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1、项目三.pptx22 教学课件 数控铣床编程与操作项目教程 项目三孔类零件的数控铣削加工目 录c o n t e n t s任务一任务二任务三任务四孔加工固定循环立铣刀螺旋铣削加工孔螺纹孔加工同轴孔系的加工任务一孔加工固定循环任务一 孔加工固定循环(1)掌握数控铣床孔加工的工艺设计。(2)掌握数控铣床孔加工的编程方法。实训领域目标任务一 孔加工固定循环钻削加工6 mm8 mm的孔，如图3-1所示。工件材质为45号钢，毛坯上、下平面已磨削到规定尺寸。任务描述图3-1加工孔系任务一 孔加工固定循环 1.孔加工固定循环的种类 因为加工一个孔需要多个工步，所以需用多个程序段编写加工程序。固定循环G功能
2、是把多工步用单个程序段编程。因此，固定循环功能能够缩短程序，节省存储器内存，使某些加工的编程简单、容易。FANUC系统孔加工固定循环的种类见表3-1。一、孔加工固定循环组成表3-1FANUC系统孔加工固定循环的种类任务一 孔加工固定循环一、孔加工固定循环组成任务一 孔加工固定循环一、孔加工固定循环组成 2.孔加工固定循环动作顺序 孔加工固定循环由六个动作顺序组成，如图3-2 所示。（1）动作1。刀具在安全平面高度，在定位平面内定位到孔中心位置。（2）动作2。刀具沿Z轴快速移动到R点（参考平面）。R点是刀具进给由快速转变为切削的转换点，从R点位置开始，刀具以切削进给速度下刀。R点距工作表面的距离
3、称为切入距离。切入距离的选取，应能保证加工质量。在已加工表面上钻孔、镗孔、铰孔，切入距离为13 mm；在毛坯面上钻孔、镗孔、铰孔，切入距离为58 mm；攻螺纹时，切入距离为510 mm；铣削时，切入距离为510 mm。（3）动作3。刀具切削进给，加工到孔底。根据孔的深度，可以一次加工到孔底，或分段加工到孔底，又称为钻。加工到孔底后，根据情况还要考虑切出距离。例如，麻花钻头的顶角为118，轴向切出距离约为0.3d（12）mm。任务一 孔加工固定循环图3-2孔加工固定循环动作顺序一、孔加工固定循环组成（4）动作4。在孔底的动作。根据孔的不同，孔底动作也不同，如进给暂停、主轴反转（变向）、主轴停或主
4、轴定向停止等。（5）动作5。从孔中退出，返回到R点（参考平面）。（6）动作6。刀具快速返回到初始点（安全平面），循环结束。任务一 孔加工固定循环一、孔加工固定循环组成 3.孔加工固定循环指令格式 孔加工固定循环指令是用一个G代码程序段代替通常需要多个加工程序段才能完成的加工孔的过程，这种指令使编程工作简化、方便。孔加工固定循环程序段的一般格式为 G17（G18G19）G90(G91)G99(G98)G73（G74G89）_K_；式中各代码用途如下：（1）G17、G18、G19用于选择定位平面。定位平面是除了钻孔轴以外的坐标轴所决定的平面，孔在该平面定位。定位平面由平面选择代码G17、G18或G
5、19决定。G17为默认指令。（2）G90、G91用于选择数据形式。G90沿着钻孔轴的移动距离用绝对坐标值表示；G91沿着钻孔轴的移动距离用增量坐标值表示，如图3-3所示。G90为默认指令。任务一 孔加工固定循环一、孔加工固定循环组成图3-3G90、G91沿着钻孔轴的移动距离分别用绝对坐标值和增量坐标值表示任务一 孔加工固定循环一、孔加工固定循环组成（3）G98、G99用于选择返回点平面。用G99指定当刀具到达孔底后刀具返回到R点平面，用G98指定当刀具到达孔底后刀具返回到安全平面，且G98为默认指令。同时加工多孔时，G99用于第一次钻孔，而G98用于最后钻孔。在G99方式中执行钻孔，安全平面位
6、置被存储，如图3-4所示。（4）G73、G74、G76和G81G89等指令用于指定孔加工循环方式，是模态G代码，直到被取消前一直保持有效。图3-4选择返回点平面指令G98、G99任务一 孔加工固定循环一、孔加工固定循环组成（5）X_Y_为在定位平面上加工孔的位置坐标。（6）孔加工数据。Z_为孔底位置，R_为加工循环中刀具快速进给到工件表面上方的R点位置。P_为铣刀在孔底的延时时间，在G76、G82、G89时有效，例如，P1000表示铣刀在孔底的延时时间为1 s。Q_在G73、G83啄钻往复进给切削中表示铣刀的切削深度，在镗孔G76、G87中表示孔底退刀移动距离。F_为切削进给速度。K_用于指定
7、加工孔的重复次数，K_仅在被指定的程序段内有效。若以增量方式G91指令指定第一孔的位置，则机床对等间距孔进行钻孔。若用绝对值方式G90指令指定孔的位置，则机床在相同位置重复钻孔。不写K_时，默认为K1。一般都是钻一次孔，所以指令中通常省略K_。K_的最大指令值为9999。循环次数写为K0时，只记忆加工数据，不做加工。4.取消孔加工固定循环 G80为孔加工固定循环取消指令。使用G80或01组G代码可以取消固定循环。任务一 孔加工固定循环二、钻孔加工循环G81固定循环图中的使用符号如图3-5所示。图3-5固定循环图中的使用符号 钻孔循环G81主要用于中心钻加工定位孔和一般孔加工，其程序段格式为 式
8、中，X_、Y_为孔位置坐标，Z_为Z轴孔底位置，R_为R点位置，F_为切削进给速度，K_为指定重复次数。任务一 孔加工固定循环二、钻孔加工循环G81 在指定G81之前用辅助功能M代码旋转主轴，刀具在安全平面内沿着X、Y轴定位，快速移动到R点，从R点到Z点执行钻孔加工,然后刀具快速移动退回，如图3-6所示。当在固定循环中指定刀具长度偏置G43、G44 或G49 时，刀具在定位到R点的同时偏置。图3-6G81钻孔循环任务一 孔加工固定循环三、孔系零件数控加工路线设计 对位置精度要求高的孔系零件加工，要注意安排孔的加工顺序。在刀具定位时，要避免将机床传动副的反向间隙带到进给运动中，以免影响所加工孔的
9、位置精度。孔的位置尺寸如图3-7（a）所示。按图3-7（b）所示的进给路线加工该孔，由于使刀具在5、6孔定位时的Y轴进给运动方向（为正向）与在1、2、3、4孔定位时的Y轴进给运动方向（为负向）相反，丝杠螺母传动副的反向间隙会使5、6孔位置误差增大；按图3-7（c）所示路线加工该孔，加工完1、2、3、4孔，先使刀具沿Y轴正向走过5、6孔，然后沿Y轴负向进给，使刀具在5、6孔定位，可避免传动副反向间隙的影响。任务一 孔加工固定循环三、孔系零件数控加工路线设计图3-7孔加工路线示意图任务一 孔加工固定循环操作步骤 1.工件坐标系原点选择 编写程序前根据工件的情况选择编程原点，为便于编程尺寸的计算，避
10、免基准不重合误差，一般选择加工表面的设计基准为工件编程原点，即编程原点与设计基准重合。本工序加工孔的设计基准是52 mm孔轴线与工件上表面交点，所以该点位置为编程坐标系零点。按右手系的规定确定加工坐标系。2.工件装夹方法 采用平口虎钳装夹工件，因工件的底面和侧面已磨削，故以其底面和侧面为定位面。3.刀具选择方法 采用8 mm的高速钢钻头，用弹簧夹头夹持8 mm的高速钢钻头。任务一 孔加工固定循环操作步骤 4.加工程序 数控加工中的切削深度由Z轴运动指令指定。Z向刀具的起始位置必须离开工件表面一个初始高度（20100 mm），在初始高度上刀尖所在平面也称为初始平面。刀具在初始高度横向运动，不会与
11、工件和夹具发生碰撞。刀具进入切削进给的位置距工件表面 15 mm，这个位置通常也称为参考平面，一般记为R面。刀具从安全平面到R面，采用快速进给。从R面慢速下刀切入工件。该零件采用初始平面高度为50 mm，R面距离工件表面为 2 mm，运用钻孔循环G81编制加工程序。5.图形要素的数学处理 可以通过数学计算确定各孔位置，也可以借助CAD图形软件，通过软件的查询功能确定孔的位置为：（43.5，-65.5），（28.284，28.284），（28.284，28.284），（28.284，28.284），（28.284，28.284）和（43.5，65.5）等。6.确定切削用量 主轴转速S为700 r
12、/min，进给速度F为30 mm/min。7.加工程序 图3-1所示零件的加工程序见表3 2。任务一 孔加工固定循环操作步骤表3-2 图3-1所示零件的加工程序任务一 孔加工固定循环 实训情境编写图3-8所示盖板零件的孔加工程序图3-8盖板零件任务二同轴孔系的加工任务二 同轴孔系的加工（1）掌握同轴孔系加工的工艺设计方法。（2）掌握同轴孔系加工的编程方法。实训领域目标任务二 同轴孔系的加工任务描述 加工图3-9所示的减速箱体，材料为HT200铸铁。箱体零件是机器或部件的基础零件，它承载着轴、轴承、齿轮等有关零件，箱体零件的加工质量至关重要，它影响着机器的装配精度、工作精度、使用性能和寿命。以图
13、3-9所示齿轮减速箱体零件的加工为例，介绍箱体类零件的加工工艺过程。图3-9齿轮减速箱体零件图任务二 同轴孔系的加工预备知识 箱体上一系列有相互位置精度要求的轴承孔的总和称为孔系。保证孔系零件的加工精度是箱体加工的关键之一。在数控加工编程中，孔加工有专门的编程指令，称为固定循环。这样就能使孔加工的编程工作较为简便，加工前主要是孔的位置计算。孔加工的刀具轨迹应尽量减少孔走刀的距离，即在满足加工要求的前提下，走刀路线越短越好。图3-9所示零件的材料为HT200铸铁。一般来说，箱体零件的结构较复杂，内部呈腔形，其加工表面主要是平面和孔。因此，应针对平面和孔的技术要求进行分析。该减速箱体零件的设计基准
14、是其上盖面（M面），它有较高的平面度和较小表面粗糙度要求。四个小凸台面（Q面）是为工艺需要而设置的辅助基准，是工艺基准。两个凸缘端面用于安装轴承端盖。任务二 同轴孔系的加工预备知识 本减速箱体的孔系是三组轴承支撑孔，用于安装轴承。为保证箱体孔与轴承外圈配合及轴的回转精度，孔的尺寸精度为IT7，孔的同轴度应由尺寸精度控制；为保证箱体中安装的齿轮副啮合精度，箱体孔轴线间的间距尺寸、孔轴线间的平行度均有较高的要求。图样中由尺寸（500.1）mm公差控制减速箱体位置精度。此外，该减速箱体是一个小箱体，它的装配基准是同一轴线的两孔，即218H9 mm。任务二 同轴孔系的加工操作步骤1.箱体加工定位基准的
15、选择（1）粗基准的选择。粗基准的选择对零件主要有两个方面的影响：影响零件上加工表面与不加工表面的位置，影响加工表面的余量分配。减速箱上的支撑轴孔是主要表面，毛坯上已预铸出毛坯孔，要求零件的加工余量均匀，从这一点出发，应选择轴孔为粗基准。在箱体不加工表面中，内壁面与加工表面（轴孔）间的位置关系较为重要，因为箱体中的大齿轮与不加工内壁间隙很小（5 mm），若加工出的轴承孔与内壁有较大的位置误差，则会使大齿轮与内壁相碰。因此，应选择内壁为粗基准，但是夹具的定位结构不易实现以内壁定位。由于铸造时内壁和轴孔是同一个型心浇铸的，以轴孔为粗基准可同时满足上述两方面的要求，因而实际生产中一般以轴孔为粗基准。在
16、本零件的生产工艺过程（见表3-2）中第一工序是画线，即以轴孔为粗基准画加工平面的线，加工时按线找正、装夹工件，即粗基准是以画线基准来体现的。任务二 同轴孔系的加工操作步骤（2）精基准的选择。选择精基准应能保证加工精度，所以一般优先考虑基准重合原则，本零件的设计基准是上盖面、凸台面及一侧外壁。根据基准重合原则，选择设计基准为精基准。2.箱体加工顺序的安排（1）先基准面，后其他面。在零件加工顺序上的一般规律是先加工精基准面，后加工其他表面，该原则也称为基准先行原则。先用粗基准定位加工出精基准面，可以为下一步加工提供一个精确、可靠的定位基准面。根据基准重合原则，本零件选择精基准为M面，所以工艺过程（
17、见表3-2）中安排先加工M面（第4工序）。第4工序中的加工过程如下：首先按线找正装夹工件，铣Q面；然后以Q面定位，装夹工件，铣削M面。之所以这样安排，因为M面比较窄，加工M面需要采用Q面定位，为保证加工M面时工件定位准确、可靠，在加工M面前先加工工艺基准面（Q面）。任务二 同轴孔系的加工操作步骤（2）先面后孔。箱体加工顺序的一般规律是先加工平面，后加工孔。先加工平面，为孔加工提供可靠的定位基准，然后以平面为精基准定位加工孔。由于箱体上的孔分布在平面上，先加工平面可以去除铸件毛坯表面的凹凸不平、夹砂等缺陷，对孔加工有利，如可减小钻头的歪斜、防止刀具崩刃，同时对刀调整也方便。（3）先安排粗加工，后
18、安排精加工。（4）先主后次。箱体上用于紧固的螺孔、小孔等可视为次要表面，因为这些次要孔往往需要依据主要表面（轴孔）定位，所以这些螺孔的加工应在轴孔加工后进行。对于次要孔与主要孔相交的孔系，必须先完成主要孔的精加工，然后加工次要孔；否则会使主要孔的精加工产生断续切削、振动，影响主要孔的加工质量。任务二 同轴孔系的加工操作步骤 3.孔系的数控加工 选择在卧式加工中心上加工减速箱体的孔系，加工中心的自动换刀系统使得一次装夹可完成钻、扩、铰、镗、铣、攻螺纹等加工，减少了装夹次数；实行工序集中的原则，提高了生产率。任务二 同轴孔系的加工操作步骤4.加工减速箱体的工艺过程减速箱体的生产工艺过程见表3-3。
19、表3-3减速箱体的生产工艺过程任务二 同轴孔系的加工操作步骤 5.数控加工工序 采用螺钉、压板装夹工件。工件的M面已加工完毕，以M面为定位面轻压工件，用划针依据Q面找正工件，使Q面与机床导轨运动方向平行，用螺钉、压板把工件压紧在工作台上。工件装夹后，用90 mm圆台的外圆，找正主轴位置，确定工件原点相对机床原点的偏移量，完成原点偏移量设定工作。（1）工件坐标系原点。数控加工工序的内容是加工三个平面和粗加工、精加工孔，本工序加工分三个工位完成，每个工位均应设置编程原点。减速箱体编程坐标系（B0工位）如图3-10 所示，坐标系为G54。减速箱体编程坐标系（B90工位）如图3-11所示，减速箱体编程
20、坐标系（B270工位）如图3-12所示，坐标系为G56。任务二 同轴孔系的加工操作步骤图3-10减速箱体编程坐标系（B0工位）图3-11减速箱体编程坐标系（B90工位）图3-12减速箱体编程坐标系（B270工位）任务二 同轴孔系的加工操作步骤（2）工步顺序。减速箱体加工工艺路线中第5工序采用了数控加工，表3-3为该工序的数控加工工序卡片。其中工步的安排说明如下：加工中心上的刀具采用悬臂式镗杆结构。B0、B90和B270为卧式加工中心控制的三个工位。在加工中心上一次装夹工件，即可完成零件上所有孔及其端面的加工。为减少粗加工产生的变形对加工质量的影响，孔系加工的所有工步分为粗加工半精加工精加工三个
21、加工阶段。安排工步顺序时，首先分别在各个工位上完成各加工表面的粗加工工步，然后分别在各个工位上依次完成各加工表面的半精加工和精加工工步。其中120工步是粗加工工步。21工步以后的每个工位中先进行半精加工工步，后进行精加工工步。为保证孔和螺孔的加工位置，在加工中心上对实体材料加工孔时，应先加工孔的端面，然后钻中心孔，最后钻扩铰（攻螺纹）加工孔与螺孔。任务二 同轴孔系的加工操作步骤表3-4中的“T”表示加工时所用的刀具号，刀具补偿号采用与刀具号相同的号码。表3-4中的辅具代号的含义可查阅有关手册。表3-4减速箱体数控加工工序卡片任务二 同轴孔系的加工操作步骤任务二 同轴孔系的加工操作步骤任务二 同
22、轴孔系的加工操作步骤（3）加工程序。由于零件上加工部位较多，为方便调试程序，采用子程序结构，按不同的加工部位编写子程序，用主程序把子程序串联成一体。在子程序O0052、O0053、O0054中，由于采用极坐标方便给定孔的位置，因而采用极坐标编程。设定局部坐标系，利用极坐标指令G16，用绝对值编程指令（G90）指定极半径，局部工件坐标系的零点为极坐标系的原点。任务二 同轴孔系的加工操作步骤 整个加工程序分为B0工位粗加工、B90工位加工、B270工位加工和B0工位精加工四个部分。B0工位的粗加工程序见表3-5。任务二 同轴孔系的加工操作步骤表3-5B0工位的粗加工程序任务二 同轴孔系的加工操作步
23、骤任务二 同轴孔系的加工操作步骤任务二 同轴孔系的加工操作步骤任务二 同轴孔系的加工操作步骤任务二 同轴孔系的加工操作步骤任务二 同轴孔系的加工操作步骤任务二 同轴孔系的加工操作步骤 镗削加工时刀具的悬伸量应尽量得短，这样加工出来的孔的质量更容易保证。注意任务二 同轴孔系的加工实训情境编写图3-13所示零件的加工工艺清单和孔（螺纹孔除外）加工程序。图3-13减速箱体任务三螺纹孔加工任务三 螺纹孔加工（1）掌握螺纹孔的编程方法。（2）掌握螺纹孔的加工方法。实训领域目标任务三 螺纹孔加工任务描述编写图3-14中的4M10螺孔的加工程序。图3-14螺纹孔加工零件图任务三 螺纹孔加工预备知识 螺纹的加
24、工根据孔径大小而定，一般情况下，直径为M5M20的螺纹，通常采用攻螺纹的方法加工。直径在M6以下的螺纹，在加工中心上完成底孔加工后，通过其他手段攻螺纹。因为在加工中心上攻螺纹不能随机控制加工状态，小直径丝锥容易折断。直径在M25以上的螺纹，可采用镗刀镗削加工。任务三 螺纹孔加工操作步骤刀具选择及补偿值见表3-6，加工螺孔的流程图如图3-15所示。表3-6刀具选择及补偿值任务三 螺纹孔加工操作步骤图3-15加工螺孔的流程图任务三 螺纹孔加工操作步骤加工4M10螺孔的程序见表3-7。表3-7加工4M10螺孔的程序任务三 螺纹孔加工操作步骤任务三 螺纹孔加工操作步骤注意本例采用子程序嵌套的方法，设计
25、了二级子程序（见图3-15），使程序简单，又不易出现错误。任务三 螺纹孔加工实训情境编写图3-13所示减速箱体螺纹孔的加工程序。任务四 立铣刀螺旋铣削加工孔任务四 立铣刀螺旋铣削加工孔（1）掌握孔螺旋铣削的走刀轨迹设计。（2）掌握孔螺旋铣削的编程方法。实训领域目标任务四 立铣刀螺旋铣削加工孔任务描述 图3-16所示工件的材质为45号钢，热处理为调质。工件已经过半精加工，预加工部位有外部表面已精加工完毕，孔已经完成半精加工，留精铣余量为1.0 mm。本工序要求精加工40通孔。图3-16螺旋铣削加工孔示例任务四 立铣刀螺旋铣削加工孔 预备知识 利用数控系统插补螺旋线轨迹的特点，可以采用立铣刀螺旋线
26、轨迹铣削加工孔，切削效率高，通用性强。螺旋铣削加工孔，即铣刀刀位点以螺旋线轨迹进给，同时铣刀的自身旋转提供切削动力来铣削加工圆孔表面，如图3-17所示。用铣刀铣孔，可以减少孔加工刀具的规格和数量。用铣刀代替粗镗刀和半精镗刀，以系统提供的圆弧插补功能铣孔。FANUC系统有宏程序功能，用户可以编制铣孔宏指令，或用普通指令编制铣孔程序。任务四 立铣刀螺旋铣削加工孔 预备知识 铣孔程序的动作分解如下：（1）快速定位到孔中心。（2）快速定位在R点（同固定循环含义）。（3）螺旋线切削至孔底。（4）为保证孔壁加工质量，精加工可另选一把立铣刀，沿圆弧铣削一周后回到孔中心。为保证圆弧切入、切出，要拟定过渡圆弧。
27、若用刀具半径补偿，则须加启动偏置与取消偏置的直线段。若用刀心编程，则可不加直线段。如果经过第(3)步的螺旋铣削，已经达到了孔的加工要求，则不需要本工步。（5）从孔底快速退回到R点。（6）从孔底快速退回到初始平面。此方法也可以铣加工内、外螺纹。任务四 立铣刀螺旋铣削加工孔 预备知识图3-17螺旋插补铣削加工孔任务四 立铣刀螺旋铣削加工孔操作步骤 1.工件坐标系原点的选择 工件孔的设计基准是底面和两侧面，由于工件经过粗、半精加工，孔的位置精度已经由上道工序保证，本工序主要保证孔的尺寸精度与表面粗糙度。孔的精加工余量为 1.0 mm，为使去除余量均匀，精加工中应该采用自为基准的原则定位，即采用所加工
28、表面本身定位。因此，用已粗加工的40 mm通孔的回转中心线与工件上表面交点作为工件编程原点。2.工件装夹方法 采用螺钉、压板装夹工件。工件的外部表面已精加工完毕，以底面为定位面，为防止铣刀刮伤工作台面，工件下面垫以垫铁，用螺钉、压板把工件压紧在工作台上。工件装夹后，用40 mm孔找正主轴位置，并确定工件原点相对于机床原点的偏移值。任务四 立铣刀螺旋铣削加工孔操作步骤 3.刀具选择方法 选择20 mm方肩立铣刀，并用弹簧夹头夹持。4.确定切削用量 主轴转速S为2 000 r/min，进给速度F为600 mm/min。5.编写加工程序 以工件 40 mm孔的轴线为刀具螺旋线进给的中心线。不用刀具补
29、偿，直接用刀位点（立铣刀上轴线与端面的交点）编程，编程中采用子程序结构，每执行一次子程序，刀位点轨迹为一个圆周的螺旋线，导程为0.3 mm。若执行106次子程序，则沿孔轴线的加工长度为1060.331.8 mm。任务四 立铣刀螺旋铣削加工孔操作步骤6.加工程序图3-16所示孔的加工程序如见表3-8。任务四 立铣刀螺旋铣削加工孔操作步骤 7.操作机床步骤（1）数控程序输入。创建螺旋铣削加工程序。1主轴；2千分表；3表座；4工件（2）对刀找正，确定编程坐标系原点。本例工件原点为40 mm孔轴线与工件上表面的交点，可以根据孔的内表面确定工件原点偏移值。机床开机启动后，返回参考点，建立机床坐标系。如图
30、3-18所示，在主轴上放置一百分表，按工件40 mm孔找正主轴位置，使主轴轴线与孔轴线重合，保持主轴位置不动，观察界面显示的机床坐标值（xM，yM），即为XY面上工件原点相对于机床原点的偏移值。用Z向定位仪确定Z向原点位置，找出Z轴方向工件原点相对于机床原点的偏移值zM。任务四 立铣刀螺旋铣削加工孔操作步骤（3）输入工件原点相对于机床原点的偏移值。在屏幕上显示工件原点偏移值界面（G54G59），并直接输入工件原点相对于机床原点的偏移值。将偏移值（xM，yM，zM）输入到偏移储存地址G54中，这点位置就是由G54指令确定的工件原点。当程序运行到指令G54时，即可建立工件坐标系。（4）数控自动加工。（5）零件检测及数控程序修调。用内径千分尺检测零件孔直径，如果直径尺寸偏小，可修改子程序中的I值，进行工件加工尺寸精度的调整。任务四 立铣刀螺旋铣削加工孔操作步骤图3-18根据孔表面找正主轴位置示意图任务四 立铣刀螺旋铣削加工孔操作步骤注意 采用螺旋铣的方法加工螺纹时，刀位点进给螺旋线的导程设定为螺纹导程，刀具选择成形（螺纹截面）盘铣刀或成形飞刀。任务四 立铣刀螺旋铣削加工孔实训情境编写图3-8所示盖板零件孔的铣削加工程序。