数控实训指导书二 一般轴类零件的加工.docx
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数控实训指导书二一般轴类零件的加工
项目二一般轴类零件的加工
轴是各种机器中最常见的零件种类之一。
轴类工件一般由圆柱面、阶台、沟槽等构成，车削轴类零件时除了要保证图样上标注的尺寸和表面粗糙度外，一身还要设法保证零件要求的形状和位置精度。
任务1外圆、端面、台阶的加工
一、实训的目的
1、掌握外圆与端面车刀的几何角度和切削用量参数的选择。
2、合理组织工作位置，注意操作姿势，养成良好的操作习惯。
3、掌握车削外圆、端面、台阶的程序编制、熟练掌握指令GOO、G01、G90格式、含义及使用方法。
4、按图完成工件的外圆面、端面、台阶车削加工，并理解粗车与精车的概念。
5、掌握在数控车床加工零件、控制尺寸方法及切削用量的选择。
6、通过对工件的外圆、端面、台阶进行车削加工，使学生掌握在数控车床上加工零件的基本方法。
二、实训指导
（一）、刀具安装要求
1、车刀装夹时，刀尖必须严格对准工件旋转中心，过高或过低都造成刀尖碎裂。
2、安装时刀头伸出长度约刀杆厚度的1～1.5倍。
（二）、编程知识
1、熟悉掌握G00、G01、G90等指令的格式、含义及使用方法。
（1）、快速定位指令G00。
指令格式：
G00Ｘ（Ｕ）Ｚ（Ｗ）;
说明：
G00指令使刀具以快速移动速度移动到指定位置。
其中Ｘ（Ｕ）Ｚ（Ｗ）为指定点坐标值
在Ｇ００中同时指令X、Z轴时，X、Z轴按向各自的最高速度及加速度同时独立运行，互不影响。
任何一轴到位自动停止运行，另一轴继续移动直到指令位置。
如换刀及刀补指令与G00指令在同一程序段中时，刀补值与G00的移动值合并执行，以提高工作效率，故当有换刀及刀补时尽量与G00指令同处一程序段。
G00指令可以单独定义X或Z轴。
（2）、直线插补指令G01
指令格式:
Ｇ０１Ｘ（Ｕ）Ｚ（Ｗ）Ｆ；
G01指令使刀具按设定速度沿当前点到X（U）,Z（W）指定点的连线同时到达指定的终点位置.
其中Ｘ（Ｕ）Ｚ（Ｗ）为指定的终点坐标。
F-进给速度．单位：
ｍｍ／min
G01指令也可以单独定义X或Z轴的运动。
G01指令的移动速度由F指定的值设定并受进给倍率控制,F值也是模态值,不改变时可以省略。
实际进给速度=F×进给倍率
G01指令是模态指令，下段相同时可省略
G01可写成G1,G1与G01等效
（3）、G90—内外圆柱面（锥面）切削循环
指令格式：
Ｇ９０Ｘ（Ｕ）Ｚ（Ｗ）ＲＦ；
其中：
X（U）Z（W）—柱（锥）面终点位置，两轴坐标必须齐备，相对坐标不能为零。
R—循环起点与循环终点的直径之差。
省略R为轴面切削。
F—切削速度。
G90循环执行过程：
（图2.1）
1．X轴从A点快速移动到B点。
2．X、Z轴以F速度从B点切削到C点。
（无R时X轴不移动）
3．X轴以F速度从C切削到D点。
4．Z轴从D点快速移动到A点。
G90循环结束后刀具仍在循环起始点。
如仅重新定义终点的X坐标，（或相对坐标U）则循环按新的X（U）坐标值重复上述循环过程。
使用相对坐标时，U的符号由A到B的X方向确定。
W的符号由B到C的Z方向确定。
锥面切削循环时，R的符号由C到B的X方向确定。
图2.1
注1：
内、外圆加工及切削进给方向由循环开始的位置与指令中的X、Z坐标值自动确定。
注2：
单程序段运行时，每按一次键，执行一个循环步聚。
运行中单段停止时在每一个步骤的终点停止。
注3：
若循环结束后的下一段指令不是单独的X轴或Z轴上的移动指令而是其他的G、M指令,则循环自动结束.
注4:
其它单一固定循环的注意事项与Ｇ９０循环前三项相同。
注5：
在执行G90循环时，如果有锥度（即R≠0时），G90、X、Z、R均不可省略。
2、辅助指令S、M、T的功能及运用。
（1）主轴转速功能S。
通过地址符S和其后的数据把代码信号送给机床,用于控制机床的主轴转速。
又称为S功能或S指令，后续数字用于指定主轴转速。
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指令来指定车削加工的线速度。
单位为m/min。
（2）刀具功能T。
刀具功能又称T功能。
加工一个工件常常需要几把不同的刀具，本系统可控4～8工位电机刀架（1～4号刀位信号直接输入，5～8号刀位信号采用编码信号输入）。
由于安装误差或磨损，每把刀处于切削位置时的位置均不相同。
为了编程不受上述因素的影响，设置了换刀及刀具补偿功能。
指令格式：
Ｔａｂ
其中：
a表示需要的刀具号范围为０－４。
a为0时表示不换刀只进行刀具补偿。
１－４
对应四工位电动刀架上的四把刀。
（使用六或八工位刀架时为１—６或１—８号刀）；
b表示刀具补偿的数据的编号。
1－8对应刀偏参数中的8组刀偏的组号。
（9号刀偏表示X、Z轴回机械原点后的坐标值）。
（3）辅助功能M。
Ｍ功能主要用来控制机床的某些动作的开和关以及加工程序的运行顺序，Ｍ功能由地址符Ｍ后跟两位整数构成，用于指定数控车床辅助装置的开关动作，常用M功能代码如下：
序号
代码
功能
序号
代码
功能
1
M00
程序停止
7
M08
切削液开
2
M01
选择停止
8
M09
切削液关
3
M02
程序结束
9
M30
程序结束并返回程序开始
4
M03
主轴正转
10
M98
调用子程序
5
M04
主轴反转
11
M99
返回子程序
6
M05
主轴停止
表2.1
（三）、粗车、精车的概念
1、粗车：
粗车时力求以最短的时间把工件余量车掉，对切削表面没有严格的要求，只需留一定的精车余量即可。
加工时切削力大，进给速度快，主轴转速不宜太快。
2、精车：
精车是车削加工过程中最后一道工序，要求工件加工后获得准确的尺寸和规定的表面粗焅度，因此，精加工时刀具较锋利，主轴转速高，切削速度快。
三、操作练习
练习一外圆端面台阶的加工（图2.2）
图2.2
（一）、工艺分析
加工零件如图2.2，毛坯外径Φ40编制数控加工程序并加工出零件。
工件是典型的轴类零件，材料为45#钢，无热处理和硬度要求，对零件进行工艺分析。
1、零件图的分析
该零件由圆柱、圆锥表面组成，其中两个直径尺寸有严格的尺寸精度和表面粗糙度要求；尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
通过上述分析，可以采取以下几点工艺措施。
（1）对图样上给定的两个精度要求较高的尺寸。
因其公差较小，编程时不必取平均值，全部取基本尺寸。
（2）通过图样分析，加工时一次装夹，从右到左进行完成加工。
2.设备的选择
根据加工工件的形状尺寸及材料情况，选用CJK6136数控车床。
3.定位基准和装夹方式
（1）定位基准坯料轴线和左端面（设计基准）为定位基准。
（2）装夹方式采用三爪自定心卡盘定心夹紧。
4.确定加工顺序及进给路线
加工顺序由粗到精，由近到远（由右到左）的原则确定。
即先从右到左进行粗车加工（x方向留0.5mm精车余量），然后从右到左根据工件的轮廓进行精车加工。
5.刀具的选择
粗车，精车及平端面采用90度的硬质合金外圆车刀。
6.切削用量的选择
根据被加工表面质量的要求、刀具材料和工件材料的要求，参考切削用量手册和相关资料选取切削速度和进给量，然后利用公式
计算主轴转速和进给速度。
背吃刀量的选择，因粗、精加工不同。
粗车时在机床刚性及刀具允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，减小进给次数；精车是为保证表面粗糙度，背吃刀量一般选0.2-0.5mm为宜。
刀具及切削参数如下：
序号
加工面
刀具号
刀具规格
主轴转速V/（r/min）
进给速度V/（mm/min）
类型
材料
1
端面
T1
90°外圆车刀
硬质合金
500
50
2
外圆粗车
T1
90°外圆车刀
500
100
3
外圆精车
T2
90°外圆车刀
1000
50
表2.2
（二）、程序编制
%01程序01
G00X100Z100设参考点
M03T11S1开主轴、调1#刀、低速档
G00X45Z0.2定位（粗车端面）
G01X0F50车端面
G00X45Z2退刀并至循环起点
G90X38.5Z-30F100粗车外圆循环
G90X33.5Z-10
X30.5
G00X33.5Z-9.5定位
G01X38.5Z-20F100粗车圆锥
G00X100Z100回参考点
T22S2换2#刀、高速档
G00X32Z0定位
G01X0F50精车端面
G00X30Z2退刀
G01Z-10F50精车外圆
X33车台阶
X38Z-20车锥体
Z-30车外圆
G00X100Z100退刀
M30T10程序结速、换1#刀取消刀补
四、注意事项
1、加工工件时，刀具和工件必须加紧，否则会发生故障。
2、编程时X方向的坐标值应是直径方向的尺寸。
3、编程时要注意避免出现因长度超越而引起刀具与卡盘碰撞的现象。
4、在加工中出现尺寸精度不合格时，可以修改程序或刀具补偿量来提高精度。
5、指导教师要操作演示机床的正常启动，工件及刀具的安装、程序的输入、对刀操作、工
件试切、示范精度检验方法等。
6、指导教师要巡回指导。
五、思考题：
1、总结归纳外圆与端面轮廓车削加工中所出现的问题和解决办法。
2、分析刀具补偿原理，如何选择外圆加工时的切削用量。
3、考虑保证零件加工精度和表面粗糙度要求应采取的措施。
4、布置下次课需预习的内容和相关知识。
5、完成实训报告。
任务2外沟槽的加工与切断
一、实训目的
1、能根据图样确定切槽、切断程序编制方法。
2、了解槽的种类和作用，掌握加工方法。
3、掌握切槽刀的对刀方法。
4、能应用合理加工技术保证槽的精度。
二、实训指导
1、外沟槽的种类
零件上的外沟槽主要有两种：
外圆槽和端面槽。
本节主要介绍外圆槽的加工。
2、切槽刀与切断刀
（1）、切断刀的长度和宽度确定
切断刀的刀头宽度经验计算公式:
α=（0.5～0.6）
式中：
α----主切肖刃宽度，mm；
D----被切断工件的直径，mm。
刀头部分长度L的确定
切断实心材料：
L=D/2+（2～3）
切断空心材料：
L=h+（2～3），其中h为被切工件的壁厚。
（2）、切槽刀长度和刀头宽度的确定
切槽刀的刀头宽度一般根据工件的槽宽、机床的功率和刀具的强度综合考虑确定。
切槽刀的长度L为:
L=槽深+（2～3）
3、加工方法
（1）车外径槽时，刀具安装应垂直于工件中心线，以保证车削质量。
（2）车削精度不高的和宽度较窄（<5mm）的槽时，可用刀宽等于槽宽的车槽刀一次直进法车出。
（3）有精度要求的槽，一般采用两次直进法车出，第一次车槽时，槽壁两侧有精车余量，然后根据槽深和槽宽进行精车，并使刀具在槽底部暂停几秒，以提高槽底的表面质量。
（4）车削较宽的槽（>5mm）时，可用多次直进法切割，并在槽壁两侧留精车余量，然后根据槽深和槽宽进行精车。
（5）切槽刀或切断刀退刀时要注意合理安排退刀路线，尤其注意G00的走刀轨迹，否则很容易与工件外台阶碰撞，造成车刀的损坏，严重时影响机床精度。
（6）切断处应靠近卡盘，以免引起零件振动。
（7）切断加工切削速度应低些，尤其快切断时，应放慢速度，以防刀头折断。
4、编程知识
（1）、刀具刀位点的确定切槽刀或切断刀有左右两个刀尖及切削刃中心处的三个刀位点，在编程时要根据图样尺寸的标注和对刀的难易程度综合考虑。
一定要避免编程操作和对刀时选用刀位点不一致现象。
（2）、常用指令
G01XZF；直线插补；用来编写切槽程序。
G04暂停指令
格式：
G04D；D后面跟时间，单位：
秒；
三、操作练习
练习二沟槽的加工与切断（图2.3）
图2.3
（一）、工艺分析
加工零件如图2.3，毛坯外径Φ40编制数控加工程序并加工出零件。
工件是带槽的轴类零件，材料为45#钢，无热处理和硬度要求，对零件进行工艺分析。
1、零件图的分析
该零件由圆柱、槽组成，其中一个槽底直径Φ32mm和宽为10mm的槽有严格的尺寸精度要求；表面粗糙度6.4μmm；尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
通过上述分析，可以采取以下几点工艺措施。
（1）对图样上给定的两个精度要求较高的尺寸。
因其公差较小，编程时不必取平均值，全部取基本尺寸。
（2）通过图样分析，加工时一次装夹，先加工零件外轮廓，然后加工宽为10mm和宽为4mm的槽。
2.设备的选择
根据加工工件的形状尺寸及材料情况，选用CJK6136数控车床。
3.定位基准和装夹方式
（1）定位基准坯料轴线和左端面（设计基准）为定位基准。
（2）装夹方式采用三爪自定心卡盘定心夹紧。
4.确定加工顺序及进给路线
加工顺序由粗到精，由近到远（由右到左）的原则确定。
先加工端面和外圆Φ38mm，然后分别加工两个槽。
5.刀具的选择
粗车，精车外圆及平端面采用90度的硬质合金右偏刀。
槽的加工采用4mm宽的切断刀。
6.切削用量的选择
根据被加工表面质量的要求、刀具材料和工件材料的要求，参考切削用量手册和相关资料选取切削速度和进给量，然后利用公式
计算主轴转速和进给速度。
背吃刀量的选择，因粗、精加工不同。
粗车时在机床刚性及刀具允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，减小进给次数；精车是为保证表面粗糙度，背吃刀量一般选0.2-0.5mm为宜。
刀具及切削参数如下：
序号
加工面
刀具号
刀具规格
主轴转速V/（r/min）
进给速度V/（mm/min）
类型
材料
1
端面
T1
90°外圆车刀
硬质合金
500
50
2
外圆粗车
T1
90°外圆车刀
500
100
3
外圆精车
T2
90°外圆车刀
1000
50
4
切槽
T3
宽4mm切断刀
400
30
表2.3
（二）、程序编制
%02程序02
G00X100Z100参考点
M03T11S1开主轴、换1#刀、低速档
G00X45Z0.2定位
G01X0F100车端面
G00X38.5Z2退刀
G01Z-55F100车外圆
G00X100Z100回参考点
T22S2换2#刀、高速档
G00X40Z0定位
G01X0F50精车端面
G00X38Z2退刀
G01Z-54F50精车外圆
G00X100Z100回参考点
T33S1换3#刀、低速档
G00X40Z-12定位
G01X32F30切槽
G04D2暂停
G01X40F200退刀
G00Z-32定位
G01X32.5F30切槽
X38F200退刀
W4定位
G01X32.5F30切槽
X38F200退刀
W2定位
X32切槽
G04D2暂停
G01Z-32F30车槽底
X40F200退刀
G00Z-54定位
G01X0F30切断
G00X100Z100回参考点
M30T10程序结束、取消刀补
四、注意事项
1、切槽、切断时，刀头宽度不能过宽，否则易振动。
2、安装切槽刀时，主切削刃轴心线要平行，否则切出的槽底直径一侧大、一侧小。
3、加工较宽的沟槽时，每次分层切削进给要有重叠部分。
4、若工件槽宽精度要求很高时，操作者可分别以切槽刀的两个刀尖设置刀具的两个补偿量
以便使用。
5、安装切槽刀时，刀具必须与工件中心对准，否则，不仅工件不能切断，而且刀具的刀头
易损坏。
6、切断时，工件一定要装夹牢固，切断点应离卡盘年些。
7、切断时进给速度不易过大。
8、切断时要及时注意排屑的顺畅，否则易将刀头折断。
9、一卡一顶装卡工件时，不能直接把工件切断，以防切断时工件飞出。
10、指导教师要巡回指导。
五、思考题：
1、总结归纳槽车削加工中所出现的问题和解决方法。
2、分析刀具补偿精度问题，考虑保证零件加工精度和表面粗糙度要求诮采取的措施。
3、布置下次课需预习的内容和相关知识。
4、完成实训报告。
任务3圆弧与球面的加工
一、实训目的
1、熟练运用圆弧与球面车削常用编程指令。
2、了解圆弧与球面车削刀具的切削特点。
3、能够进行操作加工及精度检验。
二、实训指导
（一）、刀具的选择
选择加工圆弧的刀具是时，要注意圆弧的大小。
合理的选择刀具，避免车削时由于副偏角过小，刀具与工件表面产生干涉现象。
（二）、球头余量的去除方法
1、车锥法在加工圆弧时，不可能只用一刀就能把圆弧加工好，如果只用一刀，由于吃刀量过大，容易打刀，损坏刀具。
在加工圆弧时，可以先加工一个圆锥，再加工圆弧。
但要注意，加工圆锥时起点和终点的确定，如果确定不好，就有可能损伤圆弧表面或精车余量过大。
2、车圆法车圆法就是用不同半径的圆来车削，通过车削不同半径圆，最终把所需圆弧加工出来，在第一次走刀时，圆的半径不要太大，否则剩下的余量就会太大，但圆弧太小吃刀量又太大，甚至会产生过切。
3、移圆法移圆法与车圆法不同，它的半径不变，而是通过移动圆心的位置，最终加工出所需的圆弧。
（三）、编程知识
1、常用指令
（1）、G02/G03—圆弧插补
指令格式:
Ｇ０２Ｘ（Ｕ）Ｚ（Ｗ）ＩＫＦ;圆心坐标编程
Ｇ０３Ｘ（Ｕ）Ｚ（Ｗ）ＩＫＦ;
或Ｇ０２Ｘ（Ｕ）Ｚ（Ｗ）ＲＦ;半径编程
Ｇ０３Ｘ（Ｕ）Ｚ（Ｗ）ＲＦ；
指令中字段说明:
表2.4
G02、G03指令可使刀具以设定速度按规定的圆弧轨迹运动，G02为顺时针圆弧，G03为逆时针圆弧。
本系统定义的圆弧方向是以圆心为参考点:
顺时针方向为G02，逆时针方向为G03；如下（图2.4）
图2.4
地址Ｘ,Ｚ或Ｕ,Ｗ指定圆弧终点位置.可用绝对或相对坐标表示.相对坐标是从圆弧的起点到终点的距离.
地址I，K指定圆弧的圆心坐标:
I,K分别对应X、Z轴,以起点为原点指向圆心的矢量.I为X轴上分量（需用直径表示）,K为Z轴上的分量,I，K方向与X，Z轴正方向相同时取正值,否则取负值。
I的取值为直径量表示,一般根据图纸计算出来是半径值.在编程时应乘以2后输入。
在不使用I、K编程时,可使用半径R值编程。
（2）、G71－外园粗车循环
指令格式：
Ｇ７１Ｘ（Ｕ）ＩＫＬＦ；
其中：
X（U）—精加工轮廓起点的X轴坐标值。
I—X轴方向每次进刀量，直径值表示，无符号数。
K—X轴方向每次退刀量，直径值表示，无符号数。
L—描述最终轨迹的程序段数量（不包括自身）。
范围:
1—99
F—切削速度。
图2.5
循环执行过程
①X轴快速进给I的距离。
②Z轴切削进给，进给终点由系统自动计算。
③X轴以F速度退K的距离。
④Z轴快速退回起点。
⑤X轴进给I+K的距离。
⑥重复②—⑤的过程直到X方向到达指令中X指定的位置。
⑦按最终轨迹路线执行，并加工出最终轨迹描述的形状。
三、操作练习
练习三
圆弧加工（图2.6）
图2.6
（一）、工艺分析
加工零件如图，毛坯外径Φ40编制数控加工程序并加工出零件。
工件是带球面的轴类零件，材料为45#钢，无热处理和硬度要求，对零件进行工艺分析。
1、零件图的分析
该零件由圆柱、圆弧、球面组成，其中两个直径尺寸有严格的尺寸精度和表面粗糙度要求；尺寸标注完整，轮廓描述清楚。
通过上述分析，可以采取以下几点工艺措施。
（1）对图样上给定的两个精度要求较高的尺寸。
因其公差较小，编程时不必取平均值，全部取基本尺寸。
（2）通过图样分析，加工时一次装夹，从右到左进行完成加工。
2.设备的选择
根据加工工件的形状尺寸及材料情况，选用CJK6136数控车床。
3.定位基准和装夹方式
（1）定位基准坯料轴线和左端面（设计基准）为定位基准。
（2）装夹方式采用三爪自定心卡盘定心夹紧。
4.确定加工顺序及进给路线
加工顺序由粗到精，由近到远（由右到左）的原则确定。
即先从右到左进行粗车加工（x方向留0.5mm精车余量），然后从右到左根据工件的轮廓进行精车加工。
5.刀具的选择
粗车，精车及平端面采用90度的硬质合金右偏刀，工件切断用宽为4mm的切断刀。
6.切削用量的选择
根据被加工表面质量的要求、刀具材料和工件材料的要求，参考切削用量手册和相关资料选取切削速度和进给量，然后利用公式
计算主轴转速和进给速度。
背吃刀量的选择，因粗、精加工不同。
粗车时在机床刚性及刀具允许的情况下，尽可能取较大的背吃刀量，减小进给次数；精车是为保证表面粗糙度，背吃刀量一般选0.2-0.5mm为宜。
刀具及切削参数如下：
（表2.5）
序号
加工面
刀具号
刀具规格
主轴转速V/（r/min）
进给速度V/（mm/min）
类型
材料
1
端面
T1
90°外圆车刀
硬质合金
500
50
2
外圆粗车
T1
90°外圆车刀
500
100
3
外圆精车
T2
90°外圆车刀
1000
50
4
切槽
T3
宽4mm切断刀
400
30
表2.5
（二）、程序编制
%03程序03
G00X100Z100参考点
M03T11S1开主轴、调1#刀、低速档
G00X45Z3定位
G71X0I3K1L7F100粗车循环
G01Z0
G02X20Z-10R10
G01X28
Z-16
X30
G02X38W-4R4
G01Z-40
G00X100Z100循环结束、返回参考点
T22S2换2#刀、高速档
G00X0Z2定位
G01Z0F50慢速到起刀点
G02X20Z-10R10车半球
G01X28定位
Z-16加工外圆
X30定位
G02X38W-4R4倒圆弧
G01Z-40车外圆
G00X100Z100回参考点
T33换3#刀
G00X45Z-40定位
G01X0F30切断
G00X100Z100回参考点
M30T10程序结束、取消刀具补偿
四、注意事项：
1、要根据零件圆弧加工情况，正确选择G02、G03指令。
2、正确使用圆弧指令时，I、K值必须计算准确。
3、加工圆弧时一定要注意防止刀具干涉。
4、加工圆弧时要正确选择初加工路线，加工精度较高的圆弧面时力求精车余量均匀。
5、切削用量选择不合理，刀具刃磨不当，致使铁屑不断屑，要选择合理切削用量及刀具。
6、要按照操作步骤逐一进行训练，实习中对未涉及的问题及不明白处要询问指导教师，切忌盲目加工。
7、尺寸及表面粗糙度达不到要求时，要找出其中原因，知道正确的操作方法及注意事项。
8、指导教师要巡回指导。
五、思考题：
1、总结归纳圆弧与圆球面粗、精加工中所出现的问题和解决方法。
2、分析加工圆弧与球面刀具的选择、刀补设置及进一步提高加工精度的设想。
3、布置下次课需预习的内容和相关知识。
4、完成实训报告。
任务4圆锥、倒角的加工
一、实训目的
1、能正确计算圆锥的尺寸
2、掌握圆锥加工的工艺分析和程序编制方法
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