考工第五次培训窄槽和型腔的铣削

数控铣床工培训第五次课,窄槽和型腔的铣削（铣孔、内轮廓铣削、螺旋下刀、斜线下刀）,任务一铣削窄槽,槽类零件是铣削加工常见的一种零件。常见的槽有封闭槽和开口槽，封闭槽和开口槽在加工工艺上的区别主要在于刀具Z轴下刀方式有所不同。对于封闭槽来说，为了下刀方便一般选用键槽铣刀进行粗加工。按照形状不同还分别有燕尾槽、T型槽等不同类型的槽，这类槽的铣削加工一般需要采用成型刀具加工。窄槽是一种特殊的槽，有些窄槽的槽宽尺寸很小，槽深尺寸很大，由于工艺条件限制一般不会选用铣削加工，通常需根据槽的结构、尺寸采用数控线切割机床或数控电火花机床加工。有些窄槽适合铣削加工，但这类槽的加工对刀具有特殊要求，甚至需要定制刀具，由于槽宽尺寸限制，需选用或定制直径较小的刀具，切削用量的确定除需考虑刀具、工件材料等因素之外更多的还需要操作人员有丰富的加工经验。,一、开口槽的加工,开口槽的加工简单方便，刀具可以从开口槽的开放区域直接入刀，一般先对槽进行粗加工（去除余量），然后按照槽的轮廓线控制刀具连续切削进行精加工。【案例】编写如图6-1所示开口键槽的数控加工程序，毛坯材料：LY12,一、开口槽的加工,1.加工工艺方案（1）加工设备：立式铣床XK713B（系统为华中HNC-21M）（2）加工顺序：先粗后精（3）刀具选择：选用刀具直径为8mm的直柄立铣刀（4）切削用量：粗加工时主轴转速为2000r/min；进给速度为500mm/min；背吃刀量为1mm；精加工主轴转速为3000r/min；进给速度为500mm/min。（5）工艺路线：控制刀具移动到槽中心线上方的安全高度，下刀逐层铣削进行粗加工，在槽宽方向和槽深方向均保留精加工余量，工艺路线如图所示。（6）夹具选用：机用虎钳、垫铁。,一、开口槽的加工,2.程序编制（1）工件坐标系：选择工件的左下角为X、Y轴零点，工件上表面为Z轴零点。（2）数学处理。编程之前要计算的工件轮廓线基点的坐标值以及去除余量的刀具轨迹的坐标值，坐标点如图所示。,基点坐标为：1点：X90.Y152点：X90.Y20.3点：X30.Y20.4点：X30.Y10.5点：X90.Y10.,一、开口槽的加工,（3）程序编制。O6101(主程序)N01G21G17G40G80G94N02M3S2000N03G54G90G00X90Y15.Z100N04G43Z50.H01M08N05Z5.N06G01Z0.2F200调用子程序前刀具移至Z0.2mm位置，预留精加工余量0.2mmN07M98P001L5.调用子程序001调用5次N08G90G01Z-5.F100S3000下移刀具至Z-5mm,提高主轴转速，准备精加工N09M98P002L2D01调用子程序进行精加工两次D01=4.；N10G90G00Z100.M09精加工完成后速提刀到安全高度，关冷却液N11M30,一、开口槽的加工,%001（开口窄槽下刀子程序）N100G91G01Z-1.F200N101M98P002D02调用窄槽轮廓加工子程序预置刀具半径D2=4.3N102M99%002（开口槽轮廓加工子程序）N200G90G41G01Y20.F500建立刀具半径补偿N201X30.加工窄槽上边侧壁N203G03Y10.J-5.切削圆弧N204G01X90.加工窄槽下边侧壁N205G40Y15.取消刀具半径补偿N206M99,二、封闭槽的加工,封闭槽的下刀方法有四种：1.垂直下刀选用键槽铣刀可直接沿Z轴方向下刀。虽然键槽铣刀底端有过中心切削刃，具有垂直切削能力，但由于键槽铣刀只有两个切削刃，与立铣刀相比较，在相同的进给量条件下，键槽铣刀单刃进给量较大，切削的平稳性较差，不仅刀具磨损较快而且加工表面质量较差；因此，采用键槽铣刀通常适用于粗加工或表面质量要求不高的情况。,2.制备预置孔。为保证封闭槽槽底加工精度，加工预置孔时，孔深应留有0.10.3mm的精加工余量。3.“之”字形轨迹下刀如图所示，“之”字形下刀时，先控制刀具移至工件上表面，然后运用两轴（YZ或XZ）联动方式控制刀具下刀至槽底尺寸（根据保留的槽深余量确定）。,之字形下刀方式,4.螺旋下刀螺旋下刀轨迹如图所示。螺旋下刀方式是最为常用的下刀方式，由于立铣刀的轴向切削能力较差，不能采用垂直下刀方式，但可以选用螺旋下刃的方式。螺旋下刀前，控制刀具移动至工件上表面，运用螺旋插补指令控制刀具以三轴联动方式切入到槽底尺寸（根据保留的槽深余量确定），如果下刀区域较大，应尽量选取较大的螺旋半径，以保证切削平稳。这种下刀方式适用于加工区域较大的型腔。,螺旋线方式,螺旋插补指令格式如下：,说明：X、Y、Z为螺旋插补的终点坐标。I、J、K为螺旋线分别在G17G18G19选定平面的投影圆弧，圆心相对于圆弧起点的相对值。其余参数的意义同圆弧插补参数意义相同。,【案例】编写如图所示封闭键槽加工程序，毛坯材料：LY12,方法一：“之”字形下刀方式1.加工工艺方案（1）加工设备：立式铣床XK713B（系统为华中HNC-21M）（2）加工方式：采用“之”字形下刀方式；按粗、精加工分开的原则加工。（3）刀具选择：选取刀具T01直径为8mm的直柄立铣刀；（4）切削用量：粗加工主轴转速为2000r/min；进给速度为300mm/min；背吃刀量为1mm；精加工时主轴转速为3000r/min；进给速度为500mm/min。（5）工艺路线：控制刀具移动到槽中心线A点或B点上方的安全高度（A、B为封闭槽两端的圆弧中心点），选择右侧圆弧中心为起刀点，切入深度：预留精加工余量为0.2mm，随后按照槽轮廓进行粗、精加工。工艺路线如图所示。,（6）夹具选用：机用虎钳、垫铁。2.程序编制（1）工件坐标系。选择工件的左下角为X、Y轴零点，工件上表面为Z轴零点。（2）数学处理。编程之前要计算的工件轮廓线基点的坐标值，以及去除余料刀具轨迹的坐标值，坐标点如图6-6所示。基点坐标为：A（X80.Y15.）（1）X75.Y15（2）X80.Y20.（3）X30.Y20.（4）X30.Y10.（5）X80.Y10.,（3）程序编制。O6201(主程序)N01G21G17G40G80G94N02M3S2000N03G54G90G00X80Y15.Z100N04G43Z50.H01M08N05Z5.N06G01Z0.2F200N07M98P001L5N08G90G01Z-5.F100N09M98P002D01N10G90G00Z100.M09N11M30,%001（封闭窄槽下刀子程序）N100G91G01X-50.Z-1.F200N101X50.N102M99%002（封闭槽轮廓加工子程序）N200G90G41G01X75.F500建立刀具半径补偿N201G03X80.Y20.R-5.延长线切入N203G01X30.加工窄槽上边侧壁N204G03Y10J-5.切削圆弧N205G01X80.加工窄槽下边侧壁N206G03X75.Y15.R-5.圆弧延长线切出N207G40G01X80.取消刀具半径补偿N206M99,方法二：螺旋下刀方式方法步骤如下：1.加工工艺方案（1）加工设备：立式铣床XK713B（系统为华中HNC21M）。（2）加工方式：采用螺旋下刀方式；按粗、精加工分开的原则加工。（3）刀具选择：T01：6mm直柄立铣刀。（4）切削用量：粗加工时主轴转速为2800r/min；切削进给速度为400mm/min；背吃刀量为1mm；精加工时，主轴转速为3200r/min；切削进给速度为500mm/min。（5）工艺路线：控制刀具移动到槽中心线A点安全高度（A为封闭槽两端的圆弧中心点），选择右侧圆弧中心为起刀点，切入深度：预留精加工余量为0.2mm，随后按照槽轮廓进行粗、精加工。工艺路线如图所示。（6）夹具选用：机用虎钳、垫铁。,2.程序编制（1）工件原点选择：选择工件左下角为X、Y轴零点，工件上表面为Z轴零点。（2）基点坐标A（X80.Y15.）（1）X75.Y15（2）X80.Y20.（3）X30.Y20.（4）X30.Y10.（5）X80.Y10.（3）程序编制O6201(主程序)N01G21G17G40G80G94N02M3S2000N03G54G90G00X80Y15.Z100N04G43Z50.H01M08N05Z5.N06G01Z0.2F200N07M98P001L5N08G90G01Z-5.F100N09M98P002D01N10G90G00Z100.M09N11M30,%001（封闭窄槽下刀子程序）N100G91G41G01X-5.F200建立刀具半径补偿N101G03Z-1.I5.螺旋线下刀N102G40G01X5.取消刀具半径补偿N103M98P002D02调用子程序O002半径补偿值D02=3.2mmN104M99%002（封闭槽轮廓加工子程序）N200G90G41G01X75.F500建立刀具半径补偿N201G03X80.Y20.R-5.延长线切入N203G01X30.加工窄槽上边侧壁N204G03Y10J-5.切削圆弧N205G01X80.加工窄槽下边侧壁N206G03X75.Y15.R-5.圆弧延长线切出N207G40G01X80.取消刀具半径补偿N206M99,任务二铣削型腔,内轮廓加工刀具的选择方法内轮廓加工刀具切入、切出路线工序划分原则：粗精加工分开切削用量的确定方法程序编制方法运用刀具半径补偿时的刀具干涉问题及避免方法尺寸精度检验方法,教学内容,一、型腔加工工艺分析型腔类零件是数控铣削加工常见的零件类型。简单的型腔轮廓曲线较为简单，工艺路线的设计、数值计算和程序编制可由人工进行，如果零件型腔中包含有孤岛或岛屿则工艺路线的设计和程序编制的难度较大，尤其是去除型腔余量的刀具轨迹设计和数值计算相对复杂，如果型腔的尺寸精度、几何精度、位置精度要求较高，其加工难度还是较大的。复杂的型腔轮廓曲线多为非圆曲线，型腔中甚至包含球面、复杂曲面凸台以及其他复杂型面，一般需使用CAD/CAM软件进行自动编程。,型腔加工工艺设计原则：1.逐层向下铣削。2.刀具切入切出轨迹应采用延长线切入、延长线切出或者切线切入、切线切出的方式。3.精加工型腔时刀具半径应小于或等于型腔轮廓中最小圆弧半径。型腔内需去除的余量较大，需要分层、多次铣削加工，如果型腔轮廓较为复杂，粗加工后保留的精加工余量难以保证均匀，需要在精加工前安排半精加工工步。,【案例】矩形型腔加工编写如图6-8所示零件型腔的加工程序，毛坯尺寸100mm80mm25mm，毛坯材料：LY12。,工艺分析如下：1.加工工艺方案（1）加工设备：立式铣床XK713B（系统为华中HNC-21M）（2）工序划分：按粗、精加工分开的原则划分工序。（3）刀具选择：工件的材料为LY12，型腔轮廓线的最小圆弧半径为R5mm，精加工选用的刀具半径须小于等于5mm的立铣刀，因毛坯材料较软，表面粗糙度要求为Ra3.2，切削面积较小，刀具磨损不大，粗精加工可使用同一把刀。刀具规格：T01，直径8mm，直柄立铣刀（4）切削用量：考虑机床和刀具的实际情况，粗加工时主轴转速为2000r/min，进给速度为600mm/min，背吃刀量为1mm，行间距7mm；精加工时主轴转速为3000r/min，进给速度为500mm/min。,（5）工艺路线：矩形型腔的粗加工路径有以下几种，如图所示。图a，刀具从型腔轮廓的一角起刀，按Z字形轨迹行刀，编程简单，但在两端拐角处有残留余量，精加工前需进行半精加工。图b，刀具从型腔中心起刀，按逐圈扩大的路线行刀，因每圈需变换刀具终点坐标，计算、编程复杂，型腔中预留的精加工余量均匀无残留，粗加工后可直接进行精加工。,(a),(b),图6-9c，这种刀具轨迹兼具图6-9a、6-9b两种轨迹的优点，先以Z字形轨迹行刀，最后沿型腔轮廓线去除余量，预留的精加工余量均匀，粗加工后可直接进行精加工。图6-9d，这种刀具轨迹是利用刀具偏置功能去除型腔余量，程序简单。但是这种刀具轨迹只适用于规则的型腔轮廓，如矩形、圆形、六边形等。,(c),(d),通过以上各种刀具轨迹分析，该案例选择图d所示刀具轨迹分层铣削（每层深度1mm）。首先控制刀具定位在工件上表面的S点，以螺旋插补方式下刀（下刀深度为1mm），通过改变刀具半径补偿值去除余量，刀具回到起始点后，再以螺旋插补方式下刀（下刀深度为1mm），切削第二层，如此反复直至铣削到腔底尺寸。粗加工完成后，如需更换刀具，则须快速抬刀至换刀点，更换刀具后进行精加工。本案例粗精加工采用同一把刀具，在粗加工完成后则可控制刀具按照轮廓线进行精加工。,（6）夹具选择：机用虎钳、垫铁。2.程序编制（1）建立工件坐标系。工件原点选择在工件上表面对称中心。（2）刀具半径补偿值设置：D01=4.0mmD02=4.2mmD03=10.2mmD04=16.0mmO6301（主程序）N01G21G17G40G80G94N02M3S2000N03G54G90G00X0.Y0Z100N04G43Z50.H01M08N05Z5.N06G01Z0.2F200N07M98P001L10调用子程序粗加工型腔N08G90G01Z-10.F100S3000N09M98P002D04F500调用子程序粗加工型腔N10M98P002D03调用子程序粗加工型腔N11M98P003D02调用子程序半精加工型腔N12M98P003D01调用子程序精加工型腔N13G90G00Z100.M09N14M30,%001（型腔螺旋刀子程序）N100G91G01X3.F600N101G03Z-1.I-3.N102G01X0.N103M98P002D4调用粗加工子程序N104M98P002D3调用粗加工子程序N105M98P003D2调用半精加工子程序N106M99%002（型腔粗加工子程序）N200G90G41G01X-25.N201G03X0Y-25.R25.N203G01X35.N204Y25.N205X-35.N206Y-25.N207X0N206G03X25.Y0.R25N207G40G01X0.N208M99,%003（型腔精加工子程序）N300G90G41G01X-25.N301G03X0Y-25.R25.N303G01X35.R5.N304Y25.R5.N305X-35.R5.N306Y-25.R5.N307X0N306G03X25.Y0.R25N307G40G01X0.N308M99,【案例】圆柱形型腔加工铣削圆柱形型腔，一般从圆心开始，逐层向四周扩张；根据所用刀具不同，可以分别选择预制孔或螺旋下刀方式，加工方法和矩形型腔的加工方法相似。【案例】不规则形状型腔加工对于不规则形状的型腔，程序较复杂，基点计算量较大，为了简化编程，通常在切削面积较大的区域选择下刀位置；首先进行型腔轮廓粗加工，然后去除型腔内的剩余余量，编写加工程序时可将行间距按刀具直径的70%近似取值，确定刀具坐标进行编程。,编写如图6-10所示零件型腔的加工程序，毛坯材料：LY12，毛坯尺寸：142mm108mm25mm。,1.工艺分析：工件为四方体，适合采用机用虎钳装夹，为了保证四边相互垂直，在装夹工件前应对虎钳固定钳口进行找正。型腔轮廓为不规则图形，圆弧过渡半径为6mm。2.刀具选择：选用直径为10mm的直柄立铣刀，刀具编号T013.切削用量：粗加工时主轴转速为2800r/min，进给速度为400mm/min，背吃刀量为1mm；精加工时主轴转速为3200r/min，切削进给速度为500mm/min。4.工艺路线：控制刀具移动到工件上表面对称中心，采用螺旋下刀；先粗加工型腔的轮廓线，再去除型腔内余量；加工至型腔深度后精加工型腔轮廓线。工艺路线如图所示。,（a）粗加工轮廓路线,（b）去除型腔余料轨迹,5.程序编制（1）确定工件原点。工件对称中心为X、Y轴零点，工件上表面为Z轴零点。（2）数学处理。编程之前要计算工件轮廓线的基点坐标值以及去除余量的刀具轨迹坐标值。X0Y-20X20Y-20X0Y-40X-50.Y-40.X-50.Y-26.603X-11.547Y40.X50.Y40.X50.Y26X50Y-26X50Y-40.（3）程序编制：O6401%6401(加工程序主程序)N01M03S2800N02G54G90G21G49G94G00X0Y-20.Z100N03G43H01Z50M08N04Z5.N05G01Z0.1F200N06M98P001L8N07G90G01Z-8.F100N08M98P002D01F500S3000D01=5.0N09G90G00Z100.N10X0Y100.N11M30,%001N01G9