加工中心操作工考级训练项目教程整本书课件电子教案.ppt

高等教育出版社,Higher Education Press,高等教育出版社,Higher Education Press,高等教育出版社,Higher Education Press,高等教育出版社,Higher Education Press,高等教育出版社,Higher Education Press,高等教育出版社,Higher Education Press,高等教育出版社,Higher Education Press,加工中心操作工,考级训练项目教程,项目一 加工垂直面、阶梯面训练,【,学习目标,】,一、知识目标,1,、按工艺要求掌握平面、垂直面、阶梯面的加工方案。,2,、掌握加工平面、垂直面及合理切削用量的选择。,3,、掌握粗、精铣走刀路线，能正确确定刀具补偿参数。,4,、熟练掌握常用指令并能运用基本指令编制平面、垂直面加工程序。,【,学习目标,】,二、技能目标,1,、熟练操作数控机床，能够独立完成对刀、输入程序并加工。,2,、熟练掌握机床操作流程。,【,项目简介,】,本项目主要完成如图,1-1,所示零件图，零件毛坯为,75 mm,50 mm,20 mm,的方料，零件材料为硬铝，总课时,8,课时。,图,1-1,零件图,【,相关知识,】,一般说来，数控机床程序编制的步骤为：分析零件图样工艺处理数值计算编写零件加工程序单制作控制介质程序检验和试切。,一、程序编制的基本步骤和内容,1,工艺处理,在对零件的材料、形状、毛坯类型、加工精度、技术要求等进行详细分析的基础上，合理确定零件的加工方法、定位夹紧、加工顺序、使用刀具和切削用量等工艺内容。,2,数值计算,一般的数控系统具有直线插补和圆弧插补的功能。因此，对于加工由圆弧、直线组成的简单零件，只需计算出零件轮廓上相邻几何元素的交点（起点、终点、圆心坐标）或切点（基点）的坐标值。,当零件的形状比较复杂时，比如对非圆曲线等二次曲线，用仅有直线和圆弧插补功能的数控机床加工时，不仅需要计算基点，还要用直线段（或圆弧段）来逼近，在满足加工精度的条件下，计算出曲线上各逼近线段的交点（节点）的坐标值。对于这种情况，大多要借助计算机来完成数值计算工作。,3,编写程序单,根据所计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的切削用量以及辅助动作，按数控系统规定使用的指令代码及程序段格式，编写零件加工程序单。,4,制作控制介质,程序单编写好之后，需要制作成控制介质，以便将加工信息输入给数控系统。常用的控制介质有穿孔带、穿孔卡、磁带及磁盘等。程序可以直接用键盘输入至机床数控系统保存，也可通过数控机床上的通信接口将机床数控系统与计算机联机，将加工程序送入机床数控系统保存。,5,程序检验和试切,编制好的程序必须经过检验和试切才能正式使用。检验的方法是将控制介质上的内容输入到数控系统中，在不装夹工件的情况下空运行程序，以检查刀具的运动轨迹是否正确。在有图形模拟的数控机床上，可以通过显示进给轨迹或模拟刀具对工件的切削过程来检验程序。简单零件的加工还可以用笔代替刀具，用坐标纸代替工件，让机床空运转，画出加工轨迹。,1,绝对值编程和增量值编程,G90,、,G91,数控加工的运动控制指令可以采用两种坐标方式进行编程，即绝对值编程和增量值编程。绝对值编程是指刀具在运动过程中，所有的刀具位置坐标均以一个固定的程序原点为基准进行的编程方式，在程序中用,G90,指定。增量值编程是指刀具在运动过程中，刀具当前位置的坐标由前一位置度量得到，因此也叫相对值编程，在程序中用,G91,指定。,二、常用指令介绍,1,）格式：,G90/G91 G00/G01 X,Y,Z,（,F,）,2,）参数说明：,X,、,Y,、,Z,在,G90,方式下为运动终点的坐标值；在,G91,方式下为运动终点减去运动起点的坐标值，它是一个矢量值。,例,如图,1-2,所示，,A,点到,B,点的快速移动可以用绝对值编程和增量值编程分别表示为：,G90 G00 X60.0 Y40.0,；绝对值编程,G91 G00 X50.0 Y30.0,；增量值编程,图,1-2,绝对值编程和增量值编程,2,选择机床坐标系指令,G53,在建立机床坐标系后，如果某程序段需要使用机床坐标系作为坐标值的基准，可用,G53,指令选定。,1,）格式：,G53,（,G90,）,X,Y,Z,2,）参数说明：,X,、,Y,、,Z,机床坐标系中的坐标值。,3,）注意点：,G53,指令是非模态指令。,G53,指令在绝对值方式下有效，在增量值方式下无效。,执行,G53,指令前，必须先完成回参考点的操作。,机床坐标系在机床通电后通过手动返回参考点设定，一经设定，就保持不变直至断电；而执行,G53,指令表示刀具快速移动到所设定的位置。,3,选择工件坐标系指令,G54,、,G55,、,G56,、,G57,、,G58,、,G59,在编程过程中，有时零件的加工部位很多，为了避免尺寸换算，可以预先设定多达,6,个辅助工件坐标系（,G54,G59,），加工时直接调用辅助工件坐标系，将刀具移至该辅助工件坐标系中进行加工。,1,）格式：,G54/G55/G56/G57/G58/G59 G00/G01 X,Y,Z,（,F,）,2,）注意点：,辅助工件坐标系（,G54,G59,）是通过显示屏（,CRT,）或手动数据输入（,MDI,）方式，在设置参数方式下进行设定，其坐标系原点在机床坐标系中位置是不变的，它与刀具的当前位置无关；而,G50,通过程序设定工件坐标系，其坐标系原点随当前刀具位置的不同而改变。,图,1-4,工件坐标系的使用,G54,G59,指令可以和,G00/G01,指令组合，在选定的加工坐标系中进行位移；,G50,只设定工件坐标系，而不产生任何动作。,图,1-4,工件坐标系的使用,例,如图,1-4,中直线段,AB,，若用机床坐标系编程为：,G53 G90 X0 Y0,；,G00 X30 Y55,；快速到达,A,点,G01 X60 F100,；直线插补,AB,线段,若通过,CRT/MDI,在设置参数方式下设定两个辅助工件坐标系：,G54,：,X20 Y35,；,X,O,Y,坐标系,G55,：,X35 Y15,；,X,O,Y,坐标系,则执行,AB,段的运动轨迹为：,G53 X0 Y0,；,G54 G00 X10 Y20,；快速到达,A,点,G55 G01 X25 Y40 F100,；直线插补,AB,线段,4,坐标平面指令,G17,、,G18,、,G19,在三坐标机床上进行圆弧插补和刀具补偿时必须指定所在平面。其中,G17,指令表示选择,XY,平面，由于机床开机默认平面为,XY,平面，故,G17,指令可省略；,G18,指令表示选择,ZX,平面，在数控车床上只有,ZX,平面，所以数控车编程时,G18,指令可省略；,G19,指令表示选择,YZ,平面。平面指定与坐标轴移动无关，不管选用哪个平面，各坐标轴的移动指令均会执行。,格式：,G17/G18/G19,例,如图,1-4,中直线段,AB,，若用机床坐标系编程为：,G53 G90 X0 Y0,；,G00 X30 Y55,；快速到达,A,点,G01 X60 F100,；直线插补,AB,线段,若通过,CRT/MDI,在设置参数方式下设定两个辅助工件坐标系：,G54,：,X20 Y35,；,X,O,Y,坐标系,G55,：,X35 Y15,；,X,O,Y,坐标系,则执行,AB,段的运动轨迹为：,G53 X0 Y0,；,G54 G00 X10 Y20,；快速到达,A,点,G55 G01 X25 Y40 F100,；直线插补,AB,线段,5,快速点定位指令,G00,G00,指令是在工件坐标系中以快速移动速度移动刀具到达指定的位置。,1,）格式：,G00 X,Y,Z,2,）参数说明：,X,、,Y,、,Z,在绝对值编程中，用终点坐标值表示；在增量编程中，用刀具移动的距离分量表示，即用终点坐标值减去起点坐标值。（若没有特殊说明，后续指令中的,X,、,Y,、,Z,参数的含义同此）,3,）注意点：,G00,指令中的快速移动速度由机床制造商预先设定，并用操作面板上的快速进给速率调整旋钮来调整，也可在加工前通过机床参数设定，而进给速度,F,指令对,G00,无效。,粗加工前刀具用,G00,指令快速靠近工件时，应与工件保持一小段间距，避免刀具直接切入工件毛面引起刀具崩刃。,在,G00,定位方式中，刀具运动形式是一个加速匀速减速的过程，其运动轨迹通常是一折线，这与参数设定的各轴快速进给速度有关。,图,1-5,快速点定位,例,如图,1-5,所示，刀具从,A,点快速移动到,B,点，则对应的程序为：,绝对值编程：,G90 G00 X70 Y40,；,增量值编程：,G91 G00 X60 Y30,；,其实际运动轨迹为,A,C,B,。,因此，在以,G00,方式进刀和退刀时，要注意确保刀具不与工件、机床和夹具发生碰撞。,6,直线插补指令,G01,G01,指令是刀具沿起点到终点的直线移动。,1,）格式：,G01 X,Y,Z,F,2,）参数说明：,F,刀具的进给速度。,3,）注意点：,程序中一旦指定了进给速度，其值一直有效，直到输入新值后原进给速度才取消。所以不必对每个程序段都指定,F,。,若此前程序段中没有,F,指令，而现在,G01,程序段中没有,F,指令，则机床不运动（即相当于,F0,）。,图,1-6,直线插补,例,如图,1-6,所示，刀具运动轨迹为,A,B,C,A,，则对应的程序为：,绝对值编程：,G90 G01 X40 Y40 F100,；直线,AB,段,G90,G01,X70 Y40,F100,；直线,BC,段,G90,G01,X10 Y10 F100,；直线,CA,段,增量值编程：,G91 G01 X30 Y30 F100,；直线,AB,段,G91,G01,X30 Y0,F100,；直线,BC,段,G91,G01,X-60 Y-30 F100,；直线,CA,段,【,操作训练,】,1,零件图样分析,如图,1,1,所示，零件材料为硬铝，切削性能较好，加工对象主要有平面和垂直面，平面高度由原来的,20 mm,加工到,19 mm,，垂直面为高度,6 mm,的凸台侧面。,图中主要尺寸注明公差，要考虑精度问题。零件毛坯为,75 mm,50 mm,20 mm,的方料，已完成上下平面及周边的加工，如图,1,7,所示。,一、制定加工工艺,图,1-7,毛坯图,2,选择加工机床,用立式三坐标数控铣床或加工中心较为合适。机床型号：,XK6325(FANUC-0i MC,系统,),或,VMA600,加工中心。,3,工艺分析,根据图样分析。平面加丁时材料的切削量不大，并且材料的切削性能较好，选择,80,面铣刀铣削平面，刀齿材料不宜采用硬质合金，应采用普通的高速钢,(HSS),。采用端面铣削的方式,(,即端铣,),加工，也就是利用分布在铣刀端面上的刀,刃铣削而形成平面。,垂直面加工，选择,20,圆柱形立铣刀。材料为高速钢,(HSS),。采用周边铣削方式,(,即周铣,),，也就是利用分布在铣刀圆柱面上的刀刃铣削而形成平面。,工步一为,80,面铣刀粗铣平面至要求尺寸,(,由于图样中对于工件的高度,190.05,要求较高，需分粗精加工，深度方向精加工余量为,0.3 mm),。,工步二为,80,面铣刀精铣平面至要求尺寸。,工步三为粗铣凸台轮廓,(,垂直面加工,),留,0.25mm,的单边余量。,工步四为精铣凸台轮廓到图样要求。,4,走刀路线,工步一，,M,点下刀至,N,点端铣，如图,1-8,所示。,工步二，同工步一。,工步三，采用顺铣的方式铣削。走刀路线如图,1-8,所示，从工件毛坯点（,-50,，,-50,，,100,）起刀，垂直进刀到切削深度，在起刀点,P,（,-50,，,-50,）运动至切入点,A,时建立刀具半径补偿。即按图,1-8,所示，,P,A,B,C,D,E,F,A,P,的路线进给（,P,为起刀点，坐标,X-50,、,Y-50,，,A,点为切入点），轮廓铣削完毕刀具返回起刀点,P,。,工步四，采用顺铣的方式铣削，路线与工步三一样（精加工采用逆铣方式比较好，但走刀路线则要全部变更，重新编程将会比较烦琐，考虑到是手工编程，所以仍采用原粗加工走刀路线）。,图,1-8,轮廓走刀路线,P,A,B,C,D,E,F,A,P,的路线进给（,P,为起刀点，坐标,X-50,、,Y-50,，,A,点为切入点），轮廓铣削完毕刀具返回起刀点,P,。,5,工件装夹,以已加工的底面和侧面作为定位基准，在机用虎钳上装夹工件，钳口高度为,50 mm,，工件顶面高于钳口,10,15 mm,，工件底面用垫块托起，在虎钳上夹紧前后两侧面。虎钳用,T,形槽用螺栓固定在铣床工作台上。,6,切削用量选择,主轴转速计算公式为,n=1000v,D,式中,n,一主轴的转速，,r,min,；,v,一主轴的线速度，,m,min,；,D,刀具直径，,mm,。,进给速度的计算公式为,F=SzZn,式中,F,进给速度，,mm,min,；,Sz,铣刀的每齿进给速度，,mm,每齿；,Z,铣刀的齿数；,n,主轴的转速，,r,min,。,计算,20,立铣刀切削用量：,(1),粗加工,N=1 000v,D=10001260,4,3,1420 r/min=800 r,min,F=SzZn=0.13800 mm,min=240 mm,min,(2),精加工,N=10001800,4,3,1420 r,mm=1100 r,min,F=SzZn=0,0831100 mm,min=264 mm,min,(3),粗加工最大切深可以为,6 mm(,背吃刀量,),同上方法，计算,80,面铣刀切削用量。,F=SzZn=800 mm,min,数控加工工艺卡片如表,1-1,所示,数控加工刀具及其补偿如表,1-2,所示,二、编制参考程序,1,工件坐标系的确定,为计算方便，工件坐标系零点设在毛坯上表面中心处。利用分中棒,(,寻边器,),、量块或,Z,轴设定器进行对刀，确定工件坐标系原点,O,。,2,编程点坐标的确定,根据图,1-8,，可直接得出基点坐标：,A(-32,5,，,-20),、,B(-32.5,，,0),、,C(-12,5,，,20),、,D(22.5,，,20),、,E(32.5,，,10),、,F(32.5,，,-20),。,3,编写加工程序,用,FANUC Series-0i MC,数控系统的指令及规则编写加工程序，见表,1-3,、,4,。,三、加工零件,1,加工准备,阅读零件图,(,图,1-7),，并按毛坯图检查坯料的尺寸。,开机，机床回零操作。,输入程序并检查该程序。,安装夹具，夹紧工件。装夹时用平行垫铁垫起毛坯，零件的底面要保证垫出一定厚度的标准块，用机用虎钳装夹工件，使毛坯上表面伸出钳口,10,15 mm,。定位时要利用百分表调整工件与机床,X,轴的平行度，控制在,0,02 mm,内。,准备刀具。本课题共使用两把刀具，安装时要严格按照步骤执行，并要检查刀具安装的牢固程度。,2,对刀，设定工作坐标系,(1)X,、,Y,向对刀,安装分中棒。,用,MDI,方式使主轴旋转,(,转速不宜过高，在,600r/min,内,),，在工件上方将分中棒快速移至工件左方，,Z,轴下刀到一定深度，在手轮方式下将分中棒与工件侧面接触,(,快接近工件侧面时要降低手轮倍率,),，记下此时机床,X,坐标值,A,。,手动提刀，,Z,轴移动至工件上方，在相对坐标里将,X,坐标清零，此时,X,坐标值为,0,。,用,MDI,方式再次使主轴旋转，在工件上方将分中棒快速移至工件的右方，,Z,轴下刀至一定的深度，在手轮方式下将分中棒与工件侧面接触，记下此时机床,X,坐标值,B,。,手动提刀，,Z,轴移动至工件上方，再将分中棒移到相对坐标值为,(O+B)/2,处，此位置即为工件,X,向中心，将该位置对应的,X,轴机械坐标值存至零点偏至,G54,G59,中。,同样，可找正,y,轴工件中心。,(2)Z,轴对刀,Z,轴对刀需要加工所用的刀具找正。可用已知厚度的塞尺、滚动的标准刀柄或,Z,轴设定器作为刀具与工件的中间衬垫，以保护工件表面。将基准刀,2,号到,z,向所对的零点机械坐标存至零点偏至,G54,G59,中。用对刀法或对刀仪等测量,3,号、,5,号刀相对于基准刀的长度，将相应的数值输入到对应的刀具长度补偿单元,H03,、,H05,参数代号中去,(,基准刀长度补偿代号,H02,值为零,),。,3,程序模拟与调试,程序调试时，把工件坐标系的,Z,值朝正方向移动,50 mm,，适当降低进给速度，检查刀具运动是否正确。,4,工件加工,把工件坐标系的,z,值恢复原值，按下起动键，适当调整主轴转速和进给速度，保证加工正常。,5,尺寸测量,用半径样板检测圆弧，粗糙度样板检测表面粗糙度，游标卡尺测量轮廓尺寸。根据测量结果调整刀具补偿值。修正参数的方法是：在“,OFFSET,”参数表中，对应的,WEAR(H),与,WEAR(D),中输入相应数据，例如轮廓尺寸大于,0.5 mm,，则在对应的刀具半径补偿,WEAR(D),中输入,-0.5,，按,INPUT,键，再进行加工，直至达到加工要求。,6,结束加工,松开夹具，卸下工件，清理机床，关闭数控系统电源，关闭机床总电源。,【,项目评价,】,一、手工编程与自动编程,1,手工编程,数控加工程序编制的各个阶段均由人工完成的编程方法，称为手工编程。,对于几何形状不太复杂的零件，数值计算较为简单，所需的程序段不多，程序编制容易实现，这时用手工编程较为经济而且及时。因此，手工编程被广泛用于点位直线加工和形状简单的轮廓加工中。,【,知识拓展,】,2,自动编程,由计算机完成程序编制中的大部分或全部工作的编程方法，称为自动编程。,在自动编程中，编程人员只需按零件图纸的要求，将加工信息输入到计算机中。计算机在完成数值计算和后置处理后，编制出零件加工程序单，甚至自动制作穿孔纸带，或将加工程序直接以通信方式送入数控系统，所编制的加工程序还可通过计算机或自动绘图仪进行刀具运动轨迹的检查。,自动编程的方法主要有两种：,（,1,）用编程语言编程,（,2,）用,CAM,（计算机辅助制造）软件编程,【,知识拓展,】,二、程序的结构与格式,1,程序的结构,一个完整的数控加工程序，由程序号、程序内容、程序结束三部分组成。,例如：,O0001,程序号,N10 G92 X100 Y100 Z0,；,N20 T0101 M03 S800,；,N30 G90 G00 X35 Y-30,；,程序内容,N40 G01 X20 F200,；,N50 G00 X35,；,N60 G00 X100 Y100 Z0,；,N70 M02/M30,；,程序结束,2,程序段的格式,（,2,）程序字说明,顺序号字,顺序号字也称程序段号，用来识别不同的程序段。,准备功能字,准备功能字的地址符是,G,，所以又称为,G,功能、,G,指令或,G,代码。它是数控机床准备好某种运动方式的指令。一般由地址符,G,加两位数字（,00,99,）表示。,G,指令按其功能的不同分成若干组，有模态式和非模态式两种。,坐标尺寸字,坐标尺寸字是用来指令机床在各坐标轴上的移动方向和位移量，由尺寸地址符和带正、负号的数字组成。,尺寸地址符较多，例如，,X,、,Y,、,Z,和,U,、,V,、,W,及,P,、,Q,、,R,用来表示直线坐标；,A,、,B,、,C,用来表示角度坐标；,I,、,J,、,K,表示圆弧的圆心坐标，,R,表示圆弧半径。,进给功能字,进给功能字又称,F,功能或,F,指令，由地址符,F,和若干位数字组成。,主轴转速功能字,主轴转速功能字又称,S,功能或,S,指令，由地址符,S,和若干位数字组成。,S,指令用于指定主轴的转速（,r/min,）或恒线速度（,m/min,），具体转速由,S,后跟的数字给出，其单位的转换可以通过相关,G,指令设定。,刀具功能字,刀具功能字又称,T,功能或,T,指令，由地址符,T,和若干位数字组成。,T,指令用于指定加工所用刀具和刀具补偿号。,辅助功能字,辅助功能字也称,M,功能、,M,指令或,M,代码。辅助功能字由地址符为,M,和其后二位数字组成，有,M00,M99,共,100,种。,1,程序编制的基本步骤有哪些？,2,简述程序结构和程序段格式。,【,思考练习,】,3,完成如图,1-9,所示零件，材料为硬铝，加工部分由阶梯面构成，零件毛坯为,75mm50mm20mm,，试编写加工工艺和程序。,致,谢（黑体48pt）,加工中心操作工,考级训练项目教程,项目二,加工二维外轮廓训练,【学习目标】,一、知识目标,1,根据工艺要求掌握外轮廓的加工方案。,2,掌握加工外轮廓的刀具及合理切削用量的选择。,3,掌握粗、精铣走刀路线，能正确确定刀具补偿参数。,4,能够运用子程序进行程序的编制。,【,学习目标,】,二、技能目标,1,熟练操作数控机床，独立输入程序并加工。,2,能正确使用量具掌握外形轮廓的检测方法,【,项目简介,】,本项目主要完成如图,1-1,所示零件图，零件毛坯为,75 mm,50 mm,20 mm,的方料，零件材料为硬铝，总课时,8,课时。,图,1-1,零件图,【,相关知识,】,在数控加工中，合理的选择切削用量能提高生产效率、保证工件的加工质量、充分发挥刀具和机床的效能。切削用量包括主轴转速,S,、进给速度,F,和铣削深度,a,p,和侧吃刀量,a,e,一、确定切削用量,1,刀具转速的确定,n=1000V,C,/,d (r/min),V,C,推荐的线速度，,m/min;,（推荐线速度见表,2-1,）,3.14,；,d,刀具直径，,mm,；,注意：,1,粗铣时，切削负荷大，切削线速度取小值；精铣时，为了减少表面粗糙度，切削线速度取大值。,2,采用机夹式或可转位硬质合金立铣刀，可取较大值。,3,经实际铣削后，如发现铣刀耐用度降低，则应适当减小。,2.,铣削深度,a,p,和侧吃刀量,a,e,确定,（,1,）当工件表面粗糙度,R,a,12.5,m,一般可通过一次粗铣就达到尺寸要求，但是当机床动力不足，或者余量很大时，可考虑分两次铣削。此时第一次铣削深度应尽可能大些，以使刀尖避开工件表面的锻、铸造的硬皮。通常铣削无硬皮的钢料时，,a,p,=3,5mm,；铣削铸钢或铸铁时，,a,p,=5,7mm,。,（,2,）工件表面要求粗糙度,Ra6.3,3.2,m,时，可分粗铣及半精铣两步铣削。粗铣后留,0.5,1.0mm,余量，由半精铣切除。,（,3,）工件表面要求粗糙度,Ra1.6,0.8,m,时，分粗铣、半精铣及精铣三步进行。半精铣,a,p,=1.5,2.0mm,；精铣,a,p,=0.5mm,左右。,粗加工轮廓的铣削深度和侧吃刀量也可由,a,p,a,e,=d(d,为铣刀直径,),确定；粗加工的最大铣削深度,a,p,=d,；侧吃刀量,a,e,0.05d,。,使用高速钢立铣刀加工工件时，粗加工的铣削深度通常,6mm,，精加工的侧吃刀量约为,0.2mm,；使用硬质合金立铣刀加工工件时，粗加工的铣削深度约为,1.5mm,，精加工的侧吃刀量约为,0.2mm,。,3,刀具进给速度的确定,F=f,z,Z,n (mm/min),注：,f,z,每刃每转切削厚度，（毫米,/,齿，推荐值见附表）；,Z,铣刀齿数；,n,刀具转速，,r/min,；,二、刀具半径补偿指令,G41,、,G42,、,G40,指令,1.,刀具半径补偿的概念,在编制轮廓加工程序时，为了编程方便，一般都是以工件的图纸轮廓尺寸进行编程，但由于刀具具有一定的半径，加工时刀具中心运动的轨迹不与编程轮廓重合，而是偏离编程轮廓一个半径，这种偏置称为刀具半径补偿。,2.,刀具半径补偿作用,具有刀具半径补偿功能的数控系统，刀具在所选择的加工平面内加工时，刀具会自动向编程轮廓的左侧或右侧偏置一个刀具半径补偿值，编程时只需按工件的图纸轮廓编程，不需要计算刀具中心运动轨迹，从而简化计算和方便程序编制。另外，当精加工时需更换刀具、刀具磨损或重磨后，刀具半径改变，只需在刀具补偿值中输入改变后的刀具半径，而不必修改程序。,图,2-2,刀具半径补偿实例,例如：在采用同一把半径为,R,的刀具，用同一个程序进行粗精加工时，如图,2-2,所示，编程时按轮廓,ABCD,进行编程。设精加工余量为，则：粗加工时设置的刀具半径补偿值为,R+,，这样粗加工后的实际尺寸要比轮廓,ABCD,每边都大。在精加工时，刀具要与轮廓,ABCD,相切，半径补偿值应设置,为,R,，这样加工完成后，即得到实,际加工轮廓,ABCD,。,图,2-2,刀具半径补偿实例,需要指出的是，刀具半径补偿,的过程并不是编程人员来完成,的，编程人员只需要按照零件,轮廓编写加工程序。实际的刀,具补偿是由数控系统内部的计算机根据编程轨迹和刀具半径补偿值自动计算完成，从而生成刀具中心轨迹程序。,3.,刀具半径补偿指令,（,1,）格式,X Y D ;,刀具半径补偿建立,G40 G00/G01 X Y ;,刀具半径补偿取消,其中，,G41:,刀具半径左补偿,G42,：刀具半径右补偿,D:,表示数控系统存储器中存入的刀具半径补偿值的地址号。与刀具长度补偿一样，刀具刀号与刀具补偿存储器号可以相同，也可以不同，一般情况下，为防止出错，最好采用相同的刀具号与刀具补偿号。,（,2,）,G41,与,G42,的判别方法：如图,2-3,所示，在补偿平面内，沿着刀具前进的方向看，刀具偏在轮廓左边为左补偿；沿着刀具前进方向看，刀具偏在轮廓的右边为右补偿；加工内外轮廓时，,G41,与,G42,判别如图,2-4,所示。,铣削内、外轮廓时，因,G41,铣削零件精度高，刀具磨损小，能很好的保证零件精度；而,G42,铣削会出现零件尺寸变小（外轮廓），表面粗糙度值大的现象，所以一般情况下都采用,G41,建立刀补。,图,2-3 G41,与,G42,的判别方法,图,2-4,内外轮廓,G41,与,G42,判别,4.,刀具半径补偿过程,刀具半径补偿过程分为：建立刀具半径补偿、执行刀具半径补偿、取消刀具半径补偿三个步骤。,（,1,）建立刀具补偿。刀具由起刀点接近工件，由于建立了刀补，所以执行本程序段后，刀具中心会根据后两段轨迹判断在法线方向上偏移一个刀具半径补偿值，,偏移的方向取决于是,G41,还是,G42,。特,别要注意的是刀具所在的当前点到半,径补偿的目标点之间的距离要大于刀,具半径补偿值，否则会产生过切或机,床报警现象，如图,2-5,中的,OA,线段长,度要大于刀具半径补偿值。,图,2-5,刀具半径补偿过程,（,2,）执行刀具补偿。一旦建立刀补，刀具中心轨迹与编程轨迹始终相距一个偏置量，直到刀补撤销。在执行刀补期间不得变换补偿平面（如从,G17,平面切换到,G18,平面），否则会出现报警。,（,3,）取消刀具补偿。刀具离开工件，刀具中心轨迹过渡到与编程轨迹重合的过程称为,刀补的取消。,以上程序建立刀补时，是先采用在空中补偿，再下刀的方式，这种补偿方式加工效率高，但要特别注意：,G41,程序段后不能出现连续两段,Z,向移动程序。,5.,使用刀具半径补偿注意事项,（,1,）只有在,G00,或,G01,模式下才可以建立与取消刀补。如果要提高加工效率，采用,G00,运动方式来建立或取消补偿，则要采取先建立刀补再下刀和先抬刀再取消刀补的编程方法来加工，就是常用空中建立补偿和取消补偿的方法。,（,2,）刀具半径补偿,G41/G42,程序段之后的两程序段必须有一段是关于工件轮廓的程序，不然系统没法判断刀具的走刀趋势，也无从谈起偏置在哪条轮廓线的左边或右边，这时虽然执行了半径补偿程序段，但刀具依然处于没偏置状态，就会出现过切或危险动作。（如：加工,G17,平面内的轮廓，,G41,所在的程序段之后不能连续出现两段,Z,向移动的程序，必须有一段是关于,XY,方向移动的。）,（,3,）在执行刀补过程中不得变换补偿平面。,（,4,）刀具从所在的当前点到半径补偿的目标点之间的距离要大于刀具半径补偿值，否则会产生过切或机床报警现象。,三、相关指令介绍,1,圆弧插补指令,G02,、,G03,G02,、,G03,可以自动加工圆弧曲线。,1,）格式：,G17 G02/G03 X,Y,I,J,K,/R,F,G18 G02/G03 X,Z,I,J,K,/R,F,G19 G02/G03 Y,Z,I,J,K,/R,F,2,）参数说明：,G02,顺时针方向圆弧插补；,G03,逆时针方向圆弧插补；,X,、,Y,、,Z,绝对值编程中为圆弧终点坐标值；增量编程中圆弧终点减去圆弧起点的坐标值；,R,圆弧半径；,I,、,J,、,K,圆心相对于圆弧起点的,X,、,Y,、,Z,向坐标增量。,3,）注意点：,G00,、,G01,、,G02,、,G03,为同组模态指令，在编程中可相互取代。,当机床上只有一个坐标平面时，平面指令可以省略；当机床上有三个坐标平面时，,XY,坐标平面为默认平面，所以指令,G17,可以省略。,圆弧顺时针、逆时针方向的判别方法是：从垂直于圆弧平面内的坐标轴的正方向向负方向看去，顺时针方向为,G02,，逆时针方向为,G03,，如图,2-6,所示。,图,2-6,圆弧插补方向判别,图,2-7,用,R,编程时两条圆弧线的处理,采用参数,R,编程时，从起点到终点存在两条圆弧线段，它们的编程参数完全一样，如图,2-7,所示。图中两条顺时针方向圆弧，不但起点一致，而且圆弧半径相等。为了区分这两种情况，用参数,R,编程时规定：当圆弧,180,时，用,+R,表示圆弧半径，如图中圆弧,n,；当圆弧,180,时，用,R,表示圆弧半径，如图中圆弧,m,。,采用圆心相对圆弧起点坐标编程时，相对值的大小和方向与圆弧方向矢量有关，即,I,、,J,、,K,为,X,、,Y,、,Z,方向的圆心坐标减去圆弧起点坐标；若圆弧是一整圆，则只能使用分矢量,I,、,J,、,K,编程。,在同一程序段中，如,I,、,J,、,K,和,R,同时出现，则,R,有效，而,I,、,J,、,K,被忽略。,例,3-7,如图,2-8,所示圆弧，使用圆弧半径,R,编程，其绝对值编程方式为：,图,2-8,圆弧插补,G90 G03 X15.0 Y0 R15.0 F100,；圆弧,AB,段,G02 X55.0 R20.0,；圆弧,BC,段,G03 X80.0 Y,25.0 R,25.0,；圆弧,CD,段,图,2-8,圆弧插补,增量值编程方式为：,G91 G03 X15.0 Y15.0 R15.0 F100,；,G02 X40.0 R20.0,；,G03 X25.0 Y,25.0 R,25.0,；,若使用分矢量,I,、,J,编程，其绝对值编程方式为：,G90 G03 X15.0 Y0 J15.0 F100,；,G02 X55.0 I20.0,；,G03 X80.0 Y,25.0 J,25.0,；,例,3-8,如图,2-9,所示整圆，其程序段格式为：,G90 G03 X25.0 Y0 I,25.0 F100,；,或,G91 G03 I,25.0 F100,；,图,2-9,整圆插补,【操作训练】,一、制定加工工艺,如图,2-1,所示，零件材料为硬铝，切削性能较好，加工部分由凸台轮廓和孔构成、，厚度为,4mm,，图中主要尺寸注明公差，要考虑加工精度问题。如图,2-10,所示为零件毛坯图，毛坯为,50mm,50mm,20mm,的方料，已完成上下平面及周边的加工。,图,2-10,毛坯图,2,选择加工机床,用立式三坐标数控铣床或加工中心较为合适。机床型号：,XK6325(FANUC-0i MC,系统,),或,VMA600,加工中心。,3,工艺分析,根据图样分析，凸台加工时材料的切削量不大，并且材料的切削性能较好，选择,12,键槽铣刀，刀具材料采用普通的高速钢,(HSS),，由于凸台高度只有,4 mm,，因此可采用一次性切削，切削深度为,4 mm,；因为只需一次装夹即可完成所有加工内容，故确定一道工序、,3,个工步完成零件的加工。,工步一为粗铣凸台轮廓预留,0.5 mm,的单边余量。,工步二为精铣凸台轮廓到图样要求。,工步三为用,4,的键槽铣刀直接铣削深为,3 mm,、直径为,4,的,2,个孔。,4,走刀路线,工步一采用顺铣的方式铣削。走刀路线如图,2,11,所示，从工件毛坯上方,20mm,处的,S(-50,，,-50,，,20),点起刀，垂直进刀到切削深度，在点,P,建立刀具半径补偿，并直线切入到,F,点，随后按,F,A,B,C,D,E,F,Q,的路线进给之后，,Z,向提刀到,20 mm,处，最后撤销刀具半径补偿，返回起刀点。,工步二采用顺时针的方向铣削，路线同上。,工步三铣盲孔的顺序为先铣左上角,4,深,3 mm,的孔，再铣右下角,4,深,3 mm,的孔。,图,2,11,走刀路线,5,工件装夹,以已加工的底面和侧面作为定位基准，在机用虎钳上装夹工件，钳口高度为,50 mm,，工件顶面高于钳口,10 mm,左右，工件底面用垫块托起，在虎钳上夹紧前后两侧面。虎钳用,T,形槽用螺栓固定在铣床上。,6,切削用量选择,查表可知，铝合金允许切削速度,v,为,150,300 m,min,，粗加工取,v=150 m,min,，精加工取,v=200 m,min,。,查附表参考,12,键槽铣刀的每齿进给量取,Sz=0.05mm,齿,(,考虑到实习用机床刚性不是很好，乘以修正系数,0.3,0.6),，修正系数取,0.6,。,计算,12,键槽铣刀切削用量：,(1),粗加工,n=1 000 v,D=1 000,150,0,6,3.14,12 r,min2300 r,min,F=SzZn=0.05X 2,2300 mm,min230 mm,min,表,2,2,数控加工工艺卡片,工序号,程序,编号,夹具,名称,夹具编号,材料,使用设备,1,O1003,机用,虎钳,铝合金,加工中,(VMA600,型,),工步号,工步,内容,刀具号,刀具规格,mm,主轴转速,(r/min),进给速度,(mm/min),切深,/,mm,备注,1,粗铣凸台,T02,12,键槽铣刀,2300,230,4,2,精铣凸台,T02,12,键槽铣刀,3200,320,0.5,3,钻孔,T05,4,键槽铣刀,2000,50,3,注意事项：起动机床回零后，检查机床零点位置是否正确。,正确操作机床，注意安全，文明生产。,表,2-3,数控加工刀具及其补偿,H05,中的数值根据具体对刀情况而定。,编号,刀具,名称,刀具规格,数量,用途,刀具,材料,加工性质,刀具补偿,H,mm,D,mm,4,键槽铣刀,12,1,铣凸台,高速钢,粗铣凸台,H02=O,D02=16,D03=6.5,精铣凸台,D04=6,5,键槽铣刀,4,1,铣孔,高速钢,加工孔,H05,D05=O,二、编制参考程序,1,工件坐标系的确定,为计算方便，工件坐标系零点设在毛坯的上表面中心处。利用分中棒,(,寻边器,),进行,x,、,y,方向对刀，利用量块或,Z,轴设定器进行,Z,方向对刀，确定工件坐标系原点,0,。,2.,编程点坐标确定,如图,2-11,所示，该凸台加工的轮廓由,2,段圆弧与,4,段直线组成，基点坐标计算比较简单，可简单计算直接得出：,A(-21,，,0),、,B(0,，,23),、,C(23,，,0),、,D(0,，,-21),、,E(-15,，,-21),、,F(-21,，,-15),，点,P(-21,，,-50),，切出点,Q(-21,，,50),。,3,编写加工程序,用,FANUC series,0i MC,数控系统的指令及规则编写加工程序，见表,2-4,、,5,。,程序,说明,01003;,N10 G90 G17 G40 G49G80 G21G69 G15;,N20 T02 M06;,N30 M03S2300;,N40 G54G00 X-50 Y-50;,N50 G43 Z20H02;,N60 G01 Z5 F230;,N70D02;,N80 M98 P1103;,N90D03;,N100 M98 P1103;,N110 M00;,N120 M03 S3200;,N130 G01 Z5 F320;,N140 D04;,N150 M98 P1103;,N160 G00 G49 Z60;,N170