第3章数控铣削加工编程

1Ⅱ．汉川HC－1数控系统5.1数控铣削编程概述第5章数控铣削加工编程5.2数控铣床系统指令5.3典型零件数控铣削编程综合实例Ⅰ．FANUC0iMate数控系统2数控铣床是机床设备中应用非常广泛的加工机床，它可以进行平面铣削、平面型腔铣削、外形轮廓铣削、三维复杂型面铣削，还可进行钻削、镗削、螺纹切削等孔加工。加工中心、柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上产生和发展起来的。数控铣床分类：a.立式铣床b.卧式铣床c.万能式数控铣床d.龙门式铣床5.1数控铣削编程概述3数控铣床具有丰富的加工功能和较宽的加工工艺范围。各种类型数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同，但各种数控系统的功能，除一些特殊功能不尽相同外，其主要功能基本相同。数控铣床的主要功能有:1、点位控制功能2、连续轮廓控制功能3、刀具半径补偿功能4、刀具长度补偿功能5、比例缩放及镜像加工功能6、旋转功能7、子程序调用功能8、用户宏程序功能5.1.1.数控铣削加工特点4数控铣床的加工范围铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一，它主要包括平面铣削和轮廓铣削，也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工等。数控铣削主要适合于下列几类零件的加工。1、平面类零件平面类零件是指加工面平行或垂直于水平面，以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件，这类加工面可展开为平面。a)轮廓面Ab)轮廓面Bc)轮廓面C52、直纹曲面类零件直纹曲面类零件是指由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。加工面不能展开为平面。直纹曲面数控铣床的加工范围63、立体曲面类零件加工面为空间曲面的零件称为立体曲面类零件。这类零件的加工面不能展成平面，一般使用球头铣刀切削，加工面与铣刀始终为点接触，若采用其它刀具加工，易产生干涉而破坏邻近表面。可采用行切法或三坐标联动加工（空间直线插补）。数控铣床的加工范围7数控铣床的夹具和刀具1、夹具数控铣床主要用于加工形状复杂的零件，但所使用夹具的结构往往并不复杂，数控铣床夹具的选用可首先根据生产零件的批量来确定。对单件、小批量、工作量较大的模具加工来说，一般可直接在机床工作台面上通过调整实现定位与夹紧，然后通过加工坐标系的设定来确定零件的位置。对有一定批量的零件来说，可选用结构较简单的夹具。82、刀具数控铣床上所采用的刀具要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等，选择刚性好、耐用度高的刀具。常见刀具见右图。数控铣床的夹具和刀具9铣刀类型选择1）铣较大平面时，为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度，一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀。数控铣床的夹具和刀具102）曲面类零件加工曲面类零件时，为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切，而避免刀刃与工件轮廓发生干涉，一般采用球头铣刀。粗加工用两刃铣刀，半精加工和精加工用四刃铣刀,如图所示。数控铣床的夹具和刀具113）铣小平面或台阶面铣小平面或台阶面一般采用通用铣刀，如图所示。数控铣床的夹具和刀具124）键槽铣键槽时，为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀，如图所示。数控铣床的夹具和刀具135）孔加工孔加工时，可采用钻头、镗刀等孔加工类刀具，如图所示。数控铣床的夹具和刀具14机床坐标系是机床固有的坐标系，机床坐标系的原点也称为机床原点或机床零点。在机床经过设计制造和调整后这个原点便被确定下来，它是固定的点。5.1.2数控铣床的坐标系15迪卡尔数控机床采用的是笛卡尔的直角三坐标系统，X、Y、Z三轴之间的关系遵循右手定则。如右图所示，右手三指尽量互成直角，拇指指向X轴正方向，食指指向Y轴正方向，中指指向Z轴正方向。ZYX遵循右手笛卡尔直角坐标系原则:5.1.2数控铣床的坐标系16数控装置通电后通常要进行回参考点操作，以建立机床坐标系。参考点可以与机床原（零）点重合，也可以不重合，通过参数来指定机床参考点到机床原点的距离。机床回到了参考点位置也就知道了该坐标轴的零点位置，找到所有坐标轴的参考点，CNC装置就建立起了机床坐标系。机床坐标系的原点简称为机床原点，通常在各坐标轴的正向最大极限处。5.1.2数控铣床的坐标系17工件坐标系用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件坐标系的原点即为工件原（零）点。工件零点的位置是任意的，它是由编程人员在编制程序时根据零件的特点选定的。考虑到编程的方便性，工件坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床的坐标轴方向一致。5.1.2数控铣床的坐标系18工件坐标系原点机床坐标系原点5.1.2数控铣床的坐标系19数控铣削加工工件的安装数控铣削加工选择定位基准应遵循的原则：尽量选择零件上的设计基准作为定位基准定位基准选择要能完成尽可能多的加工内容定位基准应尽量与工件坐标系的对刀基准重合必须多次安装时，应遵从基准统一原则20零件结构的工艺性分析零件结构工艺性分析的主要内容：审查与分析零件图纸中尺寸标注方法是否适合数控加工；审查与分析图纸中几何元素的条件是否充分、正确；审查与分析数控加工零件的结构合理性；21预防零件变形措施：对于大面积的薄板零件，改进装夹方式，采用合适的加工顺序和刀具采用适当的热处理方法粗、精加工分开及对称去除余量等措施来减小或消除变形的影响零件结构的工艺性分析22提高工艺性的措施：减少薄壁零件或薄板零件尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸保证基准统一原则零件结构的工艺性分析23数控铣床的加工工艺1、选择并确定数控铣削加工部位及工序内容2、加工工序的划分3、确定对刀点与换刀点4、选择走刀路线5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点241、选择并确定数控铣削加工部位及工序内容（1）工件上的曲线轮廓，特别是有数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓；（2）已给出数学模型的空间曲面；（3）形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位；（4）用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内外凹槽；（5）以尺寸协调的高精度孔或面；（6）能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状；（7）采用数控铣削后能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动强度的一般加工内容。5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点25在数控机床上特别是在数控铣床、加工中心上加工零件，工序十分集中，许多零件只需在一次装夹后就能完成全部工序。但是零件的粗加工，特别是铸、锻毛坯零件的基准平面、定位面等的加工应在普通机床上完成之后，再装夹到数控机床上进行加工。这样可以发挥数控机床的特点，保持数控机床的精度，延长数控机床的使用寿命，降低数控机床的使用成本。2、工序的划分5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点26导轨粗基准的加工以加工后的床脚为基准加工导轨面以导轨面为粗基准加工床脚2、工序的划分（先后顺序例）5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点27刀具集中分序法粗、精加工分序法按加工部位分序法2、工序的划分5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点28刀具集中分序法即按所用刀具划分工序，用同一把刀加工完零件上所有可以完成的部位，在用第二把刀、第三把刀完成它们可以完成的其它部位。特点：这种分序法可以减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差。2、工序的划分5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点29粗精加工分序法这种分序法是根据零件的形状、尺寸精度等因素，按照粗、精加工分开的原则进行分序。对单个零件或一批零件先进行粗加工、半精加工，而后精加工。注意：粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。2、工序的划分5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点30按加工部位分序法即先加工平面、定位面，再加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度比较低的部位，再加工精度要求较高的部位。2、工序的划分5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点31零件材料变形小，加工余量均匀，可以采用刀具集中分序法，以减少换刀时间和定位误差；例如：若零件材料变形较大，加工余量不均匀，且精度要求较高，则应采用粗精加工分序法。2、工序的划分5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点32对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，它是通过对刀点来实现的。对刀点指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。3、确定对刀点与换刀点5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点33对刀点的选择原则便于用数字处理和简化程序编制在机床上找正容易，加工中便于检查引起的加工误差小3、确定对刀点与换刀点5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点34对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，但必须与零件的定位基准有已知的准确关系。当对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。对于以孔定位的零件，可以取孔的中心作为对刀点。3、确定对刀点与换刀点5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点35定心锥轴找孔中心定心锥轴36百分表找孔中心表头工件主轴百分表磁性表座37寻边器对刀对刀方式数控铣削加工的对刀38寻边器找对称中心X1X2Y2Y12YY21＋2XX21＋X1X2Y2Y12YY21＋2XX21＋39数控铣削加工的对刀对刀方式标准芯轴和块规对刀40以毛坯相互垂直的基准边线的交点为对刀位置点工件原点WXYYWXMXWYZ机床原点MXXa机床原点MyybabXbbya+D/2yZZabXa+D/2XXbW工件原点YXaXWYYbYaZ机床原点M机床原点M工件原点WXYYWXMXWYZ机床原点MXXa机床原点MyybabXbbya+D/2yZZabXa+D/2工件原点WXYYWXMXWYZ机床原点MXXa机床原点MyybabXbbya+D/2yZZabXa+D/2ZaMZbYbXWYYa＋Xa＋2D2DXb对刀操作时的坐标位置关系41Z向对刀设定G92Z100.0Z=0指示灯坯件坯件指示灯G92Z100Z＝0刀具Z向对刀--可利用基准刀具及Z向设定器进行精确对刀，其原理与寻边器相同。42对刀时应使对刀点与刀位点重合。刀位点是指确定刀具位置的基准点如：平头立铣刀的刀位点一般为端面中心；球头铣刀的刀位点取为球心；钻头为钻尖。3、确定对刀点与换刀点5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点43换刀点应根据工序内容来作安排，为了防止换刀时刀具碰伤工件，换刀点往往设在距离零件较远的地方。对于加工中心，其换刀点的Z向坐标是固定的；对于铣床，一般需操作者手动换刀。3、确定对刀点与换刀点5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点44走刀路线是数控加工过程中刀具相对于被加工工件的的运动轨迹。走刀路线的确定非常重要，因为它与零件的加工精度和表面质量密切相关。同时，也是编写程序的依据。4、选择走刀路线5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点45确定走刀路线的一般原则保证零件的加工精度和表面粗糙度。选择使工件在加工后变形小的路线。寻求最短加工路线，减少空刀时间。沿着切线方向切入与切出工件。5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点方便数值计算，减少编程工作量。46铣削外圆的切入切出路径切入切出路径5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点47铣削内圆的切入切出路径铣削内轮廓的切入切出路径5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点48另外，在选择走刀路线时应注意以下几种情况：（1）避免引入反向间隙误差。（2）顺铣加工与逆铣加工方式。（3）立体轮廓的加工。（4）内槽加工。4、选择走刀路线5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点49⑤ⅠⅡⅣⅢ①②④③XOY对刀点(b)(a)对刀点YOX③④②①ⅢⅣⅡⅠ避免反向误差的加工路线存在反向误差的加工路线镗铣加工路线图避免引入反向误差5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点50刀具补偿的设置在切入工件前应该已经完成刀具半径补偿，而不能在切入工件时同时进行刀具补偿，这样会产生过切现象。为此，应在切入工件前的切向延长线上另找一点，作为完成刀具半径补偿点.5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点51切入工件同时补偿切入工件前补偿刀具补偿的设置5.1.3数控铣削加工工艺与编程要点52顺铣和逆铣加工切削加工方式顺铣逆铣在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切削分力方向相同。用于当工件表面无硬皮、机床进给机构无间隙、精铣加工的场合。在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切