数控加工工艺与编程(程俊兰)第4章-习题答案

复习思考题41．加工中心可分为哪几类？其主要特点有哪些？加工中心按结构布局可以分为以下三类：（1）立式加工中心其主轴轴线垂直于水平面。为了解决垂直方向运动时重力平衡的问题，一般是由主轴箱沿立柱上下运动来实现的，主轴箱的重量通过立柱中空腔内的配重使其平衡。大型立式数控铣床则往往采用龙门架移动式，龙门架沿床身做纵向运动。三坐标立式数控铣床占有相当的比重，一般可进行三坐标联动加工。还有部分机床的主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中的一个或两个轴做数控摆角运动，完成四坐标和五坐标数控立铣加工。（2）卧式加工中心其主轴轴线平行于水平面，垂直方向的运动一般也是由主轴箱升降来实现的。为了扩大加工范围，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现四、五坐标加工。利用万能数控转盘，可以将工件上不同角度的加工面调整成加工位置，从而省去很多专用夹具或专用角度成型铣刀。带有数控转盘的卧式数控铣床利于对工件进行“四面加工”。2．箱体上直径小于30mm的孔一般采用什么加工方法？直径小于30mm的孔可以不铸出毛坯孔，全部加工都在加工中心上完成。可分为“锪平端面—打中心孔—钻—扩—孔端倒角—铰”等工步。有同轴度要求的小孔（30mm），须采用“锪平端面—打中心孔—钻—半精镗—孔端倒角—精镗（或铰）”等工步来完成。3．数控铣和加工中心的工序划分原则是什么？（1）工序集中原则。（2）先粗后精原则。（3）基准先行原则。（4）先面后孔原则。4．数控铣和加工中心的工序划分方法有哪些？（1）以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适于加工内容不多的零件，加工完成后就能达到待检状态。（2）以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工多个表面，但会导致程序太长。程序长度会受到系统内存容量、机床连续工作时间（一个零件在一个工作班内应该加工完毕）、查错和检索等的限制。因程序不宜太长，一道工序的内容也不宜太多。（3）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的零件，按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度要求较低的部位，再加工精度要求较高的部位。（4）以粗、精加工划分工序。对于易发生变形的零件，为减小加工后的变形，一般先进行粗加工，后进行精加工，并将粗、精加工工序分开。（5）先主后次。即先加工主要表面，然后加工次要表面。（6）一次装夹进行多道加工工序时，则应考虑把对工件刚度削弱较小的工序安排在先，以减小加工变形。（7）先内形内腔加工，后外形加工。5．数控铣和加工中心的工步划分方法有哪些？（1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精分开进行。（2）对于既有面又有孔的零件，可以采用“先面后孔”的原则划分工步。先铣面可提高孔的加工精度。因为铣削时切削力较大，工件易发生变形，而先铣面后镗孔，则可使其变形有一段时间恢复，减少由于变形引起的对孔的精度的影响。反之，如先镗孔后铣面，则铣削时极易在孔口产生飞边、毛刺，从而破坏孔的精度。（3）按所用刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用刀具集中工步，以减少换刀次数，减少辅助时间，提高加工效率。（4）在一次安装中，尽可能完成所有能够加工的表面。6．影响切削用量的因素有哪些？（1）机床：机床刚性、最大转速、进给速度等；（2）刀具：刀具长度、刃长、刀具刃口、刀具材料、刀具齿数、刀具直径等；（3）工件：毛坯材质、热处理性能等；（4）装夹方式：（工件紧固程度）压板、台钳、托盘等；（5）冷却情况：油冷、气冷、水冷等。7．如何用Z轴设定器确定刀具的长度？（1）组装和调整加工中使用的各种刀具。（2）校准Z轴设定器，用校准棒压在Z轴设定器的上面，调整表盘使指针指向刻度0。（3）将Z轴设定器放在Z向零点的平面上（一般为零件平面）。（4）将一把刀具装入加工中心（或数控铣床）主轴。（5）Z向移动主轴，使刀尖与Z轴设定器接触，使Z轴设定器指针指向刻度0（或是指示灯亮），将该刀的刀号、长度、直径等参数输入系统（输入方法参考机床操作手册）。（6）将刀具装入刀库。（7）重复步骤（3）～（5），直至将所有刀具测量完毕。用这种方法即测量了各个刀具的长度补偿值，又确定了Z轴的零点。8．如何用机械式寻边进行X、Y的对刀？（1）将偏心式寻边器通过刀柄安装在主轴上。（2）启动主轴旋转，主轴转速一般为500r/min左右。（3）在X正方向手动移动工作台，使寻边器下部的圆柱与被加工零件上与X轴垂直的侧面接触。（4）进一步慢速移动工作台，边移动边观察，直至两段圆柱同心，再移动突然又出现偏心。（5）记录下数控系统显示器上显示的X值，此时主轴中心与零件被测量面的距离等于寻边器的半径。（6）用同样的方法进行Y正向移动测量，记录下Y值。（7）用记录的X值加上一个寻边器圆柱半径值（X+R），用记录的Y值加上一个寻边器圆柱半径值（Y+R），（X+R，Y+R）就是主轴中心移至零件一个角点上的坐标值，如果此点是工件原点，则将计算后的X值和Y值输入系统G54～G59之一（如G54）所对应的寄存器中，将来在程序中可使用G54控制坐标系。9．如何用光电式寻边器进行X、Y的对刀？（1）将工件通过夹具装在机床工作台上，装夹时，工件的四个侧面都应留出寻边器的测量位置。（2）将寻边器通过刀柄装在主轴上，手动Z轴使寻边器下降，钢球与测量杆的交线不要低于零件的上表面，且保证钢球的最大半径面低于零件的上表面。当出现误操作时可以保护测量杆不受损坏。（3）在X方向快速移动主轴，让寻边器测头靠近工件的左侧，改用微调操作，让测头慢慢接触到工件左侧，直到寻边器发光。记下此时测头在机械坐标系中的X坐标值，如-358.700。（4）抬起测头至工件上表面之上，快速移动主轴，让测头靠近工件右侧，改用微调操作，让测头慢慢接触到工件右侧，直到寻边器发光。记下此时测头在机械坐标系中的X坐标值，如-248.700。（5）两者差值再减去测头直径，即为工件长度。测头的直径一般为10mm，则工件的长度为L=-248.700-（-358.700）-10=100mm。（6）工件坐标系原点在机械坐标系中的X坐标为X=-358.7+100/2+5=-303.7，将此值输入到工件坐标系中（如G54）的X即可。（7）同样，工件坐标系原点在机械坐标系中的Y坐标也按上述步骤测定。10．数控铣床和加工中心的坐标平面指令有哪些？G17、G18、G1911．加工中心的编程与数控铣床的编程主要有何区别？加工中心带有刀库，可以实现自动换刀，所以加工中心的编程可以用指令M06来换刀，而数控铣床需要手动换刀。12．刀具长度补偿有哪些指令？怎样使用？刀具长度补偿指令有G43、G44、G49。指令格式为：G43Z___H___；或G43H____；G44Z___H___；或G44H____；G49；或H00；G43表示长度正补偿，其含义是用H代码指定的刀具长度偏置号（存储在偏置存储器中）加到在程序中由指令指定的终点位置坐标值上；G44表示长度负补偿，其含义是从终点位置减去补偿值。G49是取消刀具长度补偿，等同于H00。13．试用图解表示G41、G42、G43、G44的含义。14．G98、G99的区别是什么？在钻孔固定循环中，使用G98控制刀具返回到初始点，用G99控制刀具返回到R点。15．G15、G16的作用是什么？如何使用？极坐标编程通常使用指令G15、G16进行。Gl5：撤销极坐标编程G16：极坐标编程生效极坐标编程时，编程指令的格式、代表的意义与所选择的加工平面有关，加工平面的选择仍然利用G17、G18、G19等平面选择指令进行。加工平面选定后，所选择平面的第一坐标轴地址用来指定极坐标半径；第二坐标轴地址用来指定极坐标角度，极坐标的0°方向为第一坐标轴的正方向。极坐标原点指定方式，可以将工件坐标系原点直接作为极坐标原点；也可以利用局部坐标系指令（G52）建立极坐标原点。16．G50、G51的作用是什么？如何使用？G51为比例缩放功能生效，指令格式：G51X__Y__Z__P__；各轴按相同比例缩放G51X__Y__Z__I__J__K__；各种按不同比例缩放X、Y、Z指令用来确定缩放中心，P指令用来确定缩放比例，缩放比例的最小输入增量单位是0.001，如果省略X、Y和Z指令，则G51指令的刀具位置为缩放中心。I、J、K分别对应X、Y、Z轴的比例系数，本系统设定I、J、K时不能带小数点，比例为1时，输入1000即可，通过对某一轴指令比例系数“-1”，可以利用比例缩放，实现镜像加工。G50为关闭缩放功能G51。指令格式：G5017．G68、G69的作用是什么？如何使用？G68为图形旋转功能生效。指令格式：G17G18G19G68X__Y__X__Z__Y__Z__R__；其中：X、Y、Z指令指定旋转中心，如果程序中不指定回转中心，则以坐标原点为旋转中心；R指令指定旋转角度，以度为单位，一般逆时针为正角度。G69为关闭旋转功能。指令格式为：G69；18．G51.1、G50.1的作用是什么？如何使用？G51.1指令控制镜像功能开始。指令格式为：G51.1X__Y__X__Y__；X、Y指令后面的坐标字指定对称轴或对称点。如果式中只给出一个坐标字，是以一个轴镜像；如果给出两个坐标字，是以一个点镜像。例如，“G51.1X50.;”是以X=50为轴的轴对称；“G51.1X0Y0;”是以原点为点对称。镜像指令有效后，系统将程序段中的被镜像的坐标字自动处理，形成镜像值。G50.1指令被执行时，结束可编程镜像的功能。指令格式为：G50.1X__Y__X__Y__；X、Y指令后面的坐标字指定取消镜像操作的坐标轴和坐标点。19．编制如图4-73所示的零件的加工程序，设零件材料为中碳钢。图4-73工艺分析：该零件加工内容为型腔，深5mm，还有4个φ20的沉孔，深9mm。没有给出尺寸精度想、形位公差等技术要求，只需要编写加工程序走出形状即可。工艺设计：在数控铣床利用平口钳夹紧，刀具选择φ18的3齿硬质合金立铣刀。先粗加工型腔，然后精加工型腔和φ20的沉孔。型腔采用斜线下刀，沉孔采用螺旋线下刀。粗加工时选择背吃刀量5，侧面留0.5mm余量。每齿进给量查表4-3取0.05mm，铣削速度查表4-2取60m/min,主轴转速由公式n=1000v/πD计算，取1050，进给速度计算后取157。精加工时选择背吃刀量5。每齿进给量查表4-3取0.04mm，铣削速度查表4-2取80m/min,主轴转速由公式n=1000v/πD计算，取1415，进给速度计算后取170。程序如下O4001;主程序名G54G00X0Y0设定工件坐标系G00Z2.M03S1050；快速下刀,启动主轴正转G01X20.5Y0Z-2F100;斜线下刀到Z-2X-20.5Z-5;斜线下刀到切削深度Y-6F157;向下进给X20.5;X轴方向去除余料Y6;Y正向进给X-20.5;X轴方向去除余料Y17;Y向进给X-30Y30;去除左上角部余料X-17Y20.5退刀X17;去除x轴向余料X30Y30;去除右上角部余料X20.5Y17退刀Y-17;Y向进给X30Y-30;去除右下角部余量料X17Y-20.5;退刀X-17;除X向余料X-30Y-30;去除左下角部余料X-20.5Y-17退刀M98P1001;调用子程序精加工右上角部分G51.1X0;关于Y轴镜像M98P1001;调用子程序精加工左上角部分G51.1Y0;再关于X轴镜像M98P1001;调用子程序精加工左下角部分G50.1X0;取消关于Y轴镜像M98P1001;调用子程序精加工右下角部分G50.1Y0;取消关于X轴镜像M30;主程序结束O1001;子程序名（右上角部分）G00X0Y0S1415;快速定位到原点,主轴转速1415r/minG01G41X30D01F170;建立刀具半径补偿，切削速度170mm/minG01Y9.51;沿Y轴进