轴类零件编程与加工

任务一　数控车编程基础知识

【实训目标】

【实训准备】

活动一　学习数控车的工作原理和工作过程

一、数控车床的工作原理

数控车床的工作原理如图2．1所示。

根据零件图样，进行工艺分析，确定工艺方案，依据数控系统的规定指令，编制零件的加工程序。视零件结构的复杂程度，可以采用手工或计算机自动编程，并将程序输入车床的控制系统中。进入数控装置的信息，经过一系列处理和运算转变成脉冲信号。有的信号输送到车床的伺服系统，通过伺服机构处理，传到驱动装置（主轴电机、步进或交、直流伺服电机），使刀具和工件严格执行零件加工程序规定的运动；有信号送到可编程控制器，用以控制车床的其他辅助运动，如主轴和进给运动的变速、液压或气动装夹工件、冷却液开关等。

图2．1　数控车床的工作原理

二、数控车床的工作过程

数控车床的工作过程如图2．2所示。

图2．2　数控车床的工作过程

①首先根据零件图给出的形状、尺寸、材料及技术要求等内容，进行各项准备工作（包括程序的设计、数值计算及工艺处理等）。

②将上述程序和数据按数控装置所规定的程序格式编制出加工程序。

③将加工程序的内容输送给数控装置。

④数控装置将接收的信号进行一系列处理后，再将处理结果以脉冲信号形式向伺服系统发出执行的命令。

⑤伺服系统接到执行的信息指令后，立即驱动车床进给机构严格按照指令的要求进行位移，使车床自动完成相应零件的加工。

活动二　学习数控车的坐标系

一、坐标轴

数控车床使用X轴、Z轴组成的直角坐标系，X轴与主轴轴线垂直，Z轴与主轴轴线平行，接近工件的方向为负方向，离开工件的方向为正方向。

二、机床坐标系、机床零点和机床参考点

①机床坐标系是CNC进行坐标计算的基准坐标系，是机床固有的坐标系。

②机床零点是机床上的一个固定点，由安装在机床上的零点开关或回零开关决定。通常情况下回零开关安装在X轴和Z轴正方向的最大行程处。

③机床参考点是机床零点偏移数据参数设置值后的位置。

注：如果车床上没有安装零点开关，请不要进行机床回零操作，否则可能导致运动超出行程限制、机械损坏。

三、工件坐标系、局部坐标系和程序零点

①工件坐标系是按零件图纸设定的直角坐标系，又称为浮动坐标系，当零件装夹到机床上后，根据工件的尺寸用G50设置刀具当前位置的绝对坐标，在CNC中建立工件坐标系。通常工件坐标系的Z轴与主轴轴线重合，X轴位于零点首端或尾端。工件坐标系一旦建立便一直有效直到被新的工件坐标系所取代。

②局部坐标系是在工件坐标系中再创建的子工件坐标系。

③程序零点是用G50设定工件坐标系的当前位置，执行程序回零操作后就回到此位置。

注：在上电后如果没有用G50设定工件坐标系，请不要执行回程序零的操作，否则会产生报警。

四、绝对坐标与增量坐标

在编程时，表示刀具（或机床）运动位置的坐标值通常有两种方式，一种是绝对尺寸；另一种是增量（相对）尺寸。刀具（或机床）运动位置的坐标值是相对于固定的坐标原点给出的，称其为绝对坐标，如图2．3所示。

A、B、C点坐标均是以固定的坐标原点计算的，其坐标值为A点（X15，Z10）、B点（X26，Z25）、C点（X40，Z18）。

刀具（或机床）运动位置的坐标值是相对于前一位置（或起点），而不是相对于固定的坐标原点给出的，即称为增量（或相对）坐标。常使用第二坐标U、W表示增量坐标，如图2．4所示。

图2．3　绝对坐标

图2．4　增量坐标

A、B、C点坐标值若是以增量坐标值给定时，则A点（U15，W10）、B点（U11，W15）、C点（U14，W－7）。

活动三　学习数控车编程程序代码

一、M代码（辅助功能）

M代码由代码地址M和其后的1～2位数字或4位数字组成，用于控制程序执行的流程或输出M代码到PLC，常用M代码见表2．1。

表2．1　常用M代码表

续表

二、G代码（准备功能）

G代码由代码地址G和其后的多位代码值组成，用来规定刀具相对工件的运动方式，进行坐标设定等多种操作。

G代码字分为00、01、02、03、06、07、12、14、16、21组。除01与00组代码不能共段外，同一程序段中可以输入几个不同组的G代码字，如果在同一个程序段中输入了两个或两个以上的同组G代码字时，最后一个G代码字有效。

初态指令是指开机后或运行加工程序之前的系统指令；模态指令是指在相应的程序段中一经指定后，后面的一直有效，直到后面程序段指令了新的功能；非模态指令是指该功能只在它指令的程序段中起作用。

常用G代码见表2．2。

表2．2　常用G代码表

续表

三、T代码（刀具功能）

刀具功能（T代码）具有两个作用：自动换刀和执行刀具偏置。自动换刀的控制逻辑由PLC程序处理，刀具偏置的执行由NC处理。用地址T及其后面4位数字来选择刀具（前两位数）及刀具补偿号（后两位数），在一个程序段中只可以指令一个T代码。当移动指令和T代码在同一程序段中时，移动指令和T代码同时执行。

代码格式：

例如T0101：前面01表示目标刀具号；后面01表示刀具偏置号。

四、F代码（进给功能）

用指定的速度使刀具运动称为进给；由F代码及后接参数给定；分为每分进给和每转进给。

代码格式：

例如F100：其中100表示进给速度。

五、S代码（主轴功能）

与普通车床一样，数控车床的切削速度也是由主轴转速来控制；主轴功能由S代码及后接参数给定。

代码格式：

例如S800：其中800表示主轴转速。

活动四　学习数控车编程方法和程序基本结构

数控编程是实现零件数控加工的关键环节，它包括从零件分析到获得数控加工程序的全过程。

一、数控编程的内容

（1）分析零件图，制订加工工艺方案

根据零件图样，对零件的形状、尺寸、材料、精度和热处理要求等进行工艺分析，合理选择加工方案，确定工件的加工工艺路线、工序及切削用量等工艺参数，确定所用机床、刀具和夹具。

（2）数学处理

根据零件的几何尺寸，工艺要求及编程的方便，设定坐标系，计算工件粗精加工的轮廓轨迹，获得刀位数据等。

（3）编写零件加工程序

根据制订的加工工艺路线、切削用量、刀具补偿量、辅助动作及刀具运动轨迹等条件，按照机床数控系统规定的功能指令代码及程序格式，逐段编写加工程序。

二、数控编程方法

（1）手工编程

手工编程是指数控编程内容的工作全部由人工完成。对形状较简单的工件，其计算量小，程序短，手工编程快捷、简便。对形状复杂的工件采用手工编程有一定的难度，有时甚至无法实现。一般来说，由直线和圆弧组成的工件轮廓采用手工编程；由非圆曲线、列表曲线组成的轮廓采用自动编程。

（2）自动编程

自动编程是利用计算机专用软件完成数控机床程序的编制工作。编程人员只需根据零件图样的要求，使用数控语言，由计算机进行数值计算和工艺参数处理，自动生成加工程序，再通过通信方式传入数控机床。

三、程序的基本结构

加工程序可分为主程序和子程序，但不论是主程序还是子程序，每个程序都是由程序名、程序内容和程序结束3部分组成。

（1）程序名

程序名位于程序的开头，由大写字母O及其后的4位数字构成。如果输入数字不够4位，系统会自动在其前面加0补足4位。每个程序都有唯一的程序名（程序名不允许重复）。

（2）程序内容

程序内容由若干条程序段构成。每条程序段是由程序段号（如N10、N20可以省略）开始，以“；”结束的若干个代码字构成。代码字由一个英文字母（代码地址）和其后的数值（代码值）构成。

（3）程序结束

程序的结束中要加入取消刀补段时（T0100），要注意系统参数的设定，对应地修改程序。

程序的基本结构示例见表2．3。

表2．3　程序的基本结构

活动五　任务评价

任务评价表见表2．4。

表2．4　任务评价表

任务二　光轴加工

【实训目标】

【实训准备】

活动一　加工任务

光轴加工任务见表2．5。

表2．5　光轴加工任务表

活动二　加工任务分析

光轴加工任务分析见表2．6。

表2．6　光轴加工任务分析

活动三　加工工艺与程序编制

一、确定加工方案及加工工艺路线

（一）加工方案的确定

零件加工后直径为矱40，长度约为80 mm，工件毛坯矱45×83，可直接采用三爪卡盘装夹工件，先夹一端，用端面车刀手动车端面，自动车外圆，然后调头装夹，用端面车刀手动车另一端面，自动车外圆。由于表面质量较高，粗车、精车应分开进行，粗加工单边加工量可选1．5 mm，单边可留0．5 mm左右精车余量。

（二）加工工艺路线

①夹持零件毛坯，伸出卡盘长度约45 mm，找正并夹紧。

②手动车端面。

③对刀。

④自动加工零件一端，并控制好尺寸精度。

⑤调头，夹持零件已加工好的表面，伸出卡盘长度约45 mm。

⑥手动车另一端面，控制好零件总长度。

⑦对刀。

⑧自动加工另一端，并控制好尺寸精度。

⑨检测。

二、相关知识

（一）工件装夹的基本知识

1．对于轴类工件常见的装夹方式

①三爪自定心卡盘。装夹轴类工件，有自定心作用，通用夹具。装夹精加工过的表面时，应包一层铜皮，主要用于短轴类工件的装夹。

②四爪卡盘。每个卡爪独立运动，主要用于装夹不规则的短轴类工件。

③两顶尖装夹。工件两端用两顶尖来顶住，用拨盘和鸡心夹头来传递运动和扭矩。主要用于长度较大或加工工序较多的轴类工件，特别是细长轴类工件的装夹。

④一夹一顶的装夹。用于装夹较重的工件，前端用卡盘装夹，后端用顶尖顶住，卡盘内有限位支承。

2．轴类工件装夹的注意事项

①工件伸出长度不能太长，满足加工要求即可（平端面时应尽量短）。

②工件轴线与主轴轴线同轴，以保证工件的回转精度。

③工件必须装夹牢固，可用加力杆辅助加力。

（二）刀具基本知识

1．车削轴类零件常用刀具

车削轴类零件常用刀具是外圆车刀，常见有90°车刀、45°车刀、75°车刀3种。

①90°车刀又称偏刀，主偏角为90°，分为右偏刀和左偏刀，作用于工件的径向切削力较小，用来加工外圆、阶台和端面。

②45°车刀又称弯头车刀，主偏角为45°，分为左右两种，刀头强度好，耐用，主要用于左，右，内，外倒角及端面的车削，也可进行车外圆。

③75°车刀刀尖强度好，是强度最好的车刀，粗车轴类工件的外圆、车余量较大的铸件和锻件。

2．车刀安装注意事项

①车刀在刀架上安装的刀号与程序中的刀号要一致。

②伸出部分不宜太长，伸出量一般为刀杆的1～1．5倍。

③车刀刀尖一般应与工件轴线等高。

④车刀垫铁要平整，数量要少，垫铁应与刀架对齐。

（三）编程基本知识

（1）快速定位G00

格式：G00　X（U）Z（W）。

功能：X轴、Z轴同时从起点以各自的快速移动速度移动到终点。两轴以各自独立的速度移动，短轴先到达终点，长轴独立移动剩下的距离，其合成轨迹不一定是直线。

运动轨迹如图2．5所示。

图2．5　快速定位G00运动轨迹

说明：

①G00的快速移动速度由机床参数对各轴分别设定，不能用F规定。

②G00一般用于加工前刀具快速定位和加工后快速退刀。快速移动速度可由面板上的快速修调按键修正。

③在执行G00指令前，操作者必须将刀具移动到安全位置。

（2）直线插补G01

格式：G01 X（U）Z（W）F。

功能：运动轨迹为从起点到终点的一条直线，GO1为模态G代码。

运动轨迹如图2．6所示。

图2．6　直线插补G01运动轨迹

说明：

①G01是指令刀具以联动的方式按F规定的合成进给速度，从当前位置按直线路径移动到程序段指令的终点。

②G01一般用于工进或切削，进给速度可由面板上的进给修调按键修正。

（四）对刀基本知识

对刀步骤：

选择90°外圆车刀（T0101）

（1）采用试碰方法对Z方向

采用试碰方法对Z方向，如图2．7所示。

图2．7　采用试碰方法对Z方向对刀

启动主轴正转，用手轮方式，注意把“位置”显示翻到相对坐标页面。注意屏幕提示，此时看清是U还是W在闪动。进给是0．1 mm、0．01 mm、0．001 mm中的哪一个。

①刀尖靠近工件端面先用0．1 mm，然后是0．01 mm，看到几乎接触到时选择0．001 mm。要耐心操作，判断是否正确可采取听声音或看是否出丝的方法，头要靠近。

②选择0．1 mm，X正向退出。

（2）采用试切对X方向

采用试切对X方向，如图2．8所示。

图2．8　采用试切对X方向对刀

主轴正转，用手轮方式0．01 mm挡车工件外圆一小段，注意粗糙度要小。

①选择0．1 mm，Z正向退出，停主轴。

②测量试切直径，先用游标卡尺，再用千分尺，双保险且作为判断千分尺的0．5刻线。

上述方法只适合一把刀，因系统只认最后一次G50所对的那把刀，故主要用于基准刀对刀，其他刀按下列方法对刀。

（3）多把刀常用的对刀方法（如刀号为T02）

①Z向对刀：用手轮方式，T02轻碰端面，然后X向退刀，（避免长时间接触）按刀补键“”→按翻页键“”→100～109页面下→光标移到102（2号刀）位置→输入Z0。

②X向对刀：T02试车外圆→停车测量试切直径→刀补键“”→102位置→输入X值。

注：对刀结束后应把刀移至安全位置，即离工件稍远点。

三、零件加工参考程序

零件加工程序见表2．7。

表2．7　零件加工参考程序

注：以上程序为只加工零件的一部分，加工零件另一部分需要调头安装，安装后，必须重新进行对刀操作，程序可使用上述的程序。

活动四　加工执行

一、加工执行过程

①指导教师分析加工工艺，讲解加工方法和程序的编写方法。

②学生根据加工工艺要求，编写加工程序，并将程序输入机床。

③利用图形显示功能对程序进行模拟和校验，图形模拟时要注意接通机床锁住及STM辅助功能锁住键。

④根据工件的长度夹紧毛坯；按程序指定的刀位，安装好刀具。

⑤调整好主轴转速。

⑥应用试切对刀法进行对刀，并将刀具补偿参数正确地输入对应的刀号位置上。

⑦选择自动方式，并按亮单段运行；把快进倍率调到25%，进给倍率调到50%左右；按位置键使显示屏显示坐标及程序页面；按循环启动键后用手点住进给保持键，观察刀具与工件的位置，并在刀具快碰到工件前暂停一下，对比当前刀具与工件的位置与坐标值是否一致，如果正确，就把快进、进给倍率调好，把单段运行灯按灭，再按循环启动键，进行自动加工；如果发现刀具与工件的位置有误，则必须重新对刀再加工。

二、实训操作注意事项

①要求学生单人操作，不允许多人操作。

②要求学生注意切削转速、吃刀深度及进给速度的合理选择。

③正确进行对刀操作，确保录入的数值准确。学生对刀操作完成后，指导教师必须进行验证检查。

④主轴开启时要求必须关闭防护门，要求学生养成良好的安全防范意识。

⑤主轴正反转转换时必须停转后再作转换操作。

活动五　加工质量检测

学生通过检测，完成下面零件加工质量表2．8，并进行质量分析。

表2．8　光轴零件加工质量表

活动六　任务评价

光轴任务评价见表2．9。

表2．9　光轴任务评价表

活动七　任务拓展

对刀相关知识

一、对刀点

对刀点是指在数控车床上加工零件时，用来确定刀具与零件之间相对位置的点。在大多数情况下，为了提高加工精度，对刀点应尽量选在设计基准或工艺基准上。

二、刀位点

刀位点是指在加工程序编制中，用以表示刀具确定位置的点，也是对刀和加工的基准点。在对刀加工中，应尽量与编程时的刀位点选择一致，如图2．9所示。

图2．9　刀位点

三、对刀

在加工程序执行前，调整每把刀的刀位点，使其尽量重合于某一理想基准点，这一过程称为对刀，对刀是数控加工中的主要操作步骤。

四、对刀方法

常用的对刀方法有定点对刀法、试切对刀法和回机床零点对刀法3种。

①定点对刀法的实质是按接触式设定基准重合原理而进行的一种粗定位对刀方法，其定位基准由预设的对刀基准点来体现，对刀时，只要将各号刀的刀位点调整至与对刀基准点重合即可，该方法简便易行，因而得到了较广泛的应用，但其对刀精度受到操作者技术熟练程度的影响，一般情况下其精度不高，还须在加工或试切中修正。

②试切对刀法通过试切工件来进行对刀，以便得到更加准确和可靠的结果。

③回机床零点对刀法不存在基准刀问题，在刀具磨损或调整任何一把刀时，只要对此刀重新对刀即可。对刀前回一次机床零点。断电后上电只要回一次机床零点后即可继续加工，操作简单方便。

【课后练习】

编程完成如下图所示零件的车削加工，工件毛坯为矱30×55的45钢材料。

任务三　阶台轴加工

【实训目标】

【实训准备】

活动一　加工任务

阶台轴加工任务见表2．10。

表2．10　阶台轴加工任务

续表

活动二　加工任务分析

阶台轴加工任务分析见表2．11。

表2．11　阶台轴加工任务分析表

活动三　加工工艺与程序编制

一、确定加工方案及加工工艺路线

（一）加工方案确定

零件毛坯矱40×80，零件加工后长度约为79 mm的阶台轴，长度方向有约1 mm余量，故要先平端面。并且阶台轴是中间大（大直径），两端小（小直径），故采用两端分别加工的方法进行加工（分两次进行装夹），工件较短可直接采用三爪卡盘装夹工件，先夹一端，用端面车刀手动车端面，自动车阶台，然后调头装夹，用端面车刀手动车另一端面，自动车另一端阶台。由于表面质量较高，粗车、精车应分开进行，粗加工单边加工量可选1．5 mm，单边可留0．5 mm左右精车余量。

（二）加工工艺路线

先加工零件左边部分（矱38和矱25），然后调头安装，加工右边部分（矱32、矱20和矱19）。

①夹持零件，伸出卡盘长度约40 mm，找正并夹紧。

②手动车端面。

③对刀。

④自动加工零件一端（矱38和矱25），并控制好尺寸精度。

⑤调头，夹持零件已加工好的矱25表面（为保护已加工表面，安装时可加铜皮作保护），利用矱38阶台靠卡盘端面。

⑥手动车另一端面（矱32、矱20和矱19），控制好零件总长度。

⑦对刀。

⑧自动加工另一端，并控制好尺寸精度。

⑨检测。

二、相关知识

（一）阶台轴的加工工艺

1．阶台轴的安装

图2．10　阶台轴的安装

根据阶台轴的形状及位置精度要求的不同，可以制订不同的装夹方式，对于长度较短的阶台轴可以直接利用三爪卡盘装夹，如图2．10（a）所示；对于长度较长的阶台轴可以采用一夹一顶的装夹方式，如图2．10（b）所示；对于长度较长而阶台之间的位置精度要求又比较高，一夹一顶又难以保证的阶台轴可以采用两顶尖装夹方式，如图2．10（c）所示。对于一些轴类零件，以上装夹方式都不能保证其加工精度的，可根据其特点，制订相关的工装进行车削加工，同时保证其加工的精度。

2．加工阶台轴的一般工艺方法

（1）先粗后精

先安排粗加工，把精加工前的大部分余量车削掉，同时也尽量满足精加工余量均匀性的要求，以便于精加工时直接采用轮廓加工。

（2）先大（直径）后小（直径）

阶台轴一般由外层向内层进行车削加工，即先车削大直径，后车削小直径，由大向小进行加工，可以减少加工的路线，从而节省加工时间。如果阶台轴的各直径相差不大，在切削深度允许的条件下，也可以从小到大，按先近后远的顺序安排车削加工。

（二）编程基本知识

常用指令及格式：

1．轴向切削循环G90

格式：G90 X（U）Z（W）F；（圆柱切削）

　　　G90 X（U）Z（W）RF；（圆锥切削）

功能：从切削点开始，进行径向（X轴）进刀、轴向（Z轴或X、Z轴同时）切削，实现柱面或锥面切削循环。

说明：G90为模态G代码。

切削起点：直线插补（切削进给）的起始位置；

切削终点：直线插补（切削进给）的结束位置；

X：切削终点X轴的绝对坐标；

U：切削终点与起点X轴绝对坐标的差值；

Z：切削终点Z轴绝对坐标；

W：切削终点与起点Z轴绝对坐标的差值；

R：切削终点与切削起点X轴绝对坐标的差值（半径值），带方向，当R与U的符号不一致时，要求｜R｜≤｜U/2｜；R＝0或缺省输入时，进行圆柱切削，否则进行圆锥切削。

移动路线如图2．11所示。

图2．11　轴向切削循环G90移动线路

循环过程：

①X轴从起点快速移动到切削终点。

②从切削起点直线插补（切削进给）到切削终点。

③X轴以切削速度退刀，返回到X绝对坐标与起点相同处。

④Z轴快速移动返回到起点，循环结束。

2．径向切削循环G94

格式：G94 X（U）Z（W）F；（端面切削）

　　　G94 X（U）Z（W）RF；（锥度端面切削）

功能：从切削点开始，轴向（Z轴）进刀、径向（X轴或X、Z轴同时）切削，实现端面或锥面切削循环，代码的起点和终点相同。

说明：G94为模态G代码。

切削起点：直线插补（切削进给）的起始位置；

切削终点：直线插补（切削进给）的结束位置；

X：切削终点X轴绝对坐标；

U：切削终点与起点X轴绝对坐标的差值；

Z：切削终点Z轴绝对坐标；

W：切削终点与起点Z轴绝对坐标的差值；

R：切削终点与切削起点Z轴绝对坐标的差值，当R与W的符号不一致时，要求｜R｜≤｜W｜。

移动路线如图2．12所示。

图2．12　径向切削循环G94移动路线

循环过程：

①Z轴从起点快速移动到切削终点。

②从切削起点直线插补（切削进给）到切削终点。

③Z轴以切削速度退刀，返回到Z轴绝对坐标与起点相同处。

④Z轴快速移动返回到起点，循环结束。

三、零件加工参考程序

车矱38和矱25程序见表2．12。

车矱32、矱20和矱19程序见表2．13。

表2．12　零件加工参考程序

表2．13　零件加工参考程序

续表

注：调头安装后，必须重新进行对刀操作。

活动四　加工执行

一、加工执行过程

①指导教师分析加工工艺，讲解加工方法和程序的编写方法。

②学生根据加工工艺要求，编写加工程序，并把程序输入机床。

③利用图形显示功能对程序进行模拟和校验，图形模拟时要注意接通机床锁住及STM辅助功能锁住键。

④夹紧零件；按程序指定的刀位，安装好刀具。

⑤调整好主轴转速。

⑥应用试切对刀法进行对刀，并把刀具补偿参数正确地输入对应的刀号位置。

⑦选择自动方式，并按亮单段运行；将快进倍率调到25%，进给倍率调到50%左右；按位置键使显示屏显示坐标及程序页面；按循环启动键后手点住进给保持键，观察刀具与工件的位置，并在刀具快碰到工件前暂停一下，对比当前刀具与工件的位置与坐标值是否一致，如果正确，就把快进、进给倍率调好，将单段运行灯熄灭，再按循环启动键，进行自动加工；如果发现刀具与工件的位置有误，则必须重新对刀再加工。

二、实训操作注意事项

①安装工件时，可用铜皮包住工件夹持部位，以免夹伤工件，必须夹紧并进行找正。

②要求学生单人操作，不允许多人操作。

③要求学生注意切削转速，吃刀深度及进给速度的合理选择。

④工件调头安装后，必须重新进行对刀操作，然后再进行加工。

活动五　加工质量检测

学生通过检测，完成下面零件加工质量表2．14，并进行质量分析。

表2．14　阶台轴零件加工质量表

活动六　任务评价

阶台轴任务评价见表2．15。

表2．15　阶台轴任务评价表

【课后练习】

编程完成如下图所示零件的车削加工，工件毛坯为矱40×55的45钢材料。

任务四　带槽轴加工

【实训目标】

【实训准备】

活动一　加工任务

带槽轴加工任务见表2．16。

表2．16　带槽轴加工任务

活动二　加工任务分析

带槽轴加工任务分析见表2．17。

表2．17　带槽轴加工任务分析

活动三　加工工艺与程序编制

一、确定加工方案及加工工艺路线

（一）加工方案确定

采用三爪卡盘装夹零件（夹矱25外圆），先用外圆车刀将矱19加工到矱18，然后用切槽刀进行切槽。

（二）加工工艺路线

①夹持零件（夹矱25外圆）。

②对刀车。

③车矱18端面。

④车槽5×2。

⑤检测。

二、相关知识

（一）槽的基本知识

1．槽的分类

按槽的宽度不同可分为宽槽和窄槽两种。

①窄槽。沟槽的宽度不大，采用刀头的宽度等于槽宽的车刀，一次车出的沟槽。

②宽槽。沟槽的宽度大于切槽刀刀头宽度的沟槽。

2．槽的一般加工方法

（1）窄槽的加工方法

图2．13　窄槽的加工方法

如图2．13所示，加工窄槽可以直接使用G01指令直进切削；对于精度要求比较高的，切槽到尺寸后，在槽底处用G04指令使刀具在槽底停留几秒钟，以起到修光槽底的作用。

（2）宽槽的加工方法

如图2．14所示，加工宽槽时，要分几次进刀切削，而且每次切削的轨迹在宽度应略有重叠，即每次扩宽应小于刀宽；并且要留有精加工的余量，最后要精车槽侧和底面。

图2．14　宽槽的加工方法

3．切刀刀具刀位点的选择

切槽及切断的刀具中，切刀有左右两个刀尖及切削中心3个刀位点可以选用，通常在编写加工程序和加工时，一般选择左刀尖点作为刀位点。

4．切槽和切断中应注意的问题

①编程与对刀加工时应该选定同一个刀位点。

②注意合理地编排切槽后的退刀路线，以防止刀具与加工零件相碰，从而造成刀具及零件的损坏，如图2．15所示。

图2．15　合理编排切槽后的退刀路线

③切槽时，刀刃宽度、切削速度和进给量都不宜太大。

（二）编程基本知识

常用指令及格式

（1）直线插补G01

格式：G01 X（U）Z（W）F；

功能：运动轨迹从起点到终点的一条直线。GO1为模态G代码。

说明：

①G01指令刀具以联动的方式按F规定的合成进给速度，从当前位置按直线路线移动到程序段指令的终点。

②G01一般用于工进或切削。进给速度可由面板上的进给修调按键修正。

（2）暂停指令G04

格式：G04 P；（单位：0．001 s）

G04 X；（单位：s）

G04 U；（单位：s）

说明：

用暂停指令，可以暂停给定的时间，推迟下一个程序段的执行，但它只对自身程序段有效；暂停时间过后，继续执行下一段程序。

三、零件加工参考程序

零件加工参考程序见表2．18。

表2．18　零件加工参考程序

续表

活动四　加工执行

一、加工执行过程

①指导教师分析加工工艺，讲解加工方法和程序的编写方法。

②学生根据加工工艺要求，编写加工程序，并将程序输入机床。

③利用图形显示功能对程序进行模拟和校验，图形模拟时要注意接通机床锁住及STM辅助功能锁住键。

④夹紧零件；按程序指定的刀位，安装好刀具。

⑤调整好主轴转速。

⑥应用试切对刀法进行对刀，并将刀具补偿参数正确地输入对应的刀号位置上。

⑦选择自动方式，并按亮单段运行；将快进倍率调到25%，进给倍率调到50%左右；按位置键使显示屏显示坐标及程序页面；按循环启动键后手按住进给保持键，观察刀具与工件的位置，并在刀具快碰到工件前暂停一下，对比当前刀具与工件的位置与坐标值是否一致，如果正确，就把快进、进给倍率调好，把单段运行灯按灭，再按循环启动键，进行自动加工；如果发现刀具与工件的位置有误，则必须重新对刀再加工。

二、实训操作注意事项

①要求学生单人操作，不允许多人操作。

②要求学生注意切削转速，吃刀深度及进给速度的合理选择。

③学生应对多把刀分别进行对刀操作并进行验证检查。

活动五　加工质量检测

学生通过检测，完成下面带槽轴零件加工质量表2．19，并进行质量分析。

表2．19　带槽轴加工质量表

活动六　任务评价

带槽轴任务评价见表2．20。

表2．20　带槽轴任务评价表

活动七　任务拓展

内/外切槽循环G75

一、格式

　　G75 R（e）；

G75 X（U）Z（W）P（△i）Q（△k）R（△d）F（f）；

其中：

①XZ为终点坐标，UW为到终点的相对移动量。

②e为每次沿X方向切削Δi的深度后，向其反方向的退刀量。

③Δi为每次切削小循环里沿X方向切削的移动，直径标量值，无符号，单位：0．001 mm。

④Δk沿X方向切削到X（U）指定的深度后，向Z轴方向的偏移扩宽量，一般小于一刀宽，标量，无符号，单位：0．001 mm。

⑤Δd切削到终点时，向Z轴方向的退刀量。

⑥f为切削进给速度。

二、移动路线

移动路线如图2．16所示。

图2．16　移动路线

三、宽槽加工示例

宽槽加工示例见表2．21。

表2．21　宽槽加工示例表

续表

【课后练习】

编程完成如下图所示零件的车削加工，工件毛坯为矱38×110的45钢材料。

任务五　外圆锥面的加工

【实训目标】

【实训准备】

活动一　加工任务

外锥面轴加工任务见表2．22。

表2．22　外锥面轴加工任务表

续表

活动二　加工任务分析

外锥面轴加工任务分析见表2．23。

表2．23　外锥面加工任务分析

活动三　加工工艺与程序编制

一、确定加工方案及加工工艺路线

（一）确定加工方案

锥面加工前直径矱32，锥面大端直径为矱30，有2 mm加工余量，可直接采用三爪卡盘装夹工件，用外圆车刀手车到大端外圆，然后车锥面，直到车到小端直径。

（二）加工工艺路线

①夹持零件（夹矱25），找正并夹紧。

②对刀。

③自动加工大端直径矱30，并控制好尺寸精度。

④自动加工外圆锥面，并控制好尺寸精度。

⑤检测。

二、相关知识

（一）圆锥工件的检测

圆锥工件的检测量具常见的有特制角度样板、圆锥量规和万能角度尺。

1．特制角度样板

角度样板形状简单，只能测量固定的锥度。

2．圆锥量规

圆锥量规分为塞规和套规两种，它测量工件的大、小端直径，在其端面处有一条阶台刻线，用以控制锥度的正确性。

3．万能角度尺

万能角度尺能较准确地测量出锥度值的大小。

（二）常用指令

常用指令包括：

“G01 X（U）Z（W）F；

G90 X（U）Z（W）RF；

G94 X（U）Z（W）RF”

三、零件加工参考程序

零件加工参考程序见表2．24。

表2．24　零件加工参考程序

活动四　加工执行

一、加工执行过程

①指导教师分析加工工艺，讲解加工方法和程序的编写方法。

②学生根据加工工艺要求，编写加工程序，并把程序输入机床。

③利用图形显示功能对程序进行模拟和校验，图形模拟时要注意接通机床锁住及STM辅助功能锁住键。

④夹紧零件，按程序指定的刀位，安装好刀具。

⑤调整好主轴转速。

⑥应用试切对刀法进行对刀，并把刀具补偿参数正确地输入对应的刀号位置。

⑦选择自动方式，并按亮单段运行；将快进倍率调到25%，进给倍率调到50%左右；按位置键使显示屏显示坐标及程序页面；按循环启动键后手点住进给保持键，观察刀具与工件的位置，并在刀具快碰到工件前暂停一下，对比当前刀具与工件的位置与坐标值是否一致，如果正确，就把快进、进给倍率调好，将单段运行灯熄灭，再按循环启动键，进行自动加工；如果发现刀具与工件的位置有误，则必须重新对刀再加工。

二、实训操作注意事项

①要求学生单人操作，不允许多人操作。

②要求学生注意切削转速，吃刀深度及进给速度的合理选择。

③学生对刀操作完成后，指导教师必须进行验证检查。

活动五　加工质量检测

学生通过检测，完成下面零件加工质量表2．25，并进行质量分析。

表2．25　外锥面轴加工质量表

活动六　任务评价

外锥面轴任务评价见表2．26。

【课后练习】

编程完成如下图所示零件的车削加工，工件毛坯为矱30×55的45钢材料。

任务六　外螺纹加工

【实训目标】

【实训准备】

活动一　加工任务

外螺纹轴加工任务见表2．27。

表2．27　外螺纹轴加工任务

续表

活动二　加工任务分析

外螺纹轴加工任务分析见表2．28。

表2．28　外螺纹轴加工任务分析

活动三　加工工艺与程序编制

一、确定加工方案及加工工艺路线

（一）确定加工方案

螺纹加工前直径矱19，螺纹公称直径为矱18，有加工余量，可直接采用三爪卡盘装夹工件，用外圆车刀手车外圆，然后用螺纹车刀车螺纹。

（二）加工工艺路线

①夹持零件（夹矱25），找正并夹紧。

②对刀。

③用外圆车刀自动加工外圆，并控制好尺寸精度。

④用螺纹车刀自动加工外螺纹，并控制好尺寸精度。

⑤检测。

二、相关知识

（一）螺纹加工的基本知识

1．数控车床加工螺纹的原理

数控车床CNC系统通过螺纹指令控制主轴脉冲编码器，产生脉冲，再输入伺服电机，从而严格地控制主轴旋转一圈，刀具刚好移动一个螺距，来实现螺纹的切削加工。

注：在加工螺纹时，粗、精加工不能改变主轴的转速，只能以相同的速度切削螺纹，避免产生乱扣。

2．螺纹切削的参数

（1）常见螺纹的牙型

常见的螺纹牙型有三角形、梯形、锯齿形、矩形等。普通螺纹的牙型角为60°；英制螺纹的牙型角为55°；梯形螺纹的牙型角为30°。

（2）普通螺纹牙型的参数

普通螺纹牙型的参数主要有螺纹公称直径（大径）、螺纹中径、螺纹小径和螺距。

（3）螺纹加工尺寸分析

①车外螺纹时，外圆柱面的直径d′及螺纹实际小径d1的确定。

车螺纹时，零件材料因受车刀挤压而使外径胀大，因此，螺纹部分的零件外径应比螺纹的公称直径小0．2～0．4 mm。一般取：d′＝d－0．1P；在实际生产中，为计算方便，不考虑螺纹车刀的刀尖半径的影响，一般取螺纹实际小径为：d1＝d－1．3P。

②车内螺纹时，内螺纹底孔直径D1及内螺纹实际大径的确定。

a．钢和塑性材料：D1＝D－P。

b．铸铁和脆性材料：D1＝D－（1．05～1．1）P。

c．内螺纹实际大径等于螺纹公称直径。

（4）切削用量的选择

①主轴转速n。

②切削深度的选用。在车削螺纹时，应遵循后刀的切削深度不能超过前一刀的切削深度的原则，即递减的切削深度分配方式，否则会因切削面积的增加、切削力过大而损坏刀具。但为了提高螺纹的表面粗糙度，用硬质合金螺纹车刀时，最后一刀的背吃刀量尽可能不小于0畅1 mm。

常用螺纹加工走刀次数与分层切削余量见表2．29。

表2．29　公制螺纹加工参数表

3．三角形螺纹车刀的几何角度

（1）高速钢螺纹粗、精车刀的几何角度

高速钢螺纹粗、精车刀的几何角度如图2．17所示。

图2．17　高速钢螺纹粗、精车刀几何角度示意图

（2）硬质合金螺纹车刀的几何角度

硬质合金螺纹车刀的几何角度如图2．18。

（二）编程基本知识

1．等螺距螺纹切削G32

（1）格式：G32 X（U）Z（W）F；（公制螺纹）

　　　　　 G32 X（U）Z（W）I；（英制螺纹）

图2．18　硬质合金螺纹车刀的几何角度示意图

其中：

　　F：公制螺纹的导程/螺距，其取值范围：0．001～500 mm；

　　I：英制螺纹的牙数，其取值范围：0．06～254 000牙/in；

　　X（U）、Z（W）：螺纹的终点坐标。

（2）G32切削螺纹的走刀路线

G32切削螺纹的走刀路线如图2．19所示。

图2．19　G32切削螺纹走刀路线

①螺纹有效长度L前增加一个导程以上的长度δ1。

②螺纹有效长度L后增加半个导程以上的长度δ2。

注意：

①在切削螺纹时，进给倍率无效。

②在切削螺纹过程中，进给保持功能无效，当按了进给保持键，将在执行完切削螺纹状态后的第一个非螺纹程序段中，才执行暂停功能。

③在使用G32切削螺纹过程中不能指定倒角，即螺纹收尾功能。

④在切削加工螺纹时，不能改变主轴的转速，同时每一刀的起点必须相同，否则会产生乱扣的现象。

2．螺纹切削循环G92

（1）直螺纹切削时

格式：G92 X（U）Z（W）F；（公制螺纹）

　　　G92 X（U）Z（W）I；（英制螺纹）

走刀路线如图2．20所示。

图2．20　螺纹切削循环G92直螺纹切削时走刀路线

其中：

①关于螺纹切削的特点及注意事项与G32指令相同。

②当进行英制螺纹切削时，“I”值的指令是非模态的，不能省略，后面每一条循环指令都必须输入“I”值。

③在螺纹切削循环中按了保持键后，只有在完成了一切削螺纹的一个循环后，才实现暂停功能。

（2）圆锥螺纹切削时

格式：G92 X（U）Z（W）RF；（公制螺纹）

　　　G92 X（U）Z（W）RI；（英制螺纹）

走刀路线如图2．21所示。

图2．21　螺纹切削G92圆锥螺纹切削时走刀路线

其中：

R为圆锥螺纹在切削长度下，大径与小径在半径上的差值，其方向与U同向，有正负值。

三、零件加工参考程序

零件加工参考程序见表2．30。

表2．30　零件加工参考程序

活动四　加工执行

一、加工执行过程

①指导教师分析加工工艺，讲解加工方法和程序的编写方法。

②学生根据加工工艺要求，编写加工程序，并把程序输入机床。

③利用图形显示功能对程序进行模拟和校验，图形模拟时要注意接通机床锁住键及STM辅助功能锁住键。

④夹紧零件；按程序指定的刀位，安装好刀具。

⑤调整好主轴转速。

⑥应用试切对刀法进行对刀，将01号刀（外圆车刀）、02号刀（螺纹号刀）对准，同时把工件坐标设定在工件的第一端面处，并正确将刀具补偿参数输入对应的刀号位置上。如图2．22所示。

a．对刀时刀位点的选择如图2．22（a）所示。

b．三角螺纹车刀试车对刀的位置选择

X方向的对刀位置可以直接利用刀尖点（刀位点）试切外圆，如图2．22（b）所示。

Z方向的对刀位置由于刀尖点不能试切到端面，所以把其刀尖点移动到要试切的端面外，利用目测法让它们对齐，则该处即作为Z轴方向的对刀位置，如图2．22（c）所示。

图2．22

⑦选择自动方式，并按亮单段运行；将快进倍率调到25%，进给倍率调到50%左右；按位置键使显示屏显示坐标及程序页面；按循环启动键后手点住进给保持键，观察刀具与工件的位置，并在刀具快碰到工件前暂停一下，对比当前刀具与工件的位置与坐标值是否一致，如果正确，就把快进、进给倍率调好，将单段运行灯熄灭，再按循环启动键，进行自动加工；如果发现刀具与工件的位置有误，则必须重新对刀再加工。

二、实训操作注意事项

①要求学生单人操作，不允许多人操作。

②要求学生注意主轴转速、每刀进给量的合理选择。

③正确安装螺纹刀。

④特别注意螺纹刀的对刀操作，学生对刀操作完成后，指导教师必须进行验证检查。

活动五　加工质量检测

学生通过检测，完成下面外螺纹轴零件加工质量表（表2．31），并进行质量分析。

表2．31　外螺纹轴工件加工质量表

活动六　任务评价

外螺纹轴任务评价见表2．32。

表2．32　外螺纹轴任务评价表

活动七　任务拓展

多重螺纹切削循环G76

前面介绍的G92螺纹切削循环是一个单一的固定循环，每一程序段只能完成一刀的螺纹切削。而多重螺纹切削循环G76是一复合循环，在其程序段中设置好螺纹的各项参数后，系统会自动完成整条螺纹的加工。

一、G76的格式：

G76P（m）（r）（a）Q（apmin）R（ap精）；

G76X（U）Z（W）R（i）P（k）Q（apmin）F（L）

其中：

m：精加工次数（01～99），为模态值；

r：螺纹退尾倒角量，数值为01～99，为模态值；

a：螺纹刀具的刀尖角，也是螺纹的牙型角，为模态值；

apmin：螺纹切削时，粗加工的最小切削深度，由半径指定；

ap精：精车螺纹时每刀的切削深度，由半径指定；

X（U）Z（W）：螺纹加工的终点坐标；

i：螺纹两端的半径差，i＝0为圆柱螺纹，可省略；

k：螺纹的牙高，半径值；

apmax：粗车螺纹时第一刀的切削深度，由半径指定；

L：加工螺纹的导程，单线时为螺纹的螺距。

二、G76螺纹切削循环的走刀线路

G76螺纹切削循环的走刀线路如图2．23所示。

图2．23　G76螺纹切削循环的走刀线路图

三、G76螺纹切削循环的进刀线路

使用G76螺纹切削循环切削螺纹时，是单边切削法进刀的，与G32、G92直进法切削螺纹不同，如图2．24所示。

图2．24　G76螺纹切削循环的进刀线路图

G76螺纹切削循环加工螺纹时，第一刀的切削深度为ap max，也是切削深度最大的一刀，后面每刀的切深会逐步减小。

四、G76螺纹切削实例

（一）单线螺纹车削

单线螺纹车削见表2．33。

表2．33　单线螺纹车削表

（二）多线螺纹车削

多线螺纹车削见表2．34。

表2．34　多线螺纹车削表

【课后练习】

编程完成如下图所示零件的车削加工，工件毛坯为矱26×45的45钢材料。

任务七　轴的综合加工

【实训目标】

【实训准备】

续表

活动一　加工任务

综合轴加工任务见表2．35。

表2．35　综合轴加工任务表

活动二　加工任务分析

综合轴加工任务分析见表2．36。

表2．36　综合轴加工任务分析表

活动三　加工工艺与程序编制

一、确定加工方案及加工工艺路线

（一）确定加工方案

零件毛坯矱45×83，零件加工后长度约为79 mm的综合轴，长度方向有约4 mm余量，故要先平端面。并且阶台轴是中间大（大直径），两端小（小直径），故采用两端分别加工的方法进行加工（分两次进行装夹），工件较短可直接采用三爪卡盘装夹工件，先夹一端，用端面车刀（偏刀）手动车端面，自动车阶台，然后调头装夹，利用端面车刀（偏刀）手动车另一端面，自动加工外圆、锥体、槽和螺纹。由于加工结构较多、较复杂，可用G71和G70指令进行加工。

（二）加工工艺路线

先加工零件左边部分（矱38和矱25），然后调头安装，加工右边部分。

①夹持零件，伸出卡盘长度约40 mm，找正并夹紧。

②手动车端面。

③对刀。

④自动加工零件一端（矱38和矱25），并控制好尺寸精度。

⑤调头，夹持零件已加工好的矱25表面（为保护已加工表面，安装时可加铜皮作保护），利用矱38阶台靠卡盘端面。

⑥手动车另一端面，控制好零件总长度。

⑦对刀。

⑧用外圆车刀自动加工外圆、锥体。

⑨用切槽刀自动加工槽。

⑩用螺纹车刀自动加工螺纹。

检测。

二、相关理论知识

在车削加工综合轴时，由于既要考虑走刀路线较短，又要安排先粗后精的加工工艺，如果还是利用G01和G90来进行编程，程序段将会较多，同时在编制形状复杂的阶台轴时，将增加手工编程的难度。故可利用G71和G70指令来进行编程，G71只需要编制出零件轨迹的精加工程序，便可以自动地完成加工轨迹的粗加工，同时再利用G70调用精加工轨迹程序，又可以完成零件的精加工，这将大大地简化程序和手工编程的工作量，从而提高生产率。

（一）轴向粗车循环G71

格式：G71 U（Δd）R（e）；

　　　G71 P（ns）Q（nf）U（Δu）W（Δw）F（f）S（s）T（t）；

　　　N（ns）G00/G01 X（U）…；

　　　…；

　　　…；

　　　N（nf）…；

其中：

Δd：每一刀的切削深度，无符号，半径值；

e：切削每一刀后X方向的退刀量；

n s：精加工程序段群起始程序段的顺序号；

n f：精加工程序段群最后程序段的顺序号；

Δu：X轴方向精加工余量的大小及方向，直径值；

Δw：Z轴方向精加工余量的大小及方向；

f、s、t：在G71加工循环中，精加工程序段的f、s、t功能均无效，只执行G71程序段中指定的f、s、t；而精加工程序段中的f、s、t则在执行G70时起作用。

移动路线如图2．25所示。

图2．25　轴向粗车循环移动路线

注：

①切深方向由A→B方向决定，所以在应用G71时要注意阶台轴的形状，在X轴方向只能从B→C单调增大或单调减少，也就是说如果阶台轴有凹下的形状（如槽形）时，就不能用G71进行粗加工了。

②在G71粗加工中无论A→B或B→C的方向如何，刀具都是根据AC的方向沿着Z轴进行切削进给，把余量均匀了以后，最后再走一刀轮廓加工。

③精加工程序段群的起始程序段，即从A移动到B（n s程序段），可以用G00或G01指令，但其坐标移动中只能指令X轴，不能含有Z轴的指令。

④在精加工程序段群中，n s和n f指定的顺序号必须与G71中的P、Q指定的相对应，而其余精加工程序段可以省去顺序号。

⑤在精加工程序段群中，不能使用加工循环指令，更不能使用M98来调用子程序。

⑥Δu精加工余量，为一个矢量，一般在加工外圆时为正值，镗孔加工时Δu为负值。

（二）精车循环G70

格式：G70 P（ns）Q（nf）；

其中：

n s：精加工程序段群起始程序段的顺序号。

n f：精加工程序段群最后程序段的顺序号。

注：

①在G70调用精加工程序段群进行精加工中，均按n s和n f之间程序段所指令的f、s、t来执行，而G71中所指令的对G70则无效。

②G70前一个程序段所指令的坐标点既是G70精加工的起点，也是G70完成精加工后的终点，所以必须注意选择好此点，以避免刀具与工件或机床产生干涉。

三、零件加工参考程序

①车左边部分（矱38和矱25）程序车左边部分程序见表2．37。

表2．37　零件加工参考程序

续表

②车右边部分程序（工件调头装夹）见表2．38。

表2．38　零件加工参考程序

续表

续表

活动四　加工执行

一、加工执行过程

①指导教师分析加工工艺，讲解加工方法和程序的编写方法。

②学生根据加工工艺要求，编写加工程序，并把程序输入机床。

③利用图形显示功能对程序进行模拟和校验，图形模拟时要注意接通机床锁住及STM辅助功能锁住键。

④夹紧零件；按程序指定的刀位，安装好刀具。

⑤调整好主轴转速。

⑥应用试切对刀法进行对刀，并把刀具补偿参数正确地输入对应的刀号位置上。

⑦选择自动方式，并按亮单段运行；将快进倍率调到25%，进给倍率调到50%左右；按位置键使显示屏显示坐标及程序页面；按循环启动键后手点住进给保持键，观察刀具与工件的位置，并在刀具快碰到工件前暂停一下，对比当前刀具与工件的位置与坐标值是否一致，如果正确，就把快进、进给倍率调好，将单段运行灯按灭，再按循环启动键，进行自动加工；如果发现刀具与工件的位置有误，则必须重新对刀再加工。

二、实训操作注意事项

①调头安装工件时，可用铜皮包住工件夹持部位，以免夹伤工件，必须夹紧并进行找正。

②要求学生单人操作，不允许多人操作。

③要求学生注意切削转速，吃刀深度及进给速度的合理选择。

④工件调头安装后，必须重新进行对刀操作，然后再进行加工。

⑤注意多把刀的对刀方法，要求每把刀都要进行对刀操作。

活动五　加工质量检测

学生通过检测，完成下面综合轴零件加工质量表（表2．39），并进行质量分析。

表2．39　综合轴零件加工质量表

活动六　任务评价

综合轴任务评价见表2．40。

表2．40　综合轴任务评价表

【课后练习】

编程完成如下图所示零件的车削加工，工件毛坯为矱26×45的45钢材料。