项目四 任务三　平面内轮廓加工（课件）——《数控铣床编程与操作项目教程 第4版》同步教学（机工版）

[学习目标] 1.知识目标 ①了解回参考点指令和回固定点指令； ②掌握平面内轮廓加工进给路线的制定方法； ③掌握平面内轮廓加工刀具及合理切削用量的选择。 2.技能目标 ①会用CAD软件查找基点坐标； ②会进行平面内轮廓加工； ③会进行平面内轮廓尺寸控制。 任务三 平面内轮廓加工 1 图4－22 图4－23 1 [知识学习] 一、编程指令 1.回参考点指令 （1）指令功能 参考点是机床上的一个固定点，用该指令可以使刀具非常方便地移动到该位置。 （2）指令格式 见表。 发那科系统 西门子系统 G28 IP_； IP是指定中间点位置的指令 例：N1 G28 X40 Y0；中间点（X40，Y0） N2 G28 Y60； 中间点（X40，Y60） G74；占独立程序段 例：N20 G74；回机床参考点 1 （3）指令使用说明 1）用G28（G74）指令回参考点的各轴速度贮存在机床数据中（快速）。 2）使用回参考点指令前，为安全起见应取消刀具半径补偿和长度补偿。 3）发那科系统与西门子系统回参考点指令不同，发那科系统须指定中间点坐标，刀具经中间点回到参考点；西门子系统不需跟X、Y、Z值，直接回机床参考点。 4）返回参考点指令为程序段有效指令。 5）西门子系统回参考点程序写成：G74 X30 Y10；程序段后X、Y下编程数值不识别。 1 2.返回固定点指令 （1）功能 指刀具自动返回到机床上某一指定的固定点，如换刀点。 （2）指令格式 见表4-21。 表4-21 发那科系统与西门子系统回固定点指令格式 发那科系统 西门子系统 G29 IP_ ；IP是指从参考点返回目标点的指令 例：N2 G28 X40 Y60； 目标点坐标（X40，Y60） G75；占独立程序段，固定点的位置固定的存贮在机床数据中 例：N40 G75；回固定点 1 （3）指令使用说明 1）发那科系统与西门子系统指令、含义各不相同。 2）返回固定点指令为程序段有效指令。 3）返回固定点指令之后的程序段中原先的G0、G1、G2、G3…将再次生效。 4）西门子系统回固定点程序写成：G75 X30 Y10；程序段后X、Y下编程数值不识别。 1 二、加工工艺分析 1.工、量、刃具选择 （1）工具选择：工件采用平口钳装夹，试切法对刀，其它工具见表4-22。 （2）量具选择：轮廓尺寸用游标卡尺测量，深度尺寸用深度游标卡尺测量。 （3）刃具选择：铣内轮廓刀具半径必须小于内轮廓最小圆弧半径，否则将无法加工出内轮廓圆弧。本任务内轮廓最小圆弧轮廓半径为R6，故所选铣刀直径不得大于Ø12，此处选用直径为Ø10铣刀。粗加工用键槽铣刀铣削，精加工用能垂直下刀的立铣刀或用键槽铣刀替代。铣刀材料用普通高速钢 1 表4-22 工、量、刃具清单 工、量、刃具清单 图号 SKX4-3-1 种类 序号 名称 规格 精度 单位 数量 工具 1 平口钳 QH135 个 1 2 扳手 把 1 3 平行垫铁 副 1 4 塑胶榔头 个 1 量具 1 游标卡尺 0～150mm 0.02 把 1 2 深度游标卡尺 0～200mm 0.02 把 1 3 百分表及表座 0～10mm 0.01 个 1 4 粗糙度样板 N0～N1 12级 副 1 刃具 1 键槽铣刀 Ø10 个 1 2 立铣刀 Ø10 个 1 1 2.加工工艺方案 （1）加工工艺路线 1）切入、切出方式选择 铣削封闭内轮廓表面时，刀具无法沿轮廓线的延长线方向切入、切出。只有沿法线方向切入、切出或圆弧切入、切出。本任务选择法线方向切入和切出，并切入、切出点选在零件轮廓两几何要素的交点上。 1 2）铣削方向的确定 铣刀沿内轮廓逆时针方向铣削时，铣刀旋转方向与工件进给运动方向一致为顺铣，如图4-24所示。铣刀沿内轮廓顺时针方向铣削时，铣刀旋转方向与工件进给运动方向相反为逆铣，如图4-25所示。一般尽可能采用顺铣。 图4-24 图4-25 1 3）进给路线 内轮廓的进给路线有行切、环切和综合切削三种切削方法， 综合切削法是先行切后环切。 行切与环切进给路线都能切净内轮廓中的全部面积，不留死角，不伤轮廓，同时能尽量减少重复进给的搭接量。不同点是行切法的进给路线比环切法短，但行切法在每两次进给的起点与终点间留下残留面积 图4-26 图4-27 1 环切法获得的表面粗糙度要好于行切法，但环切法需要逐次向外扩展轮廓线，刀位点计算复杂、刀具路径长。 加工中可结合行切、环切的优点，采用综合切削法；先用行切法去除中间部分余量，最后用环切法加工内轮廓表面，既可缩短进刀路线，又能获得较好的表面质量。 本任务选择环切法并由里向外加工，加工中行距取刀具直径的50～90%左右，加工路线见图4-27。 刀具由1→2→3→4→5→6→3→7→8→9→10→7→1的顺序按环切方式进行加工，刀具从点3运行至点7时建立刀具半径补偿，加工结束时刀具从点7运行至点1过程中取消刀具半径补偿。 1 （2）合理切削用量的选择 加工材料为硬铝，切削力较小，铣削深度除留0.3mm精加工余量，其余一刀切完；切削速度可选较高，垂直进给速度较小，具体见表。 刀具 工作内容 F(mm/min) n(r/min) 高速钢键槽铣刀 （T1） 垂直进给 深度留0.3mm精加工余量 50 1000 粗铣内轮廓 轮廓留0.3mm精加工余量 70 1000 高速钢立铣刀 （T2） 垂直进给 50 1200 精铣内轮廓 70 1200 1 3.参考程序编制 （1）工件坐标系建立 本任务工件坐标系建立在工件几何中心上，Z零点设置在工件上表面。 （2）基点坐标计算 本任务不仅要计算基点7、8、9、10、11、12、13、14等坐标还要计算环切余量时1、2、3、4、5、6点坐标，其中1、2、3、4、5、6、9、10、11、12坐标不易计算，可采用CAD软件查找点坐标的方法， 1 基点 坐标(X,Y) 基点 坐标(X,Y) 1 （-10，10） 8 （-20，-30） 2 （-10，-10） 9 （20，-30） 3 （-17，-17） 10 （22.308，-18.462） 4 （-1.716，-17） 11 （22.308，18.462） 5 （-1.716，17） 12 （20，30） 6 （-17，17） 13 （-20，30） 7 （-30，-20） 14 （-30，20） 在二维CAD软件上找查基点坐标：如AutoCAD或CAXA电子图板中画出内轮廓图形（注意工件坐标系与CAD软件坐标系一致，坐标原点重合），然后把鼠标放置在各点上可通过软件屏幕下方显示出该点坐标或用软件查询工具查找各点坐标。 1 （3）参考程序 主程序：发那科系统程序名“O0430”；西门子系统程序名“XX0430.MPF” 程序段号 程序内容 （发那科系统） 程序内容 （西门子系统） 动作说明 N5 G90 G49 G40 G80 G40 G90 设置初始参数 N10 G54M3S1000T01 G54 M3 S1000 T01 D1 设置加工参数 N20 G0G43X10Y10Z5H01 G0 X-10 Y10 Z5 空间快速移动至1点上方 N30 G1 Z-2.7 F50 G1 Z-2.7 F50 下刀 N40 M98 P0043 L43 调用子程序，粗加工轮廓 N50 G0 Z100 G0 Z100 抬刀 N60 M5 M5 主轴停 N70 M0 M0 程序停，换精铣刀具 N80 M3 S1200 T02 M3 S1200 T02 D1 主轴正转1200转 N90 G0G43X0Y10Z5H02 G0 X0 Y10 Z5 空间快速移动X0Y10处 N100 G1 X-10 Z-3 F50 G1 X-10 Z-3 F50 螺旋下刀至1点 N110 M98 P0043 L43 调用子程序，精加工轮廓 N120 G0 Z100 G0 Z100 抬刀 N130 M2 M2 程序结束 1 子程序：发那科系统子程序名“O0043”；西门子系统程序名“L43.SPF” 程序段号 程序内容 （发那科系统） 程序内容 （西门子系统） 动作说明 N10 G1 X-10 Y-10 F70 G1 X-10 Y-10 F70 从1点直线加工至2点 N20 X-17 Y-17 X-17 Y-17 直线加工至3点 N30 X-1.716 X-1.716 直线加工至4点 N40 G2 Y17 R35 G2 Y17 CR=35 圆弧加工至5点 N50 G1 X-17 G1 X-17 直线加工至6点 N60 Y-17 Y-17 直线加工至3点 N70 G41 X-30 Y-20 D1 G41 X-30 Y-20 建立半径补偿至7点 N80 G3 X-20 Y-30 R10 G3 X-20 Y-30 CR=10 圆弧加工至8点 N90 G1 X20 G1 X20 直线加工至9点 N100 G3X22.308Y-18.462 R6 G3X22.308Y-18.462CR=6 圆弧加工至10点 N110 G2 Y18.462 R20 G2 Y18.462 CR=20 圆弧加工至11点 N120 G3 X20 Y30 R6 G3 X20 Y30 CR=6 圆弧加工至12点 N130 G1 X-20 G1 X-20 直线加工至13 N140 G3 X-30 Y20 R10 G3 X-30 Y20 CR=10 圆弧加工至14 N150 G1 Y-20 G1 Y-20 直线加工至7 N160 G40 X-10 Y10 G40 X-10 Y10 移动至1点并取消刀补 N170 M99 M17 子程序结束 1 [资料链接] 型腔类零件下刀方法：加工型腔类零件在垂直进给时切削条件差，轴向抗力大，切削较为困难。一般根据具体情况采用以下几种方法进行加工： ①用钻头在铣刀下刀位置预钻一个孔，铣刀在预钻孔位置下刀进行型腔的铣削，此方法对铣刀种类没有要求，下刀速度不用降低，但需增加一把钻头，也增加了换刀和钻孔时间。 1 ②用键槽铣刀（或有端面刃的立铣刀）直接垂直下刀进给，再进行型腔铣削，此方法下刀速度不能过快，否则会产生振动，损坏切削刃。 ③使用X/Y和Z方向的线性坡走切削下刀，达到轴向深度后再进行型腔铣削，此方法适宜加工宽度较窄的型腔。 ④螺旋下刀，铣刀在下刀过程中沿螺旋线路径下刀，它产生的轴向力小，工件加工质量高，对铣刀种类也没什么要求，是最佳下刀方式。 1 [任务实施] 一、加工准备 1.检查毛坯尺寸。 2.开机、回参考点。 3.程序输入：把编写好的程序或经仿真后的数控程序输入数控系统。 4.工件装夹：平口钳装夹在铣床工作台上并校正；工件按要求装夹在平口钳上。 5.刀具装夹：共采用两把铣刀，一把粗加工键槽铣刀，一把为精加工立铣刀，通过弹簧夹头把铣刀装夹在铣刀刀柄中。 1 二、对刀操作 1.X、Y方向对刀 X、Y方向采用试切法对刀，方法同前任务。 2.Z方向对刀 依次安装粗、精加工铣刀，测量每把刀的刀位点从参考点到工件上表面的Z数据输入到相应的刀具长度补偿号中，加工时调用。 三、空运行及仿真 按前面任务要求进行空运行及仿真 1 四、零件自动加工及尺寸控制 加工时先用Ø10键槽铣刀进行粗加工，后用Ø10立铣刀进行精加工。因粗、精加工轮廓子程序相同，故粗加工轮廓时把机床中刀具半径补偿值设置为5.3mm，轮廓留0.3mm精加工余量，深度方向留0.3mm精加工余量，由程序控制。用立铣刀精加工时机床中刀具半径补偿值先设置为5.2mm，运行完精加工程序后，根据轮廓实测尺寸再修改机床中刀具半径补偿值，然后重新运行精加工程序，以保证轮廓尺寸符合图纸要求，具体做法如下： 1 若第一次运行精加工程序后，若用游标卡尺测得内轮廓60±0.1实际尺寸为59.45mm，比图纸要求尺寸还小0.45～0.65mm，单边小0.225～0.325mm（取中间值0.275mm），则机床中半径补偿值修改为5.2-0.275=4.925m；然后重新运行精加工程序进行精加工，即可保证轮廓尺寸符合图纸尺寸要求。 深度尺寸也用类似方法进行控制，通过设置长度补偿值（或长度磨损值）第一次精加工程序运行后，测量轮廓实际深度尺寸，再修改长度补偿值（或长度磨损值），然后重新运行精加工程序以保证深度尺寸。 1 表4-27 平面内轮廓加工评分表 序号 检测项目 检测内容及要求 配分 学生 自检 学生 互检 教师 检测 得分 1 职业素养 文明、礼仪 5         2 安全、纪律 10         3 行为习惯 5         4 工作态度 5         5 团队合作 5         6 制定工艺 1．选择装夹与定位方式 2．选择刀具 3．选择加工路径 4．选择合理切削用量 5         7 程序编制 1．编程坐标系选择正确 2．指令使用与程序格式正确 3．基点坐标正确 10         1 六、加工结束，拆下工件，清理机床。 8 机床操作 1．开机前检查、开机、回参考点 2．工件、刀具装夹与对刀 3．程序输入与校验 5         9 零件加工 （60±0.1）mm（2处） 20         10 3+0.1 0mm 5         11 R10mm（2处） 5         12 R6mm（2处） 5         13 R20mm 5         14 10mm 5         15 表面粗糙度值Ra3.2μm 5         综合评价   1 [操作注意事项] 1.铣刀半径必须小于或等于工件内轮廓凹圆弧最小半径的大小，否则无法加工出内轮廓圆弧，机床中半径参数设置也不能大于内轮廓圆弧半径，否则会发生报警。 2.加工内轮廓尽可能采用顺铣以提高表面质量。 3.平面内轮廓加工尽可能采用行切、环切相结合的路线，并从里往外加工既可缩短切削时间又可保证加工表面质量。 1 4.内轮廓无法加工预制孔，精加工时用立铣刀应螺旋方式下刀或采用键槽铣刀替代。 5.机床中半径参数值设置越大，内轮廓尺寸越小，与外轮廓刚好相反。 6.工件装夹在平口钳上应校平上表面，否则深度尺寸不易控制；也可在对刀前（或程序中）用盘铣刀铣平工件上表面。 1 [思考与练习] 1.采用行切或环切时行距如何确定？ 2.发那科系统与西门子系统使用长度补偿与深度尺寸控制有何关系？ 3.试一试：用CAD软件查找各点坐标，然后编写如图4-27所示零件的程序并加工练习。” 图4-27 1 $$