计算机辅助制造.ppt

见习机械设计工程师资格考试培训课程,第4章 计算机辅助制造技术,4.1 计算机辅助制造概述4.2 CAM的支撑系统4.3 数控加工技术4.4 网络化CAM实例 4.5 Cimatron NC,考试内容,1）掌握CAM概念和数字化制造的概念。2）熟悉CAM支撑系统中硬件和软件的组成。3）熟悉数控加工的概念、数控装置的类型。4）掌握数控机床的组成和工作原理；数控装置硬件结构及内容。5）熟悉数控系统的结构和功能。6）熟悉数控编程的内容和步骤。7）掌握零件数控编程的方法、内容和基本过程。8）熟悉数控编程程序段的格式以及主要G、M代码的含义，能手工编制简单工件的数控加工程序。,知识要点,1、CAM概述中英文定义 数字化制造概念2、CAM软硬件系统组成软件系统：系统、支撑、应用软件硬件系统：主机、存储器、I/O设备、接口等3、数控加工技术概念，两种类型：NC式、CNC式数控机床组成（6部分）及工作原理数控装置硬件结构（5个部分）CNC装置的主要作用（9个部分）控制类型与插补类型4、数控编程数控编程基本内容 基本步骤两种方法 程序段的格式G、M代码的含义：G代码：G00、G01、G02、G03、G40、G41、G42、G90、G91、G92M代码：M00、M02、M03、M04、M05、M06、M19 其他：N（顺序号），F（第一进给速度），S（主轴速度），T（第一刀具），XYZ（基本尺寸），UVW（平行于XYZ轴的第二尺寸）,第6章,4.1 计算机辅助制造概述,CAM（Computer Aided Manufacturing)的概念,两方面：狭义NC编程，即数控加工；广义包括狭义定义的所有内容外，还包括制造活动中与物流有关过程（如加工、装配、存储、检验、输送）的监视、控制和管理。,CAM常与CAD结合，使设计师与工艺师在计算机系统的辅助下，完成产品的设计与制造工作。,数字化制造,第6章,数字化制造是用数字定量、表述、存储、处理 和控制产品生产的方法，支持产品全生命周期和企业的全局优化运作。它是CAD/CAM/CAE集成化技术，是以MRPII（Manufacture Resource Planning)、MIS(Manufacture Information System)、PDM为主体的制造信息支持系统。数字化技术使CAM得到更广泛的应用，数控机床就是CAM与数字化制造的应用典型。,网络化制造,第6章,网络化制造Networked-Manufacturing System(NMS)是一种由多种、异构、分布式的制造资源，利用计算机网络组成的开放式、多平台、相互协作的，能及时灵活地响应客户需求变化的制造系统，是一种面向群体协同工作并支持开放集成的系统。基本目标：将分散的制造系统/企业，通过计算机网络连接到一起，以提高各个制造系统/企业间的信息交流与合作能力，进而实现制造资源的共享。,网络化CAM技术主要包括：异地加工、基于Web的数控加工仿真、数控代码的网络校验、数控加工信息的网络传输等。,第6章,4.2 CAM的支撑系统,CAD/CAM系统,硬件系统,软件系统,计算机,外围设备,应用软件,支撑软件,系统软件,（主机、存储器、I/O及其它通信接口）,1、计算机分析软件（如ANSYS、ADAMS等）2、图形支撑软件（如AUtoCAD、CATIA、IDEAS等）3、数据库管理软件（如Foxpro、Oracle、Sybase等）4、计算机网络工作软件,（操作系统和语言编译系统如VB、C+等）,第6章,应用：,CAD/CAM广泛应用于产品设计生产的全过程。Pro/E、UG、Solidworks、CATIA等软件都具有CAD/CAM功能，在三维设计和基础上，可在加工模块经过一系列加工表面的设置，生成零件的加工走刀轨迹和数控加工代码，可以将该数控代码输入数控系统中加工出所设计的产品零件。,数控原理与编程实训,数控技术是数字化制造和制造自动化的核心技术支撑,1、数控机床的产生 1952年 美国Parsons&MIT世界第一台三坐标数控铣床2、数控加工数控-是采用数字化信息实现自动化控制的技术。数控加工（Numerical Control Machine），是数控机床应用（数字化信息）实现机床（控制）的一种技术。,数控设备的核心是（数控系统）,数控加工的概念,一、数控加工概述,4.3 数控加工技术,半个世纪以来，数控技术得到了迅猛的发展，加工精度和生产效率不断提高。数控机床的发展至今已经历了两个阶段和六代。,NC（硬件式数控系统）,CNC（软件式数控系统）,1970年的第四代小型计算机数控机床1974年的第五代微型计算机（微处理器）数控系统1990年的第六代基于PC（PC机）的数控机床。,1952年的第一代电子管数控机床1959年的第二代晶体管数控机床1965年的第三代集成电路数控机床,数控机床的发展,随核心部件的变化：,NC中的主要功能如输入、译码、插补运算、输出等由硬件连接的逻辑电路实现；而CNC则采用小型机或微机作为控制单元，由软件实现。,装置类型,发展趋势,（1）向开放式、基于PC的第六代发展（2）高速度、高精度化（3）智能化、柔性化（4）工艺复合性和多轴化（西门子880控制轴数24轴）,智能化：应用自适应控制技术在加工过程中优化和调整、将人工智能、网络技术、多媒体技术、CAD/CAM技术、伺服控制、动态数据库管理及动态刀具补偿、动态仿真等高新技术融于一体；应用专家系统指导加工和故障诊断。柔性化：数控系统本身的柔性（模块化设计、可裁剪性、功能面大等）、群控系统的柔性（物料流、信息流自动动态调整）复合化：工件在一台机床上、一次装夹后，通过自动换刀、旋转主轴或转台等，完成多工序、多表面的复合加工。,数控机床的组成,人与机床的联系,编程存储加工零件所需的全部几何和工艺信息。,数控代码如何送到数控装置内存数控装置控制面板手工输入或用通信方式由计算机直接传送。,关键环节；译码、寄存、运算、处理、输出信号和指令控制机床操作。,强电：接受PLC输出的主轴变速、换向、启停，选刀、换刀、工作台、夹具、切削液等，功率放大。,伺服：控制坐标轴的进给和精确定位；伺服器件有功能步进电机、伺服电机等。,本体：同普比，在精度、静刚度、动刚度、和热刚度等方面要求更高，传动链则简单化。,数控铣床,计算机数控系统（Computer Numerical Control）由零件加程序，输入输出设备，计算机数字控制装置，可编程序控制器，主轴驱动装置和进给驱动装置等组成。,计算机数控系统的组成,CNC装置由（硬件和软件）组成,CNC装置是数控加工用专用计算机，除具有一般计算机结构外，还有与数控机床功能有关的功能模块结构和接口单元。CNC装置由硬件和软件组成，软件在硬件的支持下运行，离开软件，硬件便无法工作，两者缺一不可。,数控系统,零件加工程序,输入设备,输出设备,CNC装置,可编程控制器（PLC）,主轴控制单元,速度控制单元,主轴电机机床进给电机位置检测器,1）微处理器（CPU）：负责运算及对整个系统进行控制和管理。2）固化存储器（ROM）和随机存储器（RAM）：用于储存系统软件和零件加工程序以及运算的中间结果等。3）I/O设备（输入输出接口）：提供系统与外部进行信息交换。4）PLC及开关量I/O接口：完成机床加工中的顺序控制及开关量的I/O。5）位置控制部分：是CNC 装置的重要组成部分，它通过速度控制单元，驱使进给电机输出功 率和扭矩，实现进给运动。,开环控制,闭环控制,半闭环控制,CNC装置的硬件结构,CNC装置的软件,监测系统状态并提供基本操作管理。包括：系统初始化、键盘分析与显示、程序读入、指令分析、编辑修改和系统诊断等。,管理软件：,根据用户编程，控制机床运行。包括插补、刀具补偿、升降速处理等。由译码程序、刀具补偿计算程序、速度控制程序、插补运算程序和位置控制程序等组成，,控制软件：,CNC装置的功用,1、输入2、译码3、刀具补偿：4、进给速度处理5、插补6、位置控制7、开关量处理8、显示9、诊断,数控插补技术和数控机床,点位控制,点位/直线控制,轮廓控制,数控机床按加工路线分为三类：,1)点位控制只要求控制机床的移动部件从某一位置移动到另一位置的准确定位，对于两位置之间的运动轨迹不作严格要求，在移动过程中刀具不进行切削加工，如图所示。2)为了实现既快又准的定位，常 采用先快速移动，然后慢速趋近 定位点位的方法来保证定位精度。3)主要有数控钻床、数控冲床、数控镗床、数控点焊机等。,点位数控机床加工示意图,（1）点位控制数控机床,（2）直线控制数控机床,1）直线控制数控机床的特点是除了控制点与点之间的准确定位外，还要保证两点之间移动的轨迹是一条与机床坐标轴平行的直线。2）对移动的速度也要进行控制，因为这类数控机床在两点之间移动时要进行切削加工，如图所示。,直线数控机床加工示意图,（3）轮廓控制数控机床,1）轮廓控制能够对两个或两个以上的运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，因而可以进行曲线或曲面的加工，如图所示。2）具有轮廓控制功能的数控机床有数控车床、数控铣床、加工中心等。,轮廓数控机床加工示意图,何为插补？常用插补方法？,插补按规定的函数曲线或直线，对其起点和终点之间，按照一定的方法进行数据点密化计算和填充，并给出相应的位移量，使其实际轨迹和理论轨迹之间的误差小于一个脉冲当量，这个过程称为插补。,常用方法：逐点比较法、数字积分法、比较积分法等；逐点比较法又包括直线插补、圆弧插补。,机床进行轮廓加工的各种工件，大多由直线和圆弧组成。插补机能是控制刀具(坐标轴)移动轨迹的机能。控制刀具沿直线运动的称为直线插补;沿圆弧运动的称为圆弧插补;沿螺旋线运动的称为螺旋线插补等。,逐点比较法,基本原理：计算机在控制加工轨迹的过程中，每走一步都要和规定的轨迹相比较，由比较结果决定下一步的移动方向。逐点比较法既可以做直线插补又可以做圆弧插补。特点是：运算直观，插补误差小于一个脉冲当量，输出脉冲均匀，而且输出脉冲的速度变化小，调节方便，因此在两坐标数控机床中应用较为普遍，这种方法每控制机床坐标进给一步，都要完成四个工作节拍。,逐点比较法的四个工作节拍,直线插补：,1）如何进行偏差计算。第一象限内。编程时，给出要加工直线起点和终点。如果以直线的起点为坐标原点，终点坐标为（Xe,Ye），插补点坐标为（X，Y），如图2.5所示，则以下关系成立：若点（X，Y）在直线上，则：XeY-YeX=0若点（X，Y）位于直线上方，则Xe Y-Ye X0若点（X，Y）位于直线下方，则 XeY-Ye X0，下一步向+X方向运动；3）当点在直线下方时，F0的情况，继续向+X方向运动。这样从原点出发，走一步判别一次F，再走一步，所运动的轨迹总在直线 附近，并不断趋向终点。最后进行终点判别，其误差小于一个脉冲当量。,图2.5 逐点比较法直线插补,1按工艺用途分类 一般数控机床、带自动换刀的数控机床、多坐标数控机床等。,2按加工路线分类 点位控制、点位直线控制、轮廓控制数控机床,3按有无控制装置分类 开环控制和闭环控制的数控机床,数控机床的特点和分类,分类,特点及应用,（1）可以加工具有复杂型面的工件（2）加工精度高，质量稳定（3）生产率高（4）改善劳动条件（5）有利于生产管理现代化,1数控机床加工的特点,特点及应用,2数控机床的适用范围,（1）多品种、单件小批量生产的零件或新产品试制中的零件；（2）几何形状复杂的零件；（3）精度及表面粗糙度要求高的零件；（4）加工过程中需要进行多工序加工的零件；（5）用普通机床加工需要昂贵工装设备（工具、夹具和模具）的零件。,数控编程,1、何为数控编程？,所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动和刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上的全过程。,数控加工的重要环节,编程员的高素质,机械加工工艺、机床、刀夹具、数控系统的性能、熟悉工厂的生产特点和生产习惯等。,2、数控编程的主要内容？,包括：分析零件图纸、确定加工工艺过程、计算走刀轨迹、得出刀位数据、编写零件加工程序、制作控制介质、校对程序及首件试加工。,3、数控编程的步骤？,1、编程人员首先据图纸，对零件的材料、尺寸、精度等，进行加工工艺合理选择加工方案、确定工序、加工路线、装夹、选刀及切削参数等。高效加工，路线要短，正确选择对刀点、换刀点，减少换刀次数。2、据零件图的几何尺寸确定工艺路线及设定坐标系，计算粗精加工的轨迹，得到刀位数据。3、加工路线、工艺参数及刀位数据确定后，编程人员按数据系统规定的功能指令代码及程序段格式，编写加工程序单。4、制备控制介质，把编制好的程序记录在控制介质上，作为数控装置的输入信息。通过程序手工输入或通讯输入数控系统。5、编制好的程序和制备好的控制介质，须校验和试切才能正式使用。校验的方法是直接将控制介质上的内容输入到数控装置，让机床空运转，走空刀，检查运动轨迹，是否碰撞零件、夹具或机床。在有CRT的数控机床上，用模拟加工校验。如要检验加工精度，需首件试切，也可用石蜡或木材等易切削材料试切，并分析误差，及时修正。,加工工艺的决策,1)零件图分析2)加工工艺路线的拟定3)定位和夹紧方式4)刀具的选择5)切削用量的选择,4、数控编程的方法有哪些？,数控加工程序编制：从零件图纸到制成控制介质的全过程。常用的程序编制方法有：手工编程和自动编程两种。手动编程：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）用于形状简单，计算量少的加工。,图样,加工计划,手工编程,自动编程,NC纸带,纸带检查,加工,图样,计算刀位,编程,穿孔,纸带,手工编程中使用的工艺指令（准备性工艺指令）、（辅助性工艺指令）。,自动编程：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。,图样,按自动编程语言写程序,NC能自动识别的加工程序,计算机自动穿孔纸带,数控编程的有关标准：国际标准ISO 制定国家标准,1 坐标轴的运动方向和命名,5、数控坐标的有关内容,为了实现零件的加工，往往需要控制几个方向的运动，需建立坐标系。为了编程有互换性，在ISO标准中统一规定采用右手直角笛卡儿坐标系对机床的坐标系进行命名，在这个坐标系下定义刀具位置及其运动的轨迹。,规定：,一律看作是工件相对静止，刀具运动。,JB3015-1982：机床某一部件运动的正方向，是增大工件和刀具之间距离的方向。,用右手螺旋法则判定。右手的拇指、食指、中指互相垂直，并分别代表+X、+Y、+Z轴。围绕+X、+Y、+Z轴的回转运动分别用+A、+B、+C表示，其正向用右手螺旋定则确定。与+X、+Y、+Z、+A、+B、+C相反的方向用带“”的+X、+Y、+Z、+A、+B、+C表示。,拇指为x轴，食指为Y轴，中指为z轴,（1）Z轴：平行于主轴，刀具离开工件的方向为正。,坐标轴确定的方法及步骤：,立式数控铣床,数控车床,机床的直线坐标轴X、Y、Z的判定顺序是：先Z轴，再X轴，最后按右手定则判定Y轴。,（2）X轴：位于平行工件装夹面的水平面内。对于工件作回转切削运动的机床（如车床、磨床等），在水平面内取垂直工件回转轴线（Z轴）的方向为X轴，刀具远离工件的方向为正向。对于刀具作回转切削运动的机床（如铣床、镗床等），当Z轴垂直时，人面对主轴，向右为正X方向.,立式数控铣床,数控车床,右手原则,立式数控铣床,数控车床,（3）Y轴：垂直于X和Z轴，Y的正方向据X、Z轴的正向通过右手直角坐标系判断。,机床坐标系与机床原点（零点）,机床原点是机床上设置的一个固定基准点。以机床原点为坐标原点建立的直角坐标系称为机床坐标系。它是机床固有的，是制造和调整机床的基础，也是设置工件坐标系的基础。其坐标轴及方向按标准规定，其坐标原点的位置由各机床生产厂设定，一般情况下，不允许用户随意调整变动。,例如，数控车床属于两轴联动机床，其机床坐标系是由一个Z轴和一个X轴组成的直角坐标系，它的原点一般为主轴旋转中心线与卡盘后端面的交点。,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。,机床参考点,是设置机床坐标系的一个基准点。在许多情况下，刀具是无法接近机床零点的，例如数控车床的机床零点一般设定在主轴旋转中心线与卡盘定位面的交点上，车刀就无法靠近它。因此，只有附设一个机床参考点来设定机床坐标系。机床参考点是机床上某一固定点，该点为刀具退到一个固定不变、接近正向极限位置的点，其固定位置可由机床各轴方向的机械挡块或行程开关来确定，用户不能随意调整。,机床上电回零操作,回机床参考点，表明机床坐标系建立,（机床零点与参考点不重合时）,编程时应首先确定工件坐标系和工件原点。设计有设计基准，加工有工艺基准。应尽量保持统一。该基准点称为工件原点。以工件原点建立的坐标系称工件坐标系。,工件坐标系：编程时用来定义工件形状和刀具相对工件运动的坐标系。也应是右手笛卡尔坐标系工件原点（编程原点）：在工件坐标系中，由编程人员在工件图样上选择一固定点为原点。在车床上可选在工件的左或右端面上。,工件坐标系与工件原点,预存在数控系统中，可补偿装夹误差。,原点偏置,加工时，工件原点偏置值可自动加到工件坐标系中。,工件坐标系是编程和加工时使用的坐标系，是机床原点偏置后而确定的。,6、数控编程指令,为了满足设计、制造、维修和普及的需要，编程的两种标准：国际标准化组织（ISO）标准和美国电子工程协会（EIA）标准,两种代码,1）程序结构和格式,程序号程序内容程序结束,若干程序段,若干字,字母和数字,对应零件的一段加工过程,G90字母和数字（字表示某一功能的一组代码）,在FANUC数控系统中，用O表示程序号地址,程序段格式是指一个程序段中各字的排列顺序和表达形式。,固定顺序,有分隔符的固定顺序,字地址（最常用）,字地址程序段格式：,程序简短、直观、容易检查和修改,N_G_X_Y_Z_I_J_K_P_Q_R_A_B_C_F_S_T_M_*,不一定全部有,例：N11 G00 X+3200 Y+2500 Z-150 F850 S24 T15 M06*,顺序号字,准备功能字,尺寸字,进给功能字,主轴功能字,刀具功能字,辅助功能字,程序段结束字（LF/CR或*或；）,地址符表,是机床作好某种操作准备的指令。用地址G加两位数字表示。从G00G99共100种。G代码分模态和非模态。模态在一个程序段使用（如G01）后，直到出现同组的另一代码（如a组G02）才失效。没字母表示的为非模态，只在写有该代码的程序段有效。,地址码+正负号+绝对（增量）数值,（控制机床或系统的开关功能，有M00M99100种）,数控程序指令代码,数控程序指令包括准备功能G指令、辅助功能M指令和工艺指令（F、S、T）。,G用来规定刀具和工件的相对运动轨迹（即指令插补功能）、机床坐标系、坐标平面、刀具补偿等多种加工操作。M实现机床各种辅助动作的控制，如主轴起停、润滑油泵起停、冷却液泵起停以及加工程序结束等。,注意：国际标准和国家标准，但不同的数控系统有所差别，即便是同一厂家在不同时期开发的数控系统指令代码、功能和格式也有差别。,准备功能指令（G代码）,由字母G+2位数字组成（G00-G99）,G代码的功能介绍：,1、和坐标系有关的G代码,1）工件坐标系设定指令G92/G50,编程格式：G92 X_Y_Z_或G50 X_Y_Z_,确定工件坐标系在机床坐标系中的位置，即确定工件原点的位置，为非运动指令。在数控铣床或加工中心上用G92设定工件坐标系，而在数控车床上使用G50。注：有些数控机床没有此指令，而直接用零点偏置指令（G54G59）代替。,2、绝对尺寸及增量尺寸编程指令G90、G91,G90表示尺寸字为绝对坐标，从编程零点开始。G91表示尺寸字为增量坐标，以前一位置为参照点。,有些数控系统没有绝对和增量尺寸指令，而用XYZ表示绝对，用UVW表示增量,数控机床上，有两种方法指定各坐标轴的运动：绝对坐标和增量坐标,例：,1、采用绝对值编程N10 G50 X200.0 Z100.0N20 G00 X50.0 Z2.0 S500 M03N30 G01 Z-40.0 F100.0N40 X80.0 Z-60.0 N50 G00 X200.0 Z100.0N60 M02,2、采用增量值编程N10 G50 X200.0 Z100.0N20 G91 G23N30 G00 X-150.0 Z-98.0S500 M03N40 G01 Z-42.0 F100.0N50 X30.0 Z-20.0 N60 G00 X120.0 Z160.0N70 M02,3、选择工件坐标系设定指令G54G59（07组模态）,编程格式：G54 X_Y_Z_,注：有些数控机床没有G92或G50指令，而直接用零点偏置指令G54G59）代替。,当工件在机床上固定以后，程序零点与机床参考点的偏移量必须通过测量来确定。可以有接触式测头，在手动操作下能准确地测量，通过操作面板将位移量存入G54G59零点偏置寄存器中，从而预先在机床坐标系中建立了工件坐标系。在没有接触式测头的情况下，程序零点的位置可用碰刀方式进行。,G54 X-66.79 Y35.84,G55 X36.09 Y54.25,G54G59属同一组模态指令,选择平面指令G17、G18、G19（02组，模态）,用来指定程序段中的刀具的插补平面和刀具半径补偿平面和钻削平面。在数控立铣中，大都在XY面加工，所以G17可省略。,1）快速点定位指令G00(01组模态）,编程格式：G00 X_Y_Z_,G00用于快速定位刀具，没加工，可在几轴上同时移动，产生线性轨迹。不用给出进给速度。模态代码。防刀具与工件、夹具的干涉。,2、和刀具运动相关的G代码,2）直线插补指令G01(01组模态）,编程格式：G01 X_Y_Z_F_,G01是直线运动指令，命令刀具在两坐标间以插补联运方式按指定的进给速度做任意斜率的直线运动，有加工。注：必须给定进给速度F。,N30 G90 G00 X20.Y40.;,N30 G90 G01 X20.Y40.Z15.F100.;,3)圆弧插补指令G02和G03,编程格式1：G02（或G03）X_Y_Z_I_J _K _F_,G02顺时针G03逆时针,指定圆心,编程格式2：G02（或G03）X_Y_Z_R _F_,方向判断？沿垂直圆弧所在平面的坐标轴的负方向看，刀具相对工件顺转为G02，反之为G03。,指定半径,终点坐标,G90 G03 X200 Z140 R60 F300G02 X120 Z120 R50,G91G03 X200 Z-60 R60 F300G02 X120 Z-20 R50,G90 G03 X200 Z140 I0 K-60 F300G02 X120 Z120 I0 K-50,X_Y_Z_I_J _K _F_,绝对坐标中：X、Y、Z分别表示终点坐标。I、J、K表示起点和圆心的增量距离。,X终点坐标；Z终点与起点的距离,-R,+R,4、刀具补偿指令,刀具补偿功能是数控系统的重要功能，包括刀具半径补偿（G40、G41、G42），刀具长度补偿（G43、G44、G49）。刀具补偿为程序编制提供了方便。一般来说，数控车床需对刀尖的X、Z方向的位置和刀尖半径补偿；数控铣床或加工中心要对刀具的长度和半径进行补偿。,刀具半径补偿的提出：,1)用数控刀具加工工件的轮廓时，由于刀尖有圆弧,刀具中心的运动轨迹并不是加工工件的实际轮廓。工件轮廓是由刀具运动包络而成的。由于数控系统控制的是刀心轨迹，编程时要据零件轮廓尺寸计算出刀心轨迹即代表刀具运动轨迹。,刀具半径补偿功能：按照零件轮廓编制程序，预先设定刀具偏置值，自动生成刀具中心轨迹的功能。,刀具半径补偿的计算,1)编程人员在程序中指明何处进行刀具半径补偿，指明是进行左刀补还是右刀补，并指定刀具半径，刀具半径补偿的具体工作由数控系统中的刀具半径补偿功能来完成。2)根据ISO规定，沿刀具运动方向看（假设工件不动），刀具位于零件左侧，称左偏刀具半径补偿，用G41表示；反之称为右刀补，用G42表示。,刀具半径补偿的执行过程,刀补建立 即刀具以起刀点接近工件，由刀补方向G41/G42决定刀具中心轨迹。刀补进行 一旦刀补建立则一直维持，直至被取消。在刀补进行期间，刀具中心轨迹始终偏离编程轨迹一个刀具半径值的距离。刀补撤消（G40）即刀具撤离工件，回到起刀点。刀补撤消。,刀具半径值可通过操作面板事先输入数控系统的“刀具偏置值”寄存器中，编程时指定刀具补偿号进行选择。指定刀具补偿号的方法有两种：一是通过指定补偿号（D代码）选择“刀具偏置值”存储器，该方法适合于数控铣床和加工中心；二是通过换刀T代码指令进行选择。在刀具半径补偿时，无需再选择“刀具偏置值”存储器，该方法适合于数控车床。,G01 G41 X40.Y50.D04G01 G42 X40.Y50.D04,刀具长度补偿的概念,1)刀具长度补偿是非常重要的概念。2)刀具长度补偿故名思义，它是用来补偿刀具长度差额的一种功能。3)当刀具磨损或更换后，加工程序不变，实际刀具长度与编程长度不一致时，只须更改程序中刀具补偿的数值，通过刀具长度补偿这一功能实现对刀具长度差额的补偿。4)在实际加工过程中，每一把刀的长度都不同，由于刀具长度补偿的存在，零点Z坐标会自动向Z(或Z-)方向补偿刀具的长度，从而保证加工零点的正确性。,刀具长度补偿（G43、G44、G49）（05组模态）,G43 Z100.H02刀具长度正补偿；G44 Z100.H02刀具长度负补偿。,G49取消刀补,刀具长度偏置号必须用指令H指定。,（1）进给功能F指令 F指令表刀具中心运动时的进给速度。由F和其后的若干数字组成。数字的单位取决于每个系统所采用的进给速度的指定方法。（2）主轴转速功能S指令 S指令表示机床主轴的转速。其表示方法有以下三种：转速 S表示主轴转速，单位为r/min。如S1000表示主轴转速为1000r/min。恒线速 在恒线速状态下，S表示切削点的线速度，单位为m/min。如S60表示切削点的线速度恒定为60 m/min。代码 用代码表示主轴速度时，S后面的数字不直接表示转速或线速的数值，而只是主轴速度的代号。,功能：该指令可指定刀具及刀具补偿。采用T指令编程格式：T 说明：1）前两位表示刀具序号（099），后两位表示刀具补偿号（0164），如T0202；2）取消刀具补偿的T指令格式为：T00 或T00。,（3）刀具功能指令,采用T、D指令编程 利用T功能选择刀具，利用D功能选择相关的刀偏。,辅助功能M指令：,用来指定辅助功能的代码，主要用于数控机床的开、关量的控制，如程序结束、主轴的正反转、冷却液的开、停等。ISO标准中，M代码有M00-M99共100种。,（1）程序停止指令：M00 功能：执行完包含M00的程序段后，机床停止自动运行，此时所有存在的模态信息保持不变，用循环启动使自动运行重新开始。（2）程序计划停止指令：M01 功能：与M00类似，执行完包含M01的程序段后，机床停止自动运行，只是当机床操作面板上的任选停机的开关置1时，这个代码才有效。（3）主轴正转、反转、停止指令：M03、M04、M05 功能：M03、M04指令可使主轴正、反转。与同段程序其他指令一起开始执行。M05指令可使主轴在该程序段其他指令执行完成后停转。（4）换刀指令：M06 功能：自动换刀。用于具有自动换刀装置的机床，如加工中心、数控车床。（5）程序结束指令：M02或M30功能：该指令表示主程序结束，同时机床停止自动运行，M30还可使控制返回到程序的开头。,加工工艺的决策,1)零件图分析 尺寸标注分析 轮廓几何要素分析 精度和技术要求分析（分析机床能否达到，如何达到）,粗加工 切除大部分金属，接近成品。半精加工达到一定精度，留有一定的精加工余量；为精加工做准备，也可完成次要表面的加工。精加工达到规定的精度和表面粗糙度，全面保证加工质量。光整加工对零件的精度和表面粗糙度要求较高（IT6级以上，表Ra0.2m以下）,目的：保证加工质量、合理使用设备、便于发现缺陷,2）加工方法的选择,针对给出零件的加工精度、表面粗糙度、材料、结构形状、尺寸及生产类型，选用相应的加工方法和加工方案。如内孔（钻、扩、铰等）等的选择。,3）加工阶段的划分,原则：工序集中、工序分散,按装卡定位方式划分 由于每个零件结构形状不同，各表面的技术要求也有所不同，故加工时，其定位方式则各有差异。一般加工外形时，以内形定位；加工内形时又以外形定位。因而可根据定位方式的不同来划分工序。,4）工序的划分,每道工序包括尽可能多的加工内容。工序少，工艺路线短、减少机床数量、工人数、减少装夹时间，效率高。但对设备和工艺装备要求高。,将工件的加工分散在较多的工序内进行。加工设备和工装结构简单，操作方便。但工艺路线长，需设备人数多，占地大。,方法：,按粗、精加工划分工序 按粗、精加工分开的原则来划分工序，即先作粗加工再精加工。此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工。,按所用刀具划分工序 为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其它部位。,4)刀具的选择,刀具的选择是数控加工工艺中的重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。另外，数控机床主轴转速比普通机床高12倍，且主轴输出功率大，因此与传统加工方法比，数控刀具不仅要求精度高、强度大、刚度好、耐用度高，而且还要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型材料，并合理选择刀具结构、几何参数。,常用的有尖形车刀、圆弧车刀和成型车刀。,1、尖形车刀 切削刃为直线，其刀尖（即刀位点）由直线形的主、副切削刃构成。如90内、外圆车刀，切断（槽）刀、左右端面车刀等。2、圆弧形车刀 是较为特殊的数控加工用车刀，其主切削刃形状为一圆度误差或轮廓误差很小的圆弧，该圆弧上每一点都是圆弧形车刀的刀尖，因而其刀位点不在圆弧上，而在该圆的圆心上。,一、常用车刀的种类和用途,圆弧形车刀,现代数控系统一般都有刀具半径补偿功能（即G41左补偿和G42右补偿功能），编程员可直接根据零件轮廓形状进行编程，不用计算刀具中心的运动轨迹，在数控加工前必须在数控机床上的相应刀具补偿号输入刀具圆弧半径值，加工过程中，数控系统根据加工程序和刀具圆弧半径自动计算刀具中心轨迹，进行刀具圆角半径补偿，完成零件的加工。刀具半径变化时，不需修改加工程序，只需修改相应刀号补偿号刀具圆弧半径值即可。,三、数控车削加工中的对刀和换刀,对刀,在加工程序执行前，调整每把刀的刀位点，使其尽量重合于某一理想基准点，这一过程称为对刀。理想基准点:可设在基准刀的刀尖上，也可设定在对刀仪的定位中心（如光学对刀镜内的十字刻线交点）,对刀分为手动刀和自动对刀两大类。目前，绝大多数的数控机床（特别是车床）采用手动对刀。其基本方法是：定位对刀法、光学对刀法、ATC对刀法和试切对刀法。在前3种手动对刀方法中，均因可能受到手动和目测等多种误差的影响，对刀精度十分有限，往往通过试切对刀，以得到更加准确和可靠的结果。,数控机床的加工程序是针对刀具上的刀位点进行编制的。不同刀具的刀位点是不同的（下图中红点即是刀位点）。,刀位点,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或球头顶点；车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；钻头的刀位点是钻头顶点。,加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是刀架转位换刀时的位置。该点可以是某一固定点(如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固定的)，也可以是任意的一点(如车床)。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其它部件为准。其设定值可用实际测量方法或计算确定。,换刀点,简单轴类零件的编程与加工,如图示，毛坯为45120的棒材，材料为45钢，数控车削端面、外圆。（数控车床）,案例分析一：,1）尺寸标注分析 2）精度和表面粗糙度分析,对于尺寸精度要求，主要通过在加工过程中的准确对刀、正确设置刀补及磨耗，以及正确制定合适的加工工艺等措施来保证。,一、零件图样分析,对于表面粗糙度要求，主要通过选用合适的刀具及其几何参数，正确的粗、精加工路线，合理的切削用量及冷却液等措施来保证。,确定装夹方案、定位基准、编程原点、加工起点、换刀,二工艺分析,由于毛坯为棒料，用三爪自定心卡盘夹紧定位。该工件的编程原点取在完工工件的右端面与主轴轴线相交的交点上。建如图XOZ坐标系。采用手动试切对刀法，把点O作为对刀点。换刀点设置在工件坐标系X55、Z20处。,制定加工方案及加工路线 根据工件的形状及加工要求，选用数控CK0630车床进行本例工件的加工。数控系统选用华中数控系统。,刀具的选用,1号90偏刀 T01（粗车）、3号90偏刀 T03（精车）,主轴转速（）：本课题粗加工主轴转速选取600r/min，精加工的主轴转速选取1000r/min。进给速度（F）：粗加工时，为提高生产效率，在保证工件质量的前提下，可选择较高的进给速度，粗车时一般取为80mm/min,精车时进给速度可降低些，选40mm/min.,（4）切削用量的选择,背吃刀量(aP)：在车床主体、夹具、刀具和零件这一系统刚性允许的条件下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少走刀次数，提高生产效率。当零件的精度要求较高时，则应考虑留出精车余量，常取0.10.5mm。本课题粗加工背吃刀量取2mm(到41mm)，精加工背吃刀量取0.5mm。,工艺卡,三、编程,4编程,工件坐标系设定（G59）功能：指定工件原点与机床原点的偏置，确定工件坐标系。,G59 X0 Z100,毛坯为46145的棒材，材料为45钢，数控车削端面、外圆、切断。（数控车床）,1）尺寸标注分析 2）精度和表面粗糙度分析,一、零件图样分析,确定装夹方案、定位基准、编程原点、加工起点、换刀,二工艺分析,该工件的编程原点取在完工工件的右端面与主轴轴线相交的交点上。建如图XOZ坐标系。采用手动试切对刀法，把点O作为对刀点。换刀点设置在工件坐标系X55、Z20处。,根据零件图样要求、毛坯情况，确定工艺方案及加工路线1）对短轴类零件，轴心线为工艺基准，用三爪自定心卡盘夹持46外圆，一次装夹完成粗精加工。2)工步顺序 粗车外圆。分三刀切完。自右向左精车右端面及各外圆面.切断。2选择机床设备根据零件图样要求，选用经济型数控车床即可达到要求。故选用CJK6136D型数控卧式车床。采用华中数控系统。,3选择刀具根据加工要求，选用四把刀具，T01为粗加工刀，选90外圆车刀，T02为精加工刀，选尖头车刀，T03为切槽刀，刀宽为4。同时把刀在自动换刀刀架上安装好，且都对好刀4确定切削用量切削用量的具体数值应根据该机床性能、相关的手册并结合实际经验确定，详见加工程序。,主轴转速（）：本课题粗加工主轴转速选取500r/min，精加工的主轴转速选取800r/min。进给速度（F）：粗加工时，为提高生产效率，在保证工件质量的前提下，可选择较高的进给速度，粗车时一般取为100mm/min,精车时进给速度可降低些，选50mm/min.,背吃刀量(aP)：在车床主体、夹具、刀具和零件这一系统刚性允许的条件下，尽可能选取较大的背吃刀量，以减少走刀次数，提高生产效率。本课题粗加工背吃刀量取2mm、1mm，精加工背吃刀量取0.5mm。,工艺卡,案例分析二见图所示，要求车端面，精车外圆，切断。,1）尺寸标注分析 2）精度和表面粗糙度分析,对于尺寸精度要求，主要通过在加工过程中的准确对刀、正确设置刀补及磨耗，以及正确制定合适的加工工艺等措施来保证。,一、零件图样分析,对于表面粗糙度要求，主要通过选用合适的刀具及其几何参数，正确的粗、精加工路线，合理的切削用量及冷却液等措施来保证。,2根据零件图确定工件的装夹方式及加工工艺路线以轴心线为工艺基准，用三爪自定心卡盘一次装夹完成加工，并取零件右端面中心为工件坐标系零点。其工艺路线为：（）车端面（）精车外圆（）切断2刀