台阶与端面的加工

一、任务导入

(一) 任务描述

本任务主要是训练学生掌握工件上外圆、台阶与端面的基本加工方法。零件如图1-3-1所示，毛坯尺寸为φ37×100mm，材料为45号钢，分析零件的加工工艺，编写零件的精加工程序。

图1-3-1 阶梯轴

技术要求:

(1) 不允许用砂布或锉刀修整表面。

(2) 未注公差尺寸按IT12加工和检验。

(3) 锐边倒钝去毛刺。

(4) 未注表面粗糙度为Ra6.3μm。

(二) 知识目标

(1) 了解外圆与端面加工的基本方法。

(2) 掌握数控车床上外圆与端面加工编程指令。

(三) 能力目标

(1) 掌握车外圆与端面对刀的操作。

(2) 掌握外圆的检测方法。

二、知识准备

(一) 数控编程基础知识

1. 程序的结构与组成

每种数控系统，根据系统本身的特点及编程的需要，都有一定的程序格式，对于不同的机床，其程序的格式也不同。因此，编程人员必须严格按照机床说明书的规定格式进行编程。

一个数控程序由程序名、程序主体和程序结束指令组成。

1) 程序名

程序名位于程序主体之前，它一般独占一行。程序名有两种形式: 一种是以规定的英文字母 (多用O) 开头，后面跟四位数字 (0001～9999); 另一种形式是由英文、数字或英文与数字混合组成的，中间还可以加入“-”号，这种形式使用户命名程序比较灵活，例如，在LC30型数控车床上加工零件图号为215的法兰第三道工序，其程序可命名为“LC30-FLANGE-215-3”，这就给使用、存储和检索等带来了方便。

2) 程序主体

程序主体是整个数控程序的核心部分，由若干行加工语句组成，每一行加工语句称为一个程序段，每个程序段由一个或多个指令字构成，每个指令字由地址符和数字组成，它代表机床的一个位置或一个动作，每一个程序段用 “;”结束。

3) 程序结束指令

程序结束可用M02 (程序结束) 或M30 (程序结束) 指令。

2. 数控车削编程特点

(1) 车削加工中刀具只在XZ平面移动，所以一般数控车削编程坐标系为XOZ; 工件坐标系原点设在工件右端面与中心线的交点处。

(2) 数控车削编程一般采用直径编程，即X的编程值用直径值表示，增量坐标编程时， U值是实际位移量的2倍。

(3) FANUC数控系统绝对坐标值编程使用的地址符为X、Z，增量坐标编程的地址符为U、W。

(4) 在一个程序段可采用绝对坐标或增量坐标编程，也可采用二者混合方式编程。

(5) 数控车削具有恒线速度控制功能，但系统上电后默认为G97指令状态，单位为r/min。

(6) 系统上电后默认的进给量单位为mm/r。

(7) 使用固定循环可简化编程，由于车削加工常用棒料或锻料作为毛坯，加工余量较大，为了简化程序，常采用固定循环功能，以减少坐标点计算。

3. 准备功能 (G)

准备功能 (又称G功能、G代码、G指令) 是用来建立机床或数控系统工作方式的一种指令，使数控机床做好某种操作准备，用地址G+数字表示。需要指出的是不同生产厂家数控系统的G功能相差很大，编程时必须遵照机床使用说明书进行。

G指令分为模态指令 (续效指令) 和非模态指令 (非续效指令)。模态指令可在连续几个程序段中有效，直至被同组的指令取代; 非模态指令只在本程序段中有效。FANUC系统数控车床的G功能代码见表1-3-1。

表1-3-1 准备功能

续表

4. 辅助功能 (M)

辅助功能又称为M功能或M代码，是用来指令机床辅助动作的一种功能，它由地址符M+数字组成。常用的M代码见表1-3-2。

表1-3-2 M代码

常用辅助功能的简要说明。

1) M00——程序停止

实际上是一个暂停指令，当执行有M00指令的程序段时，主轴的转动、刀具的进给、切削液都将停止; 便于换刀、测量工件的尺寸等。重新启动机床后，继续执行后面的程序。

2) M01——程序有条件停止

与M00的功能基本相同，只有在按下“选择停止”键后，M01才有效，否则机床继续执行后面的程序段; 按下“启动”键后，继续执行后面的程序。

3) M02——程序结束

程序结束后，光标停在程序的最后一句，适用于单个零件的加工。

4) M30——程序结束

程序结束后，光标会自动返回到程序的开头处，为下个零件的加工做好准备，适用于批量零件的加工。

5. 刀具功能 (T)

刀具功能的地址码是T，又称为T功能或T指令，用于指定加工时所用刀具的编号。

编码格式:T__;

地址码T后的数字还用于指定刀具长度补偿和刀尖圆弧半径补偿。

其指令格式有两种:

(1) T后面跟四位数字: 前两位是刀具号; 后两位是刀具长度补偿号，也是刀尖圆弧半径补偿号。

(2) T后面跟两位数字: 前一位是刀具号; 后一位是刀具长度补偿号，也是刀尖圆弧半径补偿号。

例: T0303表示用3号刀及3号刀具长度补偿值和刀尖圆弧半径补偿值; T0300表示取消刀具补偿。

6. 主轴功能 (S)

主轴功能的地址码是S，又称为S功能或S指令，用于指定主轴转速，单位为r/min。对于具有恒线速度功能的数控车床，程序中的S指令用来指定车削加工的线速度。

(二) 外圆、台阶与端面加工的编程指令

1. 快速点定位 G00

(1) G00指令使刀具以点定位控制方式从刀具所在点以最快速度移动到坐标系的另一点，如图1-3-2所示。

(2) 指令格式。

G00 X(U)__Z(W)__;

程序中: X，Z——刀具终点坐标;

U，W——刀具的终点相对于始点的增量。

(3) 该指令为续效指令。

2. 直线插补指令 G01

(1) G01用规定的进给量F，插补加工出任意斜率的直线，如图1-3-3所示。

图1-3-2 快速点定位

图1-3-3 直线插补

(2) 指令格式。

G01 X(U)__Z(W)__F__z;

程序中: X，Z——刀具终点坐标;

U，W——刀具的终点相对于始点的增量;

F——进给量。

(3) 该指令为续效指令。

3. 圆弧插补指令 G02/G03

(1) 指令格式。

(2) 圆弧顺逆判断原则。

沿圆弧所在平面，从第三轴的正方向向负方向看，顺时针为G02，逆时针为G03，如图1-3-4所示。

图1-3-4 圆弧顺逆判断方法

(a) 刀架前置圆弧判断方法; (b) 刀架后置圆弧判断方法

(3) 注意事项。

①X，Z——圆弧终点坐标值。

②R——圆弧半径，圆心角小于180°，R为正; 圆心角大于或等于180°，R为负。R只能加工非整圆，不能加工整圆。

③I，K——圆心相对于圆弧起点的增量。

④R和IK同时出现时，R有效。

4. 刀具补偿指令G40、G41、G42

G41/G42/G40 G01/G00 X(U)__Z(W)__;

程序中:

G40——取消刀具半径补偿，按程序路径进给;

G41——左偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件左侧进给;

G42——右偏刀具半径补偿，按程序路径前进方向刀具偏在零件右侧进给;

X，Z——建立或取消刀具补偿程序段中，刀具移动的终点坐标;

U，W——终点相对循环起点的增量坐标 (相对坐标)。

三、方案设计

(一) 分析零件图

图1-3-1所示为由外圆柱面构成的轴类零件，φ20mm和φ30mm外圆柱面直径处加工精度较高，其材料为45号钢。选择毛坯尺寸为φ37mm的棒料。要求不需要粗加工，只需要精加工。

(二) 制定加工方案

本零件为简单轴类零件，因是单件加工，故采用自定心卡盘装夹，用工件的外圆定位。以零件右端面中心O作为工件坐标系原点，设定工件坐标系。

零件的精加工路线如下:

φ20mm外圆—→端面—→φ30mm外圆—→切断

(三) 零件的装夹

采用数控车床本身的三爪卡盘，毛坯伸出三爪卡盘外80mm左右，并找正夹紧。

(四) 刀具的选择

该零件较简单，只需完成外圆柱表面的精加工和切断，故选择: 1号刀具为93°硬质合金外圆车刀，用于精车外圆和端面; 2号刀具为切断刀，刀片宽度为3mm，用于切断工件。

(五) 切削用量的选择

1号刀具主轴转速为n=1000r/min，精车进给量为f=0.15mm/r; 2号刀具主轴转速为n=350r/min，进给量为f=0.1mm/r。

四、任务实施

(一) 编写零件的加工程序

加工程序如下:

O3011

N10 T0101;

N20 M03 S1000;

N30 G00 X20 Z2 M08;

N40 G01 X20 Z-15 F0.15;

N50 X30;

N60 Z-43;

N70 G00 X150;

N80 Z150;

N90 T0100;

N100 T0202;

N110 M03 S350;

N120 G00 X32 Z-43;

N130 G01 X0 Z-43 F0.1;

N140 G00 X150 Z150;

N150 M09;

N160 M05;

N170 M30;

(二) 零件的加工

(1) 开机并进行机床检查。

(2) 输入程序。

(3) 装夹刀具和工件。

(4) 对刀，测量刀补值。

(5) 检查程序与模拟加工。

五、任务考核 (见表1-3-3)

表1-3-3 任务考核

六、拓展练习

试分析图1-3-5所示零件图，完成零件的加工工艺分析，并完成零件的加工。

图1-3-5 拓展练习

技术要求:

(1) 未注表面粗糙度为Ra3.2μm。

(2) 未注公差尺寸按IT12加工。