模具零件的数控车削加工程序编制实例

2.4.4　模具零件的数控车削加工程序编制实例

1．模件芯轴的数控车削加工程序的编制

【实例2-4】模件芯轴的数控车削加工程序设计。

如图2-103所示的型芯轴采用Φ45圆钢棒料进行车削加工，其数控车削加工程序的编制设计如下：

图2-103　芯轴车削综合练习图样1

模具芯轴的数控加工程序设计包括零件工艺分析、数控加工工艺过程设计、数控加工工序设计和数控加工程序的编写四个过程。

（1）模具芯轴的零件工艺分析

如图2-98所示工件的主要结构包括Φ42圆柱、Φ32圆锥、3×2空刀槽和M24×1.5螺纹四个主要部分，其中工艺难度主要有Φ32圆锥和M24×1.5螺纹两个部位，整个零件的各部分加工精度要求并不太高，主要是Φ32锥度比较难控制，另外，R5的圆角过渡也不易在普通车床上合格地加工出，所以采用数控车床来加工。1∶5锥度和M24×1.5螺纹在数控车床上加工还是很容易控制的。

（2）芯轴车削加工工艺过程设计

本工件采用简易前置刀架数控车床进行加工。

工件的数控车削加工分为以下5个主要加工步骤：

第一步：外圆的粗车，采用01号外圆粗车刀；

第二步：精车外圆，采用02号外圆精车刀；

第三步：挖槽，采用03号3mm切断刀；

第四步：螺纹车削，采用04号螺纹精车刀；

第五步：切断，采用03号切断刀。

以上5个车削步骤集中在数控车床上一次安装完成。

（3）数控车削加工工序、工步设计

① 外圆的粗切工序设计：在外圆切削中，最小直径为Φ24mm，主要走刀发生在纵向方向上，这里可以采用外圆粗切循环切削来自动进行粗切加工，为减少程序编制工作量，这里采用G71、G70粗、精切复合循环。粗切刀负责外圆Φ24、圆锥Φ32、R5 过渡圆弧、Φ42mm圆柱等部位的粗切加工。

G71粗切循环时的工艺参数如下：粗切背吃刀量每次为2.5mm，让刀回退量为0.5mm，进给量F取0.20mm/r，主轴转速S取800r/min。

② 精切G70工艺参数：精切余量两个方向均取0.5mm，主轴转速S取1200r/min，进给量F可取0.05mm/r。

为了落实精切刀尖的走刀路线，需要求出Φ32圆锥小端的直径d，小端直径d可根据锥度C公式来计算。

由于锥度为：

式中，C：圆锥的锥度；D：圆锥大径；d：圆锥小径；L：圆锥长度。

故有：

③ 3×2退刀槽加工：采用宽度3mm的切断刀进行加工，主轴转速S取1000r/min，进给量0.10mm/r。

④ M24×1.5螺纹切削：采用G92螺纹切削循环来加工，循环参数设定如下：

主轴转速：600r/min；

螺纹切入长度4mm；

螺纹导程F：1.5mm；

螺纹牙深：0.649×1.5=0.974 mm；

切削次数：分4次切削，每次的切深及背吃刀量（直径量）分别为：

第一刀切深0.4，直径量0.8；

第二刀切深0.3，直径量0.6；

第三刀切深0.2，直径量0.4；

第四刀切深0.075，直径量0.15。

⑤ 数控车削循环工艺参数卡如表2-4所示。

表2-4　数控车削加工工序卡

（4）数控车削加工程序

2．典型轴类零件的数控加工程序编制

【实例2-5】典型零件的数控车削加工程序设计。

如图2-104所示为典型轴类零件，其数控车削加工程序编制过程如下：

图2-104　数控车削加工典型轴类零件

（1）零件数控车削加工工艺分析

零件结构由圆柱、圆锥、球面、空刀槽、螺纹等所组成，工艺要点主要是两处圆弧球面和M20×2螺纹。为此选择在数控车床上进行加工，可以满足加工精度的要求。

（2）数控车削加工工艺过程设计

本工件的加工采用一次装夹，完成工件的全部车削加工，以简化工艺，并保证各部结构的同轴度公差要求。

整个工件的车削加工经过外圆粗切、外圆精切、挖空刀、螺纹车削四个主要的加工步骤，分别采用四把刀具。

外圆的粗切和精切采用复合循环车削加工，几处C1倒角均在精加工中一次切出。

如图2-104所示，本工件采用全功能型后置刀架数控车床进行加工。

工件的数控车削加工分为以下5个主要加工步骤：

第一步：外圆的粗车，采用01号外圆粗车刀；

第二步：精车外圆，采用02号外圆精车刀；

第三步：挖槽，采用03号3mm切断刀；

第四步：螺纹车削，采用04号螺纹精车刀；

第五步：切断，采用03号切断刀。

以上5个车削步骤集中在数控车床上一次安装完成。

（3）数控车削加工工序、工步设计

① 外圆的粗切工序设计　外圆的加工采用G71、G70粗、精切复合循环来自动进行粗切加工，粗切刀负责除了空刀、螺纹和C1倒角以外的所有结构的粗切加工。

G71粗切循环时的工艺参数如下：粗切背吃刀量每次为2.5mm，让刀回退量为0.5mm，进给量F取0.20mm/r，主轴转速S取1000r/min。

② 精切G70工艺参数　精切余量两个方向均取0.5mm，主轴转速S取1200r/min，进给量F可取0.05mm/r。

整个精切走刀路线编程条件满足要求，可以根据图样尺寸直接描述出工件的精加工轮廓。

③ 3×2退刀槽加工　空刀槽采用宽度3mm的切断刀进行加工，主轴转速S取1500r/min，进给量0.10mm/r。

④ M20×2螺纹切削　采用G92螺纹切削循环来加工，循环参数设定如下：

主轴转速：600r/min；

螺纹切入长度：4mm；

螺纹导程：2mm；

螺纹牙深：0.649×2=1.299 mm；

切削次数：分5次切削；

每次的切深及背吃刀量（直径量）分别为：

第一刀切深0.45，直径量0.9；

第二刀切深0.3，直径量0.6；

第三刀切深0.3，直径量0.6；

第四刀切深0.2，直径量0.4；

第五刀切深0.05，直径量0.10。

⑤ 数控车削循环工艺参数卡如表2-5所示。

表2-5　数控车削加工工序卡

（4）数控车削加工程序

3．套类零件加工程序编制

【实例2-6】典型套类零件的数控车削加工程序设计。

如图2-105所示为典型套类零件，材料采用φ50棒料，45钢。其数控车削加工程序的编制过程如下：

（1）零件数控车削加工工艺分析

零件的工艺结构为复杂曲面薄壁套类，零件几何形状结构由外球面、内圆锥面、内圆空刀、精密内孔等所组成，工艺要点主要是R40的外球面、1∶5内圆锥和φ30内孔。为此选择在数控车床上进行加工，比较容易满足加工精度的要求。

考虑到工件左边的R5外圆弧普通外圆车刀难以对其加工，所以，采用30°尖角右偏车刀对R5圆弧和左侧的C2倒角进行加工。

（2）数控车削加工工艺过程设计

本工件的加工采用一次装夹，完成工件的全部车削加工，以保证各部结构的同轴度公差要求。

整个工件的车削加工经过外圆及R40球面的粗切；外圆及球面精切；R5圆弧Φ35外圆柱和C2倒角的粗切；钻内孔；内孔圆锥和圆柱的粗切、精切复合循环；挖内空刀槽；最后切断共8个主要的加工步骤，分别采用了8把刀具。

工件的外圆和球面的加工余量不大，分别采用粗切刀和精切刀加工；内孔的镗削余量较大，在用φ20麻花钻打孔后，采用G71粗切和G70精切复合循环；最后挖空刀槽和切断。

如图2-105所示，本工件采用全功能型后置刀架数控车床进行加工。

图2-105　球面锥套的数控车削加工编程图样3

（3）数控车削加工工序、工步设计

① 外圆及球面的粗切加工　外圆和球面的粗切加工采用01号外圆车刀，分别加工前端面、C2倒角、φ46外圆柱、R40球面。

外圆粗切工艺参数如下：粗切采用一次走刀，各个部位的切深都不大，进给量F取0.20mm/r，主轴转速S取600r/min。

② 外圆精切工艺参数　外圆的精切采用02号精切刀；精切余量取1mm，主轴转速S 取1000r/min，进给量F可取0.05mm/r。

整个精切走刀路线编程条件满足要求，可以根据图样尺寸直接描述出工件的精加工轮廓。

③ 换30°尖角右偏刀切R5左圆弧 利用03号30°尖刀加工左侧的φ45外圆柱、R5过渡圆弧、Φ35外圆柱和C2倒角。

03号刀的工艺参数如下：粗切进给量F取0.20mm/r，主轴转速S取600r/min。精切F 取0.05mm/r，主轴转速S取1000r/min。

④ 钻孔 用04号刀具φ20mm麻花钻打孔，主轴转速S取1200r/min，进给量F取0.20mm/r。

⑤ G71粗切循环　G71粗切循环采用05号内孔粗镗刀，加工φ38锥孔和φ30内圆柱孔。工艺参数为：每次背吃刀量2.5mm，后退让刀量0.5mm，主轴转速S：800r/min，进给量F：0.20mm/r。

⑥ 内孔精切G70　内孔的精切G70采用06号精镗刀具。其工艺参数如下：精切余量两个方向均取0.5mm，主轴转速S取1000r/min，进给量F可取0.05mm/r。

考虑到精镗刀在孔内的走刀路线中涉及1∶5锥度的锥孔与后面的Φ30圆柱孔间的路线转换，需要对移动路线中的节点b的位置进行计算确定。

由锥度公式（2-6）我们有如下关系：

所以，d点的Z坐标位置应该在−40.0mm处。

⑦ 挖φ33内空刀槽φ33内空槽刀采用07号内槽刀具加工，切削参数为：主轴转速S取800r/min，径向进给量0.10mm/r。

⑧ 切断工件　工件的最后切断采用08号切断刀，主轴转速1000r/min，进给量F取0.10mm/r。

⑨ 数控车削循环工艺参数卡如表2-6所示。

表2-6　球面锥套的数控车削加工工序卡

（4）数控车削加工程序