《机械零件数控车削加工》-情境五

情境五转轴零件的数控加工【知识目标】掌握复合件的加工工艺编制方法;了解车削中心刀具系统;掌握数控车削中心仿真软件相关知识;掌握铣削加工的常用编程指令;了解车、铣复合件的装夹方法;掌握一般车、铣复合零件的加工、检测方法及常用检测工具的选择和使用方法。【技能目标】能操作数控铣削仿真软件;能编制车、铣复合零件加工工艺和加工程序;下一页返回情境五转轴零件的数控加工能在车削中心上安装、定位、加工车铣复合零件;能操作车削中心机床，能加工转轴零件;能正确选择和使用检测工具，检查转轴零件，能对转轴零件加工质量进行分析。工作任务加工如图5.1和图5.2所示转轴零件图。该零件来自重庆市第三届技能大赛项目“复杂零部件造型、加工与编程”中的一个零件。本情境对该零件稍作调整。单件生产，材料是45钢。上一页返回5.1明确任务5.1.1转轴零件加工任务要求(1)毛坯形状和尺寸的确定;(2)加工机床的选择;(3)工件的定位和装夹，刀具、量具的选择;(4)数控工艺方案拟定:加工路线确定、切削用量确定、工序卡片的填写;(5)零件外形的数控程序编制、仿真验证、试切加工;(6)转轴零件外形的切削加工、精度检测及加工质量分析。下一页返回5.1明确任务5.1.2转轴轮廓外形加工学习要求1.一般知识要求(1)掌握车铣复合件一转轴轮廓外形数控车削工艺编制方法。(2)掌握车铣复合件一转轴轮廓外形数控加工程序编制方法。(3)掌握车铣复合件一转轴轮廓外形长度车削控制方法。(4)掌握车铣复合件一转轴轮廓外形刀具及切削用量选择方法。(5)掌握检测车铣复合件一转轴轮廓外形零件的方法。2.数控车削技能要求(1)掌握螺纹、圆弧凸台、小直径螺纹的加工技巧和方法。(2)按零件图要求完成转轴零件外形的切削。(3)熟练掌握车削中心基本操作。上一页下一页返回5.1明确任务5.1.3其他要求(1)培养分析和解决问题、正确选择工艺参数、合理制定数控车铣复合零件加工工艺的能力。(2)合理选择转轴复合零件轮廓外形检测量具及检测方法的能力。(3)培养机床日常维护和保养习惯，建立安全意识。(4)培养严、慎、细、实的航天职业素质。上一页返回5.2制订计划5.2.1转轴工艺设计一、转轴结构工艺性分析1.转轴的功用及结构特点如图5.3所示为转轴零件所在模型装配图。图中件号6即是该转轴零件。从图中可以看出该转轴在模型中的作用是:连接前盖、后盖、外壳并支撑叶片，带动叶片旋转的功能。转轴通过螺纹连接前盖和后盖，与外壳之间是间隙可转动的配合，并通过轴上的两个小圆凸台与外壳线接触，减少摩擦。叶片的端头放置在转轴的端面槽中，通过螺钉连接。叶片随转轴旋转。故该转轴的一端开有沟槽、有螺纹孔，另一端有外螺纹，轴的中间部分有两圈圆形凸台。下一页返回5.2制订计划2.转轴的结构工艺性分析该转轴具有螺纹、沟槽、凸台、圆弧等特征，工艺分析如下:(1)几何形状分析。图5.1所示转轴廓外形属于车铣复合类零件，加工内容包括螺纹、沟槽、凸台、圆弧、圆柱面、孔及螺纹。对表面几何形状没有特殊要求。(2)精度分析。图5.1所示转轴零件外形尺寸完整，主要尺寸分析如下:上一页下一页返回5.2制订计划从零件图上看，该零件都没有特殊的尺寸精度、表面精度和位置精度要求，但是，该零件由于有配合表面，配合处表面精度和尺寸精度要求都不能过低，因此增加零件配合表面尺寸精度为IT7级，表面粗糙度Ra1.6，包括:直径为Φ24mm轴环部分，槽宽度为18mm部分。还有M12的外螺纹和内螺纹部分，2×M6内螺纹部分。M12螺纹为粗牙螺纹，螺距为1.5mm，M6为粗牙内螺纹，螺距为1mm。其余尺寸精度按IT12级，表面精度Ra1.6μm加工。上一页下一页返回5.2制订计划二、制定机械加工工艺方案1.确定生产类型，选择毛坯形状和尺寸由题目可知，该零件为单件生产，该零件具有车、铣表面，可以在车削中心机床上加工。也可先车削加工，然后在铣床或加工中心上加工。工件最大直径尺寸为Φ62mm，总长度为105mm，材料为45钢，单件生产。大赛中给定的毛坯尺寸为小65mm×110mm。2.选择加工设备该零件为车、铣复合件，零件车削部分可选择在数控车床上加工，铣削部分在数控铣床上加工;也可选用配有FANUC系统的车削中心机床上加工车、铣部分。上一页下一页返回5.2制订计划3.加工方案的确定该零件属于车铣复合件，加工方案采用先车削加工后铣削加工。车削加工表面虽然没有精度要求，但因为是配合面所以也要进行粗车和精车，铣削表面进行粗铣和精铣加工。4.加工顺序的确定根据零件数控车、铣削加工顺序遵循的一般原则，该零件的加工顺序如下:(1)粗车右端面、各外圆表面;(2)精车右端面、各外圆表面;(3)切槽;(4)车螺纹;上一页下一页返回5.2制订计划(5)粗车左端面和外圆表面;(6)精车左端面和外圆表面;(7)铣左端沟槽;(8)钻孔;(9)攻螺纹。5.确定装夹方案该零件在车削中心上加工分两次装夹。第一次装夹工件左端，如图5.4所示，伸出长约90mm，加工右端各表面，掉头，用铜皮包裹右端进行装夹，如图5.5所示，伸出长约35mm，加工左端外圆及铣沟槽和钻孔，M12的螺纹可选择在钳台上手攻。上一页下一页返回5.2制订计划三、刀具及切削用量的选择1.刀具选择①93°硬质合金外圆车刀，刀具编号T0101，刀尖圆角半径R0.2，车削右端面，粗车、精车各外圆表面;②一切槽刀，刀具编号T0202，切削刃宽3mm;③立铣刀，直径为Φ18mm，铣削宽度为18mm的沟槽;④钻头，直径为Φ10.3mm，加工M12的螺纹底孔;直径为Φ12mm的立铣刀或扩孔钻，加工Φ12mm的沉头孔;⑤钻头，直径为Φ5mm，加工M6的螺纹底孔;⑥M12和M6的丝锥，加工M12，M6的螺纹。上一页下一页返回5.2制订计划2.切削用量的选择初步选定切削用量如下，具体确定见后S3决策部分。①粗车时的背吃刀量可达3mm;半精加工的背吃刀量取1.5mm;精加工的背吃刀量取0.5mm。②粗车时一般取0.3mm/r;精车时常取0.1mm/r;切断时取0.05mm/r。③铣削时主轴转速取1500r/min转轴，粗铣时背吃刀量取1mm，精铣时背吃刀量0.3mm。3.转轴零件车削加工路线车削转轴零件按照加工顺序的安排，数控车削加工路线如下:(1)粗车右端外圆表面加工路线，如图5.6。上一页下一页返回5.2制订计划(2)粗车右端外圆表面，采用单一固定循环指令，车削路线如图所示:分5次走刀，每次切削深度为5mm：S→1→2→3→S→4→5→3→S→6→7→3→S→8→9→3→S→10→11→12→S。(3)半精车右端外圆表面及倒角，留精车余量0.5mm，车削路线如图5.7所示:S→1→2→3→4→5→3→6→7→8→9→10→11→12→13→14→S。(4)精车右端外圆表面及倒角加工路线如图5.8所示。A→S→1→2→3→4→5→3→6→7→8→9→10→11→12→13→14→A本例中粗车及精车右端外圆表面采用复合切削循环指令编写程序，使程序简化。其精车路线坐标点位如下:上一页下一页返回5.2制订计划A(65，2);7(20，-28.s6);S(6，2);8(20，-71.4);1(12，-1);9(23.4，-73.1);2(12，-17.5);10(23.4，-74.9);3(20，-17.5);11(20，-76.56);4(20，-23.44);12(20，-82);5(23.4，-25.1);13(65，-82)。6(23.4，-26.9);上一页下一页返回5.2制订计划(5)转轴左端锥度加工及端面加工走刀路线比较简单，锥度加工可采用平行线加工方法以及阶梯和斜线加工方法进行半精加工，再进行精加工。加工左端面，保证工件总长105mm。(6)铣削加工利用车削中心C轴主轴头功能进行铣削宽度为18mm的槽，加工M6和M12的螺纹底孔及攻螺纹，加工直径12mm的沉头孔。走刀路线从略。上一页下一页返回5.2制订计划5.2.2转轴的数控车削中心加工编程一、车削中心简介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。在回转刀盘上安装带动力电机的铣削动力头，装夹工件的回转主轴转换为进给C轴，便可对回转零件的圆周表面及端面等进行铣削类加工。沈阳一机CH6145A车削中心机床的结构如图5.9所示。图5.10是CH6145A车削中心机床的结构组成。上一页下一页返回5.2制订计划回转主轴采用内藏电动机的电主轴形式，结构紧凑、质量轻、惯量小，启停响应快;主轴、工件装夹和尾座顶尖均采用液压控制;12位回转刀盘上的动力头均采用可拆卸更换的结构形式，动力头卸下后即可用于安装车削刀具，动力头刀位只有被转至工作位置处才可获得回转动力。对刀仪采用可拆叠收藏的结构，对完刀后即需翻转拆叠牢固收放于主轴旁。车削中心主轴可以分度或做圆弧插补运动，转塔刀库上设有自驱刀具(即动力头)，因而可以实现工件的完整加工，即在工件端面上(包括非回转中心部位)，工件圆周上钻孔、攻螺纹、铣直槽、曲线槽等等，若主轴和自驱刀具同步转动，可用螺纹铣刀铣外螺纹，车四角、六角等。机床上有副主轴时，可以将工件换装卡，对工件背面(切断的端面)进行加工。上一页下一页返回5.2制订计划二、编程指令介绍1.平面选择指令G17\G18\G19用G代码为圆弧插补、刀具半径补偿和钻削加工选择平面。(1)G17指定X、C平面。(2)G18指定X、Z平面。(3)G19指定Z、C平面。通电时选择X\Z平面。2.C轴辅助功能指令(1)M23主轴铣削功能开;(2)M24主轴铣削功能关;上一页下一页返回5.2制订计划(3)M223第二主轴铣削功能开;(4)M224第二主轴铣削功能关;(5)M51主轴正转，转速r/min;(6)M52主轴反转，转速r/min;(7)M53正转，冷却液开;(8)M54反转，冷却液开;(9)M55主轴停转;(10)M10卡盘夹紧，该指令能自动使卡盘夹紧;(11)M11卡盘松开，该指令能自动使卡盘松开，一般在装有棒料输送机、工件收集器及上下料机械手时用。(12)M12尾座套筒前进;上一页下一页返回5.2制订计划(13)M13尾座套筒返回;一般在中心钻钻完中心孔后，顶持长工件时使用。该功能可以在面板上直接由开关来控制。面板开关为TS0(前进)，TS1(后退)。(14)M19主轴准停。主轴准停机能用在形状复杂或容易脱落的场合，可使工件拿取较为方便。(15)M20卡盘吹气。该指令在有上下机械手，进行工件自动装卸时用。每个加工完的工件由机械手卸下后，卡盘上可能会沾有切屑，若不吹去，再去装夹工件时，就有可能将切屑一起夹入，故每次装夹工件前，通过本指令控制压缩空气对卡盘自动吹气一次。(16)M21尾座前进。(17)M22尾座后退。上一页下一页返回5.2制订计划(18)M60对刀仪吹屑。一般情况下在对刀时，当对刀仪摆出到位后开始吹屑，延时一段时间以后便停止吹气，主要是吹掉粘附在刀具上的切屑;而在自动对刀时，可用指令M60，自动控制其吹气时间。(19)M73工件收集器前进。工件加工完成后，需切断时，将工件收集器摆进(接料状态)。(20)M74工件收集器后退。工件切断以后，落入工件收集器内，然后将工件收集器退回。(21)M75Cs轮廓控制有效，C轴有效。上一页下一页返回5.2制订计划由于刀盘上的动力刀具是通过刀架上的端面键实现动力传递的，为了保证两者间可靠地啮合，在C轴状态下，选择了某一动力刀具并按下选刀启动键后，刀盘抬起顺时针方向换刀，与此同时，动力刀具主轴以35r/min的转速旋转，在选刀结束刀盘落下压紧约2s后，动力主轴停止旋转，这样就保证了动力刀座与动力轴的可靠啮合。C轴控制下的M代码见表5-1。(22)M82卡盘夹紧力转换。(23)M83卡盘夹紧力恢复。主轴编程说明:①C+指令使主轴逆时针转动一个角度，相当于M04;②C-指令使主轴顺时针转动一个角度，相当于M03;上一页下一页返回5.2制订计划③H指令表示主轴增量方式编程;④C轴指令必须使用M23激活;副主轴编程说明:①A+指令使副主轴逆时针转动一个角度，相当于M34;②A-指令使副主轴顺时针转动一个角度，相当于M33;③副主轴没有增量方式编程;④C轴指令必须使用M223激活;3.钻孔固定循环指令(G80-G89)钻孔固定循环简化了通常需要直接指令加工操作的许多程序段组成的程序，使用含有G代码的单个程序段。表5-2是固定循环指令表。上一页下一页返回5.2制订计划车削中心中，钻孔循环通常包括下面6种顺序操作。如图5.11所示。说明:(1)操作顺序操作1:X(Z)和C轴定位;操作2:快速移动至R点平面;操作3:孔加工;操作4:孔底操作;操作5:退刀至R点平面;操作6:快速移动至起始点。上一页下一页返回5.2制订计划(2)定位轴和钻孔轴车削中心中，钻孔G代码指定C轴和X轴或Z轴用作定位轴，不用作定位轴的X或Z用作钻孔轴。如表5-3所示。表中，G83和G87，G84和G88以及G85和G89功能相同，只是定位轴和钻孔轴的指定不同而已。(3)钻孔方式G83和G85/G87和G89是模态G代码，保持有效直至其被取消。当有效时，其状态是钻孔方式。在钻孔方式，钻孔数据一旦指定就保持不变直至修改或取消。在固定循环开始时指定所有必需的钻孔数据，当固定循环执行时，只指定修改数据。上一页下一页返回5.2制订计划F代码中的切削进给速度即便在钻孔循环被取消后依然保存。对于需要Q代码的程序段，每个程序段都必须指定Q代码。(Q表示每次切削深度)。C轴的卡紧及松开M代码一旦被指定即保存在模态方式中，由G80取消。(4)返回点平面在G代码系统A中，刀具从孔底返回到初始平面。在G代码系统B或C中，G98指定刀具从孔底返回到初始平面，G99指定刀具从孔底返回到点R平面。下面说明指定G98或G99时刀具是如何移动的。通常，G99用于第一次钻孔操作而G98用于最后一次钻孔操作。即使在G99方式执行钻孔操作初始平面也不改变。如图5.12所示:上一页下一页返回5.2制订计划(5)重复次数K为了钻等距离的孔，在K一中指定重复次数。K一只在指定的程序段有效，并以增量方式指定第一个孔的位置。K的最大值可取9999。(6)取消用G80或一个(01组的G代码(G00、G01、G02、G03)取消固定循环。下面分别介绍钻孔固定循环指令的功能、格式、参数说明和注意事项。1)深孔钻或高速深孔钻循环指令(G83、G87)指令格式:G83X(U)_C(H)_Z(W)_R_Q_P_F_K_M_;或G87Z(W)_C(H)_X(U)_R_Q_P_F_K_M_;上一页下一页返回5.2制订计划参数说明:X-C-或Z-C-:孔中心坐标;Z-或X-:孔底部坐标，增量方式时指从点R到孔底的距离;R-:初始平面到R平面的距离，有正负号;Q-:每次切削的深度;如果不指定表示普通钻孔;P-:孔底暂停时间;F-:切削进给速度;K-:重复次数(需要时);M-:C轴夹紧的M代码(需要时)。上一页下一页返回5.2制订计划指令功能:此循环执行深孔钻或高速深孔钻循环。以切削进给速度钻孔，以指定的回退距离回退，周期性地重复进行这样的循环直至孔底。在回退时把切屑排出孔外。如图5.13所示。图5.13-5.14中:Mα:C轴夹紧的M代码，如M31;M(α+1):C轴松开的M代码，如M32;P1:程序中指定的暂停时间;P2:参数5111号中设定的暂停;d:参数5114号中设定的回退距离。上一页下一页返回5.2制订计划注意事项:①如果没有为每次钻孔指定切削深度，就用普通的钻孔循环。刀具从孔底以快速返回如图5.14所示。指令格式:G83X(U)_C(H)_Z(W)_R_P_F_K_M_;或G87Z(W)_C(H)_X(U)_R_P_F_K_M_;②是用深孔钻循环还是用高速深孔钻循环取决于5101号参数的第2位RTR的设定，#2=0时，用高速深孔钻循环，#2=1时用深孔钻循环，如图5.13所示。上一页下一页返回5.2制订计划例5-1:轴向深孔钻循环。如图5.15所示的零件，在轴向有4个孔，空间夹角均为90°，可采用G83指令来钻削，每次钻孔时保持其余参数不变，只改变C轴旋转角度，则已指定的钻孔指令可重复执行，数控程序如下:G51;(设定C轴分度方式)M03S2000;(转动钻孔轴)G00X100.0C0;(沿X和C轴定位钻孔位置)G83Z-55.0R5.0Q5000P500F5.0M31;(钻孔轴钻孔1(钻通孔))(定位并钻第一个孔，R平面距离初始平面为5mm，每次钻削深度5mm，钻孔进给速度5mm/min，车床主轴夹紧代码为M31)上一页下一页返回5.2制订计划C90.0Q5000M31;(主轴旋转90°，钻孔2)0180.0Q5000M31;(主轴旋转90°，钻孔3)0270.0Q5000M31;(主轴旋转90°，钻孔4)G80M05;(取消钻循环并停止钻头回转)M50;(取消C轴分度方式)M30:例5-2:轴向普通钻孔循环，如图5.15所示。M51;(设定C轴分度方式)M03S2000;(转动钻孔轴)G00X100.0C0.0;(沿X和C轴定位钻孔轴)G83Z-55.0R5.0P500F5.0M31;(钻孔1(钻通孔))上一页下一页返回5.2制订计划(定位并钻第一个孔，R平面距离初始平面为5mm，钻孔进给速度5mm/min，车床主轴夹紧代码为M31)C90.0M31;(主轴旋转90°，钻孔2)0180.0M31;(主轴旋转90°，钻孔3)0270.0M31;(主轴旋转90°，钻孔4)G80M05;(取消钻循环并停止钻头回转)M50;(取消C轴分度方式)M30上一页下一页返回5.2制订计划例5-3:径向深孔钻循环编程实例。如图5.16所示的零件，在径向有4个孔，空间夹角均为90°，可采用G87指令来钻削，每次钻孔时保持其余参数不变，只改变C轴旋转角度，则已指定的钻孔指令可重复执行，数控程序如下:G51;(设定C轴分度方式)M03S2000;(转动钻孔轴)G00Z-25C0;(沿Z和C轴定位钻孔位置)G87X60R5.0Q5000P500F5.0M31;(钻孔轴钻孔1(钻通孔))(定位并钻第一个孔，R平面距离初始平面为5mm，每次钻削深度5mm，钻孔进给速度5mm/min，车床主轴夹紧代码为M31)上一页下一页返回5.2制订计划C90.0Q5000M31;(主轴旋转90°，钻孔2)0180.0Q5000M31;(主轴旋转90°，钻孔3)0270.0Q5000M31;(主轴旋转90°，钻孔4)G80M05;(取消钻循环并停止钻头回转)M50;(取消C轴分度方式)径向普通钻循环编程实例。如图5.16所示的零件G51;(设定C轴分度方式)M03S2000;(转动钻孔轴)G00Z-25C0;(沿Z和C轴定位钻孔位置)G87X60R5.0P500F5.0M31(钻孔轴钻孔1(钻通孔))上一页下一页返回5.2制订计划(定位并钻第一个孔，R平面距离初始平面为5mm，每次钻削深度5mm，钻孔进给速度5mm/min，车床主轴夹紧代码为M31)C90.0M31;(主轴旋转90，钻孔2)0180.0M31;(主轴旋转90，钻孔3)0270.0M31;(主轴旋转90，钻孔4)G80M05;(取消钻循环并停止钻头回转)M50;(取消C轴分度方式)M302)正面攻丝循环(G84)/侧面攻丝循环(G88)指令格式:G84X(U)-C(H)-Z(W)-R-P-F-K-M-;或上一页下一页返回5.2制订计划G88Z(W)-C(H)-X(U)-R-P-F-K-M-;参数说明:X-C-或Z-C-:孔位置数据Z-或X-:孔底部坐标，增量方式时指从R点到孔底的距离R:初始平面到R点平面的距离P-:孔底暂停时间F-:切削进给速度K-:重复次数(需要时)M-:C轴夹紧的M代码(需要时)指令功能:上一页下一页返回5.2制订计划该循环执行攻丝。该循环中，当到达孔底时，主轴反转。如图5.17所示。注意事项:主轴顺时针方向旋转执行攻丝。到达孔底时，主轴反向旋转退回。这样运行就形成螺纹。在攻丝期间进给速度倍率被忽略。进给暂停不停止加工直到完成返回操作。端面上沿直径分布轴向螺纹孔举例。例5-4:正面攻丝循环。如图5.18所示零件。沿端面直径上有三个M20×2的螺纹孔，用G84指令来攻螺纹，每次攻螺纹时保持其余参数不变，只需改变X轴坐标值，则已指定的攻螺纹指今可重复执行.数榨程序如下:上一页下一页返回5.2制订计划M51;(设定C轴分度方式)M035100;(转动攻丝轴)G00X100.0C0.0;(沿X和C轴定位攻丝轴)G84Z-26.0R5.0P500F200M31(攻孔1)(定位并攻第一个孔，R平面距离初始平面为5mm，攻孔进给速度200mm/min，车床主轴夹紧代码为M31)X0M31;(丝锥移到中心，攻孔2)X-100M31;(丝锥移到中心，攻孔3)G80M05;(取消攻丝循环并停止丝锥回转)M50;(取消C轴分度方式)M30上一页下一页返回5.2制订计划外圆上沿轴向分布径向螺纹孔举例。例5-5:侧面攻丝循环。如图5.19所示零件。沿外圆上均布四个M10×1.5的螺纹孔，用G88指令来攻螺纹，每次攻螺纹时保持其余参数不变，只需改变Z轴坐标值，则已指定的攻螺纹指令可重复执行，数控程序如下:M51;(设定C轴分度方式)M03S100;(转动攻丝轴)G00Z-20C0.0;(沿X和C轴定位攻丝轴)G88X40.0R5.0P500Fl50M31;(攻孔1)(定位并攻第一个孔，R平面距离初始平面为5mm，攻孔进给速度150mm/min，车床主轴夹紧代码为M31)上一页下一页返回5.2制订计划Z-40M31;(丝锥移到中心，攻孔2)Z-60M31;(丝锥移到中心，攻孔3)Z-80M31;(丝锥移到中心，攻孔4)G80M05;(取消攻丝循环并停止丝锥回转)M50;(取消C轴分度方式)M303)正面撞孔循环(G85)/侧面撞孔循环(G89)指令格式:G85X(U)-C(H)-Z(W)-R-P-F-K-M-;或G89Z(W)-C(H)-X(U)-R-P-F-K-M-;参数说明:上一页下一页返回5.2制订计划X-C-或Z-C-:孔位置数据Z-或X-:R点到孔底的距离R:初始平面到R点平面的距离P-:孔底暂停时间F-:切削进给速度K-:重复次数(需要时)M-:C轴夹紧的M代码(需要时)指令功能:该循环用于撞孔。在定位后，快速移动到R点。从R点到Z点执行钻孔。在刀具到达Z点后，以切削进给速度的二倍速度返回到R点。如图5.20所示。上一页下一页返回5.2制订计划例5-6:轴向撞孔循环。如图5.20所示的零件，在轴向有4个孔，空间夹角均为90°，可采用G85指令来撞孔，每次钻孔时保持其余参数不变，只改变C轴旋转角度，则已指定的撞孔指令可重复执行，数控程序如下:M51;(设定C轴分度方式)M03S2000;(转动撞孔轴)G000X100.0C0.0;(沿X和C轴定位撞孔轴)G85Z-55.0R5.0P500F5.0M31;(撞孔1)C90.0M31;(撞孔2)0180.0M31;(撞孔3)0270.0M31;(撞孔4)上一页下一页返回5.2制订计划G80M05;(取消钻循环并停止钻头回转)M50;(取消C轴分度方式)M304)取消钻孔固定循环(G80)指令格式:G80指令功能:取消固定循环说明:钻孔固定循环取消后执行正常操作。清除R和Z点。其他钻孔数据也被取消(被清除)。三、铣削加工刀具半径补偿上一页下一页返回5.2制订计划1.刀具半径补偿的目的在数控车削中心上进行工件轮廓的数控铣削加工时，由于存在刀具半径，使得刀具中心轨迹与工件轮廓(即编程轨迹)不重合。如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，则只能按刀心轨迹编程，即在编程时给出刀具的中心轨迹，如图5-21，5-22所示的虚线轨迹进行编程。其计算相当复杂，尤其是当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具直径变化时，必须重新计算刀心轨迹，并修改程序。这样既复杂繁锁，又不易保证加工精度。当数控系统具备刀具半径补偿功能时，数控程序只需按工件轮廓编写，加工时数控系统会自动计算刀心轨迹，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行刀具半径补偿。上一页下一页返回5.2制订计划2.刀具半径补偿量的指定数控系统的刀具半径补偿就是将计算刀具中心轨迹的过程交由数控系统执行，编程员假设刀具的半径为零，直接根据零件的轮廓形状进行编程。因此，这种编程方法也称为对零件的编程，而实际的刀具半径则存放在一个可编程刀具半径偏置寄存器中。在加工过程中，数控系统根据零件程序和刀具半径自动计算刀具中心轨迹，完成对零件的加工。当刀具半径发生变化时，不需要修改零件程序，只需修改放在刀具半径偏置寄存器中的刀具半径值或者选用存放在另一个刀具半径偏置寄存器中的刀具半径所对应的刀具即可。上一页下一页返回5.2制订计划在进行数控加工前，必须预先设置好刀具半径补偿量。刀具半径经补偿量的指定，通常由有关代码指定刀具补偿号，并在代码补偿号中输入刀具半径补偿量，刀具补偿号必须与刀具编号相对应。在加工中，如果没有更换刀具，则该刀具号的补偿量一直有效。对于刀具半径补偿量的确定，如果是标准刀具第一次使用，可以采用刀具厂家提供的有关参数来确定，如果是已使用过或重磨过的刀具，则应根据实测数据来确定。上一页下一页返回5.2制订计划3.刀具半径补偿的建立与撤销数控铣削加工刀具半径补偿分为刀具半径左补偿和刀具半径右补偿，分别用G41和G42定义。根据ISO标准，沿刀具前进方向当刀具中心轨迹位于零件轮廓右边时，称为刀具半径右补偿，如图5-23A所示。反之称为刀具半径左补偿，如图5-23B所示。当不需要进行刀具半径补偿时，则用G40取消刀具半径补偿。上一页下一页返回5.2制订计划(1)刀具半径补偿的建立刀具半径补偿的建立就是在刀具从起刀点(起刀点位于零件轮廓之外，距离加工零件轮廓切入点较近)以进给速度接近工件时，刀具中心轨迹从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个刀具半径值的过程。刀具半径补偿偏置方向由G41(左补偿)或G42(右补偿)确定，如图5-24所示。建立刀具半径左补偿的有关指令如下:N10G90G92X-10.Y-10.Z0;(定义程序原点，起刀点坐标为(-10，-10，0))N205900M03;(启动主轴)N30G17G01G41X0Y0D01;(建立刀具半径左补偿，刀具半径偏置寄存号D01)上一页下一页返回5.2制订计划N40Y50.;(定义首段零件轮廓)其中，D01为调用D01号刀具半径偏置寄存器中存放的刀具半径值。建立刀具半径右补偿的有关指令如下:N30G17G01G42X0Y0D01;(建立刀具半径右补偿)(2)刀具半径补偿的取消与建立刀具半径补偿过程类似，在零件最后一段刀具半径补偿轨迹加工完成后，刀具撤离工件，回到退刀点，在这个过程中应取消刀具半径补偿，其指令用G40。退刀点也应位于零件轮廓之外，距离加工零件轮廓退出点较近，可以与起刀点相同，也可以不相同。在图5-24中假如退刀点与起刀点相同的话，其刀具半径补偿取消过程的命令如下:上一页下一页返回5.2制订计划N100G01X0Y0;(加工到工件原点)N110G01G40X-10Y-10;(取消刀具半径补偿，退回到退刀点)(3)注意事项①G41、G42为模态指令;②G41(或G42)必须与G40成对使用;③编入G41(或G42)、G40程序段，用G01(G40程序段亦可用G00，但一般用G01)功能及对应坐标参数;④G41(或G42)与以。之间的程序段不得出现任何转移加工，如镜像、子程序加工等。4.刀具半径补偿功能的应用上一页下一页返回5.2制订计划(1)刀具因磨损、重磨、换新而引起刀具直径改变后，不必修改程序，只需在刀具参数设置中输入变化后刀具直径。如图5-25所示，1为未磨损刀具，2为磨损后刀具，两者直径不同，只需将刀具参数表中的刀具半径r1改为r2，即可适用同一程序。(2)用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿，可进行粗、精加工。如图5-26所示，刀具半径为r，精加工余量为△。粗加工时，输入刀具直径D=2(r+△)，则加工出虚线轮廓。精加工时，用同一程序、同一刀具，但输入刀具直径D=2r，则加工出实线轮廓。(3)在现代数控系统中，有的已具备三维刀具半径补偿功能。对于四、五坐标联动数控加工，还不具备刀具补偿功能，必须在刀位计算时考虑刀具半径。上一页下一页返回5.2制订计划四、极坐标插补(G12.1、G13.1)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)。这种方法用于在车床上切削端面和磨削凸轮轴。指令格式:G12.1;(单独在一个程序段内)G13.1;(单独在一个程序段内)指令功能:G12.1:极坐标插补模式开始(极坐标插补功能打开);指令直角坐标系中的直线或圆弧插补，直角坐标系由直线轴和回转轴组成。上一页下一页返回5.2制订计划G13.1:极坐标插补模式取消(极坐标插补功能关闭)。可用6112和6113分别代替G12.1和G13.1。指令说明:(1)极坐标插补平面G12.1启用极坐标插补模式，并选择一个极坐标插补平面，极坐标插补在此平面完成。如图5-27所示。当开机或系统复位时，极坐标插补是取消状态(G13.1)。极坐标插补的直线轴和旋转轴必须在参数(No.5460和No.5461)中设定。注意:在G12.1使用之前的平面要取消，当指定G13.1后再存贮。上一页下一页返回5.2制订计划当系统复位时极坐标插补取消，使用G17，G18或G19选择的平面恢复使用。(2)极坐标插补移动的距离和进给率假想轴的坐标单位与直线轴的单位相同(mm/inch;进给率的单位是mm/min或inch/min。在极坐标插补模式，编程指令用极坐标插补平面的直角坐标指定，旋转轴的轴地址使用平面的第二轴(假想轴)的轴址，不管平面的第一轴指定的是直径还是半径与该平面没有指定旋转轴时的第一轴一样。例5.7极坐标插补程序举例，如图5-28所示。基于X轴(直线轴)和C轴(旋转轴)的程序轨迹，X轴用直径编程，C轴用半径编程。上一页下一页返回5.2制订计划O0001;N010T0101;……N0100G90G00X120.0C0Z_;(快速到起始位置)N0200G12.1;(极坐标插补开始)N0201G42G01X40.0F_;(几何编程开始(基于笛卡尔坐标X一C平面))N0202C10.0;N0203G03X20.0C20.0R10.0;N0204G01X-20.0;N0205C-10.0);N0206G03X-20.0C-20.0I10.0J0;上一页下一页返回5.2制订计划N0207G01X40.0;N0208C0;N0209G40X120.0;(几何编程结束)N0210G13.1;(极坐标插补取消)N0300Z_;N0400X_C_;......N0900M30;例5.8极坐标插补实例。加工图5-29所示六方轴零件。刀具T0101，直径Φ10mm加工程序如下:上一页下一页返回5.2制订计划05006;T0101G98G40;G0X38ZSM75;(快速定位，并把主切削动力转换到动力刀头)M03S1500;C0;G17G12.1;(极坐标插补有效)G01G42X30Z2.5F100;Z-7F90;C8.66;X0C17.32;X-30C8.66;上一页下一页返回5.2制订计划X0C-17.32;X30C-8.66;C0;Z5F500;G40U50;G13.1;(取消极坐标插补)G00X120Z50;M05;G95M76;(主切削动力转换到车床主轴)G30U0W0;M30:上一页下一页返回5.2制订计划五、圆柱插补(G07.1)用角度指定的回转轴的移动量内部转换为沿外表面的直线轴的距离，以便能同其他轴一起完成直线插补或圆弧插补。在插补完成后，这一距离又转换为回转轴的移动量。圆弧插补功能可以用圆柱体的展开面编程。因此像圆柱凸轮槽之类的程序能够非常容易地编制。指令格式:G07.1IPr;(启动圆柱插补方式(圆柱插补方式有效))……G07.1IP0;(圆柱插补方式取消)其中:IP:回转轴地址;r:圆柱体半径上一页下一页返回5.2制订计划在不同的程序段中指定G07.1IPr;和G07.1IP0;可以用6107代替G07.1。例5.9编程举例。如图5-30所示圆柱曲线槽，圆柱体半径60mm，刀具T0101为Φ8mm的铣刀。使用圆柱插补方式编写程序如下:O5001;N10G00Z100C0T0101;N20G01G18W0H0;N30G07.1C60;N40G01G42Z120D01F250;N50C30;N60G03Z90C60R30;上一页下一页返回5.2制订计划N70G01Z70;N80G02Z60C70R10;N90G010150;N100G02Z700190R75;N110G0121100230;N120G0321200270R75;N130G010360;N140G40Z100;N150G07.ZC0;N160M30。上一页返回5.3作出决定5.3.1转轴零件工艺文件编制一、编制转轴机械加工工艺过程卡根据前节的分析，中心轴套的工艺过程:备料→粗车右端面、各外圆→粗车右端面、各外圆→切槽→车螺纹→调头→粗车左端面和外圆表面→精车左端面和外圆表面→铣左端沟槽→钻孔→攻螺纹→检验。转轴的机械加工工艺过程卡如表5-4所示。二、编制转轴零件的数控加工工序卡三、编制转轴零件的刀具调整卡编制转轴刀具调整卡如表5-9所示。下一页返回5.3作出决定5.3.2转轴零件的数控加工程序编制一、建立工件坐标系，计算螺纹参数编程原点选择在工件右端面中心处，粗车外圆和锥度时可以用G01/G00编程，也可以用G90编程，还可用复合循环指令G71编写粗加工程序。表中采用复合定循环指令G71编程。工件右端外圆表面粗、精加工坐标系如图5.31所示。工件左端外圆表面粗、精加工坐标系如图5.32所示。螺纹参数计算:设螺纹加工升速段δ1=2mm，降速段δ2=1.5mm，d大=d公-0.1P=12-0.1×1.5=11.85(mm);d小=d公-1.08P=12-1.08×1.5=10.38(mm);上一页下一页返回5.3作出决定H=(d大-d小)/2=0.725(mm)二、填写加工程序单1.工序1的加工程序单根据前述走刀路线及工序，换刀点设在x=100，z=100处，编写加工程序见表如下。工序1是粗、精车右端外圆表面;车3×1.5槽;车M12外螺纹。本程序用G71和G70指令粗精加工件右端外圆，用G76指令加工M12螺纹。工坐标原点设在工件右端面中心处。加工程序单如表5-10所示。2.工序2的加工程序单根据前述走刀路线及工序，换刀点设在x=100，z=100处，编写加工程序见表如下。工序2是粗、精车左端外圆表面;车端面保证工件总长，车锥度保证尺寸要求。本程序采用G71指令粗、精车锥度。工坐标原点设在工件左端面中心处。加工程序单如表5-11所示。上一页下一页返回5.3作出决定3.工序3的加工程序单工件调头装夹后，使用Φ18mm立铣刀，启动C轴功能，铣削端面槽，槽深12mm，分层铣削，每次进给深度3mm，走刀4次。加工程序单如表5-12所示。4.工序4的加工程序单设定C轴分度方式，根据前面工序4的工序卡片工步:首先用直径为Φ5mm钻头T0606钻2×M6螺纹底孔，然后用直径为Φ10.8的钻头T0707钻M12螺纹底孔，再用担2的扩孔钻加工Φ12沉头孔;最后依次用M6和M12的丝锥攻M6和M12的螺纹。加工程序单如表5-13所示。上一页返回5.4实施计划5.4.1仿真验证一、转轴零件仿真加工1.车削中心控制面板及基本操作说明:(1)采用FANUC0i-TB数控系统。(2)采用彩色LCD作显示装置，屏幕右侧保留传统信息显示界面，左侧增加了一些模态信息及坐标信息的显示。(3)屏幕下方的菜单软键也就分为左右两侧的切换和分别使用。(4)数控面板功能及其操作方法和传统的FANUC数控系统操作面板一样。通过地址数字键和编辑键输入修改程序，通过功能键与显示屏下部的菜单软键切换菜单。下一页返回5.4实施计划2.机械操作面板图标功能键及其含义(1)操作方式选择按钮组编辑模式:编辑修改已存储或新建程序的模式。存储运转:呼叫已存储程序的自动运行模式。

MDI运行模式:手动数据输人模式。(2)功能操作选项按键组:

单步:单行自动运行模式，此功能选项有效时，每执行完一行都需要再按循环启动再自动运行下一行。空运行功能:忽视程序中的F功能，以快速方式运行程序，可用于程序校验及检查超程，一般不可用于切削加工。上一页下一页返回5.4实施计划

跳段:当此功能选项有效时，对程序中有“/”的程序行将跳过而执行下一行。机械/MST锁住功能:锁住机械进给各轴的运动和锁住MST指令功能(对M00、MO1、M02、M30无效)，再按此键，锁住功能取消。倍率取消:按下此键，进给倍率固定为100，对快进倍率和主轴倍率不受此影响。门锁释放:门连锁后，按此键至灯亮即可开启防护门。报警复位:可复位PLC程序提示的报警。液压系统的启动/关闭:关闭状态下按后续键时会产生报警。液压卡盘的松开/卡紧切换。上一页下一页返回5.4实施计划

尾座顶尖进退的液压控制:液压卡盘、顶尖具有脚踏控制功能。控制液压尾座和Z轴运动的挂接:此需要将系统设置中的TAIL-Z，设置为ON时才可用。连接上后，移动Z轴时尾座将随着一起运动。循环启动。进给保持。程序停止键。选择暂停:程序中M01指令有效而暂停，按循环启动继续往下执行。快进倍率修调按键。分别为手动冷却启停、机床照明及刀盘手动选刀功能按键。当前工作刀位是与X运动方向平行的那个刀位。上一页下一页返回5.4实施计划

主轴正转/停转/反转/点动控制按键车削主轴速度修调用的增、减倍率键:铣削时动力头的转速修调是用下方的倍率修调选钮来控制的。刀具对刀测量用的功能按键:其功能用法在对刀仪使用内容中介绍。3.机内对刀仪及其使用(1)结构示意图(如图5.35)机内对刀仪是用来检测确定刀盘上各刀具刀尖位置及自动补偿刀尖磨损的。上一页下一页返回5.4实施计划使用时将手把转到摇臂可转动位置，转动摇臂至测量位置，用手轮将刀尖移到与传感器接触即可检测刀尖位置，测量结束后，将摇臂转回原位，再将手把转至摇臂固定位置。摇臂离开原位时，感应开关会发出主轴停止信号。注意:由于摇臂尺寸限制，对刀检测应在卸下工件的情形下进行。(2)对刀测量的基本操作步骤确定已进行过手动返回参考点操作后，按下使指示灯点亮，开始进入对刀测量状态;选择要测定的刀具后，将刀偏页面内的光标移至该刀具对应的刀偏地址号上，手动操作使刀具接近测头;上一页下一页返回5.4实施计划用手轮进给使刀尖接触到传感器，传感器指示灯亮，蜂鸣器响起，CNC将自动记下刀具偏移值;重复上述步骤，对其他刀具进行刀具偏移自动测定;测定完毕后，按下，使指示灯灭，然后手动将测量臂复位固定。(3)对刀测量的注意事项由于对刀仪自动采集的刀偏数据的相对基准不是参考点也不是机械原点或相对零点，其数据必须经过换算后才有利用价值，因此对刀仪对刀通常只用于测定各刀具相对于基准刀具的位置偏移量。上一页下一页返回5.4实施计划

是系统提供的用来测定并自动获取Z坐标偏移的功能按键。按下Z偏移按键后，选择刀具并检查刀偏号，然后手动使刀具接近工件端面，用手轮移动使刀具接触工件端面，然后按下Z偏移设定按键，则Z偏移值自动设定到指定刀偏地址中。4.常用操作步骤(1)回参考点操作先检查一下各轴是否在参考点的内侧，如不在，则应手动移到参考点的内侧，以避免回参考点时产生超程。上一页下一页返回5.4实施计划选择回零操作模式，分别按+X、+Z、+C轴移动方向按键选择移动轴，则各轴先后回参考点，回到参考点后，相应按键上的指示灯将停止闪烁，屏幕显示参考点处刀架相对于机械原点的坐标为(507.696，375.1，0)。这说明该机床的机械原点与参考点不是设置在同一点上。选择手动连续进给或“手轮进给”操作模式，按操作面板上的“+X"“+Z”或“+C”键，则刀具相对工件向X、Z或C轴的正方向移动;C轴的正负是绕主轴轴心线(Z轴)按右手螺旋定则来判定的。如欲使某坐标轴快速移动，只要在按住某轴的“+”或“-”键的同时，按住中间的“快移”键即可，但也受到快进选择倍率的影响。选择手轮进给时，能使用手轮的选择进给率，实施手轮移动。左右旋动手轮可实现当前选择轴的正、负方向的移动。上一页下一页返回5.4实施计划(2)MDI操作选择操作面板上的MDI操作模式，再按数控操作面板上的“PROG”功能键，机床进入MDI模式，此时LCD界面出现MDI程序编辑窗口。使用地址数字键盘，输入指令，例如:G28U0W0;G28H0;T0200;输入完一段或几段程序后，点击机械操作面板上的“循环启动”按钮，执行MDI程序。在单步方式下执行G28自动回零时，需要连按循环启动键两次。另外，在任一操作模式下，按“MONITOR”功能键，在“相对值”显示画页下，可输入M、S、T指令，然后按“INPUT"键执行这些辅助功能指令。例如:键入“T2”→“INPUT”可选刀，接着键入“M6”→“INPUT”可换刀。上一页下一页返回5.4实施计划(3)对刀操作使用机内对刀仪先对基准刀具对刀后，将对刀位设为相对零点。再换其他刀具对刀，分别记下其相对于基准刀具的偏置量，存到对应的刀具偏置中。用基准刀具试切坯料，车外圆、平端面后获得并设置基准刀具相对于机床零点的刀偏值。用增量输入的方法将基准刀具的刀偏量增加到各刀具的刀偏中，即可获得各刀具相对于机床零点的刀偏值。(4)注意事项由于对刀仪自动采集的刀偏数据的相对基准不是参考点也不是机械原点或相对零点，因此建议不使用自动对刀采集的操作模式。上一页下一页返回5.4实施计划对刀仪摇臂放下时，移动X,Z轴应小心操作，防止撞断对刀仪及其摇臂。对刀仪拆叠收回时，紧定手把应牢固锁紧，确保不会在主轴旋转时松脱。进行尾座与Z轴连接操作时，应熟知操作顺序，在不需要作连接时不要随便按压尾座与Z轴连接的按键，以防发生不可预料的危险动作。连接移动调校完成后应将系统设置中的TAIL-Z设置为OFF状态。二、使用上海宇龙仿真软件对转轴数控车削加工程序进行验证，修改检查程序直到仿真检测完全正确上一页下一页返回5.4实施计划5.4.1转轴车削操作步骤(1)熟悉武汉华中数控车床CKA6140机床操作。(因为目前没有法拉克车削中心仿真，所以只能进行数控车削仿真。)(2)程序录入:将仿真加工检验过的程序输入/传输到数控车床并检查。(3)工件装夹:将工件毛坯安装在机床三爪卡盘上，并夹紧。(4)刀具准备及对刀:准备好加工所用刀具，并将所有刀具安装调整好，对刀完成待用。(5)试切加工:按照工序卡片内容加工，注意控制速度，注意安全操作。(6)零件检测。上一页下一页返回5.4实施计划5.4.2转轴车削操作中应注意的问题(1)工件必须夹牢，防止车削过程中产生松动影响工件精度或损坏工件、发生事故。(2)调头装夹时，为防止工件表面损坏，表面用铜皮包裹后装夹。(3)每次装夹后，车削加工前，应检查主轴圆跳动不大于0.015.(4)零件加工完自检合格后，应在加工部位涂上防锈油，防止在存放或流转过程中生锈。(5)不能用手清除切屑。5.4.3转轴车削仿真加工效果图第一次装夹第二次装