数控编程与加工 课件 项目七 外轮廓零件加工工艺与数控编程

202XPowerPointDesign------------------汇报人：AiPPT汇报时间：20XX.X外轮廓零件加工工艺与数控编程Catalogue目录1.常用刀具与切削参数PartOne加工工艺设计PartTwo2.数控加工编程PartThree3.零件加工与检验PartFour4.模块总结与思考PartFive5.01PARTPowerPointDesign------------------常用刀具与切削参数任务书加工图7-1所示工件，毛坯为120x100x10的精料，材料为硬铝，试分析其数控铣削加工工艺，编写加工程序任务目标常用数控铣削刀具刀具材料、刀具类型切削参数、切削参数计算刀具半径补偿刀具长度补偿顺铣与逆铣粗、精加工基点坐标计算程序的导入量具使用、零件精度检测常用刀具材料特性高速钢强度、韧性高，适合中低速切削，如W18Cr4V硬度62~67HRC，切削速度不高于60m/min；硬质合金硬度高、耐热性好，切削速度比高速钢高4~10倍，但抗冲击性差，常用于加工钢料等韧性材料。陶瓷、金刚石、立方氮化硼等超硬材料硬度极高，但韧性差，主要用于精加工或加工难加工材料。刀具材料与类型图7-2面铣刀如图7-2所示，面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，圆周表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃。面铣刀多为套式镶齿结构，刀齿为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。图7-3平底立铣刀如图7-3所示，立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀。立铣刀的圆柱表面和端面上都有切削刃，圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。主切削刃一般为螺旋齿，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以立铣刀不能进行轴向进给，端面切削刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。刀具材料与类型按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d=2~22mm，锥柄键槽铣刀直径=14~50mm。键槽铣刀直径的精度要求较高，其偏差有e8和d8两种。键槽铣刀重磨时，只需刃磨端面切削刃，因此重磨后铣刀直径不变。常用刀具类型及应用面铣刀适合大面积平面加工；平底立铣刀用于侧面加工；键槽铣刀用于加工键槽；模具铣刀适合复杂轮廓加工；T形铣刀、外圆角铣刀等成型铣刀用于特定形状加工。如图7-4所示，键槽铣刀一般只有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延伸至中心，既像立铣刀又像钻头。加工时先轴向进给到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长图7-4键槽铣刀图7-5球头铣刀模具铣刀由立铣刀发展而成，可分为圆锥形立铣刀（圆锥半角a=3°、5°、7°、10°）、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄和莫氏锥柄两种。模具铣刀中，圆柱形球头立铣刀在数控机床上应用较为广泛，如图7-5所示。刀具材料与类型切削参数选择背吃刀量、进给量、切削速度的选取需综合考虑工件材料、加工要求、刀具材料等因素。粗加工时优先选择大的背吃刀量和进给量，精加工时则需减小背吃刀量和进给量，提高切削速度。

图7-6铣削加工的切削用量

端面铣削与圆周铣削1.背吃刀量ap或侧吃刀量ae如图7-6所示，背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。端面铣削时ap为切削层深度；而圆周铣削时，为被加工表面的宽度。侧吃刀量ae为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。端面铣削时，ae为被加工表面的宽度；而圆周铣削时ae为切削层深度。刀具材料与类型切削参数选择背吃刀量、进给量、切削速度的选取需综合考虑工件材料、加工要求、刀具材料等因素。粗加工时优先选择大的背吃刀量和进给量，精加工时则需减小背吃刀量和进给量，提高切削速度。背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定。吃刀量参考值见表7-1。刀具材料与类型1）当工件表面粗糙度值要求为Ra=12.5~25μm时，如果圆周铣削加工余量小于5mm，端面铣削加工余量小于6mm，粗铣一次进给就可以达到要求。但是在余量较大，艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分为两次进给完成。2）当工件表面粗糙度值要求为Ra=3.2~12.5μm时，应分为粗铣和精铣两步进行。粗铣后留有0.5~1.0mm余量，在精铣时切除。3）当工件表面粗糙度值要求为Ra=0.8~3.2μm时，应分为粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量为1.5~2mm；精铣时，圆周铣侧吃刀量为0.3~0.5mm，面铣刀背吃刀量为0.5~1mm。刀具材料与类型2.进给量F与每齿进给量fz进给量F（mm/min）是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量，每齿进给量fz是指多齿铣刀每旋转一个齿间角时，铣刀相对工件在进给方向上的位移。每齿进给量的选取主要依据工件材料的力学性能、刀具材料、工件表面粗糙度等因素。工件材料强度和硬度越高，fz越小；反之则越大。硬质合金铣刀的每齿进给量高于同类高速钢铣刀。工件表面粗糙度要求越高，fz就越小。每齿进给量的参考值见表7-2。进给量与每齿进给量的关系为F=n.Z.fz（n为主轴转速，Z为铣刀齿数）。刀具材料与类型铣削加工切削速度vc参考值见表7-3，也可参考有关切削用量手册中的经验公式通过计算选取。切削速度vc选好后，根据下列公式计算主轴转速n式中n—主轴转速，单位r/min；Vc—切削速度，单位m/min；d—刀具直径，单位mm。刀具材料与类型3.切削速度vc铣削的切削速度vc与刀具寿命、每齿进给量、背吃刀量、侧吃刀量以及铣刀齿数成反比，而与铣刀直径成正比。其原因是当fz、ap、ae和Z增大时，切削刃负荷增加，而且同时工作的齿数也增多，使切削热增加，刀具磨损加快，从而限制了切削速度的提高，而加大铣刀直径则可改善散热条件，提高切削速度。刀具材料与类型4.常用碳素钢材料切削用量的选择在工厂实际生产过程中，切削用量一般根据经验并通过查表的方式来进行选取。常用碳素钢件材料150~300HBW切削用量的推荐值见表7-4。刀具材料与类型刀具半径补偿用于解决编程轨迹与实际加工轨迹偏差问题，通过G41（左补偿）、G42（右补偿）指令实现，补偿方向根据刀具运动方向和工件轮廓确定，可简化编程，适应刀具磨损和更换。刀具半径补偿010302刀具补偿技术1.刀具半径补偿概念在加工轮廓（包括外轮廓、内轮廓）时，由刀具的刃口产生切削，而在编制程序时，是以刀具中心来编制的，即编程轨迹是刀具中心的运行轨迹，这样，加工出来的实际轨迹与编程轨迹偏差刀具半径，如图7-7所示，这是在进行实际加工时所不允许的。为了解决这个矛盾，可以建立刀具半径补偿，使刀具在加工工件时，能够自动偏移编程轨迹一个刀具半径值，即刀具中心的运行轨迹偏移编程轨迹一个刀具半径，形成正确加工。刀具半径补偿010302刀具补偿技术2.刀具半径补偿指令及格式G00/G01G41X__Y__D__；（刀具半径左补偿）G00/G01G42X__Y__D__；（刀具半径右补偿）G00/G01G40X__Y__；

（取消刀具半径补偿）1）式中X、Y——建立补偿直线段的终点坐标值；2）D—补偿号，即存储刀补值的存储器地址号，用D00—D99来指定，用它来调用已设定的刀具半径补偿值。刀补号和对应的补偿值可用MDI方式输入，输入方法见二维码7-7。3）G41是刀具半径左补偿指令，即沿着刀具运动方向看，刀具位于工件轮廓的左边，称左刀补；G42是刀具半径右补偿指令，即顺着刀具前进方向看，刀具位于工件轮廓的右边，称右刀补。G41与G42的判别如图7-8所示。刀具半径补偿010302刀具补偿技术3.刀补过程刀具半径补偿是一个让刀具中心相对于编程轨迹产生偏移的过程。G41、G42及G40本身并不能使刀具直接产生运动，而是在G00或G01运动的过程中，逐渐使刀具偏移的。刀具半径补偿的过程可分为三步，如图7-9所示。A为工件切入点，B为切出点，P1—P4为工件轮廓基点。编程轨迹为起点→A→P2→P3→P4→B→起点。1）刀补的建立，刀具从起点运动到A点时，刀心点从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量。2）刀补执行。在切削过程中，刀具中心始终与编程轮廓轨迹相距一个偏置量。3）刀补的取消。刀具从点B运动到起点，刀心点从与编程轨迹偏离一个偏置量逐渐过渡到与编程轨迹重合。图7-9半径补偿过程刀具半径补偿010302刀具补偿技术4.刀具半径补偿注意事项1）刀具半径补偿的建立与取消必须与G00或G01同时使用，且在半径补偿平面内至少一个坐标的移动距离不为零。2）刀具半径补偿在建立与取消时，起始点与终止点位置最好与补偿方向在同一侧，以防止产生过切现象，如图7-10所示。3）在刀具半径补偿的建立与取消的程序段后，一般不允许存在连续两段以上的非补偿平面内移动指令，否则将会出现过切现象或出错。4）一般情况下，刀具半径补偿量应为正值。如果补偿为负，则效果正好是G41和G42相互替换。5）在刀具正转的情况下，采用左刀补铣削为顺铣，而采用右刀补则为逆铣，如图7-11所示。顺铣时，铣刀刀齿切入工件时的切削厚度由最大逐渐减小到零。刀齿切入容易，且铣刀后面与已加工表面的挤压、摩擦小，切削刃磨损慢，加工出的零件表面质量高；但当工件表面有硬皮和杂质时，容易产生崩刃而损坏刀具，故顺铣一般用于精加工。逆铣时，切削刃沿已加工表面切入工件，切削厚度由零逐渐增大到最大，刀齿存在“滑行”和挤压，使已加工表面质量差，刀齿易磨损，常用于工件表面有硬皮和杂质时的粗加工。刀具半径补偿010302刀具补偿技术（a）顺铣

（b）逆铣图7-11顺铣与逆铣顺铣时，铣刀刀齿切入工件时的切削厚度由最大逐渐减小到零。刀齿切入容易，且铣刀后面与已加工表面的挤压、摩擦小，切削刃磨损慢，加工出的零件表面质量高；但当工件表面有硬皮和杂质时，容易产生崩刃而损坏刀具，故顺铣一般用于精加工。逆铣时，切削刃沿已加工表面切入工件，切削厚度由零逐渐增大到最大，刀齿存在“滑行”和挤压，使已加工表面质量差，刀齿易磨损，常用于工件表面有硬皮和杂质时的粗加工。刀具半径补偿010302刀具补偿技术【例7-2】图7-12所示，精铣零件拱形凸台轮廓。设定工件材料为硬铝，刀具为D12mm的立铣刀，刀具材料为高速钢。5.刀具半径补偿指令在加工中的应用1）自动计算刀具中心轨迹，简化编程；2）用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿，可进行粗、精加工；3）刀具因磨损、重磨、换新刀而引起刀具直径改变后，不必修改程序，只需在刀具参数设置中输入变化后的刀具半径或磨损量。刀具半径补偿010302刀具补偿技术1）加工工艺分析1）工件采用平口虎钳装夹，其下表面用垫铁支承，用百分表找正。2）零件拱形凸台轮廓已完成粗加工，留有余量，只需沿零件轮廓完成精加工。设定刀具半径补偿值为D01：R=6mm。加工时刀具在零件轮廓外（P0点）垂直下刀至5mm深。3）加工工艺路线：按照P0→P1→P3→P4→P5→P6→P0各基点顺序加工编程。4）切削用量选择：选择主轴转速为1200r/min（实际主轴转速、进给速度可以根据加工情况，通过操作面板上倍率开关调节），进给速度为200mm/min。5）建立如图7-11所示工件坐标系。6）切入P1和切出点P6通常选择在零件轮廓的延长线或切线上，与工件外轮廓距离应大于刀具半径（本题为10mm）。各基点水平面内坐标：P0（-20，-20）、P1（10，-10）、P3（10，60）、P4（60，60）、P5（60，10）、P6（-10，10）。（2）加工程序编制

加工程序见表7-5。7.1.4刀具长度补偿在数控机床上加工零件时，不同工序，往往需要使用不同的刀具，这就使刀具的直径、长度发生变化，或者由于刀具的磨损，也会造成刀具长度的变化。为此，在数控机床系统中设置了刀具长度补偿的功能，以简化编程，提高工作效率。所谓刀具长度补偿功能，是指当使用不同规格的刀具或刀具磨损后，可通过刀具长度补偿指令补偿刀具长度尺寸的变化，而不必修改程序或重新对刀，达到加工要求。在G17的情况下，刀具补偿G43和G44是指用于Z轴的补偿；在G18的情况下，对Y轴补偿；在G19的情况下，对X轴补偿。1.编程格式

G01G43H__Z__；（刀具长度正补偿）G01G44H__Z__；（刀具长度负补偿）G01G49Z__；（取消刀具长度补偿）2.说明1）2）H表示长度补偿值地址字，后面的两位数字表示补偿号020302刀具补偿技术刀具长度补偿a）G43b）G44图7-13长度补偿功能示意（H为正值时）020302刀具补偿技术刀具长度补偿3）一把基准刀具，使用G43指令时，将H代码指定的刀具长度补偿值加在程序中由运动指令指定的Z轴终点位置坐标上，即：Z轴的实际坐标值=Z轴的指令坐标+长度补偿值使用G44指令时为:Z轴的实际坐标值=Z轴的指令坐标-长度补偿值如果设定长度补偿值H为正值，则G43、G44的补偿效果如图7-13所示。如果长度补偿值H为负值，则G43、G44的补偿效果相当于两者互换。4）补偿值的确定一般有两种情况：一是有机外对刀仪时，以主轴轴端中心作为对刀基准点，以刀具伸出轴端的长度作为H中的偏置量。另一种常见于无对刀仪时，如果以标准刀的刀位点作为对刀基准，则刀具与标准刀的长度差值作为其偏置量。该值可以为正，也可以为负。为了不混淆G43、G44的用法，通常都采用G43指令，规定如果刀具长度>标准刀长度，H取正值；如果刀具长度<标准刀长度，H取负值。从而达到补偿的目的。5）G43、G44、G49为模态指令。6）G43、G44、G49指令本身不能产生运动，长度补偿的建立与取消必须与G00（或C01）指令同时使用，且在Z轴方向上的位移量不为零。020302刀具补偿技术刀具长度补偿【例7-3】如图7-14所示，在立式加工中心上以标准刀对刀并建立工件坐标系G54，设输入值H01为-30mm，H02为10mm。试问：1）如何编程使刀具T01到达坐标Z100?2）如何编程使刀具T02到达坐标Z100？3）如何编程使刀具T01到达坐标Z5？4）如果刀具T01执行程序“G90G54G00Z5；”后，Z轴坐标的实际位置为多少，为什么？5）如果刀具T01执行程序“G90G54G44G00Z5H01；”后Z轴坐标的实际位置为多少，为什么？020302刀具补偿技术刀具长度补偿解：1）G90G54G43G00Z100.H01；2）G90G54G43G00Z100.H02;3）G90G54G43G00Z5.H01;4）Z35；因为T01比标准刀具短30mm。5）Z65；因为补偿方向反了。02PARTPowerPointDesign------------------加工工艺设计010302加工工艺分析零件加工要求零件毛坯为120×100×10的精料，外轮廓铣削深度3mm，表面粗糙度Ra3.2，采用底面定位、平口钳夹紧，需进行粗加工和精加工两道工序。工艺路线规划粗加工留取精加工余量0.2mm，精加工沿零件轮廓完成加工，加工顺序根据基点坐标和刀具路径确定，确保加工效率和精度。工件坐标系建立以上表面正中心为坐标原点建立工件坐标系，便于编程和加工操作。工艺卡示例以表7-6为例，展示外轮廓零件的加工工艺卡编制方法。工艺卡内容工艺卡包括产品名称、毛坯类型及尺寸、零件名称、图号、工序号、程序编号、夹具名称、使用设备、数控系统、场地、工步号、工步内容、刀具号、刀具名称、转速、进给量、背吃刀量及备注等信息，用于指导加工过程。刀具卡编制刀具卡记录刀具号、刀具名称、刀具直径、长度、圆角半径、刀具材料及备注等信息，为刀具选择和使用提供依据。加工工艺卡编制加工工艺卡编制以表7-6为例，展示外轮廓零件的加工工艺卡编制方法。刀具卡记录刀具号、刀具名称、刀具直径、长度、圆角半径、刀具材料及备注等信息，为刀具选择和使用提供依据。根据粗加工刀路轨迹和加工要求，计算各基点坐标，如表7-8所示，确保刀具运动路径准确。精加工基点坐标根据精加工刀路轨迹和加工要求，计算各基点坐标，如表7-9所示，确保加工精度。基点坐标计算需考虑加工余量、刀具半径补偿等因素，通过几何分析和计算确定。基点坐标计算方法粗加工基点坐标基点坐标计算基点坐标计算7.3.1基点坐标计算（1）工步1粗铣外轮廓，留取精加工余量0.2mm，刀路轨迹和各基点的位置如图7-16所示，各基点坐标见表7-8，图7-16外轮廓粗加工基点的位置

基点坐标计算图7-17外轮廓精加工基点的位置

03PARTPowerPointDesign------------------数控加工编程粗加工程序结构粗加工程序包括程序名、刀具选择、主轴转速、进给速度、刀具运动轨迹等指令，如表7-10所示。粗加工程序示例以表7-10为例，展示外轮廓粗加工程序编制方法，包括刀具快速定位、下刀、切削、抬刀等步骤。粗加工程序注意事项粗加工程序需合理设置切削用量，避免刀具损坏和加工效率低下。粗加工程序编制精加工程序结构精加工程序包括程序名、刀具选择、主轴转速、进给速度、刀具半径补偿、刀具运动轨迹等指令，如表7-10所示。精加工程序示例以表7-10为例，展示外轮廓精加工程序编制方法，包括刀具快速定位、下刀、建立刀具半径补偿、切削、取消刀具半径补偿、抬刀等步骤。精加工程序注意事项精加工程序需确保加工精度和表面质量，合理设置刀具半径补偿和切削用量。精加工程序编制精加工程序编制04PARTPowerPointDesign------------------零件加工与检验装夹与找正毛坯安装需确保定位准确，通过平口钳夹紧，用百分表找正，保证加工基准稳定。刀具装夹与对刀刀具装入刀具库后，使用寻边器和Z轴