《数控加工工艺与编程》-模块一

任务１阶梯轴零件的编程与加工１.１任务描述完成图１－１所示零件的加工工艺制订、编程与加工。图１－１所示零件外形比较简单，需要进行端面、台阶面、外圆柱面、倒角和切断等加工。尺寸标注完整，轮廓描述清楚，ϕ１８ｍｍ、ϕ２２ｍｍ、ϕ２８ｍｍ有较高的尺寸精度要求。零件材料为铝，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。完成该项任务，需掌握数控车削加工工艺基础知识和对刀、工件的装夹、刀具的安装、机床的操作等基本技能。下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工１.２知识链接１.２.１数控车削加工工艺基础知识制订工艺是数控车削加工的前期工艺准备工作。工艺制订的合理与否，对程序编制、机床的加工效率和零件的加工精度都有重要影响。其主要内容有：分析零件图纸，确定工件在车床上的装夹方式，确定各表面加工顺序和刀具的进给路线以及刀具、夹具和切削用量的选择等。根据各任务的特点，将以上工艺内容分布在相关任务中重点介绍。１．零件图分析上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工制订零件的数控车削加工工艺时，首先要对零件图进行工艺分析，主要内容包括：１）结构工艺性分析零件的结构工艺性是指在满足使用要求的前提下，零件加工的可行性和经济性，即所设计的零件结构应便于加工成形且成本低、效率高。零件结构工艺性分析的主要内容：（１）审查与分析零件图纸中的尺寸标注方法是否符合数控加工特点。（２）审查与分析零件图纸中构成轮廓的几何元素的条件是否充分、正确。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工图１－２所示圆弧与斜线的关系要求为相切，但经计算后却为相交关系，而并非相切。如图１－３所示给定的几何条件自相矛盾。（３）审查与分析在数控车床上进行加工时零件结构的合理性。图１－４（ａ）所示零件，需要三把不同宽度的切槽刀切槽，如无特殊需要，显然是不合理的，若改成图１－４（ｂ）所示结构，只需一把刀即可。２）精度及技术要求分析（１）分析精度及各项技术要求是否齐全、合理。（２）分析本工序的数控车削加工精度能否达到要求。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（３）找出图样上有位置精度要求的表面，这些表面应在一次安装下完成。（４）对零件表面粗糙度要求高的表面或对称表面，应确定用恒线速切削。２．刀具的选择刀具选择合理与否不仅影响机床的加工效率，还直接影响加工质量。选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。数控车削对刀具的要求很高，要求精度高、刚性好、耐用度高、尺寸稳定、安装调整方便等。１）车刀按结构分类上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（１）整体式车刀。如图１－５所示，刀头部分和刀杆部分均为同一种材料。用作整体式车刀的刀具材料一般是整体高速钢，截面为正方形或矩形，使用时可根据不同用途进行刃磨。整体式车刀耗用刀具材料较多，一般只作为切槽刀、切断刀使用。（２）焊接式车刀。将硬质合金刀片用焊接的方法固定在刀体上，称为焊接式车刀。这种车刀的优点是结构简单，制造方便，刚性较好。其缺点是由于存在焊接应力，使刀具材料的使用性能受到影响，甚至出现裂纹，另外，刀杆不能重复使用，硬质合金刀片不能充分回收利用，造成刀具材料的浪费。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工根据工件加工表面以及用途不同，焊接式车刀又可分为切断刀、外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、螺纹车刀以及成形车刀等，如图１－６所示。（３）机夹可转位车刀。如图１－７所示，机夹可转位车刀由刀杆１、刀片２、刀垫３以及夹紧元件４组成。刀片每边都有切削刃，当某切削刃磨损钝化后，只需松开夹紧元件，将刀片转一个位置便可继续使用。为了减少换刀时间和方便对刀，便于实现机械加工的标准化，数控车削加工时应尽量采用机夹刀和机夹刀片。２）车刀按用途分类上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工车刀按用途不同分为外圆车刀、端面车刀、内孔车刀、切断刀、切槽刀等多种形式。常用车削刀具的种类如图１－８所示。３）车刀按刀具移动轨迹与形成轮廓的关系分类数控车削时，从刀具移动轨迹与形成轮廓的关系看，常把车刀分为三类，即尖形车刀、圆弧形车刀和成形车刀。（１）尖形车刀。以直线形切削刃为特征的车刀一般称为尖形车刀，这类车刀的刀尖由直线形的主、副切削刃构成。例如，刀尖倒棱很小的各种外圆和内孔车刀，左、右端面车刀，切断车刀等。用这类车刀加工零件时，零件的轮廓形状主要由一个独立的刀尖或一条直线形主切削刃位移后得到。如图１－９（ａ）所示，尖形车刀刀尖作为刀位点，刀尖移动形成零件的曲面轮廓。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（２）圆弧形车刀。圆弧形车刀是较为特殊的数控加工用车刀，其特征是：构成主切削刃的刀刃形状为一圆度误差或线轮廓度误差很小的圆弧。该圆弧刃上每一点都是圆弧形车刀的刀尖，如图１－９（ｂ）所示，刀位点不在圆弧上，在该圆弧的圆心上，编程时要进行刀具半径补偿。圆弧形车刀适宜于车削各种光滑连接（凹形）的成形面。对于某些精度要求较高的凹曲面车削或大外圆弧面的批量车削，以及尖形车刀所不能完成加工的过象限的圆弧面，宜选用圆弧形车刀。圆弧形车刀具有宽刃切削（修光）性质，能使精车余量保持均匀而改善切削性能，还能一刀车出跨多个象限的圆弧面。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（３）成形车刀。成形车刀俗称样板车刀，其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定。数控车削加工中，常见的成形车刀有小半径圆弧车刀（圆弧半径等于加工轮廓的圆角半径）、非矩形切槽刀和螺纹车刀等。在数控加工中应尽量少用或不用成形车刀，当确有必要选用时，应在工艺准备的文件或加工程序单上进行详细的规格说明。３．对刀点和换刀点的确定对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，这一相对位置通过确认对刀点来实现。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工“对刀点”是指数控加工时，刀具相对工件运动的起点，这个起点也是编程时程序的起点。因此，“对刀点”也称“程序起点”或“起刀点”。在编程时应正确选择对刀点的位置。选择的原则如下：（１）选定的对刀点位置应便于数学处理和使程序编制简单；（２）在机床上容易找正；（３）加工过程中便于检查；（４）引起的加工误差小。对刀点可以设置在加工零件上，也可以设置在夹具上或机床上，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设置在零件的设计基准或工艺基准上。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工实际操作机床时，可通过手工对刀操作把刀具的刀位点放到对刀点上，即“刀位点”与“对刀点”的重合。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，车刀的刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心。换刀点是指刀架转位换刀时的位置。换刀点应设在工件或夹具的外部，刀架转位时刀具不与工件及其他部位干涉。１.２.２数控车床编程基础知识１．数控车床的编程特点（１）在一个程序段中，根据图样上标注的尺寸，可以采用绝对坐标编程、增量坐标编程或者混合编程。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（２）在数控车削加工的程序编制中，Ｘ轴的坐标值取零件图中的直径值或半径值，可以通过参数设定来选择和指定。由于被加工零件的径向尺寸在图样上和在测量时都以直径值表示，所以直径方向用绝对坐标编程时Ｘ以直径值表示，用增量坐标编程时以径向实际位移的２倍值表示，并附上方向符号，这样可以避免尺寸换算过程中造成的错误，给编程带来很大方便。（３）为提高工件的径向尺寸精度，Ｘ向的脉冲当量取Ｚ向脉冲当量的一半。（４）由于车削加工常采用棒料或锻料作为毛坯，加工余量较大，为简化程序，数控车床的数控系统常具备不同形式的固定循环功能，可进行多次重复循环切削。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（５）数控车床的数控系统中具有刀具补偿功能（Ｇ４１／Ｇ４２），在加工过程中，对刀具位置的变化、刀具几何形状的变化及刀尖半径的变化，都无须更改加工程序，只要将变化的尺寸或圆弧半径输入存储器中，刀具便能自动进行补偿，这类机床可以直接按工件的轮廓编程。２．程序的构成每种数控系统，根据系统本身的特点和编程需要，其编程都有一定的格式。对于不同的机床，其编程格式不尽相同。因此，编程人员必须严格按照机床说明书的规定格式进行编程。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工一个完整的程序由程序号、程序内容和程序结束三部分组成，例如：（１）程序号。程序号即为程序的代号。在数控装置中，为了区别存储器中的程序，每个程序都要有程序编号，调用某个程序可通过程序号来调出，编辑程序也要首先调出程序号。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工在ＦＡＮＵＣ数控系统中，一般用英文字母Ｏ作为程序编号地址，而其他数控系统则分别采用“Ｐ”“Ｌ”“％”“：”号等不同形式。程序编号方式为：Ｏ××××，用地址码Ｏ和后面的１～９９９９中任意数字来表示。可以在程序编号后面注上程序名字并用括号括起。程序名可用１６位字符表示，要求有利于理解。程序编号要单独使用一个程序段。（２）程序内容。程序内容部分是整个程序的核心。零件加工程序，由若干个程序段组成；每个程序段由若干个字组成；每个字又由地址码和若干个数字组成，字母、数字、符号统称为字符。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工程序内容主要用来控制数控机床自动完成零件的加工。（３）程序结束。程序结束是以程序结束指令Ｍ０２或Ｍ３０作为整个程序结束的符号，用来结束零件加工。３．程序段的格式程序段格式是指一个程序段中字、字符、数据的书写规则。现行数控系统中最常采用字—地址程序段格式。字—地址程序段格式是由顺序号、数据字和程序段与结束符组成，各字首是地址，各字的顺序可自由排列，数据的位数按规定有多有少，与上一程序段相同的续效字可以省略不写。字—地址程序段格式的编排格式如下：上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工数控车编程时常用到以下指令格式和地址：１.２.３数控车床基本指令１．Ｓ、Ｆ、Ｔ和Ｍ指令１）主轴转速功能（Ｓ功能）主轴功能指令由地址码Ｓ和其后面的若干数字组成。在编程时，除用Ｓ代码指定主轴转速外，还要用Ｍ代码指定主轴转向。其表示方法有以下三种：上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（１）转速。Ｓ表示主轴转速，单位为ｒ／ｍｉｎ。（２）恒线速。在恒线速状态下，Ｓ表示切削点的线速度，单位为ｍ／ｍｉｎ。（３）代码。用代码表示主轴速度时，Ｓ后面的数字不直接表示转速或线速的数值，只是主轴速度代号。①主轴最高转速限制。格式：Ｇ５０Ｓ__其中Ｓ指令给出主轴最高转速，采用该指令可以限制执行恒线速度指令时的最大主轴转速，即主轴的转速被限制在一个最大值的范围内，防止因主轴转速过高，离心力太大，产生危险及影响机床寿命。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工②主轴速度以恒线速度设定，设定主轴线速度，即切削速度恒定（ｍ／ｍｉｎ）。格式：Ｇ９６Ｓ____该指令用于车削端面或工件直径变化较大的场合。采用此功能，可保证当工件直径变化时，主轴的线速度不变，从而保证切削速度不变，提高了加工质量。③主轴速度以转速设定，单位为ｒ／ｍｉｎ。格式：Ｇ９７Ｓ____该指令用于车削螺纹或工件直径变化较小的场合，设定主轴转速并取消恒线速度。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工２）进给功能指令（Ｆ功能）进给功能指令表示刀具运动进给速度，由地址码Ｆ和后面若干位数字构成。常用每分钟进给量和每转进给量表示。（１）每转进给量Ｇ９９。格式：Ｇ９９（Ｆ___）／使用Ｇ９９时进给量Ｆ的单位为ｍｍ／ｒ，如图１－１０所示。（２）每分钟进给量Ｇ９８。格式：Ｇ９８（Ｆ___）／使用Ｇ９８时进给量Ｆ的单位为ｍｍ／ｍｉｎ，如图１－１１所示。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工３）刀具功能指令（Ｔ功能）功能：该指令可指定刀具号及刀具补偿。格式：Ｔ□□□□说明：（１）前两位表示刀具序号（０～９９），后两位表示刀具补偿号（０１～６４）；（２）刀具的序号可以与刀盘上的刀位号相对应；（３）刀具补偿包括形状补偿和磨损补偿，刀具补偿值一般作为参数设定并由手动输入（ＭＤＩ）方式输入数控装置；上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（４）刀具序号和刀具补偿号不必相同，但为了方便通常它们取值一致。４）辅助功能指令（Ｍ功能）辅助功能表示机床辅助动作的指令，是控制数控机床或数控系统的开关功能命令，用地址码Ｍ和后面两位数字表示，即Ｍ００～Ｍ９９。常用Ｍ代码功能见表１－１。（１）程序停止。指令：Ｍ００功能：执行完包含Ｍ00的程序段后，机床停止自动运行，此时所有存在的模态信息保持不变，用循环启动使自动运行由停止处开始。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（２）程序计划停止。指令：Ｍ０１功能：与Ｍ００类似，执行完包含Ｍ０１的程序段后，机床停止自动运行，只是当机床操作面板上的任选停机的开关置１时，这个代码才有效。（３）主轴正转、反转、停止。指令：Ｍ０３、Ｍ０４、Ｍ０５功能：Ｍ０３、Ｍ０４指令可使主轴正、反转，与同段程序其他指令一起开始执行。Ｍ０５指令可使主轴在该程序段其他指令执行完成后停转。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（４）程序结束。指令：Ｍ０２或Ｍ３０功能：该指令表示主程序结束，同时机床停止自动运行。Ｍ３０还可使控制返回到程序的开头。２．基本加工类指令Ｇ代码是使数控机床或数控系统建立起某种加工方式的指令，用地址Ｇ和两位数字来表示，即Ｇ００～Ｇ９９。Ｇ代码按照功能的不同分为模态代码（又称为续效代码）和非模态代码。模态Ｇ代码是指程序段中一旦指定了Ｇ功能字，在此之后的程序段中也一直有效，直到同组另一个Ｇ功能字替代它或撤销它；非模态Ｇ代码被限定在指定的程序段中有效。常用Ｇ代码指令的含义如下。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工１）Ｇ００———快速定位功能：刀具以点位控制方式，从刀具所在点快速移动到目标点。格式：Ｇ００Ｘ（Ｕ）——Ｚ（Ｗ）——说明：（１）此指令是使刀具以预先用参数设定的速度快速移动到所指定的位置。（２）Ｘ、Ｚ：绝对坐标方式时的目标点坐标；Ｕ、Ｗ：增量坐标方式时的目标点坐标，不运动的坐标可省略不写。（３）用Ｇ００编程时也可以写成Ｇ０。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工如图１－１２所示Ｇ００快速进刀指令：Ｇ００Ｘ５０Ｚ６或Ｇ００Ｕ－７０Ｗ－８４２）Ｇ０１———直线插补指令功能：刀具以给定的进给速度，从所在点出发，直线移动到目标点。格式：Ｇ０１Ｘ（Ｕ）——Ｚ（Ｗ）——Ｆ——说明：（１）Ｘ、Ｚ：绝对坐标方式时的目标点坐标；Ｕ、Ｗ：增量坐标方式时的目标点坐标。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（２）Ｆ是进给速度，进给指令单位：ｍｍ／ｒ（毫米／转）或ｍｍ／ｍｉｎ（毫米／分钟）。该指令用于直线或斜线运动，可沿Ｘ轴、Ｚ轴方向执行单轴运动，也可沿ＸＺ平面内任意斜率的直线运动。３）倒角指令Ｃ___：倒４５°角；Ｒ___：倒圆角。（１）倒角。格式：Ｇ０１Ｘ___Ｃ___Ｆ___或Ｇ０１Ｚ___Ｃ___Ｆ___如图１－１３所示，倒角部分的程序如下：上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（２）倒圆。格式：Ｇ０１Ｘ___Ｒ___Ｆ___或Ｇ０１Ｚ___Ｒ___Ｆ___如图１－１４所示，倒圆部分的程序如下：上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工１.２.４数控仿真加工ＦＡＮＵＣ０ｉ车床系统仿真界面由四大部分构成，如图１－１５所示。分别为：系统菜单或图标、ＬＣＤ／ＭＤＩ面板、机床操作面板、仿真加工工作区。１．工件的定义和使用（１）定义毛坯。打开菜单“零件／定义毛坯”或在工具条上选择“”，系统打开“毛坯定义”对话框。名字输入：在毛坯名字输入框内输入毛坯名，也可使用缺省值。选择毛坯形状：车床仅提供圆柱形毛坯。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工选择毛坯材料：毛坯材料列表框中提供了多种供加工的毛坯材料，可根据需要在“材料”下拉列表中选择毛坯材料。参数输入：尺寸输入框用于输入尺寸，单位：毫米。保存退出：按“确定”按钮，保存定义的毛坯并且退出本操作。取消退出：按“取消”按钮，退出本操作。（２）导出零件模型。导出零件模型是把经过部分加工的零件作为成形毛坯予以单独保存。毛坯已经过部分加工，称为零件模型。可通过导出零件模型功能予以保存。打开菜单“文件／导出零件模型”，系统弹出“另存为”对话框，在对话框中输入文件名，按“保存”按钮，此零件模型即被保存，可在以后需要时被调用。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工文件的后缀名为“ｐｒｔ”，切记不要更改后缀名。（３）导入零件模型。机床在加工零件时，除了可以使用原始定义的毛坯，还可以对经过部分加工的毛坯进行再加工，这个毛坯被称为零件模型，可以通过导入零件模型的功能调用零件模型。打开菜单“文件／导入零件模型”，若已通过导出零件模型功能保存过成形毛坯，则系统将弹出“打开”对话框，在此对话框中选择并且打开所需的后缀名为“ｐｒｔ”的零件文件，则选中的零件模型被放置在工作台面上。（４）放置零件。打开菜单“零件／放置零件”命令或者在工具条上选择图标，系统弹出操作对话框。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工在列表中单击所需的零件，选中的零件信息加亮显示，按下“安装零件”按钮，系统自动关闭对话框，零件将被放到机床上。如果进行过“导入零件模型”的操作，对话框的零件列表中会显示模型文件名，若在类型列表中选择“选择模型”，则可以选择导入零件模型文件。选择的零件模型即经过部分加工的成形毛坯被放置在机床台面上或卡盘上。零件被放到机床上后可以移动，系统将自动弹出一个小键盘，通过按动小键盘上的方向按钮，实现零件的平移和旋转或车床零件调头。小键盘上的“退出”按钮用于关闭小键盘。选择菜单“零件／移动零件”也可以打开小键盘，应在执行其他操作前关闭小键盘。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工２．选择刀具打开菜单“机床／选择刀具”或者在工具条中选择“”，系统弹出刀具选择对话框。系统中数控车床允许同时安装８把刀具（后置刀架）或者４把刀具（前置刀架）。刀具选择对话框如图１－１６所示。（１）选择、安装车刀。①在刀架图中单击所需的刀位，该刀位对应程序中的Ｔ０１～Ｔ０８（Ｔ０４）。②选择刀片类型。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工③在刀片列表框中选择刀片。④选择刀柄类型。⑤在刀柄列表框中选择刀柄。（２）变更刀具长度和刀尖半径：“选择车刀”完成后，该界面的左下部位显示刀架所选位置上的刀具。其中显示的“刀具长度”和“刀尖半径”均可以由操作者修改。（３）拆除刀具：在刀架图中单击要拆除刀具的刀位，单击“卸下刀具”按钮。（４）确认操作完成：单击“确认”按钮。３．对刀上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工编制数控程序采用工件坐标系，对刀的过程就是建立工件坐标系与机床坐标系之间关系的过程。将工件右端面中心点设为工件坐标系原点，车床对刀的方法具体如下。１）试切法对刀试切法对刀是用所选的刀具试切零件的外圆和端面，经过测量和计算得到零件端面（通常是右端面）中心点的坐标值的过程，它是车床建立加工坐标系常用方法。进入数控车床加工仿真系统后，首先激活系统，然后进行回零操作，就可进入对刀。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工单击机床操作面板中手动操作按钮，将机床切换到ＪＯＧ状态，进入“手动”方式，单击ＭＤＩ键盘的ＰＯＳ按钮，ＬＣＤ显示刀架在机床坐标系中的坐标值，利用操作面板上的Ｘ和Ｚ按钮，将刀具移动到如图１－１７（ａ）所示大致位置，准备对刀。（１）试切工件外圆。首先，单击主轴转动按钮（前置刀架正转，后置刀架反转），选中Ｚ轴，单击负向移动按钮，用所选刀具试切工件外圆，如图１－１７（ｂ）所示。然后，单击正向移动按钮，Ｚ向退刀，将刀具退至如图１－１７（ｃ）所示位置。记下ＬＣＤ界面上显示的Ｘ机械坐标，记为Ｘ１。单击主轴停止按钮，使主轴停止转动，单击菜单“测量／坐标测量”，如图１－１８所示。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工选中试切外圆时所切线段，选中的线段由红色变为橙色，相应线段尺寸以蓝色亮起，记下测量对话框中对应线段的Ｘ值（试切外圆的直径，记为Ｘ２）。此时，工件中心轴线Ｘ的坐标值即为Ｘ１Ｘ２，记为Ｘ；这个过程也可通过系统的“测量”功能获得，然后直接生成为刀具偏移值或Ｇ５４的工件坐标系原点Ｘ坐标值。（２）试切工件右端面。同理，刀具移动在切右端面的位置，试切端面，如图１－１７（ｄ）所示。切完后，Ｚ向不动，沿Ｘ退刀，同时记下此时的Ｚ坐标值，记为Ｚ。那么，这个（Ｘ，Ｚ）即为工件坐标系原点在机床坐标系中的坐标值。２）设置工件加工坐标系上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工通过对刀得到的坐标值（Ｘ，Ｚ）即为工件端面中心点在机床坐标系中的坐标值。要将此点作为工件坐标系原点，采用坐标偏移指令Ｇ５０或Ｇ５４～Ｇ５９来确认。（１）Ｇ５０设定时。必须将刀具移动到与工件坐标系原点有确定位置关系（假设在Ｘ、Ｚ轴上的距离分别为α、γ）的点，此时，该点在机床坐标系中坐标值是（Ｘ＋α、Ｚ＋γ），然后通过程序执行Ｇ５０ＸαＺγ，而得到ＣＮＣ的认可。（２）Ｇ５４设定时。将工件端面中心点坐标（１６９.３０，１４９.２５）输入Ｇ５４偏移中即可。这个过程，也可通过系统的“测量”功能获得，自动生成Ｇ５４的工件坐标系原点Ｘ、Ｚ的坐标值，如此即完成了Ｇ５４工件坐标系的设置。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工３）设置刀具偏移量在程序中直接使用机床坐标系原点作为工件坐标系原点，特别适合于多把刀具对刀。用所选刀具试切工件外圆，保持Ｘ轴方向不动，刀具退出，操作机床使主轴停止转动，单击菜单“测量／坐标测量”，得到试切后的工件直径，记为α。单击ＭＤＩ键盘上的键，进入形状补偿参数设定界面，将光标移到相应的位置，输入Ｘα，按菜单软键“测量”（见图１－１９）输入。试切工件端面，保持Ｚ轴方向不动，刀具退出，读出端面在工件坐标系中Ｚ的坐标值，记为β（此处以工件端面中心点为工件坐标系原点，则β为０）。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工进入形状补偿参数设定界面，将光标移到相应的位置，输入Ｚβ，按“测量”软键（见图１－１９）输入到指定区域。４）车床刀具补偿参数在ＦＡＮＵＣ０ｉ系统中，车床的刀具补偿在Ｘ、Ｚ两个轴上都包括刀具的摩耗补偿参数和形状补偿参数，两者之和构成车刀偏置量补偿参数，设定后可在数控车床程序中通过Ｔ字调用。（１）输入摩耗补偿参数。激活机床后，在操作面板中单击键，系统转到位置显示ＰＯＳ状态，单击进入“刀具补正／摩耗”补偿参数设置画面，单击ＬＣＤ下方“摩耗”对应软键，进入图１－２０（ａ）所示摩耗设置画面，选择补偿参数编号，将所需的刀具摩耗值键入到输入域内。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工按ＩＮＰＵＴ键，即可把补偿值输入到所指定的位置。（２）输入形状补偿参数。激活机床后，在操作面板中单击键，系统转到位置显示ＰＯＳ状态，进入图１－２０所示画面后，单击ＬＣＤ下方“形状”对应软键，进入图１－２０（ｂ）所示形状设置画面，选择补偿参数编号，将所需的刀具Ｘ、Ｚ补偿值键入到输入域内。按ＩＮ⁃ＰＵＴ键，即可把补偿值输入到所指定的位置。在图１－２０所示画面中，还可用刀具测量的方法来获得刀具的补偿值，操作时只要单击画面“操作”对应软键，即进入补偿值测量方式，这特别适用于多把刀具加工的情况。在图１－２０所示画面中，还可以输入刀尖半径补偿值（Ｒ）和刀位点（Ｔ）数据。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工４．数控程序处理１）导入数控程序数控程序可以通过记事本或写字板等编辑软件输入并保存为文本格式文件，也可直接用ＦＡＮＵＣ０ｉ系统的ＭＤＩ键盘输入。（１）打开机床面板，单击键，进入编辑状态；（２）单击ＭＤＩ键盘上ＥＤＩＴ键，进入程序编辑状态；（３）打开菜单“机床／ＤＮＣ传送…”，在打开文件对话框中选取文件，按“打开”确认；（４）按ＬＣＤ画面软键“操作”，再单击画面软键，再按画面“［ＲＥＡＤ］”对应软键；上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（５）通过ＭＤＩ键盘在输入域键入文件名“Ｏ××××”（Ｏ后面是不超过９９９９的任意正整数），如“Ｏ０００１”；（６）单击画面“［ＥＸＥＣ］”对应软键，即可输入预先编辑好的数控程序，并在ＬＣＤ显示。２）数控程序管理（１）显示和数控程序目录。打开机床面板，单击ＥＤＩＴ键，进入编辑状态；单击ＭＤＩ键盘上ＰＲＯＧ键，进入程序编辑状态；再按软键“ＬＩＢ”，经过ＤＮＣ传送的全部数控程序名显示在ＬＣＤ界面上。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（２）选择一个数控程序。单击机床面板ＥＤＩＴ挡或ＭＥＭ挡；在ＭＤＩ面板输入域键入文件名“Ｏｘｘ××”；再按软键“检索”，即可从程序“ＬＩＢ”中打开一个新的数控程序；打开后，“Ｏｘｘ××”将显示在屏幕中央上方，右上角显示第１程序号位置。（３）删除一个数控程序。打开机床面板，单击ＥＤＩＴ键，进入编辑状态；在ＭＤＩ键盘上按ＰＲＯＧ键，进入程序编辑画面；将显示光标停在当前文件名上，按ＤＥＬＥＴＥ键，该程序即被删除。（４）新建一个ＮＣ程序。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工打开机床面板，单击ＥＤＩＴ键，进入编辑状态；单击ＭＤＩ键盘上ＰＲＯＧ键，进入程序编辑状态；键入要创建的程序文件名“Ｏｘｘｘｘ”，但不可以与已有程序号重复，在ＭＤＩ键盘上按键ＩＮＳＥＲＴ键，新的程序文件名被创建，此时在输入域中，可开始程序输入；在ＦＡＮＵＣ０ｉ系统中，每输入一个程序段（包括结束符），按一次ＩＮＳＥＲＴ键，输入域中的内容将显示在ＬＣＤ界面上，也可一个代码一个代码输入。（５）删除全部数控程序。打开机床面板，单击ＥＤＩＴ键，进入编辑状态；在ＭＤＩ键盘上按ＰＲＯＧ键，进入程序编辑画面；键入字母“Ｏ”，按键，键入“—”；按键，键入“９９９９”；按ＤＥＬＥＴＥ键即可删除。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工３）数控程序编辑（１）程序修改。选择一个程序打开，单击ＥＤＩＴ键，进入程序编辑状态。插入字符：先将光标移到所需位置，单击ＭＤＩ键盘上的数字／字母键，将代码输入到输入域中，按插入键把输入域的内容插入到光标所在代码后面。删除输入域中的数据：按ＣＡＮ键用于删除输入域中的数据。删除字符：先将光标移到所需删除字符的位置，按ＤＥＬＥＴＥ键，删除光标所在的代码。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工查找：输入需要搜索的字母或代码；按光标键，开始在当前数控程序中光标所在位置后搜索（代码可以是一个字母或一个完整的代码，如“Ｎ００１０”“Ｍ”等）。如果此数控程序中有所搜索的代码，则光标停留在找到的代码处；如果此数控程序中光标所在位置后没有所搜索的代码，则光标停留在原处。替换：先将光标移到所需替换字符的位置，将替换成的字符通过ＭＤＩ键盘输入到输入域中，按ＡＬＴ键，把输入域的内容替代光标所在的代码。（２）保存程序。编辑修改好的程序需要进行保存操作：上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工在程序编辑状态下，单击［（操作）］软键，单击软键，进入打开、保存画面，单击［ＰＵＮＣＨ］，弹出“另存为”对话框，在弹出的对话框中输入文件名，选择文件类型和保存路径，按“保存”按钮执行或按“取消”按钮取消保存操作。５．手动操作（１）手动／连续加工方式。手动加工时，准备好刀具和工件，单击控制面板ＪＯＧ按钮，机床切换到手动方式；单击轴选择按钮，选择要切削的坐标轴，单击主轴的转动（或停止）按钮；单击坐标移动按钮，实现快速空运动和正常、准确的切削移动运动，从而实现手动加工。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（２）手动／手轮（手脉）加工方式。在手动／连续加工过程中，或在对刀过程中，当需精确调节主轴位置时，需用手动／手轮方式进行微调切削加工（或调节）。单击机床操作面板上手动脉冲键，切换到手轮方式，拉出手轮，选中要移动的坐标轴，调整手轮倍率。单击为运动部件向“－”方向运动，刀具接近工件；单击为运动部件向“＋”方向运动，刀具离开工件。使用手轮时，鼠标每按一下，在倍率旋钮上，×１为０.００１毫米，×１０为０.０１毫米，×１００为０.１毫米。６．自动加工方式上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工１）自动／连续方式自动加工操作流程：（１）检查机床是否机床回零。若未回零，先将机床回零。（２）导入数控加工程序或新建ＮＣ程序。（３）检查控制面板上ＭＥＭ是否按下，若没按下，则用单挡，将其置于自动加工挡，进入自动加工模式。（４）按循环运行按钮，数控程序开始运行。２）中断运行数控程序在运行过程中可根据需要暂停、停止、急停和重新运行。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工数控程序在运行时，单击进给保持按钮程序暂停运行，再次单击启动按钮，程序从暂停行开始继续运行。数控程序在运行时，单击循环停止按钮程序停止运行，再次单击启动按钮，余下的数控程序从中断行开始作为一个独立的程序执行。数控程序在运行时，按下急停按钮，数控程序中断运行，继续运行时，先将急停按钮松开，再按复位按钮，程序从开头重新运行。３）自动／单段方式（１）检查机床是否回零。若未回零，先将机床回零；（２）导入数控程序或自行编写一段程序；上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（３）按下控制面板上ＭＥＭ键；（４）单击机床控制面板，选择单段运行方式；（５）按循环运行按钮，数控程序开始运行。注１：自动／单段方式执行每一行程序均需单击一次循环运行按钮。注２：选择跳过开关置“ＯＮ”上，数控程序中的跳过符号“／”有效。注３：将选择性停止开关置于“ＯＮ”位置上，“Ｍ０１”代码有效。在自动执行加工程序前，可根据需要调节进给速度倍率选择开关来控制数控程序运行的进给速度，调节范围为０～１２０％。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工４）检查运行轨迹ＮＣ程序导入后，可检查运行轨迹。在控制面板上单击“ＭＥＭ”键，再单击ＭＤＩ面板中ＣＵＳＴＯＭ键命令，程序执行转入检查运行轨迹模式；单击操作面板上的循环运行按钮，即可观察数控程序的运行轨迹，此时也可通过“视图”菜单中的动态旋转、动态放缩、动态平移等方式对三维运行轨迹进行全方位的动态观察，７．ＭＤＩ工作模式（１）单击机床面板ＭＤＩ模式键，机床切换到ＭＤＩ状态，可用ＭＤＩ操作；上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（２）在ＭＤＩ键盘上按ＰＲＯＧ键，进入手动数据输入（ＭＤＩ）工作模式，可直接编辑代码指令；（３）在ＭＤＩ输入域中输写数据指令，通过单击ＭＤＩ键盘上数字、字母键构成代码，字符显示，可以做取消、插入、删除等修改操作；（４）按ＣＡＮ键，删除输入域中的数据；（５）按键盘上插入键，将输入域中的内容输入到指定位置；（６）按ＤＥＬＥＴＥ键，已输入的ＭＤＩ程序被清空；（７）输入完整数据指令后，按运行控制按钮，运行指令代码。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工１.３任务实施１.３.１阶梯轴零件工艺分析工艺分析是零件加工的重要技术准备工作。工艺分析的主要内容包含以下几部分：（１）分析零件图。从图１－１可知该零件的加工面由端面、外圆柱面及台阶面组成，加工内容较为简单，是较典型的轴类零件。该零件轮廓几何要素定义完整，尺寸标注符合数控加工要求，有统一的设计基准，便于加工、测量。（２）毛坯的选择。毛坯采用铝ϕ３０ｍｍ棒料。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（３）装夹方式的选择。该零件的结构工艺性好，便于装夹、加工，采用机用自定心卡盘装夹工件。（４）加工方法的选择。选择现有设备ＣＫＡ６１４０机床，选用１把标准外圆车刀和１把切断刀。（５）加工顺序的确定。该零件外圆柱面尺寸ϕ１８ｍｍ、ϕ２２ｍｍ、ϕ２８ｍｍ尺寸精度要求较高，长度尺寸２０ｍｍ、１４ｍｍ精度要求较高，图中未注尺寸公差按ＩＴ１２级处理。采用粗车外圆—精车外圆—切断的加工方案。１.３.２程序编制上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（１）选择工件右端面与轴线的交点位置为工件坐标原点。根据图１－２１所示，得各基点坐标为Ａ（１６，０），Ｂ（１８，－１），Ｃ（１８，－１４），Ｄ（２０，－１４），Ｅ（２２，－１５），Ｆ（２２，－３０），Ｇ（２６，－３０），Ｈ（２８，－３１），Ｉ（２８，－５０）。（２）程序清单：Ｏ００１Ｎ００１０Ｔ０１０１／建立工件坐标系，选择１号外圆车刀Ｎ００２０Ｍ０３Ｓ８００／主轴旋转上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工Ｎ０２００Ｇ００Ｘ１００Ｚ８０／快速移动到起刀点上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工１.３.３数控仿真和实操加工１．零件的数控仿真使用数控加工仿真软件对加工程序进行检验，仿真加工过程为：（１）进入仿真系统；（２）选择机床；（３）启动系统；上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（４）回参考点；（５）装夹工件；（６）装刀；（７）对刀／设定工件坐标系；（８）输入程序，调试程序，检查运行轨迹；（９）单步加工，进行工件试切；（１０）自动加工方式。２．零件的实操加工通过仿真加工，检验零件程序正确性后，在实训车间完成该零件的实际操作加工。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工１）开机启动数控车床系统，释放急停，返回机床参考点（有些机床不需要回参考点）。２）装夹工件（１）工件的装夹。在数控车床上安装工件应使被加工工件表面轴线与数控车床主轴回转轴线重合，保证工件处于正确的位置，同时要将工件夹紧以防在切削力的作用下工件松动或脱落。工件装夹如图１－２２（ａ）所示：张开卡爪，张开量略大于工件直径，右手持稳工件，将工件平行地放入卡爪内，并做稍微转动，使工件在卡爪内的位置基本合适；左手转动卡盘扳手，将卡爪拧紧，待工件轻轻夹紧后右手方可松开工件。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工在满足加工需要的情况下，应尽量减少工件的伸出长度。根据工件的形状、大小和加工数量不同，在车床上装夹工件可以采用不同的装夹方法，车床上安装工件所用的附件有自定心卡盘、单动卡盘、顶尖、芯轴、中心架、跟刀架、花盘和角铁等。（２）工件的找正。自定心卡盘是自动定心夹具，装夹工件一般不需要找正。但当工件夹持长度较短而伸出长度较长时，往往会产生歪斜，离卡盘越远，工件跳动越大。当跳动量大于工件加工余量时，工件必须经找正后方可车削。如图１－２２（ｂ）所示，将划线盘针尖靠近轴端外圆，左手转动卡盘。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工右手轻轻敲动划针，使针尖与外圆的最高点正好未接触到，然后目测针尖与外圆之间的间隙变化，当出现最大间隙时，用锤子将工件轻轻向针尖方向敲动，使间隙缩小约一半，然后将工件再夹紧些。重复上述检查和调整，直到跳动量小于加工余量即可。３）装刀在刀台上安装外圆车刀时，应注意以下几点：（１）车刀伸出刀架尽可能短。因为车刀伸出过长，刀杆刚性相对减弱，切削时在切削力的作用下，容易产生振动，加工工件表面不光洁，如图１－２３（ａ）所示。一般车刀伸出的长度不超过刀杆厚度的２倍。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（２）车刀刀尖的高低应对准工件的中心。车刀安装得过高或过低都会引起车刀角度的变化而影响切削。根据经验，粗车外圆时，可将车刀装得比工件中心稍高一些；精车外圆时，可将车刀装得比工件中心稍低一些，这要根据工件直径的大小来决定，无论装高或装低，一般不能超过工件直径的１％。（３）装车刀用的垫片要平整，使用垫片数不要超过２～３片。如垫刀片数太多或不平整，会使车刀产生振动，影响切削，如图１－２３（ｂ）所示。（４）车刀装上后，要紧固刀架螺钉，一般要紧固两个螺钉。紧固时，应轮换逐个拧紧。同时要注意，一定要使用专用扳手，不允许再加套管等，以免使螺钉受力过大而损伤。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工４）手动输入加工程序并进行校验在自动运行方式下，将“机床锁住”键按下，“循环启动”执行，观测刀具相对于工件的运动轨迹是否正确。若程序中有语法错误，则应先修改错误之后，才能进行程序校验。５）对刀及刀具偏置的设定试切法对刀是实际中应用的最多的一种对刀方法，即用所选的刀具试切零件的外圆和端面，经过测量和计算得到零件端面中心点的坐标值。６）切削加工上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工在加工操作过程中，要始终观察加工过程（严禁负责操作的人员离开操作区域或干其他工作），若出现刀具碰撞主轴卡盘等其他异常情况，应立即按下“急停”按钮。操作期间，严禁非本次操作的其他人员按动计算机键盘或机床操作面板上的按键。（１）执行每一个程序前检查其所用的刀具，检查切削参数是否合适，开始加工时宜把进给速度调至最小，密切观察加工状态，若有异常现象要及时停机检查。（２）在加工过程中不断优化加工参数，达到最佳加工效果。粗加工后检查工件是否有松动，检验工件的尺寸，所留精加工余量是否正确。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工（３）精加工后检验工件尺寸及形位公差是否符合图纸要求，调整加工参数，直至工件与图纸及工艺要求相符。７）零件测量检验正确使用量具，选择游标卡尺检测尺寸，检验零件是否合格。８）机床维护与清洁在操作期间，要注意车床移动部件（溜板、刀架、导轨等）和主轴的润滑。车床移动部件定期用喷油枪喷射润滑油。主轴的润滑，要观察主轴上的油标中是否有油（若无油，须报告老师）。工件拆卸后及时清洁机床工作台，清理加工现场，最后关机。上一页下一页返回任务１阶梯轴零件的编程与加工１.４检查评估（１）零件质量检测结果报告单，见表１－２。（２）考核结果报告单，见表１－３。（３）小组评价，见表１－４。（４）质量分析，见表１－５。（５）小组总结报告，见表１－６。上一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工２.１任务描述完成图２－１所示连接轴的加工工艺制订、编程与加工。图２－１所示零件有外圆柱面、台阶面、圆锥面、圆弧面和左端倒角的加工，要求切断。ϕ４２ｍｍ和ϕ２６ｍｍ有较高的尺寸精度要求。零件材料为４５钢，切削加工性能较好，无热处理和硬度要求。所有加工内容选择在一台数控车床上完成。完成该项任务，需掌握对刀点和换刀点的设置、数控圆弧面和圆锥面车削加工路线的选择、刀具补偿、多把刀具对刀等基本知识和基本技能。下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工２.２知识链接２.２.１数控车削加工工艺设计１．加工顺序的确定零件车削加工顺序一般遵循下列原则：（１）先粗后精。按照粗车—半精车—精车的顺序进行，逐步提高加工精度。粗车时在较短的时间内将工件表面上的大部分加工余量（图２－２所示的双点画线内部分）切除，一方面提高金属切除率，另一方面满足精车的余量均匀性要求。若粗车后所留余量的均匀性满足不了精加工的要求，则要安排半精车，以此为精车做准备。精车要保证加工精度，按图样尺寸，一刀切出零件轮廓。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工（２）先近后远。这里所说的远与近，是按加工部位相对于对刀点的距离大小而言的。在一般情况下，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削而言，先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。当加工图２－３所示零件时，如果按ϕ３８ｍｍ—ϕ３６ｍｎ—ϕ３４ｍｍ的次序安排车削，不仅会增加刀具返回对刀点所需的空行程时间，而且一开始就削弱了工件的刚性，还可能使台阶的外直角处产生飞边。对这类直径相差不大的台阶轴，当第一刀的背吃刀量（图中最大背吃刀量为３ｍｍ）未超限时，宜按ϕ３４ｍｍ—ϕ３６ｍｍ—ϕ３８ｍｍ的次序先近后远安排车削。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工（３）内外交叉。对既有内表面又有外表面需加工的零件，安排加工顺序时，应先进行内外表面粗加工，后进行内外表面精加工。切不可将零件上一部分表面（外表面或内表面）加工完毕后，再加工其他表面（内表面或外表面）。（４）基面先行。用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。２．进给路线的确定确定进给路线的工作重点，主要在于确定粗加工及空行程的进给路线，因精加工切削过程的进给路线基本上都是沿其零件轮廓顺序进行的。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工进给路线泛指刀具从对刀点（或机床固定原点）开始运动，直至返回该点并结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具切入、切出等非切削空行程。在保证加工质量的前提下，使加工程序具有最短的进给路线，不仅可以节省整个加工过程的执行时间，还能减少一些不必要的刀具消耗及机床进给机构滑动部件的磨损等。实现最短的进给路线，除了依靠大量的实践经验外，还应善于分析，必要时可辅以一些简单计算。现将实践中的部分设计方法或思路介绍如下：１）最短的空行程路线上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工（１）巧用起刀点。图２－４（ａ）所示为采用矩形循环方式进行粗车的一般情况。其对刀点Ａ的设定是考虑到精车等加工过程中方便换刀，故设置在离坯件较远的位置，同时将起刀点与其对刀点重合在一起，粗车的进给路线如下：第一刀为Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ａ；第二刀为Ａ→Ｅ→Ｆ→Ｇ→Ａ；第三刀为Ａ→Ｈ→Ｉ→Ｊ→Ａ。图２－４（ｂ）所示巧将起刀点与对刀点分离，并设于Ｂ点位置，仍按相同的切削量进行三刀粗车，其进给路线如下：起刀点与对刀点分离的空行程为Ａ→Ｂ；上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工第一刀为Ｂ→Ｃ→Ｄ→Ｅ→Ｂ；第二刀为Ｂ→Ｆ→Ｇ→Ｈ→Ｂ；第三刀为Ｂ→Ｉ→Ｊ→Ｋ→Ｂ。显然，图２－４（ｂ）所示进给路线短。该方法也可用在其他循环（如螺纹车削）切削中。（２）巧设换（转）刀点。为了换（转）刀的方便和安全，有时将换（转）刀点设置在离坯件较远的位置［图２－４（ａ）中的Ａ点］，那么，当换第二把刀后，进行精车时的空行程路线必然也较长；如果将第二把刀的换刀点设置在图２－４（ｂ）所示的Ｂ点位置上，则可缩短空行程距离。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工（３）合理安排“回零”路线。在合理安排“回零”路线时，应使其前一刀终点与后一刀起点间的距离尽量减短或者为零，即可满足进给路线最短的要求。另外，在选择返回对刀点指令时，在不发生加工干涉现象的前提下，尽量采用Ｘ、Ｚ坐标轴双向同时“回零”指令，该指令功能的“回零”路线将是最短的。２）最短的切削进给路线切削进给路线最短，可有效地提高生产效率，降低刀具的损耗等。当安排粗加工或半精加工的切削进给路线时，应同时兼顾被加工零件的刚性及加工的工艺性等要求，不要顾此失彼。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工图２－５所示为粗车图２－２所示实例的几种不同切削进给路线。其中图２－５（ａ）所示为利用矩形循环功能安排的“矩形”进给路线；图２－５（ｂ）所示为利用程序循环功能安排的“三角形”进给路线；图２－５（ｃ）所示为利用数控系统具有的封闭式复合循环功能控制车刀沿着工件轮廓进给的路线。对以上三种切削进给路线，经分析和判断后可知矩形循环进给路线的进给长度总和最短。因此，在同等条件下，其切削所需时间（不含空行程）最短，刀具的损耗最少。３）大余量毛坯的阶梯切削进给路线上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工图２－６所示为车削大余量工件的阶梯进给路线，图２－６（ａ）所示为错误的阶梯切削路线；图２－６（ｂ）所示按１～５的顺序切削，每次切削所留余量相等，是正确的阶梯切削路线，因为在相同背吃刀量的条件下，按图２－６（ａ）所示的方式加工所剩的余量过多。根据数控车床加工的特点，还可以放弃常用的阶梯车削法，改用依次从轴向和径向双向进刀，沿工件毛坯轮廓进给的路线，如图２－７所示。４）完工轮廓的连续切削进给路线上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工安排一刀或多刀进行的精加工工序时，其零件的完工轮廓应由最后一刀连续加工而成，这时，加工刀具的进、退刀位置尽量不要在连续的轮廓中安排切入和切出或换刀及停顿，以免因切削力突然变化而造成弹性变形，致使光滑轮廓上产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。５）特殊的进给路线在数控车削加工中，一般情况下，Ｚ坐标轴方向的进给运动都是沿着负方向进给的，但有时按其常规的负方向安排进给路线并不合理，甚至能车坏工件。３．确定定位和夹紧方案上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：（１）尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；（２）尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面；（３）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案；（４）夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。４．夹具的选择１）圆周定位夹具（１）自定心卡盘：能自动定心，夹持范围大，一般不需找正，装夹速度较快。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工但夹紧力小，卡盘磨损后会降低定心精度，如图２－１１所示。（２）软爪：软爪是在使用前配合被加工工件特别制造的，如加工成圆弧面、圆锥面或螺纹等形式，可获得理想的夹持精度，如图２－１２所示。（３）弹簧夹套：弹簧夹套定心精度高，装夹工件快捷方便，常用于精加工的外圆表面定位。弹簧夹套夹持工件的内孔是标准系列并非任意直径。（４）单动卡盘：单动卡盘夹紧力较大，所以适用于大型或形状不规则的工件。但单动卡盘找正比较费时，只能用于单件小批生产，如图２－１３所示。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工２）中心孔定位夹具（１）两顶尖：两顶尖（活顶尖、死顶尖）装夹工件方便，不需找正，装夹精度高，如图２－１４所示。（２）拨动顶尖：拨动顶尖有内、外拨动顶尖和端面顶尖两种。３）复杂、异形、精密工件的装夹（１）花盘：加工表面的回转轴线与基准面垂直、外形复杂的零件可以装夹在花盘上加工。（２）角铁：加工表面的回转轴线与基准面平行、外形复杂的零件可以装夹在角铁上加工。用角铁、花盘装夹工件如图２－１５所示。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工５．确定切削用量数控车床加工中的切削用量包括：背吃刀量、主轴转速、切削速度（用于恒线速切削）、进给速度或进给量。编程人员在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定选择，也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工作班的工作时间。编程人员在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量、刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工１）确定背吃刀量ａｐ（ｍｍ）在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少进给次数。当零件的精度要求较高时，则应考虑适当留出精车余量，一般半精车余量为０.５ｍｍ左右，精车余量为０.１～０.５ｍｍ。２）确定主轴转速ｎ（ｒ／ｍｉｎ）（１）光车时主轴转速。光车时主轴转速应根据零件上被加工部位的直径，并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度ｖｃ（ｍ／ｍｉｎ）来确定。切削速度除了计算和查表选取外，还可根据实践经验确定。切削速度确定之后，用下式计算主轴转速：上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工（２）车螺纹时主轴转速。对于不同的数控系统，推荐不同的主轴转速选择范围。普通车床数控系统车螺纹时的主轴转速如下：３）确定进给速度ｖｆ（ｍｍ／ｍｉｎ）进给速度是指在单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离（单位为ｍｍ／ｍｉｎ）。有些数控车床规定可以选用进给量（单位为ｍｍ／ｒ）表示进给速度。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工（１）确定进给速度的原则。①当工件的质量要求能够得到保证时，为提高生产率，可选择较高的进给速度。②切断、车削深孔或精车削时，宜选择较低的进给速度。③刀具空行程，特别是远距离“回零”时，可以设定尽量高的进给速度。④进给速度应与主轴转速和背吃刀量相适应。（２）进给速度的计算。进给速度的大小直接影响表面粗糙度值和车削效率，因此进给速度的确定应在保证表面质量的前提下选择较高值。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工一般根据零件的表面粗糙度、刀具及工件材料等因素，查阅切削用量手册选取每转进给量ｆ，再按下式计算进给速度：２.２.２数控车床基本加工指令１．圆弧插补指令Ｇ０２、Ｇ０３功能：使刀具从圆弧起点沿圆弧移动到圆弧终点；其中Ｇ０２为顺时针圆弧插补，Ｇ０３为逆时针圆弧插补。格式：或者２．刀具补偿指令及应用上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工（１）刀尖圆弧半径的概念。切削加工时，为了提高刀尖强度，降低加工表面粗糙度，刀尖处可以刃磨成圆弧过渡刃。在加工端面或内外圆时，刀尖圆弧不影响其尺寸和形状，但在进行倒角、圆锥面或圆弧面切削时就会产生欠切或过切，造成零件加工精度误差。编程时若以刀尖圆弧中心编程可避免过切削和欠切削现象，如图２－１９所示。数控系统的刀具半径补偿功能正是为解决这个问题所设定的。它允许编程者以假想刀尖位置编程，然后给出刀尖圆弧半径，由系统自动计算补偿值，生成刀具路径，完成对工件的合理加工。（２）刀具半径补偿指令。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工指令：Ｇ４０、Ｇ４１、Ｇ４２功能：Ｇ４０：取消刀补，通常写在程序开始的第一个程序段及取消刀具半径补偿的程序段。Ｇ４１：刀具半径左补偿，沿进给方向看，刀尖圆弧位置在编程轨迹的左边，如图２－２０所示。Ｇ４２：刀具半径右补偿，沿进给方向看，刀尖圆弧位置在编程轨迹的右边，如图２－２０所示。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工（３）刀具半径补偿量的设定。刀具半径补偿量可以通过数控系统的刀具补偿设定画面设定。Ｔ指令要与刀具补偿编号相对应，并且要输入刀尖的方向号。车刀刀尖的方向号定义了刀具刀位点与刀尖圆弧中心的位置关系，从０～９有十个方向，假想刀尖共有１０个位置，如图２－２１所示，其中图２－２１（ａ）对应后置刀架，图２－２１（ｂ）对应前置刀架，是假想刀尖位置序号；图２－２２所示为常见几种数控车床刀具的假想刀尖位置。（４）按假想刀尖编程时的注意事项。①Ｇ４１或Ｇ４２指令必须与Ｇ００或Ｇ０１指令一起使用，并且在切削完成后用Ｇ４０指令取消补偿。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工②工件有锥度和圆弧时，必须在精车锥度和圆弧前一程序段中建立刀尖圆弧半径补偿，一般在切入工件时的程序段建立半径补偿。③必须在刀具补偿设定页面的刀具半径处输入使用的刀尖半径值。④必须在刀具补偿设定页面的假想刀尖方向处输入使用刀具的假想刀具方向代号。⑤刀尖半径补偿的加入。刀尖半径补偿由Ｇ４１或Ｇ４２建立。在使用Ｇ４１、Ｇ４２指令之后的程序段中不能出现连续两个或两个以上的不移动指令，否则Ｇ４１、Ｇ４２指令会失效。在使用Ｇ７６、Ｇ９２指令时，不能使用刀尖半径补偿功能。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工在Ｇ７１、Ｇ７２、Ｇ７３指令状态下，如以刀尖圆弧中心轨迹编程时，必须指定指令中的精车余量Δｕ和Δｗ。３．圆柱面或圆锥面切削单一固定循环单一固定循环可以将一系列连续加工动作，如“切入—切削—退刀—返回”，用一个循环指令完成，从而简化程序。圆柱面或圆锥面切削循环是一种单一固定循环，圆柱面切削循环如图２－２３所示，圆锥面切削循环如图２－２４所示。（１）圆柱面切削循环。编程格式：上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工（２）圆锥面切削循环。编程格式：如果切削起点的Ｘ向坐标小于终点的Ｘ向坐标，Ｉ值为负，反之为正。（３）端面切削循环指令（Ｇ９４）。格式：４．复合固定循环在复合固定循环中，对零件的轮廓定义之后，即可完成从粗加工到精加工的全过程，使程序得到进一步简化。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工１）外圆粗切循环外圆粗切循环是一种复合固定循环，适用于外圆柱面需多次走刀才能完成的粗加工，如图２－２７所示。编程格式：２）端面粗加工循环指令（Ｇ７２）Ｇ７２指令适用于圆柱毛坯料端面方向的加工。格式：上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工Ｇ７２循环指令的刀具切削路径如图２－２９所示。３）封闭切削粗加工复合循环指令Ｇ７３格式：Ｇ７３循环指令的刀具切削路径如图２－３０所示。Ｇ７３指令在粗加工轴类零件外部轮廓时是万能指令，适用于凹凸曲线轮廓类零件的数控编程，主要应用于对已基本成形的铸、锻毛坯切削，加工未成形的毛坯往往走刀空程较多，加工慢，效率低。Ｇ７３指令通常在加工余量基本相等和Ｇ７１不能加工的情况下使用，或者与Ｇ７１结合使用。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工注意区分Ｇ７１和Ｇ７３指令中第一行Ｕ和Ｒ含义的不同，Ｇ７１和Ｇ７３走刀路线的不同。４）精加工循环由Ｇ７１、Ｇ７２、Ｇ７３完成粗加工后，可以用Ｇ７０进行精加工。精加工时，Ｇ７１、Ｇ７２、Ｇ７３程序段中的Ｆ、Ｓ、Ｔ指令无效，只有在ｎｓ→ｎｆ程序段中的Ｆ、Ｓ、Ｔ才有效。编程格式：在Ｇ７１、Ｇ７２、Ｇ７３程序应用实例中，ｎｆ程序段后再加上“Ｇ７０Ｐ（ｎｓ）Ｑ（ｎｆ）”程序段，并在ｎｓ→ｎｆ程序段中加上精加工适用的Ｆ、Ｓ、Ｔ，就可以完成从粗加工到精加工全过程。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工２.３任务实施２.３.１连接轴零件工艺分析１．零件图分析由图２－１可知该零件轮廓几何要素定义完整，尺寸标注符合数控加工要求，有统一的设计基准且便于加工、测量。２．毛坯的选择零件外形规整，选择ϕ５２ｍｍ×９０ｍｍ的棒料，材料为４５钢。３．装夹与定位方式的选择上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工零件以毛坯外圆面为基准，用自定心卡盘夹紧工件。为了切断零件时不干涉，考虑切断刀的刀宽（４ｍｍ），工件轴向伸出卡盘７０ｍｍ。所有加工部位都充分暴露，采用工序集中原则，零件经一次装夹后完成全部加工内容。４．加工方法的选择选择现有设备ＣＫＡ６１４０数控车床，选用１把标准外圆车刀和１把切断刀完成加工。５．加工顺序的确定加工顺序按“先粗后精”“先大后小”“由近到远（由右到左）”的原则确定。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工由于零件外形有圆弧，粗加工完外轮廓后，会留下不规则的毛坯余量，需要进行半精加工，以保证精车精度。粗加工的切削深度及切削终点的确定根据外形，在不超过半精车余量的范围内可进行估算。半精车加工就是在精车路线上加上精车余量进行精车加工，切除余量，达到零件设计尺寸精度要求。本任务采用车端面→粗车外轮廓（留余量）→半精车外轮廓（留余量）→精车外轮廓→切断的加工顺序。６．刀具选择根据零件加工要求，需要两把刀：外圆车刀（车外圆、圆弧面、端面）和切断刀（切断）。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工为了减少换刀次数，车端面与车外圆、圆弧面可用同一把外圆车刀，刀具卡见表２－２。（１）外圆车刀刀片的选择。图２－１中右段端面的干涉前角为９０°，粗车与精车外圆应选用刀尖角８０°的菱形刀片、主偏角约为９０°、副偏角为６°～８°的右偏外圆车刀。（２）切断刀的选择。选择压制出断屑槽形的切断刀，它能使切屑横向产生收缩变形，切削轻快，断屑可靠，另外它的侧偏角和侧后角都很大，切削热产生的少，使用寿命长。（３）切削用量的确定。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工精车时切削用量的选择要保证加工质量、兼顾生产效率和刀具使用寿命，精车的背吃刀量由零件加工精度和表面粗糙度要求以及粗车后留下的加工余量决定，一般情况下一刀切去余量。所以应选用较小（但不能太小）的背吃刀量ａｐ和进给量ｆ，并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度ｖｃ。切断时，由于切断刀的主切削刃较窄，刀头较长。在切断过程中，散热条件差，刀具刚度低，因此须减小切削用量以防止机床和工件振动。①背吃刀量ａｐ的确定。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工背吃刀量是根据加工余量确定的。半精加工时，背吃刀量一般为０.５～２ｍｍ。精加工的背吃刀量等于精加工余量，精加工余量一般取０.１～０.５ｍｍ。在此确定粗加工背吃刀量为０.５ｍｍ。②主轴转速的确定。硬质合金刀具材料切削钢件时，粗车时切削速度ｖｃ取８０～１２０ｍ／ｍｉｎ，精车时切削速度ｖｃ取１２０～１５０ｍ／ｍｉｎ，根据公式ｎ＝１０００ｖｃ／ｄ计算出主轴转速，再根据机床说明书选取主轴转速标准值。本工件的粗加工主轴转速为500ｒ／ｍｉｎ，精加工主轴转速900ｒ／ｍｉｎ。切断时，切削速度ｖｃ取７０～１１０ｍ／ｍｉｎ，根据公式ｎ＝１０００ｖｃ／ｄ及实际加工情况，本工件切断时主轴转速为３００ｒ／ｍｉｎ。上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工③进给速度的确定。在保证工件加工质量的前提下，可以选择较高的进给速度（２０００ｍｍ／ｍｉｎ以下）。在切断、车削深孔或精车时，应选择较低的进给速度，也可用进给量来表示进给速度。进给量ｆ的选取应该与背吃刀量和主轴转速相适应。粗车时取ｆ＝０.３ｍｍ／ｒ，精车时取ｆ＝０.０５～０.１５ｍｍ／ｒ，在此取进给量为０.１ｍｍ／ｒ。切断时ｆ＝０.０５～０.２ｍｍ／ｒ，具体见表２－３。２.３.２程序编制１．数值计算上一页下一页返回任务２圆弧与锥面轴零件的编程与加工（１）设定程序原点，以工件右端面与轴线的交点为程序原点建立工件坐标系。（２）计算各基点位置坐标值。２．程序编制１）Ｇ９０指令编