1、目录第1单元加工中心、数控铣床操作基础第2单元简单零件铣削第3单元轮廓铣削第第4 4单元规则轮廓铣削单元规则轮廓铣削第5单元孔加工第6单元中级工模拟考核第7单元复杂零件的铣削第8单元多轴加工及生产加工第9单元高级工模拟考核第4单 元规则轮廓铣削4.1环形分布轮廓铣削4.2旋转轮廓铣削4.3对称轮廓铣削4.4比例缩放轮廓铣削4.5综合训练4.1环形分布轮廓铣削【教学指导】使学生掌握极坐标编程的格式。使学生能够用极坐标指令编写环形分布轮廓的加工程序。4.1环形分布轮廓铣削【预备知识】本单元所讲述的极坐标指令、旋转指令、镜像指令、缩放指令的功能全部可以用前述的指令代替，只是在某些合适的情况下用这些指
2、令编程，可以使程序简单。需要掌握这些指令的应用场合、格式和注意事项。4.1环形分布轮廓铣削1.极坐标指令（G15、G16）通常情况下，一般使用直角坐标系（X，Y，Z）。如果一个工件（或一个部件）的尺寸以到一个固定点（极点）的半径和角度来标注时，使用极坐标系来编程加工就比较简单。使用极坐标指令后，坐标值以极坐标方式指定，即以极坐标半径和极坐标角度来确定点的位置。4.1环形分布轮廓铣削4.1环形分布轮廓铣削（2）说明1）极坐标半径。当使用G17、G18、G19选择好加工平面后，用所选平面的第一轴地址来指定。2）极坐标角度用所选平面的第二坐标地址来指定极坐标角度，极坐标的零度方向为第一坐标轴的正方向
3、，逆时针方向为角度方向的正向。3）G15、G16为模态指令，是同一组的，可以相互注销，G15为默认状态。4.1环形分布轮廓铣削4）处于不同加工平面的极坐标半径与极角指定及极坐标轴的确定取决于G17、G18、G19指定的加工平面。当用G17指定加工平面时，+X轴为极轴，程序中的X坐标指令极半径，Y坐标指令极角，Z坐标含义不变。当用G18指定加工平面时，+Z轴为极轴，程序中的Z坐标指令极半径，X坐标指令极角，Y坐标含义不变。4.1环形分布轮廓铣削当用G19指定加工平面时，+Y轴为极轴，程序中的Y坐标指令极半径，Z坐标指令极角，Z坐标含义不变。极坐标原点指定方式有两种：一种是以工件坐标系的零点作为极
4、坐标原点，用G90指定，是绝对值编程；另一种是以刀具当前的位置作为极坐标系原点，用G91指定，是增量值编程。4.1环形分布轮廓铣削（3）极坐标指令编程方法极坐标指令编程可以使用绝对值极坐标编程方法，也可以使用增量值极坐标编程方法。1）绝对值极坐标编程。绝对值极坐标编程是以工件坐标系零点作为极坐标系原点，极坐标半径值是指终点坐标到编程原点的距离；其角度值是指终点坐标与编程原点的连线与第一轴之间的夹角，如图4-1-1所示。4.1环形分布轮廓铣削4.1环形分布轮廓铣削2）增量值极坐标编程。增量值极坐标编程是以刀具当前位置作为极坐标系原点，极坐标半径值是指终点到刀具当前位置的距离；其角度值是指前一坐标
5、原点与当前极坐标系原点之间的连线与当前运动轨迹之间的夹角，如图4-1-2所示。4.1环形分布轮廓铣削4.1环形分布轮廓铣削（4）注意事项1）建立了极坐标后，其后续的X、Y、Z值有两个不是直角坐标系下原来意义上的值，而是表示角度和半径，具体是角度还是半径，要看所在的平面而定。当用G17指定加工平面时，+X轴为极轴，程序中的X坐标表示极半径，Y坐标表示极角，Z坐标不变。4.1环形分布轮廓铣削2）当加工轮廓完成后，要及时使用极坐标取消指令取消极坐标，然后再取消刀具半径补偿。否则，后续程序还是以极坐标运行。3）当使用增量值极坐标编程时，一定要弄清楚极坐标的半径值和极坐标角度值的含义和计算方法，否则会出
6、现废品。4）所加工的轮廓形状为在一个圆环上或同心圆周上分布时，使用极坐标才方便。4.1环形分布轮廓铣削2.数控铣削切削用量选择数控铣削的切削用量包括切削速度vc、进给速度vf和吃刀深度ap。切削用量的选择方法是考虑刀具的耐用度，先选取吃刀深度，其次确定进给速度，最后确定切削速度。4.1环形分布轮廓铣削（1）吃刀深度ap（端铣）端铣吃刀深度的选取主要由加工余量和对表面粗糙度的要求决定。工件表面粗糙度要求为Ra3.2mRa12.5m，分粗铣和半精铣两步铣削加工，粗铣后留半精铣余量0.51.0mm。工件表面粗糙度要求为Ra0.8mRa3.2m，可分粗铣、半精铣、精铣三步铣削加工。半精铣时端铣吃刀深度
7、取1.52mm，精铣时端铣吃刀深度取0.51mm。4.1环形分布轮廓铣削（2）进给速度vf进给速度指单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mm/min。它与铣刀转速n（单位为r/min）、铣刀齿数Z及每齿进给量fz（单位为mm/z）有关。进给速度的计算公式：vffzZn4.1环形分布轮廓铣削（3）切削速度vc铣削的切削速度与刀具耐用度T、每齿进给量fz、背吃刀量ap、侧吃刀量ac以及铣刀齿数Z成反比，与铣刀直径d成正比。其原因是fz、ap、ac、Z增大时，使同时工作的齿数增多，刀刃负荷和切削热增加，加快刀具磨损，因此刀具耐用度限制了切削速度的提高。如果加大铣刀直径则可以改善散热条件，
8、相应提高切削速度。4.1环形分布轮廓铣削4.1环形分布轮廓铣削【讲解知识】完成图4-1-3所示零件的加工，材料为铝合金（LY12），尺寸为100mm100mm20mm。1.图样分析该零件需要加工的是一个正五边形，对于正多边形来说其每一个顶点到中心的距离都是相同的，只是角度有变化，比较适合用极坐标编程。具体角度变化如图4-1-4所示。2.程序详解4.1环形分布轮廓铣削4.1环形分布轮廓铣削【训练内容】采用极坐标方式编程，完成图4-1-5所示零件的加工，材料为铝合金（LY12），尺寸为100mm100mm20mm。4.1环形分布轮廓铣削4.1环形分布轮廓铣削【讨论与总结】极坐标编程与直角坐标系编程
9、方法有何区别？有何优缺点？适用于什么情况？试用直角坐标系编程加工以上零件，体会两种坐标系编程的差别。根据不同的加工材料，从刀具角度、切削用量、冷却液等几个方面讨论提高加工零件的表面粗糙度的方法。4.2旋转轮廓铣削【教学指导】使学生掌握旋转指令的适用情况。使学生掌握旋转指令的格式，能按照图样利用旋转指令编写程序。使学生熟练掌握保证加工精度的方法。4.2旋转轮廓铣削【预备知识】1.坐标系旋转功能该指令可使编程图形按照指定旋转中心及旋转方向旋转一定的角度，G68表示开始坐标系旋转，G69用于取消旋转功能。4.2旋转轮廓铣削（1）格式G17G68XYR；在XY平面旋转G18G68XZR；在XZ平面旋转
10、G19G68YZR；在YZ平面旋转G69 取消旋转功能4.2旋转轮廓铣削其中：XY或XZ或YZ：旋转中心的坐标值，省略时，G68指令认为当前的位置即为旋转中心。R：旋转角度，单位是“度（）”，如果是以“分（）”、“秒（）”为单位的要换算成带小数的“度（）”。逆时针旋转为正，顺时针旋转为负。4.2旋转轮廓铣削（2）注意事项1）G68程序段后的第一个程序段必须使用绝对值编程，才能确定旋转中心。如果这一程序段为增量编程，那么系统将以当前位置为旋转中心，按G68给定的角度旋转坐标。G69取消后的第一个程序段也必须用绝对值编程。2）坐标旋转后，刀具半径补偿按照旋转后的轮廓进行补偿，如图4-2-1所示。4
11、.2旋转轮廓铣削4.2旋转轮廓铣削3）G68、G69为模态指令，是同一组的，可以相互注销，G69为默认状态。4）在坐标旋转状态下，返回参考点指令（G27、G28、G29、G30）和改变坐标系指令（G52G59、G92）不能指定。如果要指定其中的某一个，则必须取消坐标旋转指令后指定。4.2旋转轮廓铣削2.顺铣与逆铣用铣刀圆周上的切削刃来铣削工件的方法叫做周铣，用铣刀端面上的切削刃来铣削工件的方法叫做端铣。周铣有两种铣削方式：1）逆铣法：铣刀的旋转切入方向和工件的进给方向相反（逆向），如图4-2-2a所示。2）顺铣法：铣刀的旋转切入方向和工件的进给方向相同（顺向），如图4-2-2b所示。4.2旋转
12、轮廓铣削4.2旋转轮廓铣削顺铣法顺铣法切入时的切削厚度最大，然后逐渐减小到零，因而避免了在已加工表面的冷硬层上滑走的过程。实践表明，顺铣法可以提高铣刀耐用度23倍，工件的表面粗糙度值可以降低些，尤其在铣削难加工材料时，效果更为显著。但遇到加工表面有硬皮，也会加速刀齿磨损。在逆铣时，切削厚更由零逐渐增大，刀齿在加工表面上挤压、滑行，切不下切屑，使已加工表面产生严重冷硬层。4.2旋转轮廓铣削逆铣法逆铣时每齿所产生的水平分力均与进给方向相反，使铣刀工作台的丝杠与螺母在进给方向一侧始终接触，铣削较平稳。而顺铣时，水平分力与进给方向相同，铣削过程中切削面积也是变化的，因此，水平分力也是忽大忽小的，由于进
13、给丝杠和螺母之间不可避免地有一定间隙，故当水平分力超过铣床工作台摩擦力时，使工作台带动丝杠向前窜动，造成工作台颤动和进给不均匀，严重时会使铣刀崩刃。4.2旋转轮廓铣削一般情况下，尤其是粗加工或是加工有硬皮的毛坯时，多采用逆铣。精加工时，加工余量小，铣削力小，不易引起工作台窜动，可采用顺铣。鉴于顺铣的优点和数控铣削的特点，在数控铣削中，宜采用顺铣加工，如转速正转的话，加工外轮廓时用左刀补（G41），加工内轮廓时用右刀补（G42）。4.2旋转轮廓铣削【讲解知识】用坐标旋转指令完成图4-1-3所示零件的加工，材料为铝合金（LY12），尺寸为100mm100mm20mm4.2旋转轮廓铣削4.2旋转轮廓
14、铣削1.图样分析该零件需要加工的是一个正五边形，该图形的A点坐标相当于X轴上（40，0）点旋转了306，B点坐标相当于X轴上（40，0）点旋转了234，C点坐标相当于X轴上（40，0）点旋转了162，D点坐标相当于X轴上（40，0）点旋转了90，E点坐标相当于X轴上（40，0）点旋转了18，因此也可采用坐标旋转方式来完成该零件的加工。2.程序详解4.2旋转轮廓铣削【训练内容】1）用旋转指令完成图4-1-3所示零件的加工，材料为铝合金（LY12），尺寸为100mm100mm20mm2）用旋转指令完成图4-2-3所示零件的加工，材料为铝合金（LY12），尺寸为100mm100mm15mm。4.2旋
15、转轮廓铣削4.2旋转轮廓铣削【讨论与总结】旋转编程有何优点？适用于什么情况？旋转编程与极坐标编程方法有何区别？4.3对称轮廓铣削【教学指导】使学生掌握镜像指令的适用情况。使学生掌握镜像指令的格式，能按照图样利用镜像指令编写程序。使学生能够在保证加工精度的前提下提高加工效率。4.3对称轮廓铣削【预备知识】1.可编程镜像指令用可编程镜像指令可实现坐标轴的对称加工。当工件相对于某一轴具有对称形状时，可以只对工件的一部分编程，利用可编程镜像功能和子程序，加工出工件的对称部分，以达到简化编程的目的。4.3对称轮廓铣削（1）格式G51.1 XYZ；镜像建立M98 P；调用子程序G50.1；镜像取消说明：1
16、）G51.1与G50.1均为模态指令，G50.1为默认状态。在用G51.1建立任意坐标轴的镜像以后，其后该轴的运动方向均与编程方向相反，直到用G50.1取消为止。4.3对称轮廓铣削4.3对称轮廓铣削2）XYZ为镜像对称点的位置，没有指定的坐标轴不受镜像的影响。在实际工作中，一般Z轴不需要使用镜像。3）在指定平面内执行镜像加工指令后，如果程序中有圆弧指令，则圆弧底旋转方向相反，即G02变成G03，G03变成G02。4）在指定平面内执行镜像加工指令后，如果程序中有刀具半径补偿指令，则刀具半径补偿的偏置方向相反，即G41变成G42，G42变成G41。4.3对称轮廓铣削5）在指定平面内执行镜像加工指令
17、后，如果程序中有旋转指令，则旋转方向相反，即顺时针变成逆时针，逆时针变成顺时针。6）在镜像状态中，返回参考点指令（G27G30）和改变坐标系指令（G52G59、G92）不能使用。如果要使用其中的某一个，则必须在取消镜像指令后使用。7）镜像功能实际是数控系统控制机床坐标轴向相反的方向运动，所谓“可编程镜像”是用程序控制的镜像功能，以区别于按钮控制或系统参数控制的镜像功能。4.3对称轮廓铣削（2）编程实例4.3对称轮廓铣削2.5S管理5S就是整理（SEIRI）、整顿（SEITON）、清扫（SEISO）、清洁（SETKETSU）、素养（SHITSUKE）五个项目。整理：清理工作现场，区别要与不要的东
18、西，只保留有用的东西，撤除不需要的东西。整顿：把要用的东西，按规定位置摆放整齐，并做好标识进行管理。4.3对称轮廓铣削清扫：将不需要的东西清除掉，保持工作现场无垃圾、无污秽状态。清洁：维持以上整理、整顿、清扫后的局面，使工作人员觉得整洁、卫生。素养：通过进行上述4S的活动，让每个员工都自觉遵守各项规章制度，养成良好的工作习惯，做到“以厂为家、以厂为荣”。4.3对称轮廓铣削【讲解知识】编写图4-3-2所示零件的精加工程序并加工，材料为铝合金（LY12），尺寸为100mm100mm20mm。1.图样分析该零件需要加工的是两个圆弧凸台，并且是关于Y轴对称的，可只编写右侧的凸台加工程序，采用镜像指令完
19、成左侧凸台的加工。2.程序详解4.3对称轮廓铣削4.3对称轮廓铣削【训练内容】完成图4-3-3所示零件的加工，材料为铝合金（LY12），尺寸为100mm100mm20mm。要求：1）采用镜像指令编程。2）思考能否采用其他指令编写程序，并比较它们的区别。4.3对称轮廓铣削4.3对称轮廓铣削【讨论与总结】镜像编程有何优点？适用于什么情况？镜像编程与旋转编程、极坐标编程方法有何区别？4.4比例缩放轮廓铣削【教学指导】使学生掌握比例缩放指令的适用情况。使学生掌握比例缩放指令的格式，能按照图样利用比例缩放指令编写程序。使学生能够在保证加工精度的前提下提高加工效率。4.4比例缩放轮廓铣削【预备知识】1.比
20、例缩放功能比例缩放功能可使原编程尺寸按指定比例缩小或放大，以简化编程。（1）格式沿所有轴以相同的比例放大或缩小：G51 X Y Z P；M98 P；G50；4.4比例缩放轮廓铣削沿各轴以不同的比例放大或缩小G51 X Y Z I J K；M98 P；G50；其中：G51：缩放功能有效G50：缩放取消X Y Z：比例缩放中心坐标值（绝对值）4.4比例缩放轮廓铣削P：缩放比例。缩放后的图形坐标值（以比例缩放中心为坐标原点的坐标值）是原图形坐标值（以比例缩放中心为坐标原点的坐标值）的P/1000倍。P为缩放的比例系数，不能用小数点编程，以0.001为单位，“P2000”表示缩放比例为2倍。I J K
21、：分别对应X、Y、Z轴的缩放比例。当0I1时，X轴缩小；I1时，不变；I1时，X轴放大；当I0时，X轴既缩放又镜像，其中I-1时，X轴镜像，可代替G51.1指令。J、K分别对应Y、Z轴，与以上情况相同。此指令可用于平面缩放，也可用于空间缩放。4.4比例缩放轮廓铣削（2）说明1）在使用比例缩放指令以后又用坐标旋转指令，则坐标系旋转中心也被缩放，但旋转角度不被比例缩放。2）在比例缩放中进行圆弧插补，如果进行等比例缩放，则圆弧半径也缩放相同的比例；如果指定不同的缩放比例，则刀具不会走出椭圆轨迹，仍将进行圆弧插补，圆弧的半径根据I、J中的较大值进行缩放，缩放后的轮廓会与原轮廓有较大的差异。3）在比例缩
22、放状态中，返回参考点指令（G27G30）和改变坐标系指令（G52G59、G92）不能使用。如果要使用其中的某一个，则必须在取消比例缩放指令后使用。4.4比例缩放轮廓铣削4）FANUC系统的处理顺序是：可编程镜像（G51.1）比例缩放（G51，也包含因负的倍率引起的镜像）坐标旋转（G68）刀具半径补偿（G41/G42）。也就是说后面的指令可以在前面的指令模态下执行，反之则报警。所以在使用这些相关指令时，应该按顺序使用，取消时按照相反顺序取消。例如：在旋转指令或比例缩放指令中不能使用镜像指令，但在镜像指令中可以使用比例缩放指令或旋转指令。4.4比例缩放轮廓铣削5）在有刀具补偿的情况下使用该指令，先
23、进行缩放，然后才进行刀具半径和长度补偿。但刀具半径补偿和长度补偿不被缩放，保持不变。6）在镜像、比例缩放、坐标旋转后，机床的坐标值显示为刀具的实际位置的坐标值。4.4比例缩放轮廓铣削7）可编程镜像指令为模态指令，如果连续使用几个可编程镜像指令，中间可不必用取消指令，只在最后一个镜像指令后取消一次即可。比例缩放指令、坐标旋转指令均如此。8）不同的数控系统指令的用法不尽相同，即便是同一种数控系统其不同的型号和版本也不完全相同。为了搞清楚所用机床数控系统指令的详细用法，就需要去研读数控系统的编程说明书，还要在机床上去试验，搞清楚后一定要记下来，以便日后查阅。4.4比例缩放轮廓铣削2.行切和环切在数控
24、加工中，行切和环切是典型的两种走刀路线。一般来说，行切主要用于粗加工，在手工编程时多用于规则矩形平面、台阶面和矩形凹槽加工，对非矩形区域的行切一般用自动编程实现。环切主要用于轮廓的半精、精加工及粗加工，用于粗加工时，其效率比行切低，但可方便地用刀补功能实现。4.4比例缩放轮廓铣削环切加工是利用已有精加工刀补程序，通过修改刀具半径补偿值的方式，控制刀具从内外或从外向内，一层一层去除工件余量，直至完成零件加工。编写环切加工程序，需解决三个问题：环切刀具半径补偿值的计算。环切起点（下刀点）的确定。如何在程序中修改刀具半径补偿值。4.4比例缩放轮廓铣削水平圆柱面加工可采用行切加工。沿圆柱面轴向走刀，沿
25、圆周方向进刀（图4-4-1a）；走刀路线短，加工效率高，加工后圆柱面直线度好；用于模具加工，脱模力较大；程序可用宏程序或自动编程实现。沿圆柱面圆周方向走刀，沿轴向进刀（图4-4-1b）；走刀路线通常比前一方式长，加工效率较低，但用于大直径短圆柱则较好，加工后圆柱面轮廓度较好；用于模具加工，脱模力较小；程序可用子程序重复或宏程序实现，用自动编程加工效率太低。4.4比例缩放轮廓铣削4.4比例缩放轮廓铣削【讲解知识】完成图4-4-2所示零件的加工，材料为铝合金（LY12），尺寸为100mm100mm20mm。4.4比例缩放轮廓铣削4.4比例缩放轮廓铣削1.图样分析该零件需要加工的是两个方形凸台，两个凸台的形状完全相同，可考虑采用比例缩放的方式编写程序。2.程序详解4.4比例缩放轮廓铣削【训练内容】完成图4-4-3所示零件的加工，材料为铝合金（LY12），尺寸为100mm100mm20mm。4.4比例缩放轮廓铣削4.4比例缩放轮廓铣削【讨论与总结】比例缩放编程有何优点？适用于什么情况？Z向的比例是否也会缩放？查阅正交试验法相关资料，用正交试验法设计试验，研究加工零件表面粗糙度与刀具角度、切削速度、进给量、吃刀深度、切削液的关系，寻找最佳的加工工艺参数。4.5综合训练4.5综合训练4.5综合训练4.5综合训练4.5综合训练
