项目五槽轮铣削编程与加工训练 思维导图 学习目标 知识目标 (1) 了解槽轮的工作原理。 (2) 了解槽轮在本机构中的用途和关键要求。 能力目标 (1) 掌握坐标系旋转指令的使用方法。 (2) 掌握子程序指令的使用方法。 (3) 掌握铣削刀具的选择与使用方法。 (4) 能够独立确定加工工艺路线，并正确填写工艺文件。 (5) 能够正确操作数控加工中心，并根据加工情况调整加工参数。 (6) 能够根据零件结构特点和精度合理选用量具，并正确、规范地测量相差尺寸。 素养目标 (1) 培养学生的科学探究精神和态度。 (2) 培养学生的工程意识。 (3) 培养学生的团队合作能力。 任务一学习关键知识点 5.1数控机床坐标系旋转功能及原理 在数控编程时，为了描述机床的运动，简化程序编制的方法及保证记录数据的互换性，数控机床的坐标系和运动方向均已标准化，ISO和我国都拟定了命名的标准。机床坐标系(machine coordinate system,MCS)是以机床原点O为坐标系原点，并遵循右手笛卡儿直角坐标系建立的，由X轴、Y轴、Z轴组成的直角坐标系。机床坐标系是用来确定工件坐标系的基本坐标系，是机床上固有的坐标系，并设有固定的坐标原点。 在实际应用中，往往会遇到一些零件属于相同几何尺寸的特征，且分布在某一点周围的情况，也有些零件的工程图采用了旋转的局部视图来表示几何尺寸。这时，为了编程的方便，常常采用将原有工件坐标系旋转的方法进行数控编程。 图51机床坐标系旋转 对于立式加工中心，常用的旋转变换为XOY平面内的变换。如图51所示，为点A(x,y)绕点O′(x0,y0)旋转θ角到A′(x′,y′)的示意图。 假设旋转的中心位于坐标原点，坐标(x,y)旋转到(x′,y′)后，可以很容易等到旋转后的坐标为 x′=xcosθ－ysinθ y′=xsinθ+ycosθ 这个变换为基本的旋转变换，写成矩阵形式为 ［x′y′］=［xy］cosθsinθ－sinθcosθ 在实际应用中，回转的中心经常不是工作坐标系的原点，如图51所示，旋转中心在点O′(x0,y0)的位置。所以，在进行坐标系旋转时，需要进行坐标的转换，即临时将坐标系移动到旋转中心O′(x0,y0)处，再按旋转中心位于坐标原点时的方法进行旋转。此时，向数控系统输送坐标，再将坐标系数值转换为原工件坐标系中的坐标值。 将坐标中心移动到临时位置O′(x0,y0)后，原点A的坐标值可表示为 x′=x－x0 y′=y－y0 这个变换写成矩阵形式为 x′y′1=xy1100 010 －x0－y01 所以，在XOY工件坐标系中以几何方法表示出旋转后的点A′(x′,y′)坐标为 x′=(x－x0)cosθ－(y－y0)sinθ+x0 y′=(x－x0)sinθ+(y－y0)cosθ+y0 用矩阵的形式可以表示为 ［x′y′1］=［xy1］100 010 －x0－y01cosθsinθ0 －sinθcosθ0 001100 010 x0y01 则将 T＝100 010 －x0－y01cosθsinθ0 －sinθcosθ0 001100 010 x0y01 称为在XOY平面中绕点(x0,y0)旋转的变换矩阵。 在数控机床上，通常将这类变换计算过程写入模态调用宏程序中，并将其定义为准备功能代码G，FANUC 0i系统所对应的G代码为G68指令、G69指令。指令格式如下。 (1) 应用坐标旋转功能，指令格式为： G68 XYR<θ>; 其中，(x0,y0)为旋转中心坐标，θ为旋转角度，以逆时针方向为正方向。 (2) 取消坐标旋转功能，指令格式为： G69; 如图52所示，在加工直角△ABC时，按传统编程方法需要使用三角函数方法计算出点B、点C的坐标值，然后进行切削。在应用坐标系旋转方法编程时，可以将△ABC看作其全等△AB′C′绕点A逆时针旋转30°得到的。此时，点B′、点C′的坐标值可以非常方便地计算出来，其程序如表51所示。 图52坐标旋转编程实例 表51坐标系旋转指令编程实例 程 序 语 句注解 G0 X45 Y25; 快速定位到起点A处 G1 Z2 F500; Z向切入工件 G68 X45 Y25 R20; 定义坐标系旋转模式启动，以点(45,25)为基准旋转20° G1 X90; 向点B′切削 Y45; 向点C′切削 G69; 取消坐标系旋转模式 G1 X45 Y25; 向点A切削 5.2子程序的格式与应用 在一个加工程序中，如果其中有些加工内容完全相同或相似，为了简化程序，可以把这些重复的程序段单独列出，按一定的格式编写成单独的程序，并单独加以命名，这组程序段称为子程序。主程序在执行过程中如果需要某一子程序，则可以通过调用指令来调用该子程序。子程序执行完后，又返回主程序，继续执行后面的程序段。通常子程序不可以作为独立的加工程序使用，它只能通过调用，实现加工中的局部动作。 5.2.1子程序的格式 子程序和主程序在格式上并无本质区别，主要是结束标记不同。主程序使用M02指令或M30指令表示程序结束，而子程序使则用M99指令表示程序结束，并自动返回调用它的程序。如表52所示为一个主程序调用一个子程序后，两者之间的格式对比。 表52主程序与子程序格式对比 主程序子程序 O0001; O1234; T1 M6; G1 Z F2 F500; S2000 M3; G1 X80 F1000; G0 G90 G54 X20 Y20; Y80; G43 Z10 H1; X20; M98 P0011234; Y20; G0 Z100; G1 Z10; M5; M99; M30; 在命名子程序时，应避开系统指定的特征功能，或者机床生产商个性化定义的子程序号。 5.2.2子程序的调用 FANUC 0i系统子程序常用的调用指令格式为： M98 P○○○△△△△； 其中，○○○为调用次数，数值范围为001~999，在输入时数字前边的“0”可以省略，当调用次数为1次时，“1”也可以省略； △△△△为子程序号，取值范围为0001~9999，在输入时数字前的“0”不可以省略。 当调用次数更多时，采用参数L指定调用次数，子程序调用格式为： M98 P△△△△L○○○○○○○○； 当程序号也大于5位时，子程序调用的格式为： M98P△△△△△△△△L○○○○○○○○； 当程序不以数字命名，而使用字符型命名时，子程序调用格式为： M98 <△△△△> L○○○○○○○○； 子程序不仅可以被主程序调用，同时，也可以被其他子程序调用，这种方法称为子程序的嵌套,如图53所示。根据系统的不同，其子程序的嵌套级数也不相同，一般FANUC 0系统可以嵌套4级，较新的系统如FANUC 0i MF可以嵌套15级。 图53FANUC 0i MF子程序嵌套示意图 5.2.3子程序在相似形状重复加工时的应用 在相似形状重复加工时，多涉及分布在以不同的起点开始的位置； 所以，通常在主程序中使用绝对坐标指令编程进行定位； 在子程序中使用相对坐标指令编程，实现形状重复。加工如图54所示的零件，通常可参考表53的方法使用子程序编程。 图54相似形状重复加工编程 表53相似形状重复加工编程示例 主程序子程序 O0001; 主程序号O1234; 子程序号 T1 M6; 调用T1刀具G1 Z2 F500; Z向切入工件 S2000 M3; 主轴以2000r/min，正转G1 G91 X20 F1000; 以相对坐标方向向右移动20mm G0 G90 G54 X10 Y10; 定位到G54坐标系绝对坐标（10，10）Y15; 向上移动15mm G43 Z10 H1; 长度补偿号H01，到起始位置X20; 向左移动20mm M98 P1234; 调用子程序O1234一次Y15; 向下移动15mm G0 X40 Y10; 快速定位到点（40，10）处 G1 G90 Z10; 以绝对坐标抬刀至起始位置 M98 P1234; 调用子程序O1234一次M99; 子程序返回 G0 X40 Y32; 快速定位到点（40，32）处 M98 P1234; 调用子程序O1234一次 G0 X10 Y32; 快速定位到点（10，32）处 M98 P1234; 调用子程序O1234一次 G0 Z100; 快速抬刀到安全位置 M5; 主轴停转 M30; 主程序结束，复位 5.2.4子程序在分层加工时的应用 如图55所示零件，在加工时，刀具无法一次性切削至Z轴方向30mm深度处，若以每层切深2mm编写程序，则相同的零件面XY轮廓需要重复15次。如果零件轮廓复杂，则会造成程序行数量过大。此时，使用子程序功能可以将轮廓加工的部分全部放在子程序中，在子程序中第一行以相对坐标指令指定每层切削的深度，然后以绝对坐标指令编写轮廓加工程序。在子程序结束时，不要编写抬刀指令，而且在子程序结束时，终点的坐标(x,y)要与子程序开始时相同。 图55分层加工编程 在主程序中使用M98指令调用子程序，指定调用次数。应注意调用次数必须为整数，因此，需要灵活控制每层切深，选择的每层切深可以整除总切深。 int［调用次数］＝总切削深度÷每层切削深度 以子程序方式编写的分层加工示例如表54所示。 表54分层加工编程示例 主程序子程序 O0001; O1234; T1 M6; G1 G91 Z2 F500; 每层相对当前位置下切深2mm S2000 M3; G1 G90 G41 X45 Y10 D1; 绝对坐标指令方式，引入刀补 G0 G90 G54 X60 Y0; 选择毛坯外点（60，0）处下刀G3 X35 Y0 R10; 以R10圆弧切入轮廓 G43 Z10 H1; G2 I35 J0; 切削轮廓 G1 Z0 F500; 提前运动到分层加工起始位置G3 X45 Y10 R10; 以R10圆弧切出轮廓 M98 P151234; 调用子程序O1234，共调用15次G1 G40 X60 Y0; 取消刀补，返回起始点 G1 Z10; M99; 子程序返回 G0 Z100; M5; 抬刀 M30; 任务二工 艺 准 备 5.3零件图分析 如图56所示，根据零件的使用要求，选择45钢作为槽轮零件的毛坯材料，毛坯下料尺寸定为215×25。 图56槽轮零件图 零件35为关键尺寸，需要与轴承配合，可以在车削加工中通过镗孔获得； 零件外圆尺寸在整个机床中为大间隙配合，所以粗加工即可； 4处R80为间隙配合，通过粗铣获得； 20槽要求位置精度较高，与拨销滑动摩擦配合，所以，要求有较低的侧面表面粗糙度，需要进行精铣加工。 注意： 此零件为手动操作件，所以在加工完成后，应去除加工毛刺，保证锐角充分倒钝，以确保在使用过程中的人身安全。 5.4工艺设计 根据零件图分析，确定工艺过程，如表55所示。 表55工艺过程卡片 机械加工 工艺过程卡片 产品型号零部件序号第页 产品名称零部件名称共页 材料 牌号毛坯规格毛坯质量数量 工序号工序名工序内容工段工艺装备 工时/min 准结单件 本训练任务针对铣加工，进行工序设计制订工序卡片，如表56所示。 表56铣加工工序卡片 机械加工 工序卡片 产品型号零部件序号第页 产品名称零部件名称共页 工序号 工序名 材料 设备 设备 型号 夹具 量具 准结 工时 单件 工时 工步工步内容刀具S/ (r/min)F/ (mm/r)ap/ mmae/ mm 工步工时/min 机动辅助 5.5数控加工程序编写 根据工序加工工艺，编写加工程序，如表57所示。 表57槽轮数控加工程序 段号程 序 语 句注释 O0001; 主程序 T1 M6; S1500 M3; G0 G90 G54 X120 Y0; G43 Z10 H1; N1G1 Z0 F500; 定位至R80圆弧铣削起点 M98 P111001; 调用加工R80圆弧，共调用11次，加工到深度Z-22 G1 Z10; G68 X0 Y0 R90; 坐标旋转90°加工第二个 G1 Z0 F500; M98 P111001; G1 Z10; G68 X0 Y0 R180; 坐标旋转180°加工第三个 G1 Z0 F500; M98 P111001; G1 Z10; G68 X0 Y0 R270; 坐标旋转270°加工第四个 G1 Z0 F500; M98 P111001; G1 Z10; G69; N2G68 X0 Y0 R45; 坐标旋转45°，粗加工槽 G0 X120 Y0; G1 Z0 F500; M98 P111002; 调用槽加工程序，共调用11次，每次切削2mm G1 Z10; G68 X0 Y0 R135; G0 X120 Y0; G1 Z0 F500; M98 P111002; G1 Z10; G68 X0 Y0 R225; G0 X120 Y0; G1 Z0 F500; M98 P111002; G1 Z10; G68 X0 Y0 R315; G0 X120 Y0; G1 Z0 F500; M98 P111002; G1 Z10; G69; N3G68 X0 Y0 R45; G0 X120 Y0; M98 P1003; 精加工45°槽 G68 X0 Y0 R135; G0 X120 Y0; M98 P1003; 精加工135°槽 G68 X0 Y0 R225; G0 X120 Y0; M98 P1003; 精加工225°槽 G68 X0 Y0 R315; G0 X120 Y0; M98 P1003; 精加工315°槽 G0 Z100; M5; M30; % O1001; 粗加工R80圆弧子程序 G1 G91 Z2 F500; G1 G90 G41 X100 Y62.45 D1; G3 Y62.45 R80; G1 G40 X120 Y0; M99; % O1002; 粗加工槽子程序 G1 G91 Z2 F500; G1 X40; X120; M99; % O1003; 精加工槽子程序 G1 Z21 F500; G1 G41 X120 Y16.557 D1; X95.527 Y10; X40; G3 Y10 R10; G1 X95.527; X120 Y16.557; G1 G40 X120 Y0; G1 Z10; M99; 任务三上 机 训 练 5.6设备与用具 设备： AVL650e立式加工中心。 刀具： 16立铣刀。 夹具： K11320三爪自定心卡盘(配芯轴)。 工具： 什锦锉刀。 量具： 0~150mm游标卡尺、0.02mm杠杆百分表(配安装竿)。 毛坯： 212×20(车加工后)。 辅助用品： 卡盘扳手、橡胶锤、毛刷等。 5.7开机检查 检查机床外观各部位(如防护罩、脚踏板等部位)是否存在异常； 检查机床润滑油、冷却液是否充足； 检查刀架、夹具、导轨护板上是否有异物； 检查机床面板各旋钮状态是否正常； 在开机后，检查机床是否存在报警等。可参考表58对机床状态进行点检。 表58机床开机准备卡片 检 查 项 目检 查 结 果异 常 描 述 机械部分 主轴部分 进给部分 换刀机构 夹具系统 电器部分 主电源 冷却风扇 数控系统 电气元件 控制部分 驱动部分 辅助部分 冷却系统 压缩空气 润滑系统 5.8零件加工 输入数控加工程序，运行程序完成零件的数控加工。 5.9零件检测 在零件加工完成后，应当认真清理工件，并按照质量管理的相关要求，对加工完成的零件进行相关检验，保证生产质量。机械加工零件“三级”检验卡片如表59所示。 表59机械加工零件“三级”检验卡片 零部件图号零部件名称工序号 材料送检日期工序名称 检验项目自检结果互检结果专业检验备注 检验结论□合格□不合格□返修□让步接收 检验签章： 年月日 不符合项描述 项 目 总 结 通过槽轮数控铣削加工，需要掌握数控铣削程序的基本格式和基本切削加工指令的使用方法。能够熟练应用基本切削加工指令G1指令、G2指令、G3指令进行零件切削； 能够灵活应用坐标旋转指令G68指令、G69指令及子程序指令M98指令、M99指令编写加工程序。 掌握立式加工中心的基本操作方法，包括开关机、刀具安装、工件找正、对刀、程序编辑、图形校验、数控加工程序调试及自动运行等。 通过任务训练，养成良好的职业素养，培养正确的加工中心安全操作规范，养成基本的机械加工质量意识。 课 后 习 题 1. 填空题 (1) 在机床通电后，应首先检查是否正常。 (2) 为应对采用了旋转局部视图来表示几何尺寸的工程图，常常采用将原有工件的方法进行数控编程。 (3) 子程序和主程序在格式并无本质区别，主要是不同，主程序使用指令表示程序结束，而子程序使用M99指令表示程序结束，并自动返回调用它的程序。 (4) 系统子程序常用的调用指令格式为： 。 (5) 在开机检查时，应该检查机床(如防护罩、脚踏板等部位)是否存在异常； 检查机床、是否充足； 检查刀架、夹具、导轨护板上是否有异物； 检查机床面板各旋钮状态是否正常； 在开机后，检查机床是否存在报警等。 2. 判断题 (1) 子程序返回主程序的指令为M98指令。() (2) 在加工完成后，应去除加工毛刺，保证锐角充分倒钝，以确保在使用过程中的人身安全。() (3) 通常子程序可以作为独立的加工程序使用。() (4) 子程序不仅可以被主程序调用，同时，也可以被其他子程序调用，这种方法称为子程序的嵌套。() (5) 使用M98指令调用子程序，指定调用次数，调用次数必须为整数。() 3. 选择题 (1) 机床坐标系的原点称为()。 A. 工件零点B. 编程零点C. 机械原点D. 空间零点 (2) 取消坐标系旋转指令为()指令。 A. G65B. G66C. G68D. G69 (3) 子程序返回指令为()指令。 A. M96B. M97C. M98D. M99 (4) 在用轨迹法切削槽类零件时，槽两侧表面，()。 A. 一面为顺铣、一面为逆铣B. 两面均为顺铣 C. 两面均为逆铣D. 不需要做任何加工 (5) 加工内廓类零件时，()。 A. 不用留有精加工余量 B. 为保证顺铣，刀具要沿工件表面左右摆动 C. 为保证顺铣，刀具要沿内廓表面逆时针运动 D. 刀具要沿工件表面任意方向移动 4. 简答题 简述子程序的应用场合。 自我学习检测评分表如表510所示。 表510自我学习检测评分表 项目目 标 要 求分值评 分 细 则得分备注 学习关键 知识点(1) 掌握坐标系旋转指令的使用方法 (2) 掌握子程序指令的使用方法20理解与掌握 工艺准备(1) 能够正确识读零件图 (2) 能够独立确定加工工艺过程，并正确填写工艺文件 (3) 能够根据工序加工工艺，编写正确的加工程序30理解与掌握 上机训练(1) 能够根据零件结构特点和精度合理选用量具，并正确、规范地测量相关尺寸 (2) 掌握槽轮铣削的操作流程 (3) 能够正确操作数控加工中心，并根据加工情况调整加工参数50(1) 理解与掌握 (2) 操作流程 思政小课堂