数控加工工艺及编程.ppt

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1、,第七章 数控加工工艺及编程,授课教师：陈 天 炎,2019年5月19日星期日,7.1 数控加工工艺 7.2 程序编制 思考题与习题,内容概要：,教学要求：,掌握数控加工工艺方案的制订、工艺文件的准备、加工程序的编制、填写及校验。,7.0 引言,在数控机床上加工零件与在普通机床上加工零件所涉及的工艺问题大致相同。首先要对被加工零件进行工艺分析和处理，然后根据工艺装备(机床、夹具、刀具等)的特点拟定出合理的工艺方案，最后编制出零件加工的工艺规程(简称工艺)或加工程序。下面针对数控机床加工的特性介绍数控加工工艺及编程。,7.1 数控加工工艺,7.1.1 数控加工工艺的基本特点,数控机床不同于普通机

2、床，它受控于程序指令，加工的全过程都是按程序指令自动进行的。因此，数控加工程序与普通机床工艺规程有较大差别，涉及的内容也较广。数控机床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量、进给路线、刀具尺寸以及机床的运动过程。因此，要求编程人员对数控机床的性能、特点、运动方式、刀具系统、切削规范以及工件的装夹方法都要非常熟悉。工艺方案的好坏不仅会影响机床效率的发挥，而且将直接影响到零件的加工质量。,合格的程序员首先是一个合格的工艺人员，否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确、合理地编制零件的加工程序。,7.1 数控加工工艺,7.1.2 数控加工工艺的主要内容,概括起来数控加工

3、工艺主要包括如下内容： 1)选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。 2)分析被加工零件的图样，明确加工内容及技术要求。 3)确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。如划分工序、安排加工顺序、处理与非数控加工工序的衔接等。 4)加工工序的设计。如选取零件的定位基准、确定夹具方案、划分工步、选取刀辅具、确定切削用量等。 5)数控加工程序的调整。选取对刀点和换刀点、确定刀具补偿、确定加工路线。 6)分配数控加工中的容差。 7)处理数控机床上的部分工艺指令。,7.1 数控加工工艺,7.1.3 数控加工的工艺分析,当加工零件和数控机床确定之后，编程人员就要对零件加工工艺进行分析。 工艺分析主要

4、从零件数控加工的可能性、程序编制的方便性等方面进行。具体要分析的内容大致有如下7个方面：,1)零件毛坯的可安装性分析。为工件定位、安装和夹具设计提供依据。,2)毛坯材质的加工性分析。即分析所提供的毛坯材质本身的力学性能和热处理状态，毛坯的铸造品质和被加工部位的材料硬度，是否有白口、夹砂、疏松等。判断其加工的难易程度，为刀具材料和切削用量的选择提供依据。,7.1.3 数控加工的工艺分析,3)刀具运动的可行性分析。分析工件毛坯(或坯件)外形和内腔是否有碍刀具定位、运动和切削的地方，对有碍部位是否允许进行刀检，为刀具运动路线的确定和程序设计提供依据。,4)加工余量状况的分析。分析毛坯(或坯料)是否留

5、有足够的加工余量，孔加工部位是通孔还是盲孔，有无沉孔等，为刀具选择、加工安排和加工余量分配提供依据。,5)分析零件图样尺寸的标注方法是否适应数控加工的特点。通常零件图的尺寸标注方法都是要根据装配要求和零件的使用特性分散地从设计基准引注，这样的标注方法会给工序安排、坐标计算和数控加工增加许多麻烦。,7.1.3 数控加工的工艺分析,数控加工零件图要求从同一基准引注尺寸或直接给出相应的坐标值(或坐标尺寸)，这样有利于编程和协调设计基准、工艺基准、测量基准与编程零点的设置和计算，如图7-1a。用坐标标注法，编程时就十分方便，如图7-1b。,7.1.3 数控加工的工艺分析,6)分析零件图样给出构成零件轮

6、廓几何元素的条件是否充分。如果不充分，一是手工编程时无法计算基点或节点的坐标；二是自动编程时，无法对构成零件轮廓的几何元素进行定义。,7)分析零件结构工艺性是否有利于数控加工。一是分析零件的外形、内腔是否可以采取统一的几何类型或尺寸，尽可能减少刀具数量和换刀次数；二是分析零件内槽圆角是否过小，不易保证加工质量，零件槽的底部的圆角半径尺是否过大，影响底部铣削。数控加工工艺性对比如图7-2所示。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,通过上述工艺分析并结合零件的技术要求，确定加工内容及工艺路线。加工内容和工艺路线是工艺方案拟定的重要内容之一，它涉及到三个方面的问题：一是能否在一台数控机床上，经一次

7、装夹完成零件图样中的全部加工内容；二是所确定的工艺路线是否经济合理；三是工艺路线是否能保证最终加工质量。,1加工内容的确定,根据工艺分析和技术要求，确定零件的主要加工表面和非加工表面。 数控机床适于多品种、中小批量的生产，特别适合新产品的试生产。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,数控车床适于回转类的轴类零件和盘类零件的内外表面。 数控镗铣床和立式加工中心适于箱体、箱盖、板类零件、平面凸轮等复杂表面的加工。 三轴联动的立式加工中心可以用来加工叶片和模具的表面。卧式加工中心较立式加工中心适宜复杂的箱体零件、曲型零件、泵体、阀体零件表面加工。 多轴(五轴)联动的数控镗铣床、五面体加工中心，可以

8、用来加工复杂的曲型面、叶轮螺旋桨以及模具表面。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,最适合在数控机床上加工的内容可归纳如下： 1)轮廓形状复杂，加工精度较高的零件表面。 2)需要制作复杂的工艺装备、工艺路线过长、工装过多的零件表面。 3)价值昂贵，加工中不许报废的关键零件表面。 4)集铣、钻、镗、扩、铰、攻螺纹等多种工序于一体的箱体零件表面。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,2数控加工工序划分,在工序划分时要考虑下面3个原则： 1)按所用刀具划分工序的原则，这样可以减少换刀次数，压缩空行程和减少换刀时间，减少不必要的换刀误差。 2)按先粗后精的原则划分加工工序，这样可以减少粗加工变形对

9、精加工的影响。 3)按先面后孔的原则划分工序，这样可以提高孔加工精度，避免面加工时引起的变形。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,3加工余量的选择,加工余量泛指毛坯实体尺寸与零件(图样)尺寸之差。零件加工就是把大于零件(图样)尺寸的毛坯实体加工掉，使加工后的零件尺寸、精度、表面粗糙度均能符合图样的要求。通常要经过粗加工、半精加工和精加工才能达到最终要求。因此，零件总的加工余量应等于中间工序加工余量之和。余量大小可参阅有关切削加工手册。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,4工件定位与安装的确定,工件定位与安装的确定是工艺设计中不可缺少的环节，对任何加工方法来讲都十分重要，合理地选择工件的

10、定位基准和夹压方式是确定工件安装的关键。工件安装的好坏会直接影响工件的加工质量。在工序高度集中的数控机床上加工零件，如何提高零件的定位精度，最大限度地减少零件的夹压变形更为重要，应给予足够的重视。 数控车床、数控铣床上加工平面或曲面常采用较为简单的夹具，如三爪或平口钳等。在数控镗床、加工中心上钻孔和镗孔，常采用无钻模的悬臂式加工。这种加工方式有利于大量采用组合夹具，只有特殊的情况下才设计专用夹具。无论是采用组合夹具还 是专用夹具，一定要充分考虑数控机床运动的特点，避开夹压点对刀具运动的干涉。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,4工件定位与安装的确定,工件定位与安装的确定主要包括：,(1)选

11、择合适的定位方式,(2)确定合适的夹紧方式,(3)选择有足够刚度和强度的夹具,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,4工件定位与安装的确定,(1)选择合适的定位方式 加工中心的工作台是夹具和工件定位与安装的基础，但因加工中心的形式和工作台的结构差异而有所不同，常见的定位方式有下面5种，见图7-3所示。,1)以侧面定位板定位。利用侧定位板可直接计算出工件或夹具在工作台上的位置，并能保证与回转中心的相对位置，定位安装十分方便。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,（1）选择合适的定位方式,2)以中心孔定位。不管是利用工件的外径或内径进行定位，均能保证工件中心与工作台中心有较高的一致性。,7.1.

12、4 加工内容及工艺路线的确定,3)以中央T形槽定位 以中央T形槽进行定位的方式，多用于立式加工中心。通常把标准定位块插入T形槽，使安装的工件或夹具紧靠标准块，达到定位的目的。,（1）选择合适的定位方式,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,4)以基准槽定位 立式和卧式加工中心上均用这种定位方式，在工作台上除了有基准槽外，还有供夹紧用的T形槽(有的是螺孔)，通常是在基准槽中插人标准定位块或止动块，作为工件或夹具的定位基准。采用高精度的止动件，可使定位精度的保持性较高。,（1）选择合适的定位方式,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5)以基准销孔定位 多在立式加工中心辅助工作台上采用，适合于多工

13、件频繁装卸工件的加工方法。,（1）选择合适的定位方式,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,(2)确定合适的夹紧方式 考虑夹紧方案时，要注意夹紧力的作用点和方向。夹紧力应力求通过和靠近中心点上，或在支持点所组成的三角区之内，应力求靠近切削部位，并在刚性较高的地方，尽量不要在被加工孔上方进行夹压。 (3)选择有足够刚度和强度的夹具 夹具主要任务是保证零件的加工精度，因此要求夹具必须具备有足够的刚度和强度。特别对切削用量较大的粗加工夹具，其刚度和强度更为突出。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5选择数控加工刀具,(1)数控刀具的结构与选择 数控车床使用的刀具，无论是车刀、镗刀、切刀还是螺纹加

14、工刀具均有焊接式和机夹式之分，除经济型数据车床外，目前已广泛地使用机夹式刀具。图7-4为一现代数控车刀，它主要由刀体、刀片和刀片紧固系统3部分组成。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5选择数控加工刀具,1)刀片紧固方式：机夹式车刀按刀片紧固方法的差异可分为杠杆式、楔块式、螺钉式、上压式。图7-5是上压式紧固系统结构图，它由模块式夹具、销、刀垫和螺钉组成。不同的刀夹方式是为了满足不同用途的需要而设计的。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5选择数控加工刀具,2)刀片材质：按刀片材料分有硬质合金刀片、涂镀刀片、陶瓷刀片、陶瓷金属刀片、氮化硼刀片等。影响刀片选择最重要的因素有零件的加工精度

15、、工件的材料软硬程度、耐热、切屑长短(断屑)、加工的间断或连续、振动倾向等。 3)刀片的形状与边长：刀片形状有三角形、正方形、正六边形、棱形和多边形刀片。刀片形状与切削边长均已标准化。 4)刀具的编码：在ISO中对可转位嵌刀、车刀架和镗刀架都规定了编码方式，可参考有关资料。 数控机床特别是加工中心，主轴转速较普通机床的主轴转速高25倍，某些特殊用途的数控机床、加工中心其主轴转速高达数万转，因此数控刀具的强度与寿命至关重要。目前涂镀刀具、立方氮化硼刀具等广泛应用于加工中心，陶瓷刀具与金刚石刀具也开始在加工中心上运用。 数控刀具与工具已自成体系，详见附录C。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,

16、5选择数控加工刀具,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5选择数控加工刀具,为了提高槽宽的加工精度减少铣刀的种类，加工时可采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后用刀具半径补偿功能来铣槽的两边，以达到提高槽的加工精度。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5选择数控加工刀具,2)钻孔刀具：在加工中心上钻孔都是无钻模直接钻孔，因此一般应使钻头直径D满足LD5 (L为钻孔深度)。细长孔的加工易于折断钻头，要注意冷却和排屑，图7-7是镶三面刃机夹刀片的强力高速钻头，它的一片刀片位于中心线上，另一刀片位于周边上，它的形状类似深孔钻头，切削液可以从钻头中心引入。,为了提高刀片的寿命，刀片上涂有

17、一层碳化钛层，寿命为一般刀片的23倍，使用这种钻头钻箱体孔比普通麻花钻要提高工效46倍。目前国外加工中心广泛采用这种钻头。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5选择数控加工刀具,在钻孔前最好先用中心钻钻一中心孔或用一刚性较好的短钻头划一窝，这可以解决在铸件毛坯表面引正等问题，还可以代替孔的倒角、提高小钻头的寿命等。划窝一般采用815的钻头(见图7-8)。,当毛坯表面非常硬，钻头无法划窝时可先用硬质合金立铣刀，在欲钻孔部位先铣小平面，然后再用中心钻钻一引孔，解决硬表面钻孔引正问题。,Tips：,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5选择数控加工刀具,为了提高工效、减少工步数和换刀次数可以采

18、用如图7-9所示的阶梯式钻头。,这个钻头每个阶梯均有自己的螺旋槽，比共螺旋槽的复合钻头易于排屑。这种钻头不仅可以提高工效33.5倍，而且可以提高孔距精度。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5选择数控加工刀具,3)镗孔刀具的使用特点 在加工中心上进行镗削加工通常是采用悬臂式的加工，因此要求镗刀有足够的刚度和较好的精度。 在镗孔过程中一般都是采用移动工作台或立柱完成Z向进给(卧式)，保证悬伸不变，从而获得进给的刚性。 对于精度要求不高的几个同尺寸的孔，在加工时，可以用一把刀完成所有孔的加工后，再更换一把刀加工各孔的第二道工序，直至换最后一把刀加工最后一道工序为止。 精加工孔则须单独完成，每道

19、工序换一次刀，尽量减少各个坐标的运动以使减少定位误差对加工的影响。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5选择数控加工刀具,加工中心常用的精镗孔刀具，有如图7-11所示的精镗微调刀杆系统。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5选择数控加工刀具,图7-12是近年来广泛使用的双刃机夹镗刀; 7-13所示的可调双刃镗刀系统。,这种刀具的刀片更换十分方便，不需要重磨，易于调整，刚性好，对称切削镗孔的精度较高。,大孔径的镗孔加工可选用,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5选择数控加工刀具,双刃镗刀,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5选择数控加工刀具,4)攻螺纹刀具 在加工中心上攻螺纹一般

20、都用丝锥直接在底孔上攻螺纹。铸铁件多用手动丝锥进行攻螺纹，钢件要用机动丝锥的丝锥进行攻螺纹。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5选择数控加工刀具,在加工中心除用上述两种丝锥外，还有用如图7-14所示的螺头式丝锥和螺旋式丝锥。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5选择数控加工刀具,螺头式丝锥(图7-14a)包括咬入部和与排屑槽螺旋方向相反的1512的螺旋槽，一般用于通孔攻螺纹。该种丝锥有如下特点：切屑从切削方向排出，槽内不残留切屑，这样不会因切屑堵塞而损伤丝锥；由于切屑不堵塞，可以把沟槽设计得较一般丝锥小，从而提高了丝锥的强度；由于这种丝锥咬入部分的有效前角增大，刃尖锋利，切削阻力小，

21、所以可攻出较高精度的螺纹孔；对于切削性能较差的材料，用这种丝锥攻螺纹，也能获得较好的效果。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,5选择数控加工刀具,螺旋式丝锥有螺旋刃槽(图7-14b)，像钻头那样，一边进行切削，一边从排屑槽后面排出切屑。螺旋角越大越锋利，而且切屑排出也较顺利。 螺旋角过大，会降低刃尖的强度，而且会产生卷刃或剥离现象。这种丝锥的特点是：因切屑从后面排出，固最适合于盲孔、深孔攻螺纹；切屑不残留在刃槽内，这样不会发生因排屑堵塞而造成的损伤；对切削性能较差的材料同样可以获得较好的效果。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,6切削用量的确定,编程人员选择切削用量时，一定要充分考虑影

22、响切削的各种因素，正确的选择切削条件，合理地确定切削用量，可有效地提高机械加工质量和总产量。而切削条件影响的因素有： 1)机床、工具、刀具及工件的刚性。 2)切削速度、背吃刀量和切削进给量。 3)工件精度及表面粗糙度。 4)刀具预期寿命及最大生产率。 5)切削液的种类、冷却方式。 6)工件材料的硬度及热处理状况。 7)工件数量。 8)机床的寿命。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,6切削用量的确定,对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大主要要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。 编程人员在确定每

23、道工序的切削用量时，应根据被加工工件材料、硬度、刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择合适的吃刀量和切削速度（进给速度和主轴转速），也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。,7.1.4 加工内容及工艺路线的确定,7加工路线的确定,在数控机床上加工零件，特别是在加工中心上加工零件，每道工序的加工路线的确定都是非常重要的，因为它不仅与被加工零件表面粗糙度有关，而且与尺寸精度和位置精度都有直接关系。过长的加工路线还会影响机床的寿命、刀具的寿命等。确定加工路线就是要确定刀具运动轨迹和运动方向(即编程轨迹和运动方向)。,一、确定走刀路线时应注意以下几点： （1）寻求最短加工路线 如加工下图a所示零件上的

24、孔系。b图的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。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。,a)零件图样,b)路线1,c)路线2,7加工路线的确定,（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。 如下图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b图的走刀路 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也是一种可考虑的走刀路线方式。

25、,a)路线1,b)路线2,c)路线3,7加工路线的确定,(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，如下图所示。,7加工路线的确定,（4）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。,7加工路线的确定,(1)孔加工路线的确定 图715是精镗430H7孔的示

26、意图，由于孔的位置精度要求较高，因此安排镗孔路线问题就显得比较重要，安排不当就有可能把坐标轴的反向间隙带入，直接影响孔的位置精度。,7加工路线的确定,图7-16是图7-15的加工路线示意图，从图中不难看出图7-16a所示方案由于孔与I、孔的定位方向相反，无疑X向的间隙会使定位误差增加，而影响孔与孔的位置精度。图7-16b所示方案是当加工完孔后没有直接在孔处定位，而是多运动了一段距离，然后折回来在孔处进行定位，这样I、和孔的定位方向是一致的，孔就可以避免反向间隙误差的引入。从而提高了孔与孔的孔距精度。,7加工路线的确定,(2)铣削内外圆时加工路线的确定 铣削整圆时，要安排刀具从切向进入圆周进行铣

27、削加工，当整圆加工完毕之后，不要在切点处取消刀补和退刀，要安排一段沿切线方向继续运动的距离，这样可以避免在取消刀补时，刀具与工件相撞而造成工件和刀具报废。铣切外圆加工路线如图7-17所示。,7加工路线的确定,(2)铣削内外圆时加工路线的确定 当铣切内圆时也应该遵循此种切入的方法。最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线。切出时也应多安排一段过渡圆弧再退刀，这样可以降低接刀处的接痕，从而可以降低孔加工的粗糙度和提高孔加工的精度，图7一18是铣切内圆的加工路线示意图。,7加工路线的确定,(3)刀具轴向进给的切入与切出的确定 如图7-19所示用钻头钻孔，钻头定位于R点，从R点以进给速度作Z向进给，到孔底部

28、后，应安排快速退到R点。长度A为切入距离，B为切出距离，A与目的实际尺寸要视工件表面状态和加工性质而定。,7加工路线的确定,(3)刀具轴向进给的切入与切出的确定 表7-1列出了钻孔、镗孔、铰孔和攻螺纹的切入与切出点的距离。,7加工路线的确定,7.1.5 数控加工的工艺处理 (典型加工工序的工艺处理),(1)平面的轮廓的加工 一般平面轮廓零件，其轮廓多数由圆弧和直线所组成，如图7-20a所示的平面轮廓零件，它是由两段圆弧和两段直线所组成。这类零件形状比较简单，只要根据零件轮廓尺寸、调用刀具补偿功能(G41或G42)，即可完成该零件的轮廓加工。,1轮廓铣削的工艺处理,7.1.5 数控加工的工艺处理

29、 (典型加工工序的工艺处理),(1)平面的轮廓的加工 当平面轮廓是任意曲线时，编程就比较困难，因为目前尚没有可以实现任意曲线加工的数控系统，因此需要用逼近法去解决这类零件的加工。如图7-20b所示的两条曲线，可分别用直线或圆弧逼近，即用直线插补方法逼近曲线，用圆弧插补方法近似地逼近曲线。,1轮廓铣削的工艺处理,7.1.5 数控加工的工艺处理 (典型加工工序的工艺处理),(2)立体轮廓的加工 立体轮廓的加工工艺处理较平面轮廓加工要复杂得多，加工时要根据曲面形状、刀具形状以及零件的精度要求，选择合理的进给路线。 对于三坐标两轴联动的数控铣床、加工中心。可以用“行切法”进行加工。“行切法”如图7-2

30、1所示， 即以XYZ三轴中任意两轴作插补运动，第三轴作周期性进给，常称作二轴半坐标联动。此方法适宜加工精度要求不高的曲面、模具、凸轮等零件。,1轮廓铣削的工艺处理,7.1.5 数控加工的工艺处理 (典型加工工序的工艺处理),(2)立体轮廓的加工 三坐标联动的数控机床可以用“阶梯逼进法”进行加工。如图7-22所示的SS为一空间曲线，在XY及XZ两平面上均为平面曲线。在XY平面内两轴联动，Z向作周期进给，依次步步逼近，从而形成一条空间曲线。因此，可在有空间直线插补功能的三坐标联动机床上加工。但编程计算较复杂，加工程序可采用自动编程系统来编制。,1轮廓铣削的工艺处理,Tips:“行切法”与“阶梯法”

31、都是近似的加工方法，加工精度与分隔、分阶的密度有直接的关系。对于精度要求较高的零件采用这种方法进行加工时要采取相应的措施或更换设备。,7.1.5 数控加工的工艺处理 (典型加工工序的工艺处理),(2)立体轮廓的加工 四坐标及四坐标以上的联动加工，除XYZ三轴平移外还要求有第四轴或第五轴旋转，即沿XYZ的任意一轴或两轴作转动(A、B等)。这种加工方式虽然为加工提供了方便，但机床设备费用非常高。,1轮廓铣削的工艺处理,四轴联动加工方法 如下图所示的飞机大梁，其加工面为直纹扭曲面，若采用三坐标联动加工，则只能用球头刀，不仅效率低，而且加工表面粗糙，为此可采用如图所示的圆柱铣刀周边切削方式在四轴联动机

32、床上进行加工，再加工过程中，除了X、Y 轴联动形成大梁的基线，为了保证刀具与工件型面在全长上始终贴合，同时刀具还应作B 轴摆动（绕Y 轴旋转的运动），由于摆动运动，则需直线移动座标进行补偿，即可能进行X、Y、Z 三个方向的补偿，所以需四轴联动。由于计算较复杂，故一般采用自动编程。,7.1.5 数控加工的工艺处理,五轴联动加工： 螺旋桨是典型零件，一般采用端铣刀加工，为了保证端铣刀的端面加工处的曲面的切平面重合，铣刀除了需要三个移动轴（X、Y、Z）外，还应作与螺旋角、后倾角相对应的摆动运动。并且还要作相应的附加补偿运动（摆动中与铣刀的刀位点不重合）。 综上所述，叶面的加工需要五轴（X、Y、Z、A

33、、B）联动，这种编程只能采用自动编程系统。,7.1.5 数控加工的工艺处理,7.1.5 数控加工的工艺处理 (典型加工工序的工艺处理),调头镗孔是一种常见的孔加工方法，它是利用工作台作横向(X向)移动和回转180。使夹在工作台上的工件孔的轴心线与回转前的轴心线重合，实现从工件的两端加工同轴孔。这种加工方法必然会产生调头镗孔的同轴度误差。为了尽量减少同轴度误差，可作如下处理。,2调头镗孔的工艺处理,1)对于箱体零件上只有一通孔的调头镗时，在镗完一端孔刀具退出后，工作台仅作180回转运动，再调用刀具加工另一端孔，这样可以避免横向移动的误差影响工件的同轴度。,7.1.5 数控加工的工艺处理 (典型加

34、工工序的工艺处理),2调头镗孔的工艺处理,2)对于有若干孔系的箱体零件调头镗时，在每镗完同一轴线上的一端孔时，工作台即回转180，并作相应的X向运动，使孔的轴心线返回与主轴中心线重合，再加工另一端的孔。这样可以减少反向间隙以及多次定位误差对同轴度的影响如图7-23所示。,3)减少频繁的交换刀具，刀具交换误差和Y轴(卧式)、Z轴(立式)的定位误差也会影响同轴度，所以调头镗时应尽量减少刀具交换次数。,7.1.6 数控加工工艺文件,数控加工工艺文件是编程员编制的与程序单配套的相关技术文件，常用的数控加工工艺文件有工艺规程卡(也称工艺卡)、刀具调整卡和加工程序清单。加工中心的加工工艺文件，由于工件复杂

35、，加工部位多，涉及的刀辅具也多，因此务必详细研究工件图样，细致的安排每一道工序，乃至全部工序。对十分复杂或毛坯状态和前加工内容不太明确的工件，必要时还需绘制出毛坯状态图、辅助工艺图、刀具布置图等，以便详尽的指导生产。,7.1.6 数控加工工艺文件,1.工艺规程卡 数控加工工艺规程卡是数控加工工艺文件重要组成部分之一，它规定了工序内容、加工顺序、加工面回转中心距离(立式加工中心无此项)、刀具编号(码)、刀具类型和规格、刀辅具(工具)型号和规格、主轴转速、进给量和背吃刀量等，如表7-2所示数控加工工艺规程卡。如果只在数控机床上加工1、2道工序时，也可不用填写工艺规程卡，用文字叙述即可，加工内容十分

36、复杂，还应把零件草图绘在工艺规程卡上，并标明工件零点、刀具零点、回转中心、切削循环进刀点等数据信息。,7.1.6 数控加工工艺文件,1.工艺规程卡,7.1.6 数控加工工艺文件,2刀具调整卡 刀具调整卡是指导机外对刀、预置、调整或修改刀具尺寸的工艺性文件。所谓的机外对刀就是在刀具装入刀库(或主轴)之前，事先在对刀仪上调整好刀具的径向和轴向(长度)尺寸，这种在机床外进行刀具调整的方式即为机外对刀方式。刀具调整卡式样因工厂刀具管理差异不尽相同，刀具调整卡如表7-3所示，它是加工中心用的一种刀具调整卡，并配有刀具配套卡，如表7-4所示，在卡中绘有刀具配套简图和相关配套目录。,7.1.6 数控加工工艺

37、文件,2刀具调整卡,7.1.6 数控加工工艺文件,2刀具调整卡,7.1.6 数控加工工艺文件,3数控加工程序单 数控加工程序单是数控机床运动的指令，也是技术准备和生产作业的指令性文件。该文件记录了数控加工的工艺过程、切削用量、进给路线、刀具尺寸以及机床运动的全过程。由于在加工的程序中，数控机床是按程序指令自动进行的，所以要求所编制的加工程序单正确、简捷、全面；输入程序时准确、无误。数控机床类型不同，数控系统不同，程序单的编写格式也有所差别；同一类型的机床，尽管所配置的数控系统不同，但编程的格式差异不大。数控加工程序单如表7-5所示。,7.1.6 数控加工工艺文件,3数控加工程序单,7.2 程序

38、编制,数控机床与普通机床加工工件的区别在于数控机床是按照程序自动加工工件，而普通机床由人来操作。上图数控加工中，只要改变加工程序就能达到加工不同形状工件的目的。,7.2 程序编制,数控机床是用数字信息来控制机床进行加工的，控制数控机床进行加工的数字信息，称为指令，将所有按零件图及工艺要求编写的有序的指令称为数控程序。 所谓编程，就是把零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动及刀具位移等内容，按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。 加工程序的编制工作是数控机床使用中最重要的一个环节，因为程序编制的好坏直接影响数控机床的正确使用和数控机床特点的发挥。因此，要求编程人员具有

39、比较高的素质，应通晓机械加工工艺以及机床、刀具、夹具、数控系统的性能，熟悉工厂生产特点和生产习惯。在工作中，编程员能同机床操作人员配合默契，不断吸取别人的编程经验、积累本人的编程经验和编程技巧。另外，还应不断完善硬件和软件知识，努力实现编程工作自动化，以简化编程过程，提高编程效率，减少出错率。,7.2 程序编制,引例：,一个钻孔程序的实例,7.2 程序编制,7.2.1 数控编程的内容与方法,分析零件图纸,工艺处理,数学处理,编写程序单,制作控制介质,程序校核,数控机床,1数控编程的内容,1数控编程的内容,1)分析零件图，确定零件的加工工艺过程。,审查与分析零件图纸中的尺寸标注方法是否适合数控加

40、工的特点。对数控加工来说,最倾向于以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。 审查与分析零件图纸中构成轮廓的几何元素的条件是否充分。在审查与分析图纸时，一定要仔细认真，看是否有构成零件轮廓的几何元素不充分或模糊不清的问题。 审查与分析定位基准的可靠性 。数控加工工艺特别强调定位基准，尤其是正反两面都采用数控加工的零件，以同一基准定位就十分必要。,1数控编程的内容,2)工艺处理阶段,数控加工工艺处理的主要任务就是: 确定走刀路线和安排工步顺序; 定位基准与夹紧方案的确定; 夹具的选择; 刀具的选择; 确定对刀点和换刀点; 测量方法的确定; 确定加工用量。,1数控编程的内容,3)进行数值计算,根据零件

41、图和确定的走刀路线来进行一些必要的数学处理 主要包括： 计算出走刀轨迹和每个程序段所需数据； 基点坐标的计算； 基点就是指相邻几何元素的交点和切点。 节点坐标的计算； 对非圆曲线需要用小直线段或圆弧段逼近，这些小直线段或圆弧段与非圆曲线的交点或切点叫做节点。,1数控编程的内容,4)编写加工程序单及初步校验,根据加工工艺路线、工艺参数、刀具号、辅助动作以及数值计算的结果等，按所使用的机床数控系统规定的功能指令及程序格式，编写零件加工程序单，并需要校核、检查上述步骤中的错误。此外，还应附上必须的加工示意图、刀具布置图、机床调整卡、工序卡及必须的说明。,加工程序单主要有两种形式： 在计算机上，用字处

42、理软件或文本编辑器编写，以文本文件的形式保存。 直接记录在纸上。 用计算机编写的加工程序单修改和保存都比较方便。,1数控编程的内容,5)制作控制介质,控制介质就是记录零件加工程序信息的载体。常见的控制介质有：穿孔纸带、磁带、磁盘 现在大部分的数控机床都具有与计算机进行数据交换的通信接口，例如RS232、RS422、网卡等，所以编制的数控程序可以直接传输到数控机床里而不需制作控制介质。现在穿孔纸带已基本不使用。,1数控编程的内容,6)程序校验和首件试切削,程序校验与修改,手工编程采用的程序校验手段有： 通过穿孔机的穿复校功能检验穿孔带是否有误； 人工对数控程序进行检查； 把数控程序输入，然后利用

43、机床锁住坐标轴运动的功能对数控进行检查； 利用机床空运行功能对数控程序进行检查； 利用数控加工模拟软件对数控程序进行检查； 利用塑料或木材进行试加工。,1数控编程的内容,6)程序校验和首件试切削,首件试加工与现场问题处理,数控加工程序经过的校验之后，还无法确定加工程序能否加工出符合精度要求的零件，因此要进行首件试加工。在试加工过程中可以发现程序是否有错，可以知道零件加工精度是否合格以及加工现场会不会出现问题。 如果首件试切削不合格，还要进行加工程序的修改，直到试加工合格为止。 在首件试加工中，要特别注意刀具与工件、夹具以及机床干涉的问题。大部分的加工事故都是在首件试切削时发生的。,7.2 程序

44、编制,7.2.1 数控编程的内容与方法,2程序编制的方法,编制数控程序的方法，目前常用的有两种：一种是手工编程的方法；另一种是自动编程方法。 （一）手工编程 由分析零件图纸、制订工艺规程、计算刀具运动轨迹、编写零件加工程序清单、制作控制介质直到程序校验，整个过程主要由人工来完成，这种人工制备零件加工程序的方法称为手工编程。手工编程的过程下图所示。手工编程时，也可以利用计算机辅助计算出坐标值和编写加工程序清单。,手工编程工作过程,（二）手工编程的适用范围,任何一种编程方法都有它的局限性和一定的适用范围。根据多年的实际经验，工程技术人员总结出手工编程的适用范围如下：,7.2.1 数控编程的内容与方

45、法,加工程序简单 几何形状不太复杂零件； 加工程序不长零件； 编程过程中所需计算比较简单的零件；,（三）自动编程,自动编程又叫计算机辅助编程。它是借助计算机代替人，自动完成零件程序编制过程中的大部分工作。语言输入式自动编程的工作过程如下图所示。,（四）自动编程的适用范围,形状复杂的零件，特别是具有非圆曲线表面的零件； 零件几何元素虽不复杂，但加工程序太长的零件； 在不具备刀具半径自动补偿功能的机床上要进行轮廓铣削时，编程要按刀具中心轨迹进行，如果用手工编程，计算相当繁琐，程序量大、浪费时间、出错率高，有时甚至不能编出加工程序，此时必须用自动编程的方法来编制零件的加工程序; 联动轴数超过两轴以上

46、的加工程序的编制。,7.2 程序编制,7.2.2 穿孔带及代码,数控机床的程序格式、纸带代码、坐标指令、加工指令、辅助指令等都己标准化，但机床所配的数控系统不同，其所用的代码、指令也不尽相同，编程时必须按机床说明书中的具体规定执行。,(1)穿孔带 穿孔带也称控制带，或称纸带，它是数控机床常用的控制 介质，是编程人员与机床的媒介，在纸带上用穿孔的方式记录 着零件的程序指令，数控机床上最常用的是八单元穿孔带，它 可以由各种颜色的纸带、塑料带或金属带制成。如图7-24所示。,7.2.2 穿孔带及代码,图7-24 八单位标准穿带孔,7.2.2 穿孔带及代码,根据国际标准化组织规定，八单位穿孔带宽度的名

47、义尺寸为25.4mm(1in)，在纸带宽度方向上排列有数量不等的八列孔，每一行孔组成一个传递信息的代码。第3和第4孔道中间有传递纸带用的同步孔。它的作用是制带和读带时的导向孔，同时用作读带的同步孔。为了保证纸带的互换性，纸带宽度、孔径、厚度等均规定公差范围，见上图。,7.2 程序编制,7.2.2 穿孔带及代码,(2)代码,代码是数控机床传递信息的语言，程序单上给出的字母和数字以及符号按照规定在纸带上穿出孔来，有孔表示“1”，无孔表示“0”。纸带光电读入系统接收从孔中透过的光并把光信号转变为电脉冲信号输入计算机。在纸带水平方向(宽度方向)上的一排孔组成代表字符、数字的符号。这种符号就是通常所说的

48、代码，也称字符。数控机床上常用的字符有：,1)数字09。 2)字母A、B、C、X、Y、Z。 3)特殊记号+(正号)、一(负号)、(跳过任意程序段)、ER(程序号)、SP(空格)、DEL(注消码)、(小数点)等。 这些字符(代码)都是按二进制编码，即用纸带上有孔或无孔两种状态组合来表示。,7.2.2 穿孔带及代码,(3)常用的穿孔带代码,当前数控机床常用的代码有ISO和EIA两种代码。ISO码（International Standard Organization）是国际标准化组织制定的代码，EIA码（Electronic Industries Association）是美国电子工业协会制定的代

49、码。编程时一定要了解数控系统能接受那种代码的信息，不过现代数控系统两种码均可兼容。 1)ISO代码(ISO R840)：ISO码主要是在计算机和数据通信中使用，1965年以后才开始在数控机床中使用。ISO代码的孔位特征见教材图7-25所示。 2)EIA代码(ELA RS244-A)：EIA码是数控机床上常用的一种代码，其主要特点是表示字符(代码)的孔的数目必须是奇数，故也称为EIA码为奇数码。EIA代码的孔位特征见教材图7-25所示。,两种代码标准均采用八单位穿孔纸带，由信息孔和同步孔构成。,7.2.2 穿孔带及代码,(3)常用的穿孔带代码,ISO代码与EIA代码的比较,ISO代码为七位二进制编码，EIA为六位（不包括奇偶校验位），因而ISO代码的信息量比EIA代码大一倍。 ISO代码比EIA代码的编码规律性强，容易识别。ISO数字码在第5、6列均有孔，