教学材料《数控机 床》-第４章

4.1数控铣床概述4.1.1数控铣床的分类1.按主轴的位置分类(1)立式数控铣床。(2)龙门式数控铣床。(3)卧式数控铣床。(4)立卧两用数控铣床。2.按数控系统的功能分类(1)经济型数控铣床。(2)全功能数控铣床。下一页返回4.1数控铣床概述4.1.2数控铣床的主要加工对象1.平面类零件加工面平行或垂直于定位面，或加工面与水平面的夹角为定角的零件为平面类零件。2.变斜角类零件加工面与水平面的平角呈连续变化的零件称为变斜角零件。3.曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为曲面类零件。上一页下一页返回4.1数控铣床概述4.箱体类零件箱体类零件一般是指具有一个以上孔系，内部有一定型腔或空腔，在长、宽、高方向有一定比例的零件。4.1.3数控铣床坐标系统1.数控铣床的机床坐标系(1)立式数控铣床的坐标系，如图4-11(a)所示。(2)卧式数控铣床坐标系，如图4-11(b)所示。上一页下一页返回4.1数控铣床概述(3)机床原点与参考点2.工件坐标系由编程人员设定的在编程和加工时使用的坐标系，位置基本上不和机床坐标系重合，为了便于编程可任意指定，立式数控铣床的机床坐标系和工件坐标系两者之间的关系如图4-13所示。3.刀位点刀位点是用于表示刀具特征的点，编程的时候我们通常用这一点来代替刀具，而不需要考虑刀具的实际大小形状。上一页下一页返回4.1数控铣床概述4.1.4数控铣床刀具系统及选用原则1.数控铣削加工刀具的特点数控铣削加工刀具主要是指数控铣床和加工中心的机床上所使用的刀具。(1)刀具刚性好(尤其是粗加工刀具)，切削效率高。(2)刀具精度高。(3)刀具的可靠性高、抗振及热变形小(4)刀具尺寸能够预调(5)互换性好，换刀速度快(6)具有完善的工具系统(7)具有刀具管理系统上一页下一页返回4.1数控铣床概述2.数控铣削刀具的种类数控铣削刀具的种类很多，如图4-15所示它的分类也有多种方法。(1)按刀具材料分类，常用的数控刀具材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、金钢石等(2)按刀具结构形式分类可分为整体式车刀、焊接式车刀和机械夹固式车刀三大类。(3)根据刀具的切削工艺可分为轮廓类加工刀具和孔类加工刀具等几种类型。上一页下一页返回4.1数控铣床概述3.数控刀具刀柄系统数控铣床、加工中心用刀柄系统有三部分组成，即刀柄、拉钉和夹头(或中间模块)，如图4-26所示。4.数控铣床加工刀具的选用1)铣刀类型的选择铣刀类型应与被加工工件尺寸与表面形状相适应。2)铣刀参数的选择数控铣床上使用最多的是可转位面铣刀和立铣刀，因此，这里重点介绍面铣刀和立铣刀参数的选择。上一页下一页返回4.1数控铣床概述(1)面铣刀主要参数的选择(2)立铣刀主要参数的选择3)孔加工刀具的选择(1)钻孔刀具的选择(2)扩孔刀具选择(3)镗刀具选择上一页下一页返回4.1数控铣床概述4.1.5数控铣床的装夹和铣床附件1.平口钳平口钳的结构形状如图4-34所示。2.回转工作台回转工作台的结构形状如图4-35所示。3.万能分度头万能分度头是铣床的主要附件，许多机械零件，如花键、离合器等在铣削时，需要利用分度头进行圆周等分，才能铣出等分的齿槽。分度头安装在铣床工作台上，被加工工件支撑在分度头主轴顶尖与尾架顶尖之间或安装于卡盘上，如图4-36所示。上一页返回4.2平面铣削4.2.1任务:板状零件的面铣削如图4-37所示工件，毛坯为100mmx100mmx34mm的45钢，试编写其加工程序。4.2.2平面铣削的工艺知识1.平面铣削的走刀路线2.平面铣削的常用刀具及刀具参数的选择1)平面铣削刀具的种类2)铣削主要参数的选择3)铣削中刀具相对于工件的位置下一页返回4.2平面铣削4.2.3平面铣削常用编程指令1.相关编程指令G90指定绝对坐标方式编程，G91指定相对坐标方式编程，G90为开机默认状态。2.G00——快速定位指令指令格式:G00X_Y_Z;式中:X,Y,Z为目标点坐标，坐标值为整数时是否需要小数点可由系统设定，请用户仔细阅读说明书。该指令的功能是指定刀具以点位控制方式，从当前位置以数控系统设定的一个最快速度移动到目标点，属于模态指令。上一页下一页返回4.2平面铣削3.GO1——直线插补指令指令格式:G01X_Y_Z;式中:X,Y,Z为目标点坐标该指令的功能是指定刀具以F指定的速度沿直线移动到目标点。在该程序段中若未指定F值，则按此前指定过的F值执行;若此前未指定F值，则认为进给速度为零，系统报警G01和F均为模态代码。上一页下一页返回4.2平面铣削4.G54~G59——工件坐标系设定指令G54~G59是通过MDI面板设置6个工件坐标系的，一般是操作者在加工零件前通过对刀设置的，G54为开机默认坐标系。G54~G59是通过机床坐标轴的移动来测量工件坐标原点相对机床原点的偏移量，并自动记录在系统的工件坐标偏移量存储器中，以确定工件在机床工作台上的确切位置。如图4-45所示为G54~G59与机床坐标之间的关系。上一页下一页返回4.2平面铣削5.G17,G18和G19——平面选择指令G17,G18,G19用于指定坐标平面，都是模态指令。G17--XOY平面，G18--XOZ平面，G19--YOZ平面，其作用是让机床在指定坐标面上进行圆弧插补加工和刀具半径补偿。G17为开机默认状态.4.2.4任务实施1.加工准备(1)分析零件图样(2)选择数控机床(3)选择刀具、切削用量及夹具上一页下一页返回4.2平面铣削2.编写加工程序(1)选择编程原点(2)设计加工路线(3)编制数控加工程序上一页返回4.3轮廓铣削4.3.1任务:凸模板的轮廓铣削如图4-48所示工件，毛坯为80mmx100mmx25mm的45钢，试编写其FaNUC系统数控铣床的加工程序。4.3.2轮廓铣削加工的工艺知识1.平面轮廓加工的特点2.轮廓加工路线(1)铣削方向(2)曲线轮廓铣削路线3.刀具的选择下一页返回4.3轮廓铣削(1)立铣刀的尺寸(2)刀齿数量4.3.3轮廓铣削常用编程指令1.刀具半径补偿指令(G41,G42,G40)(1)刀具半径补偿功能的作用:在用铣刀进行轮廓加工时，因为铣刀具有一定的半径，所以刀具中心(刀位点)轨迹和工件轮廓不重合。(2)功能(3)指令格式G41,G42,G40--具半径补偿指令上一页下一页返回4.3轮廓铣削指令格式:G17G41(或G42)G01(G00)X_Y_D_;G18G41(或G42)G01(G00)X_Z_D_;G19G41(或G42)G01(G00)Y_Z_D_;G40G01(G00)(X_Y_(X_Z或Y_Z);(4)说明①建立和取消刀具半径补偿必须在指定平面(G17/G18/G19)中进行。②建立和取消刀具半径补偿必须与G1或G00指令组合完成。③X,Y是GO1,G00运动的目标坐标值④D为刀具补偿号(或称刀具偏置代号的地址字)，后面常用两位数字表示上一页下一页返回4.3轮廓铣削(5)编程注意事项(6)刀具半径补偿功能的应用4.3.4任务实施1.工艺准备(1)工序安排(2)切削刀具(3)装夹方案(4)编程坐标系(5)走刀路线2.参考程序3.外轮廓精加工上一页返回4.4型腔铣削4.4.1任务:矩形型腔零件的铣削如图4-57所示工件，毛坯为70mmx100mmx25mm的45钢，试编写其FaNUC系统数控铣床的加工程序。4.4.2型腔零件的铣削加工的工艺知识1.内型腔余量的去除方法在铣削型腔内的残余材料时所选择的吃刀量又被称为铣削的行距和层降深度。行距是指立铣刀的侧吃刀量，层降深度即背吃刀量，如图4-58所示下一页返回4.4型腔铣削2.内轮廓铣削加工的刀具铣削内轮廓的刀具与铣削外轮廓的刀具相同，不同的是在铣削外轮廓时可以选择在工件外下刀，在工件外下刀可以选择使用底刃不过中心的立铣刀。3.型腔铣削的下刀方法在型腔的铣削中，合理地选择切削加工方向、进刀切入方式会直接影响零件的加工精度和加工效率。(1)预先钻孔法(2)直接下刀法(3)螺旋下刀法上一页下一页返回4.4型腔铣削(4)斜线下刀法4.4.3子程序1.子程序概述在一个加工程序的若干位置上，如果包含有一连串在写法上完全相同的内容，为了简化程序可以把这些重复的内容抽出来，按一定格式编成子程序，然后像主程序一样将它们输入到程序存储器中。主程序的执行过程中如果需要某一子程序，可以通过调用指令来调用子程序，执行完子程序又可返回到主程序，继续执行后面的程序段。上一页下一页返回4.4型腔铣削2.子程序的格式OXXXX...M99;在子程序的开头，在地址O后规定子程序号(由四位数字组成，前面的O可以省略)。M99为子程序结束指令，M99不一定要单独使用一个程序段，如“G00X_Y_M99;”也是允许的上一页下一页返回4.4型腔铣削3.子程序的调用调用子程序使用如下格式。格式一:M98PxxxxLxxxx;说明:M98;调用子程序指令;Pxxxx:被调用的子程序号;Lxxxx:重复调用的次数。格式二:M98PD△△xxxx;上一页下一页返回4.4型腔铣削说明:M98;调用子程序指令;△△△:重复调用的次数，系统允许重复调用的次数为999次。如果省略了重复次数，则为1次xxxx:被调用的子程序名。4.使用子程序的注意事项(1)主程序中的模态G代码可被子程序中同一组的其他G代码所更改(2)最好不要在刀具补偿状态下的主程序中调用子程序4.4.4任务实施1.工艺分析本工序加工内容为型腔底面和内腔。上一页下一页返回4.4型腔铣削2.切削用量选择(1)背吃刀量(2)主轴转速(3)进给量3.刀具与切削参数4.装夹方案本工序采用平口钳装夹，由于加工内腔，所以不存在刀具干涉问题，只要保证对刀面高于钳口即可。5.加工程序(FaNUC系统)上一页返回4.5孔加工4.5.1任务1:端盖零件上沉头螺钉孔和销孔的加工端盖零件，底平面、侧面已在前面工序加工完成。本工序加工端盖两个沉头螺钉孔和销孔，试编写其加工程序。零件材料45钢。4.5.2孔的加工工艺知识1.孔类加工工艺(1)数控钻孔的尺寸关系(2)孔加工工艺路线安排2.孔加工典型方法及其刀具孔加工在金属切削中占有很大的比重，应用广泛。下一页返回4.5孔加工(1)点孔(2)钻孔(3)扩孔(4)锪孔(5)铰孔(6)镗孔(7)铣孔3.孔加工固定循环指令上一页下一页返回4.5孔加工(1)孔加工通常由下述6个动作组成(如图4-73所示):动作1—X轴和Y轴定位，使用刀快速定位到孔加工的位置;动作2—快进到R点，即刀具自初始点快速进给到R点;动作3—孔加工，以切削进给的方式执行孔加工的动作;动作4—在孔底的动作，包括暂停、主轴准停、刀具移位等动作;动作5—返回R点，继续孔的加工而又可以安全移动刀具时选择R点;动作6—快速返回到初始点，孔加工完成后一般应选择初始点。上一页下一页返回4.5孔加工(2)孔加工循环的通用编程格式如下:g98~G99C73~G89X_Y_Z_R_Q_P_F_L_;说明:G98:返回初始平面，为默认方式;G99:返回R点平面;G98与G99指令的区别如图4-75所示。G73~G89:孔加工指令;X,Y:加工起点到孔位的距离(G91)或孔位坐标(G90);Z:点到孔底的增量距离(G91)或孔底坐标(G90);上一页下一页返回4.5孔加工R:初始点到R点的增量距离(G91)或R点的坐标(G90);Q:每次进给深度(G73/G83)或刀具在轴上的反向位移增量(G76/G87);P:刀具在孔底的暂停时间;F:一切削进给速度;L:固定循环的次数上一页下一页返回4.5孔加工在数控加工中，某些加工动作已经典型化，例如钻孔、撞孔的动作顺序是孔位平面定位、快速引进、切削进给、快速退回等，这一系列动作已经预先编好程序，存储在内存中，可用包含G代码的程序调用，从而简化了编程工作。这种包含了典型动作循环的G代码称为循环指令。4.5.3钻孔、锪孔及铰孔固定循指令1.钻孔循环G81与锪孔循环G82指令格式:G81X_Y_Z_R_F_;(华中数控系统G81X_Y_Z_R_F_L_P_;P:R点暂停时间，单位为秒)上一页下一页返回4.5孔加工G82X_Y_Z_R_F_;(华中数控系统G82X_Y_Z_R_F_L_P_;P:R点暂停时间，单位为秒)说明:G81指令用于正常的钻孔，切削进给执行到孔底然后刀具从孔底快速移动退回。G82动作类似于G81，只是在孔底增加了进给后的暂停动作。因此，在盲孔加工中，提高了孔底精度。该指令常用于锪孔或阶台孔的加工。上一页下一页返回4.5孔加工2.高速深孔钻循环G73与深孔钻循环G83所谓深孔，通常是指孔深和孔直径之比大于5的孔。加工深孔时，加工中散热差，排削困难，钻杆刚性差，易使刀具损坏和引起孔的轴线偏斜，从而影响加工精度和生产率。指令格式G73X_Y_Z_R_Q_F_;(华中数控系统G73X_Y_Z_R_Q_F_L_;Q:每次进给深度，K:每次退刀距离)G83X_Y_Z_R_Q_F_;(华中数控系统G83X_Y_Z_R_Q_F_L_;Q:每次进给深度，K:每次退刀后再次进给时，由快速进给转换为切削进给时，距上次加工面的距离)上一页下一页返回4.5孔加工说明:G73指令通过Z轴方向的间歇进给实现断屑动作;G83指令通过Z轴方向的间歇进给实现断屑与排屑动作;该指令与G73指令的不同之处在于:刀具间歇进给后快速回退到R点，再快速进给到Z向距上次切削孔底平面d处，从该点处，快进变成工进，工进距离Q+d上一页下一页返回4.5孔加工3.镗孔循环G85G85X_Y_Z_R_F_;(华中数控系统G85X_Y_Z_R_P_F_L。)(2)指令动作如图4-81所示，执行G85固定循环时，刀具以切削进给方式加工到孔底，然后以切削进给方式返回到R平面。该指令常用于铰孔和扩孔加工，也可用于粗撞孔加工。上一页下一页返回4.5孔加工4.5.4任务实施1.工艺分析2.刀具与工艺参数3.装夹方案本工序采用平口钳装夹，由于加工内腔，所以不存在刀具干涉问题，只要保证对刀面高于钳口即可4.参考加工程序上一页下一页返回4.5孔加工4.5.5任务2:支撑座零件上孔的加工支撑座零件如图4-82所示，上下表面、外轮廓已在前面工序加工完成。本工序完成零件上所有孔的加工，试编写其加工程序。4.5.6攻螺纹和镗孔的加工工艺知识1.攻螺纹的加工工艺(1)普通螺纹(2)攻螺纹底孔直径的确定(3)盲孔螺纹底孔深度的确定(4)螺纹轴向起点和终点尺寸的确定。上一页下一页返回4.5孔加工(5)攻螺纹刀具与刀柄2.孔加工关键技术撞孔加工的关键技术是解决撞刀杆的刚性问题和排屑问题。(1)刚性问题的解决方案(2)排屑问题的解决方案3.镗孔刀具(1)粗镗刀(2)精镗刀(3)双刃撞刀(4)镗孔刀刀头上一页下一页返回4.5孔加工4.5.7攻螺纹与镗孔固定循环指令1.刚性攻右旋螺纹G84与攻左旋螺纹G74

功能:右旋螺纹攻丝指令格式:G84X_Y_Z_R_F_;(华中数控系统G84X_Y_Z_R_P_F_L。)G74X_Y_Z_R_F_;(华中数控系统G74X_Y_Z_R_P_F_L。)上一页下一页返回4.5孔加工说明:(1)指令参数意义R--绝对坐标编程时是参照R点的坐标值;增量坐标编程时是参照R点相对于起始点的增量值。应选距工件表面7~8mmP--孔底停顿时间。F螺纹导程。注意:如果Z向移动量为零时，该指令不执行。(2)动作循环。如图4-93所示为G74与G84攻螺纹的动作图。上一页下一页返回4.5孔加工2.精镗孔循环G76与反镗孔循环G87指令格式：G76X_Y_Z_R_Q_P_F_;(华中数控系统G76X_Y_Z_R_P_I_J_F_L_;I:X轴刀尖反向位移量；J:Y轴刀尖反向位移量)G87X_Y_Z_R_Q_F_;(华中数控系统G87X_Y_Z_R_P_I_J_F_L_;I:X轴刀尖反向位移量；J:Y轴刀尖反向位移量)上一页下一页返回4.5孔加工说明:(1)指令参数意义R—从初始位置在到R点距离。Q—刀具在孔底偏移量(正值)。P—孔底暂停时间(ms)F—切削进给速度。注意:如果Z,Q,K移动量为零，该指令不执行(2)循环动作。精镗时，主轴在孔底定向停止后，向刀尖反方向移动，然后快速退刀，退刀位置由G98或G99决定。这种方法让刀的退刀不会划伤已加工表面，保证了撞孔精度。刀尖反向位移量用地址口指定，其值只能为正值。口值是模态的，位移方向由MDI设定，可为±X,±Y中的任一个。图给出了G76指令的动作循环次序。主轴定向如图4-94所示。上一页下一页返回4.5孔加工3.粗镗孔循环(1)指令格式:G85X_Y_Z_R_F_;G86X_Y_Z_R_P_F_;G88X_Y_Z_R_P_F_L_;G89X_Y_Z_R_P_F_;(2)孔加工动作如图4-95所示。执行G85循环，刀具以切削进给方式加工到孔底，然后以切削进给方式返回到R点平面。因此，该指令除可用于较精密的撞孔外，还可用于铰孔和扩孔。常用的粗撞孔循环有G85,G86,G87,G89四种，其指令格式与孔加工动作基本相同。上一页下一页返回4.5孔加工4.5.8任务实施1.工艺分析2.刀具与工艺参数3.装夹方案本工序采用平口钳装夹，由于加工内腔，所以不存在刀具干涉问题，只要保证对刀面高于钳口即可。4.参考加工程序上一页返回4.6综合铣削加工实例完成如图4-96所示零件的加工程序。零件材料为铝，毛坯尺寸为150mmx100mmx20mm。按图样要求完成零件基点计算，设定工件坐标系，制定正确的工艺方案(包括定位、夹紧方案和工艺路线)，选择合理的刀具和切削工艺参数，编写数控加工程序。1.工艺分析此工件从图样上分析可以看出有2处圆弧，4处平底孔，1个矩形腔为了简化编程，矩形可以采用坐标旋转指令进行编程，孔的加工可以分为钻、镗、铰、铣。由于本例孔精度不高，可以采用铣孔的方法加工。零件采用平口虎钳装夹。工件被加工部分要高出钳口，避免刀具与钳口发生干涉。如图4-97所示，将工件坐标系G54建立在工件上左下角处。下一页返回4.6综合铣