含圆弧面轴的加工.docx
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含圆弧面轴的加工
情境七含圆弧面轴的加工
【项目引入】
项目描述
图7-1所示，某车间接到一批含圆弧面轴的加工任务，请按照图纸要求，合理制定加工工艺，正确编写加工程序，安全操作数控车床，加工零件并保证精度和表面质量要求。
图7-1含圆弧面轴零件图
图7-2含圆弧面轴立体图
一、学习目标
1.能读懂带圆弧面轴的零件图；
2．能完成圆弧的相关节点计算；
3．能确定圆弧面轴的加工工艺；
4．了解车圆弧的走刀路线特点和注意事项；
5.能够根据工艺编写加工程序，熟练掌握圆弧插补指令；
6．能完成加工准备、程序调试等工作；
7.能按图纸要求加工出合格的零件；
8．能对圆弧面进行准确检测，并制定避免加工误差的方法。
二、教学内容
1.圆弧插补指令G02/G03；
2．能正确制定含圆弧面轴的加工工艺；
3.能完成加工准备、程序调试等工作；
4.能够安全操作数控车床，按照图纸要求加工出合格的零件
5.能正确操作量具，对含圆弧面轴零件进行质量检测，对加工误差给出处理办法，掌握圆弧面公差的控制方法。
【项目分析】
该项目的加工内容为φ35±0.02、φ25±0.02、φ15±0.02外圆柱面及R8和R7.5圆弧面及端面加工，主要通过该项目的实施掌握数控车床加工的完整工作过程。
该项目的实施分为4个工作步骤，如表7-1所示：
表7-1完成含圆弧面轴零件加工的工作步骤及内容
步骤
完成的具体工作
1
含圆弧面轴零件的图纸分析
2
制定加工工艺
3
计算节点坐标，编写零件加工程序
4
加工零件
【项目实施】
步骤一含圆弧面轴零件的图纸分析
根据图纸分析零件特征，完成表7-2的填写，完成图纸的识读。
表7-2零件图分析
图样内容
获取的信息
零件材料
45＃钢
毛坯尺寸
φ45棒料
零件加工部位
φ35±0.02、φ25±0.02、φ15±0.02外圆柱面及R8和R7.5圆弧面、端面及倒角加工。
零件尺寸公差
φ35、φ25、φ15外圆直径尺寸公差为±0.02。
零件表面粗糙度
全部表面Ra3.2。
零件技术要求
清理毛刺。
生产批量
批量生产
步骤二制定加工工艺
1.确定装夹方案
根据零件图要求、毛坯等情况，确定工艺方案及加工路线。
由于是批量生产，毛坯为φ45棒料，工件长度为67.5mm，因此该零件采用一次装夹完成。
2.确定加工顺序
（1）夹持毛坯外圆φ45mm，外伸78mm，找正；
（2）对刀，设零件右端面中心为编程原点；
（3）粗车零件外轮廓，留精车余量；
（4）精车零件外轮廓至尺寸要求；
（5）切断，保总长；
3.填写工艺文件
（1）刀具选用卡
表7-3刀具卡片
刀号
刀具类型
刀片规格
ap（mm）
粗/精
f（mm/r）
粗/精
n（r/min）
粗/精
T0101
930外圆
车刀
550菱形刀片
2/1
0.2/0.1
500/800
T0202
切断刀
3mm宽
3
0.01
400
（2）工量具选用卡
表7-4工量具卡片
序号
量具名称
规格
精度
1
游标卡尺
0～150mm
0.02mm
2
外径千分尺
25～50mm
0.01mm
3
R规
15～25mm
0.5mm
（3）填写数控加工工艺卡
表7-5工艺卡片
零件
名称
阶梯轴
零件
图号
CK-07
系统
FANUC
0i-TC
材料
45钢
工序
简图
工序1示意图工序2示意图
工序号
工
步
工步内容
刀具
切削用量
ap（mm）
F
（mm/r）
n
（r/min）
1
1
平端面，粗车φ41mm、φ25mm、Φ15mm外圆及R7.5、R8圆弧面，留1mm精车余量
T0101
2
0.2
500
2
精车φ41mm、φ25mm、Φ15mm外圆及R7.5、R8圆弧面至要求
T0101
1
0.1
800
2
1
切断，保持总长尺寸
T0202
3
0.01
400
步骤三计算节点坐标，编写零件加工程序
根据上述的工艺分析，首先列出节点坐标，然后编制零件的加工程序。
1.节点计算
图7-3工件节点
如图7-3所示各节点，把节点坐标填写到表7-6中。
表7-6工件各节点坐标
基点
绝对坐标值
X
Z
O
0
0
N
46
2
A
0
2
B
15
-7.5
C
15
-17.5
D
22
-17.5
E
25
-19
F
25
-42
G
41
-42
K
41
-72
M
46
-72
2.编写加工程序
表7-7工件程序单
程序段号
程序段
说明
N10
O6001;
程序号；
N20
G99;
设置进给量F单位（mm/r）；
N30
T0101;
调用1号车刀，同时建立工件坐标系；
N40
M03S500M08;
主轴正转，转速500r/min,开冷却液；液；
N50
G00X46.Z2.;
刀具快速移动到N点，接近工件；
N60
G71U2.R0.5;
G71P65.Q150.U1.W0.F0.2
粗车循环，指定进刀量2mm，退刀量0.5mm；
指定循环所属的首、末程序段号，精车余量1mm与粗车进给量0.2mm/r；
N65
G00X0.;
刀具快速移动到A点，准备切削；
N70
G42G01X0.Z0.;
取刀尖圆弧半径右补偿，刀具以切削速度进给到O点；
N80
G03X15.Z-7.5R7.5;
车削R7.5半球面；
N90
G01X15.Z-17.5;
车削φ15外圆，长度10mm；
N100
X22.;
车削端面；
N110
X25Z-19.;
车削倒角；
N120
Z-42.
车削φ25外圆；
N130
G02X41.Z-50.R8;
车削R8圆弧面；
N140
G01X41.Z-72.;
车削φ41外圆；
N150
X46.；
车削φ41左侧端面并退出；
N160
G70P65Q150F0.1S800;
精车循环，精车进给量0.1mm/r，主轴转速800r/min;
N180
G40G00X100.Z100.；
快速退到X100.Z100.处；
N185
M05M09
主轴停止,关冷却液；
N190
T0202
换2号刀；
N195
M03S400M08;
主轴正转，转速400r/min，开冷却液；
N200
G00X43.Z70.5F0.01；
快速定位至切断起点,切断进给量0.01mm/r；
N210
G01X0.；
切断；
N220
G00X100.Z100.；
快速退到X100.Z100.处
N230
M05M30M09;
程序停止,关冷却液；
步骤四加工零件
在工艺分析、编写程序之后可以进行零件的加工，具体的加工操作步骤可参看表7-8。
表7-8零件加工流程
序号
操作步骤
操作要求及注意事项
1
安全教育
安全生产教育；学习《数控车工操作规范》；检查工装、防护用品是否穿戴整齐。
2
加工前准备
按照工艺卡片准备毛坯、工量夹具；数控车床开机前安全检查；机床上电，开启系统，返参。
3
装夹毛坯
工件装夹到卡盘上，保证工件伸出90mm左右。
4
安装刀具
对照工艺卡中的刀位号进行安装。
（1号外圆车刀，2号切断刀）
5
对刀
试切对刀：
平端面对Z方向，切外圆对X方向。
注意对刀后要检查对刀结果是否正确，再进行加工。
6
输入加工程序
对照程序单认真检查程序。
（程序输入完成后，对于有模拟加工的机床要进行模拟加工，检查程序是否正确）
7
粗精加工工件
对于初学者，使用单段进行加工。
8
测量工件，修调刀补参数
根据测量结果进行刀具补偿参数的修调。
9
检测，卸件
测量工件加工部分尺寸，可调整磨耗保证各尺寸精度；拆卸工件。
10
加工后的工作
整理工量具；机床返参、关机；清扫机床。
【评价总结】
1.零件检测与评估
参照表7-9零件加工评分表进行零件的检测，并把检测结果填写到该表中。
表7-9零件加工评分表
加工内容
配分
检测结果
得分
自检
互检
师检
工艺
准备
20分
编写加工工艺
10
编写程序及输入
10
选择刀具及切削用量
10
零件
加工
80分
φ41±0.02
IT
Ra
6
2
φ25±0.02
6
2
φ15±0.02
6
2
R8
5
2
R7.5
5
2
10
3
-
50
3
-
60
3
-
倒角
-
1
端面
-
1
锐角倒钝
-
1
安全操作，文明生产
10（违章视情节轻重扣1～10分）
其他项目
10一般按照GB/T1804-m
有明显缺陷倒扣2～10分
合计
100
2.总结
在下表中汇总自己在加工中出现的问题：
表7-10问题及解决办法的汇总
出现的问题
解决方法
3．项目评估
对整个项目的完成情况进行评价，完成自评及组间相互评价后，分数填入表7-11中，最后教师进行评价。
表7-11评价表
组别：
日期：
项目
小组评价
教师对本组
评价
组别
1
2
3
4
5
6
收集信息（10分）
团队协作能力（10分）
学习主动性（10分）
回答问题（15分）
工作计划合理性
（15分）
工作态度（10分）
表达能力（10分）
安全操作（10分）
出勤情况（10分）
小计
【信息资源】
资源一车圆弧的加工路线分析
应用G02（或G03）指令车圆弧，若用一刀就把圆弧加工出来，这样吃刀量太大，容易打刀。
所以，实际车圆弧时，需要多刀加工，先将大多余量切除，最后才车得所需圆弧。
一、车圆弧常用加工路线。
（一）阶梯切削路线车圆弧
图7-4阶梯切削路线车圆弧
图7-4为车圆弧的阶梯切削路线。
即先粗车成阶梯，最后一刀精车出圆弧。
此方法在确定了每刀吃刀量ap后，须精确计算出粗车的终刀距S，即求圆弧与直线的交点。
此方法刀具切削运动距离较短，但数值计算较繁。
（二）同心圆弧切削路线车圆弧
图7-5同心圆弧切削路线车圆弧
图7-5为车圆弧的同心圆弧切削路线。
即用不同的半径圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。
此方法在确定了每次吃刀量ap后，对90°圆弧的起点、终点坐标较易确定，数值计算简单，编程方便，常采用。
但按图7-5（b）加工时，空行程时间较长。
（三）车圆锥法切削路线车圆弧
图7-6车圆锥法切削路线车圆弧
图7-6为车圆弧的车锥法切削路线。
即先车一个圆锥，再车圆弧。
但要注意，车锥时的起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆锥表面，也可能将余量留得过大。
确定方法如图7-6所示，连接OC交圆弧于D，过D点作圆弧的切线AB。
由几何关系CD=OC-OD=
-R=0.414R，此为车锥时的最大切削余量，即车锥时，加工路线不能超过AB线。
由图示关系，可得AC=BC=0.586R，这样可确定出车锥时的起点和终点。
当R不太大时，可取AC=BC=0.5R。
此方法数值计算较繁，刀具切削路线短。
以上通过几例分析了数控加工圆弧常用的加工路线，实际生产中，加工路线的确定要根据零件的具体结构特点，综合考虑，灵活运用。
而确定加工路线的总原则是：
在保证零件加工精度和表面质量的条件下，尽量缩短加工路线，以提高生产率。
资源二圆弧插补指令G02/G03
圆弧插补指令命令刀具在指定平面内按给定的F进给速度作圆弧运动，切削出圆弧轮廓。
一、G02/G03指令格式：
图7-7圆弧插补指令参数图解
如图7-7所示，其中，G02表示顺时针方向圆弧插补，G03表示逆时针方向圆弧插补。
X_Z_为圆弧的终点坐标值，其值可以是绝对坐标，也可以是增量坐标。
在增量坐标方式下，其值为圆弧终点坐标相对于圆弧起点的增量值。
R_为圆弧半径。
I_K_为圆弧的圆心相对于起点分别在X、Z坐标轴上的增量值（半径值）。
F为被编程的两个轴的合成进给速度。
二、顺、逆圆弧的判别
A）后置刀架B）前置刀架
图7-8顺逆圆弧的判别
三、I、K值的判断
在判断I、K值时，一定要注意该值为矢量值。
如图7-9所示，圆弧在编程时的I、K值均为负值。
I0和K0可以省略。
图7-9I、K值的判断
四、圆弧半径的确定
圆弧半径R有正值与负值之分。
当圆弧圆心角小于或等于180°时，程序中的R用正值表示。
当圆弧圆心角大于180°并小于360°时，R用负值表示。
图7-10圆弧半径R正负值的确定
如图7-10所示，刀具在A点，指令“G03X60Z40R50F100”使刀具沿圆弧段1从A到B。
指令“G03X60Z40R－50F100”使刀具沿圆弧段2从A到B。
五、整圆编程
当X_Z_被忽略（终点与起点相同）且圆心用I和K指定时，即指定了一个360°的圆弧（整圆）。
注意：
如果地址I、K和R同时指定，由地址R指定的圆弧优先，其余被忽略。
六、编程实例
例题1：
图7-11例题1
编制如图7-11所示圆弧段轮廓程序，可采用以下语句：
“G02X50Z30R25F100;”
或“G02X50Z30I25F100;”
或“G02U20W-20R25F100;”
或“G02U20W-20I25F100;”。
例题2：
对图7-12所示端部轮廓进行精加工。
图7-12例题2
解：
O2001
G54G98G21;用G54指令指定坐标系，分进给，米制编程
M03S1200;主轴正转，转速为1200r/min
T0101;换1号外圆刀，导入刀具刀补
G00X80Z60;绝对编程，快速到达起刀点
X0Z2;快速到达距原点2mm处
G01Z0F80;以80mm/min直线插补到原点
G03X18Z-9R9;逆圆插补，加工SR9球头
G02X22Z-13R5;顺圆插补，加工R5圆弧
G00X80Z60;快速返回到起刀点
M30;程序结束
资源三恒线速控制指令G96/G97
一、指令介绍：
加工端面时，如果主轴转速固定，由于加工表面直径的变化，切削速度也随着变化，有可能导致表面粗糙度不一致等现象，恒线速状态下可随着工件直径的减小而相应增加主轴转速，有助于提高加工表面质量、提高生产率。
二、指令格式：
（一）恒线速有效
G96S～
S后面的数字表示的是恒定的线速度：
m/min。
例：
G96S150表示切削点线速度控制在150m/min
（二）恒线速取消
G97S～
S后面的数字表示恒线速度控制取消后的主轴转速，如S未指定，将保留G96的最终值。
例：
G97S3000表示恒线速控制取消后主轴转速3000r/min。
注意：
恒线速情况下车端面时，刀具接近工件中心时，转速会变得相当大，这是很危险的，必须通过参数设置或G50指令来限制最高转速！
三、编程实例
例题：
该零件R15圆弧是凸弧，
R5圆弧是凹弧。
所以既用到
G03，又用到G02，
程序如下页：
图7-13
O3314
N1G92X40Z5（设立坐标系，定义对刀点的位置）
N2M03S400（主轴以400r/min旋转）
N3G96S80（恒线速度有效，线速度为80m/min）
N4G00X0（刀到中心，转速升高，直到主轴到最大限速）
N5G01Z0F60（工进接触工件）
N6G03U24W-24R15（加工R15圆弧段）
N7G02X26Z-31R5（加工R5圆弧段）
N8G01Z-40（加工Φ26外圆）
N9X40Z5（回对刀点）
N10G97S300（取消恒线速度功能，设定主轴按300r/min旋转）
N11M30（主轴停、主程序结束并复位）
资源四圆弧的测量之一
用半径规测量圆弧
机械行业中，圆弧的测量方法有很多。
如半径规测圆弧法、多功能数显半径测试仪测圆弧法、三坐标测量机测圆弧法、工具显微镜测圆弧法、轮廓测量仪测圆弧法、影像测量机测圆弧法、投影仪测圆弧法等等。
在这里我们主要学习用半径规测量圆弧的方法。
它是非精确圆弧测量的常用方法。
一、半径规概述
半径规也叫半径样板、R规或R样板。
半径规是利用光隙法测量圆弧半径的专用工具。
测量时必须使半径规的测量面与工件的圆弧面完全的紧密的接触，当半径规测量面与工件的圆弧面中间没有间隙时，工件的圆弧半径数即为此时对应的半径规上所示的数字。
由于这种测量方法是目测，是比对测量，故精确度不是很高，只能用在精度要求不是很高的地方。
而且半径规的数量有限，所以半径规的使用有一定的局限性。
但其携带操作非常方便，所以仍有使用的价值，是常用量具。
半径规可分为检查凸形圆弧的凹形半径规和检查凹形圆弧的凸形半径规两种。
半径规成套地组成一组，根据半径范围，一般每组由凹形和凸形规各16片组成，每片样板都是用0.5mm厚的不锈钢板制造的，精度比较高。
半径规还可以作极限量规使用。
形状格式见下图：
图7-14常见半径规形状
二、半径规的规格
半径规的规格比较多，常见的有：
（一）（0.3-1.5）mm半径规包括以下13个规格:
（0.30.40.50.60.70.80.91.01.11.21.31.41.5）。
（二）（1-6.5）mm半径规包括以下16个规格:
（1.01.251.51.752.02.252.52.753.03.54.04.55.05.56.06.5）。
（三）（7-14.5）mm半径规包括以下16个规格:
（7.07.588.599.51010.51111.51212.51313.514 14.5）。
（四）（15-25）mm半径规包括以下16个规格:
（15.015.516.016.517.017.518.018.519.019.520.02122232425）。
（五）（25-50）mm半径规包括以下16个规格:
（2526272829303234353638 4042 4548 50）。
（六）（52-100）mm半径规包括以下16个规格:
（525558606265687072757880 859095100）。
（七）（26-80）mm半径规包括以下16个规格
（26272829303235404550556065707580）。
三、半径规的用法
用半径规检测圆弧半径时，先选择与被检圆弧半径名义尺寸相同的半径规（每一片半径规上都标有其半径大小的数字），将其靠紧被测圆弧，要求半径规平面与被测圆弧垂直（即半径规平面的延长面将通过被测圆弧的圆心），用透光法查看半径规与被测圆弧的接触情况，完全不透光为合格;如果有透光现象，则说明被检测圆弧的尺寸不符合要求，几种检测情况分别如下图所示。
图中，
r为工件上圆弧的半径；
R为半径规的圆弧半径。
测量时，
r＞Rr＜R时均不合格；只有r＝R时才合格。
图7-15检测凸弧图7-16检测凹弧
图7-17检测凹圆弧半径图7-18检测凸圆弧半径
四、测量注意点：
图7-19测量时半径规和被测量圆弧的相对位置
如上图所示，测量时，要注意P平面必须过被测圆弧的圆心（P平面是半径规的中心平面）。
结束语：
虽然半径规的测量精度不高，并且只能检测半径规上有尺寸的圆弧半径，但对于精度要求不高的有规圆弧来说，仍是一种比较便捷的测量方法。
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