资源简介

数控铣削（加工中心）技术训练理实一体课教案
项目五 轮廓加工
任务 任务一 运用刀具补偿加工轮廓
授课时间 年 月 日 授课班级
教学方法 讲授、讨论、提示启发、归纳总结法 授课时数 课时
教学用具 多媒体 教学资源 多媒体课件、教材
课前准备 1.实训设备、实习任务书、评分标准及多媒体课件的准备；2.学生工位分配。
教学目标 知识目标： 1. 了解轮廓类零件的特征。 2. 掌握选用轮廓类零件加工刀具的方法。 3. 掌握刀具补偿指令的编程方法。 技能目标： 1. 能对轮廓类零件进行工艺分析。 2. 能熟练使用刀具补偿指令编程。
教学重点 1.轮廓类零件的特征。2.轮廓加工刀具。3.轮廓加工编程指令。4.轮廓类零件加工实例。
教学难点 能熟练使用刀具补偿指令进行轮廓加工
教学过程 1.轮廓类零件的特征。2.轮廓加工刀具。3.轮廓加工编程指令。4.轮廓类零件加工实例。
实施环节 教学内容 导学方法
组织教学 1.检查学生出勤情况并做好记录。2.调整学生的注意力，为上课作准备。 互动交流
复习提问 简述平面加工和槽加工的方法步骤。 提问导思
导入 轮廓加工是数控铣床编程的重点。通过对刀具补偿功能的学习，使我们在进行工件内外轮廓的加工时，可以有效地利用刀具补偿功能控制工件尺寸精度和表面粗糙度。 启发学习积极性
讲授新课 一、轮廓类零件的特征轮廓类零件的外形主要由直线、圆弧或曲线所组成，如图 5-1 所示。轮廓加工是指内轮廓加工和外轮廓加工。轮廓加工的技术要求包括尺寸公差等级为 IT8 级；形位公差等级 IT8 级；表面粗糙度为 Ra 3.2 m。二、轮廓加工刀具1. 立铣刀立铣刀的圆周表面和端面上都有切削刃，圆周切削刃为主切削刃。立铣刀直径为 2~50mm，可分为粗齿与细齿两种，如图5-2 所示。粗齿立铣刀的齿数为 3 ~ 4 个，一般用于粗加工； 细齿立铣刀的齿数为 5~8 个，一般用于精加工。2. 立铣刀的Z向下刀方式Z 向下刀的方式一般分为垂直进刀方式、倾斜进刀方式和螺旋进刀方式三种，如图 5-3 所示。垂直进刀方式只能用于具有垂直吃刀能力的键槽铣刀， 对于立铣刀虽然其结构形状与键槽铣刀基本相同，但立铣刀的端面刃没有延伸至中心，因此立铣刀不能直接进行Z向垂直下刀。倾斜进刀方式和螺旋进刀方式都是靠铣刀的侧刃逐渐向下铣削而实现向下进刀的，所以这两种进刀方式能用于端部切削能力较弱的刀具（如立铣刀的向下进给。同时倾斜进刀方式和螺旋进刀方式可以改善进刀时的切削状态，保持较高的速度和较低的切削负荷。3. 切削参数立铣刀的切削参数见键槽铣刀。三、轮廓加工编程指令1. 准停校验指令（G09）一个包含 G09 指令的程序段在继续执行下一个指令前， 先准确停止在本程序段的终点后，才执行下一个程序段。指令格式：G09式中：G09 ─准停校验指令。该功能可以用于加工尖锐的棱角。2. 段间过渡指令（G61 、G64）G61 指令与 G09 指令功能基本相同，都是准确停止指令，不同之处在于G09指令为非模态代码，而 G61 为模态代码。例如：程序执行 G61 指令后，在继续执行下面的程序段时，刀具运动轨迹都将准确停止在程序的终点处，再执行下一个程序段。G64 是连续切削指令，系统在执行 G64 指令后各程序段编程轴刚开始减速时（未到达所编程的终点），就开始执行下一个程序段。指令格式：G61（G64）式中：G61—准确停止校验指令；G64—连续切削方式指令。如图 5-4 所示，使用 G61 指令编程，刀具轨迹（OABCDA） 的运动轨迹与编程轨迹（OABCDA）一致。程序：%0001N10 G00 G17 G21 G40 G49 G80N20 G54 X0 Y0N30 G61N40 G01 X30 Y30 F100N50 Y80N60 X80N70 Y30N80 X30┅N120 M30如图 5-5 所示，使用 G64指令编程，刀具轨迹（OA′→ A′A"→ A"B′→ B′B"→ B"C′→ C′C" → C"D′→ D′D" → D"A"'） 的运动轨迹与编程轨迹（OABCDA）不一致。程序：%0001N10 G00 G17 G21 G40 G49 G80N20 G54 X0 Y0N30 G64N40 G01 X30 Y30 F100N50 Y80N60 X80N70 Y30N80 X30┅N120 M303. 回参考点控制指令（G28）指令格式：G28 X Y Z 式中：G28 ─ 自动返回参考点指令；X、Y、Z ─返回参考点经过的中间点，在 G90 时为中间点在工件坐标系中的坐标；在 G91 时为中间点相对于起点的位移量。4. 自动从参考点返回指令（G29）指令格式：G29 X Y Z 式中：G29 ─ 自动从参考点返回指令；X、Y、Z ─ 返回的终点坐标，在 G90 时为返回终点在工件坐标系中的坐标；在 G91 时为返回点相对于中间点的位移量。G29 中间点的坐标值与前面 G28 所指定的中间点坐标值为同一坐标值。因此，这条指令只能出现在 G28 指令的后面；同时 G29 指令仅在其被规定的程序段中有效。5. 刀具半径补偿指令（G40 、G41 、G42）（1）刀具半径补偿的意义数控机床在实际加工过程中是通过控制刀具中心轨迹来实现切削加工任务的。在编程过程中，为了避免复杂的数值计算， 一般按零件的实际轮廓来编写数控程序，但刀具具有一定的半径尺寸，如果不考虑刀具半径尺寸，那么加工出来的实际轮廓就会与图纸所要求的轮廓相差一个刀具半径值。因此，采用刀具半径补偿功能来解决这一问题。（2）刀具半径补偿指令的格式指令格式：式中：G17 ─ XY 平面为刀具补偿平面；G18 ─ XZ 平面为刀具补偿平面；G19 ─ YZ 平面为刀具补偿平面；G40 ─刀具半径补偿指令取消；G41 ─刀具半径左补偿指令；G42 ─刀具半径右补偿指令；X、Y、Z ─刀补建立或取消的终点坐标系；D ─偏置存储器的偏置号。（3）判断刀具半径左、右补偿的方法当刀具中心轨迹在编程轨迹（零件轮廓）前进方向的右边时， 称为右刀补， 用 G42 指令实现；反之称为左刀补，用 G41 指令实现，如图 5-6 所示。（4）刀具半径补偿的过程如图 5-7 所示，刀具半径补偿过程分为刀具补偿的建立、刀补的进行和刀补的取消三步。① 建立刀具半径补偿。 刀具从起点接近工件，在编程轨迹基础上，刀具中心向左（G41）或向右（G42）偏离一个偏置量的距离。如上面的参考程序，系统在程序段N40 时，首先预读 N40 程序段下面 N50 和 N60 两个程序段的内容，并通过连接最近两个移动语句的终点（ 图中AB 的连线），来判断刀具补偿的偏置方向，偏置量由对应偏置寄存器中的数值确定。经过补偿后，刀具的中心相对于 A 点偏置了一个偏置量，如图 5-7 所示，刀具轨迹 OA 偏置到 OA ′。② 进行刀补。 刀具中心轨迹与编程轨迹始终偏离一个偏置量的距离，如图 5-7 所示，刀具的进行轨迹为 A′→ B ′→ C′→ D ′→ A′，对应的程序段为 N50～N80。③ 取消刀补。 刀具撤离工件，使刀具中心轨迹终点与编程轨迹终点（如起刀点）重合，如图 5-7 所示，刀补的取消为 G40，对应的程序段 N90。（5）刀具半径补偿功能的应用① 刀具因磨损、 重磨、 换新刀而引起刀具直径改变后， 不必修改程序，只需在刀具参数设置中输入变化后的刀具直径。② 用同一程序、同一尺寸的刀具，利用刀具半径补偿，可进行粗精加工。粗加工时，设置刀具半径补偿值 = 刀具半径 + 精加工余量；精加工时，设置刀具半径补偿值 = 刀具半径 + 修正值。6. 刀具长度补偿指令（G43 、G44 、G49）刀具长度补偿功能与刀具半径补偿功能相同，刀具半径补偿是在补偿平面内沿着 工件轮廓的法线方向补偿一个偏移量， 而刀具长度补偿则是沿着非补偿平面的另一个坐标轴的方向补偿一个偏移量。指令格式：式中：G17 ─ Z 轴为刀具长度补偿轴；G18 ─ Y 轴为刀具长度补偿轴；G19 ─ X 轴为刀具长度补偿轴；G43 ─刀具长度正补偿；G44 ─刀具长度负补偿；G49 ─刀具长度补偿取消；X、Y、Z ─刀补长度补偿建立或取消的终点坐标系；H ─偏置存储器的偏置号。以 Z 轴方向刀具长度补偿为例，执行 G43 时，刀具实际的移动距离为编程指令中的 Z 值加上对应长度补偿寄存器中的值， 即，Z 实际=Z指令+（Hxx）；执行 G44 时，刀具实际的移动距离为编程指令中的 Z 值减去对应长度补偿寄存器中的值，即Z 实际 =Z指令 -（Hxx）。其中（Hxx）是指 xx 寄存器中的补偿量，其值可以是正值或者是负值。例如，如图 5-8 所示，加工深度为 15 mm 的孔。编程坐标系原点位于工件上表面的中心，相对于机床坐标系的距离为 300 mm 。加工时，要求刀具在距离工件上表面 20 mm 处，由快进转变成工进速度下刀至深度。（1）使用 G43 方式编程设（H01）= -300参考程序：%0001N10 G00 G17 G21 G40 G49 G80 G90 G54N20 G43 Z20 H01N30 G01 Z-15 F20N40 G00 Z20N50 G00 G49 Z0系统在执行 N20 程序段时，机床实际移动的距离为 20+（-300）= -280（mm）。执行 N30 程序段时，机床实际移动的距离为 -15+（-300）= -315（mm）。执行 N50 程 序段时，取消刀具长度补偿并使刀具返回到机床原点。（2）使用 G44 方式编程设（H02）=300参考程序：%0001N10 G00 G17 G21 G40 G49 G80 G90 G54N20 G44 Z20 H02N30 G01 Z-15 F20N40 G00 Z20N50 G00 G49 Z0系统在执行 N20 程序段时，机床实际移动的距离为 20-（300）=-280（mm）。执行 N30 程序段时，机床实际移动的距离为 -15-（300）=-315（mm）。执行 N50 程序段时，取消刀具长度补偿并使刀具返回到机床原点。四、轮廓类零件加工实例如图 5-9 所示，零件的外形表面是已加工面，毛坯尺寸为 100 mm ×80 mm ×30 mm，材料为 45 号钢，单件生产。（2）确定刀具路径① 台阶 1 的刀具路径如图 5- 10 所示。加工时，刀具从 1 点下刀至深度，由 1 点到 2 点建立刀具半径左刀补，然后执行轮廓加工依次到达 3点→ 4 点→ 5 点→ 6 点→ 7 点 → 8 点，最后由 8 点到 1 点取消刀具半径补偿后抬刀。各基点的坐标见表 5- 1 所示。② 台阶 2 的刀具路径如图 5- 11 所示，刀具从 1 点下刀至深度，由 1 点到 2点建立 刀具半径左刀补，然后执行轮廓加工依次到达 3点→ 4 点→ 5 点→ 6 点，最后由 6 点 到 7 点取消刀具半径补偿后抬刀。各基点的坐标见表 5-2 所示。2.程序编制（1） 台阶 1 参考程序（2） 台阶 2 参考程序3.机床操作（1）机床准备① 检查机床油压、气压是否正常；② 打开机床电源， 并松开“急停”旋钮；③ 机床各轴“回零”。（2）夹具的安装如图 5-9 所示，毛坯外形是一个长方体（100 mm ×80 mm ×32 mm）形状比较规则，装夹时，选用平口钳对零件进行装夹。（3）工件的安装工件以固定钳口和平行垫块为定位面。工件预紧后，用铜锤轻敲工件上表面，同时用手轻轻晃动垫铁，如果垫铁可以晃动， 再次用铜锤轻敲工件的上表面，直至垫铁不能晃动后，夹紧工件。（4）对刀本例采用 G54 方式建立工件坐标系，对刀后，应注意将对刀参数输入到刀具偏置 寄存器中相应的位置。（5）加工① 将机床设置为“自动”模式；② 对程序进行校验；③ 采用单段方式对工件进行试切加工，并在加工过程中密切观察加工状态，如有 异常现象及时停机检查；④ 工件加工完成后，对机床进行保养。（6）测量根据图样 5-9 所示，零件中尺寸精度选用卡尺进行测量，表面粗糙度选用粗糙度样板进行比对测量。4.加工操作过程评价 轮廓类零件的外形主要由直线、圆弧或曲线所组成，轮廓加工是指内轮廓加工和外轮廓加工。Z 向下刀的方式一般分为垂直进刀方式、倾斜进刀方式和螺旋进刀方式三种1. 采用 G61 指令方式编程， 实际加工轮廓与编程轮廓形状一致；2. 采用 G64 指令方式编程， 编程轮廓与实际轮廓不同， 其不同程度取决于 F 值的大小以及相邻两条路径间的夹角， F 值越大， 其区别越大；3. G61 、G64 为模态指令， 可以相互注销， G64 为默认值。数控铣削加工中进给路线的确定对零件的加工精度和表面质量有直接的影响，因此，确定进给路线是保证铣削加工精度和表面质量的工艺措施之一。1. 刀补的建立与取消必须在 G00 或 G01 指令进行， 不能使用圆弧指令建立或 取消刀补；2. 刀补的建立与取消一般应在工件以外进行；3. 若程序中建立了半径补偿， 在加工完成后必须用 G40 取消刀补；4. 在使用 G41 或 G42 指令模式中， 不能出现连续两个非移动类指令或非刀补 平面坐标移动， 否则将产生过切或少切现象；5. 在补偿状态下， 铣刀的直线移动量及铣削内侧圆弧的半径值要大于刀具半径， 否则补偿时会产生干涉， 系统在执行相应程序段时将会产生报警；6. G41 和 G42 指令都是模态代码， 可以相互注销。1. 用 G43（正向偏置）、G44（负向偏置） 指令设定偏置的方向， H 指令设定 在偏置存储器中的偏置量；2. 偏置号可用 H00-H99 来指定。偏置值与偏置号对应， 可通过 MDI/CRT 先设置在 偏置存储器中。对应偏置号 00 即 H00 的偏置值通常为 0， 因此对应于 H00 的偏置量不 设定；3. 要取消刀具长度补偿时用指令 G49 或 H00；4. G43 、G44 、G49 都是模态代码， 可相互注销。注意：1. 采用 G92 设定工件坐标系，不具有记忆功能。当机床关机后，设定的坐标系即消失；2. 在执行该指令前， 刀具的刀位点必须先通过手动方式准确移动到新坐标系的 指定位置；3.G92 指令在编程时放在程序的第一行， 系统在执行 G92 指令时， 机床不产生 任何动作， 只是建立了一个工件加工坐标系；4.G92 设定坐标系的方法通常用于单件加工。
课堂小结 1.轮廓类零件的特征。2.轮廓加工刀具。3.轮廓加工编程指令。4.轮廓类零件加工实例。
课后作业
教学后记

展开更多......

收起↑