数控铣削加工工艺-编程与操作-课件2

项目二平面凸轮廓零件的工艺及程序编制

项目导入一相关知识

二项目实施三拓展知识四知识目标1．掌握数控系统的G00/G01/G02/G03/G41/G42/G40/G54/G90/G17/G18/G19等指令的编程格式及应用2．掌握平面凸轮廓类零件的结构特点和加工工艺特点，正确分析平面凸轮廓零件的加工工艺3．掌握平面凸轮廓类零件的工艺编制方法4．掌握平面凸轮廓零件的手工编程方法

能力目标1．针对加工零件，能分析平面凸轮廓类零件的结构特点、特殊加工要求，理解加工技术要求2．会分析平面凸轮廓零件的工艺性能，能正确选择设备、刀具、夹具与切削用量，能编制数控加工工艺卡3．能使用数控系统的基本指令，正确编制平面凸轮廓零件的数控加工程序一、项目导入

使用数控铣床加工零件，一般来说都需要经过4个主要的工作环节，即确定工艺方案、编写加工程序、实际数控加工、零件测量检验。本项目主要学习平面凸轮廓零件的数控加工工艺制定和程序编制。图2-1所示为凸模板，已知材料为45#钢，毛坯为100

mm80

mm22

mm，分析零件的加工工艺，填写工艺文件，编写零件的加工程序。项目分析：平面凸轮廓零件（含与底面垂直的侧壁外表面铣削加工）是数控铣削加工的典型零件，该类零件一般分平面和外轮廓的铣削加工。如何制定平面凸轮廓零件的数控加工工艺，编制其加工程序，本项目以凸模板为例，首先学习相关的数控铣削加工指令和工艺知识，然后完成项目要求，再通过对凸模板图样分析，进行零件加工工艺分析，设计加工工艺方案，编制工艺卡、刀具卡等数控加工技术文件，应用G00、G01、G02、G03、G41、G42、G40、G90、G91等指令编写数控加工程序，完成项目任务要求。图2-1凸模板二、相关知识（一）平面铣削工艺设计平面凸轮廓类零件包括平面铣削和与底面垂直的侧壁外表面铣削加工，其质量是用平面度和表面粗糙度来衡量的。在铣床上获得平面的方法有两种，即周铣和端铣。以立铣数控铣床为例，用分布于铣刀圆柱面上的刀齿进行的铣削称为周铣；用分布于铣刀端面上的刀齿进行的铣削称为端铣。1．刀具选择平面轮廓类零件加工常用刀具为面铣刀和立铣刀。铣削较大的平面用面铣刀加工。铣削平面类零件周边轮廓和较小的台阶面一般采用立铣刀。立铣刀直径的选择主要应考虑工件加工尺寸的要求，并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内。如系小直径立铣刀，则应主要考虑机床的最高转速能否达到刀具的最低切削速度（60

m/min）。同时考虑以下方面：①刀具半径R小于朝轮廓内侧弯曲的最小曲率半径ρmin，一般可取R=（0.8～0.9）ρmin；②如果ρmin过小，为提高加工效率，可先采用大直径刀具进行粗加工，然后按上述要求选择刀具，对轮廓上残留余量过大的局部区域处理后再对整个轮廓进行精加工。2．走刀路线设计

铣削无边界平面时，用盘铣刀排刀法进刀，及Z字形走刀加工。刀具在径向上要有一定的重合度，以消除刀具圆角或倒角处的残留。或根据零件平面形状进行铣削加工。铣削平面零件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。刀具切入工件时，应避免沿零件轮廓的法线切入，而应沿外廓曲线延长线切入，如图2-2（a）所示。切削外圆凸台时，使用与圆相切的切入切出直线段，切入路线为1—2—3—2—5，如图2-2（b）所示。图2-2刀具切入和切出时的外延（二）数控系统的相关功能指令

1．准备功能（G功能）准备功能也叫G功能或G代码。其常用代码功能见表2-1。表2-1 准备功能代码表表2-1 准备功能代码表G代码组别功能备注G代码组别功能备注*G0001定位定位G5714选择工件坐标系4G01直线插补G58选择工件坐标系5G02顺时针圆弧插补G59选择工件坐标系6G03逆时针圆弧插补G6500宏程序调用非模态G0400暂停非模态G6612宏程序模态调用G1517极坐标指令取消*G67宏程序模态调用取消G16极坐标指令G6816坐标旋转有效*G1702XY面选择*G69坐标旋转取消G18XZ面选择G7309高速深孔钻循环非模态G19YZ面选择G74左旋攻丝循环非模态G2006英制（in）输入G76精镗孔循环非模态*G21公制（mm）输入*G80取消固定循环G2700机床返回参考点检查非模态G81钻孔循环G28机床返回参考点非模态G82钻孔循环或锪孔循环G29从参考点返回非模态G83深孔钻削循环G30返回第2、3、4参考点非模态G84攻丝循环G31跳转功能非模态G85镗孔循环G3301螺纹切削G86镗孔循环*G4007刀具半径补偿取消G87背镗孔循环G41刀具半径左补偿G88镗孔循环G42刀具半径右补偿G89镗孔循环G43刀具长度正补偿*G9003使用绝对值命令G44刀具长度负补偿G91使用绝对值命令*G49刀具长度补偿取消G9200设置工作坐标系非模态*G5011比例缩放取消*G9405每分进给G51比例缩放有效G95每分进给G5200局部坐标系设定非模态*G9613恒周速控制方式G53选择机床坐标系非模态G97恒周速控制取消G5414选择工件坐标系1G9810固定循环返回起始点方式G55选择工件坐标系2*G99固定循环返回R点方式G56选择工件坐标系32．辅助功能（M功能）辅助功能代码见表2-2。

表2-2 辅助功能代码表代码功能说明M00程序暂停执行完M00指令后，机床所有动作均被切断。重新按下自动循环启动按钮，使程序继续运行M01计划暂停与M00作用相似，但M01可以用机床“任选停止按钮”选择是否有效；只有当机床操作面板上的“任选停止”开关置于接通位置时，CNC才执行该功能。执行完M01指令后，自动运行停止M03主轴顺时针旋转主轴顺时针旋转M04主轴逆时针旋转主轴逆时针旋转M05主轴旋转停止主轴旋转停止M06自动换刀该指令用于自动换刀或显示待换刀号。自动换刀数控机床的换刀方法有两种。一种是由刀架或多主轴转塔头转位实现换刀，换刀指令可实现主轴停止、刀架脱开、转位等动作；另一种是带有“机械手—刀库”的换刀，换刀过程为换刀和选刀两类动作；换刀是将刀具从主轴取下，换上所选用的刀具。大致过程为：主轴定向停、松开刀具、换刀、锁紧刀具、主轴启动等。对显示换刀号的机床，换刀是用手动实现的M08冷却液开冷却液开M09冷却液关冷却液关M02主程序结束执行指令后，机床便停止自动运转，机床处于复位状态M30主程序结束执行M30后，返回到程序的开头，而M02可用参数设定不返回到程序开头，程序复位到起始位置M98调用子程序调用子程序M99子程序结束子程序结束，返回主程序注：由于数控机床的厂家很多，每个厂家使用的G功能、M功能与ISO标准也不完全相同，因此对于某一台数控机床，必须根据机床说明书的规定进行编程。3．进给功能F、主轴速度S、刀具功能T

利用字母F、S、T后面指令一个数值，分别表示指定进给速度、主轴转速和所用刀具与刀补号。在一个程序段中，F、S、T代码中只能有一个，并将接收的代码信号传送给机床。（1）进给功能（F功能）进给功能表示刀具中心运动时的进给速度，刀具的切削进给速度由地址符F和其后面的若干位数值指定，单位为mm/min（米制）或英寸/min（英制）。（3）刀具功能（T功能）刀具功能，也称T功能，用于指定加工所用刀具，实现数控机床加工过程中自动换刀功能。一般具有自动换刀的数控机床才有此功能。刀具功能由T及其后面的数字组成。T后面有四位数字，前两位是刀具号，后两位是刀具补偿号。例如，T0303表示选用3号刀及3号刀具补偿值；T0300表示取消刀具补偿。4．坐标系有关指令（1）绝对尺寸与增量尺寸指令—G90、G91G90—表示程序段的坐标值按绝对坐标编程。G91—表示程序段的坐标值按增量坐标编程。绝对坐标所表示的刀具（或机床）运动位置的坐标值，都是相对于编程原点给出的。增量坐标所表示的刀具运动位置的坐标值是相对于前一位置的，即坐标原点是平行移动的。相对坐标与运动方向有关。（2）工件坐标系设定指令G92编程格式：G92X_Y_Z_；功能：该指令是规定工件坐标系坐标原点的指令，工件坐标系坐标原点又称为程序零点，坐标值X、Y、Z为起刀点（刀位点）在工作坐标系中的初始位置。程序内绝对指令中的坐标数据，就是起刀点在工件坐标系中的坐标值。例：如图2-3所示，设置工件坐标系的程序段如下：G92X20.0Y10.0Z10.0；图2-3G92设定工作坐标系（3）加工坐标系选择指令G54～G59格式：G54G90G00(G01)X

Y

Z

(F

)；该指令执行后，所有坐标值指定的坐标尺寸都是选定的工件加工坐标系中的位置。1～6号工件加工坐标系是通过CRT/MDI方式设置的。例：在图2-4中，用CRT/MDI在参数设置方式下设置了两个加工坐标系：G54：X-50.Y-50.Z-10.；G55：X-100.Y-100.Z-20.；图2-4G54～G59设置加工坐标系注意事项如下。①G54与G55～G59的区别。②G92与G54～G59的区别。③G54～G59的修改。④应用范围。⑤常见错误。（4）局部坐标系指令52局部坐标系用于从原坐标系中分离出数个子坐标系统。指令格式：G52X_Y_；X、Y的定义是原坐标系程序原点到子坐标系的程序原点之间的量变，如G52X0Y0表示回复到原坐标系。（5）选择机床坐标系指令G53编程格式：G53G90X_Y_Z_；G53指令使刀具快速定位到机床坐标系中的指定位置上。式中X、Y、Z值为机床坐标系中的坐标值，均为负值。5．公制/英制变换（G21、G20）G20指令坐标尺寸以英制输入。G21指令坐标尺寸以公制输入。注意事项如下。例如：Z15.0表示Z向15

mm或Z向15in。F10.0表示速度为10

mm/min或10in/min。G04X1.0表示暂停1.0

s。6．快速点位定位指令G00功能：控制刀具以点位控制方式，从刀具当前点快速移动到目标点，其移动速度由参数来设定。编程格式：G00X

Y_Z_；式中：X、Y、Z为刀具移动的目标点坐标。7．直线插补指令G01（1）编程格式G01X

Y

Z

F

；功能：刀具以直线插补运算，联动方式按照F代码规定的速度作进给运动，用于加工直线段，移动速度是由进给功能指令F设定。执行该指令时在程序中必须出现F指令。（2）应用举例应用G00、G01指令，编写如图2-6所示路径的程序。

图2-6G00、G01指令的应用程序：绝对值编程：O0001……G90G00X20.0Y20.0；G0lY50.0F50；

X50.0；

Y20.0；

X20.0；G00X0Y0；……增量值编程：……G91G00X20.0Y20.0；G0lY30.0F50；

X30.0；

Y-30.0；

X-30.0；G00X-20.0Y-20.0；……8．暂停指令G04编程格式：G04X(P)_功能及应用：该指令可使刀具做短时间的停顿，以获得圆整而光滑的表面。例：如图2-7所示，为利用暂停G04进行切槽加工的实例。对槽的外圆柱面粗糙度有要求，编写加工程序如下。……N060G00X1.6； 快速到①N070G01X0.75F0.05； 以进给速度切削到②N080G04X0.24； 暂停0.24

sN090G00X1.6； 快速到①……图2-7暂停指令应用9．平面选择指令G17、G18、G19

平面选择指令G17、G18、G19分别用来指定程序段中圆弧插补平面和刀具半径补偿平面。图2-8坐标平面选择10．圆弧插补指令G02、G03圆弧插补指令控制刀具在指定平面内按给定的进给速度F作圆弧切削，加工出圆弧轮廓。（1）编程格式G17/G18/G19G02/G03X_Y_Z_I_J_K_F_或G17/G18/G19G02/G03X_Y_Z_R_F_（2）应用举例完成图2-11所示加工路径的程序编制（刀具现位于A点上方只进行轨迹运动）。图2-9圆弧顺逆方向的判别图2-10用R编程时R的判断图2-11加工路径程序：O0002G90G54G00X0Y25.0；G02X25.0Y0I0J-25.0F100； A—B

G02X0Y-25.0I-25.0J0； B—CG02X-25.0Y0I0J25.0； C—DG02X0Y25.0I25.0J0； D—A或：G90G54G00X0Y25.0；G02X0Y25.0I0J-25.0F100； A—A整圆11．刀具半径补偿指令G41，G42，G40

（1）刀具半径补偿含义

（a）外轮廓补偿（b）内轮廓补偿图2-12刀具半径补偿用铣刀铣削工件的轮廓时，由于刀具总有一定的半径（如铣刀半径或线切割机的钼丝半径等），刀具中心的运动轨迹与所需加工零件的实际轮廓并不重合。如在图2-12中，粗实线为所需加工的零件轮廓，点划线为刀具中心轨迹。由图2-12可见在进行内轮廓加工时，刀具中心偏离零件的内轮廓表面一个刀具半径值。（a）外轮廓补偿（b）内轮廓补偿图2-12刀具半径补偿（2）编程格式执行刀补：

取消刀补：

（2）编程格式执行刀补：

取消刀补：

图2-13刀具半径补偿方向图2-14刀具半径补偿的建立与取消（4）应用举例在G17选择的平面（XY平面）内，使用刀具半径补偿完成轮廓加工编程，如图2-15所示（未加长度刀补）。程序：O0003……N20G90G54G00X0Y0M03S500F50N30G00Z50.0； 起始高度（仅用一把刀具可不加刀长补偿）N40Z10.0； 安全高度N50G41X20.0Y10.0D1； 刀具半径补偿，D01为刀具半径补偿号N60G01Z-10.0； 下刀，切深10

mmN70Y50.0；N80X50.0；N90Y20.0；N100X10.0；N110G00Z50.0； 抬刀到起始高度N120G40G01X0Y0M05； 取消刀具半径补偿图2-15刀具半径补偿轨迹图

（5）刀具半径补偿过程（6）使用刀具半径补偿注意事项①使用刀具半径补偿时应避免过切削现象，如图2-16所示。启用刀具半径补偿和取消刀具半径补偿时，刀具必须在所补偿的平面内移动，移动距离应大于刀具补偿值。加工半径小于刀具半径的内圆弧时，进行半径补偿将产生过切削。只有过渡圆角尺寸＞刀具半径r+精加工余量的情况下才能正常切削。被铣削槽底宽小于刀具直径时将产生过切削，如图2-17所示。②D00～D99为刀具补偿号，D00意味着取消刀具补偿。刀具补偿值在加工或试运行之前须设定在补偿存储器中。

图2-16过切现象一图2-17过切现象二（7）刀具半径补偿的其他应用①刀具半径补偿除方便编程外，还可灵活运用。在实际加工中，如果工件的加工余量比较大，利用刀具半径补偿，可以实现利用同一程序进行粗、精加工。即：粗加工刀具半径补偿=刀具半径

+

精加工余量精加工刀具半径补偿=刀具半径

+

修正量图2-18刀具半径补偿例：如图2-18所示，刀具为

20立铣刀，现零件粗加工后给精加工留余量单边1.0

mm，则粗加工刀具半径补偿D01的值为R补=R刀+1.0=10.0+1.0=11.0（mm）粗加工后实测L尺寸为L+1.98，则精加工刀具半径补偿D11值应为R补

=11.0−(1.98+0.03)/2=9.995（mm）则加工后工件实际L值为L−0.03。②刀具因磨损、重磨、换新刀而引起刀具直径改变后，不必修改程序，只需在刀具参数设置中输入变化后的刀具半径即可。图2-18刀具半径补偿12．刀具长度补偿指令G43，G44，G49（1）刀具长度补偿的含义刀具长度补偿原理如图2-19所示。设定工作坐标系时，让主轴锥孔基准面与工件上的理论表面重合，在使用每一把刀具时可以让机床按刀具长度升高一段距离，使刀尖正好在工件表面上，这段高度就是刀具长度补偿值，其值可在刀具预调仪或自动测长装置上测出。实现这种功能的G代码是G43、G44和G49。（2）编程格式执行刀补：；取消刀补：；

图2-19刀具长度补偿原理图2-20刀具长度补偿应用13．极坐标指令G16/G15（1）指令编程格式指令加工的终点坐标可以用极坐标形式。指令编程格式：G17/G18/G19G16； 开始极坐标指令G00X-Y-； 极坐标指令选择平面的轴地址及其值……G15； 取消极坐标指令图2-21G90指令指定半径图2-22G91指令指定半径

③G00后第一轴是极坐标半径；第二轴是极角。（2）应用举例G15/G16指令编程，如图2-23所示，程序如下。图2-23G15/G16指令编程举例（3）极坐标指令应用①G15/G16应用场合。G15/G16用于圆周均布孔的加工和内接多边形的加工。②限制。应用G15/G16有以下限定：在极坐标方式下对圆弧或螺旋线插补中用R指定半径；在极坐标方式中轴不属于极坐标指令的部分；任意角度倒角和拐角圆弧过渡。三、项目实施图2-1所示为一凸模板的零件图，毛坯100

mm80

mm22

mm，材料为45#钢，采用数控铣床加工，分析加工工艺并编制凸模板的数控加工程序。（一）加工工艺分析1．零件图工艺分析该零件主要由平面及外轮廓组成。上表面、凸模板轮廓和凸台底面的表面粗糙度为Ra3.2，要求较高，无垂直度要求。该零件材料为45#钢，切削加工性能较好。2．选择加工方案①粗、精加工上表面；②粗、精加工外轮廓。3．确定装夹方案零件毛坯外形为规则的长方形，因此加工上表面与轮廓时选择平口机用虎钳。装夹高度25

mm，因此须在虎钳定位基面加垫铁。4．确定加工顺序及走刀路线5．刀具及切削用量的选择切削用量选择见工艺文件。6．填写工艺文件凸模板数控加工工序卡片见表2-3。表2-3 凸模板数控加工工序卡片数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称材料零件图号凸模板45X02工序号程序编号夹具名称夹具编号使用设备车间O0210O0211机用平口虎钳200XK714数控实训中心工步号工步内容刀具号刀具规格主轴转速n（r/min）进给速度F（mm/min）背吃刀量ap（mm）量具备注1粗铣顶面留余量0.2T01100端铣刀3802001.8100游标卡尺2精铣顶面控制高度尺寸达Ra3.2T01100端铣刀5001500.2100游标卡尺3粗铣外轮廓留侧余量0.5，底余量0.2T0216立铣刀2

0001804.5125精铣外轮廓达图纸要求T0216立铣刀2

8002500.50.2千分尺6清理、入库编制审核共页第页（二）编制加工程序①凸模板平面铣削数控加工程序见表2-4程序单。②凸模板轮廓精加工程序见表2-5程序单。表2-4 凸模板平面铣削数控加工程序卡零件号X02零件名称凸模板编程原点上表面的中心程序号O0210数控系统FANUC0i编制程序内容简要说明G54G90G17G00X0.Y0.；确定工作坐标系及加工平面M03S380；主轴正转，转速380r/minG00X-120.Y0.Z2.；定位到加工起点G01Z-1.8F200；粗铣上表面零件号X02零件名称凸模板编程原点上表面的中心程序号O2010数控系统FANUC0i编制程序内容简要说明X120.；M03S500；Z-2.；X-120F150；精铣上表面G0Z200.；主轴抬起M05；主轴停M30；程序结束表2-5 凸模板轮廓精加工程序卡零件号X02零件名称凸模板编程原点上表面的中心程序号O0211数控系统FANUC0i编制程序内容简要说明G54G90G17G00X0.Y0.；确定工作坐标系及加工平面M03S2800；主轴正转，转速2800

r/minG00X-60.Y-60.Z2.；定位到加工起点G01Z-5.F250；G41G01X-40.Y-40.D01；建立刀具半径补偿Y20.；沿轮廓进行加工X-10.Y30.；X30.；G02X40.Y20.R10.；G01Y-10.；G03X10.Y-30.R20；G01X-50.；G40G00X-60.Y-60.；取消刀具半径补偿G00Z200.；主轴抬起M05；主轴停M30；程序结束四、拓展知识—SIEMENS系统编程简介（一）NC编程基本结构1．程序名称在编制程序时按以下规则确定程序名。①开始的两个符号必须是字母。②其后的符号可以是字母、数字或下划线。③最多16个字符。④得使用分隔符。例如：ZLXl_12．程序结构和内容NC程序由若干个程序段组成，所采用的程序段格式属于可变程序段格式。每一个程序段执行一个加工工步，每个程序段由若干个程序字组成，最后一个程序段包含程序结束符：M02或M30。请看如下程序：ZLX1；N10T1D1；N20G90G54；N30G60X30Y20Z5S1500M03；N40G01Z-10F100；N50G91G02X0Y0I30J0；N60G90G00Z5；N70G00X0Y0；N80MIRRORX0；N90L10；N100…………NXXXXM303．程序字及地址符程序字是组成程序段的元素，由程序字构成控制器的指令。程序字（如功能字G1、F50，坐标字X120等）由以下几部分组成。①地址符：地址符一般是一个字母。②数值：数值是一个数值串，它可以带正负号和小数点，正号可以省略不写。③多个地址符：一个程序字可以包含多个字母，数值与字母之间还可以用符号“，”隔开。例如，CR=16.5，表示圆弧半径=16.5

mm。此外，G功能也可以通过一个符号名进行调用。例如，SCALE，即打开比例系数。④扩展地址：对于如下地址：R计算参数HH功能I，J，K插补参数/中间点可以通过l～4个数字进行地址扩展。在这种情况下，其数值可以通过“=”进行赋值。例如：R10=5，H6=10。4．程序段结构程序段由若干个字和程序段结束符“LF”组成。在程序编写过程中进行换行时或按输入键时，可以自动产生程序段结束符。①字顺序：②程序段号说明：建议以5或10为间隔选择程序段号，以便修改插入程序段时赋予程序段号。在程序运行过程中，一旦跳跃程序段生效，则所有带“/”符的程序段都不予执行，当然这些程序段中的指令也不予考虑。程序从下一个没带斜线符的程序段开始执行。③说明：利用加注释的方法可在程序中对程序段进行说明。注释可作为对操作者的提示显示在屏幕上。例如：N10G17G54G94F100