烟灰缸工艺分析与优化

快餐饭盒凹模的主要结构是由多个曲面组成的凹型型腔，型腔四周的斜平面之间采用半径为20mm的圆弧过渡，斜平面与底平面之间采用半径为5mm的圆弧过渡，在凹模的底平面上有一个四周为斜平面的锥台。凹模上部型腔为锥面，用于压边，模具的外形结构较为简单，为标准的长方体。

（1）数控加工工艺 粗加工整个型腔，去除大部分加工余量；精加工上凹槽；精加工下凹槽；精加工底部锥台四周表面；精加工底部上表面；精加工上、下凹槽过渡平面。

（2）工件的定位与夹紧 工件直接安装在机床工作台面上，用两块压板压紧。凹模中心为工件坐标系X、Y的原点，上表面为工件坐标系Z的零点。

（3）刀具选择 根据工件的加工工艺，锥槽型腔粗加工选用ϕ20mm波刃立铣刀。上锥槽侧面精加工采用ϕ20mm平底立铣刀；锥底R5mm圆槽表面粗、精加工采用ϕ6（R3）mm球头铣刀。R5mm圆槽内侧面锥台四周表面的精加工采用ϕ4mm平底立铣刀（因锥台直角边与底平面交线距离仅为4.113mm）；用ϕ20mm平底立铣刀精加工底部锥台上表面和上、下凹槽过渡平面。上、下凹槽粗加工一起进行。

数控加工工序卡见表4-3。

表4-3 快餐盒凹模的数控加工工序卡

3.程序编制结构框图（略）

4.程序编制（FANUC 0i数控系统）

（1）型腔挖槽粗加工宏程序 自变量含义：

#24=0；工件四方锥槽中心的X绝对坐标值

#25=0；工件四方锥槽中心的Y绝对坐标值

#26=-40.0；工件四方锥槽最终加工深度

#21=124.0；工件四方锥槽底部长度

#22=69.0；工件四方锥槽底部宽度

#18=2.0；直槽粗加工Z轴每次降层深度

#11=0；螺旋线插补切削Z轴起点绝对坐标值

#9=180.0；切削进给速度

#8=0.75；有效刀具直径百分比

#7=10.0；刀具半径

#5=15；四方锥槽底部圆角半径

#4=18.5；四方锥槽顶部圆角半径

#3=8；螺旋线切入圆弧半径

O431；宏程序名

N005 #29=#11-#18；第1次下降深度

N010 #30=#21/2；1/2锥槽底部长

N015 #31=#22/2；1/2锥槽底部宽

N020 #106=#26；把最终加工深度Z赋给#106

N025 #12=2*#7*#8；刀具有效切削直径（2DE）

N035 #15=[#30-#7]/#12；（U/2-D）/（2DE）（X向均宽切削次数）

N040 #116=#15；将X向均宽切削次数赋给中间变量#116

N045 #14=[#31-#7]/#15；（V/2-D）/[（U/2-D）/（2DE）]（Y向均宽切削厚度）

N050 #15=FIX[#15]；上取整（X向分层切削次数取整）

N055 G90 G00 X[#24+#3] Y#25；刀具移到矩形槽垂直切入点上方

N060 Z#18；刀具快速下降到工件上方安全距离

N065 G01 Z#11 F[#9/2]；刀具以工进速度下降

N070 WHILE [#29GE#26] DO1；如果#29小于#26，则程序跳转到N145程序段

N075 G02 I#3 Z#29 F#9/4；螺旋线切削进给

N080 #100=1.0；计数器置初始值

N085 WHILE [#100LE#15] DO2；如果#100大于#15，则程序跳转到N135程序段

N090 G01 X[#24+#100*#12] F[#9/2]；（X₀+均宽切削次数×有效切削刀具直径）

N095 Y[#25-#100*#14] R#5；（Y₀-均宽切削次数×Y向均宽切削厚度）

N100 X[#24-#100*#12] R#5；（X₀-均宽切削次数×有效切削刀具直径）

N105 Y[#25+#100*#14] R#5；（Y₀+均宽切削次数×Y向均宽切削厚度）

N110 X[#24+#100*#12] R#5；（X₀+均宽切削次数×有效切削刀具直径）

N115 Y#25；回到切入点

N120 X[#24+#3]；退回Z向螺旋线切入点

N125 #100=#100+1.0；计数器加1

N130 END2；返回循环体2

N135 #29=#29-#18；背吃刀量均值递增

N140 END1；返回循环体

N145 G00 Z100；刀具抬起离开工件表面

N150 M99；宏程序结束并返回主程序

（2）上凹槽粗、精加工程序 自变量含义

#24=0；零件中心的工件横向绝对坐标值

#25=0；零件中心的工件纵向绝对坐标值

#21=167.0；零件的上凹槽底部长度值

#22=112.0；零件的上凹槽底部宽度值

#18=2.0；刀具起始切削安全高度

#11=8.0；矩形锥槽深度

#4=25.6；矩形锥槽顶四角倒圆半径

#5=20.0；矩形锥槽底四角倒圆半径

#6=0.7；矩形锥槽四角倒圆半径斜率（[（#4-#5）/#11]=0.7）

#7=10.0；刀具半径

#8=0.2；Z向步距递增均值

#2=35°；角步距初始角度值

#3=20.0；切入圆弧半径（C>D）

#9=180.0；切削进给速度

O432；宏程序名

N005 #40=#21/2-#5-#7；X向定长

#41=#22/2-#5-#7；Y向定长

#42=#5；矩形四角倒圆半径初始值赋给中间变量#42

#31=0；X、Y向递增初始值

N010 G90 G00 X#24 Y#25；指令刀具移到锥槽中心

N015 Z#18；刀具快速下降到工件上方安全距离

N020 WHILE [#11GE0]DO1；如果#11小于0，则程序跳转至N105程序段

N025 Z-#11；刀具快速下降到矩形锥槽最终加工深度

N030 G91 G01 X#3 Y[#41+#42+#31-#3] F[3*#9]；刀具以相对坐标方式工进速度移动到切入圆起点

N035 G03 X-#3 Y#3 R#3 F#9；以#3为半径1/4圆弧切线切入

N040 G01 X-#40；定长直线插补

N045 G03 X[-#42-#31] Y[-#42-#31] R[#42+#31]；以#42+#31为半径圆弧插补

N050 G01 Y[-2*#41]；定长直线插补

N055 G03 X[#42+#31] Y[-#42-#31] R[#42+#31]；以#42+#31为半径圆弧插补

N060 G01 X[2*#40]；定长直线插补

N065 G03 X[#42+#31] Y[#42+#31] R[#42+#31]；以#42+#31为半径圆弧插补

N070 G01 Y[2*#41]；定长直线插补

N075 G03 X[-#42-#31] Y[#42+#31] R[#42+#31]；以#42+#31为半径圆弧插补

N080 G01 X-#40；定长直线插补

N085 G03 X-#3 Y-#3 R#3 F#9；以#3为半径1/4圆弧切线切出

N090 G01 X#3；直线插补回到起点

N095 #11=#11-#8；Z向步距均值递减

#31=#31+#8*TAN[#2]；X、Y向随着Z向步距的递增而递增

#42=#42+2*#6/100；矩形四角倒圆半径线性递增

N100 END1；返回循环体

N105 G90 G00 X#24 Y#25；刀具快速移动到锥模中心

N110 Z[#18+50.0]；刀具快速抬起离开工件

N115 M99；宏程序结束并返回主程序

（3）下凹槽粗、精加工程序 自变量含义

#24=0；零件中心的工件横向绝对坐标值

#25=0；零件中心的工件纵向绝对坐标值

#21=124.0；零件的下凹槽底部长度值

#22=69.0；零件的下凹槽底部宽度值

#18=2；刀具起始切削安全高度

#11=40.0；矩形锥槽深度

#4=18.5；矩形锥槽顶四角倒圆半径

#5=15.0；矩形锥槽底四角倒圆半径

#6=0.0857；矩形锥槽四角倒圆半径斜率（[（#4-#5）/#11]=0.0857）

#7=3.0；刀具半径

#8=0.2；Z向步距递增均值

#2=30°；锥槽四周侧面与垂直面夹角

#3=20.0；切入圆弧半径（C>D）

#9=398.0；切削进给速度

O433；宏程序名

N005 #40=#21/2-#5-#7；X向定长

#41=#22/2-#5-#7；Y向定长

#42=#5；矩形四角倒圆半径初始值变量#42

#31=0；X、Y向递增初始值

N010 G90 G00 X#24 Y#25；指令刀具移到凹槽中心下刀点

N015 Z#18；刀具快速下降到凹槽中心工件上方安全距离

N020 WHILE [#11GE8.0] DO1；如果#11小于8，则程序跳转至N105程序段

N025 Z-#11；刀具快速下降到矩形锥槽最终加工深度

N030 G91 G01 X#3 Y[#41+#42+#31-#3] F[3*#9]；刀具以相对坐标方式工进速度移动到切入圆起点

N035 G03 X-#3 Y#3 R#3 F#9；以#3为半径1/4圆弧切线切入(www.xing528.com)

N040 G01 X-#40；定长直线插补

N045 G03 X[-#42-#31] Y[-#42-#31] R[#42+#31]；以#42+#31为半径圆弧插补

N050 G01 Y[-2*#41]；定长直线插补

N055 G03 X[#42+#31] Y[-#42-#31] R[#42+#31]；以#42+#31为半径圆弧插补

N060 G01 X[2*#40]；定长直线插补

N065 G03 X[#42+#31] Y[#42+#31] R[#42+#31]；以#42+#31为半径圆弧插补

N070 G01 Y[2*#41]；定长直线插补

N075 G03 X[-#42-#31] Y[#42+#31] R[#42+#31]；以#42+#31为半径圆弧插补

N080 G01 X-#40；定长直线插补

N085 G03 X-#3 Y-#3 R#3 F#9；以#3为半径1/4圆弧切线切出

N090 G01 X#3；直线插补回到起点

N095 #11=#11-#8；Z向步距均值递减

#31=#31+#8*TAN[#2]；X、Y向随着Z向步距的递增而递增

#42=#42+#8*#6；矩形四角倒圆半径线性递增

N100 END1；返回循环体

N105 G90 G00 X#24 Y#25；刀具快速移动到凹模中心

N110 Z[#18+50.0]；刀具快速抬起离开工件

N115 M99；宏程序结束并返回主程序

（4）精加工底部锥台四周表面 自变量含义：

#24=0；工件零件中心的横向绝对坐标值

#25=0；工件零件中心的纵向绝对坐标值

#21=106.0；U—正四棱锥台锥顶的横向尺寸值

#22=51.0；V—正四棱锥台锥顶的纵向尺寸值

#26=-42.84；Z—正四棱锥台底部的工件垂向绝对坐标值

#18=-35.0；R—刀具起始切削安全高度

#11=-40.84；H—正四棱锥台的高度

#6=1.0；K—锥面斜率

#7=2.0；D—刀具半径

#8=0.2；E—Z向递增（减）均值

#9=290；F—切削进给速度

O434；宏程序名

N005 #30=#21/2；正四棱锥台锥顶的横向尺寸值的一半赋给中间变量#30

#31=#22/2；正四棱锥台锥顶的纵向尺寸值的一半赋给中间变量#31

N010 G90 G00 X[#24+#30+#7] Y[#25]；指令刀具移到工件右侧下刀点

N015 Z#18；刀具快速下降到工件上方安全距离

N020 WHILE [#11GE#26] DO1；如果#11小于#26，则跳转至N075程序段

N025 G01 Z#11 F[3*#9]；刀具以工进速度移动

N030 G01 Y[#25+#31+#7] F#9；刀具直线插补到正四棱锥台右上角

N035 X[#24-#30]；刀具直线插补到正四棱锥台左上角

N040 Y[#25-#31]；刀具直线插补到正四棱锥台左下角

N045 X[#24+#30]；刀具直线插补到正四棱锥台右下角

N050 Y[#25]；刀具直线插补到正四棱锥台右侧切入点

N055 #11=#11-#8；步距轴向叠减#8

N060 #30=#30+#8*#6；层X尺寸叠加

N065 #31=#31+#8*#6；层Y尺寸叠加

N068 X[#24+#30+#7]；刀具以工进速度+X向移动一个步距

N070 END1；返回循环体

N075 G00 G90 Z[#18+50.0]；刀具快速抬起离开工件

N080 M99；宏程序结束并返回主程序

（5）精加工底部上表面 自变量含义：

#21=106.0；U—正四棱锥台锥顶的横向尺寸值

#22=51.0；V—正四棱锥台锥顶的纵向尺寸值

#26=-40.84；Z—正四棱锥台顶部的工件垂向绝对坐标值

#18=-35.0；R—刀具起始切削安全高度

#6=0.75；K—锥面斜率

#7=10.0；D—刀具半径

#8=0.2；E—有效刀具直径百分比

#9=150.0；F—切削进给速度

O435；宏程序名

N005 #28=#22-2*#7+1；锥槽内Y方向距离

#29=2*#8*#7；Y方向移动步距2ED

#30=#21/2-#7+0.5；刀具起刀点的X绝对坐标值

#31=#22/2-#7+0.5；刀具起刀点的Y绝对坐标值

#32=#31；

#33=#29；

N010 G90 G00 X#30 Y#31；指令刀具移到工件右侧下刀点

N015 Z#18；刀具快速下降到工件上方安全距离

N020 G01 Z#26 F[3*#9]；刀具以工进速度移动

N025 WHILE [#33LE#28] DO1；如果#33大于#28，则程序跳转至N085程序段

N030 G01 X-#30 F#9；刀具直线插补到工件左侧

N035 #33=#33+#29；Y方向移动步距等距叠加

N040 IF[#33GT#28]]GOTO85；如果#33大于#28，则程序跳转至N085

N045 #31=#31-#29；Y方向移动步距等距叠减

N050 Y#31；Y向直线插补

N055 G01 X#30 F#9；X向直线插补

N060 #33=#33+#29；Y方向移动步距等距叠加

N065 IF[#33GT#28]GOTO85；如果#33大于#28，则程序跳转至N085

N070 #31=#31-#32；Y方向移动步距等距叠减

N075 Y#31；Y向直线插补

N080 END1；返回循环体

N085 G00 G90 Z[#18+50.0]；刀具快速抬起离开工件

N090 M99；宏程序结束并返回主程序

（6）精加工上、下凹槽过渡平面

O436；宏程序名

N10 G00 X0.0 Y0.0；刀具快速移动到凹槽中心

N15 Z-8.0；刀具快速下降到上凹槽最终加工深度

N20 G42 G01 X-15.0 Y41.0 F150.0 D04；建立右刀补，以工进速度直线插补到切入圆起点

N22 G02 X0.0 Y56.0 R15.0；以半径等于15mm的1/4圆弧切线切入

N25 G01 X83.5 R20.0；直线插补到凹槽右上侧

N30 Y-56.0 R20.0；直线插补到凹槽右下侧

N35 X-83.5 R20.0；直线插补到凹槽左下侧

N40 Y56.0 R20.0；直线插补到凹槽左上侧

N45 X0.；回到切入圆终点（切出圆起点）

N48 G02 X15.Y41.R15.；以半径等于15mm的1/4圆弧切线切出

N50 G40 G01 X0.0 Y0.0 F300.0；取消刀具右补偿，回到凹槽中心

N55 G00 Z100.0；刀具快速抬起

N60 M99；子程序结束，返回上一级程序

（7）主程序如下：

O××××；主程序名

N010 T01 M06；调用1号刀具（ϕ20mm波刃立铣刀）

N015 G17 G90 G21 G94 G54 G40 G49 G80；工艺加工状态设置

N020 G43 G00 Z50.0 H01 S398 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为398r/min

N025 X0 Y0 M07；刀具快速移动到工件坐标零点，打开切削液

N030 G65 P431 X0. Y0. Z-40.0 U124.0 V69.0 R2.0 H0. F180.0 E0.75 D10.0 J15.0 I18.5 C8.0；调用型腔挖槽粗加工宏程序

N035 T04 M06；调用4号刀具（ϕ20mm平底立铣刀）

N040 G43 G00 Z50.0 H04 S398.M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为398r/min

N045 G65 P432 X0.Y0.Z-40.0 U167.0 V112.0 R2.0 H8.0 I25.6 J20.0 K0.7 D10.0 E0.2 B35 C20.0 F180.0；调用上凹槽粗、精加工程序

N050 T02 M06；调用2号刀具（R3mm球头立铣刀）

N055 G43 G00 Z50.0 H02.S1325 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为1325r/min

N060 G65 P433 X0.Y0.U124.0 V69.0 R2.0 H40.0 I18.5 J15.0 K0.0857 D2.0 E0.2 B30 C20.0 F398.0；调用下凹槽粗、精加工程序

N065 T03 M06；调用3号刀具（ϕ4mm平底立铣刀）

N070 G43 G00 Z50.0 H03 S1900 M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为1900r/min

N075 G65 P434 U106.0 V51.0 Z-42.84 R-35.0 H-40.84 K1.0 D2.0 E0.2 F290.0；调用精加工底部锥台四周表面程序

N080 T04 M06；调用4号刀具（ϕ20mm平底立铣刀）

N085 G43 G00 Z50.0 H04 S450.M03；建立刀具长度补偿，主轴正转，转速为450r/min

N090 G65 P435 U106.0 V51.0 Z-42.84 R-35.0 K0.75 E0.2 D10.0 F15.0；调用精加工底部上表面程序

N095 G65 P436；调用精加工上、下凹槽过渡平面子程序

N100 G00 Z100.0 M09；刀具退到工件上表面100mm处，切削液关闭

N105 G49；取消刀具长度补偿

N110 G00 X0 Y100.0 M05；刀具退回到凹模后面，主轴停止

N115 M30；程序结束并返回程序开头