模块四内外端面数控车床加工编程.docx
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模块四内外端面数控车床加工编程.docx
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模块四内外端面数控车床加工编程
项目三外圆、内孔及端面加工训练
教学目的:
①掌握外圆、内孔及端面的大余量切削方法。
②掌握钻孔、镗孔加工的相关工艺知识和编程知识。
③掌握粗、精车削工件的加工工艺路线、刀具选用和切削用量确定。
④熟练掌握钻头、镗刀等刀具在刀架上的安装和对刀操作。
任务一编程的基本知识
1.简单循环指令
(1)外、内径切削循环指令G90
格式:
G90X(U)Z(W)F;
说明:
X、Z——绝对值编程时,为切削终点C在工件坐标系下的坐标;增量值编程时,为切削终点C相对于循环起点A的有向距离,图形中用U、W表示。
该指令执行如图3-l3所示A—B—C一D—A的轨迹动作。
例8-5如图8-11所示:
O1487
………
G00X62.0Z2.0;
G90X50.0Z-40.0F0.15;
X40.0;
X30.0;
G00X200.0Z100.0;
M05;
M30;
(2)圆锥面内(外)径切削循环指令G90(如图8-12所示)
格式:
G90X(U)Z(W)RF;
R——为切出点到切入点在X轴上的投影,与X轴同向取正,与X轴反向取负(无论是绝对值编程还是增量值编程)。
如图8-12所示
根据相似三角形公式:
又因切出点到切入点在X轴的投影为R值,R方向与X正向相反,所以R=-5.5mm。
O0002
………
G00X42.0Z2.0
G90X30.0Z-20.0R-5.5F0.15
G00X200.0Z100.0
………
(3)端平面切削循环指令G94
该指令主要用于盘套类零件的平面粗加工工序。
格式:
G94X(U)Z(W)F;
该指令执行如图3-17所示A——B——C——D——A的轨迹动作。
例8-6如图8-14所示,用G94指令编写程序。
O1234
………
G00X62.0Z2.0;
G94X10.0Z-3.0F0.2;
Z-5.0;
X30.0Z-7.0;
Z-10.0;
G00X200.0Z100.0;
………
(4)带锥度的端面切削循环指令G94
该指令主要用于盘套类带锥度的圆锥面零件的粗加工工序。
格式:
G94XZRF;
该指令执行如图3-l8所示A——B—C——D——A的轨迹动作。
R为切出点C相对于切起点B在Z轴的投影,与Z轴同向取正,与Z轴反向取负。
例:
如图8-16所示,用带锥度的端面切削循环指令G94编写程序。
根据相似三角形公式,求得:
R=-10.4mm。
O1235
………
G00X62.0Z2.0;
G94X10.0Z-3.0F0.2;
Z-6.0;
Z-8.0;
Z-10.0;
G94X10.0Z-13.0R-10.4F0.2
Z-16.0
Z-18.0
Z-20.0
G00X200.0Z100.0;
………
2.复合固定循环指令
(1)外径(内径)粗加工复合固定循环指令G71。
G71指令用于非一次走刀完成加工的场合,利用G71指令,只要编写出最终走刀路线,给出每次切除余量,机床即可自动完成重复切削,直至加工完毕。
格式:
G71U(Δd)R(e)
G71P(ns)Q(nf)U(Δu)W(Δw)F(f)S(s)T(t)
其中:
Δd—切削深度(每次切削量),指定时不加符号,方向由矢量AA′决定,如图3-20所示;
e—每次退刀量;
ns—精加工路径第一程序段的顺序号;
nf—精加工路径最后程序段的顺序号;
Δu—X方向精加工余量和方向,Δu为负值时,表示内径粗车循环;
Δw—Z方向精加工余量和方向。
说明:
①f,s,t。
包含在ns到nf程序段中的任何F、S或T功能被忽略,而在G71程序段中F、S、T功能有效。
②G71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。
③ns的程序段必须为GO0/GO1指令,即从A到A′的动作必须是直线或点定位运动且程序段中不应编有Z向移动指令。
④在顺序号为ns到顺序号为nf的程序段中,不能调用子程序。
⑤零件轮廓必须符合X轴、Z轴方向同时单调增大或单调减少模式。
⑥循环点位置选定应正确,退刀方向应大于最大坯料尺寸,以避免回切工件。
例:
按图3-21所示尺寸编写外圆粗切循环加工程序。
OO006
N10G54G00X1002200(选定坐标系G54,到程序起点位置)
N20M03S400(主轴以400r/min正转)
N30G01X46Z3FO.25(刀具到循环起点位置)
N40G71UI.5R1(粗加工切削深度1.5mm,退刀量lmm)
N50G71P60Q140UO.4WO.1F0.25(精加工余量:
UO.4mmWO.lmm)
N60G00X4(精加工轮廓起始行,到倒角延长线)
N70G01X10Z-2(精加工2×45°倒角)
N80Z-20(精加工Φ10外圆)
N90G02U10W-5R5(精加工R5圆弧)
N100GOIW-10(精加工Φ20外圆)
N110G03U14W-7R7(精加工R7圆弧)
N120GO1Z-52(精加工Φ34外圆)
N130U10W-10(精加工外圆锥)
N140W-20(精加工Φ44外圆,精加工轮廓结束行)
N150X50(退出已加工面)
N160G00X100Z200(回对刀点)
N170M05(主轴停)
N180M30(主程序结束)
(2)端面粗加工复合固定循环指令G72
它用于圆柱棒料毛坯的端面粗车,端面粗车循环适用于Z向余量小,X向余量大的棒料粗加工。
格式:
G72W(Δd)R(e)
G72P(ns)Q(nf)U(Δu)W(Δw)F(f)S(s)T(t)
其中:
Δd—切削深度(每次切削量),指定时不加符号,如图3-22所示;
e—每次退刀量;
ns—精加工路径第一程序段号;
nf—精加工路径最后程序段号;
Δu—X方向精加工余量(直径值);
ΔW—Z方向精加工余量。
说明:
①G72与G71的区别仅在于其切削方向平行于X轴,在ns程序段中不能有X方向的移动指令,其他相同。
②G71指令精加工轮廓(ns——nf)编程是从最小直径处开始编程(内孔加工从最大内径处开始),G72指令精加工轮廓(ns——nf)编程是从最大直径处开始编程。
例:
按图3-23所示尺寸编写端面粗切循环加工程序。
OO007
N10G54X100Z200(选定坐标系G54,到程序起点位置)
N20M03S400(主轴以400r/min正转)
N30G00X6Z3(到循环起点位置)
N40G72W1.5R1(内端面粗切循环加工)
N50G72P60Q160U-0.2WO.5FO.25(精加工余量:
U-0.2mm,W0.5mm)
N6OG00Z-61(精加工轮廓开始,到倒角延长线处)
N70G01U6W3FO.2(精加工倒2×45°角)
N80W10(精加工Φ10外圆)
N90G03U4W2R2(精加工R2圆弧)
N100GO1X30(精加工Z45处端面)
N110Z-34(精加工Φ30外圆)
N120X46(精加工Z34处端面)
N130G02U8W4R4(精加工R4圆弧)
N140G01Z-20(精加工Φ54外圆)
N150U20W1O(精力工锥面)
N160Z3(精加工Φ74外圆,精加工轮廓结束)
N170G00X100Z200(返回对刀点位置)
N180M05(主轴停)
N190M30(主程序结束)
(3)封闭轮廓复合循环指令G73
它适用毛坯轮廓形状与零件形状基本接近时的粗车。
如图3-24所示,利用该循环,可以按同一轨迹重复切削,每次切削刀具向前移动一次。
因此,对于锻造、铸造和异型可加工表面等粗加工已形成的毛坯件,可以按形状轮廓加工。
格式:
G73U(Δi)W(Δk)R(d)。
G73P(ns)Q(nf)U(Δu)W(Δw)F(f)s(s)T(t)
其中:
Δi—X轴方向退刀距离和方向(半径值);
Δk—Z轴方向退刀量的距离和方向;
d—粗切削次数;
ns—精加工路径第一程序段的顺序号;
nf—精加工路径最后程序段的顺序号;
Δu—X方向精加工余量(直径值);
Δw—Z方向精加工余量;
说明:
①按G73段中的P和Q指令值实现循环加工,要注意Δu、Δw、Δi和Δk的正负号。
②G73适用于已初成形毛坯的粗加工。
例:
按图3-25所示尺寸用G73粗切循环指令编写加工程序。
OO008
N10G54G00X1002200选定坐标系,到程序起点位置)
N20M03S400(主轴以400r/min正转)
N30G00X60Z5(到循环起点位置)
N40G73U3W0.9R3(闭环粗切循环加工)
N50G73P60Q140UO.6WO.1FO.3(精加工余量:
UO.6mmWO.lmm)
N60G00XOZ3(精加工轮廓开始,到倒角延长线处)
N70GO1U1OZ-2F0.05(精加工倒2×45°角)
N80Z-20(精加工Φ10外圆)
N90G02U10W-5R5(精加工R5圆弧)
N100GO1Z-35(精加工Φ20外圆)
N110G03U14W-7R7(精加工R7圆弧)
N120GO1Z-52(精加工Φ34外圆)
N130U10W-10(精加工锥面)
N140U10(退出已加工表面,精加工轮廓结束)
N150G00X80Z80(返回程序起点位置)
N160MO5(主轴停)
N170M30(主程序结束)
(4)精车循环指令G70
格式:
G70P(ns)Q(nf)
说明:
ns—精加工路径第一程序段号;
nf—精加工路径最后程序段号。
当用G71、G72、G73粗车工件后,用G70来指定精车循环,切除粗加工留下的余量;在G71,G72,G73中的F、S、T无效,在执行G70时处于ns到nf程序段之间的F、S、T有效;在顺序号为ns到顺序号为nf的程序段中,不能调用子程序。
(5)端面深孔钻削循环指令G74
该指令主要用于回转体类零件端面槽或深孔钻削加工(图9-8)。
格式:
G74R(e)
G74X(U)Z(W)P(Δi)Q(Δk)R(△d)F;
e—每次退刀量;
X——为D点的X轴坐标值(半径值);
U——从A至B的X轴增量;
Z——D点的Z轴坐标值;
W——从A至D的Z轴增量;
Δi—X轴方向间断切削长度(无正负半径值);
Δk—Z轴方向间断切削长度(无正负增量值);
△d——为切削至终点的退刀量。
△d的符号为正,但如果X(U)和P(Δi)省略,可用正、负符号指定退刀方向。
例:
按图9-9所示,在工件端面上钻
、长100mm的孔,使用G74指令(省略X(U)、P(Δi)和R(△d),只有Z向循环)为其编程。
O0098;
G54G99G97S700M03;
T0404;
G00X200.0Z100.0;
X0Z5.0;
G74R0.3;
G74Z-100.0Q8000F0.1;
G00Z100.0;
M05;
M30;
(6)内、外圆槽复合循环指令G75
该指令主要用于回转体类零件内、外圆沟槽的循环加工(图10-2所示)。
格式:
G75R(e)
G75X(U)Z(W)P(Δi)Q(Δk)R(△d)F;
e—退刀量(半径值);
X——为D点的X轴坐标值;
U——从A至D的X轴增量;
Z——D点的Z轴坐标值;
W——从A至B的Z轴增量;
Δi—X轴方向间断切削长度(无正负半径值);
Δk—Z轴方向间断切削长度(无正负增量值);
△d——为切削至终点的退刀量。
△d的符号为正,但如果Z(W)和Q(Δk)省略,可用正、负符号指定退刀方向。
例:
按图10-3所示,在工件上加工出宽20mm,深7mm的宽槽。
使用G75内、外圆切槽复合循环为其编程。
O0102;
G54G99S500M03;
T0404;
G00X30.0Z2.0;
Z-26.0;
G75R0.3;
G75X15.0Z-11.0P2000Q4000R0F0.05;
G00X200.0Z100.0;
M05;
M30;
说明:
△d为切削至终点的退刀量。
退刀方向与Z向进给方向相反。
通常情况下,因为加工槽时,刀两侧无间隙,无退让距离,所以一般△d值取零或省略。
任务二相关工艺知识
1.外圆和端面车削时刀具的真确安装
车刀安装得真确与否,将直接影响切削能否顺利进行和工件的加工质量。
安装车刀时,应注意下列几个问题:
(1)车刀安装在刀架上,伸出部分不宜太长,伸出量一般为刀杆高度的1~1.5倍。
伸出过长会使刀杆刚性变差,切削时易产生振动,影响工件的表面粗糙度。
(2)车刀垫铁要平整,数量要少,垫铁应与刀架对齐。
车刀至少要用两个螺钉压紧在刀架上,并逐个轮流拧紧。
(3)车刀刀尖应与工件轴线等高(图2-24a),否则会因基面和切削平面的位置发生变化,而改变车刀工作时的前角和后角的数值。
当车刀刀尖高于工件轴线(图2-24b)时,使后角减小,增大车刀后刀面与工件间的摩擦;当车刀刀尖低于工件轴线(图2-24c)时,使前角减小,切削力增加,切削不顺利。
车断面时,车刀刀尖高于或低于工件中心,车削后工件端面中心处留有凸头(图2-25a)。
使用硬质合金车刀时,如不注意这一点,车削到中心处会使刀尖崩碎(图2-25b)。
(4)车刀刀杆中心线应与进给方向垂直,否则会使主偏角和副偏角的数值发生变化,如图2-26所示。
如螺纹车刀安装歪斜,会使螺纹牙型半角产生误差。
2.用循环指令车削内径时底孔的加工
车削内径时底孔的加工主要是车床上用尾座安装钻头钻削来进行,钻头的装夹方法有两种:
直柄麻花钻可用钻夹头装夹,再利用钻夹头的锥柄插入车床尾座套筒内使用,锥柄麻花钻可直接插入车床尾座套筒内或用锥形套过渡使用。
(1)安装钻头应注意的问题
在装夹钻头或锥形套前,必须把钻头锥柄、尾座套筒和锥形套擦干净。
否则会由于锥面接触不好,使钻头在尾座锥孔内打滑旋转。
装夹钻头时,钻头轴心线和工件轴心线要一致,否则钻头容易折断。
如内孔很长并且是通孔,可采用调头钻孔的方法,即钻到大于工件长度二分之一以后,把工件调头装夹校正后,再钻孔,直至钻通,这样可减少孔的偏斜。
(2)钻孔时,注意的问题
在钻孔前,先把工件端面车平,中心处不要留有凸头,否则很容易使钻头歪斜,而影响正确定心。
加工孔时,可先用中心钻定心,再用麻花钻钻孔,使加工出的孔内外同轴,尺寸正确。
钻较深孔时,切屑不易排出,必须经常退出钻头,清除切屑。
(3)钻孔加工的冷却
钻削钢材料时,为了不是钻头发热,必须加充足的冷却润滑液。
钻削铸铁材料时,一般不加冷却液;钻削铝材料时,可以加煤油;钻削黄铜、青铜时,一般不加切削液,如需要,也可以加乳化液。
3.镗孔加工知识
(1)镗刀装夹方法
镗刀装夹时,刀尖必须跟工件中心等高或稍高一些,这样就能防止由于切削力把刀尖扎进工件里面(如图9-12a所示)。
如装得低于工件中心,就容易产生扎刀现象,而把内孔镗大(如图9-12b所示)。
镗刀伸出长度应尽可能短,以增强刀杆刚性,防止振动。
(2)工件的装夹
镗孔时,工件通常采用三爪或四爪卡盘装夹,一般先校平面,再校外圆,经调整反复校调几次,直至达到要求为止。
尽可能一次装夹中加工外圆表面和端面,这种方法没有定位误差,能保证较高的同轴度和垂直度等行为精度。
(3)薄壁套筒工件的装夹
车削薄壁套筒时,特别要注意夹紧力引起的工件变形。
如图9-13a所示,工件夹紧后会略微变成三角形,镗孔后内表面是一个圆柱孔。
当松开卡爪取下工件后,工件会弹性复原,外圆为圆柱形,内孔呈如图9-13b所示的弧形三边形。
如用内径千分尺检测,各方向直径D相等,但已等直径变形。
为减少薄壁零件的变形,可采用下列方法。
工件加工分粗、精车,粗车时加紧些,精车夹得松些,这样可以减少变形。
应用开缝套筒,由于开缝套筒接触面积大,加紧力均匀分布在工件上,不易产生变形。
应用软爪卡盘,软爪卡盘接触面大,定位精度好,可以减少变形。
(4)镗孔加工方法
镗孔加工时,循环点坐标位置选取要适当,防止镗刀后壁与孔壁发生碰撞。
镗削不通孔或台阶孔时,一般先用钻头钻孔,因钻头顶角一般是116º~118º,所以内孔底面是不平的,若要沿孔壁进刀镗孔底面,镗刀会切深加剧。
可采用分层切削法或用平头钻平底面,再镗不通孔。
镗孔时,由于工作条件不利,加上刀杆刚性差,容易引起振动,因此,它的切削用量应比车外圆时底些。
镗刀的刀杆伸出长度应尽可能缩短,如刀杆伸出过长,就会降低刀杆的刚性,容易引起振动和让刀现象。
因此,刀杆伸出长度只要略大于孔深就可以。
(5)镗孔加工冷却
用硬质合金镗刀镗孔时,一般不需要加冷却润滑液。
镗铝合金孔时,不要加切削液,因为水和铝容易起化学作用,会使加工表面产生小针孔。
精加工铝合金时,使用煤油较好。
任务三外圆、内孔及端面加工操作实例
在数控车床上加工如图9-14所示零件。
1.零件图工艺分析
(1)技术要求分析
零件包括外圆锥面、外圆柱面、内圆锥面、内圆锥面、内圆柱面等加工。
零件材料为LY12硬铝合金,内、外圆锥面粗糙度要求
,其余各处要求均为
,内外圆锥面处尺寸精度要求分别为
和
,精度要求较高,是作为锥度配合面设计的。
内孔与外圆锥有同轴度要求。
无热处理和硬度要求。
(2)确定装夹方案、定位基准和刀位点
装夹方案:
原料为毛坯棒料,可采用三爪自定心卡盘装夹定位,伸出卡盘端面50mm。
设定程序原点:
在工件右端面与轴线的交点处建立工件坐标系(采用试切对刀法建立)。
换刀点设置:
在工件坐标系X200.0Z100.0处。
加工起点设置:
外表面、粗加工设定在(X67.0Z2.0)处;内孔粗、精加工设定在X18.0Z2.0处。
(3)刀具选择、加工方案制定和切削用量确定(见表9-1、9-2)
(4)数值计算
a.设定程序原点:
以工件右端面与轴线的交点为程序原点建立工件坐标系。
b.计算基点位置坐标值。
图9-14中,外圆锥度C1:
4处小径值的计算:
根据锥度计算公式:
基点值为X45.0Z0
图9-14中,内圆锥度C1:
3处小径的计算:
根据锥度计算公式:
基点值为X20.0Z-30.0
c.其他各基点值可通过标注尺寸识读或换算出来(略)。
2.工艺路线确定
a.手动钻毛坯孔:
打顶尖孔
——用
钻头钻孔,深41mm——用
钻头扩孔,深41mm——用
平头钻平孔底面。
b.用G71复合固定循环指令粗车外圆表面(精加工余量0.5mm)。
c.用G71复合固定循环指令粗车内圆表面(精加工余量0.5mm)。
d.用G70精加工循环指令精车内圆表面。
精车轨迹为:
G00移刀至X30.0Z2.0——G01工进移刀至X30.0Z0——工进切削锥圆至X20.0Z-30.0——工进切削内圆至X20.0Z-40.5。
e.用G70精加工循环指令精车外圆表面。
精车轨迹为:
G00移刀至X28.0Z2.0——G01工进移刀至X28.0Z0——工进切削端面至X45.0Z0——工进切削外圆锥面至X50.0Z-20.0——工进车端面台至X60.0Z-20.0——工进车外圆柱至X60.0Z-40.5。
f.手动切断工件。
3.编程
程序内容说明
O0009
N1;粗加工外圆表面
G54G9997S600M03;
T0101;
G00X200.0Z100.0;换刀点
X67.0Z2.0;循环点(加工起刀点)
G71U1.5R0.5;用G71复合固定循环指令粗车外圆表面
G71P10Q11U0.5W0.05F0.2;
N10G00X28.0;
G01Z0;
X45.0;
X50.0Z-20.0;
X60.0;
N11Z-40.5;
G00X200.0Z100.0;
M05;
M00;
N2;粗车内孔表面
G54G99G97S600M03;
T0303;
X18.0Z2.0;
G71U1.0R0.5;用G71复合固定循环指令粗车内圆表面
G71P20Q21U-0.5W0.05F0.15;
N20G00X30.0;
G01Z0;
X20.0Z-30.0;
N21Z-45.0;
G00X200.0100.0;
M05;
M00;
N3;精车内孔表面
G54G99G97S1000M03;
T0303;
X18.0Z2.0;
G70P20Q21F0.08;用G70精加工循环指令精车内圆表面
G00X200.0100.0;
M05;
M00;
N4;精车外圆表面
G54G99G97S1000M03;
T0202;
X67.0Z2.0;
G70P10Q11F0.08;用G70精加工循环指令精车外圆表面
G00X200.0100.0;
M05;
M30;
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