第4章 数控铣和加工中心的程序编制

1、第4章 数控铣和加工中心的程序编制4.1 程序编制的基础一、数控铣床与加工中心工艺特点1、三坐标数控铣床与加工中心三坐标数控铣床与加工中心的共同特点是除了具有普通铣床的工艺性能外，还具有加工形状复杂的二维和三维轮廓的能力。是最常用的一类数控铣床。2、四坐标数控铣床与加工中心四坐标是指在 X、Y和Z三个平动坐标轴基础上增加一个坐标轴（A轴或B轴），且可以四轴联动。4.1 程序编制的基础3、五坐标数控铣床与加工中心五轴坐标机床，不管那种类型都具有两个回转坐标。4.1 程序编制的基础4 、数控铣床加工的主要对象（1）平面类零件 加工面平行或垂直于水平面，或加工面与水平面的夹角为定角的零件为平面类零件

2、。 特点是各个加工面是平面，或可以展开成平面。一般只需用三坐标数控铣床的两坐标联动(即两轴半坐标联动)就可以把它们加工出来。a)带平面轮廓的平面零件 b)带斜平面的平面零件 c)带正圆台和斜筋的平面零件 4.1 程序编制的基础（2）变斜角类零件 加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件。 变斜角类零件的变斜角加工面不能展开为平面，但在加工中，加工面与铣刀圆周接触的瞬间为一条线。最好采用四坐标或五坐标数控铣床摆角加工，在没有上述机床时，可采用三坐标数控铣床，进行两轴半坐标近似加工。4.1 程序编制的基础（3）曲面类零件 加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件。 曲面类零件的加工面不能展

3、开为平面，加工时，加工面与铣刀始终为点接触。常用两轴半联动数控铣床来加工精度要求不高的曲面； 精度要求高的曲面类零件一般采用三轴联动数控铣床加工；当曲面较复杂、通道较狭窄、会伤及毗邻表面及需刀具摆动时，要采用四轴甚至五轴联动数控铣床加工。4.1 程序编制的基础二、刀具及其工艺特点数控铣床和加工中心使用的刀具主要有铣削用刀具和孔加工用刀具两大类。1、铣刀的种类和工艺特点（1）面铣刀面铣刀主要用于面积较大的平面铣削和较平坦的立体轮廓的加工。4.1 程序编制的基础4.1 程序编制的基础（2）立铣刀立铣刀按照端部切削刃的不同可分为过中心刃和不过中心刃；按照螺旋角大小可分为30 、40 、60 等几种；

4、按照齿数可分为粗齿、中齿、细齿三种。常见的结构形式有：1）整体式立铣刀2）可转位立铣刀3）波纹立铣刀整体式立铣刀2）可转位立铣刀3）波纹立铣刀4）玉米铣刀4.1 程序编制的基础（3）模具铣刀圆锥铣刀、球头铣刀、圆锥球头铣刀；4.1 程序编制的基础（4）键槽铣刀（5）鼓形铣刀（6）成形铣刀（7）锯片铣刀4.1 程序编制的基础（4）键槽铣刀4.1 程序编制的基础（5）鼓形铣刀4.1 程序编制的基础（6）成形铣刀4.1 程序编制的基础（7）锯片铣刀4.1 程序编制的基础2、孔加工刀具的类型与工艺特点（1）数控钻头整体式钻头机夹式钻头（2）数控铰刀（3）镗刀（4）丝锥（5）扩孔刀（6）复合孔加工数控刀

5、具4.1 程序编制的基础3、铣削刀具的选用特点（1）刀具断屑槽型的选择4.1 程序编制的基础（2）刀具齿数的选择铣刀齿数多，可提高生产效率，同直径的可转位铣刀的齿数均有相应规定，一般有粗齿、中齿、密齿三种。1）粗齿铣刀 适用于大余量粗加工，或材质较软或切削宽度较大的铣削加工；2）中齿铣刀 常用的类型；3）密齿铣刀 主要用于铸铁和有色金属的大进给速度加工；生产线上使用；4）不等分齿刀具 有防止共振的作用；4.1 程序编制的基础（3）铣刀直径的选择1）面铣刀2）立铣刀一般面铣刀直径比被加工宽度宽20%50%4.1 程序编制的基础（4）主偏角的选择机夹铣刀的主偏角是由刀片和刀体形成的，主偏角对径向切

6、削力和切削深度影响很大。90 度主偏角刀具适用于薄壁零件、装夹较差的零件或要求准确90度的场合，径向切削力等于切削力，进给抗力大，易振动，要求机床刚性好、功率大。圆刀片刀具可多次转位，切削刃强度高，随切削深度不同，其主偏角和切削负载均会变化，切屑很薄，适合加工耐热合金。4.1 程序编制的基础4、刀柄的种类和选用数控铣床和加工中心常用的刀柄有面铣刀刀柄、钻夹头刀柄、莫氏锥孔刀柄、弹簧卡头刀柄、套式立铣刀刀柄、侧面锁紧式刀柄、丝锥刀柄及镗刀刀柄等。5、刀具的管理（1）一种工件采用一组刀具；（2）部分刀具更换及部分刀具共用；（3）数种工件使用同一组刀具；（4）所有刀具为一组机床所共用；4.1 程序编

7、制的基础三、加工工艺分析数控铣或加工中心加工零件的表面主要是平面、轮廓、曲面、孔和内螺纹等。轮廓、曲面尺寸精度可达12级，表面粗糙度12.5；平面精度可达7级，表面粗糙度1.6；1、二维轮廓加工（1）刀具选择1）刀具半径R小于凹轮廓的最小曲率半径r。一般可取 R=(0.80.9)r ；4.1 程序编制的基础2）刀具与零件的接触长度（切削深度）H(1/41/6)R，以保证刀具的刚度。（2）走刀路线的选择1）保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。2）缩短走刀路线，减少进、退刀时间和其他辅助时间。3）方便数值计算，减少编程工作量。4）减少程序段数量。5）增加进退刀路径。（切向进刀）4.1 程序编制的基

8、础2、二维型腔加工（挖槽）（1）切内腔（2）切内轮廓4.1 程序编制的基础3、曲面加工（1）平行走刀；（2）曲面流线；（3）等高线；（4）旋转等距；4.1 程序编制的基础4、孔和内螺纹（1）孔加工：钻、扩、铰、镗；（2）内螺纹：攻丝、铣螺纹4.1 程序编制的基础四、加工方法的选择1）内孔表面加工方法的选择a.内孔表面加工方法的选择原则4.1 程序编制的基础(a)加工精度为9级的孔孔径10mm时可采用钻铰方案。孔径30mm时可采用钻镗方案。(b)加工精度为8级的孔孔径10mm时可采用钻铰方案。孔径20mm时可采用钻扩镗方案。4.1 程序编制的基础(c)加工精度为7级的孔孔径12mm时可采用钻粗铰

9、精铰方案。孔径在12mm60mm之间时可采用钻扩粗铰精铰方案。也可采用粗镗半精镗精镗的方案。(b)对于6级的孔最终加工方法为精细镗。4.1 程序编制的基础b.内孔表面加工方法实例材料HT200钻扩方案钻扩半精镗精镗4.1 程序编制的基础2）平面加工方法的选择在数控铣床上通常采用面铣刀或立铣刀加工平面。粗铣时精度可达到1113级，表面粗糙度6.325。精铣时精度可达到810级，表面粗糙度1.66.3。4.1 程序编制的基础3）平面轮廓加工方法的选择这类零件的表面多由直线和圆弧或各种曲线构成，通常采用3坐标数控铣床进行两轴半坐标联动加工。 4.1 程序编制的基础4）固定斜角平面加工方法的选择）固定

10、斜角平面加工方法的选择固定斜角平面是与水平面成一固定夹角的斜面，常用的加工方法如下：a.当零件尺寸不大时，可用斜垫板垫平后加工；如果机床主轴可以摆角，则可以摆成适当的定角，用不同的刀具来加工。当零件尺寸很大，斜面斜度又较小时，常用行切法加工，但加工后，会在加工面上留下残留面积，需要用钳修方法加以清除，用3坐标数控立铣加工飞机整体壁板零件时常用此法。当然，加工斜面的最佳方法是采用5坐标数控铣床，主轴摆角后加工，可以不留残留面积。4.1 程序编制的基础b.对于正圆台和斜筋表面，一般可用专用的角度成型铣刀加工。其效果比采用5坐标数控铣床摆角加工好。4.1 程序编制的基础5）变斜角面加工方法的选择变斜

11、角面加工方法的选择a.对曲率变化较小的变斜角面，用4坐标联动的数控铣床， 采用立铣刀（但当零件斜角过大，超过机床主轴摆角范围时，可用角度成型铣刀加以弥补）以插补方式摆角加工。 4.1 程序编制的基础（2）对曲率变化较大的变斜角面，用4坐标联动加工难以满足加工要求，最好用5坐标联动数控铣床，以圆弧插补方式摆角加工。4.1 程序编制的基础（3）采用3坐标数控铣床两坐标联动，利用球头铣刀和鼓形铣刀，以直线或圆弧插补方式进行分层铣削加工，加工后的残留面积用钳修方法清除。4.1 程序编制的基础6）曲面轮廓加工方法的选择a.对曲率变化不大和精度要求不高的曲面的粗加工，常用两轴半坐标的行切法加工，即x、y、

12、z 3轴中任意两轴作联动插补，第三轴作单独的周期进给。 4.1 程序编制的基础b.对曲率变化较大和精度要求较高的曲面的精加工，常用z、y、z ，3坐标联动插补的行切法加工。4.2 编程的基本方法一、FANUC 0i-MB系统简述（1）文字码（2）取值范围（3）控制轴数（4）增量系统参数（5）准备功能代码（6）辅助功能代码4.2 编程的基本方法二、基本编程指令的应用1、坐标系设定指令（1）G92 设定工件坐标系格式：G92 X_ Y_ Z_（2）G53 选择机床坐标系格式：G53 G90 X_ Y_ Z_（3）G54G59 选择工件坐标系格式为直接引用指令代码4.2 编程的基本方法（4）加工坐标

13、系的测量1）直接测量2）试切法测量4.2 编程的基本方法2、G00 快速运动指令格式：G00 X_ Y_ Z_3、G01 直线插补指令格式：G01 X_ Y_ Z_4、G02 、G03 圆弧插补指令1）圆弧插补平面选择指令G17、G18、G192）格式1G17 G02/G03 X_ Y_ I_ J_ F_ ;G18 G02/G03 X_ Z_ I_ K_ F_ ;G19 G02/G03 Y_ Z_ J_ K_ F_ ;4.2 编程的基本方法3）格式2G17 G02/G03 X_ Y_ R_ F_ ;G18 G02/G03 X_ Z_ R_ F_ ;G19 G02/G03 Y_ Z_ R_ F_

14、 ;4.2 编程的基本方法5、G04 暂停指令格式 G04 X_ ；或 G04 P_ ；4.2 编程的基本方法6、G40 G41 G42 刀具半径补偿功能格式：G41/G42 G01/G00 X_ Y_ H_ (D_) F_； G40 G01 X_ Y_ F_ ;注意：1）刀补的三个阶段2）开始和结束的阶段只能用G00或G013）刀补进程中不能有连续两段没有插补平面的运动。4.2 编程的基本方法举例：4.2 编程的基本方法O123N10 G92 X0 Y0 Z10;N20 M03 S600;N30 G90 G00 X-55 Y-60;N40 G00 Z-5 M08;N50 G41 G01 X0

15、 Y0 H03 F60;N60 G91 G01 X40 Y40 ;N70 G03 X20 Y0 I10 J0;N80 G01 X10 ;N90 G02 X10 Y-10 I0 J-10;N100 G01 Y-30;N110 X-90;N120 G90 G40 G01 X-55 Y-60 M09;N130 G00 Z10 M05;N140 G00 X0 Y0 ;N150 M30;已知立铣刀半径为16，半径补偿号D03。O5004G17 G90 G54 ;G0 X0 Y0 S500;Z5. M03;G41 X60.Y 30. D03;Z-27. ;G1 Y80. F120;G3 X100. Y12

16、0. R40.;G1 X180.;Y60.;G2 X160. Y40. R20.;G1 X50. ;G0 Z5.;G40 X0 Y0 M05;G91 G28 Z0;M30; 4.2 编程的基本方法7、刀具长度补偿（G43、G44、G49）数控铣床或加工中心所使用的刀具，每把刀具的长度都不相同；由于刀具的磨损或其他原因引起刀具长度发生变化。使用刀具长度补偿命令，补偿不同刀具长度，可使每一把刀具加工出来的深度尺寸都正确。（1）刀具长度补偿的方法建立刀具长度补偿的格式：G43/G44 Z_ H_；刀具长度补偿取消的格式：G49 Z_；H_ 表示刀具长度补偿号；有H01H99；N10 G00G43Z-

17、180H01;N10 G00G44Z-180H01;H01=1004.2 编程的基本方法使用刀具长度补偿功能注意事项：1）使用G43/G44指令的程序段，只能使用z轴指令。2）G43、G44为续效指令，可以用G49指令取消，也可以用G28取消。（3）长度补偿量的确定事先通过机外对刀法测量出刀具长度，将其中一把刀具作为基准刀，其长度补偿值为零，其他刀具的长度补偿值为与基准刀的长度差值。此时要用基准刀对刀。4.2 编程的基本方法8、子程序调用1）子程序调用方法M98 P_ L _ ;2）子程序结束M99;4.2 编程的基本方法例在数控铣床上铣削4个直径为80的孔的走刀路线。已知毛坯底孔直径为76，

18、使用20四刃立铣刀，切削速度为20m/min，进给量为0.1/齿。4.2 编程的基本方法O5012G17 G90 G40 G80 G49 G21;G00 G54 X60 Y60;S320 M13;G43 Z5. H01;M98 P1001;G90 G00 X-60.;M98 P1001;G90 G00 Y-60;M98 P1001;G90 G00 X60;M98 P1001;G91 G28 Z0;M30O1001G91 G01 Z-32. F1000;G41 X15. Y-25. D11 F128;G03 X25. Y 25. R25.;I-40;X-25. Y25. R25;G01 G40

19、X-15. Y-25.;Z32. F1000;M994.2 编程的基本方法三、固定循环功能孔加工固定循环功能完成钻孔、铰孔、镗孔、攻丝等功能。孔加工固定循环是模态指令，使用它编程加工孔时，各参数均为模态参数。1、固定循环的基本动作孔加工固定循环一般由六个动作组成。XY平面定位Z轴快进到R点Z轴进给孔加工孔底动作Z轴快速返回R点Z轴快速返回到起始点4.2 编程的基本方法4.2 编程的基本方法4.2 编程的基本方法2、固定循环指令书写格式格式:G90/G91 G98/G99 G X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_ F_ L_ ;参数Z_ R_ Q_ F_为模态值。G 为G73G89;4.2 编程的基本方法3.固定循环指令介绍（1）高速深孔啄式钻孔循环（G73）格式：G73 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_ ;4.2 编程的基本方法（2）攻左旋螺纹循环（G74）格式：G74 X_ Y_ Z_ R_ F_ ; 攻右旋螺纹循环（G84）格式：G84 X_ Y_ Z_ R_ F_ ;4.2 编程的基本方法（3）格式：G81 X_ Y_ Z_ R_ F_ ;4.2 编程的基本方法（4）格式：G83 X_ Y_ Z_ R_