项目五 任务四　环形槽及环形凸台加工（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 掌握极坐标指令及其指令格式。 ② 会用极坐标指令编写零件数控加工程序。 ③ 了解西门子系统轮廓加工循环指令及应用。 任务四 环形槽及环形凸台加工 1 2．技能目标 ① 会进行环形槽加工。 ② 会进行环形槽尺寸测量及精度控制。 ③ 会进行一般凸台加工及精度控制。 1 加工任务 1 [知识学习] 一、编程指令 1．极坐标指令 （1）指令功能 工件上尺寸以到一个固定点（极点）的距离和角度设定时，直角坐标系中计算基点坐标困难且不精确，而采用极坐标系，计算基点坐标容易，编程方便。 （2）指令格式 1 表5-4-1发那科系统与西门子系统极坐标指令格式 系 统 指令格式 指令含义 发那科系统 G16； G00/G01 IP ； 极坐标开始指令，以工件坐标系原点作为极坐标极点，若程序中采用坐标系偏移（偏转）指令后，则以偏移（偏转）后的坐标系原点作为极坐标极点 IP构成极坐标指令的轴地址和指令值： 平面的第一轴：指定极坐标的半径（如G17平面中X轴） 平面的第二轴：指定极坐标的极角（如G17平面中Y轴） G15； 极坐标取消指令 1 系 统 指令格式 指令含义 西门子系统 RP= 极坐标半径，某点到极点的距离 AP= 极角，某点和极点连线与横坐标轴的夹角 G110 X_ Y_； G110 RP= AP=； 极点定义，以刀具当前位置为基准设置极点，可用直角坐标或极坐标进行定义极点位置 G111 X_ Y_ ； G11 RP= AP=； 极点定义，以当前工件坐标系的原点为基准设置极点，可用直角坐标或极坐标进行定义极点位置 G112 X_ Y_； G112 RP= AP=； 极点定义，以最后有效的极点为基准设置极点，可用直角坐标或极坐标进行定义极点位置 1 （3）指令使用说明 1）使用极坐标系时需用G17、G18、G19指令选择所在平面，立式铣床是指G17平面。 2）极坐标系中同样可以运行G00、G01、G02、G03等坐标轴移动指令，西门子系统只能插补圆心与极点重合的圆弧，指令格式为G02/G03 RP= AP=；发那科系统可以插补圆心不在极点的圆弧，指令格式为G02/G03 X_ Y_ R_；（其中X为终点极坐标半径，Y为极角，R为圆弧半径）。 1 3）在绝对坐标指令/增量坐标指令（G90/G91）下都可以指定极坐标半径和极角。 4）极角是指该点和极点的连线与所在平面中的横坐标轴（第一轴）之间的夹角（如G17平面中X轴，G18平面中Z轴，G19平面中的Y轴），且逆时针方向为正，顺时针方向为负。 5）西门子系统如果不定义极点，则以当前工件坐标系原点为极点。 1 例：加工如图5-24所示OAB图形，在工件坐标系XOY中，A、B等基点坐标计算困难且不精确，而采用极坐标编程，基点坐标便很容易求出，编程也方便 图5-24 1 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 G54 G90 M3 S1000 G54 G90 M3 S1000 设置坐标系和主轴转速 N20 G01 X0 Y0 F100 G01 X0 Y0 F100 刀具加工至工件坐标系中原点位置 N30 G17 G90 G16 G17 G90 选择XOY平面，绝对坐标，发那科系统建立极坐标系 N40 G01 X42 Y22 G01 RP=42 AP=22 极坐标系中直线加工到A点 N45   G111 X11.658 Y28.206 西门子系统设置极点到圆弧圆心位置 N50 G03 X60 Y75 R30 G03 RP=30 AP=82.585 极坐标系中圆弧加工到B点 N55 G15   发那科系统取消极坐标系 N60 G01 X0 Y0 G01 X0 Y0 直角坐标系中直线加工到O点 N70 … …   1 2.西门子轨迹铣削循环CYCLE72 西门子轨迹铣削循环CYCLE72可以铣削任意编程的轮廓，加工方向任意，且不强制轮廓是闭合的。 指令格式 CYCLE72 (“CON”，RP，Z0，SC，Z1，DZ，UXY，UZ，F，FZ，，，，R1，L1，R2，L2，FS，ZFS) 步 骤 输入程序时，按屏幕下方 软键，再按屏幕右侧 软键，出现轨迹铣削窗口，移动光标，按提示输入参数值，最后按 软键完成参数输入 加工图例 （轨迹铣削窗口） 1 参数含义 CON：轮廓子程序名 PL：加工平面，通过选择/转换键 切换 RP：返回平面，单位：mm Z0：参考点Z坐标，单位：mm SC：安全距离（相对于参考点的高度，输入时不带正负号）单位：mm Z1：腔的深度（绝对值或相对于Z0的深度）单位：mm DZ：最大进刀深度，单位：mm UXY：边缘精加工余量，单位：mm UZ：底部精加工余量，单位：mm 1 参数 含义 F：进给速度 FZ：垂直下刀进给速度（仅限选择了轴向方式逼近时提供） R1：逼近半径（仅适用于四分之一、半圆或直线逼近模式） L1：逼近长度（仅适用于直线逼近模式） R2：回退半径（仅适用于四分之一圆或半圆回退模式） L2：回退长度（仅适用于直线回退模式） FS：倒角的斜边宽度（仅选择倒角时提供） ZFS：刀尖下刀深度（仅选择倒角时提供） 1 使用说明 （1）调用循环前，刀具可处于任意位置，但需保证刀具从该位置到循环起点不发生碰撞 （2）调用循环前应设置刀具半径值，若加工内轮廓时应小于内轮廓拐角半径 （3）加工性质有：▽（粗加工1）、▽▽▽（精加工2）和chamfer（倒角5）三种 （4）加工方向有向前和回退两种 （5）刀具半径补偿有左补偿（41）、右补偿（42）和无补偿（40）三种 （6）进刀方式（平面逼近模式）有直线、四分之一圆、半圆和垂直四种 （7）逼近方案有轴方式和三维（仅适用于四分之一圆、半圆和直线逼近模式）两种 （8）退刀方式（平面回退模式）有直线、四分之一圆和半圆三种 （9）回退方案有轴方式和三维（仅适用于四分之一圆、半圆和直线逼近模式）两种 1 例：试用西门子轮廓循环（CYCLE72）指令加工图5-22第一象限凸台轮廓，参考程序见表5-43所示。 段号 西门子（828D）系统 程序说明 N10 G17 G90 M03 S1000 T01 初始化 N20 G00 X0 Y0 Z50 刀具运行至起始点位置 N30 CYCLE72（“L40”，10，0，3，-5，3，0.3，0.3，100，50，211，42，12，4，100，12，4，……） 调用轮廓加工循环，设置循环参数 N40 G00 X0 Y0 Z200 刀具退回 N50 M30 程序结束 1 轮廓子程序名L40.SPF，程序内容见表5-4-5。 段号 西门子（828D）系统 程序说明 N10 G01 RP=17.5 AP=15 直线加工至极坐标半径为17.5，极角为15°位置 N20 G01 RP=22.5 AP=15 RND=3 直线加工至极坐标半径为22.5，极角为15°位置且倒圆角 N30 G03 RP=22.5 AP=75 RND=3 圆弧加工至极坐标半径为22.5，极角为75°位置且倒圆角 N40 G01 RP=12.5 AP=75 RND=3 直线加工至极坐标半径为12.5，极角为75°位置且倒圆角 N50 G02 RP=12.5 AP=15 RND=3 圆弧加工至极坐标半径为12.5，极角为15°位置且倒圆角 N60 G01 RP=17.5 AP=15 直线加工至极坐标系半径为17.5，极角为15°位置 N70 RET 子程序结束 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。 （2）量具选择 槽宽尺寸用游标卡尺测量，槽深尺寸用深度游标卡尺测量，圆角用圆弧样板检测，角度用万能角度量角尺测量，三个凸台内沿所在圆弧直径φ25用芯棒测量，外沿所在圆弧直径φ45也可通过φ25芯棒间接测量。 1 （3）刃具选择 加工三个凸台选用直径为φ10键槽铣刀和立铣刀；加工圆周槽，刀具直径选择主要应考虑槽拐角圆弧半径值大小、槽宽等因素，本任务最小圆弧轮廓半径R3，槽宽最小为6mm，所选铣刀直径应小于等于φ6，此处选φ5； 工、量、刃具清单 图号 SKX5-4-1 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 表5-44 工、量、刃具清单 1 工、量、刃具清单 图号 SKX5-4-1 种类 序号 名称 规格 精度 单位 数量 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   圆弧样板 R3   副 1   万能角度量角尺 0～320° 2′ 把 1   芯棒 φ25 H8 只 1 4 粗糙度样板 N0～N1 12级 副 1 刃具 1 键槽铣刀 φ10   个 1 2 键槽铣刀 φ5   个 1 3 立铣刀 φ10   个 1 4 立铣刀 φ5   个 1 1 2.加工工艺方案 （1）加工工艺路线 ①粗加工三个凸台（外轮廓）表面。 ②粗加工四个圆周槽。 ③精加工三个凸台（外轮廓）表面。 ④精加工四个圆周槽。 中间三个凸台编一个子程序（粗、精加工各编写一子程序进行加工），结合坐标轴偏转指令调用三次子程序加工。 四个圆周槽编写一个子程序，然后用镜像功能或坐标系偏转指令加工其余三个，粗、精加工分别编子程序。 1 （2）合理切削用量选择 表5-45粗、精铣削用量 刀具 工作内容 f/(mm/min) n/(r/min) φ10键槽铣刀（T1） 粗铣凸台轮廓 80 1000 φ5键槽铣刀（T2） 粗铣环形槽垂直进给，深度方向留0.3mm精加工余量 40 1200 粗铣环形槽表面进给 轮廓留0.3mm精加工余量 60 1200 φ10立铣刀（T3） 精铣凸台轮廓 50 1200 φ5立铣刀（T4） 精铣环形槽垂直进给 40 1500 精铣环形槽表面进给 50 1500 1 三、参考程序编制 1.工件坐标系建立 （1）工件坐标系建立 工件坐标系建立在工件几何中心上与设计基准重合。三个凸台及圆周槽都是以角度和到工件几何中心距离（半径）标注尺寸，故采用极坐标编程比较方便；用子程序将凸台与圆周槽各编一个，其余凸台与圆周槽采用坐标系偏转指令或镜像指令后调用子程序进行加工。 1 3.参考程序 主程序（发那科系统程序名“O0540”；西门子系统程序名“XX0540.MPF”） 程序段号 程序内容 (发那科系统) 程序内容 (西门子828D系统) 程序说明 N5 G40 G90 G69 G17 G49 G40 G90 G17 设置初始状态 N10 G54 M3 S1000 T01 G54 M3 S1000 T01 D1 设置粗加工参数 N20 M98 P0010 L10 调用凸台粗加工子程序 N30 G68 X0 Y0 R120 ROT RPL=120 坐标轴偏转120° N40 M98 P0010 L10 调用凸台粗加工子程序 N50 G68 X0 Y0 R240 ROT RPL=240 坐标轴偏转240° N60 M98 P0010 L10 调用凸台粗加工子程序 N70 G00 X0 Y0 Z200 G00 X0 Y0 Z200 刀具Z方向退回 N80 M05 M05 M00 主轴停 N90 M00 ROT 程序停 1 程序段号 程序内容 (发那科系统) 程序内容 (西门子828D系统) 程序说明 N100 M3 S1200 T02 M3 S1200 T02 D1 换2号刀具，主轴转速1200r/min N110 M98 P0020 L20 调用圆周槽粗加工子程序 N120 G68 X0 Y0 R90 AROT RPL=90 坐标轴偏转90°，西门子系统此处不能用ROT RPL=90 N130 M98 P0020 L20 调用圆周槽粗加工子程序 N140 G68 X0 Y0 R180 AROT RPL=90 坐标轴偏转180°，西门子系统此处不能用ROT RPL=180 N150 M98 P0020 L20 调用圆周槽粗加工子程序 N160 G68 X0 Y0 R270 AROT RPL=90 坐标轴再偏转90°，西门子系统不能用ROT RPL=270 N170 M98 P0020 L20 调用圆周槽粗加工子程序 N180 G00 X0 Y0 Z200 G00 X0 Y0 Z200 刀具Z方向退回 N190 M5 M5 主轴停 N200 M0 M0 程序停 1 程序段号 程序内容 (发那科系统) 程序内容 (西门子828D系统) 程序说明 N210 M3 S1200 T03 M3 S1200 T03 D1 设置精加工参数，选3号刀具 N220 M98 P0100 L100 调用凸台精加工子程序 N230 G68 X0 Y0 R120 ROT RPL=120 坐标轴偏转120° N240 M98 P0100 L100 调用凸台精加工子程序 N250 G68 X0 Y0 R240 ROT RPL=240 坐标轴偏转240° N260 M98 P0100 L100 调用凸台精加工子程序 N270 G00 X0 Y0 Z200 G00 X0 Y0 Z200 刀具Z方向退回 N280 M05 M05 主轴停 N290 M00 M00 程序停 1 程序段号 程序内容 (发那科系统) 程序内容 (西门子828D系统) 程序说明 N300 M3 S1500 T04 M3 S1500 T04 D1 设置精加工参数，选4号刀具 N310 M98 P0200 L200 调用圆周槽精加工子程序 N320 G68 X0 Y0 R90 AROT RPL=90 坐标轴偏转90°，西门子系统此处不能用ROT N330 M98 P0200 L200 调用圆周槽精加工子程序 N340 G68 X0 Y0 R180 AROT RPL=90 坐标轴偏转180°，西门子系统此处不能用ROT N350 M98 P0200 L200 调用圆周槽精加工子程序 N360 G68 X0 Y0 R270 AROT RPL=90 坐标轴偏转270°，西门子系统此处不能用ROT N370 M98 P0200 L200 调用圆周槽精加工子程序 N380 G00 X0 Y0 Z200 G00 X0 Y0 Z200 刀具Z方向退回 N390 M30 M30 程序结束 1 环形槽粗加工子程序（发那科程序名“O0020”； 西门子程序名“L20．SPF”） 程序段号 程序内容 （发那科系统） 程序内容 （西门子828D系统） 程序说明 N10 G00 G43 X20 Y0 Z5 H01 G00 X20 Y0 Z5 刀具移动到X20Y0Z5位置 N15 G16   发那科系统极坐标开始 N20 G41 X35.5 Y-30 D01 G41 RP=35.5 AP=-30 建立半径左补偿（极坐标） N30 G01 Z-7.7 F40 G01 Z-7.7 F40 下刀 N40 G03 X35.5 Y30 R35.5 F60 G03 RP=35.5 AP=30 F60 圆弧加工（极坐标，极点在工件坐标系原点） N45   G112 RP=32.5 AP=30 西门子系统将定义极点 N50 G03 X29.5 Y30 R3 G03 RP=3 AP=-150 圆弧加工（极坐标） N55   G112 RP=32.5 AP=-150 西门子系统将极点定义到R29.5圆弧圆心上 N60 G02 X29.5 Y-30 R29.5 G02 RP=29.5 AP=-30 圆弧加工（极坐标） N65   G112 RP=32.5 AP=-30 西门子系统将极点定义到R3圆弧圆心上 N70 G03 X35.5 Y-30 R3 G03 RP=3 AP=-30 圆弧加工（极坐标） N75 G15 G112 RP=32.5 AP=150 极点回工件坐标系原点 N80 G00 Z5 G00 Z5 抬刀 N90 G40 X20 Y0 G40 X20 Y0 取消刀具半径补偿 N100 M99 RET 子程序结束 1 凸台精加工子程序（发那科系统程序名“O0100”； 西门子系统程序名“L100．SPF” 程序段号 程序内容 （发那科系统） 程序内容 （西门子828D系统） 程序说明 N10 G00 G43 X50 Y0 Z5 H01 G00 X50 Y0 Z5 刀具移动到X50 Y0 Z5处 N20 G00 Z-3 G00 Z-3 下刀 N25 G16   发那科系统极坐标开始 N30 G01 G41 X17.5 Y15 D01 F50 G01 G41 RP=17.5 AP=15 F50 建立刀具半径补偿（极坐标） N40 G01 X12.5 Y15，R3 G01 RP=12.5 AP=15 RND=3 轮廓加工（极坐标） N50 G03 X12.5 Y75 R12.5，R3 G03 RP=12.5 AP=75 RND=3 轮廓加工（极坐标） N60 G01 X22.5 Y75，R3 G01 RP=22.5 AP=75 RND=3 轮廓加工（极坐标） N70 G02 X22.5 Y15 R22.5，R3 G02 RP=22.5 AP=15 RND=3 轮廓加工（极坐标） N80 G01 X17.5 Y15 G01 RP=17.5 AP=15 轮廓加工（极坐标） N90 G40 X45 Y0 G01 G40 RP=45 AP=0 取消刀具半径补偿（极坐标） N95 G15   发那科系统取消极坐标 N100 G00 Z5 G00 Z5 抬刀 N110 M99 RET 子程序结束 1 环形槽精加工子程序（发那科系统程序名“O0200”； 西门子系统程序“L200．SPF”） 程序段号 程序内容 （发那科系统） 程序内容 （西门子828D系统） 程序说明 N10 G00 G43 X20 Y0 Z5 H01 G00 X20 Y0 Z5 刀具移动到X20Y0Z5位置 N15 G16   发那科系统极坐标开始 N20 G41 X35.5 Y-30 D01 G41 RP=35.5 AP=-30 建立半径左补偿（极坐标） N30 G01 Z-7.7 F40 G01 Z-7.7 F40 下刀 N40 G03 X35.5 Y30 R35.5 F60 G03 RP=35.5 AP=30 F60 圆弧加工（极坐标，极点在工件坐标系原点） N45   G112 RP=32.5 AP=30 西门子系统将极点定义到R3圆弧圆心上 N50 G03 X29.5 Y30 R3 G03 RP=3 AP=-150 圆弧加工（极坐标） N55   G112 RP=32.5 AP=-150 西门子系统将极点定义到R29.5圆弧圆心上 N60 G02 X29.5 Y-30 R29.5 G02 RP=29.5 AP=-30 圆弧加工（极坐标） N65   G112 RP=32.5 AP=-30 西门子系统将极点定义到R3圆弧圆心上 N70 G03 X35.5 Y-30 R3 G03 RP=3 AP=-30 圆弧加工（极坐标） N75 G15 G112 RP=32.5 AP=150 发那科极坐标结束，西门子系统将极点定义回工件坐标系原点 N80 G00 Z5 G00 Z5 抬刀 N90 G40 X20 Y0 G40 X20 Y0 取消刀具半径补偿 N100 M99 RET 子程序结束 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 [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：共采用四把铣刀，直径为10mm、5mm粗加工键槽铣刀及直径为10mm、5mm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在铣刀刀柄中，刀号分别为T01、T02、T03、T04。 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值控制。如用φ10键槽铣刀粗铣时，机床中刀具半径补偿值T01 D01输入5.3mm，轮廓留0.3mm精加工余量。用φ5键槽铣刀粗铣时，机床中刀具半径补偿值T02 D01输入2.8mm，轮廓留0.3mm精加工余量。精加工时根据加工测量结果修调刀具半径补偿值来控制轮廓尺寸。同样深度尺寸也根据加工测量结果逐步修调长度磨损，以达到尺寸要求。 1 五、环形槽及环形凸台加工任务检测与评价 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 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 3+0.10mm 5         10 50+0.1mm 5         11 R3mm（20处） 20         12 R35.5mm 2         13 φ25mm 2         14 φ45mm 2         15 15° 2         16 60°（8处） 8         17 表面粗糙度值Ra3.2μm 4         综合评价   1 [操作注意事项] 1）加工前应注意每把刀具的半径和长度补偿等参数的设定。 2）凸台轮廓加工选择从工件侧边下刀时，可选用不能垂直下刀的立铣刀进行加工。中间圆周槽加工时，应选能垂直进刀的立铣刀或键槽铣刀。 3）圆弧槽宽度的测量，应注意测量尺寸是指内、外圆弧径向值。 4）铣凸台轮廓后，其余岛屿部分余量可另外编程进行加工也可以通过手动加工方式去除。 1 强国系列——天宫号空间站 中国空间站又称天宫号空间站。包括“天和号”核心舱、“梦天号”实验舱、“问天号”实验舱、“神舟”号载人飞船和“天舟号”货运飞船五个模块组成。建设和运营空间站是衡量一个国家经济、科技和综合国力的重要标志。中国空间站的建造运营将为人类开展深空探索储备技术、积累经验，是中国为人类探索宇宙奥秘、和平利用外太空、推动构建人类命运共同体作出的积极贡献。 1 [思考与练习] 1．发那科系统与西门子系统极坐标系指令有何异同？ 2．什么样零件宜采用极坐标编程加工？ 3．简述西门子系统轮廓循环各参数含义。 4．做一做：编制如图5-25所示零件 程序并加工练习。 图5-25 1 $$