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第5章 数控铣床的编程课件.ppt 91页
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数控铣床的编程 5.1 数控铣床概述 5.2数控铣床编程基础 5.3基本编程方法 5.4典型零件的数控铣削工艺制订及编程举例 练习与思考题 5.1 数控铣床概述 5.2 数控铣床编程基础 5.3 基本编程方法
3个面： （1）初始平面：是为安全下刀而设定的平面。当使用同一把刀具加工若干个孔时，空间存在障碍需要跳跃或全部孔加工完成后，应使用G98功能使刀具返回到初始平面的初始点。 说明： （1）图中实线表示切削进给，虚线表示快速运动。R平面为在孔口时，快速运动与进给运动的转换位置； （2）固定循环一般只能使用在XY平面上，Z坐标仅作孔加工的进给； （3）上述动作③的程序段中进给率由F决定，动作⑤的进给率按固定循环规定决定； （4）在固定循环中，刀具长度补偿（G43、G44、G49）有效，它们在上述动作②中执行。 练习：试采用固定循环方式加工图示各孔，工件材料为HT300，使用刀具T01为镗孔刀，T02为直径13mm钻头，T03为锪钻。工件坐标系设置：Z0在工件上表面，X0、Y0零件的对称中心位置。 O M06 N15 G90 G00 G54 X0 Y0 T02 N20 G43 H01 Z10.0 S400 M03 F40 N25 G98 G85 X0 Y0 R3.0 Z-45.0 N30 G80 G28 G49 Z0 M06 N35 G00 X-60 Y50 T03 N40 G43 H02 G00 Z10.0 S600 M03 N45 G98 G73 X-60.0 Y0 R-15.0 Z-48.0 Q4.0 F40 N50 X60.0 N55 G80 G28 G49 Z0 M06 N60 G00 X-60.0 Y0 N65 G43 H04 Z10.0 S350 M03 N70 G98 G82 X-60.0 Y0 R-15.0 Z-32.0 P200 F25 N75 X60.0 N80 G80 G28 G49 Z0 M05 N85 G91 G28 X0 Y0 M30 5.5典型零件的数控铣削工艺制订及编程举例 练习与思考题 表6-3
固定循环加工程序 主轴正转 N14
M03； 初始平面，刀具补偿 N13 G43
H15； 刀具补偿取消，换刀 N12 G49
M06； 回起刀点，主轴停 N11 G00
M05； 钻#6，返回初始平面 N10 G98
Y-350.0 钻#5，返回R平面 N09
Y-550.0； 钻#4，返回R平面 N08 G99
X1200.0； 钻#3，返回初始平面 N07 G98
Y-750.0； 钻#2，返回R平面 N06
Y-550.0； 钻#1孔，返回R平面 N05 G99 G81
Y-350.0 Z-153.0
R-97.0 F120； 主轴正转 N04
M03； 初始平面，刀具补偿 N03 G43
H11； 换刀 N02 G90
M06 设定工件坐标系 N01 G92
Z0； 程序号 O1003 说
序 3 2 1 7 8 11 12 13 9 10 6 5 4 续表6-3
固定循环加工程序 程序停 N27 M02；
刀具长度补偿取消 N26 G49
Z0； 返回参考点，主轴停 N25 G28
M05； 钻#12、#13，返回R平面 N24 G91
L2 钻#11，返回R平面 N23 G85
Y-350.0 Z-153.0
R-47.0 F50； 主轴正转 N22
M03； 初始平面，刀具补偿 N21 G43
H31； 刀具补偿取消，换刀 N20 G49
M06； 返回起刀点。主轴停 N19 G00
M05； 钻#10，返回初始平面 N18 G98
Y-450.0； 钻#9，返回R平面 N17 G99
X1050.0； 钻#8，返回初始平面 N16 G98
Y-650.0； 钻#7，返回R平面 N15 G99
G82 X550.0 Y-450.0 Z-130.0
R-97.0 P300 F70； 说
序 3 2 1 7 8 11 12 13 9 10 6 5 4 5.4 A类宏功能应用
在编程工作中，我们经常把能完成某一功能的一系列指令像子程序那样存入存储器，用一个总指令来代表他们，使用时
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28页12页22页41页13页29页19页17页12页22页数控铣床编程的工艺分析
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数控铣床加工零件是按照程序自动进行的。因此，加工中的所有工序、工步，每道工序的切削用量、走刀路线、加工余量、所用刀具的类型和尺寸等都要预先确定好并编人程序中。这就要求一个合格的编程人员首先应该是一个很好的工艺员，他对数控铣床的性能特点、应用、切削规范和刀具等要非常熟悉，才能做到全面、周到地考虑零件
&&& 数控铣床加工零件是按照程序自动进行的。因此，加工中的所有工序、工步，每道工序的切削用量、走刀路线、加工余量、所用刀具的类型和尺寸等都要预先确定好并编人程序中。这就要求一个合格的编程人员首先应该是一个很好的工艺员，他对数控铣床的性能特点、应用、切削规范和刀具等要非常熟悉，才能做到全面、周到地考虑零件加工的全过程并正确、合理地编制数控铣削的加工程序。编写程序前首先要认真地进行加工工艺分析。
&&& 1．仔细分析图纸
&&& 分析零件图纸，在搞清零件材料、零件全部的加工内容、工艺过程和技术要求的基础上，确定和明确数控铣床的加工内容和要求，并拟订加工方案。
&&& 2．选择并确定数控铣削加工部位及工序内容
&&& 由于国内大多数用户目前所拥有的数控铣床数量有限，因此在选择加工对象及加工内容时一般还是以解决生产与科研中的加工难题为主，充分发挥数控铣床的优势和关键作用。为此，推荐下列加工内容作为采用数控加工的主要选择对象：
&&& (1)丁件上的曲线轮廓，特别是由数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓；
&&& (2)已给出数学模型的空间曲面；
&&& (3)形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位；
&&& (4)用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内外凹槽；
&&& (5)以尺寸协调的高精度孔或面；
&&& (6)能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状；
&&& (7)采用数控铣削后能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动强度的一般加工内容。
&&& 不适于数控铣削加工的内容主要有以下几种：
&&& (1)简单的粗加工面；
&&& (2)需要进行长时间占机人工调整（如以毛坯粗基准定位按划线找正）的粗加工内容；
&&& (3)必须按专用工装协调的加工内容（如标准样件等）；
&&& (4)毛坯上的加工余量不太充分或不太稳定的部位；
&&& (5)一面加工，另一面不加工，其非加工面又不能作为定位面的部位；
&&& (6)必须用细长铣刀加工的部位（一般指狭窄深槽或高肋板小转接圆弧部位）。
&&& 3．合理划分加工工序
&&& 在数控铣床上加工零件，工序比较集中，一般只需一次装卡即可完成全部工序的加工。根据数控铣床的特点，为了提高数控铣床的使用寿命，保持数控铣床的精度、降低零件的加工成本，通常把零件的粗加工，特别是零件的基准面、定位面放在普通机床上加工。加工工序的划分通常有以下几种方法：
&&& (1)刀具集中分序法这种方法就是按所用刀具来划分工序，用同一把刀具加工完成所有可以加工的部位，然后再换刀。这种方法可以减少换刀次数，缩短辅助时间，减少不必要的定位误差。
&&& (2)粗、精加工分序法根据零件的形状、尺寸精度等因素，按粗、精加工分开的原则，先粗加工，再半精加工，最后精加工。
&&& (3)按加工部位分序法&即先加工平面、定位面，再加工孔；先加工形状简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度比较低的部位，再加工精度比较高的部位。
&&& 加工工序的划分要视加工零件的具体情况周密分析，进行综合安排。
&&& 4．选择夹具与零件的装夹方法
&&& 1)数控铣床常用夹具
&&& 数控铣床可以加工形状复杂的零件，但数控铣床所使用的夹具往往并不很复杂，只要求有简单的定位、夹紧机构就可以了。在选择铣削夹具时，应尽量采用组合夹具和标准化通用夹具。单件小批量生产零件的常用夹具是台虎钳和压铁，这两种夹具适用范围广、应用灵活、开放性好；其缺点是装夹调整比较费时，在数控铣床上因工序比较集中，这个缺点不十分明显。
&&& 当工作批量较大、精度要求较高时，为了平衡生产节拍，可以设计专用夹具，但结构应尽可能简单。
&&& 此外，多工位夹具和气动、液压夹具在数控铣床上也经常用到，此类夹具结构复杂，造价往往较高，且制造周期较长，它主要用于复杂零件的加工，如水泵壳体等形状不规则的零件。
&&& 2)零件装夹方法
&&& 数控铣床加工零件的装夹方法要考虑以下几点：
&&& (1)零件定位、夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换以及重要部位的测量。尤其要避免刀具与工件、夹具及机床部件相撞。
&&& (2)夹紧力尽量通过或靠近主要支承点或在支承点所组成的三角形内。尽量靠近切削部位并在工件刚性较好的地方，不要作用在被加工的孔径上，以减少零件变形。
&&& (3)零件的重复装夹、定位一致性要好，以减少对刀时间，提高零件加工的一致性。
&&& 5．加工路线的确定
&&& 对于数控铣床，加工路线是指刀具中心运动的轨迹和方向，合理的选择加工路线不但可以提高切削效率，还可以提高零件的表面精度。确定加工路线时应考虑以下几个方面。
&&& (1)尽量减少进、退刀时间和其他辅助时间。
&&& (2)铣削零件轮廓时，尽量采用顺铣方式，以提高表面精度。如图6-8所示，用圆柱铣刀加工平面，根据铣刀运动方向不同有顺铣和逆铣之分。逆铣时铣刀切入过程中与工件之间产生强烈摩擦，刀具易磨损（加工精度就会受到影响），并使加工表面粗糙度变差，同时逆铣时有一个上抬工件的分力，容易使工件振动和工夹松动。采用顺铣时，切入前铣刀不与零件产生摩擦，有利于提高刀具耐用度、降低表面粗糙度，铣削时向下压的分力有利增加工件夹持稳定性。但由于进给丝杠与螺母之间有间隙，顺铣时工作台会窜动而引起打刀；另外采用顺铣法铣削铸件或表面有氧化皮的零件毛坯时，会使刀刃加速磨损甚至崩裂。数控机床采用了间隙补偿结构，串刀现象可以克服，因此顺铣法铣削应用较多。
&&& (3)进、退刀位置应选在不太重要的位置，并且使刀具沿零件的切线方向进刀和退刀，以免产生刀痕。
&&& 图6-8&&& 圆柱铣刀的顺铣和逆铣
&&& (a)逆铣；(b)顺铣
&&& 如图6-9所示采用立铣刀侧刃切削加工零件外轮廓时，铣削过程中铣刀应沿外轮廓的延长线的方向切入切出，避免铣刀从零件轮廓的法线方向切人切出而产生刀具刻痕。
&&& 图6-9&&& 铣削外轮廓时刀具切入切出方式
&&& 同样，在铣削封闭内表面时，也应从轮廓的延长线切入切出；如轮廓线无法外延，则刀具应尽量在轮廓曲线上两几何元素交点处沿轮廓法向切入切出，如图6-9所示。
&&& (4)先加工外轮廓，再加工内轮廓。
&&& 此外，还应注意以下几种情况。
&&& (1)对于位置精度要求较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，就有可能将坐标轴的反向间隙带人，直接影响位置精度。如图6-10所示是在一个零件上精镗4个孔的两种加工路线，当按图6-10(a)所示路线加工时，由于刀具从孔Ⅲ向孔Ⅳ运动的方向与从孔Ⅰ向孔Ⅱ运动方向相反，X方向反向间隙会使孔Ⅳ与孔Ⅲ间的定位误差增加，而影响孔Ⅳ的位置精度。当按图6-10 (b)所示路线加工时，加工完孔Ⅲ后往上、前多移一段距离，然后折回来加工孔Ⅳ，这样孔Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ定位方向一致，可避免反向间隙的引入，提高孔Ⅲ与孔Ⅳ的位置精度。
&&& 图6-10&&& 镗孔加工工艺路线
&&& (a)不合理的加工路线；(b)合理的加工路线
&&& (2)加工曲面时可能采取如图6-11所示的沿参数曲面的u向行切、v向行切和环切三种走刀路线。对于直母线类表面，采用如图6-11(b)所示的方案显然更有利。每次沿直线走刀，刀位点计算简单，程序段少；而且加工过程符合直纹面的形成规律，保证母线的直线度。如图6-11(a)所示的方案，优点是便于在加工后检验形面的准确度。因此，实际生产中常将以上两种方案结合起来，如图6-11(c)所示。图6-11(c)所示的环切方案常用在内槽加工中；在加工螺旋桨桨叶一类零件时，因工件刚度小，常采用从里到外的环切，有利于减少工件在加工过程中的变形。
&&& 当工件边界敞开时，为了保证加工的表面质量，应从工件的边界外进刀和退刀，如图6-11(a)、(b)所示。
&&& 图6-11&&& 曲面加工工艺路线
&&& (a)u向行切；(b)v向行切；(c)环切
&&& (3)加工平底内槽时，一般使用平底铣刀，刀具半径和端部边缘部分的圆角半径应符合内槽的图纸要求。内槽的切削分两步，第一步切出空腔，第二步切轮廓。切轮廓通常又分粗加工和精加工。从内槽轮廓线向里平移铣刀半径R并且留出了精加工余量，由此得出的多边形是计算粗加工走刀路线的依据，如图6-12所示。切削内腔时，环切和行切在生产中都有应用。两种走刀路线都要保证切净内腔中的全部面积，不留死角，不伤轮廓，同时尽量减少重复走刀的搭接量。从走刀路线的长短比较，行切法要略优于环切法。但在加工小面积内槽时，环切的程序量要比行切小。
&&& 图6-12&&& 内槽加工工艺路线
&&& 6．选择刀具
&&& 1)数控铣床所用刀具
&&& 刀具是保证数控铣床加工质量的重要因素。数控铣床所用刀具种类、型号很多，并且大部分可以在加工中心上通用。加工平面孔、曲面等不同的轮廓对象要选择相应的刀具。刀具通过刀柄与数控铣床主轴相连。数控铣床主轴上的锥孔的锥度，一般是7：24。这种锥度没有自锁性，换刀容易。在主轴的锥孔上套接刀杆，刀杆的形式如图6-13所示。
&&& 图6-13(a)所示弹簧夹头用于装夹各种直柄立铣刀、键槽铣刀、直柄麻花钻头、中心钻等直柄刀具。
&&& 图6-13(b)所示铣刀杆可装夹套式端面铣刀、三面刃铣刀、角度铣刀、圆弧铣刀及锯片铣刀等。
&&& 图6-13(c)所示镗刀杆装夹镗孔刀。
&&& 图6-13(d)所示2号莫氏套筒可装夹2号莫氏钻夹头、立铣刀、加速装置、攻螺纹夹头等，加速装置可以进行小孔的钻削或装夹砂轮杆磨削小孔。
&&& 图6-13(e)所示&P25套筒，用于其他测量工具的套接。
&&& 可以看出，数控铣床的刀具已经形成系列，通过刀柄的转接，各种直柄刀具和锥柄刀具均可用于数控铣床。另外，如增速刀柄、转角刀柄、测量头等辅具也可以用于数控铣床，只是它们在加工中心上的应用更常见。
&&& 图6-13&&& 刀杆
&&& (a)弹簧夹头；(b)铣刀杆；(c)镗刀杆；(d)2号莫氏套筒；(e)套筒
&&& 2)数控铣床刀具的选用
&&& 数控铣床主轴转速比普通机床的主轴转速高1～2倍，某些特殊用途的数控铣床主轴转速高达每分钟数万转，因此数控铣床刀具的强度与耐用度至关重要。一般说来，数控铣床用刀具应具有较高的耐用度和刚度，有良好的断屑性能和可调节、易更换等特点，刀具材料应有足够的韧性。
&&& 数控铣床铣削加工平面时，应选用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀。铣削较大平面时，一般用端铣刀。粗铣时选用较大的刀盘直径和走刀宽度可以提高加工效率，但铣削变形和接刀刀痕等应不影响精铣精度。加工余量大且不均匀时，刀盘直径要选小些；精加工时直径要选大些，使刀头的旋转切削直径最好能包容加工面的整个宽度。
&&& 加工凸台、凹槽和箱口面主要用立铣刀和镶硬质合金刀片的端铣刀。铣削时先铣槽的中间部分，然后用刀具半径补偿功能铣槽的两边。
&&& 铣削平面零件的内外轮廓一般采用立铣刀。刀具的结构参数参考如下：
&&& (1)刀具半径R应小于零件内轮廓的最小曲率半径&，一般取R=(0. 8～0. 9)&。
&&& (2)零件的加工高度H&(1/6-1/4)R，以保证刀具有足够的刚度。
&&& 铣削形面和变斜角轮廓外形时常用球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀。
&&& 7．确定切削用量
&&& 选择切削用量是加工过程中重要的组成部分，合理地选择切削用量，不但可以提高切削效率，还可以提高零件的表面精度。程序编制时，编程人员必须确定每道工序的切削用量。切削用量包括主轴转速、进给量、背吃刀量、切削深度或切削宽度等，在确定切削用量时要根据机床说明书中的规定和要求．以及刀具的耐用度等计算和选择，当然也可以结合实践经验，采用类比法确定。所选择的切削用量要保证刀具能加工完一个零件或完成一个程序的加工内容，或能工作一个或多个整班次。
&&& 背吃刀量主要受机床、工件和刀具的刚度限制，在刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀量等于零件的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于精度和表面粗糙度有较高要求的零件，应留有足够的加工余量。
&&& 主轴转速要根据允许的切削线速度v来选择：
&&& n=1000v/(&D)
式中：n为主轴转速(r/min)；D为刀具直径(mm)；v为切削线速度( m/min)，v为受刀具耐用度的限制。
&&& 主轴转速一定时，进给量f决定了切削厚度。进给量要根据零件加工精度和表面粗糙度的要求，以及刀具和工件材料等情况选取，并要兼顾加工效率。计算进给量的公式如下：
式中：n为主轴转速(r/min)；Z为铣刀齿数；t为每齿切削厚度(mm)；f为进给量( mm/min或mm/r)。
&&& 数控程序中设定的厂值可以根据需要，在实际切削时使用倍率旋钮进行修调。
（责任编辑: 佚名 ）
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