數控編程與加工項目教程-周曉宏課件項目10 簡單零件銑削

項目10

簡單零件銑削學習目標：1.掌握數控銑床編程基礎知識2.學會下列指令的用法：G54、G00、G01、G02/G03、M03、M04、M05、

M02、M303.掌握刀具補償指令的用法和子程序的用法4.能編程并加工回形槽、凸臺和凸輪零件如圖10-1所示為模具中一些形狀比較簡單的零件，這些零件都是用數控銑床加工出來的。如何編程并操作數控銑床加工這些零件呢？在本項目中，我們將學習銑削加工簡單零件的方法。首先我們將學習數控銑床編程基礎知識，然后將進行回形槽、凸臺和凸輪零件的編程與加工訓練。這些是進行數控銑削編程與加工的基礎，要認真掌握。圖10-1簡單零件任務一回形槽零件銑削本任務要求運用數控銑床加工如圖10-2所示回形槽零件，毛坯為100mm×100mm×15mm方料，材料為工程塑料，要求編程并加工零件，毛坯上表面要求加工。

技術要求去毛刺；未注公差為GB/T1804-ma)b)圖10-2回形槽零件a)零件圖

b)實體圖一、基礎知識1.數控銑床坐標系統(tǒng)數控銑床坐標系統(tǒng)如圖10-3所示。數控機床的Z軸為機床的主軸方向，刀具遠離工件的方向為Z軸正向；X軸是水平的、平行于工件裝夾面，對于立式數控鏜銑床，從工件向立柱的方向看，右側為X軸正向；Y軸及其方向是根據X軸和Z軸，按右手法則確定。A、B、C軸的旋轉運動的正向，按右手螺旋法則確定。

圖10-3數控銑床坐標系統(tǒng)

2.工件坐標系選擇指令：G54~G59

格式：G54G55G56G57G58

G59說明：G54~G59用來指定數控系統(tǒng)預定的6個工件坐標系(如圖10-4所示)，任選其一。

圖10-4工件坐標系選擇（G54~G59）

這6個預定工件坐標的原點在機床坐標系中的值(工件零點偏置值)可用MDI方式輸入，數控系統(tǒng)自動記憶。這樣建立的工件坐標系在系統(tǒng)斷電后并不破壞，再次開機后仍有效，并與刀具的當前位置無關。G54~G59為模態(tài)指令，可相互注銷，G54為缺省值。

提示：使用該組指令前，要先用MDI方式輸入各坐標系的坐標原點在機床坐標系中的坐標值，設定方法見本書項目二的任務一。3.點定位指令：G00格式：G00X____Y____Z____；點定位G00指令為刀具相對于工件分別以各軸快速移動速度由始點（當前點）快速移動到終點定位。當是絕對值G90指令時，刀具分別以各軸快速移動速度移至工件坐標系中坐標值為X、Y、Z的點上；當是增量值G91指令時，刀具則移至距始點（當前點）為X、Y、Z值的點上。各軸快速移動速度可分別用參數設定。在加工執(zhí)行時，還可以在操作面板上用快速進給速率修調旋鈕來調整控制。4.直線插補指令：G01格式：G01X____Y____Z____F____；直線插補G01指令為刀具相對于工件以F指令的進給速度從當前點（始點）向終點進行直線插補。F代碼是進給速度指令代碼，在沒有新的F指令以前一直有效，不必在每個程序段中都寫入F指令。

二、任務實施1.工藝分析與工藝設計（1）圖樣分析圖10-2所示零件由4個回形槽組成，零件的表面粗糙度值為6.3μm，槽的寬度尺寸未注公差，按GB/T1804-m確定公差值，查表，得出其公差值為±0.1mm。零件的形位公差：該零件只有位置公差要求，即2處對稱度要求，為0.1mm，從上面分析可知，該零件的槽可以用Φ6mm的鍵槽銑刀直接銑出。該零件的上表面需要加工，可以用Φ16mm的立銑刀銑削。知識鏈接：未注公差線性尺寸的極限偏差數值（2）加工工藝路線設計（3）刀具選擇①Φ16mm立銑刀；②Φ6mm鍵槽銑刀或立銑刀。2.程序編制（1）編制銑削上表面的程序采用Φ16的圓柱立銑刀，主軸選擇400轉／分鐘，進給速度為200毫米／分鐘，切削深度0.5毫米。加工路線如圖10-5所示.

圖10-5加工路線①計算關鍵點坐標計算關鍵點坐標，首先確定如圖3-23所示的坐標系。在此坐標系下計算各個關鍵點的坐標：起刀點A(-70，-50)；

B(60，-50)；C(60，-40)；D(-60，-40)；E(-60，-30)；F(60，-30)；G(60，-20)；H(-60，-20)；I(-60，-10)；J(60，-10)；K(60，0)；M(-60，0)；N(-60，10)；O(60，10)；P(60，20)；Q(-60，20)；R(60，30)；S(-60，30)；T(60，40)；U(-60，40)；V(-60，50)；W(60，50)②編制加工程序程序

說明O0001；

程序名(程序號)。N10G54；

定義坐標系N20G00X0.Y0.Z100．；

定位在(0，0，100)點N30S400M03；

啟動主軸正轉400轉／分鐘N40G00X-70.Y-50.Z100．；

定位在(-70，-50，100)點N50G00Z10．；

定位在(-70，-50，10)點N60G01Z-0.5F200；

Z向下刀0.5，進給速度200N70G01X60.Y-50.F200；

切削進給到B點N80G01X60.Y-40.F200；

切削進給到C點N90G01X-60.Y-40.F200；

切削進給到D點N100G01X-60.Y-30.F200；

切削進給到E點N110G01X60.Y-30.F200；

切削進給到F點N120G01X60.Y-20.F200；

切削進給到G點N130G01X-60.Y-20.F200；

切削進給到H點N140G01X-60.Y-10.F200；

切削進給到I點N150G01X60.Y-10.F200；

切削進給到J點N160G01X60.Y0.F200；

切削進給到K點N170G01X-60.Y0.F200切削進給到M點N180G01X-60.Y10.F200；

切削進給到N點N190G01X60.Y10.F200；

切削進給到O點N200G01X60.Y20.F200；

切削進給到P點N210G01X-60.Y20.F200；

切削進給到Q點N220G01X-60.Y30.F200；

切削進給到R點N230G01X60.Y30.F200；

切削進給到S點N240G01X60.Y40.F200；

切削進給到T點N250G01X-60.Y40.F200；

切削進給到U點N260G01X-60.Y50.F200；

切削進給到V點N270G01X60.Y50.F200；

切削進給到W點N280G00Z100．；

抬刀到(60，50，100)點N290M05；

關閉主軸N300M30；

程序結束（2）編制銑削4個回形槽的程序選取毛坯上表面中心為工件坐標原點，加工此工件不需用刀補，只需Φ6用鍵槽銑刀（或立銑刀）沿中心線走一次即可完成。設定工件的上表面中心為工件坐標原點，程序如下：程序

程序說明O1000N10G54；

定義工件坐標系N20G00X10.0Y-10.0M03S600；N30G00Z2.0M08；N40G01Z-1.0F20；N50G01X10.0Y10.0F80；N60G01X-10.0Y10.0；N70G01X-10Y-10；N80G01X10Y-10N90G01Z2.0；N100G00X20Y-20Z2.0；N110G01Z-2.0F20；N120G01X20Y20F80；N130G01X-20Y20；N140G01X-20Y-20；

N150G01X20Y-20；N160G01Z2.0；N170G00X30Y-30；N180G01Z-3.0F20；N190G01X30Y30F80；N200G01X-30Y30；N205G01X-30Y-30；N210G01X30Y-30；N220G01Z2.0；N230G00X40Y-40；N240G01Z-2.0F20；N250G01X40Y40F80；N260G01X-40Y40；N270G01X-40Y-40；

N280G01X40Y-40；

N290G01Z2.0；N300G00X40Y-40；N310G01Z-4.0F20；N320G01X40Y40F50；

N330G01X-40Y40；N340G01X40Y-40；N350G01Z50F200；N360G00X60Y-40；N370M05M09；N380M30；3.裝夾刀具4.裝夾工件使用平口鉗裝夾工件，注意要將工件裝平、夾緊。5.輸入程序6.對刀7.啟動自動運行，加工零件，機內檢測工件程序執(zhí)行后，不要立即拆下工件，應該在機床上對工件進行檢測。如果尺寸不符合圖紙要求，應進行修正加工，直到尺寸滿足要求為止。對于不能修正的加工誤差，應對出現的問題進行分析，找出問題的原因，確定在下次加工時避免出現同樣問題的方法。8.測量零件

任務二凸臺銑削本任務要求運用數控銑床加工如圖10-6所示凸臺零件，毛坯為120mm×120mm×20mm方料，材料為45號鋼，要求編程并加工零件。

a)b)圖10-6凸臺a)零件圖

b)實體圖一、基礎知識1.圓弧插補指令G02、G03

功能：使刀具從圓弧起點，沿圓弧移動到圓弧終點。G02為順時針圓弧(CW)插補，G03為逆時針圓弧(CCW)插補。

圓弧方向的判斷方法：以XY平面為例，從Z軸的正方向往負方向看XY平面，順時針圓弧用G02指令編程，逆時針圓弧用G03指令編程。其余平面的判斷方法相同，如圖10-7所示。

圖10-7圓弧方向的判斷如圖10-8所示，圓弧插補指令格式圖10-8圓弧插補a)XY平面的圓弧

b)XZ平面的圓弧

c)YZ平面的圓弧2.刀具半徑補償（1）刀具半徑補償的作用①使編程簡單

在數控銑床上進行輪廓的銑削加工時，由于刀具半徑的存在，刀具中心(刀心)軌跡與工件輪廓不重合。如果數控系統(tǒng)不具備刀具半徑自動補償功能，則只能按刀心軌跡進行編程，即在編程時給出刀具的中心軌跡，如圖10-9所示的虛線軌跡，其計算相當復雜。尤其當刀具磨損、重磨或換新刀而使刀具半徑變化時，必須重新計算刀心軌跡，修改程序，這樣既繁瑣，又不易保證加工精度。

當數控系統(tǒng)具備刀具半徑補償功能時，數控編程只需按工件輪廓編程即可，如圖10-9中的實線軌跡。此時，數控系統(tǒng)會自動計算刀心軌跡，使刀具偏離工件輪廓一個半徑值只(補償量，也稱偏置量)，即進行刀具半徑補償。

圖10-9刀具半徑補償示意圖②刀具因磨損、重磨、換新刀而引起刀具直徑改變后，不必修改程序，只需修改刀具半徑補償值

刀具因磨損、重磨、換新刀而引起刀具直徑改變后，不必修改程序，只需在刀具參數設置中輸入變化后的刀具直徑。如圖10-10所示，1為未磨損刀具，2為磨損后刀具，兩者直徑不同，只需將刀具參數表中的刀具半徑rl改為r2，即可適用同一程序。圖10-10刀具直徑變化

③利用刀具半徑補償實現粗、精加工通過有意識地改變刀具半徑補償量，便可用同一刀具、同一程序和不同的切削余量完成粗、半精、精加工，如圖10-11所示。從圖中可以看出，當設定補償量為ac時，刀具中心按cc′，運動，當設定補償量為ab時，刀具中心按bb′運動完成切削。圖10-11利用刀具半徑補償進行粗、精加工（2）刀具半徑補償的執(zhí)行過程

銑削加工刀具半徑補償分為刀具半徑左補償(用G41定義)和刀具半徑右補償(用G42定義)，使用非零的D##代碼選擇正確的刀具半徑偏置寄存器號。根據IS0標準，當刀具中心軌跡沿前進方向位于零件輪廓右邊時稱為刀具半徑右補償；反之稱為刀具半徑左補償。如圖10-12所示。當不需要進行刀具半徑補償時，則用G40取消刀具半徑補償。

圖10-12刀具補償方向a)左刀補

b)右刀補刀具半徑補償的執(zhí)行過程一般可分為以下三步。①刀具半徑補償建立刀具由起刀點(位于零件輪廓及零件毛坯之外，距離加工零件輪廓切入點較近)接近工件，刀具半徑補償偏置方向由G41／G42確定，如圖10-13所示。圖10-13刀具半徑補償建立在刀補建立程序段中，動作指令只能用G00或G01，不能用G02或G03。刀補建立過程中不能進行零件加工。

②刀具半徑補償進行在刀具半徑補償進行狀態(tài)下，G01、G00、G02、G03都可使用。它根據讀人的相鄰兩段編程軌跡，判斷轉接處工件內側所形成的角度，自動計算刀具中心的軌跡。

在刀補進行狀態(tài)下，刀具中心軌跡與編程軌跡始終偏離一個刀具半徑的距離。③刀具半徑補償撤銷當刀具撤離工件，回到退刀點后，要取消刀具半徑補償。與建立刀具半徑補償過程類似，退刀點也應位于零件輪廓之外。退刀點距離加工零件輪廓較近，可與起刀點相同，也可以不相同。刀補撤銷也只能用G01或G00，而不能用G02或G03。同樣，在該過程中不能進行零件加工。二、任務實施1.工藝分析與工藝設計（1）圖樣分析圖5-1所示零件由圓臺和和心形型腔組成，零件的表面粗糙度值為3.2μm，圓臺直徑的公差為（-0.03，0），心形型腔直徑的公差為（+0.03，0），圓臺高度的公差為（0，+0.05）。先按基本尺寸編程加工，精加工完成后，在機內測量工件，修正零件尺寸，直到達到尺寸要求為止。（2）加工工藝路線設計（3）刀具選擇Φ16mm立銑刀2.程序編制加工工件上表面程序略。選取工件表面中心為工件坐標原點，選用Φ16立銑刀，使用同一個程序，修改刀補值，圓臺分4次加工，刀具半徑補償值D01依次為：38

mm、23mm、8.5、8mm，心形型腔分3次加工，D02依次設定為：9mm、8.5mm、8mm。第4次加工完成凸臺之后，即可用“復位”鍵將程序停止。粗加工時進給速度倍率為100%，精加工時進給速度倍率調整為為50%外輪廓加工采用刀具半徑左補償，沿圓弧切線方向切入P1→P2，切出時也沿切線方向P2→P3。內輪廓加工采用刀具半徑右補償，P4→P

5為切入段，P6→P4為切出段。外輪廓加工完畢取消刀具半徑左補償，待刀具至P4點，再建立半徑右補償。數控程序如下：程序

程序說明O0010；N0010G54；

建立工件坐標系N0020G17G21G90；

坐標平面選擇，米制輸入，絕對編程N0030M03S800；

主軸正轉N0040G00Z50.0；

刀具快速定位N0050G00X100.0Y100.0；

刀具快速定位N0060G41G01X70.0Y-40.0F300D01；

建立刀具半徑左補償N0070G01Z-4.0；

在毛坯之外下刀N0080X0Y-40.0F150；

直線插補N0090G02X0Y-40.0I0J40.0；

銑整圓N0100G01X-60.0；

切出

N0110G00Z50.0；

快速抬刀N0120G40G01X-30.0Y10.0F300；

取消刀補N0130G01X0Y15.0；

刀具定位N0140G01Z2.0F300;刀具下降到距工件上表面2mm處N0150G01Z-4.0F15；

垂直下刀，F為15mm/minN0160G42G01X0Y0D02F150；

建立刀具半徑右補償N0170G02X-30.0Y0I-15.0J0；

順圓插補，銑型腔N0180G02X30.0Y0I30.0J0；

順圓插補，銑型腔N0190G02X0Y0I-15.0J0；

順圓插補，銑型腔N0200G01G40X0Y15.0；

取消刀補N0210G00Z100.0M05；

抬刀N0220M30；

程序結束3.裝夾刀具4.裝夾工件5.輸入程序6.對刀7.啟動自動運行，加工零件，機內檢測工件8.測量零件

任務三

凸輪加工本任務要求運用數控銑床加工如圖10-14所示凸輪零件。使用圓形毛坯，在普通車床已粗車外圓至直徑110mm，兩平面（間距6mm）及中心的孔已加工出來。毛坯材料為45號鋼，要求運用子程序編程并加工零件。

a)b)

圖10-14凸輪a)零件圖

b)實體圖一、基礎知識1.子程序知識（1）子程序的概念數控銑床的加工程序可以分為主程序和子程序兩種。主程序是一個完整的零件加工程序，或是零件加工程序的主體部分。它與被加工零件或加工要求一一對應，不同的零件或不同的加工要求都有唯一的主程序。

在編制加工程序中，有時會遇到一組程序段在一個程序中多次出現，或者在幾個程序中都要使用它。這個典型的加工程序可以做成固定程序，并單獨加以命名，這組程序段就稱為子程序。

子程序一般都不可以作為獨立的加工程序使用，它只能通過主程序進行調用，實現加工中的局部動作。子程序執(zhí)行結束后，能自動返回到調用它的主程序中。（2）子程序的格式在大多數數控系統(tǒng)中，子程序和主程序并無本質區(qū)別。子程序和主程序在程序號及程序內容方面基本相同，僅結束標記不同。主程序用M02或M30表示結束，而子程序在FANUC系統(tǒng)中用M99表示子程序結束，并實現自動返回主程序功能，如下述子程序。O0001；G01X-1.0Y0F150；...G28X0Y0；M99；對于子程序結束指令M99，不一定要單獨書寫一行，如上面子程序中最后兩段可寫成“G28X0Y0M99；”。（3）子程序的調用子程序由主程序或子程序調用指令調出執(zhí)行，調用子程序的指令格式如下：M98P___L---____；其中，地址P設定調用的子程序號，地址L設定子程序調用重復執(zhí)行的次數。地址L的取值范圍為1～999。如果忽略L地址，則默認為1次。當在程序中再次用M98指令調用同一個子程序時，L1不能省略，否則M98程序段調用子程序無效。例：

M98P1002L5；表示號碼為1002的子程序連續(xù)調用5次，M98P

也可以與移動指令同時存在于一個程序段中.例

G01X100.0F100M98P1200；此時,X移動完成后,調用1200號子程序。主程序調用子程序的形式如圖10-15所示。（4）子程序的嵌套為了進一步簡化加工程序，可以允許其子程序再調用另一個子程序，這一功能稱為子程序的嵌套。當主程序調用子程序時，該子程序被認為是一級子程序，FANUC0系統(tǒng)中的子程序允許4級嵌套(見圖10-16)。

圖10-16子程序的嵌套(a)主程序；(b)一級嵌套；(c)二級嵌套；(d)三級嵌套；(e)四級嵌套（5）使用子程序的注意事項①編程時應注意子程序與主程序之間的銜接問題。②在試切階段，如果遇到應用子程序指令的加工程序，就應特別注意機床的安全問題。③子程序多是增量方式編制，應注意程序是否閉合。④使用G90/G91(絕對／增量)坐標轉換的數控系統(tǒng)，要注意確定編程方式。2.平面銑削的方法（1）周銑與端銑

對平面的銑削加工，有用立銑刀周銑和面銑刀端銑兩種方式。

在各個方向上都成直線的面稱為平面。平面是組成機械零件的基本表面之一，其質量是用平面度和表面粗糙度來衡量的。平面大部分是在數控銑床(加工中心)上加工的，在數控銑床(加工中心)上獲得平面的方法有兩種，即周銑和端銑。以立式數控銑床(加工中心)為例，用分布于銑刀圓柱面上的刀齒進行的銑削稱為周銑(即銑削垂直面)，如圖10-17(a)所示；用分布于銑刀端面上的刀齒進行的銑削稱為端銑，如圖10-17(b)所示。圖10-17平面銑削方法a)周銑

b)端銑

立銑刀周銑和面銑刀端銑特點如下。

①用端銑的方法銑出的平面，其平面度的好壞主要取決于銑床主軸軸線與進給方向的垂直度。面銑刀加工時，它的軸線垂直于工件的加工表面。

②端銑用的面銑刀其裝夾剛性較好，銑削時振動較小。

③端銑時，同時工作的刀齒數比周銑時多，工作較平穩(wěn)。這是因為端銑時刀齒在銑削層寬度的范圍內工作。

④端銑用面銑刀切削，其刀齒的主、副切削刃同時工作，由主切削刃切去大部分余量，副切削刃則可起到修光作用，銑刀齒刃負荷分配也較合理，銑刀使用壽命較長，且加工表面的表面粗糙度值也比較小。⑤端銑的面銑刀，便于鑲裝硬質合金刀片進行高速銑削和階梯銑削，生產效率高，銑削表面質量也比較好

由立銑刀周銑和面銑刀端銑的特點比較可見，一般情況下，銑平面時，端銑的生產效率和銑削質量都比周銑高，所以平面銑削應盡量采用端銑方法。一般大面積的平面銑削使用面銑刀，在小面積平面銑削也可使用立銑刀端銑。

（2）順銑與逆銑

銑削有順銑和逆銑兩種方式，選擇的銑削方式不同，進給路線的安排也不同。當工件表面無硬皮，機床進給機構無間隙時，應選用順銑，按照順銑安排進給路線。因為采用順銑加工后零件已加工表面質量好，刀齒磨損小。順銑常用在精銑，尤其是零件材料為鋁鎂合金、鐵合金或耐熱合金時。當工件表面有硬皮，機床的進給機構有間隙時，應選用逆銑，按照逆銑安排進給路線。因為逆銑時，刀齒是從已加工表面切入，不會崩刃，機床進給機構的間隙也不會引起振動和爬行。

圖10-18所示為使用立銑刀進行切削時的順銑與逆銑俯視圖。為便于記憶，把順銑與逆銑歸納為(在俯視圖中看，銑刀順時針旋轉)：切削工件外輪廓時，繞工件外輪廓／頃時針走刀即為順銑，如圖10-19(a)所示，繞工件外輪廓逆時針走刀即為逆銑，如圖10-19(b)所示，切削工件內輪廓時，繞工件內輪廓逆時針走刀即為順銑，如圖10-20(a)所示，繞工件內輪廓順時針走刀即為逆銑，如圖10-20(b)所示。圖10-18順銑與逆銑a)順銑

b)逆銑（a）

（b）圖10-19順銑、逆銑與走刀關系（一）

（a）

（b）

圖10-20順銑、逆銑與走刀關系（二）對于立式數控銑床(加工中心)所采用的立銑刀，裝在主軸上時，相當于懸臂梁結構，在切削加工時刀具會產生彈性彎曲變形，如圖10-21所示。

從圖10-21(a)可以看出，當用立銑刀順銑時，刀具在切削時會產生讓刀現象，即切削時出現“欠切”；而用立銑刀逆銑時(如圖10-21(b)所示)，刀具在切削時會產生啃刀現象，即切削時出現“過切”。這種現象在刀具直徑越小、刀桿伸出越長時越明顯，所以在選擇刀具時，從提高生產效率、減小刀具彈性彎曲變形的影響考慮，應選直徑大的，在裝刀時刀桿盡量伸出短些。

圖10-21順銑、逆銑對切削的影響在編程時，如果粗加工采用順銑，則可以不留精加工余量(余量在切削時由讓刀讓出)；而粗加工采用逆銑，則必須留精加工余量，預防由于“過切”引起加工工件的報廢。二、任務實施1.工藝分析與工藝設計（1）圖樣分析圖10-14所示凸輪零件由一段R50mm的圓?。‵GE）、兩段R20mm的圓?。ˋF和DE）、一段R30mm的圓?。˙C）和兩段直線（AB和CD）構成凸輪的輪廓，凸輪厚6mm，材料為45鋼，凸輪的公差為（-0.087，0）。先按基本尺寸編程加工，精加工完成后，在機內測量工件，修正零件尺寸，直到達到尺寸要求為止。（2）加工工藝路線設計銑刀沿凸輪的輪廓銑削一圈即可完成加工，加工時用兩道工序，第一道工序是粗銑凸輪輪廓，第二道工序是精銑，精銑時凸輪的