典型零件外形銑削加工中的工藝分析與編程技巧

【摘要】通過分析典型零件外形輪廓結構的數控加工工藝，闡述數控銑削加工的工藝及設計過程。總結出編程中如何利用刀具半徑補償功能對零件進行粗精加工的方法。

【關鍵詞】典型零件外形銑削加工 工藝分析 編程技巧

【中圖分類號】G 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450－9889(2012)01C－0191－02

數控機床是一種技術密集度及自動化程度很高的機電一體化加工設備，是綜合應用計算機、自動控制、自動檢測及精密機械等高新技術的產物，數控銑床是目前使用最廣泛的數控機床之一。在使用數控銑床加工零件外形輪廓時，數控加工編程人員需要具體分析零件的加工工藝、走刀軌跡、切削用量等方面內容，這些內容不僅關系到零件的加工質量，也影響加工效率和成本。同時，要想在數控加工中心和數控銑床上編制出更合理、更完善的加工程序，最重要的是很好地掌握和利用刀具補償功能并能正確地使用指令掌握數控編程的一些技巧。正確使用刀具半徑補償功能，可以避免各種過切現象，有效簡化計算、提高編程的效率和加工精度。

一、數控銑床加工工藝分析

數控銑床加工工藝分析涉及面廣泛，可從可能性和方便性兩方面分析。一方面，零件圖紙中的尺寸數據應滿足編程方便。在數控加工的零件圖紙上，應以同一基準標注尺寸或直接給出坐標尺寸。在手工編程時，要計算每個節點的坐標；在自動編程時，要對構成零件輪廓的所有幾何元素進行定義。另一方面，零件各加工部位的結構工藝性要符合數控加工的特點。零件在滿足使用要求的前提下，最好采用統一的幾何類型和尺寸，從而減少刀具規格和換刀次數，簡化編程。數控加工應盡量采用統一的基準定位，否則會因工件的多次安裝定位誤差而導致工件加工的形位誤差。分析零件所要求的加工精度，需要確認尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等是否得到保證，有無引起矛盾的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺寸等。

二、數控銑床加工工藝設計

第一，工藝路線的設計。數控銑床的加工過程分為多個階段。粗加工階段：切除大部分加工余量，使毛坯在形狀和尺寸上接近零件成品。半精加工階段：使主要表面達到一定的精度，為主要表面的精加工做好準備，并完成一些次要表面的加工。精加工階段：使各主要表面達到圖紙規定的質量要求。光整加工階段：對于質量要求很高的表面，須進行光整加工，主要用于進一步提高尺寸精度和減小表面粗糙度值。

第二，夾具與刀具的設計。單件小批量生產時，應優先選用組合夾具、通用夾具或可調夾具。成批生產時，可采用專用夾具。還要求夾具在數控機床上安裝準確，能協調工件和機床坐標系的尺寸關系。一般優先采用標準刀具，也可采用各種復合刀具以及其他一些專用刀具。還可選用各種先進刀具，如可轉位刀具、硬質合金刀具、陶瓷涂層刀具等。刀具的類型、規格和精度等級應符合加工要求，刀具材料應與零件材料相適應。

第三，走刀路線的設計。確定走刀路線應考慮加工質量，盡可能地縮短走刀路線，編程計算應簡單，減少程序段數以及“少換刀”、“少走空刀”等。

第四，切削用量的設計。切削用量主要包括背吃刀量、主軸轉速以及進給速度等。切削速度對刀具耐用度影響最大，其次是進給量，切削深度影響最小。考慮到切削用量與刀具耐用度的關系，在選擇粗加工切削用量時，應優先采用大的切削厚度，再考慮采用大的進給量，最后才是選擇合理的切削速度。精加工時刀尖磨損往往是影響加工精度的重要因素，因此應選用耐磨性好的刀具材料。

三、典型零件外形銑削加工工藝分析與編程實例

分析并編制出如圖1所示零件的外形輪廓。

第一，加工路線。以A點為程序原點，建立工件坐標系，即在圖2建立的工件坐標系中，求得各點的x、Y坐標值為：A(0，0)，B(－130，0)，C(－130，40)，D(－110，40)，E(－110，100)，F(－50，100)，G(0，50)，起刀點P(60，－60)，切入點(60，0)，切出點(0，60)。

加工順序為A－B－C－D－E－F－G－A，加工時切線切入切出。

第二，裝夾定位的確定。用螺栓將兩塊壓板固定蠟模的兩側，使蠟模始終處于工作臺中心位置。

第三，選擇刀具。根據加工要求，選用圓柱銑刀(φ16)。

第四，確定切削用量。粗銑主軸轉速為500 r/rain，進給速度為200 mm/min，精銑主軸轉速為1000 r/min，進給速度為100mm/min。

第五，程序編制。根據FANUC數控系統的程序格式，編制如圖3所示零件的外形精加工程序，深度為6 m/n。參考程序如下：

％1000

N10 G40 G80 G49 G90 G54；(程序初始化)

N20 M03 S500；(主軸正轉，轉速500r/min)

N30 G00 X60 Y－60 Z10；(快速定位到程序起點P)

N40 G01 G41 Y0 D01 F200；(刀具半徑補償，并移至P1

N50 Z－6；(下刀至深6mm)

N60 X－130；

N70 G03 X－130 Y40 R20；

N80 G01 X－110；

N90 X－100 Y100；

N100 X－50；

N110 G02 X0 Y50 R50；

N120 G01 Y－60；(切線切出)

N130 Z10；(提刀)

N140 G40 G00 X60 Y－60 M05；(取消刀具半徑補償，移至起刀點)

N150 M30；(主程序結束)

第六，刀具半徑補償在外形銑削加工中的應用。在輪廓加工過程中，由于刀具總有一定的半徑，刀具中心的運動軌跡與所需加工零件的實際輪廓并不重合，所以在進行零件輪廓加工時，刀具中心偏離零件的表面一個刀具半徑值。這種偏移，稱為刀具半徑補償。根據零件輪廓編制的程序和預先設定的偏置參數，數控系統能自動完成刀具半徑補償功能。刀具半徑補償功能的使用中，沿著刀具走刀前進方向看，當刀具在輪廓的左邊為左補償，用G41表示；刀具在輪廓的右邊時為右補償，用G42表示，如圖3所示。

從上述例子中得知：零件切削厚度為6 mm，粗精加工均采用φ16mm普通高速鋼立銑刀，精加工余量為0.2mm，那么，粗加工刀具半徑補償值為8.2 mm，刀具半徑補償偏置號為D01，精加工刀具半徑補償值為8 mm，刀具半徑補償偏置號為D02。在加工過程直接調用其半徑補償值，便可以實現同一程序、同一把刀對零件進行粗、精加工。

第七，零件在編程加工過程的注意事項。(1)編程加工時，為保證零件的加工質量，應切線切入切出或相切圓弧切入切出。(2)半徑補償的注意事項中，注意G41、G42、G40只能與G00或G01一起使用，不能與G02、G03一起使用。(3)G41、G42為模態指令，兩者不能重復使用，必須各自與G40成對使用。(4)編程時，為保證刀補建立、取消時刀具與工件的安全，建議采用G01運動方式來建立或取消刀補。如要采用COO運動模－式，須先在加工到零件輪廓前就要建立好刀補，或刀具完全離開零件輪廓才撤銷刀補。(5)如何避免過切問題。一是直線移動量不能小于銑刀半徑。二是刀具半徑應大于所加工工件內側圓弧，及銑削槽底寬要大于刀具直徑。三是使用刀具半徑補償和去除刀具半徑補償時，刀具必須在所補償的平面內移動，且移動距離應大于刀具半徑補償值。

通過對零件上外形輪廓結構進行數控加工工藝分析和編程，可知要想獲得更高的加工精度，走刀路線的確定和銑削方向的選擇都會形成較大的影響。編程時通過修改刀具半徑補償半徑值可以對零件進行巧妙的粗、精加工，同時對簡化編程和提高數控加工質量會帶來很大的幫助。