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1、学习情境3 轮廓类零件,任务5外轮廓零件的编程与加工 任务6内轮廓零件的编程与加工 任务7内外轮廓零件的编程与加工,任务5外轮廓零件的编程与加工,任务导入 在数控铣床上完成如图3. 1所示零件的外形轮廓铣削加工，零件材料为45钢。 知识链接 一、外轮廓零件铣削加工工艺 加工单一外形轮廓，轮廓侧面是主要加工内容，其加工精度、表面质量均有较高的要求。因此，合理设计轮廓铣削刀路、选择合适的铣削刀具以及切削用量非常重要。 1.刀路设计 1)进、退刀路线设计 刀具进,退刀路线设计得合理与否,对所加工的轮廓表面质量影响极大。,上一页,下一页,返回,任务5外轮廓零件的编程与加工,一般来说，刀具进、退刀路线的
2、设计应尽可能遵循切向切入、切向切出工件的原则。根据这一原则，轮廓铣削中刀具进、退刀路线通常有三种设计方式，即直线一直线方式，如图3.2(a)所示;直线一圆弧方式，如图3. 2 ( b)所示;圆弧一圆弧方式，如图3.2 (c)所示 2)铣削方向的选择 进行零件轮廓铣削时有两种铣削方向，即顺铣与逆铣，如图3. 3所示。 3) Z向刀路设计 轮廓铣削Z向的刀路设计根据工件轮廓深度与刀具尺寸确定。 (1)一次铣至工件轮廓深度 当工件轮廓深度尺寸不大，在刀具铣削深度范围之内时，可以采用一次下刀至工件轮廓深度完成工件铣削，刀路设计如图3. 4所示。,上一页,下一页,返回,任务5外轮廓零件的编程与加工,立铣
3、刀在粗铣时一次铣削工件的最大深度即背吃刀量a.(如图3. 5所示)，以不超过铣刀半径为原则，通常根据下列几种情况选择。 (2)分层铣至工件轮廓深度 当工件轮廓深度尺寸较大，刀具不能一次铣至下件轮廓深度时，则需采取在Z向分多层依次铣削下件，最后铣至工件轮廓深度的方式，如图3. 6所示 2.常用的轮廓铣削刀具 一般情况下，常用立铣刀来执行零件2D外形轮廓铣削。立铣刀的结构形状如图3. 7所示，其圆柱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。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,主要用来加工与侧面相垂直的底平面。,上一页,下一页,返回,任务5外轮廓零件的编程
4、与加工,主切削刃一般为螺旋齿，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，立铣刀通常不能作轴向大深度进给 根据刀具材料及结构形式分类，立铣刀通常有以下三种类型。 1)整体式立铣刀 整体式立铣刀主要有高速钢立铣刀和整体硬质合金立铣刀两大类型，如图3. 7所示。 为了改善切屑卷曲情况，增大容屑空间，整体式立铣刀的刀齿数通常在3 -8之间。一般粗齿立铣刀齿数为34，细齿立铣刀齿数为5 -8。标准立铣刀的螺旋角为400一500 (粗齿)和300一350 (细齿)。,上一页,下一页,返回,任务5外轮廓零件的编程与加工,整体式立铣刀主要有粗齿和细齿两种类型(如图3. 8所示)
5、，粗齿立铣刀具有齿数少(一般为3-4)、刀齿强度高、容屑空间大等特点，常用于粗加工;细齿立铣刀齿数多(一般为5一8)、切削平稳，适用于精加工。因此，应根据不同工序的加工要求，选择合理的不同齿数的立铣刀 2)可转位硬质合金立铣刀 可转位硬质合金立铣刀的结构如图3. 9所示。与整体式硬质合金立铣刀相比，可转位硬质合金立铣刀的尺寸形状误差相对较大，直径一般大于10 mm，因而通常作为粗铣刀具或半精铣刀具使用。,上一页,下一页,返回,任务5外轮廓零件的编程与加工,3)玉米铣刀 玉米铣刀可分为镶硬质合金刀片玉米铣刀及焊接式玉米铣刀两种类型，这种铣刀具有高速、大切深、表面质量好等特点，在生产中常用于大切深
6、的粗铣加工或半精铣加工，其结构如图3. 10所示 3.刀具直径的确定 为保证轮廓的加工精度和生产效率，合理确定立铣刀的直径非常重要。一般情况下，在机床功率允许的前提下，工件粗加工时应尽量选择直径较大的立铣刀进行铣削，以便快速去除多余材料，提高生产效率;工件精加工时则选择相对较小直径的立铣刀，从而保证轮廓的尺寸精度和表面粗糙度值。,上一页,下一页,返回,任务5外轮廓零件的编程与加工,4.切削用量的选择 与平面铣削相似，进行零件2D轮廓铣削时一也应确定刀具切削用量，即背吃刀量a、铣削速度v,、进给速度F。铣削速度和进给量两个参数的选择可查 表3. 1及表3. 2，并参照平面铣削切削用量的确定方法选
7、择。 二、程序指令 1. G02/G03指令-圆弧切削指令 编程格式:G17/G18/G19 G02/G03 2. G40/G41/G42刀具半径补偿指令 1)刀具半径补偿定义 用铣刀铣削工件轮廓时，由于刀具总有一定的半径(如铣刀半径等)，刀具中心的运动轨迹与所需加工零件的实际轮廓不重合。,上一页,下一页,返回,任务5外轮廓零件的编程与加工,如图3. 13所示，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3. 13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，在进行外轮廓加工时，刀具中心又偏离零件的外轮廓表面一个刀具半径值。这种偏移，称为刀具半径补偿。若人工计算
8、刀具中心轨迹编程，计算相当复杂，且刀具直径变化时必须重新计算，修改程序。当数控系统具备刀具半径补偿功能时，数控编程只需按工件轮廓进行，数控系统自动计算刀具中心轨迹，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行刀具半径补偿 2)编程格式,上一页,下一页,返回,任务5外轮廓零件的编程与加工,3)刀具半径补偿过程 刀具半径补偿过程分为刀补的建立、刀补进行、刀补的取消 4)刀具半径补偿过程 在上例中，当G41被指定时，包含G41句子的下面两句被预读(即N60 , N70顺序段)。 5)使用刀具半径补偿的注意事项 6)刀具半径补偿的其他应用 3.刀具长度补偿指令G43 , G44 , G49 1)刀具长度补偿的
9、含义 刀具长度补偿原理如图3. 19所示。,上一页,下一页,返回,任务5外轮廓零件的编程与加工,设定工件坐标系时，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 4.极坐标指令G16/G15 指令加工的终点坐标可以用极坐标形式。 任务实施 一、工艺与编程 1.工艺分析,上一页,下一页,返回,任务5外轮廓零件的编程与加工,分析零件图，明确加工内容，如图3. 23所示零件的加工部位为方板零件侧面轮廓，
10、其中包括直线轮廓及圆弧轮廓，尺寸是本次加工重点保证的尺寸，但精度不高，表面质量要求一般 2.机尿及装夹方式选择 由于零件轮廓尺寸不大，根据车间设备状况，决定选择XK714型数控铣床完成本次任务。 3.刀具选择及刀路设计 由于本次加工的方板零件加工精度要求不高，故决定仅用一把直径为小12高速钢立铣刀(3刃)来完成零件轮廓的粗、精加工。,上一页,下一页,返回,任务5外轮廓零件的编程与加工,为有效保护刀具，提高加工表面质量，本次加工将采用顺铣方式铣削工件，XY向刀路设计如图3. 23所示，刀具AB段轨迹为建立刀具半径左补偿，以段轨迹为取消刀具半径补偿，因零件轮廓深度仅有5 mm，故Z向刀路采用一次铣
11、至轮廓底面的方式铣削工件。 4.切削用量选择 采用计算方法选择切削用量，此处略，选择结果详见表3.3。 5.编制NC程序 工件原点的选择:选取工件上表面中心O点作为工件原点，如图3. 23所示 编写程序清单。,上一页,下一页,返回,任务5外轮廓零件的编程与加工,二、技能训练 开机前的准备。 加工前的准备。 安装工件及刀具。 对刀，建立工件坐标系。 输入并检验程序。在“编辑”模式下，将NC程序输入数控系统中，检查程序并确保程序正确无误 执行零件加工。顶面的加工，选择小100可转位硬质合金刀片端铣刀粗、精加工;凸模板外轮廓的加工，选用大直径刀，以提高加工效率。选用小16高速钢普通立铣刀分别进行粗、
12、精加工。切削用量选择见工艺文件。完成相关参数修改后，再次运行程序，执行零件精铣加工。,上一页,下一页,返回,任务5外轮廓零件的编程与加工,加工结束，清理机床。 三、检查与评价 1.评分表 检验者验收零件，加工者与检验者共同评价本次加工任务的完成情况，评分表见表3. 4 2.评估优化 知识拓展 1. G01, G02, G03指令的拓展功能 在FANUC系统中，数控系统中某些编程指令的拓展功能，有时能极大地简化加工程序的编写，以下介绍的是利用GO1, G02, G03指令的拓展功能进行的零件轮廓的倒角、倒圆铣削),上一页,下一页,返回,任务5外轮廓零件的编程与加工,1)轮廓倒角(如图3. 24所
13、示) 2)轮廓倒圆(如图3. 25所示) z.轮廓切入与切出方式(如图3. 27所示) 1)切入方式 为避免在工件表面留下切入刀痕，不能在工件表面下刀，应在距离工件表面上切入点一段合适距离处下刀，即沿切入点的几何线段的切线方向切入，一般有直线和圆弧切入方式。 2)切出方式 轮廓铣削后，不要在工件表面停刀，要将刀具轨迹沿切线方向延伸出去，离开工件轮廓表面后退刀。,上一页,下一页,返回,任务5外轮廓零件的编程与加工,3.圆弧切削速度修调问题 在加工圆弧轮廓时，切削刃处的实际进给速度F，并不等于编程设定的刀具中心点进给速度F s。如图3. 28所示。,上一页,返回,任务6内轮廓零件的编程与加工,任务
14、导入 在数控铣床上完成如图3. 33所示零件的内轮廓铣削，零件材料为45钢。 知识链接 一、内轮廓零件铣削加工工艺 内轮廓零件下刀方法:加工型腔类零件在垂直进给时切削条件差，轴向抗力大，切削较为困难。 二、程序指令 暂停指令G04 编程格式:G04 X (P),下一页,返回,任务6内轮廓零件的编程与加工,任务实施 一、工艺与编程 1.工艺分析 分析零件图，明确加工内容，如图3. 35所示。 此零件选用50 mm x 50 mm的45钢。 毛坯的余量:毛坯的余量在X轴、Y轴、Z轴方向上各余4 mm ,满足数控加工的背吃刀量。 机床:数控铣床。 工件的装夹:使用机用虎钳直接装夹零件。 确定零件加工
15、顺序与进给路线。,上一页,下一页,返回,任务6内轮廓零件的编程与加工,起刀点为矩形上端面正中心，首先铣出一个直径为小30的圆(如 图3. 35所示)，然后再沿着花形内轮廓将内轮廓铣削出花形。 2.刀具的选择 此次加工的是内轮廓零件，结合零件实际情况，需要一把直径为小10的立铣刀，如表3.5所示 3.编制NC程序 二、技能训练 三、检查与评价 1.评分表 检验者验收零件，加工者与检验者共同评价本次加工任务的完成情况，评分表见表3. 6。,上一页,下一页,返回,任务6内轮廓零件的编程与加工,2.评估优化 知识拓展 铣刀半径必须小于或等于工件内轮廓凹圆弧最小半径，否则无法加工出内轮廓圆弧，机床中半径
16、参数设置也不能大于内轮廓圆弧半径，否则会发生报警。 加工内轮廓尽可能采用顺铣以提高表面质量。 平面内轮廓加工尽可能采用行切、环切相结合的路线，并从里往外加工，既可缩短切削时间又可保证加工表面质量。 内轮廓无法加工预制孔，精加工时用立铣刀根据螺旋方式下刀或采用键槽铣刀替代。,上一页,下一页,返回,任务6内轮廓零件的编程与加工,机床中半径参数值设置越大，内轮廓尺寸越小，与外轮廓刚好相反。 工件装夹在平口钳上应校平上表面，否则深度尺寸不易控制;也可在对刀前(或程序中)用盘铣刀铣平工件上表面。,上一页,返回,任务7内外轮廓零件的编程与加工,任务导入 用数控铣床(加工中心)完成如图3. 39所示零件内外轮廓的铣削加工，零件尺寸为75 mm x 75 mm，材料为45钢。 知识链接 内外轮廓零件铣削加工工艺 1.轮廓加工方案的选择 轮廓多由直线和圆弧或各种曲线构成，主要采用立铣刀加工，为保证加工面光滑，刀具应沿轮廓线切线切入与切出。 2.内外轮廓铣削工艺方案类型 1)先外后内的工艺方案 2)先内后外的工艺方案,下一页,返回,任务7内外轮
