平面铣削加工.doc

课题2：平面铣削加工

理论：1.掌握平面铣削的工艺知识；
2.平面铣削的编程指令。
技能：1. 能编制平面铣削的加工程序；
2.能熟练使用数控铣床仿真软件；
3.能完成平面铣削仿真加工。

1.平面铣削的工艺知识；
2.平面铣削的编程指令。

平面铣削仿真加工

专业课（理实一体）

讲授法、引导文教学法、案例教学法、示范法、练习法

多媒体、网络或投影仪

4/10

杨丰

1提问：普通铣削加工平面方法。
2.讲解：平面铣削的工艺知识；
3.讲解：M指令、G01、G00指令；
4.练习：实例加工；
5.小结。

课题2：平面铣削加工
2.1 任务
加工如图4-1所示零件的上表面及台阶面（其余表面已加工）。毛坯为100mm×80mm×32mm长方块，材料为45钢，单件生产。

图4-1 平面铣削零件1.1 数控加工概述
2.2 知识链接
2.2.1 平面铣削的工艺知识
1.平面铣削的加工方法
平面铣削的加工方法主要有周铣和端铣两种。
a) b)
周铣和端铣
a) 周铣 b) 端铣

2.平面铣削的刀具
1）立铣刀
立铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，圆周切削刃为主切削刃，主要用来铣削台阶面。一般￠20mm～￠40mm的立铣刀铣削台阶面的质量较好。
2）面铣刀
面铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为主切削刃，主要用来铣削大平面，以提高加工效率。
3.平面铣削的切削参数
1)背吃刀量（端铣）或侧吃刀量（圆周铣）的选择
背吃刀量和侧吃刀量的选取主要由加工余量和对表面质量的要求决定：
①在要求工件表面粗糙度值Ra为12.5～25微米时，如果圆周铣削的加工余量小于5mm，端铣的加工余量小于6mm，粗铣一次进给就可以达到要求。但余量较大、数控铣床刚性较差或功率较小时，可分两次进给完成。
②在要求工件表面粗糙度值Ra为3.2～12.5微米时，可分粗铣和半精铣两步进行，粗铣的背吃刀量与侧吃刀量取同。粗铣后留0.5～1mm的余量，在半精铣时完成。
a) b)
图4-3 铣削用量

③在要求工件表面粗糙度值Ra为0.8～3.2微米时，可分为粗铣、半精铣和精铣三步进行。半精铣时背吃刀量与侧吃刀量取1.5～2mm，精铣时，圆周侧吃刀量可取0.3～0.5mm，端铣背吃刀量取0.5～1mm。
2)进给速度υf的选择
进给速度υf与每齿进给量fz有关。即
υf = nZfz
每齿进给量参考切削用量手册或表4-3选取。
工件材料
每齿进给量/(mm/z)
粗铣
精铣
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
0.1～0.15
0.10～0.25
0.02～0.05
0.10～0.15
铸铁
0.12～0.20
0.15～0.30
3）切削速度
表4-4为铣削速度υc的推荐范围。
工件材料
硬度HBS
切削速度υc/（m/min）
高速钢铣刀
硬质合金铣刀
钢
＜225
18～42 20
66～150 80
225～325
12～36
54～120
325～425
6～21
36～75
铸铁
＜190
21～36
66～150
190～260
9～18
45～90
260～320
4.5～10
21～30
实际编程中，切削速度确定后，还要计算出主轴转速，其计算公式为：
n=1000υc/（πD）
式中：υc—切削线速度，m/min；
n—为主轴转速，r/min；
D—刀具直径，mm。
计算的主轴转速最后要参考机床说明书查看机床最高转速是否能满足需要。
2.2.2 平面铣削常用编程指令
1.常用辅助功能M代码
辅助功能由地址字M和其后的一位或两位数字组成，主要用于控制零件程序的走向以及机床各种辅助功能的开关动作。M功能有非模态和模态功能两种形式。
FANUC数控系统的数控铣床上常用的M功代码见表1-1。
表1-1辅助功能（M代码）
代 码
功 能 开 始 时 间
功 能
附 注
在程序段指令运动之前执行
在程序段指令运动之后执行
M00

√
程序停止
非模态
M01

√
程序选择停止
非模态
M02

√
程序结束
非模态
M03
√

主轴顺时针旋转
模态
M04
√

主轴逆时针旋转
模态
M05

√
主轴停止
模态
M07
√

2号冷却液打开
模态
M08
√

1号冷却液打开
模态
M09

√
冷却液关闭
模态
M30

√
程序结束并返回
非模态
M98
√

子程序调用
模态
M99

√
子程序调用返回
模态
（1）程序暂停M00
当CNC执行到M00指令时将暂停执行当前程序，以方便操作者进行刀具和工件的尺寸测量、工件调头、手动变速等操作。暂停时，机床的主轴进给及冷却液停止，而全部现存的模态信息保持不变，要继续执行后续程序只需按操作面板上的循环启动键即可。
（2）选择停止M01
与M00类似，在含有M01的程序段执行后，自动运行停止。但需将机床操作面板上的任选停机的开关置为有效。
（3）程序结束M02
该指令用在主程序的最后一个程序段中。当该指令执行后，机床的主轴进给、冷却液全部停止，加工结束。
使用M02的程序结束后，不能自动返回到程序头。若要重新执行该程序就得重新调用该程序。
（4）程序结束并返回到零件程序头M30
M30与M02功能相似，只是M30指令还兼有控制返回到零件程序头的作用。使用M30的程序结束后，若要重新执行该程序只需再次按操作面板上的循环启动键即可。
（5）主轴控制指令M03、M04、M05
M03指令主轴以程序中编制的主轴转速顺时针方向（从Z轴正向向Z轴负向看）旋转。
M04指令主轴以程序中编制的主轴转速逆时针方向旋转。
M05指令主轴停止旋转，是机床的缺省功能。
M03、M04、M05可相互注销。
（6）与切削液的开停有关的指令M07、M08、M09
M07指令打开2号切削液。M08指令打开1号切削液。M09关闭切削液。M09为缺省功能。
（7）子程序调用及返回指令M98、M99
编程时，为了简化程序的编制，当一个工件上有相同的加工内容时，常用调用子程序的方法进行编程。调用子程序的程序叫主程序。子程序的编号与一般程序基本相同，只是程序的结束指令为M99，表示子程序结束并返回到调用子程序的主程序中继续执行。
①子程序的格式
O××××
……
M99；
在子程序开头必须规定子程序号，以作为调用入口地址，在子程序的结尾用M99以控制执行完该子程序后返回主程序。
②调用子程序的格式
M98 P～ L～；
P—被调用的子程序号；
L—重复调用次数，最多为999次。
注：CNC允许在一个程序段中最多指定三个M代码。但是由于机械操作的限制，某些M代码不能同时指定。有关机械操作对一个程序段中指定多个M代码的限制见机床的随机说明书。
M00、M01、M02、M30、M98和M99不能与其他M代码一起指定。
2. 主轴转速功能S
主轴功能S控制主轴转速,其后的数值表示主轴速度,单位为转/每分钟(r/min)。
S是模态指令，S功能只有在主轴速度可调节时有效。
3．进给速度F
F指令表示工件被加工时刀具相对于工件的合成进给速度。F的单位取决于G94或G95指令。
具体如下：G94 F ；每分钟进给量，尺寸为米制或英制时，单位分别为mm/min、in/min。
G95 F ；每转进给量，尺寸为米制或英制时，单位分别为mm/r、in/r。
例 N10 G94 F100；进给速度为100mm/min
…
N100 S400 M3；主轴正转，转速为400r/min
N110 G95 F0.5；进给速度为0.5mm/r
每分钟进给量与每转进给量的关系：Vf=nf
式中 Vf----每分钟进给量
n-----主轴转速
f-----每转进给量。
【例】 每转进给量为0.15mm/r,主轴转速为1000r/min，则每分钟进给速度
Vf=nf=0.15mm/r×1000r/min=150mm/min.
指令使用说明：
①数控铣床中常默认G94有效。
②G95指令中只有主轴为旋转轴时才有意义。
③G94、G95更换时要求写入一个新的地址F。
④G94、G95均为模态有效指令。
当工作在G01、G02、G03方式下时，编程的F一直有效直到被新的F值所取代，而工作在G00、G60方式下时，快速定位的速度是各轴的最高速度，与所编F无关。操作面板上有进给速度F的倍率修调开关，F可在一定范围内进行倍率修调。
当执行攻丝循环G84、螺纹切削G33时，倍率开关无效，进给倍率固定在100。
4．刀具功能T
T代码用于选刀，其后的数值表示选择的刀具号。T代码与刀具的关系是由机床制造厂规定的。T指令同时调入刀补寄存器中的刀补值（刀具长度和刀具半径）。T指令为非模态指令但被调用的刀补值一直有效，直到再次换刀调入新的刀补值。
5．常用准备功能G代码
准备功能G指令是由G后加一或两位数值组成。用于建立机床或控制系统工作方式的一种指令。
G功能有非模态和模态之分。非模态G功能只在所规定的程序段中有效，程序段结束时被注销。模态G功能是一组可相互注销的G功能，这些功能一旦被执行则一直有效直到被同一组的G功能注销为止。
模态G功能组中包含一个缺省G功能，上电时将被初始化为该功能。没有共同参数的不同组G代码可以放在同一程序段中，而且与顺序无关。例如：G90、G17可与G01放在同一程序段，但G00、G02、G03等不能与G01放在同一程序段。
(1)绝对编程指令G90与增量编程指令G91
绝对编程：指机床运动部件的坐标尺寸值相对于坐标原点给出。
增量编程：指机床运动部件的坐标尺寸值相对于前一位置给出。
格式：G90/G91 G～　X～　Y～　Z～；
功能：G90-绝对坐标尺寸编程
G91-增量坐标尺寸编程
说明：①G90与G91后的尺寸字地址只能用X、Y、Z。
②G90与G91均为模态指令，可相互注消。其中G90为机床开机的默认指令。
③G90、G91可用于同一程序段中，但要注意其顺序所造成的差异。
【例】如图所示，使用G90、G91编程，要求刀具由原点按顺序移动到1、2、3点。
G90 G01 X40 Y45 F100
G01 X60 Y25

G91 G01 X20 Y30 F
G01 X20 Y-20

G90编程
N2 X20. Y15.；
N4 X40. Y45.；
N6 X60. Y25.；
G91编程
N2 X20. Y15.；
N4 X20. Y30.；
N6 X20. Y-20.；
(2)尺寸单位设定指令
功能：G21-米制尺寸单位设定指令；G20-英制尺寸单位设定指令；
说明：①G20，G21必须在设定坐标系之前，并在程序的开头以单独程序段指定。
②在程序段执行期间，均不能切换米、英制尺寸输入指令。
③G20、G21均为模态有效指令。
图1.47
④在米制/英制转换之后，将改变下列值的单位制：
a.由F代码指定的进给速度
b.位置指令
c.工件零点偏移值
d.刀具补偿值
e.手摇脉冲发生器的刻度单位
f.在增量进给中的移动距离
(3)快速点定位指令G00
该指令控制刀具以点位控制的方式快速移动到目标位置，其移动速度由参数来设定。指令执行开始后，刀具沿着各个坐标方向同时按参数设定的速度移动，最后减速到达终点。如图a所示。注意：在各坐标方向上有可能不是同时到达终点。刀具移动轨迹是几条线段的组合，不是一条直线。在FANUC系统中，运动总是先沿45°角的直线移动，最后再在某一轴单向移动至目标点位置，如图b所示。编程人员应了解所使用的数控系统的刀具移动轨迹情况，以避免加工中可能出现的碰撞。
格式：G00 X～ Y～ Z～；
功能：快速点定位
说明：①X、Y、Z为终点坐标；
②G00为模态指令；
注意：①刀具运动轨迹不一定为直线。
②运动速度由系统参数给定。
③用此指令时不切削工件。
【例】如图所示，从A点到B点快速移动的程序段为：G90 G00 X30 Y50；G00指令中的快进速度，由机床参数对各轴分别设定，不能用程序规定。快移速度可由机床操作面板上的进给修调旋钮修正。

a同时到达终点
b单向移动至终点

(4)直线插补指令G01
直线插补指令用于产生按指定进给速度F实现的空间直线运动。
格式：G01 X～ Y～ Z～ F～；
功能：直线插补
说明：①X、Y、Z为直线终点坐标
②F为进给速度
③G01为模态指令，如果后续的程序段不改变加工的线型，可以不再书写这个指令。
④程序段指令刀具从当前位置以联动的方式，按程序段中F指令所规定的合成进给速度沿直线（联动直线轴的合成轨迹为直线）移动到程序段指定的终点，刀具的当前位置是直线的起点，为已知点。
【例】图1.48a中从A点到B点的直线插补运动,其程序段为：
绝对方式编程：G90 G01 X30. Y50. F100；
增量方式编程：G91 G01 X10. Y20. F100；
2.3任务决策和执行
2.3.1 加工工艺的确定
1.分析零件图样
该零件包含了平面、台阶面的加工，尺寸精度约为IT10，表面粗糙度全部为Ra3.2μm，没有形位公差项目的要求，整体加工要求不高。
2.工艺分析
1）加工方案的确定
根据图样加工要求，上表面的加工方案采用端铣刀粗铣→精铣完成，台阶面用立铣刀粗铣→精铣完成。
2）确定装夹方案
加工上表面、台阶面时，可选用平口虎钳装夹，工件上表面高出钳口10mm左右。
3）确定加工工艺
加工工艺见表4-5。
表4-5 数控加工工序卡片
数控加工工艺卡片
产品名称
零件名称
材 料
零件图号

45钢

工序号
程序编号
夹具名称
夹具编号
使用设备
车 间

虎钳

工步号
工 步 内 容
刀具号
主轴转速
/(r/min)
进给速度
/(mm/min)
背吃刀量
/mm
侧吃刀量
/mm
备注
1
粗铣上表面
T01
250
300
1.5
80

2
精铣上表面
T01
400
160
0.5
80

3
粗铣台阶面
T02
350
100
4.5
9.5

4
精铣台阶面
T02
450
80
0.5
0.5

4）进给路线的确定
铣上表面的走刀路线如图4-10所示，台阶面略。

图4-10 铣削上表面时的刀具进给路线
5）刀具及切削参数的确定
刀具及切削参数见表4-6。
表4-6 数控加工刀具卡
数控加工
刀具卡片
工序号
程序编号
产品名称
零件名称
材 料
零件图号

45

序号
刀具号
刀具名称
刀具规格/mm
补偿值/mm
刀补号
备注
直径
长度
半径
长度
半径
长度
1
T01
端铣刀（8齿）
￠125
实测

硬质合金
2
T02
立铣刀（3齿）
￠20
实测

高速钢

2.3.2 参考程序编制
1.工件坐标系的建立
以图4-1所示的上表面中心作为G54工件坐标系原点。
2.基点坐标计算（略）
3.参考程序
1）上表面加工
上表面加工使用面铣刀，其参考程序见表4-7。
表4-7 上表面加工程序
程序
说明
O4002
程序名
N10 G90 G54 G00 X120 Y0
建立工件坐标系，快速进给至下刀位置
N20 M03 S250
启动主轴，主轴转速250r/min
N30 Z50 M08
主轴到达安全高度，同时打开冷却液
N40 G00 Z5
接近工件
N50 G01 Z0.5 F100
下到Z0.5面
N60 X-120 F300
粗加工上表面
N70 Z0 S400
下到Z0面，主轴转速400r/min
N80 X120 F160
精加工上表面
N90 G00 Z50 M09
Z向抬刀至安全高度，并关闭冷却液
N100 M05
主轴停
N110 M30
程序结束
2）台阶面加工
台阶面加工使用立铣刀，其参考程序见表4-8。
表4-8 台阶面加工程序
程序
说明
O4003
程序名
N10 G90 G54 G00 X-50.5 Y-60
建立工件坐标系，快速进给至下刀位置
N20 M03 S350
启动主轴
N30 Z50 M08
主轴到达安全高度，同时打开冷却液
N40 G00 Z5
接近工件
N50 G01 Z-4.5 F100
下刀，Z-4.5
N60 Y60
粗铣左侧台阶
N70 G00 X50.5
快进至右侧台阶起刀位置
N80 G01 Y-60
粗铣右侧台阶
N90 Z-5 S450
下刀Z-5
N100 X50
走至右侧台阶起刀位置
N110 Y60 F80
精铣右侧台阶
N120 G00 X-50
快进至左侧台阶起刀位置
N130 G01 Y-60
精铣左侧台阶
N140 G00 Z50 M05 M09
抬刀，并关闭冷却液
N150 M05
主轴停
N160 M30
程序结束
2.4 练习
加工图所示零件的上表面及台阶面（单件生产）。毛坯为40mm×40mm×23mm的长方块（其余表面已加工），材料为45钢。

18