数控车项目教学 模块四

课题1凹圆弧面零件加工1.知识目标①了解加工凹圆弧面车刀种类及选用。②掌握圆弧插补方向的判断。③掌握G02、G03圆弧插补指令及终点坐标+半径格式应用。④会制订凹圆弧面零件加工工艺。2.技能目标①了解圆弧面测量方法。②掌握各种凹圆弧面加工及尺寸控制方法。[知识学习]一、编程指令1.圆弧插补指令（1）指令功能使刀具按给定进给速度沿圆弧方向进行切削加工。（2）指令代码顺时针圆弧插补指令代码：G02（或G2）逆时针圆弧插补指令代码：G03（或G3）顺时针、逆时针判别方法：从不在圆弧平面的坐标轴正方向往负方向看，顺时针用G02，逆时针用G03。后置刀架数控车床（刀架在操作者对面），机床坐标系如图a所示，按右手笛卡尔直角坐标系原则，假想的Y轴正方向指向操作者，判别方向由操作者向前正视进行判别，顺时针用G02，逆时针用G03。前置刀架数控车床（刀架在操作者同侧），机床坐标系如图b所示，按右手笛卡尔直角坐标系原则，假想的Y轴正方向背向操作者，判别方向由前往操作者方向看进行判别，顺时针用G02，逆时针用G03；若由操作者往前正视，圆弧插补方向应相反，即顺时针用G03，逆时针用G02。例：如图4-4所示零件，判别圆弧插补方向。G02G03G02G03a）图采用后置刀架，建立ZX坐标系（X轴正方向向上），顺时针方向用G02，逆时针方向用G03。b)图采用前置刀架，建立ZX坐标系（X轴正方向向下），从里往外看顺时针用G02，逆时针用G03；从外往里看，则相反，顺时针用G03，逆时针用G02。从以上例子可以看出，同一零件不管是采用前置刀架还是后置刀架车削，判别方法不一样，但圆弧插补结果是一致的。通常可不考虑前置、后置刀架，一律以上半部分圆弧为基准判别圆弧插补方向。（3）圆弧插补指令格式终点坐标+圆弧半径格式表4-1法那克系统与西门子系统圆弧插补指令格式系统指令格式法那克系统G18G02（G03）XZRF西门子系统G18G02（G03）XZCR=F其中X、Z为圆弧终点坐标；R（CR）为圆弧半径；F为圆弧插补进给速度（4）指令使用说明1）G02、G03均为模态有效指令，一经使用，持续有效，直到同组G代码（G00、G01）取代为止。2）R（CR）为程序段有效代码，圆弧插补格式中不能省略。例：如图4-5，加工圆弧，起点在A点，终点为B点，进给速度为0.2mm/r。图4-5圆弧加工示例法那克系统程序：N30G18G03X90Z20R52F0.2西门子系统程序：N30G18G03X90Z20CR=52F0.2二、加工工艺分析1.选择工、量、刃具（1）选择工具：工件装夹在三爪卡盘中，用划线盘校正，其余工具见表4-2。（2）选择量具：外径用千分尺测量，长度用游标卡尺测量，圆弧表面用圆弧样板测量，表面粗糙度用粗糙度样板比对，具体规格、参数见表4-2。图4-6凹圆弧加工刀具及副刀刃干涉情况（3）选择刀具：加工凹弧成形表面，使用的刀具有成形车刀、尖形车刀、棱形偏刀等，如图4-6所示。加工半圆弧或半径较小圆弧表面选用成形车刀；精度要求不高时可采用尖形车刀；加工成形表面后还需加工阶台表面可选用90°棱形偏刀（副偏角较大）；本课题两个R2圆弧槽采用成形车刀加工；外圆轮廓及R15圆弧选择90°棱形偏刀进行加工。所用棱形偏刀副偏角应足够大，防止干涉（车刀副刀刃与凹圆弧表面干涉情况如图所示）。刀具规格见表4-2。2.加工工艺路线(1)当毛坯长度较长采用一次装夹车削，工件伸出长度70mm左右，车完表面后，用切断刀切断，以保证零件位置精度，减少切削时间。毛坯较短时，采用调头装夹车削方法，调头装夹时应注意校正，以保证外圆同轴度要求。本次课题采用一次装夹车削，然后切断成零件的加工方法。（2）外圆轮廓分粗、精加工两道工序完成，其中凹圆弧面粗加工时因各处余量不同，应采用相应方法进行解决，常见加工方法有等径圆弧（等径不同心）、同心圆弧（同心不等径）、梯形形式和三角形形式等，如图4-7所示。各自特点如表4-3所示。图4-7凹圆弧表面车削方式表4-3各种粗车凹圆弧形式加工特点形式特点等径圆弧形式计算和编程最简单，但走刀路线较其他几种方式长同心圆弧形式走刀路线短，且精车余量均匀梯形形式切削力分布合理，切削率最高三角形形式走刀路线较同心圆弧形式长，但比梯形、等径圆弧形式短本题课中R15圆弧采用等径圆弧形式粗加工，以简化坐标计算，粗加工路径从刀具起点→A→B→C→D→E→F→G→H→I→J→K→刀具起点，如图4-8所示。图4-8粗加工路径此外，外圆粗加工也可采用毛坯外圆循环车削，然后再对凹圆弧面采用等径圆弧形式粗车。法那克系统还可直接调用外圆综合循环G73进行加工。（3）外圆上两个R2圆弧槽采用半径为2mm成形车刀直进法车出，车削过程如图4-9所示。图4-9直进法车圆弧槽3.选择合理切削用量加工材料为硬铝，硬度较低，切削力较小，切削速度可选大些；粗加工凹圆弧表面余量不均匀，背吃量及进给速度可选择较小一些。具体见表4-4。表4-4凹圆弧零件加工工艺工步号工步内容刀具号切削用量背吃量ap/(mm)进给速度f/(mm/r)主轴转速n/(r/min)1车右端面T011～20.26002粗加工外轮廓，留0.4mm精车余量T011～20.26003精加工外轮廓至尺寸T020.20.18004车两个R2凹圆弧至尺寸T0320.084005切断，控制工件总长60±0.1T0440.08400三、编写参考程序1.建立工件坐标系根据工件坐标系建立原则，工件坐标系设置在工件右端面轴心线上，如图4-1所示。2.计算基点坐标建立工件坐标系后不仅要计算P1、P2…P7等基点坐标，还需计算粗加工轮廓时各点坐标，见图4-1和图4-8，具体各点坐标见表4-5。表4-5基点及粗加工各点坐标点坐标（Z，X）点坐标（Z，X）A（5，28.4）J（-10，22.4）B（-65，28.4）K（-25，22.4）C（5，25.4）P1（0，21.974）D（-34.4，25.4）P2（-10，21.974）E（5，22.4）P3（-25，21.974）F（-33，22.4）P4（-33，21.974）G（-34.8，26）P5（-35，25.974）H（-10，24.4）P6（-35，27.974）I（-25，24.4）P7（-65，27.974）3.参考程序表4-6法那克系统与西门子系统参考程序程序段号程序内容（法那克系统）程序内容（西门子系统）动作说明N10G40G99G80G21G40G90G95G71设置初始状态N20M3S600T0101M3S600T01D1设置加工参数N30G00X0Z5G00X0Z5刀具移至进刀点N40G01Z0F0.2G01Z0F0.2刀具加工至工件原点N50X28.4X28.4车右端面N60Z-65Z-65粗车φ28外圆至B点N70X32X32刀具沿X方向退出N80G00Z5G00Z5刀具沿Z方向退回N90X25.4X25.4刀具进刀至C点N100G01Z-34.4G01Z-34.4粗车φ22外圆至D点N110X29X29刀具沿X方向退出N120G00Z5G00Z5刀具沿Z方向退回N130X22.4X22.4刀具进刀至E点N140G01Z-33G01Z-33粗车φ22外圆至F点N150G02X26Z-34.8R1.8G02X26Z-34.8CR=1.8粗车圆弧至G点N160G01X29G01X29刀具沿X方向退出N170G00Z-10G00Z-10刀具退至Z-10处N180G01X24.4G01X24.4刀具进给至H点N190G02Z-25R15F0.15G02Z-25CR=15F0.15粗车R15凹圆弧面至I点N200G01X26F0.2G01X26F0.2刀具沿X方向退出N210G00Z-10G00Z-10刀具移动至Z-10处N220G01X22.4G01X22.4刀具进给至J点N230G02Z-25R15F0.15G02Z-25CR=15F0.15粗车R15凹圆弧至K点N240G01X24G01X24刀具沿X方向退出N250G00X100Z200G00X100Z200刀具退回至换刀点N260M0M5M0M5程序停、主轴停、测量N270T0202T02D1换外圆精车刀N280M3S800F0.1M3S800F0.1调整精车转速、进给速度N290G00G42X0Z2G00G42X0Z2建立刀尖半径补偿至进刀点N300G01Z0G01Z0刀具进给至工件原点N310X21.974X21.974精车端面至P1点N320G01Z-10G01Z-10精车轮廓至P2点N330G02Z-25R15G02Z-25CR=15精车圆弧至P3点N340G01Z-33G01Z-33精车轮廓至P4点N350G02X25.974Z-35R2G02X25.974Z-35CR=2精车轮廓至P5点N360G01X27.974G01X27.974精车轮廓至P6点N370Z-65Z-65精车轮廓至P7点N380X32X32刀具沿X方向退出N390G00G40X100Z200G00G40X100Z200刀具退回至换刀点N400M0M5M0M5程序停、主轴停、测量N410T0303T03D1换R2成形车刀N420M3S400M3S400调整主轴转速N430G00X36Z-42G00X36Z-42刀具移动至R2圆弧处N440G01X28F0.08G01X28F0.08车R2圆弧槽N450G04X2G04F2暂停2秒N460G01X36F0.5G01X36F0.5刀具沿X方向退出N470G00Z-52G00Z-52刀具移动至Z-52处N480G01X28F0.08G01X28F0.08继续车R2圆弧槽N490G04X2G04F2暂停时间2秒N500G01X36F0.5G01X36F0.5刀具沿X方向退出N510G00Z200X100G00Z200X100刀具退回至换刀点N520M0M5M0M5程序停、主轴停、测量N530T0404T04D1换切断刀N540M3S400M3S400主轴转速400r/minN550G00X31Z-64G00X31Z-64刀具移至工件左端面处N560G01X0F0.08G01X0F0.08切断工件N570X32F0.5X32F0.5刀具沿X方向退出N580G00X100Z200G00X100Z200刀具退回至起始位置N590M2M2程序结束[技能训练]一、加工准备1）检查毛坯尺寸。2）开机、回参考点。3）输入程序。把编写好的程序通过数控面板输入数控机床。4）装夹工件。把坯料装入三爪卡盘，伸出约70mm左右，用划线盘校正并夹紧。5）装夹刀具。把外圆粗车刀、外圆精车刀、R2成形车刀、切断刀按要求依次装入T01、T02、T03、T04号刀位，其中R2成形车刀及切断刀尤其应注意使刀头垂直于工件轴线。二、对刀四把刀依次采用试切法对刀，通过对刀把操作得到的零偏值分别输入到各自长度补偿中。R2成形车刀，刀刃为圆弧形，对刀刀位点应选取在刀头圆心上，与编程时采用刀位点一致；切断刀选取左侧刀尖为刀位点。三、空运行及仿真法那克系统：选择MEM（自动加工）模式，打开程序，按下空运行按钮及机床锁住功能开关，按循环启动按钮，观察程序运行情况；若按图形显示键再按循环启动按钮可进行加工轨迹仿真。空运行结束后使空运行按钮及机床锁住功能复位，机床重新回参考点。西门子系统：打开程序，选择AUTO（自动加工）模式，通过数控面板设置空运行和程序测试有效，按数控启动键，观察程序运行情况；若按“仿真”软键再按数控启动键可进行加工轨迹仿真。空运行结束后，取消空运行及程序测试有效等设置。四、零件自动加工及尺寸控制选择MEM（或AUTO）自动加工模式，打开程序，调好进给倍率，按下循环启动按钮进行自动加工。尺寸控制：外圆、长度尺寸通过设置刀具磨损量及加工过程中试切、试测来保证。当程序运行到N260段时停车测量，根据测量结果，把T02号外圆精车刀X、Z方向分别设置一定磨损量，再运行精加工程序。精加工程序运行结束后（N400程序段）停车测量，根据测量结