车削中心编程与加工.docx

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车削中心编程与加工

项目24车削中心编程与加工

24.1任务描述

加工如图24-1所示零件，毛坯为￠52mm棒料，材料为45钢，单件生产。

24.2知识

24.2.1车削中心简介

1.车削中心概念

车削中心是一种以车削加工模式为主、添加铣削动力刀头后又可进行铣削加工模式的车-铣合一的切削加工机床类型。

2.车削中心特点

①有一套自动换刀装置，实现多工序连续加工，在一台加工中心上实现原来多台数控机床才能实现的加工功能。

②具有附加动力刀架和主轴分度机构，除车削外还可以在零件外表面和端面上铣平面、凸轮、各种键槽、螺旋槽或钻、铰、攻丝等加工。

3.车削中心工艺围

车削中心比数控车床工艺围宽，工件一次安装，几乎能完成所有表面的加工。

在车削中心上对工件的加工一般分为三种情况：

①一种是主轴分度定位后固定，对工件进行钻、铣、攻螺纹等加工。

②一种是主轴运动作为一个控制轴（C轴），C轴运动和X、Z轴运动合成为进给运动，即三坐标联动，铣刀在工件表面上铣削各种形状的沟槽、凸台、平面等。

③另一种是利用Y轴功能，X、Y轴协调运动，控制刀具沿工件径向方向移动，相当于铣削加工。

4.车削中心的C轴功能

机床主轴旋转除作为车削的主运动外，还可作分度运动，即定向停车和圆周进给，并在数控装置的伺服控制下，实现C轴与Z轴联动，或C轴与X轴联动，以进行圆柱面上或端面上任意部位的钻削、铣削、攻螺纹及平面或曲面铣削加工。

图24-2为车削中心C轴功能示意图。

24.2.2车削中心编程指令

1.极坐标插补功能

极坐标插补功能是将轮廓控制由直角坐标系中编程的指令转换成一个直线轴运动（刀具的运动）和一个回转轴的运动（工件的回转）。

这种方法适应于在与Z轴垂直的切削平面上进行加工切削加工。

1）指令格式

指令格式：

G12.1；启动极坐标插补方式（使极坐标插补功能有效）

…

…

G13.1；极坐标插补方式取消

注：

可用G112和G113指令分别替代G12.1和G13.1。

2）极坐标插补平面

G12.1启动极坐标插补方式，并选择一个极坐标插补平面，极坐标插补在该平面上完成。

极坐标插补平面通常如图24-3所示，X轴为直线轴（直径量），C轴为旋转轴（半径量）。

在编程中X轴增量值用U地址，C轴增量值用H地址表示。

图24-3极坐标插补平面

3）极坐标插补的移动距离和进给速度

在极坐标插补方式，程序指令是在极坐标平面用直角坐标指令的。

回转轴的轴地址作为平面中的第二轴（虚拟轴）的地址。

当指令G12.1后，极坐标插补的刀具位置从角度0°开始。

虚拟轴与直线轴坐标单位相同，即mm；进给速度的单位是mm/min。

4）使用时注意事项

①可以在极坐标插补方式下使用的G代码有：

G01、G02、G03、G04、G40、G41、G42、G65、G66、G67、G98、G99。

②在极坐标插补方式下使用G02、G03时，圆弧半径用R指令；当指定圆弧的圆心时，用I、J指令。

③F指令的进给速度是零件和刀具间的相对速度。

④极坐标插补单独使用。

⑤在机床上电复位时，为极坐标插补方式取消模式。

【例24-1】在车削中心上，将圆棒料铣削成如图所示的形，铣削深度为5mm（走刀路线见图24-4）。

图24-4极坐标插补铣形

参考程序（以工件右端面与轴线的交点为程序原点建立工件坐标系）：

O2401程序号

N10T0101选择1号刀，建立刀补

N20M70C轴功能有效

N30G28C0C轴回零

N40M93S300动力头正转

N50G98G00X70Z5快速定位至1点

N60G12.1极坐标插补开始

N70G42G01X30C0F100建立刀具半径补偿，1点→2点

N80G01C152点→3点

N90X-303点→4点

N100C-154点→5点

N110X305点→6点

N120C06点→2点

N130G40X70取消刀具半径补偿，2点→1点

N140G00Z50Z向退刀

N150G13.1取消极坐标插补

N160M95停止动力头

N170M12动力头回零

N180M71取消C轴功能

N190T0100取消1号刀刀补

2.孔加工固定循环指令

1）常用孔加工固定循环指令

在车削中心上常用孔加工固定循环指令见表24-1。

表24-1孔加工固定循环指令

G代码

钻孔轴

切入动作

孔底动作

回退动作（正向）

应用

G80

取消固定循环

G83

Z

切削进给/断续

暂停

快速进给

端面钻孔循环

G84

Z

切削进给

暂停→主轴反转

切削进给

端面攻螺纹循环

G85

Z

切削进给

暂停

切削进给

端面镗孔循环

G87

X

切削进给/断续

暂停

快速进给

径向钻孔循环

G88

X

切削进给

暂停→主轴反转反转

切削进给

径向攻螺纹循环

G89

X

切削进给

暂停

切削进给

径向镗孔循环

2）孔加工固定循环动作

如图24-5所示，固定循环通常由6个动作顺序组成：

动作1（AB段）：

XY平面快速定位；

动作2（BR段）：

Z向快速进给到R点；

动作3（RZ段）：

Z轴切削进给，进行孔加工；

动作4（Z点）：

孔底部的动作；

动作5（ZR段）：

Z轴退刀；

动作6（RB段）：

Z轴快速回到起始位置。

图24-5固定循环动作

3）端面钻孔循环指令G83

指令格式：

G83X＿C＿Z＿R＿Q＿P＿F＿

式中：

X、C─孔位数据。

Z─孔底数据，R点到孔底的距离。

R─R点数据，初始平面到R点的距离。

Q─每次切削进给的深度，μm。

P─孔底暂停时间。

F─进给速度（mm/min）。

4）径向钻孔循环指令G87

指令格式：

G87Z＿C＿X＿R＿Q＿P＿F＿

式中：

Z、C─孔位数据。

X─孔底数据,R点到孔底的距离。

R─R点数据，初始平面到R点的距离。

Q─每次切削进给的深度，μm。

P─孔底暂停时间。

F─进给速度（mm/min）。

5）钻孔循环的注意事项

（1）指定固定循环之前，必须用辅助功能（M指令）使主轴旋转。

（2）在每个固定循环中，R（初始平面到R点的距离）总是半径量。

Z或X（R点到孔底的距离）是作为直径量还是半径量，取决于数控机床的设置。

（3）可用01组G代码取消固定循环，当01组G代码如GOO、G01、G02、G03等与固定循环指令出现在同一程序段时，按后出现的指令执行。

【例24-2】在车削中心上，加工如图24-6所示四个轴向均匀分布的孔。

图24-6端面钻孔

参考程序（以工件右端面与轴线的交点为程序原点建立工件坐标系）：

O2402程序名

N10T0101选择1号刀，建立刀补

N20M70C轴功能有效

N30G28C0C轴回零

N40M93S500动力头正转

N50G98G00X100Z15快速定位至钻孔初始平面

N60G83X40C0Z-26R-12Q5000F50钻第一个孔，R平面距离初始平面为12mm

N70C90Q5000主轴旋转90°，钻第二个孔

N80C180Q5000主轴再旋转90°，钻第三个孔

N90C270Q5000主轴再旋转90°，钻第四个孔

N100G80G00Z50取消钻孔循环

N110M95停止动力头

N120M12动力头回零

N130M71取消C轴功能

N140T0100取消1号刀刀补

N150M30程序结束

24.3任务实施

24.3.1加工工艺的确定

1.分析零件图样

如图24-1所示，该零件为一轴类零件，包括回转体外轮廓、端面六方、端面孔的加工。

结合零件形状，采用车削中心加工该零件。

2.工艺分析

1）加工方案的确定

根据零件表面的粗糙度值Ra3.2μm的加工要求，确定各表面的加工方案如下：

回转体外轮廓：

粗车→精车；

端面六方：

粗铣→精车铣；

端面孔：

钻-扩。

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

加工工艺见表24-2。

表24-2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1：

夹住棒料一头，留出长度大约70mm，车端面（手动操作），对刀，调用程序

1

粗车回转体外轮廓

T0101

500

0.2

0.7

2

精车回转体外轮廓

T0101

800

0.1

0.3

3

粗铣端面六方

T0202

400

0.15

5

4

精铣端面六方

T0202

400

0.1

5

5

钻孔

T0303

500

0.15

3.8

6

扩孔

T0404

600

0.1

0.2

7

切断

T0505

600

0.1

4

装夹2：

掉头，平端面，保证总长。

4）进给路线的确定

铣端面六方的走刀路线如图24-7所示，其余表面加工走刀路线略。

图24-7铣端面六方的走刀路线

图24-7中各点坐标如表24-3所示。

表24-3铣端面六方的基点坐标

1

（75.258,0）

2

（65.258,-10）

3

（45.358，0）

4

（41.34，7.5）

5

（33.66，14.151）

6

（7.68，21.651）

7

（-7.68，21.651）

8

（-33.66，14.151）

9

（-41.34，7.5）

10

（-41.34，-7.5）

11

（-33.66，-14.151）

12

（-7.68，-21.651）

13

（7.68，-21.651）

14

（33.66，-14.151）

15

（41.34，-7.5）

16

（65.258,10）

3.刀具及切削参数的确定

刀具及切削参数的确定见表20-4。

表20-4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

数量

加工表面

备注

1

T0101

95°右偏外圆刀

0.8

1

回转体外轮廓

硬质合金

2

T0202

￠16立铣刀（3齿）

0.4

端面六方

高速钢

3

T0303

￠7.6钻头

钻￠7.6底孔

高速钢

4

T0404

￠8钻头

扩￠8孔

高速钢

5

T0505

切断刀（B=4）

切断

硬质合金

24.3.2参考程序编制

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20-5。

表20-5参考程序

主程序

程序

说明

O2403

主程序名

N10

T0101

选择1号刀，建立刀补

N20

M03S500

启动主轴

N30

G00X60Z5

快进至进刀点

N40

X53Z1

快进至G71复合循环起点

N50

G71U1R1

G71循环粗加工回转体外轮廓

N60

G71P70Q120U0.6W0.1F0.2

N70

G00X45Z1

径向进刀

N80

G01Z-5

车￠45外圆

N90

X46

车台阶

N100

G03X50Z-7R2

车R2圆弧

N110

G01Z-45

车￠50外圆

N120

X53

径向退刀

N130

G70P70Q120F0.1S800

G70循环精加工回转体外轮廓，主轴变速

N140

G00X100

X向快速退刀

N150

G00Z100M05

Z向快速退刀，停主轴

N160

T0100

取消1号刀刀补

N170

M98P2413

调子程序O2413粗铣端面六方

N180

M00

测量，修改3号刀半径补偿值，修调进给倍率

N190

M98P2413

调子程序O2413精铣端面六方

N200

T0303

选择3号刀（￠7.6钻头），建立刀补

N210

M70

C轴功能有效

N220

G28C0

C轴回零

N230

M93S600

动力头正转

N240

G98G00X80Z10

快速定位至钻孔初始平面

N250

G83X30C0Z-16R-7Q5000F70

钻出6个￠7.6的孔

N260

C60Q5000

N270

C120Q5000

N280

C180Q5000

N290

C240Q5000

N300

C300Q5000

N310

G80G00Z50

取消钻孔循环

N320

M95

停止动力头

N330

M12

动力头回零

N340

M71

取消C轴功能

N350

T0300

取消3号刀刀补

N360

T0404

选择4号刀（￠8钻头），建立刀补

N370

M70

C轴功能有效

N380

G28C0

C轴回零

N390

M93S800

动力头正转

N400

G98G00X80Z10

快速定位至钻孔初始平面

N410

G83X30C0Z-16R-7Q5000F60

扩出6个￠8的孔

N420

C60Q5000

N430

C120Q5000

N440

C180Q5000

N450

C240Q5000

N460

C300Q5000

N470

G80G00Z50

取消钻孔循环

N480

M95

停止动力头

N490

M12

动力头回零

N500

M71

取消C轴功能

N510

T0400

取消4号刀刀补

N520

T0505

选择5号刀，建立刀补（左刀尖为刀位点）

N530

M03S600

启动主轴

N540

G00X55Z5

快进至进刀点

N550

Z-44.4

快进至切断起点，总长留0.4余量

N560

G01X50.2F0.5

径向接近工件

N570

X0F0.1

切断工件

N580

G00X100

X向快速退刀

N590

Z100M05

Z向快速退刀，返回换刀点，停主轴

N600

T0500

取消3号刀刀补

N610

M30

程序结束

子程序

程序

说明

N10

O2413

子程序名

N20

T0202

选择2号刀，建立刀补（铣刀端面中心为刀位点）

N30

M70

C轴功能有效

N40

G28C0

快进至进刀点

N50

M93S400

动力头正转

N60

G98G00X80Z5

快速定位至进刀点

N70

G12.1

极坐标插补开始

N80

G00X75.258C0

到1点（见图24-7）

N90

G42G00X65.258C-10

1点→2点，建立刀具半径补偿

N100

G02X45.258C0R10F60

2点→3点

N110

G03X41.34C7.5R15

3点→4点

N120

G01X33.66C14.151

4点→5点

N130

G03X7.58C21.651R15

5点→6点

N140

G01X-7.68C21.651

6点→7点

N150

G03X-33.66C14.151R15

7点→8点

N160

G01X-41.34C7.5

8点→9点

N170

G03X-41.34C-7.5R15

9点→10点

N180

G01X-33.66C-14.151

10点→11点

N190

G03X-7.68C-21.651R15

11点→12点

N200

G01X7.68C-21.651

12点→13点

N210

G03X33.66C-14.151R15

13点→14点

N220

G01X41.34C-7.5

14点→15点

N230

G03X45.258C0R15

15点→3点

N240

G02X65.258C10R10

3点→16点

N250

G40G00X75.258C0

16点→1点，取消刀具半径补偿

N260

Z50

Z向退刀

N270

G13.1

取消极坐标插补

N280

M95

停止动力头

N290

M12

动力头回零

N300

M71

取消C轴功能

N310

T0700

取消3号刀刀补

N320

M99

子程序结束

思考题与习题

24-8在车削中心上，加工如图24-8所示四个轴向均匀分布的孔。

图24-8

24-2完成如图24-9所示零件的加工。

按单件生产安排其数控车削工艺，编写出加工程序。

毛坯为￠70mm棒料，材料为45钢。

图6-4孔加工练习

图24-9