数控加工工艺基础.ppt

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1、数控加工工艺学,第4章 数控加工工艺基础,4.1 数控加工工艺概述 4.2 数控加工工艺分析 4.3 数控加工工艺路线的拟定 4.4 数控加工工序设计 4.5 对刀点和换刀点的确定 4.6 数控加工工艺文件 4.7 数控编程数学基础 4.8 机械加工精度及表面质量,一、数控加工工艺的基本特点 与普通加工工艺相比，数控加工工艺有如下基本特点。 1加工工艺的内容十分具体 2工艺要求相当准确而严密 二、数控加工工艺的主要内容 数控加工工艺主要包括以下内容： (1) 选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。 (2) 对零件图样进行分析，明确加工内容及技术要求。,4.1 数控加工工艺概述,(3)

2、确定零件的加工方案，拟定加工工艺路线。如划分工序，安排加工顺序等。 (4) 设计加工工序，如工步划分、工件的定位与夹具的选择、刀具的选择，切削用量的选择等。 (5) 处理特殊工艺问题，如对刀点、换刀点的选择、刀具补偿和走刀路线的确定等。 (6) 分配数控加工中的误差。 (7) 处理数控机床上部分工艺指令，编制工艺文件。,4.1 数控加工工艺概述,数控加工工艺分析主要包括3个方面的内容，即选择适合数控加工的零件、确定数控加工的内容和数控加工零件的工艺性分析。 一、选择适合数控加工的零件 数控加工的零件按适应程度分以下3类。 1最适应类 （1）形状复杂、加工精度高，用普通机床无法加工或虽能加工但质

3、量难以保证的零件。 （2）具有复杂曲线或曲面轮廓的零件。 （3）具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不敞开内腔的壳体或盒形零件。 （4）必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多道工序的零件。,4.2 数控加工工艺分析,2较适应类 (1)价值高且在普通机床上加工时极易受人为因素（如工人技术水平高低、情绪波动、体力强弱等）干扰的零件。 (2)在普通机床上加工时必须制造复杂的专用工装的零件。 (3)需要多次更改设计后才能定型的零件。 (4)在普通机床上加工需要作很长时间调整的零件。 (5)在普通机床上加工效率低、工人劳动强度大的零件。,4.2 数控加工工艺分析,3不适应类 (1)生产批量大（不排

4、除其中个别工序采用数控加工）。 (2)装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件。 (3)加工余量极不稳定，且在数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的零件。 (4)必须用特定工艺装备协调加工的零件。,4.2 数控加工工艺分析,二、确定数控加工的内容 判断一个零件中哪些工序最适合、最需要进行数控加工，一般可根据下列原则进行。 (1)是否为普通机床无法加工的内容。 (2)是否为普通机床难以加工、质量也难以保证的内容。 (3)是否为普通机床加工效率低、工人劳动强度大的内容。,4.2 数控加工工艺分析,相比之下，下列一些内容不宜采用数控加工。 (1)占机调整时间长的内容，如以毛坯粗基准定位

5、加工第一个精基准。 (2)加工部位分散，不能在一次安装中完成较多加工的内容。 (3)编程获取数据困难的型面、轮廓。 (4)加工余量大且不均匀的粗加工。,4.2 数控加工工艺分析,三、数控加工零件的工艺性分析 零件的工艺性分析是从加工制造的角度对零件进行分析，主要内容包括零件图的工艺性分析和零件结构工艺性分析两方面内容。 1零件图的工艺性分析 (1)零件图的完整性与正确性分析。 (2)尺寸标注分析。 (3)零件技术要求分析。 (4)零件材料分析。,4.2 数控加工工艺分析,2零件的结构工艺性分析 零件的结构工艺性是指所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。采用数控加工时，必须注意

6、零件设计的合理性，必要时，还应在基本不改变零件性能的前提下，对零件的结构形状及尺寸进行修改，具体可参照以下几点。 （1）尽量工序集中，以充分发挥数控机床的特长，提高精度和效率。 （2）采用标准刀具、减少刀具规格与种类。 （3）减少机床调整，缩短辅助时间。 （4）利于减少编程工作量。 （5）利于减少加工劳动量。 （6）利于保证定位刚度和刀具刚度，以提高加工精度。,4.2 数控加工工艺分析,表4-1为对一些原始零件结构进行修改以适应数控加工的实例。,4.2 数控加工工艺分析,工艺路线的拟定是制定工艺规程的一项重要内容。其主要内容有选择定位基准、确定加工方法、安排加工顺序以及安排热处理、检验和其他工

7、序等。 一、定位基准的选择 定位基准分为粗基准和精基准。以未加工过的表面进行定位的基准称为粗基准，以已加工过的表面进行定位的基准称为精基准。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,1粗基准的选择原则 工件加工的第一道工序的定位基准即粗基准，具体选择时应参考下列原则。 (1) 对于同时具有加工表面与不加工表面的工件，为了保证加工表面和不加工表面间的相互位置精度要求，应选择不加工表面为基准面。如果工件上有多个不加工面，则应选择其中与加工表面位置精度要求较高的表面作为粗基准。 (2) 对于具有较多加工表面的工件，选择粗基准时，应考虑合理分配各表面的加工余量。在分配余量时，应注意两点： 选择毛坯余量最小的表

8、面作为粗基准； 选择工件上重要的表面作为粗基准。 粗基准应避免重复使用。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,2精基准的选择原则 选择精基准的目的是使装夹方便可靠，以保证加工精度。具体遵循以下原则。 (1) 基准重合原则。 (2) 基准统一原则。 (3) 互为基准原则。 (4) 自为基准原则。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,二、加工方法的选择 1加工经济精度和经济粗糙度 所谓加工经济精度是指在正常加工条件下（采用符合质量标准的设备、工艺装备和标准技术等级工人，不延长加工时间）所能保证的加工精度。而经济粗糙度是指在正常的加工条件上，所能保证的粗糙度值。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,表4-2表4

9、-4分别列出外圆、圆柱孔和平面3种典型表面的加工方法和各种加工方法所能达到的加工经济精度和经济粗糙度。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,2加工方法的选择 满足同样精度要求的加工方法有若干种，所以选择时还应考虑以下因素。 （1）所选择的加工方法能否达到零件精度的要求。 （2）零件材料的加工性能如何。 （3）生产率对加工方法有无特殊要求。 （4）本厂的工艺能力和现有加工设备的加工经济精度如何。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,三、加工阶段的划分 加工过程划分为粗加工、半精加工、精加工和光整加工4个阶段。 （1）粗加工阶段。 粗加工阶段的主要任务是去除各表面的大部分余量。 （2）半精加工阶段。 半精

10、加工阶段的任务是达到一定的精度要求，留有一定的精加工余量，并为主要表面的精加工作准备。 （3）精加工阶段。 精加工阶段的任务是达到零件的全部技术要求（主要是保证主要表面的加工质量）。 （4）光整加工阶段。 其主要目的是提高尺寸精度、减小表面粗糙度。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,划分加工阶段的好处有以下几个方面。 (1)有利于保证加工质量。 (2)可以合理地使用设备。 (3)便于安排热处理工序。 (4)便于及时发现毛坯的缺陷。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,四、工序的划分 1工序的划分原则 工序的划分可采用工序集中原则和工序分散原则。 (1) 工序集中原则。工序集中原则是指使每道工序包括尽

11、可能多的内容，因而使总工序数减少。工序集中特点是工序数目少、工序内容复杂。 (2) 工序分散原则。工序分散原则是指将工件的加工分散在较多工序内进行，每道工序的加工内容很少。工序分散的特点是工序数目多，工序内容简单,4.3 数控加工工艺路线的拟定,2工序的划分方法 (1)按安装次数分。以一次安装所完成的那一部分加工作为一道工序。 (2)按所用刀具分。以同一把刀具完成的那一部分加工作为一道工序。 (3)按加工部位分。以完成相同型面的那一部分工艺过程作为一道工序。 (4)按粗、精加工分。即粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序。,4.3 数控加工工艺路线的

12、拟定,五、加工顺序的安排 1切削加工顺序的安排 (1)先加工基准面，再加工其他表面。 (2)先安排粗加工工序，后安排精加工工序。 (3)先加工主要表面，后加工次要表面。 (4)一般情况下，先加工平面，后加工孔。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,2热处理及表面处理工序的安排 为了改善切削性能而进行的热处理工序（如退火、正火、调质等），应安排在切削加工之前。 为了消除毛坯在制造和机械加工过程中产生的内应力而进行的热处理工序（如人工时效、退火、正火等），最好安排在粗加工之后，精加工之前。 对于一般铸件，常在精加工前或粗加工后安排一次时效处理；对于精度要求较高的零件，在半精加工后尚需再安排一次时效处理

13、. 对于一些刚性较差、精度要求极高的重要零件（如精密丝杠、主轴等），常常在每个加工阶段后都安排一次时效处理。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,3辅助工序的安排 辅助工序主要包括检验、去毛刺、倒棱、平衡、防锈和清洗等。其中检验工序是保证产品质量合格的关键工序之一，一般安排在粗加工全部结束后、精加工之前、重要工序之后、工件在不同车间之间转移前后和工件全部加工结束后。切削加工之后，应安排去毛刺处理。工件在进入装配之前，一般应安排清洗。 4数控加工工序与普通工序的衔接 数控加工工序前后一般都穿插有其他普通工序，若衔接不好就容易产生矛盾，影响加工过程。因此，最好的方法是建立相互状态要求，使各工序之间达到

14、相互满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。,4.3 数控加工工艺路线的拟定,一、加工余量的确定 1加工余量的概念 加工余量是指加工过程中，所切去的金属层厚度。加工余量有工序余量与加工总余量之分。每一道工序所切除的金属层厚度称为工序余量，其值等于前后工序基本尺寸之差。毛坯尺寸与零件设计尺寸之差称为加工总余量。加工总余量和工序余量的关系可用下式表示：,4.4 数控加工工序设计,工序余量有标称余量（简称余量）、最大余量和最小余量的区别（如图4-1）。,4.4 数控加工工序设计,工序余量有标称余量（简称余量）、最大余量和最小余量的区别（如图4-1）。,图4-1 加工余量与工序公差的关

15、系,余量公差的大小等于本道工序尺寸公差与上道工序尺寸公差之和。即：,4.4 数控加工工序设计,2影响加工余量的因素 影响加工余量的因素有下列几种。 (1)前道工序加工后的表面上有微观的表面粗糙度Ra和表面缺陷层Da，如图4-2(a)所示。 (2)前道工序的表面尺寸公差Ta。 本工序余量应包含上道工序的尺寸公差Ta。 (3)前道工序的相对位置尺寸公差a，如图4-2(a)所示。如直线度、同轴度、垂直度误差等。 (4)本工序加工时的安装误差。 包括定位误差、装夹误差及夹具本身的误差。如图4-2(b)所示。,4.4 数控加工工序设计,4.4 数控加工工序设计,图4-2 影响加工余量的因素,3确定加工余

16、量的方法 (1)经验估算法。经验估算法是根据经验确定加工余量的方法。 (2)查表修正法。查表修正法是以生产实践和试验研究积累的有关加工余量的资料数据为基础，并结合实际情况进行适当修正来确定加工余量的方法。 (3)分析计算法。分析计算法根据加工余量计算公式和一定的试验资料，通过计算确定加工余量的一种方法。,4.4 数控加工工序设计,此外，在确定加工余量时，还应注意以下几个问题。 (1)采用最小加工余量原则。 (2)余量充分且应包含热处理变形。 (3)大零件取大余量。 (4)总加工余量和工序余量要分别确定。,4.4 数控加工工序设计,二、工序尺寸及公差的确定 1工艺尺寸链的基本概念 (1)尺寸链的

17、定义。 在零件加工或装配过程中，由相互联系形成的封闭尺寸组称为尺寸链。如43所示。,4.4 数控加工工序设计,图4-3 零件加工过程中的尺寸链,(2)尺寸链的组成。按各尺寸在工艺尺寸链中的作用可分为环、封闭环、组成环、增环、减环和补偿环。 环。列入工艺尺寸链中的每一个尺寸称为工艺尺寸链的环。 封闭环。尺寸链中在加工过程最后间接获得的尺寸（环）称为封闭环。封闭环一般用字母加下标“0”表示。如图4-3中A0。 组成环。尺寸链中直接获得的并对封闭环有影响的全部环（即除封闭环以外的其他所有环）都称为组成环。如图4-3中A1和A2。 增环。尺寸链中的组成环。由于其变动引起封闭环同向变动，则该组成环为增环

18、。如图4-3中A1。 减环。尺寸链中的组成环。由于其变动引起封闭环反向变动，则该组成环为减环，如图4-3中A2。 补偿环。尺寸链中预先选定的某一组成环，可以通过改变其大小或位置，使封闭环达到规定的要求。,4.4 数控加工工序设计,在尺寸链图上，先给封闭环任一方向画出箭头，然后沿此方向环绕尺寸链回路。依次给每个组成环画出箭头，凡箭头方向与封闭环的箭头方向相同的为减环，箭头方向相反的为增环，如图4-4所示。,4.4 数控加工工序设计,图4-4 工艺尺寸链的组成及组成环增减性的判别,(3)尺寸链的特征。工艺尺寸链的主要特征是封闭性和关联性 封闭性。尺寸链中各尺寸首尾相接组成封闭的链环。 关联性。任何

19、一个直接保证的尺寸及其精度的变化，必将影响间接保证的尺寸及其精度，且彼此间具有特定的函数关系。 (4)尺寸链的建立。尺寸链的建立一般按照以下步骤。 封闭环的确定。 组成环的查找。 区分增减环。,4.4 数控加工工序设计,2尺寸链的计算公式 尺寸链的计算，是指计算封闭环与组成环的基本尺寸、公差及极限偏差之间的关系。计算方法分为极值法和概率（统计）法。极值法多用于环数少的尺寸链，概率（统计）法多用于环数多的尺寸链。目前生产中，一般采用极值法。 (1)封闭环的基本尺寸计算。 封闭环的基本尺寸等于所有增环的基本尺寸之和减去所有减环的基本尺寸之和。即：,4.4 数控加工工序设计,(2)极限尺寸的计算。

20、封闭环的最大极限尺寸等于所有增环的最大极限尺寸之和减去所有减环的最小极限尺寸之和。即: 封闭环的最小极限尺寸等于所有增环的最小极限尺寸之和减去所有减环的最大极限尺寸之和。即:,4.4 数控加工工序设计,(3)封闭环上下偏差的计算。 封闭环的上偏差等于所有增环的上偏差之和减去所有减环的下偏差之和；封闭环的下偏差等于所有增环的下偏差之和减去所有减环的上偏差之和，即：,4.4 数控加工工序设计,(4)封闭环的公差计算。封闭环的公差等于所有组成环公差之和。即:,4.4 数控加工工序设计,3尺寸链的计算形式 在尺寸链计算时，有以下3种情况： (1)正计算。已知各组成环尺寸、公差及极限偏差，求封闭环基本尺

21、寸、公差及极限偏差。 (2)反计算。已知封闭环的基本尺寸、公差和极限偏差，求各组成环的基本尺寸、公差和极限偏差。 (3)中间计算。已知封闭环和部分组成环的基本尺寸、公差及极限偏差，求其余组成环的基本尺寸、公差及极限偏差。,4.4 数控加工工序设计,4尺寸链的分析和计算 (1)基准重合时工序尺寸及公差的计算。在这种情况下，各工序的加工尺寸取决于各工序的加工余量，其公差则由该工序所采用的加工方法的经济精度决定。其计算顺序是先确定各工序余量的基本尺寸，再由后往前逐个工序推算，即由零件的设计尺寸开始，由最后一道工序开始向前推算，直至毛坯尺寸。,4.4 数控加工工序设计,解: 首先，通过查表和凭经验确定

22、毛坯总余量及其公差、工序余量以及工序的经济精度和公差值（表4-5），然后，计算工序基本尺寸，结果列于表4-5中。,4.4 数控加工工序设计,4.4 数控加工工序设计,(2)基准不重合时工序尺寸及公差的计算。 零件的加工中，当加工表面的定位基准或测量基准与设计基准不重合时，就需要进行尺寸换算以求得其工序尺寸及公差。 定位基准与设计基准不重合时的工艺尺寸换算。,4.4 数控加工工序设计,4.4 数控加工工序设计,图4-5 定位基准与设计基准不重合时的工艺尺寸计算解,4.4 数控加工工序设计, 测量基准与设计基准不重合时的工序尺寸换算。,4.4 数控加工工序设计,4.4 数控加工工序设计,图4-6

23、测量基准与设计基准不重合时的尺寸计算,4.4 数控加工工序设计,4.4 数控加工工序设计, 中间工序的工序尺寸及其公差的求解计算。,4.4 数控加工工序设计,4.4 数控加工工序设计,图4-7 插键槽时工序尺寸的计算,4.4 数控加工工序设计,三、工件的定位基准与夹紧方案的确定 工件的定位基准与夹紧方案的确定，应遵循有关定位基准的选择与工件夹紧的基本要求。此外，还应注意以下几点： （1）力求设计基准、工艺基准与编程原点统一。 （2）尽量减少工件的装夹次数和辅助时间，即尽可能在工件的一次装夹中加工出工件上全部或大部分待加工表面。 （3）避免采用人工调整方案，以充分发挥数控机床的效能。 （4）对于

24、加工中心，工件在工作台上的安放位置要兼顾各个工位的加工，要考虑刀具长度及其刚度对加工质量的影响。,4.4 数控加工工序设计,四、走刀路线和工步顺序的确定 确定走刀路线时应注意以下几点。 1保证零件的加工精度和表面粗糙度 对于数控铣削，顺铣优点多于逆铣，所以应尽量采取顺铣的走刀路线加工方案。 对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料的铣削，建议也采用顺铣加工。 零件毛坯为黑色金属锻件或铸件，则采取逆铣较为有利。 加工位置精度要求较高的孔系时，应特别注意安排孔的加工顺序。,4.4 数控加工工序设计,4.4 数控加工工序设计,图4-8 孔位置精度的保证,图4-8(a)所示零件上6个尺寸相同的孔，有两种走

25、刀路线。按图4-8(b)所示路线加工时，由于5、6孔与1、2、3、4孔定位方向相反，x向反向间隙会使定位误差增加，从而影响5、6孔与其他孔的位置精度。按图4-8(c)所示路线加工时，加工完4孔后往上多移动一段距离至P点，然后折回来在5、6孔处进行定位加工，从而使各孔加工进给方向一致，避免反向间隙的引入。,4.4 数控加工工序设计,2寻求最短走刀路线，减少刀具空行程时间 如图4-9(a)所示加工零件的孔系，图4-9(b)所示的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔。若改用图4-9(c)的走刀路线，可使各孔间距减小，空行程最短，从而节省定位时间，提高加工效率。,4.4 数控加工工序设计,图4-9

26、 最短走刀路线示例,3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。图4-10 三种方案中，图4-10(a)方案最差，图4-10(c)方案最佳。,4.4 数控加工工序设计,图4-10 最终轮廓走刀示例,五、机床和工艺装备的选择 1机床的选择 机床设备的选择对工序的加工质量、生产率和经济性有很大的影响。为使所选定的机床能符合工序的要求，必须考虑下列因素： （1）机床的工作精度应与工序的加工精度相适应。 （2）机床工作区的尺寸应与工件的轮廓尺寸相适应。 （3）机床的功率与刚度应与工序的性质和合理的切削用量相适应。 （4）机床的生产率应与工件

27、的生产计划相适应。,4.4 数控加工工序设计,2夹具的选择 数控加工的特点对夹具提出两个基本要求：一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，重点考虑以下几点： (1)单件小批量生产时，应优先考虑使用组合夹具、通用夹具和可调夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用。 (2)成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 (3)为满足数控加工精度，要求夹具定位、夹紧精度高。 (4)装卸工件要方便可靠，以缩短辅助时间。 (5)夹具上各零部件不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具敞开性要好。,4.4 数控加工工序设计,3刀具的选择 一般应优先采用标准刀具

28、，必要时也可采用各种高效的复合刀具及其他一些专用刀具。此外，应结合实际情况，尽可能选用各种先进刀具，如可转位刀具、整体硬质合金刀具、陶瓷刀具等。刀具的类型、规格和精度等级应符合加工要求，刀具材料应与工件材料相适应。关于车刀、铣刀的类型及其规格的选择将在第5章中详细介绍。 4量具的选择 数控加工一般采用通用量具，如游标卡尺、百分表等。对于成批生产和大批大量生产部分数控工序，应采用各种量规和一些高生产率的专用量具和量仪等。量具精度必须与加工精度相适应。,4.4 数控加工工序设计,六、切削用量的确定 1切削用量的选择原则 对于粗加工，要尽可能保证较高的金属切除率和必要的刀具耐用度。提高切削速度、增大

29、进给量和背吃刀量，都能提高金属切除率。对刀具耐用度影响最大的是切削速度，其次是进给量，影响最小的则是背吃刀量。所以，在选择粗加工切削用量时，应优先考虑采用大的背吃刀量，其次考虑采用大的进给量，最后才能根据刀具耐用度的要求，选定合理的切削速度。 半精加工尤其是精加工，一般多采用较小的背吃刀量和进给量。 用硬质合金刀具进行精加工时一般多采用较高的切削速度；高速钢刀具则一般多采用较低的切削速度。,4.4 数控加工工序设计,此外，除遵循上述一般原则外，选择切削用量时还应考虑下列因素。 (1) 刀具的差异。 不同生产厂家生产的刀具质量差异较大，所以切削用量必须根据实际所用刀具和现场经验加以修正。 (2)

30、 机床特性。 切削用量受机床功率和刚性的限制，必须在机床说明书规定的范围内选取。 (3) 数控机床的生产率。 数控机床的工时费用较高，刀具损耗费用所占比重较低，应尽量用高的切削用量，通过适当降低刀具寿命来提高数控机床的生产率。,4.4 数控加工工序设计,2切削用量的确定 (1) 背吃刀量ap的确定。 在粗加工时，一次走刀应尽可能切去全部加工余量，在中等功率机床上，ap可达810mm。半精加工时，ap可达0.52mm。精加工时，ap可达0.20.4mm。在工艺系统刚性不足或加工余量太大，或加工余量极不均匀时，可分几次走刀进行。 (2) 进给量f的选择。 粗加工时，对工件表面质量没有太高要求，这时

31、切削力往往很大，合理的进给量应是工艺系统所能承受的最大进给量。这一进给量要受到下列一些因素的限制：机床进给机构的强度、车刀刀杆的强度和刚度、硬质合金或陶瓷刀片的强度及工件的装夹刚度等。精加工时，最大进给量主要受加工精度和表面粗糙度的限制。,4.4 数控加工工序设计,(3) 切削速度vc的确定。根据已选定的切削深度ap、进给量f及刀具耐用度T，就可以按下列公式计算切削速度vc。即：,4.4 数控加工工序设计,一、数控加工中有关对刀的概念 1刀位点 刀位点代表刀具的基准点，也是对刀时的注视点，一般是刀具上的一点。 尖形车刀刀位点为刀尖点； 刀尖带圆弧时刀位点为圆弧中心； 钻头刀位点为钻尖； 平底立

32、铣刀刀位点为端面中心； 球头铣刀刀位点为球心。,4.5 对刀点和换刀点的确定,2起刀点 起刀点是刀具相对零件的起点，即零件加工程序开始时刀位点的起始位置，并且大多时候还是程序运行的终点，有时也指一段循环程序的起点。 3对刀点与对刀 对刀点是用来确定刀具与工件的相对位置关系的点，是确定工件坐标系与机床坐标系的点。对刀就是将刀具的刀位点置于对刀点上，以便建立工件坐标系。对刀点和起刀点是两个不同的概念，尽管在编程中它们常常选在同一点，但有时对刀点是不能作为起刀点的。,4.5 对刀点和换刀点的确定,4对刀基准（点） 对刀基准（点）是对刀时为确定对刀点位置所依据的基准。该基准可以是点，也可以是线或面，可

33、设在工件、夹具或机床上。图4-11表示工件坐标系圆度、刀位点、起刀点、对刀点、对刀基准点和对刀参考点之间的关系与区别。其中，O1为对刀基准点；O为工件坐标系原点；A为对刀点，也是起刀点和此时的刀位点。 5对刀参考点 对刀参考点是用来表示刀架、刀台或刀盘在机床坐标系内的位置参考点，即CRT上显示的机床坐标系下坐标值表示的点，也称刀架中心或刀具参考点，如图4-11所示B点。 6换刀点 换刀点是数控程序中指定用于换刀的位置点。不能将换刀点和对刀点的概念混淆。,4.5 对刀点和换刀点的确定,4.5 对刀点和换刀点的确定,图4-11 有关对刀各点的关系,二、对刀点的选择与对刀 选择对刀点时要考虑到找正容

34、易、编程方便、对刀误差小，加工时检查方便可靠。具体选择原则如下： （1）刀具的起点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。 （2）对刀点应选在机床上容易找正的位置，并便于观察和检测。 （3）对于建立绝对坐标系的数控机床，对刀点最后选在该坐标系的原点或者在已知坐标值的点，以便于数字处理和简化编程。 对刀一般分为手动对刀和自动对刀两大类。目前，绝大多数数控机床（特别是车床）采用手动对刀，其基本方法有定位对刀法、光学对刀法、ATC对刀法和试切对刀法。,4.5 对刀点和换刀点的确定,三、换刀点的确定 换刀点可以是某一固定点（如加工中心的换刀点），也可以是任意一点（如车床）。换刀点的位置应避免与工件、夹具

35、和机床干涉。其设定值可用实际测量方法或计算确定。,4.5 对刀点和换刀点的确定,数控加工工艺文件主要有数控编程任务书、工件安装和加工原点设定卡片、数控加工工序卡片、数控加工走刀路线图、数控刀具卡片等。 一、数控编程任务书 数控编程任务书阐明了工艺人员对数控加工工序的技术要求和工序说明以及数控加工前应保证的加工余量。具体见表4-6。 二、数控加工工件安装和加工原点设定卡片 工件安装和加工原点设定卡片应表示出数控加工原点、定位方法和夹紧方法，并应注明加工原点设定位置和坐标方向，使用的夹具名称和编号等，见表4-7。,4.6 数控加工工艺文件,4.6 数控加工工艺文件,4.6 数控加工工艺文件,三、数

36、控加工工序卡片 数控加工一般采用工序集中，每一加工工序又可分为多个工步，工序卡不仅包括每一工步内容，还包含其程序段号、所用刀具类型及材料、刀具号，刀具补偿及切削用量等内容。详见表4-8。 四、数控加工走刀路线图 一般用数控加工走刀路线图来反映刀具走刀路线，该图应准确描述刀具从起刀点开始，直到加工结束返回终点的轨迹。表4-9为一种常见格式。 五、数控刀具卡片 数控加工刀具卡片主要反映使用刀具的名称、编号、规格、长度和半径补偿以及所用刀柄的型号等内容。见表4-10。,4.6 数控加工工艺文件,4.6 数控加工工艺文件,根据被加工零件的图样，按照已经确定的加工路线和允许的编程误差，计算数控系统所需要

37、输入的数据，称为数学处理。 一、数学处理的内容 图形的数学处理一般包括两个方面： 一方面要根据零件图给出的形状、尺寸和公差等直接通过数学方法（如三角、几何与解析几何法等）计算出编程时所需要的有关各点的坐标值、圆弧插补所需要的圆弧圆心的坐标； 另一方面，按照零件图给出的条件还不能直接计算出编程时所需要的所有坐标值。,4.7 数控编程数学基础,1数值换算 (1) 直接换算。直接换算是指直接通过图样上的标注尺寸，即可获得编程尺寸的一种方法。 例4-5 在图4-12(b)中，除尺寸42.1mm外，其余均属直接按图4-12(a)的标注尺寸经换算后而得到的编程尺寸。其中59.94mm、20mm及140.0

38、8mm3个尺寸分别取两极限尺寸平均值后获得编程尺寸。 (2) 间接计算。间接计算是指需要通过平面几何、三角函数等计算方法进行必要解算，才能得到其编程尺寸的一种计算方法。例如图4-12(b)所示尺寸42.1mm就属于间接换算后得到的尺寸。,4.7 数控编程数学基础,4.7 数控编程数学基础,图4-12 标注尺寸换算,在取极限尺寸中值时，若遇到比机床所规定的最小编程单位还小一位数值时，则应尽量向其最大实体尺寸靠拢并圆整。即对于轴尺寸，通常将其尾数向最小编程单位进一位；而对于孔尺寸按照“四舍五入”的方法进位取值。 例如，当最小编程单位规定为0.01mm时： 当孔尺寸为16+0.070mm时，取中值为

39、16.035mm，四舍五入，取其编程尺寸为16.04。 当轴尺寸为180-0.043mm时，取中值为17.9785mm，靠拢并圆整，取其编程尺寸为17.98。,4.7 数控编程数学基础,2坐标值的计算 坐标值的计算包括基点的计算、节点的拟合计算及刀位点轨迹计算。具体内容将在后面进行详细介绍。 3辅助计算 辅助计算主要是辅助程序段的计算。该项工作主要包括刀具在切削开始之前，从对刀点到切入点，以及加工完成时，刀具从切出点返回到对刀点而特意安排的程序段中的坐标值计算。,4.7 数控编程数学基础,二、基点的计算 1基点的含义 构成零件轮廓的不同几何元素的连接点称为基点，如两直线的交点、直线与圆弧的交点

40、或切点、圆弧与圆弧的交点或切点、圆弧或直线与二次曲线的切点或交点等。两个相邻基点间只能有一个几何元素。 2基点计算的内容 基点计算的内容主要包括每条运动轨迹（线段）的起点或终点在选定坐标系中的各坐标值和圆弧运动轨迹的圆心坐标值。,4.7 数控编程数学基础,3基点的计算方法 一般基点的计算可根据图纸给定条件用作图法、代数计算法和平面几何计算法、解析几何法、三角函数法求得。 （1）作图法。 作图法适用于以下几种情况： 精度要求较高或加工轮廓较复杂，而加工部位的总体轮廓尺寸却很小的零件。 精度要求较低或加工轮廓较简单的零件。 对复杂轮廓几何关系进行分析及与其他方法所得结果进行比较。,4.7 数控编程

41、数学基础,例4-6 已知条件如图4-13所示，试用作图法计算确定图像上各基点的坐标值。,4.7 数控编程数学基础,图4-13 作图法示例,解 选取51的比例在标准坐标纸上放大作图，如图4-14所示。,4.7 数控编程数学基础,图4-14 示例件图解,(1) 以已知G点为圆心，R10为半径画弧，并与距横坐标（Z）为15mm（即102+10）的平行直线相交，得交点O1（即SR10圆弧的圆心）。 (2) 以O1为圆心，25mm（即1015）为半径画弧，并与距离坐标为-5mm（即10-15）的平行直线相交，得交点O2（即R15圆弧的圆心）。 (3) 过O2点作横坐标的垂线至R15mm的圆弧顶点B，并与

42、横坐标轴相交，得交点O3（即R10圆弧的圆心）。 (4) 连接O1和O2，得直线O1O2。 (5) 以O1为圆心、GO1为半径，由G点画R10mm圆弧，与直线O1O2交于D点（即与R15圆弧外切时的切点）。,4.7 数控编程数学基础,(6) 以O2为圆心、DO2为半径，由D点画R15mm圆弧，与过O2的横坐标垂线相交于顶点B（即与R10圆弧内切时的切点）。 (7) 以O3为圆心，O3B为半径，由B点画R10mm圆弧，与横坐标交于点A。 (8) 分别过G、D点作横坐标的平行线，当与过O1点所作横坐标的垂线相交时，得交点F、E，与O2B交于点C。 图解结果：除O3A等于O3B并已知为10mm外，设

43、分别以B及D点为其增量坐标系的原点，并按如图4-15所示一格表示1mm的比例，即量得基点D相对于B点的增量坐标值（除另有说明外，以下均按前置刀架式数控车床规定的坐标系列出各坐标值，其中U为实长值）W9，U3；基点G相对于D点的增量坐标值W14，U2；圆心O1相对于D点的增量坐标值W6，U8。,4.7 数控编程数学基础,（2）代数计算法和平面几何计算法。 以下两公式在代数计算法中最为常用。 乘方公式 一元二次方程 ( )的求根公式,4.7 数控编程数学基础,例4-7 已知如图4-15所示，试用代数和平面几何计算法求出编程时所需的x值。,4.7 数控编程数学基础,图4-15 代数和平面几何计算法示

44、例,图4-16 计算分析图,4.7 数控编程数学基础,例4-8 已知编程轮廓尺寸,如图4-17(a)所示，试用平面几何计算法求各基点和圆心的增量坐标值。,4.7 数控编程数学基础,图4-17 代数和平面几何计算法,解题分析：根据零件轮廓图尺寸画出其计算分析图，然后按已知条件并通过分析图确定出全部所需的几何关系，如图4-17(b)所示。,4.7 数控编程数学基础,4.7 数控编程数学基础,4.7 数控编程数学基础,4.7 数控编程数学基础,保留两位小数后得到的计算结果分别为： 圆心相对于点的增量坐标值 W6.93， U4；基点相对于点的增量坐标 X14.47， Y1.33；圆心相对于点的增量坐标

45、 X9.43， Y3.33；基点相对于点的增量坐标 X18.42， Y1.04；圆心相对于点的增量坐标为 X5.4， Y2.63；基点相对于点的增量坐标 X5.4， Y3.37。,(3) 平面解析几何计算法。 常见的直线与圆方程见表4-11。,4.7 数控编程数学基础,图418 法线式参数, 直线与直线相交。,4.7 数控编程数学基础,图4-20 直线与圆弧相交,4.7 数控编程数学基础, 直线与圆弧相交或相切。,4.7 数控编程数学基础,图4-20 直线与圆弧相交,4.7 数控编程数学基础, 圆弧与圆弧相交或相切。,4.7 数控编程数学基础,图4-21 圆弧与圆弧相交,4.7 数控编程数学基

46、础,4.7 数控编程数学基础,例4-9 已知条件如图4-22所示，试用平面解析几何计算法求其基点和圆心的绝对坐标。,4.7 数控编程数学基础,图4-22 平面解析几何计算法例题,解题分析： 选定坐标系原点位置后，作计算分析图，如图4-23所示。 此题几何关系比较简单，只需添加以下两条辅助线：距已知直线l115mm作平行L2，距X坐标轴20mm作平行线L3。,4.7 数控编程数学基础,4.7 数控编程数学基础,4.7 数控编程数学基础,解题说明： 该题的坐标系原点可以选在A点，但为了减少尺寸换算，选图中O点更为合适。 直线l2的方程也可按其法线式得到，但不论用哪种方法，都必须预先进行有关辅助计算

47、（如b、p等）。 在解C点坐标时，因直线与R=15mm圆弧相割，解其联立方程组后得到两个割点，应舍去其中不合题意的一个。 计算结果：D（48.05，20）；B（44.93，5.33）；C（33.68，15.71）。,4.7 数控编程数学基础,(4) 三角函数法。 类型。 如图4-24所示，直线与圆相切，求切点坐标。,4.7 数控编程数学基础,图4-24 直线与圆相切,4.7 数控编程数学基础, 类型。 如图4-25所示，直线与圆相交，求交点坐标。,4.7 数控编程数学基础,图4-25 直线与圆相交,4.7 数控编程数学基础, 类型。 如图4-26所示，两圆相交，求交点坐标。,4.7 数控编程数

48、学基础,图4-26 两圆相交,4.7 数控编程数学基础, 类型。 如图4-27所示，直线与两圆相切，求切点坐标。,4.7 数控编程数学基础,图4-27 一直线与两圆相切,4.7 数控编程数学基础,例4-10 已知编程用轮廓尺寸如图4-28所示，试用三角函数计算法计算各基点的增量坐标值。,4.7 数控编程数学基础,图4-28 三角函数计算法示例,解题分析：根据零件轮廓尺寸的要求，可按两种方法加辅助线绘出其分析图，然后确定出所需要的三角函数关系，如图4-29所示。,4.7 数控编程数学基础,图4-29 例4-13计算分析图,按图4-29(a)进行分析： 过A点作水平线与直线BC的延长线交于D点。 过C点作DA的平行线，并与过B点DA的垂线相交于G点。 过C点作DA的垂线，与DA交于E点，显然EF=CG。 按图4-29(b)进行分析： 在前一种分析方法（图4-32(a)）的基础上，去掉D点及DE、DC两段延长线。 连接C点