数控车削加工技术 教案 项目九 切槽、切断加工工艺及编程

PAGEPAGE1数控车削加工技术课程教案授课时间第周授课方式（请打√）□讲授□上机□实验/训□其它课时安排授课题目（章节或单位课时）：项目九切槽、切断加工工艺及编程教学目的与要求（分了解、熟悉、掌握三个层次）：1.掌握在数控车床上切断工件与切沟槽的基本方法；2.掌握切断刀的安装、调整以及对刀操作；3.掌握切槽切断指令的编程格式与编程方法；教学重点与难点：1.掌握内切槽、外切槽、典型槽的加工方法；2.掌握切断与沟槽加工的加工工艺。教学内容备注9.1切槽加工工艺在加工机械零件过程中，经常需要切断零件；在车削螺纹时为退刀方便，并使零件装配有一个正确的轴向位置须开设退刀槽；在加工变径轴过程中也常用排刀切削等加工零件，这些都需要进行切槽或切断，所以说切槽或切断是机械加工过程中不可缺少的一个环节。1.切槽(切断)刀切槽(切断)刀是以横向进给为主，前端的切削刃为主切削刃、有两个刀尖、两侧为副切削刃，刀头窄而长、强度差；主切削刃太宽会引起振动，切断时浪费材料，太窄又削弱刀头的强度。2.车槽工序安排车槽一般按排在粗车和半精车之后，精车之前。若零件的刚性好或精度要求不高时也可以在精车后再车槽。3.窄槽加工方法当槽宽度尺寸不大，可用刀头宽度等于槽宽的切槽刀，一次进刀切出，如图9.1所示。编程时还可用G04指令在刀具切至槽底时停留一定时间，以光整槽底。图9.1窄槽切削图4.宽槽加工方法当槽宽度尺寸较大（大于切槽刀刀头宽度），应采用多次进刀法加工，并在槽底及槽壁两侧留有一定精车余量，然后根据槽底、槽宽尺寸进行精加工。具体路线如图9.2所示。宽槽粗加工宽槽精加工图9.2宽槽切削图5.切槽加工应注意的问题（1）切槽刀有左、右两个刀尖及切削刃中心处等三个刀位点，在整个加工程序中应采用同一个刀位点，一般采用左侧刀尖作为刀位点，对刀、编程较方便。如图9.3所示。图9.3切槽刀刀位点切槽过程中退刀路线应合理，避免产生撞刀现象；切槽后应先沿径向（X向）退出刀具，再沿轴向（Z向）退刀。如图9.4所示。（a）产生碰撞（b）避免碰撞的方法图9.4切槽退刀路线6.切槽刀的对刀切槽刀对刀时采用左侧刀尖为刀位点，与编程采用的刀位点一致。对刀操作步骤：Z向对刀，如图9.5所示。图9.5Z向对刀图X向对刀，如图9.6所示。图9.6X向对刀图对刀操作注意事项：（1）切槽刀刀头强度低，易折断，安装时应按要求严格装夹。（2）加工中使用两把车刀，对刀时每把刀具的刀具号及补偿号不要弄错。（3）对刀时，外圆车刀采用试切端面、外圆方法进行，切槽刀不能再切端面，否则，加工后零件长度尺寸会发生变化。（4）首件加工时仍尽可能采用单步运行，程序准确无误后再采用自动方式加工以避免意外。（5）对刀时，刀具接近工件过程中，进给倍率要小，避免产生撞刀现象。（6）切断刀采用左侧刀尖作刀位点，编程时刀头宽度尺寸应考虑在内。9.2一般凹槽的切削工艺与编程任务导入:如图9.7所示，毛坯为直径为34mm棒料，材料45#钢，T01：93°外圆车刀，T02：60°外螺纹刀，T04：切断刀（刀宽3mm）。图9.7传动轴9.2.1凹槽加工工艺简介1.凹槽加工的特点。外圆切槽加工：对于粗加工宽槽或方肩间的车削，最常用的加工方法为多步切屑、陷入车削和坡走车削，需要单独的精加工。如果槽宽比槽深小，则推荐执行多步切槽工序；如果槽宽比槽深要大，则推荐使用陷入车削工序；如果棒材或零件细长或强度低，推荐进行坡走车削。端面切槽加工：在零件端面上进行轴向切槽需选用端面切槽刀具以实现圆形切槽，分多步进行切削槽，保持低的轴向进给率，以避免切屑堵塞。从切削最大直径开始，并向内切削以获取最佳切屑控制。内沟槽加工：与外圆切槽的方法相似，确保排屑通畅和最小化振动趋势。在切削宽槽时，特别是当使用窄刀片进行多步切槽或陷入切槽，能有效地降低振动趋势。从孔底部开始并向外进行切削有助于排屑，在粗加工时，应使用最佳的左手或右手型刀片选择来引导切屑。2.刀具的选择切断刀的刀柄选择原则：尽可能降低刀具偏斜和振动趋势，一般选择具有最小悬深的刀柄或刀板，选择尽可能大的刀柄尺寸，选择尽可能大刀片座（宽）的刀板或刀柄，选择不小于插入长度的刀板高度，刀具悬深不应超过8倍的刀片宽度。刀片的选择：刀片共三种类型：中置型（N、主偏角0度），其切削刃与刀具的进给方向成直角，中置型刀片可提供坚固的切削力，其切削力主要为径向切削力，具备稳定的切削作用、良好的切屑形成和长的刀具寿命以及成直线进行切削；右手（R）和左手（L）型刀片，两者都有一定角度的主偏角，适用于对工件切口末端进行精加工，选择合适的左右手刀片，便于切削刃的前角靠近切断部分，去除工件毛刺和飞边。刀片宽度的选择：一方面要考虑到刀具强度和稳定性，另一方面又要同时考虑到节省工件材料和降低切削力。对于小直径棒材或零件的切断，选择较小的刀片宽度和锋利的切削刃来降低切削力。切断薄壁管材时，可使用宽度尺可能小的锋利刀片来降低切削力。9.2.2程序编写1.零件图工艺分析（1）技术要求分析。如图9.7所示，零件包括圆柱面、圆锥面、圆弧面、端面、一个外沟槽、外螺纹、切断等加工。零件材料为45#钢，无热处理和硬度要求。（2）确定装夹方案、定位基准、加工起点、换刀点。由于毛坯为棒料，用三爪自定心卡盘夹紧定位。由于工件较小，为了加工路径清晰，加工起点和换刀点可以设为同一点，放在Z向距工件前端面200mm，X向距轴心线100mm的位置。（3）制定加工方案，确定各刀具及切削用量。加工刀具的确定如表9.1所示，加工方案的制定如表9.2所示。表9.1刀具卡实训课题复合循环指令编程及加工零件名称螺杆零件图号序号刀具号刀具名称及规格刀尖半径数量加工表面1T010193°粗精右偏外圆车刀0.41外表面、端面2T020260°外螺纹刀0.21外螺纹3T0303B=3mm切断刀0.31切槽、切断表9.2工序表材料45#零件图号图8-1系统FANUC工序号操作序号工步内容（走刀路线）G功能T刀具切削用量转速S进给速度F切削深度主程序夹住棒料一头，留出长度约100mm（手动操作），调用主程序加工1自右向左粗车端面、外圆面G71T01016000.322自右向左精车端面、外圆面G70T01018000.10.23切外沟槽G75T04043000.104车螺纹G92T02023001.55切断G01T04043000.16检测、校核2.数值计算（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）计算各节点位置坐标值，略。（3）螺纹加工前轴径的大小：D孔＝14-0.2＝13.8（4）当螺距p＝1.5时，查表得牙深h＝0.974，分4次进给，每次进给的吃刀量分别为：0.8、0.6、0.4、0.16。3.程序清单表9.3程序表数控车床程序卡编程原点工件右端面与轴线交点编写日期零件名称传动轴零件图号图9.7材料45#车床型号CJK6240夹具名称三爪卡盘实训车间数控中心程序号O8002编程系统FANUC0-TD序号程序简要说明N010G50X200Z200建立工件坐标系N020M03S600T0101主轴正转，选择1号外圆刀N030G99进给速度设为mm/rN040G00X38Z2快速定位至38直径，距端面正向2mmN050G71U2R0.5调用粗车循环，每次切深2mm，留精加工余量单边0.2mmN060G71P70Q160U0.4W0.2F0.3N070G01X1F0.1进给加工至（X1，Z2）的位置N080Z0进给加工至（X1，Z0）的位置N090X10加工端面N100X13.8Z2加工倒角C2N110Z40加工M14直径外圆至13.8N120X20Z55加工锥面N130Z65加工20外圆N140G02X30Z70R5加工R5圆弧面N150G01Z-83加工30外圆N160X38平端面N170M01选择停止，以便检测工件N180M03S900换转速，主轴正转N190G70P70Q160调用精加工循环N200G00X200Z200T0100M05返回换刀点，取消刀补，停主轴N210M01选择停止，以便检测工件N220M03S300T0404换切槽刀，降低转速N230G00X20Z-40快速定位，准备切槽N240G75R0.5调用切槽循环指令，加工槽5X2，每次X向移动量1.5mm,Z向移动量2.0mmN250G75X10Z-38P1500Q2000F0.1N260G00X200Z200T0400M05返回换刀点，取消刀补，停主轴N270M01选择停止，以便检测工件N280M03S300T0202换转速正转，换螺纹车刀N290G00X20Z5快速定位至循环起点（X20，Z5）N300G92X13.2Z-37.5F1.5加工螺纹N310X12.6N320X12.2N330X12.05N340G00X200Z200T0200M05返回刀具起始点，取消刀补，停主轴N350M01选择停止，以便检测工件N360M03S300T0404换切断刀，主轴正转N370G00X38Z-83快速定位至（X38，Z-83）N380G01X0F0.1切断N390G00X38径向退刀N400G00X200Z200T0400M05返回刀具起始点，取消刀补，停主轴N410T01001号刀取消刀补N420M30程序结束9.3复合循环切削沟槽—G75任务导入:加工如图9.8所示零件，用复合循环切沟槽指令加工，其毛坯为棒料。工艺设计为:粗加工时切深1.5mm，进给速度0.2mm/r，主轴转速300r/min;精加工余量为1mm（直径量），Z向1mm，进给速度为0.15mm/r，主轴转速为800r/min。图9.8实物图图9.9尺寸图为完成此项任务，需掌握的知识如下：1.G75切槽复合循环指令（1）格式：G75R;G75XZPQF;（2）各地址含义：R—退刀量XZ为槽的终点坐标（相对于起点）PX向每次切深（无符号，半径值）Q每完成一次径向切削后，在Z向的移动量，此值小于刀宽，无符号。图9.10纵向切槽循环指令G75的动作路线示意图2.编程注意事项：（1）必须首先定义一个起点，如果你想从槽的左侧开始加工，则该起点在Z向等于左侧Z坐标，X向略大于工件直径，右侧也是如此。否则机床将发生不可预想的运动。（2）切槽刀一般左刀尖为刀位点，所以一般定义槽左侧为起点，终点要考虑刀宽。（3）P、Q的编程值以0.001毫米为单位。（4）由于G75是一个粗加工循环，因此在编程时槽的两侧和底部都要留有精加工余量，以便再用G01指令进行精加工。（5）循环结束后，刀具停留在起点。明确这一点对于下一步编程非常重要3.程序清单表9.4程序表数控车床程序卡编程原点工件右端面与轴线交点编写日期零件名称阶梯轴零件图号图9.9材料45#车床型号CJK6240夹具名称三爪卡盘实训车间数控中心程序号O0083编程系统FANUC0-TD序号程序简要说明N010M03S600T0101;主轴正转，选择1号外圆刀N020G99进给速度设为mm/rN030G00X61Z-48.8;主轴正转，选择1号外圆刀N030G75R1.0；调用切槽循环指令N040G75X40.2Z-25.2P1500Q4700F0.1;N050G01Z-50.0F0.1S800;进给加工至（X40，Z-50）的位置N060X40.0;进给加工至（X40，Z-50）的位置N070Z-25.0;进给加工至（X40，Z-25）的位置N080X61.0;进给加工至（X61，Z-25）的位置N090G00X100.0Z100.0;回换刀点N100M30;程序结束9.4切断工艺及编程任务导入:切断如图9.11所示零件，切断刀的刀宽为5mm。图9.11轴为完成此项任务，需掌握的知识如下：1.刀具选择切断要用切断刀，切断刀的形状与切槽刀相似,刀位点左刀尖。常用的切断方法有直进法和左右借刀法两种。直进法常用于切断铸铁等脆性材料；左右借刀法常用于切断钢等塑性材料。2.工艺分析（1）采用手动切削右端面。（2）保证Z向尺寸50mm，在移动刀具时应加刀宽4mm。（3）径向进给应过X0点。（4）径向切断工件要留余量，保证工件不能掉到托板上，以免擦伤已加工表面；端面切断，径向尺寸要过轴线，以确保工件端面平整。3.程序清单表9.5程序表数控车床程序卡编程原点工件右端面与轴线交点编写日期零件名称阶梯轴零件图号图9.11材料45#车床型号CJK6240夹具名称三爪卡盘实训车间数控中心程序号O0084编程系统FANUC0-TD序号程序简要说明N010M03S600T0101;主轴正转，选择1号切断刀N020G98进给速度设为mm/minN030G00X55Z-50;定切断刀的起刀点N030G01X2F50;切段N040X55F100;退刀N090G00X100.0Z100.0;回换刀点N100M30;程序结束9.5子程序在切槽加工中的应用任务导入:如图所示为车削不等距槽。已知：毛坯直径37mm，长度77mm，一号外圆车刀，二号切断刀，宽度为2mm。图9.12沟槽轴为完成此项任务，需掌握的知识如下：1.子程序的结构子程序与主程序相似，由子程序名、程序内容和程序结束指令组成。例如O子程序名……子程序内容M99；子程序结束一个子程序也可以调用下一级的子程序。子程序必须在主程序结束指令后建立，其作用相当于一个固定循环。2.子程序的调用FANUC0i系统子程序调用格式为：M98Pxxxxxxx；说明：M98：子程序调用字；P后面的前3位数字为子程序重复调用次数；后4位数字为子程序号。当不指定重复次数时，子程序只调用一次。例如：M98P51002；该指令连续调用子程序（1002号）5次。子程序调用指令（M98P）可以与运动指令在同一个程序段中使用。例如：