情景二 任务一 简单阶梯轴加工
任务一 简单阶梯轴加工
【知识目标】
1.掌握数控机床的编程规则。
2.掌握数控加工程序开始与结束一般指令。 3.掌握用G00和G01指令加工阶梯轴的编程方法。 【能力目标】
1.掌握外圆加工刀具的选用、安装方法。 2.阶梯轴的加工方法。 3.数控机床的自动运行方法。 一、学习任务
如图2.1.1所示的阶梯轴零件，已知材料为45钢，毛坯尺寸为φ28×100。要求分析零件的加工工艺，编写零件的数控加工程序，并通过仿真调试优化程序，最后进行零件的加工检验。
a)零件图 b)实体图
图2.1.1 阶梯轴类零件
二、任务相关知识
（一）轴类零件的装夹要求
车削加工前，必须将零件放在机床夹具中定位和夹紧，使零件在整个切削过程中始终保持正确的位置。根据轴类零件的形状、大小、精度、数量的不同，可采用不同的装夹方法。
1、在三爪自定心卡盘上装夹
三爪自定心卡盘(如图2.1.2所示)的三个卡爪是同步运动的，能自动定心，装夹—般不需找正，故装夹零件方便、省时，但夹紧力较小，常用于装夹外形规则的中、小型零件。三爪自定心卡盘有正爪、反爪两种形式，反爪用于装夹直径较大的零件。
2、在四爪单动卡盘上装夹
四爪单动卡盘(如图2.1.3所示)的卡爪是各自独立运动的，因此在装夹零件时必须找
- 1 -
数控车削编程与加工
正后才可车削，但找正比较费时。其夹紧力较大，常用于装夹大型或形状不规则的零件。四爪单动卡盘的卡爪可装成正爪或反爪，反爪用于装夹较大的零件。
图2.1.2 三爪单动卡盘 图2.1.3 四爪单动卡盘
3、用双顶尖装夹
对于较长的或工序较多的零件，为保证多次装夹的精度，采用双顶尖装夹的方法，如图2.1.4所示。用双顶尖装夹零件方便，无需找正，重复定位精度高，但装夹前需保证零件总长并在两端钻出中心孔。
图2.1.4 双顶尖装夹零件 图2.1.5一夹—顶装夹零件
4、用一夹—顶装夹
用双顶尖装夹零件精度高，但刚性较差，故在车削一般轴类零件时采用一端用卡盘夹住，另—端用顶尖顶住的装夹方法，如图2.1.5所示。为防止切削时产生轴向位移，可采用限位支承或台阶限位。其中台阶限位安全，刚性好，能承受较大切削力，故应用广泛。
5、工件装夹的原则
（1）用三爪自定心卡盘装夹工件时，若工件直径<=30mm，其悬伸长度应不大于直径5倍，若工件直径>30mm，其悬伸长度应不大于直径的3倍。
（2）当工件长度较长或很长，为增加工件的刚性，防止在车削过程中产生振动、崩刀等，需采用一夹一顶或使用跟刀架。
（3）当加工轴类零件时，各个表面的同轴度要求很高。可采用双顶尖装夹。 （4）加工一些特殊的零件，如薄壁套，要使用辅助夹具。车内孔时使用开口套筒，以减少工件的变形。车外圆时使用小锥度心轴，以内孔定位。
（5）被加工表面的回转轴线与基准面相互垂直的外形较复杂的工件（如壳体）可采用花盘。
（二） 加工顺序的确定
数控车削加工顺序一般按照下列两个原则来确定。 1、先粗后精原则
- 2 -
情景二 任务一 简单阶梯轴加工
所谓先粗后精，就是按照粗车→半精车→精车的顺序，逐步提高加工精度。粗车可在较短时间内将工件表面上的大部分加工余量切掉。一方面提高加工效率，另一方面使精车的加工余量均匀。如粗车后所留余量的均匀性满足不了精车加工的要求，则应安排半精车。为保证加工精度，精车时，要按照图样尺寸一刀出零件轮廓。
2、先近后远原则
这里所指的远与近， 是按加工部位相对于对刀点的距离而言的。 离对刀点远的部位后加工，可以缩短刀具的移动距离，减少空行程时间。对于车削而言，先近后远还有利于保持零件的刚性，改善切削条件。
（三）走刀路线的确定
精加的走刀路线基本上是沿其零件轮廓顺序进行的。因此重点在于确定粗加工及空行程的走刀路线。
1、 最短空行程路线
图2.1.6（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设置在较远的位置，是考虑到加工过程中需方便换刀，同时，将起刀点与对刀点重合在一起。
按三刀粗车的走刀路线安排：第1刀为A→B→C→D→A：
第2刀为A→E→F→G→A： 第3刀为A→H→I→J→A。
a）起刀点与对刀点重合时 b）起刀点与对刀点分离时
图2.1.6 最短行程路线示意图
图2.1.6（b）所示则是将起刀点与对刀点分离，并设于B点位置，仍按相同的切削有量进行三刀粗车，其走刀路线安排：
对刀点A到起刀点B的空行程为A→B； 第1刀为B→C→D→E→B； 第2刀为B→F→G→H→B； 第3刀为B→I→J→K→B；
起刀点B到对刀点A的空行程B→A。 显然，图2.1.6（b）所示的走刀路线短。 2、 大余量毛坯的切削路线
图2.1.7（a）所示为车削大余量工件走刀路线。在同样的背吃刀量情况下，按图2.1.7（a）所示的1—5顺序切削，使每次所留余量相等。
按照数控车床加工的特点，还可以放弃常用的阶梯车削法，改用顺毛坯轮廓进给的走刀路线，如图2.1.7（b）所示。
- 3 -
数控车削编程与加工
a）阶梯车削法 b）顺毛坯轮廓车削法
图2.1.7 大余量毛坯的切削路线
（四）数控车床编程基础 数控车床的主要编程特点如下：
(1) 在一个程序段中，可以采用绝对值编程(用X、Z表示)、增量值编程(用U、W表示)或者二者混合编程。
(2) 直径方向(X方向)用绝对值编程时，X以直径值表示；用增量值编程时，以径向实际位移量的二倍值表示，并附方向符号(正向可以省略)。
(3)车削加工毛坯余量较大时，为简化编程，数控装置常备有不同形式的固定循环，可以进行多次重复循环切削。
(4)编程时，常认为车刀刀尖是一个点，而实际上为了提高刀具寿命和工件表面质量，车刀刀尖常被磨成一个圆弧，因此，当编制加工程序时，需要考虑对刀具进行半径补偿。
（五）程序的结构
数控程序是若干个程序段的集合。每个程序段独占一行。每个程序段由若干个字组成，每个字由地址和跟随其后的数字组成。地址是一个英文字母。一个程序段中各个字的位置没有限制，但是，长期以来如表2.1.1的排列方式已经成为大家都认可的方式：
表2.1.1 排列方式
N- 行号 G- 准备功能 X- Y- Z- 位置代码 ···· F- 进给速度 S- 主轴转速 T- 刀具号 M- 辅助功能 LF 行结束 在一个程序段中间如果有多个相同地址的字出现，或者同组的G功能，取最后一个有效。
(1)行号
Nxxxx 程序的行号，可以不要，但是有行号，在编辑时会方便些。行号可以不连续。行号最大为9999，超过后从再从1开始。
选择跳过符号“/”，只能置于一程序的起始位置，如果有这个符号，并且机床操作面板上“选择跳过”打开，本条程序不执行。这个符号多用在调试程序，如在开冷却液的程序前加上这个符号，在调试程序时可以使这条程序无效，而正式加工时使其有效。
(2)准备功能
地址“G”和数字组成的字表示准备功能，也称之为G功能，见表2.1.2。G功能根据其功能分为若干个组，在同一条程序段中，如果出现多个同组的G功能，那么取最后一个有效。
- 4 -
情景二 任务一 简单阶梯轴加工
G功能分为模态与非模态两类。一个模态G功能被指令后，直到同组的另一个G功能被指令才无效。而非模态的G功能仅在其被指令的程序段中有效。
例： ……
N10 G01 X250. Y320. N11 G04 X100 N12 G01 Z-120. N13 X380. Y400. ……
在这个例子的N12这条程序中出现了“G01”功能，由于这个功能是模态的，所以尽管在N13这条程序中没有“G01”，但是其作用还是存在的。
表2.1.2 准备功能指令
代码 G00 G01 G02 G03 G04 G10 功 能 快速点位移动 直线插补 顺圆插补 逆圆插补 暂停 可编程数据输入 注销可编程数据输入 ZX平面选择 英寸输入 毫米输入 存储行程检查接通 代码 G54 G55 G56 G57 G58 G59 G65 G66 G67 G70 G71 功 能 选择工件坐标系1 选择工件坐标系2 选择工件坐标系3 选择工件坐标系4 选择工件坐标系5 选择工件坐标系6 宏程序调用 宏程序模态调用 宏程序模态调用取消 精车循环 轮廓粗车循环 G11 G18 G20 G21 G22 G23 G27 存储行程检查断开 返回参考点检查 返回参考点 返回第2、第3和第4参考点 跳转功能 等螺距螺纹切削 变螺距螺纹加工 注销刀具半径补偿 刀具半径补偿(左) 刀具半径补偿(右) 工件坐标系的设立 G72 G73 G74 G75 G76 G90 G92 G94 G95 G96 G97 轮廓粗车循环 轮廓粗车循环 排屑钻端面孔 外径/内径钻孔 螺纹循环 固定循环 螺纹循环 固定循环/每分钟进给 每转进给 恒表面切削速度控制 恒表面切削速度控制取消 G28 G30 G31 G32 G34 G40 G41 G42 G50 (3)辅助功能
地址“M”和两位数字组成的字表示辅助功能，也称之为M功能。见表2.1.3。
表2.1.3 辅助功能指令
代码 M00 M01 M02 意义 停止程序运行 选择性停止 结束程序运行 - 5 -
情景二 任务一 简单阶梯轴加工
