实现成形面类零件外轮廓复合循环加工的方法及技巧

【任务描述】

任务要求：如图2.17所示，毛坯为φ40 mm 的45 钢棒料。要求分析其数控车削加工工艺，编制数控加工工序卡并进行加工。其中，A（24，- 1.82），B（22，-4.056），C （17.382，- 19.142），D（18.697，-34.298），E（24，-44.874）。

图2.17　成形类零件图

任务分析：本任务加工过程中，由于零件外轮廓表面不是单调递增的，仅采用任务四中的G71 指令无法完成零件的加工。因此，本任务重点引入固定形状粗加工循环指令G73 指令用来完成成形面类零件的加工。

【知识目标】

1.掌握广州数控系统成形面固定形状粗加工循环指令G73 的指令格式、加工轨迹、各个参数的含义及循环起点的确定方法。

2.掌握G73 指令的编程方法和原则。

【能力目标】

1.能综合应用数控车削加工工艺知识，分析典型零件的数控车削加工工艺。

2.能合理选择刀具，熟练安装。

3.能正确分析零件表面质量，熟练应用相关量具测量、读数。

4.能加工出满足尺寸精度要求的零件。

【相关知识】

闭环车削复合循环G73 介绍如下：

指令格式：

G73　U(ΔI)　W(ΔK)　R(r)　P(ns)　Q(nf)　X(Δx)　Z(Δz)　F(f)　S(s)T(t)；

说明：

该功能在切削工件时刀具轨迹为如图2.18所示的封闭回路。刀具逐渐进给，使封闭切削回路逐渐向零件最终形状靠近，最终切削成工件的形状。其精加工路径为A→A′→B′→B。

图2.18　闭环车削复合循环G73

这种指令能对铸造，锻造等粗加工中已初步成形的工件进行高效率切削。

其中：

ΔI：X 轴方向的粗加工总余量。

Δk：Z 轴方向的粗加工总余量。

r：粗切削次数。

ns：精加工路径第一程序段（即图中的AA′）的顺序号。

nf：精加工路径最后程序段（即图中的B′B）的顺序号。

Δx：X 方向精加工余量。

Δz：Z 方向精加工余量。

f，s，t：粗加工时G71 中编程的F，S，T 有效，而精加工时处于ns 到nf 程序段之间的F，S，T 有效。

注意：

ΔI 和ΔK 表示粗加工时总的切削量，粗加工次数为r，则每次X，Z 方向的切削量为ΔI/r，ΔK/r。

按G73 段中的P 和Q 指令值实现循环加工，要注意Δx 和Δz，ΔI 和ΔK 的正负号。

【任务实施】

数控车床加工零件的一般步骤包括分析零件图样、加工工艺分析、编程加工程序及技能训练。

1.分析零件图样

1）零件分析

零件分析如图2.17所示。

2）尺寸精度、形位精度和表面粗糙度分析

（1）尺寸精度

本任务中，精度要求较高的尺寸主要有φ24 mm 的外圆和长度尺寸48 mm。尺寸精度要求主要通过在加工过程中的准确对刀，正确设置刀补及磨耗，以及制订合适的加工工艺等措施来保证。

（2）形位精度

本任务未标注形位公差，形位精度要求不高，通过机床精度及一次装夹加工可达到要求。

（3）表面粗糙度

本任务加工后的表面粗糙度要求为Ra1.6 μm，可通过选用合适的刀具及其几何参数，正确的粗、精加工路线，以及合理的切削用量等措施来保证。

2.加工工艺分析

1）制订加工方案及加工路线

本任务采用一次装夹工件，用G73 指令依次完成φ24 mm 外圆、R3 圆弧、R12 圆弧、R16 圆弧、R8.5 圆弧及φ24 mm 外圆，再由G71 指令完成精加工，粗、精加工的循环起点为（30，5）。(www.xing528.com)

2）工件定位与装夹

工件采用通用三爪自定心卡盘进行定位与装夹，工件伸出卡盘端面外长度约70 mm。工件采用φ40 mm 的45 钢棒。

3）选择刀具及切削用量

本任务刀具材料均为硬质合金，根据教学实际可选用焊接式普通外圆车刀或机械夹固式外圆车刀。选刀时，主要考虑刀具后刀面在加工过程中不与工件表面发生干涉。其切削用量见表2.10。

表2.10　切削用量

4）量具选择

外圆长度精度不高，选用0 ～150 mm 游标卡尺测量；外圆有精度要求，用0 ～25 mm，25 ～50 mm 的外径千分尺。

3.编制参考加工程序

1）建立工件坐标系

根据工件坐标系建立原则：工件原点一般设在右端面与工件轴线交点处。

2）G73 循环参数的确定

①X 方向毛坯切除余量i 为

②粗加工次数d

可由公式d=X 方向毛坯切除量i/单边切深ap 估算，即

d = i/ap = 12/1 次= 12 次

3）编制程序

编制程序见表2.11。

表2.11　零件加工参考程序

4.技能训练

1）加工准备

①检测坯料尺寸。

②装夹刀具与工件。

外圆车刀按要求装于刀架的T01 号刀位。断刀按要求装于刀架的T02 号刀位。毛坯伸出卡爪长度为65 mm。

③程序输入。

④程序模拟。

⑤开机回参考点。

2）对刀

外圆车刀采用试切法对刀，把操作得到的数据输入T01 刀具长度补偿存储器中。

切断刀采用与外圆刀加工完的端面和外圆接触的方法，把操作得到的数据输入T02刀具长度补偿存储器中。

3）校刀

操作步骤详见项目一任务五中的校刀方法。

4）零件自动加工及尺寸控制

（1）零件自动加工

将程序调到开始位置，选择自动加工方式，调好进给倍率，按数控车床循环启动按钮进行自动加工。首次加工将程序控制调整为单段，快速进给倍率调整为25%。

（2）零件加工过程中尺寸控制

①对好刀后，按循环启动按钮执行零件的粗加工。

②粗加工完成后，用千分尺测量外圆直径。

③修改磨耗，在修改磨耗时考虑中间公差。中间公差一般取中值。

④自动加工执行精加工程序段。

⑤测量（若测量尺寸仍大，还可继续修调）。

【检测与评分】

零件加工结束后进行检测，并将检测结果填入表2.12 中。

表2.12　成形类零件评分表

续表