任务一外形轮廓的加工

任务一外形轮廓的加工 学习情境三内外轮廓的加工一、任务描述二、相关知识三、任务实施四、任务训练

一、任务描述 • 如图3-1-1所示的工件，要求加工出凸台，材料为铝合金，编制加工程序，图中已给出编程坐标系。

二、相关知识 • （一）零件外轮廓铣削刀路设计 • 1．进退刀路线设计 • 刀具进退刀路线设计的合理与否，对保证所加工的轮廓表面质量非常重要。铣削工件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。对于二维轮廓加工，通常采用的进给路线为：从起刀点快速移到下刀点→沿切向切入工件→轮廓切削→刀具向上抬刀，退离工件→返回起刀点，如图3-1-2所示图3-1-2 铣削外轮廓进给路线

铣削外整圆时，需安排刀具从切向进入圆周铣削加工。当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀，而让刀具沿切线方向多运动一段距离，以免取消刀具补偿时，刀具与工件表面相碰撞，造成工件报废。铣削外整圆时，需安排刀具从切向进入圆周铣削加工。当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀，而让刀具沿切线方向多运动一段距离，以免取消刀具补偿时，刀具与工件表面相碰撞，造成工件报废。图3-1-3 铣削外圆进给路线

2．安全高度的确定 3．逆铣和顺铣的选择图3-1-4 安全高度顺铣时，刀齿的切削厚度从最大开始，避免了挤压、滑行现象，并且垂直进给力Fv朝下压向工作台，有利于工件的夹紧，可提高铣刀耐用度和加工表面质量。与逆铣相反，顺铣加工要求工件表面没有硬皮，否则刀齿很容易磨损。但如果零件毛坯为黑色金属锻件或铸件，表皮硬而且加工余量一般较大时，采用逆铣较为有利。

4．Z向刀路设计 图3-1-6 一次铣削至工件轮廓深度的铣削方式图3-1-6 一次铣削至工件轮廓深度的铣削方式

（二）常用的轮廓铣削刀具 • 1．整体式立铣刀 • 主要有高速钢立铣刀、整体硬质合金立铣刀两大类，如图3-1-9所示。 • 高速钢立铣刀有韧性好、易于制造、成本低等特点。 • 硬质合金立铣刀具有硬度高，耐磨性好等特性。整体式立铣刀主要有粗齿和细齿两种类型，粗齿立铣刀具有齿数少（z=3-4），刀齿强度高，容屑空间大等特点，常用于粗加工；细齿立铣刀齿数少（z=5-8），切削平稳，适于精加工， (a) 整体式高速钢立铣刀 (b) 整体式硬质合金立铣刀图3-1-9 整体式立铣刀

2．可转位硬质合金铣刀 • 可转位硬质合金铣刀的结构如图3-1-11所示，通常作为粗铣刀或半精铣刀使用。 • 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，其结构如图3-1-12所示。图3-1-11 可转位硬质合金铣刀图3-1-12 玉米铣刀

（五）数控铣床程序指令 1．圆弧插补G02、G03 功能：使刀具从圆弧起点，沿圆弧移动到圆弧终点。 G02为顺时针圆弧（CW），G03为逆时针圆弧（CCW）。判断方法：从Z轴的正方向往负方向看XY平面，由此决定XY平面的“顺时针”“逆时针”方向。其它平面方法相同,如图7.3所示。图6.3 圆弧的方向

格式：

说明： （1）X、Y、Z为圆弧终点坐标。在G90时为圆弧终点在工件坐标系中的坐标；在G91时为圆弧终点相对于圆弧起点的位移量。（2）I、J、K分别为圆弧圆心相对圆弧起点在X、Y、Z轴方向的坐标增量。（3）圆弧的圆心角≤180º时用“+R”编程, 圆弧的圆心角＞180º时用“-R”编程，若用半径R，则圆心坐标不用。（4）整圆编程时不可以使用R。

例3-1-1如图3-1-14所示，加工“S”型槽，进给速度F = 100 mm/min，主轴转速S = 800 r/min，试编程。

下刀点选择在S图形的左下角，其数控加工程序如下：下刀点选择在S图形的左下角，其数控加工程序如下：

2. 刀具半径补偿指令G41、G42、G40) (1) 刀具半径补偿的必要性 • 刀具半径补偿功能时，数控编程只需按工件轮廓进行，数控系统会自动计算刀心轨迹，使刀具偏离工件轮廓一个半径值，即进行刀具半径补偿; • 当刀具磨损、重磨或换新刀具而使刀具直径变化时，必须重新计算刀具中心轨迹，修改程序，这样既繁琐，又不易保证加工精度.

2．指令及功能 G41是刀具左补偿指令，即顺着刀具前进方向看(假定工件不动)，刀具位于工件轮廓的左边，称左刀补。 G42是刀具右补偿指令，即顺着刀具前进方向看(假定工件不动)，刀具位于工件轮廓的右边，称右刀补。 G40是为取消刀具半径补偿指令。使用该指令后，Ｇ41、Ｇ42指令无效。图3-1-5 刀具半径的左右补偿

格式 G17/G18/G19 G41/G42 G00（G01）α＿β＿（F＿）D＿； … G40 G00（G01）α＿β＿ G17/G18/G19指定半径补偿所在平面； G41为刀具半径左补偿，G42为刀具半径右补偿，G40为取消刀具半径补偿；α、β：G00/G01的参数，即刀补建立或取消的终点在相应平面内的绝对坐标或相对坐标值； G17 G41/G42 G00(G010X__ Y__ F__ D__

说明（1）G41、G42、G40为模态指令，机床初始状态为G40。（2）建立和取消刀补必须与G01或G00指令组合完成。建立刀补的过程如图3-1-7所示，是使刀具从无刀具补偿状态（图中P0点）运动到补偿开始点（图中P1点），其间为G01运动。用刀补轮廓加工完成后，还有一个取消刀补的过程，即从刀补结束点（图中P2点），G01或G00运动到无刀补状态（图中P0点）。（a）左刀补应用过程（b）右刀补应用过程图 3-1-7建立和取消刀补过程

（3）X、Y是G01、G00运动的目标点坐标。X、Y在建立刀补时，是A点坐标，取消刀补时，是P0点坐标。（3）X、Y是G01、G00运动的目标点坐标。X、Y在建立刀补时，是A点坐标，取消刀补时，是P0点坐标。（4）在建立刀具半径补偿的程序段中,不能使用圆弧指令。（5）G41或G42必须与G40成对使用。（6）D为刀补具偿号也称刀具偏置代号地址字，后面常用两位数字表示代号。D代码中存放刀具半径值作为偏置量，用于数控系统计算刀具中心的运动轨迹。一般有D00～D99。偏置量可用CRT/MDI方式输入。

二维轮廓加工，一般均采用刀具半径补偿。在建立刀具半径补偿之前，刀具应远离零件轮廓适当的距离，且应与选定好的切入点和进刀方式协调，保证刀具半径补偿的有效，如图所示。刀具半径补偿的建立和取消必须在直线插补段内完成。二维轮廓加工，一般均采用刀具半径补偿。在建立刀具半径补偿之前，刀具应远离零件轮廓适当的距离，且应与选定好的切入点和进刀方式协调，保证刀具半径补偿的有效，如图所示。刀具半径补偿的建立和取消必须在直线插补段内完成。刀具半径补偿的终点应放在刀具切出工件以后，否则会发生碰撞。 (a) 合理的方式 (b) 不合理的方式建立刀具半径补偿

（3）应用 ① 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或磨损量。如图所示，1为未磨损刀具， 2为磨损后刀具，两者尺寸不同，只需将刀具参数表中的刀具半径由r1改为r2，即可适用同一程序。

②用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具半径补②用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿，可进行粗精加工。如图所示，刀具半径r，精加工余量Δ。粗加工时，输入刀具半径（r+Δ），则加工出细点划线轮廓；精加工时，用同一程序，同一刀具，但输入刀具半径r，则加工出实线轮廓。

③采用同一程序段加工同一公称直径的凹、凸型面。③采用同一程序段加工同一公称直径的凹、凸型面。如图所示，对于同一公称直径的凹、凸型面，内外轮廓编写成同一程序，加工外轮廓时，将偏置值设为+D，刀具中心将沿轮廓的外侧切削；当加工内轮廓时，将偏置值设为-D，这时刀具中心将沿轮廓的内侧切削。这种编程与加工方法，在模具加工中运用较多。

例3-1-2精加工图3-1-19所示外轮廓面，进给速度F = 100 mm/min，主轴转速S = 1000 r/min，试用刀具补偿指令编程。

编程原点选择在工件上表面的中心，设Ф16的立铣刀为T01，采用刀具半径左补偿功能，刀具偏置地址为D01，并存入8，数控程序编制如下：编程原点选择在工件上表面的中心，设Ф16的立铣刀为T01，采用刀具半径左补偿功能，刀具偏置地址为D01，并存入8，数控程序编制如下：

三、任务实施 • （一）零件图工艺分析 • 如图3-1-1所示，零件材料为铝合金，切削性能较好，加工部分凸台和轮廓由两段R22的凹圆弧、两段R15mm的凸圆弧、6段直线构成，厚度6mm，图中主要尺寸注明公差要考虑精度问题。零件毛坯90×90×30mm的方料，已完成上下平面及周边侧面的加工 • （二）制定加工工艺方案 • 根据图样分析，凸台加工材料的切削量不大，而且材料的切削性能较好，选择φ20mm的圆柱形立铣刀，材料为高速钢（HSS），沿轮廓铣削一周即可去除余量，考虑实习用机床主轴刚性不够，深度6mm，采用分层加工每次切深3mm，由于一次装夹即可完成所有的加工内容，故确定一道工序两个工步，工步一为粗铣凸台轮廓，粗铣留0.25mm的单边余量。工步二为精铣轮廓。

2．刀具选择及刀路设计 • 走刀路线：采用顺铣的方式切削。如图3-1-20所示，走刀路线从工件毛坯上方30mm处的S’（-70，-70，30）点起刀，垂直进刀到切削深度，在点A（-33，-33）建立刀具半径补偿，A点作为切入点，随后图中A→B→C→D→E→F→G→H→I→J→K→B→M的路线进给M为切出点，坐标（-70，0），轮廓铣削完毕刀具回起到点。图3-1-20 基点坐标计算

3．工件的装夹方式夹具 • 以已加工过的底面和侧面作为定位基准，在平口钳上装夹工件量等高垫铁将工件托起，在虎钳上夹紧前后两侧面。 • 4．切削用量的选择 • 查表3-1-1可知，铝合金允许切削速度Vc为180-300m/min，精加工取v=180m/min，粗加工取Vc=180m/min×70%=126m/min；查表3-1-220mm 立铣刀的每齿切削量粗加工取fz=0.1mm/齿，精加工取fz=0.1mm/齿=0.08mm/齿。 • 计算切削用量 • A粗加工n=1000vc/πD=1000×126×0.4/3.14×20=800(r/min) • F=2fz×n=2×0.1×800=160(m/min) • B精加工n=1000v/πD=1000×180×0.4/3.14×20=1100(r/min) • F=2fz×n=2×0.08×1100=176(m/min) • C粗加工每层最大切深3mm（背吃刀量）

（三）编制数控技术文件

数学处理 • 由于该凸台加工的轮廓均为圆弧与直线组成，因而只要计算出几点坐标就可编制程序。 • 通过计算可得个基点坐标值为，A（-33，-33），B（-33，-28）， C（-33，-18.439），D（-33，18.439），E（-33，28），F(14.157，40.499)，G（33，26），H（33，18.439）， J（33，-26），K（14.157，-40.499）。 • 数控加工主程序卡见表3-1-4，数控加工子程序卡见表3-1-5。

四、任务训练 如图3-1-21所示的工件，要求加工出凸台，材料为45#，编制加工程序。图3-1-21

任务一 外形轮廓的加工