外轮廓加工

一、任务布置

完成如图3-13所示正方形凸台外轮廓零件的加工。零件材料为LY12，毛坯尺寸为80mm×80mm×12mm（长×宽×高）。

图3-13　正方形凸台零件

【知识目标】

（1）掌握简单外轮廓的编程方法。

（2）熟练掌握刀具半径补偿（G41、G42、G40）指令的功能。

（3）掌握刀具切入与切出进给路线的确定。

【技能目标】

（1）会合理选择加工刀具及调整加工时的切削参数。

（2）会合理选择刀具切入与切出进给路线。

（3）会进行刀具半径补偿偏置的设置。

（4）能利用刀具半径补偿功能完成工件的粗、精加工，并进行尺寸测量。

二、知识链接

由于刀具运动轨迹为刀具回转中心的轨迹，和切削刃不一致，存在一定的半径量，为了确保铣削加工出的轮廓符合图纸要求，编程时就必须在图纸要求轮廓的基础上，整个周边向外或向内预先偏离一个刀具半径量。如图3-14所示，按照刀具中心轨迹编制70mm×70mm外轮廓时，需要向外偏置一个刀具半径，才能编制出符合轮廓尺寸要求的程序。但对于复杂几何轮廓而言，其数值处理复杂，尤其当刀具磨损、重磨、更换新刀等导致刀具半径变化时，必须重新计算刀心轨迹，修改程序，这样既烦琐，又不易保证加工精度。

目前数控系统一般都具备刀具半径补偿功能，编程时只需按工件轮廓进行编程，数控系统会自动计算刀心轨迹坐标，使刀具中心偏离工件轮廓一个偏置值D（在系统刀具半径补偿偏置中设定），如图3-14所示。

图3-14　刀心轨迹

（一）G41、G42、G40刀具半径补偿指令

指令格式：见表3-26。

表3-26　FANUC、SINUMERIK和HNC系统G41、G42、G40刀具半径补偿指令格式

续表

注：1）X、Y为建立刀具半径补偿（或取消刀具半径补偿）的目标点坐标。
2）D为刀具半径补偿号，由后面加数字（1～99）组成，其值在数控系统刀具偏置中设置。如：D1，表
示1号刀具半径补偿号。如设定D1数值为5，则表示1号刀具中心偏离轮廓5mm。

1. G41、G42判别方法

在刀具半径补偿平面内，沿着刀具运动方向看，刀具位于工件轮廓左侧，则为左补偿（G41），反之，为刀具右补偿（G42），如图3-15所示。

图3-15　刀补判别方法

2.刀具半径补偿的建立与取消

（1）刀具半径补偿的建立

如图3-16所示，刀具起始点O点到P0点为刀具建立刀具补偿段。刀具中心从起始点O开始建立刀具补偿，当刀具中心运动到P1或P2点，建立刀具补偿结束，刀具中心偏离加工轮廓一个补偿值，这时刀具处于偏置状态。刀具的中心轨迹如图3-16细实线所示。刀具补偿偏置方向由G41或G42指令确定。

图3-16　刀补的建立与取消

（2）刀具半径补偿的取消

当完成轮廓加工时，要对所偏置的刀具进行注销，取消刀具半径补偿。与建立刀具半径补偿过程类似，假定退刀点与起刀点相同的话，则刀具中心从P1或P2退刀点开始取消刀具半径补偿，直到刀具中心运动到O点刀具半径补偿取消完毕，刀具重新处于无偏置状态，如图3-16所示。

3.指令使用说明

（1）刀具半径补偿指令应指定所在的补偿平面（G17/G18/G19）。如选用补偿平面G17，刀具半径补偿仅对X、Y坐标轴有效，对Z坐标轴没有作用。

（2）建立与取消刀具半径补偿只能配合G00或G01指令使用，建议采用G01指令。

（3）在使用刀具半径补偿过程中不可以改变补偿平面（如从G17平面改变到G18平面）。

（4）G41、G42为模态指令，直到被G40取消才失效。同时D代码也为模态指令。

（5）D代码一般在半径补偿（G41、G42）指令程序段或之前任何位置指定。

（6）刀具建立与取消路径长度必须大于刀具补偿值。

（二）刀具切入与切出进给路线的确定

合理地确定刀具切入与切出进给路线，可以保证刀具切入与切出时的平稳性，提高零件加工精度。

1.外轮廓切入/切出进给路线

铣削平面零件外轮廓时，一般是采用立铣刀侧刃切削。刀具切入和切出工件时，应避免在切入、切出处产生刀具的刀痕或打刀，所以应避免沿工件外轮廓的法向切入与切出，如图3-17所示。刀具应沿轮廓切向方向切入与切出，保证工件轮廓的平滑过渡。如图3-18（a）所示为刀具沿工件轮廓延长线切入、切出进给路线；如图3-18（b）所示为圆弧切入、切出进给路线，图中R为切入切出圆弧半径，为便于计算，切入切出圆弧最好为1/4圆弧；如图3-18（c）所示为切线切入、切出进给路线。但应注意延长线切入时给出的延长线必须大于刀具半径补偿值，圆弧切入、切出时切入切出圆弧半径必须大于刀具补偿值。

图3-17　法向进刀

图3-18　外轮廓切向进给路线

2.内轮廓切入/切出进给路线

铣削封闭的内轮廓表面时，同铣削外轮廓一样，刀具同样不能沿轮廓曲线法线方向进行切入和切出。图3-19所示为过渡圆弧切入和切出工件内轮廓的进给路线。图中R2为圆弧工件轮廓半径，R1为切入切出圆弧半径，D为刀具补偿值。但应注意在切入切出过程中D＜R1＜R2。

图3-19　内轮廓切向进给路线

三、工艺分析

（一）加工工艺分析

1.结构分析

该零件主要完成70mm×70mm正方形凸台的加工，加工深度为5mm。

2.精度分析

由图3-13可知，加工尺寸精度都为自由公差，加工时尺寸精度控制在IT14级，只需粗、精加工就可以达到加工要求；加工表面上表面粗糙度为Ra3. 2µm，需要对工件上表面进行精铣加工。

3.加工刀具分析

根据零件加工结构和精度分析，可选用φ10mm高速钢立铣刀进行正方形凸台的加工，就可以达到其加工要求。

4.零件装夹方式分析

根据零件加工要求，使用机用精密平口钳直接装夹零件的方式。

（二）加工工艺文件

1.数控编程任务书

数控编程任务书如表3-27所示。

表3-27　数控编程任务书

主要工艺说明及技术要求：

①正方形凸台精度达到图样要求。详见产品工艺卡。

②技术要求详见零件图。

2.零件安装方式

数控加工工件安装和工件坐标系设定卡参照表3-11所列。

3.数控铣削加工工序

数控铣削加工一次性完成切削加工，其数控加工工序参照表3-12所列。

4.数控铣削加工刀具

使用φ50mm面铣刀和φ10mm立铣刀完成正方形凸台的加工。其数控刀具明细表及数控刀具卡参照表3-13所列。

5.刀具运行轨迹

编程尺寸相对简单，由图3-14所示就可以直接得到。机床刀具运行轨迹如表3-28所示。

表3-28　机床刀具运行轨迹

6.程序编制

FANUC、 SINUMERIK和HNC系统“正方形凸台”零件加工程序卡如表3-29所示。

表3-29　FANUC、SINUMERIK和HNC系统正方形凸台零件加工程序卡

注：FANUC系统需要在程序首程序段设置初始状态指令。例如，G40（刀具半径补偿取消）、G49（长度补偿取消）、G80（固定循环取消）、G69（工件坐标系旋转取消）等指令，若不指定，系统可能还续效先前使用的指令。

四、技能实训

1.实训准备

根据工艺方案设计要求以及项目任务要求，给出正方形凸台零件加工工具、量具、刃具等准备清单，参照表3-16所列。

2.加工准备、程序输入、模拟加工、自动加工、结束准备参照任务一直线槽的操作步骤。

五、质量评价

根据各自实训结果，按照项目评分表对加工零件进行质量评价。评分表如表3-30所示。

表3-30　正方形凸台评分表

六、常见问题解析

（1）设置工件坐标系偏置时，应与编程工件坐标系一致。

（2）对于刀具首次下刀，应修调快速倍率和进给倍率为较小值，防止对刀有误而发生“打刀”现象。当程序运行正常时，重新调整倍率为正常值。

（3）加工前检查刀具偏置值设定是否正确。

（4）加工时，关好机床防护门。

七、巩固训练

（1）完成如图3-20所示方台零件的加工。零件材料为LY12，毛坯尺寸为80mm×80mm×12mm，方台零件评分表如表3-31所示。

图3-20　方台零件

表3-31　方台零件评分表

（2）完成如图3-21所示圆台零件的加工。零件材料为LY12，毛坯尺寸为80mm×80mm×12mm，圆台零件评分表如表3-32所示。

图3-21　圆台零件

表3-32　圆台评分表

思考与练习

1.刀具半径补偿指令G41、G42是如何规定的？其有何作用？应注意哪些事项？

2.如何确定刀具切入、切出进给路线？