《数控铣削编程与操作 项目教程》-项目４

任务１凸台的数控铣削编程与加工4.1.1任务书(1)任务要求:凸台的数控铣削编程与加工。(2)数控系统:采用FANUC一0i数控系统。(3)软件要求:上海宇龙软件有限公司开发的数控加工仿真系统。(4)任务内容:完成如图4.1.1所示零件的加工。已知毛坯材料为45号钢，毛坯尺寸为80mmx60mmx40mm,6个表面均能满足粗糙度要求。根据零件图要求，制定零件加工工艺，编写零件加工程序，首先进行仿真加工，然后在数控铣床上进行实际加工，并对加工后的零件进行检测、评价。下一页返回任务１凸台的数控铣削编程与加工(5)任务提交:在数控加工仿真系统中完成图4.1.1零件的仿真加工。

(6)评价标准:见表4.1.1。４.１.２任务准备４.１.２.１编程前的准备１）零件图分析该零件轮廓由直线和圆弧组成，表面粗糙度全部为Ｒａ３.２μｍ，没有几何公差项目的要求，整体加工要求不高。２）建立工件坐标系以零件上表面中心点作为工件坐标系原点，建立工件坐标系，如图４.１.１所示。上一页下一页返回任务１凸台的数控铣削编程与加工３）确定加工方式根据图样加工要求，可以采用平底铣刀粗铣完成，铣削方式采用逆铣。４）装夹方式的确定该零件为单件生产，且零件外形为长方体，选用平口虎钳装夹，工件上表面高出钳口约１５ｍｍ。５）刀具及切削用量根据加工要求，拟用直径为２０ｍｍ的平底铣刀完成加工任务。刀具参数见刀具卡片表４.１.２。所选刀具如图４.１.２所示。切削用量见表４.１.３。上一页下一页返回任务１凸台的数控铣削编程与加工６）走刀路线的确定加工此零件，刀具铣削平面路线如图４.１.３所示。（１）刀具沿着Ｚ轴快速定位至Ｚ２００.０位置。（２）刀具沿着Ｘ轴和Ｙ轴快速定位到１点。（３）刀具快速落至Ｚ３.０处。（４）刀具按照进给速度直线移动至Ｚ－５.０处。（５）刀具沿着图示箭头方向铣削加工。（６）刀具沿着Ｚ轴快速升至Ｚ２００.０处。７）基点坐标计算根据图４.１.３，计算各基点的坐标值，见表４.１.４。上一页下一页返回任务１凸台的数控铣削编程与加工４.１.２.２编写加工程序此零件的加工程序见表４.１.５。４.１.３任务实施４.１.３.１仿真加工仿真加工按照如下顺序进行：选择机床—控制系统选择ＦＡＮＵＣ－０ｉ系统—机床类型选择标准铣床—机床回参考点—定义毛坯—安装毛坯—安装刀具—对刀操作—编辑加工程序—检查运行轨迹—自动加工—检测工件。仿真加工后的零件如图４.１.４所示。上一页下一页返回任务１凸台的数控铣削编程与加工４.１.３.２机床加工（１）准备机床。（２）安装工件。（３）刀具准备。（４）程序准备。（５）对刀操作。（６）验证程序。（７）自动加工。（８）零件检测。上一页下一页返回任务１凸台的数控铣削编程与加工４.１.４知识包４.１.４.１刀具半径补偿１）刀具半径补偿的目的在数控铣床上进行轮廓的铣削加工时，由于刀具半径的存在，刀具中心（刀心）轨迹和工件轮廓不重合。如果数控系统不具备刀具半径自动补偿功能，则只能按刀心轨迹进行编程，即在编程时给出刀具的中心轨迹，即如图４.１.５所示的点画线轨迹，其计算相当复杂，尤其当刀具磨损、重磨或换新刀而使刀具直径发生变化时，必须重新计算刀心轨迹，修改程序，这样既烦琐，又不能保证加工精度。上一页下一页返回任务１凸台的数控铣削编程与加工当数控系统具备刀具半径补偿功能时，数控编程只需按工件轮廓进行，即如图４.１.５中的粗实线轨迹，数控系统会自动计算刀心轨迹，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行刀具半径补偿。２）刀具半径补偿指令Ｇ４１、Ｇ４２、Ｇ４０•编程格式：上一页下一页返回任务１凸台的数控铣削编程与加工•说明：Ｇ１７，Ｇ１８，Ｇ１９———选择建立刀具半径补偿的坐标平面，其中Ｇ１７是开机默认状态；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。Ｘ，Ｙ———建立或取消刀具半径补偿时刀具移动的终点坐标值。Ｄ———刀补号地址，用Ｄ００～Ｄ９９来指定，它用来调用内存中刀具半径补偿的数值。•判断刀具半径左、右补偿的方法。上一页下一页返回任务１凸台的数控铣削编程与加工假设工件不动，沿着刀具的运动方向向前看，刀具位于加工工件轮廓左侧的刀具半径补偿，称为刀具半径左补偿；刀具位于加工工件轮廓右侧的刀具半径补偿，称为刀具半径右补偿，如图４.１.６所示。３）刀具半径补偿的过程刀具半径补偿过程分刀补引入、刀补进行和刀补取消三步，如图４.１.７所示。（１）刀补引入。数控系统通电启动后处在刀补撤销状态。使用刀补指令Ｇ４１或者Ｇ４２引入刀具半径补偿，刀具实际运行轨迹从与编程轨迹重合逐渐过渡为偏离一个偏置量的过程，引入刀具半径补偿时刀具移动的距离一般要大于偏置量。上一页下一页返回任务１凸台的数控铣削编程与加工（２）刀补进行。执行刀具半径补偿时刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量。（３）刀补取消。刀具实际运行轨迹从与编程轨迹偏置一个偏置量逐渐过渡为与编程轨迹重合。４）使用刀具半径补偿时的注意事项(1)加工二维轮廓时，一般是侧向沿着轮廓的延长线进刀／退刀或沿切线方向进刀／退刀。尽量避免垂直进刀，如图４.１.８所示。（２）加工外轮廓时，下刀要求刀具从安全面高度下降到切削高度时，应离开工件毛坯边缘一个距离，再进行轮廓切削，不能直接贴着加工零件理论轮廓直接下刀，以免发生危险（该位置应距离毛坯至少一个刀具半径），如图４.１.９所示。上一页下一页返回任务１凸台的数控铣削编程与加工（３）建立刀具半径补偿时，刀具应处在正确的方向和位置，一般是远离零件轮廓一定的距离（一般应大于刀具直径），如图４.１.１０（ａ）所示。图４.１.１０（ｂ）中，刀具补偿起刀点设置方向不对，由走刀轨迹可以看出会在切入点发生过切。（４）刀具半径补偿的建立和取消均以Ｇ００或Ｇ０１形式进行。为保证刀补建立与刀补取消时刀具与工件的安全，通常采用Ｇ０１运动方式来建立或取消刀补。如果采用Ｇ００运动方式来建立或取消刀补，则要采取先建立刀补再下刀和先退刀再取消刀补的编程加工方法。上一页下一页返回任务１凸台的数控铣削编程与加工（５）Ｇ４２指令建立右刀补，产生逆铣效果，用于粗铣。Ｇ４１指令建立左刀补，产生顺铣效果，用于精铣。使用Ｇ４０指令撤销刀具补偿时，最好是铣刀已远离工件。（６）在刀具补偿模式下，一般不允许存在连续两段以上的非补偿平面移动指令，否则刀具出现过切等危险动作。非补偿平面移动指令通常指：只有Ｇ、Ｍ、Ｓ、Ｆ、Ｔ代码的程序段（如Ｇ９０、Ｍ０５等），程序暂停程序段（如Ｇ０４Ｘ１０.０等），Ｇ１７（Ｇ１８、Ｇ１９）平面内的Ｚ（Ｙ、Ｘ）轴移动指令等。上一页下一页返回任务１凸台的数控铣削编程与加工（７）加工完一个轮廓后需要先取消刀具半径，如果需要继续加工另外一个轮廓，需要重新建立刀具半径补偿。（８）如果加工程序中有子程序，在半径补偿模式中的程序不能被分支，即在主程序中加刀补，必须在主程序中取消刀补，在子程序中加刀补就必须在子程序中取消刀补，否则系统会出现程序报警。（９）刀具半径的确定。如果零件上没有出现凹形轮廓，为减少走刀路线，简化编程，选择刀具时最好能保证一次将轮廓以外的材料铣去。对于有凹形轮廓的零件，在选择刀具时主要依据零件凹轮廓处的最小曲率半径或圆弧半径，刀具半径应小于零件凹轮廓的最小曲率半径或圆弧半径，否则会产生过切，如图４.１.１１所示。上一页下一页返回任务１凸台的数控铣削编程与加工５）刀具半径补偿功能的应用（１）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直径。如图４.１.１２所示，１为未磨损刀具，２为磨损后刀具，两者直径不同，只需将刀具参数表中的刀具半径ｒ１改为ｒ２，即可适用同一程序。（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。如图４.１.１３所示，刀具半径ｒ，精加工余量Ａ。粗加工时，输入刀具半径ｒ加精加工余量Ａ，则加工出点画线轮廓；精加工时，用同一程序、同一刀具，但输入刀具半径ｒ，则加工出实线轮廓。上一页返回任务2型腔的数控铣削编程与加工４.２.１任务书（１）任务要求：型腔的数控铣削编程与加工。（２）数控系统：采用ＦＡＮＵＣ－０ｉ数控系统。（３）软件要求：上海宇龙软件有限公司开发的数控加工仿真系统。（４）任务内容：编程加工如图４.２.１所示型腔。已知毛坯材料为４５号钢，毛坯尺寸为８０ｍｍ×６０ｍｍ×４０ｍｍ，６个表面均能满足粗糙度要求。根据零件图要求，制定零件加工工艺，编写零件加工程序，首先进行仿真加工，然后在数控铣床上进行实际加工，并对加工后的零件进行检测、评价。上页下一页返回任务2型腔的数控铣削编程与加工（５）任务提交：在数控加工仿真系统中完成图４.２.１零件的仿真加工。（６）评价标准：见表４.２.１。４.２.２任务准备４.２.２.１编程前的准备１）零件图分析该零件主要是铣削一个型腔，没有几何公差项目的要求，整体加工要求不高。２）建立工件坐标系上一页下一页返回任务2型腔的数控铣削编程与加工以零件上表面的中心点作为工件坐标系原点，建立工件坐标系，如图４.２.１所示。３）确定加工方式根据图样加工要求，可以采用键槽铣刀精铣完成加工，铣削方式采用逆铣。４）装夹方式的确定加工时，选用平口虎钳装夹，工件上表面高出钳口约１５ｍｍ。５）刀具及切削用量根据加工要求，拟用直径为２０ｍｍ的键槽铣刀完成加工任务。刀具参数见刀具卡片表４.２.２。上一页下一页返回任务2型腔的数控铣削编程与加工所选刀具如图４.２.２所示。切削用量见表４.２.３。６）走刀路线的确定加工此零件，刀具铣削平面路线如图４.２.３所示。（１）刀具沿着Ｚ轴快速定位至Ｚ２００.０位置。（２）刀具沿着Ｘ轴和Ｙ轴快速定位到０点。（３）刀具快速落至Ｚ４.０处。（４）刀具按照进给速度直线移动至Ｚ－５.０处。（５）刀具沿着图示箭头方向铣削加工。（６）刀具沿着Ｚ轴快速升至Ｚ２００.０处。上一页下一页返回任务2型腔的数控铣削编程与加工７）基点坐标计算根据图４.２.３，计算各基点的坐标值，见表４.２.４。４.２.２.２编写加工程序此零件的加工程序见表４.２.５。４.２.３任务实施４.２.３.１仿真加工仿真加工按照如下顺序进行：选择机床—控制系统选择ＦＡＮＵＣ－０ｉ系统—机床类型选择标准铣床—机床回参考点—定义毛坯—安装毛坯—安装刀具—对刀操作—编辑加工程序—检查运行轨迹—自动加工—检测工件。上一页下一页返回任务2型腔的数控铣削编程与加工仿真加工后的零件如图４.２.４所示。４.２.３.２机床加工（１）准备机床。（２）安装工件。（３）刀具准备。（４）程序准备。（５）对刀操作。（６）验证程序。（７）自动加工。（８）零件检测。上一页下一页返回任务2型腔的数控铣削编程与加工４.２.４知识包４.２.４.１型腔铣削内容与要求型腔是ＣＮＣ铣床、加工中心中常见的铣削加工内结构。铣削型腔时，需要在由边界线确定的一个封闭区域去除材料，该区域由侧壁和底面围成，其侧壁和底面可以是斜面、凸台、球面以及其他形状。型腔内部可以全空或有孤岛。对于形状比较复杂或内部有孤岛的型腔，需要使用计算机辅助编程。本任务讨论的型腔加工指由垂直侧壁轮廓和水平底面围成的规则型腔，如图４.２.１所示。上一页下一页返回任务2型腔的数控铣削编程与加工型腔的主要加工要求有：侧壁和底面的尺寸精度、表面粗糙度、二维平面内轮廓的尺寸精度。４.２.４.２型腔铣削方法对于较浅的型腔，可用键槽铣刀插削到底面深度，先铣型腔的中间部分，然后再利用刀具半径补偿对垂直侧壁轮廓进行精铣加工。对于较深的内部型腔，宜在深度方向分层切削，常用的方法是预先钻削一个到所需深度的孔，然后再使用比孔尺寸小的平底立铣刀从Ｚ向进入预定深度，进行侧面铣削加工，将型腔扩大到所需的尺寸、形状。上一页下一页返回任务2型腔的数控铣削编程与加工型腔铣削时有两个重要的工艺需考虑：①刀具切入工件的方法；②刀具粗、精加工的刀路设计。４.２.４.３型腔铣削刀具的选择适合于型腔铣削的刀具有平底立铣刀、键槽铣刀，型腔的斜面、曲面区域要用球头刀加工。型腔铣削时，立铣刀是在封闭边界内进行加工。立铣刀加工方法受内结构特点的限制。使用立铣刀对内轮廓进行精铣削加工的过程中，其刀具半径一定要小于零件内轮廓的最小曲率半径，刀具半径一般取０.８～０.９倍内轮廓最小曲率半径。上一页下一页返回任务2型腔的数控铣削编程与加工粗加工时，在不干涉内轮廓的前提下，尽量选用直径较大的刀具，直径大的刀具比直径小的刀具的抗弯强度大，加工中不容易引起受力弯曲和振动。在刀具切削刃（螺旋槽长度）满足最大深度的前提下，尽量缩短刀具从主轴伸出的长度和立铣刀从刀柄夹持工具的工作部分中伸出的长度，立铣刀的长度越长，抗弯强度越小，受力弯曲程度越大，会影响加工的质量，并容易产生振动，加速切削刃的磨损。４.２.４.４型腔铣削路线设计１）型腔铣削加工的刀具引入方法上一页下一页返回任务2型腔的数控铣削编程与加工与外轮廓加工不同，型腔铣削时，要考虑如何Ｚ向切入工件实体的问题。通常刀具Ｚ向切入工件实体有如下几种方法：（１）使用键槽铣刀沿Ｚ轴垂直向下进刀切入工件。（２）先预钻一个孔，再用直径比孔径小的平底立铣刀切削。（３）斜线进刀。使用立铣刀时，由于端面刃不过中心，一般不宜垂直下刀，可以采用斜插式下刀。斜插式下刀，即在两个切削层之间，刀具从上一层的高度沿斜线以渐近的方式切入工件，直到下一层的高度，然后开始正式切削，如图４.２.５所示。采用斜插式下刀时要注意斜向切入的位置和角度的选择应适当，一般进刀角度为５°～１０°。上一页下一页返回任务2型腔的数控铣削编程与加工（４）螺旋进刀。螺旋进刀指在两个切削层之间，刀具从上一层的高度沿螺旋线以渐近的方式切入工件，直到下一层的高度，然后开始正式切削。斜线进刀和螺旋进刀，都是靠铣刀的侧刃逐渐向下铣削而实现向下进刀的，所以这两种进刀方式可以用端部切削能力较弱的端铣刀向下进给。２）切入、切出方法选择铣削内轮廓侧面时，一般较难从轮廓曲线的切线方向切入、切出，这样应在区域相对较大的地方，用切弧切向切入和切向切出（图４.２.６中Ａ—Ｂ—Ｃ—Ｂ—Ｄ）的方法进行。上一页下一页返回任务2型腔的数控铣削编程与加工３）型腔铣削水平方向刀具路线常见的型腔铣削走刀路线如下：（１）Ｚ形走刀路线。如图４.２.７（ａ）所示，刀具循“Ｚ”字形刀路行切，粗加工的效率高；相邻两行走刀路线的起点和终点间留下凹凸不平的残留，残留高度与行距有关。（２）环切走刀路线。如图４.２.７（ｂ）所示，加工余量均匀稳定，有利于精加工时工艺系统的稳定性，从而得到高的表面质量，但刀路较长，不利于提高切削效率。（３）混合法走刀路线。先用行切法粗加工，后环切一周半精加工。上一页下一页返回任务2型腔的数控铣削编程与加工如图４.２.７（ｃ）所示，把“Ｚ”字形运动和环绕切削结合起来用一把刀进行粗加工和半精加工是一个很好的方法，因为它综合了两者的优点，有利于提高粗加工效率，有利于保证精加工加工余量均匀，从而保证精切削时工艺系统的稳定性。４.２.４.５型腔铣削用量粗加工时，为了得到较高的切削效率，往往会选择较大的切削用量，但刀具的切削深度与宽度应与加工条件（机床、工件、装夹、刀具）相适应。实际应用中，一般让Ｚ方向的吃刀深度不超过刀具的半径；直径较小的立铣刀，切削深度一般不超过刀具直径的１／３。上一页下一页返回任务2型腔的数控铣削编程与加工切削宽度与刀具直径大小成正比，与切削深度成反比，一般切削宽度取０.６～０.