第四章数控铣床加工中心编程

第四章数控铣床(加工中心)编程及加工一、数控铣床定义及应用范围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、三维及三维以上复杂型面铣削，如凸轮、样板、模具、螺旋槽等。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。第一节、数控铣床编程基础图4-1XK5032型数控铣床图4-2XD40型立式数控铣床二、数控铣床加工的特点＊1、零件加工的适应性强、灵活性好，能加工轮廓形状特别复杂或难以控制尺寸的零件，如模具、壳体类零件等。＊2、能加工普通机床无法加工或很难加工的零件，如用数学模型描述的复杂曲线零件以及三维空间曲面类零件。＊3、能加工一次装夹定位后，需进行多道工序加工零件。＊4、加工精度高、加工质量稳定可靠。＊5、生产自动化程序高。＊6、生产效率高。＊7、属于断续切削方式，对刀具的要求较高，具有良好的抗冲击性、韧性和耐磨性。在干式切削下，要有红硬性。三、数控铣床编程时应注意的问题＊了解数控系统的功能及规格。不同的数控系统在编写数控加工程序时，在格式及指令上是不完全相同的。＊熟悉零件的加工工艺。＊合理选择刀具、夹具及切削用量、切削液。＊编程尽量使用子程序。＊程序零点的选择要使数据计算的简单。四、数控系统和铣削加工的主要功能1.点位控制功能此功能可以实现对相互位置精度要求很高的孔系加工。2.连续轮廓控制功能此功能可以实现直线、圆弧的插补功能及非圆曲线的加工。3.刀具半径补偿功能此功能可以根据零件图样的标注尺寸来编程，而不必考虑所用刀具的实际半径尺寸，从而减少编程时的复杂数值计算。4.刀具长度补偿功能此功能可以自动补偿刀具的长短，以适应加工中对刀具长度尺寸调整的要求。5.比例及镜像加工功能比例功能可将编好的加工程序按指定比例改变坐标值来执行。镜像加工又称轴对称加工，如果一个零件的形状关于坐标轴对称，那么只要编出一个或两个象限的程序，而其余象限的轮廓就可以通过镜像加工来实现。四、数控系统和铣削加工的主要功能6.旋转功能该功能可将编好的加工程序在加工平面内旋转任意角度来执行。7.子程序调用功能有些零件需要在不同的位置上重复加工同样的轮廓形状，将这一轮廓形状的加工程序作为子程序，在需要的位置上重复调用，就可以完成对该零件的加工。8.宏程序功能该功能可用一个总指令代表实现某一功能的一系列指令，并能对变量进行运算，使程序更具灵活性和方便性。五、数控铣床所用刀具及其工艺特点图4.3刀具数控铣床和加工中心上使用的刀具主要有铣削用刀具和孔加工用刀具两大类。1、铣刀的种类和工艺特点①面铣刀用于面积较大的平面铣削和比较平坦的立体轮廓的多坐标加工.图4.5面铣刀加工图4.4圆柱铣刀加工②立铣刀图4.6图4.7立铣刀主要用于铣削面轮廓、槽面、台阶等。图4.8加工沟槽的铣刀角度铣刀键槽铣刀立铣刀三面刃铣刀键槽铣刀主要用于铣槽面、键槽等。③键槽铣刀④锯片铣刀图4.9锯片铣刀锯片铣刀主要用于大多数材料的切槽、切断、内外槽铣削、组合铣削、缺口试验槽加工、齿轮毛坯粗齿加工。⑤成型铣刀图4.10成型铣刀成型铣刀主要用为特定工件或者加工内容专门设计制造的，如角度面、凹槽、特形孔或台。2.孔加工刀具的类型①数控钻头图4.11图4.12②数控绞刀图4.13数控绞刀直柄机用铰刀锥柄机用铰刀手用铰刀可调节手用铰刀套式机用铰刀直柄莫氏圆锥铰刀手用1：50硬质合金锥柄机用铰刀铰刀可以加工圆柱形孔，锥度铰刀可以加工锥度孔。③镗刀图4.14镗刀图5.15精镗刀镗刀适合于各类型孔的加工④丝锥图4.16丝锥丝锥适用于高效率螺纹丝孔的加工⑤扩(锪)孔钻图4.17扩孔钻扩孔钻主要是在原有孔的基础上扩大孔的直径，为下一步孔的加工奠定基础。锪孔钻在加工沉头孔上应用比较广泛。⑥复合孔加工数控刀具图4.18复合刀具集合了钻头、铰刀、扩（锪）孔刀及挤压刀具的新结构、新技术。3.刀柄的种类和选用它适用于莫氏锥度刀杆的钻头、铣刀等。（1）莫氏锥度刀柄图4.19莫式锥度刀柄刀柄的种类（2）侧固式刀柄它采用侧向夹紧，适用于切削力大的加工，但一种尺寸的刀具需对应配备一种刀柄，规格较多。图4.20侧固式刀柄（3）ER弹簧夹头刀柄它采用ER型卡簧，夹紧力不大，适用于夹持直径在16mm以下的铣刀。图4.21ER卡簧（4）钻夹头式刀柄它有整体式和分离式两种，用于装夹直径在13mm以下的中心钻、直柄麻花钻等。图4.22钻夹头式刀柄五、加工编程前的工艺处理1、工件坐标系的确定工件坐标系的确定及原点的设置：应与设计坐标系重合，方便测量，方便计算。对于铣削（加工中心）加工零件时，开始段和结束段采用快速移动定位，节省空刀时间。起刀点和退刀点必须离开零件表面一定的安全高度，避免撞刀。通常在安全高度之上完成刀具长度补偿。安全高度不能设得太小，也不能设得太大。如安全高度定为50mm。2、安全高度的确定加工外轮廓时，立铣刀从安全高度下降到切削高度，应离开工件毛坯边缘一定距离，不能直接下刀切削到工件，以免发生危险。对于型腔的粗铣加工，立铣刀应从工艺孔进刀，再横向进行型腔加工。进刀段、退刀段通常沿轮廓的切线方向。通常在此建立或取消刀具半径补偿，因此，可把此段设为直线或直线加圆弧。3、进刀/退刀方式的确定4、顺铣和逆铣对加工的影响在铣削加工中，采用顺铣还是逆铣方式是影响加工表面粗糙度的重要因素之一。铣削方式的选择应视零件图样的加工要求，工件材料的性质、特点以及机床、刀具等条件综合考虑。通常，由于数控机床传动采用滚珠丝杠结构，其进给传动间隙很小，顺铣的工艺性就优于逆铣。在铣削加工零件轮廓时应尽量采用顺铣加工方式；同时，为了降低表面粗糙度值，提高刀具耐用度，对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料，尽量采用顺铣加工；但如果零件毛坯为黑色金属锻件或铸件，表皮硬而且余量一般较大，这时采用逆铣较为合理。六、切削用量的选择1、从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。背吃刀量αp为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。侧吃刀量αe为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。2．切削用量的确定切削用量包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量和进给量。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并应编入程序单内。粗加工时，考虑经济性和加工成本，通常选择较大的背吃刀量和进给量，采用较低的切削速度；半精加工和精加工时，通常选择较小的背吃刀量和进给量，并选用切削性能高的刀具材料和合理的几何参数，以尽可能提高切削速度。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册并结合经验而定。主轴转速n(r/min)主要根据允许的切削速度c(m/min)选取。Dπv1000Cn式中：vc————切削速度，由刀具的耐用度决定；D——工件或刀具直径(mm)。主轴转速n要根据计算值在机床说明书中选取标准值，并填入程序单中。在选用夹具时，通常需要考虑产品的生产批量、生产效率、质量保证及经济性。常用数控铣削夹具万能组合夹具。适合于小批量生产。气动或液压夹具。适用于生产批量较大、不宜采用其他夹具的工件。专用铣削夹具。多工位夹具。适用于中批量生产。也经常采用平口虎钳、分度头和三爪自定心卡盘等通用夹具。七、数控机床常用夹具及装夹方式通用夹具（1）机用虎钳（2）三爪卡盘1、夹具的刚度和夹紧力都要满足大切削力的要求。2、夹具结构不要妨碍刀具对工件各部位的多面加工。3、夹具的定位要可靠，定位元件应具有较高的定位精度，定位部位应便于清屑，无切屑积留。4对刚度小的工件，应保证最小的夹紧变形。（3）直接在数控铣床工作台上安装图4.23压紧点的选择（4）利用角铁和V形铁装夹工件图4.25角铁装夹工件图4.24V铁装夹工件（5）组合夹具装夹工件图4-26新型数控夹具体八、数控系统功能1.G功能（1）刀补、圆弧平面选择：G17、G18、G19（2）返回参考点：G28X_Y_Z_；式中X_Y_Z_为中间点的坐标值，用于加工中心回参考点结束程序或换刀，可自动取消刀具长度补偿。（3）刀具半径补偿：G41/G42D_（4）刀具长度补偿：G43/G44Z_Hxx。Z坐标值为刀补后刀位点移动到的坐标值。相当于G43/G44HxxG00Z_（5）取消刀具长度补偿：G49或G43/G44H00（6）工件坐标系的设置：G54~G59，通常按约定选用G54。（7）固定循环：G73、G74、G76、G80~G86用于孔加工。（8）绝对坐标/增量坐标指令：G90/G91都用相同字母X_Y_Z_（9）每分/每转进给：G94/G95（10）固定循环返回起始点/返回R点：G98/G99（11）坐标变换指令（包括极坐标编程、比例缩放和镜像、坐标系旋转等）2.M功能M06，M98，M99在同一程序段中若有两个M代码出现时，虽其动作不相冲突，但以排列在最后面的代码有效，前面M代码被忽略而不执行。注：M代码分为前指令码和后指令码，前指令码和同一程序段中的移动指令同时执行，后指令码在同段的移动指令完后才执行。（1）进给功能字F进给功能字的地址符是F，又称为F功能或F指令，用于指定切削的进给速度。一般只用每分钟进给。它为续效代码。（2）主轴转速功能字S主轴转速功能字的地址符是S，又称为S功能或S指令，用于指定主轴转速。单位为r/min。（3）刀具功能字T刀具功能字的地址符是T，又称为T功能或T指令，用于指定加工时所用刀具的编号。3.F、S、T功能一、数控机床编程基本知识二、数控铣床基本编程指令三、数控铣床常用编程指令四、数控铣床固定循环指令五、简化编程指令六、坐标变换指令七、用户宏程序第二节、数控机床编程基础1、机床坐标轴2、机床原点、参考点、机床坐标系3、工件原点和工件坐标4、绝对、增量编程5、直径、半径编程6、程序格式一、数控编程基本知识1、坐标系统1）基本坐标轴数控机床的坐标轴和方向的命名制订了统一的标准，规定直线进给运动的坐标轴用X，Y，Z表示，常称基本坐标轴。一、数控编程基本知识2）旋转轴围绕X，Y，Z轴旋转的圆周进给坐标轴分别用A，B，C表示，根据右手螺旋定则，如图1所示，以大姆指指向+X，+Y，+Z方向，则食指、中指等的指向是圆周进给运动的+A，+B，+C方向。一、数控编程基本知识基本轴与旋转轴的方向：+X=-X′,+Y=-Y′,+Z=-Z′，+A=-A′,+B=-B′,+C=-C′同样两者运动的负方向也彼此相反。一、数控编程基本知识+X+X+Y’+Z+Y+Z+Y+C+Z’+A+B+C+X+Y+Z+A+B+X’图1机床坐标轴一、数控编程基本知识3）附加坐标轴：在基本的线性坐标轴X，Y，Z之外的附加线性坐标轴指定为U，V，W和P，Q，R。这些附加坐标轴的运动方向，可按决定基本坐标轴运动方向的方法来决定。一、数控编程基本知识CJK6032坐标轴Z+X+++一、数控机床编程基础ZJK-7532立式铣床轴的定义一、数控编程基本知识+Y+X图2华中I型ZJK7532铣床坐标系统+Z数控立铣的机床坐标系数控铣床坐标系统复习数控卧铣的机床坐标系+X+Z+Y2、机床参考点、机床零点、机床坐标系机床参考点：为了正确地在机床工作时建立机床坐标系，通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个固定的机械的机床参考点（测量起点），（该点系统不能确定其位置）机床零点：通过已知参考点（已知点）、系统设置的参考点与机床零点的关系可确定一固定的机床零点，也称为机床坐标系的原点。（该点系统能确定其位置）。机床坐标系：以机床原点为原点，机床坐标轴为轴，建立的坐标系即机床坐标系。（该坐标系是机床位置控制的参照系）一、数控编程基本知识3、工件坐标系、程序原点定义：工件坐标系是编程人员在编程时使用的，编程人员选择工件上的某一点为原点（也称程序原点），建立一个坐标系，称为工件坐标系。工件坐标系一旦建立便一直有效，直到被新的工件坐标系所取代。一、数控编程基本知识一、数控编程基本知识o)(编程原点工件原点Y+X+Y+oX+YXYXBAOOXY0X0YP对刀点机床原点工件原点图4一、数控编程基本知识工件坐标系的原点要选择便