数控铣床操作与常见故障排除第四章课件

1、 在数控铣床上，台阶面的铣削可以用高速钢立铣刀、硬质合金可转位方肩铣刀和整体硬质合金立铣刀。铣削台阶面与铣削平面不同，铣削平面主要用刀具的端面刃，而铣削台阶面则主要用刀具的圆周刃。一般铣削较大台阶面时先用硬质合金方肩台阶铣刀(图4-2)进行粗加工，然后用整体硬质合金铣刀进行精加工，这样既能保证有较高的生产效率，又可以保证产品的质量。 数控铣床上刀具的安装一般安装在主轴上，因此，在立式数控铣床上，刀具的加工方向向下，便于工件的装夹和加工过程的观察；而在卧式数控铣床上，刀具的加工方向在水平方向，观察较为困难。图4-2二、倒角面的铣削方法 在零件上经常存在棱边倒角的结构，如图4-3所示。这种结构在数

2、控铣床上主要采用以下两种方法加工：一种是用倒角铣刀(图4-4)沿倒角边运动铣削出倒角；另一种方法是使用普通立铣刀用宏程序的方法加工。图4-3图4-4 加工图4-3所示零件的上表面，步骤如下： 1)确定工件编程原点，如图4-5所示。 2)选择刀具。根据机床主轴功率和加工面的大小选择100mm的硬质合金可转位面铣刀，8个刀齿。根据工件材料选择刀具材料。确定切削用量：vc90m/min，fz=0.2mm/z，ap=2mm。 3)安装刀具。安装工件毛坯，并找正。4)编制数控加工程序，并输入机床。5)对刀，设定工件坐标系。6)程序检验和加工模拟。7)加工。铣削平面的程序如下： O4001；G54 G90

3、 G0 X0 Y0；加工图4-3所示零件的台阶面，步骤如下： 1)选择刀具。根据机床主轴功率和加工面的大小选择16mm的整体硬质合金立铣刀。根据工件材料选择刀具材料。确定切削用量：vc=90m/min，fz=0.2mm/z，ap=2mm。 2)编制数控加工程序，并输入机床。 3)对刀，设定工件坐标系。 4)程序检验和加工模拟。 5)加工。 6)测量加工面，根据加工结果修改刀补参数，进行精加工。 铣削台阶面的程序如下： O4002；G54 G90 G0 X0 Y0； 加工图4-3所示零件的倒角，步骤如下：1)选择刀具：45倒角铣刀。 2)编制数控加工程序，并输入机床。 3)对刀。 4)程序检验和

4、加工模拟。 5)加工。 铣削倒角程序：倒角铣刀沿倒角边直线运动即可，程序略。第二节加 工 轮 廓一、轮廓加工常用的刀具及其特点1.整体硬质合金立铣刀整体硬质合金立铣刀大致可以分为3种。 1)90面铣刀。90面铣刀如图4-6a所示，它是最常见的立铣刀。根据螺旋角、刃口数、容屑槽深浅、刀尖角半径的大小不同，90面铣刀可分为粗铣刀、精铣刀、通用铣刀、键槽铣刀等。 2)球头立铣刀。球头立铣刀如图4-6b所示，它是仿形加工的常用刀具，适合从粗铣到精铣加工。图4-6整体硬质合金立铣刀a)90面铣刀b)球头立铣刀c)球头细颈立铣刀 3)球头细颈立铣刀。球头细颈立铣刀如图4-6c所示，它是多轴联动加工型腔和叶

5、片的常用立铣刀。 使用整体硬质合金立铣刀可以取得很高的切削速度和较长的刀具使用寿命，刃口经过精磨的整体硬质合金立铣刀可以保证所加工零件的形位公差和较高的表面质量。该铣刀可高速铣削(HSM)，目前，刀具直径可以做得比较小，甚至小于0.5mm，但是其成本比较高。 2.机夹硬质合金立铣刀 硬质合金立铣刀如图4-7所示，它有多种形式，有90机夹硬质合金立铣刀，如图4-7a所示；还有机夹硬质合金球头铣刀，如图4-7b所示。它们的作用与上述的整体硬质合金立铣刀相同。图4-7机夹硬质合金立铣刀a)90机夹硬质合金立铣刀b)机夹硬质合金球头铣刀机夹 采用机夹硬质合金立铣刀可以取得很高的切削速度，而且可以选择大

6、进给量和大背吃刀量，所以生产效率高，通常作为粗铣和半精铣刀具。机夹刀片可以更换，所以刀具的成本低，但是刀具的尺寸形状误差相对较高，直径一般大于10mm。3.高速钢立铣刀高速钢立铣刀刀具的总成本比较低，易于制造较大尺寸和异形的刀具。刀具的韧性较好，可以进行粗加工，但是在精加工型面时会因为刀具弹性变形而产生零件误差。切削速度相对较低，刀具使用寿命相对较短。 在模具或航空航天领域的大零件铣削加工中，球头立铣刀的使用并不是很多，主要是因为刀具较小，切削效率偏低。所以在生产中更多的是使用面铣刀，如图4-8所示。机夹端铣刀可以装夹具有较大刀尖圆弧半径的刀片甚至是圆刀片。图4-8刀具生产厂为面铣刀提供了系列

7、机夹刀片。例如，瑞典山特维克可乐满公司生产的CoroMill390机夹刀片序列，如图4-9所示图4-9二、加工内轮廓时的下刀方法1.钻下刀孔首先在内轮廓型腔的4个角预钻工艺下刀孔，如图4-10所示，或在型腔中心钻大孔，然后用立铣刀从孔处下刀，将余量去除。此方法编程简单，但立铣刀在切削过程中，多次切入、切出工件，振动较大。 图4-10 2.啄铣啄铣时，球头铣刀的刃口要过中心。每次啄铣一定的深度，背吃刀量由刀具的中心刃可钻削的深度决定，以便把这一层深度的金属去除。然后重复这一过程，直至铣削到型腔底部，如图4-11所示。图4-11 3.两轴坡走铣两轴坡走铣(要求铣刀有坡走功能)如图4-12所示。使用

8、具有坡走功能的立铣刀和面铣刀，在X轴、Y轴或Z轴方向进行线性坡走铣，可以达到刀具在轴向的最大背吃刀量，这种方法尤其适用于模具型腔的粗加工。在加工内轮廓时，刀具轨迹可以由内向外，也可以从外向内。根据零件的加工要求，更为使排屑通畅，一般情况下内轮廓加工选择由内向外加工。如果加工轮廓中的岛，则选择从外向内加工。在连续切削的情况下应采用顺铣加工。分层加工切入到下一层。坡铣的角度主要与刀具的直径、刀片尺寸、刀体下面的间隙以及背吃刀量有关。图4-12 4.三轴坡走铣螺旋进给三轴坡走铣是沿主轴的轴向以螺旋线方式进给，如图4-13所示。这种进给方法常用于模具型腔的加工。相对于直线坡走进给方式，螺旋进给的优点在

9、于其切削更稳定、更适用于小功率机床和深窄型腔。特别是在粗加工非模具的大直径孔时，相对于镗削其优点是没有断屑、排屑或振动的问题。当没有底孔时，圆刀片铣刀、球头立铣刀进行螺旋插补铣孔的能力最强。螺旋进给的旋转半径、螺旋升角、下降深度与刀具的直径、刀片尺寸以及背吃刀量有关。图4-13 三、轮廓加工的方法与注意事项 1.加工轮廓时的刀具应用 加工台阶或垂直面时，应该选用90整体硬质合金立铣刀或90主偏角尖角刀片机夹立铣刀，使加工后的表面光滑，表面粗糙度值低，接刀痕迹小。但是，加工图4-14所示的轮廓时，如果使用90主偏角尖角铣刀就会给下一道工序留下许多余量不均匀的台阶，从而引起后道工序铣削时的振动，甚

10、至造成后道工序铣削时刀具的崩刃。图4-1490主偏角尖角刀片机夹立铣刀铣削后留下余量不均匀的台阶 从图4-15中可以看出，如果使用圆刀片铣刀、球头刀或带有大刀尖圆弧的90主偏角铣刀进行轮廓型腔大余量粗加工，则加工后所留下的余量比较平滑且均匀，从而为半精加工或精加工创造了良好的加工条件。图4-15圆刀片机夹立铣刀铣削后留下比较均匀的余量 2.内轮廓过渡圆角的加工方法在内轮廓型腔的粗加工中，大直径铣刀可获得高的生产效率，但是会在轮廓的角落处残留很多材料，这将给后续的加工造成困难。在加工内轮廓圆角时，一般不能使用与圆角半径相等的铣刀直接切入，否则在圆角处会引起刀具的振动，甚至产生“啃刀”现象和过切，

11、如图4-16所示。图4-16这是铣刀在圆角处的侧吃刀量突然增大，导致切削力突然增大的原因所致。解决这一问题的方法有如下几种。1)减小刀具半径。如图4-17所示，采用刀具半径小于圆角半径的铣刀加工内轮廓的过渡圆角，可以避免侧吃刀量突然加大。 2)加大编程半径。如图4-18所示，加工时仍采用大直径的铣刀，但是在圆角处不按圆角轮廓编程，而是增加编程半径，图4-17加工时预留余量，给后道工序的插铣或摆线铣做好准备。在使用细长形铣刀加工比较深的轮廓型腔过渡圆角时可以采用这种方法。 3)插铣加工内轮廓过渡圆角。用具有插铣功能的铣刀将圆角处的余量去除。在锐角过渡圆角处，可以采用同一小直径刀具进行多次插铣加工

12、，如图4-19所示。编程的步距越小，侧壁的轮廓越接近理论轮廓，残留余量也越小。也可采用几把直径由大至小的插铣刀完成余量的去除，如图4-20所示。但是这样需要多把刀具，将导致频繁换刀从而影响加工效率。插铣一般用于半粗加工。图4-183.轮廓铣削轮廓铣是沿零件轮廓连续铣削的一种方式。轮廓铣削的常用刀具和进给方式如图4-21所示。轮廓铣削主要用于零件内外轮廓的半精加工或精加工。这种方式有如下优点：图4-19图4-20 1)刀具的进给速度能够保持稳定而持续。在使用球头铣刀时，轮廓铣削可以避免球头铣刀顶端的零切削速度点，能够发挥刀具大直径点上切削速度高的优势。这种铣削加工特别适合在四轴以上联动机床上使用

13、，如图4-22所示，以及高速铣削加工。图4-21图4-22 2)因为侧吃刀量ae较小，所以可以在一定的背吃刀量ap的前提下，实现快速走刀。目前高速铣削的特点是高切削速度vc、小背吃刀量ap、小侧吃刀量ae、高进给速度f，所以轮廓铣削适合高速铣削。 3)切削平稳，每一层的铣削都是连续的顺铣或逆铣。顺铣可以保证较长的刀具使用寿命，逆铣可以保证一致的表面质量和型腔的形状公差。由于切削平稳，余量均匀，因此，保证了刀具的安全。粗加工硬度为54HRC的高温合金钢模具，如图4-23所示。图4-23 进给方式为轮廓铣削，全程采用顺铣。刀体为50mm的圆刀片面铣刀，刀体上共有4个刀片，刀片为立方氮化硼刀片。切削

14、参数及加工时间如下： vc=150m/min。n=954r/min。fz=0.2mm/z(每齿进给量)。f=763mm/min。ap=1mm/层。ae的取值小于刀具直径的80。加工总时间为37.5min。 4.摆线铣 图4-24所示为传统的宽槽加工方法，这种加工方法中刀具所承受的切削力很大，刀具背吃刀量一般不超过刀具直径，否则刀具会产生弹性变形而产生加工误差，如图4-25所示，或因排屑不畅而造成刀具折断。图4-24图4-25摆线铣的方法如图4-26所示，其每次进给的侧吃刀量ae非常小，一般小于0.1mm，但是其切削速度vc比传统方法的大10倍，而且背吃刀量可达全部刃口的长度，所以刀具使用寿命很

15、长，切削效率也很高。摆线铣也常用于轮廓拐角余量的去除。图4-26 四、典型案例现以第一届全国数控技能大赛数控铣实际操作竞赛题(学生组)进行介绍。1.赛题图样数控铣实际操作竞赛题的图样如图4-27图4-31所示。图4-272.实操技术平台(1)数控机床与数控系统数控机床与数控系统的型号、规格见表4-1。(2)刀具清单刀具清单见表4-2。表4-1表4-2刀具清单(学生组)(3) 量具清单量具清单见表4-3。表4-3量具清单(4) 附件清单附件清单见表4-4。表4-4附件清单3.配分表表4-5配分表 4.工艺分析 (1)零件几何特点 零件外形轮廓为方形，其加工部位由不完全对称的腔槽、凸起及薄壁、孔组

16、成，几何形状属于平面二维轮廓图形。对于几何形状特征点(节点)坐标，图4-28图4-31已将1、2号件的所有几何特征点都给出，无需进行计算。 (2)工艺要点分析 工艺要点也是本例的难点，在加工前需要认真考虑的问题有以下几点。1)对图样设计基准的理解。1号件中标注的对称度公差为0.02mm，因为它既表明了设计基准，也明确了装配要求。2号件虽然从图面上看不出其设计基准，但可以从装配示意图中找到其隐含(为保证与1号件装配协调)设计要求。 2)加工孔的难点分析。从图样中可以看出，孔16+0.0180mm为此加工中精度最高的尺寸，从1号件图样上看，似乎为单一尺寸，但从装配示意图上可以看出，该尺寸是保证装配

17、准确的关键尺寸，其位置精度、形状精度、尺寸精度均对装配公差有较大的影响。具体而言，就是如何保证孔与顶面的垂直关系、如何保证孔径的最终尺寸精度、粗精加工如何留出合适的余量等。 3)完成加工任务的保证措施。从图样上分析，1号件比2号件的加工内容要多很多，必须采取高效、稳定的工艺方法，并配以编程技巧。压缩1号件的加工时间和编程时间是按时完成考试的关键。 另外，2号件中宽度为14mm的圆槽没有直线段，不便测量。为保证其加工精度，需要利用刀偏技巧通过编程来保证圆槽的加工质量。 4)检查刀具干涉的技巧。由于图样并没有给出环形凸起端点到凸轮形状斜边的距离，为保证加工效率，刀具直径越大越好，但必须保证刀具不能

18、与环形凸起端点及凸轮形状斜边发生干涉。 5)保证薄壁加工精度的方法。薄壁的加工精度与众多因素有关，如刀具轨迹、切削方法、切削参数等，这是加工的难点之一。 6)特殊功能的掌握。在加工1号件的R3mm倒角时，如果不采用宏程序编程模式，要完成这部分加工则是非常困难的事情，而这种指令属于变量编程。本次加工中可以利用条件循环语句实现连续下刀。 7)对过定位的处理。要保证1，2号件的装配，必须处理好图样中多处容易过定位的部位。过定位是指装配时出现的多处配合面，在加工中必须通过公差带的计算解决过定位造成装配困难的问题。 8)保证装配的方法。为满足1号零件与2号零件的装配关系，应该保证零件尺寸的精度要求。在加

19、工时应该重视加工顺序，加工顺序的合理性对于两工件的装配起着决定作用，这也是处理工艺操作和零件装配关系问题的方法和技巧。(3)加工准备 这部分工作主要是根据现有的工具，结合通用工艺方法来确定各个部位的具体加工方法，并针对加工方法准备工具、配置程序。例如，加工16+0.0180mm表面粗糙度值为Ra1.6mm的孔通常有3种方法，一是镗孔加工方式，这种工艺方法有比较大的适应度，对纠正预钻孔的偏差、保证位置精度和尺寸精度非常有利，是一种比较好的孔加工工艺，但加工成本较高，加工效率相对较低，同时需要调整刀具半径的条件；二是铣孔方式，即利用数控圆弧插补方式将孔铣出来，这种工艺方法加工效率较高，但其受机床圆

20、弧插补精度影响较大，当孔深和孔径比较大时，容易出现锥度；三是钻铰方式，即先采用钻头将孔钻出，再用铰刀精加工到尺寸，这种工艺方法加工效率较高，成本相对较低，缺点是不能纠正预钻孔的偏差。实际操作中，应结合实际条件，选择比较合适的加工方法。再如，加工周边R3mm圆倒角时，为保证加工质量需使用球头刀具等。总之，在加工准备阶段必须将所需的刀具准备好，同时根据加工需要确定刀具的伸出长度，完成加工刀具的准备工作，并对刀具进行编号。 (4)加工顺序分析 1)根据设计基准和设计要求进行工艺分析。确定工艺基准和加工顺序是工艺分析的重要内容。按照工艺原则，首先要保证工艺基准和设计基准重合，其次在排列加工顺序时，应考

21、虑加工应力对零件加工精度的影响，还要根据设计精度选择加工方法。 2)本次加工中保证1号件和2号件的配合是考核的关键点。为保证1号件和2号件的装配，除保证其尺寸公差外，更重要的是保证公差配合。从零件的几何形状和测量的稳定性方面考虑，应先加工2号件，后加工1号件。因为这种加工顺序对修配加工非常有利，原因是2号件质量较轻，操作方便，用2号件配1号件省力省时。 3)从图样的技术要求来看，保证1号件和2号件的装配要求是本次加工的重点之一，而装配基准又是建立在4个16+0.0180mm基准装配孔上的，所以这4个16+0.0180mm装配孔的基准就应定为工艺基准。在完成单件加工内容后(1号件或2号件)，再加

22、工这4个基准孔。 4)在安排加工内容时，操作人员可根据实际需要将同一把刀具的加工内容全部集中在一道工序之中，这样可以提高加工效率。(5)加工技巧提示 1)分析零件毛坯状态，选择加工部位。加工部位如果选择得合理，其加工余量就会很小，甚至不必加工就可满足零件要求。这样做的目的，是为了最大限度地压缩零件加工时间。 2)必须考虑验证程序，即在零件端面余量上划出刀具轨迹的痕迹，以便检查加工程序是否正确。 3)在编程时，最好根据加工部位把程序分成多个独立的短小程序，这样便于查找错误。 4)孔加工时要考虑残留余量。 (6)公差分配 这部分工作主要是根据图样上需要配合的公差尺寸进行分析，提出工艺要求。例如，宽

23、度为14mm的槽，其深度尺寸为8.5mm，尺寸公差为0.1mm，与其相配合的凸起尺寸为8mm，其尺寸公差为0.1mm，考虑加工刀具根部自然形成的圆角(倒角)不定性，操作人员在控制8.5mm加工尺寸时，最好控制在8.5+0.10mm。在控制凸起的8mm加工尺寸时，最好控制在8.50-0.1mm，保证其配合顺利性。类似尺寸还有2.5mm，14mm，120mm和185.094mm等。 具体操作方法是在编程时或加刀偏时，在公差范围内，对于槽类几何结构尽量大，对于键类几何结构尽量小。(7)切削用量 切削用量必须根据零件装夹状态、刀具伸出长度、冷却情况、机床刚度客观地给出。这里程序给出的切削参数，在一些特

24、定条件下有效，因为实际上不可能零件每次试切状态都一样。从这点来看，切削用量仅供参考。 5.件1的工艺卡与加工程序件1的工艺卡见表4-6为了保证调试程序的安全性，此处将程序中的Z值设为零，实际使用程序加工前，首先要在零件表面上划印，在确保程序正确无误后，再调整程序中的Z值，进行零件的正式加工。件1的加工程序如下。G01 Z0. F50；M05；Z22.；G00 Z100.；M30,宏程序变量定义： #1=刀具的半径值；加工14-0.03-0.06mm凸起顶部倒角R3mm 的宏程序的刀补与Z值的计算方法，如图4-32 所示。 #2=倒角的半径值； #3=增角度量值；#4=动态变化的刀补值；#5=动

25、态变化的Z值；#3=90(从顶部进行加工)；图4-32 #3=#32(增角度量步长值)；动态变化的刀补值：#4=#1+#2*X=(R1+R2)costCOS#33-#2； Z=(R1+R2)sint动态变化的Z向值： #5=#1+#2*SIN#3-#1；#3=0；WHILE#3 GE 0DO1；#4=#1+#2*COS#3#2；#5=#1+#2*SIN#3#1； END1；特殊指令： G10L12P_ R_ ；P为刀补号， R为补偿值程序名称：M.NC用8mm球头刀加工R3mm倒角G90G00G17G40G49G80G54；Z100.；M03S3600；可以根据实际情况调整倍率控制速度X-68

26、.Y17.；保证下刀点在零件以外#1=4.；#2=3.；#3=90；增角度量步长值为2#3=#3-2；WHILE #3 GE 0 DO 1；#4=#1+#2*COS#3-#2；#5=#1+#2*SIN#3-#1； X-67.Y14.；该点为随机提取的点，如果发现干涉可进行调整G01 Z#5 F400；G10 L12 P5 R#4；G41 D05 X-67. Y10.；X-65.96 Y-2.303；G03 X2.303 Y65.96 R66.；G02 X2.792 Y79.951 R7.；G02 X-79.951 Y-2.792 R80.；G02 X-65.96 Y-2.303 R7.；G40

27、 X-62. Y4.；该点为随机提取的点，如果发现干涉可进行调整END1；G00 Z100.；M30；6.件2的工艺卡与加工程序件2的工艺卡见表4-7 为了保证调试程序的安全性，将程序中的Z值设为零，在使用程序加工前，首先要在零件表面上划印，在确保程序正确无误后，再调整程序中的Z值，进行零件的正式加工。件2的加工程序如下。程序名称：A.NC用于钻5处11mm孔G90 G54 G00 Z100.；M03 S400；可以根据实际情况调整倍率控制速度X75. Y75.；G00 Z5.；G81 X75. Y75. Z-30. R2. F120;可以根据实际情况调整倍率控制速度X-75.；Y-75.；X

28、75.；X0. Y0.；为后续加工提供方便G80 Z100.；保证钻尖能提出M30；程序名称：B.NC用32mm刀具铣端面G00 G17 G40 G49 G54 G80 G90；使机床状态恢复到原始 状态Z100.；X-110. Y-110.；M03 S1 Z192；可以根据实际情况调整倍率控制速度Z0.5；G01 Z0 F596；可以根据实际情况调整倍率控制速度X-95. Y-77.；X77.；Y-55.；X-77.；Y-33.；X77.；Y-11.；X-77.；Y11.；X77.；Y33.；X-77.；Y55.；X77.；Y77.；X-95.；每次背吃刀量可以控制在1.5mm左右，最后一刀

29、留0.5 mm精铣余量G00 Z100.；M30；程序名称：C.NC采用20mm刀具G00 G17 G40 G49 G54 G80 G90；使机床状态恢复到原始状态Z100.；M03 S2388;可以根据实际情况调整倍率控制速度X55. Y105.；从加刀偏顺利方面考虑Z0.；G01 G41 D01 X59.266 Y90.F477；D01=10X65.761 Y65.761；X90.Y59.266；每次背吃刀量可以控制在1.5mm左右，最后一刀留0.5mm精铣余量。考虑保持铣削效果应采用顺铣，并利用数控系统的旋转坐标功能：G368 X Y R；G69；完成另外2个凸起的加工G40 X105.

30、 Y55.；G00 Z100.；M30；程序名称：C1.NC选用20mm刀具G00 G17 G40 G49 G54 G80 G90；使机床状态恢复到原始状态Z100.；M03 S2388；可以根据实际情况调整倍率控制速度X0. Y0.；Z3.；G01 X-52.74 Y52.74 Z1.5 F160；第一次斜下刀X0. Y0. Z0.；第二次斜下刀G01 X10. Y0. F477；G03 I-10. J0.;G01 X20. Y0.;G03 I-20. J0.；G01 X0. Y0.；X-52.74 Y52.74；X10. Y10.；X-10. Y10.；X-40.74 Y40.74；X15

31、. Y15.；X-15. Y15.；X-40.74 Y40.74； G00 Z100.；每次背吃刀量可以控制在1.5mm左右，最后一刀留0.5mm精铣余量M30；程序名称：D.NC用12mm刀具加工14+0.06+0.03mm槽G00 G17 G40 G49 G54 G80 G90；Z100.；使机床状态恢复到原始状态M03 S2980；X7. Y72.5；可以根据实际情况调整倍率控制速度Z3.；G01 X0. Y73. Z1.5 F200；X7. Y72.5 Z0.；第一次斜下刀G41 D02 X0. Y80. F450；第二次斜下刀G03 X0. Y66. R7.；G02 X-66. Y0

32、. R-66.；G03 X-90. Y0. R7.；G03 X0. Y90. R-80.； G02 X25.606 Y7.578 R39.5；G03 X19.366 Y18.386 R9.5；G02 X6.24 Y25.964 R39.5；G03 X-6.24 R9.5；G02 X-19.366 Y18.386 R39.5；G03 X-25.606 Y7.578 R9.5；G02 Y-7.578 R39.5；G03 X-19.366 Y-18.386 R9.5； G02 X-6.24 Y-25.964 R39.5；G03 X6.24 R9.5；G02 X19.366 Y-18.386R39.5

33、；G03 X25.606 Y-7.578 R9.5；G02 X24.872 Y0. R39.5；G03 X14.872 Y10. R10.；G01 G40 X0. Y0.；G00 Z100.；M30；程序名称：D3.NC用12mm刀具粗铣16mm孔G00 G17 G40 G49 G54 G80 G90；使机床状态恢复到原始状态Z100.；M03 S2980；可以根据实际情况调整倍率控制速度X75. Y75.；Z4.；G01 Z0. F200；X1.975 Y0. F450；G03 X-1.975 Y0. R1.975；G03 X1.975 Y0. R1.975；G01 X0. Y0.；G00

34、Z100.；M30；利用宏程序控制连续下刀程序名称：D3.NC用12mm刀具粗铣16mm孔G00 G17 G40 G49 G54 G80 G90；Z100.；使机床状态恢复到原始状态#2=0.1；END 1；R2.F120；X-75.；Y-75.；X-75.；G90 G00 G80 Z100. M05；M30；利用宏程序控制转角程序名称：C.NC用20mm刀具G00 G17 G40 G49 G54 G80 G90；使机床状态恢复到原始状态Z100.；#2=0.；初始角度值M03 S2388；可以根据实际情况调整倍率控制速度WHILE#2 GE-180DO 1；判断Z值是否大于-180，若不满足

35、则进行循环进给G68 X0 Y0 R#2；X55. Y105.；旋转坐标系定义语句Z0；从加刀偏顺利方面考虑G01 G41 D01 X59.266 Y90.F477D01利用宏程序控制连续下刀=3.93X65.761 Y65.761；X90. Y59.266；G40 X105. Y55.；G00 Z10.；下一步转的角度#2=#2-90；旋转坐标系定义语句G69；循环结束语句 END 1；G00 Z100.；M30； 7.出题思路与考点介绍本题以国家职业标准数控铣工高级工作为出题标准，其中涵盖机械制图、铣削工艺、切削刀具、加工工艺等知识内容。考题以组合工件形式出现，主要考点包括以下几方面： 1

36、)读图识图能力和工艺分析能力。2)掌握各种零件的装夹和找正方法。3)能利用数控机床精度高和操作方便的特点，结合标准量具对加工零件进行间接和直直接测量，如测平行、垂直、孔距、轮廓等。 4)掌握常见典型几何结构的加工技能(如槽类、键类、孔的加工)，并能根据零件图进行加工工艺分析，编制合理的加工工艺。 5)考查对数控系统各种功能的应用能力，如宏程序的编制、旋转坐标系的应用以及手工快速编程能力。 6)考查加工过程中的防干涉能力。 7)对零件在加工过程中设计基准、工艺基准、测量基准的选择和应用。 8)对公差配合的考核，包括尺寸公差，形状、位置公差以及尺寸链的计算。 9)考核刀具补偿功能的应用。 10)考

37、核在特定的切削环境下对切削三要素掌握的程度以及能否合理地选择切削参数。 11)在现有条件下(考场提供的条件下)，如何优化工艺，使加工效率最大化，并且保证加工质量的稳定。 12)为节省计算时间，本题提供了复杂节点的坐标值。第三节加 工 曲 面一、利用三坐标数控铣床加工曲面 利用三维刀具偏置功能编程时，也有其特殊要求。在一条语句中，不仅要给出曲面上当前点在直角坐标系中的X、Y、Z的数值，而且还要给出该坐标点的单位法向矢量(简称法矢)分别在X、Y、Z轴上的分矢量数值，语句格式如下：G41 X_Y_Z_I_J_K_D；由于曲面上各个点的法矢方向是不同的，所以刀具每走一点，语句中都要给出此点法矢分量的数

38、值，因此，程序量将比不采用三维刀具偏置功能的程序要大出一倍。另外，计算I、J、K的值也需要计算机辅助完成。所以在加工曲面时，一般不采用三维刀具偏置功能，通常的做法是由计算机中的CAD/CAM软件根据曲面轮廓和刀具半径经干涉检验后直接计算出刀尖或刀心轨迹。采用这种方法时，球头铣刀的几何精度会直接影响曲面的加工精度，因此，在加工前必须对刀具几何形状和尺寸进行检查。当刀具半径有所变化时，应把变化量输入到计算机中重新进行计算。这种方法也是三坐标数控铣床加工曲面时控制加工余量的一种方法。 数控加工三坐标曲面时，球头铣刀是一行一行地加工。每加工完一行，铣刀要沿一个坐标方向移动一个行距S，直至将整个曲面加工

39、出为止。这就是曲面的行切法加工，或称行距法加工，如图4-33所示。图4-33二、走刀路线1)零件图样分析。 主要内容是从几何形状方面初步分析零件曲面的特点、图样中的原始数据以及曲面的边界条件等。目的是为设计曲面加工的走刀路线、曲面处理方法作准备。 2)工艺分析。 其主要内容包括曲面加工精度、表面粗糙度、零件材料的加工性能、工艺基准的设计、铣削刀具的选择、铣削用量的计算、机床设备的性能分析、定位与夹紧的方法等。根据工艺分析的结果，制订出曲面加工方案、刀具运行的行距和步长以及公差的计算或指定。这里应特别指出的是曲面加工时走刀路线的问题。如何设计走刀路线，取决于曲面本身的特点和精度要求。基本原则是应

40、尽量使走刀路线最短、程序计算简单、加工效率高、加工质量好。在确定走刀路线时要注意区别两种情况： 第一，曲面边界开敞且没有其他型面限制。在加工这类曲面时，为了避免刀具在曲面内换行、折返和垂直进给，零件几何造型和编程时应将曲面边界向外延伸，球头铣刀从零件曲面边界外开始加工，如图4-34a所示。 第二，曲面边界不开敞外且有其他型面限制。在加工这类曲面时，刀具不能从边界外开始加工，如图4-34b所示。AB边和CD边两侧不能延伸，这时沿BC边的诸截面m1n1，m2n2，直到AD边均应用百分法细分插补点，然后把对应的百分量一一相连构成走刀路线。 三、加工曲面时行距和步长的确定用三坐标数控铣床加工曲面一般都

41、是采用行切法加工，所以不论是三坐标联动加工曲面还是两轴半加工曲面，均要计算或指定行距S和步长L。 1.行距S的计算方法由图4-35可知，行距S的大小与加工后曲面表面残留的沟纹高度H有关，S大则H大，即已加工表面的表面粗糙度值大，表面粗糙。图4-35 应当指出，在实际编程时，如果零件曲面上各点曲率差别不很大，这时可取曲率最大处为标准，根据表面粗糙度要求及选定的球头刀半径r刀值计算出行距S，然后采用等行距法编制程序，或者采用分区等行距加工法，这样较为方便实用。 2.切削方向上步长L的确定方法 步长L要根据曲面曲率半径和允许的插补误差允决定。实际应用时，可以以曲率最大处为对象进行近似估算，然后采用等

42、步长(等插补段长度)法编制程序。当曲面的曲率变化较大时，如果按等步长法编程，则刀具切削比较平缓的曲面部分时，步长就显得比较小；而当刀具切削比较陡的曲面部分时，步长却又显得比较大，加工精度不够。这时可采用分区等步长方法，即将同一曲面按其曲率变化分成几个区域，每个区域内插补段长度是相等的，但各区的插补段长度不等，如图4-36所示。图4-36这里还应指出两个问题：一个是当球头铣刀以直线步长加工曲面时，由于在走刀矢量方向改变时，不能同两坐标平面轮廓加工时那样安排有尖角过渡的处理，所以，实际的插补误差插实不等于计算步长时的允许插补误差插，如图4-37所示。当加工凸面时，插实插；加工凹面时，插实)、 GE

43、()、 LT()、 LE()进行前后两个内容的比较，按条件满足与否去执行不同的程序段。具体使用方法与格式如图4-53所示，大致有3种。图4-53条件转换语句的使用方法与格式图4-54平面螺旋矩形槽图4-53图4-542.螺旋槽加工(1)平面螺旋矩形槽的加工一平面螺旋矩形槽如图4-54所示。毛坯材料为45钢，尺寸为150mm150mm30mm，六面已加工。 手工编制此类零件程序必须掌握宏程序的使用方法，通过图形所表达出的规律性，用方程描述和概括图形，用小直线段逼近图形。线段分的越小，相对图形的误差也就越小。 由图4-54可知，中心圆起始半径R=25mm，回转360后半径R=45mm。若把360分

44、割成360份，那么由起始点开始半径R依次是R=25mm，R=25mm20mm1/360，R=25mm20mm2/360，R=25mm20mm3/360，R=25mm20mm4/360，R=25mm20mm360/360，其中R=25mm也可写成R=25mm20mm0/360，由此可得出规律，R=25mm20mmn/360(n=n1)，对应坐标点位置方程为X=Rcosn，Y=Rsin n。由于是用非常细小的直线段连接出的图形，极有可能会出现两个相邻小线段夹一小角度，或加上补偿后已经过了下一段小线段，因此，在编制程序时不使用刀具半径补偿功能。选用的刀具及切削参数见表4-11。表4-11加工平面螺旋

45、矩形槽的刀具及切削参数程序如下：O4011；G54 G90 G00 X0 Y0 Z100.0 S800 M03；#1=0；设Z向初始位置N1；G00X25.0Y0；Z2.0；#1=#1-2.0；Z向分层切削，每层2mmIF #1 LT-10.0 GOTO 2；如果#1内容小于-10，转去N2程序段G01Z#1F40；#2=0； 设初始角度WHILE #2 LT 720.0 DO 1； 若#2大于720，则转到END 1段的下一句语句执行#2=#21.0； 每次递增1#3=25.020.0*#2/360.0*COS#2；计算螺旋线上的各坐标点#4=25.020.0*#2/360.0*SIN#2；

46、G01X#3Y#4F110； 走小直线段END 1； 若#2小于720，返回WHILE段G01Z10.0F500；GOTO 1；跳跃至N1N2；G00Z100.0；M30；精加工时使用等槽宽的10mm铣刀直接加工出螺旋槽。加工出的螺旋槽会偏向逆铣一侧，可在编程时特意地把轨迹向顺铣侧偏0.10.2mm，即25(0.10.2)mm。(2) 柱面螺旋矩形槽的加工图4-55所示是一圆柱螺旋矩形槽，图下方给出了螺旋槽延50mm直径展开的尺寸和形状。图4-55现使用配备FANUC-0i数控系统的X、Y、ZA轴的数控铣床加工此零件，槽宽尺寸靠刀径成形，选用的刀具及切削参数见表4-12。 柱面矩形螺旋槽是靠机

47、床的X轴和A轴联动完成加工的，要解决的问题其实就是如何把展开平面形状包容到圆柱上，用X的长度和旋转角度A表示，方法如下：X长度可以直接由平面图得知，X运动距离为60mm。由X长度可计算出螺旋槽在直径为50mm的圆柱面上走过的弧长，即60tan30=34.641mm；再由弧长转换A轴转角为(34.641360)/(3.1450)=79.432。设工件原点在圆柱轴心和左端面，编制精加工程序如下：O4012；G54 G90 G00 X0 Y0 Z100.0 A0 S800 M03；G00 X-80.0 Y0；Z30.0；G01 Z20.0 F40；X-20.0 A79.432 F140；G01 Z3

48、0.0；G00 Z100.0；M30；注意事项：1)铣削深沟槽时应注意机床的选型。深沟槽加工的难点之一是排屑问题，由于卧式铣床的加工面和刀具轴心在水平面上，此种装夹加工方式更利于排屑，所以在机床选型时更倾向卧式铣床。 2)铣削用量不应过大。 铣削窄而深的沟槽时，其切削条件很差。因为铣削加工沟槽时，排屑不畅，铣刀周围的散热面又小，所以在选择铣削用量时，不应选大，应充分考虑这些因素，采用较小的铣削用量。 铣削贯通深槽时，可在槽中事先钻几个孔，以改善排屑条件。如条件允许，可改由线切割加工。 精加工槽前应清除槽内切屑，以提高槽壁表面质量。 3)注意让刀现象，防止出现锥度。深沟槽槽宽的铣削加工时，需要分

49、几次铣削加工至规定的尺寸，以防止铣刀切削时的让刀现象。 4)注意铣削圆柱矩形螺旋槽时的干涉现象。 圆柱矩形螺旋槽的加工情况如图4-56所示。该螺旋槽的法向截面形状N-N，似乎只要选用直径等于槽宽W的立铣刀就可以准确地铣削加工出圆柱矩形螺旋槽来，其实不然。根据计算导程的公式可知，在工件导程已定的情况下，不同直径的圆柱表面上，其螺旋槽是不等的，直径越大，螺旋角也越大。如果将工件的外圆柱表面和工件槽底的圆柱表面展开并叠合在一起，就可以发现，只有外圆柱面上的螺旋线和立铣刀的外圆相切，而槽底圆柱面上的螺旋线，由于其螺旋角小于外圆柱面上的螺旋线的螺旋角，因此，不可能和立铣刀的外圆相切，这样立铣刀必然会将外

50、圆柱面以下的螺旋面多切去一部分，使螺旋槽的法向截面形状发生变化，这就是铣削螺旋槽的干涉现象。图4-56第六节加工配合件 在加工制造配合件的每个部件时，必须有一定的位置、尺寸精度的保证，否则会造成错位或干涉等现象，影响装配性能与外观。本节将介绍数控铣削加工配合零件的常用方法，使读者了解加工方式及精度对配合的影响，掌握配合件加工的技能。 一、配合件的加工方法1.正确选择主构件配合件中一定有一个主要零件，其他的零件则是以此零件为依据、为基准的。所以在加工前一定要熟读图样，了解其使用场合及用处，以及装配后最终要符合的要求。 1)按照图样上单个零件的精度尺寸的数目和精度高低确定主构件。这是最简单和最普遍

51、的方法。2)从结构性能上分析，以确定主构件。3)根据加工、测量难易性来分析，以确定主构件。主构件一般都先行加工。 2.合理分配公差铣削加工配合件，如模具中的凸凹模镶嵌。因为凸模的加工排屑性能好，加工冷却充分，测量方便，容易加工到精度，所以可在满足图样要求的前提下，提高精度，从而放宽凹模的加工要求。3.解决内凹角部的配合问题零件内凹角是经常出现问题的地方。例如，加工尺寸不到位、振刀波纹等问题，大多发生在零件内凹角。影响加工尺寸的因素有机床的响应能力、控制系统的插补精度、刀具在零件内凹角的受力增加等；引起振刀的原因有机床刚度，刀具刚度，刀具螺旋角度，顺、逆铣方式，切削振频等，这些问题都将影响配合尺

52、寸和配合精度。 二、配合部件之间的尺寸计算方法 1.尺寸链配合件常用尺寸链来计算各部件之间的极限尺寸关系。1)图4-57a所示为间隙配合，就是一个由孔、轴直径和间隙3个尺寸形成的最简单的尺寸链。间隙大小受孔径和轴径变化的影响。2)图4-57b所示是由阶梯轴的3个台阶长度和总长形成的尺寸链。3)图4-57c所示零件在加工过程中，以B面为定位基准获得尺寸A1和A2，A面到C面的距离A0也就随之确定，尺寸A1，A2和A0构成一个封闭尺寸组，形成尺寸链。图4-572.尺寸链的确立与分析一个尺寸链中只有一个封闭环。建立尺寸链，首先要正确地确定封闭环。 1)零件尺寸链的封闭环应为公差等级要求最低的环，一般

53、在零件图上不进行标注，以免引起加工中的混乱。例如，图4-57b中的尺寸B0是不标注的。 2)工艺尺寸链的封闭环是在加工中最后自然形成的环，一般为被加工零件要求达到的设计尺寸或工艺过程中需要的余量尺寸。加工顺序不同，封闭环也不同。所以，工艺尺寸链的封闭环必须在加工顺序确定之后才能判断。3)装配尺寸链是产品或部件在装配过程中，由相关零件的有关尺寸(表面或轴线间距离)或相互位置关系(平行度、垂直度或同轴度等)所组成的尺寸链，如图4-58所示。其封闭环不是零件或部件上的尺寸，而是不同零件或部件的表面或轴线间的相对位置尺寸，它不能独立地变化，而是装配过程最后形成的，即为装配精度，如图4-58中的A0。图

54、4-58 三、加工配合件 1.两件配合加工(1)加工条件1)现有的加工设备：配有FANUC-0i数控系统的立式数控铣床，行程范围为600mm400mm500mm，BT40主轴锥孔，主轴最高转速为6000r/min，最高进给速度为1260mm/min。 2)工、量具：机用平口钳，平行垫铁若干套，V形架，铜棒，油石，杠杆式百分表，表座，游标卡尺，2550mm内径千分尺，025mm、2550mm、5075mm千分尺各一把，塞尺，各规格铣刀若干。 3)坯料：80mm22mm，50mm40mm各一件，材质为45钢。 (2)工艺分析凹模的精度要求明显要高于凸模，即在加工过程中可把凹模作为主构件，先行加工，

55、如图4-59所示。要求凸模与凹模镶嵌间隙小于0.04mm；凸模与凹模能正反120互换。图4-59 1)凹模加工工艺安排。图4-59中的凹模要翻转两次装夹加工。加工前，必须在考虑加工先后顺序的同时，对二次装夹的找正基准进行综合考虑。 凹模零件可以根据外形分成上下两层。上层由两个铅垂圆弧面和两个铅垂平行面组成，中心是一个45mm8mm的台阶孔；下层由两铅垂圆弧面加一铅垂面以及15斜面构成，中心是一个深度为4mm的内六角台阶；上下两层外轮廓投影错位90，中心是一个贯穿零件的三角形孔。加工时，如果先加工下层形状，那么在翻转后二次装夹时，由于缺少两个平行装夹面而无法再加工，由此确定上层为第一加工面。 确

56、定了大致的加工顺序后，再就是考虑二次装夹的找正基准。凹模的坯料是80mm22mm的圆料，在第一次装夹加工时，必须确立圆心，这中间存在一定的校对误差，如果第二次装夹仍旧以外圆为基准找正的话，会形成二次误差的累积，两次加工的同轴度难以保证，而第一次的加工轮廓中又没有可以作为二次找正的面，这时候就必须想办法在第一次加工中加工一个二次装夹的找正基准。由图4-59a可知，凹模中心有一个三角形的贯穿孔，可。由图4-59a可知，凹模中心有一个三角形的贯穿孔，可以利用这个空间，第一次加工外轮廓和45mm8mm台阶孔时，不加工三角形贯穿孔，而是加工一个18mm的圆形穿孔，此工艺孔可认为和其他加工内容是无误差的，

57、二次装夹可以通过它来找正，如此只存在一次找正误差。工艺孔的孔径确定可通过计算得知 D20sin302)凹模加工步骤： 在外圆柱上铣削两个机用平口钳装夹面。 粗、精加工外轮廓，粗、精加工45mm台阶孔。 在工件中心镗铣一个18mm的贯穿孔。 翻转，利用18mm孔确定中心。 粗、精加工外轮廓。粗、精加工六角形台阶，粗、精加工三角形贯穿孔，加工15斜面。 3)凸模加工步骤： 双V形架夹紧工件，粗、精加工45mm圆柱及凹模镶嵌。 粗、精加工六角形台阶及凹模镶嵌。 粗、精加工三角形台阶及凹模两面120旋转镶嵌。(3)加工准备 1)选择平行垫铁。 垫铁的高度可以通过测量机用平口钳的钳口高度和工件可装夹高度

58、获得。例如，现有的钳口高度是40mm，工件可装夹高度为10mm，两数相减得出30mm。若采用30mm平行垫铁，则工件的台阶面也将贴紧钳口的上平面，在夹紧夯实时会形成过定位，故应选择32mm高的垫铁，既不会形成过定位，又能获得较大的装夹力。 平行垫铁长度和宽度。平行垫铁的宽度不可太宽，通常在1012mm，过宽会因为接触面增大而影响定位精度，过窄则会影响本身的刚度和强度，容易变形。过长的平行垫铁也容易引起自身变形，只要能跨越机用平口钳的两个导轨面即可，为增加通用性一般选择在120180mm。 2)选择铣刀以及确定其切削参数。图4-59所示零件的外轮廓及45mm台阶孔允许选用直径稍大点的铣刀来加工，

59、而内六角形台阶与三角形贯穿孔限制了铣刀的最大直径为9mm。9mm铣刀不是常用规格工具，刀具使用过多也会影响到零件的精度与质量。所以考虑到上述两个原因以及加工时刀具刚度的要求，选择8mm键槽铣刀作为粗加工刀具，优点在于加工内轮廓时排屑好，可直接下刀；选择8mm四刃立铣刀作为精加工刀具，能取得更好的表面质量。 加工凹凸模时的刀具切削参数见表4-13表4-13（4）凹模加工1）加工装夹面。加工出如图4-60所示的装夹面图4-602)加工上端面。夹紧工件，如图4-61所示，找正设置XY工件原点。主轴装8mm粗加工铣刀，主轴正转(转速为1000r/min)，手动慢速下刀轻触上端面，移出工件，进给0.5m

60、m，设置工件Z向原点，编制无限循环程序平端面。无限循环程序编制与使用方法如下：O4013；G91 G01 X-100.0 F120；Y6.0；X100.0；Y6.0；M99；图4-61编制完程序，启动执行，刀具出工件后停止程序或按复位键，再提刀。 3)刀补放大0.2mm，粗加工外轮廓与45mm台阶孔。 4)镗铣18mm孔。镗铣时可不用刀补，程序如下：O4014；G54 G90 G00 X5.0 Y0 Z100.0 S1000 M03；Z2.0 M08；G01 Z-8.0 F120；G91 G17 G03 Z-0.5 I-5.0 L32；G90 G01 X0；G00 Z100.0；M30；5)换