任务2　外形轮廓的加工与编程

2.1　任务引入

连杆零件如图9-8所示，按单件生产安排其数控加工工艺，试编写凸台外轮廓加工程序。毛坯为124mm×50mm×22mm的45钢长方形板料。

2.2　工艺知识

平面零件轮廓一般采用立铣刀侧刃切削。刀具切入工件时，不应沿零件轮廓的法线方向切入，应沿外轮廓曲线延长线的切线方向切入，以避免在切入处产生刀具切痕而影响零件表面加工质量，保证零件外轮廓曲线平滑过渡。在切出工件时，不应在零件的轮廓处直接退刀，而应沿零件轮廓延长线的切线方向逐渐切离工件。

2.3　编程指令（HNC—21/22T数控系统）

1.坐标平面选择指令G17、G18、G19 G17、G18、G19指令分别表示刀具的圆弧插补平面和刀具半径补偿平面为空间坐标系中的XY、ZX、YZ平面，如图9-9所示。对于立式数控铣床，G17为缺省值，即可以省略。一般数控铣床默认在XY平面内加工。

2.圆弧插补指令G02、G03 其输入格式如下：

G17 G02（G03）X_Y_R_（I_J_）F_；

G18 G02（G03）X_Z_R_（I_K_）F_；

G19 G02（G03）Y_Z_R_（J_K_）F_；

说明：

（1）G02为顺时针圆弧插补指令。

（2）G03为逆时针圆弧插补指令。

（3）G17、G18、G19指令分别指定XY、XZ、YZ平面上的圆弧，如图9-10所示。

（4）X_、Y_、Z_表示在G90指令编程方式下圆弧终点在工件坐标系中的坐标，也表示在G91指令编程方式下在工件坐标系中圆弧终点相对于圆弧起点的位移量。

（5）I_、J_、K_表示圆心相对于圆弧起点的偏移值（等于圆心的坐标减去圆弧起点的坐标），在G90/G91指令编程方式下都是以增量方式指定的。

（6）R_表示圆弧半径，当圆弧圆心角小于或等于180°时，R_为正值，否则R_为负值。

例9-3 试完成图9-11所示整圆加工路径的程序编制。

解 （1）从A点顺时针旋转一周的加工程序如下：

N10 G90 G02 X30 Y0 I-30 J0 F300；

N20 G91 G02 X0 Y0 I-30 J0 F300；

（2）从B点逆时针旋转一周的加工程序如下：

N10 G90 G03 X0 Y-30 I0 J30 F300；

N20 G91 G03 X0 Y0 I0 J30 F300；

3.刀具半径补偿指令G41、G42、G40

（1）刀具半径补偿的概念：在进行轮廓铣削编程时，由于铣刀的刀位点在刀具中心，和切削刃不一致，为了确保铣削加工出的轮廓符合要求，编程时就必须在图纸要求轮廓的基础上整个周边向外或向内预先偏离一个刀具半径值，这种偏离称为刀具半径补偿。作出一个刀具刀位点的行走轨迹，求出新的节点坐标，然后按这个新的轨迹进行编程，这就是人工干预刀具半径补偿编程。有刀具半径补偿功能的数控系统可不必求刀具中心的运动轨迹，直接按零件轮廓编程，并在程序中给出刀具半径的补偿指令，这就是机床自动刀具半径补偿编程。

（2）刀具半径补偿的编程指令：其输入格式如下：

G17（G18/G19）G40（G41/G42）G00（G01）X_Y_Z_D_；

说明：

1）G40指令表示取消刀具半径补偿。

2）G41指令表示左刀具半径补偿，即在刀具前进方向左侧补偿。

3）G42指令表示右刀具半径补偿，即在刀具前进方向右侧补偿。

4）G17、G18、G19指令表示选择的刀具半径补偿平面。

5）D代码及其后面的数字表示G41、G42指令的参数，即刀具半径补偿号码D00～D99。

（3）刀具半径补偿的过程

1）刀具半径补偿的建立：指在刀具从起点接近工件时，刀心轨迹从与编程轨迹重合过渡到与编程轨迹偏离一个偏置量的过程。

2）刀具半径补偿的进行：刀具中心始终与编程轨迹相距一个偏置量，直到刀具半径补偿取消。

3）刀具半径补偿的取消：指刀具离开工件，刀心轨迹过渡到与编程轨迹重合的过程。

例9-4 如图9-12所示，在G17指令选择的平面内，使用刀具半径补偿功能编制轮廓加工程序。

解 运用刀具半径补偿指令编制图9-12所示轮廓加工程序如下：

……

N20 G90 G54 G00 X0 Y0 M03 S500 F50；

N30 G00 Z50.0； 起始高度

N40 Z10.0； 安全高度

N50 G41 X20.0 Y10.0 D01； 刀具半径补偿，D01为刀具半径补偿号

N60 G01 Z-10.0； 下刀，切深为10mm

N70 Y50.0；

N80 X50.0；

N90 Y20.0；

N100 X10.0；

N110 G00 Z50.0； 抬高到起始高度

N120 G40 G01 X0 Y0 M05； 取消刀具半径补偿

N130 M30；

（4）刀具半径补偿注意事项

1）刀具左右补偿的判断：沿垂直于补偿所在平面（如XY平面）的坐标轴的负方向（-Z）看去，刀具中心位于编程前进方向的左侧称为左补偿，刀具中心位于编程前进方向的右侧称为右补偿，如图9-13所示。在进行刀具半径补偿前，必须用G17、G18或G19指令指定刀具半径补偿是在哪个平面内进行的。

2）刀具半径补偿的引入和取消必须在G00或G01指令程序段中，不应在G02、G03指令程序段中进行。例如，执行程序段“G41G02X20Y0R10D01”时通常会导致机床报警。

3）在指定刀具半径补偿平面执行刀具半径补偿时，不能出现连续两个非坐标轴移动类指令或非刀具半径补偿平面坐标移动，否则将可能产生过切或少切现象。非坐标轴移动类指令大致有M指令，S指令，暂停指令，某些G指令（如G90、G91等）。非刀具半径补偿平面坐标移动如“G00Z-10”（刀具半径补偿平面为XY平面）。

4）在刀具半径补偿建立或取消时，注意避免由于程序轨迹方向不当而发生过切。

5）当刀具半径补偿数据为负值时，G41、G42指令功能可互换。

6）G41、G42指令不要重复规定，否则会产生一种特殊的补偿。

7）G40、G41、G42指令都是模态代码，可相互注销。

例9-5 某零件如图9-14所示，工件材料为5mm厚的铝板，编写工件精加工程序。加工条件如下：刀具为ϕ10mm的立铣刀，安全高度为10mm；主轴转速600r/min，进给速度300mm/min；采用顺铣，上平面为Z0。

解 运用刀具半径补偿指令编制图9-14所示零件轮廓加工程序如下：

%0001； 程序名

N10 G54 G90 G00 X20.0 Y-40.0； 建立工件坐标系，快速移动到A点

N20 Z10.0； 快进安全高度

N30 G01 Z-5.0 F300 S500 M03； 下刀，启动主轴

N40 M08； 冷却液开

N50 G41 X0 Y-35.0 D01； 刀具左补偿，到达1点

N60 G02 X-5.0 Y-30.0 R5.0； 刀具左补偿，到达2点

N70 G03 X-30.0 Y-5.0 R30.0； 刀具左补偿，到达3点

N80 G02 Y5.0 R5.0； 刀具左补偿，到达4点

N90 G03 X-5.0 Y30.0 R30.0； 刀具左补偿，到达5点

N100 G02 X5.0 R5.0； 刀具左补偿，到达6点

N110 G03 X30.0 Y5.0 R30.0； 刀具左补偿，到达7点

N120 G02 Y-5.0 R5.0； 刀具左补偿，到达8点

N130 G03 X5.0 Y-30.0 R30.0； 刀具左补偿，到达9点

N140 G02 X0 Y-35.0 R5.0； 刀具左补偿，到达10点

N150 G40 G01 X-20.0； 退出轮廓至B点，取消刀具半径补偿

N160 G00 Z100.0 M09； 抬刀

N190 M30； 程序结束

2.4　任务实施

1.刀具和加工工序的确定 见表9-6、表9-7。

表9-6 数控加工刀具卡

表9-7 数控加工工序卡

2.装夹方案的确定 连杆零件毛坯用虎钳装夹，底部用垫铁支撑。

3.参考程序的编制 在ϕ40mm圆台中心建立工件坐标系，Z轴原点设在顶面上。

（1）轮廓粗加工

1）16mm凸台粗加工：凸台轮廓的粗加工采用分层铣削的方式。零件的粗、精加工，采用同一把刀具、同一加工程序，通过改变刀具半径补偿值的方法来实现。粗加工单边留余量0.2mm。采用逆铣加工，具体加工路线为ABCDEFGHI，如图9-15所示。各点坐标分别为A（101，-20）、B（81，-20）、C（61，0）、D（39.049，19.905）、E（-42.171，11.943）、F（-42.171，-11.943）、G（39.049，-19.905）、H（81，21）、I（101，20）。

编制加工程序如下：

%0001

N10 G90 G54 G17；

N20 G54 G00 X101 Y-20 S320 M3； 刀具快速定位，主轴启动

N30 Z50； 抬刀至安全高度

N40 Z10； 下刀至参考高度

N50 G01 Z-4 F100； Z平面第1层切削

N60 G42 D01 X81 F80； 建立刀具右补偿D01=10.2mm

N70 G02 X61 Y0 R20； 切向切入

N80 G03 X39.049 Y19.905 R20；

N90 G01 X-42.171 Y11.943；

N100 G03 Y-11.943 R12；

N110 G01 X39.049 Y-19.905；

N120 G03 X61 Y0 R20；

N130 G02 X81 Y20 R20；

N140 G01 G40 X101；

N150 Y-20；

N160 Z-8 F100； Z平面第2层切削

N170 G42 D01 X81 F80；

N180 G02 X61 Y0 R20；

N190G03X39.049Y19.905R20；

N200 G01 X-42.171 Y11.943；

N210 G03 Y-11.943 R12；

N220G01X39.049Y-19.905；

N230 G03 X61 Y0 R20；

N240 G02 X81 Y20 R20；

N250 G01 G40 X10；

N260 Y-20；(www.daowen.com)

N270 Z-12 F100； Z平面第3层切削

N280 G42 D1 X81 F80；

N290 G02 X61 Y0 R20；

N300 G03 X39.049 Y19.905 R20；

N310 G01 X-42.171 Y11.943；

N320 G03 Y-11.943 R12；

N330G01X39.049Y-19.905；

N340 G03 X61 Y0 R20；

N350 G02 X81 Y20 R20；

N360 G01 G40 X101；

N370 Y-20；

N380 Z-16 F100； Z平面第4层切削

N390 G42 D01 X81 F80；

N400 G02 X61 Y0 R20；

N410 G03 X39.049 Y19.905 R20；

N420 G01 X-42.171 Y11.943；

N430 G03 Y-11.943 R12；

N440 G01 X39.049 Y-19.905；

N450 G03 X61 Y0 R20；

N460 G02 X81 Y20 R20； 切线方向切出

N470 G01 G40 X101； 取消刀具半径补偿

N480 G00 Z50； 抬刀至安全高度

N490 M5； 主轴停止

N500 M30； 程序结束

2）8mm凸台粗加工：加工路线如图9-16所示，分别按照刀具路径1、2、3完成零件的粗加工。

编制加工程序如下：

%0002

N10 G00 G17 G40 G49 G80 G90；

N20 G00 G90 G54 X10 Y-35 S320 M03； 刀具快速定位，主轴启动

N30 Z50； 抬刀至安全高度

N40 Z10； 下刀至参考高度

N50 G01 Z-4 F100； 刀具路径1，Z平面第1层切削

N60 Y35 F80；

N70 X-4；

N80 Y-35；

N90 X-18；

N100 Y32.212；

N110 Z6 F1000；

N120 X10 Y-35；

N130 G01 Z-8 F100； 刀具路径1，Z平面第2层切削

N140 Y35 F80；

N150 X-4；

N160 Y-35；

N170 X-18；

N180 Y32.212；

N190 G00 Z50； 抬刀至安全高度

N200 X-43.166 Y-22.094；

N210 Z10； 下刀至参考高度

N220 G01 Z-4 F100； 刀具路径2，Z平面第1层切削

N230 G03 X-18.8 Y0 R22.2 F80；

N240 X-43.166 Y22.094 R22.2；

N250 G01 Z6 F1000；

N260 Y-22.094；

N270 G01 Z-8 F100； 刀具路径2，Z平面第2层切削

N280 G03 X-18.8 Y0 R22.2 F80；

N290 X-43.166 Y22.094 R22.2；

N300 G00 Z50； 抬刀至安全高度

N310 X38.054 Y-30.056；

N320 Z10； 下刀至参考高度

N330 G01 Z-4 F100； 刀具路径3，Z平面第1层切削

N340 G02 Y30.056 R30.2 F80；

N350 G01 Z6 F1000；

N360 Y-30.056；

N370 G01 Z-8 F100； 刀具路径3，Z平面第2层切削

N380 G02 Y30.056 R30.2 F80；

N390 G00 Z50；

N400 M05； 主轴停止

N410 M30； 程序结束

（2）轮廓精加工：轮廓的精加工统一采用切线方向切入、切出，利用刀具半径补偿进行零件的精加工。编制加工程序如下：

%0003

N10 G00 G17 G40 G49 G80 G90；

N20 G00 G90 G54 X101 Y20 S480 M03； 刀具快速定位，主轴启动

N30 Z50； 抬刀至安全高度

N40 Z10； 下刀至参考高度

N50 G0 1Z-8 F100； 16mm凸台Z平面第1层精修

N60 G41 D01 X81 F70； 建立刀具半径左补偿D01=10mm

N70 G03 X61 Y0 R20； 切线方向切入

N80 G02 X39.049 Y-19.905 R20；

N90 G01 X-42.171 Y-11.943；

N100 G02 Y11.943 R12；

N110 G01 X39.049 Y19.905；

N120 G02 X61 Y0 R20；

N130 G03 X81 Y-20 R20；

N140 G01 G40 X101；

N150 Y20；

N160 Z-16 F100； 16mm凸台Z平面第2层精修

N170 G41 D01 X81 F70；

N180 G03 X61 Y0 R20；

N190 G02 X39.049 Y-19.905 R2；

N200 G01 X-42.171 Y-11.943；

N210 G02 Y11.943 R12；

N220 G01 X39.049 Y19.905；

N230 G02 X61 Y0 R20；

N240 G03 X81 Y-20 R20；

N250 G01 G40 X101； 取消刀具半径补偿

N260 G00 Z50； 抬刀至安全高度

N270 X55.051 Y-61.665； 快速定位，精修8mm凸台

N280 Z10； 下刀至参考高度

N290 G01 Z-8 F100； 下刀至切削深度

N300 G41 D01 X57.002 Y-41.76 F70； 建立刀具半径左补偿D01=10mm

N310 G03 X39.049 Y-19.905 R20； 切线方向切入

N320 G02 Y19.905 R20；

N330 G03 X57.002 Y41.76 R20；

N340 G01 G40 X55.051 Y61.665；

N350 G00 Z50；

N360 X-65.978 Y49.801；

N370 Z10；

N380 G01 Z-8 F100；

N390 G41 D01 X-64.027 Y29.896 F70；

N400 G03 X-42.171 Y11.943 R20；

N410 G02 X-29 Y0 R12；

N420 X-42.171 Y-11.943 R12；

N430 G03 X-64.027 Y-29.896 R20； 切线方向切出

N440 G01 G40 X-65.978 Y-49.801； 取消刀具半径补偿

N450 G00 Z50； 抬刀至安全高度

N460 M05； 主轴停止

N470 M30； 程序结束