项目四 任务二 平面外轮廓加工（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掌握圆弧过渡、直线过渡指令及编程； ②掌握刀具半径补偿指令及使用； ③掌握平面外轮廓切向切入、切出方式； ④掌握平面外轮廓加工工艺的制定方法。 2.技能目标 ①会进行平面外轮廓加工方法及尺寸控制； ②会进行平面外轮廓多余材料的处理。 任务二 平面外轮廓加工 1 图4-7 零件图 图4-8 三维效果图 1 [知识学习] 一、编程指令 1.倒角指令 （1）指令功能 在一个轮廓拐角处可以插入倒角或倒圆。 （2）指令格式 见表4-11。 1 发那科系统与西门子系统倒角指令格式   发那科系统 西门子系统 指令格式 G01 X Y F ，C 　； G01 X Y CHF= F 　； 参数含义 X、Y：指定拐角点的坐标； F：指定进给速度； C：指定拐角顶点到拐角起点或拐角终点的距离 X、Y：指定拐角点的坐标； CHF：指定倒角部分的长度 F：指定进给速度； 编程示例 直线与直线间倒角参考程序： N20 G01 X50.0 Y40.0 F70，C7.0； N30 X85.0 Y30.0； 直线与直线间倒角参考程序： N20 G01 X50.0 Y40.0 F70 CHF=11； N30 X85.0 Y30.0； 1   发那科系统 西门子系统 指令格式 G01 X Y F ，C 　； G01 X Y CHF= F 　； 编程示例 直线与圆弧间倒角参考程序： N20 G01 X18.0 Y16.0 F70，C3.0； N30 G03 X32.0 Y10.0 R9； 直线与圆弧间倒角参考程序： N20 G01 X18.0 Y16.0 F70 CHF=3； N30 G03 X32.0 Y10.0 CR=9； 使用说明 （1）倒角指令不仅可用于直线与直线、直线与圆弧之间也可用于圆弧与直线、圆弧与圆弧之间的直线过渡。 （2）倒角指令只能在（G17、G18或G19）指定平面内执行，在平面切换过程中，不能指定倒角。 （3）如果超过3个程序段中不含移动指令时，则不能进行倒角。 （4）不能进行任意角度倒角。 （5）指定倒角程序段后面必须是直线插补或圆弧插补程序段，其间可插入G04程序段，否则会报警。 1 2.倒圆指令 （1）指令功能 在一个轮廓拐角处可以自动插入一个圆弧过渡。 （2）指令格式 见表4-12。 1   发那科系统 西门子系统 指令格式 G01 X Y F ，R 　； G01 X Y RND= 　F ； 参数含义 X、Y：指定拐角点绝对坐标 F：指定进给速度 R：指定拐角圆弧半径 X、Y：指定拐角点绝对坐标 RND：指定拐角圆弧半径 F：指定进给速度 示　例 直线与直线间圆弧过渡参考程序： N20 G01 X18.0 Y16.0 F70，R10； N30 X35.0 Y12.0； 直线与直线间圆弧过渡参考程序： N20 G01 X18.0 Y16.0 F70 RND=10； N30 X35.0 Y12.0； 表4-12 圆弧过渡指令格式、参数含义和使用说明 1   发那科系统 西门子系统 指令格式 G01 X Y F ，R 　； G01 X Y RND= 　F ； 示　例 直线与圆弧间圆弧过渡参考程序： N20 G01 X18.0 Y16.0 F70，R5； N30 G03 X36.0 Y10.0 R12； 直线与圆弧间圆弧过渡参考程序： N20 G01 X18.0 Y16.0 F70 RND=5； N30 G03 X36.0 Y10.0 CR=12； 使用说明 （1）倒圆指令不仅可用于直线与直线、直线与圆弧之间也可用于圆弧与直线、圆弧与圆弧之间的直线过渡。 （2）倒圆指令只能在（G17、G18或G19）指定平面内执行，在平面切换过程中，不能指定倒角。 （3）如果超过3个程序段中不含移动指令时，则不能进行圆弧过渡。 （4）过渡圆弧与前后两轮廓相切，若过渡圆弧半径值过小，不能与前后两轮廓相切则会报警。 1 3.刀具半径补偿指令（G41/G42） （1）指令功能 使刀具在所选择的平面内向左或向右偏置一个半径值，编程时只需按零件轮廓编程，不需要计算刀具中心运动轨迹，从而方便、简化计算和程序编制。 （2）指令代码 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 （3）指令格式 见表4-2-2。 1 表4-13 发那科系统与西门子系统刀具半径补偿指令格式 发那科系统（G17平面） 西门子系统（G17平面） G0/G1 G41 X Y D ； 建立刀具半 径左补偿 G0/G1 G42 X Y D ； 建立刀具半 径右补偿 G0/G1 G40 X Y ； 取消刀具半 径补偿 G40 ； 仅取消偏置方式 G0/G1 G41 X Y ； 建立刀具半径 左补偿 G0/G1 G42 X Y ； 建立刀具半径 右补偿 G0/G1 G40 X Y ； 取消刀具半径 补偿 G40； 仅取消偏置方式 1 其中X、Y为建立刀具半径补偿（或取消刀具半径补偿）时目标点坐标，D为刀具半径补偿号。 刀具半径左补偿、右补偿方向判别： 在补偿平面内，沿着刀具进给方向看刀具在轮廓左边用左补偿，沿着刀具进给方向看刀具在轮廓右边，用右补偿。 1 （4）指令使用 刀具补偿过程中运动轨迹可分为：建立刀具半径补偿、使用刀具半径补偿、撤消刀具半径补偿三个步骤。 ①建立补偿时，刀具以直线运动接近工件轮廓，并在轮廓起始点处与轨迹切向垂直。正确选择起始点，才能保证刀具运行时不发生碰撞。建立刀具半径补偿后刀具轨迹如图4-2-4所示。如P1点坐标为（20，10），执行刀具半径补偿指令N20 G1 G42 X20 Y10 D1 ，刀心轨迹并不是到达P1点而是到达偏移后的点。 1 ②使用刀具半径补偿， 建立刀具半径补偿指令后刀具在运行中始终按偏离一个刀具半径值进行移动，。系统在进入补偿（G41/G42）状态时不得变换补偿平面（如从G17平面切换到G18平面），否则会发生报警。 ③刀具半径补偿的取消，用G40取消刀具半径补偿，此状态也是编程开始所处的状态。只有在直线移动命令中才能取消补偿运行，否则只能取消补偿状态。取消刀具半径补偿时刀心轨迹如图所示。 1 例：如图，工件铣削3mm深，建立刀补前的刀具位置坐标为（-15，-20），采用刀具半径右补偿，则加工程序为（发那科与西门子系统程序相同） N10 G54 G17 M3 S800 T1；设置工艺参数 N20 G0 X-15 Y-20 Z5； 快速移动到补偿前位置点上方 N30 G0 Z-3； 下刀 N40 G1 G42 X0 Y0 D1 F70；建立刀具半径右补偿（西门子系统可不写D1） N50 X37 Y0； 加工轮廓 N60 G2 X50 Y13 I13 J0；… N70 G1 Y20；… N80 G3 X40 Y30 I-10 J0；… N90 G1 X0；… N100 Y0；… N110 G1 G40 X-15 Y-20； 取消刀具半径补偿 N120 G0 Z100； 抬刀 N130 M2； 程序结束 1 （5）指令使用说明 1）只有在直线移动命令中才可以进行G41/G42选择，取消补偿时也只有在移动命令中才能取消补偿运行。 2）刀具半径补偿指令应指定所在的补偿平面（G17/G18/G19） 3）建立刀具半径补偿G41/G42程序段之后应紧接着是工件轮廓的第一个程序段（除M指令或在补偿的平面内没有位移的程序段）。 4）在使用刀具半径补偿过程中不可以切换补偿平面（如从G17切换到G18平面）。 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4-14。 （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：四个圆弧轮廓直径为Ø20，所选铣刀直径不得大于Ø20，此任务选用直径为Ø16铣刀。粗加工用键槽铣刀铣削，精加工用立铣刀侧面下刀铣平面。 1 表4-14 工、量、刃具清单 工、量、刃具清单 图号 SKX4-2-1 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 Ø16 个 1 2 立铣刀 Ø16 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 铣削平面外轮廓零件时，一般采用立铣刀侧刃进行切削，由于主轴系统和刀具刚性变化，当铣刀沿工件轮廓切向切入工件时，也会在切入处产生刀痕。为了减少刀痕，切入、切出时可沿零件外轮廓曲线延长线的切线方向切入、切出工件，如图4-13所示。 1 2）铣削方向选择 图4-2-7铣刀沿工件轮廓顺时针方向铣削时，铣刀旋转方向与工件进给方向一致为顺铣；图4-14铣刀沿工件轮廓逆时针方向铣削时，铣刀旋转方向与工件进给方向相反为逆铣。一般情况下尽可能采用顺铣，即外轮廓铣削时宜采用沿工件顺时针方向铣削。 图4-2-7 图4-2-8 1 3）铣削路线 刀具由1点运行至2点（轨迹的延长线上）建立刀具半径补偿，然后按3→4→5→…→16→17的顺序铣削加工。切出时由17点插补到18点时取消刀具半径补偿。见图4-15所示。 加工中用键槽铣刀粗加工→立铣刀精加工→手动铣削剩余岛屿材料或编程铣削剩余岛屿材料。精加工（轮廓） 余量用刀具半径补偿控制，精加工尺寸精度 由调试参数值控制。 1 （2）合理切削用量的选择 加工材料为硬铝，硬度低，切削力较小，粗铣深度除留精铣余量，一刀切完；切削速度选择较高，进给速度50～80mm/min 。 表4-15铣削外轮廓合理切削用量 刀具 工作内容 F(mm/min) n (r/min) 高速钢键槽铣刀（T1） 粗铣外轮廓 留精加工余量0.3mm 70 800 高速钢立铣刀 （T2） 精铣外轮廓 60 1000 1 3.参考程序编制 （1）工件坐标系建立 根据工件坐标系建立原则，此任务工件坐标系建立在工件几何中心上较为合适。 （2）基点坐标计算 基点 坐标（X,Y） 基点 坐标（X,Y） 1 （-45，-60） 10 （35，9.7） 2 （-35，-50） 11 （35，-9.7） 3 （-35，-9.7） 12、13虚拟交点坐标 （35，-35） 4 （-35，9.7） 14 （10，-35） 5 （-40，40） 15 （-10，-35） 6 （-10，35） 16 （-25，-35） 7 （10，35） 17 （-35，-25） 8、9虚拟交点坐标 （35，35） 18 （-50，-25） 1 （3）参考程序 主程序：发那科系统程序名“O0420”；西门子系统程序名“XX0420.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 G40 G49 G80 G90 G40 G90 设置初始状态 N10 G54 M3 S800 T1 M08 G54 M3 S800 T1 D1 M08 设置加工参数 N20 G0G43X-45Y-60Z10H1 G0 X-45 Y-60 Z10 空间快速移动至1点上方 N30 Z-1.7 F70 Z-1.7 F70 下刀 N40 M98 P0050 L50 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 S1000 T2 F60 M3 S1000 T2 D1 F60 设置精加工参数 N90 G0 X-45 Y-60 G0 X-45 Y-60 空间快速移动至1点上方 N100 G43 Z-2 H2 Z-2 下刀 N110 M98 P0050 L50 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“O0050”；西门子系统子程序名“L50.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 G0 G41 X-35 Y-50 D1 G0 G41 X-35 Y-50 建立刀具半径左补偿 N20 G1 Y-9.7 G1 Y-9.7 直线加工至3点 N30 G3 Y9.7 R-10 G3 Y9.7 CR=-10 圆弧加工至4点 N40 G1 X-40 Y40 G1 X-40 Y40 直线加工至5点 N50 X-10 Y35 X-10 Y35 直线加工至6点 N60 G3 X10 R10 G3 X10 CR=10 圆弧加工至7点 N70 G1 X35 Y35,C5 G1 X35 Y35 CHF=7.07 利用倒角指令加工8、9 N80 Y9.7 Y9.7 直线加工至10点 N90 G3 Y-9.7 R-10 G3 Y-9.7 CR=-10 圆弧加工至11点 N100 G1 Y-35,R10 G1 Y-35 RND=10 利用倒圆指令加工12、13 1 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 N110 X10 X10 直线加工至14点 N120 G3 X-10 R10 G3 X-10 CR=10 圆弧加工至15点 N130 G1 X-25 G1 X-25 直线加工至16点 N140 G2 X-35 Y-25 R10 G2 X-35 Y-25 CR=10 圆弧加工至17点 N150 G1 G40 X-60 Y-25 G1 G40 X-60 Y-25 取消半径补偿到18点 N160 M99 M17 子程序结束 1 [资料链接] 使用刀具半径补偿指令加工内、外轮廓和内角时，常出现以下几种临界加工情况引起的过切现象： （1）图4-2-10，轮廓过渡时轮廓位移小于刀具半径（B<R）产生的过切。 图4-2-10 1 图4-2-11 （3）图4-2-12，内轮廓加工，当铣刀半径大于内轮廓圆弧半径时产生的过切。 图4-2-12 以上几种情况，一般数控系统都会发出报警信息，必须更改轮廓参数或铣刀半径才能消除报警。 （2）图4-2-11，凹槽宽度小于铣刀直径时（B<2R）产生的过切。 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：将数控程序通过面板输入到数控系统中。 4.工件装夹：平口钳装夹在工作台上并校正；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面任务。 2.Z方向对刀 依次安装粗、精加工铣刀，按前面任务方法对刀。 三、机床刀具半径补偿值的调整 采用刀具半径补偿功能时，机床中刀具半径补偿值应作相应调整，调整方法如下： 1 发那科系统按 （参数）键，按 （补正）软键出现如图4-19画面；把光标移动至所用刀具号的（形状）D处，输入刀具半径值8，按[输入]软键即可。 西门子系统按 参数操作区域键，出现图4-20画面，将光标移至所需调整刀具号的半径位置，输入半径值8，按 回车键即可。。 图4-19 图4-20 1 四、空运行及仿真 发那科系统：调整机床刀具半径补偿值，把基础坐标系中Z方向值变为+50，打开程序，选择MEM工作模式，按下空运行按钮，按循环启动按钮。 西门子系统：调整机床刀具半径补偿值，设置空运行和程序测试有效，打开程序，选择自动加工模式，按下数控启动键，观察程序运行情况。 五、零件自动加工及尺寸控制 加工时先用Ø16键槽铣刀进行粗加工，后用Ø16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8.3mm，轮廓留0.3mm精加工余量,深度方向也留0.3mm精加工余量，由程序控制。 1 用立铣刀精加工时机床中刀具半径补偿值先设置为8.2mm，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： 第一次运行精加工程序后，测得轮廓70-0.1实际尺寸为70.55mm，比图纸要求尺寸还大0.45～0.55mm，单边大0.225～0.275mm（取中值0.25mm），则机床中刀具半径补偿值应修改为8.2-0.25=7.95mm，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 六、零件检测与评分 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         1 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         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 750 -0.1mm（2处） 10         10 2+0.1 0mm 5         11 R10mm（6处） 15         12 5mm 5         13 9.7mm（2处） 10         14 表面粗糙度值Ra3.2μm 5         综合评价   1 [操作注意事项] 1.编程时采用刀具半径补偿指令，加工前应设置好机床中半径补偿值，否则刀具将不按半径补偿加工。 2.首件加工都是采用“试测法”控制轮廓及深度尺寸，故加工时应及时测量工件尺寸和修改数控机床中刀具半径、长度补偿（或长度磨损）等参数，首件加工合格后，就不需调整机床相关参数，除非刀具在加工过程中磨损。 3.为保证工件轮廓表面质量，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工完成。 1 4.尽量避免切削过程中途停顿，减少因切削力突然变化造成弹性变形而留下的刀痕。 5.平面外轮廓粗加工时，通常采用由外向内逐渐接近工件轮廓铣削的方式进行，并可采取通过改变刀具半径补偿值的方法实现。 6.铣削平面外轮廓时尽量采用顺铣方式，以提高表面质量。 7.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）用盘铣刀铣平上表面。 1 [思考与练习] 1.采用倒角、倒圆指令只能加工出什么样尺寸要求的倒角、倒圆？ 2.如何判断刀具半径补偿方向？ 3.什么是刀具半径补偿？使用刀具半径补偿指令应注意哪些问题？ 4.如何确定外轮廓切入、切出方向？ 5.做一做：针对图4-21零件， 试编写程序并加工。 图4-21 1 $$