查 1 检查表头的相互作用和稳定性 2 检查活动测头和可换测头表面光洁, 连接稳固 3 读数方法测量孔径, 孔轴向的最小尺寸为其直径, 测量平面间的尺寸, 任意方向内均最小的尺寸为平面间的测量尺寸 4 正确使用 1 把百分表插入量表直管轴孔中, 压缩百分表一圈, 紧固 2 选取并安装可换测头, 紧固 3 测量时手握隔热装置 4 根据被测尺寸调整零位 用已知尺寸的环规或平行平面 ( 千分尺 ) 调整零位, 以孔轴向的最小尺寸或平面间任意方向内均最小的尺寸对 0 位, 然后反复测量同一位置 2-3 次后检查指针是否仍与 0 线对齐, 如不齐则重调 为读数方便, 可用整数来定零位位置 5 测量时, 摆动内径百分表, 找到轴向平面的最小尺寸 ( 转折点 ) 来读数 6 测杆 测头 百分表等配套使用, 不要与其他表混用 105

108 5 维护与保养 1 远离液体, 不使冷却液 切削液 水或油与内径表接触 2 在不使用时, 要摘下百分表, 使表解除其所有负荷, 让测量杆处于自由状态 3 成套保存于盒内, 避免丢失与混用 内测千分尺 1 内径千分尺在测量及其使用时, 必需用尺寸最大的接杆与其测微头连接, 依次顺接到测量触头, 以减少连接后的轴线弯曲 2 测量时应看测微头固定和松开时的变化量 3 在日常生产中, 用内径尺测量孔时, 将其测量触头测量面支撑在被测表面上, 调整微分筒, 使微分筒一侧的测量面在孔的径向截面内摆动, 找出最小尺寸 然后拧紧固定螺钉取出并读数, 也有不拧紧螺钉直接读数的 这样就存在着姿态测量问题 姿态测量 : 即测量时与使用时的一致性 例如 : 测量 75~600/0.01mm 的内径尺时, 接长杆与测微头连接后尺寸大于 125 mm 时 其拧紧与不拧紧固定螺钉时读数值相差 mm 既为姿态测量误差 4 内径千分尺测量时支承位置要正确 接长后的大尺寸内径尺重力变形, 涉及到直线度 平行度 垂直度等形位误差 其刚度的大小, 具体可反映在 自然挠度 上 理论和实验结果表明由工件截面形状所决定的刚度对支承后的重力变形影响很大 如不同截面形状的内径尺其长度 L 虽相同, 当支承在 (2/9)L 处时, 都能使内径尺的实测值误差符合要求 但支承点稍有不同, 其直线度变化值就较大 所以在国家标准中将支承位置移到最大支承距离位置时的直线度变化值称为 自然挠度 为保证刚性, 在我国国家标准中规定了内径尺的支承点要在 (2/9)L 处和在离端面 200 mm 处, 即测量时变化量最小 并将内径尺每转 90 检测一次, 其示值误差均不应超过要求 图 5.3 数显内测千分尺实物图 106

109 图 5.4 内测千分尺实物图 螺纹塞规 1. 螺纹塞规螺纹塞规测量内螺纹尺寸的正确性的工具 此塞规种类可分为普通粗牙 细牙和管子螺纹三种 螺距为 0.35 毫米或更小的,2 级精度及高于 2 级精度的螺纹塞规, 和螺距为 0.8 毫米或更小的 3 级精度的螺纹塞规都没有止端测头 100 毫米以下的螺纹塞规为锥柄螺纹塞规 100 毫米以上的为双柄螺纹塞规 一般同一个规格有两件作为一套同时使用, 分别是通规和止规 2. 螺纹塞规的使用方法普通螺纹是多参数要素, 有两类检测方法 : 综合检验和单项检验 综合检验就是用量规对影响螺纹互换性的几何参数偏差的综合结果进行检验 其中包括 : 使用普通螺纹量规和止规分别对被测螺纹的作用中径 ( 含底径 ) 和单一中径进行检验 ; 使用光滑极限量规对被测螺纹的实际顶径进行检验 螺纹量规又称为螺纹塞规 螺纹量规通规模拟被测螺纹的最大实体牙型, 检验被测螺纹的作用中径是否超过其最大实体牙型的中径, 并同时检验底径实际尺寸是否超过其最大实体尺寸 3. 检验方法如果被测螺纹能够与螺纹通规旋合通过, 且与螺纹止规不完全旋合通过 ( 螺纹止规只允许与被测螺纹两段旋合, 旋合量不得超过两个螺距 ), 就表明被测螺纹的作用中径没有超过其最大实体牙型的中径, 且单一中径没有超出其最小实体牙型的中径, 那么就可以保证旋合 107

110 性和连接强度, 则被测螺纹中径合格 否则不合格 螺纹中径说白了, 就是螺纹的公称直径, 即一般所说的螺纹 M** 里的 * 代表的数值, 它是一个介于大径 ( 外螺纹为牙顶的直径, 内螺纹为牙底直径 ) 和小径 ( 同大径含义相反 ) 之间的一个直径 最大实体牙型, 顾名思义, 就是螺纹的牙型 ( 别告诉我你连 牙型 是什么都不知道哦 ~) 制造出来能达到的最大实体, 即实际加工制造出来的比理论设计时, 在误差范围能且在体积上能达到的最大值的状态 轴类零件 ( 外螺纹 ) 的最大实体尺寸体现在直径上, 就是轴直径大于设计尺寸 ; 孔累零件 ( 内螺纹 ) 的最大实体尺寸体现在直径上, 就是孔的直径小于设计尺寸 1 用通规试拧, 如果不能拧进就不合格, 此时就不必要再用止规了, 因为它已经是不良品了 2 用通规试拧, 如果能够拧进, 再用止规拧, 如果止规也能拧进, 那就不合格 3 用通规试拧, 如果能够拧进, 再用止规拧, 如果止规不能拧进或只拧进一两个牙那就是合格 同 使用前 : 螺纹塞规应经相关检验计量机构检验计量合格后, 方可投入生产现场使用 使用时 : 应注意被测螺纹公差等级及偏差代号与螺纹塞规标识的公差等级 偏差代号相 图中英文字母 GO 或 T : 表示螺纹塞规的通端 图中 G3/8-19 或 M3 6H 表示该螺纹规规格 图中英文字母 NO GO 或 Z : 表示螺纹塞规的止端 图 5.5 螺纹塞规实物图解 108