第七章-内轮廓加工

第七章内轮廓加工典型套类零件图在数控车床经常遇到套类零件的加工。通过钻、铰、镗、扩等可以加工出不同精度的工件，其加工方法简单，加工精度也比普通机床要高，因此，镗孔、内沟槽和内三角螺纹是套类零件常见的加工要素。第一节镗孔及内三角螺纹加工第二节内沟槽车削加工第三节复杂套类零件的加工第一节镗孔及内三角螺纹加工1.掌握G71、G70指令在内轮廓加工中的应用。2.掌握G74指令在钻孔中的应用。3.掌握G92、G76指令在内螺纹加工中的应用方法。4.能准确测量孔的精度。5.能合理进行内轮廓加工的误差分析一、内孔加工1.基本指令介绍（1）G71——内孔粗车复合循环指令格式：说明：G71的切削方式可以是外圆，也可以是内孔，其方式决定于与Δｕ的正负号。Δｕ表示精加工余量和方向。如果该值是负值，说明余量是留在负方向的，镗孔时刚好符合该要求。（2）G70——精车循环指令格式：G70P（ns）Q（nf）；2．G74——深孔钻削循环当遇到深孔加工时，如果采用一次钻削将会降低刀具的寿命，降低工件的加工精度，因此采用深孔钻削循环。（1）指令格式（2）指令说明e：回退量该值为模态值，可由参数5319号指定。由程序指令修改。X：最大切深点的X轴坐标，通常不指定。Z：最大切深点的Z轴坐标。△i：X方向的进给量（不带符号），通常不指定。△k：每次加工深度（不带符号）。△d：刀具在切削底部的退刀量，通常不指定。F：进给速度。加工深孔，用深孔钻削循环加工格式，其中e=1，k=20，F=0.1，程序如下：深孔钻削循环加工3．孔加工刀具（1）钻头用途：主要用于在实心材料上钻孔（有时也用于扩孔）。种类：根据转头构造及用途不同，可分为麻花钻、扁钻及深孔钻等。钻孔的尺寸精度一般可达IT11～IT12，表面粗糙度Ra12.5～2.5μm。麻花钻是钻孔最常用的刀具，钻头一般由高速钢制成。对于精度要求不高的内孔，可用麻花钻直接钻出。对于精度要求较高的孔，钻孔后还要再经过车削或扩孔、铰孔才能完成。麻花钻的选用：应留出下道工序的加工余量；一般应使麻花钻螺旋槽部分略长于孔深。麻花钻过长则刚性差，麻花钻过短则排屑困难，也不宜钻穿孔。由于高速切削的发展，镶硬质合金的钻头也得到了广泛应用。钻削时的切削用量：1）背吃刀量（ap）。钻孔时的背吃刀量是钻头直径的1/2。2）切削速度（vc）。钻孔时的切削速度是指麻花钻主切削刃外缘处的切削速度：钻孔时的背吃刀量式中vc——切削速度，m/min；D——钻头的直径，mm；n——主轴转速，r/min。用高速钢麻花钻钻钢料时，切削速度一般选vc＝15～30m/min；钻铸铁时vc＝10～25m/min。3）进给量（f）。在车床上钻孔时，工件转1周，钻头沿轴向移动的距离为进给量。用手慢慢转动尾座手轮来实现进给运动，进给量太大会使钻头折断，选f=（0.01～0.02）d，钻铸铁时进给量略大些。（2）对已有孔进行再加工的刀具如扩孔钻、铰刀及镗刀等。1）扩孔钻用于将现有孔扩大，一般精度可达IT10～IT11，表面粗糙度可达Ra3.2～12.5μm，通常作为孔的半精加工刀具。2）镗刀用来扩孔及用于孔的粗、精加工。适用：能修正钻孔、扩孔等工序所造成的孔轴线歪曲、偏斜等缺陷，故适用于要求孔距很准确的孔系加工。镗刀可加工不同直径的孔。种类：根据结构特点及使用方式，可分为单刃镗刀、多刃镗刀和浮动镗刀等。为了保证镗孔时的加工质量，镗刀应满足下列要求：①镗刀和镗刀杆要有足够的刚度；②镗刀在镗刀杆上既要夹持牢固，又要装卸方便，便于调整；③要有可靠的断屑和排屑措施。3）铰刀用于中小型的半精加工和精加工，也常用于磨孔或研孔的预加工。铰刀的齿数多、导向性好、刚性好、加工余量小、工作平稳，一般加工精度可达IT16～IT18，表面粗糙度可达Ra0.4～1.6μm。4．编程实例（1）运用G71、G70指令编写圆柱孔的加工程序。镗直圆柱孔零件图（下一页续表）（续表）（2）加工圆柱孔和圆锥孔，运用G71、G70指令编写加工程序。镗圆锥孔零件图（下一页续表）（下一页续表）续表（下一页续表）续表续表二、内三角螺纹加工1．加工工艺知识（1）刀具选择与进刀方式在数控车床上车削普通三角螺纹一般选用精密级机夹可转位不重磨螺纹车刀，使用时要根据螺纹的螺距选择刀片的型号。螺纹加工的进刀方式：直进法、斜进法。当螺纹牙型深度较浅、螺距较小时，可以采用直进法直接加工。当螺纹牙型深度较深、螺距较大时，可分数次切削进给，一般采用斜切法加工，避免扎刀现象。切深的分配方式：常量式、递减式。（2）切削用量与切削液的选择1）切削用量的选择。在螺纹加工中，背吃刀量ap等于螺纹车刀切入工件表面的深度，如果其他刀刃同时参与切削，应为各刀刃切入深度之和。由此可以看出随着螺纹车刀的每次切入、背吃刀量在逐变的增加。2）螺纹加工多为粗、精加工同时完成，要求精度较高，因此，选用合适的切削液能够进一步提高加工质量，对于一些特殊材料的加工尤为如此。（3）注意事项一般切削螺纹时，从粗车到精车，是按照同样的螺距进行的。从粗车到精车，主轴的转速必须是一定的，当主轴速度变化时，螺纹切削会出现乱牙现象。多线螺纹的导程一般较大，螺纹的升降速度段应取较大的值，主轴的转速也不宜太高，防止主轴编码器出现过冲现象。螺纹刀的螺旋升角也要选择合理，避免刀具后角与工件发生干涉。2.编程实例（1）运用G92指令直进法加工内三角螺纹。小螺距内三角螺纹加工图（2）运用G76加工内三角螺纹。大螺距内三角螺纹加工图（下一页续表）（下一页续表）续表续表续表毛坯为φ45mm×45mm的45钢，用FANUC0i系统进行编程加工该零件。套类零件加工实例一、工艺分析1.夹住毛坯φ45mm外圆，伸出大于20mm长→车端面→钻孔，长度大于45mm→粗车左端φ34mm内孔及C1.5mm倒角至φ34.5mm→精车φ34mm内孔至尺寸要求。2.调头夹住毛坯φ45mm外圆，伸出大于20mm长→车端面并控制总长→粗车右端φ34mm内孔、内螺纹底孔以及锥度并且留有相应的余量→精车至图样中尺寸要求。二、选择刀具及确定切削用量1.刀具选择机夹内孔车刀,刀具型号为S16R-PCLNR09；内三角螺纹车刀，刀具型号为SNR-0016M16。镗孔车刀内三角螺纹车刀刀具参数表2.确定切削用量三、程序编制数控加工刀具及切削用量选择（下一页续表）续表（下一页续表）续表（下一页续表）内轮廓加工误差分析续表在FANUC0i系统加工该零件中M24×1.5-6H的螺纹。零件加工图第二节内沟槽车削加工1.能根据图样合理选择内沟槽加工刀具。2.能对内沟槽的径向和轴向尺寸进行测量。3.能合理进行内沟槽加工的误差分析。常见的内沟槽：退刀槽、密封槽、轴向定位槽、储油槽、油气通道槽等。内沟槽加工难的主要原因：刀具刚性差，切削条件差。影响内沟槽加工精度的主要因素：刀具的选用。宽度较小和要求不高的内沟槽，可以用主切削刃宽度等于槽宽的内沟槽刀，采用直进法一次车出。直进法车内沟槽·多次直进法车宽内沟槽纵向进给车宽内沟槽深度浅、宽度大的内沟槽，可采用特殊角度的镗孔刀先车出内凹槽，再用内沟槽刀车出两侧面。较高或较宽的内沟槽，可采用直进法分几次车出。粗车时，槽侧和槽底应留精车余量，然后根据槽宽、槽深要求进行精车。毛坯为φ45mm×45mm的45钢，用FANUC0i系统编程加工该零件。零件图一、工艺分析1.夹毛坯φ45mm，伸出长度30mm，加工φ40mm外圆粗、精镗孔。2.加工内沟槽。3.调头夹φ40mm外圆，校正→孔口倒角，φ40mm加工至接刀处。二、选择刀具及确定切削用量1.刀具选择机夹内孔车刀和内沟槽刀，机夹内孔刀型号为S16R-PCLNR09，内沟槽刀型号为A16Q-CGER1303。内沟槽刀刀具参数表2.确定切削用量数控加工刀具及切削用量选择三、程序编制（下一页续表）续表（下一页续表）内沟槽加工误差分析续表在FANUC0i系统加工该零件。零件图第三节复杂套类零件的加工1.掌握套类零件的加工特点。2.能制定套类零件的装夹方案。3.能合理分析复杂套类零件的误差原因及处理方法。在机械零件中，一般把轴套、衬套等零件称为套类零件。套类零件一般由外圆、内孔、端面、台阶、内沟槽等结构要素组成。特点：内、外原著面和相关端面间的形状精度和位置精度要求较高。一、套类零件的加工工艺特点及毛坯选择1．套类零件的工艺特点套类零件在机器中主要起支承和导向作用，一般主要有较高同轴度要求的内外表面组成。一般套类零件的主要技术要求：（1）内孔及外圆的尺寸精度、表面粗糙度及圆度要求。（2）内外圆之间的同轴度要求。（3）孔轴线与端面的垂直度要求。薄壁套类零件壁厚很薄，径向刚度很弱，在加工过程中受切削力、切削热及夹紧力等因数的影响极易变形。装夹时，必须采取相应的预防纠正措施，以免加工时引起工件变形；或因装夹变形加工后变形恢复，造成已加工表面变形，加工精度达不到零件图样技术要求。2．加工套类零件的加工工艺原则（1）粗、精加工应分开进行。（2）尽量采用轴向压紧，如果采用径向夹紧时，应使径向夹紧力分布均匀。（3）热处理工序应安排在粗、精加工之间进行。（4）中小型套类零件的内外圆表面及端面应尽量在一次安装中加工出来。（5）在安排孔和外圆加工顺序时，应尽量采用先加工内孔，然后以内孔定位加工外圆的加工顺序。（6）车削薄壁套类零件时，车削刀具应选择较大的主偏角，以减小背向力，防止加工工件变形。3．毛坯选择套类零件的毛坯主要根据零件材料、形状结构、尺寸大小及生产批量进行选择。孔径较小时，可选棒料，也可采用实心铸件。孔径较大时，可选用带预制孔的铸件或锻件。壁厚较小且较均匀时，还可选用管料。当生产批量较大时，还可采用挤压和粉末冶金等先进毛坯制造工艺，可在毛坯精度提高的基础上提高生产率，节约用材。二、套类零件的定位与装夹1．套类零件定位基准的选择套类零件的主要定位基准为内外圆中心。外圆表面与内孔中心有较高的同轴度要求时，加工中常互为基准反复装夹加工，以保证零件图样技术要求。2．套类零件的装夹方案（1）套类零件的壁厚较大，以外圆定位——可直接采用三爪自定心卡盘装夹。外圆轴向尺寸较小时，可与已加工过的端面组合定位装夹，如采用反爪装夹。工件较长时可加顶尖装夹，再根据工件长度判断加工精度，是否再加中心架或跟刀架，采用“一夹一顶一托”装夹。（2）套类零件以内孔定位——可采用心轴装夹。当零件的内、外圆同轴度要求较高时，可采用小锥度心轴装夹。当工件较长时，可在两端孔口各加工出一小段60°锥面，用两个圆锥对顶定位装夹。（3）当套类零件薄壁较小时，也即薄壁套类零件，可采用轴向装夹、刚性开缝套筒装夹和圆弧软爪等方法。1）轴向装夹法。轴向装夹法也就是将薄壁套类零件由径向夹紧改为轴向夹紧。工件轴向夹紧示意图2）刚性开缝套筒装夹法。薄壁套类零件采用三爪自定心卡盘装夹，零件只受到三爪的夹紧力，夹紧接触面积小，夹紧力不均衡，容易使零件发生变形。如采用刚性开缝套筒装夹，夹紧接触面积大，夹紧力较均衡，不容易使零件发生变形。三爪自定心卡盘装夹示意图刚性开缝套筒装夹示意图3）圆弧软爪装夹法。当被加工薄壁套类零件以三爪自定心卡盘外圆定位装夹时，采用内圆弧软爪装夹定位工件方法。当被加工薄壁套类零件以内孔（圆）定位装夹时，可采用外圆弧软爪装夹，在数控车床上装刀根据加工工件内孔大小配车。数控车床配车外圆弧软爪示意图加工软爪时要注意软爪应与加工时相同的夹紧状态下进行车削。车削软爪外定心表面时，要在靠卡盘处夹适当的圆盘料，以消除卡盘端面螺纹的间隙。配车加工的三外圆弧软爪所形成的外圆弧直径大小应比用来定心装夹的工件内孔直径要大一点。套类零件的尺寸较小时，尽量在一次装夹下加工出较多表面，即减小装夹次数及装夹误差，又容易获得较高的形位精度。三、加工套类零件的常用夹具加工中小型套类零件的常用夹具：加工中大型套类零件的常用夹具有：四爪单动卡盘、花盘当工件用已加工过的孔作为定位基准，并能保证外圆轴线和内孔轴线的同轴度要求时，常采用弹簧心轴装夹。这种装夹方法可保证工件内外表面的同轴度，比适合用于批量生产。手动三爪自定心卡盘液压三爪自定心卡盘心轴弹簧心轴弹簧心