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项目二 球形轴的数控加工 【知识目标】 1．了解成形加工面的加工工艺 2．掌握车圆弧面的走刀路线设计 3．了解数控车床上孔加工常用刀具及使用方法 4．掌握车内表面的走刀路线设计 5．掌握数控车床圆弧面的工方法及圆弧插补指令G02、G03 6．掌握复合循环指令G71、G72、G73的适应范围及编程规则 【能力目标】 通过球形轴的数控加工工艺、编程与加工项目的学习，初步掌握数控车床加工的主要步骤和合理的工艺路径，能正确使用数控系统的复合循环指令编制内、外圆轮廓的粗、精加工程序。能正确运用数控系统仿真软件,校验编写的零件数控加工程序,并完成零件的加工。 一、项目导入 用数控车床完成图2-1所示球形轴零件加工。材料为铝,毛坯为φ40×100mm,按照图样要求完成节点、基点计算,设定工件坐标系, 要求设计数控加工工艺方案，编制机械加工工艺过程卡、数控加工工序卡、数控车刀具调整卡、数控加工程序卡，进行仿真加工，优化走刀路线和程序。(以华中数控系统指令编程)。 本项目以含圆弧面典型零件为例，说明在数控车削加工中,如何制订含圆弧面零件的数控加工工艺,编制其数控加工程序。 图2-1 球形轴零件 二、相关知识 （一）车圆弧面的走刀路线设计 数控车床加工中，不论是手工编程还是自动编程，在编程前都要对加工零件进行工艺分析，并把加工零件的全部工艺过程、工艺参数、刀具参数和切削用量及位移参数等编制成程序，以数字信息的形式存储在数控系统的存储器内，以此来控制数控机床进行加工。在数控车床上加工圆弧时，一般需要多次走刀，先粗车将大部分余量切除，最后一次走刀精车出圆弧。 1．阶梯切削法 如图2-2所示，即先粗车成阶梯，最后一次走刀精车出圆弧。此方法在确定了每刀背吃刀量ap后，必须精确计算出每次走刀的Z向终点坐标，即求圆弧与直线的交点。这种方法的优点是刀具切削的距离较短，缺点是数值计算较繁，编程的工作量较大。 图2-2 阶梯走刀路线 当工件的加工余量较大时，有两种加工路线，如图2-3所示。图2-3（a）与图2-3（b）比较，在同样背吃刀量ap的条件下，采用图2-3（a）方式时，粗加工后所剩的余量较多，且不均匀；图2-3（b）按1→3的顺序切削，每次切削所留余量相等。此外，还可以采用依次从轴向和径向进刀的方式，顺着工件毛坯轮廓进给的路线，如图2-4所示，粗加工后所剩的余量较均匀。 图2-3 大余量毛坯的阶梯切削路线 2．同心圆弧切削法 如图2-5所示，即先按不同半径的同心圆来车削，然后将圆弧加工出来。此方法在确定了每刀背吃刀量ap后，必须精确计算出每个圆弧的起点和终点坐标。这种方法的优点是数值计算简单，编程方便，缺点是当圆弧半径较大时，刀具的空行程时间较长。 3．移心圆弧切削法 如图2-6所示，即按半径相同，但圆心不同的圆弧来车削。此方法在确定了每刀背吃刀量ap后，必须精确计算出每个圆弧的圆心坐标或圆弧的起点和终点坐标。这种方法的优、缺点与同心圆弧切削法相同。 图2-4 轴向和径向进刀路线 图2-5 同心圆弧走刀路线 4．圆锥切削法 如图2-7所示，即先车一个圆锥（将图2-7中剖面线部分切除），再车圆弧。采用此方法时，要注意圆锥起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆弧表面，也可能将余量留得过大。这种方法的优点是刀具切削路线短，缺点是数值计算较繁琐。 图2-6 移心圆弧切削法 图2-7 圆锥法切削路线 5．特殊切削法 一般情况下，在数控车削加工中，Z轴方向的进给运动都是沿着负方向进给的，而有时按其常规的负方向安排进给路线并不合理，甚至可能车坏工件。 例如，当采用尖形车刀加工大圆弧外表面零件时，安排如图2-8所示的两种不同的进给方法，其结果也不相同。 对于图2-8（a）所示的第1种进给方法（负Z走向），因切削时尖形车刀主偏角为100°～105°，这时切削力在X向的较大分力Fp，将沿着图2-9所示的正X方向作用，当刀尖运动到圆弧的换象限处，即由负Z、负X向负Z、正X变换时，吃刀抗力Fp与传动横拖板的传动力方向相同，若螺旋副间有机械传动间隙，就可能使刀尖嵌入零件表面（即扎刀），其嵌入量在理论上等于其机械传动间隙量。即使该间隙量很小，由于刀尖在X向换向时，横向拖板进给过程的位移量变化也很小，加上处于动摩擦与静摩擦之间呈过渡状态的拖板惯性的影响，仍会导致横向拖板产生严重的爬行现象，从而大大降低零件的表面质量。 图2-8 两种不同的进给方法 对于图2-8（b）所示的第2种进给方法，当刀尖运动到圆弧的换象限处，即由正Z、负X，向正Z、正X方向变换时，吃