不规则曲面凸台外轮廓加工技巧优化

任务描述

该零件采用数控加工中心机床完成对整个零件的加工，加工出的曲面轮廓要符合图样技术要求，进行数控铣削加工操作时要符合操作规程，要求能够选择合理的切削加工工艺参数，能熟练操作数控铣床（加工中心）实施对零件的调整加工和尺寸精度的检测及对数控铣床（加工中心）的日常维护与保养。

图2-97 不规则曲面凸台零件

任务工单

图2-97所示为不规则曲面凸台零件，材料为45钢，毛坯尺寸为100mm×80mm×22mm，上、下表面及四周侧面已经加工，要求采用键槽立铣刀完成零件曲面凸台的加工。

任务准备

1.不规则曲面凸台轮廓加工的进给路线

在铣削不规则外轮廓表面时一般采用三刃立铣刀粗加工、键槽立铣刀精加工。为了保证工件的外形光滑，减少接刀痕迹，使轮廓光滑衔接，提高零件表面质量，对刀具的切入和切出路线首先应考虑在拐点处切入切出，如图2-98所示。由于刀具和主轴系统刚性的原因，不应沿法向直接切入、切出工件。

2.对称度误差及检测

对称度指零件上两对称中心要素保持在同一中心平面内的状况，属于位置误差中的定位误差。如图2-97中两个侧面以A面为基准对称度为0.06mm，即两平面离基准的距离差的绝对值应小于0.06mm。

对称度误差可以利用精密平板、可调或固定支承、标准定位块、带支架的测微百分表等测量器具来测量。将工件放在平板上，以平板表面作为测量基准，用百分表先测出工件基准面与对称度待检测面间的距离，然后测出基准面与对称度另一侧待检测面间的距离，如图2-99所示。被测两个表面对应点最大读数差的绝对值即为被测的对称度误差。另外也可用三坐标测量机来进行精确检测。

图2-98 在零件拐点处切入切出

图2-99 用百分表检测两平面对称度示意图

3.残料的清除方法

（1）通过大直径刀具一次性清除残料 对于无内凹结构且四周余量分布较均匀的外形轮廓，可尽量选用大直径刀具在粗铣时一次性去除所有余量，如图2-100a所示。

图2-100 去除残料示意图

a）大直径刀具法 b）增大刀具半径补偿法 c）内凹结构增大刀具半径补偿法

（2）通过增大刀具半径补偿值分多次去除残料 对于轮廓中无内凹结构的外形轮廓，可通过增大刀具半径补偿值的方式，分几次切削完成残料去除，如图2-100b所示。

对于轮廓中有内凹结构的外形轮廓，可以忽略内凹形状并用直线替代，然后增大刀具半径补偿值，分多次切削完成残料去除，如图2-100c所示。

（3）通过增加程序段去除残料 对于一些分散的残料，也可以通过在程序中增加新程序段来去除残料。

（4）采用手动方式去除残料 当工件残料很少时，可将刀具以MDI方式下移至相应高度，再转为手轮方式去除残料。

问题思考

在什么情况下可以采用手动清除残料？在什么情况下必须采用自动清除残料？

4.SIEMENS802D系统轮廓铣削循环CYCLE72

【格式】CYCLE72（KNAME，RTP，RFP，SDIS，DP，MID，FAL，FALD，FFP1，FFD，VARI，RL，AS1，LP1，FF3，AS2，LP2）

其参数示意图如图2-101所示。

图2-101 轮廓铣削循环CYCLE72参数示意图

其参数及说明见表2-36。

表2-36 轮廓铣削循环CYCLE72的参数及说明

（续）

【说明】使用CYCLE72指令可以铣削由子程序定义的任何轮廓。

1）循环运行可选择有或没用刀具半径补偿。

2）轮廓可以封闭也可以不封闭，通过刀具半径补偿的位置（轮廓中央、左或右）来定义内部或外部加工。

3）粗加工：平行于轮廓的进给，考虑应留精加工余量，可分几步进给。

4）精加工：沿最后的轮廓进给，也可以分几步进给，在切线方向或半径方向（四分之一圆或半圆）采用轮廓平滑进刀及平滑退刀过程。

5）轮廓的定义方向必须是它的加工方向，程序中必须包含描述轮廓起始点和终点的程序段，因此轮廓子程序直接在循环内部调用。

6）LP1、LP2：参数LP1用来定义接近路径或接近半径（刀具外沿到轮廓起始点的距离），参数LP2用来定义返回路径或返回半径（刀具外沿到轮廓终点的距离），LP1、LP2必须大于零，否则报警。

任务实施

1.图样分析

1）该零件为不规则曲面凸台零件，曲面轮廓由两段凸圆、一段凹圆及斜角组成，有尺寸精度、对称度及表面粗糙度要求。

2）该零件坯料各面已经加工完成，为达到零件图上凸台深度的尺寸10_-0.04⁰mm要求，应采用两次深度进给；凸台整体轮廓有80⁰_-0.030mm、60⁰_-0.030mm及表面粗糙度值Ra3.2μm的要求，因此该凸台边缘应采用粗、精铣加工。

2.工艺分析

1）根据零件结构特点，选用ϕ20mm硬质合金立铣刀粗、精铣凸台。深度加工每次5mm，应进行两次深度铣削加工，最后精铣凸台周边及清根，精铣预留加工余量为0.5mm。

2）加工路线：采用从45°角顶点两次下刀，每次进给深度5mm，顺时针绕行（顺铣）进给加工方式。

3）对于矩形零件的铣削加工，采用机用平口钳装夹，工件高于钳口5～8mm，在工件下表面与机用平口钳之间放入精度较高的平行垫铁，其厚度与宽度应适当，由于上表面已加工完成，因此上表面应采用百分表找正后夹紧。

3.工艺准备

（1）设备 华中HNC-22M系统或SIEMENS 802D系统数控加工中心，配套机用平口钳（手动平口钳）。

（2）量具 0～120mm游标卡尺0～25mm深度千分尺、50～75mm外径千分尺、0～10mm百分表及磁性表座、ϕ10mm寻边器。(https://www.xing528.com)

（3）其他 垫铁若干，橡胶锤或纯铜棒。

4.刀具清单

刀具清单见表2-37。

表2-37 刀具清单

5.工艺流程

工艺流程见表2-38。

表2-38 工艺流程

（续）

6.工艺制订

数控加工工艺卡见表2-39。

表2-39 数控加工工艺卡

工件坐标系的原点设置在零件上表面左下角，将X、Y、Z向的零偏值输入工件坐标系G54中，工件上表面为Z0。

7.华中HNC-22M系统数控程序及说明

编程提示

用刀具半径补偿控制尺寸不需要修改程序，只需要修改补偿值即可，粗、精切削可采用同一程序完成，如果不修改补偿值，也可采用粗、精铣分别编写。编程时不要在刀具半径补偿状态下的主程序中调用子程序。否则，系统将出现程序出错报警信息。

8.SIEMENS802D系统数控程序及说明

零件加工及检测

1）打开总电源、机床电源，开启数控系统。

2）检查机床状态，手动低速运行主轴及X、Y、Z轴动作。

3）机床回参考点（回零顺序Z、X、Y）。

4）检查夹具，使用百分表将钳口与X轴的平行度控制在0.02mm以内。

5）使用平口钳夹紧工件，工作面超出钳口5mm。

6）输入零件加工程序，检查程序并模拟校验进给路线。

7）X、Y向对刀，使用寻边器设置X、Y零点，输入刀具半径补偿参数值。

8）安装ϕ20mm键槽粗、精铣刀，使用导边器对刀，Z轴采用试切对刀，，在偏置寄存器中Z值设定为0。

9）检查并清理工作台上的无关物品。

10）使用单段模式，将快进调至低挡，刀具接近工件后快进再调至100%，工件试切加工。

11）检验零件尺寸。

12）加工结束，卸下刀具、工件，清理机床。

将所测结果填写零件检测评分表，见表2-40。

表2-40 零件检测评分表

注意事项

1）程序执行完毕后，刀具返回到设定高度，机床自动停止。用深度千分尺测量凸台尺寸值是否在要求的范围之内。若有误差，可根据测量结果调整刀补值或G54（或程序）中的Z值，重新执行程序，直到满足加工要求。

2）用刀具半径补偿可以控制与进给路线方向垂直的尺寸及轮廓的尺寸，不能控制平行于刀具轴线方向的尺寸、线槽长度方向尺寸，也不能控制点位尺寸（如孔的中心距）等。

3）Z轴采用试切对刀，移动Z轴应使刀具接近工件待加工部位上表面，在对刀过程中，可通过改变微调进给量来提高对刀精度，利用刀具长度补偿可进行机床模拟切削，长度补偿值一般应在50mm以上，加工时不要忘记取消长度补偿值。

任务扩展

1.简单曲面轮廓零件如图2-102所示，材料为45钢，毛坯尺寸为83mm×63mm×25mm板材。要求：坯料规方，编制合理的加工工艺，编制加工程序，加工零件，检测零件的加工精度。

图2-102 简单曲面轮廓零件

2.复杂曲面轮廓零件如图2-103所示，材料为45钢，毛坯尺寸为93mm×63mm×23mm的板材。要求：坯料规方，编制合理的加工艺，编制加工程序，加工零件，检测零件的加工精度。

图2-103 复杂曲面轮廓零件

项目小结

本项目包括圆形凸台、矩形凸台及不规则曲面凸台等零件的单件数控铣削加工训练，同时介绍了SIEMENS 802D系统轮廓铣削循环指令，不同系统的程序编写，工艺分析，进给路线的确定，较大加工余量的去除方法；学会工件的装夹、刀具的选用、平口钳的使用、对刀操作及切削用量的选择等。学会应用刀具半径补偿、长度补偿等调节零件加工尺寸及精度的方法，掌握零件尺寸精度的检测方法。