數(shù)控編程概述

1、數(shù)控編程概述 4.1 數(shù)控編程基礎知識 4.2 數(shù)控編程中的工藝分析與設計 4.3 零件數(shù)控加工工藝設計實例 4.4 數(shù)控編程中的數(shù)值計算 習題 4.1 數(shù)控編程基礎知識 4.1.1 數(shù)控編程的概念 在普通機床上加工零件時， 一般應由工藝人員按照設計圖樣事先制定好零件的加工工藝規(guī)程， 工藝規(guī)程中包括零件的加工工序、 切削用量， 機床的規(guī)格及刀具、 夾具等內(nèi)容。 數(shù)控機床則按照事先編制好的加工程序， 自動對被加工零件進行加工。 把零件的加工工藝路線、 工藝參數(shù)， 刀具的運動軌跡、 位移量、 切削參數(shù)（主軸轉速、 進給量、 切削深度等）以及輔助功能（換刀， 主軸正反轉， 切削液開、 關等）按照數(shù)控

2、機床規(guī)定的指令代碼及程序格式編寫成加工程序單， 輸入到數(shù)控機床的控裝置中， 從而控制機床加工零件， 這一過程稱為數(shù)控程序的編制。 4.1.2 數(shù)控編程的內(nèi)容與步驟 1. 數(shù)控編程的內(nèi)容 數(shù)控編程的主要內(nèi)容有： 分析零件圖樣， 確定加工工藝過程； 數(shù)值計算； 編寫零件加工程序單； 輸入程序/傳送程序； 程序校驗， 首件試切。 2. 數(shù)控編程的步驟 數(shù)控編程的步驟一般如圖4.1所示。 圖4.1 數(shù)控編程步驟 （1） 分析圖樣， 確定加工工藝過程。 （2） 數(shù)值計算。 根據(jù)零件的幾何尺寸， 確定的工藝路線及設定的坐標系， 計算零件粗、 精加工各運動軌跡， 得到刀位數(shù)據(jù)。 （3） 編寫零件加工程序單。

3、 （4） 輸入/傳送程序。 （5） 程序校驗與首件試切。 4.1.3 零件程序的格式 零件程序是用來描述零件加工過程的指令代碼集合， 由程序號、 程序段組成。 如下所示是在一塊平板上銑切圓環(huán)槽的零件程序： O40 ； 程序號N10 G00 X10 Y25 Z1 S1250 M03； 主軸啟動， 快速定位到（10， 25， 1）N20 G01 Z-5 F100 ； 進給到（10， 25， -5）N30 G02 X10 Y25 I20 J0 F125 ； X-Y平面順時針銑圓弧N40 G00 Z100 M05 ； 快速退回， 主軸停止N50 X-20； 快速退回N60 M30； 程序結束M30 1

4、. 程序號 程序號是零件程序的存儲代號， 與文件名的作用相似。 它一般以特殊符號開頭， 后續(xù)數(shù)字碼。 2. 程序段 一個程序段由若干個功能指令字組成， 用來指定一個加工步驟， 其一般格式為 4.1.4 數(shù)控編程的種類 數(shù)控編程一般分為手工編程和自動編程兩種。 1. 手工編程 對于手工編程， 圖4.1所述各編程步驟都是由人工來完成的。 2. 自動編程 自動編程即用計算機編制數(shù)控加工程序。 編程人員只需根據(jù)圖樣的要求， 使用數(shù)控語言編寫出零件加工源程序， 送入計算機， 由計算機自動進行數(shù)值計算、 后置處理， 編寫出零件加工程序單， 將加工程序通過直接通信的方式送入數(shù)控機床， 指揮機床工作。 4.2

5、 數(shù)控編程中的工藝分析與設計 4.2.1 數(shù)控加工工藝設計準備 1. 選擇并決定進行數(shù)控加工的內(nèi)容 選擇并決定對某個零件進行數(shù)控加工后， 并不等于要加工該零件的所有加工內(nèi)容， 而可能只是對其中的一部分進行數(shù)控加工。 在選擇數(shù)控加工內(nèi)容時， 一般可按下列順序考慮： (1) 通用機床無法加工的內(nèi)容應作為優(yōu)先選擇的內(nèi)容。 (2) 通用機床難加工， 質量也難以保證的內(nèi)容應作為重點選擇的內(nèi)容。 (3) 通用機床加工效率低， 工人手工操作勞動強度大的內(nèi)容， 可在數(shù)控機床尚存在富余能力的基礎上進行選擇。 一般來說， 上述這些加工內(nèi)容采用數(shù)控加工后， 產(chǎn)品質量、 生產(chǎn)效率與綜合經(jīng)濟效益等方面都會得到明顯提高。

6、 相比之下， 下列一些加工內(nèi)容則不宜選擇數(shù)控加工： (1) 需要通過較長時間占機調整的加工內(nèi)容， 如零件的粗加工， 特別是鑄、 鍛毛坯零件的基準平面、 定位面等部位的加工等。 (2) 必須按專用工裝協(xié)調的孔及其它加工內(nèi)容， 因為對這類加工內(nèi)容來說， 采集編程用的數(shù)據(jù)有困難， 協(xié)調效果也不一定理想。 (3) 按某些特定的制造依據(jù)（如樣板、 樣件、 模胎等）加工的型面輪廓， 因為取數(shù)據(jù)難， 易與檢驗依據(jù)發(fā)生矛盾， 增加了編程難度。 (4) 不能在一次安裝中加工完成的其它零星部位， 采用數(shù)控加工很繁雜， 效果不明顯， 可安排通用機床補加工。 2. 對零件圖進行數(shù)控加工工藝性分析 （1） 審查與分析零

7、件圖紙中的尺寸標注方法是否適應數(shù)控加工的特點。 （2） 審查與分析零件圖中構成輪廓的幾何元素是否充分。 （3） 審查與分析定位基準的可靠性。 （4） 審查和分析零件所要求的加工精度、 尺寸公差是否都可以得到保證。 3. 零件毛坯的工藝性分析 零件毛坯的工藝性分析一般從下面幾個方面考慮： （1） 毛坯的加工余量是否充分， 批量生產(chǎn)時的毛坯余量是否穩(wěn)定。 （2） 分析毛坯在安裝定位方面的適應性。 （3） 分析毛坯的余量大小及均勻性。 4.2.2 數(shù)控加工工藝的設計過程 1. 機床的選擇 不同類型的零件應在不同的數(shù)控機床上加工， 要根據(jù)零件的設計要求選擇機床。 2. 加工工序的劃分 數(shù)控加工工序的劃

8、分一般有如下三種方法。 （1） 刀具集中分序法： 按所用刀具劃分工序， 用同一把刀具加工完零件上所有可以加工的部位， 再用第二把、 第三把刀完成它們可以加工的其它部位。 （2） 加工部位分序法： 對于加工內(nèi)容很多的零件， 可按其結構特點將加工部位分成幾個部分， 如內(nèi)形、 外形、 曲面或平面等。 （3） 粗、 精加工分序法： 對于易發(fā)生加工變形的零件， 由于粗加工后可能發(fā)生變形而需要進行校形， 故一般來說凡要進行粗、 精加工的部件都要將工序分開。 3. 加工順序的安排 安排加工順序一般應按下列原則進行： (1) 上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊， 中間穿插有通用機床加工工序的也要綜合考

9、慮。 (2) 先進行內(nèi)型腔加工工序， 后進行外形加工工序。 (3) 以相同定位、 夾緊方式或同一把刀具加工的工序， 最好接連進行， 以減少重復定位、 換刀以及挪動壓板的次數(shù)。 (4) 在同一次安裝所進行的多道工序中， 應先安排對工件剛性破壞較小的工序。 4. 工件裝夾方式的確定 1） 定位基準與夾緊方案的確定 在確定定位基準與夾緊方案時應注意下列三點： （1） 力求設計、 工藝與編程計算的基準統(tǒng)一。 （2） 盡量減少裝夾次數(shù)， 盡可能做到在一次定位裝夾后就能加工出全部待加工表面。 （3） 避免采用占機人工調整式方案。 2） 夾具的選擇 數(shù)控加工的特點對夾具提出了兩個基本要求： 一是要保證夾具的

10、坐標方向與機床的坐標方向相對固定； 二是要能協(xié)調零件與機床坐標系的尺寸。 除此之外， 還應考慮下列幾點： （1） 當零件加工批量小時， 盡量采用組合夾具、 可調式夾具及其它通用夾具。 （2） 當小批或成批生產(chǎn)時， 才考慮采用組合夾具， 但應力求結構簡單。 （3） 夾具要開敞， 其定位、 夾緊機構的元件不能影響加工中的走刀(如產(chǎn)生碰撞)。 （4） 應力求夾緊力通過靠近主要支承點或在支承點所組成的三角形內(nèi)， 或靠近切削部位并在剛性較好的地方， 盡量不要在被加工孔的上方以減少零件變形。 （5） 裝卸零件要方便、 可靠， 以縮短準備時間。 有條件時， 批量較大的零件應采用氣動或液壓夾具、 多工位夾具。

11、 5. 對刀點與換刀點的確定（1） 找正容易。（2） 編程方便。（3） 對刀誤差小。（4） 加工時檢查方便、 可靠。 6. 走刀路線的選擇 工步的劃分與安排一般可隨走刀路線來進行。 在確定走刀路線時， 主要考慮下列因素： （1） 保證零件的加工精度要求。 （2） 方便數(shù)值計算， 減少編程工作量。 （3） 尋求最短加工路線， 減少空刀時間以提高加工效率。 （4） 盡量減少程序段數(shù)。 (5) 為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求， 最終輪廓應安排最后一次走刀連續(xù)加工出來。 （6） 刀具的進、 退刀(切入與切出)路線要認真考慮， 以盡量減少在輪廓處停刀(切削力突然變化造成彈性變形)而留下刀痕， 也要

12、避免在工件輪廓面上垂直下刀而劃傷工件。 在選擇走刀路線時， 下述情況應充分注意： （1） 孔加工。 圖4.2是精鏜孔4-30H7孔的加工示意圖。 由于孔的位置精度要求較高， 因此安排鏜孔路線問題就顯得比較重要， 安排不當就有可能帶入機床進給機構的反向間隙， 直接影響孔的位置精度。 圖4.3是圖4.2的加工路線示意圖。 從圖4.3不難看出， 方案a由于孔與、 、 孔的定位方向相反， 因而機床X向進給機構的反向間隙會使定位誤差增加， 而影響孔與孔的位置精度。 圖4.2 鏜孔加工示意圖 圖4.3 鏜孔加工路線示意圖 (a) 方案a; (b) 方案b (2) 銑削內(nèi)、 外輪廓。 銑切外輪廓時， 要安排

13、刀具從切向進入輪廓進行銑削加工。 在外輪廓加工完畢之后， 不要在切點處取消刀補和退刀， 要安排一段沿切線方向繼續(xù)運動的輔助路線， 這樣可以避免在取消刀補時刀具與工件相撞而造成刀具和工件的報廢。 例如， 銑削外圓的加工路線如圖4.4所示。 圖4.4 銑削外圓的加工路線 圖4.5 銑削內(nèi)圓的加工路線 (3) 曲面輪廓加工。 曲面輪廓的加工工藝較平面輪廓要復雜得多， 加工時要根據(jù)曲面形狀、 刀具形狀以及零件的精度要求選擇合理的走刀路線。 圖4.6 曲面輪廓加工走刀路線 (4) 型腔加工。 型腔是指以封閉曲線為邊界的平底或曲底凹坑。 加工平底型腔時一律用平底銑刀， 且刀具邊緣部分的圓角半徑應符合型腔的

14、圖樣要求。 型腔的切削分兩步， 第一步切內(nèi)腔， 第二步切輪廓。 切輪廓通常又分為粗加工和精加工兩步。 粗加工的走刀路線如圖4.7所示， 從型腔輪廓線向里偏置銑刀半徑R并且留出粗加工余量y。 圖4.7 型腔輪廓粗加工圖 圖4.8 型腔區(qū)域加工走刀路線 7. 加工刀具的選擇 在數(shù)控機床上進行銑削加工時選擇刀具要注意如下要點： （1） 平面銑削時應選用不重磨硬質合金端銑刀或立銑刀。 （2） 一般銑削時， 盡量采用二次走刀加工， 第一次走刀最好用端銑刀粗銑， 沿工件表面連續(xù)走刀。 （3） 選好每次走刀的寬度和銑刀的直徑， 使接刀痕不影響精切走刀精度。 （4） 精加工時， 銑刀直徑要選大些， 最好能包容

15、加工面的整個寬度。 （5） 立銑刀和鑲硬質合金刀片的端銑刀主要用于加工凸臺、 凹槽和箱口面。 圖4.9 數(shù)控機床用的立銑刀(a) 軸向進給加工的立銑刀； (b) 非等距立銑刀； (c) 加強剛度的立銑刀 （6） 為了提高槽寬的加工精度， 減少銑刀的種類， 加工時可采用直徑比槽寬小的銑刀， 先銑槽的中間部分， 然后用刀具半徑補償功能銑槽的兩邊。 （7） 銑削平面零件的周邊輪廓一般采用立銑刀， 刀具的結構參數(shù)估算如下： 刀具半徑R應小于零件內(nèi)輪廓的最小曲率半徑， 一般取R(0.80.9)； 零件的加工高度H(1/41/6)R， 以保證刀具有足夠的剛度； 粗加工內(nèi)型面時， 刀具直徑可按下式估算(參考

16、圖4.10)：式中：1槽的精加工余量； 加工內(nèi)型面時的最大允許精加工余量； 零件內(nèi)壁的最小夾角； D工件內(nèi)型面最小圓弧直徑。 圖4.10 刀具直徑估算 圖4.11 曲面輪廓加工常用刀具 8. 切削用量的確定 在確定切削用量時需注意以下一些內(nèi)容： （1） 在選擇切削用量時要保證刀具能加工完一個零件， 或者能保證刀具的耐用度不低于一個班， 最小也不能低于半個班的作業(yè)時間。 （2） 切削深度主要受機床、 工件和刀具的剛度限制， 在剛度允許的情況下， 盡可能使切削深度等于零件的加工余量， 這樣可以減少走刀次數(shù)， 提高效率。 （3） 對于精度和表面粗糙度有較高要求的零件， 應留有足夠的加工余量。 一般加

17、工中心的精加工余量較普通機床的精加工余量小。 主軸轉速n要根據(jù)允許的切削速度v來選擇， 即式中： n主軸轉速(r/min)； D刀具直徑(mm); v切削速度(m/min)， 受刀具耐用度的限制。 程序編制中， 在選擇進給量或進給率時需要注意零件加工中的某些特殊情況。 例如， 當加工圓弧時， 切削點的實際進給速度并不等于編程數(shù)值。 從圖4.12(a)可知， 當?shù)毒咧行牡倪M給速度為v， 零件輪廓的圓弧半徑為R， 刀具半徑為r時， 加工外圓弧的切削點實際進給速度為 即實際進給速度小于編程值。 而在加工內(nèi)圓弧時， 有 當Rr時， 切削點的實際進給速度將變得非常大， 有可能引起刀具損傷或工件破壞。 采

18、用進給率編程， 切削點的進給速度與編程時一致， 但是刀具中心的運動速度將隨著刀具半徑的變化而變化。 如圖4.12(b)所示， 如果R=1 mm， r=20 mm， 取編程進給速度為200 mm/min， 則進給率FRN=200 mm/min。 這時刀具中心的運動速度為 v0=FRN(R+r)=4200 mm/min圖4.12 進給速度的確定 9. 編程誤差的控制 程序編制中的誤差主要由以下三部分組成： (1) 逼近誤差。 這是用近似計算方法逼近零件輪廓時所產(chǎn)生的誤差， 也稱一次逼近誤差。 (2) 插補誤差。 這是用直線或圓弧段逼近零件輪廓曲線所產(chǎn)生的誤差。 (3) 圓整化誤差。 這是將工件尺寸

19、換算成機床的脈沖當量時由于圓整化所產(chǎn)生的誤差。 4.2.3 數(shù)控加工專用技術文件的編寫 (1) 數(shù)控加工工序卡。 數(shù)控加工工序卡與普通加工工序卡有許多相似之處， 其不同之處是： 工序圖中應注明編程原點與對刀點， 要進行編程簡要說明(所用控制機型號、 程序編號、 鏡像加工對稱方式、 刀具半徑補償界限等)及切削參數(shù)(即程序編入的主軸轉速、 進給速度、 最大切削深度或寬度等)的選定。 在工序加工內(nèi)容不十分復雜的情況下， 用數(shù)控加工工序卡的形式較好， 可以把零件工序圖、 尺寸、 技術要求、 工序內(nèi)容及程序要說明的問題集中反映在一張卡片上， 令使用者一目了然。 工序卡的格式見表4.1。 表4.1 工藝過

20、程卡 (2) 數(shù)控加工程序說明卡。 實踐證明， 僅用加工程序單、 工藝規(guī)程來進行實際加工還有許多不足之處。 (3) 數(shù)控加工走刀路線圖。 (4) 編寫要求。 4.3 零件數(shù)控加工工藝設計實例 1. 零件結構及工藝性分析 該工件結構復雜， 精度要求較高， 各加工表面之間有較嚴格的位置度和垂直度等要求； 鑄件毛坯有較大的加工余量， 零件的工藝剛性差。 圖4.13 支架零件圖 圖4.13 支架零件圖 圖4.13 支架零件圖 2. 采用加工中心加工的工藝方案 通過零件的工藝分析， 確定該零件在臥式加工中心上加工。 根據(jù)零件外形及圖紙要求， 支架在加工時， 以75js6外圓及26.50.15尺寸上面定位

21、(兩定位面均在前面車床工序中先加工完成)。 工件安裝簡圖如圖4.14 所示。 圖4.14 工件裝夾示意圖 3. 支架零件工步設計 支架零件的加工方法、 工步內(nèi)容、 刀輔具選擇、 切削用量的確定等如表4.2的工藝規(guī)程卡所示。 表4.2 支架數(shù)控加工工藝規(guī)程卡(略） 零件工步設計的幾點說明： (1) 由于工件不是精密鑄造件， 加工余量大， 尤其是40h8部分由于結構限制， 它的剛性較差， 加工中產(chǎn)生的變形較大， 因而在粗加工和半精加工全部完成之后再進行精加工。 (2) 所選臥式加工中心本身采用編碼器進行位置檢測， 利用鼠牙盤進行工作臺分度定位， 多次回轉加工， 能有效保證各面之間的垂直度要求。 （

22、3） 在精鏜62J7孔之前切2-2.2 槽及倒角， 可防止精加工后孔內(nèi)產(chǎn)生毛刺。 4. 數(shù)控加工程序設計 加工支架時， 共設定三個工件坐標系： B270G54， X0、 Y0設在62J7孔軸線上， Z0設在72.5尺寸上面60 mm處； B180G55， X0、 Y0設在55H7孔軸線上， Z0設在(B-B)視圖90尺寸右面上； B0 G56， X0、 Y0設在U型槽R22尺寸中心上， Z0設在U型槽3尺寸右面上。 4.4 數(shù)控編程中的數(shù)值計算 4.4.1 計算零件幾何元素的基點坐標 任何一個零件的輪廓都是由不同的幾何元素(如直線、 圓弧及特形曲線等)組成的， 各個元素間的連接點稱為基點， 如直線與直線的交點、 直線與圓弧的交點或切點、 圓弧與圓弧的交點與切點等。 圖4.15中的A、 B、 C、 D、 E等即為基點。 基點的坐標是編程中的主要數(shù)據(jù)。 基點的坐標值可依據(jù)零件圖