数控加工基础知识课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,数控加工技术,*,第二章 数控加工基础知识,第二章 数控加工基础知识,1,数控加工技术,第二章,数控加工编程基础,目 录,第一节 数控编程概述,第二节 数控加工工艺路线的拟定,第三节 数控机床坐标系,第四节 数控程序的格式与组成,第五节,数控加工工艺文件的编制,习题,2,数控加工技术,第一节 数控编程概述,一、数控编程的作用与目的,数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对毛坯进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数（主轴转数、进给量、吃刀量等）以及辅助功能（换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等），按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这一程序单中的内容记录在控制介质上（如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器），然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。,这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。,3,数控加工技术,二、数控编程的内容和步骤：,（一）数控编程的内容,数控编程的主要内容包括：分析零件图样，确定加工工艺过程；确定走刀轨迹，计算刀位数据；编写零件加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试加工。,（二）数控编程的步骤,图,2-1,程序编制的步骤,第一节 数控编程概述,4,数控加工技术,图,2-1,数控编程过程,第一节 数控编程概述,5,数控加工技术,1,分析零件图样和工艺处理,加工工艺就是零件加工的方法和步骤。,1.分析零件图样，进行工艺分析，确定加工方法,2.排列加工工序（包括毛坯制造、热处理、和检验工序）,3.确定定位装夹方法,4.进退刀位置,5.确定走刀路线,6.选择刀具确定切削用量,第一节 数控编程概述,6,数控加工技术,1,）、,分析零件图样，进行工艺分析，确定加工方法,一个零件往往有多个可行的加工方案，编程人员应根据零件的尺寸,精度,、表面,粗糙度,、工件,材料,和热处理,条件,、工件的结构,形状,和尺寸,大小,、,刀具,的形状、机床的,行程,、零件的,安装,方法及,编程,的难易程度，本着合理、经济、可行的原则，选定一个比较好的加工方案，确定加工顺序、走刀路线、选择合适的数控机床、设计夹具、选择刀具、确定合理的切削用量等。使在加工过程中，在保证质量的前提下，得到较高的效率，并能充分发挥数控机床的功能。,第一节 数控编程概述,7,数控加工技术,定位基准,的选择是决定加工顺序的重要因素。在安排加工工序之前，应先找出零件的主要加工表面，并了解它们之间主要的,相互位置精度,要求。定位基准的选择对零件各主要表面的相互位置精度又有着直接的影响，一些彼此有较高精度要求的表面应尽量在一次安装下加工出来，这样可减少零件的安装误差对它们之间的相互位置精度的影响。,2） 加工工序,第一节 数控编程概述,8,数控加工技术,作为精基准的表面应提前加工。,一般零件大致的加工顺序是：,精基准的加工；主要表面的粗加工；,次要表面的加工；主要表面的精加工；,最终检查。,第一节 数控编程概述,9,数控加工技术,3） 定位加紧方式,尽量选择通用、组合夹具，零件的定位基准与设计基准,重合，以减少定位误差；应特别注意要迅速完成工件的定,位和夹紧过程，以减少辅助时间，必要时可以考虑采用专,用夹具。,在数控加工中，即要保证加工质量，又要减少辅助时间，提高加工效率。要注意选用能准确和迅速定位并夹紧工件的装夹方法和夹具，尽量减少装夹次数，以减少定位误差，力争做到：在一次装夹后，能加工出全部待加工表面。,第一节 数控编程概述,10,数控加工技术,4） 进退刀位置,外轮廓加工时，刀具最好沿零件周边的切线方向切入、切出，以保证零件轮廓的光滑，如果刀具沿轮廓的法线方向直接上刀或退刀，就会在零件的切削面上留下明显的刀痕，影响表面加工质量。,合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击；在连续铣削平面内外轮廓时，应安排好刀具的切入、切出路线。尽量沿轮廓曲线的延长线切入、切出，以免交接处出现刀痕。,第一节 数控编程概述,11,数控加工技术,（,a,）铣曲线轮廓板,（,b,）铣直线轮廓,图,2-2,刀具的切入切出路线,第一节 数控编程概述,12,数控加工技术,内轮廓加工时，应在距轮廓切削点一定距离的适当位置预先打一个垂直下刀孔，先进行适当地粗加工，精加工时，刀具最好沿弧线切入、切出。切记不要在轮廓的切削点处直接退刀，以免在取消刀补时，刀具与工件碰撞，造成工件报废或断刀事故。,图,2-3,刀具的切入切出路线,第一节 数控编程概述,13,数控加工技术,5） 走刀路线,应考虑数控机床使用的,合理性,及,经济性,，,尽量缩短加工路线，减少空行程时间和换刀次数，以提高生产率；尽量使数值计算方便，程序段少，以减少编程工作量；,走刀路线与工件的加工精度和粗糙度直接相关。其确,定原则是：,使数值计算容易，以减少编程工作量；,尽量使走刀路线最短，减少刀具空程距离和时间。,粗加工逆铣，精加工顺铣；,内加工分层处理，行切、环切相结合,。,第一节 数控编程概述,14,数控加工技术,逆铣：指在铣刀与工件相切的点上，刀齿旋转的切线方向与工件进给方向相反（与刀具的进给方向相同）。,图,2-4,逆铣,第一节 数控编程概述,15,数控加工技术,顺铣,：指在铣刀与工件的相切点，刀齿旋转的切线方向与工件的进给方向相同（与刀具的进给方向相反）。,图,2-5,顺铣,第一节 数控编程概述,16,数控加工技术,用行切法则在两次走刀的起点与终点处会留下残余高度。,用环切法虽可克服上述缺点，但计算量大。,先用行切法，最后再环切一刀，可得到较好的效果，综合法,。,图,2-6,行切与环切,第一节 数控编程概述,17,数控加工技术,6）合理地选用刀径及切削用量,应根据工件材料的性能，机床的加工能力，加工工序的类型，切削用量以及其他与加工有关的因素来选择刀具。对刀具总的要求是：安装调整方便，刚性好，精度高，使用寿命长等。,图,2-7,切深,第一节 数控编程概述,18,数控加工技术,切削用量包括：主轴转速、进给速度、切削深度等。,切削深度,由机床、刀具、工件的刚度确定，在刚度允许的条件下，粗加工取较大切削深度，以减少走刀次数，提高生产率 ，一般为2,10mm，,余量为0.20.5,mm，,由精加工清理；精加工取较小切削深度，以获得表面质量。,主轴转速,由机床允许的切削速度及工件直径选取。进给速度则按零件加工精度、表面粗糙度要求选取，粗加工取较大值，精加工取较小值。,最大进给速度,受机床刚度及进给系统性能限制。,第一节 数控编程概述,19,数控加工技术,7,）编程原点和编程坐标系：编程坐标系是指在数控编程时，在工件上确定的基准坐标系，其原点也是数控加工的对刀点。要求所选择的编程原点及编程坐标系应使程序编制简单；编程原点应尽量选择在零件的工艺基准或设计基准上，并在加工过程中便于检查的位置；引起的加工误差要小。,第一节 数控编程概述,20,数控加工技术,2,数学处理（运动轨迹坐标计算）,完成工艺处理后，下一步需根据零件的几何形状、尺寸、走刀路线先选择工件坐标系（编程坐标系），计算粗、精加工各运动轨迹，得到刀位数据。一般的数控系统均具有直线插补与圆弧插补功能。对于点定位的数控机床（如数控冲床）一般不需要计算；对于加工由圆弧与直线组成的较简单的零件轮廓加工，需要计算出零件轮廓线上各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标、两几何元素的交点或切点的坐标值；当零件图样所标尺寸的坐标系与所编程序的坐标系不一致时，需要进行相应的换算；若数控机床无刀补功能，则应计算刀心轨迹；对于形状比较复杂的非圆曲线（如渐开线、双曲线等）的加工，需要用小直线段或圆弧段逼近，按精度要求计算出其节点坐标值；自由曲线、曲面及组合曲面的数学处理更为复杂，需利用计算机进行辅助设计。,第一节 数控编程概述,21,数控加工技术,3,编写加工程序单,在加工顺序、工艺参数以及刀位数据确定后，就可按数控系统的指令代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序单。编程人员应对数控机床的性能、指令功能、代码书写格式等非常熟悉，才能编写出正确的零件加工程序。对于形状复杂（如空间自由曲线、曲面）、工序很长、计算烦琐的零件采用计算机辅助数控编程。,对于加工过程比较复杂的工件还应附上必要的加工示意图、刀具卡片和刀具布置图、机床调整卡、工序卡及必要的说明。,4,、输入数控程序,程序编写好之后，可通过键盘直接将程序输入数控系统，或者通过数据线或者网线，利用传输软件传送到机床。,第一节 数控编程概述,22,数控加工技术,5,程序校验和试切,经过试运行和试加工两步检验后，才能进行正式加工。通过试运行，检验程序语法是否有错，加工轨迹是否正确；通过试加工可以检验其加工工艺及有关切削参数指定得是否合理，加工精度能否满足零件图样要求，加工工效如何，以便进一步改进。,程序的校验的方法有：,仿真软件模拟,启动机床，按照输入的程序进行空运转，检查机床运动轨迹的正确性。,在具有走刀轨迹显示屏的数控机床上，进行工件的模拟加工，检查走刀轨迹的正确性。,用易加工材料，如塑料、木材、石蜡等，代替零件材料进行试切削 。,第一节 数控编程概述,23,数控加工技术,三、数控编程的方法,1,手工编程,从工件的图样分析、工艺过程的确定、数值计算到编写加工程序单、制作控制介质等都是人手工完成的。整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力）,第一节 数控编程概述,图,2-3,手工编程,*本书主要讲解手工编程。,24,数控加工技术,据国外统计：,用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为,30,：,1,。,数控机床不能开动的原因中，有,2030%,是由于加工程序不能及时编制出造成的。,编程自动化是当今的趋势！,第一节 数控编程概述,25,数控加工技术,2,自动编程,自动编程也称为计算机辅助编程。,编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定， 将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。,它包括数控语言编程和图形交互式编程。,自动编程适用于：形状复杂的零件；虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）；虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）。,自动编程,第一节 数控编程概述,26,数控加工技术,一、数控加工工艺设计主要内容,数控加工工艺内容的选择,数控加工工艺性分析,数控加工工艺路线设计,第二节 数控加工工艺路线的拟定,27,数控加工技术,对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成，而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。,在数控加工中无论是手工编程还是自动编程，编程以前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量。,在编程中，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需做一些处理。因此程序编制中的工艺分析是一向十分重要的工作。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,（一）数控加工工艺内容的选择,28,数控加工技术,机床的合理选用, 要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品, 有利于提高生产率。, 尽可能降低生产成本,(,加工费用,),。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,29,数控加工技术,数控机床加工的适用范围可用图定性分析。,图,2-4,零件复杂程度与零件批量的关系 图,2-5,零件批量与总加工费用的关系,第二节 数控加工工艺路线的拟定,30,数控加工技术,2,、不适于数控加工的内容,需要用较长时间占机调整的加工内容。,加工余量极不稳定，数控机床上无法自动调整零件坐标位置的加工内容。,不能在一次安装中加工完成的零星分散部位，采用数控加工很不方便，效果不明显，可以安排普通机床补充加工。,普通机床无法加工的内容应作为优先选择内容。,普通机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容。,普通机床效率低，工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚有加工能力的基础上进行选择。,1,、适于数控加工的内容,第二节 数控加工工艺路线的拟定,31,数控加工技术,（二） 数控加工工艺性分析,数控加工工艺，是采用数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的总和，应用于整个数控加工工艺过程。数控加工工艺是伴随着数控机床的产生、发展而逐步完善起来的一种应用技术，它是人们大量数控加工实践的经验总结。,数控加工工艺过程，是利用切削工具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,32,数控加工技术,1,、零件图样分析,（1）零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点。,在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。,如图（,a,）,在数控加工零件图上，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，又有利于设计基准、工艺基准、测量基准和编程原点的统一。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,33,数控加工技术,零件设计人员在尺寸标注时，一般总是较多地考虑装配等使用特性，因而常采用,如图,(b),所示,的局部分散的标注方法，这样就给工序安排和数控加工带来诸多不便。由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的累积误差而破坏零件的使用特性，因此，可将局部的分散标注法改为同一基准标注或直接标注坐标尺寸。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,34,数控加工技术,（2）构成零件轮廓的几何元素的条件应充分,构成零件轮廓的几何元素（点、线、面）的条件（如相切、相交、垂直和平行等），是数控编程的重要依据。手工编程时，要依据这些条件计算每一个节点的坐标；自动编程时，则要根据这些条件对构成零件的所有几何元素进行定义,.,（,3,）分析被加工零件的设计图纸，根据标注的尺寸公差和形位公差等相关信息，将加工表面区分为重要表面和次要表面，并找出其设计基准，进而遵循基准选择的原则，确定加工零件的定位基准，分析零件的毛坯是否便于定位和装夹，夹紧方式和夹紧点的选取是否会有碍刀具的运动，夹紧变形是否对加工质量有影响等。为工件定位、安装和夹具设计提供依据。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,35,数控加工技术,2.,零件的结构工艺性应符合数控加工的特点,（,1,）零件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数，方便编程，提高生产效益。,（,2,）内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小。对于如图所示零件，其结构工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转角圆弧半径的大小等因素有关。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,36,数控加工技术,图,(b),与,(a),相比，转角圆弧半径,R,大，可以采用直径较大的立铣刀来加工；加工平面时，进给次数也相应减少，表面加工质量也会好一些，因而工艺性较好。反之，工艺性较差。通常,R,0.2H(H,为被加工工件轮廓面的最大高度,),时，可以判定零件该部位的工艺性不好。,图,3-3,数控加工工艺性对比,第二节 数控加工工艺路线的拟定,37,数控加工技术,（,3,）零件铣槽底平面时，槽底圆角半径,r,不要过大。如图所示，铣刀端面刃与铣削平面的最大接触直径,d,D-2r(D,为铣刀直径,),，当,D,一定时，,r,越大，铣刀端面刃铣削平面的面积越小，加工平面的能力就越差，效率越低，工艺性也越差。当,r,大到一定程度时，甚至必须用球头铣刀加工，这是应该尽量避免的。,图3-4 零件底面圆弧对加工工艺的影响,（,4,）尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工，为此要选择便于各个表面都能加工的定位方式；若需要二次装夹，应采用统一的基准定位。在数控加工中若没有统一的定位基准，会因工件重新安装产生定位误差，从而使加工后的两个面上的轮廓位置及尺寸不协调，因此，为保证二次装夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的定位基准。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,38,数控加工技术,3,、定位基准可靠,在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台。如图,(a),所示的零件，为增加定位的稳定性，可在底面增加一工艺凸台，如图,(b),所示。在完成定位加工后再除去。,（,b,）改进后的结构,（,a,）改进前的结构,图,3-5,工艺凸台的应用,第二节 数控加工工艺路线的拟定,39,数控加工技术,4,、统一几何类型及尺寸,零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称，便于利用数控机床的镜向加工功能来编程，以节省编程时间。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,40,数控加工技术,（三）数控加工工艺路线的设计,数控加工工艺路线设计与普通机床加工工艺路线设计的主要区别,在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与其它加工工艺衔接好。常见工艺流程如右图所示。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,41,数控加工技术,（1）按零件装卡定位方式划分工序。,（以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态）。,如图所示的片状凸轮，按定位方式可分为两道工序，第一道工序可在数控机床上也可普通机床上进行。以外圆表面的,B,平面定位加工端面,A,和直径,22H7,的内孔，然后再加工端面,B,和,4H7,的工艺孔；第二道工序以已加工过的两个孔和一个端面定位，在另一台数控铣床或加工中心上铣削凸轮外表面轮廓。,图 片状凸轮,第二节 数控加工工艺路线的拟定,1,、工序的划分,42,数控加工技术,（,2,）以粗、精加工划分工序。,对于经加工后易发生变形的工件，由于对粗加工后可能发生的变形需要进行校形，故一般来说，凡要进行粗、精加工的过程，都要将工序分开。,如图所示批量生产的零件，第一道工序在数控车床上进行粗车削时，应切除整个零件的大部分余量；第二道工序在另一台数控车床上进行半、精车削，以保证加工精度和表面粗糙度的要求。,图 车削加工的零件,第二节 数控加工工艺路线的拟定,43,数控加工技术,（,3,）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出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制（主要是内存容量），机床连续工作时间的限制（如一道工序在一个工作班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。,（,4,）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。,第二节 数控加工工艺路线的拟定,44,数控加工技术,2,、顺序的安排,顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。顺序安排一般应按以下原则进行：,（,1,）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑；,（,2,）先进行内腔加工，后进行外形加工；,（,3,）以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数；,第二节 数控加工工艺路线的拟定,45,数控加工技术,第二节 数控加工工艺路线的拟定,二、数控加工的工艺路线分析,（一）加工工序划分：,常用的工序划分原则有以下两种,1,、保证精度的原则,数控加工要求工序尽可能集中，常常粗、精加工在一次装夹下完成，为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。对轴类或盘类零件，将各处先粗加工，留少量余量精加工，来保证表面质量要求。同时，对一些箱体工件，为保证孔的加工精度，应先加工表面而后加工孔。,2,、提高生产效率的原则,数控加工中，为减少换刀次数，节省换刀时间，应将需用同一把刀加工的加工部位全部完成后，再换另一把刀来加工其它部位。同时应尽量减少空行程，用同一把刀加工工件的多个部位时，应以最短的路线到达各加工部位。,*实际中，数控加工工序要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况,综合考虑。,46,数控加工技术,第二节 数控加工工艺路线的拟定,（二）加工路线的确定,1,、车圆锥的加工路线分析,图,2-9,车圆锥的加工路线,数控车床上车外圆锥，假设圆锥大径为,D,，小径为,d,，锥长为,L,，车圆锥的加工路线,如图所示。,图（,a,）,：阶梯切削路线，二刀粗车，最后一刀精车；二刀粗车的终刀距,S,要作精确的计算：,此加工路线，粗车时，刀具背吃刀量相同，但精车时，背吃刀量不同；刀具切削运动的路线最短。,图（,b,）,：相似斜线切削路线，也需计算粗车时终刀距,S,按此种加工路线，刀具切削运动的距离较短 。,图（,c,）,：斜线加工路线，只需确定了每次背吃刀量,ap,，而不需计算终刀距，编程方便。但在,每次切削中背吃刀量是变化的，且刀具切削运动的路线较长。,47,数控加工技术,第二节 数控加工工艺路线的拟定,2,、车圆弧的加工路线分析,图,2-10,阶梯切削路线车圆弧,如图所示,为车圆弧的阶梯切削路线。即先粗车成阶梯，最后一刀精车出圆弧。此方法在确定了每刀吃刀量,ap,后，须精确计算出粗车的终刀距,S,，即求圆弧与直线的交点。,此方法刀具切削运动距离较短，但数值计算较繁。,（,a,）,图,2-11,同心圆弧切削路线车圆弧,（,b,）,图（,a,）,为车圆弧的同心圆弧切削路线。即用不同的半径圆来车削，最后将所需圆弧加工出来。此方法在确定了每次吃刀量,ap,后，对,90,圆弧的起点、终点坐标较易确定，,数值计算简单，编程方便，常采用,。但按,图（,b,）,加工时，,空行程时间较长。,48,数控加工技术,第二节 数控加工工艺路线的拟定,图,2-12,车锥法切削路线车圆弧,如图所示,为车圆弧的车锥法切削路线。即先车一个圆锥，再车圆弧。但要注意，车锥时的起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆锥表面，也可能将余量留得过大。确定方法如图所示，连接,OC,交圆弧于,D,，过,D,点作圆弧的切线,AB,。,此方法数值计算较繁，刀具切削路线短。,49,数控加工技术,第二节 数控加工工艺路线的拟定,3,、车螺纹时轴向进给距离的分析,车螺纹时，刀具沿螺纹方向的进给应与工件主轴旋转保持严格的速比关系。考虑到刀具从停止状态到达指定的进给速度或从指定的进给速度降至零，驱动系统必有一个过渡过程，沿轴向进给的加工路线长度，除保证加工螺纹长度外，还应增加,1,（,5mm),的刀具引入距离和,2,（,2mm),的刀具切出距离，,如图所示,。这样来保证切削螺纹时，在升速完成后使刀具接触工件，刀具离开工件后再降速。,图,2-13,切削螺纹时引入、引出距离,50,数控加工技术,第二节 数控加工工艺路线的拟定,4,、轮廓铣削加工路线的分析,对于连续铣削轮廓，特别是加工圆弧时，要注意安排好刀具的切入、切出，要尽量避免交接处重复加工，否则会出现明显的界限痕迹。,如图,2-14,所示,，用圆弧插补方式铣削外整圆时，要安排刀具从切向进入圆周铣削加工，当整圆加工完毕后，不要在切点处直接退刀，而让刀具多运动一段距离，最好沿切线方向，以免取消刀具补偿时，刀具与工件表面相碰撞，造成工件报废。铣削内圆弧时，也要遵守从切向切入的原则，安排切入、切出过渡圆弧，,如图,2-15,所示,，若刀具从工件坐标原点出发，其加工路线为,12345,，这样，来提高内孔表面的加工精度和质量。,图,2-14,铣削外圆加工路线,图,2-15,铣削内孔加工路线,51,数控加工技术,第二节 数控加工工艺路线的拟定,5,、位置精度要求高的孔加工路线的分析,对于位置精度要求精度较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，就有可能将沿坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度。,如图所示,，,图（,a,）,为零件图，在该零件上加工的六个尺寸相同的孔，有两种加工路线。当按,（,b,） 图,所示路线加工时，由于,5,、,6,孔与,1,、,2,、,3,、,4,孔定位方向相反，在,Y,方向反向间隙会使定位误差增加，而影响,5,、,6,孔与其它孔的位置精度。按,图（,c,）,所示路线，加工完,4,孔后，往上移动一段距离到,P,点，然后再折回来加工,5,、,6,孔，这样方向一致，可避免反向间隙的引入，提高,5,、,6,孔与其它孔的位置精度。,图,2-16,孔加工路线示意图,52,数控加工技术,第二节 数控加工工艺路线的拟定,6,、铣削曲面的加工路线的分析,铣削曲面时，常用球头刀采用“行切法”进行加工。所谓行切法是指刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离是按零件加工精度的要求确定。对于边界敞开的曲面加工，可采用两种加工路线。,如图,2-17,所示,，对于发动机大叶片，当采用,图（,a,）,的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。当采用,图（,b,）,的加工方案时，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度高，但程序较多。由于曲面零件的边界是敞开的，没有其他表面限制，所以曲面边界可以延伸，球头刀应由边界外开始加工。,图,2-17,曲面加工的加工路线,53,数控加工技术,第二节 数控加工工艺路线的拟定,三、,数控加工工序的设计,（一）确定走刀路线和安排加工顺序,走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点：,1,、确定走刀路线和安排加工顺序,如加工,图,(a),所示,零件上的孔系。,(a),零件图样,(b),路线,1,如,(b),图,的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。,(c),路线,2,若改用,(c),图,的走刀路线，减少空刀时间，则可节省定位时间近一倍，提高了加工效率。,图,2-18,最短走刀路线的设计,54,数控加工技术,第二节 数控加工工艺路线的拟定,2,、最终轮廓一次走刀完成,为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。,如,图,(a),为用行切方式加工内腔的走刀路线，这种走刀能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度，而达不到要求的表面粗糙度。所以如采用,图,(b),的走刀路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好的效果。,图,(c),也是一种较好的走刀路线方式。,(a),路线,1,(b),路线,2,(c),路线,3,图,2-19,铣削内腔的三种走刀路线,55,数控加工技术,第二节 数控加工工艺路线的拟定,3,、选择切入切出方向,考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕，,如图所示,。,图,2-20,刀具切入和切出时的外延,56,数控加工技术,第二节 数控加工工艺路线的拟定,3,、选择使工件在加工后变形小的路线,对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线。安排工步时，应先安排对工件刚性破坏较小的工步。,57,数控加工技术,第二节 数控加工工艺路线的拟定,（二）确定定位和夹紧方案，在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：,1,、尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；,2,、尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面；,3,、避免采用占机人工调整时间长的装夹方案；,4,、夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。,58,数控加工技术,如图,(a),薄壁套的轴向刚性比径向刚性好，用卡爪径向夹紧时工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形会小得多。,(a),薄壁套,在夹紧,图,(b),所示,的薄壁箱体时，夹紧力不应作用在箱体的顶面，应作用在刚性较好的凸边上,(b),改进方法,1,如图,(c),所示,，改为在顶面上三点夹紧，改变着力点位置，以减小夹紧变形。,(c),改进方法,2,59,数控加工技术,在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为,加工路线,。所谓“,刀位点,”是,指刀具的定位基准点。,平头铣刀 球头铣刀 车刀 钻头,3.1 数控加工工艺分析,（三）确定刀具与工件的相对位置,60,数控加工技术,对刀点,数控机床在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。,对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。,对刀点可以设置在被加工零件上，也可以设置在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置，对刀点往往就选择在零件的加工原点。,在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”。,所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。,每把刀具的半径与长度尺寸都是不同的，刀具装在机床上后，应在控制系统中设置刀具的基本位置。,3.1 数控加工工艺分析,61,数控加工技术,第三节 数控机床坐标系,一、机床坐标系,坐标轴的运动方向及其命名,统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，可使编程方便，并使编出的程序对同类型机床有通用性。同时也给,维修和使用带来极大的方便。,ISO,和我国都拟定了命名的标准。,(,我国已制订了,JB3051-82,数控机床坐标和运动方向的命名,数控标准，它与,ISO841,等效。,),62,数控加工技术,ISO,和中国标准规定：,坐标轴：,数控装备的每个进给轴,(,直线进给、圆周进给,),定义为坐标系中的一个坐标轴。,数控装备坐标系统标准：,右手笛卡儿坐标系统,基本坐标系：,直线进给运动的,坐标系（,X.Y.Z,）。坐标轴相互关,系：由右手定则决定。,回转坐标：,绕,X.Y.Z,轴转动的圆,周进给坐标轴分别用,A.B.C,表示，,坐标轴相互关系由右手螺旋法则,而定,。,X,Y,Z,X,、,Y,、,Z,+A,、,+B,、,+C,X,Z,Y,+C,+B,+A,第三节 数控机床坐标系,63,数控加工技术,标准坐标系采用右手直角笛卡儿定则。基本坐标轴,x、Y、z,的关系及其正方向用右手直角定则判定。,拇指为,x,轴，食指为,Y,轴，中指为,z,轴，围绕,x、Y、z,各轴的回转运动及其正方向+,A、 +B、 +C,分别用右手螺旋定则判定，拇指为,x、Y、z,的正向，四指弯曲的方向为对应的,A、B、C,的正向。,第三节 数控机床坐标系,64,数控加工技术,不论机床的具体结构，一律看作是工件相对静止，刀具运动。当刀具相对不动，而工件相对于刀具移动实现进给运动时，应在各轴字母后加上,“,”,表示工件运动坐标系。按相对运动关系，工件运动的正方向恰好与刀具运动的正方向相反。,直线坐标轴,X、Y、Z,的判定顺序：先确定,Z,轴，再确定,X,轴，最后按右手定则判定,Y,轴。,增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴正方向,1,、 机床坐标轴的确定,第三节 数控机床坐标系,65,数控加工技术,2,、坐标轴方向的确定,（,1,）、,Z,坐标轴的确定,1,）方位,Z,坐标平行主轴轴线的进给轴。,没有主轴或有多个主轴：,垂直于工件装夹面的方向为,Z,坐标。,主轴能摆动,：,在摆动的范围内其轴线只与标准坐标系中的某一坐标平行时，则该坐标便是,Z,坐标；,若在摆动的范围内其轴线可与多个坐标平行，则取垂直于工件装夹面的方向为,Z,坐标。,第三节 数控机床坐标系,66,数控加工技术,2,）,Z,坐标正方向规定：,刀具远离工件的方向。,第三节 数控机床坐标系,67,数控加工技术,（,2,）、,X,坐标,要考虑两种情况：,1,）工件做旋转运动（车床、磨床等）：,则刀具离开工件的方向为,X,坐标的正方向。,+X,+Z,第三节 数控机床坐标系,68,数控加工技术,2,）如果刀具做旋转运动（铣床、钻床、镗床等） ，则分为两种情况：,若,Z,轴为水平,(,如卧式铣床、镗床,),，则,沿刀具主轴后端向工件方向看,，,X,坐标的正方向指向右边。,若,Z,轴为垂直,(,如立式铣、镗床，钻床,),，,单立柱机床，,从刀具向立柱看,时，,X,的正方向指向右边；,双立柱机床(龙门机床)，,从刀具向左立柱看,时，,X,轴的正方向指向右,边。,第三节 数控机床坐标系,69,数控加工技术,多轴数控机床坐标系示例,(a),卧式镗铣床；,(b),六轴加工中心,第三节 数控机床坐标系,70,数控加工技术,Z,X,Y,第三节 数控机床坐标系,71,数控加工技术,+Z,+X,/,+Y,+C,/,第三节 数控机床坐标系,72,数控加工技术,（,3,）、,Y,坐标,利用已确定的,X,、,Z,坐标的正方向，用右手定则或右手螺旋法则，确定,Y,坐标的正方向。,右手定则：,大姆指指向,+X,，中指指向,+Z,，则,+Y,方向为食指指向。,右手螺旋法则：,在,X Z,平面，从,Z,至,X,，姆指所指的方向为,+y,。,第三节 数控机床坐标系,73,数控加工技术,（,4,）、旋转运动,A、B,和,C,绕,X.Y.Z,轴转动的圆进给坐标轴分别用,A.B.C,表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定。,第三节 数控机床坐标系,74,数控加工技术,（,5,）、附加坐标系,为了编程和加工的方便，有时还要设置附加坐标系。,对于直线运动，通常建立的附加坐标系有：,（,1,）指定平行于,X,、,Y,、,Z,的坐标轴,可以采用的附加坐标系：第二组,U,、,V,、,W,坐标，第三组,P,、,Q,、,R,坐标。,（,2,）指定不平行于,X,、,Y,、,Z,的坐标轴,也可以采用的附加坐标系：第二组,U,、,V,、,W,坐标，第三组,P,、,Q,、,R,坐标。,第三节 数控机床坐标系,75,数控加工技术,（,6,）、对于工件运动的方向规定,工件运动的机床，必须将刀具运动所作的规定作相反的安排，,用带的字母,，表示工件相对于刀具的正向运动指令。,对于编程、工艺人员只考虑不带的运动方向。,（,7,）、 主轴旋转运动的方向,主轴的顺时针旋转运动方向（正转），是,按右旋螺纹进入工件的方向,。（铣床）,第三节 数控机床坐标系,76,数控加工技术,+Z,+X,+Y,+Z,+X,/,+Y,根据所示的数控铣床结构图，试确定,X,、,Y,、,Z,直线坐标。,第三节 数控机床坐标系,77,数控加工技术,3.,机床坐标系与工件坐标系,编程总是基于某一坐标系统的，因此，弄清楚数控,机床坐标系和工件坐标系的概念及相互关系是至关重要的。,（,1,）、机床原点与机床坐标系,1,）机床原点（零点）,机床坐标系原点是在机床调试完成后便确定了，是机床上固有的点。,机床原点的建立：,用回零方式建立即原点复归（相当于计算机编程中变量在内存中的初始化）。,机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程。,第三节 数控机床坐标系,78,数控加工技术,在数控车床上，机床原点一般取在,卡盘后端面与主轴中心线的交点处,，同时，通过设置参数的方法，,也可将机床原点设定在,X、Z,坐标的正方向极限位置上,。,在数控铣床上，机床原点一般取在,X、Y、Z,坐标的正方向极限位置上。,第三节 数控机床坐标系,79,数控加工技术,2,）机床坐标系,以机床原点为坐标系原点的坐标系，是机床固有的坐标系，它具有唯一性。,机床坐标系是数控机床中所建立的工件坐标系的参考坐标系。,注意：机床坐标系一般不作为编程坐标系，仅作为工件坐标系的参,考坐标系。,3,）机床参考点,机床参考点的位置是由机床制造厂家在每个进给轴上用限位开关精确调整好的。因此参考点对机床原点的坐标是一个已知数。,通常在数控铣床上机床原点和机床参考点是重合的；而在数控车床上机床参考点是离机床原点最远的极限点。,数控机床开机时，必须先确定机床原点，,而确定机床原点的运动就是回参考点的操作，,这样通过确认参考点，就确定了机床原点。,只有机床参考点被确认后，机床原点才被确认，刀具（或工作台）移动才有基准。,第三节 数控机床坐标系,80,数控加工技术,第三节 数控机床坐标系,81,数控加工技术,机床原点的建立：用回零（或回参考点）方式建立，刀架带动挡铁压下行程开关2、4时，相应机床坐标清零。,回零,（或回参考点,）的,实质是建立机床坐标系,。,第三节 数控机床坐标系,82,数控加工技术,Y,轴偏置量,X,轴偏置量,工件原点,Z,轴偏置量,Y,轴,机床原点,X,轴,Z,轴,卧式数控机床的坐标系,X,轴,Z,轴偏置量,Y,轴,Y,轴偏置量,X,轴偏置量,机床原点,工件原点,立式数控机床的坐标系,Z,轴,第三节 数控机床坐标系,83,数控加工技术,第三节 数控机床坐标系,84,数控加工技术,二、编程坐标系,编程坐标系是编程人员根据零件图样及加工工艺等建立的坐标系。编程坐标系一般供编程使用，确定编程坐标系时不必考虑工件毛坯在机床上的实际装夹位置。,编程原点,是根据加工零件图样及加工工艺要求选定的编程坐标系的原点。 编程原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上，编程坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床相应的坐标轴方向一致。,第三节 数控机床坐标系,85,数控加工技术,编程坐标系,确定编程原点,第三节 数控机床坐标系,86,数控加工技术,三、加工坐标系,1,、加工坐标系的确定,加工原点与加工坐标系,加工原点：,为编程方便在零件、工装夹具上选定的某一点或与之相关的点。该点也可以与对刀点重合。,加工坐标系：,以加工原点为零点建立的一个坐标系，编程时，所有的尺寸都基于此坐标系计算。,工件原点偏置：,工件随夹具在机床上安装后，工件原点与机床原点间的距离。,现代数控机床均可设置多个工件坐标系，在加工时通过,G,指令进行换。,第三节 数控机床坐标系,87,数控加工技术,加工人员：,则应在装夹工件、调试程序时，将编程原点转换为加工原点，并确定加工原点的位置，在数控系统中给予设定。在加工时，工件各尺寸的坐标值都是相对于加工原点而言的,这样数控机床才能按照准确的加工坐标系位置开始加工。,如右图,中,O3,为加工原点。,在加工过程中，数控机床是按照工件装夹好后所确定的加工原点位置和程序要求进行加工的。,编程人员在编制程序时，只要根据零件图样就可以选定编程原点、建立编程坐标系、计算坐标数值，而不必考虑工件毛坯装夹的实际位置。,第三节 数控机床坐标系,88,数控加工技术,2,、加工坐标系的设定,方法一：在机床坐标系中直接设定加工原点。,例：在配置,FANUC-OM,系统的立式数控铣床上设置加工原点,03,。,（,1,）加工坐标系的选择,编程原点设置在工件轴心线与工件底端面的交点上。,工作台工作面尺寸,800mm320mm,，若工件装夹在接近工作台中间处，则确定了加工坐标系的位置，其加工原点,03,就在距机床原点,O1,为,X3,、,Y3,、,Z3,处。,并且,X3=-345.700mm, Y3=-196.220mm, Z3=-53.165mm,。,第三节 数控机床坐标系,89,数控加工技术,（,2,）设定加工坐标系指令,1,）,G54,G59,为设定加工坐标系指令。,G54,对应一号工件坐标系，其余以此类推。可在,MDI,方式的参数设置页面中，设定加工坐标系。如对已选定的加工原点,O3,，将其坐标值,X3= -345.700mm,Y3= -196.220mm,Z3=-53.165mm,图,2-33,加工坐标系设置,设在,G54,中，则表明在数控系统中设定了,1,号工件加工坐标。设置页面,如图所示,。,2,）,G54,G59,在加工程序中出现时，即选择了相应的加工坐标系。,第三节 数控机床坐标系,90,数控加工技术,方法二：通过刀具起始点来设定加工坐标系。,（,1,）加工坐标系的选择,加工坐标系的原点可设定在相对于刀具起始点的某一符合加工要求的空间点上。,当机床开机回参考点之后，无论刀具运动到哪一点，数控系统对其位置都是已知的。也就是说，,刀具起始点是一个已知点。,（,2,）定加工坐标系指令,图,2-34,设定加工坐标系,G92,为设定加工坐标系指令。在程序中出现,G92,程序段时，即通过刀具当前所在位置即刀具起始点来设定加工坐标系。,第三节 数控机床坐标系,91,数控加工技术,例,：,在图,2-35,中，当,a=50mm,b=50mm,c=10mm,时，试用,G92,指令设定加工,坐标系。,设定程序为,G92 X50 Y50 Z10,图,2-35,设定加工坐标系应用,第三节 数控机床坐标系,92,数控加工技术,3,、机床加工坐标系设定的实例,以数控铣床（,FANUC 0M,）加工坐标系的设定为例,在选择了,如右图所示,的被加工零件图样，并确定了编程原点位置后，可按以下方法进行加工坐标系设定：,图,2-36,零件图样,(1),准备工作：,机床回参考点，确认机床坐标系；,(2),装夹工件毛坯,：,通过夹具使零件定位，并使工件定位基准面与机床运动方向一致；,第三节 数控机床坐标系,93,数控加工技术,(3),对刀测量：,用简易对刀法测量,方法如下,:,用直径为,10,的标准测量棒、塞尺对刀，得到测量值为,X = -437.726, Y = -298.160,如图,2-37,所示,。,Z = -31.833,，,如图,2-38,所示,。,图,2-37 X,、,Y,向对刀方法,图,2-38,Z,向对刀方法,第三节 数控机床坐标系,94,数控加工技术,(5),设定加工坐标系：,将开关放在,MDI,方式下，进入加工坐标系设定页面。输入数据为,:,X= -392.626 Y= -246.460 Z= -32.033,表示加工原点设置在机床坐标系的,X= -392.626; Y= -246.460; Z= -32.033,的位置上。,(6),校定设定值：,对于初学者，在进行了加工原点的设定后，应进一步校对设定值，以保证参数的正确性。校对工作的具体过程如下：在设定了,G54,加工坐标系后，再进行回机床参考点操作，其显示值为：,X +392.626,，,Y +246.460,，,Z +32.033,。,这说明在设定了,G54,加工坐标系后，机床原点在加工坐标系中的位置为：,X +392.626,，,Y +246.460,，,Z +32.033,这反过来也说明,G54,的设定值是正确的。,第三节 数控机床坐标系,95,数控加工技术,第四节 数控程序的格式与组成,字符与代码的定义,字符是用来组织、控制或表示数据的一些符号，如数字、字母、标点符号、数学运算符等。数控系统只能接受二进制信息，所以必须把字符转换成8,bit,信息组合成的字节，用“0”和“1”组合的代码来表达。国际上广泛采用两种标准代码：,（1）,ISO,国际标准化组织标准代码,（,2,）,EIA,美国电子工业协会标准代码,这两种标准代码的编码方法不同，在大多数现代数控机床上这两种代码都可以使用，只需用系统控制面板上的开关来选择，或用,G,功能指令来选择。,96,数控加工技术,一,.,程序的结构,程序号,O2000;,N01 G90 G92 X0 Y0 Z5 ;,N02 G91 G17 G00 X-85 Y-25 ;,N03 S400 M03 ;,N04 Z-10 M08 ;,N05 G01 X85 F300 ;,N06 G03 Y50 I0 J25 ;,N07 G01 X-75;,N08 Y-60 ;,N09 G00 Z10 M09 ;,N10 G90 X0 Y0 ;,N11 M05 ;,N12 M30 ;,程 序 内 容,程序结束,程序段：,程序段号功能字段结束符,程序号（名），置于程序开头，用作一个具体加工程序的存储、检索、调用标记,。,O,、,P,、地址,1,、程序的组成,2.2,程序结构与代码,97,数控加工技术,程序号：,程序名（程序号）是一个程序必需的标识符。由地址符后带一般为,4,位数字组成。程序号地址符常见的有：“,%”,、“,O”,、“,P”,等，视具体数控系统而定。西门子系统和国产华中,I,型系统用 “,%”,，日本,FANUC,系统用 “,O”,；美国的,AB,系统用“,P”,。,程序体：,它表示数控加工要完成的全部动作，是整个程序的核心。它由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令字构成。,程序段：,是一个完整的加工工步单元，它以,N（,程序段号）指令开头，或,LF,指令结尾；,程序结束：,M02(M30),作为整个程序结束的指令，有些数控系统可能还规定了一个特定的程序开头和结束的符号，如% 、,EM,等。,2.2,程序结构与代码,98,数控加工技术,2,、程序段的格式,指一个程序段中,指令字的排列顺序和书写规则,，不同的数控系统,有不同的程序段格式，格式不符合规定，数控系统就不能接受。,定义：,程序段是可作为一个单位来处理的、连续的字组，是加工程序中的一条语句。一个加工程序是若干个程序段组成的。,程序段中指令字的排列顺序和书写规则，不同的数控系统有不同的程序段格式。格式不合规定，数控装置会发出出错报警。,程序段格式：,主要有固定顺序程序段格式，带分隔符的程序段格式，以及字地址可变程序段格式三种。固定顺序程序段格式现在已很少采用。,2.2,程序结构与代码,99,数控加工技术,带分隔符的程序段格式,采用分隔符号将各字分开，每个字的顺序所代表的功能固定不变，这种程序段格式不直观易出错，常用于功能不多、相对固定的数控装置中。如我国数控线切割机床的数控装置多采用,3B,或,4B,带分隔符的程序段格式，,B,为分隔符号，其一般格式为：,BXBYBJGZ,。,目前国内外应用最广泛的是字地址可变程序段格式。,2.2,程序结构与代码,100,数控加工技术,3,、字地址可变程序段格式,每个指令字均以字母（地址符）开始,，其后再跟数字或无符号的数字。,指令字在程序段中的顺序没有严格的规定,，即可以任意顺序的书写。,不需要的指令字或者与上段相同的续效代码可以省略不写,。,因此，这种格式具有程序简单、可读性强，易于检查等优点。,格式：,程序段序号字,字,、,字,字,程序段结束符号,一般的数控系统对各类字的允许字长都有规定，如,:,N4,G2,X5.3 Y5.3 Z5.3,F4,S4,T2,M2,；,顺序号 准备功能 尺寸定义 进给功能 转速 选刀 辅助功能,例：,N0010 G01