车削中心编程与加工.docx
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车削中心编程与加工
项目24车削中心编程与加工
24.1任务描述
加工如图24-1所示零件,毛坯为¢52mm棒料,材料为45钢,单件生产。
24.2知识链接
24.2.1车削中心简介
1.车削中心概念
车削中心是一种以车削加工模式为主、添加铣削动力刀头后又可进行铣削加工模式的车-铣合一的切削加工机床类型。
2.车削中心特点
①有一套自动换刀装置,实现多工序连续加工,在一台加工中心上实现原来多台数控机床才能实现的加工功能。
②具有附加动力刀架和主轴分度机构,除车削外还可以在零件内外表面和端面上铣平面、凸轮、各种键槽、螺旋槽或钻、铰、攻丝等加工。
3.车削中心工艺范围
车削中心比数控车床工艺范围宽,工件一次安装,几乎能完成所有表面的加工。
在车削中心上对工件的加工一般分为三种情况:
①一种是主轴分度定位后固定,对工件进行钻、铣、攻螺纹等加工。
②一种是主轴运动作为一个控制轴(C轴),C轴运动和X、Z轴运动合成为进给运动,即三坐标联动,铣刀在工件表面上铣削各种形状的沟槽、凸台、平面等。
③另一种是利用Y轴功能,X、Y轴协调运动,控制刀具沿工件径向方向移动,相当于铣削加工。
4.车削中心的C轴功能
机床主轴旋转除作为车削的主运动外,还可作分度运动,即定向停车和圆周进给,并在数控装置的伺服控制下,实现C轴与Z轴联动,或C轴与X轴联动,以进行圆柱面上或端面上任意部位的钻削、铣削、攻螺纹及平面或曲面铣削加工。
图24-2为车削中心C轴功能示意图。
24.2.2车削中心编程指令
1.极坐标插补功能
极坐标插补功能是将轮廓控制由直角坐标系中编程的指令转换成一个直线轴运动(刀具的运动)和一个回转轴的运动(工件的回转)。
这种方法适应于在与Z轴垂直的切削平面上进行加工切削加工。
1)指令格式
指令格式:
G12.1;启动极坐标插补方式(使极坐标插补功能有效)
…
…
G13.1;极坐标插补方式取消
注:
可用G112和G113指令分别替代G12.1和G13.1。
2)极坐标插补平面
G12.1启动极坐标插补方式,并选择一个极坐标插补平面,极坐标插补在该平面上完成。
极坐标插补平面通常如图24-3所示,X轴为直线轴(直径量),C轴为旋转轴(半径量)。
在编程中X轴增量值用U地址,C轴增量值用H地址表示。
图24-3极坐标插补平面
3)极坐标插补的移动距离和进给速度
在极坐标插补方式,程序指令是在极坐标平面用直角坐标指令的。
回转轴的轴地址作为平面中的第二轴(虚拟轴)的地址。
当指令G12.1后,极坐标插补的刀具位置从角度0°开始。
虚拟轴与直线轴坐标单位相同,即mm;进给速度的单位是mm/min。
4)使用时注意事项
①可以在极坐标插补方式下使用的G代码有:
G01、G02、G03、G04、G40、G41、G42、G65、G66、G67、G98、G99。
②在极坐标插补方式下使用G02、G03时,圆弧半径用R指令;当指定圆弧的圆心时,用I、J指令。
③F指令的进给速度是零件和刀具间的相对速度。
④极坐标插补单独使用。
⑤在机床上电复位时,为极坐标插补方式取消模式。
【例24-1】在车削中心上,将圆棒料铣削成如图所示的正方形,铣削深度为5mm(走刀路线见图24-4)。
图24-4极坐标插补铣正方形
参考程序(以工件右端面与轴线的交点为程序原点建立工件坐标系):
O2401程序号
N10T0101选择1号刀,建立刀补
N20M70C轴功能有效
N30G28C0C轴回零
N40M93S300动力头正转
N50G98G00X70Z5快速定位至1点
N60G12.1极坐标插补开始
N70G42G01X30C0F100建立刀具半径补偿,1点→2点
N80G01C152点→3点
N90X-303点→4点
N100C-154点→5点
N110X305点→6点
N120C06点→2点
N130G40X70取消刀具半径补偿,2点→1点
N140G00Z50Z向退刀
N150G13.1取消极坐标插补
N160M95停止动力头
N170M12动力头回零
N180M71取消C轴功能
N190T0100取消1号刀刀补
2.孔加工固定循环指令
1)常用孔加工固定循环指令
在车削中心上常用孔加工固定循环指令见表24-1。
表24-1孔加工固定循环指令
G代码
钻孔轴
切入动作
孔底动作
回退动作(正向)
应用
G80
取消固定循环
G83
Z
切削进给/断续
暂停
快速进给
端面钻孔循环
G84
Z
切削进给
暂停→主轴反转
切削进给
端面攻螺纹循环
G85
Z
切削进给
暂停
切削进给
端面镗孔循环
G87
X
切削进给/断续
暂停
快速进给
径向钻孔循环
G88
X
切削进给
暂停→主轴反转反转
切削进给
径向攻螺纹循环
G89
X
切削进给
暂停
切削进给
径向镗孔循环
2)孔加工固定循环动作
如图24-5所示,固定循环通常由6个动作顺序组成:
动作1(AB段):
XY平面快速定位;
动作2(BR段):
Z向快速进给到R点;
动作3(RZ段):
Z轴切削进给,进行孔加工;
动作4(Z点):
孔底部的动作;
动作5(ZR段):
Z轴退刀;
动作6(RB段):
Z轴快速回到起始位置。
图24-5固定循环动作
3)端面钻孔循环指令G83
指令格式:
G83X_C_Z_R_Q_P_F_
式中:
X、C─孔位数据。
Z─孔底数据,R点到孔底的距离。
R─R点数据,初始平面到R点的距离。
Q─每次切削进给的深度,μm。
P─孔底暂停时间。
F─进给速度(mm/min)。
4)径向钻孔循环指令G87
指令格式:
G87Z_C_X_R_Q_P_F_
式中:
Z、C─孔位数据。
X─孔底数据,R点到孔底的距离。
R─R点数据,初始平面到R点的距离。
Q─每次切削进给的深度,μm。
P─孔底暂停时间。
F─进给速度(mm/min)。
5)钻孔循环的注意事项
(1)指定固定循环之前,必须用辅助功能(M指令)使主轴旋转。
(2)在每个固定循环中,R(初始平面到R点的距离)总是半径量。
Z或X(R点到孔底的距离)是作为直径量还是半径量,取决于数控机床的设置。
(3)可用01组G代码取消固定循环,当01组G代码如GOO、G01、G02、G03等与固定循环指令出现在同一程序段时,按后出现的指令执行。
【例24-2】在车削中心上,加工如图24-6所示四个轴向均匀分布的孔。
图24-6端面钻孔
参考程序(以工件右端面与轴线的交点为程序原点建立工件坐标系):
O2402程序名
N10T0101选择1号刀,建立刀补
N20M70C轴功能有效
N30G28C0C轴回零
N40M93S500动力头正转
N50G98G00X100Z15快速定位至钻孔初始平面
N60G83X40C0Z-26R-12Q5000F50钻第一个孔,R平面距离初始平面为12mm
N70C90Q5000主轴旋转90°,钻第二个孔
N80C180Q5000主轴再旋转90°,钻第三个孔
N90C270Q5000主轴再旋转90°,钻第四个孔
N100G80G00Z50取消钻孔循环
N110M95停止动力头
N120M12动力头回零
N130M71取消C轴功能
N140T0100取消1号刀刀补
N150M30程序结束
24.3任务实施
24.3.1加工工艺的确定
1.分析零件图样
如图24-1所示,该零件为一轴类零件,包括回转体外轮廓、端面六方、端面孔的加工。
结合零件形状,采用车削中心加工该零件。
2.工艺分析
1)加工方案的确定
根据零件表面的粗糙度值Ra3.2μm的加工要求,确定各表面的加工方案如下:
回转体外轮廓:
粗车→精车;
端面六方:
粗铣→精车铣;
端面孔:
钻-扩。
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。
3)确定加工工序
加工工艺见表24-2。
表24-2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1:
夹住棒料一头,留出长度大约70mm,车端面(手动操作),对刀,调用程序
1
粗车回转体外轮廓
T0101
500
0.2
0.7
2
精车回转体外轮廓
T0101
800
0.1
0.3
3
粗铣端面六方
T0202
400
0.15
5
4
精铣端面六方
T0202
400
0.1
5
5
钻孔
T0303
500
0.15
3.8
6
扩孔
T0404
600
0.1
0.2
7
切断
T0505
600
0.1
4
装夹2:
掉头,平端面,保证总长。
4)进给路线的确定
铣端面六方的走刀路线如图24-7所示,其余表面加工走刀路线略。
图24-7铣端面六方的走刀路线
图24-7中各点坐标如表24-3所示。
表24-3铣端面六方的基点坐标
1
(75.258,0)
2
(65.258,-10)
3
(45.358,0)
4
(41.34,7.5)
5
(33.66,14.151)
6
(7.68,21.651)
7
(-7.68,21.651)
8
(-33.66,14.151)
9
(-41.34,7.5)
10
(-41.34,-7.5)
11
(-33.66,-14.151)
12
(-7.68,-21.651)
13
(7.68,-21.651)
14
(33.66,-14.151)
15
(41.34,-7.5)
16
(65.258,10)
3.刀具及切削参数的确定
刀具及切削参数的确定见表20-4。
表20-4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°右偏外圆刀
0.8
1
回转体外轮廓
硬质合金
2
T0202
¢16立铣刀(3齿)
0.4
端面六方
高速钢
3
T0303
¢7.6钻头
钻¢7.6底孔
高速钢
4
T0404
¢8钻头
扩¢8孔
高速钢
5
T0505
切断刀(B=4)
切断
硬质合金
24.3.2参考程序编制
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20-5。
表20-5参考程序
主程序
程序
说明
O2403
主程序名
N10
T0101
选择1号刀,建立刀补
N20
M03S500
启动主轴
N30
G00X60Z5
快进至进刀点
N40
X53Z1
快进至G71复合循环起点
N50
G71U1R1
G71循环粗加工回转体外轮廓
N60
G71P70Q120U0.6W0.1F0.2
N70
G00X45Z1
径向进刀
N80
G01Z-5
车¢45外圆
N90
X46
车台阶
N100
G03X50Z-7R2
车R2圆弧
N110
G01Z-45
车¢50外圆
N120
X53
径向退刀
N130
G70P70Q120F0.1S800
G70循环精加工回转体外轮廓,主轴变速
N140
G00X100
X向快速退刀
N150
G00Z100M05
Z向快速退刀,停主轴
N160
T0100
取消1号刀刀补
N170
M98P2413
调子程序O2413粗铣端面六方
N180
M00
测量,修改3号刀半径补偿值,修调进给倍率
N190
M98P2413
调子程序O2413精铣端面六方
N200
T0303
选择3号刀(¢7.6钻头),建立刀补
N210
M70
C轴功能有效
N220
G28C0
C轴回零
N230
M93S600
动力头正转
N240
G98G00X80Z10
快速定位至钻孔初始平面
N250
G83X30C0Z-16R-7Q5000F70
钻出6个¢7.6的孔
N260
C60Q5000
N270
C120Q5000
N280
C180Q5000
N290
C240Q5000
N300
C300Q5000
N310
G80G00Z50
取消钻孔循环
N320
M95
停止动力头
N330
M12
动力头回零
N340
M71
取消C轴功能
N350
T0300
取消3号刀刀补
N360
T0404
选择4号刀(¢8钻头),建立刀补
N370
M70
C轴功能有效
N380
G28C0
C轴回零
N390
M93S800
动力头正转
N400
G98G00X80Z10
快速定位至钻孔初始平面
N410
G83X30C0Z-16R-7Q5000F60
扩出6个¢8的孔
N420
C60Q5000
N430
C120Q5000
N440
C180Q5000
N450
C240Q5000
N460
C300Q5000
N470
G80G00Z50
取消钻孔循环
N480
M95
停止动力头
N490
M12
动力头回零
N500
M71
取消C轴功能
N510
T0400
取消4号刀刀补
N520
T0505
选择5号刀,建立刀补(左刀尖为刀位点)
N530
M03S600
启动主轴
N540
G00X55Z5
快进至进刀点
N550
Z-44.4
快进至切断起点,总长留0.4余量
N560
G01X50.2F0.5
径向接近工件
N570
X0F0.1
切断工件
N580
G00X100
X向快速退刀
N590
Z100M05
Z向快速退刀,返回换刀点,停主轴
N600
T0500
取消3号刀刀补
N610
M30
程序结束
子程序
程序
说明
N10
O2413
子程序名
N20
T0202
选择2号刀,建立刀补(铣刀端面中心为刀位点)
N30
M70
C轴功能有效
N40
G28C0
快进至进刀点
N50
M93S400
动力头正转
N60
G98G00X80Z5
快速定位至进刀点
N70
G12.1
极坐标插补开始
N80
G00X75.258C0
到1点(见图24-7)
N90
G42G00X65.258C-10
1点→2点,建立刀具半径补偿
N100
G02X45.258C0R10F60
2点→3点
N110
G03X41.34C7.5R15
3点→4点
N120
G01X33.66C14.151
4点→5点
N130
G03X7.58C21.651R15
5点→6点
N140
G01X-7.68C21.651
6点→7点
N150
G03X-33.66C14.151R15
7点→8点
N160
G01X-41.34C7.5
8点→9点
N170
G03X-41.34C-7.5R15
9点→10点
N180
G01X-33.66C-14.151
10点→11点
N190
G03X-7.68C-21.651R15
11点→12点
N200
G01X7.68C-21.651
12点→13点
N210
G03X33.66C-14.151R15
13点→14点
N220
G01X41.34C-7.5
14点→15点
N230
G03X45.258C0R15
15点→3点
N240
G02X65.258C10R10
3点→16点
N250
G40G00X75.258C0
16点→1点,取消刀具半径补偿
N260
Z50
Z向退刀
N270
G13.1
取消极坐标插补
N280
M95
停止动力头
N290
M12
动力头回零
N300
M71
取消C轴功能
N310
T0700
取消3号刀刀补
N320
M99
子程序结束
思考题与习题
24-8在车削中心上,加工如图24-8所示四个轴向均匀分布的孔。
图24-8
24-2完成如图24-9所示零件的加工。
按单件生产安排其数控车削工艺,编写出加工程序。
毛坯为¢70mm棒料,材料为45钢。
图6-4孔加工练习