計(jì)算機(jī)輔助制造第三章

1、第三章 數(shù)控加工程序手工編制3.1、數(shù)控編程的基本知識(shí)一、機(jī)床、造型、編程坐標(biāo)系機(jī)床坐標(biāo)系、編程坐標(biāo)系和造型(建模)坐標(biāo)系三者之間既有聯(lián)系，又有區(qū)別，均符合右手規(guī)則。1、機(jī)床坐標(biāo)系(XNCYNCZNC)：數(shù)控機(jī)床本身的坐標(biāo)系，其方向由生產(chǎn)商設(shè)定, 原點(diǎn)在機(jī)床安裝調(diào)試中設(shè)置，一般不做更改。2、造型坐標(biāo)系(XYZ) ：設(shè)計(jì)人員在利用計(jì)算機(jī)建模時(shí)設(shè)定的坐標(biāo)系，其方向原點(diǎn)無(wú)任何限制。為了便于編程計(jì)算和檢查加工程序, 盡量使造型坐標(biāo)系和編程坐標(biāo)系重合。3、編程坐標(biāo)系(XMYMZM)：工藝人員在編程時(shí)設(shè)定的坐標(biāo)系，其方向必須與機(jī)床坐標(biāo)系一致。零件的找正： 調(diào)整零件的裝夾方向使編程坐標(biāo)系與機(jī)床坐標(biāo)系平行，并

2、找出編程坐標(biāo)系原點(diǎn)OM在機(jī)床坐標(biāo)系XNCYNCZNC中的坐標(biāo)位置的過程（確定加工坐標(biāo)系），稱為零件的找正。加工坐標(biāo)系原點(diǎn)與編程坐標(biāo)系原點(diǎn)重合，其坐標(biāo)值可記入機(jī)床的專用指令（G51G59），從而實(shí)現(xiàn)兩坐標(biāo)系間的聯(lián)系與轉(zhuǎn)換。何為機(jī)床坐標(biāo)原點(diǎn)漂移？n 原點(diǎn)漂移現(xiàn)象是受數(shù)控設(shè)備周圍環(huán)境影響因素引起的，在同樣的切削條件下，對(duì)同一臺(tái)設(shè)備來說，使用相同的一個(gè)夾具、數(shù)控程序、刀具，加工相同的零件，發(fā)生的一種加工尺寸不一致或精度降低的現(xiàn)象。n 原點(diǎn)漂移現(xiàn)象主要表現(xiàn)在數(shù)控加工過程的一種精度降低現(xiàn)象或者可以理解為數(shù)控加工時(shí)的精度不一致現(xiàn)象。原點(diǎn)漂移現(xiàn)象在數(shù)控加工過程中是不可避免的，對(duì)于數(shù)控設(shè)備是普遍存在的，一般受數(shù)

3、控設(shè)備周圍環(huán)境因素的影響較大，嚴(yán)重時(shí)會(huì)影響數(shù)控設(shè)備正常工作。影響原點(diǎn)漂移的原因很多，主要有溫度、冷卻液、刀具磨損、主軸轉(zhuǎn)速和進(jìn)給速度變化大等。二、加工精度的影響因素1. 普通機(jī)床：操作者根據(jù)工藝規(guī)范，制定出加工路線，靠手工操作和經(jīng)驗(yàn)完成。零件精度由機(jī)床和操作工人水平?jīng)Q定。2. 自動(dòng)仿形：控制依靠凸輪、擋塊或靠模實(shí)現(xiàn)。零件精度由機(jī)床和輔助工裝決定。3. NC機(jī)床：工序、走刀路線的規(guī)劃、進(jìn)給、轉(zhuǎn)速、開停等均由程序控制。零件精度由機(jī)床、編程和操作人員水平?jīng)Q定。三、數(shù)控加工的工具刀柄與刀具1. 刀柄：主軸與刀具的聯(lián)系環(huán)節(jié), 用以?shī)A持刀具作用：夾持刀具、傳遞扭矩分類：）普通刀柄）液壓刀柄3 ）熱脹刀柄2

4、. 刀具的類型刀具類型：平底刀、球頭刀、環(huán)形刀、錐形刀、鼓形刀等刀具的旋向：刀具是右旋的3刀位點(diǎn)：刀具的基準(zhǔn)點(diǎn)刀尖或刀心四、刀具補(bǔ)償功能刀具補(bǔ)償一般包括刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償和刀具半徑補(bǔ)償。前者使刀具垂直于走刀平面偏移一個(gè)刀具長(zhǎng)度修正值；后者可以使刀具在二維加工平面內(nèi)相對(duì)編程數(shù)據(jù)軌跡偏移一個(gè)刀具半徑修正值。1 ) 刀具半徑補(bǔ)償?shù)毒甙霃窖a(bǔ)償：可根據(jù)零件的實(shí)際輪廓編制程序，加工時(shí)數(shù)控系統(tǒng)使刀具中心自動(dòng)偏置一個(gè)刀具半徑，從而加工出理論輪廓零件，把數(shù)控系統(tǒng)的這一功能稱之為刀具半徑補(bǔ)償功能。加工內(nèi)輪廓時(shí)，刀具中心向零件內(nèi)輪廓方向偏置一刀具半徑值;加工外輪廓時(shí)，刀具中心向零件輪廓外方向偏置一刀具半徑值刀具補(bǔ)償功能帶

5、來的優(yōu)點(diǎn)：a）減少編程人員工作量。b）可提高程序使用自由度。c）可部分解決刀具磨損問題。d）可提高零件的加工精度。e）可采用不同半徑的刀具執(zhí)行同一程序。刀具半徑補(bǔ)償有左偏刀補(bǔ)和右偏刀補(bǔ)兩種方式：左偏刀補(bǔ)：沿著刀具運(yùn)動(dòng)方向看，刀具始終在被加工輪廓的左側(cè)右偏刀補(bǔ)：沿著刀具運(yùn)動(dòng)方向看，刀具始終在被加工輪廓的右側(cè)2 ) 刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償?shù)毒唛L(zhǎng)度補(bǔ)償（刀長(zhǎng)補(bǔ)償）：數(shù)控系統(tǒng)允許修改刀具的實(shí)際長(zhǎng)度值，從而使刀具實(shí)際加工的位置比理論位置抬高或下降一高度，把數(shù)控系統(tǒng)的這一功能稱之為刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償功能。優(yōu)點(diǎn)：可方便實(shí)現(xiàn)零件的分層加工，簡(jiǎn)化編程。加工曲面時(shí)通過刀具長(zhǎng)度補(bǔ)償能否獲得均勻余量?不能五、數(shù)控加工的過程數(shù)控加工中

6、心操作步驟1、開機(jī)，各坐標(biāo)軸手動(dòng)回機(jī)床原點(diǎn)2、刀具準(zhǔn)備n 根據(jù)加工要求選擇20 立銑刀、5中心鉆、8麻花鉆各一把，然后用彈簧夾頭刀柄裝夾20立銑刀，刀具號(hào)設(shè)為T01，用鉆夾頭刀柄裝夾5中心鉆、8麻花鉆，刀具號(hào)設(shè)為T02、T03，將對(duì)刀工具尋邊器裝在彈簧夾頭刀柄上，刀具號(hào)設(shè)為T04 ?，F(xiàn)代設(shè)計(jì)與集成制造技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)3 、將已裝夾好刀具的刀柄采用手動(dòng)方式放入刀庫(kù)， 即n 1 ）輸入“T01 M06” ，執(zhí)行n 2 ）手動(dòng)將T01 刀具裝上主軸n 3 ）按照以上步驟依次將T02 、T03 、T04放入刀庫(kù)4、清潔工作臺(tái)，安裝夾具和工件n 將平口虎鉗清理干凈裝在干凈的工作臺(tái)上，通過百分表找正、找平

7、虎鉗，再將工件裝正在虎鉗上。5、對(duì)刀，確定并輸入工件坐標(biāo)系參數(shù)n 1 ）用尋邊器對(duì)刀，確定X 、Y 向的零偏值，將X 、Y 向的零偏值n 輸入到工件坐標(biāo)系G54 中， G54 中的Z 向零偏值輸為0；n 2 ）將Z 軸設(shè)定器安放在工件的上表面上，從刀庫(kù)中調(diào)出1號(hào)刀具裝上主軸，用這把刀具確定工件坐標(biāo)系Z 向零偏值，將Z 向零偏值輸入到機(jī)床對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度補(bǔ)償代碼中， “+” 、“-” 號(hào)由程序中的G43 、G44 來確定，如程序中長(zhǎng)度補(bǔ)償指令為G43 ，則輸入“-” 的Z 向零偏值到機(jī)床對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度補(bǔ)償代碼中；n 3 ）以同樣的步驟將2 號(hào)、3 號(hào)刀具的Z 向零偏值輸入到機(jī)床對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度補(bǔ)償代碼中。6、輸

8、入加工程序n 將計(jì)算機(jī)生成好的加工程序通過數(shù)據(jù)線傳輸?shù)綑C(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的內(nèi)存中。7、調(diào)試加工程序n 采用將工件坐標(biāo)系沿+Z 向平移即抬刀運(yùn)行的方法進(jìn)行調(diào)試。n 1 ）調(diào)試主程序，檢查3 把刀具是否按照工藝設(shè)計(jì)完成換刀動(dòng)作；n 2 ）分別調(diào)試與3 把刀具對(duì)應(yīng)的3 個(gè)子程序，檢查刀具動(dòng)作和加工路徑是否正確。8 、自動(dòng)加工n 確認(rèn)程序無(wú)誤后，把工件坐標(biāo)系的Z 值恢復(fù)原值，將快速移動(dòng)倍率開關(guān)、切削進(jìn)給倍率開關(guān)打到低檔，按下數(shù)控啟動(dòng)鍵運(yùn)行程序，開始加工。加工過程中注意觀察刀具軌跡和剩余移動(dòng)距離。9、取下工件，進(jìn)行檢測(cè)n 選擇游標(biāo)卡尺進(jìn)行尺寸檢測(cè)，檢測(cè)完后進(jìn)行質(zhì)量分析。10、清理加工現(xiàn)場(chǎng)11、關(guān)機(jī)3.2、數(shù)控

9、編程的工藝處理技術(shù)3.2、數(shù)控編程的工藝處理1.認(rèn)真分析零件圖紙，明確加工內(nèi)容和技術(shù)要求2.制定加工方案，選擇加工機(jī)床類型3.確定零件的裝夾方式4.確定加工坐標(biāo)系原點(diǎn)5.走刀路線的選擇6.刀具的選擇7.確定加工用量8.程序編制過程的誤差控制1.分析圖紙?jiān)诩庸ぶ?，要分析如下?nèi)容1).加工部位.2).精度要求（決定加工方案）：公差、對(duì)稱度、同心度、表面粗糙度等.3).加工基準(zhǔn)-要求加工基準(zhǔn)能夠找正, 否則必須采取特殊的工藝措施；與夾具設(shè)計(jì)方案相聯(lián)系。4).毛坯狀態(tài)-鑄件、鍛件、焊接件、材料類別2.制定加工方案在滿足精度和工期的要求下, 盡可能選用低坐標(biāo)數(shù)的低成本NC機(jī)床完成加工任務(wù).3.確定零件

10、的裝夾方式及夾具選擇1)夾具的作用：將零件精確固定在工作臺(tái)上,以進(jìn)行加工。2) 選擇夾具時(shí)注意事項(xiàng)：保證加工零件時(shí)的開敞性和穩(wěn)定性。3) 夾具的類型：a.組合夾具：可根據(jù)被加工零件的特點(diǎn)由通用元件拼裝組合出不同類型的夾具。優(yōu)點(diǎn): 重復(fù)使用、效率高、生產(chǎn)準(zhǔn)備周期短。b. 真空(磁力)平臺(tái)裝夾：零件與工作臺(tái)間抽真空，形成壓緊力。優(yōu)點(diǎn):裝夾快，工件夾持均勻，開敞性好。c. 專用夾具：為加工某種零件而特制的夾具。好的夾具，可以方便零件的裝夾找正。在零件更換時(shí)，坐標(biāo)原點(diǎn)不需要重新找正。4.確定加工坐標(biāo)系原點(diǎn)1）坐標(biāo)系原點(diǎn)設(shè)置：加工坐標(biāo)系原點(diǎn)是數(shù)控加工中刀具運(yùn)動(dòng)的基準(zhǔn)點(diǎn)。程序中刀位點(diǎn)的坐標(biāo)計(jì)算也以該點(diǎn)為基

11、準(zhǔn)，所以也稱為程序原點(diǎn)。它可以設(shè)在零件面上、夾具表面上或機(jī)床工作臺(tái)面上，但必須與零件的定位基準(zhǔn)有已知的準(zhǔn)確關(guān)系。程序或加工原點(diǎn)應(yīng)盡量選擇在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。2)確定原則： (1).便于數(shù)學(xué)處理，簡(jiǎn)化程序(2).機(jī)床上易找正(3).加工過程易于檢查簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)處理，比如一個(gè)面，能當(dāng)作平面處理，就不要當(dāng)作斜面處理，因?yàn)槠矫婵梢圆捎闷降椎都庸?，效率高。機(jī)床上易找正，方便操作人員的操作。加工過程中可能需要校驗(yàn)坐標(biāo)系，要易于檢查。實(shí)際上，易于找正，基本上就易于檢查。5.走刀路線的選擇走刀路線的規(guī)劃走刀路線是指數(shù)控加工過程中刀位點(diǎn)相對(duì)于被加工工件的運(yùn)動(dòng)軌跡。1) 確定走刀路線的原則：a. 保證零件的

12、加工精度和光潔度b. 方便數(shù)值計(jì)算，減少程序段數(shù)c. 縮短走刀路線，減少空程d. 易于增加零件剛性f. 刀具軌跡變化盡量做到平緩；e. 盡量避免刀具在加工中向下切削；g. 精加工最好采用順銑。2) 逆銑和順銑（非常重要的概念）嚴(yán)格定義：逆銑:如果刀具的切削方向和刀具的前進(jìn)方向相同;順銑:如果刀具的切削方向和刀具的前進(jìn)方向相反。另一種定義：對(duì)于右旋刀具來講沿著刀具的前進(jìn)方向看，如果刀具在被加工輪廓的右側(cè)，稱為逆銑；刀具在被加工輪廓的左側(cè)稱之為順銑。順逆銑的加工特點(diǎn)：逆銑：一般加工啃刀，加工易產(chǎn)生過切；順銑：一般加工讓刀，加工不到位。6.刀具的選擇數(shù)控加工對(duì)刀具的要求很高。不僅要?jiǎng)偠群谩⒕群?，還

13、要使用壽命長(zhǎng)。1)材料: 優(yōu)質(zhì)高速鋼,硬質(zhì)合金,耐磨涂層,陶瓷材料等2)類別: 種類繁多（1）整體刀具：如立銑刀用于銑削平面零件的周邊輪廓，球頭刀、環(huán)形刀、鼓形刀和錐形刀用于數(shù)控加工型面（2）可轉(zhuǎn)位刀具：刀體與刀片分開，刀片一般采用粉末壓鑄而成，并帶有涂層（CVD，PVD，金屬陶瓷，PCBN）。優(yōu)點(diǎn)：n刀片磨損后更換方便；n刀具成本低。3)刀具參數(shù)4)刀具的選擇原則：a.刀具半徑R應(yīng)小于被加工零件內(nèi)輪廓的最小曲率半徑，約為(0.80.9）Rmin.b.切削深度取(1/41/2)D，以保證刀具有足夠的加工剛度。7.確定加工用量加工用量包括切削深度和寬度、主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度等。（1）切削深度的確定

14、主要根據(jù)機(jī)床、工件和刀具的剛度決定。u機(jī)床、工件和刀具的剛度越好，切深可越大u若機(jī)床、工件、刀具的剛性允許，如果能一次切完，可留0.20.5mm余量再精加工一次，以提高零件的光潔度和精度。u切削寬度、深度越大，則切削力、殘余應(yīng)力、振動(dòng)越大，加工表面光潔度、精度越低。（2）切削寬度：加工時(shí)每相鄰兩刀之間的距離L，又稱為行距.l 粗加工切削寬度由刀具、機(jī)床、零件的剛性決定；l 精加工可根據(jù)零件的粗糙度計(jì)算確定。要降低表面粗糙度，可縮小行距，但加工效率降低；因此在保證行距不變的前提下，應(yīng)選擇較大半徑的刀具,可明顯降低殘留高度。（3）轉(zhuǎn)速(S)的確定主軸轉(zhuǎn)速n (r/min)根據(jù)允許的切削速度vc (

15、m/min)選取D-工件或刀具的有效切削直徑(mm)（4）進(jìn)給速度（量）F (mm/min)a. 定義：刀具基準(zhǔn)點(diǎn)每分鐘移動(dòng)的路徑之和。b. 進(jìn)給量確定：根據(jù)零件的加工精度、表面光潔度、切削深度、寬度以及刀具和工件材料而選擇。F = n（轉(zhuǎn)速r/min）* Zn（齒數(shù)z）*fz（每齒進(jìn)給量mm/zr）c. 控制方式：I. 編程人員在程序中給定一個(gè)值；II. 操作人員可根據(jù)實(shí)際情況用倍率調(diào)節(jié)旋扭進(jìn)行調(diào)節(jié)。d. 四、五坐標(biāo)F 值規(guī)定：若程序中只含有角度坐標(biāo)：A、B、C則表示每一分鐘轉(zhuǎn)的角度數(shù)：度/min例如：N1 G1 A10 F100表示角：100度/min；若既含有移動(dòng)坐標(biāo)又含有角度坐標(biāo)，則進(jìn)

16、給速度“F”只按線性移動(dòng)坐標(biāo)計(jì)算，而轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)按“線性變化規(guī)律”做從動(dòng)。例如： N10 G1 X0 Y0 Z0 B0N11 G1 X10 B100 F10 (mm/min)執(zhí)行“N11”所需時(shí)間為：(mm)(mm/min)分鐘所以B的轉(zhuǎn)速為：100/1=100度/mine.有關(guān)的計(jì)算：只含移動(dòng)坐標(biāo)走直線時(shí)，已知，如何計(jì)算各坐標(biāo)上的分速度：角度分坐標(biāo)的計(jì)算：有如下兩句NC加工程序“N5 G1 X0 Y0 A10 B90 F20，N6 G1 X60 Y80 A-80 B200 F50”當(dāng)數(shù)控機(jī)床執(zhí)行完第5句后，執(zhí)行第6句時(shí)，請(qǐng)計(jì)算數(shù)控機(jī)床分別在X，Y軸方向及A，B軸的進(jìn)給速度。f、選用F時(shí)的一些特殊

17、情況：按刀補(bǔ)編程時(shí)，有的數(shù)控系統(tǒng)對(duì)F值的控制是按零件的實(shí)際編程輪廓來計(jì)算的刀心編程有關(guān)的特殊情況：加工內(nèi)輪廓含有轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)有關(guān)的一些特殊情況：8.程序編制過程中的誤差控制程序編制中的誤差主要有三部分組成：1)逼近誤差：用近似方程所表述的形狀與原始零件之間的誤差。（一次逼近誤差）2)插補(bǔ)誤差：用直線或圓弧段逼近零件輪廓曲線所產(chǎn)生的計(jì)算誤差。（編程輪廓計(jì)算誤差、粗插補(bǔ)）3)圓整化誤差：這是將工件尺寸換算成機(jī)床的脈沖當(dāng)量時(shí)由于圓整化所產(chǎn)生的誤差點(diǎn)位數(shù)控加工編程時(shí)只存在圓整化誤差嗎?輪廓加工時(shí)逼近誤差、輪廓計(jì)算誤差、圓整化誤差有可能都存在。問題1：數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)與此處的概念一樣嗎？不一樣。該插補(bǔ)誤差由編

18、程人員控制，數(shù)控系統(tǒng)的插補(bǔ)由數(shù)控系統(tǒng)本身控制2：圓整化誤差最大為脈沖當(dāng)量的多少？1/2數(shù)控加工誤差的來源1) 編程誤差（三種：逼近，插補(bǔ)、圓整化誤差。）2) 數(shù)控機(jī)床帶來的誤差（定位精度，重復(fù)定位精度）3) 環(huán)境帶來的誤差（溫度，濕度，震動(dòng)等因素）4) 夾具及裝夾帶來的誤差（裝夾找正：坐標(biāo)原點(diǎn)找正結(jié)果，零件裝在夾具上的位置定位準(zhǔn)確度。） 5) 刀具制造精度及磨損誤差（刀具不標(biāo)準(zhǔn)，刀具磨損，刀長(zhǎng)不準(zhǔn)確）6) 加工工藝方法不同帶來的誤差（先加工那個(gè)部位；先車還是先銑；粗加工到精加工余量分配；加工路線選擇）7) 切削力引起的變形誤差3.3、數(shù)控程序的格式及功能字一、數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)數(shù)控加工程序：就

19、是用符合數(shù)控機(jī)床輸入信息規(guī)定的自動(dòng)控制語(yǔ)言和格式來表示的一套可使數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)對(duì)零件自動(dòng)加工的指令。它是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)的應(yīng)用軟件，加工程序中包含的工藝及技術(shù)信息包括：工藝過程、切削參數(shù)、刀具位移與方向，其它輔助動(dòng)作（換刀、換向、冷卻、啟停等）及各動(dòng)作順序等。數(shù)控程序控制指令格式國(guó)際上雖作過統(tǒng)一規(guī)定，但并未作到統(tǒng)一，各個(gè)國(guó)家和廠家并不相同： 系統(tǒng)開發(fā)商有自己的傳統(tǒng)和習(xí)慣 新功能的不斷開發(fā)和出現(xiàn)。N -程序段編號(hào)，為了方便檢索。編號(hào)可以不連續(xù),有時(shí)可以不要。G -準(zhǔn)備功能字，用來描述機(jī)床的動(dòng)作類型G01 表示直線插補(bǔ);G02 表示順時(shí)針圓弧插補(bǔ);G03 表示逆時(shí)針圓弧插補(bǔ)；G17、G18、G19 坐標(biāo)平面選擇指令用以選擇圓弧插補(bǔ)、刀具補(bǔ)償?shù)钠矫?。G17 指定XOY平面；G18 指定XO