项目四 任务二　平面外轮廓加工（教学设计）——《数控铣床编程与操作项目教程 第4版》同步教学（机工版）

《数控铣床编程与操作项目教程》教案 授课班级 班级人数 授课教师 课题序号 15 授课课型 授课课时 6课时 授课章节 名 称 项目四 轮廓加工 任务二 平面外轮廓加工 教学目标 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。 能力 目标 1.会进行平面外轮廓加工及尺寸控制； 2.会解决平面外轮廓多余材料的处理。 情感 目标 1.养成文明生产、安全生产习惯； 2.养成优良的劳动态度和职业素养； 3.培养团队合作精神。 教学重点 1.圆弧过渡、直线过渡、刀具半径补偿指令及使用 2.平面轮廓的尺寸控制方法 教学难点 1.刀具半径补偿指令及使用 2.平面轮廓的尺寸控制方法 教学方法 讲授法、讨论法、演示法、自主学习法、探究法、训练法 教学资源 网络资源，教学视频，相关PPT，配套练习题、数控铣床及其工艺装备 板书设计 任务二 平面外轮廓加工 1.倒角指令 2. 倒圆指令 3.刀具半径补偿指令（G41/G42） （1）指令功能 （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 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G0/G1 G40 X Y ；取消刀具半径补偿 （4）指令使用 （5）指令使用说明 二、加工工艺分析 [资料链接] 刀具半径补偿指令加工内、外轮廓和内角时，引起的过切现象： [任务实施] 一、加工准备 二、对刀 三、程序输入与校核 四、零件加工与尺寸控制 五、任务检测与评价 教 学 过 程 主 要 教 学 内 容 及 步 骤 教师活动 学生活动 教学目标 【一】导入新课题 平面外轮廓加工是数控铣床的优势，数控铣床能加工由直线、圆弧组成的各种轮廓，并且能控制轮廓的尺寸精度，平面轮廓中一般为直线和圆弧组成的图形，是在前面的加工基础上的应用。 【二】新授 任务二 平面外轮廓加工 [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及尺寸控制； ②会解决平面外轮廓多余材料的处理方法。 [知识学习] 一、编程指令 1．倒角（直线过渡）指令 在直线与直线插补或直线与圆弧插补之间自动的插入直线过渡。 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； 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。 2．倒圆（圆弧过渡）指令 在直线与直线插补或直线与圆弧插补之间自动的插入圆弧过渡。 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； 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。 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4-13。 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 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。如图4-9所示。 ( 图4- 9 ) （4）指令使用 刀具补偿过程可分为：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。 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。 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，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。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。 例：如图4-12，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（发那科系统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 （3） 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）。 二、加工工艺分析 1.工、量、刃具选择 （1）工具选择： （2）量具选择： （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，此课题选用直径为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。。 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 副 1 刃具 1 键槽铣刀 Ø16 个 1 2 立铣刀 Ø16 个 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，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。故切入、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。 2）铣削方向选择 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；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。如图： 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点时取削刀具半径补偿。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。 （2）合理切削用量的选择 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 3.参考程序编制 （1）工件坐标系建立 （2）基点坐标计算 （3）参考程序 [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 4.工件装夹 5.刀具装夹 二、对刀 三、机床刀具半径补偿值的调整 发那科系统按 参数键，按 （补正）软键出现如图4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。 发那科刀具半径界面　　　西门子刀具半径界面 四、自动加工及尺寸控制 用Ø16立铣刀进行精加工。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。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，具体做法如下： 若第一次运行精加工程序后，用游标卡尺测得轮廓700 -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（取中间值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。 五、检测与评分 [操作注意事项] 1.加工前应设置好机床中半径补偿值。 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和修改机床中参数。 3.最终轮廓应安排在一次走刀中连续加工完成。 4.尽量避免切削过程中途停顿，减少刀痕。 5.平面外轮廓粗加工时，通常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。 【三】总结与经验分享 【二】作业布置 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 题5图 教师展示成品，让同学有一个先入为主的印象以及明确的学习目标 教师引导学生读懂零件图 出示本次课目标 分析、讲解倒角指令格式及参数含义 分析、讲解倒角指令应用示例 分析、讲解倒角指令使用注意事项 分析、讲解倒圆指令格式及参数含义 老师引导学生会用指令编程，注意指令使用中问题 分析讲解刀具半径补偿指令代码、格式用 按图分析左右补偿含义 分析讲解刀具半径补偿指令格式使用方法 举例引导学生分析使用刀具半径补偿指令编程 引导学生分析本次课用到的工、量、刃具 按图分析轮廓铣削切入、切出方式 分析轮廓铣削方式及用量选择 分析轮廓铣削加工工艺路径 引导学生完成课题零件加工程序编写 提示安全注意事项，引导学生做好加工准备、对刀工作 操作演示机床刀具半径值输入方式 分析轮廓尺寸精度控制方法，指导学生完成零件加工并评分 提醒安全生产、文明生产要求 引导学生总结与经验分享 观看成品，思考 理解、思考并记录零件图 理解学习目标 看表、听讲、思考、讨论 看图、听讲、思考、讨论 看表、听讲、思考、讨论 看表、听讲、思考、讨论 讨论、分析、思考、记录并能运用指令编程 听讲、思考、记录、 听讲、思考、记录 听讲、思考、记录 分组思考讨论、得出结论 分组思考讨论、得出结论 看图、思考、分析、记录 听讲、思考并记录 听讲、分析、思考 讨论、分析、思考并编程程序 做好加工准备工作，按前面课题方法对刀 听讲、观看并操作训练 完成零件加工和轮廓精度控制 听讲并思考原因 学生自主总结并分享经验 提高学生学习兴趣 任务导向 明确本次课学习目标 掌握倒角指令格式及运用 掌握倒角指令格式及运用 掌握倒角指令使用注意事项 掌握倒圆指令格式 灵活运用倒圆指令编程及使用注意事项 掌握刀具半径补偿指令代码及格式 会判断左右补偿 会运用左右补偿指令 能灵活运用刀具补偿指令编程 会选择工、量、刃具 了解轮廓铣削切入、切出方式 会选择轮廓铣削工艺 会制订轮廓铣削加工路线 会编写平面加工程序 熟悉加工准备工作及对刀操作 会根据需要调整机床刀具半径补偿参数值 熟悉加工方法及轮廓尺寸控制方法 培养安全生产、文明生产习惯 培养学生综合职业能力 教后记 9 学科网（北京）股份有限公司 $$