内轮廓的加工

(一) 任务描述

一、任务导入

本任务主要是训练学生掌握工件上内轮廓的基本加工方法。零件如图1-4-4所示，毛坯尺寸为φ50mm的棒料，材料为45号钢，分析零件的加工工艺，编写加工程序并加工工件。

技术要求:

(1) 未注公差尺寸按IT12加工。

(2) 锐边去毛刺。

图1-4-4 内轮廓加工零件

(二) 知识目标

(1) 掌握内轮廓加工的编程指令。

(2) 学会内轮廓加工的对刀方法。

(三) 能力目标

(1) 掌握内轮廓的加工方法。

(2) 掌握内轮廓的加工工艺分析。

二、知识准备

内轮廓是在工件内部进行加工的，观察较困难。刀杆尺寸受孔径影响，选用时受限制，因此刚性比较差。进行内轮廓加工时要注意排屑和冷却。在数控车床上常见的内轮廓加工刀具有麻花钻、扩孔钻、铰刀和镗刀等。

(一) 钻孔基础

利用钻头将工件钻出孔的方法称为钻孔。钻孔的公差等级为IT10以下，表面粗糙度为Ra12.5μm，多用于粗加工孔。将工件装夹在卡盘上，钻头安装在尾架套筒锥孔内。钻孔前先车平端面并车出一个中心坑或先用中心钻钻中心孔作为引导。钻孔时，摇动尾架手轮使钻头缓慢进给，注意经常退出钻头排屑。钻孔进给不能过猛，以免折断钻头。钻钢料时应加切削液。

1. 中心钻

中心钻一般由高速钢制成，常用的是A型中心钻和B型中心钻，如图1-4-5所示。

2. 钻孔的基本原理

在数控车床上钻孔，工件的旋转运动是主运动，钻头沿其轴线方向的移动是进给运动，如图1-4-6所示。

3. 钻孔的加工方法

(1) 钻孔前，先车平端面，中心处不留凸头，否则容易使钻头歪斜，影响正确定心。

(2) 钻头装入尾座套筒后，需校正钻头轴心线和工件回转中心重合，以防孔径扩大和钻头折断。

图1-4-5 常用中心钻

(a) A型; (b) B型

图1-4-6 数控车床上钻孔原理

(3) 把钻头引向工件端面时，不可用力过大，以防损坏工件和折断钻头。

(4) 用较长钻头钻孔时，为防止钻头跳动，可在刀架上夹一铜棒或挡铁，如图1-4-7所示。

图1-4-7 刀架夹铜棒防止钻头跳动示意图

(5) 孔加工时，先用中心钻定心，再用麻花钻钻孔，使加工出的孔内、外同轴，尺寸正确。

(6) 孔加工一段后，需退出钻头，停车测量孔径，以防孔径扩大而使工件报废。

(7) 钻深孔时，切屑不易排出，必须经常退出钻头，清除切屑。

(8) 当钻头将要把孔钻穿时，因钻头横刃不再参加切削，故阻力大大减小，进刀时，就会觉得手轮摇起来很轻松，这时必须减小进给量，否则会使钻头的切削刃“咬”在工件孔内，损坏钻头; 或使钻头的锥柄在尾座锥孔内打滑，把锥孔和锥柄咬毛。

(9) 当钻削不通孔时，为了控制深度，可应用尾座套筒上的刻度。

(二) 镗孔基础

在车床上对工件的孔进行车削的方法叫镗孔 (又叫车孔)，镗孔可以作粗加工，也可以作精加工。镗孔分为镗通孔和镗不通孔。镗通孔基本上与车外圆相同，只是进刀和退刀方向相反。粗镗与精镗内孔时也要进行试切和试测，其方法与车外圆相同。注意通孔镗刀的主偏角为45°～75°，不通孔车刀主偏角大于90°。

1. 镗刀的装夹

镗刀装夹时，刀尖必须和工件中心等高或稍高一些，这样就能防止由于切削力而把刀尖扎进工件里，如图1-4-8 (a) 所示。如装得低于工件中心，则容易产生扎刀现象而把内轮廓镗大，如图1-4-8 (b) 所示。镗刀伸出长度应尽可能短，以增强刀杆刚性，防止振动。

图1-4-8 镗刀装夹不当产生现象示意图

(a) 刀尖高于中心; (b) 刀尖低于中心

2. 镗内轮廓加工方法

镗内轮廓时，循环点坐标位置选取要适当，以防止镗刀后壁与孔壁发生碰撞。

镗削不通孔或台阶孔时，一般先用钻头钻孔，因钻头顶角一般为116°～118°，所以内孔底面是不平的，若要沿孔壁进刀镗孔，则会使切深加剧。可采用分层切削法或用平头钻平底平面，再镗不通孔。

镗内轮廓时，由于工作条件不利，加上刀杆刚性差，容易引起振动，因此，它的切削用量应比车外圆时低些。

(三) 内轮廓加工相关指令

1. 端面粗加工复合循环 (G72)

该指令应用于圆柱棒料端面粗车，且Z向余量小、X向余量大、需要多次粗加工的情形。

1) 指令格式

G72 W(Δd) R(e);

G72 P(ns) Q(nf) U(Δu) W(Δw) F(f) S(s) T(t);

2) 指令功能

除切削是沿平行X轴方向进行外，该指令功能与G71相同，如图1-4-9所示。

3) 指令说明

Δd、e、ns、nf、Δu、Δw的含义与G71相同。

4) 注意事项

(1) G72指令X向轮廓必须是单调递增或递减。

(2) 其他方面与G71相同。

图1-4-9 G72端面粗车循环加工路线

(a) 刀架后置时切削路径; (b) 刀架前置时切削路径

2. 固定形状切削复合循环 (G73)

该指令适合于轮廓形状与零件轮廓形状基本接近的铸件及锻件毛坯的粗加工。

1) 指令格式

G73 U(Δi)W(Δk)R(d);

G73 P(ns) Q(nf) U(Δu) W(Δw)F__S__T__;

2) 指令功能

适合加工铸造及铸造成形的一类工件，如图1-4-10所示。

图1-4-10 G73固定形状切削循环加工路线

3) 指令说明

Δi——X方向的总退刀量，由半径值指定，为模态值;

Δk——Z方向的总退刀量，为模态值;

d——分层次数，此值与粗切重复次数相同，为模态值;

ns——指定精加工路线的第一个程序段段号;

nf——指定精加工路线的最后一个程序段段号;

Δu——X方向上的精加工余量，由直径值指定;

Δw——Z方向上的精加工余量;

F，S，T——粗加工过程中的切削用量及使用刀具。

精车的F、S、T在ns→nf的程序段中指定。

固定外形切削复合循环指令的特点: 刀具轨迹平行于工件的轮廓，故适合加工铸造和铸造成形的坯料。背吃刀量分别通过X轴方向总退刀量Δi和Z轴方向总退刀量Δk除以循环次数d求得。总退刀量Δi与Δk值的设定与工件的切削深度有关。

使用固定外形切削复合循环指令，首先要确定换刀点、循环点A、切削始点A'和切削终点B的坐标位置。分析: A点为循环点，A'→B是工件的轮廓线，A→A'→B为刀具的精加工路线。粗加工时刀具从A点后退至D点，后退间隔分别为Δi+Δu/2和Δk+Δw，这样粗加工循环之后自动留出精加工余量Δu/2、Δw。

顺序号ns至nf之间的程序段描述刀具切削加工的路线。

4) 注意事项

(1) G73指令只适合于已经初步成形的毛坯粗加工。对于不具备类似成形条件的工件，如果采用G73指令编程加工，则反而会增加刀具切削时的空行程，而且不便于计算粗车余量。

(2) “ns”程序段允许有X、Z方向的移动。

3. 端面钻孔复合循环指令 (G74)

1) 指令格式

G74 R(e);

G74 X(U) Z(W) P(Δi)Q(Δk)R(Δd)F(f);

2) 指令功能

G74指令适合孔的加工，如图1-4-11所示。

3) 指令说明

e——退刀量;

X——B点的X坐标值;

U——由A至B的增量坐标值;

Z——C点的Z坐标值;

W——由A至C的增量坐标值;

Δi——X轴方向移动量，无正负号;

ΔK——Z轴方向移动量，无正负号;

Δd——在切削底部刀具退回量;

F——进给量。

图1-4-11 端面钻孔复合循环

4. 外圆切槽复合循环 (G75)

1) 指令格式

G75 R(e);

G75 X(U)Z(W)P(Δi)Q(Δk)R(Δd)F(f);

2) 指令功能

用于端面断续切削，走刀路线如图1-4-12所示。如把Z(W) 和Q、R值省略，则可用于外圆槽的断续切削。

图1-4-12 外圆切槽复合循环

3) 指令说明

e——退刀量;

X——C点的X坐标值;

U——由A点至C点的增量坐标值;

Z——B点的Z坐标值;

W——由A点至B点的增量坐标值;

其他各符号的意义与G74相同。

应用外圆切槽复合循环指令，如果使用的刀具为切槽刀，则该刀具有两个刀尖，设定左刀尖为该刀具的刀位点，在编程之前先要设定刀具的循环起点A和目标点D，如果工件槽宽大于切槽刀的刃宽，则要考虑刀刃轨迹的重叠量，使刀具在Z轴方向位移量Δk小于切槽刀的刃宽，切槽刀的刃宽与刀尖位移量Δk之差为刀刃轨迹的重叠量。

三、方案设计

(一) 分析零件图

如图1-4-4所示的内轮廓零件，内孔处加工精度较高，其材料为45号钢。选择毛坯尺寸为φ50mm×200mm的棒料。

(二) 制定加工方案

如图1-4-4所示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。以零件右端面中心为工件坐标系原点，设定工件坐标系。

零件的加工路线如下:

(1) 用中心钻钻孔 (手动加工)。

(2) 用φ10mm的钻头钻孔 (手动加工)。

(3) 粗车外轮廓。

(4) 精车外轮廓。

(5) 粗镗内轮廓。

(6) 精镗内轮廓。

(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150mm左右，并找正夹紧。

(四) 刀具的选择

1号刀具为90°外圆车刀，用于粗加工和精加工外轮廓; 3号刀具为镗刀，用于粗车和精车内轮廓。

(五) 切削用量的选择

1号刀具: 粗车时主轴转速为n=800r/min，粗车进给量为f=0.25mm/r; 精车时主轴转速为n=1000r/min，精车进给量为f=0.15mm/r。

3号刀具: 粗镗内轮廓主轴转速为n=700r/min，进给量为f=0.2mm/r; 精镗内轮廓主轴转速为n=900r/min，进给量为f=0.1mm/r。

四、任务实施

(一) 编写零件的加工程序

程序如下:

O3044

N10 G99;

N20 T0101;

N30 M03 S800;

N40 G00 X52 Z3 M08;

N50 G71 U2 R1;

N60 G71 P70 Q80 U0.5 W0.1 F0.25;

N70 G00 X45;

N80 G01 X45 Z-72 F0.15;

N90 G00 X100 Z100 M05;

N100 M03 S1000 F0.15;

N110 G00 X52 Z3;

N120 G70 P70 Q80;

N130 G00 X100 Z100 T0100;

N140 T0303;

N150 M03 S700;

N160 G00 X8 Z3;

N170 G71 U1 R0.5;

N180 G71 P190 Q250 U-0.2 W0.5 F0.2;

N190 G00 X38;

N200 G01 X38 ZOF0.1;

N210 Z-20;

N220 X30 Z-30;

N230 Z-42;

N240 G02 X20 Z-47 R5;

N250 G01 X20 Z-72;

N260 G00 X100 Z100 M05;

N270 M03 S900 F0.1;

N280 G00 X8Z3;

N290 G70 P190 Q250;

N300 G00 X100 Z100 T0300;

N310 M09;

N320 M05;

N330 M30;

M30;

(二) 注意事项

(1) 加工前检查镗孔刀是否干涉。

(2) 注意冷却液浇注要充足。

(3) 车端面、钻中心孔和钻孔如采用手动方式加工，则可不编写程序。

(4) 镗刀杆伸出长度应尽可能缩短。如刀杆伸出过长，则会降低刀杆的刚性，容易引起振动和让刀现象。因此，刀杆伸出长度只要略大于孔深即可。

五、任务考核 (见表1-4-3)

表1-4-3 任务考核

六、拓展练习

(1) 试分析如图1-4-13所示零件图，完成零件的加工工艺分析、程序的编制，并完成零件的加工。

图1-4-13 拓展练习