第四章槽類零件加工

第一節(jié)直槽加工第二節(jié)矩形槽加工第三節(jié)異型槽加工第一節(jié)直槽加工如圖5-1所示，在數(shù)控車削加工中，經(jīng)常會(huì)遇到各種槽類零件加工。圓柱體切槽包括內(nèi)外圓切槽和端面槽。槽的類型主要包括有直槽和各種異形槽。本章通過多個(gè)課題的訓(xùn)練，重點(diǎn)介紹縱向槽的加工特點(diǎn)、工藝、編程及加工誤差分析。圖5-1槽類零件

第一節(jié)直槽加工【相關(guān)理論】一、G04——延時(shí)1.指令格式G04X__；或G04U__；或G04P__；說明：X、U、P指定延時(shí)時(shí)間，X（U）表示延時(shí)，單位為秒；P表示延時(shí)，單位為毫秒。2.指令功能G04指令可使程序執(zhí)行到出現(xiàn)該指令的程序段時(shí)暫停。如切槽加工時(shí)，為使槽底圓整光滑，可采用該指令。·3.編程實(shí)例如圖5-2所示，加工該零件槽，用G00、G01、G04指令編寫精加工程序。

a）零件圖 b）加工示意圖圖5-2切槽加工程序說明O0001；M03S500；T0202；G00X45.0Z-15.0；G01X34.0F0.1；G04X2.0；G00X45.0；G00X100.0Z100.0；M30；

程序名啟動(dòng)主軸，轉(zhuǎn)速500r/min選擇2號(hào)刀，寬度4mm槽刀快速定位至起點(diǎn)A加工φ34槽至B延時(shí)2秒退刀至A點(diǎn)遠(yuǎn)離零件程序結(jié)束二、徑向切槽循環(huán)指令——G94G94X（U）__Z（W）__F__；在指令使用時(shí)，如果設(shè)定Z值不移動(dòng)或設(shè)定W值為零時(shí)，就可用來進(jìn)行切槽加工。如圖5-3所示，毛坯為φ30mm的棒料，采用G94編寫加工程序，加工程序如下。

a）零件圖 b）實(shí)物圖圖5-3等距直槽程序說明O0002；N10M03S200N15T0303；N20G00X32.0Z2.0；N30G00Z-14.0；N40G94X20.0W0.0F0.1；N50W-1.0；N60G00Z-24.0；N70G94X20.0W0.0F0.1；N80W-1.0；N90G00Z-34.0；N100G94X20.0W0.0F0.1；N110W-1.0；N120G00Z100.0；N130M30；程序號(hào)主軸正轉(zhuǎn)選擇刀具移動(dòng)刀具至定刀點(diǎn)定刀點(diǎn)加工槽擴(kuò)槽移動(dòng)刀具至定刀點(diǎn)加工槽擴(kuò)槽移動(dòng)刀具至定刀點(diǎn)加工槽擴(kuò)槽快速退刀程序結(jié)束車槽刀與切斷刀的安裝和加工方法車槽和切斷的加工工藝在前序課程《數(shù)控加工工藝學(xué)》中略有涉及，這里再針對(duì)車槽、切斷刀具的安裝和加工方法等進(jìn)行一下復(fù)習(xí)。一、車外槽刀具的安裝1.刀具可達(dá)加工要求時(shí)，安裝時(shí)切槽刀不宜伸出過長(zhǎng)。2.切槽，橫向進(jìn)給時(shí)，主刀刃高度對(duì)工件中心控制在0±0.2mm范圍內(nèi)，刀片與工件中心盡量等高。3.刀片盡量垂直于中心，兩個(gè)副偏角對(duì)稱，以保證主刀刃與工件軸線平行二、切斷刀具的安裝1.安裝時(shí)，切斷刀不宜伸出過長(zhǎng)，同時(shí)切斷刀的中心線必須裝得與工件中心線垂直，以保證兩個(gè)副偏角對(duì)稱。2.切斷實(shí)心工件時(shí)，切斷刀的主切削刃必須裝得與工件中心等高，否則不能車到中心，而且容易崩刃，甚至折斷車刀3.切斷刀的底平面應(yīng)平整，以保證車削質(zhì)量。三、車外直槽的加工方法（1）車削不高的和寬度較窄的槽時(shí)，可采用刀寬等于槽寬的車槽刀，采用一次直進(jìn)法車出。（2）有精度要求的槽，一般采用兩次直進(jìn)法車出。

四、切斷方法（1）直進(jìn)法切斷工件。所謂只進(jìn)法，是指垂直于工件軸線方向進(jìn)行切斷。這種方法切斷高，但對(duì)車床、切斷刀的刃磨和安裝都有較高的要求，否則容易造成刀頭折斷（2）左右借刀法切斷工件。在切削剛性不足的情況下，可采之用左右借刀法切斷。這種方法是指切斷刀在軸線方向反復(fù)地往返移動(dòng)，隨之兩側(cè)徑向進(jìn)給，直至工件切斷（3）反切法切斷工件。反切法是指工件反轉(zhuǎn)，車刀反向裝夾，這種切斷方法宜用于較大直徑工件的切斷

如圖5-4所示，毛坯為φ45mm×120mm的45鋼，用FANUC0i系統(tǒng)所學(xué)指令G00、G01、G04進(jìn)行編程加工該零件。圖5-4零件圖一、工藝分析1.夾住毛坯φ45mm外圓，伸出大于30長(zhǎng)→應(yīng)用G71循環(huán)指令粗車外輪廓，X軸留精加工余量0.5mm，外圓車至尺寸φ43.5mm、φ40.5mm；2.精車外輪廓至尺寸；3.更換切槽刀具T0202，加工槽以及側(cè)面倒角；4.選擇切斷刀將工件切斷保證長(zhǎng)度20±0.05二、選擇刀具及確定切削用量1.刀具選擇選擇機(jī)夾外圓車刀，刀具型號(hào)PCLNR2020K12，機(jī)夾切槽車刀如圖5-5所示，圖5-6為切斷刀，具體型號(hào)CFMRQA2020K04，具體參數(shù)見表5-1。

圖5-5車槽刀圖圖5-6切斷刀圖工作任務(wù)

2.確定切削用量刀具的選擇及切削用量的確定見表5-3所示數(shù)控加工刀具卡片。表5-3數(shù)控加工刀具及切削用量選擇

任務(wù)實(shí)施

程序說明O0002；M03S600；T0101；G00X46.0Z2.0；G71U2.0R1.0；圖5-9零件圖G71P10Q20U0.5W0.05F0.2；N10G00X38.0S1200；G01Z0F0.08；X40.0Z-1.0；Z-15.0；X43.0；Z-24.0；N20X46.0；程序名啟動(dòng)主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速600r/min選擇1號(hào)刀，90°外圓刀快速定位，X46mm，Z2mm循環(huán)指令，切削深度2mm，X軸回退量1mmX軸余量，0.5mm，Z軸余量0.05軸mmX軸進(jìn)刀Z軸進(jìn)刀倒角C1加工φ40外圓車臺(tái)階面加工φ43外圓車臺(tái)階面程序說明G00X46.0Z2.0；G70P10Q20；G00X100.0Z100.0；T0202；S500；G00X46.0Z-12.0；G1X32.0F0.1；G04X2.0；G00X44.0；Z-15.0；G01X32.0F0.1；G04X2.0；快速定位循環(huán)精加工遠(yuǎn)離工件換刀改變轉(zhuǎn)速，500r/min快速定位切槽延時(shí)2秒X軸退刀Z軸移動(dòng)切槽延時(shí)2秒任務(wù)實(shí)施

程序說明G00X100.0；Z100.0；T0303；G0X46.0Z-24.0；G1X0F0.1；G0X100.0；Z100.0；M30；

X向退刀Z向退刀換切斷刀（刀寬4mm）快速定位切斷X軸退刀Z軸退刀程序結(jié)束并返回

思考與練習(xí)數(shù)控車床加工外槽時(shí)經(jīng)常遇到加工誤差有多種，其問題現(xiàn)象、產(chǎn)生的原因、預(yù)防和消除的措施見表5-4。思考與練習(xí)表5-4車削外槽時(shí)產(chǎn)生廢品的原因及預(yù)防方法思考與練習(xí)如圖5-7所示零件圖樣，在FANUC系統(tǒng)加工該零件。圖5-7零件圖第二節(jié)矩形槽加工第二節(jié)矩形槽加工1.掌握G75指令的應(yīng)用。2.掌握矩形槽加工的類型。3.能合理選擇寬槽加工參數(shù)。要完成本課題零件加工，首先應(yīng)當(dāng)圍繞徑向切槽循環(huán)G75指令進(jìn)行學(xué)習(xí)。一、G75指令功能G75指令可使程序執(zhí)行到出現(xiàn)該指令的程序段時(shí)暫停。如切槽加工時(shí)，為使槽底圓整光滑，可采用該指令。軸向（Z軸）進(jìn)刀循環(huán)復(fù)合徑向斷續(xù)切削循環(huán)，從起點(diǎn)X軸進(jìn)給、回退、再進(jìn)給……直至切削到與切削終點(diǎn)X軸坐標(biāo)相同的位置，然后軸向退刀、徑向回退至與起點(diǎn)X軸坐標(biāo)相同的位置，完成一次徑向切削循環(huán)；軸向再次進(jìn)刀后，進(jìn)行下一次徑向切削循環(huán)；切削到切削終點(diǎn)后，返回起點(diǎn)（G75起點(diǎn)和終點(diǎn)相同），徑向切槽復(fù)合循環(huán)完成。G75的軸向進(jìn)刀和徑向進(jìn)刀方向由切削終點(diǎn)X（U）Z（W）與起點(diǎn)的相對(duì)位置決定，此指令用于加工徑向環(huán)形槽或圓柱面，徑向斷續(xù)切削起到斷屑、及時(shí)排屑的作用。如圖5-8，本循環(huán)可自動(dòng)斷屑，可在X軸切槽及X軸啄式鉆孔。（F）進(jìn)給（R）快速進(jìn)給圖5-8切槽加工示意圖二、G75——徑向切槽復(fù)合循環(huán)1.指令格式G75R__G75X（U）__Z（W）__P__Q__F__；說明：R：切槽的回退量，該值為摸態(tài)值。

X、Z：切槽的終點(diǎn)坐標(biāo)（U、Z）

P：每次X向切削深度

Q：Z向移動(dòng)量F：進(jìn)給率2.編程實(shí)例

如圖5-9所示，加工該零件槽，用G00、G75指令編寫精加工程序。圖5-9零件圖程序說明O0001；M03S500；T0202；G00X45.0Z2.0；Z-9.0；G75R2.0；G75X32.0Z-25.0P3000Q3000F0.1；G00X46.0；G00X100.0Z100.0；M30；

程序名啟動(dòng)主軸，轉(zhuǎn)速500r/min選擇2號(hào)刀，寬度4mm槽刀快速定位，X46mm，Z2mmZ軸負(fù)向定位切槽回退2mm每次切深3mm，Z軸移動(dòng)3mmX軸退刀遠(yuǎn)離零件程序結(jié)束并返回

車槽的工藝方法一、車槽的工藝特點(diǎn)1.一個(gè)主刀刃二個(gè)副刀刃同時(shí)參與三面切削，被切削材料塑性變形復(fù)雜、摩擦阻力大，加工時(shí)進(jìn)給量小、切削厚度薄、平均變形大、單位切削力增大?？偳邢髁εc功耗大，有統(tǒng)計(jì)一般比外圓加工大20%左右，同時(shí)切削熱高，散熱差，切削溫度高。2.切削速度在加工過程中不斷變化，特別是切斷加工時(shí)，切削速度由最大一直變化至零。切削力和切削熱也在不斷變化。3.工件在旋轉(zhuǎn)過程中，刀具不斷切入，實(shí)際在切槽底面形成的是阿基米德螺旋線，由此造成實(shí)際前角后角都在不斷變化，使過程更為復(fù)雜。4.因刀具寬度窄，相對(duì)懸伸長(zhǎng)，刀具剛性差，易振動(dòng)，特別是切斷，切深槽時(shí)該現(xiàn)象更加明顯。5.數(shù)控加工中，由于被加工槽的形狀、位置、寬度、深度不同，為盡可能減少刀具更換次數(shù)，因此要選擇能夠夾持多種規(guī)格刀片的刀具，才能優(yōu)質(zhì)、高效地完成多種類型的槽的加工。二、車槽的加工工藝1.車外寬槽（1）車削較寬的槽時(shí)，可采用多次直進(jìn)法切削，并在槽壁兩側(cè)留一定精車余量，如圖5-10所示。圖5-10寬槽切削示意圖（2）車削槽側(cè)面倒角，一般斜向進(jìn)給，編制圖樣程序，考慮刀具的刀尖位置。2.車斜溝槽（1）車削45°外溝槽，可用45°專用車刀，編制相應(yīng)程序加工，如圖5-11所示。圖5-11斜槽加工示意圖（2）車削圓弧溝槽時(shí)，采用專用端面圓弧刀，編制對(duì)應(yīng)程序加工，如圖5-12所示。圖5-12圓弧溝槽加工示意圖如圖5-13所示，毛坯為φ45×120mm的45鋼，用FANUC系統(tǒng)所學(xué)的G00、G01、G71、G70、G75等指令進(jìn)行編程加工該零件。圖5-13零件圖一、工藝分析1.夾住毛坯φ45mm外圓，伸出大于55mm長(zhǎng)→應(yīng)用G71循環(huán)指令粗車外輪廓，留精加工余量0.5mm外圓尺寸φ43.5mm、φ40.5mm；2.精車外輪廓至尺寸；3.更換切槽刀具T0202，加工3個(gè)5mm窄槽以及20±0.05寬槽。二、選擇刀具及確定切削用量1.刀具選擇選擇PCLNR2020K12機(jī)夾外圓車刀和CFMR2020K04機(jī)夾切槽車刀，刀具具體參數(shù)見表5-5。表5-5刀具參數(shù)表2.確定切削用量刀具的選擇及切削用量的確定見表5-6所示數(shù)控加工刀具卡片。表5-6數(shù)控加工刀具及切削用量選擇3．程序編制程序說明O0002；M03S600；T0101；G00X46.0Z2.0；G71U2.0R1.0；G71P10Q20U0.5W0.05F0.2；N10G00X42.0S1200；G01Z0F0.08；Z-55.0；N20X46.0；G00X46.0Z2.0；G70P10Q20；程序名啟動(dòng)主軸正轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速600r/min選擇1號(hào)刀，90°度刀快速定位，X46mm，Z2mm設(shè)置G71粗車循環(huán)參數(shù)X軸進(jìn)刀靠近起點(diǎn)加工φ42外圓車臺(tái)階面快速定位，X46mm，Z2mm精加工程序說明G00X150.0Z10.0；T0202；S500；G00X46.0Z-10.0；G75R2.0；G75X32.0Z-30.0P5000Q10000F0.1；G00X46.0Z-39.0；G75R2.0；G75X20.0Z-55.0P5000Q10000F0.1；G00X100.0；Z100.0；M30；

遠(yuǎn)離工件換刀改變轉(zhuǎn)速，500r/min快速定位，X46mm，Z-10mm設(shè)置G75切槽參數(shù)快速定位，X46mm，Z-39mm切槽回退2mm每次切深5mm，Z軸移動(dòng)4mmX向退刀Z向退刀程序結(jié)束并返回

如圖5-14所示零件圖樣，在FANUC0i系統(tǒng)數(shù)控車床加工該零件。

圖5-14零件圖第三節(jié)異形槽加工第三節(jié)異形槽加工1.掌握M98、M99指令的應(yīng)用。2.了解異形槽加工的常見類型。3.能合理安排異形槽的粗、精加工工藝。4.能用多個(gè)刀補(bǔ)控制同一把刀具，以簡(jiǎn)化異形槽編程。一、子程序的定義數(shù)控加工程序可以分為主程序和子程序兩種。所謂主程序是一個(gè)完整的零件加工程序，或是零件加工程序的主體部分，它和被加工零件或加工要求一一對(duì)應(yīng)，不同的零件或不同的加工要求，都有唯一的主程序。在編制加工程序中，有時(shí)會(huì)遇到一組程序段在一個(gè)程序中多次出現(xiàn)，或者在幾個(gè)程序中都要使用它，這個(gè)典型的加工程序可以做成固定程序，并單獨(dú)命名，這組程序段就稱為子程序。子程序一般都不可以作為獨(dú)立的加工程序使用，它只能通過調(diào)用，實(shí)現(xiàn)加工中的局部動(dòng)作。子程序執(zhí)行結(jié)束后，能自動(dòng)返回到調(diào)用的程序中。二、子程序的嵌套為了進(jìn)一步簡(jiǎn)化程序，可以讓子程序調(diào)用另一個(gè)子程序，這一功能稱為子程序的嵌套。當(dāng)主程序調(diào)用子程序時(shí)，該子程序被認(rèn)為是一級(jí)子程序，系統(tǒng)不同，其子程序的嵌套級(jí)別也不相同。一般情況下，在FANUC0系統(tǒng)中，子程序可以嵌套4級(jí)。三、子程序的格式在大多數(shù)數(shù)控系統(tǒng)中，子程序和主程序并無本質(zhì)區(qū)別。子程序和主程序在程序號(hào)及程序內(nèi)容方面基本相同，但結(jié)束標(biāo)記不同。主程序用M02或M3結(jié)束，而子程序則用M99結(jié)束，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)返回主程序功能。子程序格式如下：O0100；G91G01Z-2.0；…G91G28Z0；M99；對(duì)于子程序結(jié)束指令M99，不一定要單獨(dú)書寫一行，如上面程序中最后兩行寫成“G91G28Z0M99；”也是允許的。四、子程序調(diào)用1.指令格式在FANUC-0i系統(tǒng)中，子程序的調(diào)用可通過輔助功能代碼M98指令進(jìn)行，且在調(diào)用格式中將子程序的程序號(hào)改為P，其常用的子程序調(diào)用格式有兩種。M98P××××L××××；如M98P00100L5或M98P50010都表示連續(xù)5次調(diào)用0010號(hào)程序。2.指令功能地址P后面的四位數(shù)字為子程序序號(hào)，地址L后的數(shù)字表示重復(fù)調(diào)用的次數(shù)，子程序號(hào)及調(diào)用次數(shù)前的0可省略不寫。如果只調(diào)用一次，則地址L及其后的數(shù)字可省略。3.編程實(shí)例如圖5-15所示，加工該零件中的兩個(gè)直槽，用G00、G01、G04、M98、M99等指令編寫精加工程序。

圖5-15零件圖任務(wù)實(shí)施

程序說明O0001；M03S500；T0202；G00X46.0Z0；M98P0002L2；G00X46.0；G00X100.0Z10.0；M30；主程序名啟動(dòng)主軸，轉(zhuǎn)速500r/min選擇2號(hào)刀，寬度4mm槽刀快速定位，X46，Z0調(diào)用子程序O0002，循環(huán)兩次X軸退刀遠(yuǎn)離零件主程序結(jié)束任務(wù)實(shí)施

程序說明O0002；G00W-15.0；G01X32.0F0.05；G04X2.0；G00X42.0；W2.0；G1X32.0；G4X2.0；G0X46.0；W-2.0；M99；

子程序名Z軸負(fù)向增量移動(dòng)切槽至直徑φ32槽底延時(shí)2秒X軸退刀Z軸正向移動(dòng)2mm切槽至直徑φ32槽底延時(shí)2秒X軸退刀Z軸負(fù)向移動(dòng)2mm返回主程序

一、一夾一頂裝夾車削時(shí)，工件必須在車床夾具中定位并夾緊，工件裝夾得是否正確可靠，將直接影響加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率，應(yīng)十分重視。粗車時(shí)一般采用一夾一頂?shù)难b夾方法。裝夾時(shí)將工件的一端用三爪自定心卡盤2夾緊，而另一端用后頂尖4支頂?shù)难b夾方法稱為一夾一頂裝夾，如圖5-16所示。為了防止由于進(jìn)給力的作用而使工件軸向位移，可以在主軸前端錐孔內(nèi)安裝一個(gè)限位支撐1，用這種方法裝夾較安全可靠，能承受較大的進(jìn)給力。

1－限位支撐2－卡盤3－工件4－后頂尖圖5-16一夾一頂裝夾二、一夾一頂車削工藝要求一夾一頂車削軸類零件時(shí)為了零件的技術(shù)要求、保護(hù)機(jī)床、保護(hù)工具應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1.工件端面中心必須鉆中心孔；2.為了防止車削過程中工件產(chǎn)生軸向串動(dòng)，必須車削工藝臺(tái)階；3.卡盤部分不能夾持太長(zhǎng)；4.車床尾座的軸線必須與主軸軸線重合；5.車床尾座套筒伸出長(zhǎng)度不易過長(zhǎng)，在不影響進(jìn)刀的前提下，應(yīng)盡量伸出短些，以增加尾座套筒的剛性。三、鉆中心孔的工藝要求要用一夾一頂裝夾工件，必須先在工件一端或兩端的端面上加工出合適的中心孔。1.中心孔和中心鉆的類型國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T145—2001規(guī)定中心孔有A型（不帶護(hù)錐）、B型（帶護(hù)錐）、C型（帶護(hù)錐和螺紋）和R型（弧形）四種，其類型、結(jié)構(gòu)及用途見表5－7。表5－7中心孔的類型、結(jié)構(gòu)及用途2.鉆中心孔的方法（1）校正尾座中心啟動(dòng)車床，使主軸帶動(dòng)工件回轉(zhuǎn)。移動(dòng)尾座，使中心鉆接近工件端面，觀察中心鉆頭部是否與工件回轉(zhuǎn)中心一致，校正并緊固尾座。（2）切削用量的選擇和鉆削由于中心鉆直徑小，鉆削時(shí)應(yīng)取較高的轉(zhuǎn)速（一般取900～1120r/min），進(jìn)給量應(yīng)小而均勻（一般為0.05~0.2mm/r）。手搖尾座手輪時(shí)切勿用力過猛，當(dāng)中心鉆鉆入工件后應(yīng)及時(shí)加切削液冷卻、潤(rùn)滑；中心孔鉆好后，中心鉆在孔中應(yīng)稍作停留，然后退出，以修光中心孔，提高中心孔的形狀精度和表面質(zhì)量。（3）鉆中心孔時(shí)的質(zhì)量分析由于中心鉆的直徑較小，鉆中心孔時(shí)極易出現(xiàn)各種問題，其產(chǎn)生原因見表5-8。表5-8鉆中心孔時(shí)容易出現(xiàn)的問題以及產(chǎn)生原因四、一夾一頂時(shí)頂尖使用的工藝要求后頂尖有固定頂尖和回轉(zhuǎn)頂尖兩種。1.固定頂尖固定頂尖的特點(diǎn)是剛度好，定心準(zhǔn)確；但頂尖與工件中心孔間為滑動(dòng)摩擦，容易產(chǎn)生過多熱量而將中心孔或頂尖“燒壞”，尤其是普通固定頂尖，如圖5-17a所示，更容易出現(xiàn)這類問題。因此，固定頂尖只適用于低速加工精度要求較高的工件。目前，多使用鑲硬質(zhì)合金的固定頂尖，如圖5-17b所示。

a）普通固定頂尖b）鑲硬質(zhì)合金固定頂尖圖5－17固定頂尖2.回轉(zhuǎn)頂尖如圖5-18所示，回轉(zhuǎn)頂尖可使頂尖與中心孔之間的滑動(dòng)摩擦變成頂尖內(nèi)部軸承的滾動(dòng)摩擦，故能在很高的轉(zhuǎn)速下正常工作，克服了固定頂尖的缺點(diǎn)，應(yīng)用非常廣泛。但是，由于回轉(zhuǎn)頂尖存在一定的裝配累積誤差，且滾動(dòng)軸承磨損后會(huì)使頂尖產(chǎn)生徑向圓跳動(dòng)，從而降低了定心精度。

圖5－18回轉(zhuǎn)頂尖如圖5-19所示，毛坯為φ45×120mm的45鋼，用FANUC0i系統(tǒng)所學(xué)指令G00、G01、G04、M98、M99進(jìn)行編程加工該零件。圖5-19零件圖一、分析加工工藝步驟1.夾住毛坯φ45mm外圓，伸出大于45mm長(zhǎng)→車端面鉆中心孔2.采用一夾一頂裝夾→應(yīng)用G71循環(huán)指令粗車外輪廓，留精加工余量0.5mm外圓尺寸φ30.5mm；3.精車外輪廓至尺寸；4.更換切槽刀T0202，調(diào)用子程序加工槽以及槽側(cè)面。二、選擇刀具及確定切削