数控铣床编程与加工操作课件

第5章数控铣床编程与加工操作5.1数控铣床加工的特点5.2数控铣削加工工艺分析5.3数控铣床加工的刀具补偿及其他功能指令5.4固定循环5.5CNC系统高级编程方法5.6数控铣床的操作5.7数控铣床加工编程综合实训第5章数控铣床编程与加工操作5.1数控铣床加工的特点5.1数控铣床加工的特点5.1.1数控枕床加工的对象铣床是由普通铣床发展而来的一种数字控制机床，一般指规格较小的升降台式数控铣床，其工作台宽度多在400mm以下。数控铣削是机械加工中最常用和最主要的数控加工方法之一。它除了能铣削普通铣床所能铣削的各种零件表面外，还能铣削普通铣床不能铣削的需要2-5坐标联动的各种平面轮廓和立体轮廓。根据数控铣床的特点，从铣削加工角度考虑，适合数控铣削的主要加工对象有以下几类。下一页返回5.1数控铣床加工的特点5.1.1数控枕床加工的对象下一5.1数控铣床加工的特点1.平面轮廓零件这类零件的加工面平行或垂直定位面，或加工面与定位面的夹角为固定角度(见图5一1)，如各种盖板、凸轮以及飞机整体结构件中的框、肋等。目前在数控铣床上加工的大多数零件属于平面类零件，其特点是各个加工面是平面，或可以展开成平面。平面类零件是数控铣削加工中最简单的一类零件。一般只需要三坐标数控铣床的两坐标联动(即两轴半坐标联动)就可以把它们加工出来。

2.变抖角类零件加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角零件，示的飞机变斜角梁椽条。下一页上一页返回5.1数控铣床加工的特点1.平面轮廓零件下一页上一页返回5.1数控铣床加工的特点变斜角类零件的变斜角加工面不能展开为平面，但在加工中，例如图5-2所加工面与铣刀圆周的瞬时接触为一条线。最好采用四坐标、五坐标数控铣床进行两轴半近似加工。

3.空间曲面轮廓零件这类零件的加工为空间曲面(见图5-3)，如模具、叶片、螺旋桨等。空间曲面轮廓零件不能展开的平面。加工时，铣刀与加工面始终为点接触，一般采用球头在三轴数控铣床上加工。当曲面较复杂，通道较狭窄，会伤及相邻表面及需要刀具摆刀时，要采用四坐标或五坐标铣床加工。4.孔孔及孔系的加工可以在数控铣床上进行，如钻、矿、铰和撞等加工。由于孔加工多采用定尺寸刀具，需要频繁换刀，当加工孔的数量较多时，就不如用加工中心加工方便、快捷。下一页上一页返回5.1数控铣床加工的特点变斜角类零件的变斜角加工面不能展开5.1数控铣床加工的特点

5.螺纹内螺纹、外螺纹、圆柱螺纹、圆锥螺纹等都可以在数控铣床上加工。5.1.2数控铣床加工的特点

1.加工灵活，通用性强数控铣床的最大特点是高柔性，即灵活、通用，可以加工不同形状的工件。在数控铣床上能完成钻孔、撞孔、铰孔、铣平面、铣斜面、铣槽、铣曲面(凸轮)、攻螺纹等加工，而且在一般情况下，可以一次装夹就能完成多种加工工序。下一页上一页返回5.1数控铣床加工的特点5.螺纹下一页上一页返回5.1数控铣床加工的特点2.工件的加工精度高，能加工复杂型面目前数控装置的脉冲当量一般为0.001mm，高精度的数控系统可达0.1μm，一般情况下，都能保证工件精度。由于数控铣床具有较高的加工精度，能加工很多普通机床难以加工或根本不能加工的复杂型面，所以在加工各种复杂模具时更显出其优越性。3.大大提高了生产效率在数控铣床上，一般不需要专用夹具和工艺装备。在更换工件时，只需调用储存在数控装置中的加工程序、装夹工件和调整刀具数据即可，因而大大缩短了生产周期;其次，数控铣床具有铣床、撞床和钻床的功能，使工序高度集中，大大提高了生产效率并减小了工件装夹误差。下一页上一页返回5.1数控铣床加工的特点2.工件的加工精度高，能加工复杂型5.1数控铣床加工的特点另外数控铣床的主轴转速和进给速度都是无级变速的，因此，有利于选择最佳切削用量。数控铣床具有快进、快退、快速定位功能，可大大减少机动时间。据统计，采用数控铣床加工比普通铣床加工生产率可提高3-5倍。对于复杂的成型面加工，生产率可提高十一几倍，甚至几十一倍。4.大大减轻了操作者的劳动强度数控铣床对零件加工是按照事先编制好的加工程序自动完成的，操作人员除了操作操作面板、装卸工件、中间测量和观察机床运行外，不需要进行繁重的重复性手工操作，大大减轻了劳动强度。下一页上一页返回5.1数控铣床加工的特点另外数控铣床的主轴转速和进5.1数控铣床加工的特点5.1.3数控铣床及加工中心的组成与类型。数控铣床是由普通铣床演变而来的，主要类型有立式数控铣床和卧式数控铣床，其中以主轴位于垂直方向的立式数控铣床最为常见。如图5-4所示。对于升降台式的立式数控铣床，刀具安装在主轴前端，由主轴电动机带动作旋转主运动;工件装于工作台上，由进给电动机带动工作台作纵向(X轴方向)、横向(Y轴方向)和垂直(Z轴方向)三个坐标轴的进给运动。数控装置通过进给伺服系统可以同时控制两个或三个坐标轴的运动。立式数控铣床一般适宜对盘类、板类和套类零件进行加工，一次装夹，可对上表面及周边轮廓进行铣削加工，也可对上表面进行孔的加工。卧式数控铣床则适宜对箱体类零件进行加工。下一页上一页返回5.1数控铣床加工的特点5.1.3数控铣床及加工中心的组成5.1数控铣床加工的特点铣削加工中心是在数控铣床的基础上增加了刀库和换刀机构，即自动刀具变换装置(ATC，主要类型有立式加工中心(如图5-5所示)和卧式加工中心，数控铣床需要通过手动方式进行换刀，而加工中心则可将要使用的刀具预先存放于刀具库内。需要时再通过换刀指令，由ACT装置自动换刀。有的加工中心还带有自动分度回转工作台，工件一次装夹后，能够完成多个平面或角度位置的加工，体现了工序高度集中的优点;有的加工中心则带有交换工作台，可在当前工件加工的同时，对另外的工件进行拆装和检验，使生产流程得以优化，缩短了生产周期，提高了生产效率。下一页上一页返回5.1数控铣床加工的特点铣削加工中心是在数控铣床5.1数控铣床加工的特点5.1.4数控铣床编程时应注意的问题1)铣削是机械加工中最常见的方法之一，它包括平面铣削和轮廓铣削。使用数控铣床的目的在于解决复杂的和难加工的工件的加工问题，把一些用普通机床可以加工(但效率不高)的工件，改用数控铣床加工，可以提高加工效率。数控铣床功能各异，规格繁多。编程时要考虑如何最大限度地发挥数控铣床的特点。两坐标联动数控铣床用于加工平面零件轮廓;三坐标或多坐标的数控铣床用于加工难度较大的复杂工件的立体轮廓;铣撞加工中心具有多种功能，可用于多工位、多工件和多种工艺方法加工。2)数控铣床的数控装置具有多种插补方式，一般都具有直线插补和圆弧插补，有的还具有极坐标插补、抛物线插补、螺旋线插补等多种插补功能。编程时要合理充分地选择这些功能，以提高加工精度和效率。下一页上一页返回5.1数控铣床加工的特点5.1.4数控铣床编程时应注意的5.1数控铣床加工的特点

3)程序编制时要充分利用数控铣床齐全的功能，如刀具位置补偿、刀具长度补偿、刀具半径补偿和固定循环、对称加工等功能。4)由直线、圆弧组成的平面轮廓铣削的数学处理比较简单。非圆曲线、空间曲线和曲面的轮廓铣削加工，数学处理比较复杂，一般要采用计算机辅助计算和自动编程。上一页返回5.1数控铣床加工的特点3)程序编制时要充分利用数5.2数控铣削加工工艺分析数控铣削加工的工艺设计是在普通铣削加工工艺设计的基础，考虑和利用数控铣床的特点，充分发挥其优点。关键在于合理安排工艺路线。协调数控铣削工序与其他工序之间的关系，确定数控铣削工序的内容和步骤，并为程序编制准备必要的条件。5.2.1数控铣削加工部位及内容的选择与确定一般情况下，某个零件并不是所有的表面都需要采用数控加工，应根据零件的加工要求和企业的生产条件进行具体分析，确定具体的加工部位和内容及要求。具体而言，以下情况适宜采用数控铣削加工:1)由直线、圆弧、非圆曲线及列表曲线构成的内外轮廓。

2)空间曲线或曲面。

3)形状虽然简单，但尺寸繁多、检测困难的部位。下一页返回5.2数控铣削加工工艺分析数控铣削加工的工艺设计5.2数控铣削加工工艺分析4)用普通机床加工时难以观察、控制及检测的内腔、箱体

内部等。5)有严格位置尺寸要求的孔或平面。

6)能够在一次装夹中顺带加工出来的简单表面或形状。

7)采用数控铣削加工能有效提高生产率，减轻劳动强度的一般加工内容。而像简单的粗加工面，需要用专用工装协调的加工内容等，则不宜采用数控铣削加工。在具体确定数控铣削的加工内容时，还应结合企业设备条件、产品特点及现场生产组织管理方式等具体情况进行综合分析，以优质、高效、低成本完成零件的加工为原则。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析4)用普通机床加工时难以5.2数控铣削加工工艺分析5.2.2数控铣削加工零件的工艺性分析零件的工艺性分析是制定数控铣削加工工艺的前提，其主要内容包括如下:1.零件图及结构工艺性分析关于数控加工零件图和结构工艺性分析，在前面已作了介绍，下面结合数控铣削加工的特点作进一步说明。

1)分析零件的形状、结构及尺寸的特点，确定零件上是否有妨碍刀具运动的部位，是否有会产生加工干涉或加工不到的区域，零件的最大形状尺寸是否超过机床的最大行程，零件的刚性随着加工的进行是否有太大的变化等。

2)检查零件的加工要求，如尺寸加工精度、几何公差及表面粗糙度在现有的加工条件下是否可以得到保证，是否还有更经济的加工方法或方案。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析5.2.2数控铣削加工零件的工5.2数控铣削加工工艺分析3)在零件上是否存在对刀具形状及尺寸有限制的部位和尺寸要求，如过渡圆角、倒角、槽宽等，这些尺寸是否过于凌乱或统一。尽量使用最少的刀具进行加工，减少刀具规格、换刀及对刀次数和时间，以缩短总的加工时间。

4)对于零件加工中使用的工艺基准应当着重考虑，它不仅决定了各个加工工序的前后顺序，还将对各个工序加工后各个加工表面之间的位置精度产生直接的影响，应分析零件上是否有可以利用的工艺基准，对于一般加工精度要求，可以利用零件上现有的一些基准或基准孔，或者专门在零件上加工出工艺基准，当零件的加工精度要求很高时，必须采用先进的统一基准定位装夹系统才能保证加工要求。5)分析零件材料的种类、牌号及热处理要求，了解零件材料的切削加工性能，才能合理选择刀具材料和切削参数。同时下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析3)在零件上是否存在对刀5.2数控铣削加工工艺分析要考虑热处理对零件的影响，如热处理变形，并在工艺路线中安排相应的工序消除这种影响。而零件的最终热处理状态也会影响工序的前后顺序。

6)当零件上的部分内容已经加工完成，这时应充分了解零件的已加工状态，数控铣削加工的内容与已加工内容之间的关系，尤其是位置尺寸关系，这些内容之间在加工时如何协调，采用了什么方式或基准保证加工要求。如对其他企业的外协零件的加工。

7)构成零件的轮廓的几何元素(点、线、面)的条件(如相切、相交、垂直和平行等)是数控编程的重要依据。因此，分析零件图样时，务必要分析几何元素的给定条件是否充分，发现问题及时与设计人员协商解决。有关铣削零件的结构工艺性实例见表5-1。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析要考虑热处理对零件的影响，如热处5.2数控铣削加工工艺分析

2.零件毛坯的工艺性分析零件在进行数控铣削加工时，由于加工过程的自动化，使得余量的大小、如何装夹等问题在设计毛坯时就要仔细考虑好。否则，如果毛坯不适合数控铣削，加工将很难进行下去。根据实践经验，下列几方面应作为毛坯工艺性分析的重点。

1)毛坯应有充分、稳定的加工余量。毛坯主要指锻件、铸件。因模锻时的欠压量与允许的错模量会造成余量的多少不等;铸造时也会因砂型误差、收缩量及金属液体的流动性差不能充满型腔等造成余量不等。此外，锻造、铸造后，毛坯的挠曲与扭曲变形量的不同也会造成加工余量的不充分、不稳定。因此，除板料外，不沦是锻件、铸件还是型材，只要准备采用数控铣削加工，其加工面均应有较充分的余量。经验表明，数控铣削中最难保证的是加工面与非加工面之间的尺寸，这一点应该特下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析2.零件毛坯的工艺性分析下一页5.2数控铣削加工工艺分析别引起重视。如果已确定或准备采用数控铣削加工，就应事先对毛坯的设计进行必要更改或在设计时就加以充分考虑，即在零件图样注明的非加工面处也增加适当的余量。2)分析毛坯的装夹适应性。主要考虑毛坯在加工时定位和夹紧的可靠性与方便性，以便在一次安装中加工出较多表面。对不便于装夹的毛坯，可考虑在毛坯上另外增加装夹余量或工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准。如图5-6所示，该工件缺少合适的定位基准，在毛坯上铸出两个工艺凸耳，在凸耳上制出定位基准孔。

3)分析毛坯的余量大小及均匀性。主要是考虑在加工时要不要分层切割及分几层切削。也要分析加工中与加工后的变形程度，考虑是否应采取预防性措施与补救措施。如对于热轧中、厚铝板，因悴火失效后很容易在加工中与加工后变形，最好采用经预拉仲处理的悴火板坯。下一页返回上一页5.2数控铣削加工工艺分析别引起重视。如果已确定或准备采用5.2数控铣削加工工艺分析5.2.3数控铣削加工工艺路线的拟定随着数控加工工艺的发展，在不同设备和技术条件下，同一个零件的加工工艺路线会有较大的差别。但关键的都是从现在加工条件出发，根据工件形状结构特点合理选择加工方法，划分加工工序，确定加工路线和工件各个加工表面的加工顺序，协调车、铣削工序和其他工序之间的关系以及考虑整个工艺方案的经济性等。1.加工方法的选择数控铣削加工对象的主要加工表面一般可采用表5-2所列的加工方案。

(1)平面加工方法的选择在数控铣床上加工平面主要采用端铣刀和铣刀加工。粗铣的尺寸精度和表面粗糙度一般可达IT11-13,Ra6.3-25;下一页返回上一页5.2数控铣削加工工艺分析5.2.3数控铣削加工工艺5.2数控铣削加工工艺分析精铣的尺寸精度和表面粗糙度一般可达IT8-10,Ra1.6-6.3。需要注意的是：当零件表面粗糙度要求较高时，应采用顺铣方式。(2)平面轮廓加工方法的选择平面轮廓多由直线和圆弧或各种曲线构成，通常采用三坐标数控铣床进行两轴半坐标加工。图5-7所示位置直线和圆弧构成的零件平面轮廓ABCDEA，采用半径为R的立铣刀沿周向加工，虚线A'B'C'D'E'A’为刀具中心的运动轨迹，为保证加工面光滑，刀具沿PA’切人，沿A'K'切出。(3)固定斜脚平面加工方法的选择固定斜角平面是与水平面成一固定夹角的斜面。当零件尺寸不大时，可用斜垫板垫平加工。如果机床主轴可以摆角，则可以摆成适当的定角，用不同的刀具来加工(见图5-8)。当零下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析精铣的尺寸精度和表面粗糙度一般可5.2数控铣削加工工艺分析件尺寸很大，斜面斜度又较小，常用行切削加工，但加工后，会在加工面上留下残留面积，需要用钳修方法加以清除。用三坐标数立铣加工飞机整体壁板零件时常用此法。当然，加工斜面的最佳方法是采用五坐标数控铣床，主轴摆角加工，可以不留残留面积。

(4)变斜角面加工方法的选择

1)对曲率变化较下的变斜角面，选用X,Y,Z和A四坐标联动的数控铣床，采用立铣刀(但当零件斜角过大，超过机床主轴摆角范围时，可用角度成形铣刀加以弥补)以插补方式摆角加工，如图5-9(a)所示。加工时，为保证刀具与零件型面上在全长上始终贴合，刀具绕A轴摆动角度α。2)对曲率变化交大的变斜角面，用四坐标联动加工难以满足加工要求，最好有X,Y,Z,A或B(或C转轴)的五坐标联动下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析件尺寸很大，斜面斜度又较小，常用5.2数控铣削加工工艺分析数控铣床以圆弧插补方式摆脚加工，如图5-9(b)所示。图中交角A和B分别是零件斜面母线Z坐标轴交角a在ZOY平面上和ZOY平面上的分交角。

3)采用三坐标数控铣床两坐标连动，利用球头铣刀和鼓形铣刀，以直线或圆弧插补方式进行分层铣削加工，加工后的残留面积用钳修方法消除。图5-10所示是用鼓形铣刀分层铣削变斜角面的情形。由于鼓形铣刀的鼓径可以做得比球头铣刀的球径大，所以加工后的残留面积小，加工效果比球头铣刀好。(5)曲面轮廓加工方法的选择立体曲面的加工应根据曲面形状、刀具形状以及精度要求采用不同的铣削加工方法，如两轴半、三轴、四轴及五轴等联动加工。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析数控铣床以圆弧插补方式摆脚加工，5.2数控铣削加工工艺分析1)对曲率变化不大和精度要求不高的曲面的粗加工，常用两轴半坐标行切加工(所谓行切法，是指刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离是按零件加工精度的要求确定的)。即X,Y,Z三轴中任意两轴作联动插补，第三轴作单独的周期进给。如图5-11所示，将X向分成若干段，球头铣刀沿YOZ面所截的曲线进行铣削，每一段加工完后进给ΔX，再加工另一相邻曲线，如此依次切削即可加工出整个曲面。在行切法中，要根据轮廓表面粗糙度的要求及刀头不干涉相邻表面的原则选取Δx。球头铣刀的刀头半径应选得大一些，有利于散热，但刀头半径应小于内凹面的最小曲率半径。两轴半坐标加工曲面的刀心轨迹O1O2和切削点的轨迹ab如图5-12所示。图中ABCD为被加工曲面，Pyoz平面为平行于YOZ坐标平面的一个行切面，刀心轨迹O1O2为曲面ABCD下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析1)对曲率变化不大和精度要求不高5.2数控铣削加工工艺分析的等距面IJKL与行切面Pyoz的交线，显然O1O2是一条平面曲线。由于曲面的曲率变化，改变了球头刀与曲面切削点的位置，使切削点的连线成为一条空间曲线，从而在曲面上形成扭曲的残留沟纹。

2)对曲率变化较大和精度要求较高的曲面的精加工，常用X,Y,Z三轴联动插补的行切法加工。如图5-13所示，Pyoz平面为平行于坐标平面的一个行切面，它与曲面的交线为ab。由于是三坐标联动，球头刀与曲面的切削点始终处在平面曲线ab上，可获得规则的残留沟纹。但这时的刀心轨迹O1O2不在Pyoz平面上，而是一条空间曲线。3)对于叶轮、螺旋桨这样的零件，因其叶片形状复杂，刀具容易与相邻表面发生干涉，常用五坐标联动加工，其加工原理如图5-14所示。半径为Ri的圆柱面与叶面的交线AB为螺下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析的等距面IJKL与行切面Pyoz5.2数控铣削加工工艺分析旋线的一部分，螺旋角Ψi，叶片的径向叶形线(轴向割线)EF的倾角α为后倾角，螺旋线AB用极坐标加工方法，并且以折线段逼近。逼近段mn是由C坐标旋转Δθ与Z坐标位移ΔZ的合成。当AB加工完后，刀具径向位移ΔX(改变Ri)，再加工相邻的另一条叶形线，依次加工即可形成整个叶面。由于叶面的曲率半径较大，所以常采用立铣刀加工，以提高生产率并简化程序。为保证铣刀端面始终与曲面贴合，铣刀还应作由坐标A和坐标B形成的θ1和α1的摆角运动。在摆角的同时，还应作直角坐标的附加运动，以保证铣刀端面中心始终位于编程值所规定的位置上，所以需要五坐标加工。这种加工的编程计算相当复杂，一般采用自动编程。2.工序的划分在确定加工内容和加工方法的基础上，根据加工部分的性质，刀具使用情况以及现有的加工条件，参照前文中工序划分原则下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析旋线的一部分，螺旋角Ψi，叶片的5.2数控铣削加工工艺分析和方法，将这些加工内容安排在一个或几个数控铣削加工工序中。

1)当加工中使用的刀具较多时，为了减少换刀次数，缩短辅助时间，可以将一把刀具所加工的内容安排在一个工序(或工步)中。2)按照工件加工表面的性质和要求，将粗加工、精加工分为依次进行的不同工序(或工步)。先进行所有表面的粗加工，然后再进行所有表面的精加工。一般情况下，为了减少工件加工中的周转时间，提高数控铣床的利用率，保证加工精度要求，在数控铣削工序划分的时候，应尽量使工序集中。当数控铣床的数量比较多，同时有相应的设备技术措施保证工件的定位精度时，为了更合理地均匀机床的负荷，协调生产组织，也可以将加工内容适当分散。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析和方法，将这些加工内容安排在一个5.2数控铣削加工工艺分析3.加工顺序的安排在确定了某个工序的加工内容后，要进行详细的工步设计，即安排这些工序内容的加工顺序，同时考虑顺序编制时刀具运动轨迹的设计。一般将一个工步编制为一个加工程序，因此，工步顺序实际上也就是加工顺序的执行顺序。一般数控铣削采用工序集中的方式，这时工步的顺序就是工序分散时的工序顺序，可以参照相关原则进行安排，通常按照从简单到复杂的原则，先加工平面、沟槽、孔，再加工外形、内腔、最后加工曲面;先加工精度要求低的表面，再加工精度高的部位等。

4.加工路线的确定在确定走刀路线时，除了遵循相关原则外，对于数控铣削应重点考虑以下几个方面。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析3.加工顺序的安排下一页上一页返5.2数控铣削加工工艺分析1)应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。

如图5-15所示，当铣削平面零件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。刀具切人工件时，应避免沿零件外轮廓的方向切人，而应沿外廓曲线延长线的切向切人，以避免在切人处产生刀具的刻痕而影响表面质量，保证零件外廓曲线平滑过渡。同理，在切离工件时，也应避免在工件的轮廓处直接退刀，而应该沿零件轮廓延长线的切向逐渐切离工件。铣削封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切人切出。若内轮廓曲线不允许外延(见图5-16)，则刀具只能沿内轮廓曲线的法向切人切出，此时刀具的切人切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处。当内部几何元素相切无交点时(见图5-17)，为防止刀补取消时在轮廓拐角处留下凹口[见图5-17(a)]，刀具切人切出点应远离拐角[见图5-17(b)]。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析1)应能保证零件的加工精度和表面5.2数控铣削加工工艺分析

图5-18所示为圆弧插补方式铣削外整圆时的走刀路线。当整圆加工完毕时，不要在切点直接退刀，而应让刀具切线方向多运动一段距离，以免取消刀补时，刀具与工件表面相碰，造成工件报废。如图5-19所示，铣削内圆弧时也要遵循从切向切人的原则，安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线，这样可以提高内孔表面的加工精度和加工质量。对于孔位置精度要求较高的零件，在精撞孔系时，撞孔路线一定要注意各孔的定位方向一致，即采用单相近定位点的方法，以避免传动系统反向间隙误差或测量系统的误差对定位精度的影响。例如图5-20(a)所示的孔系加工路线，在加工孔W时，X方向的反向间隙将会影响批、W两孔的孔距精度。如果改为图5-20(b)所示的加工路线，可使各孔的定位方向一致，从而提高孔距精度。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析图5-18所示为圆弧插5.2数控铣削加工工艺分析铣削曲面时，常采用球头刀行切法进行加工，对于边界敞开的曲面加工，可采用两种走刀路线。图5-21所示的加工方案时，当采用图(a)所示的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度;当采用图(b)所示的加工方案时，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度较高，但程序较多。由于曲面零件的边界是敞开的，没有其他表面限制，所以边界曲面可以延仲，球头刀应由边界外开始加工。此外，轮廓加工中应避免进给停动，因为加工过程中的切削力会使工艺系统产生弹性变形并处于相对平衡状态，进给停动时，切削力突然减小，会改变系统的平衡状态，刀具会在进给停动处的零件轮廓上留下刻痕。为提高工件表面的精度和减小粗糙度，可以采用多次走刀的下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析铣削曲面时，常采用球头刀5.2数控铣削加工工艺分析方法，精加工余量一般-0.2--0.5mm为宜。而且精铣时宜采用顺铣，以减小零件被加工表面粗糙度。

2)应使走刀路线最短，减小刀具空行程时间，提高加工效率。

图5-22所示为正确选择钻孔加工路线的例子。按照一般习惯，总是先加工均布于同一圆周上的八个孔，再加工另一圆周上的孔[见图5-22(a)]。但是对点位控制的数控机床而言，要求定位精度高，定位过程尽可能快，因此这类机床应按空程最短来安排走刀路线[见图5-22(b)]，以节省加工时间。

3)应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析方法，精加工余量一般-0.2-5.2数控铣削加工工艺分析5.2.4数控铣削夹具与刀具的选择1.夹具的选择数控铣床可以加工形状复杂的零件，但数控铣床上的工件装夹方法与普通铣床一样，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。但要将加工部位敞开，不能因装夹工件而影响进给和切削加工。选择夹具时，应注意减少装夹次数，尽量做到在一次安装中能把零件上所有要加工的表面都加工出来。2.刀具的选择(1)对刀具的基本要求

1)铣刀刚性要好。要求铣刀刚性好的目的，一是满足为提高生产效率而采用大切削用量的需要，二是为适应数控铣床加工过程中难以调整切削用量的特点。在数控铣削中，因铣刀下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析5.2.4数控铣削夹具与刀具的5.2数控铣削加工工艺分析刚性较差而断刀并造成零件损失的事例是经常有的，所以解决数控铣刀的刚性问题是至关重要的。

2)铣刀是耐用度较高。当一把铣刀加工的内容很多时，如果刀具磨损较快，不仅会影响零件的表面质量和加工精度，而且会增加换刀与对刀次数，从而导致零件加工表面留下因对刀误差而形成的接刀台阶，降低零件的表面质量。除上述两点外之外，铣刀切削刃的几何角度参数的选择与排屑性能等也非常重要。另外，切屑性能等也非常重要。切屑砧刀形成积屑瘤在数控铣削中是十分忌讳的。总之，根据被加工工件材料的热处理、状态切削性能及加工余量，选择刚性好、耐用度高的铣刀，是充分发挥数控铣床的生产效率并获得满意加工质量的前提条件。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析刚性较差而断刀并造成零件损失的事5.2数控铣削加工工艺分析(2)常用铣刀的种类

1)面铣刀。如图5-23所示，面铣刀圆周方向切削刃为主切削刃，端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构，刀刃为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。高速钢面铣刀按国家标准规定，直径d=80~250mm,螺旋角β=10°,刀齿数z=10~26。

硬质合金面铣刀的铣削速度、加工效率和工件表面质量均高于高速钢铣刀，并可加工带有硬皮和悴硬层的工作，因而在数控加工中得到了广泛应用。硬质合金面铣刀按刀片和刀na的安装方式不同，可分为整体焊接式、机夹焊接式和可转位式三种(如图5-24所示)。前两种铣刀因难以保证焊接质量，刀具耐用度低，重磨较费时，目前已可转位式面铣刀所取代。

2)立铣刀。立铣刀是数控机床上用得最多的一种铣刀，其结构如图5-25所示。立铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，它们可同时进行切削，也可单独进行切削。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析(2)常用铣刀的种类下一页上一页5.2数控铣削加工工艺分析立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削刃，端面上的切削刃为副切削刃。主切削刃一般为螺旋齿，这样可以增加切削平稳性，提高加工精度。由于普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以立铣刀不能作轴向进给，端面刃主要用来加工与侧面相垂直的底平面。为了能加工较深的沟槽，并保证有足够的备磨量，立铣刀的轴向长度一般较长。为改善切削卷曲情况，增大容屑空间，防止切屑堵塞，刀齿数比较少，容屑槽圆弧半径则较大。一般粗齿立铣刀齿数z=3-4，细齿立铣刀齿数z=5-8,套式结构z=10-20，容屑槽圆弧半径r=2-5mm。立铣刀直径较大时，可制成不等齿距结构，以增强抗震作用，使切削过程平稳。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析立铣刀圆柱表面的切削刃为主切削5.2数控铣削加工工艺分析标准立铣刀的螺旋角刀为40°-50°(粗齿)和30°-35°(细齿)。套式结构立铣刀的刀为15°-25°。直径较小的立铣刀，一般制成大柄形式。φ(2一7)mm的立铣刀制成直柄;φ(6-63)mm的立铣刀制成莫氏锥柄;φ(25-80)mm的立铣刀做成7:24锥柄，内有螺孔用来拉紧刀具。但是由于数控机床要求铣刀能快速自动装卸，故立铣刀柄部形式也有很大不同，一般是由专业厂家按照一定的规范设计制造成统一的形式、统一尺寸的刀柄。直径大于φ(40一60)mm的立铣刀可做成套式结构。

3)模具铣刀。模具铣刀由立铣刀发展而来，可分为圆锥形立铣刀(圆锥半角a/2=3°,5°,7°,10°)、圆锥形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀三种，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满了切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。铣刀工作部下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析标准立铣刀的螺旋角刀为5.2数控铣削加工工艺分析分用高速钢或硬质合金制造。国家标准规定直径d=4-6mm。图5-26为高速钢制造的模具铣刀，图5-27为用硬质合金制造的模具铣刀。小规格的硬质合金模具铣刀多制成整体结构，φ16mm以上直径的制成焊接或机夹可转位刀片结构。

4)键槽铣刀。键槽铣刀如图5-28所示。它有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，既像立铣刀，又像钻头。加工时，先轴向进给达到按国家标准规定，直柄键槽铣刀直径d=2-22mm,锥柄键槽铣刀直径d=5-14mm。键槽铣刀直径的偏差有e8和d8两种。键槽铣刀的圆周切削刃仅在靠近端面的一小段长度内发生磨损，重磨时，只需刃磨端面切削刃，因此重磨后铣刀直径不变。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析分用高速钢或硬质合金制造。国家标5.2数控铣削加工工艺分析

5)鼓形铣刀。图5-29所示为一种典型的鼓形铣刀，它的切削刃分布在半径为R的圆弧面上，端面无切削刃。加工时控制刀具上下位置，相应改变刀刃的切削部位，可以在工件上切出从负到正的不同斜角。R越小，鼓形刀所能加工的斜角范围越广，但所获得的表面质量也越差。这种刀具的特点是刃磨困难，切削条件差，而且适于加工有底的轮廓表面。

6)成型铣刀。成型铣刀一般是为特定形状的工件或加工内容专门设计制造的，如渐开线齿面、燕尾槽和T形槽等。几种常用的成型铣刀如图5-30所示。除了上述几种类型的铣刀外，数控铣床也可使用多种通用铣刀。但因不少数控铣床的主轴内有特殊的拉刀装置，或因主轴内锥孔有别，须配过渡套和拉钉。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析5)鼓形铣刀。图5-295.2数控铣削加工工艺分析(3)铣刀的选择铣刀类型应与工件的表面形状和尺寸相适应。加工较大的平面应选择面铣刀;加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀;加工空间曲面、模具型腔或凸模成型表面等多选用模具铣刀;加工封闭的键槽选择键槽铣刀;加工变斜角零件的变斜角面应选用鼓形铣刀;加工各种直的或圆弧形的凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀。数控铣床上使用最多的是可转位面铣刀和立铣刀，因此，这里重点介绍面铣刀立铣刀参数的选择。

1)面铣刀主要参数的选择。标准可转位面铣刀直径为φ(16-63)mm，应根据侧吃刀量a选择适当的铣刀直径，尽量包容工件整个加工宽度，以提高加工精度和效率，减少相邻两次进给之间的接刀痕迹和保证铣刀的耐用度。可转位面铣刀有粗ha、细ha和密ha三种。粗ha铣刀容屑下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析(3)铣刀的选择下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析空间大，常用于粗铣钢件;粗铣带断续表面的铸件和在平稳条件下铣削钢件时，可选用细ha铣刀;密ha铣刀的每ha进给量较小，主要用于加工薄壁铸件。面铣刀几何角度的标注如图5-31所示。前角的选择原则与车刀基本相同，只是由于铣削时有冲击，故前角数值一般比车刀略小，尤其是硬质合金面铣刀，前角数值减少得更多些。铣削强度和硬度都高的材料可选用负前角。前角的数值主要根据工件材料和刀具材料来选择，其具体数值可参见表5-3。铣刀的磨损主要发生在后刀面上，因此适当加大后角，可减少铣刀磨损。常取α0=5°-12°，工件材料软时取大值，工件材料硬时取小值;粗齿铣刀取小值，细齿铣刀取大值。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析空间大，常用于粗铣钢件;粗铣带断5.2数控铣削加工工艺分析铣削时冲击力大，为了保护刀尖，硬质合金面铣刀的刃倾角常取λs=5°-15°。只有在铣削低强度材料时，取λs=5°。

主偏角kr在45°-90°范围内选取，铣削铸铁常用45°,铣削一般钢材常用75°,铣削带凸肩的平面或薄壁零件时要用90°。2)立铣刀主要参数的选择。立铣刀主切削刃的前角在法刘面内测量，后角在端刘面内测量，前后角的标注如图5-25(b)所示。前后角都为正值，分别根据工件材料和铣刀直径选取，其具体数值可分别参见表5-4和表5-5。立铣刀的尺寸参数(见图5-32)推荐按下述经验数据选取。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析铣削时冲击力大，为了保护5.2数控铣削加工工艺分析①刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径ρ，一般取R=（0.8-0.9）ρ。②零件的加工高度H≤(1/4-1/6)R。③对不通孔(深槽)，选取L=H+(5-10)mm(L为刀具切削部分长度，H为零部件高度)。④加工外形及通槽时，选取L=H+r+(5-10}mm(r为端刃圆角半径)。⑤粗加工内轮廓面时(见图5-33),铣刀最大直径D粗可按下式计算。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析①刀具半径R应小于零件内轮廓面的5.2数控铣削加工工艺分析下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析5.2.5切削用量的选择如图5-34所示，铣削加工切削用量包括主轴转速(切削速度)、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。切削用量的大小对切削力、切削速度、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。数控加工中选择切削用量时，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。依照切削用量的选择原则，为保证刀具的耐用度，铣削用量的选择方法是:先选择背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。1.背吃刀量(端铣)或侧吃刀量(圆周铣)的选择背吃刀量αD为平行于铣刀轴线测量的切铣尺寸，单位mm。端铣时，αD为切削层深度;而圆周铣削时，αD为被加工表面的宽度。下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析5.2.5切削用量的选择下一页5.2数控铣削加工工艺分析侧吃刀量αe为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位mm。端铣时，αe为被加工表面宽度;而圆周铣削时，αe为切削层的深度。背吃刀量或侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定。

1)在工件表面粗糙度值要求为Ra-12.5一25μm时，如果圆周铣削的加工余量小于5mm，端铣的加工余量小于6mm，则粗铣一次进给就可以达到要求。但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分两次进给完成。2)在工件表面粗糙度值要求为Ra=3.2一12.5μm时，可分粗铣和半精铣两步进行。粗铣时背吃刀量或吃刀量选取同前。粗铣后留0.5一1.0mm余量，在半精铣时切除。

3)在工件表面粗糙度值要求为Ra=0.8一3.2μm时，下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析侧吃刀量αe为垂直于铣刀5.2数控铣削加工工艺分析可分粗铣、半精铣、精铣三步进行。半精铣时背吃刀量或侧吃刀量取1.5-2mm;精铣时圆周铣刀侧吃刀量取0.3-0.5mm，面铣刀背吃刀量取0.5-1mm。2.进给量f（mm/r）与进给速度vf（mm/min）的选择铣削加工的进给量是指刀具转一周，工件与刀具沿进给运动方向的相对位移量;进给速度是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移量。进给量与进给速度是数控铣床加工切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量手册选取或参考表5-6选取。工件刚性差或刀具强度低时，应取小值。铣刀为多齿刀具，其进给速度vf、刀具转速n、刀具齿数z及进给量f的关系vf=nzfz。3.切削速度vc（m/min）的选择下一页上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析可分粗铣、半精铣、精铣三步进行。5.2数控铣削加工工艺分析根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。可用经验公式计算，也可根据生产实践经验，在机床说明书允许的切削速度范围内查阅有关用量手册或参考表5-7选取。实际编程中，切削速度vc确定后，还要按式vc=πdn/1000计算出铣床主轴转速n(r/min，对有级变速的铣床，须按铣床说明书选择与所计算转速n接近的转速)，并填人程序单中。上一页返回5.2数控铣削加工工艺分析根据已经选定的背吃刀量、5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令在加工过程中由于刀具的磨损，实际刀具尺寸与编程时规定的刀具尺寸不一致，以及更换刀具等原因，都会直接影响最终加工尺寸，造成误差。为了最大限度地减小因刀具尺寸变化等原因造成的加工误差，数控系统通常都具备刀具误差补偿功能。通过刀具补偿功能指令，计算机可以根据输人补偿量或者实际的刀具尺寸，使机床自动加工出符合零件程序所要求的零件。1.刀具半径补偿指令(G41,G42,G43)

现代数控机床一般都具备刀具半径补偿功能，以适应圆头刀具(如铣刀、圆头车刀等)加工时的需要，简化程序的编制。

(1)刀具半径补偿的概念刀具半径补偿也称为刀具半径偏置或铣刀半径偏置。刀具半径补偿功能不是指在加工过程中，刀具半径发生变化(如磨损)时有自动改变刀具半径的功能，而是指改变刀具中心运动轨迹的功能。下一页返回5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令在加工5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令如图5-35所示，若要用半径为R的刀具加工外形轮廓为AB的工件，则刀具中心必须沿着与轮廓AB偏离R距离的轨迹A'B’移动，即铣削时，刀具中心运动轨迹和工件的轮廓形状是不一致的。如果不考虑刀具半径，直接按照工件的轮廓形状编程，加工时刀具中心是按廓形运动的，加工出来的零件比图样要求缩小了，不符合要求。因此编程时应根据轮廓AB的坐标参数和刀具半径R的值人工计算出刀具轨迹的坐标参数A'B'，再编制成程序进行加工。但这样做很不方便，因为这种计算是很烦琐的，有时是相当复杂的。特别是当刀具磨损，重磨及换新刀导致刀具半径变化时，又需要重新计算。这就更加烦琐，也不容易保证加工精度。为了既能使编程方便，又能使刀具中心沿A'B’轮廓运动，加工出合格的零件来，就需要有刀具半径自动补偿功能。下一页上一页返回5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令如图5-35所5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令刀具半径补偿功能的作用就是要求数控系统能根据工件轮廓AB和刀具半径R自动计算出刀具中心轨迹A'B'。这样，在编程时，就可以直接按零件轮廓的坐标数据编制加工程序，而在加工时，数控系统就自动地控制刀具沿轮廓A'B’移动，加工出合格零件。

(2)刀具半径补偿指令刀具半径补偿功能是通过刀具半径自动补偿指令来实现的。刀具半径补偿指令又称为刀具偏置指令。分为左偏置和右偏置两种，以适应不同的加工需要。G41表示刀具左偏，指沿着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的左边。G42表示刀具右偏，指沿着刀具前进的方向观察，刀具偏在工件轮廓的右边，如图5-36所示。G40表示取消左右偏置指令，即取消刀具半径补偿，使刀具中心与编程轨迹重合。G40指令总是和G41或G42指令配合使用的。G41,G42指令均为续效指令。下一页上一页返回5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令刀具半径补偿功5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令

G41和G42的编程格式可分为两种情况。与G00,G01指令配合使用时的编程格式为：与G02,G03指令配合使用时的编程格式为:使用G41,G42指令时，用D功能字指定刀具半径补偿值寄存器的地址号。当刀具半径确定之后，可以将刀具半径的实测值输人刀具半径补偿存储器存储起来，加工时可根据需要用下一页上一页返回5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令G41和G45.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令G41或G42指令进行调用，也可预先设定偏置值，根据程序进行调用。刀具半径发生变化(如刀具磨损和更换)都应该重新指定偏置值。运用刀具半径补偿功能不仅可以简化刀具运动轨迹的计算，而且还可以提高零件的加工精度。

【例5.1】在XY平面内使用半径补偿(没有Z轴移动)进行轮廓铣削，如图5-37所示。应用刀具半径补偿功能，可直接按图中轮廓尺寸数

据进行编程。CNC装置便能自动计算刀心轨迹并按刀心轨迹运动。

程序如下：下一页上一页返回5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令G41或G425.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令说明：1)程序中有[]标记的地方是与没有刀具半径补偿的程序不同之处。2)刀具半径补偿必须在程序结束前取消，否则刀具中心将不能回到程序原点上。下一页上一页返回5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令下一页上一页返5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令3)DO1是刀具补偿号，其具体数值在加工或试运行前已设定在补偿存储器中。4)D代码是续效(模态)代码。显然，使用刀具半径补偿功能能避免烦琐的计算。除此之外，也可以灵活运用刀具半径补偿功能做加工过程中的其他工作。如刀具磨损或重磨后半径变小，这时只需手工输人新的刀具半径值到程序的D功能字指定的存储器即可，而不需要修改程序。再如可利用刀具半径补偿功能，采用同一加工程序实现一把刀具完成工件的粗、精加工。如图5-38所示，现将AB线段的加工分两次切削。刀具半径为:，第一次粗加工，加工后的余量为△，第二次精加工，加工到图样尺寸。先将偏置量:+△存人D01地址中，使用上述程序，即可进行粗加工，加工至图中虚线的位置。粗加工结束后，将D01中的数值改成:，再使用同一加工程序，即可完成精加工。下一页上一页返回5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令3)DO1是5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令2.刀具长度补偿指令(G43,G44,G49)

刀具长度补偿指令用来补偿刀具长度方向尺寸的变化，当实际刀具长度与编程长度不一致时，可以通过刀具长度补偿这一功能实现对刀具长度差额的补偿。通常把实际刀具长度与编程刀具长度之差称为偏置值(或称为补偿量)。这个偏置值设置在偏置存储器中，并用H代码(或其他指定代码)指定偏置号。刀具长度补偿分为正向补偿(也称为正刀补)和负向补偿(也称为负刀补)，G43指令实现正向补偿，G44指令实现负向补偿。G49是刀具长度补偿(G43和G44)的取消指令。除用G49指令来取消刀具长度补偿之外，还可以用H00作为G43和G44的取消指令。刀具长度补偿指令G43,G49和G44均为模态指令。编程格式如下。下一页上一页返回5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令2.刀具长度补5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令H是补偿号，与半径补偿类似，H后边指定的地址中存放实际刀具长度和标准刀具补偿长度的差值，即补偿值或偏置量。进行长度补偿时，刀具要有Z轴的移动。对应于偏置号(H_)的偏置值(已经设置在偏置存储器中)，将自动与Z轴的编程指令值相加(G43)或相减(G44。例如，刀具长度偏置寄存器H01中存放的刀具长度值为11，执行语句G90G01G43Z-15.0H01后，刀具实际运动到Z(-15.0+11)=Z-4.0的位置，如图5-39(a)所示;如果该语句改为G90G01G44Z-15.0H01，则执行该语句后，刀具实际运动到Z(-15.0-11）=Z-26.0的位置，如图5-39(b)所示。从这两个例子可以看出，在程序命令方式下，可以通过修改刀具长度偏置寄存器中的值来达到控制切削深度的目的，而无须修改零件加工程序。下一页上一页返回5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令H是补偿号，与5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令在同一程序段内如果既有运动指令，又有刀具长度补偿指令，则机床首先执行的是刀具长度补偿指令，然后再执行运动指令。如执行语句G01G432100.0H01F100，机床首先执行的是G43指令，把工件坐标系向Z方向上移动一个刀具长度补偿值(即平移一个H01中所寄存的代数值)。这相当重新建立一个新的坐标系。执行G01Z100.0F100时，刀具(机床)在新建的坐标系中进行运动。上一页返回5.3数控铣床

加工的刀具补偿及其他功能指令在同一程序段内5.4固定循环在数控加工中，一些典型的加工工序，如钻孔，一般需要快速接近工件，慢速钻孔，快速回退等固定的动作。又如在车螺纹时，需要切人、切螺纹、径向退出、再快速返回四个动作。将这些典型的、固定的几个连续动作，用一条G指令来代表，这样，只须用单一程序段的指令程序即可完成加工，这样的指令称为固定循环指令，它可以有效地缩短程序代码，节省存储空间，简化编程。本节介绍常用的三种数控系统的孔循环指令。5.4.1FANUC-Oi的孔加工固定循环孔加工循环指令为模态指令，一旦定义了某个孔加工循环指令，在接着的所有(X,玛位置将均采用该孔加工循环指令进行加工，直到G80取消孔加工循环为止。FANUC-Oi的孔加工固定循环指令见表5-8.下一页返回5.4固定循环在数控加工中，一些典型的加工工序，5.4固定循环固定循环一般由以下6个动作组成，如图5-40所示。动作1:A->B，刀具快进至孔位坐标(X,玛，即循环初始点B。

动作2:B->R，刀具沿Z向快进至加工表面附近的R点平面。动作3：R->E，加工动作(如钻、攻螺纹、撞等)。动作4：E点，孔底动作(如进给暂停、刀具偏移、主轴准停、主轴反转等)。动作5：E->R，返回到R点平面。动作6：R->B，返回到初始点B。下一页上一页返回5.4固定循环固定循环一般由以下6个动作组成，如图5-5.4固定循环初始平面:初始点所在的与Z轴垂直的平面称为初始平面。初始平面是为安全下刀而规定的一个平面。初始平面到零件表面的距离可以任意设定在一个安全的高度上。

R点平面:又称为R参考平面，这个平面是刀具下刀时自快进转为工进的高度平面，距工件表面的距离主要考虑工件表面尺寸的变化来确定，一般可取2-5mm。

孔底平面:加工盲孔时孔底平面就是孔底的Z轴高度;加工通孔时一般刀具还要仲出工件底平面一段距离，主要是要保证全部孔深都加工到尺寸;钻削加工时还应考虑钻头对孔深的影响。钻孔定位平面由平面选择代码G17,G18和G19，分别对应钻孔轴Z,Y和X及它们的平行轴(如W,V,II辅助轴)。必须记住，只有在取消固定循环以后才能切换钻孔轴。下一页上一页返回5.4固定循环初始平面:初始点所在的与Z轴垂直的平面称5.4固定循环固定循环的坐标数值形式可以采用绝对坐标(G90)和相对坐标(G91)表示。采用绝对坐标和相对坐标编程时，孔加工循环指令中的值有所不同。如图5-41所示，其中图5-41(a)采用G90表示，其中图5-41(b)采用G91表示。固定循环指令的一般格式如下。

1)G98指令使刀具返回初始点，G99指令使刀具返回R点平面，如图5-42所示。

2)G为各种孔加工循环方式指令，见表5-9。3)X,Y为孔位坐标，可为绝对、增量坐标方式。

4)Z为孔底坐标，增量坐标方式时为孔底相对于R点平面的增量值。下一页上一页返回5.4固定循环固定循环的坐标数值形式可以采用绝对5.4固定循环

5)R为R点平面的Z坐标(一般距零件表面2-5mm)，增量坐标方式时为R点平面相对于B点的增量值。

6)Q在G73和G83中为每次的切削深度，在G76和G87中为偏移值，它始终是增量坐标值。

7)P用来指定刀具在孔底的暂停时间。

8)F指定孔加工切削进给时的进给速度。

9)k是固定循环的次数，范围是1-6,当k=1时，可以省略，当k=0时，不执行孔加工。孔加工方式的指令以及Z,R,Q,P等指令都是模态的，只有在取消孔加工方式时才被清除，因此在开始时指定了这些指令，在后面连续的加工中不必重新定。如果仅仅是某个孔加工数据发生变化(孔深有变化)，仅修改要变化的数据即可。取消孔加工时使用指令G80，而如果中间出现了任何01组的G代码下一页上一页返回5.4固定循环5)R为R点平面的Z坐标(一般5.4固定循环(G00,GO1,G02,G03等)，则孔加工的方式也会自动取消。因此用O1组的G代码取消固定循环的效果与用G80时完全一样。

G98,G99决定加工结束后返回的位置，当使用G99指令时，如果在台阶面上加工孔，从低面向高面加工时会产生碰撞现象，这点必须引起注意。

1.钻孔循环

(1)G81(钻削循环)

钻孔循环指令G81为主轴正转，刀具以进给速度向下运动钻孔，到达孔底位置后，快速退回(无孔底动作)。G81钻孔加工循环指令格式为:G81X_Y_Z_R_F_k_

其中，X,Y为坐标值，定义孔的位置;Z值定义孔的深度;R下一页上一页返回5.4固定循环(G00,GO1,G02,G05.4固定循环值为参考平面位置;F为加工进给速度;K为指令执行重复次数，使用G91增量坐标X,Y编程时，K参数可一次指定多个孔的加工。

(2)G82(钻削循环，粗撞削循环)

钻孔指令G82与G81格式类似，唯一的区别是G82在孔底加进给暂停动作，即当钻头加工到孔底位置时，刀具不作进给运动，而是保持旋转状态，使孔的表面更光滑，该指令一般用于扩孔和沉头孔加工。G82钻孔加工循环指令格式为:G82X_Y_Z_R_P_F_k_;

其中，P为在孔底位置的暂停时间，单位为ms。G81,G82的循环过程如图5-43(a)所示，其中虚线表示快进，实线表示切削进给，箭头表示刀具移动方向。下一页上一页返回5.4固定循环值为参考平面位置;F为加工进给速度;K为指5.4固定循环(3)G73(高速钻深孔循环)

孔深与孔径之比超过5的孔，称为深孔。加工深孔时排屑较困难，但如不及时将切屑排出，则切屑可能堵塞在钻头排屑槽里，不仅影响加工精度，还会扭断钻头;而且切削时会产生大量高温切屑，如不采取有效措施确保钻头的冷却和润滑，将使钻头的磨损加剧。与G81相比，G73的主要特点是:由于是深孔加工，采用间歇进给(分多次进给)，有利于排屑。每次进给深度为口，直到孔底位置为止，在孔底进给暂停。

G73的循环过程如图5-44（a）所示。G73高速钻深孔循环指令格式为:G73X_Y_Z_R_0_P_F_k_;

其中，P为暂停时间，单位为tns;为每次进给的深度，为正值。下一页上一页返回5.4固定循环(3)G73(高速钻深孔循环)下一页上5.4固定循环(4)G83(深孔钻削循环)

深孔钻削循环指令G83与G73功能一样，用于钻削深孔，采用间歇进给，不仅可以高效地完成钻孔，而且能较容易地排出切屑，并保证冷却和润滑。在使用时可根据实际情况，确定每次的切削深度和退刀距离或快进转化为切削进给的位置。G83指令格式与G73格式一样，循环过程如图5-44(b)所示。

G83与G73用于钻深孔，它们都考虑了排屑和散热情况，以保证冷却和润滑。G83每次钻削一定深度后都返回R点(退出孔外)，然后再进给，所以它的排屑和散热情况比G73好。在G73中，d为退刀距离;在G83中d位置为每次退刀后，再次进给时由快进转换为切削进给的位置，它距离前一次进给结束位置的距离为dmm。

G83与G73两者的主要区别在于回退动作。G73的回退距下一页上一页返回5.4固定循环(4)G83(深孔钻削循环)下一页上一5.4固定循环离是一个固定值(这个固定值由数控系统参数设定);G83是回退到一个固定位置，随着钻孔深度的增加，回退距离也随之增加，因此引起工时增加。由于回退的作用是为了排出一切屑，所以G83适用于排屑量大的场合。G83循环中，从回退高度到再次加工，进给速度先是以高速下降，到达距工件一段距离时，自动改为F速度进给，这个距离的值也是由数控系统设定的。

2.镗孔循环撞孔是常用的加工方法，其加工范围很广，可进行粗、精加工。撞孔的优点是能修正上一工序所造成的轴线歪曲、偏斜等缺陷。所以撞孔特别适合孔距要求很准的孔系加工，如箱体加工等。尤其适合于大直径孔的加工。

(1)G85(撞孔加工循环)

撞孔加工循环指令G85循环过程如图5-45（a）所示，主下一页上一页返回5.4固定循环离是一个固定值(这个固定值由数控系统参数设5.4固定循环轴正转，刀具以进给速度向下运动撞孔，到达孔底位置后，立即以进给速度退出(没有孔底动作)。撞孔加工循环G85指令的格式为:G85X_Y_Z_R_F_k_;

其中，X,Y为坐标值，定义孔的位置;Z为孔底位置;R为参考平面位置;F为加工进给速度;K为指令执行重复次数。(2)G86(撞孔循环)

撞孔循环指令G86与G85的区别是:G86在到达孔底位置后，主轴停止转动，并快速退回，循环过程如图5-46(b)所示。撞孔循环G86指令的格式(与G85类似)为:G85X_Y_Z_R_F_k_;(3)G89(撞孔循环)

撞孔循环指令G89与G85的区别是:G89在到达孔底位置后，下一页上一页返回5.4固定循环轴正转，刀具以进给速度向下运动撞孔，到达孔5.4固定循环加进给暂停，循环过程如图5-45（a）所示。撞孔循环G89指令的格式为:G85X_Y_Z_R_P_F_k_;其中，P为暂停时间，单位为ms。(4)G76(精撞循环)

精撞循环指令G76与G85的区别是:G76在孔底有三个动作:进给暂停、主轴定向停止、刀具沿刀尖所指的反方向偏移口值(图5-46中位移量8)，然后快速退出。这样保证刀具不划伤孔的表面。精撞循环指令G76的指令格式为:G76X_Y_Z_R_0_P_F_k_;

其中，P为暂停时间，单位为ms;Q为偏移值。加工过程说明(见图5-47)如下。下一页上一页返回5.4固定循环加进给暂停，循环过程如图5-45（a）所5.4固定循环1)加工开始刀具先以G00移动到指定加工孔的位置（X,Y）。2)以G00下降到设定的R点(不作主轴定向)。3)以G01下降至孔底Z点，暂停尸时间后以主轴定位停止钻头。4)位移撞刀偏心量δ距离(Q-δ)。5)以G00向上升到起始点(G98)或R点(G99)高度，启动主轴旋转。（5）G87(反撞削循环)

反撞削循环也称背撞循环，指令G87，与上述撞削指令的不同之处是:反撞削循环由孔底向孔顶撞削，此时刀杆受拉力，可防止振动。当刀杆较长时使用该指令可提高孔的加工精度。反撞削循环的过程如图5-48所示，刀具在XY平面定位后主下一页上一页返回5.4固定循环1)加工开始刀具先以G00移动到指5.4固定循环轴停止并准停，然后刀具沿刀尖反方向偏移Q距离，然后快速运动到孔底位置，接着沿刀尖所指方向偏移回E点，主轴正转，刀具向上进给运动，到R点，主轴又定向停止，刀具沿刀尖所指的反方向偏移Q值，快退，沿刀尖所指正方向偏移到B点，主轴正转，本加工循环结束，继续执行下一段程序。反撞削循环G87的指令格式为:G87X_Y_Z_R_0_F_k_;

其中，Q为偏移值，通常为正值。由于R点在孔底，这种加工方式，返回高度选择只能用G98。下一页上一页返回5.4固定循环轴停止并准停，然后刀具沿刀尖反方向偏移Q距5.4固定循环3.攻螺纹循环

(1)G84(右旋攻螺纹循环)

右旋攻螺纹循环指令G84循环过程如图5-49（b）所示，攻螺纹进给时主轴正转，到孔底后主轴反转退出。与G82格式类似，右旋攻螺纹循环指令G84指令格式为:G84X_Y_Z_R_P_F_k_;

与钻孔加工不同的是，攻螺纹结束后的返回过程不是快速运动而是以进给速度反转退出的。F值根据主轴转速和螺距计算。

(2)G74(左旋攻螺纹循环)

左旋攻螺纹循环指令G74与G84的区别是:进给时主轴反转，退出时主轴正转。指令格式与G84格式相同。

4.固定循环编程示例

下一页上一页返回5.4固定循环3.攻螺纹循环下一页上一页返回5.4固定循环【例5.2】编制如图5-49所示零件上的孔的加工程序，孔的尺寸和编程坐标系如图5-49所示。

(1)零件图分析如图5一49所示，某模具型芯有三个顶针孔需要加工，零件总厚度为50mm，孔的直径为10mm，要求加工成通孔。

(2)工艺分析本例钻此模具型芯的3xφ10mm的通孔，采用其所长10mm的钻头，由于该孔的加工深度要远远大于其