槽类零件的铣削加工编程与调试

槽类零件的铣削加工编程与调试一、实训目的（1）掌握槽类零件的数控铣削编程编制及加工；（2）了解主、子程序调用形式的简化编程方法；（3）了解并掌握旋转、镜像、缩放指令及其应用；二、预习要求认真阅读数控加工工艺处理中关于槽形加工、以及关于主、子程序调用和旋转、镜像、缩放指令使用等部分章节的内容。三、实训理论基础1．铣槽方法、切削间距、下刀位置等的设计1）铣槽方法图8－1铣槽方案对于槽形铣削，若为通槽，可采用行切法来回铣切，走刀换向在工件外部进行，如图8-1（a）所示。若为封闭凹槽，可有图示（b）、（c）、（d）三种走刀方案。图（b）为行切法，图（c）为环切法，图（d）为先用行切法，最后用环切法一刀光整轮廓表面。这三种方案中，（b）图方案最差，（d）图方案最好。图8-2带岛屿的槽形铣削如图8-2所示，若封闭凹槽内还有形状凸起的岛屿，则以保证每次走刀路线与轮廓的交点数不超过两个为原则，按图（a）方式将岛屿两侧视为两个内槽分别进行切削，最后用环切方式对整个槽形内外轮廓精切一刀。若按图（b）方式，来回地从一侧顺次铣切到另一侧，必然会因频繁地抬刀和下刀而增加工时。如图（c）所示，当岛屿间形成的槽缝小于刀具直径，则必然将槽分隔成几个区域，若以最短工时考虑，可将各区视为一个独立的槽，先后完成粗、精加工后再去加工另一个槽区。若以预防加工变形考虑，则应在所有的区域完成粗铣后，再统一对所有的区域先后进行精铣。在槽加工中，通常采用由外向内切削，在粗加工时考虑的首要因素是效率，故通常留一定精加工余量，采用较大直径刀具进行粗切削，对于精加工，则为保证精度，通常采用较小刀具。2）切削间距是指相邻两行刀具中心之间距离。根据经验行程距离通常为(0.6~0.8)D，D表示刀具直径，在保证铣削效率最高情况下，通常刀具半径补偿以行程距离为增值(若刀具从外向内切削)。3）下刀位置不管是外形铣削还是挖槽，下刀点位置都应设在要加工的废料部位。如果下刀点位于空料位置，可直接用G00下刀；若在料中，最好用键槽刀；若一次切深较多，宜先钻引孔，然后用立铣刀或键槽刀从引孔处下刀。精修槽形边界时，也应和外形轮廓铣削一样考虑引入/引出问题，尽可能的采用切向引入/引出，并且可以使用刀具半径补偿来确保尺寸精度。为保证槽底的质量，宜在最后深度时对槽底作小余量的精修加工。从一个槽形加工完成到另一槽形，必须先做G00的提刀操作，提到坯料表面安全处，再移动XY，移动过程中应周全考虑可能的干涉情形。图8-3主子程序调用关系2．主、子程序调用主、子程序的结构如图8-3所示，这种由主、子程序综合作用的程序结构使得数控系统的功能更为强大。HCNC-21M数控系统就具有这种功能，并且它最多可进行8重调用。子程序的格式和一般程序格式差不多，也是以“%xxxx”开头，“%”后跟的几位数字是子程序的番号，是作调用入口地址用的，必须和主程序中的子程序调用指令中所指向的番号一致。另外子程序结束不要用“M02”或“M30”，而要用“M99”指令，以控制执行完该子程序后返回调用它的程序中。调用子程序的指令格式如下：M98Pxxxx子程序调用指令，P后跟被调用的子程序番号M98PxxxxLxx重复调用子程序指令，L后跟重复调用的次数对于HNC系统，主、子程序可写在同一个文件中，主程序在前，子程序在后，两者之间可空几行作分隔。而对于FANUC等数控系统而言，主、子程序是分别作为一个独立的程序文件存放的。3．镜像、旋转、缩放指令1）镜象指令G24、G25当工件具有相对于某一直线对称的形状时，可以利用镜象功能和子程序调用的方法，只对工件的一部分采用子程序编程，然后在不同的镜象设置后，分别调用该子程序，从而加工出整个零件来。镜象指令格式为：G24XYZ镜象设置开始G25XYZ取消镜象设置当采用绝对编程方式时，如G24X-9.0表示图形将以X=-9.0的直线（//Y轴的线）作为对称轴，G24X6.0Y4.0表示先以X=6.0对称，然后再以Y=4.0对称，两者综合结果即相当于以点（6.0，4.0）为对称中心的原点对称图形。某轴对称一经指定，持续有效，直到执行G25且后跟该轴指令才取消，如G25X0，表示取消前面的由G24X产生的关于Y轴方向的对称，此时X后所带的值基本无意义，即任意数值均一样。先执行过G24X，其间没有执行过G25X后来右执行了G24Y，则对称效果是两者的综合。若执行的G25后不带坐标指令时，将取消最近一次指定的对称关系。2）旋转变换指令G68、G69指令格式：G17G68XYP或G18G68XZP或G19G68YZPG69其中，X、Y、Z是旋转中心的坐标值，P为旋转角度，单位：度，取值范围0~360°G68是坐标旋转功能有效，G69则是取消坐标旋转功能。3）缩放指令G51、G50使用缩放指令可实现用同一个程序加工出形状相同，但尺寸不同的工件。图8-4镜象编程加工图例指令格式为：G51XYZPG50其中X、Y、Z应是缩放中心的坐标值，P后跟缩放倍数。G51既可指定平面缩放，也可指定空间缩放。G50是缩放取消指令。缩放指令不能用于补偿量的缩放，刀具补偿将根据缩放后的坐标值进行计算。4．程序实例（1）如图8-4所示零件，采用镜象功能，先按Y轴镜象（镜象轴X=0），在不取消Y轴镜象的情形下，接着进行X轴镜象（镜象轴Y=0），然后先取消Y轴镜象，最后再取消X轴镜象。每次镜象设定后，调用运行一次基本图形加工子程序，共得到四个不同方位的加工轨迹，编程如下：主程序子程序%0008G90G17G54G0X0Y0S600M3G43H01Z5.0M08M98P100G24X0M98P100G24Y0M98P100G25X0M98P100G25Y0Z25.0M9M05M30%100G00X18.5Y18.5G01Z-5.0F50G42G01X14.0Y10.0D01G2X10.0Y14.0R4.0G1Y26.0G2X14.0Y30.0R4.0G1X18.686G2X22.458Y27.333R4.0G3X27.333Y22.458R8.0G2X30.0Y18.686R4.0G1Y14.0G2X26.Y10.R4.0G1X14.0G40X18.5Y18.5G00Z5.0X0Y0M99图8-5挖槽综合加工图例（2）如图8-5所示零件，设中间ø28的圆孔与外圆ø130已经加工完成，现需要在数控机床上铣出直径ø120~ø40、深5mm的圆环槽及七个腰形通孔。根据工件的形状尺寸特点，确定以中心内孔和外形装夹定位，先加工圆环槽，再铣七个腰形通孔。铣圆环槽方法：采用ø20mm左右的铣刀，按ø120的圆形轨迹编程，采用逐步加大刀具补偿半径的方法，一直到铣出ø40的圆为止。铣腰形通孔方法：采用ø8~ø10mm左右的铣刀（不超过ø10），以正右方的腰形槽为基本图形编写子程序，并且在深度方向上分三次进刀切削，其余六个槽孔则通过旋转变换功能铣出。由于腰形槽孔宽度与刀具尺寸的关系，只需沿槽形周围切削一周即可全部完成，不需要再改变径向刀补重复进行。如图8-6所示，现已计算出正右方槽孔的主要节点的坐标分别为：图8-6槽形坐标数据A(34.128，7.766)、B(37.293，13.574)C(42.024，15.296)、D(48.594，11.775)按照上述思路，编程如下主程序子程序%0010G54G90X0Y0S1000M03G43Z50.0H01G00X25.0G01Z-5.0F100G41G01X60.0D01F300设置D01=10G03I-60G01G40X25.0G41G01X60.0D02设置D02=20G03I-60G01G40X25.0G41G01X60.0D03设置D03=30G03I-60G01G40X25.0G00Z5.0G91G28Z0.0G28X0Y0M05M00暂停、换刀。G90G54X0Y0S1500M03G43Z5.0H02M98P100G68X0Y0P51.43%100G00X42.5G01Z-12.0F100M98P110G01Z-19.0F100M98P110G01Z-25.5F100M98P110G00Z5.0X0Y0M99嵌套的子程序%110G01G42X34.128Y7.766D04G02X37.293Y13.574R5.0G01X42.024Y15.296G02X48.594Y11.775R5.0G02Y-11.775R50.0G02X42.024Y-15.296R5.0M98P100G69G68X0Y0P102.86M98P100G69G68X0Y0P154.29M98P100G69G68X0Y0P205.72M98P100G69G68X0Y0P257.15M98P100G69G68X0Y0P308.57M98P100G69G00Z25.0M05M30G01X37.293Y-13.574G03X34.128Y-7.766R5.0G02X34.128Y7.766R35.0G40G01X42.5Y0M99D04应按实际使用的刀具半径设定（本程序还不包含槽的精修部分）四、实训仪器及设备(1)HNC-21M数控钻铣床1台(2)ø130x20圆形金属板或塑料板1块(3)ø20、ø10键槽铣刀各1把(4)基本装夹工具、1套五、实训内容及步骤(1)回参考点操作(2)对刀操作(3)工件坐标系G54～G59的预置与核查(4)旋转、镜像指令的应用(5)加工进程控制1．回参考点、对刀及预置工件坐标系按功能键区的“回零”功能按键，然后分别按+X、+Y、+Z轴移动方向按键，使各轴返回参考点。2．对刀与坐标系预置（1）先下刀到圆形工件的左侧，手动→步进调整机床至刀具接触工件左侧面，记下此时的坐标X1，手动沿Z向提刀，在保持Y坐标不变的情形下，移动刀具到工件右侧，同样通过手动→步进调整步骤，使刀具接触工件右侧，记下此时的坐标X2。计算出X3=（X1+X2）/2的结果，手动提刀后，通过手动→步进调整过程，将刀具移到坐标X3处，此即X方向上的中心位置。（2）用同样的方法，移动调整到刀具接触前表面，记下坐标Y1，在保持X坐标不变的前提下，移动调整到刀具接触后表面，记下坐标Y2，最后移动调整到刀具落在Y3=（Y1+Y2）/2的位置上，此即圆形工件圆心的位置。（3）用手动-步进方法沿Z方向移动调整至刀具接触工件上表面。（4）将此时刀具在机床坐标系中的坐标值赋给G54，然后提刀至工件坐标高度Z=25.0的位置处，至此对刀完成。3．调试加工上述程序例程4．加工进程控制加工运行过程中，总会因为各种原因需要暂停或中止运行等，有时还会因时间关系需要中断加工，到下一班次时再接续加工，这就需要用到加工进程控制的功能。1）．暂停运行暂停运行可用机床操作面板上的“进给保持”按钮实施。暂停运行时，模态信息得到保留，可按机床操作面板上的“循环启动”按钮从暂停处重新接续加工。2）．中止运行在程序运行状态下，按菜单键F7“停止运行”，然后系统将要求确认是否停止运行，按“Y”键，将中止程序运行，并卸载当前运行程序的模态信息，退出本程序的运行，此情况下不能从中断处接续加工。当前加工程序中止自动运行后，若希望从程序头重新开始运行，可在自动加工子菜单下，按F4“重新运行”，在弹出对话框后按Y，光标将返回到程序头部，再按“循环启动”，即可重新从头运行。3）．从程序中间开始运行若需要从程序中间某行处开始运行，可在菜单中选择“运行控制”，再从弹出的菜单中选择“从指定行开始运行”后，输入要开始运行的行号，按“ENTER”后，按循环启动即可；也可在选择重新运行后，按“↓”键，直接在程序显示区移动红色光条到开始行处，然后选择“从红色行开始运行”。4）．断点保存和恢复断点保存和恢复是HNC系统特别提供的程序运行控制功能。对一个班次难以完成的加工程序，可在上一班次结束前，先进行“断点保存”操作，系统会将当前坐标等模态信息记录到一个暂存文件中，下一班次重新开机并作好运行前的准备工作后，可使用“断点恢复”功能，读取该暂存文件中的模态信息，并自动切换至定位到断点处的MDI执行状态，按“循环启动