盘类零件的数控车削编程与加工技巧

如图4－12所示的盘类零件，毛坯为φ95 mm×35 mm的棒料，材料为45钢；未注倒角全部为C1，未注长度尺寸允许偏差±0.1 mm。分析零件的加工工艺，编制该零件的加工程序，并在数控机床上加工。

图4－12　盘类零件

1.技术要求分析

如图4－12所示零件为一盘类零件，主要由端面、外圆、内孔等组成，零件的直径尺寸大于零件的轴向尺寸；除了有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求外，对支撑用端面有较高的平面度、垂直度要求；外圆、内孔间的同轴度要求较高。

2.编制加工程序

零件上面的端面槽如何加工？

3.加工方案

1）装夹方案

加工该零件应采用何种装夹方案？以什么位置作为定位基准？

2）位置点选择

（1）工件零点设置在什么位置最好？

（2）换刀点设置在什么位置？说出理由。

4.确定工艺路线

该零件的加工工艺路线应怎样安排？

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（一）盘类零件的加工工艺

1.盘类零件的作用及结构特点

盘类零件在机器中主要用来传递动力、改变速度、转换方向或起支承、轴向定位或密封等作用。

盘类零件的基本形状多为扁平的圆形或方形盘状结构，轴向尺寸相对于径向尺寸小很多。主要由端面、外圆、内孔等组成。例如，齿轮、带轮、法兰盘、端盖、模具、联轴节、套环、轴承环、螺母、垫圈等。

2.盘类零件技术要求

有配合要求或用于轴向定位的面，其表面粗糙度和尺寸精度要求较高，端面与轴心线之间常有几何公差要求。

盘类零件往往对支承用端面有较高平面度、轴向尺寸精度及两端面平行度要求；对连接作用中的内孔等有与平面的垂直度要求，以及外圆、内孔间的同轴度要求等。

3.盘类零件加工基准选择

根据零件不同的作用，零件的主要基准会有所不同。一是以端面为主（如支承块），其零件加工中的主要定位基准为平面；二是以内孔为主，由于盘的轴向尺寸小，往往在以孔为定位基准（径向）的同时，辅以端面的配合；三是以外圆为主（较少），与内孔定位同样的原因，往往也需要有端面的辅助配合。

4.盘类零件的安装方案

（1）用三爪自定心卡盘安装。用三爪自定心卡盘装夹外圆时，为定位稳定可靠，常采用反爪装夹（共限制工件除绕轴转动外的5个自由度）；装夹内孔时，以卡盘的离心力作用完成工件的定位、夹紧（亦限制了工件除绕轴转动外的5个自由度）。

（2）用专用夹具安装。以外圆作径向定位基准时，可用定位环作定位件；以内孔作径向定位基准时，可用定位销（轴）作定位件。根据零件构形特征及加工部位、要求，选择径向夹紧或端面夹紧。

（3）用台虎钳安装。生产批量小或单件生产时，根据加工部位、要求的不同，亦可采用台虎钳装夹（如支承块上侧面、十字槽加工）。

5.盘类零件的表面加工方法选择

零件上回转面的粗、半精加工仍以车为主，精加工则根据零件材料、加工要求、生产批量大小等因素选择磨削、精车、拉削或其他。零件上非回转面加工，则根据表面形状选择恰当的加工方法，一般安排于零件的半精加工阶段。

6.常见的端面槽种类

常见的端面槽主要有以下几种，如图4－13所示。

图4－13　常见的端面槽

7.常见的端面槽刀

常见的端面槽刀主要有深端面切槽刀和端面深切槽刀，如图4－14所示。深端面切槽刀的加工示意图如图4－15所示，端面深切槽刀的加工示意图如图4－16所示。实际加工时，可以根据端面槽的宽窄和深浅选择不同的端面槽刀。

图4－14　常见的端面槽刀

图4－15　深端面切槽刀加工示意图

图4－16　端面深切槽刀加工示意图

（二）编程指令

1.端面车削固定循环（G72）

（1）指令功能：平行于且粗车是以多次X轴方向走刀来切除工件余量，适用于毛坯是圆钢、各台阶面直径差较大的工件。

（2）指令格式：

G72 W（Δd）R（e）；

G72 P（ns）Q（nf）U（Δu）W（Δw）F（f）S（s）T（t）；

其中：Δd——粗车时Z轴的切削量，单位为mm，无符号，进刀方向由ns程序段的移动方向决定，W（Δd）执行后，指令值Δd保持，未输入W（Δd）时，以数据参数内定的值作为进刀量。

e——粗车时Z轴的退刀量，单位为mm，无符号，退刀方向与进刀方向相反，R（e）执行后，指令值e保持，未输入R（e）时，以数据参数内定的值作为退刀量。

ns——精车轨迹的第一个程序段的程序段号。

nf——精车轨迹的最后一个程序段的程序段号。

Δu——粗车时X轴留出的精加工余量（粗车轮廓相对于精车轨迹的X轴坐标偏移，即A′点与A点X轴绝对坐标的差值，单位为mm，直径值，有符号）。

Δw——粗车时Z轴留出的精加工余量（粗车轮廓相对于精车轨迹的Z轴坐标偏移，即A′点与A点Z轴绝对坐标的差值，单位为mm，有符号）。

F——切削进给速度。

S——主轴转速。

T——刀具号、刀具偏置号。

F，S，T——可在第一个G72指令或第二个G72指令中，也可在ns～nf程序中指定；在G72循环中，ns～nf间程序段号的F，S，T功能都无效，仅在有G70精车循环的程序段中才有效。

G72指令执行轨迹如图4－17所示。

图4－17　指令执行轨迹

（3）指令说明：

①ns～nf程序段必须紧跟在G72程序后编写。如果在G72程序段前编写，系统自动搜索到ns～nf程序段并执行，执行完成后，按顺序执行nf程序段的下一程序，因此会引起重复执行ns～nf程序段。

②执行G72时，ns～nf程序段仅用于计算粗车轮廓，程序段并未被执行。ns～nf程序段中的F、S、T指令在执行G72循环时无效，此时G72程序段的F、S、T指令有效。执行G70精加工循环时，ns～nf程序段中的F、S、T指令有效。

③ns程序段只能是不含X（U）指令字的G00、G01指令，否则报警。

④精车轨迹（ns～nf程序段），X轴、Z轴的尺寸都必须是单调变化的（一直增大或一直减小）。

⑤ns～nf程序段中，只能有G功能：G00、G01、G02、G03、G04、G96、G97、G98、G99、G40、G41、G42指令；不能有子程序调用指令（如M98／M99）。

⑥G96、G97、G98、G99、G40、G41、G42指令在执行G71循环中无效，G70精加工循环时有效。

⑦在G72指令执行过程中，可以停止自动运行并手动移动，但要再次执行G72循环时，必须返回到手动移动前的位置。如果不返回就继续执行，后面的运行轨迹将错位。

⑧执行进给保持、单程序段的操作，在运行完当前轨迹的终点后程序暂停。

⑨Δd、Δw都用同一地址W指定，其区分是根据该程序段有无指定P、Q指令字。

⑩在同一程序中需要多次使用复合循环指令时，ns～nf不允许有相同程序段号。

○1在录入方式下不能执行G72指令，否则产生报警。(www.xing528.com)

留精车余量时坐标偏移方向：Δu、Δw反映了精车时坐标偏移和切入方向，按Δu、Δw的符号有4种不同组合，如图4－18所示，图中：B→C为精车轨迹，B′→C′为粗车轮廓，A为起刀点。

图4－18　精车坐标偏移和切入方向的4种不同组合

练一练

【例4－1】　按图4－19所示的零件尺寸编写端面粗加工程序。

图4－19　端面零件加工

端面粗加工参考程序如表4－7所示。

表4－7　端面粗加工参考程序

2.轴向切槽多重循环（G74）

（1）指令功能：此指令可用于工件端面加工环形槽或中心深孔，轴向断续切削起到断屑、及时排屑的作用。

（2）指令格式：

G74 R（e）；

G74 X（U）Z（W）P（Δi）Q（Δk）R（Δd）F（f）；

其中：R（e）——每次轴向（Z轴）进刀后的轴向退刀量，单位为mm，无符号，R（e）执行后指令值保持有效，并把数据参数的值修改为e×1 000（单位：0.001 mm），未输入R（e）时，以数据参数的值作为轴向退刀量；

X——切削终点的X轴绝对坐标值，单位为mm；

U——切削终点与起点A的X轴相对坐标的差值，单位为mm；

Z——切削终点的Z轴绝对坐标值，单位为mm；

W——切削终点与起点A的Z轴相对坐标的差值，单位为mm；

P（Δi）——单次轴向切削循环的径向（X轴）切削量，单位为0.001 mm，半径值，无符号；

Q（Δk）——轴向（Z轴）切削时，Z轴断续进刀的进刀量，单位为0.001 mm，无符号；

R（Δd）——切削至轴向切削终点后，径向（X轴）的退刀量，单位为mm，半径值，无符号，省略R（Δd）时，系统默认轴向切削终点后，径向（X轴）的退刀量为零（常省略）。

（3）指令意义：

①径向（X轴）进刀循环复合轴向断续切削循环：从起点轴向（Z轴）进给、回退、再进给……直至切削到与切削终点Z轴坐标相同的位置，然后径向退刀、轴向回退至与起点Z轴坐标相同的位置，完成一次轴向切削循环；径向再次进刀后，进行下一次轴向切削循环；切削到切削终点后，返回起点（G74的起点和终点相同），轴向切槽复合循环完成。G74的径向进刀和轴向进刀方向由切削终点X（U）、Z（W）与起点的相对位置决定。

②切削终点：X（U）、Z（W）指定的位置，最后一次轴向进刀终点bf。

G74轴向切槽多重循环如图4－20所示。

图4－20　G74轴向切槽多重循环

练一练

【例4－2】　如图4－21所示，使用G74指令编程，刀宽3 mm，左刀尖对刀。

端面槽加工参考程序如表4－8所示。

图4－21　端面槽加工

表4－8　端面槽加工参考程序

1.图样分析

如图4－12所示，该零件径向尺寸较大，轴向尺寸较小，为典型的盘类零件。φ50 mm孔是该零件与其他零件装配时的关键要素，也是零件其他尺寸的基准，因此精度要求较高。外圆φ80 mm的尺寸精度和表面粗糙度Ra1.6μm要求较高，与基准A的同轴度要求控制在0.025 mm范围之内。零件右端面与基准A的垂直度要求控制在0.02mm范围之内，其自身的平面度要求控制在0.04 mm范围之内。

2.加工方案

1）装夹方案

该零件为盘类零件，用三爪自定心卡盘装夹。

2）位置点

（1）工件零点。设置在工件左、右端面上。

（2）换刀点。为防止刀具与工件或尾座碰撞，换刀点设置在（X150，Z100）的位置上。

（3）起刀点。零件毛坯尺寸为φ95 mm×35 mm，该零件外轮廓的加工采用循环指令，为了使走刀路线短，减少循环次数，循环起点可以设在（X97，Z2）的位置上。内轮廓的加工采用循环指令，循环起点可以设置在（X30，Z2）的位置上。槽的加工用刀宽为3 mm的端面切槽刀。

3.工艺路线确定

（1）打中心孔并钻孔至φ28 mm。

（2）平右端面。

（3）粗、精车右端φ80 mm外圆、R2μm圆角及倒角。

（4）粗、精车右端φ50 mm内孔、φ42 mm内孔、倒角。

（5）车削端面槽。

（6）零件调头平右端面保证总长32 mm。

（7）粗、精车左端φ92 mm外圆及倒角。

4.制定工艺卡片

刀具的选择见表4－9刀具卡。

表4－9　刀具卡

切削用量的选择见表4－10工序卡。

表4－10　工序卡

续表

5.编制程序

加工右端外轮廓参考程序如表4－11所示。

表4－11　加工右端外轮廓参考程序

续表

加工右端端面槽参考程序如表4－12所示。

表4－12　加工右端端面槽参考程序

6.零件加工

教师与学生评价表参见附表，包括程序与工艺评分表、安全文明生产评分表、工件质量评分表和教师与学生评价表。表4－13所示为本工件的质量评分表。

表4－13　工件质量评分表