模块三 任务2 外轮廓的数控铣削加工

项目一：凸模的加工【项目目标】通过对企业产品的分析、编程、加工及检测，进一步培养学生的质量意识、协作意识，实现知识学习、技能训练、素质养成的有机融合。【素养目标】1.学会分析零件图，并能根据零件图合理选择刀具、设置工艺参数、编制加工工艺；2.掌握G代码、M辅助代码功能；3.掌握工件坐标系的设定方法及对刀操作；4.能正确使用测量工具控制工件尺寸。【项目描述】

凸模又叫冲针、冲头、阳模、上模等，是模具中用于成型制品内表面的零件，即以外形为工作表面的零件。

本项目的凸模零件主要包含平面、外轮廓、槽与型腔等的铣削加工以及孔加工等内容，并达到以下要求：几何公差等级为IT8；表面粗糙度值为Ra3.2µm。凸模的加工——加工工艺路线任务2外轮廓的数控铣削加工【任务目标】1.掌握外轮廓的数控铣削加工方法，选择合理的刀具与工艺参数编制加工工艺；2.学会G02/G03、G41/G42/G40、G43/G44/G49指令的格式及使用；3.学会外轮廓零件的数控铣削加工程序的编制方法，在仿真软件上进行模拟验证；4.掌握数控铣床/加工中心的操作方法，按图纸要求加工出合格的产品。【任务描述】【知识链接】一、编程指令1.顺/逆时针圆弧插补G02/G03（1）指令格式：XY平面圆弧：G17G02/G03X＿Y＿R＿F＿；

G17G02/G03X＿Y＿I＿J＿F＿；

XZ平面圆弧：G18G02/G03X＿Z＿R＿F＿；

G18G02/G03X＿Z＿I＿K＿F＿；YZ平面圆弧：G19G02/G03Y＿Z＿R＿F＿；G19G02/G03Y＿Z＿J＿K＿F＿；（2）参数说明：所谓顺/逆时针是指从第三坐标轴的正方向向负方向看时：

顺时针为G02，逆时针为G03。指令说明G17/G18/G19指定XY/ZX/YZ平面上的圆弧G02/G03顺时针旋转(CW)/逆时针旋转(CCW)XX轴或它的平行轴的指令值YY轴或它的平行轴的指令值ZZ轴或它的平行轴的指令值IX轴从起点到圆弧圆心的距离（带符号）JY轴从起点到圆弧圆心的距离（带符号）KZ轴从起点到圆弧圆心的距离（带符号）R圆弧半径(带符号)圆心角≤180

时，R取正值圆心角＞180

时，R取负值F进给速度例1：如图所示圆弧轨迹起点A，终点B，半径R50，刀具以100mm/min的速度切削，编程如下：AB1G02X80Y30R50F100；

或G02X80Y30I40J－30F100；AB2G03X80Y30R50F100；

或G03X80Y30I40J30F100；AB1AB2

当圆弧圆心角≤180度时，R为正值；否则，R为负值；例2：如图中圆弧轨迹起点A，圆弧终点B，半径R40，刀具以100mm/min的速度切削，用R指令格式编程如下：AB3

：G03X0Y40R40F100；

AB4

：G03X0Y40R－40F100；AB3AB4整圆的编程用I、J、K表示。

例3：如图所示半径R40的圆，刀具以100mm/min的速度切削，分别以A、B、C、D作为起点终点，编写整圆加工程序如下：A点:G02X40Y0I－40J0；或简写成：G03I－40；B点:G02X0Y40I0J-40；或简写成：G03J－40；C点:G02X-40Y0I40J0；或简写成：G03I40；D点:G02X0Y-40I0J40；或简写成：G03J40；A点

B点C点:D点使用刀具补偿功能的优点在于：在编程时可以不考虑刀具的半径，直接按图样所给定的尺寸进行编程，只要在实际加工时输入刀具半径值即可；可以使粗加工的程序简化，通过有意识地改变刀具半径补偿值，可以用同一把刀具、同一程序、不同的切削余量完成加工。2.刀具半径补偿G41/G42、G40

在编程轮廓切削加工的场合，为了避免复杂的数值计算，一般按工件的实际轮廓尺寸作为刀具轨迹进行编写加工程序，而实际的刀具轨迹则与工件轮廓有一个偏移量（即刀具半径）。数控系统的这种编程功能称为刀具半径补偿功能。（1）刀具半径补偿定义1）建立刀具半径补偿功能。G17G41/G42G00/G01X＿Y＿D＿；G18G41/G42G00/G01X＿Z＿D＿；G19G41/G42G00/G01Y＿Z＿D＿；2）取消刀具半径补偿。G17G40G00/G01X＿Y＿；G18G40G00/G01X＿Z＿；G19G40G00/G01Y＿Z＿；指令说明G17指定XY平面G18指定ZX平面G19指定YZ平面G41刀具半径左补偿G42刀具半径右补偿G40取消刀具半径补偿XY/ZX/YZ目标点的坐标D刀具半径补偿偏置号表3-7刀具半径补偿各参数说明表（2）刀具半径补偿指令格式从补偿平面外另一个坐标轴的正向，沿刀具的前进方向观察：当刀具中心位于工件轮廓的左侧，则称为刀具半径左补偿，如图3-25a所示；如果刀具中心位于工件轮廓的右侧，则称为刀具半径右补偿，如图3-25b所示。(a)刀具半径左补偿(b)刀具半径右补偿图3-25刀具半径补偿方向刀具半径补偿分为刀具半径左补偿G41和刀具半径右补偿G42。G41与G42的判断方法：（3）刀具半径补偿的过程如图3-26所示，刀具半径补偿的过程分为三步，即刀补建立、刀补进行和刀补取消。图3-26刀具半径补偿的过程图3-27刀具半径补偿建立过程例:图3-26的参考程序G00X60Y60;(S点，起始点)G41G01X40Y50F100D01;(刀补建立至P点，工件轮廓延长线上)Y40;(A点)（三点一线中间点也可以省略）Y-40;(B点)X-40;(C点)Y40;(D点)（三点一线中间点也可以省略）X50;(Q点，工件轮廓延长线上)G40X60Y60;（取消刀补回到S点，退刀点）刀补进行1）刀具半径补偿建立前，刀具半径值必须在系统刀具参数表内设置完成，并且刀具半径补偿值应小于工件轮廓凹形轨迹的最小曲率半径，否则系统将无法计算刀具中心轨迹而出现报警。2）G41/G42和G40指令不能和G02/G03指令使用，只能与G00/G01指令一起使用，且刀具必须要移动，移动量至少大于刀具半径值，否则系统报警。3）采用刀具半径补偿功能时，数控系统能预读两句程序，所以刀具半径补偿指令建立后必须在两个程序段内出现在所用加工平面中的坐标轴运动，否则出现过切现象。4）G40指令必须与G41/G42指令成对使用，即有建立刀具半径补偿指令就有取消补偿指令，否则对后面的程序带来问题。（4）注意事项5）为了防止在半径补偿建立与取消过程中刀具产生过切现象，如图3-28a中的OM和3-28b中的AM，刀具半径补偿建立与取消程序段的起始位置与终点位置最好与补偿方向在同一侧，如图3-28a中的ON和3-28b中的AN。6）补偿值的正负号改变时，G41及G42指令的补偿方向会改变。(a)建立刀补进刀(b)取消刀补退刀7）刀具补偿的程序内不得出现任何转移加工，如镜像、子程序跳转等。图3-28刀补建立与取消时的起始与终点位置3.刀具长度补偿指令G43/G44、G49（1）格式：1）建立刀具长度补偿功能。G17G43/G44G00/G01Z＿H＿；G18G43/G44G00/G01Y＿H＿；G19G43/G44G00/G01X＿H＿；2）取消刀具长度补偿。G17G49G00/G01Z＿；G18G49G00/G01Y＿；G19G49G00/G01X＿；指令说明G43刀具长度正向补偿G44刀具长度负向补偿G49取消刀具长度补偿X/Y/Z目标点坐标H刀具长度补偿偏置号（2）说明：表3-8刀具半径补偿各参数说明表1）偏置的方向当指定G43时，用H代码指定的刀具长度偏置值（贮存在偏置存储器中）加到在程序中由指令指定的终点位置坐标值上。当指定G44时，从终点位置减去补偿值。补偿后的坐标值表示补偿后的终点位置，而不管选择的是绝对值还是增量值。2）刀具长度偏置值的指定从刀偏存储器中取出由H代码指定（偏置号）的刀具长度偏置值并与程序的移动指令相加（或减）。3）取消刀具长度偏置指定G49或H0可以取消刀具长度偏置。在G49或H0指定之后，系统立即取消偏置方式。（2）说明：（3）刀具长度补偿功能应用的优点

当数控系统具有刀具长度补偿功能时，程编时就可以不必考虑刀具的实际长度以及各把刀具不同的长度尺寸。当刀具磨损、更换新刀或刀具安装有误差时，不必重新编制加工程序、重新对刀或重新调整刀具，只需改变便置值即可。二、工艺知识1.外轮廓加工过程中的切入切出方式（1）切入点选择原则1）粗加工时选择平面内的最高角点作为切人点。2）精加工时选择平面内某个曲率比较平缓的角点作为切入点。3）避免铣刀当钻头使用，否则因受力大而损坏，即加工外轮廓时尽量在材料外下刀，如加工型腔时在下刀处钻下刀工艺孔，或采用螺旋下刀、渐降斜插等。（2）切出点选择原则切出点选择为能加工连续完整的轮廓。如图3-31所示，切人切出点的选择应在几何要素的交点处。图3-31切入、切出点选择2.切入、切出点选择原则【任务实施】一、工艺分析1.工件装夹方案的确定2.工、量、刀具的确定以工件底面和侧面作为定位基准，可采用机床用精密平口虎钳装夹，选择合适的等高垫铁，夹持10mm左右，使工件贴紧等高垫铁。3.加工工艺方案的制定加工路线根据“先粗后精，环形切削”等原则，选择合理的切削用量工步加工内容刀具主轴转速（r/min）进给量（mm/min）背吃刀量（mm）名称直径（mm）1粗铣外轮廓，留余量0.5mm键槽铣刀（T1）

1660020052去余料键槽铣刀（T1）

1660020053精铣外轮廓至尺寸键槽铣刀（T2）

103000100054去毛刺

5工件精度检测

表3-10加工工艺卡二、程序编制1.确定工件坐标系走刀路线设计：刀具从原点上方100mm处开始，移到S1后下刀，下至深度5mm时，开始铣外轮廓。如图3-32所示，平面加工路线从起点S1→P→A→B→C→D→Q→S2后抬刀结束。图3-32外轮廓加工基点图3-33去余料加工基点选择零件上表面几何中心处为工件原点2.基点计算基点坐标（X，Y）基点坐标（X，Y）S1（80，-80）P(80,-32)A(24，-32)B(-24，-32)C(-24，32)D(24，32)E(50,-50)F(-50,-50)G(-50,50)H(50,50)Q(0，-40)S2（0，-80）表3-11外轮廓加工基点坐标基点坐标（X，Y）基点坐标（X，Y）S1PABCDEFGHQS2基点坐标（X，Y）基点坐标（X，Y）S1（80，-80）P(80,-32)A(24，-32)B(-24，-32)C(-24，32)D(24，32)E(50,-50)F(-50,-50)G(-50,5