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课题5：型腔铣削加工

理论：1.掌握型腔铣削加工的工艺知识；
2.掌握型腔铣削加工的编程指令。
技能：1.能编制型腔加工的加工程序；
2.能熟练使用数控铣床仿真软件；
3.能完成型腔加工仿真加工。

1. 型腔铣削工艺知识；
2. 型腔铣削的编程指令。

型腔铣削的编程

专业课（理实一体）

讲授法、引导文教学法、案例教学法、示范法、练习法

多媒体、网络或投影仪

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杨丰

回顾：铣削台阶时编程
1.任务：加工要求、零件图
2.相关知识：（1）工艺知识
（2）编程知识
3.项目实施
4.练习

课题5：型腔铣削加工
5.1任务：矩形型腔零件的铣削
矩形型腔零件如图5-1所示，毛坯外形各基准面已加工完毕，已经形成精毛坯。要求完成零件上型腔的粗、精加工，零件材料为45钢。

5.2 型腔加工的工艺知识
1.刀具切入方法
刀具引入到型腔有三种方法：
（1）使用键槽铣刀沿Z向直接下刀，切入工件。
（2）先用钻头钻孔，立铣刀通过孔垂向进入再用圆周铣削。
（3）使用立铣刀螺旋下刀或者斜插式下刀
①使用立铣刀斜插式下刀
使用立铣刀时，由于端面刃不过中心，一般不宜垂直下刀，可以采用斜插式下刀。斜插式下刀，即在两个切削层之间，刀具从上一层的高度沿斜线以渐近的方式切入工件，直到下一层的高度，然后开始正式切削，如图7-2所示。采用斜插式下刀时要注意斜向切入的位置和角度的选择应适当，一般进刀角度为5°～10°。
立铣刀斜插式下刀

②螺旋下刀
螺旋下刀,即在两个切削层之间,刀具从上一层的高度沿螺旋线以渐近的方式切入工件,直到下一层的高度,然后开始正式切削。

2.加工刀路设计

精加工刀具路径

图5-4精加工刀具路径

3.刀具

5.3子程序
如果程序包含固定的加工路线或多次重复的图形，则此加工路线或图形可以编成单独的程序作为子程序。这样在工件上不同的部位实现相同的加工，或在同一部位实现重复加工，大大简化编程。
子程序作为单独的程序存储在系统中时，任何主程序都可调用，最多可达999次调用。
当主程序调用子程序时它被认为是一级子程序，在子程序中可再调用下一级的另一个子程序，子程序调用可以嵌套4级，如图5-5所示。
O2000；
…
…
…
M98 P3000；
…
…
…
M99；

O1000；
…
…
…
M98 P2000；
…
…
…
M99；

O0001；
…
…
…
M98 P1000；
…
…
…
M30；

一重嵌套
二重嵌套

1. 子程序的结构
子程序与主程序一样，也是由程序名、程序内容和程序结束三部分组成。于程序与主程序唯一的区别是结束符号不同，子程序用M99，而主程序用M30或M02结束程序。例如：
O□□□□； （子程序名）
…；
…； （子程序内容）
…；
M99； （子程序结束）

2. 子程序的调用
在主程序中，调用子程序的程序段格式为：
M98 P×××□□□□；
×××表示子程序被重复调用的次数，□□□□表示调用的子程序名（数字）。
例如：M98 P51234；表示调用子程序O1234重复执行5次。
当子程序只调用一次时，调用次数可以不写，如M98 P1234；表示调用O1234子程序执行1次。
3. 子程序应用实例
例5.1 加工图5-6所示零件上的4个相同尺寸的长方形槽，槽深2mm，槽宽10mm，未注圆角R5，铣刀直径φ10mm，试用子程序编程。

图5-6 子程序编程举例

加工程序如下：
O0001； 主程序名
N10 G17 G21 G40 G54 G80 G90 G94 ； 程序初始化
N20 G00 Z80.0； 刀具定位到安全平面，启动主轴
N30 M03 S1000；
N40 G00 X20.0 Y20.0；
N50 Z2.0； 快速移动到A1点上方2mm处
N60 M98 P0002； 调用2号子程序，完成槽Ⅰ加工
N70 G90 G00 X90.0； 快速移动到A2点上方2mm处
N80 M98 P0002； 调用2号子程序，完成槽Ⅱ加工
N90 G90 G00 Y70.0； 快速移动到A3点上方2mm处
N100 M98 P0002； 调用2号子程序，完成槽Ⅲ加工
N110 G90 G00 X20.0； 快速移动到A4点上方2mm处
N120 M98 P0002； 调用2号子程序，完成槽Ⅳ加工
N130 G90 G00 X0 Y0； 回到工件原点
N140 Z10.0；
N150 M05； 主轴停
N160 M30； 程序结束

O0002； 子程序名
N10 G91 G01 Z-4.0 F100； 刀具Z向工进4mm（切深2mm）
N20 X50.0； A→B
N30 Y30.0； B→C
N40 X-50.0； C→D
N50 Y-30.0； D→A
N60 G00 Z4.0； Z向快退4mm
N70 M99； 子程序结束，返回主程序
4. 子程序使用中的注意事项
（1）在编制子程序时，在子程序的开头O的后面编制子程序号，子程序的结尾一定要有返回主程序的辅助指令M99。
（2）在子程序的最后一个单段用P指定序号（图5-7），子程序不回到主程序中呼叫子程序的下一个单段，而是回到P指定的序号。返回到指定单段的处理时间通常比回到主程序的时间长。
图5-7 子程序返回到指定的单段

5.4 任务决策和实施
（1）工艺分析
本工序加工内容为型腔底面和内壁。型腔的4个角都为圆角，圆角的半径限定刀具的半径选择，圆角的半径大于或等于精加工刀具的半径。图中圆角半径为R10mm，粗加工刀具选用φ20的键槽铣刀，精加工选用φ16的立铣刀。
粗加工为Z字形走刀，从槽的左下角下刀，沿X方向切削。设置精加工余量S=0.2mm，半精加工余量C=0.4mm，根据前面公式确定粗加工刀间距个数N=8（来回走刀9次），刀间距为16.1 mm。半精加工从粗加工的最后刀具位置开始，沿轮廓逆时针加工矩形槽侧壁。精加工采用圆弧切入，逆时针加工（顺铣）。
由于槽比较深，粗、精加工采用分层铣削，每次铣削深度为10mm。精加工一次直接铣削到深度。
（2）刀具与工艺参数
见表5-1、表5-2。
表5-1 数控加工刀具卡
单 位
数控加工刀具卡片
产品名称

零件图号

零件名称

程序编号
序号
刀具号
刀具名称
刀 具
补偿值
刀补号
直径
长度
半径
长度
半径
长度
1
T01
键槽铣刀
φ20mm

2
T02
立铣刀
φ16mm

8

D02

表5-2 数控加工工序卡
单 位
数控加工工序卡片
产品名称
零件名称
材 料
零件图号

工序号
程序编号
夹具名称
夹具编号
设备名称
编制
审核

工步号
工步内容
刀具号
刀具规格
主轴转速
/（r/min）
进给速度
/（mm/min）
背吃刀量
/mm
1
粗加工和半精加工形腔内壁，精加工形腔底面
T01
φ20mm键槽刀
400
200

2
精加工形腔内壁
T02
φ16mm立铣刀
600
120

（3）装夹方案
本工序采用平口钳装夹，由于加工内腔，所以不存在刀具干涉问题，只要保证对刀面高于钳口即可。
（4）程序编制
在零件中心建立工件坐标系，Z轴原点设在零件上表面上。
粗加工程序（φ20mm键槽刀）：
O0010； 主程序名
N10 G17 G21 G40 G54 G80 G90 G94 ； 程序初始化
N20 G00 Z80.0； 刀具定位到安全平面
N30 M03 S400； 启动主轴
N40 X-64.4 Y-64.4； 移动到下刀点
N50 Z5.0；
N60 G01 Z-10.0 F50； 下刀至-10mm
N70 M98 P0011； 调用子程序
N80 G90 X-64.4 Y-64.4； 移动到下刀点
N90 Z-20 F50； 下刀至-20mm
N100 M98 P0011； 调用子程序
N110 G90 G00 Z200.0；
N120 X200.0 Y200.0；
N130 M05； 主轴停止
N140 M30； 程序结束
分层铣削子程序：
O0011； 子程序名
N10 G91 ； 增量坐标
N20 G01 X128.8 F200； 第1次切削
N30 Y16.1； 间 距1
N40 X-128.8； 第2次切削
N50 Y16.1； 间 距2
N60 X128.8； 第3次切削
N70 Y16.1； 间 距3
N80 X-128.8； 第4次切削
N90 Y16.1； 间 距4
N100 X128.8； 第5次切削
N110 Y16.1； 间 距5
N120 X-128.8； 第6次切削
N130 Y16.1； 间 距6
N140 X128.8； 第7次切削
N150 Y16.1； 间距7
N160 X-128.8； 第8次切削
N170 Y16.1； 间距8
N160 X128.8； 第9次切削
N170 X0.4； 半精加工起点X坐标
N180 Y0.4； 半精加工起点Y坐标
N190 X-129.6； -X方向运动
N200 Y-129.6； -Y方向运动
N210 X129.6； +X方向运动
N220 Y129.6； +Y方向运动
N230 M99； 子程序结束

精加工程序（φ16mm立铣刀）：
O0020； 程序名
N10 G17 G21 G40 G54 G80 G90 G94 ； 程序初始化
N20 G00 Z80.0； 刀具定位到安全平面
N30 M03 S600； 启动主轴
N40 X0 Y-59.0； 移动到下刀点
N50 Z5.0；
N60 G01 Z-20.0 F80； 下刀至-20mm
N70 G41 X-16 D02 F120； 建立刀补
N80 G03 X0 Y-75.0 R16.0； 切向切入
N90 G01 X65.0； 开始精加工
N100 G03 X75.0 Y-65 R10.0；
N110 G01 Y65.0；
N120 G03 X65.0Y75.0 R10.0；
N130 G01 X-65.0；
N140 G03 X-75.0 Y65.0 R10.0；
N150 G01 Y-65.0；
N160 G03 X-65.0 Y-75.0 R10.0；
N170 G01 X0；
N180 G03 X16.0 Y-59.0 R16.0； 切向切入出
N190 G01 G40 X0； 取消刀补
N200 G00 Z200.0；
N210 X200.0 Y200.0；
N220 M05； 主轴停止
N230 M30； 程序结束
5.5 巩固练习
利用数控加工仿真软件，完成如图5-8所示零件上深槽加工，要求分粗、精加工，并实现分层加工。

图5-8 槽加工练习

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