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项目五 型腔加工
教学目标
理解螺旋下刀的使用和编程方法。
理解子程序的调用和旋转的使用。
掌握子程序及旋转指令的编程方法。
掌握机床的基本操作。
二、课时分配
本章共3个任务，本章安排3课时。
三、教学重点
通过本章的学习，能够理解螺旋下刀的使用方法和编程方法，以及子程序的调用和旋转的使用。
四、教学难点
程序及旋转指令的编程方法。
机床的基本操作。
五、课后作业
完成课后习题。
教学过程和组织
任务一 开放型腔加工
开放型腔加工特点
开放型腔的结构特点是轮廓曲线不封闭，留有一个或多个开口，如图54所示。铣削开放型腔时的工艺、刀具选择、切削用量的确定、残料清除等方法与2D外形轮廓铣削基本相同，其进、退刀线通常设计在轮廓开口的延长线上，如图55所示。由于加工中排屑比2D外形轮廓困难，因此必须喷注大量的冷却液，冲走刀具周围的切屑，带走切削热以冷却刀具。
子程序调用指令
1．　指令格式
M98：　调用子程序
M99：　子程序结束
格式：　M98P　×××××××
子程序格式：　　
O××××（子程序名）
┋
M99
参数说明：　
①　P后的前3位数为子程序被重复调用的次数，当不指定重复次数时，子程序只调用一次。后4位数为子程序号。
②　M99为子程序结束，并返回主程序。
③　M98程序段中，不得有其它指令出现。
2．　子程序的嵌套
3．　子程序的调用与执行
子程序的调用格式（大多数数控系统用下列格式）
M98 P：主程序调用子程序；L： L调用次数。
M99子程序结束并返回主程。
旋转指令
1．　指令格式
格式　：　G17/G18/G19　G68　X__Y__　R　__;
．．．．．．
G69；
参数说明：　　
①　G68：　建立旋转；G69：　取消旋转。　
②　X、　Y：　旋转中心的坐标值。　
③　R：　旋转角度，单位是（°）。
④　G68、G69为模态指令，可相互注销，　G69为缺省值。
任务二 封闭型腔1加工
封闭型腔铣削工艺知识准备
1．　封闭型腔铣削工艺方法
在进行封闭型腔粗铣时，通常有以下几种工艺方法。
下刀铣型腔
（1）　经预钻孔下刀方式粗铣型腔
预钻孔是事先在下刀位置预钻一个孔，然后立铣刀从预钻孔处下刀，将余量去除，如图512所示。这种工艺方法能简化编程，但立铣刀在切削过程中，多次切入、切出工件，震动较大，对刃口的安全性有负面作用。对于深度较大的型腔，立铣刀通常为长刃玉米铣刀，此时要求机床功率较大，且工艺系统刚度好。
（2）　以啄钻下刀方式粗铣型腔
啄钻下刀方式就是铣刀像钻头一样沿轴向垂直切入一定深度，然后使用周刃进行径向切削，如此反复一层一层铣削，直至型腔加工完成，如图513所示。
执行这种铣削方式时应注意三方面问题：　
①　每次啄铣深度由刀具中心刃可切削的深度决定，对于无中心刃立铣刀，每次啄铣深度不应超过刀具端面中心凹坑深度。
②　由于立铣刀无定心功能，啄铣时刀具会发生剧烈晃动，因此不可贴着型腔侧壁下刀，否则会过切侧壁，从而影响尺寸精度及表面质量。
③　采用啄铣排屑较为困难，因此要采取有效措施将切屑从型腔中及时排出。
（3）　以坡走下刀方式粗铣型腔
坡走下刀是刀具以斜线方式切入工件来达到Z向进刀的目的，又称斜线下刀方式。如图514所示，使用具有坡走功能的立铣刀或面铣刀，在X/Y或Z轴方向进行线性坡走，可以达到刀具在轴向的最大切深。坡走铣下刀的最大优点在于有效地避免了啄铣时刀具端面中心处切削速度过低的缺点，极大改善了刀具切削条件，提高了刀具使用寿命及切削效率，广泛应用于大尺寸的型腔开粗。但执行坡走铣时坡走角度α必须根据刀具直径、刀片、刀体下面的间隙、刀片尺寸及背吃刀量的情况来确定，一般小于3°，如图514所示。
（4）　以螺旋下刀方式粗铣型腔　
以螺旋下刀方式粗铣型腔在主轴的轴向采用三轴联动螺旋圆弧插补切进工件材料，如图515所示。以螺旋下刀铣削型腔时，可使切削过程稳定，能有效避免轴向垂直受力所造成的振动，且下刀时空间小，非常适合小功率机床和窄深型腔的加工。
采用螺旋下刀方式粗铣型腔，其螺旋角通常控制在5°～15°之间，同时螺旋半径R值（指刀心轨迹）也需根据刀具结构及相关尺寸确定。
型腔凹角的加工方法
封闭型腔凹角的加工方法主要有以下几种：
（1）　使用与凹角半径相等的立铣刀直接切入
在凹角处粗加工时采用与圆角半径相等的立铣刀直接切入，刀具半径即为凹角半径。这种加工方案的优点是能简化编程，但缺点是刀具在圆角处突然增大而引起刀具震颤，从而影响加工质量及刀具寿命。
（2）　采用比凹角半径更小的立铣刀切削
采用一个更小直径的立铣刀铣凹角，在圆角处铣刀的可编程半径应比刀具半径大15%，例如加工半径为10　mm的凹角圆弧，使用刀具的半径为（10/2）×0．85=4．25　mm，故选择直径为8　mm（半径为4　mm）的立铣刀。
（3）　采用比凹角半径大的立铣刀切削
采用大直径的铣刀加工型腔凹角可获得较高金属去除率，加工时刀具预留余量，再使用后续的刀具做插铣或摆线铣。
3．　封闭型腔铣削刀具
（1）　整体硬质合金立铣刀　
切削速度较高和的刀具使用寿命较长，适合于高速铣削。刃口经过精磨的整体硬质合金立铣刀可以保证所加工的零件形位公差小和具有较高的表面质量。刀具直径可以做得比较小，甚至可以小于0．5　mm。但刀具的成本和其重磨与重涂层的成本较高。
（2）　可转位硬质合金立铣刀　
可转位硬质合金立铣刀具有较高的切削速度、进给量、切削宽度和切削深度，金属去除率高，通常作为粗铣和半精铣刀具。刀片可以更换相对而言成本低，但刀具的尺寸形状误差相对较大，直径一般大于10　mm。
（3）　高速钢立铣刀　
高速钢立铣刀具的总成本比较低，易于制造较大尺寸和异形刀具，刀具的韧性较好，可以进行粗加工，但在精加工型面时会因刀具弹性变形而产生尺寸误差，切削速度相对较低，刀具使用寿命相对较短。
精加工型腔由型腔凹角的半径决定刀具的直径：　最大刀具直径≤最小型腔凹角半径。
程序指令准备
对一些形状类似的图形可采用局部坐标系指令、缩放指令等简化编程操作。
1．　局部坐标系指令（即平移）G52
指令格式：　G52 X＿Y＿Z＿；建立局部坐标系。
M98　P_；
G52 X0Y0Z0；取消局部坐标系。
参数说明：
X、Y、Z坐标即为局部坐标系原点在工件坐标系里的坐标值，一般平面上就写X、Y坐标，即G52X＿Y＿。
2．　缩放指令G51
指令格式：　G51　X＿Y＿Z＿P＿；
M98　P_；
G50；
参数说明：　
G51：　　建立缩放。
G50：　　取消缩放。
X、Y、Z：　缩放中心的坐标值。
P：　　缩放倍数。
G51既可指定平面缩放也可指定空间缩放。运动指令的坐标值以X、Y、Z为缩放中心，按P　规定的缩放比例进行计算。在有刀具补偿的情况下，先进行缩放然后再进行刀具半径补偿、刀具长度补偿。
G51、G50　为模态指令，可相互注销，G50　为缺省值。
任务三 封闭型腔2（复合型腔）加工
复合性型腔铣削工艺知识准备
复合型腔是指由多个型腔按一定形式组合而成。按型腔的组合方式可分为串联分布、并联分布及带孤岛型，如图520所示。就单个型腔加工而言，其加工工艺方法、所用刀具等与前两个任务所述基本相同，但如何总体安排这些型腔加工工艺，是进行复合型腔加工必须考虑的一个问题。
串联型复合型腔铣削工艺方案
对于串联分布的复合型腔，通常采用“从上到下”的工艺方案进行铣削，即先铣上层型腔，再铣下层型腔。
在粗加工阶段，为了提高材料去除效率，常采用较大直径刀具粗铣上层腔型，然后再用较小直径刀具粗铣下层型腔；在半精、精加工阶段，为保证各型腔尺寸精度的一致性，常用一把耐磨性好的精铣刀（如整体式硬质合金立铣刀）完成零件所有型腔轮廓的精加工。
并联型复合型腔铣削工艺方案
对于并联分布的复合型腔，通常采用“基准优先”的工艺原则决定各个型腔的加工顺序，即先铣具有基准功能的型腔，再铣其他型腔。
孤岛型复合型腔铣削工艺方案
对于带孤岛的复合型腔，铣削时不仅要考虑型腔轮廓精度，还要兼顾孤岛轮廓精度，因此通常采用“先腔后岛”的工艺方案，即先加工型腔轮廓，再加工孤岛轮廓。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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