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外圆柱圆锥与端面加工

项目16外圆与端面加工

16.1任务描述

加工如图16-1所示零件，毛坯为￠32mm×91mm的棒料（￠32外圆已加工），材料为45钢。

16.2知识连接

16.2.1外圆与端面加工工艺知识

1.刀具的选择

1）外圆车刀

外圆车刀主要用于外圆加工，常用的有90°外圆车刀、75°外圆车刀、93°（或95°）外圆车刀等，如图16-2所示。

2）端面车刀

端面车刀主要是用于工件端面和台阶面加工，主要有90°偏头端面车刀和45°偏头端面车刀等，如图16-3所示。

2.数控车削加工余量的确定

确定加工余量的方法主要有计算法和查表法，通常采用查表法。

表16-1和表16-2分别给出了轧制圆棒料毛坯和模锻毛坯状态下轴类（外旋转面）零件的机械加工余量。

表16-1普通精度轧制用于轴类（外旋转面）零件的数控车削加工余量

直径/mm

表面加工方法

直径余量（按轴长取）/mm

到120

＞120～260

＞260～500

＞500～800

到30

粗车和一次车

半精车

精车

细车

1.1

0.45

0.2

0.12

1.3

0.45

0.25

0.13

1.7

0.5

0.25

0.15

1.7

0.5

0.25

0.15

—

—

—

—

—

—

—

—

＞30～50

粗车和一次车

半精车

精车

细车

1.1

0.45

0.2

0.12

1.3

0.45

0.25

0.13

1.4

0.45

0.25

0.13

1.6

0.45

0.25

0.14

2.2

0.5

0.3

0.16

2.2

0.5

0.3

0.16

—

—

—

—

＞50～80

粗车和一次车

半精车

精车

细车

1.1

0.45

0.2

0.12

1.5

0.45

0.25

0.13

1.5

0.45

0.25

0.13

1.7

0.5

0.25

0.15

2.2

0.5

0.25

0.14

2.3

0.5

0.3

0.16

2.3

0.5

0.17

0.18

2.6

0.5

0.3

0.18

注：

①直径小于30mm的毛坯规定校直，不校直时必须增加直径，以达到能够补偿弯曲所需的数值。

②阶梯轴按最大阶梯直径选取毛坯。

③表中每格前列数值是用中心孔安装时的车削余量，后列数值是用卡盘安装时的车削余量。

表16-2模锻毛坯用于轴类（外旋转面）零件的数控车削加工余量

直径

表面加工方法

直径余量（按轴长取）/mm

到120

＞120～260

＞260～500

＞500～800

到18

粗车和一次车

精车

细车

1.4

0.25

0.14

1.5

0.25

0.14

1.9

0.3

0.15

1.9

0.3

0.15

—

—

—

—

—

—

＞18～30

粗车和一次车

精车

细车

1.5

0.25

0.14

1.6

0.25

0.14

1.9

0.25

0.14

2.0

0.3

0.15

2.3

0.3

0.16

2.3

0.3

0.16

—

—

—

＞30～50

粗车和一次车

精车

细车

1.7

0.25

0.15

1.8

0.3

0.15

2.0

0.3

0.15

2.3

0.3

0.16

2.7

0.3

0.17

30.

0.3

0.19

3.5

0.35

0.21

3.5

0.35

0.21

＞50～80

粗车和一次车

精车

细车

2.0

0.3

0.16

2.2

0.3

0.16

2.6

0.3

0.17

2.9

0.3

0.18

2.9

0.3

0.18

3.4

0.35

0.2

3.6

0.35

0.2

4.2

0.4

0.22

注：

①直径小于30mm的毛坯规定校直，不校直时必须增加直径，以达到能够补偿弯曲所需的数值。

②阶梯轴按最大阶梯直径选取毛坯。

③表中每格前列数值是用中心孔安装时的车削余量，后列数值是用卡盘安装时的车削余量。

16.2.2编程指令

1.编程方式

数控车床的工件外形通常是旋转体，其X轴尺寸可以用直径编程方式和半径编程方式加以指定。

当地址X后所跟的坐标值是直径时，称直径编程；当地址X后所跟的坐标值是半径时，称半径编程。

用直径编程方式可使设计、标注一致、减少换算，给编程带来很大方便。

编程方式可由参数设定，一般车床编程默认为是直径编程方式。

【例16-1】分别用直径编程方式和半径编程方式写出图16-4中所示B、C、D点坐标。

图16-4中B、C、D点坐标见表16-3。

表16-3B、C、D点坐标

B点坐标

C点坐标

D点坐标

直径编程方式

X40，Z0

X40，Z-40

X50，Z-55

半径编程方式

X20，Z0

X20，Z-40

X25，Z-55

2.绝对坐标编程、增量坐标编程与混合编程

绝对坐标编程：

在数控车床中用X、Z表示绝对坐标。

增量坐标编程：

在数控车床中用U、W表示绝对坐标。

混合编程：

允许同一程序段中绝对编程和增量编程二者混合使用。

【例16-2】如图16-4所示，分别使用绝对坐标编程、增量坐标编程与混合编程控制刀具B→C→D点。

参考程序见表16-4。

表16-4绝对坐标编程、增量坐标编程与混合编程

绝对坐标编程

增量坐标编程

混合编程

B→C

G01X40Z-40

G01U0W-40

G01X40W-40或G01U0Z-40

C→D

G01X50Z-55

G01U10W-15

G01X50W-15或G01U10Z-55

3.有关坐标系的指令

1）工件坐标系设定指令G50

指令格式为：

G50X＿Z＿；

式中：

X、Z─为当前刀位点在新建工件坐标系中的初始位置。

【例16-3】如图16-5所示，坐标系设定指令为：

G50X100Z120。

其确立的加工原点在距离刀具起始点X=-100，Z=-120的位置上。

使用时必须预先将刀具放置在工件坐标系下X100Z120的位置，才能建立正确的坐标系。

即执行G50时，机床不产生任何运动，只是记忆距离刀具当前位置X=-100，Z=-120的那个点作为工件坐标系原点。

2）工件坐标系选择指令（G54～G59）

指令格式：

G54～G59G00（G01）X＿Z＿（F＿）；

式中：

G54～G59为工件坐标系选择指令，可任选一个。

3）T指令建立工件坐标系

编程时，常设定刀架上各刀在工作位时，其刀尖位置是一致的。

但由于刀具的几何形状及安装的不同，其刀尖位置是不一致的，各刀具相对于工件原点的距离也是不同的。

因此需要将各刀具的位置值进行比较或设定，称为刀具偏置补偿。

T指令建立工件坐标系的实质是将机床位于参考点时，相应刀具的刀位点与工件坐标系原点之间的距离输入相应的补偿地址中。

【例16-4】如图16-6所示为当机床位于参考点时，1号刀刀位点与工件坐标系原点之间的距离。

参考程序：

T0101；选用1号刀1号刀补地址。

1号刀补中输入的数据如表16-5所示。

表16-5几何补偿值

刀补号

X向几何补偿

Z向几何补偿

01

-251

-524

4.速度控制指令

1）最高转速限制

指令格式：

G50S＿；

式中：

S─主轴最高转速，r/min。

【例16-5】G50S4000；表示最高转速限制为4000r/min。

2）恒线速控制

指令格式：

G96S＿；

式中：

S─表示的是恒定的线速度，m/min。

【例16-6】G96S120；表示切削点线速度控制在120m/min。

对图16-4中所示的零件，为保持C、D点的线速度在120m/min，则各点在加工时的主轴转速分别为：

C点：

n=1000×120÷（π×40）≈955（r/min）

D点：

n=1000×120÷（π×50）≈764（r/min）

3）恒线速取消

指令格式：

G97S＿；

式中：

S─表示恒线速度控制取消后的主轴转速，r/min。

5.进给速度单位设定指令

1）每分钟进给模式G98

指令格式：

G98F＿；

功能：

该指令指定进给速度单位为每分钟进给量（mm/min），G98为模态指令。

2）每转进给模式G99

指令格式：

G99F＿；

功能：

该指令指定进给速度单位为每转进给量（mm/r），G99为模态指令。

【例16-7】G98G01X10F100；表示进给速度为100mm/min。

G99G01X10F0.1；表示进给速度为0.1mm/r。

6.G01倒角及倒圆角功能

G01倒角控制功能可以在两相邻轨迹的程序段之间插入直线倒角或圆弧倒角，如图16-7所示。

1）倒角功能

指令格式：

G01X（U）＿Z（W）＿C＿F＿；

式中：

X（U）、Z（W）—为倒角相邻两直线交点（假想拐点G点）坐标。

其中，X、Z为G点在工件坐标系中坐标，即绝对坐标；U、W为G点相对于直线起点的位移量，即增量坐标。

C—为倒角的直角边的边长（L）。

F─合成进给速度。

2）倒圆角功能

指令格式：

G01X（U）＿Z（W）＿R＿F＿；

式中：

X（U）、Z（W）—为倒圆角相邻两直线交点（假想拐点G点）坐标。

其中，X、Z为G点在工件坐标系中坐标，即绝对坐标；U、W为G点相对于直线起点的位移量，即增量坐标。

R—为倒圆角的半径（r）。

F─合成进给速度。

说明：

倒角及倒圆角指令中的C值和R值有正、负之分。

当倒角及倒圆角的方向指向另一坐标轴的正方向时，C和R值为正；否则为负。

【例16-8】编写图16-8所示零件的精加工程序。

参考程序：

O1601

N10T0101

…

N100G01X0Z0F0.1

N110G01X20Z0C-3光端面，并倒C3角

N120G01X20Z-20R5车￠20外圆，并倒R5圆角

N130G01X48Z-20C-4车台阶端面，并倒C4角

N140G01X48Z-40车￠48外圆

…

N200M30

7.内、外圆车削简单循环指令G90

G90是内、外圆车削简单循环指令，主要用于圆柱面和圆锥面的切削循环。

其刀具轨迹如图16-9所示，刀具从循环起点开始循环，最后又回到循环起点，R表示快进，F表示工进速度。

指令格式：

G90X（U）＿Z（W）＿R＿F＿；

式中：

X、Z─绝对编程，圆柱（锥）面切削终点的坐标值。

U、W─增量编程，圆柱（锥）面切削终点相对循环起点的坐标值。

R─为圆锥面切削起点与圆锥面切削终点的半径差。

编程时，应注意R的符号，锥面切削起点坐标大于切削终点坐标时为R为正；反之为负。

当R=0，用于圆柱面车削。

【例16-9】加工如图16-10所示零件。

参考程序：

O1602

N10T0101

…

N100G90X20Z20F0.2P→A→B→E→P

N110X15F0.1P→C→D→E→P

…

N150M30

【例16-10】加工如图16-11所示零件。

参考程序：

O1603

N10T0101

…

N100G90X20Z20R-7F0.2P→A→B→E→P

N110X15F0.1P→C→D→E→P

…

N150M30

8.端面简单循环指令G94

G94是端面简单循环指令，主要用于盘套类零件的平面切削循环。

其刀具轨迹如图16-12所示，刀具从循环起点开始循环，最后又回到循环起点，R表示快进，F表示工进速度。

指令格式：

G94X（U）＿Z（W）＿R＿F＿；

式中：

X、Z─绝对编程，端面切削终点的坐标值。

U、W─增量编程，端面切削终点相对循环起点的坐标值。

R─为端面切削起点至端面切削终点在Z轴方向的坐标增量。

编程时，应注意R的符号，锥面切削起点坐标大于切削终点坐标时为R为正；反之为负。

当R=0，为垂直端面车削。

【例16-11】加工如图16-13所示零件。

参考程序：

O1604

N10T0101

…

N100G94X10Z30F0.2P→A→B→E→P

N110Z25F0.1P→D→C→E→P

…

N150M30

【例16-12】加工如图16-14所示零件。

参考程序：

O1605

N10T0101

…

N100G94X10Z30R-10F0.2P→A→B→E→P

N110Z25P→D→C→E→P

…

N150M30

16.3任务实施

16.3.1加工工艺的确定

1.分析零件图样

该零件为一轴类零件，主要加工面包括圆柱面、圆锥面、端面等。

其中￠26外圆柱面尺寸精度为8级，所有表面的粗糙度为Ra3.2μm。

2.工艺分析

1）加工方案的确定

根据零件的加工要求，各表面的加工方案确定为粗车→精车。

2）确定装夹方案：

工件是棒料，为回转体，可用三爪自定心卡盘装夹。

￠32的外表面不需要加工，可用来做装夹面（注意：

防止夹伤表面）。

3）确定加工工序

零件毛坯为棒料，所需要加工的余量较多，为了能够保证加工的精度，在加工时，先进行粗加工，再进行精加工。

加工工艺见表16-6。

表16-6数控加工工序卡

数控加工工序卡片

产品名称

零件名称

材料

零件图号

45钢

工序号

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

刀具号

主轴转速

/（r/min）

进给速度

/（mm/r）

背吃刀量

/mm

备注

装夹：

夹住￠32外圆，留出长度大约60mm，对刀，调用程序

1

粗车端面

T0101

800

0.2

0.7

2

粗车圆锥面

T0101

800

0.2

1.5

3

粗车￠26外圆

T0101

800

0.2

1.5

4

精车端面

T0202

1200

0.1

0.3

5

精车圆锥面

T0202

1200

0.1

0.3

6

精车￠26外圆

T0202

1200

0.1

0.3

4）进给路线的确定

（1）粗车走刀路线

粗车圆锥面的走刀路线如图16-15所示，其余表面的粗车走刀路线略。

（2）精车外圆走刀路线

精车外圆的走刀路线如图16-16所示，端面精车走刀路线略。

3.刀具及切削参数的确定

刀具及切削参数的确定见表16-7。

表16-7数控加工刀具卡

数控加工

刀具卡片

工序号

程序编号

产品名称

零件名称

材料

零件图号

45

序号

刀具号

刀具名称及规格

刀尖半径/mm

数量

加工表面

备注

1

T0101

95°粗车右偏外圆刀

0.8

外表面、端面

硬质合金

2

T0202

95°精车右偏外圆刀

0.4

外表面、端面

硬质合金

16.3.2参考程序编制

1.工件坐标系的建立

以工件右端面与轴线的交点为编程原点建立工件坐标系。

2.基点坐标计算（略）

3.参考程序

参考程序见表16-8。

表16-8参考程序

程序

说明

O1606

程序名

N10

T0101

选择1号刀，建立刀补

N20

M03S800

启动主轴

N30

G00X40Z5

快进至进刀点

N40

X36Z2

快进至端面车削循环起点

N50

G94X-2Z0.3F0.2

端面粗车循环

N60

G90X35.6Z-30R-3.2

锥面粗车循环

N70

X32.6

N80

X29.6

N90

X26.6

N100

G00X36Z-29

快进至￠26外圆车削循环起点

N110

G90X29.6Z-55.9

￠26外圆粗车循环

N120

X26.6

N130

G00X100Z100M05

返回换刀点，停主轴

N140

T0100

取消1号刀刀补

N150

T0202

选择2号刀，建立刀补

N160

G50S3000

主轴限速（最高转速3000r/min）

N170

M03G96S120

启动主轴、恒线速度控制

N180

G00X40Z5

快进至进刀点

N190

X36Z2

快进至端面车削循环起点

N200

G94X-2Z0F0.1

端面精车循环

N210

G00X19.6Z2

快进至2点（见图16-15）

N220

G01X26Z-30F0.1

2→3

N230

Z-56

3→4

N240

X27

4→5

N250

G00X100Z100M05G97

返回换刀点，停主轴，取消恒线速控制

N260

T0200

取消2号刀刀补

N270

M30

程序结束

思考题与习题

16-1编写图16-17所示零件的精加工程序。

16-2加工如图16-18所示零件，毛坯为￠50mm×51mm的棒料（￠50外圆不加工），材料为45钢。