数控技术_3_数控加工程序编制-2(08).ppt

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1、数控技术,东南大学 机械工程学院,黄 卫,3 数控加工程序编制,3.1 程序编制基础 3.2 数控工艺处理 3.3 数值计算 3.4 数控车削程序编制 3.5 数控铣削程序编制 3.6 自动编程,3.2 数控工艺处理,毛坯：f 80 70 mm,去氧化皮加工 外圆粗加工 外圆精加工 钻孔 内孔粗加工 内孔精加工 切槽加工 掉头端面槽加工,数控加工艺卡片,数控加工刀具卡片,1、备料,毛坯正面加工,毛坯反面加工,2、铣直角槽,3、铣异型槽,4、铣异型槽台阶,5、铣燕尾槽,6、铣腰形槽,7、铣倒角斜面,8、钻孔,9、铣沉头孔,一、数控工艺特点 1、工艺详细 普通工艺规程最多详细到工步。数控加工工艺必

2、须详细到每一步走刀和每一个操作的细节； 凡是用数控加工的零件，不论简单、重要与否，都要有完整的加工程序，都要制定详细的工艺。,2、工序集中 现代数控机床具有刚性大、精度高、刀库容量大、切削参数广泛及多坐标、多工位等特点，零件可以在一次装夹中完成多种加工方法和由粗到精的过程，甚至在工作台上安装几个相同或相似的零件进行加工。,3、加工方法 一般简单表面的加工方法，数控加工与普通加工无大差异。对于一些复杂表面、特殊表面或有特殊要求的表面，数控加工与传统加工有根本不同的加工方法。 传统加工用划线、样板、靠模、预钻、砂轮、钳工等方法； 数控加工用多坐标联动自动控制加工。其加工质量与生产效率是传统加工方法

3、无法与之比拟的。,3、加工方法的特点,普通工艺有关基准选择以及“基面先行、先主后次、先粗后精、先面后孔”等原则同样适用于数控加工工序划分。,1、工序集中原则 尽可能集中多种加工内容在一次装夹中完成。 2、零件数控加工与普通加工工序的划分 凡是用普通机床等传统方法加工的零件，都可用数控机床加工。 但就经济性、合理性及生产条件而言，并非所有的加工都用数控加工为好。,二、工序划分,可以插入普通机床加工工序的情况为：, 铸、锻件毛坯的预加工。 粗定位基准的预加工。 数控加工难以完成的个别或次要部位，如： 排屑不畅且易断刀的小直径螺孔或深孔加工； 个别如斜孔、研磨孔等部位； 刀库容量不足而无法完成的个别

4、部位。 大型、复杂零件中的简单表面，如： 模具型腔体的外表面。,在制定零件的工艺路线时，应以工艺文件的形式明确数控工序与非数控工序在定位、加工余量、质量要求等方面的衔接问题。,3、数控加工部位的工序划分 零件的数控加工部位可在合适的机床上一次装夹中完成。,可以划分成几个数控加工工序的情况为： 车间现有数控机床的功能不能满足一个零件的全部加工部位；批量大时，可分散在几台机床加工。 粗加工的热或力变形较大时，将粗精加工分开。 程序过长，不仅容易出错，而且可能超过系统内存容量，或超过一个班，或在一个加工面的中途刀具磨损失效，此时可按刀具或加工表面划分工序。,根据零件的表面加工方法、精度与粗糙度、工件

5、形状与尺寸、需要机床的坐标轴数等要求，并考虑现有机床条件与负荷、加工成本等因素正确选用机床。, 对不太复杂，尺寸不大的孔系加工，选用数控钻床而不用加工中心。 四面体并有平面的复杂孔系零件用卧式加工中心；单面的孔系或曲面的板件与端面凸轮等用立式； 曲面加工如无数控铣床，也可用加工中心替代。,4、机床的选用, 数控机床有高档型、普通型、经济型之分。 应尽可能用经济型，控制使用高档型。, 对于曲面加工机床，根据曲面形状、精度与生产率选用二轴半、三轴、四轴、五轴等不同坐标轴数的机床。,对于母线为任意曲线的平面轮廓和立体曲面的加工，由于数控系统只具有直线与圆弧插补功能，故可用多个微小的直线段与圆弧段去逼

6、近的加工方法。如图，逼近线段的交点为节点，逼近误差一般取零件公差的1/51/10,5、曲面加工与坐标轴数的选用,x、y、z三轴中任意两轴作插补联动，第三轴作单独的周期进给，常称二轴半联动。,如图，加工的是一个个狭截面，称“行切法”加工。根据表面粗糙度及刀头不干涉相邻表面的原则选取x。行切法所用刀具通常用球头铣刀，即指状铣刀，计算比较简单。球头铣刀的刀头半径应选大些，但小于曲面的最小曲率半径。,（1）两坐标联动的三坐标行切法加工,用球头铣刀加工曲面时，用刀心轨迹的数据进行编程。 由于二轴半坐标加工的刀心轨迹为平面曲线，而切削点连线则是一条空间折线，从而在曲面上形成扭曲的残留沟纹。 但编程计算较为

7、简单，常用于曲率变化不大及精度要求不高的粗加工。,如图，平行于yz坐标面的P平面为行切面，与曲面的交线为一平面曲线，则刀心轨迹为一空间折线。,x、y、z三轴可同时插补联动，用行切法加工曲面。常用于复杂空间曲面的精确加工，但编程计算复杂，所用机床的数控装置需具备三轴联动功能。,（2）三坐标联动加工,如图直纹扭曲面，除了三个直角坐标运动外，为保证刀具与工件型面在全长始终贴合，刀具还绕O1 （或O2 ）作摆角联动。同时摆角运动导致直角坐标作附加运动，编程较为复杂。,（3）四坐标加工,如图螺旋桨是一坐标加工的典型零件之一，除了三个直角坐标运动外，为保证刀具与曲面始终贴合，刀具还作坐标A和坐标B的摆角运

8、动，形成i、i的摆角运动，同时摆角运动导致直角坐标作附加运动，所以需要Z、C、X、A、B五坐标加工。编程相当复杂。,（4）五坐标加工,三、工序设计,数控加工的工序设计是指一个零件在一次装夹中连续自动加工直至加工结束那部分的工艺内容； 包括零件的装夹方法与夹具选用、刀具选择与工步划分及其走刀路线、切削用量选择等内容。 1、零件的装夹与夹具 要求：每一个零件在夹具上的装夹必须精确定位，加工中不允许变形，力求减少零件的装卸时间。,工序设计是保证加工质量与生产效率的关键，是编写加工程序的工艺依据。, 零件在夹具上的定位基准应与零件的设计基准或工艺基准一致；夹具在机床工作台上的基准面与零件的定位基准面平

9、行，并与机床坐标系一致。, 夹具结构应有足够刚性，方便清除切屑。 确保刀具运动空间，避免刀具组件与夹具碰撞。 用组合夹具与可调夹具，小件用气动或液压夹紧。 批量较大的中小零件，可在夹具上装夹几个相同的零件或相似的零件加工； 可用一把刀加工完所有零件的相同表面后换刀。,2、工步与走刀路线 根据工序确定其工步、工步顺序及每把刀具的走刀路线。,首先根据该工序加工表面与毛坯的形状、尺寸以及粗、精加工要求，确定哪些表面用何种刀具加工，从而确定所需的工步； 再根据一般工艺原则确定工步顺序； 然后确定每把刀相对于工件的运动轨迹与方向（包括大余量切除的走刀次数与工作行程、空行程）及其切削参数。,如图为车刀选用

10、及其走刀路线。该零件毛坯为棒料，需7把刀；刀号1-7表示工步顺序和每把刀的运动轨迹和方向。,刀号1、3为粗车，2、4为精车，5、6、7分别为切槽、车端面及车螺纹。,确定走刀路线应考虑确保加工质量、尽可能缩短走刀路线、编程计算简单、程序段数量要少及“少换刀”等原则。,寻求最短走刀路线与最佳进给方式： 主要是大余量切除的走刀次数要少，每一次走刀应切除尽可能多的加工内容，尽量减少或缩短空行程。 如图为车削大余量走刀，用4次大的背吃刀量，再用一次精车全部外表面。,分层走刀时的切削终点位置,车刀每一次的切削终点依次提前一个距离e，这样每次在切削终点处的切削深度都比较均匀。如果e=0，则每一刀都终止在同一

11、位置，其切削深度将越来越大，造成切削时瞬时的重负责冲击。,圆锥粗加工的加工路线,按等背吃刀量车正圆锥时，每一刀的终刀距为S，若圆锥大径为D，小径为d，锥长为L，背吃刀量为ap，则S=2Lap /(D-d)，按此加工路线进行加工，刀具走刀距离较短。,按不等背吃刀量车正圆锥时，当确定了背吃刀量ap后，即可车出圆锥轮廓，编程方便，但每次切削走刀时背吃刀量是变的，且走刀路线较长。,圆弧粗加工：车圆法加工路线,车圆法切削，即用不同半径圆来车削，最后将所需圆弧加工出来，此方法在确定了每次背吃刀量ap后，对90度圆弧的起点、终点坐标较易确定，左图的走刀路线较短，右图的空行程时间较长，此方法数值计算简单，编程

12、方便，常采用，可适合于较复杂的圆弧。,圆弧粗加工：车锥法加工路线,先车一个圆锥，再车圆弧，但要注意车锥时的起点和终点的确定，若确定不好，则可能损坏圆弧表面，也可能将余量留得过大，确定方法是连接OB交圆弧于D。过D点作圆弧的切线AC，由几何关系得：,BD为车锥时的最大切削余量，由AB和BC可确定车锥时的起点和终点。此方法数值计算较繁，但其走刀路线较短。,圆弧粗加工：阶梯法加工路线,采用阶梯法切削时要注意每次切削后所留余量应相等，左图所示的阶梯法切削为不合理的切削路线，原因是切削后所留余量不均匀，且较大。,如图为铣内槽走刀路线。 图a用行切法，路线短，但工件轮廓周边有较大的残留余量。,图b为环切法

13、，计算较复杂且路线较长。 图c用行切法粗铣，最后精铣轮廓一周，既保证了加工质量，又使计算简单，路线也较短。,如图为陀螺转子，用数控车床加工。 图a为矩形走刀路线，当轴向进刀时切削力陡增，排屑不畅，易崩刀。,图b为斜线走刀路线，切削截面由小逐渐增大，切削力渐增，排屑也畅，切削条件得以改善。 由于取消了轴向进刀，程序段数可减少一半。,内、外圆与曲面的铣削 应考虑切入和切出的延伸程序，确保平滑过渡，避免法向或Z向切入由于弹性变形而引起刀痕。,如图a为铣外圆轮廓，路线为A1B2B3C。 如图b为铣内圆轮廓，路线为1A23（偏心圆）B4（工件轮廓）B5（偏心圆）C61。 非圆曲线平面轮廓的铣削同样要切入

14、和切出延伸。,避免在进给中途停顿：因此时刀具仍继续运转，由于切削力逐渐减小导致刀具弹性恢复而形成刀痕。,避免反向间隙对尺寸精度的影响：如孔距精度要求高时，刀具应同向进行点定位。 在确定走刀路线时应符合“少换刀”原则： 在一次换刀后尽可能完成一个零件上的所有相同加工表面的加工，减少空行程与辅助时间。 加工中心机床应避免在同一个零件的加工过程中重复换用同一把刀具； 加工中心机床的加工往往按所用刀具划分程序块。,3、数控加工的工艺文件,工序卡一般包括详细的工步、刀具的刀号及类型与规格、刀具夹持件标准编号、切削参数等，还应附上工件加工面简图。如表。,在工序设计完成后即可制订加工工序卡与刀具卡，作为编制

15、加工程序单、工装装备的依据。 首件试切后还应制订机床调整卡。,刀具卡进一步说明每一把刀具各组成（刀片、刀柄、刀杆与接杆）的名称、规格、数量及刀具组件简图（外形图）与预调尺寸。 机床调整卡主要是控制面板上与速度、跳步、M01、冷却、补偿、镜像对称轴等有关的开关与调节旋钮的位置以及零件装夹等内容的说明。,典型零件的加工工艺分析及实例,一、盖板零件的加工工艺,零件分析 机械加工中的常见零件 主要加工表面：平面和孔 零件材料：HT300,零件图,零件图样分析 铸件毛坯尺寸：150 120 25mm,零件图样分析 不加工表面：四个侧面 加工表面：A面、B面、C面、孔、螺纹 定位面：A面，在前道工序用手工

16、铣削加工 装夹面：侧面 夹具：平口钳 加工机床：立式镗铣加工中心,加工方法 B面、C面：平面铣削加工 尺寸精度无要求，表面粗糙度Ra6.3mm 加工方法采用粗铣+精铣方案 50H7孔：毛坯孔镗孔加工 加工精度为IT7级，表面粗糙度Ra0.8mm 加工方法采用粗镗+半精镗+精镗方案 12H8孔：钻孔加工 加工精度为IT8级，表面粗糙度Ra0.8mm 加工方法采用钻中心孔+钻孔+扩孔+铰孔方案,加工方法 18孔：锪沉孔 无加工精度要求 加工方法采用在12孔基础上锪孔至尺寸方案 M16螺纹孔：螺纹孔加工 加工精度为IT7级 加工方法采用钻中心孔+钻底孔+倒角+攻螺纹方案,加工顺序 1、粗铣C平面留余

17、量0.5 mm 精加工余量：0.5 mm 主轴转速：500 r/min 进给速度：70 mm/min 背吃刀量：3 mm,刀具： 100 mm 面铣刀 刀具号：T01 刀补号：H01 走刀路线：如图,加工顺序 2、精铣C平面至尺寸 精加工余量：0 mm 主轴转速：750 r/min 进给速度：50 mm/min 背吃刀量：0.5 mm,刀具： 100 mm 面铣刀 刀具号：T01 刀补号：D01、H01 走刀路线：如图,加工顺序 3、粗铣B平面留余量0.5 mm 精加工余量：0.5 mm 主轴转速：500 r/min 进给速度：70 mm/min 背吃刀量：4.5 mm 刀具： 32 mm 立

18、铣刀 刀具号：T02 刀补号：D02、H02 走刀路线：如图,加工顺序 4、精铣B平面至尺寸 精加工余量：0 mm 主轴转速：750 r/min 进给速度：50 mm/min 背吃刀量：0.5 mm 刀具： 32 mm 立铣刀 刀具号：T02 刀补号：D02、H02 走刀路线：如图,加工顺序 5、粗镗50H7孔至48 mm 精加工余量：1 mm 主轴转速：400 r/min 进给速度：60 mm/min 刀具： 48 mm 镗刀 刀具号：T03 刀补号：H03 走刀路线：如图,加工顺序 6、半精镗50H7孔至49.95 mm 精加工余量：0.025 mm 主轴转速：500 r/min 进给速度

19、：50 mm/min 刀具： 49.95 mm 镗刀 刀具号：T04 刀补号：H04 走刀路线：如图,加工顺序 7、精镗50H7孔至尺寸 精加工余量：0 mm 主轴转速：600 r/min 进给速度：40 mm/min 刀具： 50 mm 镗刀 刀具号：T05 刀补号：H05 走刀路线：如图,加工顺序 8、钻4 12H8孔和3M16中心孔 主轴转速：1000 r/min 进给速度：50 mm/min 刀具： 3 mm 中心钻 刀具号：T06 刀补号：H06 走刀路线：如图,加工顺序 9、钻4 12H8孔至10mm 主轴转速：600 r/min 进给速度：60 mm/min 刀具： 10 mm

20、麻花钻 刀具号：T07 刀补号：H07 走刀路线：如图,加工顺序 10、扩4 12H8孔至11.85mm 主轴转速：300 r/min 进给速度：40 mm/min 刀具： 11.85 mm 扩孔钻 刀具号：T13 刀补号：H13 走刀路线：如图,加工顺序 11、锪4 18孔至尺寸 主轴转速：150 r/min 进给速度：30 mm/min 刀具： 18 mm 键槽刀 刀具号：T08 刀补号：H08 走刀路线：如图,加工顺序 12、铰4 12H8孔至尺寸 主轴转速：100 r/min 进给速度：40 mm/min 刀具： 12 mm 铰刀 刀具号：T09 刀补号：H09 走刀路线：如图,加工顺

21、序 13、钻3 M16底孔至14mm 主轴转速：450 r/min 进给速度：60 mm/min 刀具： 14 mm 麻花钻 刀具号：T10 刀补号：H10 走刀路线：如图,加工顺序 14、倒3 M16底孔端角 主轴转速：300 r/min 进给速度：40 mm/min 刀具： 18 mm 麻花钻 刀具号：T11 刀补号：H11 走刀路线：如图,加工顺序 15、攻3 M16螺纹孔 主轴转速：100 r/min 进给速度：200 mm/min 刀具： M16 mm 机用丝锥 刀具号：T12 刀补号：H12 走刀路线：如图,加工工艺卡,刀具卡,一、直线与圆弧平面轮廓的基点计算,所谓基点，就是相邻两

22、几何元素（直线、圆弧、二次方程曲线）的交点或切点。 应用初等数学中的几何三角函数或联立方程即可求解。,3.3 数值计算,如图，机床有刀具半径自动补偿时，只需计算轮廓基点、圆心坐标和刀具半径；否则按零件轮廓以刀具半径的等距方程计算刀心轨迹。,生产中常见除圆以外的阿基米德螺线、抛物线、椭圆、双曲线等二次曲线平面零件。,对只具有直线与圆弧插补功能的数控系统，常用多个微小的直线段或圆弧段去逼近。 逼近线段的交点称为“节点”，并按节点划分程序段。 逼近线段的近似区间愈大则节点数愈少，相应程序段也愈少，但逼近线段的误差不得大于允许误差。 编程时，除计算逼近曲线的节点坐标值，还应计算与逼近线段相对应的铣刀中

23、心轨迹的节点坐标值进行编程。,二、非圆曲线的节点计算,1、等间距直线逼近的节点计算 这是一种最简方法，缺点是程序段数多。如图所示。,已知方程y=f(x)，根据给定的等间距x求出xi，将xi代入y=f(x)即可求得一系列yi。 xi、yi即为每个线段的终点坐标，并以该坐标值或对应的刀心坐标值编制直线程序段。,2、等步长直线逼近的节点计算 使所有逼近线段的长度相等，如图所示，,步骤为：确定允许的步长l2（2Rmin）0.5 求Rmin 以曲线起点a为圆心，作半径为l的圆方 程交曲线y=f(x)于b点，得到xb、yb 以b,c为圆心，重复步骤即得其余节 点坐标值。,3、等误差直线逼近的节点计算 使所

24、有逼近线段的误差相等，如图所示，,步骤为：确定允许误差的圆方程： （xxa）2 （yya）22 求圆与曲线公切线PT的斜率k 求弦长ab方程 联立曲线方程和弦方程求得b点坐标。 顺次求得c,d,e各节点的坐标。,4、圆弧逼近的节点计算 曲线用圆弧逼近有曲率圆法、三点圆法和相切圆法等方法。,三点圆法通过已知三个节点求圆，并作为一个圆程序段。 相切圆法是通过已知四个节点分别作两个相切的圆，编出两个圆弧程序段。 这两种方法都必须先用直线逼近方法求出各节点，再求出各圆，计算烦琐。,如图为曲率圆法，是一种等误差的圆弧逼近方法，步骤如下：,步骤为：以曲线y=f(x)的起点（xn,yn）开始作曲率 圆，圆心

25、为（n,n），半径为Rn 已知允许误差，求偏差圆与曲线的交点 求以（xn,yn）和（xn+1,yn+1）为圆心，Rn 为半径的圆交点。 重复以上步骤，依次求得其它逼近圆。,三、列表曲线的拟合方法,当给出的列表点（型值点）已密到不影响曲线精度的程度，可直接在相邻列表点间用直线段或圆弧段进行编程。 处理列表曲线的一般方法是：根据已知型值点拟合出插值方程（称第一次拟合或逼近）； 再根据插值方程用直线段或圆弧段求得新的节点及其坐标数据（称第二次拟合或逼近），其逼近计算与处理非圆曲线节点计算的方法相同。,所谓列表曲线，是指只给出了零件曲线轮廓上某些以表格形式列出的坐标点数据而无方程。,插值方程应具如下要求：通过各型值点，并与列表曲线的凹凸性一致； 插值方程应尽可能简化，最多是三次插值方程；,为使相邻曲线段光滑连接，在连接点有一阶导数和二阶导数连续。 应对给出的列表点进行“光顺”处理，找出误差比较大的“坏点”，予以修正。 列表曲线的拟合方法有：早期的牛顿插值法、拉格朗日插值法；目前常用的有三次样条、三次参数样条、圆弧样条、双圆弧样条、B样条等。,