数控加工铣轮廓
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模块一 数控铣床编程与加工技术
项目3
轮廓铣削加工
模块一 数控铣床编程与加工技术
3.2 知识链接
3.2.1 轮廓铣削的工艺知识 1.轮廓铣削的走刀路线 当铣削平面零件轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。 刀具切入工件时，应避免沿零件轮廓的法向切入，而应 沿外轮廓曲线延长线的切向切入，以避免在切入处产生 刀具的切痕而影响表面质量，保证零件外轮廓曲线平滑 过渡。同理，在切出工件时，也应避免在零件的轮廓处 直接退刀，而应沿零件轮廓延长线的切向逐渐切离工件。
精铣
硬质合金铣刀 0.10～0.15
模块一 数控铣床编程与加工技术
（2）切削速度Vc 铣削加工的切削速度Vc可参考表3-2选取，也可参考有 关切削用量手册中的经验公式通过计算选取。
1
表3-2 铣削加工的切削速度参考值
工件材料 硬度（HBS） ＜225 钢 225～325 325～425 ＜190 铸铁 190～260 260～320 Vc/（m.min） 高速钢铣刀 18～42 12～36 6～21 21～36 9～18 4.5～10 硬质合金铣刀 66～150 54～120 36～75 66～150 45～90 21～30
模块一 数控铣床编程与加工技术
模块一 数控铣床编程与加工技术
3.刀具半径补偿指令
（1）刀具半径补偿概念 在进行轮廓铣削编程时，由于铣刀的刀位点在刀具中心，和切 削刃不一致，为了确保铣削加工出的轮廓符合要求，编程时就必须 在图纸要求轮廓的基础上，整个周边向外或向内预先偏离一个刀具 半径值，作出一个刀具刀位点的行走轨迹，求出新的节点坐标，然 后按这个新的轨迹进行编程，这就是人工预刀补编程 。 对有刀具半径补偿功能的数控系统，可不必求刀具中心的运动 轨迹，直接按零件轮廓轨迹编程，同时在程序中给出刀具半径的补 偿指令，这就是机床自动刀补编程。
模块一 数控铣床编程与加工技术
N126G3X61.Y0.R20. N128G2X81.Y20.R20. N130G1G40X101. N132Y-20. N134Z-8.F100. N136G42D1X81.F80. N138G2X61.Y0.R20. N140G3X39.049Y19.905R20. N142G1X-42.171Y11.943 N144G3Y-11.943R12. N146G1X39.049Y-19.905 N148G3X61.Y0.R20. N150G2X81.Y20.R20. N152G1G40X101.
工步号 1
工步内容 粗铣高度为16mm凸台
刀具号 T01
刀具规格 Φ 20mm 立铣刀 Φ 20mm 立铣刀 Φ 20mm 立铣刀 Φ 20mm 立铣刀
2
3 4
粗铣高度为8mm凸台
精铣高度为8mm凸台 精铣高度为16mm凸台
T01
T02 T02
320
480 480
80
70 70
4
8 8
模块一 数控铣床编程与加工技术
Z平面第二层切削
模块一 数控铣床编程与加工技术
N154Y-20. N156Z-12.F100. N158G42D1X81.F80. N160G2X61.Y0.R20. N162G3X39.049Y19.905R20. N164G1X-42.171Y11.943 N166G3Y-11.943R12. N168G1X39.049Y-19.905 N170G3X61.Y0.R20. N172G2X81.Y20.R20. N174G1G40X101. N176Y-20. N178Z-16.F100. Z平面第三层切削
补偿量 刀具旋转方向 刀 具 前 进 方 向 刀具旋转方向 刀 具 前 进 方 向
在前进方向 右侧补偿
补偿量 (b) 刀具补偿方向 (a)左刀补 (b)右刀补
(a)
模块一 数控铣床编程与加工技术
（4）注意事项与说明
y
注:垂直XY补偿平面 为Z轴,应沿Z轴正方 向往负方向看,即垂 直页面,从前面往背 面看
O1101; N30G17 G54 G90 G94;
刀具半径补偿编程注意事项
N70 G01 Z-3. F100; N80 G41 X20. Y10. D01; N90 Y50.;
模块一 数控铣床编程与加工技术
轮廓铣削加工例题2
任务 连杆外轮廓铣削加工 任务描述： 连杆零件如图所示， 按单件生产安排其数 控加工工艺，编写出 凸台外轮廓加工程序。 毛坯为124×50×22的 长方料，材料为45#钢。
（4）注意事项与说明
④ 在刀补建立或取消时，注意由于程序轨迹方向不当而发生过切。
B
工件 工件
B
A过切
过切 A α
对于这种情况，可适当调整Ps、Pe的位置， 使刀补建立或取消时的α ≤180°（通常取90° 或180 °），从而避免过切。
(a)
PS
Pe
(b)
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3.刀具半径补偿指令 （4）注意事项与说明
模块一 数控铣床编程与加工技术
程序：
O0001； N010 G54 G90 G00 X20.0 Y-40.0； N020 Z10.0； N030 G01 Z-5.0 F300 S500 M03； N040 M08； N050 G41 X0 Y-35.0 D01； N060 G02 X-5.0 Y-30.0 R5.0； N070 G03 X-30.0 Y-5.0 R30.0； N080 G02 Y5.0 R5.0； N090 G03 X-5.0 Y30.0 R30.0； N100 G02 X5.0 R5.0； N110 G03 X30.0 Y5.0 R30.0； N120 G02 Y-5.0 R5.0； N130 G03 X5.0 Y-30.0 R30.0； N140 G02 X0 Y-35.0 R5.0； N150 G40 G01 X-20.0； N160 G00 Z100.0 M09； N190 M30； 程 序 名 建立工件坐标系，快速移动到A点 快进安全高度 下刀，启动主轴 冷却液开 刀具左补偿，到达1 点 2点 3点 4点 5点 6点 7点 8点 9点 1点 退出轮廓至B点，取消刀补 抬 刀 程序结束
（3）刀补过程
刀具半径补偿的过程分为三步： 刀补的建立：在刀具从起点接近工件 时，刀心轨迹从与编程轨迹重合过度到与 编程轨迹偏离一个偏置量的过程。 刀补进行：刀具中心始终与变成轨迹 相距一个偏置量直到刀补取消。 刀补取消：刀具离开工件，刀心轨迹 要过渡到与编程轨迹重合的过程。
Y 50 刀心轨迹 刀补进行中
Z平面第四层切削
模块一 数控铣床编程与加工技术
N180G42D1X81.F80. N182G2X61.Y0.R20.
N184G3X39.049Y19.905R20.
N186G1X-42.171Y11.943 N188G3Y-11.943R12.
N190G1X39.049Y-19.905
N192G3X61.Y0.R20. N194G2X81.Y20.R20. N196G1G40X101. N200G0Z50. N202M5 N208M30 切向切出 取消刀具半径补偿 抬刀至安全高度 主轴停止 程序结束
数控加工刀具卡
产品名称
零件名称 刀 具 直径 φ 20mm φ 20mm 长度 补偿值 半径 长度
数控加工 刀具卡片
刀具名称 立铣刀 立铣刀
零件图号
程序编号 刀补号 半径 长度
序号 1 2
模块一 数控铣床编程与加工技术
表3-4
单 位 工序号 数控加工工序卡片 程序编号 夹具名称
数控加工工序卡
产品名称 夹具编号 零件名称 设备名称 主轴转速 /（r/min） 320 材 料 编制 进给速度 /（mm/min） 80 零件图号 审核 背吃刀量 /mm 4
刀补矢量 20 刀补取消 10 编程轨迹 法向刀补矢量 刀补引入 10 20 50 X
自动 刀补
模块一 数控铣床编程与加工技术
（4）注意事项与说明
① 刀具左右补偿判断方法为：沿垂直于补偿所在平面(如XY平面)的坐标轴的负 方向(-Z)看去，刀具中心位于编程前进方向的左侧，即为左补偿；刀具中心位于编程 前进方向的右侧，即为右补偿。在进行刀具半径补偿前，必须用G17或G18、G19指定 刀具补偿是在哪个平面上进行的。
⑤
⑥ 补偿。 ⑦
当刀补数据为负值时，则G41、G42功效互换。
G41、G42指令不要重复规定，否则会产生一种特殊的
G40、G41、G42都是模态代码，可相互注销。
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（5）刀具半径补偿应用实例
已知某零件如下图所示， 工件材料为5mm厚的铝板， 编写工件外轮廓精加工程 序。 加工刀具：直径φ10的立 铣刀；安全高度10mm；切 削用量：主轴转速 600r/min，进给速度 300mm/min；采用顺铣，上 平面为Z0。
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3.2.2轮廓铣削常用编程指令 1.坐标平面选择指令（G17、G18、G19）
G17～G19分别表示刀具的圆弧插补平面和刀具半径补偿平面 为空间坐标系中的XY、ZX、YZ平面。对于立式数控铣床， G17为缺省值，即可以省略。
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2.圆弧插补指令 G02、G03
③
在指定刀补平面执行刀补时，不能出现连续两个非坐标轴
移动类指令或非刀补平面坐标移动，否则将可能产生过切或少切现 象。非坐标轴移动类指令大致有以下几种：M指令；S指令；暂停指
令；某些G指令，如：G90，G91 X0等。非刀补平面坐标移动，如
G00 Z-10（刀补平面为XY平面时）。
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图3-1 连杆零件图
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3.3 任务决策和执行
1.工艺过程
①粗铣高度为16mm凸台； ②粗铣高度为8mm凸台； ③精铣高度为8mm凸台； ④精铣高度为16mm凸台；
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2.刀具与工艺参数
见表3-3、表3-4。
表3-3
单 位
刀具 号 T01 T02
பைடு நூலகம்
左刀 补
Ｚ
注:垂直ZX补偿平面 为Y轴,应沿Y轴正方
右刀补
右刀补
向往负方向看,即从
页面背后往前面看
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（4）注意事项与说明
② 刀补的引入和取消要求必须在G00或G01程序段 ，不应在
G02/G03程序段上进行。 如G41 G02 X20 Y0 R10 D01 通常会导致机床报警。
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加工路线：A—B—C—D—E—F—G—H—I，逆铣加工。 各点坐标为：
A（101，-20） B（81，-20） C（61， 0）
D（39.049，19.905） E（-42.171，11.943 ）
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加工程序如下： O0001 N102G0G17G40G49G80G90 N106G0G90G54X101.Y-20.S320M3 刀具快速定位，主轴启动 N108Z50. 抬刀至安全高度 N110Z10. 下刀至参考高度 N112G1Z-4.F100. Z平面第一层切削 N114G42D1X81.F80. 建立刀具半径右补偿D1=10.2 N116G2X61.Y0.R20. 切向切入 N118G3X39.049Y19.905R20. N120G1X-42.171Y11.943 N122G3Y-11.943R12. N124G1X39.049Y-19.905
3.装夹方案 连杆零件毛坯用虎钳装夹，底部用垫铁支撑。
4.程序编制
在φ 40圆台中心建立工件坐标系，Z轴原点设在顶面上。 （1）轮廓粗加工 ① 16mm凸台粗加工 凸台轮廓的粗加工采用分层铣削的方式。零件的粗、精加 工，采用同一把刀具，同一加工程序，通过改变刀具半径 补偿值的方法来实现。粗加工单边留余量0.2mm。具体加 工路线如下图所示。
模块一 数控铣床编程与加工技术
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2.轮廓铣削的切削参数 （1）铣刀每齿进给量
每齿进给量参考值见表3-1
表3-1 铣刀每齿进给量参考值
fz/㎜
工件材料
高速钢铣刀 钢 铸铁 0.10～0.15 0.12～0.20
粗铣
硬质合金铣刀 0.10～0.25 0.02～0.05 0.15～0.30 高速钢铣刀
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（２）编程格式 格式 说明： G40：取消刀具半径补偿； G41：左刀补(在刀具前进方向左侧补偿)；
G42：右刀补(在刀具前进方向右侧补偿)；
G17、G18、G19：刀具半径补偿平面； D：G41/G42 的参数，即刀补号码(D00～D99)
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项目3
轮廓铣削加工
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3.2 知识链接
3.2.1 轮廓铣削的工艺知识 1.轮廓铣削的走刀路线 当铣削平面零件轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。 刀具切入工件时，应避免沿零件轮廓的法向切入，而应 沿外轮廓曲线延长线的切向切入，以避免在切入处产生 刀具的切痕而影响表面质量，保证零件外轮廓曲线平滑 过渡。同理，在切出工件时，也应避免在零件的轮廓处 直接退刀，而应沿零件轮廓延长线的切向逐渐切离工件。
精铣
硬质合金铣刀 0.10～0.15
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（2）切削速度Vc 铣削加工的切削速度Vc可参考表3-2选取，也可参考有 关切削用量手册中的经验公式通过计算选取。
1
表3-2 铣削加工的切削速度参考值
工件材料 硬度（HBS） ＜225 钢 225～325 325～425 ＜190 铸铁 190～260 260～320 Vc/（m.min） 高速钢铣刀 18～42 12～36 6～21 21～36 9～18 4.5～10 硬质合金铣刀 66～150 54～120 36～75 66～150 45～90 21～30
模块一 数控铣床编程与加工技术
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3.刀具半径补偿指令
（1）刀具半径补偿概念 在进行轮廓铣削编程时，由于铣刀的刀位点在刀具中心，和切 削刃不一致，为了确保铣削加工出的轮廓符合要求，编程时就必须 在图纸要求轮廓的基础上，整个周边向外或向内预先偏离一个刀具 半径值，作出一个刀具刀位点的行走轨迹，求出新的节点坐标，然 后按这个新的轨迹进行编程，这就是人工预刀补编程 。 对有刀具半径补偿功能的数控系统，可不必求刀具中心的运动 轨迹，直接按零件轮廓轨迹编程，同时在程序中给出刀具半径的补 偿指令，这就是机床自动刀补编程。
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N126G3X61.Y0.R20. N128G2X81.Y20.R20. N130G1G40X101. N132Y-20. N134Z-8.F100. N136G42D1X81.F80. N138G2X61.Y0.R20. N140G3X39.049Y19.905R20. N142G1X-42.171Y11.943 N144G3Y-11.943R12. N146G1X39.049Y-19.905 N148G3X61.Y0.R20. N150G2X81.Y20.R20. N152G1G40X101.
工步号 1
工步内容 粗铣高度为16mm凸台
刀具号 T01
刀具规格 Φ 20mm 立铣刀 Φ 20mm 立铣刀 Φ 20mm 立铣刀 Φ 20mm 立铣刀
2
3 4
粗铣高度为8mm凸台
精铣高度为8mm凸台 精铣高度为16mm凸台
T01
T02 T02
320
480 480
80
70 70
4
8 8
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Z平面第二层切削
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N154Y-20. N156Z-12.F100. N158G42D1X81.F80. N160G2X61.Y0.R20. N162G3X39.049Y19.905R20. N164G1X-42.171Y11.943 N166G3Y-11.943R12. N168G1X39.049Y-19.905 N170G3X61.Y0.R20. N172G2X81.Y20.R20. N174G1G40X101. N176Y-20. N178Z-16.F100. Z平面第三层切削
补偿量 刀具旋转方向 刀 具 前 进 方 向 刀具旋转方向 刀 具 前 进 方 向
在前进方向 右侧补偿
补偿量 (b) 刀具补偿方向 (a)左刀补 (b)右刀补
(a)
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（4）注意事项与说明
y
注:垂直XY补偿平面 为Z轴,应沿Z轴正方 向往负方向看,即垂 直页面,从前面往背 面看
O1101; N30G17 G54 G90 G94;
刀具半径补偿编程注意事项
N70 G01 Z-3. F100; N80 G41 X20. Y10. D01; N90 Y50.;
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轮廓铣削加工例题2
任务 连杆外轮廓铣削加工 任务描述： 连杆零件如图所示， 按单件生产安排其数 控加工工艺，编写出 凸台外轮廓加工程序。 毛坯为124×50×22的 长方料，材料为45#钢。
（4）注意事项与说明
④ 在刀补建立或取消时，注意由于程序轨迹方向不当而发生过切。
B
工件 工件
B
A过切
过切 A α
对于这种情况，可适当调整Ps、Pe的位置， 使刀补建立或取消时的α ≤180°（通常取90° 或180 °），从而避免过切。
(a)
PS
Pe
(b)
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3.刀具半径补偿指令 （4）注意事项与说明
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程序：
O0001； N010 G54 G90 G00 X20.0 Y-40.0； N020 Z10.0； N030 G01 Z-5.0 F300 S500 M03； N040 M08； N050 G41 X0 Y-35.0 D01； N060 G02 X-5.0 Y-30.0 R5.0； N070 G03 X-30.0 Y-5.0 R30.0； N080 G02 Y5.0 R5.0； N090 G03 X-5.0 Y30.0 R30.0； N100 G02 X5.0 R5.0； N110 G03 X30.0 Y5.0 R30.0； N120 G02 Y-5.0 R5.0； N130 G03 X5.0 Y-30.0 R30.0； N140 G02 X0 Y-35.0 R5.0； N150 G40 G01 X-20.0； N160 G00 Z100.0 M09； N190 M30； 程 序 名 建立工件坐标系，快速移动到A点 快进安全高度 下刀，启动主轴 冷却液开 刀具左补偿，到达1 点 2点 3点 4点 5点 6点 7点 8点 9点 1点 退出轮廓至B点，取消刀补 抬 刀 程序结束
（3）刀补过程
刀具半径补偿的过程分为三步： 刀补的建立：在刀具从起点接近工件 时，刀心轨迹从与编程轨迹重合过度到与 编程轨迹偏离一个偏置量的过程。 刀补进行：刀具中心始终与变成轨迹 相距一个偏置量直到刀补取消。 刀补取消：刀具离开工件，刀心轨迹 要过渡到与编程轨迹重合的过程。
Y 50 刀心轨迹 刀补进行中
Z平面第四层切削
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N180G42D1X81.F80. N182G2X61.Y0.R20.
N184G3X39.049Y19.905R20.
N186G1X-42.171Y11.943 N188G3Y-11.943R12.
N190G1X39.049Y-19.905
N192G3X61.Y0.R20. N194G2X81.Y20.R20. N196G1G40X101. N200G0Z50. N202M5 N208M30 切向切出 取消刀具半径补偿 抬刀至安全高度 主轴停止 程序结束
数控加工刀具卡
产品名称
零件名称 刀 具 直径 φ 20mm φ 20mm 长度 补偿值 半径 长度
数控加工 刀具卡片
刀具名称 立铣刀 立铣刀
零件图号
程序编号 刀补号 半径 长度
序号 1 2
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表3-4
单 位 工序号 数控加工工序卡片 程序编号 夹具名称
数控加工工序卡
产品名称 夹具编号 零件名称 设备名称 主轴转速 /（r/min） 320 材 料 编制 进给速度 /（mm/min） 80 零件图号 审核 背吃刀量 /mm 4
刀补矢量 20 刀补取消 10 编程轨迹 法向刀补矢量 刀补引入 10 20 50 X
自动 刀补
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（4）注意事项与说明
① 刀具左右补偿判断方法为：沿垂直于补偿所在平面(如XY平面)的坐标轴的负 方向(-Z)看去，刀具中心位于编程前进方向的左侧，即为左补偿；刀具中心位于编程 前进方向的右侧，即为右补偿。在进行刀具半径补偿前，必须用G17或G18、G19指定 刀具补偿是在哪个平面上进行的。
⑤
⑥ 补偿。 ⑦
当刀补数据为负值时，则G41、G42功效互换。
G41、G42指令不要重复规定，否则会产生一种特殊的
G40、G41、G42都是模态代码，可相互注销。
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（5）刀具半径补偿应用实例
已知某零件如下图所示， 工件材料为5mm厚的铝板， 编写工件外轮廓精加工程 序。 加工刀具：直径φ10的立 铣刀；安全高度10mm；切 削用量：主轴转速 600r/min，进给速度 300mm/min；采用顺铣，上 平面为Z0。
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3.2.2轮廓铣削常用编程指令 1.坐标平面选择指令（G17、G18、G19）
G17～G19分别表示刀具的圆弧插补平面和刀具半径补偿平面 为空间坐标系中的XY、ZX、YZ平面。对于立式数控铣床， G17为缺省值，即可以省略。
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2.圆弧插补指令 G02、G03
③
在指定刀补平面执行刀补时，不能出现连续两个非坐标轴
移动类指令或非刀补平面坐标移动，否则将可能产生过切或少切现 象。非坐标轴移动类指令大致有以下几种：M指令；S指令；暂停指
令；某些G指令，如：G90，G91 X0等。非刀补平面坐标移动，如
G00 Z-10（刀补平面为XY平面时）。
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图3-1 连杆零件图
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3.3 任务决策和执行
1.工艺过程
①粗铣高度为16mm凸台； ②粗铣高度为8mm凸台； ③精铣高度为8mm凸台； ④精铣高度为16mm凸台；
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2.刀具与工艺参数
见表3-3、表3-4。
表3-3
单 位
刀具 号 T01 T02
பைடு நூலகம்
左刀 补
Ｚ
注:垂直ZX补偿平面 为Y轴,应沿Y轴正方
右刀补
右刀补
向往负方向看,即从
页面背后往前面看
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（4）注意事项与说明
② 刀补的引入和取消要求必须在G00或G01程序段 ，不应在
G02/G03程序段上进行。 如G41 G02 X20 Y0 R10 D01 通常会导致机床报警。
模块一 数控铣床编程与加工技术
加工路线：A—B—C—D—E—F—G—H—I，逆铣加工。 各点坐标为：
A（101，-20） B（81，-20） C（61， 0）
D（39.049，19.905） E（-42.171，11.943 ）
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加工程序如下： O0001 N102G0G17G40G49G80G90 N106G0G90G54X101.Y-20.S320M3 刀具快速定位，主轴启动 N108Z50. 抬刀至安全高度 N110Z10. 下刀至参考高度 N112G1Z-4.F100. Z平面第一层切削 N114G42D1X81.F80. 建立刀具半径右补偿D1=10.2 N116G2X61.Y0.R20. 切向切入 N118G3X39.049Y19.905R20. N120G1X-42.171Y11.943 N122G3Y-11.943R12. N124G1X39.049Y-19.905
3.装夹方案 连杆零件毛坯用虎钳装夹，底部用垫铁支撑。
4.程序编制
在φ 40圆台中心建立工件坐标系，Z轴原点设在顶面上。 （1）轮廓粗加工 ① 16mm凸台粗加工 凸台轮廓的粗加工采用分层铣削的方式。零件的粗、精加 工，采用同一把刀具，同一加工程序，通过改变刀具半径 补偿值的方法来实现。粗加工单边留余量0.2mm。具体加 工路线如下图所示。
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2.轮廓铣削的切削参数 （1）铣刀每齿进给量
每齿进给量参考值见表3-1
表3-1 铣刀每齿进给量参考值
fz/㎜
工件材料
高速钢铣刀 钢 铸铁 0.10～0.15 0.12～0.20
粗铣
硬质合金铣刀 0.10～0.25 0.02～0.05 0.15～0.30 高速钢铣刀
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（２）编程格式 格式 说明： G40：取消刀具半径补偿； G41：左刀补(在刀具前进方向左侧补偿)；
G42：右刀补(在刀具前进方向右侧补偿)；
G17、G18、G19：刀具半径补偿平面； D：G41/G42 的参数，即刀补号码(D00～D99)
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