外轮廓的加工

项目三内、外轮廓加工

3.1学习目标

通过本项目的学习，掌握子程序的概念、格式；能够运用子程序编写数控铣削加工程序；合理按排内、外轮廓走刀路线。

3.2 项目内容

完成如图3.1所示工件外轮廓的加工程序，并在数控铣床上加工。（已知毛坯尺寸为50mmX50mmX30mm，材料45钢）

1、零件图形

图3.1

2、编程要求

1）毛坯件的尺寸为50×50×30 材料45钢；

2）完成外轮廓铣削加工程序；

3）完成工件内轮廓的加工程序；

3.3知识点

本课题主要讲解以下知识点：

1、子程序的概念、格式和编制方法；

2、轮廓分层切削的加工方法；

3、内外轮廓走刀路线的合理安排；

3.4 学习内容

3.4.1 外轮廓的加工

一般零件的切削深度大于刀具的最大切削深度，所以常采用子程序编制，在编子程序时，注意刀具半径补偿在子程序中的编制方法，并要注意合理选择进刀与退刀路线。

1、数控铣削编程中的子程序

1）子程序的定义

在编制加工程序时，有时会遇到一组程序段在一个程序中多次出现，或在几个程序中都要使用它，这个典型的加工程序可以作成固定程序，并单独命名，这组程序段就称为子程序。

子程序不能单独使用，它只能通过主程序调用，实现加工中的局部动作。子程序结束后，能自动返回到调用的主程序中。

2）子程序的格式

子程序的格式与主程序格式相似包括程序名、程序段、程序结束指令，所不同的是程序结束指令不同，主程序用M02 或 M30，子程序用M99。

子程序格式如下：

O0003；

G91 G01 Z-2.0 F100

………

G01 X20 Y30

M99

3）子程序的调用

在FANUC系统中，子程序的调用格式有两种。

格式一： M98 P X X X X L X X X X

地址P后面的四位数字为子程序名，地址L的数字表示重复调用的次数，当只调用一次时，L可省略不写。

例：M98 P1234 L5 表示调用子程序“O1234”共5次。

格式二：M98 P X X X X X X X X

地址P后面的八位数字中，前四位表示调用次数，后四位表示子程序名，采用这种调用格式时，调用次数前的0可以省略，但子程序名前的0不能省略。

例：M98 P41976表示调用子程序“O1976”4次。

4）子程序嵌套

为进一步简化程序，可以让子程序调用另一个子程序，这一功能称为子程序的嵌套。系统不同，其子程序的嵌套级数也不相同，最多可以实现99级嵌套。其执行过程如3.2图所示：

主程序名

（纸带或存储方式）

调用子程序A （M98PA调用）

调用子程序B

（M98P B调用）

子程序A子程序B

返回主程序

（用M99）

返回主程序

（用M99）图3.2子程序的嵌套

5）子程序的应用

（1）实现零件的分层切削

零件在某个方向总切削深度较大，要进行分层切削

图3.3 分层切削

（2）同平面内多个相同轮廓工件的加工，在数控编程时，只编写其中一个轮廓的加工程序，然后用主程序调用。如图3.4所示：

图3.4 子程序的多次调用

6）使用子程序注意事项

（1）注意主程序与子程序间模式代码的变换，子程序采用了G91模式时，返回主程序时应注意及时进行G90与G91模式的变换。如下所示：

O1234；(主程序) O1111；(子程序)

G90 G54； (G90模式) G91……；

M98 P1111；（G91模式) ……；

(99)

G90……；（G90模式)

M30；

（2）在半径补偿模式中的程序不能被分支即在主程序中加刀补，必须在主程序中取消刀补，在子程序中加刀补就必须在子程序中取消刀补，否则系统会出现程序报警。

2、项目零件的程序编制

1）零件工艺分析(如图3.1)

如图3.1

（1）零件图分析

该零件为平面类零件，外形为圆形凸台，关于垂直线对称，尺寸均为对称标注，零件结构合理；由零件图纸上可以看出，该零件有尺寸精度要求及表面粗糙度要求，尺寸精度要求较高：所用材料均为45#钢，材料硬度适中，便于加工。由以上分析可得出，该零件精度要求较高适合采用数控铣床加工。

（2）确定装夹方案

由于该零件结构及其所对应的毛坯结构均为方形，因此夹具用平口钳较合理。

（3）确定进给路线

由于轮廓Z向切削深度较大，因此轮廓Z向采用子程序分层切削方法进行，每次切深为2mm。

①粗铣圆形凸台时，主要考虑加工效率及加工过程中刀具磨损情况，应采用逆铣加工，进、退刀采用切线延长线切入切出。

②精铣圆形凸台时，主要考虑零件的尺寸精度及表面质量能否达到图纸要求，因此应采用顺铣加工，进、退刀采用切线延长线切入切出。

（4）刀具的选择

由于零件材料为45#钢，可加工性能较好，选用以高速钢为材料的刀具便足够。

①粗加工时，为了提高加工效率，选用16

Φmm高速钢平底立铣刀。

②精加工时，选用6

Φmm高速钢平底立铣刀。

（5）切削用量的选择

根据刀具材料和工件材料查表选取切削速度为Vc=30m/min,则转速根据n=l000Vc／πD计算的，粗加工转速取600r/min,精加工转速取1000r/min。粗加工进给速度取150mm/min, 精加工进给速度取100mm/min。Z向背吃刀量每次取2mm。

注意粗加工时，要留有精加工余量（一般为双边0.5mm）。

2）编写数控程序外轮廓数控铣削参考程序如下

刀具6

Φmm立铣刀（精加工程序）

O0002；

G90 G17 G40 G49 G80；程序初始化

G54 G00 X22.5 Y-30；建立工件坐标系，刀具移至切线延长线G43 G00 Z50 H01；建立刀具长度补偿，刀具移至安全高度M03 S1000；主轴正转

G01 Z0 F100；子程序Z起始点

M98 P30011；调用子程序O0011三次

G90 G00 Z50；刀具返回安全高度

M30；主轴停止，程序结束

O0011；圆弧凸台子程序

G91 G01 Z-2 F100； Z向分层切削，每次切削深度2mm

G90 G42 G01 X22.5 Y-10 D01；轮廓切线延长线上加刀补

Y0；沿切向切入

G03 X22.5 Y0 I-22.5 J0；圆弧凸台加工

G01 Y10；沿切向切入

G40 G01 X40 Y30；取消刀具半径补偿

Y-30；

G01 X22.5 Y-30；返回起始点位置

M99；子程序结束

3.4.2 内轮廓的加工

数控铣削中常会遇到内轮廓的加工，在铣削内轮廓时，关键在于下刀点与进、退刀的合理选择。

1、项目零件的程序编制

1）零件工艺分析:如图3.1

图3.1

（1）根据零件结构选择刀具粗加工时，为了提高加工效率，同时，因为有内轮廓存在，必须考虑到所选刀具半径要小于内圆弧最小半径；心型内腔选用

Φmm键槽刀。精加工时，选用6

Φmm平底刀。

Φmm平底刀，键槽选用6

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（2）走刀路线的确定

粗铣心型内腔及键槽时，主要要考虑刀具走刀路线要能够有效的切除余量，同时不至于引起刀具干涉及过切现象；因此应从心型空缺处下刀，采用最短路线原则粗铣成形；

精铣心型内腔时，尽量遵循从切向切入的方法，选择以O点延长线OA作为切入点与切出点，精铣键槽时，无法沿零件曲线的切向切入与切出，在这种情况下，切入切出点应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给过程中要避免停顿，本项目选择以交点Q作为切入点。走刀路线如图3.5所示：

图3.5 走刀路线

（3）切削用量的选择

切削用量见外轮廓加工切削用量的选择

2）编写加工程序

精加工参考程序（编程原点选在零件的几何中心）如下：

O1978；

G90 G17 G40 G49 G80；程序初始化

G54 G00 X0 Y10；建立工件坐标系，刀具移至切线延长线

G43 G00 Z50 H01；建立刀具长度补偿，刀具移至安全高度M03 S1000；主轴正转

G01 Z0 F100；子程序Z起始点

M98 P30013；调用子程序O0011三次

G90 G00 Z10；抬刀

G00 X0 Y-14；刀具移至键槽上方

G01 Z0 F100；子程序Z起始点

M98 P30014；调用子程序O0014三次

G90 G00 Z50 刀具移至安全高度

M30；主轴停止，程序结束

O0011；心型凹槽子程序

G91 G01 Z-2 F80； Z向分层切削，每次切削深度2mm

G90 G42 G01 X0 Y5 D01 F100 ；轮廓切线延长线上加刀补

G01 Y0；

G02 X-15 Y0 R7.5；

G02 X15 Y0 R15；加工心型凹槽

G02 X0 Y0 R7.5

G01 X0 Y5；切线延长线切出

G40 G01 X0 Y10；取消刀具半径补偿

M99；子程序结束

O0014；键槽子程序

G91 G01 Z-2 F100； Z向分层切削，每次切削深度2mm

G90 G41 G01 X-6 Y-10 D01；加刀补

G03 X-6 Y-18 R4；

G01 X6 Y-18；加工键槽

G03 X6 Y-10 R4；

G01 X-6 Y-10；

G40 G01 X0 Y-14；取消刀具半径补偿

M99；子程序结束

3.5 思考与练习

1、毛坯尺寸60mm×60mm ×30mm ，材料45号钢，刀具每次吃刀量不超过2mm，选择刀具、切削用量，完成如图3.6所示的外轮廓加工程序。

图3.6方形凸台零件

2、完成如图3.7所示的凹槽零件的加工程序。

图3.7凹槽类零件