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第三章 数控铣削加工工艺与编程第一节 数控铣削加工工艺序号：19课 题课题一数控铣床的适用范围及零件的相关分析课 时2目的要求初步了解数控铣床的适用范围，明确对零件进行工艺性分析的目的。知 识 点主要加工对象、零件的工艺分析。关 键 点零件的工艺分析教学进程设 计1简要介绍数控铣床的主要加工对象；2理清零件工艺性分析的相关内容。教学方法讲授、概括（多媒体教学）教具引用网络资源课后记述参考链接主要内容：一、数控铣床的主要加工对象数控铣床的主要加工对象有：1平面类零件2. 变斜角类零件3曲面类(立体类)零件。二、数控铣削加工工艺规程的制订数控加工程序不仅包括零件的工艺规程，还包括切削用量、走刀路线、刀具尺寸和铣床的运动过程等，所以必须对数控铣削加工工艺方案进行详细的制定。1数控铣削加工的内容（1）零件上的曲线轮廓，特别是由数学表达式描绘的非圆曲线和列表曲线等曲线轮廓；（2）已给出数学模型的空间曲面；（3）形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位；（4）用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内外凹槽；（5）以尺寸协调的高精度孔或面；（6）能在一次安装中顺带铣出来的简单表面；（7）采用数控铣削后能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动强度的一般加工内容。2零件的工艺性分析（1）零件图样分析1）零件图样尺寸的正确标注；2）零件技术要求分析；3）零件图上尺寸标注是否符合数控加工的特点。（2）零件结构工艺性分析1）保证获得要求的加工精度；2）尽量统一零件外轮廓、内腔的几何类型和有关尺寸；3）选择较大的轮廓内圆弧半径；4）零件槽底部圆角半径不宜过大；5）保证基准统一原则；6）分析零件的变形情况。（3）零件毛坯的工艺性分析1）毛坯应有充分、稳定的加工余量；2）分析毛坯的装夹适应性；3）分析毛坯的余量大小及均匀性。小结：数控铣床主要加工对象的特点、零件的工艺性分析。序号：20课 题课题二数控铣削工艺路线课 时2目的要求详细了解制定数控铣削工艺路线的各个环节，明确各项细则，掌握“合理”度。知 识 点加工方法、工序、加工顺序、装夹方案、进给路线、切入、切出、行切、环切。关 键 点加工方法、加工顺序、进给路线、切入、切出教学进程设 计1详细介绍数控铣削工艺路线的各个环节；2强调合理性；3举例引证。教学方法讲授、探究（多媒体教学）教具引用网络资源课后记述参考链接顺铣和逆铣主要内容：二、数控铣削加工工艺规程的制订3工艺路线的确定（1）加工方法的选择1）内孔表面的加工方法2）平面的加工方法3）平面轮廓加工方法4）曲面轮廓加工方法。（2）加工阶段的划分1）有利于保证加工质量；2）有利于及早发现毛坯的缺陷；3）有利于设备的合理使用。（3）工序的划分1）按所用刀具划分工序的原则；2）按粗、精加工分开，先粗后精的原则；3）按先面后孔的原则划分工序。（4）加工顺序的安排1）切削加工工序的安排a基面先行原则；b先粗后精原则；c先主后次原则；d先面后孔原则。2）热处理工序的安排a预备热处理；b消除残余应力；c最终热处理。3）辅助工序的安排4）数控加工工序与普通工序的衔接（5）装夹方案的确定（组合夹具的应用）（6）进给路线的确定加工路线的确定原则主要有以下几点：1）加工路线应保证被加工零件的精度和表面质量，且效率要高；2）使数值计算简单，以减少编程运算量；3）应使加工路线最短，这样既可简化程序段，又可减少空走刀时间。1）顺铣和逆铣的选择2）铣削外轮廓的进给路线（切入、切出）3）铣削内槽的进给路线（行切法、环切法）4）铣削曲面的进给路线小结加工顺序安排的原则、加工路线的确定原则。序号：21课 题课题三铣刀的选择与切削用量课 时2目的要求了解铣刀的材料、种类，合理选择刀具，确定切削用量。知 识 点刀具材料、铣刀种类、切削用量、切削速度、进给速度、背吃刀量、侧吃刀量关 键 点切削用量教学进程设 计1简要介绍数控铣刀的材料、种类；2重点讲解刀具选择的原则和例证；3从实际出发，详细说明切削用量的确定方法。教学方法讲授、参观（现场教学）教具引用刀具、图片课后记述参考链接铣削、铣床与铣刀、铣刀类型及加工部位、生产商主要内容：二、数控铣削加工工艺规程的制订4刀具选择（1）数控刀具材料：高速钢、硬质合金、陶瓷、金属陶瓷、金刚石、立方氮化硼、表面涂层。（2）数控铣削对刀具的要求：刚性好、耐用度高。（3）铣刀的种类：面铣刀、立铣刀、模具铣刀、键槽铣刀、鼓形铣刀、成形铣刀。（4）铣刀的选择减少刀具数量；一把刀具完成其所能进行的所有加工部位；粗精加工的刀具应分开使用；先铣后钻；先曲面精加工，后二维轮廓精加工。1）铣刀类型的选择2）铣刀参数的选择a面铣刀主要参数的选择标准b立铣刀主要参数的选择3）铣刀生产厂家的选择5切削用量的选择切削用量包括：切削速度（主轴转速）、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。粗加工时，首先选取尽可能大的背吃刀量；其次，根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量，最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度；精加工时，首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次，根据已加工表面的粗糙度要求，选择尽较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，选择较高的切削速度；（1）背吃刀量(端铣)或侧吃刀量(圆周铣)背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸；侧吃刀量ae为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸。（2）进给量与进给速度vf铣刀转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量fz( 单位为 mm/z) 的关系 ：（3）切削速度vc铣削的切削速度与刀具耐用度T 、每齿进给量fz 、背吃刀量ap 、侧吃刀量ae以及铣刀齿数Z成反比，与铣刀直径d成正比。小结铣刀的种类、切削用量的选择。序号：22课 题课题四数控铣削工艺设计课 时2目的要求加强分析、解决问题的能力，提高工艺设计的水平。知 识 点工艺路线、合理设计关 键 点工艺路线教学进程设 计1简述零件结构特点；2分析精度要求；3提出问题，开拓思路，分组讨论，总结；4确认工艺方案。教学方法讨论、探究（现场、多媒体教学）教具引用挂图课后记述参考链接主要内容：三、数控加工工艺路线设计实例 止推块工艺图 铣削加工夹具止推块零件图1零件分析（1）进口轴承止推块的结构特点：止推块两侧是圆弧边且均有两圆弧槽，止推块非合金端面有一与中心线偏离3的凸台。（2）精度要求1）尺寸精度高，止推块厚度尺寸为12.90.008(mm)，非合金端面表面粗糙度Ra1.6m；2）位置精度要求高，非合金端面对合金端面的平行度误差不超过0.01mm。加工难点：磨削时如何装夹工件；如何加工止推块的外形；铣两侧圆弧槽时如何装夹工件；铣两侧圆弧采用何种刀具；圆弧槽尺寸如何测量。2加工工艺过程的制定（1）下料工艺路线：备料锻造加工。工艺要求将材料锻成一整圆毛坯，加工后将整圆切开成块，整圆料的大小需根据加工要求确定，止推块工艺图尺寸再加上余量。D=2R0+20；D1=2(R0-H3)-10；D2=2R0+10；H1=H4+5d根据具体工件，考虑后续加工装夹来确定。止推块厚度12.9mm，整圆加工留出工艺夹头，h=H5+20，以便整圆加工易装夹。（2）加工工艺（3）加工浇注合金车外圆及合金面磨非合金端面检查合金结合面铣凸台、铣外型铣圆弧槽检验。1) 按图加工后，将合金浇注在环型槽内。2) 将外圆及合金端面车至图样要求，内孔车光，加工非合金端面留磨量。3) 将非合金端面磨至图样要求，保证厚度( 图样要求厚度12.90.008mm)，非合金面粗糙度 Ra1.6m，平行度0.Olmm。由于图样尺寸精度、位置精度及表面质量要求高，必须采用磨削工序来控制其加工精度，而合金面不能磨。磨非合金端面时以合金面定位，由于合金面不导磁，不能被电磁盘吸住，可用在前序加工时，d和D1之间已留出的环形端面，将工件吸在电磁盘上，解决了磨削时的装夹问题。4) 检验合金与钢的结合面。5) 在数控立铣上钻径向孔，铣非合金端面上凸台。凸台与中心线偏离 3，径向孔与中心线偏离611。止推块外形两侧圆弧边的加工在普通铣床上不易实现，若按人工划线铣，手动控制，将引入人为误差，而且圆弧形面不易保证，加工周期长。将止推块外形加工安装在数控立铣上，将工件固定在回转工作台上，以外圆为基准找正，编程零点为工件回转中心，按程序铣外形， 解决了止推块外形加工问题。6) 加工两侧圆弧槽。加工止推块两侧圆弧槽必须解决三个问题：a.如何装夹工件；b.采用何种刀具；c.如何测量。止推块外形尺寸小，形状不规则，必须设计一种专用工装，保证工件在加工时相对于刀具及切削成形运动处于正确位置，不产生位移。为此，可设计一定位夹具，将止推块固定在夹具上压紧，夹具在机床上找正后固定，使工件在加工时处于正确的位置，加工时只需更换止推块，不再需要重复找正，使工件迅速准确安装，缩短辅助时间，提高劳动生产率。设计时将止推块放入与止推块外形一致的槽内，以限制止推块的移动，再用小压板压紧，以夹具侧面为基准找正、对刀，采用专用铣刀铣槽。夹具技术要求为槽形中心线与基准A平行度不超过0.Olmm。图样圆弧槽的尺寸R9.12，深4.5mm，加工时刀具不能与R7、深2.85mm的槽发生干涉，外购标准刀具中没有合适的刀具能加工此槽，必须设计专用刀具。根据图样结构与尺寸，设计专用铣刀。实践证明，采用此刀加工工件，效果很好。先加工完一侧的槽时，无法直接测量槽是否加工到图样要求，可将两侧槽距尺寸进行换算，计算出槽与工装A 基准面的距离，通过测量槽与工装基准面的距离，来控制槽尺寸是否达到图样要求。通过尺寸换算，解决槽的测量问题。小结毛坯加工浇注合金车外圆及合金面磨非合金端面检查合金结合面铣凸台、铣外型铣圆弧槽检验。第二节 数控铣床的程序编制序号：23课 题课题五基本指令课 时2目的要求通过介绍与数控铣床相关的基本指令，快速掌握本系统的初步功能。知 识 点工件坐标系设定指令、参考点、零点偏置、螺旋线插补关 键 点工件坐标系设定指令、参考点、零点偏置教学进程设 计1详细讲述工件坐标系设定指令指令；2分辨机床坐标系位置；3点的分析；4螺旋线插补指令介绍及用法。教学方法讲授（多媒体教学）教具引用网络资源课后记述参考链接数控机床中“点”的研究主要内容：一、坐标系统及相关指令1数控铣床的坐标系（1）机床坐标系（2）机床原点 机床坐标系原点（3）参考点机床上的固定点，由机械挡块或行程开关确定；建立机床坐标系。（4）工件坐标系 编程坐标系，距机床原点之向量为零点偏置。（5）工件原点 工件坐标系原点，也叫程序零点。2工件坐标系设定指令（1）工件坐标系建立指令 G92 X Y Z X、Y、Z为刀位点在工件坐标系中的初始位置，不产生位移。（2）坐标系偏置指令 G54（G54-G59）工件坐标系相对于机床原点的零点偏置，即坐标系的平移变换。需设置偏置值到机床偏置页面中，在程序中直接调用。3、坐标平面选择指令(G17、G18、G19)二、尺寸形式指令1绝对和增量尺寸编程(G90/G91)2公制尺寸/英制尺寸指令（G20/G21）三、常用的辅助功能四、刀具功能T、主轴转速功能S和进给功能F五、螺旋线插补指令该指令在进行圆弧插补的同时，沿垂直于插补平面的坐标方向做同步运动，构成螺旋线插补运动。格式：G17 G02/G03 X Y Z R（ I J ） K F其中：X Y Z螺旋线的终点坐标；I J圆心在X、Y轴上的坐标，是相对螺旋线起点的增量坐标；R螺旋线半径，与I、J形式两者取其一；K螺旋线的导程，为正值。小结强调机床原点、工件原点的概念和本节课所介绍的各种指令的格式。序号：24课 题实验三刀具补偿指令课 时2目的要求建立刀补的意识，理清概念内涵，掌握补偿方向的判定，达到灵活应用的目的。知 识 点刀具半径补偿、刀补建立、刀补取消、刀具长度补偿、补偿方向的判定关 键 点刀具半径补偿、补偿方向的判定教学进程设 计1为什么要进行刀具补偿？（补偿的意义）；2如何补偿？（补偿指令的使用）；3怎样判定补偿方向？（补偿方向的判定原则）；4使用补偿指令时，应注意什么？（应用举例）。教学方法讲授、演示、实验（现场、多媒体教学）教具引用数控机床课后记述此类指令极其重要，需加强训练。参考链接刀具半径补偿、刀具长度补偿主要内容：六、刀具补偿指令及其编程1刀具半径补偿（1）刀具半径补偿指令 (G41、G42、G40)格式 G41(G42) G00(G01) X_ Y_ D_； G40 G00(G01) X_ Y_ ；D_两位数：刀具半径补偿值所存放的地址，或刀具补偿值在刀具参数表中的编号；G40：刀具半径补偿取消，使用后，G41、G42指令无效。补偿方向的判定：沿刀具运动方向看，刀具在被切零件轮廓边左侧即为刀具半径左补偿，用G41；否则，便为右补偿，用G42指令。(2) 刀具半径补偿的过程1)刀补建立，刀具中心从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程；2)刀补进行，执行有G41、G42指令的程序段后，刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量；3)刀补取消，刀具离开工件，刀具中心轨迹要过渡到与编程重合的过程。（3）强调：1)补偿状态的进入、撤消，必须配用G00或G01指令，不能用G02或G03指令； 2)由于半径补偿的建立需要一个过程，所以补偿时补偿开始点的选择非常重要。3)G41、G42不能重复使用，G40必须和G41或 G42 成对使用。4)从刀具寿命、加工精度、表面粗糙度而言，顺铣的效果较好，因而G41使用较多。（4）灵活应用：a.直接用零件轮廓尺寸编程；b.刀具磨损、重磨、换刀后，更改刀具补偿参数；c.用同一程序，同一尺寸刀具，利用不同刀补值进行粗精加工；d.利用刀补值控制轮廓尺寸精度。2刀具长度补偿G43、G44（1）刀具长度绝对长度、相对于标准刀具的增量长度；长度补偿只和Z坐标有关。（2）刀具长度补偿指令格式 G43(G44) G00(G01) Z_ H_； G49 G00(G01) Z_ ；其中，G43为刀具长度正补偿，G44为刀具长度负补偿，H_中的两位数字，表示刀具长度补偿值所存放的地址，或者说是刀具长度补偿值在刀具参数表中的编号；G49为取消刀具长度补偿。另外，在实际使用中，也可不用G49指令取消刀具长度补偿，而是调用H00号刀具补偿，也可收到同样效果。无论是绝对坐标还是增量坐标形式编程，在用G43时，用已存放在刀具参数表中的数值与Z坐标相加，用G44时，用已存放在刀具参数表中的数值与Z坐标相减。（3）刀具长度补偿的工作使用刀具长度补偿是通过执行含有G43（G44）和H指令来实现的，同时我们给出一个Z坐标值，这样刀具在补偿之后移动到离工件表面距离为Z的地方。另外一个指令G49是取消G43（G44）指令的，其实我们不必使用这个指令，因为每把刀具都有自己的长度补偿，当换刀时，利用G43（G44）H指令赋予了自己的刀长补偿而自动取消了前一把刀具的长度补偿。（4）刀具长度补偿的两种方式1）用刀具的实际长度作为刀长的补偿（推荐使用这种方式）。使用刀长作为补偿就是使用对刀仪测量刀具的长度，然后把这个数值输入到刀具长度补偿寄存器中，作为刀长补偿。使用刀具长度作为刀长补偿的理由如下：首先，使用刀具长度作为刀长补偿，可以避免在不同的工件加工中不断地修改刀长偏置。这样一把刀具用在不同的工件上也不用修改刀长偏置。在这种情况下，可以按照一定的刀具编号规则，给每一把刀具作档案，用一个小标牌写上每把刀具的相关参数，包括刀具的长度、半径等资料。其次，使用刀具长度作为刀长补偿，可以让机床一边进行加工运行，一边在对刀仪上进行其他刀具的长度测量，而不必因为在机床上对刀而占用机床运行时间，这样可以充分发挥加工中心的效率。这样主轴移动到编程Z坐标点时，就是主轴坐标加上（或减去）刀具长度补偿后的Z坐标数值。2）利用刀尖在Z方向上与编程零点的距离值（有正负之分）作为补偿值。这种方法适用于机床只有一个人操作而没有足够的时间来利用对刀仪测量刀具的长度时使用。这样做当用一把刀加工另外的工件时就要重新进行刀长补偿的设置。使用这种方法进行刀长补偿时，补偿值就是主轴从机床Z坐标零点移动到工件编程零点时的刀尖移动距离，因此此补偿值总是负值而且很大。当使用不同类型及规格的刀具或刀具磨损时，可在程序重新用刀具长度补偿指令补偿刀具尺寸的变化，而不必重新调整刀具或重新对刀。刀长补偿对所有的刀具都适用，而刀具半径补偿则一般只用于铣刀类刀具。当铣刀加工工件的外或内轮廓时，就用得上刀具半径补偿，当用端面铣刀加工工件的端面时则只需刀具长度补偿。3实验验证具体步骤和方法见实验指导书。小结强调刀具补偿指令编程的注意事项，填写实验报告单。序号：25课 题课题六有关参考点、镜像、子程序的指令课 时2目的要求通过新的指令的学习，扩展应用范围，使程序编制更加简便、快速。知 识 点参考点、中间点、目标点、子程序、镜像关 键 点中间点、子程序、镜像教学进程设 计1明确回参考点指令的使用场合和动作特点；2重点讲解子程序的编写方法及应用；3说明镜像指令与各向坐标的变化；4应用举例。教学方法讲授（多媒体教学）教具引用网络资源课后记述参考链接主要内容：七、参考点相关指令1返回参考点检查指令G27 格式：G27 X Y Z ；检查机床能否准确返回参考点，非模态指令。执行时，刀具返回到G27指令后X、Y、Z坐标所指定的参考点在工件坐标系中的坐标值；刀具快速移动，接近指定参考点时自动减速，并在该点做定位校验，定位准确后操作面板上回零指示灯亮；某一方向上未准确回到参考点位置，对应指示灯不亮。2自动返回参考点指令G28 格式：G28 X Y Z ；使控制轴自动返回参考点，非模态指令。执行时，刀具经过G28指令后X、Y、Z坐标所指定的中间点，返回到参考点位置；刀具快速向中间点移动，并在中间点做定位校验，快速移动到参考点。中间点的作用是在返回过程中，控制快速运动的轨迹，避免“撞刀”。3从参考点返回指令G29格式：G29 X Y Z ；使刀具在返回参考点，经过G28指令所指定的中间点，快速移动到某一指定坐标点，非模态指令。执行时，刀具从参考点快速移动，经G28所指定的中间点，到达G29指令后X、Y、Z坐标所指定的目标点。该指令一般与G28指令成对使用。八、子程序主程序调用子程序，子程序返回主程序或上一级子程序。（1）子程序的格式子程序的格式与主程序相同，在子程序的开头后面编制子程序号，在子程序的结尾用M99指令返回主程序(有些系统用 RET 返回)。（2）子程序的调用格式常用的子程序调用格式有以下几种：1）M98 P其中，P后面的前3位为重复调用次数，省略时为调用一次；后4位为子程序号。 2）M98 PL其中，P后面的4位为子程序号；L后面的4位为重复调用次数，省略时为调用一次。（3）子程序的嵌套子程序调用另一个子程序， 称为子程序的嵌套。九、镜像加工指令镜像加工指令通常有以下几种形式：1关于X、Y或原点对称的工件，使用不同的G指令代码，如G11、G12、G13指令，分别代表X轴、Y轴或原点镜像；2关于X、Y对称的工件，使用不同M的指令代码，如M21、M22指令分别代表X轴、Y轴原点镜像, M23代表镜像取消；3关于X、Y或原点对称的工件，使用相同的指令代码，如G24指令表示建立镜像，由指令坐标轴后的坐标值指定镜像位置，G25指令表示镜像取消。不论哪种指令格式，当只对X轴或Y轴进行镜像时，切削时的走刀顺序（顺铣与逆铣），刀补方向，圆弧插补转向都会与实际程序相反。当同时对X轴和Y轴进行镜像（即关于原点镜像）时，走刀顺序，刀补方向，圆弧插补转向均不变。注意：使用镜像指令后必须进行取消，以免影响后面的程序。在G90模式下，使用镜像或取消指令，都要回到工件坐标系原点才能使用。否则，数控系统无法计算后面的运动轨迹，会出现乱走刀现象。这时必须实行手动原点复归操作予以解决。主轴转向不随着镜像指令变化。应用举例（略）详见P120、122。小结G27 X Y Z ；G28 X Y Z ；G29 X Y Z ；子程序的格式： ( 或P、%) M99M98 PM98 PL序号：26课 题课题七宏程序课 时2目的要求通过宏程序的学习，提高编制数控加工程序的技巧。知 识 点变量、赋值、运算符、条件、关系、表达式关 键 点变量、赋值、运算符教学进程设 计1建立变量的概念；2变量赋值；3用条件、关系、自循环构成程序体系；4宏程序的应用。教学方法讲授（多媒体教学）教具引用网络资源课后记述参考链接主要内容：十、宏程序宏程序是含有变量的程序。它允许使用变量、运算以及条件功能，使程序顺序结构更加合理。宏程序编制多用于零件形状有一定规律的情况下。用户使用宏指令编制的含有变量的子程序叫做用户