數(shù)控加工技術及應用 課件 項目一 零件數(shù)控車削加工

項目一零件數(shù)控車削加工任務一階梯軸外圓加工任務二階梯軸端面、錐面加工任務三階梯軸圓弧面加工任務四階梯軸螺紋加工任務五齒輪軸零件加工任務六軸套內(nèi)孔、內(nèi)螺紋加工任務七組合件車削加工

任務一階梯軸外圓加工

一、學習目標知識目標(1)了解數(shù)控車床各部分的系統(tǒng)組成及主要技術參數(shù);(2)了解數(shù)控車床的結構特點;(3)掌握加工程序的一般格式;(4)掌握數(shù)控車削編程最基本的指令。

技能目標

(1)會使用手動及手搖方式進行機床調整;

(2)會正確對刀,能用G50指令建立工件坐標系;

(3)會編寫簡單的外圓加工程序;

(4)會輸入程序并進行圖形模擬;

(5)會使用數(shù)控車床進行階梯軸零件的外圓加工。

二、工作任務

階梯軸零件如圖1-1所示。圖1-1-零件圖

三、相關知識

(一)SSCK20A數(shù)控車床操作面板說明及各功能按鈕的操作

1.CRT/MDI單元

圖1-2所示為FANUC0iMateTB系統(tǒng)的CRT/MDI單元示意圖。

圖1-2CRT/MDI單元示意圖

2.MDI鍵盤各鍵的功能

MDI鍵盤的布局圖如圖1-3所示。圖1-3MDI鍵盤的布局圖

3.主操作面板

主操作面板位于CRT/MDI面板下方,主要包括機床操作的各個旋鈕開關、倍率開關、急停按鈕和機床狀態(tài)指示燈等功能,面板布局因生產(chǎn)廠家不同而不同。

1)電源控制部分

(1)NC電源開:按下操作面板上“電源開”按鈕,經(jīng)過12秒系統(tǒng)自檢后,顯示器顯示坐標位置。

(2)準備按鈕:按此按鈕時,CNC處于工作狀態(tài),機床潤滑、冷卻等機械部分上電,此時液壓系統(tǒng)啟動,板面上的機床準備燈亮,機床處于正常工作狀態(tài)。

(3)急停按鈕:當出現(xiàn)緊急情況按下該按鈕時,機床及CNC裝置隨即處于急停狀態(tài)。這時,在屏幕上出現(xiàn)EMG字樣,機床報警指示燈亮起。要消除緊急狀態(tài),可順時針轉動“急?！卑粹o,使按鈕向上彈起,則報警自動消除。

(4)NC電源關:按此按鈕關閉CNC電源,顯示器關閉。

2)刀架移動控制部分

(1)點動控制按鈕:通過+X、-X、+Z、-Z控制刀臺進行移動。該按鈕與狀態(tài)開關、點動進給倍率開關、快移倍率開關配合使用可實現(xiàn)所需控制。

(2)回零按鍵:將按鈕開關選在回零方式,持續(xù)按+X鍵,刀架沿+X方向回到X軸參考點,相應的指示燈被點亮;持續(xù)按+Z鍵,刀架沿+Z方向回到Z軸參考點,相應的指示燈被點亮。

(3)手搖操作:將按鈕開關選在手搖位置,通過手搖脈沖發(fā)生器實現(xiàn)刀臺移動。選擇不同的倍率擋位,每搖一個刻度,刀臺將按選擇的倍率移動0.001mm、0.01mm、0.1mm。

(4)進給速率開關:在刀架進行自動進給時調整進給速度,在0~150%的區(qū)間內(nèi)調節(jié);在刀架進行點動進給時,可以選擇點動進給量,在0~1260mm/min的區(qū)間內(nèi)調節(jié);當選擇空運行狀態(tài)時,自動進給操作的F碼無效,按空運行設置的速度移動。

(5)快速移動按鈕:當此按鈕與點動按鈕同時按下時,刀臺按快移倍率開關選擇的速度快速移動?？煲扑俾书_關可改變刀架快移速度,有F0、25%、50%、100%四擋。

(6)超程解除按鈕:用于當機床任意一軸超出行程范圍時,該軸的硬件超程開關動作,機床便進入緊急停止狀態(tài),此時按超程解除按鈕的同時,需反方向手動將其移出超程區(qū)域。

3)主軸控制部分

(1)主軸正、反轉按鈕:在手動方式下,卡盤必須處于卡緊狀態(tài),按此按鈕,主軸按被S指定的速度正、反轉。

(2)主軸停止按鈕:按此按鈕主軸立刻停止旋轉,在任何方式下均可使主軸立即減速停止。在自動狀態(tài)下按此按鈕,主軸立刻停止,若重新啟動主軸,必須把方式開關放在手動

位置上,再按相應的主軸正、反轉按鈕即可。

(3)主軸倍率開關:此開關可以調整主軸的轉速,調整范圍為50%、60%、70%、80%、90%、100%、110%、120%。

4)工作方式控制部分

(1)程序編輯按鍵:在這種方式下可以輸入零件加工程序,并進行修改、編輯。

(2)自動方式按鍵:在此方式下機床可按存儲的程序進行加工。

(3)手動輸入方式:即MDI方式,在此方式下,可以通過鍵盤手動輸入幾段程序指令,所輸入的指令均能在屏幕上顯示出來,按循環(huán)啟動按鍵,即可執(zhí)行所輸入的程序。

5)運行控制部分

(1)機床閉鎖:將該開關打開,相應的指示燈被點亮。在自動方式下,各軸的運動都被鎖住,顯示的坐標位置正常變化,主軸開、停、變速及刀架換刀按程序進行。

(2)空運行:將該開關打開,相應的指示燈被點亮。自動方式下加工程序中不同的進給F速度將以同樣的速度運行,運行速度可由進給倍率開關調節(jié)。

(3)循環(huán)啟動按鈕:按下此按鈕,在編輯或MDI方式下輸入的程序被自動執(zhí)行,相應的指示燈被點亮,當程序執(zhí)行完時指示燈熄滅。

(4)進給保持按鈕:在循環(huán)啟動執(zhí)行中,按下該按鈕,相應的指示燈被點亮。此時暫停程序的執(zhí)行,并保持主軸旋轉,當再次按下循環(huán)啟動鍵時,進給保持狀態(tài)消失,機床繼續(xù)工作。

(5)單程序段按鈕:按下該按鈕,相應的指示燈被點亮。每按一次循環(huán)啟動按鈕,程序執(zhí)行一段指令。

(6)選擇跳段:將該開關打開,相應的指示燈被點亮。自動方式下加工程序中有“/”符號的程序段將被跳過而不執(zhí)行。

(7)選擇停止:將該開關打開,相應的指示燈被點亮。自動方式下加工程序中的M01被認為和M00具有同樣的功能。

(二)數(shù)控車床坐標系

數(shù)控車床的坐標系分為機床坐標系和工件坐標系。

數(shù)控車床的刀架位置布局分為前置刀架和后置刀架,如圖1-4所示,以操作者的位置為基準,前置刀架在主軸中心線的前面,后置刀架在主軸中心線的后面,前置刀架與后置刀架數(shù)控車床的X軸正方向不同。

圖1-4前置刀架與后置刀架

1.機床坐標系

由機床坐標原點與機床的X、Z軸組成的坐標系,稱為機床坐標系。機床坐標系是機床固有的坐標系,在出廠前已經(jīng)預調好,一般情況下,不允許用戶隨意改動。數(shù)控車床坐標原

點是機床的一個固定點,定義為主軸端面與主軸旋轉中心線的交點,如圖1-5所示,O點即為機床坐標系原點。

圖1-5機床坐標系

2.工件坐標系

在數(shù)控編程時,為了簡化編程,首先要確定工件坐標系和工件原點。工件原點也叫編程原點,是編程人員設定的。為了便于坐標計算及編程,一般車削件的工件原點設在工件的右端面或卡盤端面與主軸旋轉中心線的交點處。圖1-6所示為以工件右端面為工件原點的坐標系。工件坐標系是由工件原點與X、Z軸組成的坐標系,當建立起工件坐標系后,顯示器上絕對坐標顯示的是刀位點(刀尖點)在工件坐標系中的位置。

圖1-6工件坐標系

(三)數(shù)控車床的常用指令

1.準備功能G指令

準備功能也稱G功能,它是由地址G及其后面的兩位數(shù)字組成的,主要用來指令機床的動作方式。

1)工件坐標系設定G50

加工零件之前,需根據(jù)零件圖樣進行編程,于是就要在圖樣上建立一個工件坐標系。車削加工時工件坐標系的原點一般設置在零件右端面與主軸軸線的交點上。

刀位點是表示刀具尺寸的特征點,對于各種形式的刀具,由于刀具的幾何形狀及安裝位置不同,其刀位點的位置不同,如圖1-7所示。刀位點是編程的基準點,刀位點的運動軌跡在面板上可通過圖形顯示。圖1-7刀位點示意圖

例如圖1-8所示,設定G50X80Z60,假設測量出試切處直徑尺寸為25,手動移動Z軸至相對坐標W60位置,手動移動X軸至相對坐標U55位置(80-試切處外圓直徑25=55),這時刀具的當前點A在工件坐標系中的坐標為X80Z60,這樣就完成了G50的設置。

圖1-8工件坐標系設定示例

2)快速點定位指令G00

G00指令命令刀具以點定位控制方式從刀具所在點快速運動到下一個目標位置。它只是快速定位,而無運動軌跡要求,也無切削加工過程。刀具的實際運動路線不是直線,而是

折線,移動速度不能用程序指令F設定,機床廠家通常用數(shù)控系統(tǒng)參數(shù)進行設定。

3)直線插補指令G01

G01指令是直線運動的命令,規(guī)定刀具在兩坐標以插補聯(lián)動方式按指定的F進給速度直線運動到工件坐標系X、Z點。

2.輔助功能M指令

輔助功能是由地址M及后面兩位數(shù)字組成的,主要用于機床加工操作時的工藝性指令。

M03———主軸正轉

M04———主軸反轉

M05———主軸停轉

M30———程序結束

3.F,S,T功能指令

1)F功能指令

F功能指令指定進給速度,由地址F和其后面的數(shù)字組成。

(1)每轉進給G99:用G99指令設定進給速度F的單位為mm/r。

(2)每分鐘進給G98:用G98指令設定進給速度F的單位為mm/min。

2)S功能指令

S功能指令指定主軸速度,由地址S和其后面的數(shù)字組成。例如M03S500,表示主軸以500r/min正轉。

3)刀具控制T指令

加工工件時,必須根據(jù)工件的加工內(nèi)容選擇相應刀具,通常需用多把刀具,為了選擇刀具,給每把刀具賦予一個編號,在程序中指令設為不同的編號時就選擇相應的刀具。

指定數(shù)控系統(tǒng)進行換刀時,用T地址和后面的四位數(shù)字來指定刀具號和刀具補償組號,數(shù)控車床一般采用T○○□□的形式。

(四)加工程序的一般格式

FANUC0iMateTB系統(tǒng)的加工程序由程序名、程序主體和程序結束指令組成。

1.程序名

程序名位于程序主體之前,由英文字母O和1~4位正整數(shù)組成,前導零可以省略,單列一段。

2.程序主體

程序主體是由若干個程序段組成,一個程序段一般占一行,各程序段之間用分隔符“;”分開,程序主體是數(shù)控加工中所有操作信息的具體描述。

3.程序結束指令

程序結束指令用M30,單列一段。

加工程序的一般格式舉例如下:

(五)數(shù)控車床的操作步驟

1.開機準備工作

(1)打開機床總電源開關。將電源開關置于“ON”位置,關閉時置于“OFF”位置。

(2)按下CNC面板的電源按鈕。

(3)按下準備按鈕。

2.回車床參考點

(1)按下手動返回車床參考點按鈕。

(2)持續(xù)按下軸向選擇鍵“+X”,則X軸回參考點;待X軸的參考點指示燈閃爍,即表示X軸已完成回參考點操作。

(3)持續(xù)按下軸向選擇鍵“+Z”,則Z軸回參考點;待Z軸的參考點指示燈閃爍,即表示Z軸已完成回參考點操作。

3.車床手動控制

手動操作時,可完成進給運動、主軸旋轉、刀具轉位、冷卻液開或關、排屑器啟停等動作。

(1)進給運動操作。進給運動操作包括手動方式的選擇,進給速度、進給方向的控制。進給運動中,按下坐標進給鍵,進給部件連續(xù)移動,直到松開坐標進給鍵為止。

(2)主軸及冷卻操作。在手動狀態(tài)下,可啟動主軸正、反轉和停轉,冷卻液開、關等。

(3)手動換刀。通過操作面板,輸入刀具號,手動控制刀架進行換刀。

4.程序編輯操作

1)在EDIT編輯方式下創(chuàng)建程序

(1)進入EDIT方式。

(2)按下PROG鍵。

(3)按下地址鍵O,輸入程序號(4位數(shù)字)。

(4)按下INSERT鍵。

2)程序號檢索方法

(1)選擇EDIT方式。

(2)按下PROG鍵顯示程序畫面。

(3)輸入地址鍵O。

(4)輸入要檢索的程序號。

(5)按下[OSRH]軟鍵。

(6)檢索結束后,檢索到的程序號顯示在畫面的右上角。如果沒有找到該程序,就會出現(xiàn)P/S報警。

3)字的插入、替換和刪除

(1)選擇EDIT方式。

(2)按下PROG鍵。

(3)選擇要進行編輯的程序。

(4)檢索一個將要修改的字。

(5)執(zhí)行替換、插入、刪除字等操作。

4)刪除一個程序的步驟

(1)選擇EDIT方式。

(2)按下PROG鍵,顯示程序畫面。

(3)輸入地址鍵O。

(4)輸入要刪除的程序號。

(5)按下DELETE鍵,輸入程序號的程序被刪除。

四、任務實施

(一)數(shù)控車床對刀

如圖1-9所示,通過對刀使刀具刀尖移動到圖中位置,即起刀點位置(60,20)。圖中右端面與軸中心線交點為工件坐標系原點,工件坐標系見圖。

圖1-9建立工件坐標系

(二)編制加工程序

(三)自動加工

1.機床空運行

(1)按下AUTO自動運行鍵。

(2)按下PROG鍵,按下“檢視”軟鍵,使屏幕顯示正在執(zhí)行的程序及坐標。

(3)按下“機床鎖住”鍵,再按下“空運行”鍵。

(4)按下“循環(huán)啟動”鍵,機床空運行執(zhí)行程序,刀具不進給,這時可檢查輸入的程序是否正確、程序有無編寫格式錯誤等。機床空運行主要用于檢查刀具軌跡是否與要求相符。

(5)按GRAPH鍵,顯示動態(tài)圖形畫面,檢查刀具運動軌跡。

2.機床自動運行

(1)調出需要執(zhí)行的程序,確認程序正確無誤。

(2)按下AUTO自動方式選擇鍵。

(3)按下PROG鍵,按下“檢視”軟鍵,使屏幕顯示正在執(zhí)行的程序及坐標。

(4)按下“循環(huán)啟動”鍵,自動循環(huán)執(zhí)行加工程序。

(5)根據(jù)實際需要調整主軸轉速和刀具進給量。在機床運行過程中,可以旋轉“主軸倍率”旋鈕進行主軸轉速的修調;旋轉“進給倍率”旋鈕可進行刀具進給速度的修調。

五、知識拓展

(一)SSCK20A數(shù)控車床安全操作規(guī)程及維護保養(yǎng)

(1)操作機床前,應熟悉機床的結構及技術參數(shù),按照上電順序啟動機床。

(2)機床上電后,檢查各開關、按鈕和按鍵是否正常,有無報警及其他異?，F(xiàn)象。

(3)機床手動回參考點,按照先回X軸、再回Z軸的順序進行。

(4)輸入并嚴格檢查程序的正確性,并在機床鎖定的情況下空運行執(zhí)行程序并進行圖形模擬,確認走刀軌跡是否正確。

(5)檢查所選擇的切削參數(shù)S、F是否合理,刀具和工件是否裝夾可靠,定位是否準確。

(6)正確對刀,建立工件坐標系,選擇合適的進給速度,手動移動坐標系各軸,確認對刀的準確性。

(7)自動運行程序試切加工時,快速進給倍率開關應選擇較低擋位。

(8)在確認工件夾緊后才能啟動機床,機床自動運行加工時,必須關閉防護罩,嚴禁打開電器柜門。

(9)加工中出現(xiàn)聲音異常、夾具松動等異常情況時必須立即停車處理。情況異常危急時可按下“急?！卑粹o,以確保人身和設備安全。

(10)刃磨刀具和更換刀具后,要重新測量刀具位置并修改刀補值。

(11)嚴禁穿高跟鞋、拖鞋、戴手套操作機床,留長發(fā)者,要將頭發(fā)盤起來并戴好工作帽。

(12)不要觸摸正在加工的工件、運轉的刀具、主軸或進行工件測量。

(13)機床加工中,禁止清掃切屑,等待機床停止運轉后,用毛刷清除切屑。

(14)換刀時,刀架距工件要有足夠的轉位安全距離,避免發(fā)生碰撞。

(15)不許隨意改變數(shù)控系統(tǒng)出廠設置好的機床參數(shù)。

(16)每天檢查潤滑油箱,油量不足時,增添32號導軌、絲杠潤滑油。

(17)每天檢查夾緊液壓站的油液位置,油液低于正常位置時,增添30號液壓油。

(18)下班前清掃機床,保持機床周圍清潔,切斷電源開關。

(二)SSCK20A數(shù)控車床主要技術參數(shù)及各部分的組成

1.SSCK20A數(shù)控車床主要技術參數(shù)

SSCK20A數(shù)控車床主要技術參數(shù)見表1-1。

2.SSCK20A數(shù)控車床各部分的系統(tǒng)組成

(1)主傳動系統(tǒng)。

(2)進給系統(tǒng)。

(3)換刀系統(tǒng)。

數(shù)控車床常用轉塔式刀架,它通過轉塔頭的旋轉、分度、定位來實現(xiàn)機床的自動換刀工作。轉塔式回轉刀架分為立式和臥式兩種形式。根據(jù)同時裝夾刀具的數(shù)量分4、6、8、12

等工位。圖1-10所示為立式四方位回轉刀架。圖1-11所示為臥式12工位回轉刀架。

(4)自動潤滑系統(tǒng)。

(5)冷卻系統(tǒng)。

圖1-10立式四方位回轉刀架

圖1-11-臥式12工位回轉刀架

(三)數(shù)控車床的結構特點

數(shù)控車床與普通車床相比,其結構有以下特點:

(1)數(shù)控車床刀架的兩個方向運動分別由兩臺伺服電動機驅動,一般采用與滾珠絲杠直聯(lián),傳動鏈短。

(2)數(shù)控車床的刀架移動一般采用滾珠絲杠副,絲杠兩端安裝滾珠絲杠專用軸承,它的接觸角比常用的向心推力球軸承大,能承受較大的軸向力;數(shù)控車床的導軌和絲杠采用自動潤滑,由數(shù)控系統(tǒng)控制,定期、定量供油,潤滑充分時,可實現(xiàn)輕拖動。

(3)數(shù)控車床一般采用鑲鋼導軌,摩擦系數(shù)小,機床精度保持時間較長,可延長其使用壽命。

(4)數(shù)控車床的主軸通常采用主軸電機通過一級皮帶傳動,主軸電機由數(shù)控系統(tǒng)控制,采用交流控制單元來驅動,實現(xiàn)無級變速,不必用多級齒輪副來進行變速。

(5)數(shù)控車床還具有加工冷卻充分、防護嚴密等特點,自動運轉時一般都處于全封閉或半封閉狀態(tài)。

(6)數(shù)控車床一般還配有自動排屑裝置、液壓動力卡盤及液壓頂尖等輔助裝置。

能力測試

1.熟悉操作面板上每個按鈕及按鍵的作用。

2.編寫如圖1-12所示的零件加工程序,材料為2A12鋁合金,毛坯尺寸為?55mm×102mm棒料,加工至圖紙要求。圖1-12零件尺寸圖

任務小結

(1)數(shù)控車床的機床坐標系由廠家設定,工件坐標系原點又叫編程原點,由編程人員設定,一般設定在工件右端面與主軸中心線的交點上。

(2)數(shù)控車床基本指令G50、G00、G01的應用;F、M、S、T指令功能的應用。

(3)數(shù)控車床的對刀方法;面板操作;程序輸入及編輯;手動控制機床;自動運行加工。

(4)數(shù)控車床各部分系統(tǒng)由主傳動系統(tǒng)、進給系統(tǒng)、換刀系統(tǒng)、自動潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)等組成。

(5)階梯軸外圓加工示例,綜合運用各種G、F、M、S、T等指令進行編程。

任務二階梯軸端面、錐面加工

一、學習目標

知識目標(1)了解數(shù)控車床的編程特點;(2)了解數(shù)控車床的主要加工類型及對象;(3)掌握恒線速度控制指令;(4)掌握絕對坐標與增量坐標編程;(5)掌握單一形狀固定循環(huán)指令。

技能目標

(1)會正確對刀,用G54~G59設定工件坐標系;

(2)會編寫端面加工程序;

(3)會編寫錐面加工程序;

(4)會使用數(shù)控車床進行階梯軸端面、錐面加工。

二、工作任務

階梯軸零件如圖1-13所示,材料為2A12鋁合金,毛坯為?50mm×102mm棒料,編寫加工程序,加工零件至尺寸要求。

圖1-13階梯軸零件尺寸圖

三、相關知識

(一)設定工件坐標系G54~G59

數(shù)控車床設定工件坐標系常用兩種方式,一種是用G50設定,另一種是用G54~G59設定。G54~G59是數(shù)控系統(tǒng)中預存的工件坐標系的代碼,加工前必須通過對刀來確定要選擇的工件坐標系,對刀數(shù)據(jù)通過CRT/MDI方式輸入到G54~G59對應的X、Z參數(shù)中,編程時可以從6個工件坐標系中選擇一個。

例1-如圖1-14所示,O點為G54工件坐標系原點,刀具起始點在A點,B點坐標為(24,2),從A點開始經(jīng)B→C→D點的加工程序如下:

圖1-14工件坐標系設定示例

(二)恒線速度控制

1)恒線速度控制指令G96

系統(tǒng)執(zhí)行G96指令后,S指定的數(shù)值為刀具切削點的線速度,單位為m/min。

2)主軸最高速度限定指令G50

G50指令除有坐標系設定功能外,還有主軸最高速度設定的功能,用恒線速度控制,加工端面、錐度和圓弧時,由于X坐標不斷變化,當?shù)毒咧饾u接近工件的旋轉中心時,主軸轉速越來越高,在不斷增大的離心力的作用下,加上其他原因,工件有從卡盤飛出的危險,所以為了防止事故的發(fā)生,必須在G96指令執(zhí)行之前用G50限定主軸的最高轉速。

(三)絕對坐標與增量坐標編程

在零件加工中,需要知道零件的各部分尺寸,在數(shù)控程序編制中,就要根據(jù)尺寸計算各點坐標。尺寸坐標的表示方法有絕對尺寸指令和增量尺寸指令兩種。

絕對尺寸值依據(jù)工件坐標系原點來確定,它與工件坐標系建立的位置有關,如圖1-15所示。

增量尺寸指機床運動部件的坐標尺寸值相對于前一位置來確定,它與工件坐標系建立的位置無關,如圖1-16所示。

圖1-15絕對尺寸

圖1-16增量尺寸

1.絕對坐標編程

絕對坐標編程是根據(jù)預先設定的編程原點計算出絕對坐標尺寸進行編程的一種方法。首先找出編程原點的位置,并用地址X、Z進行編程。

如圖1-17所示,刀具當前點為A,刀具從A點移動到B點,從B點移動到C點。

圖1-17編程實例

2.增量坐標編程

增量坐標編程是根據(jù)前一點的坐標位置來確定終點位置的一種編程方法。即程序的終點坐標是相對于起點坐標而言的。采用增量坐標編程時,用U、W代替X、Z進行編程。U、

W的正負由移動方向來確定,移動方向與機床坐標方向相同時為正,反之為負。

如圖1-17所示,刀具當前點為A,刀具從A點移動到B點,從B點移動到C點。

3.混合坐標編程

在同一程序段中,既有絕對坐標編程,又有增量坐標編程,稱為混合坐標編程。

如圖1-17所示,刀具當前點為A,刀具從A點移動到B點,從B點移動到C點。

(四)單一形狀固定循環(huán)指令G90、G94

1.外圓切削循環(huán)指令G90

G90指令的格式為:

G90X(U)

Z(W)F;

如圖1-18所示,刀具從循環(huán)起點按矩形循環(huán),最后又回到循環(huán)起點。

圖1-18外圓切削循環(huán)

例2如圖1-19所示,A為循環(huán)起點,其加工相關程序如下:

圖1-19外圓切削循環(huán)加工

2.錐面切削循環(huán)指令G90

G90指令的格式為:

G90X(U)

Z(W)

R

F

;

如圖1-20所示,刀具從循環(huán)起點按1、2、3、4進行循環(huán),最后又回到循環(huán)起點。

圖1-20錐面切削循環(huán)

3.端面切削循環(huán)指令G94

G94指令的格式為:

G94X(U)

Z(W)

F

;

如圖1-22所示,X、Z為端面切削終點的坐標值,U、W為端面切削終點相對循環(huán)起點的增量坐標值。

圖1-22端面切削循環(huán)

例4如圖1-23所示,A為循環(huán)起點,其加工相關程序如下:

圖1-23端面切削循環(huán)加工

4.帶錐度的端面切削循環(huán)指令G94

G94指令的格式為:

G94X(U)

Z(W)

R

F

;

如圖1-24所示,刀具從循環(huán)起點按1、2、3、4進行循環(huán),最后又回到循環(huán)起點。

圖1-24帶錐度的端面切削循環(huán)

四、任務實施

(一)對刀選擇工件坐標系

如圖1-25所示,通過對刀,用CRT/MDI方式在數(shù)控機床的參數(shù)表中設置G54工件坐標系。

(二)編寫加工程序

圖1-25零件尺寸圖

五、知識拓展

(一)數(shù)控車床編程的特點

(1)在一個程序段中,可以采用絕對坐標編程(X、Z)、增量坐標編程(U、W)或兩者混合編程。

(2)為了方便程序的編制,一般程序X坐標以工件直徑值編程。

(3)為了提高數(shù)控車床徑向尺寸的加工精度,X方向的脈沖當量為Z方向的一半。

(4)由于車削加工常用棒料或鍛料作為毛坯,加工余量大,為簡化編程,數(shù)控系統(tǒng)常具有車外圓、車端面和車螺紋等固定循環(huán)指令。

(二)數(shù)控車床主要加工零件的類型及對象

1.數(shù)控車削加工零件的類型

數(shù)控車床車削的主運動是工件裝在主軸卡盤或夾具上的旋轉運動,加工的工件類型主要是回轉體零件。

(1)軸套類零件。

(2)輪盤類零件。

(3)其他類零件。

2.數(shù)控車削的主要加工對象

數(shù)控車削是數(shù)控加工中用得最多的加工方法之一。

(1)精度要求高的回轉體零件。

(2)表面粗糙度值小、質量要求高的回轉體零件。

(3)表面形狀復雜的回轉體零件。

(4)帶錐螺紋及其他特殊螺紋的回轉體零件。

能力測試

1.熟悉數(shù)控車床對刀的方法。

2.編寫如圖1-26所示零件的加工程序,材料為2A12鋁合金,毛坯尺寸為?50mm×102mm棒料,加工至圖紙要求。

圖1-26零件尺寸圖

任務小結

(1)數(shù)控車床G54~G59工件坐標系的設定;絕對坐標與增量坐標編程方法;恒線速度控制指令;端面、外圓及錐面加工等單一形狀固定循環(huán)指令的應用;數(shù)控車床編程的特點;數(shù)控車床主要加工零件的類型及對象。

(2)階梯軸端面、錐面加工示例,綜合運用各種G、F、M、T等功能指令進行編程。

任務三階梯軸圓弧面加工

一、學習目標知識目標(1)了解數(shù)控車刀的選用原則;(2)掌握車刀的類型和用途;(3)掌握G02、G03、G41、G42、G40等指令的應用。

技能目標

(1)會編寫圓弧面加工程序;

(2)會正確使用刀尖圓弧半徑補償指令;

(3)會正確輸入刀具的相關參數(shù);

(4)會使用數(shù)控車床進行階梯軸圓弧面加工。

二、工作任務

階梯軸零件如圖1-27所示,材料為2A12鋁合金,毛坯為?50mm×101mm棒料,編寫加工程序,加工零件至尺寸要求。

圖1-27階梯軸零件圖

三、相關知識

(一)圓弧插補指令G02、G03

圓弧插補指令是命令刀具在指定平面內(nèi)按給定的F進給速度作圓弧運動,切削出圓弧輪廓。圓弧插補指令分為順時針圓弧插補指令G02和逆時針圓弧插補指令G03。

常用的數(shù)控車床是兩坐標的機床,只有X軸和Z軸。圓弧順逆的判斷主要與刀架所處的位置有關,如圖1-28所示。

圖1-28圓弧順逆與刀架的關系

(1)用I、K(對應X、Z)指定圓心位置,如圖1-29所示,其指令格式為:

G02X(U)

Z(W)

I

K

F

;

其中:X(U)、Z(W)為圓弧的終點坐標;I、K為圓心相對圓弧起點的坐標。

圖1-29順時針圓弧插補

(2)用圓弧半徑R指定圓心位置,如圖1-30所示,其指令格式為:

G03X(U)

Z(W)

R

F

;

其中:X(U)、Z(W)為圓弧的終點坐標;R為圓弧半徑。

圖1-30逆時針圓弧插補

例1-如圖1-31所示,其加工相關程序如下:

圖1-31-圓弧插補

(二)刀尖圓弧半徑補償指令G41、G42、G40

編程時,通常將車刀的刀尖作為一個基準點來考慮,但實際上刀具或多或少都存在一定的圓角,為了提高刀具強度和工件表面質量,通常將刀具做成圓弧過渡刃,如圖1-32所示。

圖1-32刀尖圓角

當用有圓角的刀具而未進行刀尖圓弧半徑補償加工端面、外徑、內(nèi)徑等與軸線平行或垂直的表面時,是不會產(chǎn)生誤差的,但在加工錐面和圓弧時,則會出現(xiàn)少切或過切現(xiàn)象,如圖1-33所示。

圖1-33少切和過切現(xiàn)象

1.建立刀尖圓弧半徑補償

建立刀尖圓弧半徑補償?shù)闹噶罡袷綖?

G01(G00)G41(G42)X

Z

F

;

其中:G41為刀尖圓弧半徑左補償,如圖1-34所示,沿著刀具進給方向看,刀具在加工面的左側;G42為刀尖圓弧半徑右補償,沿著刀具進給方向看,刀具在加工面的右側;X、Z為實際輪廓點的坐標。

圖1-34刀尖圓弧半徑補償

2.取消刀尖圓弧半徑補償

取消刀尖圓弧半徑補償?shù)闹噶罡袷饺缦?

G01(G00)G40X

Z

F

;

注意:(1)G41或G42指令必須和G00或G01指令一起使用,當該把刀加工完成后需用G40指令撤銷補償。

(2)建立補償?shù)某绦蚨?一般應在切入工件之前且為空行程時建立。

(3)撤銷補償?shù)某绦蚨?一般應在切出工件之后進行。

(4)刀尖圓弧半徑補償值由CRT/MDI面板輸入到刀具號對應的參數(shù)表中。

例2如圖1-35所示,用外圓車刀加工A?B?C輪廓,刀尖圓弧半徑R=0.8mm。

其加工相關程序如下:

圖1-35編程實例

3.刀尖圓弧半徑補償?shù)膱?zhí)行

(1)刀尖圓弧半徑補償?shù)慕⑦^程。

(2)刀尖圓弧半徑的取消過程。

4.刀位碼

刀位碼即刀尖方位碼,有1~9個,不同的刀具,刀位碼不同。圖1-36所示為前置刀架刀位碼。圖1-37所示為后置刀架刀位碼。圖1-38所示為SSCK20A數(shù)控車床后置刀架刀位碼。當執(zhí)行刀具半徑補償指令時,必須輸入刀具刀位碼及刀具半徑。在進行圖1-35的輪廓加工時,在01刀具補償號對應的參數(shù)表中,輸入刀具半徑0.8,輸入刀位碼3。

圖1-36前置刀架刀位碼

圖1-37后置刀架刀位碼

圖1-38SSCK20A數(shù)控車床刀位碼

四、任務實施

(一)選擇刀具

如圖1-39所示,通過對刀,用CRT/MDI方式在數(shù)控機床的參數(shù)表中設定G54工件坐標系。圖中右端R10圓弧面與軸中心線交點設定為G54工件坐標系原點,起刀點遠離毛坯,可在任意位置。車外圓、錐度及圓弧面用一把刀具加工,根據(jù)零件圖選擇93°偏頭外圓車刀T01,刀尖圓弧半徑R=0.4mm。

(二)編寫加工程序

圖1-39零件尺寸圖

(三)刀尖圓弧半徑補償數(shù)據(jù)輸入

加工圖1-39中零件的輪廓時,刀尖圓弧半徑補償數(shù)據(jù)的輸入步驟如下:

(1)按下MDI面板上OFFSET/SETTING鍵,用軟鍵查找到刀具設置頁面。

(2)移動光標到01刀具補償組號對應的刀尖圓弧半徑數(shù)據(jù)框,輸入刀尖圓弧半徑0.4。

(3)移動光標到01刀具補償組號對應的刀位碼數(shù)據(jù)框,輸入刀位碼3。

這樣就完成了刀尖圓弧半徑補償數(shù)據(jù)的設置。

五、知識拓展

(一)車刀的類型和用途

車刀主要用于回轉體表面的加工,如內(nèi)外圓柱面、圓錐面、圓弧面和螺紋等的切削加工。

1.按加工表面特征分類

車刀按加工表面特征可分為外圓車刀、端面車刀、切斷刀、螺紋車刀和內(nèi)孔車刀等。

(1)外圓車刀,如圖1-40所示,主要用于工件外圓的加工。圖1-40外圓車刀

(2)端面車刀,如圖1-41所示,主要用于工件端面及臺階面的加工。圖1-41-端面車刀

(3)切槽、切斷刀,如圖1-42所示,主要用于工件直槽、圓弧槽的加工及切斷。圖1-42切槽、切斷車刀

(4)螺紋車刀,如圖1-43所示,主要用于內(nèi)、外螺紋的加工。圖1-43螺紋車刀

(5)內(nèi)孔車刀,如圖1-44所示,主要用于內(nèi)孔的加工。圖1-44內(nèi)孔車刀

2.按結構形式分類

車刀按結構形式可分為整體式、焊接式、機夾式和可轉位式,見圖1-45。

圖1-45車刀結構形式

(二)數(shù)控車刀的選用原則

(1)在可能的范圍內(nèi),盡量少換刀或不換刀,以縮短準備和調整的時間。

(2)盡可能采用可轉位刀片,以提高加工效率,刀片的規(guī)格要與刀桿相配套,刀片材料根據(jù)被加工零件材料進行選擇。

(3)盡可能選用斷屑和排屑性能好的刀具。

(4)粗車時,選用強度高的刀具,以便滿足大吃刀量、大進給量的要求。

(5)精車時,選用精度高、耐磨性好的刀具,以保證精度要求。

能力測試

1.熟悉刀具半徑補償方法。

2.編寫如圖1-46所示零件的加工程序,材料為2A12鋁合金,毛坯尺寸為?50mm×101mm棒料,加工至圖紙要求。

圖1-46零件尺寸圖

任務小結

(1)數(shù)控車床圓弧插補指令G02、G03的應用;刀尖圓弧補償指令G41、G42、G40的應用;刀尖圓弧半徑補償參數(shù)的輸入;車刀的類型和用途;數(shù)控車刀的選用原則。

(2)階梯軸圓弧面加工示例,綜合運用各種G、S、M、T等功能指令進行編程。

任務四階梯軸螺紋加工

一、學習目標知識目標(1)掌握刀具控制T指令的應用;(2)掌握G32、G92和G76等螺紋加工指令的應用;(3)掌握螺紋切削用量的選擇。

技能目標

(1)會使用T指令進行換刀;

(2)會使用螺紋切削指令編寫加工程序;

(3)會輸入刀具長度補償參數(shù);

(4)會使用數(shù)控車床進行階梯軸螺紋加工。

二、工作任務

階梯軸零件如圖1-47所示,材料為45鋼,毛坯為?50mm×104mm棒料,編寫加工程序,加工零件至尺寸要求。

圖1-47階梯軸零件

三、相關知識

(一)刀具長度的補償方法

數(shù)控車床多把刀具加工時,其各刀具安裝位置在X、Z方向不同,必須進行刀具長度補償,補償包括X、Z兩個方向的補償,補償值在刀補參數(shù)表中輸入。

1.刀具長度相對補償

刀具長度相對補償是先用一把基準刀具,通常選用不經(jīng)常更換的精車刀對刀,用G54建立工件坐標系,基準刀具X、Z兩個方向的刀具長度補償值為零,其他刀具的長度補償值

是相對基準刀具在X、Z兩個方向的偏置量,如圖1-48所示,所有刀具與G54同一個工件坐標系。當更換或刃磨基準刀具后,其他所有刀具需進行對刀,重新輸入長度補償值;當非基準刀具更換或刃磨后,只需進行當前刀具的對刀,重新輸入長度補償值。

圖1-48刀具長度相對補償

例1-假設基準刀具號及刀具補償組號為01,另外一把刀具號及刀具補償組號為02,在參數(shù)表中設置刀具長度相對補償?shù)牟襟E如下:

(1)按下MDI面板上的OFFSET/SETTING鍵,找到刀具參數(shù)設置頁面,移動光標分別到補償號為01、02對應的數(shù)據(jù)框中清零;在工件坐標系設置頁面中找到G54,移動光標到X、Z對應的數(shù)據(jù)框中清零。

(2)在MDI方式下輸入T0101,按啟動按鈕,換01號刀具。

(3)按下MDI面板上的OFFSET/SETTING鍵,在工件坐標系設置頁面中找到G54,移動光標到Z對應的數(shù)據(jù)框。

(4)啟動主軸,用01號刀具對刀,將Z軸手動移動到工件坐標系Z0點(工件端面)試切,在MDI面板上輸入Z0,按下CRT下部的測量軟鍵,系統(tǒng)自動計算刀具當前點在機床坐標系中的坐標值,并保存到G54下的Z數(shù)據(jù)框中,完成了01號刀的Z軸對刀。

(5)移動光標到G54工件坐標系X對應的數(shù)據(jù)框。

(6)將X軸手動移動到工件外圓試切,試切后Z軸退出工件,停主軸,測量試切處外圓直徑,在MDI面板上輸入X及實測試切處的直徑值,按下CRT下部的測量軟鍵,系統(tǒng)自動計算刀具當前點在機床坐標系中的坐標值,并保存到G54下的X數(shù)據(jù)框中,完成了01號刀的X軸對刀。

(7)移動X軸、Z軸使刀具遠離工件。

(8)在MDI方式下輸入T0202,按啟動按鈕,換02號刀具。

(9)按下MDI面板上的OFFSET/SETTING鍵,找到刀具參數(shù)設置頁面,移動光標到補償號為02對應的Z軸數(shù)據(jù)框中。

(10)用02號刀具對刀,將Z軸手動移動到工件坐標系Z0點,在MDI面板上輸入Z0,按下CRT下部的測量軟鍵,系統(tǒng)自動計算02號刀具相對于01號刀具的Z軸偏置,并保存到02號刀具對應的Z軸數(shù)據(jù)框中,完成了02號刀具的Z軸相對補償。

(11)移動光標到補償號為02對應的X軸數(shù)據(jù)框中。

(12)將X軸手動移動到01號刀具試切的外圓上,在面板上輸入X及實測的直徑值,按下CRT下部的測量軟鍵,系統(tǒng)自動計算02號刀具相對于01號刀具的X軸偏置,并保存到02號刀具對應的X軸數(shù)據(jù)框中,完成了02號刀具的X軸相對補償。

2.刀具長度絕對補償

數(shù)控車床加工時,也可用T指令代替G指令進行工件坐標系的設置,此時,G54參數(shù)表中的X、Z值始終為零,通過每把刀的對刀,在刀具參數(shù)表中分別輸入該把刀具在機床坐標系中的相應數(shù)值,調用換刀指令,用T指令建立對應于每把刀具的工件坐標系。當更換或刃磨刀具后,只需進行當前刀具的對刀,重新輸入相應數(shù)值。

例2假設第一把刀具號及刀具補償組號為01,第二把刀具號及刀具補償組號為02,在參數(shù)表中設置刀具絕對補償?shù)牟襟E如下:

(1)按下MDI面板上的OFFSET/SETTING鍵,找到刀具參數(shù)設置頁面,移動光標分別到補償號為01、02對應的數(shù)據(jù)框中清零;在工件坐標系設置頁面中找到G54,移動光標到X、Z對應的數(shù)據(jù)框中清零。

(2)在MDI方式下輸入T0101,按啟動按鈕,換01號刀具。

(3)按下MDI面板上的OFFSET/SETTING鍵,找到刀具參數(shù)設置頁面,移動光標到補償號為01對應的Z軸數(shù)據(jù)框中。

(4)啟動主軸,用01號刀具對刀,將Z軸手動移動到工件坐標系Z0點(工件端面)試切,在MDI面板上輸入Z0,按下CRT下部的測量軟鍵,系統(tǒng)自動計算01號刀具在機床坐標系中的Z軸坐標,并保存到01號刀具對應的Z軸數(shù)據(jù)框中,完成了01號刀具的Z軸絕對補償。

(5)移動光標到補償號為01對應的X軸數(shù)據(jù)框中。

(6)將X軸手動移動到工件外圓試切,試切后Z軸退出工件,停主軸,測量試切處外圓直徑,在MDI面板上輸入X及實測試切處的直徑值,按下CRT下部的測量軟鍵,系統(tǒng)自動計算01號刀具在機床坐標系中的X軸坐標,并保存到01號刀具對應的X軸數(shù)據(jù)框中,完成了01號刀具的X軸絕對補償。

(7)移動X軸、Z軸使刀具遠離工件。

(8)在MDI方式下輸入T0202,按啟動按鈕,換02號刀具。

(9)按下MDI面板上的OFFSET/SETTING鍵,找到刀具參數(shù)設置頁面,移動光標到補償號為02對應的Z軸數(shù)據(jù)框中。

(10)用02號刀具對刀,將Z軸手動移動到工件坐標系Z0點,在MDI面板上輸入Z0,按下CRT下部的測量軟鍵,系統(tǒng)自動計算02號刀具在機床坐標系中的Z軸坐標,并保存到02號刀具對應的Z軸數(shù)據(jù)框中,完成了02號刀具的Z軸絕對補償。

(11)移動光標到補償號為02對應的X軸數(shù)據(jù)框中。

(12)將X軸手動移動到試切的外圓上,在面板上輸入X及實測的直徑值,按下CRT下部的測量軟鍵,系統(tǒng)自動計算02號刀具在機床坐標系中的X軸坐標,并保存到02號刀具對應的X軸數(shù)據(jù)框中,完成了02號刀具的X軸絕對補償。

(二)延時指令G04

延時指令的格式為:

G04X

;或G04P

;

其中:X后數(shù)值為延時的時間,單位為s;P后數(shù)值為延時的時間,單位為ms。

該指令為非模態(tài)指令,即G04只在本段程序中有效。

(三)螺紋切削指令

1.螺紋基本切削指令G32

G32指令是用來完成單行程螺紋切削的車刀進給運動嚴格根據(jù)輸入的螺紋導程進行。但是切入、切出、返回均需編入相應程序。

例3零件尺寸圖如圖1-49所示。

加工相關程序如下:

圖1-49零件尺寸圖

2.圓柱螺紋切削循環(huán)指令G92

G92指令的格式為:

G92X(U)

Z(W)

F

;

其中:X、Z為螺紋終點(C點)的坐標值;U、W為螺紋終點坐標相對于循環(huán)起點的增量坐標;F為螺紋導程。

如圖1-50所示,刀具從循環(huán)起點開始,按A、B、C、D進行自動循環(huán),最后又回到循環(huán)起點A。圖中虛線表示按R快速移動,實線表示按F指定的工作進給速度移動。

圖1-50圓柱螺紋切削循環(huán)

例4零件尺寸圖如圖1-49所示,其加工相關程序如下:

3.圓錐螺紋切削循環(huán)指令G92

G92指令的格式為:

G92X(U)

Z(W)

R

F

;

其中:X、Z為螺紋終點(C點)的坐標值;U、W為螺紋終點坐標相對于循環(huán)起點的增量坐標;R為錐螺紋始點與終點的半徑差,圖示位置的R值為負;F為螺紋導程。

如圖1-51所示,刀具從循環(huán)始點開始,按A、B、C、D進行自動循環(huán),最后又回到循環(huán)起點A。

圖1-51-圓錐螺紋切削循環(huán)

4.螺紋切削復合循環(huán)指令G76

圖1-52所示為螺紋切削復合循環(huán)的刀具軌跡。圖1-53所示為螺紋切削復合循環(huán)的刀尖位置,刀具從循環(huán)起點開始,按圖示軌跡進行自動循環(huán),每次Z方向回退位置不同,由系統(tǒng)參數(shù)設定。

圖1-52螺紋切削復合循環(huán)的刀具軌跡

圖1-53螺紋切削復合循環(huán)的刀尖位置

例5零件尺寸圖如圖1-49所示,其加工程序如下:

四、任務實施

(一)刀具選擇

該零件需要加工外圓、端面、切槽和螺紋等,共需要四把刀具。

T01———93°偏頭外圓車刀(車?40外圓、M30×2螺紋外徑、C2倒角)

T02———45°偏頭端面車刀(車右端面)

T03———4mm切槽車刀(切4mm槽)

T04———60°外螺紋車刀(車M30×2螺紋)

如圖1-54所示,右端面與軸中心線的交點設定為工件坐標系原點,采用刀具絕對補償,G54參數(shù)表中的X、Z值為零,四把刀具分別對刀,在刀具參數(shù)表中分別輸入該把刀具在機械坐標系中的相應數(shù)值,調用換刀指令,用T指令建立對應于每把刀具的工件坐標系。換刀點遠離毛坯,換刀時不能與工件發(fā)生干涉。

(二)編寫加工程序

圖1-54零件尺寸圖

五、知識拓展

(一)螺紋車削加工工藝

1.螺紋車削加工的方法

車削螺紋是數(shù)控車床常見的加工內(nèi)容。螺紋車削加工是由刀具的直線運動和主軸按一定的轉數(shù)旋轉的合成運動。車削螺紋的刀具是成型刀具,刀刃與工件接觸面較長,切削力較大,因此車削螺紋時通常需要多次進刀才能完成。螺距和尺寸精度受機床精度的影響,牙形精度由刀具的幾何精度保證。

1)徑向切入法

徑向切入法又稱為直進法。一般情況下,當螺距小于3mm時可采用徑向切入法,如圖1-55所示。圖1-55徑向切入法

2)側向切入法

側向切入法又稱為斜進法,如圖1-56所示。圖1-56側向切入法

2.車削螺紋時切入、切出路線

在數(shù)控車床上車削螺紋時,車刀沿螺紋方向的Z向進給應與車床主軸的旋轉保持嚴格的速比關系?？紤]到車刀從停止狀態(tài)達到指定的進給速度或從指定的進給速度降至零,數(shù)控車床進給伺服系統(tǒng)有一個很短的過渡過程,因此,應避免在數(shù)控車床進給伺服系統(tǒng)加速或減速的過程中車削。在螺紋切削時要考慮足夠的切入距離δ1(2~5mm)和切出距δ2(1~2mm),如圖1-57所示。

圖1-57圓柱螺紋切削

3.左、右旋螺紋的加工

1)主軸正反轉的規(guī)定

2)左右手車刀的判斷

3)左、右旋外螺紋的加工

圖1-58所示為前置刀架,主軸正轉,用右手車刀,從外向里車,加工右旋螺紋。圖1-58前置刀架,主軸正轉,加工右旋螺紋

圖1-59所示為前置刀架,主軸正轉,用右手車刀,從里向外車,加工左旋螺紋。圖1-59前置刀架,主軸正轉,加工左旋螺紋

圖1-60所示為前置刀架,主軸反轉,用左手車刀反裝,從外向里車,加工左旋螺紋。圖1-60前置刀架,主軸反轉,加工左旋螺紋

圖1-61-前置刀架,主軸反轉,加工右旋螺紋

圖1-62所示為后置刀架,主軸正轉,用左手車刀,從外向里車,加工左旋螺紋。圖1-62后置刀架,主軸正轉,加工左旋螺紋

圖1-63所示為后置刀架,主軸正轉,用左手車刀,從里向外車,加工右旋螺紋。圖1-63后置刀架,主軸正轉,加工右旋螺紋

圖1-64所示為后置刀架,主軸反轉,用右手車刀反裝,從外向里車,加工右旋螺紋。圖1-64后置刀架,主軸反轉,加工右旋螺紋

圖1-65所示為后置刀架,主軸反轉,用右手車刀反裝,從里向外車,加工左旋螺紋。圖1-65后置刀架,主軸反轉,加工左旋螺紋

4.車削螺紋時切削用量的確定

1)背吃刀量的確定

常用公制螺紋切削的進給次數(shù)與背吃刀量(雙邊)見表1-2

2)進給量的確定

數(shù)控車床切削時的進給量往往是指每轉進給量,因此車削螺紋的進給量就等于螺紋的導程,車削單頭螺紋的進給量即為螺紋的螺距。

3)主軸轉速的確定

大多數(shù)普通型數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)推薦車削螺紋時的主軸轉速公式為

式中:n為主軸轉速(r/min);P為工件螺紋的螺距或導程(mm);K為保險系數(shù),一般取80。

(二)螺紋的測量與檢驗

(1)檢查螺紋的大徑或小徑。

(2)檢查螺紋的螺距、牙型和表面粗糙度。

(3)檢查螺紋中徑。螺紋的中徑測量方法有三針測量法、綜合測量法等。通常用綜合測量法對螺紋進行檢查。外螺紋用螺紋環(huán)規(guī),如圖1-66(a)所示,如果環(huán)規(guī)通端正好擰進去,而止端擰不進去,說明螺紋精度符合要求;內(nèi)螺紋用螺紋塞規(guī),如圖1-66(b)所示,如果塞規(guī)通端正好擰進去,而止端擰不進去,說明螺紋精度符合要求。

圖1-66螺紋量具

能力測試

1.熟悉數(shù)控車床刀具長度補償方法。

2.編寫如圖1－67所示零件的加工程序,材料為45鋼,毛坯尺寸為?50mm×104mm棒料,加工至圖紙要求。

圖1-67零件尺寸圖

任務小結

(1)數(shù)控車床刀具控制T指令的應用;螺紋切削指令G32、G92、G76等編程指令的應用;刀具長度補償參數(shù)的輸入;螺紋車削加工工藝;螺紋的測量與檢驗等相關知識。

(2)階梯軸螺紋加工示例,綜合運用各種G、S、M、T等功能指令進行編程。

任務五齒輪軸零件加工

一、學習目標知識目標(1)掌握車削加工切削用量的選擇;(2)掌握數(shù)控車削加工的工藝分析方法;(3)掌握復合循環(huán)指令G71、G72、G73、G70等指令的應用。

技能目標

(1)會使用復合循環(huán)指令編寫加工程序;

(2)會根據(jù)零件圖進行車削加工的工藝分析;

(3)會合理選擇車削加工切削用量;

(4)會使用數(shù)控車床進行齒輪軸零件加工。

二、工作任務

齒輪軸零件圖如圖1-68所示,材料為45鋼,毛坯為?50mm×104mm圓鋼,進行工藝分析,編寫加工程序,加工零件至尺寸要求。

圖1-68齒輪軸零件圖

三、相關知識

(一)數(shù)控車床常用指令

目前數(shù)控車床的數(shù)控系統(tǒng)種類較多,同一指令其含義不完全相同。

1.準備功能G指令

準備功能也稱為G功能,主要用來指令機床的動作方式。表1-3是FANUC0iMateTB數(shù)控系統(tǒng)的部分G指令及功能。

2.輔助功能M指令

輔助功能M指令主要用于機床加工操作時的工藝性指令及輔助編程,一部分M指令是依靠繼電器的通斷來實現(xiàn)其控制過程。表1-4所示為FANUC0iMateTB的輔助功能M指令及功能。

(二)復合循環(huán)指令

復合循環(huán)指令應用于粗車和多次走刀加工的情況。利用復合循環(huán)功能,只要編寫出最終走刀路線,給出每次切除余量,機床即可以自動完成多重切削直至加工完畢。

1.外圓粗車復合循環(huán)指令G71

外圓粗車復合循環(huán)G71適用于切除棒料毛坯的大部分加工余量。圖1-69所示為G71粗車外圓的走刀路線。

圖1-69外圓粗車復合循環(huán)走刀路線

例1-如圖1-70所示,材料為45鋼,毛坯為?50mm×75mm圓鋼。圖1-70外圓粗車復合循環(huán)編程實例

2.端面粗車復合循環(huán)指令G72

端面粗車復合循環(huán)G72適用于圓柱棒料毛坯端面方向的粗車,從外徑方向往軸心方向車削端面循環(huán)。圖1-71所示為G72粗車端面的走刀路線。

圖1-71-端面粗車復合循環(huán)走刀路線

3.輪廓粗車復合循環(huán)指令G73

輪廓粗車復合循環(huán)G73適用于毛坯輪廓形狀與零件輪廓形狀基本接近的鑄、鍛毛坯或已粗車成型的半成品工件,其走刀路線如圖1-72所示。

圖1-72輪廓粗車復合循環(huán)走刀路線

4.精車循環(huán)指令G70

用G71、G72、G73粗車后,可用G70來指定精車循環(huán),切除粗加工的余量,實現(xiàn)精加工。

例2如圖1-73所示,毛坯為鍛件,材料為45鋼,外圓單邊加工余量為4mm,端面加工余量為3mm,?50外圓及75兩端面前道工序已加工至尺寸,本道工序不加工。

圖1-73粗車、精車編程實例

四、任務實施

(一)零件工藝分析

1.零件圖分析

該零件為齒輪軸,兩個?20外圓為7級精度,同軸度為0.025,粗糙度為Ra3.2;?46外圓為7級精度,同軸度為0.025,粗糙度為Ra3.2;其余加工面,粗糙度為Ra6.3,尺寸為自由公差。

2.加工順序的安排

(1)加工左端面、?20外圓、?46外圓、倒角等工步。

(2)工件調頭,加工右端面、?20外圓、?30外圓、R5圓弧、倒角等工步。

3.工件的定位與夾緊

該零件需要兩次裝夾,第一次用三爪裝夾,夾持外圓毛坯。第二次用軟爪裝夾,以已加工的?46外圓及端面定位,保證同軸度為0.025。

4.車刀的選擇

該零件需要加工外圓、端面等,外圓有精度要求,需進行粗、精加工。根據(jù)零件圖紙要求選用以下三把刀具進行加工。

T01:93°偏頭外圓車刀(精車外圓);

T02:90°偏頭外圓車刀(粗車外圓);

T03:45°偏頭端面車刀(車左、右端面)。

(二)編寫加工程序

(1)加工左端面、?20外圓、?46外圓、倒角等工步,G54工件坐標系原點在左端面與主軸中心線交點。

(2)工件調頭,用軟爪裝夾,以已加工的?46外圓及端面定位,加工右端面、?20外圓、?30外圓、R5圓弧、倒角等工步,G54工件坐標系原點設在右端面與主軸中心線交點,這時必須保證工件坐標系原點與軟爪內(nèi)端面的尺寸為75。

五、知識拓展

(一)數(shù)控車削加工的工藝分析

1.零件圖的分析

零件圖是編制加工程序、選擇刀具及工件裝夾的依據(jù),制訂車削工藝前必須對零件圖進行認真的分析,其主要工作內(nèi)容如下。

(1)零件圖尺寸標注及輪廓幾何要素的分析。

(2)尺寸公差和表面粗糙度的分析。

(3)形狀、位置公差及技術要求的分析。

2.工件的定位與夾緊

1)車床定位原則

定位是指工件在夾具中相對于機床和刀具有一個確定的正確位置。工件的定位是否正確、合理,直接影響工件的加工精度。定位基準有兩種,一種是以未加工表面為定位基準,

稱為粗基準,另一種是以已加工表面為定位基準,稱為精基準。數(shù)控車床上零件的安裝方法與普通車床一樣。

合理選擇定位基準和夾緊方案時應注意以下幾點:

(1)力求設計基準、工藝基準與工件坐標系原點統(tǒng)一,這樣可以減少基準不重合誤差,也有利于數(shù)值計算及編程。

(2)選擇粗基準時,應盡量選擇不加工表面或能可靠裝夾的表面,粗基準只能使用一次。

(3)選擇精基準時,應盡可能以設計基準或裝配基準為定位基準,并盡量與測量基準重合。精基準理論上可以重復使用,但為了減少定位誤差,應盡量減少精基準的重復使用。

(4)盡量減少裝夾次數(shù),盡可能在一次裝夾后,加工出全部或大部分待加工面,若需二次裝夾時,應盡量采用同一定位基準,以減少裝夾誤差,提高加工表面間的位置精度。

(5)避免采用占機人工調整式方案,以免占機時間太多,影響加工效率。

2)車床夾具

車床夾具可分為通用夾具和專用夾具兩大類。通用夾具是指能夠裝夾兩種或兩種以上工件的同一夾具,例如車床上的三爪卡盤、四爪卡盤、彈簧卡套等;專用夾具是專門為加工某一指定工件的某一工序而設計的夾具。

(1)三爪卡盤。

(2)軟爪。

(3)彈簧夾套。

(4)四爪卡盤。

圖1-74車床通用夾具

3.車削加工順序的安排

數(shù)控車削加工的順序安排應遵循以下原則:

(1)上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊。

(2)先粗后精。

(3)先近后遠。

(4)內(nèi)外交叉。

4.進給路線的確定

數(shù)控車床進給加工路線是指車刀從起刀點開始運動起,直至結束加工程序所經(jīng)過的路徑,包括切削加工的路徑及刀具切入、切出等非切削空行程路徑。

1)最短的切削進給路線

切削進給路線最短,可有效提高生產(chǎn)率,降低刀具損耗。安排最短切削進給路線時,要兼顧工件的剛性和加工工藝性等要求。

圖1-75所示為粗加工的三種不同的切削進給路線,其中圖(a)為車刀沿工件輪廓等距線循環(huán)的進給路線,圖(b)為車刀沿工件輪廓按三角形等距線循環(huán)的進給路線,圖(c)為車刀沿工件輪廓按矩形等距線循環(huán)的進給路線。比較可知,矩形循環(huán)進給路線的進給長度總合最短,因此,在同等切削條件下,其切削時間最短,刀具損耗最少。

圖1-75粗車切削進給路線

2)最短的空行程路線

(1)巧用循環(huán)起點。

圖1-76(a)所示為采用矩形循環(huán)方式進行粗車的一般情況,其起刀點A的設定是考慮到加工過程中需方便的換刀,故設置在離工件較遠的位置,同時,將起刀點與循環(huán)起點重合在一起,按三刀粗車的進給路線安排如下:

第一刀:A→B→C→D→A;

第二刀:A→E→F→G→A;

第三刀:A→H→I→J→A。

圖1-76(b)則巧妙地將循環(huán)加工的起點與起刀點分離,并設于圖示B點位置,仍按相同的切削用量進行三刀粗車,其進給路線安排如下:

起刀點A與循環(huán)起點B分離的空行程A→B;

第一刀:B→C→D→E→B;

第二刀:B→F→G→H→B;

第三刀:B→I→J→K→B。

很明顯圖1-76(b)所走的路線較短,該方法也可用在其他循環(huán)加工中。

圖1-76巧用循環(huán)起點

(2)巧設換刀點。

出于安全考慮,有時將換刀點設置在離工件較遠的位置,如圖1-76(a)中的A點,第一次換刀時考慮不能與工件毛坯發(fā)生干涉,當換第二把刀后,進行精車時的空行程較長。如果將第二把刀的換刀點設置在圖1-76(b)中B點附近的位置上,因工件已切掉一定的余量,只要換刀過程中不與粗加工后的輪廓發(fā)生干涉,盡量靠近工件,則可縮短空行程距離。

3)大余量毛坯的階梯切削進給路線

圖1-77中列出了兩種大余量切削進給路線。在同樣的背吃刀量下,圖1-77(a)階梯切削后所留余量過多,是不合理的階梯切削路線。圖1-77(b)按1~5的順序切削,每次切削所留余量相等,是合理的階梯切削進給路線。

圖1-77大余量毛坯的階梯切削進給路線

(二)切削用量的選擇

切削用量是指切削速度、進給量和切削深度三者的總稱。在編制加工程序時,應使主軸轉速、進給速度和切削深度三者能互相適應,形成最佳切削參數(shù)。

1.切削用量的選擇原則

切削用量的選擇原則如下:

(1)保證安全,不發(fā)生人身、設備事故。

(2)保證工件加工質量。

(3)在滿足上述要求的前提下,充分發(fā)揮機床的潛力和刀具的切削性能,在不超過機床的有效功率和工藝系統(tǒng)剛性所允許的極限負荷的條件下,盡量選用較大的切削用量。

(4)粗車時,應考慮盡可能提高生產(chǎn)效率和保證必要的刀具壽命,同時,也應考慮經(jīng)濟性和加工成本。首先選用較大的切削深度,然后再選擇較大的進給量,最后考慮合適的切削速度。

(5)精車時,首先應保證加工精度和表面質量,同時又要考慮刀具壽命和生產(chǎn)效率。因此,選擇較小的切削深度和進給量,選用切削性能良好的刀具材料,盡可能提高切削速度。

2.切削用量的選擇

1)切削深度

根據(jù)零件的加工余量,由機床、夾具、刀具和工件組成的工藝系統(tǒng)的剛性確定切削深度。

2)進給量(單位為mm/min或mm/r)

在切削深度選定以后,根據(jù)工件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件的材料進行選擇,確定進給量的適當值。最大進給量受到機床剛度和進給性能的制約,不同的機床系統(tǒng),其最大進給量也不同。

3)切削速度

切削速度對切削功率、刀具磨損和刀具壽命、表面加工質量和尺寸精度都有較大影響。提高切削速度可以提高生產(chǎn)率和降低成本。但過分提高切削速度會使刀具壽命下降,迫使切削深度和進給量減小,結果反而使生產(chǎn)率降低,加工成本提高。所以,相對于最經(jīng)濟的刀具壽命,必有一個最佳的切削速度。這一最佳切削速度,可根據(jù)不同的加工條件選取。

車削光軸時,可根據(jù)零件上被加工部位的直徑,按零件和刀具的材料及加工性質等條件所允許的切削速度來確定主軸轉速,計算公式為

式中:vc為切削速度(m/min);D為工件切削部位回轉直徑;n為主軸轉速(r/min)

能力測試

1.熟悉數(shù)控車床軟爪的使用方法。

2.齒輪軸零件圖如圖1-78所示,毛坯為鍛件,材料為45鋼,外圓單邊加工余量為5mm,端面加工余量為4mm,進行工藝分析,編寫加工程序。圖1-78齒輪軸零件圖

任務小結

(1)數(shù)控車床常用的G、M指令的應用;復合循環(huán)G71、G72、G73、G70等指令的應用;數(shù)控車削加工工藝;車削加工切削用量的選擇等相關知識。

(2)齒輪軸零件加工示例,綜合運用各種G、S、M、T等功能指令進行編程。

任務六軸套內(nèi)孔、內(nèi)螺紋加工

一、學習目標知識目標(1)掌握數(shù)控車床內(nèi)孔加工程序的編制;(2)掌握數(shù)控車床內(nèi)螺紋加工程序的編制;(3)掌握數(shù)控車床內(nèi)孔及內(nèi)螺紋加工刀具及切削用量的選擇。

技能目標

(1)會根據(jù)零件圖進行軸套加工的工藝分析;

(2)會編寫內(nèi)孔及內(nèi)螺紋加工程序;

(3)會使用數(shù)控車床進行軸套零件加工。

二、工作任務

軸套零件圖如圖1-79所示,材料為45鋼,毛坯為?45×64圓鋼,進行工藝分析,編寫加工程序,加工零件至尺寸要求。圖1-79軸套零件圖

三、相關知識

(一)鉆孔刀具及鉆夾頭

1.鉆孔刀具

鉆孔是利用鉆頭與工件之間的相互運動進行切削加工的。在數(shù)控車床上一般是將工件安裝在主軸夾具上,鉆頭安裝在尾座或回轉刀架上,為了防止孔中心偏斜,一般要用中心鉆預先打中心孔。

在孔加工中,除了鉆孔外,有時還需要擴孔及锪孔。圖1-80所示為幾種锪孔加工示意圖。圖1-80锪孔加工示意圖

鉆孔刀具的種類如圖1-81所示,常見的鉆孔刀具有錐柄麻花鉆、直柄麻花鉆、扁鉆、中心鉆、锪鉆、擴孔鉆等。圖1-81-鉆孔刀具

2.鉆夾頭

直柄麻花鉆頭一般用鉆夾頭夾持,鉆夾頭如圖1-82所示,鉆夾頭刀柄可以用變徑套、錐柄過渡套等與尾座或回轉刀架相連。圖1-82鉆夾頭及刀柄

(二)鏜孔刀夾及刀具

鉆削加工后的內(nèi)孔精度不高,要提高孔的尺寸精度和表面質量,一般需要進行車內(nèi)孔加工。在數(shù)控車床上加工內(nèi)孔也稱為鏜內(nèi)孔,所用內(nèi)孔車刀也叫鏜刀。圖1-83所示為鏜內(nèi)

孔加工示意圖。圖1-83鏜內(nèi)孔加工示意圖

鏜刀一般有左偏刀和右偏刀之分,根據(jù)機床主軸旋轉的方向和刀具的走刀方向進行選用。圖1-84所示為內(nèi)孔鏜刀外觀圖。圖1-84內(nèi)孔鏜刀外觀圖

圖1-85所示為內(nèi)螺紋車削示意圖。內(nèi)螺紋加工時要注意主軸的旋轉方向、刀具進給方向及刀具安裝方位的配合。圖1-85內(nèi)螺紋車削示意圖

四、任務實施

(一)工藝分析

1.零件圖分析

2.加工順序的安排

3.工件的定位與夾緊

4.車刀的選擇

5.編制零件加工工藝

(二)編寫加工程序

車內(nèi)螺紋底孔、切槽、倒角、內(nèi)螺紋等工步,G54工件坐標系原點在右端面與主軸中心線交點處。

五、知識拓展

(一)內(nèi)孔檢測

內(nèi)孔檢測可采用游標卡尺、內(nèi)徑千分尺、內(nèi)徑百分表、塞規(guī)等工具。

圖1-86所示為兩種常見的內(nèi)徑千分尺,其使用方法見圖1-87。圖1-86內(nèi)徑千分尺圖1-87內(nèi)徑千分尺的使用方法

圖1-88所示為內(nèi)徑百分表,其調整與測量方法見圖1-89圖1-88內(nèi)徑百分表圖1-89內(nèi)徑百分表的調整與測量方法

圖1-90所示為塞規(guī),塞規(guī)的兩頭各有一個圓柱體,長圓柱體一端為通端,短圓柱體一端為止端。檢查內(nèi)孔時,合格的孔應當能通過通端而不能通過止端。圖1-90塞規(guī)

(二)內(nèi)螺紋檢測

內(nèi)螺紋檢測常用螺紋塞規(guī),如圖1-91所示。圖1-91-螺紋塞規(guī)

圖1-92所示為牙型規(guī),一組牙型規(guī)包括了常用的牙型:0.5、0.6、0.7、0.75、0.8、0.9、1.0、1.25、1.5、1.75等螺距(單位為mm),可用目測判斷螺紋牙型角與牙型規(guī)的吻合程度。圖1-92牙型規(guī)

能力測試

1.熟悉車床心軸夾具的使用方法。

2.軸套零件圖如圖1-93所示,材料為45鋼,毛坯為?50×68圓鋼,編寫加工工藝及加工程序,加工零件至尺寸要求。圖1-93軸套零件圖

任務小結

(1)數(shù)控車床內(nèi)孔加工G71指令應用;內(nèi)螺紋加工G92指令應用;內(nèi)孔及內(nèi)螺紋編程;內(nèi)孔及內(nèi)螺紋檢測;內(nèi)徑千分尺、內(nèi)徑百分表、塞規(guī)、螺紋塞規(guī)等的使用方法。

(2)軸套內(nèi)孔、內(nèi)螺紋加工示例,綜合運用各種G、S、M、T等功能指令進行編程。

任務七組合件車削加工

一、學習目標知識目標(1)掌握組合件數(shù)控加工的工藝編制;(2)掌握組合