项目四盘套类零件的工艺设计及编程.ppt

项目四 盘套类零件的工艺设计及编程,教学内容,盘套类零件的加工工艺,端面深孔钻削循环指令G74,端面粗车复合循环指令72,径向切槽循环指令G75,切槽相关知识链接,重点：,盘套类类零件的工艺性分析,1,编程指令G72、G74、G75的应用,2,难点：,盘套类零件合理的加工工艺的编写,1,盘套类零件的工艺编制方法及编程方法,3,装夹方案、工艺参数及切削刀具的正确选择,3,1.掌握数控系统的G72、G74、G75等指令的编程格式及应用； 2.掌握盘套类零件的结构特点和加工工艺特点，正确分析腔 体零件的加工工艺； 3.掌握盘套类零件的工艺编制方法及编程方法,【知识目标】,1能正确分析盘类零件图纸（会分析零件图纸技术要求，会检 查零件图的完整性和正确性，会分析零件的结构工艺性）， 并进行相应的工艺处理 2. 能正确选择短套零件、盘类零件装夹方案，正确选择加工设 备、切削刀具与切削参数，会编写数控加工工艺卡,【能力目标】,一、项目导入,如图所示为轴套类零件，毛坯为6065的棒料，材料为45钢，要求分析零件的加工工艺，填写工艺文件，编写零件的加工程序。,盘类零件一般指径向尺寸比轴向尺寸大，且最大与最小内外圆直径差较大，并以端面面积大为主要特征的零件，套类零件一般由外圆、内孔、端面、台阶和沟槽等组成,二、相关知识,（一）盘套类零件的加工工艺,1盘套类零件的结构特点及技术要求,结构特点,盘类零件表面不仅有形状精度、尺寸精度和表面粗糙度的要求, 而且位置精度要求较高, 有的零件壁较薄,加工中容易变形，盘套类零件主要靠车削加工，,法兰盘 透盖 套环 滑动轴承套 气缸套 盘盘类零件,技术要求,1）尺寸精度和几何形状精度,套类零件的内圆表面是起支承或导向作用的主要表面，它通常与运动着的轴、刀具或活塞相配合。 内圆直径：尺寸精度一般为IT7，精密的轴套有时达IT6；形状精度应控制在孔径公差以内，一些精密轴套的形状精度则应控制在孔径公差的1/21/3，甚至更严。对于长的套筒零件，形状精度除圆度要求外，还应有圆柱度要求。 外圆表面：是自身的支承表面，常以过盈配合或过渡配合同箱体、机架上的孔相连接。外圆直径的尺寸精度一般为IT7IT6，形状精度控制在外径公差以内。,内、外圆之间的同轴度是套类零件最主要的相互位置精度要求，一般为0.0050.01mm。 当套类零件的端面(包括凸缘端面)在工作中须承受轴向载荷，或虽不承受轴向载荷，但加工时用作定位面时，则端面对内孔轴线应有较高的垂直度要求，一般为0.050.02mm。,2）相互位置精度,为保证零件的功用和提高其耐磨性 内圆表面粗糙度值应为1.60.1m，要求更高的内圆，值应达到0.025m。 外圆的表面粗糙度值一般为3.20.4m。,3）表面粗糙度,2盘套类零件的孔加工特点及常用加工方法,（1）盘套类零件孔加工特点,孔加工是在工件内部进行的，观察切削情况比较困难，尤其是 小孔、深孔更为突出； 刀杆尺寸由于受孔径和孔深的限制，既不能粗，又不能短，所 以在加工小而深的孔时，刀杆刚性很差； 排屑和冷却困难； 当工件壁较薄时，加工时工件容易变形； 测量孔比测量外圆困难；,（2）盘套类零件孔加工的方法,加工内孔是盘套类零件的特征之一，不同精度要求的孔常用的加工工艺路线参见教材P127页表41所示。,1）钻孔,刀具：麻花钻 尺寸精度：一般可达到IT11IT12 表面粗糙度：Ra12.525,麻花钻,扩孔刀具：有麻花钻（低精度）和扩孔钻（高精度）等， 扩孔钻加工精度： 尺寸精度：IT10IT11； 表面粗糙度Ra达6.312.5m。,2）扩孔,扩孔是指用扩孔刀具扩大工件的孔径,铰孔余量：一般粗铰的余量为0.150.3mm，精铰为0.040.15mm 铰孔精度：加工精度可达IT6IT8，Ra可达1.60.4,3）铰孔,用铰刀从被加工孔的孔壁上切除微量金属，使孔的精度和表面质量得到提高的加工方法，称为铰孔。,铰孔刀具：铰刀,4）车（镗）孔,车刀种类：通孔车刀、不通孔车刀,安装：刀尖应对准工件中心，刀杆与内孔中心线平行，刀杆伸出长 度略长于被加工孔的长度。,通孔车刀：刀具安装受孔深的影响，刀杆伸出较长，刀具刚性差。为了减小径向切削抗力，防止车孔时振动，主偏角应取得大些，一般取60 75；为减小刀具副后刀面与孔壁的摩擦，副偏角也应取得较大，一般在15 30；为了防止内孔车刀后刀面和孔壁的摩擦，同时又考虑不使刀具的强度下降，在实际加工中，一般建议将车刀后角刃磨成双后角。,通孔车刀结构参数 装夹式通孔车刀 内孔（通孔）车刀结构与形状,整体式通孔车刀,不通孔（盲孔）车刀：是用来车不通孔和台阶、圆弧等形状的。切削部分的几何形状与90外圆车刀基本相似，它的主偏角大于90，后角的要求和通孔车刀一样，不同之处是不通孔车刀的刀尖位刀具的最前端，当加工平底孔时，要求刀尖到刀杆外端的距离小于内孔半径R，使内孔刀刀杆不与孔壁发生碰撞。,不通孔车刀结构参数 装夹式不通孔车刀 内孔（不通孔）车刀结构与形状,整体式不通孔车刀,3车（镗）内孔的关键技术,解决内孔车刀的刚性问题和内孔车削过程中的排屑问题,（1）尽量增加刀杆的截面积，但不能碰到孔壁。 通常内孔车刀的刀尖位于刀柄的上面，这样刀柄的截面积较小，只有孔截面积的1/4左右；若使内孔车刀的刀尖位于刀柄的中心线上，那么刀柄在孔中的截面积可大大地增加。 （2）刀杆伸出的长度尽可能缩短，以增加车刀刀柄刚性，减少切削过程中的振动。,（3）控制切屑流出方向 通孔采用正刃倾角的内孔车刀，使切屑流向待加工表面（前排屑）；盲孔采用负刃倾角的内孔车刀，使切屑流向待加工表面（后排屑）,（4）充分加注切削液 切削液有润滑、冷却、清洗、防锈等作用，孔加工时应保证切削区域切削液浇注充分，以减少工件的热变形，提高零件的表面质量。 （5）合理选择刀具几何参数和切削用量 孔加工时由于加工空间狭小，刀具刚性不足，所以刀具一般要比较锋利，且切削用量比外圆加工时要选得小些。,4孔加工的工艺方法,车削孔径要求不高、孔径又小的，如螺纹底孔，可直接用钻头钻削 车削圆柱孔，孔径要求较高或深孔，可采用端面深孔加工循环G74的车削方法加工，或采用外圆、内圆车削循环（G90）的车削方法加工。 车削有圆弧、台阶多、圆锥的内孔，可采用外圆粗车循环G71、端面粗车循环G72的车削方法加工。 车削内槽可采用端面车削循环G94或外圆、内圆切槽循环G75的车削方法加工。,5盘套类零件的定位与装夹方法,粗基准：粗基准尽量选择不加工表面或牢固、可靠的表面。 精基准：精基准尽量满足基准重合原则，即设计基准、装配基准、测量基准与编程计算基准重合。,（1）基准的选择,（2）常用装夹方法,1）一次装夹,2）以内孔为基准装夹,当需以内孔作为定位基准保证工件的同轴度和垂直度要求时，零件要先进行内孔加工至图纸要求，再按孔的尺寸配置芯轴。,常用的芯轴：圆柱芯轴、锥度芯轴、胀力芯轴等,圆柱心轴,圆柱芯轴,特点：圆柱心轴结构简单，制造方便，夹紧力较大，定心精度较低 。,圆柱表面与工件定位配合，并保持较小的间隙，工件靠螺母压紧,胀力心轴,特点：装夹方便，定位精度高，同轴 度一般可达0.010.02mm。 适用：零件的精加工和半精加工,依靠锥形弹性套受轴向力挤压而产生径向弹性变形而定位夹紧工件,胀力芯轴,锥度心轴,心轴的外圆呈锥体，锥度为1：1000至1：5000。工件压入锥度心轴时，工件孔产生弹性变形而胀紧工件，并借压合处的摩擦力传递转矩带动工件旋转。,特点：心轴的结构简单，制造方便，不需要夹紧元件，心轴与安装孔之间无间隙，故定位精度高，但能承受的切削力小，工件在心轴的轴线位移误差较大，不能加工端面，装夹不太方便； 适用：同轴度要求较高工件的精加工,锥度芯轴,3）以外圆为基准定位装夹,以外圆为精基准终加工内孔，为获得较高的位置精度,夹具：弹性膜片卡盘、液性塑料夹具、经修磨后的三爪自定心卡盘及软爪等,三爪自定心卡盘配合软爪加工轴套,6、防止套筒变形的工艺措施,为减少切削力和切削热的影响，粗、精加工应分开进行；并严格控制精加工的切削用量，以减少零件加工时的变形； 为减少热处理变形的影响，热处理工序应置于粗加工之后、精加工之前，使热处理引起的变形在精加工中得以纠正。 减少夹紧力的影响，工艺上可以采取以下措施： 改变夹紧力的方向，即变径向夹紧为轴向夹紧，使夹紧力作用在工件刚性较好的部位； 当需要径向夹紧时，为减少夹紧变形使变形均匀，应尽可能使径向夹紧力沿圆周均匀分布，加工中可用开口过渡套或弹性套及扇形夹爪来满足要求； 制造工艺凸边、工艺肋或工艺螺纹，届时夹工艺凸边或用螺母夹紧，以减少夹紧变形。,7盘套类零件孔径的测量,（1）内径千分尺测量,当孔的尺寸小于25mm时，可用内径千分尺测量孔径,内径千分尺测量孔径,（2）内径百分表测量,采用内径百分表测量零件时，应根据零件内孔直径，用外径千分尺将内径百分表对“零”后，进行测量，取测得的最小值为孔的实际尺寸。,（二）端面粗车复合循环指令（G72）,G72指令适合于粗车轴向余量大于径向余量且需多次走刀才能完成的棒料毛坯的内、外径多台阶轴或孔的加工，所加工的零件要求符合X轴、Z轴方向同时单调增大或单调减小的特点。,编程格式： G72 W(d) R(e)； G72 P(ns) Q(nf) U(u) W(w) F(f) S(s) T(t)； N（ns）； S(s) F(f)； N(nf)；,其中： 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：每次切削结束的退刀量； ns：精车加工程序第一个程序段的顺序号； nf：精车加工程序最后一个程序段的顺序号； u：x方向精加工余量的大小和方向，以直径值表示； w：z方向精加工余量的大小和方向；,f、s、t：包含在ns到nf程序段中的任何F、S或T功能在粗加工 循环中被忽略，而在G72程序段中的F、S或T功能有效。, G72指令必须带有P、Q地址，否则不能进行该循环加工 在ns的程序段中应包含G00/G01指令，进行由A到A的 动作，且该程序段中不应编有X向移动指令。 在顺序号为ns到顺序号为nf的程序段中，可以有G02/G03 指令，但不应包含子程序。,注意：,例41 编制如图所示零件的加工程序，循环起点在A（80，1），切削深度2mm。退刀量1mm，X方向精加工余量为0.2mm，Z方向精加工余量为0.5mm，其中双点划线部分为工件毛坯。,O4001； G50 X150. Z200. T0100； G96 S150.； G50 S2500 M03； G00 X80. Z1. T0101 M08； G72 W2. R1.； G72 P10 Q20 U0.2 W0.5 F0.25； N10 G00 G41 Z50.；,G01 X54. Z40. S180. F0.07； Z30.； G02 U8. W4. R4.； G01 X30.； Z15.； U16.； G03 U-4. W2. R2.； Z2.； U6. W3.； N20 G00 G40 X50.； G00 X150. Z200. T0100； T0202； X80. Z1.； G70 P10 Q20； G00 X150. Z200. T0200； M30；,（三）端面深孔钻削循环指令（G74）,G74指令本来用于端面纵向断续切削，实际多用于深孔钻削加工，故也称之为深孔钻削循环。用于内外圆的断续切削，端面圆环槽的断续切削，若省略X和I、D的指令，则可用于钻深孔加工。,编程格式： G74 R(e)； G74 X（u） Z(W) P(i) Q(k) R(d) F（f）；,端面深孔钻削循环G74,其中： e：每次沿Z方向切削k后的退刀量。没有指定R(e) 时，用参数也可以设定。 X：B点的X方向绝对坐标值。 U：A到B沿X方向的增量。 Z：C点的Z方向绝对坐标值。 W：A到C沿Z轴方向的增量。 i：X方向的每次循环移动量（无符号，单位：微米）（直径） k：Z方向的每次切削移动量（无符号，单位：微米）。 d：切削到终点时X方向的退刀量（直径），通常不指定，省略X(U)和i时，则视为0。 f：进给速度。,注意：,对于程序段中的i、k值，在FANUC系统中，不能输入小数点，而直接输入最小编程单位。,例42 加工如图所示的端面环形槽及中心孔零件，编写加工程序。,说明：以工件右端面中心为工件坐标系原点，切槽刀（T01）刀宽为3，以左刀尖为刀位点；选择10钻头（T02）进行中心孔加工。,O4002； T0101；（切槽） G97 M03 S600； G00 X24. Z2.； G74 R0.3； G74 X20. Z-5. P2000 Q2000 F0.1； G00 X100. Z50.； T0202；（钻孔） G00 X0 Z2； G74 R0.3； G74 Z-28 Q2000 F0.08； G00 X100 Z50； M05； M30；,（四）径向切槽循环指令（G75）,G75用于径面的断续切削，外圆槽的断续切削，若省略Z 和K、D的指令，则可用于切断或切窄槽加工。,编程格式： G75 R(e)； G75 X(U) Z(W) P(i) Q(k) R(d) F(f）；,其中：,e：每次沿X方向切削i后的退刀量。另外，用参数（No056）也 可以设定，根据程序指令，参数也改变。 X：C点的X方向绝对坐标值。 U：A到C的增量。 Z：B点的Z方向绝对坐标值。 W：A到B的增量。 i：X方向的每次循环移动量（无符号单位：微米）（直径） k：Z方向的每次切削移动量（无符号单位：微米）。 d：切削到终点时Z方向的退刀量，通常不指定，省略X(U)和 i时，则视为0。 f：进给速度。,当出现以下情况而执行切槽复合固定循环指令时，将会出现程序报警。 X(U)或Z(W)指定，而i或k值未指定或指定为0。 k值大于Z轴的移动量W或k值设定为负值。 i值大于U/2或i值设定为负值。 退刀量大于进刀量，即e值大于每次切深量。 由于i和k为无符号值，所以，刀具切深完成后的偏移方向由系统根据刀具起刀点及切槽终点的坐标自动判断。 切槽过程中，刀具或工件受较大的单方向切削力，容易在切削过程中产生振动，因此，切槽加工中进给速度F的取值应略小（特别是在端面深孔钻削时），通常取50100mm/min。,使用切槽复合固定循环时的注意事项：,例4-3 采用外径切槽功能将图示零件切断，试编写加工程序。,O4003； G50 X200 Z100 T0200； M03 S600； G00 X35. Z-50. T0202 ； G75 R1.； G75 X-1. P2000 F0.05； G00 X200 Z100 T0200； M30；,参考程序：,切槽相关知识链接,1关于槽加工刀具的选择,（1）切断刀刀头各尺寸的确定 1）切断刀宽度确定 切断刀的刀头宽度经验计算公式为： a（0.50.6）D a主刀刃宽度； D被切断工件的直径。 2）切断刀刀头部分长度L确定 切断实心材料：LD2十(23)。 切断空心材料：L=h+(23)。 h为被切工件的壁厚,（2）切槽刀各相关尺寸的确定 1）切槽刀刀头宽度确定 切槽刀的刀头宽度一般根据工件的槽宽、机床功率和刀具的强度综合考虑确定。 2）切槽刀的长度确定 切槽刀长度为L槽深十(23)。,2关于槽加工路线设计,（1）车外沟槽,精度不高的较窄沟槽，选择刀头宽度等于槽宽采用横向直进切削而成,槽宽精度要求较高时，可采用粗车、精车二次进给车成,精度要求较高的较宽外圆沟槽加工，可以分几次进给，要求每次切 削时刀具要有重叠的部分，并在槽沟两侧和底面留一定的精车余量,加工精度不高的沟槽 加工高精度沟槽 加工高精度宽沟槽 外沟槽的加工,（2）车内沟槽,宽度较小和要求不高的内沟槽，可用主切削刃宽度等于槽宽的内沟槽刀采用直进法一次车出 要求较高或较宽的内沟槽，可采用直进法分几次车出，粗车时槽壁和槽底留精车余量，然后根据槽宽、槽深进行精车 若内沟槽深度较浅，宽度很大，可用内圆粗车刀先车出凹槽，再用内沟槽刀车沟槽两端垂直面,直进法一次车削 直进法多次车削 双车综合车削 内沟槽的加工,（3）车槽的退刀路线,切槽刀和切断刀都有左右两个刀尖，两个刀尖及切削刃中心都可以成为刀位点，编程时应该根据图纸尺寸标注以及对刀的难易程度确定具体的刀位点。一定要避免编程和实际对刀选用的刀位点不一致。,一般应先退X方向，再退Z方向，应避免与工件外阶台发生碰撞，造成车刀甚至是机床损坏。,（4）车槽刀和切断刀刀位点的确定,例44 加工如图所示工件，编写加工程序。 零件加工时选择三把刀具： T0101:外圆端面粗加工刀具，刀尖角55； T0202:外圆端面精加工刀具，刀尖角35，刀尖半径R0.8； T0303:切槽刀，刀宽4。,O4004； T0101；（外圆表面粗加工） M03 S300； G00 X38.0 Z2.0； G71 U1.5 R0.5； G71 P10 Q20 U0.5 W0.1 F0.5； N10 G00 G42 X22.0； G01 X30.0 Z-2.0 S600 F0.2； Z-30.0； N20 G40 X38.0； G00 X100.0 Z50. T0000；,T0202；（外圆表面精加工） G00 X38. Z2.0； G70 P10 Q20； G00 X100.0 Z50.0 T0200； M05；,T0303；（4宽切槽刀沟槽加工） M03 S300； G00 X32.0 Z-21.0； G75 R0.5； G75 X27.0 Z-21.0 P1000 F0.1； G00 X100.0 Z50.0 T0300； M05； M30；,三、项目实施,1零件图的工艺分析,（一）加工工艺分析,套筒零件的几何元素包括内外圆柱面、内外沟槽和端面倒角，其中58mm外圆、45mm外圆和30mm内圆有较高的的尺寸精度与表面粗糙度要求。58mm外圆对30mm内孔轴线有同轴度为0.02mm的技术要求。,2装夹方案的确定,套筒类零件在加工时的定位基准主要是外圆和内孔。图所示的套筒零件，外形规则，生产批量小，粗、精基准都选择三爪卡盘夹持外圆柱表面的方式。针对该零件的结构特性，需要掉头装夹才能完成整个零件的加工。 第一次以毛坯外圆为定位基准，装夹右端，车左端58mm外圆及30mm内孔，保证58mm外圆与30mm内孔的同轴度要求； 工件掉头，第二次以58mm外圆为定位基准，采用软爪装夹完成右端外形加工。,3加工顺序的确定,按照数控加工工序集中的原则，结合零件的结构特点，以一次安装加工内容做为一道工序。此零件需二次装夹才能完成加工，所以分两道工序。工序1为工序2提供精基准。,（1）工序的划分,套筒零58mm外圆对30mm内孔轴线有同轴度为0.02mm的技术要求，所以在确定加工顺序时要保证内外圆表面的同轴度的要求，遵循“在一次安装中完成内外圆表面及端面的全部加工”原则确定加工顺序,（2）加工顺序的确定,具体加工顺序的安排如下： 工序一 三爪卡盘夹60毛坯外圆，伸出卡盘端面部分长度35mm左右 车端面； 钻28毛坯孔； 粗、精车58外圆； 粗、精车30内孔和32内工艺槽。,工序二 工件调头，三爪卡盘软爪夹持58已加工外圆表面 车右端面，保证工件总长； 粗、精车45外圆； 粗、精车左端30内孔； 切外沟槽；,4刀具及切削用量的选择,为了避免重新装夹刀具，外表面的粗、精车使用同一把车刀，内孔的粗、精镗使用同一把镗刀。根据零件结构形状及工件材料的性质，套筒零件的切削用刀具及切削参数如表所示。,套筒零件数控车削加工刀具卡,5工艺文件的编制,套筒零件数控加工工序卡1,套筒零件数控加工工序卡2,5确定工件坐标系和对刀点,当装夹小端，加工大端面、外圆及内孔时，工件坐标原点为大端面中心点；当装夹大端，加工小端面、外圆及沟槽时，工件坐标原点为小端面中心点,装夹小端时 装夹大端时 工件坐标系,（二）程序编制,1第一次安装 数控加工参考程序单1见P142页表4-5。,2第二次安装 数控加工参考程序单2见P143页表4-6。,小 结,本项目以盘套类零件为载体，介绍了该类零件的结构特点、加工方法，详细阐述了内孔车刀的选用，车内表面走刀路线设计，重点讲解了数控车复合循环指令G72、G74、G75、G70的使用方法和注意事项。通过本项目的学习要求读者能够独立完成对盘套类零件的工艺分析，制定合理的工艺路线，编写正确的加工程序,