1、数控车削技术训练,目 录,项目三 外轮廓加工,任务一 矩形外轮廓加工,任务二 带倒角、倒圆的长方形轮廓加工,任务三 复杂轮廓加工,一、工艺知识,任务一 矩形外轮廓加工,1切削加工工序加工顺序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序等，工序安排的科学与否将直接影响到零件的加工质量、生产率和加工成本。切削加工工序通常按以下原则安排。,任务一 矩形外轮廓加工,一、工艺知识,（1）先粗后精当加工零件精度要求较高时都要经过粗加工、半精加工、精加工阶段，如果精度要求更高，还包括光整加工等几个阶段。（2）基准面先行原则用作精基准的表面应先加工。任何零件的加工过程总是先对定位基准进行粗加工和精加工，例如轴类
2、零件总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆和端面；箱体类零件总是先加工定位用的平面及两个定位孔，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。,任务一 矩形外轮廓加工,一、工艺知识,（3）先面后孔对于箱体、支架等零件，平面尺寸轮廓较大，用平面定位比较稳定，而且孔的深度尺寸又是以平面为基准的，故应先加工平面，然后加工孔。（4）先主后次先加工主要表面，然后加工次要表面。,任务一 矩形外轮廓加工,一、工艺知识,2顺铣与逆铣（1）概念与方向判断 顺铣：铣刀与工件接触部位的旋转方向与工件进给方向相同，如图所示。 逆铣：铣刀与工件接触部位的旋转方向与工件进给方向相反，如图所示。,任务一 矩形外轮廓加工
3、,一、工艺知识,（2）铣削特点及适用场合顺铣特点：顺铣时，铣刀刀刃的切削厚度由大到零，不存在滑行现象，刀具磨损较小，工件硬程度较轻。垂直分力Fv向下，对工件有一个压紧作用，有利于工件的装夹。但是水平分力Fh方向与工件进给方向相同，不利于消除工作台丝杆和螺母间的间隙，切削时振动大。逆铣特点：逆铣时，铣刀刀刃不能立刻切入工件，而是在工件已加工表面滑行一段距离。刀具磨损加剧，工件表面产生冷硬现象，垂直分力Fv对工件有一个上抬作用，不利于工件的装夹。但是水平分力Fh方向与工件进给方向相反，有利于消除工作台丝杆和螺母间的间隙，切削平稳，振动小其表面粗糙度较差，适合粗加工。顺铣与逆铣对比：顺铣与逆铣在加工
4、过程中有着不同的加工特性，具体对比见表。,任务一 矩形外轮廓加工,一、工艺知识,任务一 矩形外轮廓加工,一、工艺知识,3切削用量（1）切削速度铣削速度v指铣刀旋转的圆周线速度，单位为m/min。计算公式：式中： d铣刀直径，mm; n主轴（铣刀）转速，r/min。从以上公式可知，主轴（铣刀）转速：,任务一 矩形外轮廓加工,一、工艺知识,任务一 矩形外轮廓加工,一、工艺知识,任务一 矩形外轮廓加工,（2）进给量在铣削过程中,工件相对于铣刀的移动速度称为进给量。有以下三种表示方法：每齿进给量f：铣刀每转过一个刀齿，工件沿进给方向移动的距离，单位为mm/z。每转进给量f：铣刀每转过一转，工件沿进给方
5、向移动的距离，单位为mm/r。每分钟进给量vf：铣刀每旋转1分钟，工件沿进给方向移动的距离，单位为mm/min。三种进给量的关系为：vf=fn=fzn式中，f每齿进给量，mm/z（推荐值见表33）；n铣刀（主轴）转速，r/min；z铣刀齿数。,一、工艺知识,任务一 矩形外轮廓加工,一、工艺知识,任务一 矩形外轮廓加工,一、工艺知识,任务一 矩形外轮廓加工,一、工艺知识,（3）切削深度背吃刀量p铣刀在一次进给中所切掉的工件表层的厚度，即工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离，单位为mm。1指令格式（G40、G41、G42）建立刀具半径补偿。G17G41（或G42）G00（或G01）X_Y_D_；
6、G18G41（或G42）G00（或G01）X_Z_D_；G19G41（或G42）G00（或G01）Y_Z_D_。,二、刀具半径补偿指令,任务一 矩形外轮廓加工,二、刀具半径补偿指令,G40取消刀具半径补偿。说明：G41：刀具半径左补偿；G42：刀具半径右补偿；G40：取消刀具半径补偿。X、Y、Z表示刀具移动至工件轮廓上点的坐标。D是刀补号地址，是系统中记录刀具半径的存储器地址，后面跟的数值是刀具偏置号，用来调用内存中刀具半径补偿的数值。注意事项：G40、G41、G42指令的建立和取消只能与G00/G01指令用在同一程序段中，不能与G02/G03指令一起使用，否则机床会出现程序格式错误报警。,任
7、务一 矩形外轮廓加工,二、刀具半径补偿指令,2.方向顺着刀具进给的方向看，如果刀具在工件的左侧，则用刀具半径左补偿G41；反之，如果刀具在工件的右侧，则用刀具半径右补偿G42，如图所示。,任务一 矩形外轮廓加工,三、轮廓测量工具,1游标卡尺游标卡尺是一种常用的量具，具有结构简单、使用方便、精度中等和测量的尺寸范围大等特点，可以用它来测量零件的外径、内径、长度、宽度、厚度、深度和孔距等，应用范围很广。（1）游标卡尺的组成游标卡尺由主尺和副尺（又称游标）组成。如图36图38所示，主尺与固定卡脚制成一体；副尺与活动卡脚制成一体，并能在主尺上滑动。游标卡尺有002 mm、005 mm、01mm三种测量
8、精度。,任务一 矩形外轮廓加工,三、轮廓测量工具,任务一 矩形外轮廓加工,三、轮廓测量工具,（2）读数方法游标卡尺是利用主尺刻度间距与副尺刻度间距读数的。以图39所示分度值为002mm游标卡尺为例，主尺的刻度间距为1mm，当两卡脚合并时，主尺上49mm刚好等于副尺上50格，副尺每格长为098mm。主尺与副尺的刻度间相关为10.98002mm，因此它的测量精度为002mm（副尺上直接用数字刻出）。,任务一 矩形外轮廓加工,三、轮廓测量工具,游标卡尺读数分为三个步骤，下面以图310所示分度值为002 mm游标卡尺的某一状态为例进行说明。在主尺上读出副尺零线以左的刻度，该值就是最后读数的整数部分。图
9、中显示为33mm。副尺上一定有一条与主尺的刻线对齐，在刻尺上读出该刻线距副尺的格数，将其与刻度间距002mm相乘，就得到最后读数的小数部分，图中显示为024mm。将所得到的整数和小数部分相加，即得到总尺寸为3324mm。,任务一 矩形外轮廓加工,拓展知识,1常用刀具材料常用的刀具材料有工具钢、高速钢、硬质合金、涂层刀具、陶瓷和超硬刀具材料，目前用得最多的为高速钢、硬质合金和涂层刀具。（1）高速钢高速钢是一种加入了较多的钨、铬、钒、相等合金元素的高合金工具钢，有良好的综合性能。其强度和韧性是现有刀具材料中最高的。高速钢的制造工艺简单，容易刃磨成锋利的切削刃；锻造、热处理变形小，目前在复杂的刀具，
10、如麻花钻、丝锥、拉刀、齿轮刀具和成形刀具制造中，仍占有主要地位。,任务一 矩形外轮廓加工,拓展知识,高速钢可分为普通高速钢和高性能高速钢。普通高速钢，如W18Cr4V，广泛用于制造各种复杂刀具。其切削速度一般不太高，切削普通钢料时为4060m/min。高性能高速钢，如W12Cr4V4Mo是在普通高速钢中再增加一些含碳量、含钒量及添加钴、铝等元素冶炼而成的。它的耐用度为普通高速钢的153倍。粉末冶金高速钢是70年代投入市场的一种高速钢，其强度与韧性分别提高30%40%和80%90%。耐用度可提高23倍。,任务一 矩形外轮廓加工,拓展知识,（2）硬质合金按GB207587（参照采用190标准）可分
11、为P、M、K三类，P类硬质合金主要用于加工长切屑的黑色金属，用蓝色作标志；M类主要用于加工黑色金属和有色金属，用黄色作标志，又称通用硬质合金；K类主要用于加工短切屑的黑色金属、有色金属和非金属材料，用红色作标志。P、M、K后面的阿拉伯数字表示其性能和加工时承受载荷的情况或加工条件。数字越小，硬度越高，韧性越差。P类相当于我国原钨钛钻类，主要成分为WCTiCCo，代号为YT。K类相当于我国原钨钻类，主要成分为WCCo，代号为YG。M类相当于我国原钨钛钽钴类通用合金，主要成分为WCTiCTaC（NbC）Co，代号为YW。,任务一 矩形外轮廓加工,拓展知识,（3）涂层刀具涂层刀具是近二十年出现的一种
12、新型刀具材料，是刀具发展中的一项重要突破，是解决刀具材料中硬度、耐磨与强度、韧性之间矛盾的一个有效措施。涂层刀具是在一些韧性较好的硬质合金或高速钢刀具基体上，涂覆一层耐磨性高的难熔化金属化合物而获得的。常用的涂层材料有TiC、TiN和Al2O3等。本世纪70年代初首次在硬质合金基体上涂覆一层碳化钛（TiC）后，把普通硬质合金的切削速度从80m/min提高到180m/min。1976年又出现了碳化钛氧化铝双涂层硬质合金，将切削速度提高到250m/min。1981年又出现了碳化钛氧化铝氮化钴三涂层硬质合金，使切削速度提高到300m/min。,任务一 矩形外轮廓加工,拓展知识,2数控铣床对刀具材料的
13、要求金属在数控铣床切削过程中，刀具切削部分是在较大的切削压力、较高的切削温度及剧烈摩擦条件下工作的。在切削余量不均匀及断续加工时，刀具受到很大的冲击和振动，因此，刀具切削部分材料应具备以下性能：高硬度。硬度是刀具材料最基本的性能，其硬度必须高于工件材料的硬度，方能将工件上多余的金属切削掉。,拓展知识,任务一 矩形外轮廓加工,高耐磨性。高耐磨性是刀具抵抗磨损的能力，在剧烈的摩擦下刀具磨损要小。高耐磨性一方面取决于它的硬度；另一方面与它的化学成分、纤维组织有关。材料硬度越高，耐磨性越好；含有耐磨的合金化合物越多，晶粒越细，分布均匀则耐磨性越好。足够的强度和韧度。切削时刀具要能承受各种压力与冲击。一
14、般用抗弯强度和冲击来衡量材料强度与韧度的高低。高耐热性与化学稳定性。高耐热性，是指刀具在高温下仍能保持原有的硬度，强度，韧度和耐磨性能。化学稳定性。是指高温下不易与加工材料或周围介质发生化学反应的能力，包括抗氧化能力和粘结能力。化学稳定性越高，刀具磨损越慢，加工表面质量越好。,任务二 带倒角、倒圆的长方形轮廓加工,一、刀具长度补偿指令,刀具长度补偿指令对于立式铣床（加工中心）而言，一般用于刀具轴向（Z向）的补偿，它把刀具的长度补偿值设定于刀具偏置存储器中。有了刀具长度补偿功能，当加工中因为刀具磨损、重磨、换新刀或调整Z向尺寸使长度发生变化时，可以不必修改程序中的坐标值，只要修改长度补偿值即可。
15、当加工一个零件需要多把刀，各刀的长度不同，编程时不必考虑刀具的长短对坐标值的影响，只要把其中的一把刀设为标准刀，其余各刀相对标准刀设置长度补偿值即可。,任务二 带倒角、倒圆的长方形轮廓加工,一、刀具长度补偿指令,式中，G43为长度正补偿；G44为长度负补偿；G49为取消长度补偿；Z为程序中指令的Z向坐标值；H_为长度补偿代号。后面一般用2位数字表示代号。代号前面一般为0时可以省略。如H01可以省略为H1。,任务二 带倒角、倒圆的长方形轮廓加工,一、刀具长度补偿指令,当Z轴省略时，可视为：,使用G43、G44时，无论Z值是绝对编程（G90）还是增量编程（G91），程序中指定的Z轴移动指令的终点坐
16、标值，都要与H代码指令的存储器中的偏移量进行计算。执行G43时，Z实际值=Z指令值+H_中的偏置值。执行G44时，Z实际值=Z指令值-H_中的偏置值。在实际应用中，一般习惯用G43指令，向正或负方向移动，靠改变H指令的刀具偏置存储器中数值的正负来实现。,任务二 带倒角、倒圆的长方形轮廓加工,一、刀具长度补偿指令,2.编程示例如图所示，假定的刀具标准长度为“0”，理论移动距离为“-100”。采用G43指令编程，计算刀具从当前位置移动至工件表面的实际移动量（已知：H01中的偏置值为“200”，H02中的偏置值为“600”，H03中的偏置值为“400”）。,任务二 带倒角、倒圆的长方形轮廓加工,一、
17、刀具长度补偿指令,刀具1：G43G01Z0H01F100；刀具的实际移动量=（-100）+20=-80，刀具向下移80mm。刀具2：G43G01Z0H02F100；刀具的实际移动量=（-100）+60=-40，刀具向下移40mm。刀具3：如果采用G44编程，则输入H03中的偏置值应为“-400”，其编程指令及对应的刀具实际移动量如下：G44G01Z0H03F100；刀具的实际移动量=（-100）-（-40）=-60，刀具向下移60mm。,任务二 带倒角、倒圆的长方形轮廓加工,二、刀具长度补偿的设置,1设置刀具长度对于立式加工中心，刀具长度补偿常用于工件坐标系零点偏置的设定。即用G54指令设定工
18、件坐标系时，仅在X、Y方向偏置坐标原点的位置，而Z方向不偏置，Z方向刀位点与工件坐标系Z0平面之间的差值全部通过刀具长度补偿来解决。如图所示，假设用一标准刀具进行对刀，该刀具的长度等于机床坐标系原点与工件坐标原点之间的距离值。对刀后采用G54指令设定工件坐标系，则Z向偏置值设定为如图所示的“0”。,任务二 带倒角、倒圆的长方形轮廓加工,二、刀具长度补偿的设置,任务二 带倒角、倒圆的长方形轮廓加工,二、刀具长度补偿的设置,2机外对刀设定长度当采用机外对刀时，通常选择其中一把刀具作为标准刀具，也可将所选择的标准刀具的长度设为“0”，再将图中测得的机械坐标A值（通常为负值）输入G54的Z偏置存储器中
19、，而将不同的刀具长度（见图315中的L1、L2和L3）输入对应的刀具长度补偿存储器中。另外，也可以1号刀具作为标准刀具，则以1号刀具对刀后在G54存储器中设定的Z坐标值为“-1400”。设定在刀具长度偏置存储器中的值依次为：H01=0，H02=40，H03=20。,三、倒圆、倒角指令,任务二 带倒角、倒圆的长方形轮廓加工,1指令格式倒角：G01X_Y_,C_;（C表示倒角宽度）倒圆：G01X_Y_,R_;（R表示倒圆角半径）2功能在零件轮廓拐角处如倒角或倒圆，可以插入倒角或倒圆指令，C或者R与加工拐角的轴运动指令一起写入到程序段中。直线轮廓之间、圆弧轮廓之间，以及直线轮廓和圆弧轮廓之间都可以用
20、倒角或倒圆指令进行倒角或倒圆。3参数说明如果几个连续编程的程序段中有不含坐轴移动指令的程序段，则不可以进行倒角或倒圆。,任务三 复杂轮廓加工,一、轮廓铣削的路线设计,1安全间隙设置对刀具快速接近零件加工部位路线的终点和刀具快速离开零件路线的起点的位置应精心设计，保证刀具在该点与零件的轮廓应有足够的安全间隙，避免刀具与零件的碰撞。,任务三 复杂轮廓加工,一、轮廓铣削的路线设计,2刀具切入、切出轮廓为了改善铣刀开始接触零件和离开零件表面时的状况，需设置刀具接近零件和离开零件表面时的特殊运行轨迹，避免刀具直接与零件表面相撞，同时保护已加工表面。,任务三 复杂轮廓加工,二、程序编制中的数值计算,基点：
21、一个零件的轮廓曲线由许多不同的几何要素所组成，各几何要素之间的连接点称为基点，如图所示。节点：当被加工零件轮廓形状与机床的插补功能不一致时，用直线或圆弧去逼近被加工曲线，这时，逼近线段与加工曲线的交点就称为节点，如图所示。,1解题的几个基本环节在数值计算工作中，无论采用哪种计算方法，一般包括解题分析、解题步骤、计算结果、结果初验和初验处理五个基本环节。,任务三 复杂轮廓加工,二、程序编制中的数值计算,二、程序编制中的数值计算,任务三 复杂轮廓加工,2数学处理的方法作图计算法。代数计算法。平面几何计算法。三角函数计算法。平面解析几何计算法。,任务实施,任务三 复杂轮廓加工,一、任务内容加工如图所
22、示的长方形外轮廓，并保证尺寸精度。二、教学准备平口钳、T型螺栓、平口钳扳手、活头扳手、磁力表座、百分表、16 mm立铣刀、909030的长方体铝块、5075 mm外径千分尺。,任务三 复杂轮廓加工,任务实施,三、工艺分析1零件图与毛坯分析（1）图形为带倒角和倒圆的长方形外轮廓（2）毛坯是尺寸为90 mm90 mm30 mm的长方体，材料为铝合金2走刀路线确定从某条边的延长线切入，绕工件铣削一圏，从最后一条边切的延长线切出。3刀具及切削用量选择,任务三 复杂轮廓加工,任务实施,任务三 复杂轮廓加工,任务实施,四、加工准备1装夹方式用机用平口钳装夹，垫上等高垫铁，校正固定钳口与机床工作台X轴方向的
23、平行度。2刀具选择与安装将需要使用的刀具安装至相应刀柄中，保证安全可靠。3程序输入,任务三 复杂轮廓加工,任务实施,任务三 复杂轮廓加工,任务实施,任务三 复杂轮廓加工,任务实施,五、任务步骤1. 外轮廓加工Step1:粗铣矩形外轮廓Step2:测量尺寸并修改刀具半径补偿值Step3:精铣矩形外轮廓（1）深度千分尺结构组成深度千分尺是利用螺旋副转动原理将回转运动变为直线运动的一种量具。深度千分尺由微分筒、固定套管、测量杆、基座、测力装置、锁紧装置等组成。深度千分尺用于测量机械加工中零件的深度、台阶等尺寸的测量。,任务三 复杂轮廓加工,任务实施,（2）深度千分尺的使用方法使用前先将深度千分尺擦干
24、净，然后检查其各活动部分是否灵活可靠。在全行程内微分筒的转动要灵活，微分螺杆的移动要平稳，锁紧装置的作用要可靠。根据被测的深度或高度选择并换上测杆。025mm的深度千分尺可以直接校对零位：采用00级平台，将平台、深度千分尺的基准面和测量面擦干净，旋转微分筒使其端面退至固定套筒的零线之外，然后将千分尺的基准面贴在平台的工作面上，左手压住底座，右手慢慢旋转棘轮，使测量面与平台的工作面接触后检查零位。微分筒上的零刻线应对准固定套管上的纵刻线，微分筒锥面的端面应与套管零刻线相切。,任务三 复杂轮廓加工,任务实施,测量范围大于25mm的深度千分尺，要用校对量具（可以用量块代替）校对零位。把校对量具和平台
25、的工作面擦净，将校对量具放在平台上，再把深度千分尺的基准面贴在校对量具上校对零位。使用深度千分尺测量盲孔、深槽时，往往看不见孔、槽底的情况，所以操作深度千分尺时要特别小心，切忌用力过大。当被测孔的口径或槽宽大于深度千分尺的底座时，可以用一辅助定位基准板进行测量。,任务三 复杂轮廓加工,任务实施,（3）使用细节与保养不准拿着微分筒快带任意摇动。不准用油石、砂纸等硬物摩擦测量面，测微螺杆等部位。不准在深度千分尺的微分筒和固定套管之间加酒精、煤油、柴油、机油或凡士林等;不准把深度千分尺浸泡在上述油类或水以及冷却液中。如果深度千分尺被上述液体浸入，则用航空汽油冲洗干净，然后加入少量钟表油或特种轻质润滑
26、油。使用完后，用绸或干净的白细布擦净深度千分尺的各部位，卸下可换测杆及测微螺杆上涂一薄层防锈后，放入专用盒，存放于干燥处。不能将深度千分尺放在潮湿、有酸性、磁性以及高温或振动的地方。深度千分尺须实行周期检定，检定周期由计量部门根据使用情况决定。,学习难点回顾,项目三 外轮廓加工,在本项目中，要进一步熟悉数控加工程序编写流程，完成分析图样、确定加工工艺、数值计算、编写加工程序、程序输入与调试等具体操作内容；学会使用半径补偿功能指令和长度补偿指令进行编程的方法；掌握FANUC系统倒圆角R指令和倒直角C指令的应用方法；学会利用改变半径补偿值和改变长度补偿值的大小来去除加工余量和保证加工精度的方法；学会使用游标卡尺、外径千分尺、深度游标卡尺、深度千分尺等常用量具；掌握程序编制中基点、节点的计算方法，学会外轮廓铣削的加工路线设计；对工件和工作过程进行正确的检测和评价。,
