数控车削仿形轴任务优化

本任务为仿形轴零件,主要涉及台阶、凸凹外圆弧面、倒圆角、端面等加工内容。工件毛坯为ϕ30mm 的棒料,材料为2Al2,如图2-4-1所示。根据零件图纸要求,对零件左右两端进行加工,规划合理的刀具路线,编制加工程序,对零件进行仿真加工和实际加工,并对任务进行检测评价。

图2-4-1　仿形轴

1.能理解G73,G02,G03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.能够根据图纸正确计算与编程相关的基点。

3.会根据图纸正确选择分析刀具副偏角对加工凹圆弧面的影响。

4.能够确定圆弧的加工路线、会对圆弧面进行检测。

1)图纸引导

本零件上Sϕ29的含义为__________,计算出R7.5与Sϕ29两图素的交点坐标值,并写出计算过程。

2)测量引导

根据零件特点,写出对圆弧的测量计划。

3)刀具引导

根据零件特点,选择合适的刀具。在选择刀具时,应主要考虑哪些因素?

4)编程指令引导

①查阅资料,写出G02/G03的两种指令格式,并对参数含义进行解释;写出G02/G03圆弧插补运动的判断标准。

②查阅资料,写出G73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,填写仿形轴刀具调整卡,见表2-4-1。

表2-4-1　仿形轴刀具调整卡

2)数控加工工序卡

根据图纸要求,填写仿形轴加工工序卡,见表2-4-2。

表2-4-2　仿形轴加工工序卡

3)数控加工参考程序

根据图纸分析,编制零件加工程序,见表2-4-3和表2-4-4。

表2-4-3　仿形轴加工程序(左端)

续表

表2-4-4　仿形轴加工程序(右端)

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2-4-5的操作引导,对仿形轴进行加工。

表2-4-5　仿形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2-4-6中。

表2-4-6　仿形轴检测评分表

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2-4-7中。

表2-4-7　仿形轴加工总结表

1)车圆弧面的加工路线分析

在数控车床上加工圆弧时,一般需要多次走刀,先粗车将大部分余量切除,后精车成形。

(1)阶梯切削法

如图2-4-2所示,即先粗车成阶梯,后一次走刀精车出圆弧。此方法在确定了每刀背吃刀量ap 后,必须精确计算出每次走刀的Z 向终点坐标,即求圆弧与直线的交点。这种方法的优点是刀具切削的距离较短。其缺点是数值计算较繁,编程的工作量较大。

图2-4-2　阶梯切削法

图2-4-3　同心圆弧切削法

(2)同心圆弧切削法

如图2-4-3所示,即先按不同半径的同心圆来车削,后将圆弧加工出来。此方法在确定了每刀背吃刀量ap 后,必须精确计算出每个圆弧的起点和终点坐标。这种方法的优点是数值计算简单,编程方便。其缺点是当圆弧半径较大时,刀具的空行程时间较长。

(3)移心圆弧切削法

如图2-4-4所示,即按半径相同,但圆心不同的圆弧来车削。此方法在确定了每刀背吃刀量ap 后。必须精确计算出每个圆弧的圆心坐标或圆弧的起点或终点坐标。这种方法的优、缺点与同心圆弧切削法相同。

(4)圆锥切削法

如图2-4-5所示,即先车一个圆锥(将图2-4-5中剖面线部分切除),再车圆弧。采用此方法时,要注意圆锥起点和终点的确定。若确定不好,则可能损坏圆弧表面,也可能将余量留得过大。这种方法的优点是刀具切削路线短。其缺点是数值计算较烦琐。

图2-4-4　移心圆弧切削法

图2-4-5　圆锥切削法

2)圆弧的检测

为了保证含有圆弧零件的外形和尺寸的正确,可根据不同的精度要求选用样板、游标卡尺或千分尺进行检测。

在批量生产时,对精度要求不高的圆弧面可用样板检测。检测时,样板中心应对准工件中心,并根据样板与工件之间的间隙大小来修整圆弧面,最终使样板与工件曲面轮廓全部重合即可,如图2-4-6所示。

图2-4-6　用样板检查弧面

在单件生产时,对精度要求不高的圆弧面可用R 规进行检测(见图2-4-7)。它和样板一样也是采用光隙法测量圆弧半径的,R 规量片上标有不同的半径数字,可根据工件的圆弧半径对应选取。在测量时,用目测R 规的测量面与工件圆弧面的接触间隙,准确度较低,只能作定性测量。

图2-4-7　R 规

精度要求较高的圆弧面除用样板检测其外形外,还须用游标卡尺或千分尺通过被检测表面的中心并多方位地进行测量,使其尺寸公差满足工件精度要求,如图2-4-8所示。

图2-4-8　用千分尺检查圆弧面

如果精度要求特高的圆弧面必须进行检测时,还可采用三坐标测量仪进行测量。表面粗糙度可用表面粗糙度仪进行检查。

3)刀具副偏角对加工表面的影响

在加工含有圆弧面的零件时,特别是外表面上有内凹圆弧面时,加工刀具的副偏角对零件表面有很大影响,选择刀具时要特别注意。如图2-4-9所示,如果选择不当,车刀副后刀面就会与已加工表面发生干涉。一般主偏角取90°～93°,刀尖角取35°～55°,以保证刀尖位于刀具的最前端,避免刀具过切。对本零件的加工,选择的刀片为35°菱形机夹刀片,安装后主偏角为93°,副偏角为55°。

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图2-4-9　副偏角对加工的影响

4)相关指令知识

(1)圆弧插补指令(G02/G03)

指令格式:

G02(G03)　X(U)__　Z(W)__　R__　F__;

或

G02(G03)　X(U)__　Z(W)__　I__　K__　F__;

其中:

G02——顺时针圆弧插补;

G03——逆时针圆弧插补;

X(U),Z(W)——圆弧终点坐标;

R——圆弧半径;

I,K——圆心相对于圆弧起点的增量坐标。

指令说明:

①圆弧顺逆的判断

圆弧插补顺逆方向的判断方法是:处在圆弧所在平面的另一坐标轴的正方向看该圆弧,顺时针为G02,逆时针为G03。在判断圆弧的顺逆时,一定要注意刀架的位置及Y 轴的方向。如图2-4-10所示为前置刀架、后置刀架不同的判断方向。

图2-4-10　圆弧顺逆的判断

②圆弧半径的确定

圆弧用半径R 指定时,圆弧半径R 有正值和负值之分。当圆弧圆心角小于或等于180°时,程序中的R 值用正值表示;当圆弧圆心角大于180°,小于360°时,R 值用负值表示。通常情况下,数控车上加工圆弧的圆心角小于180°。圆弧半径值的判定如图2-4-11所示。

图2-4-11　用R 编程时±R 的判断

图2-4-12　圆弧编程中的I,K 值

R 表示法:用半径R 带有符号的数值来表示:

θAB≤180°:R 为正值,R100;

θ′BA>180°:R 为负值,R-100。

同时,R 编程只适于非整圆的圆弧插补,不能用于整圆的加工。

③I,K 值的计算

如图2-4-12所示,I,K 表示圆心相对于圆弧起点的增量坐标,可理解为圆弧的圆心坐标(对应的X,Z 值)减去圆弧的起点坐标(对应的X,Z 值),即

I=X圆心- X起点

K=Z圆心- Z起点

编程举例:已知毛坯为ϕ50mm 的圆棒料,分别采用R 与I,K 方式对图2-4-13进行编程,要求只描述轮廓轨迹。

图2-4-13　圆弧零件编程实例

R 编程,参考程序如下:

…

G03　X30　Z-15　R15　F100;

G01　Z-26;

G02　X38　Z-30　R4;

…

I,K 编程,参考程序如下:

…

G03　X30　Z-15　I0　K-15　F100;

G01　Z-26;

G02　X38　Z-30　I8　K0;

…

(2)固定形状粗车复合循环(G73)

指令格式:

G73　U(Δi)　W(Δk)　R(d);

G73　P(ns)　Q(nf)　U(Δu)　W(Δw)　F(f)　S(s)　T(t);

Ns…;

…

Nf…;

其中:

Δi——X 轴方向的粗加工总余量,为半径值;

Δk——Z 轴方向的粗加工总余量;

d——粗车循环次数;

ns——指定精加工路线的第一个程序段的顺序号;

nf——指定精加工路线的最后一个程序段的顺序号;

Δu——X 方向上的精加工余量(直径值),该余量具有方向性,即外圆的加工余量为正,内孔的加工余量为负;

Δw——Z 方向上的精加工余量;

f,s,t——粗加工循环中的进给速度、主轴转速与刀具功能。

指令说明:

①G73循环主要用于车削固定轨迹的轮廓,可高效加工铸造成形、锻造成形或已粗车成形的工件,对零件轮廓的单调性则没有要求。如果不具备类似成形条件的工件,使用该指令进行加工,则会增加刀具在切削过程中的空行程,浪费加工时间。

②使用G73指令编程时,应指定循环点,该点既是切削循环的起点位置,也是加工完成后刀具退回的终点位置。对外轮廓的加工,循环点应大于毛坯尺寸,以免退刀时切到工件。

③在ns 所指程序段中可以向X 轴或Z 轴的任意方向进刀。

④第一刀切削时,系统会自动在循环起点位置通过精加工余量与总加工余量、重复次数计算并定位。粗车最后一刀,会沿精加工轮廓并沿偏移精加工余量走刀(见图2-4-14)。

⑤X 方向的总加工余量=(待加工外径尺寸-工件最小尺寸-精加工余量)/2。

⑥在粗车循环中,可进行刀具补偿功能。

编程实例:已知毛坯为ϕ28mm 的圆棒料,采用G73和G70指令对如图2-4-15所示的零件进行粗、精加工程序的编制。

图2-4-14　固定形状切削循环走刀路线

图2-4-15　固定形状切削循环加工实例

参考程序如下:

一、理论训练

1.简述圆弧的测量方法。

2.对仿形工件的加工,应如何选择刀具?

3.如何判断G02/G03的插补方向?

4.写出G02/G03指令的指令格式,如何确定圆弧半径R 及I,K 值?

5.写出G73指令的指令格式,并说明指令中各参数的含义。

二、技能训练

1.已知ϕ30的圆棒料,材料为2Al2,对图2-4-16进行基点计算,并采用G73指令进行编程。

2.已知ϕ30的圆棒料,材料为2Al2,如图2-4-17所示。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2-4-16　零件图(一)

图2-4-17　零件图(二)