数控铣削加工综合举例

一、凸轮的数控铣削工艺分析及程序编制

平面凸轮如图4.45所示。

1、工艺分析
从图上要求看出，凸轮曲线分别由几段圆弧组成，Φ30孔为设计基准，其余表面包括4-Φ13H7孔均已加工。故取Φ30孔和一个端面作为主要定位面，在联接孔Φ13的一个孔内增加削边销，在端面上用螺母垫圈压紧。因为孔是设计和定位的基准，所以对刀点选在孔中心线与端面的交点上，这样很容易确定刀具中心与零件的相对位置。
2、加工调整
加工坐标系在X和Y方向上的位置设在工作台中间，在G53坐标系中取X＝-400，Y＝-100。Z坐标可以按刀具长度和夹具、零件高度决定，如选用Φ20的立铣刀，零件上端面为Z向坐标零点，该点在G53坐标系中的位置为Z＝-80处，将上述三个数值设置到G54加工坐标系中。加工工序卡如表4.8所示。

表4.8数控加工工序卡

3．数学处理
　　该凸轮加工的轮廓均为圆弧组成，因而只要计算出基点坐标，就可编制程序。在加工坐标系中，各点的坐标计算如下：
BC弧的中心O₁点：X＝-(175＋63．8)sin8°59′＝-37．28
Y＝-(175＋63．8)cos8°59′＝-235．86
EF弧的中心O₂点： X²＋Y²＝69²

(X-64)²＋Y²＝21²
解之得 X＝65．75，Y＝20．93
HI弧的中心O₄点： X＝-(175＋61)cos24°15′＝-215.18
Y＝(175＋61)sin 24°15′＝96．93
DE弧的中心O₅点： X²＋Y²＝63．7²
(X-65．75)²＋(Y-20．93)²＝21．30²
解之得 X＝63．70，Y＝-0．27
B点： X＝-63．8sin8°59′＝-9．96
Y＝-63．8cos8°59′＝-63．02
C点： X²＋Y²＝64²
(X＋37．28)²＋(Y＋235．86)²＝175²
解之得 X＝-5．57，Y＝-63．76
D点： (X-63．70)²＋(Y＋0．27)²＝0．3²
X²＋Y²＝64²
解之得 X＝63．99，Y＝-0．28
E点： (X-63．7)²＋(Y＋0．27)²＝0．3²
(X-65．75)²＋(Y-20．93)²＝21²
解之得 X＝63．72，Y＝0．03
F点： (X＋1．07)²＋(Y-16)²＝46²
(X-65．75)²＋(Y-20．93)²＝21²
解之得 X＝44．79，Y＝19．60
G点： (X＋1．07)²＋(Y-16)²＝46²
X²＋Y²＝61²
解之得 　X＝14．79，Y＝59．18
H点： 　X＝-61cos24°15′＝-55．62
Y＝61sin 24°15′＝25．05
I点： 　X²＋Y²＝63．80²
(X＋215．18)²＋(Y-96．93)²＝175²
解之得 X＝-63．02，Y＝9．97
根据上面的数值计算，可画出凸轮加工走刀路线图。如表4.9所示。

表4.9数控加工走刀路线图

4、编写加工程序

凸轮加工的程序及程序说明如下：
N10 G54 X0 Y0 Z40 　//进入加工坐标系
N20 G90 G00 G17 X-73．8 Y20 　　//由起刀点到加工开始点
N30 G00 Z0 //下刀至零件上表面
N40 G01 Z-16 F200 　//下刀至零件下表面以下1mm
N50 G42 G01 X-63．8Y10 F80 H01 　//开始刀具半径补偿
N60 G01 X-63．8 Y0 　//切入零件至A点
N70 G03 X-9．96 Y-63．02 R63．8 //切削AB
N80 G02 X-5．57 Y-63．76 R175 //切削BC
N90 G03 X63．99 Y-0．28 R64 　//切削CD
N100 G03 X63．72 Y0．03 R0．3 //切削DE
N110 G02 X44．79 Y19．6 R21 　//切削EF
N120 G03 X14．79 Y59．18 R46 //切削FG
N130 G03 X-55．26 Y25．05 R61 //切削GH
N140 G02 X-63．02 Y9．97 R175 //切削HI
N150 G03 X-63．80 Y0 R63．8 　//切削IA
N160 G01 X-63．80 Y-10 　//切削零件
N170 G01 G40 X-73．8 Y-20 　//取消刀具补偿
N180 G00 Z40 　//Z向抬刀
N190 G00 X0 Y0 M02 　//返回加工坐标系原点，结束
参数设置：H01＝10；
G54：X＝-400，Y＝-100，Z＝-80。

二、应用宏功能指令加工空间曲线

有一空间曲线槽，由两条正弦曲线Y＝35sinX和Z＝5sinX迭加而成，刀具中心轨迹如图4.46所示。槽底为r＝5mm的圆弧。为了方便编制程序，采用粗微分方法忽略插补误差来加工。以角度X为变量，取相邻两点间的X向距离相等，间距为0．5°，然后用正弦曲线方程Y＝35sinX和Z＝5sinX分别计算出各点对应的Y值和Z值，进行空间直线插补，以空间直线来逼近空间曲线。加工时采用球头铣刀(r＝5mm)在一平面实体零件上铣削出这一空间曲线槽。加工坐标系设置见图4.47。

图4.47　曲线槽的加工坐标系及走刀路线图

设置保持型变量：

#500--Z向每次切入量为2mm；设置时输入“2000”；
#501--Y＝35sinX的幅值为35mm，设置时输入“35000”；
#502--Z＝5sinX的幅值为5mm，设置时输入“5000”；
#503--X的步距为0．5°时的终点值360°；设置时输入“360．”。
设置操作型变量：

#100--X当前值，为度；
#110--Y坐标当前值，为mm；
#120--Z＝5sinX的值，为mm；
#130--Z向每次进刀后的初始值，为mm；
#140--Z坐标当前值，为mm。
子程序O 0004：

N10 G65 H01 P#100 Q0 　//X初始值#100＝0
N20 G91 G01 Z-#500 F100 　//Z向切入零件
N30 G65 H02 P#130 Q#130 R-#500 //#130＝#130＋(-#500)
N100 G65 H02 P#100 Q#100 R0．5 //X当前值#100＝#100＋0．5
N110 G65 H31 P#110 Q#501 R#100 //Y当前值#110＝35sinX
N120 G65 H31 P#120 Q#502 R#100 //Z＝5sinX数值
N130 G65 H02 P#140 Q#130 R#120 //Z当前值#140=#130+120

N140 G90 G01 X#100 Y#110 Z#140 //切削空间直线
N150 G65 G84 P-100 Q#100 R#503 //终点判别

N160 G91 Z15//抬刀
N170 G90 X0 Y0 //回加工原点
N180 G91 G01 Z-15 F200 //下刀
N190 M99 　//子程序结束
主程序O 0005：
N10 G54 G90 X0 Y0 Z15 //进入加工坐标系
N20 G00 X-10 Y-10 //到起始位置
N30 G01 X0 Y0 M03 S600 F200 //主轴起动
N40 G65 H01 P#130 Q0 //Z向初值＝0
N50 G01 Z0 　//下刀至零件表面
N60 M98 P30004 　//调用子程序O 0004三次
N70 G00 Z15 　//抬刀
N80 M30 　//主程序结束
在子程序O 0004中，N100～N130为计算当前点的X、Y和Z坐标。N140是按计算出的坐标值切削一段空间直线，用直线逼近空间曲线。N150为空间曲线结束的终点判别，以X＝360°为终点，若没有到达，则返回N100再计算下一点坐标；若已到达，则结束子程序。
在主程序O 0005中，N60为调用三次O 0004子程序，每调用一次，Z坐标向负方向进2mm，分三次切出槽深。加工的走刀路线图见图4.47所示。

三、平面移丝凸轮槽的加工

如图4.48所示为纺织机械上移丝凸轮的示意图，现在数控铣床上加工凸轮槽，槽深为12.5mm、宽为22mm，凸轮槽尺寸见表4.10，走刀路线如图4.49所示。此凸轮在机床上采用一面两销定位，在中间孔上采用螺钉压板夹紧。采用ф20键槽铣刀切削加工。首先将刀具半径补偿设定为O进行2次粗加工，再针对左和右侧轮廓分别采用正负值刀具半径补偿精加工到22mm宽。由于加工时分四次切削加工，因此采用调用子程序的方法编程。主程序为：

O10
N10 G65 H01 P#100 Q-6.5 //设置第一次切深-6.5
N20 G65 H01 P#101 Q 0 //设置第一次刀偏量为0
N30 M98 P20 //调用20号子程序切削,加工的槽深为6.5mm、宽为20
N40 G65 H01 P#100 Q-12.5 //设置第二次切深-12.5
N50 G65 H01 P#101 Q 0 //设置第二次刀偏量为0
N60 M98 P20 //调用20号子程序切削,加工的槽深为12.5 mm、宽为20
N70 G65 H01 P#100 Q-12.5 //设置第三次切深-12.5
N80 G65 H01 P#101 Q -1. //设置第三次刀偏量为-1,即右偏1
N90 M98 P20 //调用20号子程序切削,加工的槽深为12.5 mm、宽为21
N100 G65 H01 P#100 Q-12.5 //设置第四次切深-12.5
N110 G65 H01 P#101 Q 1. //设置第四次刀偏量为+1,即左偏1
N120 M98 P20 //调用20号子程序切削,加工的槽深为12.5 mm、宽为22
N130 G01 Z30 F2000 //Z向抬刀
N140 M05 //主轴停
N150 M30 //程序结束

子程序为：
O20
N10 G54 G90 G01 Z30 F2000//选择1号加工坐标系
N20 M03 S300 //启动主轴
N30 G01 X 12.496 Y -29 //XOY平面定位到槽中心线起点P1
N40 G01 Z#100 F100 //Z向下刀至#100指定值
N50 G01 G42 X 6 Y -29 H#101 //以偏置量#101左偏进给到(6,-29)
N60 G01 X -12.496 Y -29 //进给至P14
N70 G02 X -23.1315 Y -21.207 R11.1537 //以下各步按P14～P13......依次逆时针进给
N80 G03 X -28.7762 Y -13.763 R14 ;
N90 G02 X -32.2775 Y 3.2549 R12.274 ;
N100 G03 X -30.8273 Y 11.4149 R10.5 ;
N110 G02 X -20.6398 Y 26.9447 R12.817 ;
N120 G03 X -9.4926 Y 32.944 R20.5 ;
N130 G02 X 9.4926 Y 32.944 R13.136 ;
N140 G03 X 20.6398 Y 26.9447 R20.5 ;
N150 G02 X 30.8273 Y 11.4149 R12.817 ;
N160 G03 X 32.2775 Y 3.2549 R10.5 ;
N170 G02 X 28.7762 Y -13.736 R12.274 ;
N180 G03 X 23.1315 Y -21.207 R14 ;
N190 G02 X 12.496 Y -29 R11.1537 //进给到P1
N200 G01 X 0 Y –29 //进给到(0,-29)
N210 G01 G40 X -6 Y –29 //取削刀具半径补偿至(-6,-29)
N220 G01 Z30 F2000 //Z向抬刀
N230 M05 //主轴停
N240 M99 //程序结束
设置G54：X=-400，Y=-100，Z=-50。#100变量用来设置切削深度，两次Z向进刀分别为-6.5和- 12.5。刀具半径补偿值用#101变量来设置。前两次Z向进刀分别为-6.5和- 12.5的粗加工时，#101为0；精加工第一次切削为1，第二次为-1。

图4.48平面移丝凸轮槽

表4.10凸轮槽尺寸

图4.49　走刀路线图