数控铣削加工技术

项目五数控铣削加工技术

任务一认识数控铣床任务二加工台阶类零件任务三加工轮廓类零件任务四加工孔类零件任务五加工螺纹孔零件拓展实训本章难点回顾项目要点：1.熟悉数控铣床的种类及加工对象；2.掌握数控铣床工件的装夹与加工方法；3.掌握刀具和铣削用量的选择；4.熟悉FANUC0i系统数控铣床常用指令的格式及使用方法，掌握零件的编程。

任务一认识数控铣床一、任务引入1.任务描述：数控铣床具有丰富的加工功能和较宽的加工范围，能根据工件的结构与技术要求，合理选择数控铣床，熟悉数控铣床的种类及加工对象。2.知识目标熟悉数控铣床的种类及加工对象。二、任务分析本任务学习时通过多媒体教学和现场参观来认识数控铣床，熟悉数控铣床的分类以及适合数控铣床的加工的零件。

三、知识准备

（一）数控铣床的分类数控铣床通常分为立式数控铣床、卧式数控铣床和复合式数控铣床。1.立式数控铣床。立式数控铣床又可分为以下三种：（1）工作台升降式数控铣床（2）主轴头升降式数控铣床（3）龙门式数控铣床图5-1升降式数控铣床图5-2龙门铣床2.卧式数控铣床3.复合式数控铣床图5-3卧式数控铣床

图5-4复合式数控铣床

（二）数控铣床的加工对象1．平面类零件2．变斜角类零件3．曲面类零件4．复杂零件5．高精度零件6．一致性要求好的零件图5-5平面类零件图5-6变斜角梁缘条四、任务实施

现场参观数控铣床设备。仔细观察数控铣床种类、结构及加工零件特点，针对两台不同种类的铣床填写表5-1。铣床规格

铣床型号数控系统床身结构铣床总功率工作台面规格工作行程加工零件特点结构材料加工内容刀库规格刀库中刀具的数量

刀具特点表5-1参观过程记录表五、任务评价根据学生参观时的纪律表现（20%）、记录表的填写（60%）及安全文明生产（20%）执行情况,通过自评、互评和教师评分等方式，对完成任务情况进行综合评价。任务二加工台阶类零件一、任务引入1.任务描述如图5-7台阶零件图所示，毛坯尺寸为100×80×30mm，材料为45需加工台阶及圆弧轮廓。

图5-7台阶零件图任务要求：(1)分析图5-7，准备操作用刀具、工量夹具及辅助用品。(2)试编写其加工程序；(3)完成图中所示零件的加工任务；(4)加工时间60min。2．知识目标（1）熟悉数控铣床工件的装夹与加工方法；（2）掌握刀具和铣削用量的选择；（3）掌握FANUC0i系统数控铣床的常用指令的格式及使用方法；（4）掌握台阶类零件的编程与加工方法。二、任务分析

该零件即是台阶类零件，又是圆弧轮廓零件，完成该任务的重点和难点是要能正确运用圆弧指令进行编程。三、知识准备（一）工件的装夹与加工方法1.工件的装夹在数控铣床上常用的装夹方法主要有以下三种：（1）用平口钳装夹，适合一定形状和尺寸范围内的工件。（2）用压板、螺栓直接把工件装夹在机床的工作台面上，适合尺寸较大或形状较复杂的工件。（3）用数控分度头装夹。2.选择加工方法平面轮廓常用的加工方法有数控铣、线切割和磨削等。曲面轮廓的加工方法主要是数控铣削，多用球头铣刀以“行切法”加工。

（二）选择刀具与铣削用量1．选用刀具数控铣床上常用的铣刀有面铣刀、立铣刀、模具铣刀、键槽铣刀、鼓形铣刀和成形铣刀。除此之外，数控铣床也可使用各种通用铣刀。（1）铣刀的种类（2）铣刀的选择硬质合金面铣刀立铣刀键槽铣刀鼓形铣刀2.确定铣削用量（1）铣削用量的选择铣削用量主要有主轴转速n、进给速度vf、铣削宽度B和背吃刀量ap等。①背吃刀量。背吃刀量的选取主要根据机床、夹具、刀具和工件所组成的加工工艺系统的刚性、加工余量及对表面质量的要求来确定。②铣削宽度。铣削宽度又称步距，是指铣刀在一次进给中切掉工件表层的宽度。一般铣削宽度与刀具直径成正比，与背吃刀量成反比。③进给速度。其有三种表示方法：每齿进给量、每转进给量和进给速度。

（三）FANUC0i系统数控铣床的编程指令1.G指令

G指令是命令机床以何种方式进行切削加工或移动。以地址G后面接两位数字组成，其范围是G00～G99。常用的指令表详见教材表5-3。2.M指令数控铣床M功能与数控车床基本相同，数控铣床M指令详见表5-4。M代码功能说明M代码功能说明M00程序暂停M06刀具交换指令M01程序选择性停止M07（M08）切削液开启M02程序结束M09切削液关闭M03主轴正转(CW)M30程序结束并返回程序头M04主轴反转(CCW)M98子程序调用M05主轴停转M99子程序结束表5-4辅助功能代码及其功能3.主轴功能（S指令）主轴功能控制主轴转速，其后的数值表示主轴转速数值，单位为r/min。4.刀具功能（T功能）刀具功能也称T功能，T代码主要用来选择刀具。5.进给功能（F功能）进给功能也称F功能，F指令用于加工件时刀具相对于工件的合成进给速度，它的单位取决于G94或G95指令。

(四)G功能指令介绍1.尺寸单位的设定G20英制输入，G21米制输入。2.与坐标系有关的指令（1）选择机床坐标系指令指令格式为：G53X

Y

Z

；（2）工件坐标系的设定指令（G92、G54～G59）①G92指令。指令格式为：G92X

Y

Z

；②零点偏置法（G54～G59指令）

G54～G59指令用来指定数控系统预定的6个工件坐标系（见图5-17），可任选其一。图5-17零点偏置法设定工件坐标系③设定局部坐标系指令。该指令能在所有的工件坐标系（G92、G54～G59）中形成子坐标系，即局部坐标系。指令格式为：G52X

Y

Z

；（3）坐标平面的选择该组指令用来选择进行圆弧插补和刀具半径补偿的平面，如图5-18所示。G17选择XY平面，G18选择ZX平面，G19选择YZ平面。图5-18坐标平面的选择及圆弧顺逆判别（4）编程方式的选择以G90指令设定程序中的X、Y、Z坐标值为绝对值（即绝对编程方式），以G91指令设定程序中的X、Y、Z坐标值为增量值（即增量编程方式）。（5）基本移动指令基本移动指令包括快速点定位、直线插补和圆弧插补三个指令。①快速点定位指令G00

指令格式：G00X

Y

Z

；②G01直线插补指令指令格式:G01X_Y

Z_F

；③圆弧插补指令（G02、G03）

G02为顺时针圆弧（CW）插补指令，G03为逆时针圆弧插补（CCW）指令

判别方法是：沿与圆弧所在平面相垂直的第三轴正向朝负方向看，坐标平面上的圆弧移动是顺时针方向为顺时针圆弧；反之，为逆时针圆弧，如图5-18所示。（6）暂停指令（G04）指令格式为：

X__G04P__（7）回参考点控制指令①返回参考点校验指令（G27）。指令格式为：G27X_Y_Z_；

②自动返回参考点指令（G28）。指令格式为：G28X

Y

Z

；③自动从参考点返回指令（G29）。指令格式为：G29X_Y_Z_；

四、任务实施(一)识读零件图（二）加工工艺分析

以工件的对称中心和工件的上表面为工件编程原点，根据图样要求，确定工艺方案及加工路线。刀具中心在平面内的轨迹如图5-25所示。

图5-25刀具中心在XY平面中的轨迹图（三）刀具与铣削用量的选择1．选择刀具。采用φ20mm的立铣刀，并把该刀具的直径输入刀具参数表中。2．确定铣削用量。

（四）加工步骤（五）操作前准备（六）编写程序。台阶零件的加工参考程序如下：加工程序程序说明

O0501；程序名

N0010G54G17G21G40G90G94；程序初始化

N0020G91G28Z0；Z向回参考点

N0030M03S600；主轴正转

N0040G90G00X-52.0Y-52.0；刀具在XY平面中快速定位

N0050Z20.0M08；刀具Z向快速定位，切削液开

N0060G01Z-8.0F100；第一个台阶的铣削深度位置

N0070Y52.0；A→B,延长线上切出

N0080G00Z3.0；

N0090X-44.0Y-52.0；快速定位至C点，延长线上切出

N0100G01Z-4.0；第二个台阶的铣削深度位置

N0110Y52.0；D→CN0120G00Z3.0；

N0130X-5.0Y65.0；快速定位至E点

N0140G01Z-5.5；圆弧台阶的铣削深度位置N0150G03X10.0Y50.0R15.0；圆弧切入

N0160G02Y-50.0R50.0；加工圆弧台阶

N0170G03X-5.0Y-65.0R15.0；圆弧切出

N0180G00Z100.0M09；刀具Z向快速抬刀

N0190M05；主轴停转

N0200M30；程序结束五、任务检测台阶零件的加工评分表详见教材表5-6所示。任务三加工轮廓类零件一、任务引入1.任务描述

已知零件毛坯为200×200×50mm型材，材料为45钢，零件上下表面、外轮廓已在前面工序（步）完成，需加工图5-26零件上方形。图5-26方形槽的零件图任务要求：（1）分析图5-26，准备操作用刀具、工量夹具及辅助用品。（2）试编写其加工程序；（3）完成图中所示零件的加工任务；（4）加工时间60min。2．知识目标（1）掌握刀具和铣削用量的选择；（2）掌握子程序和刀具补偿指令的格式及使用方法；（3）掌握轮廓类零件的程序编制与加工。二、任务分析本任务作为轮廓类零件加工的内容，其重点是正确使用子程序和刀具补偿指令的格式进行编程，以去除工件的残余材料，掌握粗、精加工的工序划分。三、知识准备（一）子程序指令（M98、M99）1.子程序的概念2.子程序的调用与执行（1）子程序的调用子程序调用指令的格式为：

M98P

；

（2）子程序的结构一个完整的子程序的结构和主程序一样，也是由程序号、程序主体、程序结束指令组成。（3）子程序的执行如图5-27所示，当程序执行到子程序调用M98指令后会转去执行程序号为101的子程序，当遇到M99指令时将返回到子程序调用M98指令之后下一个程序继续运行。O0001;主程序…;…;M98P101;…;…;M30O101;子程序

…;…;M98P102;…;…;M99O102;子程序

…;…;…;…;M99图5-27调用子程序的过程3.子程序的嵌套4.子程序的应用（二）刀具补偿功能指令1.刀具长度补偿功能指令格式为：G17G43Z__G18Y

H

；或G19G44X__

G17G43G18H

；

G19G442.刀具半径补偿图5-29刀具半径补偿的方式①刀具半径补偿建立指令指令格式：G17G40G00X__Y

；

G18G41X

Z

D

；

G19G42G01Y__Z

；

②刀具半径补偿取消指令指令格式：

G00X__Y

；

G40X

Z

；

G01Y__Z

；四、任务实施(一)识读零件图（二）加工工艺分析该工件主要为型腔加工。其型腔由于受曲率半径R10mm限制，因此选择φ16mm立铣刀，采用斜插式下刀方式（图5-31a），Z字形运动形式进行粗加工。半精加工、精加工用立铣刀，采用垂直下刀方式（图5-31b），轮廓铣削方式，通过修改刀补值实现半精加工和精加工。图5-31下刀方式

其半精加工、精加工加工路线见图5-32所示，采用圆弧切入，逆铣方形槽。图5-32方形槽的精加工刀具路径（三）刀具与铣削用量的选择（四）加工步骤(五)操作前准备（六）编写程序方形槽加工参考程序如下：粗加工程序

加工程序程序说明

O0502；主程序名

N0010G54G90G00Z40.0；进入工件加工坐标系

N0020M03S320；主轴启动

N0030G00X-65.0Y-65.0；到下刀点

N0040G00Z1.0；快进到工件表面上方

N0050M98P0020；调20号切削子程序（深10mm)

N0060G90G01X-65.0Y-65.0；N0070Z-9.0；N0080M98P0020；调20号切削子程序（深20mm)

N0090G90G00Z400.0；抬刀

N0100M05；N0110M30；程序结束

O020；子程序

N0010G91G01X130.0Y0.0Z-4.0F80；N0020G01X-130.0Y0.0Z-4.0；N0030G01X130.0Y0.0Z-3.0；N0040G01X-130.0Y0.0；N0050Y16.0；N0060X130.0；N0070Y16.0；N0080X-130.0；N0090Y16.0；N0100X130.0；N0110Y16.0；N0120X-130.0；N0130Y16.0；N0140X130.0；N0150Y16.0；N0160X-130.0；N0170Y17.0；N0180X130.0；N0190Y17.0；N0200G00Z5.0；抬刀N0210M99；子程序结束

精加工程序

加工程序程序说明O0503；主程序名N0010G54G90G00X0.0Y0.0Z40.0；进入工件加工坐标系N0020M03S500；主轴启动

N0030G00Z10.0； 快进到工件表面上方N0040G41G00X-10.0Y-65.0D01；建立刀具半径补偿，到下刀点N0050G01Z-20.0F100；下刀

N0060G03X0.0Y-75.0R10.0F80；圆弧切线方向切出

N0070G01X65.0Y-175.0；N0080G03X75.0Y-65.0R10.0；N0090G01X75.0Y65.0；N0100G03X65.0Y75.0R10.0；N0110G01X-65.0Y75.0；N0120G03X-75.0Y65.0R10.0；N0130G01X-75.0Y-65.0；N0140G03X-65.0Y-75.0R10.0；N0150G01X0.0Y-75.0；N0160G03X10.0Y-65.0R10.0；圆弧切线方向切出

N0170G40G00X0.0Y0.0；取消刀具半径补偿

N0180G00Z50.0；N0190M05；N0200M30；五．任务检测详见教材表5-10方形槽零件的加工评分表所示。任务四加工孔类零件一、任务引入1.任务描述：如图5-33端盖零件图所示，底平面、两侧面和φ40H8型腔已在前面工序加工完成。本工序加工端盖的4个沉头螺钉孔和2个销孔，零件材料为HT150。任务要求：（1）试编写其加工程序；（2）完成图中所示零件的加工任务；（3）加工时间80min。2.知识目标（1）掌握孔加工刀具与切削用量的选择；（2）掌握FANUC0i系统数控铣床孔加工指令的格式及使用方法。图5-33端盖零件图二、任务分析

本任务的重点和难点在于正确运用FANUC0i系统中关于加工孔类的指令格式，通过分析各功能的格式，编制出端盖零件的4个沉头螺钉孔和2个销孔的加工程序。三、知识准备（一）选择孔加工的方法按孔与其他零件相对连接关系的不同，可分为配合孔与非配合孔；按其几何特征的不同，可分为通孔、盲孔、阶梯孔、锥孔等。（二）选择孔加工的刀具与切削用量1.孔加工刀具的选择图5-34中心钻图5-35麻花钻图5-36锪钻图5-37铰削刀具2．孔加工切削用量实际生产中，在没有经验数据的情况下，可以通过查阅切削用量手册来确定切削参数。教材表5-11～表5-14给出了不同情况下的切削用量的参考值，供实际应用时参考。（三）孔加工固定循环功能指令1.孔加工固定循环动作（1）动作组成。孔加工固定循环一般由下述五个动作组成，如图5-38所示，图中用虚线表示快速移动，实线表示切削进给。①X、Y轴定位

②快进到R点图5-38固定循环的基本动作③孔加工④孔底动作⑤刀具返回（退刀）

2.固定循环指令格式固定循环的一般格式是由特定地址字指定的一系列参数（并不是每一个循环都能使用以下所有的参数），指令格式：G90G98G

X

Y

Z

R

Q

P

F

K

；G91G993.固定循环指令介绍孔加工固定循环指令有G73、G74、G76和G81～G89，根据用途可将其分为三类：钻孔循环（G81、G82、G83、G73）、镗孔循环(G76、G85、G86、G87、G88、G89)、攻螺纹循环(G74、G84)。（1）钻孔循环①钻孔循环指令（G81）与锪孔循环指令（G82）指令格式：G81X

Y

Z

R

F

；

G82X

Y

Z

R

P

F

；

G81指令的加工动作如图5-40a所示，刀具先快速定位到（X，Y）点，再快速下降至R点，然后以F指定的进给速度钻孔至孔底Z点，最后快速提刀返回到初始点（G98）或R点（G99）。G81指令主要用于钻一般孔和钻中心孔。图5-40G81、G82指令的动作G82指令的动作类似于G81，如图5-40b所示，只是在孔底增加了进给暂停动作。因此，在不通孔或阶梯孔加工中，可减小孔底表面粗糙度，得到准确的孔深尺寸。②高速深孔啄钻循环指令（G73）与深孔啄钻循环指令（G83）图5-41G73、G83指令的动作（2）镗削循环①粗镗孔循环指令。常用的粗镗孔循环指令有G85、G86、G88、G89四种。指令格式：G85X

Y

Z

R

F

；G86X

Y

Z

R

F

；G88X

Y

Z

R

P

F

；G89X

Y

Z

R

P

F

；图5-42G85、G86、G88、G89指令的动作②精镗孔循环指令（G76） 指令格式：G76X

Y

Z

R

Q

P

F

；图5-43G76指令的动作

③背镗镗孔循环指令（G87） 指令格式：G87X

Y

Z

R

Q

P

F

；

图5-45G87指令的动作四、任务实施（一）识读零件图（二）加工工艺分析该零件中4个沉头螺钉孔的加工精度与表面粗糙度要求不高，选用钻孔＋锪孔的工艺，2个销孔的表面粗糙度值要求为1.6μm，选用钻孔＋扩孔＋铰孔的工艺。（三）刀具与切削用量的选择（四）加工步骤（五）操作前准备（六）参考程序端盖零件的加工参考程序如下：加工程序程序说明O0504；N0010G17G21G40G54G80G90G94；程序初始化N0020G00Z80.0M07；刀具定位到安全平面，启动主轴

N0030M03S2000；N0040G98G81X28.28Y28.28R20.0Z12.0F100；钻出六个孔的中心孔

N0050X0Y40.0；N0060X-28.28Y28.28；N0070Y-28.28；N0080X0Y-40.0；N0090X28.28Y-28.28；N0100G00Z180.0M09；N0110M05；N0120M00；程序暂停，手工换T02刀，换转速N0130M03S600；N0140G00Z80.0M07；刀具定位到安全平面N0150G98G81X28.28Y28.28R20.0Z-5.0F100；钻出六个φ9mm孔N0160X0Y40.0；N0170X-28.28Y28.28；N0180Y-28.28；N0190X0Y-40.0；N0200X28.28Y-28.28；N0210G00Z180.0M09；N0220M05；N0230M00；程序暂停，手工换T03刀，换转速N0240M03S800；N0250G00Z80.0M07；N0260G98G81X0Y40.0R20.0Z-5.0F100；扩2×φ10H7mm孔至φ9.8mm

N0270Y-40.0；N0280G00Z180.0M09；N0290M05；N0300M00；程序暂停，手工换T04刀，换转速

N0310M03S500；N0320G00Z80.0M07；N0330G98G82X28.28Y28.28R20.0Z10.0P2000F100；锪出四个φ15mm孔N0340X-28.28；N0350Y-28.28；N0360X28.28；N0370G00Z180.0M09；N0380M05；N0390M00；程序暂停，手工换T05刀，换转速

N0400M03S200；N0410G00Z80.0M07；刀具定位到安全平面

N0420G98G85X0Y40.0R20.0Z-5.0F50；铰2×φ10H7mm孔

N0430Y-40.0；N0440M05；N0450M09G00Z200.0；N0460M30；程序结束五、任务评价

端盖零件的加工评分表见教材表5-18。任务五加工螺纹孔零件一、任务引入1．任务描述如图5-47所示，工件的外形轮廓及上下表面已在上道工序中完成加工。试编写5个孔的加工程序。任务要求：（1）试编写图中5个孔的加工程序；（2）完成图中孔的加工任务；（3）加工时间60min。2.知识目标（1）熟悉攻螺纹及铣螺纹的加工路线；（2）掌握FANUC0i系统数控铣螺纹指令的格式及使用方法。图5-47攻螺纹与铣螺纹加工零件图二、任务分析本任务的重点和难点在于正确运用FANUC0i系统中关于内螺纹孔加工指令格式。此外，由于采用刚性攻螺纹，为防止丝锥在攻螺纹过程中折断，应选用专用的攻螺纹夹头来装夹丝锥。三、知识准备（一）左旋螺纹攻螺纹与右旋螺纹攻螺纹循环1．指令格式攻左旋螺纹循环指令为G74，攻右旋螺纹循环指令为G84。G74X

Y

Z

R

P

F

；G84X

Y

Z

R

P

F

；2．动作说明指令动作如图5-48所示，说明如下：图5-48攻螺纹动作图a)G99G74动作图b)G98G84动作图3.使用注意事项（1）在指令G74前，需先以M04指令使刀具反转；在指令G84前，需先以M03指令使刀具正转；（2）在G74和G84加工中，进给速度F、主轴转速S均不接受倍率开关的控制（固定在100%）；（3）攻螺纹的进给速度F（mm/min）=主轴转速。如图5-49所示两螺纹孔的加工程序为：G90G00X0Y0;G99G84Y25.0Z-15.0R3.0F1.75;(粗牙螺纹，螺距为1.75mm)Y-25.0G80G94G49M09;图5-49攻螺纹孔编程实例（二）螺纹加工方法的选择内螺纹的加工根据孔径的大小采用不同的方法。通常情况下，M6～M20的内螺纹采用攻螺纹的方法，由于在铣床上攻小直径的内螺纹不能随机控制加工状态，小直径的丝锥容易折断，所以M6以下的内螺纹，可在铣床上完成底孔加工，再通过其他手段攻螺纹；M20以上的内螺纹，则可采用铣削加工。外螺纹通常采用铣削加工。（三）攻螺纹及铣螺纹加工路线1.攻螺纹底孔直径的确定底孔直径通常根据经验公式决定，其公式如下：

D底

=D-P(加工钢件等塑性金属材料)D底

=D-1.05P(加工铸铁等脆性金属材料)2.不通孔螺纹底孔长度的确定攻不通孔螺纹时，由于丝锥切削部分有锥角。端部不能切出完整的牙型，所以钻孔深度要大于螺纹的有效深度，如图5-50所示。取值如下：

H钻

=h有效

+0.7D3.螺纹轴向起点和终点尺寸的确定在数控机床上攻螺纹时，沿螺距方向应选择合理的导入距离δ1和导出距离δ2，如图5-51所示。图5-50不通孔螺纹底孔长度图5-51攻螺纹轴向起点和终点四、任务实施（一）识读零件图（二）加工工艺分析该零件中5个孔的加工精度与表面粗糙度要求不高，选用钻孔＋扩孔的工艺，然后对2个M12螺纹孔攻螺纹，最后对1个M36螺纹孔进行铣螺纹加工。（三）刀具与切削用量及夹具的选择加工该工件的螺纹时，选择的螺纹加工刀具如图5-52所示，分别用机用丝锥、螺纹铣削刀具进行内螺纹铣削。

图5-52螺纹加工刀具a)机用丝锥b)螺纹铣削