项目五 任务三　腔槽综合加工（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掌握腔槽类零件编程方法及工艺路线制定； ②了解计算参数（宏指令）含义； ③了解西门子凹槽加工循环参数及选用。 2.技能目标 ①会利用行切法切削内腔多余材料； ②会进行腔槽尺寸的控制； ③会用西门子凹槽循环加工不同类型凹槽及控制凹槽尺寸。 任务三 腔槽综合加工 加工任务 [知识学习] 一、编程指令 1.发那科系统宏程序 发那科系统中一组以子程序的形式存储并带有变量的程序称为用户宏程序，简称宏程序；调用宏程序的指令称为“用户宏程序命令”，或宏程序调用指令。虽然子程序对编制相同的加工程序非常有用，但用户宏程序由于允许使用变量、算术和逻辑运算及条件转移，使得编制同样的加工程序更简便。 图5-17 发那科系统用户宏程序 2.西门子铣削循环 西门子828D（840D sl）系统不仅提供多种孔加工循环，还提供多种铣削加工循环，有端面铣削循环（CYCLE71）、轮廓铣削循环（CYCLE72）、标准型腔铣削循环、槽铣削循环及螺纹铣削循环等；其中标准型腔铣削循环又有矩形腔（POCKET3）和圆形腔（POCKET4）两种；槽铣削循环又有铣削模式长孔（LONGHOLE）、铣削模式圆弧槽（SLOT1）和铣削模式圆周槽（SLOT2）三种 （1）矩形型腔铣削循环POCKET3 使用矩形型腔铣削循环可以铣削任意形状矩形腔， 指令格式 POCKET3 (RP，Z0，SC，Z1，L，W，R，X0，Y0，a0，DZ，UXY，UZ，F，FZ，，，DXY，L1，W1，AZ，ER，EP，EW，FS，ZFS) 步 骤 输入程序时，按屏幕下方 　　软键，再按屏幕右侧 　　软键，按　 软键，出现矩形型腔窗口，移动光标，按提示输入参数值，最后按 　 软键，完成参数输入，调用循环 加工图例 （矩形型腔窗口） 参数含义 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 L：腔的长度，单位：mm W：腔的宽度，单位：mm R：拐角半径，单位：mm X0：参考点的X坐标（仅限于单独位置时提供），单位：mm Y0：参考点的Y坐标（仅限于单独位置时提供），单位：mm a0：腔的旋转角度，单位：度 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 参数含义 F：进给速度 FZ：垂直下刀进给速度（仅限选择了垂直下刀时提供） DXY：最大切削宽度（若相对于铣刀直径的百分比值）单位：mm或% L1：预加工长度（仅限选择了二次加工时提供） W1：预加工宽度（仅限选择了二次加工时提供） AZ：预加工深度（仅限选择了二次加工时提供） ER：螺旋线下刀时的螺旋半径（仅限选择了螺旋下刀时提供） EP：螺旋线下刀时的最大螺距（仅限选择了螺旋下刀时提供） EW：往复下刀时的最大角度（仅限选择了往复下刀时提供） 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） 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）调用矩形型腔铣削循环前应设置刀具半径值，否则循环终止并发生报警 （3）铣刀半径应小于矩形型腔转角半径，否则会发生报警 （4）参考点可选择中心、左下、右下、左上、右上五个不同位置 （5）加工工艺有：▽（粗加工）、▽▽▽（精加工）、边沿▽▽▽（边沿精加工）、倒角四种 （6）加工位置有单独位置（在X0、Y0、Z0编程位置铣削）和MCALL两种 （7）下刀方式有：预钻孔、垂直下刀、沿螺旋线下刀和往复下刀四种 （8）选择粗加工时有完整加工（由整块材料铣削型腔）和二次加工（已有一个较小的矩形腔或者一个钻孔）两种 （9）如果输入参数得出一个纵向槽或长孔，循环内部会自动从POCKET3中调用对应的槽加工循环 （2）圆形型腔铣削循环 指令格式 POCKET4(RP，Z0，SC，Z1，φ，X0，Y0，DZ，UXY，UZ，F，FZ，，，DXY，φ1，AZ， ER，EP，，FS，ZFS) 步 骤 输入程序时，按屏幕下方 　　软键，再按屏幕右侧 　　软键，按 　　 软键，出现圆形型腔窗口，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 （圆形型腔窗口） 参数含义 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 φ：腔的直径，单位：mm X0：参考点的X坐标（仅限于单独位置时提供），单位：mm Y0：参考点的Y坐标（仅限于单独位置时提供），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 参数含义 F：进给速度 FZ：垂直下刀进给速度（仅限选择了垂直下刀时提供） DXY：最大切削宽度（或铣刀直径的百分比值）单位：mm或% φ1：预加工直径（仅限选择了二次加工时提供） AZ：预加工深度（仅限选择了二次加工时提供） ER：螺旋线下刀时的螺旋半径（仅限选择了螺旋下刀时提供） EP：螺旋线下刀时的最大螺距（仅限选择了螺旋下刀时提供） 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） 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）调用圆形型腔铣削循环前应设置刀具半径值，否则循环终止并发生报警 （3）铣刀半径应小于圆形型腔半径，否则会发生报警 （4）铣削方式有顺铣（0）和逆铣（1）两 （5）加工工艺有：▽（粗加工）、▽▽▽（精加工）、边沿▽▽▽（边沿精加工）、倒角四种 （6）加工方式有平面加工圆形腔和螺旋线加工圆型腔两种 （7）加工位置有单独位置（在X0、Y0、Z0编程位置铣削）和MCALL两种 （8）下刀方式有：预钻孔、垂直下刀、沿螺旋线下刀三种 （9）选择粗加工时有完整加工（由整块材料铣削型腔）和二次加工（已有一个较小的圆形腔或者一个钻孔，必须编程AZ和φ1）两种 例：如图5-18用循环加工矩形凹槽和圆形凹槽，工件坐标系建立在工件上表面中心位置，先粗加工，后精加工（精加工余量：表面0.5mm、深度0.5mm），铣刀半径为R6。 图5-18 程序段号 程序内容 程序说明 N10 G90 G54 M3 S1000 T1 D1； 规定工艺参数 N20 G00 X0 Y0 Z50； 回到起点 N30 POCKET3（10，0，3，-8，60，40，8，0，0，0，5，0.5，0.5，100，50，3，11，6，，，，，）； 调用矩形凹槽循环，设置粗加工循环参数 N40 POCKET4（10，0，3，-14，20，0，0，5，0.5，0.5，100，0.1，0，11，80，0.5，0.5，0，，，20100，111，110，）； 调用圆形凹槽循环，设置粗加工循环参数 N60 G00 Z100； 刀具Z向退回 表5-28 应用实例参考程序 N70 M5； 主轴停 N80 N50 M0； 程序停，手动换精加工刀具 N90 M3 S1200； 设置精加工转速 N100 POCKET3（10，0，3，-8，60，40，8，0，0，0，5，0，0，80，50，3，12，6，，，，，）； 调用矩形凹槽循环，设置精加工循环参数 N110 POCKET4（10，0，3，-14，20，0，0，5，0，0，80，0.1，0，12，80，……）； 调用圆形凹循环，设置精加工循环参数 N120 G00 Z100； 刀具Z向退回 N130 M02； 程序结束 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：槽深度用深度游标卡尺测量，槽宽等轮廓尺寸用游标卡尺测量，圆弧用半径规检测。 （3）刃具选择：矩形凹槽拐角半径为R6，所选铣刀直径必须小于Ø12，选Ø10，且粗、精加工分开。粗加工铣刀用键槽铣刀，精加工铣刀选能垂直下刀的立铣刀或键槽铣刀。 环形槽最小拐角半径为R11，所选刀具直径最小为Ø22，但环形槽槽宽为6，故所选铣刀直径不能大于Ø6，故选择Ø5铣刀。 工、量、刃具清单 工、量、刃具清单 图号 SKX5-3-1 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 半径规 R7～R14.5 R15～R25 套 各1 5 粗糙度样板 N0～N1 12级 副 1 刃具 1 键槽铣刀 Ø5、Ø10 个 各1 2 立铣刀 Ø5、Ø10 个 各1 2.加工工艺方案 （1）加工工艺路线制定 此例应先加工矩形方槽再加工中间环形槽；若先加工中间环形槽，一方面槽较深，刀具易断，另一方面加工矩形方槽时会在环形槽中产生飞边，影响环形槽宽度尺寸。 加工方案一：矩形槽深度6mm不能一次加工至深度尺寸，粗加工需分层铣削。在每一层表面加工中因铣刀直径为10mm，还需采用环切或行切法切除多余部分材料，见图5-19。精加工采用圆弧切入和切出方法以避免轮廓表面产生刀痕，见图5-20。环形槽深度为4mm，粗加工也应分两次进刀，槽两边曲线形状不同，应分别进行粗、精加工；粗、精加工程序可用同一程序，通过设置不同的刀具半径补偿值获得。 图5-19 方腔粗加工行切路线 图5-20 方腔精加工路线 加工方案二：矩形槽选用西门子凹槽循环粗、精加工；环槽用键槽铣刀粗、精铣。 刀具 直径 工作内容 f(mm/min) N(r/min) 下刀深度mm 高速钢键槽粗铣刀 （T1） Ø10 垂直进给 50 1000 2 表面直线进给 70 1000 2 表面圆弧进给 70 1000 2 高速钢键槽粗铣刀 （T2） Ø5 垂直进给 40 1200 2 表面直线进给 60 1200 2 表面圆弧进给 60 1200 2 高速钢立铣刀、精铣 （T3） Ø10 垂直进给 50 1200 0.2 表面直线进给 60 1200 0.2 表面圆弧进给 60 1200 0.2 高速钢立铣刀、精铣 （T4） Ø5 垂直进给 40 1500 0.2 表面直线进给 60 1500 0.2 表面圆弧进给 60 1500 0.2 （2）合理切削用量选择 3.参考程序编制（加工方案一） （1）工件坐标系建立 根据工件坐标系建立原则，X、Y零点建在工件几何中心上，Z零点建立在工件上表面。 （2）基点坐标计算 1）粗加工行切时各点坐标计算 轮廓留加工余量1mm，行距9mm，A、D、E、…H各点X坐标一样，Y坐标依次大一个行距。B、C、F、…I等各点也是X坐标相同，Y坐标依次大一个行距9mm。各点坐标见表5-31所示。 粗加工行切时刀具各点坐标 A （-24，-24） B （24，-24） D （-24，-15） C （24，-15） E （-24，-6） F （24，-6） 、、 （-24，3） 、、 （24，3） 、、 （-24，12） 、、 （24，12） 、、 （-24，21） 、、 （24，21） H （-24，24） I （24，24） 2）环形槽外侧、里侧基点坐标（见表5-32） 基点 槽外侧(X,Y) 槽内侧(X,Y) 基点 槽外侧(X,Y) 槽内侧(X,Y) P1 （-20，0） （-14，0） P5 （20，0） （14，0） P2 （-20，-9） （-14，-9） P6 （20，9） （14，9） P3 （-9，-20） （-9，-14） P7 （9，20） （9，14） P4 （0，-20） （0，-14） P8 （0，20） （0，14） （3）参考程序 主程序名：发那科系统“O0530”，西门子系统“XX530.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 G80 G49 G69 G40 G90 设置初始状态 N10 G54 M3 S1000 T1 G54 M3S1000 T1 D1 设置加工参数 N20 G0G43X-24Y-24Z5H01 G0 X-24 Y-24 Z5 空间移动至X-24Y-24Z5点 N30 G1 Z-2 F50 G1 Z-2 F50 下刀 N40 M98 P0100 L100 粗加工矩形槽第一层 N50 G1 Z-4 F50 G1 Z-4 F50 下刀 N60 M98 P0100 L100 粗加工矩形槽第二层 N70 G1 Z-5.8 F50 G1 Z-5.8 F50 下刀 N80 M98 P0100 L100 粗加工矩形槽第三层 N90 G0 Z100 G0 Z100 抬刀 N100 M5 M5 主轴停 N110 M0 M0 程序停，手动换Ø5铣刀 N120 M3 S1200 T2 M3 S1200 T2 D2 设置粗加工参数 N130 G41 X-20 Y0 D2 G41 X-20 Y0 空间建立刀具半径补偿 N140 G1 G43 Z-8 H02 F50 G1 Z-8 F50 下刀 N150 M98 P0300 L300 粗加工环形槽外侧面 N160 G1 Z-9.8 F50 G1 Z-9.8 F50 下刀 N170 M98 P0300 L300 粗加工环形槽外侧面 N180 G0 Z5 G0 Z5 抬刀 N190 G40 X-10 Y-10 G40 X-10 Y-10 取消刀具半径补偿 N200 G41 X-14 Y0 D2 G41 X-14 Y0 建立刀具半径补偿 N210 G1 Z-8 F50 G1 Z-8 F50 下刀 N220 M98 P0400 L400 粗加工环形槽里侧面 N230 G1 Z-9.8 F50 G1 Z-9.8 F50 下刀 N240 M98 P0400 L400 粗加工环形槽里侧面 N250 G0 Z100 G0 Z100 抬刀 N260 G40 X0 Y0 G40 X0 Y0 取消刀具半径补偿 N270 M5 M5 程序停 N280 M0 M0 主轴停，手动换精加工刀具 N290 M3 S1200 T3 M3 S1200 T3 D3 设置精加工参数 N300 G0G43X-24Y-24Z5H03 G0 X-24 Y-24 Z5   N310 G1 Z-6 F50 G1 Z-6 F50 下刀 N320 M98 P0100 L100 精加工矩形槽底面 N330 G0 Z5 G0 Z5 抬刀 N340 X0 Y0 X0 Y0 空间移动 N350 G1 Z-6 F40 G1 Z-6 F40 下刀 N360 M98 P0200 L200 半精、精加工矩形槽侧面 N370 G0 Z100 G0 Z100 抬刀 N380 M5 M5 主轴停 N390 M0 M0 程序停，手动换Ø5精铣刀 N400 M3 S1500 T4 M3 S1500 T4 D4 设置精加工参数 N410 G0 G41 X-20 Y0 D4 G0 G41 X-20 Y0 建立刀具半径补偿 N420 G1 G43 Z-10 H04 F50 G1 Z-10 F50 下刀 N430 M98 P0300 L300 精加工环形槽外侧面 N440 G0 Z5 G0 Z5 抬刀 N450 G40 X-10 Y10 G40 X-10 Y10 取消刀具半径补偿 N460 G41 X-14 Y0 D4 G41 X-14 Y0 建立刀具半径补偿 N470 G1 Z-10 F50 G1 Z-10 F50 下刀 N480 M98 P0400 L400 精加工环形槽里侧面 N490 G0 Z10 G0 Z10 抬刀 N500 G40 X0 Y0 G49 G40 X0 Y0 取消刀具半径补偿 N510 M2 M2 程序结束 矩形槽粗加工子程序名：发那科系统“O0100”，西门子系统“L100.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 G1 X24 Y-24 F70 G1 X24 Y-24 F70 加工矩形槽从A点行切至I点 N20 Y-15 Y-15 N30 X-24 X-24 N40 Y-6 Y-6 N50 X24 X24 N60 Y3 Y3 N70 X-24 X-24 N80 Y12 Y12 N90 X24 X24 N100 Y21 Y21 N110 X-24 X-24 N120 Y24 Y24 N130 X24 X24 N140 G0 Z5 G0 Z5 抬刀 N150 X-24 Y-24 X-24 Y-24 刀具回到X-24Y-24起始点 N160 M99 M17 子程序结束 矩形槽精加工子程序名：发那科系统“O0200”，西门子系统“L200” 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 G1G41X-5Y-25D3F70 G1 G41 X-5 Y-25 F70 建立刀具半径补偿 N20 G3 X0 Y-30 R5 G3 X0 Y-30 CR=5 圆弧切入 N30 G1 X24 G1 X24 沿矩形槽轮廓加工 N40 G3 X30 Y-24 R6 G3 X30Y-24 CR=6 N50 G1 Y24 G1 Y24 N60 G3 X24 Y30 R6 G3 X24 Y30 CR=6 N70 G1 X-24 G1 X-24 N80 G3 X-30 Y24 R6 G3 X-30 Y24 CR=6 N90 G1 Y-24 G1 Y-24 N100 G3 X-24 Y-30 R6 G3 X-24Y-30 CR=6 N110 G1 X0 G1 X0 N120 G3 X5 Y5 R5 G3 X5 Y5 CR=5 圆弧切出 N130 G1 G40 X0 Y0 G1 G40 X0 Y0 取消刀具半径补偿 N140 M99 M17 子程序结束 环形槽外侧面加工子程序名：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 G1 X-20 Y-9 F70 G1 X-20 Y-9 F70 直线加工至P2点 N20 G3 X-9 Y-20 R11 G3 X-9 Y-20 CR=11 圆弧加工至P3点 N30 G1 X0 G1 X0 F80 直线加工至P4点 N40 G3 X20 Y0 R20 G3 X20 Y0 CR=20 圆弧加工至P5点 N50 G1 Y9 G1 Y9 直线加工至P6点 N60 G3 X9 Y20 R11 G3 X9 Y20 CR=11 圆弧加工至P7点 N70 G1 X0 G1 X0 直线加工至P8点 N80 G3 X-20 Y0 R20 G3 X-20 Y0 CR=20 圆弧加工至P1点 N90 M99 M17 子程序结束 环形槽里侧面加工子程序名：发那科系统“O0400“，西门子系统“L400.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 G2 X0 Y14 R14 F70 G2 X0 Y14 CR=14 F70 圆弧加工至P8点 N20 G1 X9 G1 X9 直线加工至P7点 N30 G2 X14 Y9 R5 G2 X14 Y9 CR=5 圆弧加工至P6点 N40 G1 Y0 G1 Y0 直线加工至P5点 N50 G2 X0 Y-14 R14 G2 X0 Y-14 CR=14 圆弧加工至P4点 N60 G1 X-9 G1 X-9 直线加工至P3点 N70 G2 X-14 Y-9 R5 G2 X-14 Y-9 CR=5 圆弧加工至P2点 N80 G1 Y0 G1 Y0 直线加工至P1点 N90 M99 M17 子程序结束 [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：通过面板将程序输入数控系统。 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。 5.刀具装夹：共采用四把铣刀，一把直径为5mm粗加工键槽铣刀，一把直径为5mm精加工立铣刀（可垂直下刀）或精加工键槽铣刀，一把直径为10mm粗加工键槽铣刀，一把10mm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。 二、对刀 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及仿真，验证程序。 四、零件自动加工与尺寸控制 轮廓、深度尺寸均采用试切、试测法进行控制。如轮廓尺寸控制方法为：先设置精铣刀T3、T4半径补偿值（此处可分别设置为5.1、2.6），运行完精加工程序后，通过测量实际轮廓尺寸再重新修调T3、T4半径值，再次运行一遍精加工程序即可。 深度尺寸控制也是通过设置长度补偿值（或长度磨损量）来实现。具体做法是：T3、T4精铣刀铣削时，通过设置一定的长度补偿值保证深度方向留有一定精加工余量，运行完精加工程序后，通过测量实际深度尺寸再修调长度补偿值（或长度磨损值）后再次运行精加工程序以保证深度尺寸。 五、腔槽综合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         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 600+0.05mm（2处） 8         10 280-0.05mm（2处） 8         11 400-0.05mm（2处） 8         12 40+0.05mm 5         13 60+0.05mm 5         14 R5mm（2处） 2         15 R6mm（4处） 4         16 R11mm（2处） 2         17 φ28mm（2处） 2         18 φ40mm（2处） 2         19 表面粗糙度值Ra3.2μm 4         综合评价   [操作注意事项] 1.矩形槽、环形槽粗加工用键槽铣刀，精加工时则应选能垂直下刀的立铣刀或用键槽铣刀替代。 2.加工矩形槽、环形槽时通过设置刀具半径值来控制轮廓粗加工、半精加工、精加工余量，加工前对刀具T1D1、T2D2、T3D3、T4D4半径值应设置好，用精铣刀半精加工结束后应该注意及时测量尺寸修调半径值。 3. 发那科系统T1、T2、T3、T4四把刀长度补偿分别放入H01、H02、H03、H40长度补偿号中； 西门子系统则将长度补偿值分别放入四把铣刀T1（D1）、T2（D2）、T3（D3）、T4（D4）的刀沿中，加工时直接调用即可。 4.粗加工中间多余部分材料可选直径较大的铣刀，用行切法铣削以提高效率。 5.精加工时，进给速度主要是通过调节进给倍率实现，以提高表面加工质量。 [思考与练习] 1.宏指令或计算参数有何作用？ 2.腔槽中多余材料如何外理？ 3.西门子凹槽循环在什么情况下能加工出圆形槽、键槽？ 4.试用西门子凹槽循环编写 图5-3-1数控程序。 5.做一做：针对图5-21零件， 试编写程序。 图5-21 $$