数控编程的工艺基础

数 控 技 术,第3章 数控编程的工艺处理和数学处理,3.1 概述,3.2 选择数控加工的零件和加工内容,3.3 数控加工零件的工艺性分析,3.4 数控加工的工艺路线设计,3.5 数控加工工序的设计,3.6 数学处理,3.1 概述,一、数控加工工艺涉及的内容很多，有些与普通加工机床相似。但数控加工又有其,特点,：,（1）数控加工的工序内容相对复杂,十分具体。,（2）数控加工的程序编制比普通机床的工艺规程的编制要复杂，工艺处理相当严密。如需考虑工序内对刀点、换刀点及走刀路线等。,二、工艺处理的主要内容,第3章 数控编程的工艺处理和数学处理,3.2 选择数控加工的零件和加工内容,数控车,适于加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂曲线回转形成的模具内形腔。,数控立式镗铣床和立式加工中心,适于箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内外型腔等。,数控卧式镗铣床和卧式加工中心,适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体、壳体等。,多坐标联动的卧式加工中心,用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等。,第3章 数控编程的工艺处理和数学处理,3.3 数控加工零件的工艺性分析,第3章 数控编程的工艺处理和数学处理,3.4 数控加工的工艺路线设计,1、加工工序的划分,在数控机床上加工零件的工序划分方法有：,（1）刀具集中分序法,（2）粗、精加工分序法,（3）按加工部位分序法,2、顺序的安排,3、数控加工工序与普通工序的衔接,第3章 数控编程的工艺处理和数学处理,3.5 数控加工工序的设计,1、工件的装夹方式,对零件的定位、夹紧方式要注意以下问题：,（1）尽量采用组合夹具。当工件批量大，工件精度要求高时，可设计专用夹具。,（2）零件定位、夹紧部位的选取应考虑到便于工件加工、换刀、测量，不会发生干涉现象等。,（3）夹紧力应力求通过（或靠近）主要支承点或在支承点所组成的三角形内；应力求靠近切削部位，并在刚性较好的地方。,（4）零件的装夹、定位要考虑到重复安装的一致性，以减少对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。,第3章 数控编程的工艺处理和数学处理,2、确定加工路线,加工路线又称走刀路线，是指数控机床在加工过程中，刀具相对于工件的运动轨迹和运动方向。即刀具从起刀点开始运动，直至返回该点并结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路经及刀具引入、返回等非切削空行程。,原则：,确定加工路线时，必须保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。要使加工路线最短，减少空刀行程以及便于计算等，即应使程序简单。,第3章 数控编程的工艺处理和数学处理,加工路线,是指数控机床加工过程中刀具运动的轨迹和方向。,确定加工路线时应考虑以下几点：,（1）选择最短走刀路线，尽量减少进退刀时间和其它辅助时间。,（2）在铣削加工零件轮廓时，要恰当考虑顺铣或逆铣的加工方式，以提高零件的表面粗糙度和加工精度，最终轮廓应最后一次连续加工出来。,（3）选择合适的进退刀位置，尽量避免沿零件轮廓法向切入和进给中途停顿，进退刀位置应该选在不重要的位置。,（4）一般先加工外轮廓，再加工内轮廓。,（5）要选择工件在加工后变形较小的路线。,第3章 数控编程的工艺处理和数学处理,（1）对点位控制的数控机床，应,按空程最短来安排走刀路线,。也应考虑刀具的引入量和超越量。轴向引入量Z的经验数据为：,已加工面钻、镗、铰孔：Z=13mm,毛面上钻、镗、铰孔 ： Z=58mm,攻螺纹、铣削时： Z=510mm,钻孔时刀具的超越量为： 13mm,孔系位置要求较高时，加工顺序的安排应防止将反向间隙带入。,（2）数控车车螺纹时，Z向引入距离1=25mm；Z向超越距离2=1/4 1；若无退刀槽，一般按45退刀收尾。,Z,第3章 数控编程的工艺处理和数学处理,（3）铣削加工平面零件时，要避免铣刀沿法向直接切入或切出。应采用外延法。沿着零件轮廓延长线的切线方向切入或切出。保证零件曲线切削的连续性。,铣削内轮廓面时，切入和切出无法外延，这时铣刀可,沿零件轮廓的法线方向切入和切出,，并将其切入和切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处。,加工过程中，,应避免进给停顿,，因切削力变化会引起工艺系统的弹变，进给停顿时，切削力减小，刀具会在进给停顿处的零件表面留下刀痕。,铣削曲面时常用球头刀采用“行切法” 加工。,行切法,是指刀具与零件的轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间距是按零件的加工精度的要求确定。,第3章 数控编程的工艺处理和数学处理,3、刀具的选择,4、切削用量的选择,切削用量的确定原则：,（1）在机床、工件、刀具刚度允许情况下，背吃刀量等于加工余量。,（2）切削速度的选择主要取决于刀具耐用度。,（3）进给速度应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料来选择。,5、确定对刀点与换刀点,对刀点,是刀具相对工件运动的起点。,第3章 数控编程的工艺处理和数学处理,（1）、对刀点和换刀点的确定。,利用编好程序操作数控机床加工零件，主要的步骤之一就是对刀。对刀点选择的正确与否将直接影响最终的加工精度。,对刀点,就是数控加工时，刀具相对于零件运动的起点，对刀点位置可以选择在零件上某一点，也可选择在零件外（如夹具上或机床上）某一点。,第3章 数控编程的工艺处理和数学处理,选择对刀点应遵循以下原则：,（1）选择的对刀点必须与零件的定位基准有一定的坐标关系，以确定机床坐标系与工件坐标系之间的关系。,（2）对刀点应尽量选择在工件的设计基准或工艺基准上，以提高零件的加工精度（如以孔定位的零件，以孔的中心作为对刀点较合适）。,（3）对刀点应选择在对刀方便的地方，采用相对坐标编程时，对刀点可选在零件孔的中心上、夹具的专用对刀孔或两垂直平面的交线上；采用绝对坐标编程时，对刀点可选在机床坐标系的原点上，或距原点为确定值的点上。,第3章 数控编程的工艺处理和数学处理,（4）对刀时，采用对刀装置使对刀点与刀位点重合。,刀位点,：是指确定刀具位置的特征点，如立铣刀刀具轴线与刀具底面的交点；球头铣刀的球心；车刀和镗刀则是刀头的刀尖；钻头的钻尖。,换刀点,：具有自动换刀装置数控机床，在加工时需自动换刀，则要设置换刀点。换刀点的位置应以不碰伤工件、夹具及机床的原则而设定。常设置在被加工工件的外面。,第3章 数控编程的工艺处理和数学处理,3.6 数学处理,第3章 数控编程的工艺处理和数学处理,编程中的数学处理,就是根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出需要输入给数控系统的数据。其中，主要是计算零件加工轨迹的坐标值，即计算零件轮廓的基点和节点坐标，或刀具中心轨迹的基点和节点坐标，以便编制加工程序。,1、程序编制中的误差 ,程,由三部分组成： ,程,=f（,逼,，,插,，,圆,）,式中：,逼,采用近似计算零件轮廓曲线时产生的误差，称逼近误差。,插,采用插补段逼近零件轮廓曲线时产生的误差，称插补误差。,圆,数据处理时，将小数脉冲圆整成整数脉冲时产生的误差,称圆整误差。,3.6,数学处理,2、基点和节点,基点,：一个零件轮廓曲线一般由许多不同的几何元素组成，通常把各个几何元素间的连接点称基点。,节点,：对于由非圆曲线组成的平面轮廓零件，必须根据曲线方程的特点以及允许的逼近误差，用许多小直线段或小圆弧段来逼近其轮廓，这种人为的分割线段，其相邻两线段的交点则称节点。,3、非圆曲线轮廓零件的数值计算,用圆弧或直线逼近曲线y=f（x）时，节点的数目及其坐标值主要取决于曲线的特性，逼近线段的形状及允许的逼近误差。对于曲率半径大的曲线用直线逼近，反之用圆弧逼近则较为合理。,3.6,数学处理,线性逼近的基本方法：,3.6,数学处理,下面介绍几种常用的节点计算方法：,（1）等间距法：,此法是使每一个程序段中的某一个坐标的增量相同。如图据给定的x可求出Xi，再由y=f（x）求出Yi，从而得到各节点的坐标。利用这些点的坐标可编制直线的加工程序。一般据经验取x为某一值（0.1mm），试算并检验。检验方法如图，设mn为某一逼近线，作mn/mn并与曲线相切，切点至mn的距离为,允,，,3.6,数学处理,设mn的方程为：AX+BY+C=0,则mn的方程为：,设m为（X,1,，Y,1,），n为（X,2,，Y,2,），则上式中A=Y,1,-Y,2,， B=（X,1,-X,2,），,C=Y,1,（X,1,-X,2,）-X,1,（Y,1,-Y,2,），,解联立方程：,可得,允,，,解有三种情况：无解，逼近误差小于,允,；有一解，逼近误差等于,允,；有两解，逼近误差接近,允,（大于,允,），应减少x，重算。,3.6,数学处理,（2）等弦长法：,是使所有逼近直线段都相等，如图。由于零件轮廓曲线各处的曲率不同，因此各段的逼近误差不相等，必须使最大误差小于,允,，最大误差max必定在曲率半径Rmin处，故令max=,允,，求弦长L，用此弦长L分割曲线轮廓，即可求出各节点的坐标。,3.6,数学处理,由图知：,而曲线 任一点的曲率半径为：,取 ，可得出Rmin，然后以起点a（Xa，Ya）为圆心，以L为半径作圆，与 交于b点，解联立方程：,可得b(Xb，y,b,),同理依次得其余节点。,3.6,数学处理,（3）等误差直线逼近法,该法是使每个直线段的逼近误差相等，并等于或小于,允,。如图，MN为公切线，abMN，,计算步骤,如下：,1）确定,允,的圆方程，即以起点a(Xa,Ya)为圆心,以,允,为半径作圆,（X-Xa）,2,+（Y-Ya）,2,= ,允,2,2）求圆与曲线公切线MN的斜率K,设M(Xm,Ym),N(Xn,Yn),则:,c,N,3.6,数学处理,3）求直线MN的方程,解联立方程：,（曲线方程）,（曲线切线方程）,（允差圆方程）,（允差圆切线方程）,c,N,可求出Yn、Ym、Xn、Xm，并得到MN方程。,3.6,数学处理,（4）求弦ab的方程：,（5）求b点及其它各点坐标：,求联立方程：,可求得b点坐标（Xb，Yb）。重复以上各步，可依次求得其余各节点坐标值。,3.6,数学处理,本章小结,1、,2、,3、,4、,