外圆弧面的加工.docx
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外圆弧面的加工
外圆弧面的加工
11.1任务
加工如图11-1所示零件,为C42mm勺棒料,材料为45钢
11.2知识链接
11.2.1外圆与端面加工工艺知识
1.刀具的选择
1)外圆车刀
1)可转位车刀
为了充分利用数控设备、提高加工精度及减少辅助准备时间,数控车床上广泛使用机夹可转位车刀,如图18-2所示。
图18-2机夹可转位车刀
1-刀杆2-刀片3-刀垫4-夹紧元件
(1)刀片形状
T型、
可转位车刀常用的刀片如图18-3所示。
刀片的形状主要与被加工工件表面形状、切削方法、刀具寿命和有效刃数等有关。
一般外圆和端面车削常用
S型、C型、W型刀片;成形加工常用D型、V型、R型刀片
(2)刀杆头部形式
可转位车刀常见的刀杆头部形式和主偏角如图18-4所示。
有直角台阶的工
件,可选主偏角大于或等于90°的刀杆;外圆粗车可选主偏角45°〜90°的刀杆,精车可选主偏角45°〜75°的刀杆;中间切入、成形加工可选主偏角大于或等于45°〜107.5。
的刀杆。
2)成形加工刀具的选择
在加工球面时要选择副偏角合适的刀具,以免刀具的副切削刃与工件产生干涉,如图18-5所示。
图18-5副偏角对加工的影响
a)副偏角大,不干涉b)副偏角大,产生干涉
采用机夹车刀时,常通过选择合适的刀片形状和刀杆头部形式来组合形成所需要的刀具。
图18-6所示为一些常用的成形加工机夹车刀。
a)D-J形式b)D-V形式c)V-J形式d)V-V形式e)R-A形式
2.成形面加工的常见误差
数控车编程时,通常都将车刀刀尖作为一点来考虑,如图18-7a)所示;但
实际上刀尖处是一段圆弧,如图18-7b)所示。
当用按理想刀尖点编出的程序进
行端面、外径、内径等与轴线平行或垂直的表面加工时,是不会产生误差的。
但在进行倒角、锥面及圆弧切削时,则会产生少切或过切现象,如图18-8所示。
18.2.2编程指令
1.
圆弧插补指令G02G03
式中:
G02-顺时针圆弧插补,见图18-9。
G03-逆时针圆弧插补,见图18-9o
X、Z—绝对编程,圆弧终点在工件坐标系中的坐标。
U、W-增量编程,圆弧终点相对于圆弧起点的位移量。
I、K—圆心相对于圆弧起点的偏移值(等于圆心的坐标减去圆弧起点的坐标,如图18-10所示),在绝对编程和增量编程时都是以增量方式指定;特别注意,在直径、半径编程时I都是半径值。
R—圆弧半径,当圆弧圆心角小于180°时R为正值,否则R为负值。
当R等于180时,R可取正也可取负。
F—被编程的两个轴的合成进给速度。
G02
(}02
a)b)
图18-9G02、G03的判断
a)后置刀架b)前置刀架
图18-10I、K的算法
a)后置刀架b)前置刀架
1R编程方式
绝对编程:
G03X56.6Z12R20F0.2;
增量编程:
G03U16.6W-25.3R20F0.2。
2I、K编程方式
绝对编程:
G03X56.6Z12I-10K-17.3F0.2;
增量编程:
G03U16.6W-25.3I-10K-17.3F0.2。
2.刀尖圆弧半径补偿指令G41G42G40
1)刀尖圆弧半径补偿功能
由于实际刀具的刀尖处存在圆弧,加工中起实际切削作用的是刀刃上的圆弧切点,这样在加工过程中可能产生过切或欠切现象,如图18-12a)所示。
刀尖圆
弧半径补偿就是用来补偿由于刀具圆弧半径引起的加工形状误差的。
在编程过程
中,不用计算圆弧半径值,只需按零件的轮廓进行编程,执行刀尖圆弧半径补偿后,刀尖圆弧始终与工件轮廓保持相切的关系,从而消除了刀尖圆弧对工件形状的影响,如图18-12b)所示。
a)b)
图18-12刀尖圆弧半径补偿
a)无刀尖圆弧半径补偿b)有刀尖圆弧半径补偿
在进行数控加工前,必须预先将刀尖圆弧半径值和刀尖方位号存放在刀具补偿寄存器中,如图18-13所示。
在数控加工中,通过程序中的指令来指定刀具补偿号,刀具补偿号一般与刀具编号相对应。
在加工中,如果没有更换刀具,则该刀具号的补偿量一直有效。
工具补正/形伏
□
N
番号
X
2
R
T
01
-205.OCiO
0.400
5
02
-ISO.500
-520.000
□-B00
2
03
0.000
0.000
0.000
□
04
0.000
o.ooa
0.000
0
05
0.000
0_DOO
0.000
0
06
o.oao
o-ooa
0.000
0
07
o,00。
o.ooa
0.000
0
06|
oToaoB
0.000
0.000
0
现在位聲(相对座标〕
U
①aoo
H
0.000
S
0
T
巨就去**車壮嵐
[廂耗][形状][SETTING[坐标系][(操作)]
图18-13刀尖圆弧半径与刀尖方位号的输入
2)刀尖圆弧半径补偿指令
(1)刀尖圆弧半径补偿指令格式
1建立刀尖圆弧半径补偿指令格式
指令格式:
式中:
G1&G19-坐标平面选择指令。
G4—左刀补,如图18-14所示。
G4—右刀补,如图18-14所示。
X、丫、Z—建立刀具半径补偿时目标点坐标
a)b)
图18-14刀尖圆弧半径补偿的偏置方向判断
a)后置刀架b)前置刀架
2
指令格式:
取消刀尖圆弧半径补偿指令格式
{G17
G18
G19
式中:
G1&G19-坐标平面选择指令。
G40-取消刀尖圆弧半径补偿功能。
(2)使用刀尖圆弧半径补偿的注意事项
1刀具半径补偿的建立与取消只能G01GOO来实现,不得用G02和G03
2建立和取消刀具半径补偿时,刀具必须在所补偿的平面内移动,且移动距离应大于刀具补偿值。
3G41/G42不带参数,其补偿号由T指令指定。
刀尖圆弧半径补偿号与刀具偏置补偿号对应,见图18-13。
4在设置刀尖圆弧自动补偿值时,还要设置刀尖方位号。
刀尖方位号定义了刀具刀位点与刀尖圆弧中心的位置关系,如图18-15所示。
【例18-2】加工如图18-12所示零件,编写其精加工程序。
为保证圆锥面的加工精度,试采用刀尖圆弧半径补偿指令编写程序。
参考程序:
当零件外圆、内径或端面的加工余量较大时,需要多次进刀,为了减少程序段的数量,缩短编程时间,减少程序所占的内存,可采用循环编程。
在加工外成形面时,常用的复合固定循环包括:
外圆粗车循环G71精车循环G70端面粗车循环G72固定形状粗车循环G73
1)外圆粗车循环指令G71
(1)指令格式
指令格式:
G71UQd)R(e);
G71P(ns)Q(nf)U(△u)W(△w)F式中:
Ad—切深,半径量。
e—退刀量。
ns—精加工轮廓程序段中开始程序段的段号nf—精加工轮廓程序段中结束程序段的段号
△u—径向(X)精加工余量,直径量。
△w」轴向(Z)精加工余量。
F—粗加工循环中的进给速度。
外圆粗车循环指令G71适用于外圆柱面需多次走刀才能完成的粗加工,女口图18-16所示为其加工轨迹。
在程序中给出LA'-B的精加工零件形状,留出精加工余量厶u、Aw,给出切深厶d,贝U系统自动计算出每层的切削终点坐标,完成粗加工循环。
图18-16外圆粗车循环G71加工轨迹
(2)指令形式
在FANUC0i系统中,G71循环指令有两种类型,即I型和U型。
1I型指令
I型指令中要求零件轮廓外形必须是单调递增或递减的形式,否则会产生凹形轮廓不是分层切削而是在半精加工时一次性切削的情况。
如图18-17所示,当
加工图示凹圆弧AB段时,因其不满足单调递增或递减的要求,故阴影部分的加工余量在粗车循环时,没有分层切削而在半精加工时一次性切除。
图18-17粗车凹槽
2U型指令
U型指令中允许零件轮廓外形的X轴不必单调递增或递减,但Z轴必须是单调递增或递减。
现代数控车床一般具有U型指令功能。
(3)指令说明
1ns〜nf程序段中的F、S、T只是对精车循环有效,而粗车循环的F、S、T功能需要在G71程序段前和程序段中指定才有效。
2精加工余量△u、△w有正负之分,当余量方向与坐标轴正向一致时为正;否则为负。
3在顺序号为“ns”的程序段中必须有G00或G01指令,且不可有Z轴方向移动指令。
4在G71循环中不允许调用子程序。
2)精车循环指令G70
指令格式:
G70P(ns)Q(nf)F
式中:
ns—精加工轮廓程序段中开始程序段的段号。
nf—精加工轮廓程序段中结束程序段的段号。
F—精加工循环中的进给速度。
指令说明:
1必须在G71G72或G73指令后,才可使用G70指令。
2G70精加工循环结束后,刀具快速返回循环始点。
3在G70被使用的顺序号ns〜nf间程序段中,不能调用子程序。
4ns〜nf程序段中的F、S、T是对精车循环指令G70有效。
【例18-3】加工如图18-18所示零件,毛坯为C52mm的棒料,材料为45钢。
3)端面粗车循环指令G72
指令格式:
G72W©d)R(e);
G72P(ns)Q(nf)U(△u)W(△w)F
指令说明:
1指令中各项的意义与G71相同,使用方式如同G71。
2G72指令不能用于加工端面有内凹的形体。
3在顺序号为“ns”的程序段中必须有G00或G01指令,且不可有X轴方向移动指令。
端面粗车循环指令适用于Z向余量较小,而X向加工余量大的圆柱棒料毛坯的粗加工,如图18-19所示为其加工轨迹。
在程序中给出A-A'tB的精加工零件形状,留出精加工余量△u>Aw,给出切深©d,则系统自动计算出每层的切削终点坐标,完成粗加工循环。
图18-19端面粗车循环G72加工轨迹
【例18-4】加工如图18-20所示零件,毛坯为C60mm的棒料,材料为45
选择1号刀,建立刀补启动主轴
快进至G72循环起点
G72循环粗加工外轮廓
-A',轴向进刀车台阶车C28外圆车圆锥车C14外圆—B,车倒角,
G70循环精加工外轮廓
快速退刀停主轴
取消1号刀刀补程序结束
参考程序:
O1803
N10T0101
N20M03S500
N30G00X61Z1
N40G72W2R1
N50G72P60Q110U0.6W0.2F0.2
N60G00X61Z-22A
N70G01X28
N80Z-15
N90X14Z-10
N100Z-7
N110X6Z1
N120G70P60Q110F0.1S1000
N130G00X100Z100
N140M05
N150T0100
N160M30
4)固定形状粗车循环指令G73
指令格式:
G73U(Ai)W(△k)R(d);
G73P(ns)Q(nf)U(△u)W(△w)F_
式中:
△i—X轴向总退刀量,半径量。
△k—Z轴向总退刀量。
d—重复加工次数。
ns—精加工轮廓程序段中开始程序段的段号nf—精加工轮廓程序段中结束程序段的段号
△u—径向(X)精加工余量,直径量。
△w—轴向(Z)精加工余量。
F—粗加工循环中的进给速度。
Ajfc+Aw
Am?
图18-21固定形状粗车循环指令G73加工轨迹
G73指令适用于毛坯轮廓形状与零件轮廓形状基本接近的铸、锻毛坯。
如图18-21所示,执行G73功能时,每一刀的切削路线的轨迹形状是相同的,只是位置不同。
每走完一刀,就把切削轨迹向工件吃刀方向移动一个位置,这样就可以
将铸、锻件待加工表面,分层均匀的切削余量。
【例18-4】加工如图18-22所示零件(C48外圆已加工),毛坯为锻件,单边余量2mm材料为45钢。
50
30
图18-22固定形状粗车循环指令G73编程实例
参考程序:
O1804
N10T0101选择1号刀,建立刀补
N20M03S500启动主轴
N30G00X50Z2快进至G73循环起点
N40G73U2W2R2
N50G73P60Q110U0.6W0.1F0.2
G73
循环粗加工外轮廓
N60G00X16Z2A
fA
N70G01X24Z-2
车倒角
N80Z-10
车C24外圆
N90X28
车台阶
N100Z-24
车C28外圆
N100G02X40Z-30R6
车R6圆弧
N110G01X50
fB,车台阶
N120G70P60Q110F0.1S1000
G70
循环精加工外轮廓
N130G00X100Z100
快速退刀
N140M05
停主轴
N150T0100
取消1号刀刀补
N160M30
程序结束
18.3任务实施
18.3.1加工工艺的确定
1.分析零件图样
该零件为一轴类零件,主要加工面包括圆柱面、圆锥面、圆弧、球面、端面等。
其中圆柱面和球面的尺寸精度为8级,所有表面的粗糙度为Ra3.2卩m。
2.工艺分析
1)加工方案的确定
根据零件的加工要求,各表面的加工方案确定为粗车f精车。
2)确定装夹方案:
工件是棒料,为回转体,可用三爪自定心卡盘装夹。
3)确定加工工序
零件毛坯为棒料,所需要加工的余量较多,为了能够保证加工的精度,在加工时,先采用G71循环来进行粗加工,再采用G70来进行精加工。
加工工艺见表16-6。
表18-1数控加工工序卡
数控加工工序卡片
产品名称
零件名称
材料
零件图号
45钢
工序号
程序编号
夹具名称
夹具编号
使用设备
车间
工步号
工步内容
刀具号
主轴转速
/(r/min)
进给速度
/(mm/r)
背吃刀量
/mm
备注
装夹:
夹住棒料一头,留出长度大约78mm车端面(手动操作),对刀,调用程序
1
粗车外轮廓
T0101
600
0.2
1.5
2
精车外轮廓
T0202
0.1
0.5
3
切断
T0303
600
0.1
4
4
掉头,平端面,达到图纸要求。
4)进给路线的确定
精车外轮廓的走刀路线如图18-23所示,粗车外轮廓走刀路线略
图18-23精车外轮廓的走刀路线
图18-23中各点坐标如表18-2所示。
表18-2外轮廓加工基点坐标
1
(43,1)
2
(-2,1)
3
(0,0)
4
(25,-23.292)
5
(20,-31.583)
6
(20,-40)
7
(30,-45)
8
(30,-50)
9
(40,-60)
10
(40,-85)
11
(43,-85)
3.刀具及切削参数的确定刀具及切削参数的确定见表18-3。
表18-3数控加工刀具卡
数控加工刀具卡片
工序号
程序编号
产品名称
零件名称
材料
零件图号
45
序号
刀具号
刀具名称及规格
刀尖半径/mm
加工表面
备注
1
T0101
93°右偏外圆刀(35°菱形刀片)
0.8
外轮廓
硬质合金
2
T0202
93°右偏外圆刀(35°菱形刀片)
0.4
外轮廓
硬质合金
3
T0303
切断刀(B=4)
切槽
硬质合金
18.3.2参考程序编制
1.工件坐标系的建立
以工件右端面与轴线的交点为编程原点建立工件坐标系
2.基点坐标计算(略)
3.参考程序
参考程序见表18-4。
表18-4参考程序
程序
说明
O1805
程序名
N10
T0101
选择1号刀,建立刀补
N20
M03S800
启动主轴
N30
G00X45Z5
快进至进刀点
N40
X43Z1
快进至G71循环起点
N50
G71U1.5R1
G71循环粗加工外轮廓
N60
G71P70Q160U1W0F0.2
N70
G42G00X-2Z1
1-2,建立刀尖圆弧半径补偿
N80
G02X0Z0R1
2—3,圆弧切入
N90
G03X25Z-23.292R15
3—4
N100
G02X20Z-31.583R15
4—5
N110
G01Z-40
5—6
N120
G02X30Z-45R5
6—7
N130
G01X30Z-50
7—8
N140
X40Z-60
8—9
N150
Z-85
9—10
N160
X43Z-85
10—11,X向退刀
N170
G00X100Z100M05
返回换刀点,停主轴
N180
T0100
取消1号刀刀补
N190
T0202
选择2号刀,建立刀补
N200
G50S3000
主轴限速(最高转速3000r/min)
N210
M03G96S120
启动主轴、恒线速度控制
N220
G00X45Z5
快进至进刀点
N230
X43Z1
快进至G70循环起点
N240
G70P70Q160F0.1
G70循环精加工外轮廓
N250
G40G00X100
取消刀尖圆弧半径补偿,X向快速退刀
N260
Z100M05
返回换刀点,停主轴
N270
T0200
取消2号刀刀补
N280
T0303
选择3号刀,建立刀补(左刀尖为刀位点)
N290
G97M03S600
取消恒线速,启动主轴
N300
G00X45Z5
快进至进刀点
N310
Z-84.4
快进至切断起点,总长留0.4余量
N320
G01X40.2F0.5
径向接近工件
N330
X0F0.1
切断工件
N340
G00X100
X向快速退刀
N350
Z100M05
Z向快速退刀,返回换刀点,停主轴
N360
T0300
取消3号刀刀补
N370
M30
程序结束
练习:
1.加工图示零件,毛坯为C38mm勺棒料,材料为45钢
R3
V
10
40
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