数控加工工艺与编程(程俊兰)第4章-习题答案.doc

复习思考题41加工中心可分为哪几类？其主要特点有哪些？加工中心按结构布局可以分为以下三类：（1）立式加工中心 其主轴轴线垂直于水平面。为了解决垂直方向运动时重力平衡的问题，一般是由主轴箱沿立柱上下运动来实现的，主轴箱的重量通过立柱中空腔内的配重使其平衡。大型立式数控铣床则往往采用龙门架移动式，龙门架沿床身做纵向运动。三坐标立式数控铣床占有相当的比重，一般可进行三坐标联动加工。还有部分机床的主轴可以绕X、Y、Z坐标轴中的一个或两个轴做数控摆角运动，完成四坐标和五坐标数控立铣加工。（2）卧式加工中心 其主轴轴线平行于水平面，垂直方向的运动一般也是由主轴箱升降来实现的。为了扩大加工范围，卧式数控铣床通常采用增加数控转盘或万能数控转盘来实现四、五坐标加工。利用万能数控转盘，可以将工件上不同角度的加工面调整成加工位置，从而省去很多专用夹具或专用角度成型铣刀。带有数控转盘的卧式数控铣床利于对工件进行“四面加工”。2箱体上直径小于30mm的孔一般采用什么加工方法？直径小于f30mm的孔可以不铸出毛坯孔，全部加工都在加工中心上完成。可分为“锪平端面打中心孔钻扩孔端倒角铰”等工步。有同轴度要求的小孔（ f30mm），须采用“锪平端面打中心孔钻半精镗孔端倒角精镗（或铰）”等工步来完成。3数控铣和加工中心的工序划分原则是什么？（1）工序集中原则。（2）先粗后精原则。（3）基准先行原则。（4）先面后孔原则。4数控铣和加工中心的工序划分方法有哪些？（1）以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适于加工内容不多的零件，加工完成后就能达到待检状态。（2）以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工多个表面，但会导致程序太长。程序长度会受到系统内存容量、机床连续工作时间（一个零件在一个工作班内应该加工完毕）、查错和检索等的限制。因程序不宜太长，一道工序的内容也不宜太多。（3）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的零件，按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等。一般先加工平面、定位面，后加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度要求较低的部位，再加工精度要求较高的部位。（4）以粗、精加工划分工序。对于易发生变形的零件，为减小加工后的变形，一般先进行粗加工，后进行精加工，并将粗、精加工工序分开。（5）先主后次。即先加工主要表面，然后加工次要表面。（6）一次装夹进行多道加工工序时，则应考虑把对工件刚度削弱较小的工序安排在先，以减小加工变形。（7）先内形内腔加工，后外形加工。5数控铣和加工中心的工步划分方法有哪些？（1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精分开进行。（2）对于既有面又有孔的零件，可以采用“先面后孔”的原则划分工步。先铣面可提高孔的加工精度。因为铣削时切削力较大，工件易发生变形，而先铣面后镗孔，则可使其变形有一段时间恢复，减少由于变形引起的对孔的精度的影响。反之，如先镗孔后铣面，则铣削时极易在孔口产生飞边、毛刺，从而破坏孔的精度。（3）按所用刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用刀具集中工步，以减少换刀次数，减少辅助时间，提高加工效率。（4）在一次安装中，尽可能完成所有能够加工的表面。6影响切削用量的因素有哪些？（1）机床：机床刚性、最大转速、进给速度等；（2）刀具：刀具长度、刃长、刀具刃口、刀具材料、刀具齿数、刀具直径等；（3）工件：毛坯材质、热处理性能等；（4）装夹方式：（工件紧固程度）压板、台钳、托盘等；（5）冷却情况：油冷、气冷、水冷等。7如何用Z轴设定器确定刀具的长度？（1）组装和调整加工中使用的各种刀具。（2）校准Z轴设定器，用校准棒压在Z轴设定器的上面，调整表盘使指针指向刻度0。（3）将Z轴设定器放在Z向零点的平面上（一般为零件平面）。（4）将一把刀具装入加工中心（或数控铣床）主轴。（5）Z向移动主轴，使刀尖与Z轴设定器接触，使Z轴设定器指针指向刻度0（或是指示灯亮），将该刀的刀号、长度、直径等参数输入系统（输入方法参考机床操作手册）。（6）将刀具装入刀库。（7）重复步骤（3）（5），直至将所有刀具测量完毕。用这种方法即测量了各个刀具的长度补偿值，又确定了Z轴的零点。8如何用机械式寻边进行X、Y的对刀？（1）将偏心式寻边器通过刀柄安装在主轴上。（2）启动主轴旋转，主轴转速一般为500r/min左右。（3）在X正方向手动移动工作台，使寻边器下部的圆柱与被加工零件上与X轴垂直的侧面接触。（4）进一步慢速移动工作台，边移动边观察，直至两段圆柱同心，再移动突然又出现偏心。（5）记录下数控系统显示器上显示的X值，此时主轴中心与零件被测量面的距离等于寻边器的半径。（6）用同样的方法进行Y正向移动测量，记录下Y值。（7）用记录的X值加上一个寻边器圆柱半径值（X+R），用记录的Y值加上一个寻边器圆柱半径值（Y+R），（X+R，Y+R）就是主轴中心移至零件一个角点上的坐标值，如果此点是工件原点，则将计算后的X值和Y值输入系统G54G59之一（如G54）所对应的寄存器中，将来在程序中可使用G54控制坐标系。9如何用光电式寻边器进行X、Y的对刀？（1）将工件通过夹具装在机床工作台上，装夹时，工件的四个侧面都应留出寻边器的测量位置。（2）将寻边器通过刀柄装在主轴上，手动Z轴使寻边器下降，钢球与测量杆的交线不要低于零件的上表面，且保证钢球的最大半径面低于零件的上表面。当出现误操作时可以保护测量杆不受损坏。 （3）在X方向快速移动主轴，让寻边器测头靠近工件的左侧，改用微调操作，让测头慢慢接触到工件左侧，直到寻边器发光。记下此时测头在机械坐标系中的X坐标值，如-358.700。（4）抬起测头至工件上表面之上，快速移动主轴，让测头靠近工件右侧，改用微调操作，让测头慢慢接触到工件右侧，直到寻边器发光。记下此时测头在机械坐标系中的X坐标值，如-248.700。（5）两者差值再减去测头直径，即为工件长度。测头的直径一般为10mm，则工件的长度为L=-248.700 -（-358.700）-10=100mm。（6）工件坐标系原点在机械坐标系中的X坐标为X=-358.7+100/2+5=-303.7，将此值输入到工件坐标系中（如G54）的X即可。（7）同样，工件坐标系原点在机械坐标系中的Y坐标也按上述步骤测定。10数控铣床和加工中心的坐标平面指令有哪些？G17、G18、G1911加工中心的编程与数控铣床的编程主要有何区别？加工中心带有刀库，可以实现自动换刀，所以加工中心的编程可以用指令M06来换刀，而数控铣床需要手动换刀。12刀具长度补偿有哪些指令？怎样使用？刀具长度补偿指令有G43、G44、G49。指令格式为：G43 Z_ H_；或G43 H_；G44 Z_ H_；或G44 H_；G49；或H00；G43表示长度正补偿，其含义是用H代码指定的刀具长度偏置号（存储在偏置存储器中）加到在程序中由指令指定的终点位置坐标值上；G44表示长度负补偿，其含义是从终点位置减去补偿值。G49是取消刀具长度补偿，等同于H00。13试用图解表示G41、G42、G43、G44的含义。 14G98、G99的区别是什么？在钻孔固定循环中，使用G98控制刀具返回到初始点，用G99控制刀具返回到R点。15G15、G16的作用是什么？如何使用？极坐标编程通常使用指令G15、G16进行。Gl5：撤销极坐标编程G16：极坐标编程生效极坐标编程时，编程指令的格式、代表的意义与所选择的加工平面有关，加工平面的选择仍然利用G17、G18、G19等平面选择指令进行。加工平面选定后，所选择平面的第一坐标轴地址用来指定极坐标半径；第二坐标轴地址用来指定极坐标角度，极坐标的0方向为第一坐标轴的正方向。极坐标原点指定方式，可以将工件坐标系原点直接作为极坐标原点；也可以利用局部坐标系指令（G52）建立极坐标原点。16G50、G51的作用是什么？如何使用？G51为比例缩放功能生效，指令格式：G51 X_ Y_ Z_ P_； 各轴按相同比例缩放G51 X_ Y_ Z_ I_ J_ K_； 各种按不同比例缩放X、Y、Z指令用来确定缩放中心，P指令用来确定缩放比例，缩放比例的最小输入增量单位是 0.001，如果省略X、Y和Z指令，则G51指令的刀具位置为缩放中心。I、J、K分别对应X、Y、Z轴的比例系数，本系统设定I、J、K时不能带小数点，比例为1时，输入1000即可，通过对某一轴指令比例系数“-1”，可以利用比例缩放，实现镜像加工。G50为关闭缩放功能G51。指令格式：G5017G68、G69的作用是什么？如何使用？G68为图形旋转功能生效。指令格式： G68 R_；其中：X、Y、Z指令指定旋转中心，如果程序中不指定回转中心，则以坐标原点为旋转中心；R指令指定旋转角度，以度为单位，一般逆时针为正角度。G69为关闭旋转功能。指令格式为：G69；18G51.1、G50.1的作用是什么？如何使用？G51.1指令控制镜像功能开始。指令格式为：G51.1 ；X、Y指令后面的坐标字指定对称轴或对称点。如果式中只给出一个坐标字，是以一个轴镜像；如果给出两个坐标字，是以一个点镜像。例如，“G51.1 X50.;”是以X=50为轴的轴对称；“G51.1 X0 Y0;”是以原点为点对称。镜像指令有效后，系统将程序段中的被镜像的坐标字自动处理，形成镜像值。G50.1指令被执行时，结束可编程镜像的功能。指令格式为：G50.1 ；X、Y指令后面的坐标字指定取消镜像操作的坐标轴和坐标点。19编制如图4-73所示的零件的加工程序，设零件材料为中碳钢。图4-73工艺分析：该零件加工内容为型腔，深5mm，还有4个20的沉孔，深9mm。没有给出尺寸精度想、形位公差等技术要求，只需要编写加工程序走出形状即可。工艺设计：在数控铣床利用平口钳夹紧，刀具选择18的3齿硬质合金立铣刀。先粗加工型腔，然后精加工型腔和20的沉孔。型腔采用斜线下刀，沉孔采用螺旋线下刀。粗加工时选择背吃刀量5，侧面留0.5mm余量。每齿进给量查表4-3取0.05mm，铣削速度查表4-2取60m/min, 主轴转速由公式n=1000v/D计算，取1050，进给速度计算后取157。精加工时选择背吃刀量5。每齿进给量查表4-3取0.04mm，铣削速度查表4-2取80m/min, 主轴转速由公式n=1000v/D计算，取1415，进给速度计算后取170。程序如下O4001;主程序名G54 G00 X0 Y0 设定工件坐标系G00 Z2.M03 S1050；快速下刀,启动主轴正转G01 X20.5 Y0 Z-2 F100;斜线下刀到Z-2X-20.5 Z-5;斜线下刀到切削深度Y-6 F157;向下进给X20.5;X轴方向去除余料Y6;Y正向进给X-20.5;X轴方向去除余料Y17;Y向进给X-30 Y30;去除左上角部余料X-17 Y20.5退刀X17;去除x轴向余料X30 Y30;去除右上角部余料X20.5 Y17退刀Y-17;Y向进给X30 Y-30;去除右下角部余量料X17 Y-20.5;退刀X-17;除X向余料X-30 Y-30;去除左下角部余料X-20.5 Y-17退刀M98 P1001;调用子程序精加工右上角部分G51.1 X0;关于Y轴镜像M98 P1001;调用子程序精加工左上角部分G51.1 Y0;再关于X轴镜像M98 P1001;调用子程序精加工左下角部分G50.1 X0;取消关于Y轴镜像M98 P1001;调用子程序精加工右下角部分G50.1 Y0;取消关于X轴镜像M30;主程序结束O1001;子程序名（右上角部分）G00 X0 Y0 S1415;快速定位到原点,主轴转速1415r/minG01G41 X30 D01 F170 ; 建立刀具半径补偿，切削速度170mm/minG01 Y9.51;沿Y轴进给G02 X35.09 Y16.96 R8;走R8圆弧G03 X16.96 Y35.09 R-14;走R14圆弧G02 X9.51 Y30 R8;走R8圆弧G01 X0 Y30;直线进给到终点G40 X0 Y0;取消刀具半径补偿G00 X30 Y30;快速定位到孔中心G02 X31 Y0 Z-9 I-1 J0 K5;螺旋线下刀到孔深度G02 I-1 J0;走整圆加工孔G00 Z-5;抬刀到型腔的深度位置M99;子程序结束20编制如图4-74所示的零件的加工程序，设零件材料为中碳钢。图4-74工艺分析与设计：该零件既有外轮廓加工，又有型腔和孔的加工。所用刀具数量较多，故选择立式加工中心，夹具选择平口钳。刀具选择：T01为20的4齿高速钢立铣刀，用来加工外轮廓；T02选择12高速钢键槽铣刀，铣两个型腔；T03选择4麻花钻，用来钻3个8mm深的孔。切削用量：T01 切削深度为8mm，切削速度30m/min,每齿进给量取0.02，计算得到切削速度为480r/min,进给速度40mm/min.T02 切圆切削深度为2，切矩形型腔深度为5，切削速度30m/min,每齿进给量取0.02，计算得到切削速度为800r/min,进给速度32mm/min.T03钻孔的进给量去0.08mm/r,钻削速度取20m/min,计算的主轴转速为1600 r/min,进给速度128mm/min.加工程序如下：O4002；程序名G54 G00 X-30 Y-30;设定工件坐标系，快速定位到下刀点T01 M06换1号刀G43 Z-8 H01;建立1号刀的长度补偿M03 S480;主轴正转，转速480r/minG41 G01 X0 Y0 D01 F40;建立刀具半径左补偿，Y60;Y轴进给X30;X轴进给G02 X70 Y60 R20;走R20圆弧G01X100;走直线Y20;沿Y轴进给G02 X80 Y0 R20;走R20圆弧G01X12;沿X轴进给X0 Y20;走倒角部分G40 X-30;撤销刀具半径补偿G91 G28 Z0;刀具返回参考点G90;绝对坐标方式T02 M06;换2号刀G43 Z5 H02;建立长度补偿M03 S800；主轴正转G01 X16 Y26 F100;定位到矩形槽左下角G01 Z-5 F20;下刀到槽深G01Y50 F32;Y向进给切槽X24;X向进给Y26;Y向进给X16;X向进给G01 Z5 F100;抬刀G00 X50 Y60;快速定位到孔中心G01 Z-2 F20;下刀到切深G01 G41 X65 D02 F32;建立刀具半径补偿G03 X65 Y60 I-30 J0;切削整圆G40 X0 Y0;撤销刀具半径补偿G91 G28 Z0;回参考点G90;绝对坐标方式T03 M06;换3号刀G00 G43 Z30 H03;建立刀具长度补偿M03 S1600;启动主轴正转G99 G73 X60 Y30 Z-8 R3 Q2 F128;钻孔1X80 Y20;钻孔2G98 X80 Y40钻孔3G91 G28 Z0;回参考点M30;程序结束21编制如图4-75所示的零件的加工程序，设零件材料为中碳钢。图4-75工艺分析：本零件是钻孔，而且孔较多，深度不一样，但分布有规律。孔的直径都是10mm，深度有1mm、2mm、3mm、4mm、5mm五种。用G81指令钻孔，五个孔的钻孔程序作为一个子程序。通过调用局部坐标系定位中心孔的位置。工艺设计：选用数控铣床，平口钳装夹，刀具选择10高速钢麻花钻。切削速度取25m/min，进给量取0.1mm/r，计算得到主轴转速为790r/min，进给速度为79 mm/min。编程原点在零件对称中心上表面处。程序如下：主程序：O4003;主程序名G90 G54 G00 X0 Y0 Z100;绝对值编程，工件坐标系设定，快速定位G43 Z50 H01;建立刀具长度补偿，定位到初始平面M03 S790;主轴正转M98 P1002;调用子程序加工中间孔系G52 X-40 Y40;局部坐标系原点设置在左上角位置M98 P1002;调用子程序加工左上角孔系G52 X-40 Y-40;局部坐标系原点设置在左下角位置M98 P1002;调用子程序加工左下角孔系G52 X40 Y-40;局部坐标系原点设置在右下角位置M98 P1002;调用子程序加工右下角孔系G52 X40 Y40;局部坐标系原点设置在右上角位置M98 P1002;调用子程序加工右上角孔系G52 X0 Y0;取消局部坐标系G91 G28 Z0;返回参考点M30;程序结束子程序O1002;子程序名G90 G99 G81 X0 Y20 Z-1 R3 F79;G81钻孔，钻深1mm孔，返回参考平面X-20 Y0 Z-2;钻深2mm孔，返回参考平面X20 Y0 Z-3;钻深3mm孔，返回参考平面X0 Y0 Z-4;钻深4mm孔，返回参考平面G98 X0 Y-20 Z-5;钻深5mm孔，返回初始平面G80;取消钻孔循环M99;子程序结束22试说明G73的执行过程。带断屑高速深孔加工循环（G73）指令格式：G73 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_；式中：X、Y指令后的数值孔位数据；Z指令后的数值孔深度；Q指令后的数值每次切削进给的切深度为23mm；F指令后的数值切削进给速度。每次工作进给后快速退回一段距离d（断屑），d值由参数设定（参数5114）。孔深大于5倍直径孔的加工属于深孔加工，不利于排屑，故采用间段进给（分多次进给），该指令的动作示意图如下图所示，这种加工通过Z轴的间断进给可以比较容易地实现断屑与排屑。23试说明G74的执行过程。用丝锥攻螺纹时可用攻丝循环功能，其编程格式如下：G74 G98（或G99）X_ Y_ Z_ R_ P_ F_ K_；式中：X、Y指令后的数值孔位数据；Z指令后的数值螺纹深度；P指令后的数值孔底停留时间；F指令后的数值切削进给速度（螺纹导程主轴转速）；K指令后的数值重复次数（一般为1次）。G74用于攻左旋螺纹，在攻左旋螺纹前，先使主轴反转，再执行G74指令，刀具先快速定位至（X，Y）所指定的坐标位置，再快速定位到R点，接着以F指令所指定的进给速度攻螺纹至Z指令所指定的坐标位置后，主轴转换为正转且同时向Z轴正方向退回至R点，退至R点后主轴恢复原来的反转。指令动作示意图如下图所示。24试说明G76的执行过程。精镗孔循环指令用于精密镗孔加工，它可以通过主轴定向准停动作，进行让刀，从而消除退刀痕。指令格式：G76 X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_ F_；式中：X、Y指令后的数值孔位数据；Z指令后的数值孔深度；Q指令后的数值孔底刀具径向退刀量；P指令后的数值孔底停留时间；F指令后的数值切削进给速度。动作过程如下图所示。刀具快速从初始点定位至坐标点（X，Y），再快速移至R点，并开始进行精镗切削，直至孔底主轴，定向停止、让刀（镗刀中心偏移一个q值，使刀尖离开加工孔面），快速返回到R点（或初始点），主轴复位，重新启动，转入下一段。25编制如图4-76所示的零件的加工程序，设零件材料为中碳钢。图4-76工艺分析与设计：根据图示，选择零件左下角点为程序零点。本例只需要加工孔系。有6-6的孔和2-14的孔。6孔深21mm， 14孔深36mm，都属于深孔加工。故选用G83带排屑深孔钻削循环加工指令。选择加工中心机床，平口钳夹具，刀具选用3把。T01为3中心钻，钻8个孔的定位孔；T02为6高速钢麻花钻，钻6-6的孔；T03为14高速钢麻花钻，钻2-14的孔。切削用量：T01 选择切削速度20m/min,进给量0.03mm/r,根据公式计算主轴转速为2100r/min，进给速度为63mm/min。T02 选择切削速度20m/min,进给量0.06mm/r,根据公式计算主轴转速为1050r/min，进给速度为63mm/min。T03 选择切削速度25m/min,进给量0.14mm/r,根据公式计算主轴转速为560r/min，进给速度为78mm/min。程序如下：G54 G00 G49 G90 G21;设定工件坐标系，初始化G00 X0 Y0 ;快速定位到原点上方T01 M06;换1号刀G43 Z30 H01;建立1号刀长度补偿，刀位点定位到Z30位置M03 S2100;启动主轴正转G99 G81 X12 Y10 Z-2 R5 F63;用G81钻定位孔#3 Y25;钻定位孔#2 G98 Y40;钻定位孔#1 G99 X48 Y10;钻定位孔#4 Y25;钻定位孔#5 G98 Y40;钻定位孔#6 G99 X30 Y33 Z13 R20;钻定位孔#7 G98 Y17;钻定位孔#8G80;取消固定循环T02 M06;换2号刀G00 G43 Z50 H02;建立2号刀长度补偿，刀位点定位到Z50位置M03 S1050;启动主轴正转G99 G83 X12 Y10 Z-25 R5 Q2 F63;用G83指令钻孔#3 Y25;钻孔#2 G98 Y40;钻孔#1 G99 X48 Y10;钻孔#4 Y25;钻孔#5 G98 Y40;钻孔#6G80;取消固定循环T03 M06;换3号刀G00 G43 Z50 H03;建立3号刀长度补偿，刀位点定位到Z50位置M03 S560;启动主轴正转G99 G83 X30 Y33 Z-28 R20 Q4 F78;用G83指令钻孔#7 G98 Y17;钻孔#8G80;取消固定循环M30;程序结束