项目1任务6凹槽加工及切断.doc

图8-8-1 各种槽形状及位置
8．8切槽、切断工艺及编程
8．8．1 凹槽加工工艺要点
1．凹槽形状、位置、尺寸
凹槽加工是CNC车床加工的一个重要组成部分。工业领域中使用有各种各样的槽，主要有工艺凹槽及油槽等，也有凹槽作为带传动电动机的滑轮，如V形槽，或用于填充密封橡皮的环槽等。常见沟槽加工位置有：在外圆面上加工沟槽；在内孔面上沟槽；在端面上加工沟槽。见图8-8-1)。
凹槽加工尺寸包括槽的位置、槽的宽度和深度以及各拐角的情况。如图8-8-5所示为常见凹槽的标注方法，以端面为基准标注位置尺寸25，凹槽的宽度都是用尺寸4表示，凹槽深度φ24。

图8-8-2切槽刀基本结构形状
2．凹槽加工刀具
凹槽加工刀具有高速钢切槽刀，或是安装在特殊刀柄上的硬质合金刀片的可转位切槽刀。
如图8-8-2，在圆柱面上加工的切槽刀，刀以横向进给为主，前端的切削刃为主切削刃，两侧的切削刃是副切削刃。
凹槽加工刀片的类型各种各样，凹槽加工刀具的参考点通常设置在凹槽加工刀片的左侧。如图8-8-3分别为凹槽加工刀片组装的外圆切槽刀、内切槽刀、切断刀。
3．切槽刀具选用
加工槽时，主切削刃宽度不能大于槽宽，主切削刃太宽会因切削力太大而振动，可以使用较窄的刀片经过多次切削加工一个较宽槽，主切削刃太窄又会削弱刀体强度。
刀片长度要略大于槽深，刀片太长，强度较差，在选择刀具的几何参数和切削用量时，要特别注意提高切槽刀的强度问题。

图8-8-3 外圆切槽刀、内切槽刀、切断刀
切槽刀安装时，不宜伸出过长，同时切槽刀的中心线必须装得与工件中心线垂直，以保证两个副偏角对称。主切削刃必须装得与工件中心等高。
8．8．2 简单凹槽切削工艺编程
简单的凹槽就是其刀片切削刃宽度等于槽宽的槽，不需要倒角，尺寸精度要求不高，如图8-8-4所示。
这种凹槽的编程很直接：快速移动刀具至起始位置并进给运动至槽深，刀片在凹槽底部做短暂的停留，然后快速退刀至起始位置，这样凹槽就完成了加工。
下面的程序O8801中，使用与凹槽宽度相等的标准4mm方形凹槽加工刀片，凹槽深度为2mm：
08801 (简单凹槽加工程序)

图8-8-4简单凹槽实例—刀片宽度等于槽宽
G21 G98
……
N33 T0303 (调用第3号刀具)
N34 G97S650 M03
N35 G00 X36 Z-25 M08 (到达切削起始点)
N36 G01 X16 F40 (进刀至凹槽底部)
N37 G04 X0.4 (在槽底暂停0.4S)
N38 X36 F400 (从槽底退刀)
N39 G00 X100 Z100
N40 M05
N41 M30 (程序结束)
虽然这个特定的凹槽加工实例很简单，但是仍然可以从中得到很多东西，它包含凹槽加工工艺、编程方法的几个重要原则：
①注意凹槽切削前起点与工件间的安全间隙，本例刀具位于工件直径上方3mm处。
②凹槽加工的进给率通常较低。
③简单的凹槽加工的实质是成型加工，刀片的形状和宽度就是凹槽的形状和宽度，这也意味使用不同尺寸的刀片就会得到不同的凹槽宽度。

图8-8-5 精确凹槽加工实例—刀片宽度小于槽宽

8．8．3 精确凹槽加工技术
1．精确凹槽加工基本方法
简单进退刀加工出来的凹槽不会很好，凹槽的侧面比较粗糙，其外部拐角非常尖锐且宽度取决于刀具的宽度和磨损情况。大多数的加工任务中并不能接受这样的凹槽加工结果。
要得到高质量的槽，凹槽需要分粗、精加工。用比槽宽小的刀具粗加工，切除大部分余量，在槽侧及槽底留出的精加工余量，然后对槽侧及槽底进行精加工。
如图8-8-5的工件槽结构，槽由尺寸25定位，槽宽4mm，槽深至φ24，槽口有C1的倒角。
拟用尺寸用比槽宽小，刃宽为3mm的刀具粗加工，刀具起点设计在S1点（X32，Z-24）。向下切除如图所示的粗加工区域，同时在槽侧及槽底留出0.5的精加工余量。
对槽的左右两侧分别进行精加工，并加工出C1的倒角。
槽左侧及倒角精加工起点设在倒角轮廓延长线的S2点（左刀尖与到达S2），刀具沿倒角和侧面轮廓切削到槽底，抬刀至φ32。
槽右侧及倒角精加工起点设在倒角轮廓延长线的S3点（右刀尖与到达S3），刀具沿倒角和侧面轮廓切削到槽底，抬刀至φ32。
2. 凹槽公差控制
若凹槽有严格的公差要求，精加工时可通过调整切槽刀的X向和Z向的偏置补偿值方法得到较高要求的槽深和槽宽尺寸。
加工中经常遇到并对凹槽宽度影响最大的问题是刀具磨损。随着刀片的不断使用，它的切削刃也不断磨损并且实际宽度变窄。其切削能力没有削弱，但是加工出的槽宽可能不在公差范围内。消除尺寸落在公差带之外的方法是在精加工操作时使用调整刀具偏置值的方法。
假定在程序中，以左刀尖为刀位点，对槽的左右两侧分别进行精加工使用同一个偏移量，如果加工中由于刀具磨损而使槽宽变窄，在不换刀的情况下，正向或负向调整Z轴偏置，将改变凹槽相对于程序原点位置，但是不能改变槽宽。
若要不仅能改变凹槽位置，又能改变槽宽，则需要控制凹槽宽度的第二个偏置。
设计左侧倒角和左侧面使用一个偏置(03)进行精加工，右侧倒角和右侧面则使用另一个偏置，为了便于记忆，将第二个偏置的编号定为13。
3. 图8-8-5工件凹槽精确加工程序
08802(精确凹槽加工程序)
G21 G98
……
N41 T0303 (调用第3号刀具(偏置03))
N42 G96 S40 M03
N43 GOO X32 Z-24.5 M08 (刀具左刀尖到达S1)
N44 G01 X25 F40
N45 GOO X32 (刀具左刀尖回到S1)
N46 W-2.5 (偏置为03时切削槽左侧,刀具左刀尖到达S2)
N47 G01 U-4 W2 F30
N48 X24
N49 Z-24.5
N50 X32 F200
N51 W2.5 T0313 (偏置13时切削槽右侧,刀具右刀尖到达S3)
N52 G01 U-4 W-2 F30
N53 X24
N54 Z-24.5
N55 X32 Z-24.5 F200 T0303 (刀具偏置重新为03)
N56 GOO X100 Z100 M09
N57 M30
％
在上述的精确槽加工程序中，一把刀具使用了两个偏置，其目的是控制凹槽宽度而不是它的直径。基于程序实例O8802，应注意以下几点。
①开始加工时两个偏置的初始值应相等(偏置03和13有相同的X、Z值)。
②偏置03和13中的X偏置总是相同的，调整两个X偏置可以控制凹槽的深度公差。

图8-8-6 G75槽切削复合循环路线
③要调整凹槽左侧面位置，则改变偏置03的Z值。
④要调整凹槽右侧面位置，则改变偏置13的Z值。
8．8．4 G75沟槽复合循环
1. G75槽切削复合循环特点：
Fanuc数控车床有两种用于啄式切削的复合循环G74和G75， G74用于沿Z轴切削并且多用于啄式进给式钻孔，G75用于沿X轴切削并多用于简单凹槽加工。
如图8-8-6，G75主要用于凹槽加工，沿X轴切削时，刀具不直接进给切削到槽底，而是X向进给切削一段距离，然后，向相反方向快速后退一小段距离，再进给切削，再快速后退……，如此反复，直到槽底。可形象地称为啄式切削（如同啄木鸟啄洞），其主要目的是断屑，这种加工动作特点在深槽粗加工和切断操作中很有用。
当刀具沿X向啄式切削槽底后，刀具后退到凹槽之上位置，然后刀具可按指定的Z向移动量，移动到另一Z向位置后，将进行下一次X向啄式切削，如此反复，直到完成指令的凹槽切削任务。
根据G75切削循环的特点，G75切削循环常常用于深槽、切断、宽槽、等距多槽切削，但不用于高精度槽的加工。当G75用于径向啄式钻孔时，需配备动力刀具。
2. G75切削循环指令格式：
G75的动作及参数如图8-8-5所示，格式如下：
G75 R(e)
G75 X (U) Z (W) P ‥Q ‥ R(d) F‥；
格式中各参数含义如下：
R(e)
X向啄式切削每次退刀量
Z (w)
X (u)
最终凹槽槽底直径
最终凹槽Z向位置值
P
X向
啄式切深
Q
Z向
槽间距
R(d)
切削到槽底的退刀量
(可以缺省)。

图8-8-7 G75循环槽切削区域
注意点：
①如图8-8-7所示，G75循环的切削区域由两个部分组成：一是由刀具起点与最终切削槽的角点决定的矩形区域，二是与刃宽相等的槽。可见，切削区域大小由刀具起点、槽最终角点、刀具刃宽决定。
②G75循环执行完毕后，刀具的刀位点重回到刀具起点。G75循环的刀具起点选择要慎重，X向位置的选择要保证刀具与工件有一定的安全间隙，Z向位置与槽右侧相差一个刃宽。
3. G75切削循环用于宽槽编程示例
如图8-8-8的工件槽结构是一个较宽的径向槽，槽由尺寸55 mm定位，槽宽40mm，槽深10 mm，从φ50至φ30，非常适合用G75循环编程加工。
拟用刃宽为4mm的外切槽刀具加工，刀具起点设计在S点（X54，Z-19），刀具在X向与工件有2mm的安全间隙，刀位点Z向位置与槽右侧相差刃宽4 mm。
槽最终角点坐标：（X30；Z-55）。
设计X向啄式切深3 mm，Z向槽间距3 mm，相邻两刀有1 mm的重叠量。
用G75切削宽槽程序O8803示例如下：
08803(宽槽切削)

图8-8-8 G75切削较宽的径向槽图例
G21 G98
……
N51 T0303
N52 G96 S40 M03
N53 GOO X54 Z-19 M08
N54 G75 R1.；
N55 G75 X30.Z-50.P3000 Q3000 F50；
N56 GOO X100 Z100 M09；
N57 M05；
N58 M30；
％
4． G75切削循环用于等距多槽编程示例
如图8-8-9的工件槽结构是等距多个径向槽，第一个槽由尺寸10定位，共有5个槽，槽间距6mm，槽宽4mm，槽深5 mm (从φ40至φ30)。对等距多个径向槽亦可用G75循环编程加工，给编程带来方便。
设槽的精度要求不高，各槽拟用刃宽为4mm的外切槽刀一次加工完成，刀具起点设计在S点（X42，Z-14），刀具在X向与工件有1mm的安全间隙，刀具Z向处于起始位置时，刀刃与第一个槽正对。
最后槽最终角点坐标：（X30；Z-54）。
设计X向啄式切深2mm，Z向槽间距6 mm。

图8-8-9 G75切削轴向等距槽工件
用G75切削宽槽程序O8804示例如下：
O8804
N10 T0202 ；切槽刀，刃口宽4 mm
N20 G0 X42.Z-10.S300 M3；
N30 G75 R1.；
N40 G75 X30.Z-50.P3000 Q10000 F0.1；
N50 G00 X100 Z100；
N60 M05
N70 M30；
注意：
利用G74、G75指令循环加工后，刀具回循环的起点位置。切槽刀要区分是左刀尖还是右刀尖对刀，防止编程出错。
8．8．5 子程序在多槽加工中的应用实例
如图8-8-10的工件槽结构是不等距多个径向槽，共有3个相同槽，第一个槽由尺寸14定位，第二个槽由尺寸33定位，第三个槽由尺寸45定位。
本例中，单个槽的加工就比较复杂，如果槽宽、槽深有公差要求，单个槽的加工程序就更加复杂。对不等距多个径向槽不可用G75循环来简化编程，如果在程序中重复书写不同位置但相同结构大小槽的加工程序，显然是比较繁琐的，在这种情况，我们可用调用子程序的方法来简化编程。编写相同槽的加工程序作为子程序，以便在主程序中重复调用。其方法如下：
1．编写槽加工子程序
如图8-8-10，单个槽的加工方法设计如下：
设各槽拟选用刃宽为3mm的外切槽刀，刀位点在左刀尖。刀具槽加工的初始位置在S点，调整左刀尖到达粗加工起点S1点，向下切除图示粗加工区域，槽底留出0.5的精加工余量。然后，对槽的左右两侧斜面分别加工。
槽左侧斜面加工起点设在斜面轮廓延长线的S2点（左刀尖与到达S2），刀具沿斜面轮廓切削到槽底，抬刀至S点径向位置。
槽右侧斜面加工起点设在斜面轮廓延长线的S3点,调整右刀尖与到达S3，刀具沿斜面轮廓切削到槽底，抬刀至S点径向位置。调整左刀尖回到S。

图8-8-10 G75切削径向均布槽工件
O8805 (切槽及倒角子程序)
W0.5 ； (左刀尖从S→S1)
G01 X21 F30 ；
G00 X32 ； （左刀尖→S1）
W-2.68 ； (S1→S2)
G01 X20 W2.18 ；（左侧斜面加工）
G00 X32 ；（左刀尖→S）
W3.18 ； (右刀尖→S3)
G01 X20 W-2.18 ；（右侧斜面加工）
G00 X32 ；
W1 ； (左刀尖→S点)
M99
2．编写槽加工主程序
O8806;
……
G96 M03 S60 T0303;
G00X32.Z-14. M08;
M98 P8805
G00 Z-33
M98 P8805
G00 Z-45
M98 P8805
G00 X100 Z100
M05
M30;
8．8．6 切断
1. 切断工艺
(1) 切断工艺特点
切断是车床的常见加工操作。切断与凹槽加工的目的略有区别，因为切断是从棒料上分离出完整的工件，而凹槽加工是在工件上加工出有一定宽度、深度和精度的槽。
⑵ 切断刀及选用
切断刀的设计与切槽刀相似，它们之间有一个主要区别，切断刀的伸出长度比切槽刀要长得多，这也使得它可以适用于深槽加工。
切断刀刀刃宽度及刀头长度，不可任意确定。
切断刀主切削刃太宽，会造成切削力过大而引起振动，同时也会浪费工件材料；主切削刃太窄，又会削弱刀头强度，容易使刀头折断。通常，切断钢件或铸铁材料时，可用下面公式计算
a=(0．5～0．6)
式中a——主切削刃宽度(mm)； D——工件待加工表面直径。
切断刀太短，不能安全到达主轴旋转中心；刀具过长则没有足够的刚度，且在切断过程中会产生振动甚至折断。 刀头长度L，可用下列公式计算
L=H+(2～3)
式中 L——刀头长度(mm)； H——切入深度(mm)。
⑶ 切断刀安装
切断刀安装时，切断刀的中心线必须与工件轴线垂直，以保证两副偏角对称。切断刀主切削刃，不能高于或低于工件中心，否则会使工件中心形成凸台，并损坏刀头。
⑷ 切断工艺要点
如同切槽一样，冷却液需要应用在刀刃上，使用的冷却液应具有冷却和润滑的作用，一定要保证冷却液的压力足够大，尤其是加工大直径棒料时，压力可以使冷却液到达刀刃并冲走堆积的切屑。
当切断毛坯或不规则表面的工件时，切断前先用外圆车刀把工件车圆，或开始切断毛坯部分时，尽量减小进给量，以免发生“啃刀”。
工件应装夹牢固，切断位置应尽可能靠近卡盘，当切断用一夹一顶装夹工件时，工件不应完全切断，而应在工件中心留一细杆，卸下工件后再用榔头敲断。否则，切断时会造成事故并折断切断刀。
切断刀排屑不畅时，使切屑堵塞在槽内，造成刀头负荷增大而折断。故切断时应注意及时排屑，防止堵塞。
2．切断实例：
以图8-8-8工件的切断为例，当工件其它结构加工完毕后，选用刃宽为4mm的切断刀，选择(X54，Z-89)为切断起点。切断点X向应与工件外圆有足够的安全间隙。Z向坐标与工件长度有关，又与刀位点选择在左或右刀尖有关。
如图8-8-11，设刃宽为4mm切断刀的刀位点为左刀尖时，切断的起始点的位置坐标为（X54，Z-64）；刀位点为右刀尖时，切断的起始点的位置坐标为（X54，Z-60）。选择切断刀左刀尖为刀位点，快速移动刀具到切断的起始点的位置。刀具的切断时可用G01方式直接切断工件，如果切深大还可用G75啄式切削方式。
切断时切削速度通常为外圆切削速度的60%～70%，进给量一般选择0.05～0.3mm/r。
用G01、G75方式切断程序分别如下：

图8-8-11 G75切削径向均布槽工件
08807(切断刀G01切断)
G21 G98
……
N61 T0404
N62 G96 S40 M03
N63 GOO X54 Z-89 M08
(刀具左刀尖到达起点)
N64 G01 X0 F50；
N65 G00 X54；
N66 GOO X100 Z100 M09；
N67 M05；
N68 M30；
％
08808(切断刀G75切断)
G21 G98
……
N61 T0404；
N62 G96 S40 M03；
N63 GOO X54 Z-89 M08； (刀具左刀尖到达起点)
N64 G75 R1.；
N65 G75 X0. P3000 F50；
N66 GOO X100 Z100 M09；
N67 M05；
N68 M30；
3．用切断刀先切倒角，再切断实例
如图8-8-10，当工件的右端面上有倒角要求时，一般加工方法是：先切断，然后，掉头装夹车端面，保证Z向尺寸，再车倒角。
当工件Z向尺寸要求不是很高情况下，切断刀切断工件前，可用切断刀先切倒角，然后切断工件，这样的好处是：免除掉头装夹车端面、倒角的麻烦。
加工技巧总结如下：
①刀具先切削一定深度的槽，槽的深度应大于倒角宽度。
②刀具X向退到槽口上方，调整刀具右刀尖到倒角轮廓的起点
③刀具右刀尖沿倒角轮廓切削，在随后切断工件。
④刀具返回起始位置。
以图8-8-10工件的切断并切倒角为例，选用刃宽为3mm的切断刀，选择(X34，Z-63)为切断起点，如图(a)刀具先切削4mm深度的槽，然后，刀具X向退到起点，调整刀具右刀尖到倒角轮廓的延长线上的一点，用右刀尖沿倒角轮廓切削，最后切断。程序如下：
08809(切断刀先切倒角，再切断)

图8－8－12 切断刀先切倒角，再切断
……
T0404
G96 S40 M03 M08
GOO X34 Z-63 (左刀尖到起点)
G01 X22 F50；
G00 X34；
G00 Z-59；（此时，右刀尖在Z-56）
G01 U-4 W-2 F30（切倒角）
G01 X0
G01 X34 F200
GOO X100 Z100 M09；
M05；
M30；