数控机床与编程——课题4.ppt

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1、数控铣床的加工编程一、加工工艺与刀具选择(一)加工工艺1.数控加工工艺内容主要包括：选择适合在数控机床上加工的零件；对零件图样的数控加工工艺性进行分析；设计数控加工的工艺路线，包括：工序划分和确定零件的工序内容、加工顺序的安排、基准选择以及与非数控加工工序的衔接等；数控加工工序设计，主要包括：根据零件的数控加工内容选择合适的数控机床、工步、进给路线、刀具、夹具、主轴速度、切削深度和进给速度等；编写数控加工技术文件等。,2.工序划分的原则(1)工序集中原则(2)先粗后精原则 先粗加工，后精加工。精度能满足要求时，可粗精加工一次完成。(3)基准先行原则(4)先面后孔原则 在零件上既有面加工，又有孔

2、加工时，要采用先加工面，后加工孔的工序划分原则，这样可以提高孔的加工精度。,(a)零件图,(b)加工路线1,(c)加工路线2,加工过程中，为了减少换刀次数，可采用刀具集中工序，即用同一把刀具把零件上相应的部位都加工完，再换第二把刀具继续加工。但是，对于精度要求很高的孔系，若零件是通过工作台回转确定相应的加工部位时，因存在重复定位误差，不能采取这种方法。,3.加工路线的确定加工路线是指数控机床在加工过程中刀具中心相对于被加工工件的运动轨迹和方向。确定加工路线就是确定刀具运动轨迹和方向。加工路线不仅包括切削加工时的加工路线，还包括刀具到位、对刀、退刀和换刀等一系列过程的刀具运动路线。1)使被加工零

3、件获得良好的加工精度和表面质量。2)使数值计算容易，以减少程编工作量。3)尽量使进给路线最短。,刀具切入方法有法向切入、切向切人和任意向切入三种方法。法向切入是早期数控机床常采用的方法，此法系统程序编制简单，但在零件的切入点易留下切削痕迹，故推荐使用切向切入和任意向切入方法。,铣削内圆的切入切出路径,车削或铣削：原则：尽量采用切向切入/出，不用法向切入/出，以避免由于切入/出路线的不当降低零件的表面加工质量。,铣削轮廓时，尽量采用顺铣加工方式，可以提高零件表面质量和加工精度，减少机床的“颠振”。要合理地选择进、退刀位置，尽可能选在不太重要的位置。对于二维型腔的加工主要包括型腔区域的加工与轮廓的

4、加工，一般采用立铣刀或环形刀加工。,型腔加工,型腔三种走刀路线,环切法,行切法,行切+环切法,型腔加工,形状复杂的二维型腔，采用大直径刀具与小直径刀具混合使用的方案。曲面加工可在三坐标、四坐标或五坐标数控机床上完成，其中三坐标曲面加工应用最为普遍。,三坐标曲面加工可采用球头刀、平底立铣刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀等，其特征是加工过程中刀具轴线方向始终不变，平行于Z坐标轴。,空间曲面的加工,铣床加工平面、沟槽、螺旋形表面及齿轮。有卧式升降台、立式升降台、龙门、工具等之分,顺铣,逆铣,型腔的切削第一步切内腔，第二步切轮廓。切轮廓通常又分为粗加工和精加工两步。,4切削参数的确定切削参数：切削深度或宽度

5、、主轴转速、进给速度确定切削参数的目标是尽量提高材料的切除率，同时保持稳定的切削状态和要求的加工精度。轴向与径向切削深度必须在刀具轨迹生成时确定，而进给速度与切削速度则可以在其后进行调节。在刚度允许的情况下，尽可能加大切削深度，减少进给次数，提高加工效率。对于精度和表面粗糙度有较高要求的零件，应留有足够的精加工余量。主轴转速n=1000v(D)。进给速度 Vf nf,A：n=1000150(40)=1193 r/min,B：n=1000150(60)=795r/min,C：n=1000150(70)=682 r/min,a,b,c,三轴加工实例,加工模具示意图,技术数据,粗加工,半精加工,精加

6、工,当加工外圆弧时，切削点实际进给速度为：,即：VTVf,加工内圆弧时：,即：VTVf,若Rr时，切削点的实际进给速度将变得很大，可能损伤刀具或工件，要考虑到圆弧半径对工作进给速度的影响。,加工外圆弧时，切削点的实际进给速度vT并不等于选定的刀具中心进给速度vf,(二)数控机床用刀具,数控镗铣、加工中心的工艺特点,主轴头旋转型,工作台旋转型,复合型主轴和工作台旋转型,五坐标机床的类型及加工实例,实例1,实例2,实例3,高速度、高精度与高效率的数控加工。在刀具性能方面，数控加工用刀具在耐用度、刚度、抗脆性、断屑和调整更换等方面的性能已大大改善。加工角度看，加工刀具类型与工艺方案要合理选择。一、数

7、控刀具的类型1机夹可转位刀具 2000种以上，并要可转位硬质合金刀片、陶瓷刀片等与之配套。铣刀、孔加工刀具、车刀及(钻、扩、镗、锪)复合刀具等。2高速钢刀具 外径多小于25mm。常见的有钻头、立铣刀(一般要求PVD涂层)、丝锥及(钻、扩、铰)复合刀具等类型。,3整体硬质合金刀具整体硬质合金刀具外径多小于10mm，硬质合金焊接刀具外径为1663mm，常见的有钻头、立铣刀、铰刀等类型。4超硬材料刀具1)氮化硼刀具(CBN)用于加工淬火钢，可进行铣削、车削的精加工。2)金刚石刀具(PCD)用于加工有色金属，多用于铣、车、钻、铰削的精加工和超精加工。3)陶瓷刀具可用于车削及铣削加工。,外圆车刀,内孔车

8、刀,螺纹车刀,常用车刀,二、数控车床刀具1按用途分类数控车刀从使用特征来看可分为外表面车刀和内表面车刀，它们与普通车刀类似。2按车刀的结构分类刀具从结构上可分为整体式车刀、焊接装配式车刀和机械紧固刀片的车刀。机夹式车刀根据刀体结构的不同，又可分为不转位刀片车刀和可转位刀片车刀。,机夹可转位车刀具有如下特点：1)刀片各切削刃可转位轮流使用，减少换刀时间。2)刀刃不需重磨，有利于采用涂层刀片。3)断屑槽型压制而成，尺寸稳定，节省硬质合金。4)刀杆、刀槽的制造精度要求高。因此，机夹可转位刀具不仅广泛应用于车刀，而且被推广到其他各类型的刀具。在车削加工中，由于目前所使用的机夹不重磨刀片、刀片种类和所用

9、材料品种很多，国际IS0标准和我国国家标准(参见 GB5431-1985)都对机夹可转位刀具的型号、刀片形状代码、刀垫等做出了规定。,三、数控铣床、加工中心用刀具由与机床主轴孔相适应的工具柄部、与工具柄部相联接的工具装夹部分和各种刀具部分组成。1工具柄部7:24圆锥柄工具。锥柄不自锁，换刀比较方便，与直柄相比有较高的定心精度和较高的刚性。2工具装夹部分和刀具部分把通用性较强的几种装夹工具系列化、标准化就成为工具系统。按工具系统的结构形式可分为整体式结构和模块式结构两大类。按工艺用途分为铣削类、镗削类、钻削类等。按刃部形状分为平底立铣刀、端铣刀、球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀等。,图 加工中心所

10、用的刀具,刀位点:用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。是指刀具的定位基准点。,镗刀,钻头,立铣刀、端铣刀,面铣刀,指状铣刀,球头铣刀,车刀,3数控铣床、加工中心上常用刀具应用于数控铣削加工的刀具主要有平底立铣刀、端铣刀、球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀。,数控镗铣及加工中心加工工艺的制定,常用对刀方式,对刀是确定工件在机床上的位置，也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。对刀过程一般是从各坐标方向分别进行，它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点(即对刀点)来实现。,光电式寻边器对刀,心轴块规对刀,偏心式寻边器对刀,零件简图,工件原点,常用对刀方式,偏心式寻边

11、器对刀,主要特点：对刀时寻边器不需回转；可快速对工件边缘定位；对刀精度可达0.005mm；应用范围包括表面边缘、内孔及外圆的高效对刀,数控镗铣及加工中心加工工艺的制定,常用对刀方式,偏心式寻边器对刀,对刀过程：10mm的直柄可安装于弹簧夹头刀柄或钻夹头刀柄上；请以手指轻压测测头的侧边，使其偏心0.5mm；使其以400-600rpm的速度转动；如图2所示使测头与工件的端面相接触，慢慢地碰触移动，就会变成如图3所示，测头不再振动，宛如静止的状态接触，以更细微的进给来碰触移动的话，测头就会如图4所示，开始朝一定的方向滑动。这个滑动起点就是所要寻求的基准位置；工件端面所在的位置，就是加上测头半径5mm

12、的坐标位置,图1,图2,图3,图4,数控镗铣、加工中心加工工艺的制定,Z轴设定器,自动对刀器,刀具长度方向的对刀：Z轴设定器：是用以对刀具长度补偿的一种测量装置。对刀准确、效率高等特点；缩短了加工准备时间。采用手动方式工作，即：对刀时，机床的运动由操作者手动控制，特别适合单件、小批量生产；自动对刀器：能在对刀时将对刀器产生的信号通过电缆输出至机床的数控系统，以便结合专用的控制程序实现自动对刀、自动设定或更新刀具的半径和长度补偿值；对刀仪：用于机外对刀，在使用前就可测量出刀具的准确尺寸数据,对刀仪,刀具长度测量,刀具直径测量,一、对数控机床用夹具的要求1精度要求2定位、装夹要求六点定位，重复安装

13、的一致性，以减少对刀时间，应提高同一批零件加工的一致性要求。3空间要求 干涉碰撞，定位件可卸去。4夹紧力要求确保加工需要，不能使夹具、工件产生变形，尽量靠近切削部位，并作用在刚性较好的地方。5快速夹紧调整要求 采用高效的组合夹具。,(三)数控机床的夹具,二、数控机床夹具的选用方法1)数控机床夹具的选用一般应以通用夹具、组合夹具为主，不建议采用专用夹具，特殊情况除外。2)在数控车床、车削中心和磨床上加工回转体工件，能适应一定直径范围的通用快速自动夹紧卡盘。3)在数控铣床、加工中心上加工以底面作定位的箱体零件时，则可选用当前较新颖的以槽系或孔系为基座的组合夹具，再配以一定量的定位、夹紧元件组合即可

14、。4)在加工中心上加工不规则形状工件，或同时在托板上需加工多个相同或不相同的工件时，则需设计与配备专用夹具。,三、数控夹具的典型结构(一)数控车床类夹具加工盘、套类零件的自动定心三爪卡盘、加工轴类零件的拨盘、顶尖和自动定心跟刀架等。(二)数控铣床和加工中心用夹具通用夹具、组合夹具与专用夹具三种。,数控镗铣、加工中心加工工艺的制定,三维效果图,零件图样,工件的装夹实例1,数控镗铣、加工中心加工工艺的制定,装夹方案1：找正法,装夹方案2：用夹具装夹,工件的装夹实例1,数控镗铣、加工中心加工工艺的制定,工件装夹时必须使工件在机床上占有正确位置,工件装夹时找正过程,工件的装夹实例1,工件的装夹实例2组合夹具装夹应用,工步1装夹示意图,工步2装夹示意图,工步3装夹示意图,工步1加工完成,工步2加工完成,工步3加工完成,表面1,表面1,表面2,表面2,表面1,表面1,数控镗铣、加工中心加工工艺的制定,加工中心加工工序的工步内容：工步1：粗铣表面1及槽、钻扩铰孔工步2：粗精铣表面2型面工步3：精铣表面1型面,数控车床,数控铣床,加工中心,图片,