轴类零件加工

1、项目二 轴类零件加工教学目标知识目标：1. 数控车床M、S、T、F、G五大功能指令，FANUC系统G71、G70复合循环指令及应用，刀尖半径补偿指令及应用；2. 掌握轴类零件加工工艺制定方法;3. 数控车床的基本操作，零件单段、自动加工方法，程序断点加工方法。能力目标：1. 掌握数控车床M、S、T、F、G五大功能指令；2. 掌握FANUC系统G71、G70复合循环指令及应用；3. 掌握刀尖半径补偿指令及应用；4. 掌握轴类零件加工工艺制定方法。5. 完成轴类零件加工及其尺寸控制方法。情感目标：1.通过工件制作，学生体验成功的喜悦，感受软件和机器的综合魅力，从而提高学生专业课的学习兴趣；2. 通

2、过任务驱动的方法逐步完成项目，培养学生发现和分析问题的能力；3. 通过分工协作，加强团队合作精神。教学重点与难点重点：1. 数控车床M、S、T、F、G五大功能指令，FANUC系统G71、G70复合循环指令及应用，刀尖半径补偿指令及应用；2. 轴类零件加工工艺制定方法；3. 数控车床的基本操作，零件单段、自动加工方法，程序断点加工方法；4. 完成轴类零件加工及其尺寸控制方法。难点：1. 轴类零件加工工艺制定方法；2. 完成轴类零件加工及其尺寸控制方法。教学目的通过本次课程的学习，让学生掌握数控车床M、S、T、F、G五大功能指令，FANUC系统G71、G70复合循环指令，刀尖半径补偿指令；熟悉轴类

3、零件加工工艺制定方法；能够进行数控车床的基本操作，零件单段、自动加工、程序断点加工方法，了解尺寸控制方法；会使用VNUC数控仿真软件进行练习；并能进行轴类零件的加工工艺分析、编程与模拟仿真。教学方法总体方法：任务驱动法具体方法：讲述法、引导文法、小组讨论法、示范教学法学时、教具和课前准备学时：10学时教具：VNUC仿真软件、动画演示、数控机床、工件和刀具、夹具等。课前准备：到实训工厂去看看轴类零件的数控加工。教学过程一、项目提出图2-1轴类零件图图2-2 三维效果图引导学生进行该零件的结构及工艺分析，引出课题实现方法。二、项目分析阶梯轴类零件加工是学习数控车床编程与操作的最重要一环，也是学习其

4、它回转体类零件加工基础，因此要掌握如下知识：1. 数控车床M、S、T、F、G五大功能指令，FANUC系统G71、G70复合循环指令及应用，刀尖半径补偿指令及应用；2. 轴类零件加工工艺制定方法；3. 数控车床的基本操作，零件单段、自动加工方法，程序断点加工方法；4. 完成轴类零件加工及其尺寸控制方法。三、知识学习一、程序指令编程指令按不同功能划分为准备功能G指令、辅助功能M指令和F、S、T指令三大类。（一）F、S、T指令1、进给功能F指令F表示刀具切削加工时进给速度的大小，数控车床进给速度的单位为毫米转（mm/r）和毫米分（mm / min），FANUC数控系统开机默认毫米转（mm/r）。F指

5、令是模态指令。模态指令又称续效指令，在一个程序段中一经指定便一直有效，直到被同组的其它指令所取代时为止。2、主轴转速功能 S指令S功能用以指定主轴转速，单位是r / min，S是模态指令。S功能只有在主轴速度可调节时才有效。S代码只是设定主轴转速的大小，并不会使主轴回转，必须有M03或M04指令时，主轴才开始回转。3、刀具功能 T指令T是刀具功能字，后跟两位数字指示更换刀具的编号。T 指令为非模态指令，但被调用的刀补值会一直有效，直到再次换刀调入新的刀补值。如T0101，前一个01指的是选用01号刀，第二个01指的是调入01号刀补值。当刀补号为00时，实际上是取消刀补。如T0100，则是用01

6、号刀，且取消刀补。（二）辅助功能M指令辅助功能M指令，由地址字M后跟一至两位数字组成，M00M99。主要用来设定数控机床电控装置单纯的开/关动作，以及控制加工程序的执行走向。表2-1 FANUC 0i Mate TC系统辅助功能指令及含义指令含义指令含义M00程序停止M05主轴停止M01程序选择停止M06换刀M02程序结束M08切削液开M03主轴正转M09切削液关M04主轴反转M30程序结束返回程序头（三）准备功能G指令准备功能G指令用地址字G和两位数字表示，共有G00G99。功能：建立机床或控制系统工作方式的一种命令。指令使用说明：（1）不同数控系统G代码各不相同，（2）G代码有模态代码和非

7、模态代码两种。表2-2 FANUC 0i Mate TC系统常用G代码功能G代码模态意义G代码模态意义G00*快速点定位（快速移动）G65宏程序调用G01*直线插补G66*宏程序模态调用G02*顺时针圆弧插补G67*宏程序模态调用取消G03*逆时针圆弧插补G70精车复合循环G04暂停G71粗车复合循环G17*平面选择G72端面粗车复合循环G18*平面选择G73固定形状粗车复合循环G20*英制输入G74端面深孔钻削G21*米制输入G75外圆车槽复合循环G22*存储行程检测功能有效G76螺纹切削复合循环G23*存储行程检测功能无效G80*取消固定循环G25*未指定G83*端面钻孔循环G26*未指令

8、G84*端面攻螺纹循环G28返回参考点G85*端面镗孔循环G29从参考点返回G87*侧面钻孔循环G32*切削螺纹G88*侧面攻螺纹循环G40*取消刀尖半径补偿G89*侧面镗孔循环G41*刀尖半径左补偿G90*外圆、内孔切削单一循环G42*刀尖半径右补偿G92*螺纹切削单一循环G50*工件坐标系设定或最大转速限制G94*端面切削单一循环G52*可编程坐标系偏移（局部坐标系）G95*未指定G53*取消可设定的零点偏置（或选择机床坐标系）G96*恒定线速G54G59*设定零点偏置G97*恒定转速G60*未指定G98*每分钟进给量（mm / min）G64*未指定G99*每转进给量(mmr）注：表中带

9、有“*”的指令为为模态指令，亦称续效指令，它一经指定便一直有效，直到被同组的其它指令取代是为止。二、编程指令1工件坐标系设定指令G50功能：建立一个以工件原点为坐标原点的工件坐标系。指令格式： G50 XZ说明：该指令是规定刀具起点（或换刀点）到工件原点的距离，X，Z用于设定刀尖起刀点在工件坐标系中的坐标。然而，在现代数控车床中，有更多的机床直接采用刀偏设置通过T××××指令（如T0101）来构建工件坐标系，即直接将工件零点在机床坐标系中的坐标值设置到刀偏地址寄存器中。下面讲一下T××××（如T0101）对刀的过程

10、。（1）对Z轴。试切一下端面，保持Z坐标不变，将当前刀具相对于预设为工件原点的Z向距离值，键入到该刀具的试切长度中，则系统将自动推算出工件原点处Z方向相对于机床原点的坐标，并将此值作为该刀具的Z向刀偏。（2）对X轴。试切一下外圆，保持X坐标不变，测量加工后工件的外径值D，直接将该外径值D键入到该刀具的试切直径中，则系统将自动推算出毛坯中心线处X方向相对于机床原点的坐标，并将此值作为该刀具的X向刀偏。这样设置好后，只要在程序中使用“T0101”的刀具换刀指令即可自动按机床坐标系的偏置关系建立起一个工件坐标系。2.绝对坐标、增量坐标指令（1）指令功能 绝对坐标：刀具运动过程中，刀具的位置坐标是以工

11、件原点为基准计量的；增量坐标：刀具位置坐标是相对于前一位置的增量。（2）指令代码：FANUC 0i 系统用X，Z表示绝对坐标编程，U，W表示相对坐标编程。3快速点定位指令G00功能：G00指令使刀具以点控制方式，从刀具所在点快速移动到目标点。它只是快速定位，对中间空行程无轨迹要求，G00移动速度是机床设定的空行程速度，与程序段中的进给速度无关。指令格式：G00 X（U） Z（W）；说明：（1）G00指令后的参数X，Z用于设定目标点的坐标值。（2）常见的G00运动轨迹有四种方式。4直线插补指令G01功能：G01指令使刀具以一定的进给速度，从所在点出发，直线移动到目标点。指令格式：G01 X（U）

12、 Z（W） F；说明：（1）G01指令后的参数X，Z用于设定目标点的坐标值。（2）F用于设定进给速度，单位一般为mm/r。5轴向（外圆、内孔）粗车复合循环指令G71当工件的形状较复杂，如有台阶、锥度、圆弧等，若使用基本切削指令(G00、G01、G02、G03)或单一固定循环切削指令(G90、G94、G92)，粗车时为了考虑精车余量，在计算粗车的坐标点时，可能会很繁杂。如果使用复合固定循环指令，只需依指令格式设定粗车时每次的切削深度、精车余量、进给量等参数，在接下来的程序段中给出精车时的加工路径，则CNC控制器即可自动计算出粗车时的刀具路径，自动进行粗加工。该指令适用于圆柱棒料粗车阶梯轴的外圆或

13、内孔，需切除较多余量时的情况。指令格式为：G71 U（d）R（e）；G71 P（ns）Q（nf）U（ u）W（ w）F（ f）S（ s）T（t）；N（ ns ） ； S（s）F（f）；：N（nf） ；式中各代号含义如下：d 每次切削背吃刀量，即X轴向的进刀，深度以半径值表示，一定为正值；e 每次切削结束时的退刀量；ns 精车开始程序段号； nf 精车结束程序段号； u X 轴方向精车余量，以直径值表示； w Z 轴方向精车余量； f 粗车时的进给量（缺省mm/r）； s 粗车时的主轴转速；t 粗车时所用刀具；s 精车时的主轴转速（rpm）；f 精车时的进给量（缺省mm/r）；G71指令的刀具循

14、环路径如图：图 2-3使用G71时需注意：（1）粗车内孔轮廓时， u为负值；（2）由循环起点C到A点只能使用G00或G01，且不可有Z轴方向的移动指令；（3）车削的路径必须是单调增大或减小，不可有内凹的轮廓外形。（4）调用G71指令前，刀具应处于循环起点A处，A点位置随加工表面不同而不同。（5）ns到nf间的程序段一般不能调用子程序。6精加工循环指令G70指令格式为：G70 P（ns）Q（nf）；式中：ns 精车开始程序段号； nf 精车结束程序段号；使用G70时的注意事项：1）必须先使用G71、G72或G73后，才可使用G70指令；2）G70指令指定之ns到nf间精车的程序段中，一般不能调用

15、子程序；3）ns到nf间精车的程序段所指令的F、S是给G70精车时使用；4）精车时的S也可以于G70指令前，在换精车刀时同时指令；5）使用G71、G72、G73及G70指令的程序必须存储于CNC控制器的内存中，即有复合循环指令的程序不能通过计算机以边传遍加工的方式控制CNC 机床。7刀具补偿指令（1）刀具补偿的目的数控车床是按车刀刀尖对刀的，因车刀的刀尖不可能绝对尖，总有一个小圆弧，所以对刀刀尖的位置是一个假想的刀尖A。编程时是按假想刀尖轨迹编程，即工件轮廓与假想刀尖A重合，车削时实际起作用的是切削刃圆弧各切点，这就会引起加工表面形状误差。车内外圆柱、端面时无误差产生，实际切削刃的轨迹与工件轮

16、廓轨迹一致。车锥面时，工件轮廓（即编程轨迹）与实际形状（实际切削刃）有误差。车削外圆弧面也产生误差。若工件要求不高或留有精加工余量，可忽略此误差；否则应考虑刀尖圆弧半径对工件形状的影响。采用刀具半径补偿功能后，编程者仍按工件轮廓编程，数控系统自动计算刀尖轨迹，并按刀心轨迹运动，从而消除了刀尖圆弧半径对工件形状的影响。 （2）刀具半径补偿指令G40、G41、G42功能：G40为取消刀具半径补偿指令； G41为刀具半径左补偿指令； G42为刀具半径右补偿指令。顺着刀具运动方向看，刀具在工件的左边，称左刀补；刀具在工件的右边，称右刀补。 四、制定计划1. 掌握FANUC系统数控车床的M、S、T、F、

17、G五大功能指令，G71、G70复合循环指令，刀尖半径补偿指令；2. 轴类零件加工工艺分析；3. 编制参考加工程序；4. 完成轴类零件加工、尺寸控制方法及检验。五、项目实施（一）加工工艺分析1编程尺寸处理图2-4 编程尺寸计算图例单件小批量生产，为便于控制零件轮廓尺寸精度要求，编程时常取极限尺寸的平均值作为编程尺寸，即编程尺寸基本尺寸例 如图2-4所示，计算500-0.033mm、300-0.052mm外圆的编程尺寸。解 500-0.033 的编程尺寸5049.9835（mm）300-0.052 的编程尺寸3029.974（mm）2工、量、刃具选择（1）工具选择 圆钢装夹在三爪自定心卡盘上，用划

18、线盘校正。其它工具见表2-3。（2）量具选择 长度尺寸选用游标卡尺测量；外圆选用外径千分尺测量；圆锥面用游标万能角度尺测量；表面粗糙度用粗糙度样板比对。（3）刀具选择 加工材料为Q235，选用硬质合金外圆车刀进行粗、精车，并分别置于T01、T02号刀位；最后用切断刀切断工件，切断刀置于T03刀位。表2-3 轴类零件加工工、量、刃具选择工、量、刃具清单图号种类序号名称规格精度单位数量工具 1三爪自定心卡盘个12卡盘扳手副13刀架扳手副14垫刀片块若干5划线盘个1量具1游标卡尺0150mm0.02mm把12外径千分尺025mm0.01mm把13游标万能角度尺0320°2把14表面粗糙度样

19、板套1刀具1外圆粗车刀90°把12外圆精车刀90°把13切断刀4mm×15mm把13制定加工工艺路线先用外圆车刀T01粗车，再外圆车刀T02精车，最后用切断刀T03切断工件。4合理选择切削用量加工材料为Q 235，硬度不高，切削力不大，切削用量选择如下表。表2-4 轴类零件加工工艺工步号工步内容刀具号切削用量背吃刀量ap(mm)进给速度f(mm/r)主轴转速n(r/min)1车右端面T01120.26002粗加工外轮廓，留0.4mm精车余量T01120.26003精加工外轮廓至尺寸T020.20.18004切断，控制工件总长为55mm±0.1mmT034

20、0.08400（二）编制参考加工程序1建立工件坐标系根据工件坐标系建立原则，工件原点设在右端面与主轴轴线的交点上，如图2-1所示。2计算基点坐标基点P1P11点坐标按各点极限尺寸平均值为准作为编程尺寸。具体坐标见表2-5。表2-5 基点坐标基点坐标（X，Z）基点坐标（X，Z）P1（7.945，0）P7（19.958，-30.925）P2（11.945，-2）P8（19.958，-45）P3（11.949，-9.925）P9（21.958，-45）P4（14，-9.925）P10（23.958，-46）P5（15.965，-25）P11（23.958，-55）P6（15.965，-30.925）

21、3参考程序（见表2-6）FANUC系统程序名为“O9401”。表2-6 轴类零件加工参考程序程序段号程序内容动作说明N05T0101选择T01号外圆粗车刀N10G40 G99 M03 S600 F0.2取消刀尖半径补偿，绝对坐标编程，转速为600r/min，进给速度为0.2mm/r。N20G00 G42 X26 Z5刀具快速移动至循环起点N30G71 U2 R1设置循环参数，调用粗加工循环N40G71 P50 Q180 U0.4 W0.1N50G00 X0轮廓精加工程序段N60G01 Z0N70X7.945N80X11.945 Z-2N90Z-9.925N100X14N110X15.965 Z

22、-25N120Z-30.925N130X19.958N140Z-45N150X21.958N160X23.958 Z-46N170Z-59N180X25N190G40 G00 X100 Z100刀具退回至换刀点N200M00 M05程序停，主轴停，测量N210T0202换外圆精车刀N220M03 S800 F0.1精加工转速为800r/minN230G70 P50 Q180调用精加工循环，精加工N240G00 X100 Z100刀具退回至换刀点N250M00 M05程序停，主轴停，测量N260T0303换切断刀N270M03 S400主轴转速为400r/minN280G00 X28 Z-59刀

23、具移动至工件左端N290G01 X0 F0.08切断N300X28 F0.3刀具沿X方向退出N310G00 X100 Z100 M05刀具退回至换刀点，主轴停N320M30程序结束（三）VNUC仿真操作VNUC仿真软件操作同数控机床操作。步骤如下：（1）打开仿真软件，选择机床和系统。（2）开机、手动、回参考点。（3）设置毛坯、装夹工件。（4）选择安装刀具。（5）新建或调入程序。（6）对刀。（7）程序校验。（8）自动加工。（四）加工准备（1）按毛坯图检查坯料尺寸。（2）开机、回参考点。（3）刀具与工件装夹。外圆粗车刀T01、外圆精车刀T02、切断刀T03分别装在刀架的1、2、3号刀位，并按要求夹

24、紧。将棒料装夹在三爪自定心卡盘上，伸出65mm，找正并夹紧。（4）程序输入。把已经仿真的程序通过数控机床MDI键盘输入数控机床，或拷贝到计算机后再调出。（五）对刀外圆精车刀采用试切法（车端面、车外圆）进行对刀，并把操作得到的数据输入到T02号刀具补偿中；外圆粗车刀和切断刀对刀时，分别将刀位点移至工件右端面和外圆处进行对刀操作，并把操作得到的数据输入到T01、T03号刀具补偿中。（六）空运行及仿真打开程序，选择MEM（自动）工作方式，打开机床锁住开关，按空运行键，再按循环启动键，观察程序运行情况；若按图形显示键再按循环启动键，可进行轨迹仿真，观察加工轨迹。空运行结束后，使空运行及机床锁住功能复位

25、，机床重新回参考点。（七）零件单段运行加工零件单段工作模式是按下循环启动按钮后，刀具在执行完程序中的一段程序后停止。通过单段加工模式可以一段一段地执行程序，便于仔细检查数控程序。FANUC系统操作步骤如下：打开程序，选择MEM（自动）工作方式，调好进给倍率，按单段运行按钮，再按循环启动键，进行加工；每段程序运行结束后，继续按循环启动键，即可一段一段执行程序。（八）零件自动加工及尺寸控制1零件自动加工打开程序，选择MEM（自动）工作方式，调好进给倍率，按循环启动键，进行自动加工。2零件加工过程中尺寸控制数控机床上首件加工均采用试切和试测方法保证尺寸精度，具体做法：当程序运行到N200程序段时，停

26、车测量精加工余量。根据精加工余量设置外圆精车刀T02的磨损量，避免因对刀不精确而使精加工余量不足出现缺陷。然后运行精加工程序，当程序运行到N250程序段时，停车测量；根据测量结果修调精加工车刀磨损值，再次运行精加工程序，直到达到尺寸要求为止。首件加工尺寸调好后将程序中M00 M05指令删除即可进行成批零件的生产，加工中不需要再测量和控制尺寸，直至刀具磨损为止。（九）程序断点加工方法当需要从程序某一段开始运行加工，需要用断点加工方法，具体操作步骤为：按编辑键EDIT，选择编辑工作模式。将光标移至要加工的程序段（断点处），切换成自动MEM工作模式，按循环启动键，程序便从断点处往后加工。（十）零件检测与评分零件加工结束后进行检测。检测结果写在表2-10中。表2-10 轴类零件加工评分表班级姓名学号课题多阶梯轴零件加工零件编号基本检查编程序号检测内容配分学生自评教师评分1切削加工工艺制定正确52切削用量选择合理53程序正确、简单、规范5操作4设备操作、维护保养正确55安全文明生产56刀具选择、安装正确、规范57工件找正、安装正确、规范5工作态度8行为规范、纪律表现5外圆924 0-0.084 mm71020 0-0.084 mm711