1、 学习目标学习目标 1.知识目标 理解局部坐标系概念；熟练应用子程序编程；掌握坐标轴偏移指令；掌握键槽加工工艺制定方法。2.技能目标 会选择键槽铣刀；掌握圆弧切向进刀方法；掌握键槽铣削方法及尺寸控制方法。模块五模块五 凹槽加工凹槽加工 课题课题1 键槽铣削键槽铣削 知识学习知识学习 一、编程指令 1.局部坐标系概念 如果工件在不同位置有重复出现的形状或结构，可把这一部分形状或结构编写成子程序，主程序在适当的位置调用、运行，即可加工出相同的形状和结构，从而简化编程。而编写子程序时不可能用工件坐标系，必须重新建立一个子程序的坐标系，这种在工件坐标系中建立的子坐标系称为局部坐标系。图5-1-3 如图
2、5-1-3所示：加工五个矩形槽，用子程序编程，方便快捷，工件坐标系XOY设置在左下角，而子程序坐标系，即局部坐标系则应设置在矩形槽中心，即X，0，Y，子程序中基点坐标是相对对于局部坐标系X，0，Y，（当前坐标系）而言，其坐标值计算方便、快捷。2.坐标系（可编程的）偏移指令（1）指令功能 通过编程将工件坐标系原点偏移到需要的位置，如偏移到局部坐标系原点上，使工件坐标系与局部坐标系重合。（2）指令格式 坐标系偏移指令格式见表5-1-1。表5-1-1法那克系统与西门子系统坐标系偏移指令格式图5-1-3系统法那克系统西门子系统指令格式G52 X Y Z ；坐标系偏移。G52 X0 Y0 Z0；取消坐标
3、系偏移G158 X Y Z；可编程的零点偏移G158；指令后面不跟坐标轴名称，表示取消当前的可编程零点偏移。表5-1-2法那克系统与西门子系统示例程序程序段号程序内容（法那克系统）程序内容（西门子系统）指令说明N10G0 G54 X0 Y0G0 G54 X0 Y0刀具移动到工件坐标系原点O点处N20G52 X20 Y20 Z0G158 X20 Y20 Z0将工件坐标系偏移到X20 Y20处N30G00 X0 Y0G00 X0 Y0在局部坐标（当前坐标）系中，刀具移动到X0 Y0处即槽1#几何中心点N40G52 X60 Y20 Z0G158 X60 Y20 Z0将工件坐标系偏移到X60 Y20处
4、N50G00 X0 Y0G00 X0 Y0在局部坐标（当前坐标）系中，刀具移动到X0 Y0处即槽2#几何中心点N60G52 X0 Y0 Z0G158取消坐标系偏移N70G00 X0 Y0G00 X0 Y0刀具移动到工件坐标系原点O点处（3）指令使用说明p坐标系偏移指令要求为一个独立程序段。p坐标系偏移指令可以对所有坐标轴零点进行偏移。p后面的偏移指令取代先前的偏移指令（即都是在工件坐标系基础上进行偏移）。p坐标系偏移指令有多种，可设定的偏移（如G54、G55等）、可编程的偏移等。p法那克系统说明书中常称G52指令为局部坐标系指令，其含义相同。二、加工工艺分析 1.工、量、刃具选择 （1）工具选
5、择：工件采用平口钳装夹，试切法对刀，其它工具见表5-1-3。（2）量具选择：轮廓尺寸、槽间距用游标卡尺测量，深度尺寸用深度游标卡尺测量，表面质量用粗糙度样板检测，另用百分表校正平口钳及工件上表面。具体规格、参数见表5-1-3。（3）刃具选择：刀具直径选择主要应考虑凹槽拐角圆弧半径值大小，本课题最小圆弧轮廓半径R5，所选铣刀直径应小于等于10，此处选8；粗加工用键槽铣刀铣削，精加工用能垂直下刀的立铣刀或用键槽铣刀替代。加工材料为硬铝，铣刀材料用普通高速钢铣刀即可，具体规格见表5-1-3。表5-1-3工、量、刃具清单工、量、刃具清单图号SKX5-1-1种类序号名称规格精度单位数量工具1平口钳QH1
6、35个12扳手把13平行垫铁副14塑胶榔头个1量具1游标卡尺0150mm0.02把12深度游标卡尺0200mm0.02把13百分表及表座010mm0.01个14粗糙度样板N0N112级副1刃具1键槽铣刀8个12立铣刀8个1 2.加工工艺方案 （1）加工工艺路线 槽1#、槽2#、槽3#尺寸完全一样，可编写一个子程序，调用三次。槽4#、槽5#尺寸完全一样可另编一子程序，调用二次；粗、精加工子程序分别编写，加工时分别调用。子程序坐标系（局部坐标系）建立在槽的几何中心上，工件坐标系建立在工件几何中心上，用坐标系偏移指令将工件坐标系原点偏移到局部坐标系原点上再调用子程序，加工各个槽。其中单个槽加工工艺如
7、下：1）圆弧切入、切出 槽加工与内轮廓加工类似无法沿轮廓延长线方向切入、切出，一般都沿法向切入、切出，也可沿槽内轮廓切向切入、切出；具体做法是沿内轮廓设置一过渡圆弧切入和切出工件轮廓，如图5-1-4加工圆形槽切入、切出路径。图5-1-5为加工键槽使用刀具半径补偿后再设置圆弧切入、切出路径。图5-1-5图5-1-4刀具半径补偿后再设置圆弧切入、切出路径。图5-1-5图5-1-4 2）铣削方向的确定 与内轮廓加工一样，顺铣时由于切削厚度由厚变薄，不存在刀齿滑行，刀具磨损少，表面质量较高；故一般都采用顺铣方式。当铣刀沿槽轮廓逆时针方向铣削时，刀具旋转方向与工件进给方向一致为顺铣如图5-1-5所示。3
8、）铣削路径铣削凹槽时仍采用行切和环切相结合的方式进行铣削，以保证能完全切除槽中余量，本课题由于凹槽宽度较小，铣刀沿轮廓加工一圈即可把槽中余量全部切除，故不需采用行切方式切除槽中多余余量。其中每一个槽，根据尺寸精度，表面粗糙度要求，分为粗、精两道加工路线；粗加工时，留0.3mm左右精加工余量，再精加工至尺寸。（2）合理切削用量选择 加工材料为硬铝，粗铣铣削深度除留精铣余量，其余一刀切完。切削速度可较高，进给速度选择50-80mm/min,具体见表5-1-4。表5-1-4粗、精铣削用量刀具工作内容 F(mm/min)n(r/min)高速钢键槽铣刀粗铣（T1）垂直进给深度方向留0.3mm精加工余量5
9、01000表面直线进给轮廓留0.3mm精加工余量701000表面圆弧进给轮廓留0.3mm精加工余量701000高速钢立铣刀精铣（T2）垂直进给501200表面直线进给601200表面圆弧进给601200 三、参考程序编制 1.工件坐标系建立 工件坐标系X、Y零点应建立在设计基准上，即建立在工件几何中心上；Z方向零点设置在工件上表面；子程序坐标系（局部坐标系）X、Y零点建立在键槽几何中心上，Z零点仍设置在工件上表面上。2.基点坐标计算 键槽几何中心在工件坐标系中的坐标见表5-1-5，即采用坐标系偏移指令偏移值。槽1（-20，20）槽2（0，0）槽3（20，-20）槽4（-20，-20）槽5（20
10、，20）图5-1-6子程序中局部坐标系为键槽几何中心，局部坐标系中基点A、B、C、D点（见图 主程序：法那克系统程序名“O0510”；西门子系统程序名“XX0510.MPF”程序段号程序内容（法那克系统）程序内容（西门子系统）动作说明N5G40 G90 G49 G80G40 G90 设置初始状态N10G54M3S1000T01 G54M3S1000T01D01 建立工件坐标系，选刀具N20G52 X-20 Y-20 Z0G158 X-20 Y-20 Z0工件坐标系偏移到槽4中心N30M98 P0020L20调用子程序粗加工槽4N40G52 X20 Y20 Z0G158 X20 Y20 Z0工件
11、坐标系偏移到槽5中心N50M98 P0020L20调用子程序粗加工槽5N60G52 X-20 Y20 Z0G158 X-20 Y20 Z0工件坐标系偏移到槽1中心N70M98 P0030L30调用子程序粗加工槽1N80G52 X0 Y0 Z0G158 取消坐标轴偏移N90M98 P0030L30调用子程序粗加工槽2N100G52 X20 Y-20 Z0G158 X20 Y-20 Z0工件坐标系偏移到槽3中心N110M98 P0030L30调用子程序粗加工槽3N120G52 X0 Y0 Z0G158 取消坐标轴偏移N130M5M5主轴停N140M0M0 程序停,手动换刀并改参数N150M3 S1
12、200 T02M3 S1200 T02 D02设置精加工参数N160G52 X-20 Y-20 Z0G158 X-20 Y-20 Z0工件坐标系偏移到槽4中心N170M98 P0200L200调用子程序精加工槽4N180G52 X20 Y20 Z0G158 X20 Y20 Z0工件坐标系偏移到槽5中心N190M98 P0200L200调用子程序精加工槽5N200G52 X-20 Y20 Z0G158 X-20 Y20 Z0工件坐标系偏移到槽1中心N210M98 P0300L300调用子程序精加工槽1N220G52 X0 Y0 Z0G158 取消坐标轴偏移N230M98 P0300L300调用子
13、程序精加工槽2N240G52 X20 Y-20 Z0G158 X20 Y-20 Z0工件坐标系偏移到槽3中心N250M98 P0300L300调用子程序精加工槽3N260G52 X0 Y0 Z0G158 取消坐标轴偏移N270G0 Z100G0 Z100刀具抬起N280M30M30程序结束程序段号程序内容（法那克系统）程序内容（西门子系统）动作说明N10G0G43X15Y5Z5H01G0 X15Y5 Z5刀具空间移动至局部坐标系中X15Y5上方N20G41 X4.854 Y-4 D1G41 X4.854 Y-4建立刀具半径补偿N30G1 Z-2.7 F50G1 Z-2.7 F50下刀深度2.7
14、mmN40G3 X7.5 Y-5 R4 F70G3X7.5 Y-5CR=4F70圆弧切入至A点N50X7.5 Y5 R5X7.5 Y5 CR=5圆弧加工至B点N60G1 X-7.5 Y5G1 X-7.5 Y5直线加工至C点N70G3 X-7.5 Y-5 R5G3 X-7.5 Y-5 CR=5圆弧加工至D点N80G1 X7.5 Y-5 G1 X7.5 Y-5 直线加工至A点N90G3 X10.146 Y-4 R4G3 X10.146Y-4CR=4圆弧切出N100G0 Z5G0 Z5抬刀N110G40 X15 Y5G40 X15 Y5取削刀具半径补偿N120M99M17子程序结束并返回主程序 槽4
15、#、5#精加工子程序名：法那克系统“O0200”；西门子系统“L200SPF”。程序段号程序内容（法那克系统）程序内容（西门子系统）动作说明N10G0G43X10Y2Z5H02G0 X10 Y2 Z5刀具空间移动至局部坐标系中X10Y2上方N20G1 Z-3 F50G1 Z-3 F50下刀N30G41X5Y-2.5 D02F60G41 X5 Y-2.5 F60建立半径补偿N40G3 X10Y-7.5 R5G3 X10Y-7.5 CR=5圆弧切入至A点N50X10 Y7.5 R7.5X10 Y7.5 CR=7.5圆弧加工至B点N60G1 X-10 Y7.5G1 X-10 Y7.5直线加工至C点N
16、70G3 X-10 Y-7.5 R7.5G3X-10 Y-7.5 CR=7.5圆弧加工至D点N80G1 X10 Y-7.5 G1 X10 Y-7.5 直线加工至A点N90G3 X15 Y-2.5 R5G3 X15 Y-2.5 CR=5圆弧切出N100G1 G40 X10 Y0G1 G40 X10 Y0取消刀具半径补偿N110G0 Z5G0 Z5抬刀N120M99M17子程序结束并返回主程序槽1#、2#、3#精加工子程序名：法那克系统“O0300”；西门子系统“L300SPF”。程序段号程序内容（法那克系统）程序内容（西门子系统）动作说明N10G0G43X15Y5Z5H01G0 X15Y5 Z5
17、刀具空间移动至局部坐标系中X15Y5上方N20G41 X4.854 Y-4 D1G41 X4.854 Y-4建立刀具半径补偿N30G1 Z-3 F50G1 Z-3 F50下刀深度3mmN40G3 X7.5 Y-5 R4 F70G3X7.5 Y-5CR=4F70圆弧切入至A点N50X7.5 Y5 R5X7.5 Y5 CR=5圆弧加工至B点N60G1 X-7.5 Y5G1 X-7.5 Y5直线加工至C点N70G3 X-7.5 Y-5 R5G3 X-7.5 Y-5 CR=5圆弧加工至D点N80G1 X7.5 Y-5 G1 X7.5 Y-5 直线加工至A点N90G3 X10.146 Y-4 R4G3
18、X10.146Y-4CR=4圆弧切出N100G0 Z5G0 Z5抬刀N110G40 X15 Y5G40 X15 Y5取削刀具半径补偿N120M99M17子程序结束并返回主程序 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，即将主程序中N140程序改成自动换刀指令M6 T2，由机械手自动换刀即可。资料链接资料链接 深度尺寸较大的凹槽加工方法：当凹槽深度较深时，需分层多次铣削才能完成，编程难度增加.此时可通过不断更改Z方向深度尺寸，运行同一程序加工；也可以通过设置参数（变量），使用循环指令编程加工。此外对于铣键槽这类典型化的铣削动作还可以用参数（变量）方式编制出几何形状的子程序，在加工
19、中按需要调用，并对子程序中设定的参数（变量）随时赋值，就可以加工出大小或形状不同的工件轮廓及不同深度的凹槽。西门子系统有专门的凹槽循环指令，法那克系统用户也可以用变量编制用户宏程序加工。技能训练技能训练 一、加工准备 1.检查毛坯尺寸。2.开机、回参考点。3.程序输入：将程序输入数控系统中。4.工件装夹：平口钳装夹在铣床工作台上，用百分表校正；工件装夹在平口钳上，底部用垫块垫起，使工件伸出钳口510mm，用百分表校平上表面并夹紧。5.刀具装夹：本课题共采用两把铣刀，一把为8粗加工键槽铣刀，一把为8精加工立铣刀（可垂直下刀）或精加工键槽铣刀，通过弹簧夹头把铣刀装夹入铣刀刀柄中。根据加工情况分别把
20、粗、精加工铣刀柄装入铣床主轴（加工中心则把粗、精铣刀全部装入刀库中）。二、对刀操作 1.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。2.Z方向对刀 依次安装粗、精加工铣刀，测量每把刀的刀位点从参考点到工件上表面的Z数据，输入到相应的刀具长度补偿号中，加工时调用。三、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，按循环启动键，观察程序运行情况；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
21、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。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、零件自动加工及精度控制方法 加工时先安装粗加工键槽铣刀进行粗加工，后换精加工刀具进行精加工。粗加工时，精加工余量由设置刀具半径补偿控制。即用8键槽铣刀粗铣时，机床中刀具半径补偿值T01D01输入4.3mm，轮廓留0.3mm精加工余量。深度方向通过设定Z坐标值为-2.7，留0.3mm深度方向精加工余量。精加工时刀具T02D02半径补偿值设为4.1，运行完精加工程序后，测量轮廓实际尺寸
22、，根据加工测量结果重新修调刀具半径补偿值。具体如下：如测得槽4宽度15+0.05 0实际尺寸14.70mm，比图纸尺寸要求还小0.30.35mm，单边小0.150.175mm，取中间值为0.163mm,则把T02D02刀具半径补偿值修改为4.1-0.163=3.937mm，然后重新运行精加工程序即可保证轮廓尺寸符合图纸要求；深度尺寸也应根据加工测量结果逐步调整长度磨损以达到深度尺寸要求。五、零件检测与评分 工件加工完毕后，检测尺寸，检测结果写入评分表中（见表5-1-7）。班级姓 名学 号课题键槽加工零件编号SKX5-1-1基本检查编程序号检测内容配分学生自评教师评分1切削加工工艺制定正确52切
23、削用量选择合理23程序正确、简单、规范5操作4设备操作、维护保养正确25安全、文明生产56刀具选择、安装正确、规范27工件找正、安装正确、规范2工作态度8行为规范、纪律表现8尺寸检测9325+0.1 01510310+0.05 01511235+0.1 01012215+0.05 010133+0.1 0（5处）101440+0.1 0（2处）5表面粗糙度15Ra3.24综合得分100 操作注意事项操作注意事项 1.加工中应注意刀具半径、长度补偿等参数的设定与修改。2.精加工时应选能垂直进刀的立铣刀或用键槽铣刀替代。3.加工凹槽时，在标准的刀具半径基础上，刀具半径补偿值越大，其加工尺寸越小，反之亦然。4.若槽宽度尺寸过小无法采用圆弧切入、切出时，只能采用沿轮廓法向进刀方法切入、切出，切入、切出点选择在轮廓交点上。5.工件装夹在平口钳上应校平上表面，否则凹槽深度尺寸不易控制；加工中也可以在对刀前（或程序中）用盘铣刀铣平上表面。思考与练习思考与练习 1.什么是局部坐标系？在局部坐标系中，坐标值是相对于哪个坐标系而言的？2编程过程中如何理解当前坐标系？3.法那克与西门子坐标轴偏移指令有何异同？4.如图5-1-7零件，试用子程序、坐标轴偏移指令进行编程、加工。图 5-1-7
