外轮廓的加工.doc

项目三 内、外轮廓加工
3.1学习目标
通过本项目的学习，掌握子程序的概念、格式；能够运用子程序编写数控铣削加工程序；合理按排内、外轮廓走刀路线。
3.2 项目内容
完成如图3.1所示工件外轮廓的加工程序，并在数控铣床上加工。（已知毛坯尺寸为50mmX50mmX30mm，材料45钢）
1、零件图形

图3.1
2、编程要求
1）毛坯件的尺寸为50×50×30 材料45钢；
2）完成外轮廓铣削加工程序；
3）完成工件内轮廓的加工程序；
3.3知识点
本课题主要讲解以下知识点：
1、子程序的概念、格式和编制方法；
2、轮廓分层切削的加工方法；
3、内外轮廓走刀路线的合理安排；
3.4 学习内容
3.4.1 外轮廓的加工
一般零件的切削深度大于刀具的最大切削深度，所以常采用子程序编制，在编子程序时，注意刀具半径补偿在子程序中的编制方法，并要注意合理选择进刀与退刀路线。
1、数控铣削编程中的子程序
1）子程序的定义
在编制加工程序时，有时会遇到一组程序段在一个程序中多次出现，或在几个程序中都要使用它，这个典型的加工程序可以作成固定程序，并单独命名，这组程序段就称为子程序。
子程序不能单独使用，它只能通过主程序调用，实现加工中的局部动作。子程序结束后，能自动返回到调用的主程序中。
2）子程序的格式
子程序的格式与主程序格式相似包括程序名、程序段、程序结束指令，所不同的是程序结束指令不同， 主程序用M02 或 M30，子程序用M99。
子程序格式如下：
O0003；
G91 G01 Z-2.0 F100
………
G01 X20 Y30
M99
3）子程序的调用
在FANUC系统中，子程序的调用格式有两种。
格式一： M98 P X X X X L X X X X
地址P后面的四位数字为子程序名，地址L的数字表示重复调用的次数，当只调用一次时，L可省略不写。
例：M98 P1234 L5 表示调用子程序“O1234”共5次。
格式二：M98 P X X X X X X X X
地址P后面的八位数字中，前四位表示调用次数，后四位表示子程序名，采用这种调用格式时，调用次数前的0可以省略，但子程序名前的0不能省略。
例：M98 P41976表示调用子程序“O1976”4次。
4）子程序嵌套
为进一步简化程序，可以让子程序调用另一个子程序，这一功能称为子程序的嵌套。系统不同，其子程序的嵌套级数也不相同，最多可以实现99级嵌套。其执行过程如3.2图所示：

图3.2子程序的嵌套
5）子程序的应用
（1）实现零件的分层切削
零件在某个方向总切削深度较大，要进行分层切削

图3.3 分层切削
（2）同平面内多个相同轮廓工件的加工，在数控编程时，只编写其中一个轮廓的加工程序，然后用主程序调用。如图3.4所示：

图3.4 子程序的多次调用
6）使用子程序注意事项
（1）注意主程序与子程序间模式代码的变换，子程序采用了G91模式时，返回主程序时应注意及时进行G90与G91模式的变换。如下所示：
O1234；(主程序) O1111；(子程序)
G90 G54； (G90模式) G91……；
M98 P1111；（G91模式) ……；
…… M99；
G90…… ； （G90模式)
M30；
（2）在半径补偿模式中的程序不能被分支 即在主程序中加刀补，必须在主程序中取消刀补，在子程序中加刀补就必须在子程序中取消刀补，否则系统会出现程序报警。
2、项目零件的程序编制
1） 零件工艺分析(如图3.1)

如图3.1
（1）零件图分析
该零件为平面类零件，外形为圆形凸台，关于垂直线对称，尺寸均为对称标注，零件结构合理；由零件图纸上可以看出，该零件有尺寸精度要求及表面粗糙度要求，尺寸精度要求较高： 所用材料均为45#钢，材料硬度适中，便于加工。由以上分析可得出，该零件精度要求较高适合采用数控铣床加工。
（2）确定装夹方案
由于该零件结构及其所对应的毛坯结构均为方形，因此夹具用平口钳较合理。
（3）确定进给路线
由于轮廓Z向切削深度较大，因此轮廓Z向采用子程序分层切削方法进行，每次切深为2mm。
①粗铣圆形凸台时，主要考虑加工效率及加工过程中刀具磨损情况，应采用逆铣加工，进、退刀采用切线延长线切入切出。
②精铣圆形凸台时，主要考虑零件的尺寸精度及表面质量能否达到图纸要求，因此应采用顺铣加工，进、退刀采用切线延长线切入切出。
（4）刀具的选择
由于零件材料为45#钢，可加工性能较好，选用以高速钢为材料的刀具便足够。
①粗加工时，为了提高加工效率，选用mm高速钢平底立铣刀。
②精加工时，选用mm高速钢平底立铣刀。
（5）切削用量的选择
根据刀具材料和工件材料查表选取切削速度为Vc=30m/min,则转速根据n=l000Vc／πD计算的，粗加工转速取600r/min,精加工转速取1000r/min。粗加工进给速度取150mm/min, 精加工进给速度取100mm/min。Z向背吃刀量每次取2mm。
注意粗加工时，要留有精加工余量（一般为双边0.5mm）。
2）编写数控程序  外轮廓数控铣削参考程序如下
刀具mm立铣刀（精加工程序）
O0002；
G90 G17 G40 G49 G80； 程序初始化
G54 G00 X22.5 Y-30； 建立工件坐标系，刀具移至切线延长线
G43 G00 Z50 H01； 建立刀具长度补偿，刀具移至安全高度
M03 S1000； 主轴正转
G01 Z0 F100； 子程序Z起始点
M98 P30011； 调用子程序O0011三次
G90 G00 Z50； 刀具返回安全高度
M30； 主轴停止，程序结束
O0011； 圆弧凸台子程序
G91 G01 Z-2 F100； Z向分层切削，每次切削深度2mm
G90 G42 G01 X22.5 Y-10 D01； 轮廓切线延长线上加刀补
Y0； 沿切向切入
G03 X22.5 Y0 I-22.5 J0； 圆弧凸台加工
G01 Y10； 沿切向切入
G40 G01 X40 Y30； 取消刀具半径补偿
Y-30；
G01 X22.5 Y-30； 返回起始点位置
M99； 子程序结束
3.4.2 内轮廓的加工
数控铣削中常会遇到内轮廓的加工，在铣削内轮廓时，关键在于下刀点与进、退刀的合理选择。
1、项目零件的程序编制
1） 零件工艺分析:如图3.1

图3.1
（1）根据零件结构选择刀具 粗加工时，为了提高加工效率，同时，因为有内轮廓存在，必须考虑到所选刀具半径要小于内圆弧最小半径；心型内腔选用mm平底刀，键槽选用mm键槽刀。精加工时，选用mm平底刀。
（2）走刀路线的确定
粗铣心型内腔及键槽时，主要要考虑刀具走刀路线要能够有效的切除余量，同时不至于引起刀具干涉及过切现象；因此应从心型空缺处下刀，采用最短路线原则粗铣成形；
精铣心型内腔时，尽量遵循从切向切入的方法，选择以O点延长线OA作为切入点与切出点，精铣键槽时，无法沿零件曲线的切向切入与切出，在这种情况下，切入切出点应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给过程中要避免停顿，本项目选择以交点Q作为切入点。走刀路线如图3.5所示：

图3.5 走刀路线
（3）切削用量的选择
切削用量见外轮廓加工切削用量的选择
2）编写加工程序
精加工参考程序（编程原点选在零件的几何中心）如下：
O1978；
G90 G17 G40 G49 G80； 程序初始化
G54 G00 X0 Y10； 建立工件坐标系，刀具移至切线延长线
G43 G00 Z50 H01； 建立刀具长度补偿，刀具移至安全高度
M03 S1000； 主轴正转
G01 Z0 F100； 子程序Z起始点
M98 P30013； 调用子程序O0011三次
G90 G00 Z10； 抬刀
G00 X0 Y-14； 刀具移至键槽上方
G01 Z0 F100； 子程序Z起始点
M98 P30014； 调用子程序O0014三次
G90 G00 Z50 刀具移至安全高度
M30； 主轴停止，程序结束
O0011； 心型凹槽子程序
G91 G01 Z-2 F80； Z向分层切削，每次切削深度2mm
G90 G42 G01 X0 Y5 D01 F100 ； 轮廓切线延长线上加刀补
G01 Y0；
G02 X-15 Y0 R7.5；
G02 X15 Y0 R15； 加工心型凹槽
G02 X0 Y0 R7.5
G01 X0 Y5； 切线延长线切出
G40 G01 X0 Y10； 取消刀具半径补偿
M99； 子程序结束
O0014； 键槽子程序
G91 G01 Z-2 F100； Z向分层切削，每次切削深度2mm
G90 G41 G01 X-6 Y-10 D01； 加刀补
G03 X-6 Y-18 R4；
G01 X6 Y-18； 加工键槽
G03 X6 Y-10 R4；
G01 X-6 Y-10；
G40 G01 X0 Y-14； 取消刀具半径补偿
M99； 子程序结束
3.5 思考与练习
1、毛坯尺寸60mm×60mm ×30mm ，材料45号钢，刀具每次吃刀量不超过2mm，选择刀具、切削用量，完成如图3.6所示的外轮廓加工程序。

图3.6方形凸台零件
2、完成如图3.7所示的凹槽零件的加工程序。

图3.7凹槽类零件