一、任务引入
加工如图5-2-19 所示零件，数量为1件，毛坯为75 mm ×75 mm ×10 mm 的45 钢。要求设计数控加工工艺方案，编制数控加工工序卡、数控加工程序卡，并进行工件加工。
图5-2-19 零件1
二、相关知识
1.刀具半径补偿指令G40、G41、G42
在数控编程过程中，为了编程人员编程方便，通常将数控刀具假想成一个点，该点称为刀位点。“刀位点”是指刀具的定位基准点。圆柱铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点是球头的球心点；钻头的刀位点是钻头顶点。
数控机床实际加工时，刀具都有一定的半径尺寸，如果不考虑刀具半径尺寸，则加工出来的实际轮廓就会与图纸要求的轮廓相差一个刀具半径值。因此，在数控加工中采用刀具半径补偿功能解决这个问题。编程人员只要根据工件轮廓编程，数控系统会自动计算出刀具中心轨迹，加工出正确的工件轮廓。
（1）建立刀具半径补偿
G00/G01 G41 X_Y_D_；
G00/G01 G42 X_Y_D_。
（2）取消刀具半径补偿
G00/G01 G40 X_Y_；
其中：X_Y_ ——刀补建立或取消的终点。
（3）应用
具体刀具半径补偿应用如图5-2-20 所示。
图5-2-20 刀具半径补偿的应用
（4）注意
①机床通电后，要取消刀具半径补偿状态；
②刀具半径补偿平面的切换必须在补偿取消方式下进行；
③刀具半径补偿的建立与取消只能用G00 或G01 指令，不能用G02 或G03；
④在针对具体零件的编程中，要注意正确选择G41、G42，G41 指令建立左刀补，相当于顺铣，常用于精铣；G42 指令建立右刀补，相当于逆铣，常用于粗铣；
⑤刀具半径补偿值应为正值，如为负值，则G41 与G42 正好相互替换；
⑥刀具在磨损、重磨或更换后直径发生变化时，可使用刀具半径补偿功能，不必修改程序，只需改变半径补偿参数即可；
⑦可在加工时改变补偿值，使粗、精加工使用同一程序段或加工同一公称直径的凹、凸型面。
2.刀具长度补偿指令G43、G44、G49
在程序编制中，程序员可以不必考虑刀具的实际长度，以及各把刀具不同的长度尺寸，可通过使用刀具长度补偿指令，手工输入刀具长度尺寸，由数控系统自动计算刀具在长度方向上的位置，从而进行加工。另外，在刀具磨损、更换新刀或刀具安装有误差时，也可以使用刀具长度补偿指令。
G43为刀具长度正补偿；G44为刀具长度负补偿；G49为取消刀具长度补偿。
指令格式如下：
G01 G43/G44 Z_H_F_。
无论是采用绝对方式还是增量方式，在程序执行中，都是将存放在偏置地址H 中的偏置量与Z 轴坐标值进行运算，按其结果移动Z 轴坐标值。使用G43 指令时，是将H 中的值加到Z 轴坐标值上；使用G44指令时，是从Z 轴坐标值中减去H 中的数值。如图5-2-21 所示。
图5-2-21 刀具长度补偿原理
3.子程序
编程时，为了简化程序的编制，一次装夹加工多个形状相同或刀具运动轨迹相同的零件时，即在一个加工程序的若干位置上，如果包含有一连串在写法上完全相同或相似的内容时，为了简化程序可以把这些重复的程序段单独抽出，并按一定的格式编成子程序，然后像主程序一样将它们存储到程序存储区中。主程序在执行过程中如果需要某一子程序，可以通过一定格式的子程序调用指令来调用子程序，子程序执行完成后又可以返回到主程序，继续执行后面的程序。
（1）调用子程序
指令格式如下：
M98 P□□□xxxx；
其中：xxxx——要调用的子程序号；
□□□——重复调用次数，省略为一次。
子程序也可以嵌套使用，即子程序中再调用另外的子程序，如图5-2-22 所示。
图5-2-22 子程序嵌套
（2）子程序的格式及返回
指令格式如下：
Oxxxx；
︙
M99；
其中：xxxx——子程序占用的程序号；
M99——子程序结束，并返回主程序M98 P_ L_的下一程序段继续运行主程序。
4.固定循环
孔加工固定循环功能就是用一个G 代码程序段代替通常需要很多段加工程序才能完成的动作，使加工程序简化、方便。固定循环主要用于孔加工，包括钻孔、镗孔和攻丝等。表5-2-3 所示为固定循环功能指令。
表5-2-3 固定循环功能指令
（1）固定循环的动作
如图5-2-23 所示，孔加工固定循环通常由以下6 个动作组成：
动作1——X 轴和Y 轴定位（使刀具快速定位到孔加工的位置）；
动作2——快进到点R （刀具自初始点快速进给到点R）；
动作3——孔加工（以切削进给速度执行孔加工的动作）；
动作4——在孔底的动作（包括暂停、主轴准停、刀具移位等动作）；
动作5——返回到点R （继续下一个孔的加工而又要安全移动刀具至返回点R）；
动作6——快速返回到初始点（孔加工完成后一般应选择初始点）。
（2）固定循环中的平面
孔加工固定循环中存在以下三个平面：初始平面、点R 平面和孔底平面。
①初始平面。初始平面是为安全下刀而规定的一个平面。初始平面到工件表面的距离可以任意设定在一个安全的高度上，当使用同一把刀具加工若干孔时，只有孔间存在障碍需要跳跃或全部孔加工已完成时，才使用G98 指令使刀具返回到初始平面上的初始点。
图5-2-23 孔加工固定循环的动作组成
②点R 平面。点R 平面又叫作R 参考平面，这个平面是刀具下刀时自快进转为工进的高度平面，距工件表面的距离主要考虑工件表面尺寸的变化，一般可取2～5 mm。使用G99时，刀具将返回到该平面上的点R。
③孔底平面。加工盲孔时孔底平面就是孔底的Z 轴高度。加工通孔时一般刀具还要伸出工件底平面一段距离，主要是为了保证全部孔深都加工到要求尺寸的深度。钻削加工时还应考虑钻头钻尖对孔深的影响。
（3）固定循环指令格式
孔加工固定循环指令格式为：
其中：G98——加工完毕后返回初始点，G99 是返回点R，多孔加工时一般加工最初的孔用G99，最后的孔用G98；
G_ ——固定循环代码，主要有G73、G74、G76、G81～G89 等，是模态代码；
X_Y_ ——孔加工坐标位置；
Z_ ——孔底位置，G90 方式时是终点坐标值，G91 方式时指自点R 到孔底平面的距离；
R_ ——加工时快速进给到工件表面之上的参考点，G90 方式时是终点坐标值，G91方式时指自初始点到点R 的距离；
P_ ——在孔底的延时时间，G76、G82、G89 时有效，P1000为1 s；
Q_ ——在G73、G83 中为每次切削深度，在G76、G87 中为孔底移动距离；
F_ ——切削进给速度；
K_ ——循环次数，如果不指定，则只进行一次。
（4）G80 固定循环取消代码
指令格式：G80。
当固定循环指令不再使用时，应用G80 指令取消固定循环，而回复到一般基本指令状态（G01、G02、G03 等），此时固定循环指令中的孔加工数据（如孔底平面Z 轴高度、点R的值等）也被取消。
5.特殊简化功能指令
（1）坐标系旋转功能G68、G69
该指令可使编程图形按照指定旋转中心及旋转方向旋转一定的角度，G68 表示开始坐标系旋转，G69 用于撤销旋转功能。
指令格式如下：
G68 X_Y_R_；
︙
G69；
其中：X_Y_ ——旋转中心的坐标值（可以是X、Y、Z 轴中的任意两个，它们由当前平面选择指令G17、G18、G19 中的一个来确定），当X、Y 省略时，G68 指令认为当前的位置即为旋转中心；
R_ ——旋转角度，旋转角度的0°方向为第一坐标轴的正方向，且逆时针旋转定义为正方向，顺时针旋转定义为负方向，角度范围是-360°～＋360°，R 后跟数值的单位为0.001°。当R 省略时，按系统参数值确定旋转角度。
当程序在绝对方式下，G68 程序段后的第一个程序段必须使用绝对方式移动指令才能确定旋转中心。如果这一程序段为增量方式移动指令，那么系统将以当前位置为旋转中心按G68 给定的角度旋转坐标。
例：如图5-2-24 所示图形A，绕坐标点（20，20）进行旋转，旋转角度120°，旋转后得到图形B，试编写其程序。
图5-2-24 坐标系旋转示意
…
N20 G68 X20 Y20 R120；
N30 G41 G01 X-120 Y20 D01 F100；
N40 X20；
N50 Y-20；
N60 X-20；
N70 Y0；
N80 X0 Y20；
N90 G40 X20 Y40；
N100 G69；
…
（2）比例缩放功能G51、G50(www.xing528.com)
G51为比例缩放指令；G50为撤销比例缩放指令，G50、G51 均为模式G 代码。
1）在所有轴分量上用相同的放大倍率缩放
指令格式如下：
G51 X_Y_Z_P_；
︙
G50；
其中：X_、Y_、Z_ ——缩放中心，绝对值指定；
P_ ——比例系数，不能用小数点来指定该值，“P2000”表示缩放比例为2 倍。
另外，由于系统不同，指令格式也可能有：G51 I_ J_ K_ P_，I_、J_、K_与上述格式中X_、Y_、Z_作用相同。
2）在每个轴上用不同的放大倍率缩放
指令格式如下：
G51 X_Y_Z_I_J_K_；
︙
G50；
其中：X_、Y_、Z_ ——比例缩放中心坐标；
I_、J_、K_ ——对应X、Y、Z 轴的比例缩放值。本系统设定I_、J_、K_不能带小数点，比例为1 时，应输入1 000，并在程序中都应输入，不能省略。
例：如图5-2-25 所示，将轮廓ABCD 以原点为中心等比例缩放2 倍，试编写其程序。
图5-2-25 比例缩放示意
…
N60 G00 X-50 Y50；
N70 G01 Z-5 F100；
N80 G51 X0 Y0 P2000；
N90 G41 G01 X-20 Y20 D01；
N100 X20；
N110 Y-20；
N120 X-20；N130 Y20；
N140 G40 X-50 Y50；
N150 G50；
…
（3）镜像功能G51.1、G50.1
镜像指令可实现沿某一坐标轴或某一坐标点的对称加工。在FANUC 0i 系统中采用G51.1 来实现镜像加工。
指令格式如下：
G51.1 X_Y_；
︙
G50.1 X_Y_；
其中：X_、Y_ ——指定镜像轴或对称点。当G51.1 指令后仅有一个坐标字时，该镜像是以某一坐标轴为镜像轴。
如G51.1 X20 Y20，表示该镜像是以（20，20）这一点作为对称点进行镜像。
如G51.1 X20，表示该镜像是以某一轴线为对称轴进行镜像，该镜像线与Y 轴平行，且对称轴上的点X 轴坐标都为20。
例：如图5-2-26 所示，试用镜像指令编写该轨迹的加工程序。
主程序
O0001；
N10 G54 G00 G90 X50 Y50；
N20 M98 P0002；
N30 G51.1 X50 Y50；
N40 M98 P0002；
N50 G50.1 X50 Y50；
N60 G51.1 X50；
N70 M98 P0002；
N80 G50.1 X50；
N90 G51.1 Y50；
N100 M98 P0002；
N110 G50.1 Y50
N120 G50；
…
子程序
O0002；
N10 G01 G90 X60 Y60 F100；
N20 X100；
N30 Y100；
N40 X60 Y60；
N50 X50 Y50；
N60 M99；
三、任务实施
本任务的实施过程分为分析零件图样、确定工艺过程、数值计算、编写程序、程序调试与检验、零件检测六个步骤。
1.分析零件图样
（1）结构分析
如图5-2-19 所示，该零件属于板类零件，加工内容包括平面、直线和圆弧组成的内外轮廓及对角线的两个孔。
图5-2-26 镜像加工示意
（2）尺寸分析
该零件图尺寸完整，主要尺寸为：毛坯长宽80 mm ×80 mm、高10 mm，孔深12 mm，孔径12 mm，公差代号为H8，凸台高5 mm。凸台内外轮廓各部分尺寸完整。
（3）表面粗糙度分析
本任务零件对粗糙度要求明确，根据分析，该零件所有表面都可以加工出来，经济性能良好。
2.确定工艺过程
（1）选择加工设备，确定生产类型
选用V600 型数控铣床，系统为FANUC，零件数量为1件，属于单件小批量生产。
（2）选择工艺装备
①该零件采用平口虎钳定位夹紧。
②刀具选择如下：φ10 立铣刀，铣凸台内外轮廓面；φ11.8 麻花钻，钻孔；φ12 铰刀，铰孔。
（3）选择量具
量程为150 mm，分度值为0.02 mm 的游标卡尺；量程为25～50 mm，分度值为0.001 mm 的内径千分尺。
（4）编写加工工艺卡
零件1 的加工工艺卡如表5-2-4 所示。
表5-2-4 零件1 的数字数控加工工艺卡
3.数值计算
确定编程坐标系的原点，计算零件图上的内、外轮廓的关键点坐标。
4.编写程序
编程原点选择在工件上表面中心，铣外轮廓的程序如表5-2-5 所示，铣内轮廓的程序如表5-2-6 所示，钻孔程序如表5-2-7 所示。
表5-2-5 外轮廓数控加工程序
表5-2-6 内轮廓数控加工程序
表5-2-7 孔的数控加工程序
5.程序调试与检验
机床操作的加工步骤为开机、机床回零、安装工件、对刀、参数设置、输入程序、轨迹检查、自动加工、零件尺寸测量。评分准则如表5-2-8 所示。
表5-2-8 评分准则
续表
四、加工练习
1.加工如图5-2-27 所示的零件，选择合适刀具与切削参数，试编写其数控加工工艺与程序。
图5-2-27 零件加工练习一
2.加工如图5-2-28 所示的零件，选择合适刀具与切削参数，试编写其数控加工工艺与程序。
图5-2-28 零件加工练习二
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