數(shù)控機床的加工工藝及編程步驟和數(shù)控機床編程及加工

2.2數(shù)控機床的加工工藝及編程步驟2.2.1工序的劃分2.2.2編制加工程序的內(nèi)容及步驟2.2.3零件的安裝和對刀點的確定2.2.4確定加工路線2.2.5切削用量的選擇和刀具的選擇2.2.6數(shù)值計算數(shù)控加工程序編制的一般過程工藝處理?2.2數(shù)控機床的加工工藝及編程步驟在編制數(shù)控程序時，首先必須根據(jù)零件圖紙選擇數(shù)控機床；進行工藝分析、處理，然后才能編制加工程序。必須注意數(shù)控機床的程序編制比普通機床的工藝規(guī)程復雜得多。普通機床的工藝規(guī)程對零件的加工過程不必規(guī)定得很詳細，一部分內(nèi)容可由操作人員自行決定，如工步的安排、走刀路線、刀具形狀和切削用量等；而數(shù)控加工程序中必須包括零件加工的整個過程，如機床的運動、刀具的形狀、切削用量及走刀路線等。這既要求程序員要有較高的素質，對數(shù)控機床、切削規(guī)范、標準工夾具等都很熟悉，只有對零件的加工過程進行全盤考慮，仔細研究，才能正確合理地編制加工程序。

?2.2.1工序的劃分一般在數(shù)控機床上加工零件，應盡量在一次裝夾中完成全部工序，工序劃分的根據(jù)如下：(1)按先面后孔的原則劃分工序·在加工有面和孔的零件時，為了提高孔的加工精度，應先加工面，后加工孔，這一點與普通機床相同。(2)按粗、精加工劃分工序對加工精度要求較高的零件，應將粗、精加工分開進行，這樣可以使粗加工引起的各種變形得到恢復，也能及時發(fā)現(xiàn)毛坯上的各種缺陷，并能充分發(fā)揮粗加工的效率?？紤]到粗加工時零件變形的恢復需要一段時間，粗加工后不要立即安排精加工。(3)按所用刀具劃分工序在數(shù)控機床上，為了減少換刀次數(shù)，縮短輔助時間，經(jīng)常按集中工序的方法加工零件，即用同一把刀加工完零件上要求相同的部位后，再用另一把刀加工其他部位。?2.2.2編制加工程序的內(nèi)容及步驟一般數(shù)控加工程序的編制分三個階段完成，即工藝處理、數(shù)學處理和編程調(diào)試。1．工藝處理階段－－主要工作內(nèi)容如下：(1)分析被加工零件圖紙，明確加工內(nèi)容及技術要求，在此基礎上確定零件的加工方式和走刀路線，確定切削用量等工藝參數(shù)。(2)制定零件的數(shù)控加工工藝過程。在已經(jīng)確定工藝參數(shù)的前提下，考慮零件如何安裝，對刀點位置如何確定，零件如何分步加工，如何使圖樣上的精度等技術要求得以實現(xiàn)等。(3)選擇或設計刀、夾具。

編程調(diào)試階段?2.2.2編制加工程序的內(nèi)容及步驟一般數(shù)控加工程序的編制分三個階段完成，即工藝處理、數(shù)學處理和編程調(diào)試。2．數(shù)學處理階段工藝處理階導完成后，編程人員便可結合所使用的數(shù)控系統(tǒng)的輸入要求，通過數(shù)學處理計算出應輸入給控制系統(tǒng)的輸人數(shù)據(jù)。這種計算工作量的大小，隨被加工零件的形狀、加工內(nèi)容及控制系統(tǒng)的功能等有所不同。

編程調(diào)試階段?2.2.2編制加工程序的內(nèi)容及步驟一般數(shù)控加工程序的編制分三個階段完成，即工藝處理、數(shù)學處理和編程調(diào)試。

3．編程調(diào)試階段----主要有下述三項工作內(nèi)容：(1)編制程序單在工藝處理和數(shù)學處理的基礎上，還要考慮某些輔助工藝處理，如確定準備功能，主軸的正轉、反轉，停車及變換速度等。然后便可按數(shù)控裝置的輸人格式要求編寫出程序單。(2)程序單經(jīng)過嚴格檢查確認無誤后，確認無誤后方可交付生產(chǎn)部門使用。(3)首件試切削生產(chǎn)部門拿到紙帶后，通常不立即加工零件．還要作進一步檢查。方法是用劃針或圓珠筆在機床上畫線檢查，即用劃針在涂有顏料的玻璃扳(或紙)上畫出零件的輪廓形狀來檢查。然后試切一個零件，經(jīng)檢驗合格，該程序編制工作方可認為結束。編程調(diào)試階段?2.2.3零件的安裝和對刀點的確定1．零件的安裝與普通機床一樣，在數(shù)控機床上安裝零件也耍合理地選擇定位基準和夾緊方式。安裝工件時要考慮以下兩個原則：(1)應盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能做到一次裝夾后加工出全部待加工表面，以充分發(fā)揮機床的效率。(2)當有些零件需要二次裝夾時，也要盡可能利用同一基準，以減少安裝誤差。?2.2.3零件的安裝和對刀點的確定數(shù)控機床上應盡量使用組合夾具，必要時才設計專用夾具。選用和設計夾具時應考慮數(shù)控機床的特點，一般應注意以下幾點；(1)夾具結構力求簡單(如選用標準夾具、組合夾具等)；(2)裝卸迅速方便，以縮短輔助時間；(3)加工部位要敞開，夾緊機構等不能影響走刀，耍注盒夾緊力的作用點和方向；(4)夾具的安裝要準確可靠，以保證正確加工零件；(5)夾具應具備足夠的強度和剛度，尤其在切削用量較大時，應能保證零件的加工精度。?2.2.3零件的安裝和對刀點的確定3．確定對刀點和換刀點刀位點：即刀具的基準點，對于立銑刀來講應是刀具軸線與刀具底面的交點，對于車刀則是刀尖，對于鉆頭則是鉆尖，對于球頭銑刀是球頭部分的球心。?2.2.3零件的安裝和對刀點的確定3．確定對刀點和換刀點起刀點：是數(shù)控加工時刀具相對工件運動的起點（是指刀具起始運動的刀位點），亦即程序開始執(zhí)行時的刀位點；對刀點：當用夾具時，常用與工件零點有固定聯(lián)系尺寸的圓柱銷等進行對刀，則用對刀點作為起刀點。見圖2.2.1。?2.2.3零件的安裝和對刀點的確定在編程時應首先考成對刀點位置的選擇，選定的原則如下：應使程序編制簡單。對刀點在機床上容易找正。加正過程中檢查方便；”引起的加工誤差小。對刀點應盡量選在零件的設計基準或工藝基準上。對刀點可以設在被加工零件上，也可以設在夾具上．但必須與零件的定位基準有一定的尺寸關系，這樣才能保證機床坐標系與零件坐標系的相互關系。?2.2.3零件的安裝和對刀點的確定換刀點：是為數(shù)控車床、數(shù)控鉆鏜床以及其他自動換刀數(shù)控機床設定的換刀位置，因為這種機床在加工中途要更換刀具。換刀點的位置要保證換刀時刀具不得碰撞工件、夾具或機床，因此換刀點常常設在遠離加工零件的位置(見圖2.2.1)?2.2.4確定加工路線加工路線是切削過程中銑刀中心運動的軌跡和方向，也是編程的軌跡和方向。確定走刀路線，主要是確定粗加工及空行程的走刀路線，因為精加工切削過程的走刀路錢基本上都是沿著零件的輪廓進行的。在數(shù)控加工中，加工路線除了要保證工件的加工精度、表面粗糙度外，還要盡量縮短空行程時間，并能簡化程序。

例如在銑削外輪廓時，為防止刀具在切入，切出時產(chǎn)生刀痕，一般采用切線切入、切出方式以保證工件輪廓的光滑過渡，如圖2.2.2所示。?2.2.4確定加工路線為減少編程的程序段，提高生產(chǎn)率，在確定工藝路線時，應使進給路線最短。如圖2.2.3a所示，按習慣應先加工均勻分布于同一圓周上的孔后，再加工另一圓孔。但對于數(shù)控機床來說，這種加工路線長，效率低，按圖2.2.3b所示的進給路線加工，使走刀路線總和最短．可以節(jié)省定位時間達一倍左右。?2.2.4確定加工路線行切法環(huán)切法，這種方法加工路線太長，效率較低；圖2.2.4c方案克服了前兩種方案的不足，先采用行切法，最后環(huán)切一刀，光整輪廓表面，獲得了較好的效果。從數(shù)值計算的角度看，環(huán)切法的刀位計算較為復雜。若從走刀路線的長短比較，行切法略優(yōu)于環(huán)切法。?2.2.5切削用量及刀具的選擇切削用量包括主軸轉速、進給速度和切削深度等。各種機床切削用量的選擇根據(jù)數(shù)控機床使用說明書、手冊，并結合實踐經(jīng)驗加以確定。1．主軸轉速n主軸轉速主要根據(jù)允許的切削速度確定，公式如下：n＝1000v／πD其中：D為工件或刀具的直徑(mm)；v為切削速度(m/min)由刀具耐用度決定，一般為100一200m／min；n為主軸轉速(rpm)。根據(jù)計算值選用機床對應的標推主軸轉速，然后用S代碼編入程序。?2.2.5切削用量及刀具的選擇切削用量包括主軸轉速、進給速度和切削深度等。各種機床切削用量的選擇根據(jù)數(shù)控機床使用說明書、手冊，并結合實踐經(jīng)驗加以確定。2．進給速度進給速度根據(jù)零件的加工精度、表面粗糙度和刀具、工件的材料選擇，最大進給速度受機床剛度和進給系統(tǒng)的性能限制，并與脈沖當量有關。在精度要求較高時，進給量應選小一些，一般在20mm/min一50mm／min范圍內(nèi)選取。3．切削深度主要根據(jù)機床、刀具、夾具和工件的剛性確定。在機床剛度允許的情況下，盡量選擇較大的切削深度，以提高加工效率。有時為了改善表面粗糙度和加工精度，要留一點余量，以便最后精加工一次。?2.2.5切削用量及刀具的選擇4．刀具的選擇與普通機床相比，數(shù)控加工對刀具提出了更高的要求。數(shù)控機床要求刀具強度、剛度好，耐用度高，尺寸穩(wěn)定，排屑性能好，安裝調(diào)整方便等。同時還應考慮工件材料的性質、機床的加工能力、加工工序、切削用量及有關因素等。在內(nèi)輪廓加工中，要注意刀具半徑要小于輪廓曲線的最小曲率半徑。在自動換刀機床中，要預先測出刀具的結構尺寸和調(diào)整尺寸，以便在加工時進行刀具補償。?2.2.5切削用量及刀具的選擇數(shù)控刀具分類：1）按照刀具結構分：整體式：鉆頭、立銑刀等鑲嵌式：包括刀片采用焊接和機夾式特殊形式：復合式、減振式等

機夾可轉位刀具得到廣泛應用，數(shù)量上已達到整個數(shù)控刀具的30%~40%，金屬切除率占總數(shù)80%~90%。?2.2.5切削用量及刀具的選擇車削刀具：外圓車刀內(nèi)孔車刀螺紋車刀?2.2.5切削用量及刀具的選擇銑削刀具：方肩銑刀仿形銑刀三面刃和螺紋銑刀整體硬質合金銑刀?2.2.6數(shù)值計算1．基點、節(jié)點的含義編程時的數(shù)值計算主要是計算零件加工軌跡的尺寸，即計算零件輪廓基點和節(jié)點的坐標，或刀具中心軌跡基點和節(jié)點的坐標。l數(shù)控機床一般只有直線和圓弧插補功能，因此，對于由直線和圓弧組成的平面輪廓，編程時主要是求各基點的坐標?；c：就是構成零件輪廓不同幾何素線元素的交點或切點。如直線與直線的交點，直線段和圓弧段的交點、切點及圓弧與圓弧的交點、切點等。根據(jù)基點坐標就可以編寫出直線和圓弧的加工程序?；c的計算比較簡單，選定坐標原點以后，應用三角、幾何關系就可以算出各基點的坐標，因此采用手工編程即可。?2.2.6數(shù)值計算由于數(shù)控機床無法直接加工除直線和圓弧以外的曲線，加工此類曲線時數(shù)值計算較為復雜，包括曲線擬合和曲線逼近兩部分。曲線逼近：對于平面輪廓是非圓方程Y=f（X）組成的曲線，如漸開線、阿基米德螟線等，必須用直線和圓弧逼近該曲線，即將輪廓曲線按編程允許的誤差分割成許多小段，用直線和圓弧逼近這些小段(可采用等間距直線、等弦長直線、等誤差直線逼近法和圓弧逼近法等)。逼近直線和圓弧小段與輪廓曲線的交點或切點稱為節(jié)點。?2.2.6數(shù)值計算曲線擬合：對于用實驗或經(jīng)驗數(shù)據(jù)點表示，沒有輪廓曲線方程的平面輪廓，如果給出的數(shù)據(jù)點比較密集，則可以用這些點作為節(jié)點，用直線或圓弧連接起來逼近輪廓形狀。如果數(shù)據(jù)點較稀疏，則必須先用插值法將節(jié)點加密，或進行曲線擬合(如牛頓插值法、樣條曲線擬合法、雙圓弧擬合法等)，然后再進行曲線逼近。對于空間曲面，則用許多平行的平面曲線逼近空間曲面，這時需求出所有的平面曲線，并計算出各平面曲線的基點或節(jié)點，然后按基點、節(jié)點劃分各個程序段，編寫各節(jié)點、基點之間的直線或圓弧加工程序。?2.2.6數(shù)值計算有關曲線逼近和曲線擬合的計算方法很多。其計算非常繁瑣，花費的時間也長，如采用手工編程，編程工作將十分艱巨，因此必須借助計算機進行計算。目前許多先進國家都已開發(fā)了自動編程技術。自動編程的過程分為兩個階段：第一階段是對零件圖紙進行工藝分析，用編程語言編寫零件的源程序，制作穿孔帶；第二階段是借助計算機對源程序進行處理，然后自動打印零件加工的程序單和穿孔帶。目前生產(chǎn)企業(yè)已把CAD/CAM技術用于數(shù)控編程數(shù)控加工中。?2.2.6數(shù)值計算節(jié)點坐標計算手工編程中，常用的逼近計算方法有等間距直線逼近法、等弦長直線逼近法及三點定圓法等。等間距法是在一個坐標軸方向，將需逼近的輪廓進行等分，再對其設定節(jié)點，然后進行坐標值計算。等弦長法是設定相鄰兩點間的弧長相等，再對該輪廓曲線進行節(jié)點坐標值計算。三點定圓法是一種用圓弧逼近非圓曲線時常用的計算方法，其實質是先用直線逼近方法計算出輪廓曲線的節(jié)點坐標，然后再通過連續(xù)的三個節(jié)點作圓，用一段段圓弧逼近曲線。?2.2.6數(shù)值計算等間距法直線逼近節(jié)點計算方法其特點是使每個程序段的某一坐標增量相等，然后根據(jù)曲線的表達式求出另一坐標值，即可得到節(jié)點坐標。在直角坐標系中，可使相鄰節(jié)點間的x或y坐標增量相等；計算方法如圖2.2.5所示。這種方法的關鍵是確定間距值，該值應保證曲線Y＝f(x)相鄰相鄰兩節(jié)點間的法向距離小于允許的程序編制誤差，即δ≤δ允δ允一般為零件公差的l／5—1／10。?2.2.6數(shù)值計算等弦長法直線逼近的節(jié)點計算這種方法是使所有逼近線段的弦長相等，如圖2.2.6所示。由于輪廓曲線Y＝f／(X)各處的曲率不等，因而各程序段的插補誤差δ不等。所以編程時必須使產(chǎn)生的最大插補誤差小于允許的插補誤差，以滿足加工精度的要求。在用直線逼近曲線時，一股認為誤差的方向是在曲線的法線方向，同時誤差的最大值產(chǎn)生在曲線的曲率半徑最小處。?2.2.6數(shù)值計算等誤差法直線逼近的節(jié)點計算等誤差法的特點是使零件輪廓曲線上各逼近線段的插補誤差δ相等，并小于或等于δ允，如圖2.2.7所示。用這種方法確定的各逼近線段的長度不等在上述方法中，等誤差法的程序段數(shù)目最少，但相對來說其計算比較煩瑣。?數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學中心實驗目的通過數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進行加工；結合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質量和生產(chǎn)效率。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機床各坐標的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅動機床完成相應的運動。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質；⑤校對程序及首件試加工。機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機械工程實驗教學中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學處理編寫程序文件制作控制介質程序校驗及試切數(shù)控機床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標準硬件系統(tǒng)構成，不要求專用硬件或運動控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學中心OpenSoftCNC軟件介紹機械工程實驗教學中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點G28

G92定義絕對坐標系G92X_Z_√2G04延時G04E_

3M00暫停M00

M02程序結束M02

4M03主軸正轉M03√M04主軸反轉M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關冷卻液M09√

6M97程序跳轉M97P_

M98子程序調(diào)用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開關1有效M20√M21自定義開關1無效M21√8M22自定義開關2有效M22√M23自定義開關2無效M23√9S主軸轉速控制S00～S07；S0000～S9999√10T指定刀具T00～T05√11F指定速度F12～F4000√OpenSoftCNC軟件介紹