項目三型腔類零件的加工工藝及程序編制

項目導入一相關知識

二項目實施三拓展知識四?知識目標1．掌握數控系統的M98/M99指令的編程格式及應用2．掌握型腔類零件的結構特點和加工工藝特點，正確分析腔體零件的加工工藝3．掌握型腔類零件的工藝編制方法4．掌握型腔類零件的手工編程方法?能力目標1．針對加工零件，能分析型腔類零件的結構特點、特殊加工要求，理解加工技術要求2．會分析腔體零件的工藝性能，能正確選擇設備、刀具、夾具與切削用量，能編制數控加工工藝卡3．能使用數控系統的基本指令正確編制型腔類零件的數控加工程序?一、項目導入任務1：如圖3-1所示，為一標志圖形零件，毛坯為100

mm×25

mm的圓柱，材料為45#鋼，要求分析零件的加工工藝，填寫工藝文件，編寫零件的加工程序。任務2：如圖3-2所示，為一型腔零件，毛坯為80

mm×80

mm×20

mm，材料為硬鋁，要求分析零件的加工工藝，填寫工藝文件，編寫零件的加工程序。圖3-1標志圖形零件??二、相關知識

②大面積切削和零件表面粗糙度要求較高的情況。（一）型腔銑削工藝設計1．挖槽和型腔加工中的進刀方式對于封閉型腔零件的加工，下刀方式主要有垂直下刀、螺旋下刀和斜線下刀3種。（1）垂直下刀①小面積切削和零件表面粗糙度要求不高的情況。②大面積切削和零件表面粗糙度要求較高的情況。?（2）螺旋下刀螺旋下刀方式是現代數控加工應用較為廣泛的下刀方式，特別在模具制造行業中應用最為常見。（3）斜線下刀斜線下刀時刀具快速下至加工表面上1個距離后，改為以1個與工件表面成一角度的方向，以斜線的方式切入工件來達到Z向進刀的目的。如圖3-4所示。?

圖3-3螺旋下刀銑圖3-4斜線下刀銑

?2．走刀路線（1）圓腔挖腔程序的編制圓腔挖腔，一般從圓心開始，根據所用刀具，也可先預鉆一孔，以便進刀。挖腔加工多用立銑刀或鍵槽銑刀。圖3-5挖圓腔如圖3-5所示。

圖3-5挖圓腔?（2）方腔挖腔程序的編制方腔挖腔與圓腔挖腔相似，但走刀路徑可有以下幾種，如圖3-6所示。圖3-6（a）的走刀，是從角邊起刀，按Z字形排刀。這種走刀，編程簡單，但行間在兩端有殘留。圖3-6（b）的走刀，是從中心起刀，或長邊從（長?寬）/2處起刀，按逐圈擴大的路線走刀，因每圈需變換終點位置尺寸，編程復雜，但腔中無殘留。圖3-6（c）的走刀，結合圖3-6（a）、圖3-6（b）2種的優點，先以Z字形排刀，最后沿腔周走一刀，切去殘留。?圖3-6挖方腔?（3）不規則形狀挖腔程序的編制對于不規則形狀的挖腔，程序較規則形狀要復雜，計算工作量有時較大。為簡化編程，編程員可先將其變成內輪廓進行加工，再將剩余部分變成無界平面進行銑削加工，如圖3-7所示。由于所剩部分已遠離邊界，可用方格紙進行近似取值，只要不碰邊界即可，這樣可以簡化編程。如圖3-7雙點劃線所示，為剩余輪廓腔，近似取值加工，編程并不困難。（4）帶弧島的挖腔程序的編制帶弧島的挖腔，不但要照顧到輪廓，還要保證弧島。為簡化編程，編程員可先將腔的外形按內輪廓進行加工，再將弧島按外輪廓進行加工，使剩余部分遠離輪廓及弧島，再按無界平面進行挖腔加工?？捎梅礁窦堖M行近似取值，以簡化編程。注意如下問題。①刀具要足夠小，尤其用改變刀具半徑補償的方法進行粗、精加工時，保證刀具不碰型腔外輪廓及弧島輪廓。②有時可能會在弧島和邊槽或2個弧島之間出現殘留，可用手動方法除去。③為下刀方便，有時要先鉆出下刀孔。?例：帶弧島的挖腔，零件如圖3-8所示。圖3-7不規則形狀型腔圖3-8帶弧島的挖腔?（二）數控系統的相關功能指令1．子程序調用指令M98、M99（1）子程序的應用①零件上有若干處具有相同的輪廓形狀。在這種情況下，只編寫一個輪廓形狀的子程序，然后用一個主程序來調用該子程序。②加工中反復出現具有相同軌跡的走刀路線。被加工的零件從外形上看并無相同的輪廓，但需要刀具在某一區域分層或分行反復走刀，走刀軌跡總是出現某一特定的形狀，采用子程序就比較方便，此時通常要以增量方式編程。③程序中的內容具有相對的獨立性。加工中心編寫的程序往往包含許多獨立的工序，有時工序之間的調整也是允許的。為了優化加工順序，把每一個獨立的工序編成一個子程序，主程序中只有換刀和調用子程序等指令，是加工中心編程的一個特點。④滿足某種特殊的需要。?（2）子程序格式O××××；子程序號N010；N020；……N200；N210M99；子程序結束說明如下。①在子程序的開頭，繼“O”之后規定子程序號；②M99為子程序結束指令，M99不一定要單獨使用一個程序段，如下所示也是允許的：G00XYM99。?（3）子程序的調用子程序的調用指令的具體格式各系統各不相同。FAUNC系統的子程序調用指令格式為：M98P××××L××××其中，M98為調用子程序指令字。地址P后面的4位數字為子程序號。地址L后面的數字為重復調用的次數，系統允許重復調用次數為9

999次。如果只調用一次，此項可省略不寫。例如，M98P1006L4，表示1

006號子程序重復調用4次。子程序調用指令可以與移動指令放在一個程序段中。（4）應用舉例零件如圖3-9所示，用

8鍵槽銑刀加工10

mm深的槽，每次Z軸下刀2.5

mm，試利用子程序編寫程序?圖3-9子程序編程?（一）某標志圖形零件的工藝設計與編程如圖3-1所示，為某標志圖形零件，毛坯為10025

mm的圓柱，材料為45#鋼調質，硬度200~250HBS，分析其加工工藝并編制數控加工程序。1．加工工藝分析（1）零件圖工藝分析此零件圖紙標注尺寸齊全，分析圖樣可知：中心型腔為3個凹槽成120°的夾角，可以考慮用旋轉坐標進行加工；外部環形凹槽深4

mm、寬4

mm，用4的鍵槽刀加工。（2）選擇加工設備對平面腔體零件的數控銑削加工，一般采用2軸以上聯動的數控銑床，因此，首先要考慮的是零件的外形尺寸和重量，使其在銑床的允許范圍以內；其次，考慮數控銑床的精度是否能滿足腔體零件的設計要求；最后，因為此零件對3個腔體的圓周分布要求較高，根據以上3條即可確定所要使用2軸以上聯動的數控加工中心。（3）確定裝夾方案根據零件特點，采用三爪卡盤裝夾，下墊墊鐵。三、項目實施

?圖3-15基點的坐標示意圖（4）確定加工順序及走刀路線外部環形凹槽用4鍵槽刀直接下刀，一次加工成形，不再精銑。內部型腔分粗、精加工進行。首先銑削型腔中心圓腔，然后粗加工旋轉轉臂內腔。內部型腔精加工采用坐標系旋轉指令，采用逆銑，各連接圓弧及基點的坐標如圖3-15所示。?（5）刀具及切削參數的選擇根據零件的結構特點，銑削零件中心圓形腔體內輪廓時，銑刀直徑受槽寬限制，同時考慮45#鋼屬于一般材料，加工性能較好，取為12

mm。粗加工和精加工均選用12高速鋼立銑刀。其次，由于立銑刀不能在Z方向上直接下刀，所以銑削3個均布腔體之前要用鍵槽刀做出立銑刀加工前的預孔。刀具及切削參數的選擇見表3-1

?表3-1 數控加工刀具卡片工序加工內容刀具刀具類型主軸轉速n

（r/min）進給量

（mm）半徑補償長度補償1圓形凹槽T014鍵槽刀1

20050無H012內輪廓粗加工T0212立銑刀80080無H023內輪廓精加工T0212立銑刀800120D01（6.0）H02?（6）填寫工藝文件將各工步的加工內容、所用刀具和切削用量填入平面槽形凸輪數控加工工序卡，見表3-2。表3-2 標志圖形零件數控加工工序卡片數控加工工序卡片（單位）數控加工工序卡片產品名稱或代號零件名稱材料零件圖號標志圖形45工序號程序編號夾具名稱夾具編號使用設備車間O0001O0002三爪卡盤加工中心數控實訓中心工步號工步內容刀具號刀具規格主軸

轉速n（r/min）進給

速度F

（mm/min）背吃

刀量ap

（mm）量具備注1圓形凹槽T014鍵槽刀1

20050游標卡尺內輪廓粗加工T0212立銑刀80080?2內輪廓精加工T0212立銑刀800120樣板游標卡尺3清理、入庫編制審核共頁第頁2．編制加工程序①工件坐標系建立：坐標系原點取在工件上表面的中心。②基本坐標計算：內腔精加工采用各連接圓弧及基點的坐標，如圖3-15所示。③參考程序：標志圖形的精加工主程序和子程序見表3-3和表3-4程序單。?表3-3 標志圖形的數控加工主程序卡零件號X04零件名稱標志圖形編程原點上表面的中心程序號O0310數控系統FANUC0i編制程序內容簡要說明G91G28Z0；G28X0Y0；T01M06；調用刀具N1G90G54M3S1200；1號鍵槽刀加工圓形凹槽，設定加工初始化狀態G0X44.0Y0；G43Z100.0H01；調長度補償Z2.0；?續表零件號X04零件名稱標志圖形編程原點上表面的中心程序號O0310數控系統FANUC0i編制程序內容簡要說明G1Z-4.0F20；鍵槽刀，底部有切削刃，可直接下刀G3I-44.0F50；G0Z100.0；M05；G91G28Z0；G28X0Y0；N2T02M06；內輪廓開粗，換12立銑刀，內輪廓粗加工?G90M3S800；加工中心全圓起刀點G00X6.5Y0；G43Z100.0H02；調2號刀長度補償值Z2.0；G1Z0F40；G3Z-2.5I-6.5；Z-5.0I-6.5；螺旋下刀，切深5

mmG3I-6.5；G1X0Y0F80；中心的全圓加工到位G16X30.0Y0；用極坐標編程便于去除余量X0Y0F200；X30.0Y120.0F80；X0Y0F200；X30.0Y240.0F80；X0Y0F200；?G90M3S800；加工中心全圓起刀點G00X6.5Y0；G43Z100.0H02；調2號刀長度補償值Z2.0；G1Z0F40；G3Z-2.5I-6.5；Z-5.0I-6.5；螺旋下刀，切深5

mmG3I-6.5；G1X0Y0F80；中心的全圓加工到位G16X30.0Y0；用極坐標編程便于去除余量X0Y0F200；X30.0Y120.0F80；X0Y0F200；X30.0Y240.0F80；X0Y0F200；?G15；取消極坐標G0Z2.0；取消極坐標，提刀N3M98P0311L3；內輪廓精修，調用3次子程序G69；取消旋轉坐標系G0Z100.0；設定加工結束狀態M5；G91G28Z0；G28X0Y0；M30；?表3-4 內腔轉臂加工子程序程序卡零件號X03-1零件名稱標志圖形編程原點上表面的中心程序號O0311數控系統FANUC0i編制程序內容簡要說明G68X0Y0G91R120.0；使用旋轉坐標系，設定角度增量為120°G90G0X0Y0；恢復絕對編程，調刀到下刀位置G1Z-5.0F120；G42X2.08Y12.33D02；設定為逆銑G1X31.25Y7.4；G2Y-7.4R7.5；G1X2.08Y-12.33；G40X0Y0；取消刀補G0Z2.0；M99；子程序返回?（二）編寫某型腔零件的加工程序如圖3-2所示，為一型腔零件，毛坯為80

mm80

mm20

mm，材料為硬鋁，要求分析零件的加工工藝，填寫工藝文件，編寫零件的加工程序。1．加工工藝分析（1）工、量、刀具選擇①工具選擇：工件采用平口鉗裝夾，試切法對刀。②量具選擇：槽深度用深度游標卡尺測量，槽寬等輪廓尺寸用游標卡尺測量，圓弧用半徑規測量，表面質量用粗糙度樣板檢測，另選用百分表校正平口鉗及工件上表面。③刀具選擇：矩形凹槽拐角半徑為R6mm，所選刀直徑必須小于12mm，選10mm，且粗、精加工分開。粗加工銑刀用鍵槽銑刀，精加工銑刀選能垂直下刀的立銑刀或鍵槽銑刀。環形槽最小拐角半徑為R11mm，所選刀具直徑最小為22mm，但環形槽槽寬為6mm，故所選銑刀直徑不能大于6mm，故選擇5mm銑刀，粗、精加工同上。?圖3-2型腔零件?（2）加工工藝方案①加工工藝路線制定：此例應先加工矩形方槽再加工中間環形槽。若先加工中間環形槽，一方面槽較深，刀具易斷；另一方面加工矩形方槽時會在環形槽中產生飛邊，影響環形槽寬度尺寸。②加工方案：矩形槽深6mm，不能一次加工至深度尺寸，粗加工需分層銑削。在每一層表面加工中因銑刀直徑為10

mm，還需采用環切法切除多余部分材料，如圖3-16（a）所示（其中A、B、C、D……點坐標需要求解）。精加工采用圓弧切入和切出方法以避免輪廓表面產生刀痕，如圖3-16（b）所示。環形槽加工深度為4mm，粗加工也應分兩次進刀，槽兩邊曲線形狀不同，應分別進行粗、精加工；粗、精加工程序可用同一程序，只需在加工過程中設置不同的刀具半徑補償值即可。?圖3-16矩形腔槽加工路線?③合理切削用量選擇：加工材料為硬鋁，硬度較低，切削力較小，切削速度可較高，但由于銑刀直徑小，下刀深度和進給速度應較小，所以Z向下刀每層2

mm，除最后一刀外，粗加工留精加工余量0.2

mm，具體見表3-5。?表3-5 粗、精銑削用量刀具直徑（mm）工作內容Vf（mm/min）n（r/mm）下刀深度（mm）高速鋼鍵槽粗銑刀（T1）10垂直進給501

0002表面直線進給701

0002表面圓弧進給701

0002高速鋼鍵槽粗銑刀（T2）5垂直進給401

2002表面直線進給601

2002表面圓弧進給601

2002高速鋼立銑刀、精銑刀（T3）10垂直進給501

2000.2表面直線進給601

2000.2表面圓弧進給601

2000.2高速鋼立銑刀、精銑刀（T4）5垂直進給401

5000.2表面直線進給601

5000.2表面圓弧進給601

5000.2?2．參考程序編制（1）工件坐標系建立根據工件坐標系建立原則，X、Y零點建在工件幾何中心上，Z零點建立在工件上表面。（2）基點坐標計算①粗加工行切時各點坐標計算。輪廓留加工余量1mm，行距9mm，A、D、E、…、H各點X坐標一樣，Y坐標依次大一個行距。B、C、F、…、I等各點也是X坐標相同，Y坐標依次大一個行距9mm。各點坐標見表3-6。?A（?24,?24）B（24,?24）D（?24,?15）C（24,?15）E（?24,?6）F（24,?6）（?24,3）（24,3）（?24,12）（24,12）（?24,21）（24,21）H（?24,24）I（24,24）表3-6 粗加工行切時刀具各點坐標?②環形槽外側、里側基點坐標（見表3-7）。表3-7 環形槽內、外側基點坐標基點槽外側（X，Y）槽內側（X，Y）基點槽外側（X，Y）槽內側（X，Y）P1（?20,0）（?14,0）P5（20,0）（14,0）P2（?20,?9）（?14,?9）P6（20,9）（14,9）P3（?9,?20）（?9,?14）P7（9,20）（9,14）P4（0,?20）（0,?14）P7（0,20）（0,14）?（3）參考程序表3-8型腔零件2的數控加工程序卡零件號X03-2零件名稱型腔零件2編程原點上表面的中心程序號O0320數控系統FANUC0i編制程序內容簡要說明G40G90G80G49G69；設定加工初始化狀態G54M03S1000T1；設定加工參數G0G43X-24.Y-24.Z5.H01；G1Z-2.F50；下刀M98P0321；粗加工矩形槽第1層G1Z-4F50；M98P0321；粗加工矩形槽第2層G1Z-5.8F50；?M98P0321；粗加工矩形槽第3層G0Z100.；M5；主軸停M0；程序停，手動換5銑刀M3S1200T2；G41X-20Y0D2；建立刀具半徑補償G1G43Z-8.H02F50；下刀M98P0323；粗加工環形槽外側面G1Z-9.8F50；?續表零件號X03-2零件名稱型腔零件2編程原點上表面的中心程序號O0302數控系統FANUC0i編制程序內容簡要說明M98P0323；粗加工環形槽外側面G0Z5.；G40X-10.Y-10.；取消刀具半徑補償G41X-14.Y0D2；建立刀具半徑補償G1Z-8.F50；M98P0324；粗加工環形槽里側面G1Z-9.8F50；M98P0324；粗加工環形槽里側面G0Z100.；G40X0Y0；取消刀具半徑補償M5；M0；程序停，手動換精加工刀具M3S1200T3；設置精加工參數G0G43X.-24Y-24.Z5.H03；G1Z-6.F50；M98P0321；精加工矩形槽底面?G0Z5.；X0Y0；G1Z-6.F40；M98P0322；精加工矩形槽側面G0Z100.；M5；M0；程序停，手動換5精銑刀M3S1500T4；設置精加工參數G0G41X-20.Y0D4；建立刀具半徑補償G1G43Z-10.H04F50；M98P0323；精加工環形槽外側面G0Z5.；G40X-10.Y10.；取消刀具半徑補償G41X-14.Y0D4；建立刀具半徑補償G1Z-10.F50；M98P0324；精加工環形槽里側面G0Z10.；G40X0Y0G49；取消刀具半徑補償M2；程序結束?表3-9 矩形槽粗加工子程序的數控加工程序卡零件號X03-2零件名稱型腔零件2編程原點上表面的中心程序號O0321數控系統FANUC0i編制程序內容簡要說明G1X24.Y-24.F70；加工矩形槽從A點行切至I點Y-15.；X-24.；Y-6.；X24.；Y3.；X-24.；Y12.；X24.；Y21.；?X-24.；Y24.；X24.；G0Z5.；抬刀X-24.Y-24.；M99；子程序結束表3-10 矩形槽精加工子程序的數控加工程序卡零件號X03-2零件名稱型腔零件2編程原點上表面的中心程序號O0322數控系統FANUC0i編制程序內容簡要說明G1G41X-5.Y-25.D3F70；建立刀具半徑補償G3X0Y-30.R5；圓弧切入?G1X24.；G3X30.Y-24.R6；G1Y24.；G3X24.Y30.R6；G1X-24.；G3X-30.Y24.R6；G1Y-24.；G3X-24.Y-30.R6；G1X0；G3X5.Y-2.5.R5；圓弧切出G1G40X0Y0；取消刀具半徑補償M99；子程序結束?表3-11 環形槽外側面加工子程序的數控加工程序卡零件號X03-2零件名稱型腔零件2編程原點上表面的中心程序號O0323數控系統FANUC0i編制程序內容簡要說明G1X-20.Y-9.F70；G3X-9.Y-20.R11；G1X0；G3X20.Y0.R20.；G1Y9.；G3X9.Y20.R11；G1X0；G3X-20.Y0R20.；M99；直線加工至P2點圓弧加工至P3點直線加工至P4點圓弧加工至P5點直線加工至P6點圓弧加工至P7點直線加工至P8點圓弧加工至P1點子程序結束?表3-12 環形槽側面加工子程序的數控加工程序卡零件號X03-2零件名稱型腔零件2編程原點上表面的中心程序號O0324數控系統FANUC0i編制程序內容簡要說明G2X0Y14R14F70；G1X9；G2X14Y9R5；G1Y0；G2X0Y-14R14；G1X-9；G2X-14Y-9R5；G1Y0；M99；圓弧加工至P8點直線加工至P7點圓弧加工至P6點直線加工至P5點圓弧加工至P4點直線加工至P3點圓弧加工至P2點直線加工至P1點子程序結束?數控機床編程及加工機械工程實驗教學中心實驗目的通過數控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數控機床上對工件進行加工；結合機械加工工藝，實現最優化編程，提高加工質量和生產效率。機械工程實驗教學中心數控編程的基本原理數控編程的目的；數控編程的內容；編程步驟。機械工程實驗教學中心數控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數、機床的運動以及刀具位移等內容，按照數控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規定把程序單制備成控制介質如程序紙帶、磁帶等，變成數控系統能讀懂的信息，再送入數控機床，數控機床的CNC裝置對程序經過處理之后，向機床各坐標的伺服系統發出指令信息，驅動機床完成相應的運動。機械工程實驗教學中心數控編程的目的數控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數據；③編寫零件加工程序；④制作控制介質；⑤校對程序及首件試加工。機械工程實驗教學中心數控編程的內容數控編程的基本原理機械工程實驗教學中心數控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規程數學處理編寫程序文件制作控制介質程序校驗及試切數控機床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數控車床模擬仿真和數控銑床模擬仿真系統，由軟件+標準硬件系統構成，不要求專用硬件或運動控制卡，所有數控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹機械工程實驗教學中心為例，軟件提供下列指令：以數控車床模擬仿真系統（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態

1G00快速線性移動G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點