项目三任务一带非圆曲面零件的加工图3-2手柄 使用GSK980TD系统数控车床加工如图3-2所示手柄，工件毛坯为40mm100mm，工件材料为45钢。一、宏程序及其应用图3-3主程序与宏程序之间的关系 用户宏程序(简称宏程序或用户宏)是加工编程的重要补充，是提高数控机床性能的一种特殊功能。与普通程序相比，宏程序的最大特点是：除通常使用的编程指令外，宏程序还可以使用变量、算术和逻辑运算指令及条件转移等控制指令，可使得程序更加灵活、方便、适用，从而可实现普通编程难以实现的功能。二、 GSK980TD系统宏变量及宏指令 GSK980TD系统提供了类似于高级语言的宏指令。宏指令可以实现变量赋值、算术运算、逻辑判断及条件转移，利于编制特殊零件的加工程序，减少手工编程时进行繁琐的数值计算，精简了用户程序。1.宏变量(1)变量的表示变量由符号#和变量序号组成，如#i(i=200，202，203，)。(2)变量的引用将跟随在地址符号后的数值用变量来代替的过程称为变量的引用。1)用变量置换地址后的数值。2)用变量置换变量。(3)变量的种类根据变量号的不同，变量分为公用变量和系统变量，它们的用途和性质都不同。1)公共变量。2)系统变量。1.宏变量表3-1系统变量#1000#1015接口输入信号的定义表3-2系统变量#1100#1105接口输出信号的定义2.宏指令2.宏指令 GSK980TD系统宏指令包括运算指令和转移指令，其一般指令格式为G65HmP#iQ#jR#k； 其中，m为运算指令或转移指令功能，其数值见表3-3；#i为存入运算结果的变量名；#j为进行运算的变量名1，也可以是常数；#k为进行运算的变量名2，也可以是常数。(1)运算指令运算指令为表3-3中的H01H34，各指令的格式与功能见表3-3，此处不再赘述。(2)转移指令宏程序的转移指令为表3-3中的H80H86，分为无条件转移和条件转移两类。1)无条件转移指令。2)条件转移指令。例3-1如图3-4所示带抛物线型面的工件，材料为45钢，试用宏程序编写曲面的精车程序。2.宏指令表3-3GSK980TD系统宏指令2.宏指令图3-4带抛物线型面的工件例3-1如图3-4所示带抛物线型面的工件，材料为45钢，试用宏程序编写曲面的精车程序。例3-2图3-5所示为带双曲线型面的工件，材料为45钢，试用宏程序编写曲面的精车程序。图3-5带双曲线型面的工件一、分析零件图样、制订工艺过程1.零件图工艺分析 该工件由椭圆、圆柱面、凸圆弧、外螺纹等表面组成。其中24mm、32mm、38mm等多个直径尺寸有较严的尺寸精度要求。工件材料为45钢，毛坯尺寸为40mm80mm，无热处理和硬度要求。对图样上给定的几个精度要求较高的尺寸，因其公差较小，故编程时不必取平均值，而全部取其基本尺寸即可。2.确定定位夹紧方法(1)定位基准遵循基准统一原则，确定坯料轴线和左端大端面为定位基准。(2)装夹方法由于毛坯选用40mm80mm的棒料，属于较短的轴类，采用三爪自定心卡盘装夹毛坯外圆。3.制定加工方案1)粗车工件左端24mm外圆、R4mm圆弧、32mm、38mm外圆。2)精车工件左端24mm外圆、R4mm圆弧、32mm、38mm外圆。4.选择刀具1)粗车外轮廓选用90硬质合金右偏刀，刀尖圆弧半径为0.4mm。2)精车外轮廓选用90硬质合金右偏刀，刀尖圆弧半径为0.2mm。3)车槽选用硬质合金车槽刀(刀宽为4mm)，以左刀尖点为刀位点。4)车螺纹选用硬质合金60外螺纹车刀。5.确定切削用量(1)背吃刀量的选择轮廓粗车循环时选ap=1.5mm，精车循环过程ap=0.3mm。(2)主轴转速(n)的选择车直线和圆弧时，粗车时主轴转速为800r/min、精车时主轴转速为1200r/min。(3)进给速度(vf)的选择5.确定切削用量表3-4非圆曲面零件加工工艺卡5.确定切削用量图3-6椭圆粗加工路线由于循环指令中不能含有宏程序，所以粗加工椭圆时采用直线逼近法，利用CAD绘图软件画出几段逼近椭圆轮廓的直线，注意不能过切，如图3-6所示。三、编制程序以每次装夹后的工件右端面中心为工件坐标系原点，轮廓综合实训三加工程序见表3-5。表3-5非圆曲面零件加工程序任务二薄壁零件的加工一、影响薄壁零件加工精度的因素1.易受力变形 薄壁零件壁薄、刚性差，在夹紧力的作用下及松夹后的弹性恢复下容易产生变形，从而影响零件的尺寸精度和形状精度。图3-9所示为加工薄壁内孔时的变形情况。图3-9a所示为工件在夹紧力作用下的变形，图3-9b所示为夹紧时车削出来的内孔，图3-9c所示为松夹后工件因弹性恢复而产生的变形情况。图3-9薄壁零件的装夹变形a)夹紧后产生的变形b)车内孔时的正确形状c)弹性恢复后产生的变形2.易受热变形2.易受热变形 因工件壁较薄，切削热会使工件产生热变形。工件热膨胀变形的规律难以掌握，从而使工件的尺寸精度难以控制，其中工件的径向尺寸受切削热的影响较大。对于热膨胀系数较大的薄壁金属工件，如果在一次装夹中连续完成半精车和精车，则由切削热引起的热变形对其尺寸精度将会产生极大影响，有时甚至会使工件卡死在夹具上。在切削用量中，对切削热影响最大的是切削速度。因此，车削薄壁类零件时应降低切削速度。3.易产生振动和变形 在切削力(特别是径向切削力)的作用下，薄壁零件容易产生振动和变形，从而影响工件的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度。 在切削用量中，对切削力影响最大的是背吃刀量。因此，车削薄壁零件时应减小背吃刀量。由于薄壁零件不能采用较大的切削用量，故生产效率较低。二、薄壁零件的加工工艺1.增加切削工序以逐步修正由于材料去除所引起的工件变形 对于结构刚性较好的轴类零件，因去除材料而产生变形的问题不严重，一般只需安排粗车和精车两道工序。但对于薄壁零件至少要安排粗车、半精车、精车甚至更多道工序。在半精车工序中修正因粗车而引起的工件变形。如果半精车还不能消除工件变形，则要根据具体变形情况适当再增加工件切削工序。2.按粗、精加工划分工序并合理安排加工顺序 薄壁零件应按粗、精加工划分工序，以降低粗加工变形对工件的影响。对于内、外表面都要加工的情况，应首先完成全部内、外表面的粗加工，然后进行全部表面的半精加工，依此类推。这样虽然增加了走刀路线，降低了加工效率，但提高了加工精度。1)粗加工应优先考虑去除余量较大部位的加工余量。2)如果粗加工时工件上外圆和内孔需切除的余量相同，则先粗加工内孔。3)精加工时优先加工公差等级低的表面。3.合理确定装夹方式及夹紧力(1)装夹方式一般薄壁零件毛坯件的加工余量不是很大，这类零件很大程度上都是镁铝材料或是这类的合金铸件，铸造的不均匀和加工余量不大也给加工这类零件带来了诸多困难。(2)采用轴向夹紧方式薄壁零件轴向承载能力比径向大，应改变夹紧力的作用方向，如图3-10a所示为径向夹紧，图3-10b所示为轴向夹紧。(3)粗精车时宜采用不同的夹紧力粗精加工薄壁零件时宜采用不同的夹紧力，精车时的夹紧力应比粗车时小些。图 3-10薄壁套的夹紧方式a)径向夹紧b)轴向夹紧(4)增大装夹接触面积采用扇形卡爪、开缝套筒、开缝胀套、心轴或一些特制的软卡爪等装夹工件，可使接触面增大，从而可大大减小工件的夹紧变形，如图3-11所示。(5)正确选择夹紧力的作用点夹紧力的作用点应尽量选在夹具支撑点的对应部位或刚度较大的部位，并尽可能靠近工件的加工表面。(6)增加工艺肋对于某些薄壁零件，可在其装夹部位特制工艺加强肋，以增强此处刚性，减小夹紧变形。图3-11增大装夹接触面积a)扇形卡爪b)开缝套筒c)开缝胀套心轴4.合理选择刀具几何参数，尽量减小切削力 加工薄壁工件的刀具切削刃要锋利，一般采用较大的前角和主偏角，但是不能太大，否则会因刀头体积的减小而引起强度、刚度下降，散热性能变差，最终影响加工精度。刀具角度的取值与工件的形状、材质以及刀具自身的材料有关。精车薄壁零件时，刀柄的刚度要求高，刀具的修光刃不宜过长，刀具切削刃要锋利。5.合理选择切削用量 车削薄壁零件时，切削用量应该选较小值。应取较小的背吃刀量和进给量，降低切削速度，以减小切削力和切削热。但进给量太小，工件表面粗糙度值会太大。6.充分浇注切削液充分浇注切削液可降低切削温度、减小摩擦，从而减小切削力。例3-3加工如图3-12a所示薄壁套。毛坯为铸件，毛坯零件图如图3-12b所示。图3-12薄壁套加工a)薄壁套零件图b)毛坯零件图7.合理选取精加工余量(1)装夹方式及加工顺序1)采用开缝胀套或扇形软卡爪装夹外圆，粗车一个端面和内孔。2)采用专用夹具装夹内孔，粗车外圆和另一个端面。3)半精车外圆和一端面。4)半精车内孔和另一端面。5)精车内孔和一端面。6)精车外圆和另一端面。图3-13弹性心轴1心轴2、6锥套3、7定位销4工件5弹性套8螺母(2)刀具几何参数的选择精加工图3-12所示零件刀具几何参数的选择如图3-14所示。图3-14刀具几何参数的选择a)外圆精车刀b)内孔精车刀(3)切削用量选择精车时切削用量的选择可参考表3-8。表3-8薄壁套精车时切削用量参考值三、薄壁类零件的编程 根据薄壁类零件的加工工艺分析，编程时一定要注意：增加切削工序，按粗精加工划分工序并合理安排工序间的顺序，正确选择程序中的切削用量。任务三偏心工件的加工任务三偏心工件的加工图3-16偏心轴 使用GSK980TD系统数控车床加工图3-16所示的偏心轴，工件毛坯尺寸为30mm90mm，工件材料为45钢。一、在自定心卡盘上车削偏心工件 长度较短、形状比较简单且精度要求不是很高的偏心工件可在自定心卡盘上车削。加工的关键在于，采取适当措施，也就是把需要加工部分的轴线找正到与车床主轴轴线重合。1.车削步骤(1)首先将偏心工件中不偏心的外圆车好。(2)然后在三个卡爪中的任意一个卡爪与工件接触面之间垫上具有一定硬度的垫片。(3)找正并夹紧工件 1)找正工件外圆。2)找正偏心距。(4)首件试车检验对精度要求较高的偏心工件，必须进行首件试车检验，修正垫片厚度，直至合格后才可正式车削。图3-18找正偏心工件外圆a)用百分表找正工件外圆b)用划针盘找正工件外圆图3-17在自定心卡盘装夹a)在自定心卡盘的一个卡爪与工件接触面之间垫上垫片b)使用扇形垫片图3-19用百分表找正偏心距2.容易产生的问题和注意事项1)选择垫片的材料应有一定硬度，以防止装夹时发生变形。2)为了保证偏心轴两轴线间的平行度，装夹时应用百分表找正工件外圆，使外圆轮廓线与车床主轴轴线平行。3)工件安装后为了校验偏心距，可用百分表在圆周上测量：缓慢转动卡盘，观察径向圆跳动量是否为偏心距的两倍。4)按上述方法检查后，如偏差超出公差范围，应调整垫片厚度后方可正式车削。5)为防止硬质合金车刀刀头碎裂，车刀应有一定的刃倾角，背吃刀量应大一些，进给量应小一些。6)由于工件偏心，故在开车前车刀不能靠近工件，以防工件碰击刀尖。7)在自定心卡盘上车削偏心工件，一般仅适用于精度要求不是很高，偏心距在10mm以下的短偏心工件。3.误差分析 如果加工后的工件偏心距超出允许误差，原因主要有：公式计算的垫片厚度是近似值；试车后没认真检查并调整实际偏心距。二、在单动卡盘上车削偏心工件 精度要求不高、偏心距较小、工件长度较短、不便于两顶尖装夹且形状比较简单的单件或小批量偏心工件可以在单动卡盘上车削。在单动卡盘上车削偏心工件对操作者技术水平要求较高。 单动卡盘的外形如图3-20a所示。它的四个卡爪通过四个螺杆独立移动。它的特点是能装夹形状比较复杂的非回转体,如截面形状为正方形、长方形等工件，而且夹紧力大。由于其不能自动定心，所以装夹效率较低。装夹时必须用划针盘或百分表找正，使工件回转中心与车床主轴轴线对齐，图3-20b为用百分表找正外圆的示意图。图3-20用单动卡盘装夹工件a)单动卡盘b)用百分表找正1.用划线法找正车削偏心工件(1)车毛坯外圆与端面把工件毛坯车成一根光轴，应保证光轴两端面与轴线垂直，其垂直度误差将直接影响找正精度。(2)划线1)取下光轴，在轴的两端面和外圆上涂色。2)用划针先在端面与外圆上划两组与工件轴线等高并互相垂直的线。3)把工件转动90，用90角尺对齐已划好的端面线，再在端面和外圆上划另一组与工件轴线等高的水平线。4)划偏心圆。(3)找正把划好线的工件装夹在单动卡盘上，在装夹时，根据已划好的偏心圆来找正1)先调节卡盘的两爪，使其呈不对称位置，另外两爪呈对称位置，使工件偏心圆在卡盘中央。2)找正素线与偏心圆。(4)夹紧工件找正后紧固卡爪，将四个卡爪均匀夹紧。(5)车削1)粗车偏心圆。2)检查偏心距。1.用划线法找正车削偏心工件图3-21划线找正偏心圆图3-22装夹时尾座顶尖对准偏心圆中心1.用划线法找正车削偏心工件图3-23找正素线与偏心圆a)找正素线b)找正偏心圆图3-24用游标卡尺检测偏心距2.用百分表找正车削偏心工件图3-25用百分表找正工件素线2.用百分表找正车削偏心工件 划线法找正偏心工件存在划线误差和找正误差，只适用于加工精度要求不高的偏心工件。当偏心工件偏心距较小、加工精度要求较高时，用划线法找正加工显然是达不到精度要求的，此时必须用百分表来找正，一般可将偏心距误差控制在0.02mm以内。2.用百分表找正车削偏心工件(2)百分表进一步找正工件1)找正偏心圆轴线，使偏心圆轴线与车床主轴轴线重合。2)找正工件素线，使偏心轴两轴线平行。3)找正偏心距。(3)粗车偏心轴其操作要求、注意事项与用划针找正、车削偏心工件时相同。(4)检查偏心距当还剩0.5mm左右精车余量时，可按图3-26所示方法用百分表复检偏心距。(5)精车偏心圆外径图3-26用百分表复检偏心距3.容易出现的问题及误差产生的原因 用单动卡盘加工偏心工件最关键的是划线、打样冲眼以及装夹找正，所以导致工件出现误差超过公差的主要原因有：划针头部没有磨出1520的锥角，不够尖锐，导致划出的线条不够清晰和准确；打样冲眼不熟练或不准确；装夹找正时出现误差。三、在两顶尖间车削偏心工件图3-27在两顶尖间车削偏心工件 在两顶尖间车削偏心工件适用于加工较长的偏心工件。加工前先在工件两端画出中心孔和偏心部分的中心孔并加工出中心孔，然后用顶尖前后顶住即可车削，如图3-27三、在两顶尖间车削偏心工件图3-28在两顶尖间车削偏心工件时偏心距的测量 在两顶尖间车削偏心工件时偏心距的测量如图3-28所示，该方法适用于两端有中心孔、偏心距较小的偏心轴。偏心套的偏心距也可用这种方法测量，但需将偏心套装在心轴上才能测量。四、在双卡盘上车削偏心工件图3-29在双卡盘上车削偏心工件 该方法适用于加工长度较短、偏心距较小、数量较大的偏心工件。加工前先调整偏心距：先将一根加工好的心轴装夹在自定心卡盘上，并找正，然后调整单动卡盘，使心轴中心偏移一个工件的偏心距，卸下心轴，就可以装夹工件进行加工，如图3-29所示。 该方法的优点是加工一批工件只需找正一次偏心距；缺点是两个卡盘重叠一起，刚性较差。五、在花盘上车削偏心工件图3-30在花盘上车削偏心工件 先将工件外圆、两端面加工至要求后，在一端面上画好偏心孔的位置，然后用压板均布地把工件装夹在花盘上，压板应均布。用划针盘找正后压紧，即可车削，如图3-30所示。