1、第一節第一節 內外輪廓加工內外輪廓加工一、一、輪廓零件的特征輪廓零件的特征 零件的輪廓表面一般是由直線、圓弧或曲線組成，是一個連續的二維表面，該表面展開后可以形成一個平面。二維輪廓類零件主要包括內輪廓、外輪廓、鍵槽、凹槽、溝槽、型腔等，如下圖所示。圖51輪廓加工二、輪廓類零件的銑削刀具二、輪廓類零件的銑削刀具 內外輪廓的加工刀具一般選用鍵槽銑刀、立銑刀或硬質合金可轉位立銑刀。下圖左所示為高速鋼立銑刀，齒數為310。 可轉位立銑刀是由刀體和刀片組成，如下圖右所示。由于刀片耐用度高，切削效率大大提高，是高速鋼銑刀的24倍。另外，刀片的切削刃在磨鈍后，無需刃磨刀片，只需更換新刀片，因此，在數控加工中

2、得到了廣泛的應用。圖52 立銑刀圖53 可轉位立銑刀 立銑刀的刀具形狀與鍵槽銑刀大致相同，不同之處在于刀具底面中心沒有切削刃，因此，立銑刀在加工型腔類零件時，不能直接沿著刀軸的軸向下刀，只能采用斜插式或螺旋式進行下刀，如下圖所示。圖圖54 下刀方式下刀方式a）螺旋式下刀）螺旋式下刀 b）斜插式下刀）斜插式下刀三、輪廓加工路線三、輪廓加工路線 加工路線是指刀具的刀位點相對于零件運動的軌跡和方向。銑削平面輪廓時，一般采用立銑刀的圓周刃進行切削。在切入和切出零件輪廓時，為了減少切入和切出痕跡，保證零件表面質量，應對切入和切出的路線進行合理設計。其主要確定原則是：主要確定原則是： 1加工路線的設計應保

3、證零件的精度和表面的粗糙度，如輪廓加工時，應首先選用順銑加工。 2減少進、退刀時間和其他輔助時間，在保證加工質量的前提下盡量縮短加工路線。 3方便數值計算，盡量減少程序段數，減少編程工作量。 4進、退刀時，應根據零件輪廓的形狀選擇直線或圓弧的方式切入或切出，以保證零件表面的質量。如下圖所示為零件外輪廓切入和切出的幾種設置方法。圖圖55 切入和切出方式切入和切出方式a）直線切入切出）直線切入切出 b）直線切入圓弧切出）直線切入圓弧切出 c）圓弧切入切出）圓弧切入切出四、基本編程指令四、基本編程指令1 1準確停止（準確停止（G09G09） 一個包含G09的程序段在繼續執行下一個程序段前，準確停止在

4、本程序段的終點。 格式：G09； 式中 G09 表示準確停止指令；注意：該功能用于加工尖銳的棱角。2 2段間過渡（段間過渡（G61G61、G64G64） 在G61后的各程序段編程軸都要準確停止在程序段的終點，然后再繼續執行下一個程序段。 在G64之后的各程序段編程軸剛開始減速時（未到達所編程的終點）就開始執行下一程序段。但在定位指令（G00、G60）或有準確停止（G09）的程序段中，以及在不含運動指令的程序段中，進給速度仍減速到0才執行定位校驗。格式：式中 G61精確停止校驗指令； G64連續切削方式指令。注意：注意：G61方式的編程輪廓與實際輪廓相符。G61與G09的區別在于G61為模態指令

5、。G64方式的編程輪廓與實際輪廓不同。其不同程度取決于F值的大小及兩路徑間的夾角，F越大，其區別越大。G61、G64為模態指令，可相互注銷，G64為缺省值。例如：采用G61編程時，其程序和實際軌跡如圖56所示。圖56 G61編程例如：采用G64編程時，其程序和實際軌跡如下圖所示。圖57 G64編程3 3參考點控制指令（參考點控制指令（G28G28、G29G29）（1）自動返回參考點指令（G28） 執行這條指令時，可以使刀具從當前位置經過中間點返回到參考點，中間點的位置由該指令后的X、Y、Z值指定。 格式：G28 X Y Z ； 式中 G28 自動返回參考點指令，非模態； X、Y、Z 返回參考點

6、時經過的中間點，其坐標值可以用增量或絕對方式表示。 返回參考點過程中設定中間點的目的是為了防止刀具在返回參考點過程中與工件或夾具發生干涉。（1）G28指令用于刀具自動更換或者消除機械誤差，指令用于刀具自動更換或者消除機械誤差，在執行該指令之前應取消刀具半徑補償和刀具長度補償。在執行該指令之前應取消刀具半徑補償和刀具長度補償。（2）系統執行）系統執行G28指令時機床不僅產生移動，而且記指令時機床不僅產生移動，而且記憶了中間點的坐標值，以供憶了中間點的坐標值，以供G29指令使用。指令使用。（3）電源通電后，在沒有手動返回參考點的狀態下，）電源通電后，在沒有手動返回參考點的狀態下，指定指定G28時，

7、從中間點自動返回參考點，與手動返回參時，從中間點自動返回參考點，與手動返回參考點相同。這時從中間點到參考點的方向就是機床參數考點相同。這時從中間點到參考點的方向就是機床參數“回參考點方向回參考點方向”設定的方向。設定的方向。 例如： G90 G28 X100.0 Y100.0 Z80.0； 刀具快速定位到G28指定的中間點（100，100，80）處，再返回到機床X、Y、Z軸的原點。 （2）自動從參考點返回指令（G29） 執行這條指令時，可以使刀具從參考點出發，經過G28指令指定的中間點到達G29指令后X、Y、Z坐標值所指定的位置。 格式：G29 X Y Z ； 式中 G29自動從參考點返回指令

8、，非模態； X、Y、Z返回的定位終點，其坐標值可以用增量或絕對方式表示。G29中間點的坐標值與前面中間點的坐標值與前面G28所指定的中所指定的中間點坐標值為同一坐標值。因此，這條指令只間點坐標值為同一坐標值。因此，這條指令只能出現在能出現在G28指令的后面。指令的后面。 G28與G29指令執行過程如右圖所示，執行G28指令時，刀具從起始點“A”，經過中間點“B”，到參考點“R”；執行G29指令時，刀具從參考點“R”經過G28指定的中間點“B”到達G29定義的終點“C”點。其程序如下：G90方式G90 G28 X100.0 Y100.0 Z0；G29 X150.0 Y50.0 Z0；G91方式G

9、91 G28 X100.0 Y50.0 Z0；G29 X50.0 Y-50.0 Z0；圖58 G28與G29指令動作4 4刀具半徑補償指令（刀具半徑補償指令（G41G41、G42G42、G40G40）圖59 刀補原理經過一定時間的加工和操作后，刀具的磨損是不可避免的，主要體現在刀具的半徑和長度的變化上。因此，刀具補償主要是指刀具半徑補償和刀具長度補償。其補償原理如下：（1）刀具補償的概念數控銑床上進行輪廓的銑削加工時，由于刀具總有一定的半徑，刀具中心軌跡與工件輪廓不重合。如果數控系統不具備刀具自動補償功能，則只能按刀（2）刀具半徑補償指令格式式中G17刀具半徑補償平面為XY平面；G18 刀具半

10、徑補償平面為XZ平面；G19 刀具半徑補償平面為YZ平面；G40 刀具半徑取消；G41 刀具半徑左補償；G42 刀具半徑右補償；X、Y、Z刀補建立或取消的終點坐標；DD值用于指令偏置存儲器的偏置號。 G41與G42的判斷方法是：從補償平面外的另一個坐標軸的正向向著負向觀察，并順著刀具的前進方向看，如果刀具位于工件輪廓的左側，則稱為刀具半徑左補償；如果刀具位于工件輪廓的右側，則稱為刀具半徑右補償。如下圖所示。 （3）刀具半徑補償過程 如下圖所示，刀具半徑補償的過程分為三步，即刀補的建立、刀補的進行和刀補的取消。圖5-11 刀具半徑補償過程O0001；程序名程序名 N30 G00 X0 Y0； N

11、40 G41 G01 X10.0 Y10.0 D01 F40；建立刀具半徑左補償建立刀具半徑左補償N50 Y30.0；刀補的進行刀補的進行N60 X40.0；刀補的進行刀補的進行N70 Y10.0；刀補的進行刀補的進行N80 X10.0；刀補的進行刀補的進行N90 G40 G01 X0 Y0；刀補的取消刀補的取消 N130 M30； 1）刀補的建立 它是指刀具從起點接近終點時，刀具中心與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離一個偏置量的過程。該過程的實現只能在G01或G00移動指令模式下來建立。 如圖511所示，刀補的建立是通過程序段N40來建立。系統當執行到N40程序段時，機床刀具坐標位置由以下方

12、法確定：系統預讀對包含G41語句以及下面兩個程序段（N50、N60）的內容，連接在補償平面內最近兩移動語句的終點坐標（圖511中的AB連線），其連線的垂直方向為刀補的偏置方向，根據G41或G42來確定向哪一邊進行偏置，偏置的大小由偏置號（如D01）地址中的數值確定。經過補償后，刀具中心相對于A點偏移了一個偏置值。 2）刀補的進行 在G41或G42程序段后，程序進入到補償模式，此時刀具中心與編程軌跡始終相距一個偏置量，直到刀補取消。 3）刀補的取消 刀具中心軌跡從偏置過渡到與編程軌跡重合的過程稱為刀補的取消，如圖511所示的OA段，刀補的取消用G40指令。5 5刀具長度補償指令（刀具長度補償指令

13、（G43G43、G44G44、G49G49） 刀具長度補償與刀具半徑補償的原理一樣，如在XY平面內，半徑補償是在平面內使刀具沿著工件輪廓的法向方向偏移一個半徑，長度補償則是沿著Z軸向上或向下偏移一個距離。 （1）刀具長度補償指令格式;0100494443191817HZYXGGGGGGGG式中G17 刀具長度補償軸為Z軸；G18 刀具長度補償軸為Y軸；G19 刀具長度補償軸為X軸；G43 刀具長度正補償；G44 刀具長度負補償；G49 取消刀具長度補償；X、Y、Z 刀補建立或取消的終點坐標；H H值用于指令偏置存儲器的偏置號。（2）刀具長度補償原理 刀具長度方向的補償，實質就是要找到編程坐標系

14、原點在機床坐標系中的位置，如下圖a所示。機床坐標系和編程坐標系的原點如圖上所示，當對Z向進行對刀時，刀具從當前的位置1點下降到2點，此時移動距離為圖中的H，也就是CRT顯示器上顯示的機床坐標值，最后把相應的數值輸入到刀具長度寄存器中。 圖512 長度補償原理a）對刀原理 b）G43 c）G44 如圖512 a所示，若在CRT顯示器中顯示的機床坐標系的坐標值H為“-400.0”，在刀具補償表中設置寄存器號為01的刀具補償值為“-400.0”。當執行G43 G00 Z10.0 H01程序段時，則刀具在機床上的實際移動距離=長度補償值+編程坐標值 =-400+10=-390，即機床的實際移動量為沿著

15、Z軸的負方向移動390mm，如圖512b所示。當執行G44 G00 Z10.0 H01程序段時，則刀具在機床上的實際移動距離=長度補償值-編程坐標值=-400-10=-410，即機床的實際移動量為沿著Z軸的負方向移動410mm，如圖512c所示。在采用G44編程時，雖然編寫的是Z值為正值，但刀具移動后位于工件的下方，很不安全，容易造成事故，因此，一般采用G43長度補償指令來進行編程。五、輪廓加工實例五、輪廓加工實例 下面以圖513所示為例，編寫平面輪廓的加工程序。已知毛坯尺寸為80mm80mm25mm。圖513 輪廓加工1 1工藝分析工藝分析 圖514 加工路線圖圖513中，加工部位是長寬都為

16、60mm，深度為3mm的臺階。臺階的輪廓外形由直線和圓弧組成，在輪廓中存在半徑為10mm的凹圓弧，故選擇刀具時，刀具的半徑必須小于10mm，本例選擇直徑為16mm的平底銑刀。輪廓外形有一定的尺寸公差要求，編程時，需要通過采用刀補的方式進行編程，為保證零件加工表面的質量，刀補的建立和取消放在零件輪廓以外，并沿切線切入和切出工件。其加工路線如圖514所示。2 2選擇切削用量選擇切削用量（1）背吃刀量（ap）如圖513所示，臺階的加工深度為3mm。臺階的深度有一定的有公差要求，為了保證尺寸精度，加工時Z向分粗、精加工，粗加工選擇背吃刀量為2.5mm，精加工選擇背吃刀量為0.5mm。（2）主軸轉速（n

17、）已知刀具直徑為16mm，材料為高速鋼，取切削速度vc為20m/min。其主軸轉速為：min/4001614. 3201000rn （3）進給速度 已知鍵槽銑刀的齒數為2齒，取每齒進給量為0.05mm/z。其進給速度為：3 3裝夾裝夾 根據零件的形狀采用平口鉗和墊鐵進行裝夾。4 4填寫數控加工工藝卡填寫數控加工工藝卡 數控加工工藝卡見表52。5 5設置刀補設置刀補 本例選擇16mm的平底銑刀，通過對刀后得到刀具的長度補償值為“-509.0”，因工藝分析中要求Z向實現分層加工，所以在設置長度補償時粗加工值為“-508.5”，精加工時設置長度補償值為“-509.0”（僅供參考，加工時應以實際對刀值為準）。刀具的半徑補償值為8mm。 點擊MDI鍵盤中的“ ”參數設置鍵，CRT顯示器顯示出“工具補正”界面，在此界面中用戶可以對刀具的長度補償和半徑補償進行設置，在FANUC中刀具長度補償分為形狀補償和摩耗補償；刀具半徑補償也分為形狀補償和摩耗補償，如圖515所示。形狀（H） 設置刀具的長度補償值。摩耗（H） 用來微量調整刀具的長度補償值。形狀（D） 設置刀具的半徑補償值。摩耗（D） 用來微量調整刀具的半徑補償值。圖51