型腔类零件的编程与加工实例

1.实训内容

1）零件图样及加工要求

【例8-5】 在数控铣床上加工如图8-13所示零件，毛坯尺寸为80mm×80mm×20mm，材料为硬铝。请编写零件加工程序并上机床操作，加工出该零件。

零件图如图8-13所示。

图8-13 型腔类零件图

2）评分表（见表8-23）

表8-23 评分表

2.加工工艺

1）零件图分析

该零件由孔和内槽组成。在装夹工件时应用百分表校平上表面以保证孔、槽的深度尺寸及位置精度；当然，也可首先粗、精铣毛坯上表面，然后用键槽铣刀、立铣刀来粗、精铣内槽；两沉头孔精度较低，可采用钻中心孔+钻孔+铣孔工艺；4×ϕ10^+0.022₀mm孔可采用钻中心孔+钻孔+铰孔工艺来保证精度。

2）加工路线的确定

①粗铣、精铣毛坯上表面，留精铣余量约0.5mm。

②用中心钻钻中心孔。

③用ϕ10mm键槽铣刀铣2×ϕ10mm孔及粗铣内槽。

④用ϕ10mm立铣刀精铣内槽。

⑤用ϕ6mm钻头钻2×ϕ6mm的通孔。

⑥用ϕ9.7mm钻头钻4×ϕ10^+0.022₀mm的底孔。

⑦用ϕ10H8机用铰刀铰4×ϕ10^+0.022₀mm的孔。

3）装夹方案的确定

工件采用平口钳装夹，采用垫铁支承，伸出钳口5mm左右，用百分表校正钳口，X、Y方向用寻边器对刀。其他工具见表8-24。

4）刀具的选择

工件上表面铣削用面铣刀，孔加工用中心钻、麻花钻和铰刀，凹槽加工则用键槽铣刀及立铣刀。

表8-24 工、量、刀具清单

5）切削用量的选择

铝件较易切削，粗加工深度除留精加工余量，可以一刀切除。切削速度较高，但垂直下刀的进给速度较低。切削用量选择具体见表8-25。

表8-25 切削用量的选择

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6）选择工件坐标系原点

根据工件坐标系原点的选择原则，工件坐标系X、Y零点应建立在工件几何中心上；为了先粗、精铣毛坯上表面，可设工件上表面为工件坐标系的Z=1面。

7）数值计算

该零件各基点坐标可以很容易计算出。

3.程序编制

1）FANUC 0i系统加工程序及其说明见表8-26。

2）SINUMERIK 802D系统加工程序及其说明见表8-27。

表8-26 加工程序及其说明（FANUC 0i-MB/MC系统）

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表8-27 加工程序及其说明（SINUMERIK 802D系统）

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(www.daowen.com)

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如果用加工中心加工，只需把手动换刀用自动换刀指令替代即可，即把程序中手动换刀程序段改成自动换刀指令，例如T02 M06，由机械手实现自动换刀。

4.数控加工操作步骤

（1）机床的开机 机床在开机前，应先进行机床检查。没有问题之后，先接通机床总电源，然后接通控制系统电源。此时，在显示屏上应出现机床的初始位置坐标。检查操作面板上的各指示灯是否正常，各按钮、开关是否处于正确位置；显示屏上是否有报警显示；液压装置的压力表是否在正常的范围内等。若有问题应及时处理；若一切正常，就可以进行下面的操作。

（2）回参考点操作 开机正常后，首先应进行手动回参考点（回零）操作。选择“回参考点”方式，先按下键，再按下、键，使各坐标轴回到参考点。

（3）程序的输入与编辑 将编好的加工程序输入数控系统，程序的输入与编辑具体操作详见7.2节（FANUC 0i系统）和7.5节（SINUMERIK 802D系统）。

（4）程序的图形模拟运行 正式运行程序加工零件之前，需要进行图形模拟运行以校验程序。如有错误，则修改程序，直至程序调试正确为止。程序图形模拟运行的具体步骤详见7.2节（FANUC 0i系统）和7.5节（SINUMERIK 802D系统）。

（5）工件的装夹 把平口钳安装在数控铣床（加工中心）工作台上，用百分表校正钳口；工件装夹在平口钳上，底部用垫铁垫起，使工件伸出钳口5mm左右，用百分表校平工件上表面并夹紧。

（6）刀具的安装 把刀具装夹在铣刀刀柄中，然后把铣刀柄装入铣床主轴。如果是加工中心，则要把所有刀具全部装入刀库中。

（7）对刀操作 通过对刀，建立工件坐标系。

1）X、Y向对刀。采用寻边器对刀。光电式寻边器（图8-14）一般由柄部和触头组成，常应用在数控铣床或加工中心上。触头和柄部之间有一个固定的电位差。触头装在机床主轴上时，工作台上的金属工件与触头电位相同，当触头与工件表面接触时形成回路电流，使内部电路产生光电信号。具体操作步骤如下：

①把寻边器装在主轴上并校正。

②沿X（或Y）方向缓慢移动测头直至测头接触到工件被测轮廓，此时指示灯亮；然后，反向移动，使指示灯灭。

③降低移动量，移动测头，直至指示灯亮。

④逐级降低移动量（0.1～0.01～0.001mm），重复上面②、③的两项操作，最后使指示灯亮。

⑤进行面板操作，把操作得到的偏置量输入零点偏置中。

2）Z向对刀。采用Z轴设定器对刀。如图8-15所示，主要用于确定工件坐标系原点在机床坐标系中的Z轴坐标，通过光电指示或指针指示判断刀具与Z轴设定器是否接触，对刀精度可达到0.005mm。Z轴设定器一般为50mm或100mm。

图8-14 光电式寻边器

图8-15 Z轴设定器

采用Z轴设定器对刀具体操作步骤如下：

①校准。以研磨过的圆棒平压Z轴设定器的研磨面，并与外圆研磨面保持在同一平面，同时调整侧面的表盘，使指针对零即完成设定。

②使用。首先将工件表面擦拭干净，Z轴设定器的表面和底面一并擦干净，平放在工件上面。其次，将机床主轴上的刀具移到Z轴设定器的端面，接触后注意表盘，当指针到达设定时的零位，记下机械坐标系的Z值再加Z轴设定器的高度即为刀具的长度补偿值。

用上述方法分别测量7把刀的刀位点从参考点到工件上表面的Z数值，分别输入到对应的刀具长度补偿中（这里G54中的Z值设为“-1”）。

（8）空运行与仿真检验 空运行是指刀具按系统参数指定的速度运行。此时，程序中指定的进给速度无效。空运行一般用来在机床不安装工件的情况下检查刀具运动轨迹是否正确，为安全起见，常把基础坐标系中Z值提高50～100mm后运行程序。

1）法那科系统空运行。设置好机床中刀具半径补偿值，把基础坐标系中Z方向值变为“+50”，打开程序，选择“MEM”（自动运行）工作方式，按下“空运行”按钮，按“循环启动”按钮执行程序，适当调小进给倍率以降低进给速度，检查刀具运动轨迹是否正确。

若用机床锁住功能空运行，刀具不再移动，但显示器上各轴坐标在变化，就像刀具在运动一样。如果再使辅助功能锁住有效，则M、S、T功能代码被禁止输出并且不能执行，仅运行一遍程序而已，一般用于程序的图形模拟运行。

空运行结束后，应取消空运行并使机床解锁、辅助功能锁住无效，基础坐标系中Z值恢复为“0”。

2）西门子系统空运行。设置好机床中刀具半径补偿值，打开程序选择“AUTO”（自动运行）方式，按下软键“程序控制”，设置“空运行进给”和“程序测试”有效，按下“数控启动键”，观察程序运行情况。

注意：空运行时也可使机床机械锁定或向所选工件坐标系如G54中的Z坐标中输入“+50”，在自动运行方式下启动程序，适当降低进给速度，检查刀具运行轨迹是否正确。若在机床机械锁住状态下，空运行结束后必须重新回参考点；若在更改G54的Z坐标状态下，空运行结束后将Z坐标恢复为“0”，机床不需重新回参考点。

3）仿真检验。用仿真软件在计算机上进行仿真检验，观察加工过程，检验程序是否正确。

（9）零件自动加工步骤

1）FANUC 0i系统：首先在“EDIT”（编辑）方式下选择要运行的加工程序；然后将“方式选择”旋钮置于“MEM”（自动运行）方式；最后按下“循环启动”按钮运行程序。

2）SINUMERIK 802D系统：首先按“自动方式”键选择自动运行方式；按“程序管理器”键，用光标键把光标移动到要执行的程序上；按软键“执行”来选择要运行的加工程序；最后按下“数控启动”键执行程序，开始零件自动加工。

注意：按“循环启动”键前，应先调整各倍率开关到较小状态，机床正常加工过程中适当调整倍率以保证加工顺利进行。

（10）零件检测 零件加工完后，按图样要求进行检测。首件试切如有误差，应分析产生的原因并加以修改。

（11）加工完毕，清理机床 加工完毕，收好工、量具，清理机床并做好相关收尾工作。

5.安全操作和注意事项

1）毛坯装夹时，应考虑垫铁与加工部位是否干涉。

2）钻孔前，应先钻中心孔以保证麻花钻起钻时不会偏心。

3）钻孔时要正确选择切削用量，合理使用钻孔循环指令。

4）编程时应计算钻头顶点所加工到的深度。

5）当程序执行到M00时，不要手动移动机床，应在停止位置手动换刀，然后继续执行程序。

6）安装铰刀时要用百分表校正铰刀，否则影响铰孔直径。

7）铰孔时应加润滑液以保证铰孔质量。

8）寻边器在使用前一定要先校准再使用，对刀接近工件时倍率要小，以免损坏寻边器。