【摘
要】通过分析典型零件外形轮廓结构的数控加工工艺，
阐述数控铣削加工的工艺及设计过程，总结出编程中如何利用刀具半径补偿功能对零件进行粗精加工的方法。
【关键词】典型零件外形铣削加工
工艺分析
编程技巧
【中图分类号】G 【文献标识码】A 【文章编号】0450-9889（2012）01C-0191-02
数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备，是综合应用计算机、自动控制、自动检测及精密机械等高新技术的产物，数控铣床是目前使用最广泛的数控机床之一。在使用数控铣床加工零件外形轮廓时，数控加工编程人员需要具体分析零件的加工工艺、走刀轨迹、切削用量等方面内容，这些内容不仅关系到零件的加工质量，也影响加工效率和成本。同时，要想在数控加工中心和数控铣床上编制出更合理、更完善的加工程序，最重要的是很好地掌握和利用刀具补偿功能并能正确地使用指令掌握数控编程的一些技巧。正确使用刀具半径补偿功能，可以避免各种过切现象，有效简化计算、提高编程的效率和加工精度。
一、数控铣床加工工艺分析
数控铣床加工工艺分析涉及面广泛，可从可能性和方便性两方面分析。一方面，零件图纸中的尺寸数据应满足编程方便。在数控加工的零件图纸上，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。在手工编程时，要计算每个节点的坐标；在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义。另一方面，零件各加工部位的结构工艺性要符合数控加工的特点。零件在满足使用要求的前提下，最好采用统一
的几何类型和尺寸，从而减少刀具规格和换刀次数，简化编程。数控加工应尽量采用统一的基准定位，否则会因工件的多次安装定位误差而导致工件加工的形位误差。分析零件所要求的加工精度，需要确认尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等是否得到保证，有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。
二、数控铣床加工工艺设计第一，工艺路线的设计。数控铣床的加工过程分为多个阶段。粗加工阶
段：切除大部分加工余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品。半精加工阶段：使主要表面达到一定的精度，为主要表面的精加工做好准备，并完成一些次要表面的加工。精加工阶段：
使各主要表面达到图纸规定的质量要求。光整加工阶段：对于质量要求很高的表面，须进行光整加工，主要用于进一步提高尺寸精度和减小表面粗糙度值。
第二，夹具与刀具的设计。单件小批量生产时，应优先选
用组合夹具、通用夹具或可调夹具。成批生产时，可采用专用夹具。还要求夹具在数控机床上安装准确，能协调工件和机床坐标系的尺寸关系。一般优先采用标准刀具，也可采用各种复合刀具以及其他一些专用刀具。还可选用各种先进刀具，如可转位刀具、硬质合金刀具、陶瓷涂层刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求，刀具材料应与零件材料相适应。
第三，走刀路线的设计。确定走刀路线应考虑加工质量，尽可能地缩短走刀路线，编程计算应简单，减少程序段数以及“少换刀”、“少走空刀”等。
第四，切削用量的设计。切削用量主要包括背吃刀量、主轴转速以及进给速度等。切削速度对刀具耐用度影响最大，其次是进给量，切削深度影响最小。考虑到切削用量与刀具耐用度的关系，在选择粗加工切削用量时，应优先采用大的切削厚度，再考虑采用大的进给量，最后才是选择合理的切削速度。精加工时刀尖磨损往往是影响加工精度的重要因素，因此应选用耐磨性好的刀具材料。
三、典型零件外形铣削加工工艺分析与编程实例分析并编制出如图1所示零件的外形轮廓。
典型零件外形铣削加工中的
工艺分析与编程技巧
□广西机电工程学校
韦兰花
图2
图1技术应用·职教实务
第一，加工路线。以A点为程序原点，建立工件坐标系，即在图2建立的工件坐标系中，求得各点的X、Y坐标值为：A （0，0），B(-130，0)，C（-130，40），D（-110，40），E（-110，100），F （-50，100），G（O，50），起刀点P（60，-60），切入点（60，0），切出点（0，-60）。
加工顺序为A-B-C-D-E-F-G-A，加工时切线切入切出。
第二，装夹定位的确定。用螺栓将两块压板固定蜡模的两侧，使蜡模始终处于工作台中心位置。
第三，选择刀具。根据加工要求，选用圆柱铣刀(φ16)。
第四，确定切削用量。粗铣主轴转速为500r/min，进给速度为200mm/min，精铣主轴转速为1000r/min，进给速度为100 mm/min。
第五，程序编制。根据FANUC数控系统的程序格式，编制如图3所示零件的外形精加工程序，深度为6mm。参考程序
如下：
％1000
N10G40G80G49G90G54；(程序初始化)
N20M03S500；(主轴正转，转速500r/min)
N30G00X60Y-60Z10；(快速定位到程序起点P)
N40G01G41Y0D0l F200；(刀具半径补偿，并移至P)
N50Z-6；(下刀至深6mm)
N60X-130；
N70G03X-130Y40R20；
N80G0l X-110；
N90X-100Y100；
N100X-50；
N110G02X0Y50R50；
N120G0l Y-60；(切线切出)
N130Z10；(提刀)
N140G40G00X60Y-60M05；(取消刀具半径补偿，移至起刀点)
N150M30；(主程序结束)
第六，刀具半径补偿在外形铣削加工中的应用。在轮廓加工过程中，由于刀具总有一定的半径，刀具中心的运动轨迹与所需加工零件的实际轮廓并不重合，所以在进行零件轮廓加工时，刀具中心偏离零件的表面一个刀具半径值。这种偏移，称为刀具半径补偿。根据零件轮廓编制的程序和预先设定的偏置参数，数控系统能自动完成刀具半径补偿功能。刀具半径补偿功能的使用中，沿着刀具走刀前进方向看，当刀具在轮廓的左边为左补偿，用G41表示；刀具在轮廓的右边时为右补偿，用G42表示，如图3所示。
从上述例子中得知：零件切削厚度为6mm，粗精加工均采用φ16mm普通高速钢立铣刀，精加工余量为0.2mm，那么，粗加工刀具半径补偿值为8.2mm，刀具半径补偿偏置号为D01，精加工刀具半径补偿值为8mm，刀具半径补偿偏置号为D02。在加工过程直接调用其半径补偿值，便可以实现同一程序、同
一把刀对零件进行粗、精加工。
第七，零件在编程加工过程的注意事项。（1）编程加工时，为保证零件的加工质量，应切线切入切出或相切圆弧切入切出。（2）半径补偿的注意事项中，注意G41、G42、G40只能与G00或G01一起使用，不能与G02、G03一起使用。（3）G41、G42为模态指令，两者不能重复使用，必须各自与G40成对使用。（4）编程时，为保证刀补建立、取消时刀具与工件的安全，建议采用G01运动方式来建立或取消刀补。如要采用G00运动模式，须先在加工到零件轮廓前就要建立好刀补，或刀具完全离开零件轮廓才撤销刀补。（5）如何避免过切问题。一是直线移动量不能小于铣刀半径。二是刀具半径应大于所加工工件内侧圆弧，及铣削槽底宽要大于刀具直径。三是使用刀具半径补偿和去除刀具半径补偿时，刀具必须在所补偿的平面内移动，且移动距离应大于刀具半径补偿值。
通过对零件上外形轮廓结构进行数控加工工艺分析和编程，可知要想获得更高的加工精度，走刀路线的确定和铣削方向的选择都会形成较大的影响。编程时通过修改刀具半径补偿半径值可以对零件进行巧妙的粗、精加工，同时对简化编程和提高数控加工质量会带来很大的帮助。
【参考文献】
［1］尚德波.高精度圆腔结构数控铣削加工工艺分析与编程技巧［J］.机床与液压，2010（2）
［2］吴霞.刀具半径补偿在数控铣削加工中的应用研究［J］.机电工程技术，2010（12）
［3］张君.刀具半径补偿功能在数控铣削加工中的运用［J］.机电产品开发与创新，2008（5）
［4］陆曲波.数控加工编程与操作［M］.广州：华南理工大学出版社，2006
【作者简介】韦兰花（1979-），女，广西柳江人，广西机电工程学校讲师，研究方向：机械制造及其自动化。
（责编卢雯）
图3
铣削左补偿和右补偿
职教实务·技术应用