1、模块四轮 廓 加 工课题一平 面 加 工【学习目标】1.知识目标了解平面铣刀的选用。了解米、英制尺寸设定指令。掌握进给速度单位设定指令(G94、G95)。掌握平面铣削工艺的制定及编程方法。掌握平面铣削方法。掌握平面质量控制方法。完成图4-1-1、图4-1-2所示零件,材料为硬铝,8课时。2.技能目标图4-1-1零件图图4-1-2三维效果图一、编程指令1.米、英制尺寸设定指令表4-1-1法那克系统与西门子系统米、英制设定指令代码本教材所用数控系统采用米制尺寸输入指令,程序启动时指令生效。法那克系统与西门子系统米、英制尺寸输入编程示例见表4-1-2。【知识学习】表4-1-2法那克系统与西门子系统米
2、、英制尺寸输入编程示例2.进给速度单位设定指令例N10 G94 F100;进给速度为100mm/min ;N100 S400 M3;主轴正转,转速为400r/minN110 G95 F0.5;进给速度为0.5mm/r每分钟进给量与每转进给量关系vf=nf式中vf每分钟进给量;n主轴转速;例每转进给量为0.15mm/r,主轴转速为1000r/min,则每分钟进给速度vf=nf=0.151000mm/min=150mm/min。1.工、量、刃具选择图4-1-3硬质合金面铣刀二、加工工艺分析本次课题采用?20mm键槽铣刀和?20mm立铣刀替代面铣刀,粗加工用键槽铣刀铣平面,精加工用立铣刀侧边下刀铣平
3、面。2.加工工艺方案表4-1-3工、量、刃具清单图4-1-4端面铣削方式a)对称铣削b)不对称逆铣c)不对称顺铣端面对称铣削:面铣刀轴线位于铣削弧长的中心位置;铣刀切入点到铣刀轴线位置为切入部分(切入角为),切削厚度由小变大,相当于逆铣。铣刀轴线到铣刀切出点为切出部分(切出角为-),切削厚度由大变小,相当于顺铣。端面不对称铣削:端面不对称铣削又分为不对称顺铣和不对称逆铣两种;当切入部分多于切出部分(或切入角大于切出角-)为不对称逆铣,如图4-1-4b所示;切出部分大于切入部分(或切入角小于切出角-)为不对称顺铣,如图4-1-4c所示;其中不对称逆铣对刀具损坏影响最大,不对称顺铣对刀具损坏影响最
4、小。(2)平面铣削工艺路径平面铣削加工路径有:通常粗铣平面采用往复平行切削法,切削效果好,空刀时间少。精铣平面采用单向平行切削路径,表面质量易于保证。图4-1-5平面铣削路径粗、精加工上表面。粗、精加工下表面,控制厚度尺寸。粗、精加工左(右)侧面。粗、精加工右(左)侧面,控制长度尺寸。粗、精加工前(后)侧面。粗、精加工后(前)侧面,控制宽度尺寸。(4)合理切削用量选择加工材料为硬铝,硬度较低,切削力较小,粗铣背吃刀量除留精铣余量外,一刀切完。表4-1-4粗、精铣平面切削用量三、参考程序编制1.工件坐标系建立该工件形状较为简单,易于数控编程,工件坐标系原点取在工件左下角上表面顶点处,刀具加工起点
5、选在距工件上表面10mm处。2.刀心坐标计算本课题粗铣采用往复平行切削法,精加工采用单向平行切削法;下刀起点在(-15、0)处,行距为18mm(行距一般取铣刀直径50%90%),如图4-1-5所示;编程时直接用刀心运动轨迹坐标编程。左右刀心坐标见表4-1-5。表4-1-5左右刀心点坐标(单位:mm)表4-1-7子程序用加工中心加工时,只需把手动换刀指令换成自动换刀指令即可,即把N170段指令转成自动换刀指令M6 T2。一、加工准备二、对刀 X、Y方向对刀X、Y方向采用试切法对刀,将机床坐标系原点偏置到工件坐标系原点上,通过对刀操作得到X、Y偏置值输入到G54中,G54中Z坐标输入0。【技能训练
6、】法那克系统:把基础坐标系中Z方向值变为+50mm,进行空运行或用机床锁住功能进行空运行,观察程序运行情况及加工轨迹;空运行结束后,取消空运行设置。通过机床锁住功能进行空运行后机床应重回参考点。西门子系统:设置空运行和程序测试有效,打开程序,选择AUTO(自动加工)模式,按下数控启动键,观察程序运行情况。用仿真软件在计算机上进行仿真练习,测试程序及加工情况。三、空运行及仿真加工时先安装粗加工键槽铣刀进行粗加工,遇M0、M5指令后换精加工刀具进行精加工。当上表面加工完成后,加工下表面时应通过“试测法”进行工件高度尺寸的控制;具体做法如下:换精加工刀具时设置刀具长度补偿值(或长度磨损值)后运行精加
7、工程序,精加工完成后用游标卡尺测量高度尺寸,根据实际尺寸修调长度补偿值(或长度磨损值)再重新运行精加工程序以保证高度尺寸的正确。例如,刀具长度磨损值为+0.30mm,假设精加工后测得高度2mm的实际尺寸为25.30mm,比图样要求尺寸还大0.200.30mm,取中间值0.25mm,则把刀具长度磨损值修改为0.30mm-0.25四、零件自动加工与尺寸控制mm=0.05mm,然后重新运行精加工程序即可保证高度尺寸合格。平行度、垂直度主要通过装夹工件来保证,装夹工件时应放平,校正。加工其它面时长度、宽度尺寸的控制方法同上。五、零件检测与评分零件加工后,进行尺寸检测,检测结果写入评分表中.六、加工结束
8、,拆下工件,清理机床。【资料链接】数控铣床(加工中心)夹具选择:数控铣床(加工中心)可以加工形状复杂的零件,但数控铣床(加工中心)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。选择铣床(加工中心)夹具时,通常需要考虑产品的生产批量、生产效率、质量保证及经济性。在产量小或研制时,应尽量采用组合夹具或通用夹具;小批量或成批生产时可考虑采用专用夹具;生产批量较大时,可考虑采用多工位夹具或气动、液压夹具。1.铣刀直径?20mm,主轴转速为1000r/min,每分钟进给速度为70mm/min,则每转进给速度是多少?图4-1-65题图【思考与练习】课题二平面外轮廓加工【学习目标】1.知
9、识目标掌握圆弧过渡、直线过渡指令及编程。掌握刀具半径补偿指令及使用。掌握平面外轮廓切向切入、切出方式。掌握平面外轮廓加工工艺的制定方法。掌握平面外轮廓加工方法及尺寸控制。会解决平面外轮廓多余材料的处理方法。完成图4-2-1、图4-2-2所示零件,材料为硬铝,12课时。2.技能目标 一、编程指令1.倒圆、倒角指令图4-2-2三维效果【知识学习】表4-2-1法那克系统与西门子系统倒角、倒圆指令格式表4-2-2法那克系统与西门子系统刀具半径补偿指令格式其中,X、Y为建立刀具半径补偿(或取消刀具半径补偿)时目标点坐标;D为刀具半径补偿号。刀具半径左补偿、右补偿方向判别:在补偿平面内,沿着刀具进给方向看
10、,刀具在轮廓左边用左补偿;沿着刀具进给方向看,刀具在轮廓右边,用右补偿,如图4-2-3所示。图4-2-3刀具半径补偿图4-2-4刀具轨迹(4)指令使用刀具补偿过程中运动轨迹可分为:建立刀具半径补偿、使用刀具半径补偿、撤消刀具半径补偿三个步骤。图4-2-5 如图4-2-6所示,工件铣削深度3mm,建立刀补前的刀具位置坐标为(-15,-20),采用刀具半径右补偿,则加工程序为(法那克系统与西门子系统程序相同)。图4-2-6应用实例(5)指令使用说明二、加工工艺分析1.工、量、刃具选择表4-2-3工、量、刃具清单表4-2-3工、量、刃具清单图4-2-9切入与切出加工中,用键槽铣刀粗加工立铣刀精加工手
11、动铣削剩余岛屿材料或编程铣削剩余岛屿材料。精加工(轮廓)余量用刀具半径补偿控制;精加工尺寸精度由调试参数值控制。合理切削用量的选择加工材料为硬铝,硬度低,切削力较小,粗铣深度除留精铣余量外,一刀切完;切削速度选择较高,进给速度5080mm/min,具体见表4-2-4。表4-2-4铣削外轮廓合理切削用量表4-2-5各点坐标(单位:mm)表4-2-5各点坐标(单位:mm)表4-2-6主程序表4-2-7子程序表4-2-7子程序用加工中心加工时,只需把手动换刀指令换成自动换刀指令即可,即N70段程序改成自动换刀指令M6 T2。【资料链接】使用刀具半径补偿指令加工内、外轮廓和内角时,常出现以下几种临界加
12、工情况引起的过切现象。表4-2-7子程序图4-2-12过切(三)【技能训练】一、加工准备图4-2-13法那克系统画面图4-2-14西门子系统画面二、对刀操作 X、Y方向对刀X、Y方向采用试切法对刀,将机床坐标系原点偏置到工件坐标系原点上,通过对刀操作得到X、Y偏置值输入到G54中,G54中Z坐标输入0。三、机床刀具半径补偿值的调整 采用刀具半径补偿功能时,机床中刀具半径补偿值应作相应调整,调整方法如下:法那克系统:按(参数)键,按(补正)软键出现如图4-2-13画面;把光标移动至所用刀具号的(形状)D处,输入刀具半径值“8”,按输入软键即可。西门子系统:按功能切换键,按软键,按软键出现图4-2
13、-14画面,按T选择刀具号,按D选择刀沿号,再把光标移至半径-几何尺寸位置,输入半径值“8”,按回车键即可。四、空运行及仿真 1)法那克系统:调整机床刀具半径补偿值,把基础坐标系中Z方向值变为“+50”,打开程序,选择MEM工作模式,按下空运行按钮,按循环启动按钮,观察加工情况及程序运行情况;或用机床锁住功能进行空运行。空运行结束后,使空运行按钮复位。用仿真软件在计算机上进行仿真练习,测试程序及加工情况。五、零件自动加工及尺寸控制加工时先用?16mm键槽铣刀进行粗加工,后用?16mm立铣刀进行精加工。因粗、精加工轮廓子程序相同,故粗加工轮廓时把机床中刀具半径补偿值设置为8.3mm,轮廓留0.3
14、mm精加工余量,深度方向也留0.3mm精加工余量,由程序控制。用立铣刀精加工时机床中刀具半径补偿值先设置为8.2mm,运行完精加工程序后,根据轮廓实测尺寸再修改机床中刀具半径补偿值,然后重新运行精加工程序,以保证轮廓尺寸符合图样要求,具体做法如下:若第一次运行精加工程序后,用游标卡尺测得轮廓7mm实际尺寸为70.55mm,比图样要求尺寸还大0.450.55mm,单边大0.2250.275mm(取中间值0.25mm),则机床中刀具半径补偿值应修改为8.2mm-0.25mm=7.95mm,然后重新运行精加工程序进行精加工,即可保证轮廓尺寸符合要求深度尺寸也用类似方法进行控制,通过设置长度补偿值(或
15、长度磨损值)第一次精加工程序运行后,测量实际深度尺寸,再修改长度补偿值(或长度磨损值),然后重新运行精加工程序以保证深度尺寸。六、零件检测与评分程序执行完毕后,进行尺寸检测,检测结果写入评分表中。七、加工结束,拆下工件,清理机床【操作注意事项】编程时采用刀具半径补偿指令,加工前应设置好机床中半径补偿值,否则刀具将不按半径补偿加工。课题三平面内轮廓加工【学习目标】1.知识目标了解回参考点指令和回固定点指令。掌握平面内轮廓加工进给路线的制定方法。掌握平面内轮廓加工刀具及合理切削用量的选择。会用CAD软件查找基点坐标。掌握平面内轮廓加工方法。掌握平面内轮廓尺寸控制方法。2.技能目标完成图4-3-1、
16、图4-3-2所示的零件,材料为硬铝,8课时。图4-3-2三维效果图【知识学习】一、编程指令1.回参考点指令表4-3-1法那克系统与西门子系统回参考点指令格式表4-3-2法那克系统与西门子系统回固定点指令格式二、加工工艺分析1.工、量、刃具选择表4-3-3工、量、刃具清单本课题由于内轮廓余量不多,选择环切法并由里向外加工,加工中行距取刀具直径的50%90%左右,加工路线如图4-3-6所示。刀具由1234563789101112131471的顺序按环切方式进行加工,刀具从点3运行至点7时建立刀具半径补偿,加工结束时刀具从点7运行至点1过程中取消刀具半径补偿。合理切削用量的选择加工材料为硬铝,切削力
17、较小,铣削深度除留0.3mm精加工余量,其余一刀切完;切削速度可选较高,进给速度5080mm/min,垂直进给速度较小,具体见表4-3-4。表4-3-4粗、精铣切削用量选择表4-3-5基点及环切时各点坐标(单位:mm)表4-3-6程序示例表4-3-6程序示例表4-3-7子程序表4-3-7子程序用加工中心加工时,只需把手动换刀指令换成自动换刀指令即可,即主程序中N70程序换成自动换刀指令M6 T02。【资料链接】型腔类零件下刀方法: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。一般根据具体情况采用以下几种方法进行加工:用钻头在铣刀下刀位置预钻一个孔,铣刀在预钻孔位置下刀进行型腔
18、的铣削。此方法对铣刀种类没有要求,下刀速度不用降低,但需增加一把钻头,也增加了换刀和钻孔时间。用键槽铣刀(或有端面刃的立铣刀)直接垂直下刀进给,再进行型腔铣削。此方法下刀速度不能过快,否则会产生振动,损坏切削刃。使用X/Y和Z方向的线性坡切削下刀,达到轴向深度后再进行型腔铣削,此方法适宜加工宽度较窄的型腔。螺旋下刀,铣刀在下刀过程中沿螺旋线路径下刀,它产生的轴向力小,工件加工质量高,对铣刀种类也没什么要求,是最佳下刀方式。一、加工准备 二、对刀操作 X、Y方向对刀X、Y方向采用试切法对刀,将机床坐标系原点偏置到工件坐标系原点上,通过对刀操作得到X、Y偏置值输入到G54中,G54中Z坐标为0。三
19、、空运行及仿真法那克系统:调整机床中刀具半径补偿值,把基础坐标系中Z方向值变为“+50”,打开程序,选择MEM工作模式,按下空运行按钮,按数控启动按钮,观察程序运行及加工情况;或用机床锁住功能进行空运行,空运行结束后,使空运行按钮复位。西门子系统:调整机床中刀具半径补偿值,设置空运行和程序测试有效,打开程序,选择AUTO(自动加工)模式,按下数控启动键,观察程序运行情况。用仿真软件在计算机上进行仿真练习,测试程序及加工情况。四、零件自动加工及尺寸控制加工时先用?10mm键槽铣刀进行粗加工,后用?10mm立铣刀进行精加工。因粗、精加工轮廓子程序相同,故粗加工轮廓时把机床中刀具半径补偿值设置为5.
20、3mm,轮廓留0.3mm精加工余量,深度方向留0.3mm精加工余量,由程序控制。用立铣刀精加工时机床中刀具半径补偿值先设置为5.2mm,运行完精加工程序后,根据轮廓实测尺寸再修改机床中刀具半径补偿值,然后重新运行精加工程序,以保证轮廓尺寸符合图样要求,零件加工完毕后,进行尺寸检测,检测结果写入评分表中(表4-3-8)。五、零件检测与评分表4-3-8平面内轮廓加工评分表表4-3-8平面内轮廓加工评分表六、加工结束,拆下工件,清理机床【操作注意事项】铣刀半径必须小于或等于工件内轮廓凹圆弧最小半径的大小,否则无法加工出内轮廓圆弧。机床中半径参数设置也不能大于内轮廓圆弧半径,否则会发生报警。课题四轮廓
21、综合加工【学习目标】1.知识目标掌握轮廓综合加工工艺制定方法。了解相同形状内、外轮廓的编程方法。2.技能目标掌握轮廓综合加工方法。会进行相同形状内、外轮廓的加工。进一步掌握轮廓尺寸控制方法。完成图4-4-1、图4-4-2所示零件,材料为硬铝,10课时。【知识学习】一、编程知识 使用刀具半径补偿指令时,当机床中刀具半径参数值为正,刀具沿工件外轮廓运行;刀具半径参数值为负,刀具将沿工件内侧运行。图4-4-3a所示为机床中刀具半径参数值为正时的刀具中心轨迹;图4-4-3b所示为机床中刀具半径参数值为负值时的刀具中心轨迹,此时G41、G42指令互换。用此方法可加工凹、凸配合形状零件或相同形状的内、外轮
22、廓(如薄壁件),且它们之间的间隙(厚度)可通过调节半径参数值大小来控制。二、加工工艺分析1.工、量、刃具选择表4-4-1综合轮廓加工工、量、刃具清单图4-4-4加工路线内轮廓无法沿轮廓切线延长线方向切入、切出,只能沿法向(或圆弧)切入、切出,此处沿法线方向切入、切出,刀具由O运行至1时建立刀具半径补偿,然后沿着下列次序运行:123456789101112131O,在刀具由1运行至O点时取消刀具半径补偿。外轮廓沿切线延长线方向切入、切出,路线:14151234567891011121311617,在切入前建立刀具半径补偿,切出后取消刀具半径补偿。其它轮廓路线为:1718192021;142223
23、2425;2627(2)合理切削用量选择加工材料为硬铝,粗铣铣削深度除留0.3mm精铣余量,其余一刀切完。表4-4-2粗、精铣削用量表4-4-3基点坐标(单位:mm)主程序(法那克系统程序名“O0440”;西门子系统程序名“XX440.MPF”)见表4-3-4。表4-3-4主程序表4-3-4主程序表4-3-4主程序表4-3-4主程序表4-3-4主程序表4-3-4主程序表4-3-4主程序环形轮廓子程序(法那克系统子程序名“O0010”;西门子系统子程序名“L10.SPF”)见表4-3-5。表4-3-5子程序加工环形内、外轮廓可通过调用不同刀具半径补偿号实现,本课题粗加工刀具半径补偿值为D1=6.
24、3mm,D3=-9.3mm,精加工刀具半径补偿值为D2=6mm,D4=-9mm。【技能训练】一、加工准备二、对刀操作 X、Y方向对刀X、Y方向采用试切法对刀,将机床坐标系原点偏置到工件坐标系原点上,通过对刀操作得到X、Y偏置值输入到G54中,G54中Z坐标输入0。三、空运行及仿真 1)法那克系统:设置好机床中刀具半径补偿值,把基础坐标系中Z方向值变为“+50”,打开程序,选择MEM工作模式,按下空运行按钮,按循环启动按钮,观察程序运行情况;或用机床锁住功能进行空运行,空运行结束后,使空运行按钮复位。四、零件自动加工及尺寸控制粗加工时通过设置刀具半径补偿值留0.3mm精加工余量,深度方向精加工余量由程序控制。精加工时刀具半径补偿值应设置合理,深度方向长度补偿值(或长度磨损值)设置也应合理;精加工程序运行后,通过实测轮廓尺寸和深度尺寸,进一步修调刀具半径补偿值和长度补偿值(或长度磨损值),然后重新运行精加工程序以控制尺寸精度。五、零件检测与评分零件加工完毕后,检测尺寸,检测结果写入评分表中(表4-4-6)。表4-4-6轮廓综合加工评分表表4-4-6轮廓综合加工评分表六、加工结束,拆下工件,清理机床【操作注意事项】精加工余量是通过设置不同刀具半径补偿值来实现的,精加工尺寸控制也是通过实际测量尺寸和调节刀具半径补偿值来控制的,操作中注意及时调整刀具半径补偿值。
