本任务为光轴零件,主要涉及外圆柱面、端面等加工内容。工件毛坯为ϕ30mm 的棒料,材料为2Al2,如图2-1-1所示。根据零件图纸要求,选择合适的刀具,规划合理的刀具路线,本任务要求采用G01指令编制加工程序,对零件进行仿真加工和实际加工,并对任务进行检测与评价。
图2-1-1 光轴
1.能理解G00,G01指令的编程格式及参数含义,能使用该指令进行正确编程。
2.能根据加工余量合理安排走刀路线。
3.能根据零件正确选择可转位外圆车刀,并能正确选择刀片。
4.能对零件进行手动切断,并能保证零件总长。
1)图纸引导
本零件主要由__________和__________组成。外圆轮廓的表面粗糙度为___________,外圆的尺寸精度为______________。你认为本零件的加工难点是_________________________________________________________________________。
2)刀具引导
根据零件特点,完成本零件的加工都需要用到_________________________刀具,并画出刀具外形简图。
查阅相关资料, 解释数控可转位外圆车刀刀杆型号中各代号字母的含义:MWLNR/L2020K06。
查阅相关资料, 解释数控可转位外圆车刀刀片型号中各代号字母的含义:CNMG120408-PM。
3)装夹方案引导
根据毛坯和零件特点,画出装夹方案及工件原点简图。
4)加工路线引导
画出本零件在普通车床上加工路线简图。
5)编程指令引导
查阅资料,写出G00/G01的指令格式及参数含义,并画出指令走刀路线简图。
1)刀具调整卡
根据图纸要求,填写光轴刀具调整卡,见表2-1-1。
表2-1-1 光轴刀具调整卡
2)数控加工工序卡
根据图纸要求,填写光轴加工工序卡,见表2-1-2。
表2-1-2 光轴加工工序卡
3)数控加工参考程序
根据图纸分析,参考零件加工程序,绘制刀具加工轨迹图,填写加工程序说明,见表2-1-3。
表2-1-3 光轴加工程序
续表
4)模拟加工
①打开仿真软件,回机床参考点。
②输入程序并进行调试。
③根据图纸和程序的要求,安装刀具及工件。
④进行对刀。
⑤仿真加工。在仿真加工过程中,对加工中出现的程序问题进行修改,以确保在实际加工中程序的正确性。
5)实际加工
按照表2-1-4的操作引导,对光轴进行加工。
表2-1-4 光轴加工操作引导流程表
完成零件的加工后,对零件进行清洗和去毛刺工作,并对其测量,再将测量结果填入表2-1-5中。
表2-1-5 光轴检测评分表
续表
通过本零件的加工,你对学习及加工过程有何体会,请进行总结,并填入表2-1-6中。
表2-1-6 光轴加工总结表
1)相关刀具知识
俗话说“车工一把刀”,可见车刀对车削加工的重要性。目前,在数控车床实际生产中,手工磨削的车刀用得较少,主要采用可转位车刀。在选择可转位车刀时,一般根据所加工零件的结构特点来选择合适型号的车刀。可转位车刀是利用机械夹固的方式将可转位刀片固定在刀槽中而组成的车刀。当刀片上一条切削刃磨钝后,松开夹紧机构,将刀片转过一个角度,调换一个新的刀刃,夹紧后即可继续进行切削。
(1)可转位车刀的特点
①实现刀具尺寸的预调和快速换刀,节省辅助时间,提高生产效率。
②刀片未经焊接,无热应力,可充分发挥刀具材料性能,耐用度较高。
③刀杆重复使用,降低刀具费用。
④能使用涂层刀片、陶瓷刀片、立方氮化硼和金刚石复合刀片。
⑤结构复杂,加工要求高,一次性投入较大,并且不能随意刃磨刀片,使用起来不太灵活。
⑥刀片的几何参数和切削参数具有规范化、典型化。
(2)可转位车刀刀柄型号表示方法
可转位车刀刀柄的型号是由按规定顺序排列的一组字母和数字组成,如图2-1-2所示。
图2-1-2 可转位外圆车刀刀柄型号表示规则
①可转位车刀的刀片夹紧结构及特点见表2-1-7。
表2-1-7 可转位车刀的刀片夹紧结构及特点
②刀片形状。刀片形状与加工对象、刀具主偏角和刀尖角等有关。不同的刀片形状有不同的刀尖强度。一般刀尖角越大,刀尖强度越大,反之亦然。
③刀具形状。有台阶的工件,可选择主偏角等于或大于90°的刀杆。一般粗车选用主偏角45°～90°的刀杆,精车时选45°～75°的刀杆,仿形车可选45°～107.5°的刀杆。工艺系统刚性好时,可选较小值;工艺系统刚性较差时,可选较大值。
④刀片法后角的代号。一般粗加工、半精加工可用N 型;半精加工、精加工可用C,P 型;加工铸铁、硬钢可用N 型;加工不锈钢可用C,P 型;加工铝合金可用P,E 型。
⑤刀具切削方向。选择刀具的切削方向时,要考虑车床刀架是前置刀架还是后置刀架,前刀面是向上还是向下,主轴的旋转方向和进给方向等。主要有右切(R)、左切(L),以及左、右切(N)3种类型。
⑥刀柄高度。用两位数字表示,当刀尖高度与刀柄高度不相等时,以刀尖的高度数值为代号,如果不足两位数,则该数值前面加“0”。
⑦刀柄宽度。用两位数字表示,如果不足两位数,则该数值前面加“0”。
⑧刀具长度。用来表示刀柄的长度。
⑨刀片尺寸。用两位数字表示车刀或刀片的边长,选取舍去小数值部分的刀片切削刃长度数值作为代号。如果不足两位数,则该数值前面加“0”。
⑩制造商代号。
(3)可转位车刀刀柄的选择
根据图纸选择MWLNR/L 系列外径可转位刀具,外形如图2-1-3所示,刀具供应商提供型号见表2-1-8。考虑该零件从加工起点到加工终点呈现出单调性,在选择刀具时考虑到刀具在加工时要有足够的刚性,并且具有较好的排屑功能。所使用机床刀架可装刀柄为20mm,故应选择型号为MWLNR2020K08的可转位外径车刀。
图2-1-3 可转位外圆车刀外形图
表2-1-8 可转位外圆车刀刀杆型号表(www.xing528.com)
(4)可转位刀片型号的表示方法
按国家标准和国际标准规定,可转位刀片的型号是由按序排列的字母和数字组成,共有10位代号。其标注如图2-1-4所示。
图2-1-4 可转位外圆车刀的刀片表示规则
可转位刀片的标注与可转位刀杆的标注中相同的部分这里将不再重复,只对不同标注进行解释。
①精度代号。国家标准规定,可转位刀片有16种精度。其中,6种精度使用于车刀,代号分别为H,E,G,M,N,U。H 最高,U 最低。数控车床用的车刀一般选用M 级。
②断屑槽及夹固形式。断屑槽的参数直接影响着切屑的卷曲和折断,见表2-1-9。一般情况下,可根据工件材料和加工条件来选择合适的断屑槽型和参数。当断屑槽型和参数确定后,主要靠进给量的改变来控制断屑。
表2-1-9 断屑槽及夹固形式
③切削刃的长度。应根据背吃刀量进行选择,一般通槽形的刀片切削刃长度应大于或等于1.5倍的背吃刀量,封闭槽形的刀片切削刃长度应大于或等于2倍的背吃刀量。
④刀尖圆弧半径。选择刀尖圆弧半径需要考虑粗加工时的强度和精加工时的表面粗糙度。选择要点:尽可能选择大的刀尖圆弧半径,这样刀具强度较高,可采用大的进给量,如果有振动的倾向,应选择小的刀尖圆弧半径。加工时,进给量可选取刀尖圆弧半径的1/2。
⑤刃口形式对切削刃强度和寿命有明显的影响,见表2-1-10。
表2-1-10 刃口形式表
(5)刀片的选择
由于刀柄已经确定,刀片的选择必须与刀柄相适应。因此,选用刀片型号为WNMG120404FR。
2)相关工艺知识
(1)轴类零件的装夹
工件安装的主要任务是使工件准确定位及夹持牢固。因各种工件的形状和大小不同,故有不同的安装方法。根据轴类工件的形状、大小和加工数量的不同,常有以下两种装夹方法:
①自定心三爪卡盘
三爪卡盘是车床上最常用的附件(三爪卡盘上的三爪可同时动作,并且能达到自动定心兼夹紧的作用)。在数控车床上,常用手动自定心三爪卡盘和液压卡盘两种,如图2-1-5所示。其装夹方便,但定心精度不高(爪遭磨损所致)。
图2-1-5 自定心三爪卡盘
②单动四爪卡盘
四爪卡盘也是车床常用的附件(见图2-1-6),四爪卡盘上的4个爪分别通过转动螺杆而实现单动。根据加工的要求,利用划针盘校正后,安装精度比三爪卡盘高,四爪卡盘的夹紧力大,适用于夹持较大的圆柱形工件或形状不规则的工件。
(2)切削起刀点的确定
对于车削加工来说,进刀时采用快速(G00)走刀接近工件附近的某个点,再改为工进(G01),以减少空走刀的时间,提高加工效率。切削起点的确定与工件形状及毛坯类型有关,以刀具快速到达该点时刀尖不与工件毛坯发生碰撞为原则,如图2-1-7所示。一般在铸件、锻件和焊接件等毛坯余量不均匀的情况下,切削起点应稍微大一点;对热轧圆钢,毛坯比较均匀,切削起点可稍微小一点。
图2-1-6 四爪卡盘
图2-1-7 切削起点的确定
(3)车圆柱面的走刀路线
①在加工圆柱面时,如果加工余量一刀可以切完,则走刀路线如图2-1-8所示。首先将刀具定位到A 点(G00),然后下刀至进刀深度B 点(G00),再由B 点到C 点车削圆柱面(G01),再由C 点到D 点车出材料表面(G01),最后再由D 返回A 点(G00)。
②在加工圆柱面时,如果加工余量过大,一刀不能完全去除余量,则需要分层加工。加工时,为提高生产效率,其实线用G01完成,虚线用G00完成。走刀路线如图2-1-9所示。
图2-1-8 一刀切削走刀路线
图2-1-9 分层走刀路线
3)相关指令知识
(1)快速定位指令(G00)
指令格式:
G00 X(U)__ Z(W)__;
指令说明:
①X(U),Z(W)为刀具移动的终点坐标。X,Z 为绝对坐标,U,W 为相对坐标。不运动的坐标可省略不写。
②G00功能起作用时,其移动速度由机床系统中的参数设定值运行,与进给量无关。在实际操作时,可通过机床面板上的按钮“F0”“25%”“50%”对G00移动速度进行调节。
③用G00编程时,也可写作G0,系统默认为G00。
④执行该指令时,刀具的进给路线可能为一条折线,这与参数设定的各轴快速进给有关。因此,采用G00方式进、退刀时,要特别注意刀具相对于工件、夹具所处的位置,以免在进、退刀过程中刀具与工件、夹具发生碰撞。如图2-1-10所示,在实际加工中走刀轨迹并不是直接从A 点走到B 点,而是A→C→B。
图2-1-10 G00指令轨迹图
图2-1-11 G00编程实例
例如,如图2-1-11所示,编写刀具从A 点快速移动到B 点的加工程序。
程序如下:
(2)直线插补指令(G01)
指令格式:
G01 X(U)__ Z(W)__ F __;
指令说明:
①X(U),Z(W)为刀具移动的终点坐标。X,Z 为绝对坐标,U,W 为相对坐标。不运动的坐标可省略不写。
②该指令为直线插补指令。它命令刀具在两坐标轴间以插补联动的方式按指定的进给速度作任意斜线或直线运动,故执行G01指令的刀具轨迹是直线轨迹。它是连接起点和终点的一条直线。该指令的运动轨迹如图2-1-12所示。
③G01程序段中必须有F 指令。如果在G01程序段中没有F 指令,而在G01程序段前也没有指定F 指令,则有的数控车床不运动,有的数控车床系统还会出现系统报警。
④用G01编程时,也可写成G1,系统默认为G01。
图2-1-12 G01轨迹图
图2-1-13 G01编程实例
如图2-1-13所示,采用G01指令编写刀具从A→B→C→D→E→F→A 的加工程序。
程序如下:
一、理论训练
1.解释可转位外圆车刀刀杆的型号:MVBCL2020K06。
2.写出G00和G01指令的指令格式及参数含义,并分别绘制其走刀路线。
3.可用作直线插补的准备功能代码是( )。
A.G00 B.G01 C.G02 D.G04
4.数控系统在执行指令( )时,移动速度已由生产厂家预先设定,编程人员不能改变。
A.G00 B.G01 C.G02 D.G03
5.采用数控车加工回转体时,通常将工件坐标系设置在( )。
A.工件右端面 B.工件左端面
C.工件右端面中心处 D.工件的任意处
二、技能训练
1.采用G00和G01指令描述如图2-1-14所示的加工轨迹线,工件坐标系分别设在工件左右端面两种情况。
2.已知ϕ30的圆棒料,材料为2Al2,对图2-1-15制订加工工艺方案,编写加工程序,完成各项加工准备工作,在数控车床上对其加工,并进行检测与质量分析。
图2-1-14 零件图
图2-1-15 零件图
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