第一章数控加工编程基础课件.ppt

,第1章 数控加工编程基础,1.1 数控加工的基本概念1.2 数控机床的坐标系1.3 数控编程的步骤与方法1.4 数控加工工艺基础1.5 数控车削工艺基础1.6 数控铣床和加工中心工艺基础1.7 数控加工常用刀具,数控机床的产生,1948年，美国帕森斯公司接受美国空军委托，研制飞机螺旋桨叶片轮廓样板的加工设备。1949年，该公司在美国麻省理工学院伺服机构研究室的协助下，开始数控机床研究，并于1952年试制成功第一台由大型立式仿形铣床。1959年，加工中心1967年，柔性制造系统20世纪80年代初，柔性制造单元20世纪80年代末90年代初，计算机集成制造系统,我国数控机床现况,中国数控机床的发展，大致经历三个阶段：1.起步阶段（1958-1979年）2.引进技术与开发阶段（1980-1989年）3.产业化阶段（1990-2005年）,数控机床发展趋势,高精化、高速化、高效化、柔性化、智能化和集成化，并注重工艺适用性和经济性。1持续地提高经济加工精度1950-2000年的50年内加工精度提升100倍左右。2推进全面高速化实现高效制造在刀具材料和刀具结构不断发展的支持下，切削速度不断地提高。高速化加工另一个特点是大多从单一的高速切削发展至全面高速化，不仅要缩短切削时间，也要力求降低辅助时间和技术准备时间。3复合加工机床促进新一代高效机床的形成复合机床的含义是在一台机床上实现或尽可能完成从毛坯至成品的全部加工。复合机床根据其结构特点，可以分为工艺复合型和工序复合型两类。,4工艺适用性的专门化数控机床正不断涌现近年来对并联机构机床和混联机构机床的研究（图）以及对可重构机床（RMT）技术的探索，反映了对制造装备能更方便地实现个性化、多样化发展的一个追求。5智能化和集成化成为数字化制造的重要支撑技术采用智能技术来实现多信息融合下的重构优化的智能决策、过程适应控制、误差补偿智能控制、复杂曲面加工运动轨迹优化控制、故障自诊断和智能维护以及信息集成等功能，将大大提升成形和加工精度、提高制造效率。6发展适应敏捷制造和网络化分布式的制造系统 近10年来制造系统的发展历程，基本上遵循以下两个方向：增强制造系统的智能化和自治管理功能；发展新型制造系统以适应不确定性的市场环境。7向大型化和微小化两极发展 8配套装置和功能部件的品种质量日臻完善,齐齐哈尔第二机床集团公司与清华大学合作研制的加工水轮机叶轮的混联机构机床,一、数控机床的组成,如图所示是一台三坐标数控铣床组成图,1.信息输入输入装置可以是光电阅读机、磁带机或软盘驱动器等。数控机床加工程序也可通过键盘用手工方式直接输入数控系统；数控加工程序还可由编程计算机用RS232C或采用网络通信方式传送到数控系统中。2.数控装置 数控装置是数控机床的核心。数控装置从内部存储器中取出或接受输入装置送来的一段或几段数控加工程序，经过数控装置的逻辑电路或系统软件进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作，使其进行规定的有序运动和动作。,3.伺服驱动装置及检测反馈装置 驱动装置接受来自数控装置的指令信息，经功率放大后，严格按照指令信息的要求驱动机床移动部件，以加工出符合图样要求的零件。因此，它的伺服精度和动态响应性能是影响数控机床加工精度、表面质量和生产率的重要因素之一。驱动装置包括控制器（含功率放大器）和执行机构两大部分。目前大都采用直流或交流伺服电动机作为执行机构。位置检测装置将数控机床各坐标轴的实际位移量检测出来，经反馈系统输入到机床的数控装置之后，数控装置将反馈回来的实际位移量值与设定值进行比较，控制驱动装置按照指令设定值运动。4.机床本体 机床主机是数控机床的主体。它包括床身、底座、立柱、横梁、滑座、工作台、主轴箱、进给机构、刀架及自动换刀装置等机械部件。它是在数控机床上自动地完成各种切削加工的机械部分。,5.辅助控制装置 辅助控制装置的主要作用是接收数控装置输出的开关量指令信号，经过编译、逻辑判别和运动，再经功率放大后驱动相应的电器，带动机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关量动作。这些控制包括主轴运动部件的变速、换向和启停指令，刀具的选择和交换指令，冷却、润滑装置的启动停止，工件和机床部件的松开、夹紧，分度工作台转位分度等开关辅助动作。由于可编程逻辑控制器（PLC）具有响应快，性能可靠，易于使用、编程和修改程序并可直接启动机床开关等特点，现已广泛用作数控机床的辅助控制装置。,数控机床的工作过程,（1）准备阶段根据加工零件的图纸，确定有关加工数据（刀具轨迹坐标点、加工的切削用量、刀具尺寸信息等）。根据工艺方案、选用的夹具、刀具的类型等选择有关其他辅助信息。（2）编程阶段根据加工工艺信息，用机床数控系统能识别的语言编写数控加工程序（对加工工艺过程的描述），并填写程序单。（3）准备信息载体根据已编好的程序单，将程序存放在信息载体（穿孔带、磁带、磁盘等）上，通过信息载体将全部加工信息传给数控系统。若数控加工机床与计算机联网时，可直接将信息载入数控系统。（4）加工阶段当执行程序时，机床数控系统（CNC）将加工程序语句译码、运算，转换成驱动各运动部件的动作指令，在系统的统一协调下驱动各运动部件的适时运动，自动完成对工件的加工。,数控机床的特点,数控机床的特点1.自动化程度高，减轻劳动强度，改善劳动条件数控机床对零件的加工是按事先编好的程序自动完成的，操作者除了操作面板、装卸零件、关键工序的中间测量以及观察机床的运行之外，其他的机床动作直至加工完毕，都是自动连续完成、不需要进行繁重的重复性手工操作，劳动强度与紧张程度均可大为减轻，劳动条件也得到相应的改善。2.适应性强利用数控机床加工改型零件，只需要重新编制程序就能实现对零件的加工。3.精度高首先是在结构上引入了滚珠丝杠螺母机构、各种消除间隙结构等，使机械传动的误差尽可能小；其次是采用了软件精度补偿技术，使机械误差进一步减小；第三是用程序控制加工，减少了人为因素对加工精度的影响。,4.效率高零件加工所需要的时间包括在线加工时间与辅助时间两部分。数控机床能够有效地减少这两部分时间，因而加工生产率比一般机床高得多。数控机床主轴转速和进给量的范围比普通机床的范围大，每一道工序都能选用最有利的切削用量，良好的结构刚性允许数控机床进行大切削用量的强力切削，有效地节省了在线加工时间。数控机床移动部件的快速移动和定位均采用了加速与减速措施，由于选用了很高的空行程运动速度，因而消耗在快进、快退和定位的时间要比一般机床少得多。5.有利于生产管理的现代化用数控机床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。这些特点都有利于使生产管理现代化。数控机床在应用中也有不利的一面，如提高了起始阶段的投资，对设备维护的要求较高，对操作人员的技术水平要求较高等。,数控机床的分类,按工艺方法分类1.金属切削类数控机床数控铣床、数控钻床、加工中心等 2.金属成型类及特种加工类数控机床数控折弯机、数控弯管机、数控线切割、激光加工机、数控装配机、数控测量机,按控制运动轨迹分类,1点位控制数控机床仅能控制刀具相对于工件的精确定位控制系统，而在相对运动的过程中不能进行任何加工。,2直线控制数控机床,能实现沿某一坐标轴或两轴等速的直线移动和加工的功能的控制系统。,3轮廓控制数控机床,能实现两轴或两轴以上的联动加工，即具有实现对曲线或曲面轮廓零件的加工能力控制系统。所谓联动，就是机床上各坐标轴的运动之间有着确定的函数关系，这个函数就是零件的轮廓曲线（曲面）。,按伺服系统的控制方式分类按伺服系统的控制方式不同可将数控机床分为开环控制、闭环控制和半闭环控制数控机床。1.开环控制数控机床这类数控机床的运动部件没有位置检测反馈装置，采用步进电动机驱动，如图所示。,图 开环控制数控机床结构,2.闭环控制数控机床这类数控机床的运动部件上安装有位置测量反馈装置，由直流或交流伺服电动机驱动，如图所示。,图闭环控制数控机床结构,3.半闭环控制数控机床将位置检测元件安装在电动机轴端或丝杠轴端，通过角位移的测量间接计算出机床工作台的实际运行位移，与数控装置中的指令位移量相比较，实现差值控制，构成如图所示的半闭环控制。,图 半闭环控制数控机床结构图,按功能水平分类,通常把数控机床分为高、中、低档（亦称经济型）三类。数控机床水平的高低主要指它们的主要技术参数，功能指标和关键部件的功能水平等内涵。如：1中央处理单元2 分辨率和进给速度3 多轴联动功能4 显示功能5 通讯功能,一、数控系统及数控机床二、数控加工原理,1.1 数控加工的基本概念,应用数控技术对其运动和辅助动作进行自动控制的机床。,数控编程与加工技术,一、数控系统及数控机床,用数字化信号对机构的运动过程进行控制。,实现数字控制相关功能的软、硬件模块的集成。,以计算机为核心的数控系统,1、数字控制,2、数控系统,3、计算机数控系统,4、数控机床,二、数控加工原理,数控编程与加工技术,LGDZY,1、数控加工过程,2、数据转换与控制过程,译码刀补运算插补计算PLC控制,一、机床坐标系二、坐标轴及其运动方向三、工件坐标系四、坐标原点五、工件坐标系的设定六、绝对坐标编程及增量坐标编程,1.2 数控机床的坐标系,相对于每个移动坐标轴的旋转运动坐标轴为A、B、C轴（旋转轴）。旋转运动坐标轴A、B、C的正方向用右手螺旋定则来判定。,数控编程与加工技术,一、机床坐标系,机床上固有的，用来确定工件坐标系的基本坐标系。,基本坐标轴为X、Y、Z轴（移动轴）基本坐标轴X、Y、Z的关系及其正方向用右手直角定则来判定。,主轴旋转方向：从主轴后端向前端（装刀具或工件端）看，顺时针旋转为主轴正旋转方向。,数控编程与加工技术,1、ISO2001标准的有关规定,(1)工件不动，刀具相对于静止的工件运动。(2)增大工件与刀具之间距离的方向为机床某一运动的正方向。,2、坐标轴的判定方法,Z轴：平行于机床主轴轴线的坐标轴。,数控卧式升降台铣床的X轴,二、坐标轴及其运动方向,旋转运动A、B、C轴,Y轴：与Z、X轴垂直的坐标轴。,数控卧式升降台铣床的Z轴,数控车床的Z轴,数控立式升降台铣床的Z轴,X轴：平行于工件装夹平面的坐标轴。,数控车床的X轴,数控立式升降台铣床的X轴,三、工件坐标系,数控编程与加工技术,建立在零件图上，编程使用的坐标系，又称为编程坐标系。,四、坐标原点,1、机床坐标系原点,机床参考点也称基准点，是大多数具有增量位置测量系统的数控机床所必须具有的。它是数控机床工作区确定的一个固定点，与机床原点有确定的尺寸联系，用“R”表示。,3、工件原点,机床坐标系原点也称机械原点或零点，用“M”表示。,2、机床参考点,件原点工件原点即工件坐标系原点，也称程序原点或编程原点，用“W”表示。它是编程时定义在工件上的几何基准点。,五、工件坐标系的设定,数控编程与加工技术,1、采用G92指令设置工件坐标系,以工件原点为基准，测量刀具起始点的坐标值，并把这个坐标值通过G92指令存到系统的存储器中，作为零件所有加工尺寸的基准点。因此，在每个程序的开头，都要设定工件原点的偏置值，其格式如下：,N0010 G92 Xa Yb Zc 在机床坐标系中设置工件坐标系 加工零件,G92 X_ Y_ Z_,G92指令不使机床运动，其指定的坐标值只是设定了工件原点在机床坐标系中的位置，刀具并不产生运动。,其中X，Y，Z的值为工件原点与刀具当前位置A的距离。,2、采用G54G59指令设置工件坐标系,数控编程与加工技术,使用G54G59指令，可以在机床行程范围内设置6个工件坐标系。,例如：采用G54G56指令设置3个工件坐标系。首先设置G54G56原点偏置寄存器：零件1：G54 X12.0 Y8.0 Z0 零件2：G55 X24.0 Y27.0 Z0 零件3：G56 X42.0 Y10.0 Z0,用G54G59指令设置工件坐标系时，首先将G54G59的坐标值设置在原点偏置寄存器中，编程时再用G54G59指令调用。,N0100 G56 在机床坐标系中 设置第三个工件坐标系 加工第三个零件,N0070 G55 在机床坐标系中 设置第二个工件坐标系 加工第二个零件,N0010 G54 在机床坐标系中 设置第一个工件坐标系 加工第一个零件,然后再调用：,3、采用G50指令设置工件坐标系,数控编程与加工技术,（2）Z轴的坐标零点可以根据图纸的技术要求和加工的方便性，选择在工件的左、右端面或其它位置。但必须与编程原点相一致。,在数控车床中，通常用G50指令设置工件坐标系。这种设置工件坐标系的格式与G92指令相同。,G50 Xa Zc,式中 a，c刀尖与工件坐标系原点的距离，也是刀具出发点的坐标值。,用G50指令所建立的坐标系，是一个与刀尖当前位置有直接关系的工件坐标系。这个坐标系有如下特点：,（1）X轴的坐标零点在主轴回转中心线上。,数控编程与加工技术,三种设置工件坐标系方法的指令与参数见下表,采用工件原点偏置的方法设置工件坐标系，还可以实现零件的空运行试切加工，方法是：将程序原点向刀柄方向偏移，使刀具在加工过程中离开工件一个安全距离，在运行时不与工件相接触，以免发生撞刀事故。,工件坐标系的三种设置方法及参数,六、绝对坐标编程及增量坐标编程,数控编程与加工技术,1、绝对坐标编程,绝对坐标编程在程序段中用G90指令来设定，该指令表示后续程序中的所有编程尺寸，都是按绝对坐标值给定的。,在坐标系中，所有点的坐标，都是以某一固定点为坐标原点给出的，即以固定的坐标原点为起点，计算各点的坐标值，这样的坐标系称为绝对坐标系。,利用绝对坐标系确定刀具（或工件）运动轨迹坐标值的编程方法，称为绝对坐标编程。,如图所示，A，B，C三点的坐标是以固定的坐标原点O计算的，其值为：XA=20，YA=10；XB=10，YB=40；XC=30，YC=30。,2、增量坐标编程,数控编程与加工技术,在坐标系中，刀具（或工件）运动轨迹的坐标值是以前一个位置为零点计算的，这样的坐标系称为增量坐标系，又称为相对坐标系。,利用增量坐标系确定刀具（或工件）运动轨迹坐标值的编程方法，称为增量坐标编程，,如图所示，B，C两点的坐标均是相对于前一点计算的，其值为：UB=-10，VB=30；UC=20，VC=-10。,增量坐标值与刀具（或工件）的运动方向有关，当刀具运动的方向与机床坐标系正方向相同时为正，反之为负。,增量坐标编程在程序段中用G91指令来设定，该指令表示后续程序中的所有编程尺寸，都是按增量坐标值给定的。有的数控系统在程序段中不用G91指令设定增量坐标编程，直接用U，V，W给定刀具（或工件）运动轨迹在X，Y，Z方向的增量坐标值。,数控编程与加工技术,编程时采用哪种方式都是可行的，但却有方便与否之区别。例如，当孔的加工尺寸由一个固定基准给定时，采用绝对坐标编程方式是方便的。,如果孔的加工尺寸是以各孔之间的距离给定时，采用增量坐标编程则是方便的。,一、数控编程的步骤二、数控编程方法三、数控编程格式及常用指令,1.3 数控编程的步骤与方法,数控编程与加工技术,一、数控编程的步骤,1、分析零件图样,2、确定工艺过程,3、图形的数学处理,4、编写程序单及程序的输入,5、程序校验与首件试切,根据零件图样，分析零件的形状、尺寸、精度要求、毛坯形式、材料与热处理技术要求，选择合适的数控机床。,确定工件的装卡、定位方式。选择合理的加工顺序和走刀路线，避免发生刀具与非加工表面的干涉。合理选择刀具及其切削参数，提高生产效率。,根据零件的几何尺寸、工艺路线及设定的工件坐标系，计算零件粗、精加工的运动轨迹。,根据计算出的刀具运动轨迹坐标值和已确定的工艺参数及辅助动作，按照数控系统规定的功能指令代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序。通过手工输入或通信传输的方式输入机床的数控系统。,利用空运行功能，观察刀具的运动轨迹和坐标值的变化，检验数控程序。,数控编程与加工技术,二、数控编程方法,1、手工编程,2、自动编程,从零件图样分析、确定工艺过程、图形的数学处理、编写程序单及程序的输入到程序的较验等各步骤主要由人工完成的编程过程。,自动编程是利用计算机软件编制数控加工程序的过程。典型的自动编程有两种：APT软件编程和CAD/CAM软件编程。,数控编程与加工技术,三、数控编程格式及常用指令,1、程序的组成,一个完整的程序由程序号、程序内容和程序结束三部分组成。,如图所示零件的加工程序：O0001N0010 G90 G92 X0 Y0 Z0；N0020 G42 G01 X10.0 Y10.0 D5.0 F80；N0030 X30.0；N0040 G03 X40.0 Y20.0 R10.0；N0050 G02 X30.0 Y30.0 R10.0；N0060 G01 X10.0 Y20.0；N0070 Y10.0；N0080 G00 G40 X0 Y0；N0090 M30；,（1）程序号 由程序号地址符和数字表示。如：O0001O程序号地址符；0001程序的编号。程序号地址符一般常用O、P、%等。,（2）程序内容 程序内容是整个程序的核心，它由若干程序段组成。,（3）程序结束 程序结束是以M02或M30作为整个程序的结束指令。,数控编程与加工技术,2、程序段的格式,（1）程序段号 由地址符N和后面的若干位数字构成。程序段号的主要作用是便于程序的校对和检索修改，还可用于程序的转移。,程序执行的顺序和程序输入的顺序有关，而与程序段号的大小无关。在程序段号之前，输入斜线符“/”，在程序的执行过程中会跳过不执行。,（2）程序字 程序字通常由地址符、数字和符号组成。,（3）程序段结束符 用“LF”、“NL”、“CR”、“；”、“”表示，也有些数控系统的程序段不设结束符，直接回车即可。,字地址可变程序段格式由程序段号、程序字和程序段结束符组成。,数控编程与加工技术,3、准备功能指令,G指令由地址符G和后面的两位数字组成，常用的从G00G99，有些数控系统的准备功能指令已扩大到G150。我国JB320883标准规定的部分准备功能G指令见下表,准备功能指令也称准备功能字，用地址符G 表示，所以又称为G指令或G代码，它是使数控机床做好某种运动方式准备的指令。,G指令根据功能定义分成若干个组，同一程序段中同组G指令只能使用一个，若指定两个以上时，则只有最后一个有效。,G指令分模态指令和非模态指令两种。模态指令是指G指令一经使用一直有效，直到被同组的其它G指令取代为止。,非模态G 指令只有在被指定的程序段中才有效。,数控编程与加工技术,4、辅助功能指令,M指令还规定了M功能在一个程序段中起作用的时间。例如：M03、M04主轴转向指令与程序段中运动指令同时开始起作用；M00、M01、M02等与程序有关的指令，在程序段运动指令执行完毕后才开始起作用。,辅助功能指令也称为辅助功能字，用地址符M表示，所以又称为M指令或M代码。,M指令是用来指定数控机床加工时的辅助动作及状态，如：主轴的启停、正反转，冷却液的开、关，刀具的更换，工件的夹紧与松开等。,M指令由地址符M和后面的两位数字组成，常用的从M00M99。我国JB320838标准规定的部分M指令功能，见下表。,M指令也分为模态指令和非模态指令，其意义与G指令中的相同。,数控编程与加工技术,5、其他功能指令,指定法：即F后面的数字直接表示进给速度的大小，单位一般为mm/min。对于数控车床或加工螺纹时，单位也可设置为mm/r。,（1）进给功能指令 用地址符F表示，也称F指令或F代码。,F指令是模态指令，其功能是指令切削进给速度。,代码法：即F后面有二位数字，这些数字表示数控机床进给速度数列的序号，进给速度数列可以是算术级数，也可以是几何级数。,指定法：是用S后面的数值表示主轴的转速值。,（2）主轴转速指令 用地址符S表示，也称S指令或S代码。,S指令是模态指令，其功能是指令主轴转速或速度，单位为r/min或m/min。,代码法：采用S后面跟12位数字代码，每个代码与主轴的某一转速相对应，其转速值可从床头箱上的转速表中查得。,T指令由地址符T和后面的数字代码组成，不同的数控系统有不同的指定方法和含义。如T12可表示选用第1号刀具和第2号刀具的补偿值，也可表示选用第12号刀具和第12号补偿值。,（3）刀具功能指令 用地址符T表示，也称T 指令或T 代码。,T指令主要用来选择刀具，也可用来选择刀具的长度补偿和半径补偿。,一、数控加工工艺内容及特点二、数控机床的合理选择三、程序编制中的数值计算四、数控加工工艺文件的编制,1.4 数控加工工艺基础,数控编程与加工技术,1、数控加工工艺的主要内容,一、数控加工工艺内容及特点,（7）首件试加工并处理数控机床上的部分工艺指令。,一般数控加工工艺主要包括以下几方面的内容：,（1）分析零件图样，选择、确定数控加工的内容；,（2）结合零件加工表面的特点和数控设备的功能，对零件进行工艺分析；,（3）刀具、夹具的选择和调整；,（4）确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线；,（5）根据编程的需要，对零件图形进行数学处理；,（6）编写和调整数控加工程序；,2、数控加工工艺的特点,数控加工工艺的内容要十分详细、具体。,工艺设计要严密、准确。,在普通机床上由操作者灵活掌握和适时调整的许多具体工艺问题，在数控机床上就转变为必须由编程人员事先设计和安排的内容。,在数控加工的工艺设计中必须注意加工过程的每一个细节，力求准确无误，使数控加工顺利进行。,数控编程与加工技术,1、数控机床的应用范围,二、数控机床的合理选择,利用毛坯面作为粗基准定位进行加工，或定位完全靠人工找正的零件；必须用特定的工艺装备或依据样板、样件加工的零件；大批量生产的零件。,适合数控机床加工的零件可分为以下三类：,（1）最适合类,加工精度要求高，形状、结构复杂，尤其是具有复杂曲线、曲面轮廓的零件，或具有不开敞内腔的箱体或壳体零件；集铣、钻、镗、铰、攻丝等多种工序于一体的零件。,（2）较适合类,价格昂贵，加工中不许报废的零件；在普通机床上加工生产效率低，劳动强度大，质量难以稳定控制的零件；新产品的试制零件；多品种、多规格、小批量生产的零件。,（3）不适合类,数控机床适用于多品种、中小批量、结构复杂的零件生产，特别适合新产品的试生产。,数控编程与加工技术,2、数控机床的选择,（3）能够降低生产成本。,选择数控机床，要考虑以下三个因素：,（1）保证零件的技术要求；,（2）有利于提高生产率；,从各类机床适应加工的范围图可以看出，当零件不复杂生产批量较小时，宜选用普通机床；当零件复杂程度高时，选数控机床较为合理。当零件批量增大超出一定范围时，选用数控机床就不太合理了，大批量生产最好是选用专用机床。,数控编程与加工技术,3、辅助计算,2、刀具中心轨迹的计算,1、基点和节点的坐标计算,三、程序编制中的数值计算,通常构成零件的各基本几何元素间的交点或切点称为基点。如两直线的交点、直线与圆弧或圆弧与圆弧的交点或切点、圆弧与其它二次曲线的交点或切点等。,通常将构成零件轮廓的曲线，按数控系统插补功能的要求，在满足允许编程误差的条件下，用连续的直线段或圆弧段来逼近零件轮廓曲线，这些逼近线段的交点或切点称为节点。,对于没有刀具半径补偿功能的数控机床，编程时，应按刀具中心轨迹计算基点和节点坐标，作为编程输入的坐标数据。,对于具有刀具半径补偿功能的数控机床，只要在编程中加入刀具半径补偿的有关指令，就可以直接按零件轮廓形状，计算各基点和节点坐标，作为编程时的坐标数据。,辅助计算包括增量计算和辅助程序段的数值计算,数控编程与加工技术,四、数控加工工艺文件的编制,1数控加工工艺规程卡,2工序卡,3刀具使用卡,一、编程原点的选择二、数控车削加工中的几个特殊点三、数控车削工艺路线的确定四、车削工艺参数的选择,1.5 数控车削工艺基础,数控编程与加工技术,编程原点的选择，一般要考虑以下几方面因素。,一、编程原点的选择,5、在毛坯上编程原点容易准确地确定，且加工余量均匀。,一是尽可能使编程尺寸换算简便，使一些点的坐标值与零件图上的尺寸值相同；,二是尽可能使对刀方便和准确；,三是尽可能使编程原点在毛坯上的位置容易确定，加工余量均匀。,编程原点的确定原则为：,1、编程原点应与零件的设计基准和工艺基准尽量重合，避免产生误差及不必要的尺寸换算。,2、容易找正、对刀，对刀误差小。,3、编程方便。,4、对称零件的编程原点应选在零件的对称中心。,数控编程与加工技术,4、换刀点,3、对刀参考点,2、对刀点,1、刀位点,二、数控车削加工中的几个特殊点,刀位点是在编制加工程序时用来表示刀具位置的坐标点，一般是刀具上的一点。尖形车刀的刀位点为理想的刀尖点，刀尖带圆弧的车刀，刀位点在圆弧中心；钻头的刀位点为钻尖。,对刀点是用来确定刀具与工件相对位置的点，是确定工件坐标系与机床坐标系关系的点，如图所示的A点。在数控机床上加工零件时，对刀点是刀具相对于零件运动的起点，因为数控加工程序是从这一点开始执行的，所以对刀点也称为起刀点。对刀就是将刀位点置于对刀点上，以便建立工件坐标系。,对刀参考点是用来表示刀架或刀盘在机床坐标系内的位置，即CRT上显示的坐标值表示的点，也称刀架中心或刀具参考点，如图所示的B点。数控车床回参考点时，应使刀架中心与机床参考点重合。,所谓换刀点，就是数控程序中指定用于换刀的位置。,数控编程与加工技术,1、零件的工艺分析,三、数控车削工艺路线的确定,(6)分析零件结构工艺性是否有利于数控加工，零件的外形、内腔应尽可能采取统一的几何类型或尺寸，尽量减少刀具数量和换刀次数。,(1)分析被加工零件材料的机械性能和热处理状态，判断其加工的难易程度，为选择刀具和确定切削用量提供依据。,(2)分析零件毛坯的外形和内腔是否有影响刀具定位、运动和切削的结构，为刀具运动路线的确定和程序的编制提供依据。,(3)分析零件毛坯是否有足够的加工余量，为选择刀具和分配加工余量提供依据。,(4)分析零件图中的尺寸标注方法是否适应数控加工的特点，为编程方便和尺寸间的协调，尺寸最好从同一基准引注或直接给出相应的坐标尺寸。,(5)分析构成零件轮廓的几何元素条件是否充分，条件不足或几何元素之间关系模糊不清，都会使数学处理和编程难以进行。,数控编程与加工技术,2、工件的定位与夹紧,(1)定位基准的选择,(2)常用的装夹方法,要力求使设计基准、工艺基准与编程计算基准统一，减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量，并尽量减少装夹次数；在多工序或多次安装中，要选择相同的定位基准，保证零件的位置精度；要保证定位准确、可靠，夹紧机构简单，操作方便。,这种方法装夹工件刚性好，轴向定位准确，能承受较大的轴向切削力，比较安全。适用于车削质量较大的工件，一般在卡盘内装一限位支承或利用工件台阶限位，防止工件由于切削力的作用而产生轴向位移，如图所示。,这种方法装夹工件方便、省时，自动定心好，但夹紧力较小。适用于装夹外形规则的中、小型工件。三爪自定心卡盘可装成正爪或反爪两种形式，反爪用来装夹直径较大的工件，如图所示。,在三爪自定心卡盘上装夹。,这种方法装夹工件不需找正，每次装夹的精度高。适用于长度尺寸较大或加工工序较多的轴类工件装夹，如图所示。,在两顶尖之间装夹。,用卡盘和顶尖装夹。,数控编程与加工技术,3、工艺路线的确定,(1)工序的划分,以一次安装工件所进行的加工作为一道工序。将位置精度要求较高的表面加工，安排在一次安装下完成，以免多次安装所产生的安装误差影响位置精度。,以粗、精加工划分工序。粗、精加工分开可以提高加工效率，对于容易发生加工变形的零件，更应将粗、精加工内容分开。,以同一把刀具加工的内容划分工序。根据零件的结构特点，将加工内容组合分成若干部分，每一部分用一把典型刀具加工，这样可以减少换刀次数和空行程时间。,以加工部位划分工序。根据零件的结构特点，将加工的部位分成几个部分，每一部分的加工内容作为一个工序。,(2)工序顺序的安排,基面先行。先加工定位基准面，减少后面工序的装夹误差。,先粗后精。先对各表面进行粗加工，然后再进行半精加工和精加工，逐步提高加工精度。,先近后远。离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间，同时有利于保持工件的刚性，改善切削条件，如图所示。,内外交叉。先进行内、外表面的粗加工，后进行内、外表面的精加工。,数控编程与加工技术,(3)进给路线的确定,进给路线是刀具在加工过程中相对于工件的运动轨迹，也称走刀路线。它既包括切削加工的路线，又包括刀具切入、切出的空行程。,粗加工进给路线的确定,利用数控系统的矩形循环功能，确定矩形循环进给路线，如图所示。这种进给路线刀具切削时间最短，刀具损耗最小，为常用的粗加工进给路线。,矩形循环进给路线。,利用数控系统的三角形循环功能，确定三角形循环进给路线，如图所示。,三角形循环进给路线。,利用数控系统的复合循环功能，确定沿工件轮廓循环进给路线，如图所示。这种进给路线刀具切削总行程最长，一般只适用于单件小批量生产。,沿工件轮廓循环进给路线。,当零件毛坯的切削余量较大时，可采用阶梯切削进给路线，如图所示。在同样背吃刀量的条件下，按图（a）序号16的顺序切削，加工后剩余量过多，不宜采用。应采用图（b）序号16的顺序切削。,阶梯切削路线。,数控编程与加工技术,精加工进给路线的确定,应选在工件上有空刀槽或表面间有拐点、转角的位置，不应选在曲线相切或光滑连接的部位。,各部位精度要求一致的进给路线。,在多刀进行精加工时，最后一刀要连续加工，并且要合理确定进、退刀位置，尽量不要在光滑连接的轮廓上安排切入和切出或换刀及停顿，以免因切削力变化造成弹性变形，产生表面划伤、形状突变或滞留刀痕等缺陷。,各部位精度要求不一致的进给路线。,当各部位精度要求相差不大时，要以精度高的部位为准，连续加工所有部位；当各部位精度要求相差很大时，可将精度相近的部位安排在同一进给路线，并且先加工精度低的部位，再加工精度高的部位。,切入、切出及接刀点位置的选择。,数控编程与加工技术,2、切削用量的确定,1、加工余量的选择,四、车削工艺参数的选择,（3）加工方法、装夹方式和工艺装备的刚性，也会引起零件的变形，所以也要考虑加工余量。,在选择加工余量时，要考虑以下几个因素：,（1）零件的大小不同，切削力、内应力引起的变形也不同，通常工件越大，变形也越大，所以大工件的加工余量也相应地大一些。,（2）零件在热处理后要发生变形，因此，这类零件要适当增大一点加工余量。,切削用量主要包括主轴转速(切削速度)、进给量(进给速度)和背吃刀量。,（1）主轴转速的确定,主轴转速要根据机床和刀具允许的切削速度来确定，可以用计算法或查表法来选取。切削速度确定之后，用下式计算主轴转速：,光车时的主轴转速。,式中：n主轴转速，r/min；vc切削速度，m/min；d工件直径，mm。,数控编程与加工技术,加工带外皮的工件时，应适当降低转速。,在确定主轴转速时，还应考虑以下几点：,应尽量避开产生积屑瘤的速度区域；,间断切削时，应适当降低转速；,加工大件、细长件和薄壁件时，应选较低转速；,在切削螺纹时，车床主轴的转速将受螺纹的螺距、电机调速和螺纹插补运算等因素的影响，转速不能过高。通常按下式计算主轴转速。,式中：n主轴转速，r/min；P螺纹的导程，mm；K安全系数，一般取80。,车螺纹时主轴转速,进给速度要根据零件的加工精度、表面粗糙度、刀具和工件的材料来选择，受机床、刀具、工件系统刚度和进给驱动及控制系统的限制。,（2）进给速度的确定,进给速度是指在单位时间内，刀具沿进给方向移动的距离，单位为mm/min。,数控编程与加工技术,刀具空行程时，可选择较高的进给速度。,确定进给速度的原则,在保证工件质量和运行安全的条件下，尽量选择较高的进给速度，一般不超过2000mm/min。,切断、车削深孔或精车时，宜选择较低的进给速度。,进给速度可根据进给量和主轴转速按下式计算：,式中：F进给速度，mm/min；n工件或刀具的转速，r/min；f进给量，mm/r。粗车时，f=0.30.8mm/r，精车时，f=0.10.3mm/r，切断时，f=0.050.2mm/r。,进给速度的确定,（3）背吃刀量的确定,背吃刀量（切削深度）的选择应根据加工余量确定。,在系统刚度允许的情况下，尽量选择较大的背吃刀量。,粗加工时，可使背吃刀量等于零件的加工余量，这样可以减少走刀次数。,半精加工时，背吃刀量可取0.52mm；,精加工时，背吃刀量可取0.20.4mm。,一、工艺分析二、编程尺寸的确定三、工件的定位与夹紧四、进刀与退刀的工艺处理五、切削方式的确定六、工艺参数的选择,1.6 数控铣床和加工中心工艺基础,数控编程与加工技术,2、零件结构工艺性分析,1、零件图分析,一、工艺分析,(4)分析零件的技术要求。零件的尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度等，在保证零件使用性能的前提下，应该适度、合理。过高的精度会使工艺过程复杂、加工制造困难、提高零件的生产成本。,了解图形结构要素，明确零件的材料、加工内容和技术要求。分析零件的设计基准和尺寸标注方法，为编程原点的选择和确定尺寸做准备。,(1)熟悉零件在产品中的位置、作用、装配关系和工作条件，明确各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响。,(2)分析零件图的尺寸标注方法。要以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸，既便于编程，又有利于设计基准、工艺基准和编程原点的统一。,(3)分析零件图的完整性与正确性。构成零件轮廓几何元素的尺寸和相互关系（相交、相切、同心、垂直、平行等），是数控编程的重要依据。,零件的结构工艺性分析，是指设计的零件在满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。,数控编程与加工技术,(1)内槽圆角半径不应太小，以免限制铣刀直径。当R0.2H时，零件的结构工艺性较好。,(2)槽底圆角半径r不要过大。如图所示，铣刀端面与槽底平面的接触直径d=D-2r（D为铣刀直径）。当r增大时，d则减小，这样加工平面的效率低，工艺性差，加工质量不好。,(3)零件的外型和内腔的几何类型力求相近，以减少刀具规格和换刀次数，保证加工质量。,另外，在零件上要选择合适的结构（孔，凸台等）做为定位基准，如果没有，必要时应设置工艺结构做为定位基准，或用精加工表面作为统一基准，以减少二次装夹产生的误差。,(5)在加工中心上加工的零件，切削加工量要小，光孔、螺纹的规格尺寸尽量少，以防刀库容量不够，零件的加工表面应具有加工的可能性和方便性，零件应具有一定的刚度，减小夹紧变形和切削变形。,(4)定位基准要统一。在数控加工中若没有统一的定位基准，则会因工件的二次装夹而造成加工轮廓的位置及尺寸误差。,数控编程与加工技术,2、圆弧参数计算误差的处理,1、图形尺寸的调整,二、编程尺寸的确定,在实际加工中，零件各处尺寸的公差带不一定相同，若用同一把铣刀，同一个刀具补偿值编程加工，很难保证各处尺寸在其公差范围内。因此，对于带有公差的尺寸，应对公差带作适当的变动，如图所示，将基本尺寸换算成公差中值尺寸（图中扩号内的尺寸），计算与编程时用括号内的尺寸来进行。,利用零件图中的尺寸计算圆弧参数（圆弧起点、终点、圆心坐标）时，有时会产生误差。当误差超过一定限度时，数控系统会拒绝执行该圆弧指令发出警报。因此，在圆弧参数计算之后，要注意校验I、J或K值的误差，一般应满足下式要求：,其中 允数控系统允许的最大圆弧插补误差；R圆弧半径。,数控编程与加工技术,1、定位方式的选择,三、工件的装夹与定位,工件以外圆柱面定位时，常用的定位元件有V形块，支承板或支承钉、定位套、半圆孔衬套、锥套和三爪自定心卡盘等。,工件以一面两孔定位，即以一工件上的一个较大的平面和相距较远的两个孔组合定位。,工件的定位是通过工件上的定位基准面和夹具上的定位元件工作表面之间的配合或接触实现的。,工件以平面定位时，常用的定位元件有固定支承、可调支承、浮动支承和辅助支承。,工件以圆孔定位时，常用的定位元件有：定位销、圆柱心轴和圆柱销。,数控编程与加工技术,2、夹紧方式的选择,夹紧力的大小直接影响工件安装的可靠性和工件、夹具的变形，在选择和确定夹紧力的大小时，主要考虑切削