项目五 任务一　键槽加工（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）

项目五 凹槽加工 1 [学习目标] 1.知识目标 ①理解局部坐标系概念； ②熟练应用子程序编程； ③掌握坐标轴偏移指令； ④掌握键槽加工工艺制定方法。 任务一 键槽加工 1 2.技能目标 ①会选择键槽铣刀； ②会进行圆弧切向进刀； ③会进行键槽铣削方法及尺寸控制。 1 加工任务 1 [知识学习] 一、编程指令 1.局部坐标系概念 如果工件在不同位置有重复出现的形状或结构，可把这一部分形状或结构编写成子程序，主程序在适当的位置调用、运行，即可加工出相同的形状和结构，从而简化编程。而编写子程序时不可能用工件坐标系，必须重新建立一个子程序的坐标系，这种在工件坐标系中建立的子坐标系称为局部坐标系。 1 如图5-3所示：加工五个矩形槽，用子程序编程，方便快捷，工件坐标系XOY设置在工件左下角，而子程序坐标系，即局部坐标系则应设置在矩形槽中心，即X′0′Y′。 子程序中基点坐标是相对对于 局部坐标系X′0′Y′（当前 坐标系）而言，其坐标值计算 方便、快捷。 图5-3 1 2.坐标系（可编程的）偏移指令 （1）指令功能 通过编程将工件坐标系原点偏移到需要的位置，如偏移到局部坐标系原点上，使工件坐标系与局部坐标系重合。 （2）指令格式 表5-1　发那科系统与西门子系统坐标系偏移指令格式 系统 发那科系统 西门子系统 指令 格式 G52 X Y Z ；坐标系偏移。 G52 X0 Y0 Z0；取消坐标系偏移 TRANS X Y Z ；可编程的零点偏移 ATRANS X Y Z ；附加的编程零点偏移 TRANS；指令后面不带数值，表示取消当前的可编程零点偏移、偏转、镜像等。 1 表5-2发那科系统与西门子系统示例程序 程序段号 程序内容 （发那科系统） 程序内容 （西门子系统） 指令说明 N10 G0 G54 X0 Y0 G0 G54 X0 Y0 刀具移动到工件坐标系原点O点处 N20 G52 X20 Y20 Z0 TRANS X20 Y20 Z0 将工件坐标系偏移到X20 Y20处 N30 G00 X0 Y0 G00 X0 Y0 在局部坐标（当前坐标）系中，刀具移动到X0 Y0处即槽1#几何中心点 N40 G52 X60 Y20 Z0 TRANS X60 Y20 Z0 将工件坐标系偏移到X60 Y20处 N50 G00 X0 Y0 G00 X0 Y0 在局部坐标（当前坐标）系中，刀具移动到X0 Y0处即槽2#几何中心点 N60 G52 X0 Y0 Z0 TRANS 取消坐标系偏移 N70 G00 X0 Y0 G00 X0 Y0 刀具移动到工件坐标系原点O点处 1 （3）指令使用说明 1）坐标系偏移指令要求为一个独立程序段。 2）坐标系偏移指令可以对所有坐标轴零点进行偏移。 3）用G52及TRANS后的偏移指令取代先前的偏移指令（即都是在工件坐标系基础上进行偏移），而ATRANS则是可附加在已偏移坐标轴基础上再偏移。 4）坐标系偏移指令有多种，可设定的偏移（如G54、G55等）、可编程的偏移等。 5）发那科系统说明书中常称G52指令为局部坐标系指令，其含义相同。 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。 （2）量具选择：轮廓尺寸、槽间距用游标卡尺测量，深度尺寸用深度游标卡尺测量。 （3）刃具选择：刀具直径选择主要应考虑凹槽拐角圆弧半径值大小，本任务最小圆弧轮廓半径R5，所选铣刀直径应小于等于Ø10，此处选Ø8；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。 1 表5-3工、量、刃具清单 工、量、刃具清单 图号 SKX5-1-1 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 Ø8   个 1 2 立铣刀 Ø8   个 1 1 2.加工工艺方案 （1）加工工艺路线 槽1#、槽2#、槽3#尺寸完全一样，可编写一个子程序，调用三次。 槽4#、槽5#尺寸完全一样可另编一子程序，调用二次； 粗、精加工子程序分别编写，加工时分别调用。 子程序坐标系（局部坐标系）建立在槽的几何中心上，工件坐标系建立在工件几何中心上，用坐标系偏移指令将工件坐标系原点偏移到局部坐标系原点上再调用子程序。 1 1）圆弧切入、切出 槽加工与内轮廓加工类似无法沿轮廓延长线方向切入、切出，一般都沿法向切入、切出，也可沿槽内轮廓切向切入、切出；具体做法是沿内轮廓设置一过渡圆弧切入和切出工件轮廓，如图5-4加工圆形槽切入、切出路径。图5-5为加工键槽使用刀具半径补偿后再设置圆弧切入、切出路径。刀具半径补偿后再设置圆弧切入、切出路径。 图5-4 图5-5 1 2）铣削方向的确定 与内轮廓加工一样，顺铣时由于切削厚度由厚变薄，不存在刀齿滑行，刀具磨损少，表面质量较高；故一般都采用顺铣方式。当铣刀沿槽轮廓逆时针方向铣削时，刀具旋转方向与工件进给方向一致为顺铣如图5-5所示。 3）铣削路径 铣削凹槽时仍采用行切和环切相结合的方式进行铣削，以保证能完全切除槽中余量，本任务由于凹槽宽度较小，铣刀沿轮廓加工一圈即可把槽中余量全部切除，故不需采用行切方式切除槽中多余余量。其中每一个槽，分为粗、精两道加工路线；粗加工时，留0.3mm左右精加工余量，再精加工至尺寸。 1 （2）合理切削用量选择 表5-4　粗、精铣削用量 刀具 工作内容 F(mm/min) n(r/min) 高速钢键槽铣刀粗铣（T1） 垂直进给 深度方向留0.3mm精加工余量 50 1000 表面直线进给 轮廓留0.3mm精加工余量 70 1000 表面圆弧进给 轮廓留0.3mm精加工余量 70 1000 高速钢立铣刀精铣（T2） 垂直进给 50 1200 表面直线进给 60 1200 表面圆弧进给 60 1200 1 三、参考程序编制 1.工件坐标系建立 工件坐标系X、Y零点建立在工件几何中心上；Z方向零点设置在工件上表面； 子程序坐标系（局部坐标系）X、Y零点建立在键槽几何中心上，Z零点仍设置在工件上表面上。 2.基点坐标计算 键槽几何中心在工件坐标系中的坐标， 即采用坐标系偏移指令偏移值。 槽1 （-20，20） 槽2 （0，0） 槽3 （20，-20） 槽4 （-20，-20） 槽5 （20，20） 1 子程序中局部坐标系为键槽几何中心，局部坐标系中基点A、B、C、D点（见图5-1-6）在局部坐标系中的坐标值见表5-6所示。 槽1、2、3 A （7.5，-5） 槽4、5 A (10，-7.5) B （7.5，5） B (10，7.5) C （-7.5，5） C (-10，7.5) D （-7.5，-5） D (-10，-7.5) 图5-6 1 3.参考程序 主程序：发那科系统程序名“O0510”；西门子系统程序名“XX0510.MPF” 程序段号 程序内容 （发那科系统） 程序内容 （西门子系统） 程序说明 N5 G40 G90 G49 G80 G40 G90 设置初始状态 N10 G54M3S1000T01 G54M3S1000T01D01 建立工件坐标系，选刀具 N20 G52 X-20 Y-20 Z0 TRANS X-20 Y-20 Z0 工件坐标系偏移到槽4中心 N30 M98 P0020 L20 调用子程序粗加工槽4 N40 G52 X20 Y20 Z0 TRANS X20 Y20 Z0 工件坐标系偏移到槽5中心 N50 M98 P0020 L20 调用子程序粗加工槽5 N60 G52 X-20 Y20 Z0 TRANS X-20 Y20 Z0 工件坐标系偏移到槽1中心 N70 M98 P0030 L30 调用子程序粗加工槽1 N80 G52 X0 Y0 Z0 TRANS 取消坐标轴偏移 N90 M98 P0030 L30 调用子程序粗加工槽2 N100 G52 X20 Y-20 Z0 TRANS X20 Y-20 Z0 工件坐标系偏移到槽3中心 N110 M98 P0030 L30 调用子程序粗加工槽3 N120 G52 X0 Y0 Z0 TRANS 取消坐标轴偏移 N130 M5 M5 主轴停 N140 M0 M0 程序停, 手动换刀并改参数 1 N150 M3 S1200 T02 M3 S1200 T02 D02 设置精加工参数 N160 G52 X-20 Y-20 Z0 TRANS X-20 Y-20 Z0 工件坐标系偏移到槽4中心 N170 M98 P0200 L200 调用子程序精加工槽4 N180 G52 X20 Y20 Z0 TRANS X20 Y20 Z0 工件坐标系偏移到槽5中心 N190 M98 P0200 L200 调用子程序精加工槽5 N200 G52 X-20 Y20 Z0 TRANS X-20 Y20 Z0 工件坐标系偏移到槽1中心 N210 M98 P0300 L300 调用子程序精加工槽1 N220 G52 X0 Y0 Z0 TRANS 取消坐标轴偏移 N230 M98 P0300 L300 调用子程序精加工槽2 N240 G52 X20 Y-20 Z0 TRANS X20 Y-20 Z0 工件坐标系偏移到槽3中心 N250 M98 P0300 L300 调用子程序精加工槽3 N260 G52 X0 Y0 Z0 TRANS 取消坐标轴偏移 N270 G0 Z100 G0 Z100 刀具抬起 N280 M30 M30 程序结束 1 槽4#、5#粗加工子程序名：发那科系统“O0020”；西门子系统 “L20．SPF”。 程序段号 程序内容 （发那科系统） 程序内容 （西门子系统） 程序说明 N10 G0G43X10Y2Z5H01 G0 X10 Y2 Z5 刀具空间移动至局部坐标系中X10Y2上方 N20 G1 Z-2.7F50 G1 Z-2.7 F50 下刀 N30 G41X5Y-2.5 D01F70 G41 X5 Y-2.5 F70 建立半径补偿 N40 G3 X10Y-7.5 R5 G3 X10Y-7.5 CR=5 圆弧切入至A点 N50 X10 Y7.5 R7.5 X10 Y7.5 CR=7.5 圆弧加工至B点 N60 G1 X-10 Y7.5 G1 X-10 Y7.5 直线加工至C点 N70 G3 X-10 Y-7.5 R7.5 G3X-10 Y-7.5 CR=7.5 圆弧加工至D点 N80 G1 X10 Y-7.5 G1 X10 Y-7.5 直线加工至A点 N90 G3 X15 Y-2.5 R5 G3 X15 Y-2.5 CR=5 圆弧切出 N100 G1 G40 X10 Y2 G1 G40 X10 Y2 取消刀具半径补偿 N110 G0 Z5 G0 Z5 抬刀 N120 M99 M17 子程序结束并返回主程序 1 槽1#、2#、3#粗加工子程序名：发那科系统“O0030”；西门子系统“L30．SPF”。 程序段号 程序内容 （发那科系统） 程序内容 （西门子系统） 程序说明 N10 G0G43X15Y5Z5H01 G0 X15Y5 Z5 刀具空间移动至局部坐标系中X15Y5上方 N20 G41 X4.854 Y-4 D1 G41 X4.854 Y-4 建立刀具半径补偿 N30 G1 Z-2.7 F50 G1 Z-2.7 F50 下刀深度2.7mm N40 G3 X7.5 Y-5 R4 F70 G3X7.5 Y-5CR=4F70 圆弧切入至A点 N50 X7.5 Y5 R5 X7.5 Y5 CR=5 圆弧加工至B点 N60 G1 X-7.5 Y5 G1 X-7.5 Y5 直线加工至C点 N70 G3 X-7.5 Y-5 R5 G3 X-7.5 Y-5 CR=5 圆弧加工至D点 N80 G1 X7.5 Y-5 G1 X7.5 Y-5 直线加工至A点 N90 G3 X10.146 Y-4 R4 G3 X10.146Y-4CR=4 圆弧切出 N100 G0 Z5 G0 Z5 抬刀 N110 G40 X15 Y5 G40 X15 Y5 取削刀具半径补偿 N120 M99 M17 子程序结束并返回主程序 1 槽4#、5#精加工子程序名：发那科系统“O0200”；西门子系统 “L200．SPF”。 程序段号 程序内容 （发那科系统） 程序内容 （西门子系统） 程序说明 N10 G0G43X10Y2Z5H02 G0 X10 Y2 Z5 刀具空间移动至局部坐标系中X10Y2上方 N20 G1 Z-3 F50 G1 Z-3 F50 下刀 N30 G41X5Y-2.5 D02F60 G41 X5 Y-2.5 F60 建立半径补偿 N40 G3 X10Y-7.5 R5 G3 X10Y-7.5 CR=5 圆弧切入至A点 N50 X10 Y7.5 R7.5 X10 Y7.5 CR=7.5 圆弧加工至B点 N60 G1 X-10 Y7.5 G1 X-10 Y7.5 直线加工至C点 N70 G3 X-10 Y-7.5 R7.5 G3X-10 Y-7.5 CR=7.5 圆弧加工至D点 N80 G1 X10 Y-7.5 G1 X10 Y-7.5 直线加工至A点 N90 G3 X15 Y-2.5 R5 G3 X15 Y-2.5 CR=5 圆弧切出 N100 G1 G40 X10 Y0 G1 G40 X10 Y0 取消刀具半径补偿 N110 G0 Z5 G0 Z5 抬刀 N120 M99 M17 子程序结束并返回主程序 1 槽1#、2#、3#精加工子程序名：发那科系统“O0300”；西门子系统“L300．SPF”。 程序段号 程序内容 （发那科系统） 程序内容 （西门子系统） 程序说明 N10 G0G43X15Y5Z5H01 G0 X15Y5 Z5 刀具空间移动至局部坐标系中X15Y5上方 N20 G41 X4.854 Y-4 D1 G41 X4.854 Y-4 建立刀具半径补偿 N30 G1 Z-3 F50 G1 Z-3 F50 下刀深度3mm N40 G3 X7.5 Y-5 R4 F70 G3X7.5 Y-5CR=4F70 圆弧切入至A点 N50 X7.5 Y5 R5 X7.5 Y5 CR=5 圆弧加工至B点 N60 G1 X-7.5 Y5 G1 X-7.5 Y5 直线加工至C点 N70 G3 X-7.5 Y-5 R5 G3 X-7.5 Y-5 CR=5 圆弧加工至D点 N80 G1 X7.5 Y-5 G1 X7.5 Y-5 直线加工至A点 N90 G3 X10.146 Y-4 R4 G3 X10.146Y-4CR=4 圆弧切出 N100 G0 Z5 G0 Z5 抬刀 N110 G40 X15 Y5 G40 X15 Y5 取削刀具半径补偿 N120 M99 M17 子程序结束并返回主程序 1 [资料链接] 深度尺寸较大的凹槽加工方法：当凹槽深度较深时，需分层多次铣削才能完成，编程难度增加。此时可通过不断更改Z方向深度尺寸，运行同一程序加工；也可以通过设置参数（变量），使用循环指令编程加工。此外还可以用参数（变量）方式编制出几何形状的子程序，在加工中按需要调用，并对子程序中设定的参数（变量）随时赋值，就可以加工出大小或形状不同的工件轮廓及不同深度的凹槽。 西门子系统有专门的凹槽循环指令，发那科系统用户也可以用变量编制用户宏程序加工。 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：将程序输入数控系统中。 4.工件装夹：平口钳装夹在铣床工作台上并校正；工件装夹在按要求平口钳上。 5.刀具装夹：本任务共采用两把铣刀，一把为Ø8粗加工键槽铣刀，一把为Ø8精加工立铣刀（可垂直下刀）或精加工键槽铣刀，通过弹簧夹头把铣刀装夹入铣刀刀柄中。 1 二、对刀操作 1.X、Y方向对刀 X、Y方向采用试切法对刀。 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。 三、空运行及仿真 按前面任务进行空运行和仿真 1 四、零件自动加工及精度控制方法 粗加工时，精加工余量由设置刀具半径补偿控制。即用Ø8键槽铣刀粗铣时，机床中刀具半径补偿值T01D01输入4.3mm，轮廓留0.3mm精加工余量。深度方向通过设定Z坐标值为-2.7，留0.3mm深度方向精加工余量。精加工时刀具T02D02半径补偿值设为4.1，运行完精加工程序后，测量轮廓实际尺寸，根据加工测量结果重新修调刀具半径补偿值。 如测得槽4宽度15+0.050实际尺寸14.70mm，比图纸尺寸要求还小0.3～0.35mm，单边小0.15～0.175mm，取中间值为0.163mm,则把T02D02刀具半径补偿值修改为4.1-0.163=3.937mm，然后重新运行精加工程序即可保证轮廓尺寸符合图纸要求；深度尺寸也根据加工测量结果逐步调整长度磨损以达到深度尺寸要求。 1 五、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         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 25+0.1 0mm（3处） 9         10 10+0.05 0mm（3处） 9         11 35+0.1 0mm（2处） 6         12 15+0.1 0mm（2处） 6         13 3+0.10mm（5处） 10         14 40+0.10mm（2处） 6         15 表面粗糙度值Ra3.2μm 4         综合评价   ‹#› [操作注意事项] 1.加工中应注意刀具半径、长度补偿等参数的设定与修改。 2.精加工时应选能垂直进刀的立铣刀或用键槽铣刀替代。 3.加工凹槽时，在标准的刀具半径基础上，刀具半径补偿值越大，其加工尺寸越小，反之亦然。 4.若槽宽度尺寸过小无法采用圆弧切入、切出时，只能采用沿轮廓法向进刀方法切入、切出，切入、切出点选择在轮廓交点上。 5.工件装夹在平口钳上应校平上表面，否则凹槽深度尺寸不易控制；加工中也可以在对刀前（或程序中）用盘铣刀铣平上表面。 1 [思考与练习] 1.什么是局部坐标系？在局部坐标系中，坐标值是相对于哪个坐标系而言的？ 2编程过程中如何理解当前坐标系？ 3.发那科与西门子坐标轴偏移指令有何异同？ 4.做一做：针对图5-7零件，试用子程序、 坐标轴偏移指令进行编程、加工。 图5-7 1 $$