数控加工工艺与编程程俊兰第4章习题答案.docx
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数控加工工艺与编程程俊兰第4章习题答案
复习思考题4
1．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30mm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（<30mm），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G54～G59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。
（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。
（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=-（）-10=100mm。
（6）工件坐标系原点在机械坐标系中的X坐标为X=+100/2+5=，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、G19
11．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：
G43Z___H___；或G43H____；
G44Z___H___；或G44H____；
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。
14．G98、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。
15．G15、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。
16．G50、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：
G51X__Y__Z__P__；各轴按相同比例缩放
G51X__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，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：
G50
17．G68、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；
18．、的作用是什么如何使用
指令控制镜像功能开始。
指令格式为：
；
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，“X50.;”是以X=50为轴的轴对称；“X0Y0;”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。
指令被执行时，结束可编程镜像的功能。
指令格式为：
；
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φ20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φ18的3齿硬质合金立铣刀。
先粗加工型腔，然后精加工型腔和φ20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/πD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/πD计算，取1415，进给速度计算后取170。
程序如下
O4001;
主程序名
G54G00X0Y0
设定工件坐标系
G00S1050；
快速下刀,启动主轴正转
G01Y0Z-2F100;
斜线下刀到Z-2
Z-5;
斜线下刀到切削深度
Y-6F157;
向下进给
;
X轴方向去除余料
Y6;
Y正向进给
;
X轴方向去除余料
Y17;
Y向进给
X-30Y30;
去除左上角部余料
X-17
退刀
X17;
去除x轴向余料
X30Y30;
去除右上角部余料
Y17
退刀
Y-17;
Y向进给
X30Y-30;
去除右下角部余量料
X17;
退刀
X-17;
除X向余料
X-30Y-30;
去除左下角部余料
Y-17
退刀
M98P1001;
调用子程序精加工右上角部分
X0;
关于Y轴镜像
M98P1001;
调用子程序精加工左上角部分
Y0;
再关于X轴镜像
M98P1001;
调用子程序精加工左下角部分
X0;
取消关于Y轴镜像
M98P1001;
调用子程序精加工右下角部分
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）
G00X0Y0S1415;
快速定位到原点,主轴转速1415r/min
G01G41X30D01F170;
建立刀具半径补偿，切削速度170mm/min
G01;
沿Y轴进给
G02R8;
走R8圆弧
G03R-14;
走R14圆弧
G02Y30R8;
走R8圆弧
G01X0Y30;
直线进给到终点
G40X0Y0;
取消刀具半径补偿
G00X30Y30;
快速定位到孔中心
G02X31Y0Z-9I-1J0K5;
螺旋线下刀到孔深度
G02I-1J0;
走整圆加工孔
G00Z-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φ20的4齿高速钢立铣刀，用来加工外轮廓；T02选择φ12高速钢键槽铣刀，铣两个型腔；T03选择φ4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，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，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1600r/min,进给速度128mm/min.
加工程序如下：
O4002；
程序名
G54G00X-30Y-30;
设定工件坐标系，快速定位到下刀点
T01M06
换1号刀
G43Z-8H01;
建立1号刀的长度补偿
M03S480;
主轴正转，转速480r/min
G41G01X0Y0D01F40;
建立刀具半径左补偿，
Y60;
Y轴进给
X30;
X轴进给
G02X70Y60R20;
走R20圆弧
G01X100;
走直线
Y20;
沿Y轴进给
G02X80Y0R20;
走R20圆弧
G01X12;
沿X轴进给
X0Y20;
走倒角部分
G40X-30;
撤销刀具半径补偿
G91G28Z0;
刀具返回参考点
G90;
绝对坐标方式
T02M06;
换2号刀
G43Z5H02;
建立长度补偿
M03S800；
主轴正转
G01X16Y26F100;
定位到矩形槽左下角
G01Z-5F20;
下刀到槽深
G01Y50F32;
Y向进给切槽
X24;
X向进给
Y26;
Y向进给
X16;
X向进给
G01Z5F100;
抬刀
G00X50Y60;
快速定位到孔中心
G01Z-2F20;
下刀到切深
G01G41X65D02F32;
建立刀具半径补偿
G03X65Y60I-30J0;
切削整圆
G40X0Y0;
撤销刀具半径补偿
G91G28Z0;
回参考点
G90;
绝对坐标方式
T03M06;
换3号刀
G00G43Z30H03;
建立刀具长度补偿
M03S1600;
启动主轴正转
G99G73X60Y30Z-8R3Q2F128;
钻孔1
X80Y20;
钻孔2
G98X80Y40
钻孔3
G91G28Z0;
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φ10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79mm/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
G90G54G00X0Y0Z100;
绝对值编程，工件坐标系设定，快速定位
G43Z50H01;
建立刀具长度补偿，定位到初始平面
M03S790;
主轴正转
M98P1002;
调用子程序加工中间孔系
G52X-40Y40;
局部坐标系原点设置在左上角位置
M98P1002;
调用子程序加工左上角孔系
G52X-40Y-40;
局部坐标系原点设置在左下角位置
M98P1002;
调用子程序加工左下角孔系
G52X40Y-40;
局部坐标系原点设置在右下角位置
M98P1002;
调用子程序加工右下角孔系
G52X40Y40;
局部坐标系原点设置在右上角位置
M98P1002;
调用子程序加工右上角孔系
G52X0Y0;
取消局部坐标系
G91G28Z0;
返回参考点
M30;
程序结束
子程序
O1002;
子程序名
G90G99G81X0Y20Z-1R3F79;
G81钻孔，钻深1mm孔，返回参考平面
X-20Y0Z-2;
钻深2mm孔，返回参考平面
X20Y0Z-3;
钻深3mm孔，返回参考平面
X0Y0Z-4;
钻深4mm孔，返回参考平面
G98X0Y-20Z-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：
G73X__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2～3mm；
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：
G74G98（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：
G76X__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-φ6的孔和2-φ14的孔。
φ6孔深21mm，φ14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φ3中心钻，钻8个孔的定位孔；T02为φ6高速钢麻花钻，钻6-φ6的孔；T03为φ14高速钢麻花钻，钻2-φ14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：
G54G00G49G90G21;
设定工件坐标系，初始化
G00X0Y0;
快速定位到原点上方
T01M06;
换1号刀
G43Z30H01;
建立1号刀长度补偿，刀位点定位到Z30位置
M03S2100;
启动主轴正转
G99G81X12Y10Z-2R5F63;
用G81钻定位孔#3
Y25;
钻定位孔#2
G98Y40;
钻定位孔#1
G99X48Y10;
钻定位孔#4
Y25;
钻定位孔#5
G98Y40;
钻定位孔#6
G99X30Y33Z13R20;
钻定位孔#7
G98Y17;
钻定位孔#8
G80;
取消固定循环
T02M06;
换2号刀
G00G43Z50H02;
建立2号刀长度补偿，刀位点定位到Z50位置
M03S1050;
启动主轴正转
G99G83X12Y10Z-25R5Q2F63;
用G83指令钻孔#3
Y25;
钻孔#2
G98Y40;
钻孔#1
G99X48Y10;
钻孔#4
Y25;
钻孔#5
G98Y40;
钻孔#6
G80;
取消固定循环
T03M06;
换3号刀
G00G43Z50H03;
建立3号刀长度补偿，刀位点定位到Z50位置
M03S560;
启动主轴正转
G99G83X30Y33Z-28R20Q4F78;
用G83指令钻孔#7
G98Y17;
钻孔#8
G80;
取消固定循环
M30;
程序结束
升级会员 