第7章 数控铣削编程(1)

1下面分两大块来介绍：一、数控铣床程序的编制；二、加工中心程序的编制。第七章数控铣削编程2图4-1XK5032型数控铣床3XD40型立式数控铣床45671、数控铣床的编程特点（1）解决复杂和难加工工件的加工问题；（2）与普通机床相比，使用数控铣床加工某些零件，可以大大提高加工效率。（2）数控铣床的数控装置具有多种插补方式，一般都具有直线插补和圆弧插补。有的还具有极坐标插补，抛物线插补，螺旋线插补等多种插补功能。编程时要合理充分地选择这些功能，以提高加工精度和效率。（3）编程时要充分利用数控铣床齐全的功能，如刀具位置补偿、刀具长度补偿、刀具半径补偿和固定循环、对称加工等功能，以提高加工产品的质量和编程效率。（4）对于非圆弧曲线、空间曲线和曲面的轮廓铣削加工，数学处理比较复杂，一般要采用计算机辅助计算和自动编程，可以减轻编程工作强度。一、数控铣床82、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。93、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。4、数控铣床编程时应注意的问题(1)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。(2)熟悉零件的加工工艺。(3)合理选择刀具、夹具及切削用量、切削液。(4)编程尽量使用子程序。(5)程序零点的选择要使数据计算的简单。105、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。11（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。12二、数控铣床所用刀具及其工艺特点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。131、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.面铣刀加工圆柱铣刀加工14②立铣刀立铣刀主要用于铣削面轮廓、槽面、台阶等。15加工沟槽的铣刀角度铣刀键槽铣刀立铣刀三面刃铣刀③键槽铣刀键槽铣刀主要用于铣槽面、键槽等。16锯片铣刀④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。17成型铣刀⑤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。182.孔加工刀具的类型①数控钻头19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②数控绞刀铰刀可以加工圆柱形孔，锥度铰刀可以加工锥度孔。20镗刀精镗刀③镗刀镗刀适合于各类型孔的加工21丝锥④丝锥丝锥适用于高效率螺纹丝孔的加工。22扩孔钻⑤扩(锪)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。23复合刀具⑥复合孔加工数控刀具集合了钻头、铰刀、扩（锪）孔刀及挤压刀具的新结构、新技术。243.刀柄的种类和选用刀柄的种类（1）莫氏锥度刀柄它适用于莫氏锥度刀杆的钻头、铣刀等。莫式锥度刀柄（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。侧固式刀柄25ER卡簧（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。（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。钻夹头式刀柄26三、加工编程前的工艺处理1、工件零点的选择原则：总体原则：应与设计坐标系重合，方便测量，方便计算。具体时可以考虑：①应选在零件图的尺寸基准上；②应尽量选在精度较高的工件表面；③对于对称的零件，工件零点应设在对称中心上；④Z轴方向的零点，一般设在工件的上表面上。272、安全高度的确定对于铣削（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。3、进刀/退刀方式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。284、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。在切削部位刀齿的旋转方向和零件的进给方向相同时为顺铣。在切削部位刀齿的旋转方向和零件的进给方向相反时为逆铣。29四、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ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。侧吃刀量ae为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm。302．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。31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。32五、数控机床常用夹具及装夹方式在选用夹具时，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。331、通用夹具装夹三爪卡盘机用虎钳（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。342、直接在数控铣床工作台上安装压紧点的选择353、利用角铁和V形铁装夹工件角铁装夹工件V铁装夹工件364、组合夹具装夹工件新型数控夹具体37六、进给路线1、铣削外轮廓的进给路线382、铣削内轮廓的进给路线393、铣削内槽的进给路线4、铣削曲面轮廓的进给路线405、孔加工时进给路线的确定（1）确定xy平面内的进给路线①圆周均布孔的最短进给路线设计示例41②定位要准确42（2）确定Z向的进给路线43七、常用辅助功能（M功能）指令：M00：程序停止，执行该指令时，机床的主轴、进给及冷却液停止，而全部存在的模态信息保持不变，该指令用于加工过程中测量刀具和尺寸、工件调头、手动变速等固定手工操作，待操作完成后重新按“启动”键，继续执行后续程序。M01：选择停止；功能与M00相似。不同的是必须在面板上的“选择停止”按钮被按下后，M01才有效，否则机床仍然继续执行后续的程序段。M02、M30：程序结束指令，执行时机床主轴、进给、冷却液全部停止，并使系统复位加工结束。两者不同之处是M30还兼有使程序重新开始的作用。M03：主轴正转；M04：主轴反转；M05：主轴停转；M06：换刀；M07：切削液打开（雾状）；M08：切削液开（液状）；M09切削液关；M98：子程序调用；M99：子程序调用结束。441．坐标平面选择指令：G17、G18、G19格式：G17/G18/G19说明：（1）G17、G18、G19指令分别表示选XY、ZX、YZ平面为当前工作平面。如图所示。（2）由于XY平面最常用，故G17可省略，对于两坐标控制的机床，如车床总是在XZ平面内运动，故无需使用平面指令。坐标平面选择八、常用G功能指令及编程方法452、G90/G91G90表示绝对坐标值，而G91表示相对坐标值。注意：（1）绝对坐标方式编程时终点的坐标值在绝对坐标系中确定，增量坐标方式编程时终点的坐标值在增量坐标系中确定。（2）在某些机床的增量坐标尺寸不用G91指定，而是在运动轨迹的起点建立平行于X、Y、Z的增量坐标系U、V、W。例1、请解释G90X20Y15和G91X20Y15的区别。463．快速点定位指令：G00格式：G00X__Y__Z__；说明：（1）G00一般用作为空行程运动；（2）X、Y、Z为目标点的绝对或增量坐标；注意：（1）G00指令中不需要指定速度，即F指令无效。（2）在G00状态下，不同数控机床坐标轴的运动情况可能不同。（3）编程前应了解机床数控系统的G00指令各坐标轴运动的规律和刀具运动轨迹，避免刀具与工件或夹具碰撞。474．直线插补指令：G01格式：G01X__Y__Z__F__说明：（1）X、Y、Z为目标点的绝对或增量坐标；（2）F为沿插补方向的进给速度。注意：（1）G01指令既可双坐标联动插补运动，又可三坐标联动插补运动，取决于数控系统的功能。（2）G01程序段中必须含有进给速度F指令，否则机床不动作。（3）G01和F指令均为模态指令，即续效指令。举例：见教材P28。例2－1。48③有些数控系统允许用半径参数R来代替圆心坐标参数I、J、K编程。因为在同一半径的情况下。从圆弧的起点到终点有两个圆弧的可能性。因此在用半径值编程时，R带有“±”号。具体取法是：若圆弧对应的圆心角θ≤180o，则R取正值。若l80oθ360o，则只取负值。顺逆圆弧方向