第四章數(shù)控編程與操作.ppt

1、第四章數(shù)控銑床和加工中心編程，數(shù)控銑床主要是用銑床方式加工工件的數(shù)控機床。 其加工功能強，能加工各種平面、槽、螺旋槽、成形表面、平面曲線、空間曲線等復雜模面。 結(jié)合合適的工具，數(shù)控銑床也可將零件用于鉆頭、擴張、鉸刀、鏜孔和鏜削加工、攻絲等。 加工中心主要用于箱形零件和復雜的曲面零件的加工，加工中心具有多種更換功能和自動工作臺更換裝置(APC )，工件一次卡盤后，就可以實現(xiàn)零件的銑削、鉆孔、鏜削、鉸刀、攻絲等多工序加工，自動化程度和作業(yè)效率大幅度提高數(shù)控銑床與加工中心有如此密切的關(guān)系，本章將兩者融合在一起進行介紹。 關(guān)于一般的命令和功能，兩者是相同的。4.1數(shù)控加工概要、4.1.1銑床的分類立式

2、數(shù)控銑床臥式數(shù)控銑床立、臥兩用數(shù)控銑床龍門數(shù)控銑床(數(shù)控龍門銑床)萬能數(shù)控銑床、圖4-1NC銑床主軸配置形式的概略圖、圖4-2臥兩用數(shù)控銑床、 圖4-3NC龍門銑床及其銑床附件4.1.2銑床的加工對象數(shù)控銑床加工是機械加工中最常用的加工方法之一，可以加工：平面類零件為倒角類零件的曲面類零件孔類零件，圖4-4平面類零件，圖4-5曲面類零件，4.2數(shù)控加工中心概要加工中心(Machining Center，MC )是一種具備刀具庫，能自動更換刀具，對工件進行多工序加工的數(shù)控機床。 一般的加工中心是三軸連動，三軸連動以上是高級加工中心。 4.2.1加工中心的特征、分類和使用范圍1 .加工中心的特征有

3、自動交換裝置。 用一次卡盤就能完成銑削、鉆孔、擴張、鉸刀、鏜削、攻絲等加工，工序集中。 一些加工中心帶有自動擺動角的主軸。 工件在一次安裝卡盤后，自動完成多個平面和多個角度位置的加工，避免了卡盤重復引起的定位誤差。 很多加工中心都有自動交換臺。 一個工件加工的同時，另一個工作臺實現(xiàn)了工件的卡盤，大幅度縮短輔助時間，提高加工效率。 2 .加工中心的分類按主軸加工時的空間位置進行分類。 (1)立式加工中心立式加工中心的主軸位于垂直位置。 適合完成銑削、鏜削、鉆頭、攻絲、攻絲等工序，加工盤組類零件。 (2)臥式加工中心的臥式加工中心主軸處于水平位置，通常帶自動分度的轉(zhuǎn)臺一般有35個運動坐標，可以用一

4、次卡盤加工除了安裝面和上表面之外的其馀4個表面。 圖4-6立式加工中心、圖4-7臥式加工中心、臥式加工中心適用于箱形部件的加工，特別適用于箱形部件的孔和型腔有位置公差要求，孔、型腔和基準面(底面)有嚴格尺寸精度要求的部件的加工。 (3)門形加工中心門形加工中心的形狀與門形數(shù)控銑床相似，主軸多垂直設置，除了自動換刀裝置外，還有可換的主軸頭附件，數(shù)控裝置的功能比較完備，通用性高，適用于大型和形狀復雜的零件加工。 3、加工中心的使用范圍(1)需要加工平面和加工孔系的零件(2)需要多站加工的零件(3)結(jié)構(gòu)形狀復雜的零件(4)加工精度高的中小批量零件、4.2.2鏜削銑床和加工中心的工具數(shù)控鏜削銑床和機床

5、分為固定式和組合式。 刀柄和主軸孔的配合錐面一般采用724的錐形刀柄。 該錐柄未自鎖，刀刃更換容易，與直柄相比具有更高的定心精度和剛性。 刀柄用別針固定在主軸上。刀具錐形柄和拉鏈螺栓的結(jié)構(gòu)和尺寸已標準化和系列化，我國使用最廣泛的是BT40和BT50系列的刀柄和拉鏈螺栓。 圖4-12刀柄和刀刃的夾持方式，4.2.3加工中心附屬機外對刀機是加工中心的重要附屬設備，加工時使用的所有刀具，在進入機床的刀庫之前都使用對刀機進行對刀，使刀具的半徑和長度4.3數(shù)控銑床加工技術(shù)、數(shù)控銑床具有豐富的加工功能和廣泛的加工技術(shù)范圍，面臨的技術(shù)問題也很多。 在開始編制銑床加工程序之前，要仔細分析數(shù)控銑床加工的技術(shù)性，

6、把握銑床加工的技術(shù)裝備的特點，以保證充分發(fā)揮數(shù)控機床的加工功能。 4.3.1銑削加工技術(shù)性分析數(shù)控銑削加工技術(shù)性分析是編程前的重要工藝準備之一，根據(jù)加工實踐，數(shù)控銑削加工技術(shù)分析主要解決以下幾個方面的問題。 1、在選擇確定數(shù)控銑床加工部位和工序內(nèi)容時，在選擇數(shù)控銑床加工內(nèi)容時，必須充分發(fā)揮數(shù)控銑床的優(yōu)勢和重要作用。 主要選擇的加工內(nèi)容如下。 工件上曲線的輪廓。 給出了數(shù)學模型的空間曲面。 形狀復雜、尺寸多、刻劃和檢查困難的地方。 用通用銑床加工時，很難觀察、測量和控制進給的內(nèi)外槽。 尺寸協(xié)調(diào)的高精度孔和面。 一次安裝就能同時銑削的簡單表面和形狀。 用數(shù)控銑削方式加工時，生產(chǎn)率倍增，大幅度減輕了

7、勞動強度的一般加工內(nèi)容。 2 .零件圖案的工藝性分析根據(jù)NC銑削加工的特征進行零件圖案的工藝性分析時，主要要分析考慮以下問題。 (1)零件圖案尺寸的正確標記(2)統(tǒng)一內(nèi)壁圓弧的尺寸，統(tǒng)一圖4-17內(nèi)壁圓弧的半徑，統(tǒng)一圖4-18內(nèi)壁和底面圓弧的半徑，3 .如果不統(tǒng)一定位基準，用數(shù)控加工進行統(tǒng)一，會因工件的二次卡盤而產(chǎn)生加工輪廓的位置和尺寸誤差。 另外，為零件選擇適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)(孔、凸臺等)作為定位基準，根據(jù)需要設定工藝結(jié)構(gòu)作為定位基準，或?qū)Ρ砻孢M行精加工，作為統(tǒng)一基準，減少由二次卡盤引起的誤差。 4 .分析零件的變形情況，對工件加工時的變形進行銑削加工會影響加工質(zhì)量。 這種情況下，可以采用通常的方法

8、，例如粗、精分離、對稱的切削殘留法等，也可以采用熱處理的方法，例如對鋼材進行調(diào)質(zhì)處理，對鋁鑄造材料進行退火處理等。 在加工薄板時，切削力或薄板的彈性退避容易發(fā)生切削面的振動，難以保證薄板的厚度尺寸公差或表面粗糙度的情況下，請考慮適當?shù)墓ぜūP方式。 4.3.2確定銑削加工工藝確定數(shù)控銑削加工工藝是制定銑削加工工藝的重要內(nèi)容之一，主要包括各加工表面加工方法的選擇、加工階段加工工藝的劃分及加工工藝的確定。 其中加工方法的選擇和工序劃分參照第一單元的工藝設計部分，這里重點介紹數(shù)控銑削加工路線的確定。 1、保證零件的加工精度和表面粗糙度(1)最終輪廓一次走刀完成(2)選擇切入方向(3)避免機械進給系統(tǒng)

9、的背間隙對加工精度的影響(4)選擇使工件在加工后變形的路徑，(4-22背間隙對加工精度的影響求最短加工路徑(3)銑削曲面加工路徑分析在實際生產(chǎn)中，加工路徑的確定必須根據(jù)零件的具體結(jié)構(gòu)特征，綜合考慮和利用。 確定加工路徑的基本原則是在保證零件的加工精度和表面質(zhì)量的條件下，盡量縮短加工路徑，提高生產(chǎn)效率。圖4-24的曲面加工的加工路徑、4.3.3夾具和卡盤方式的NC銑削加工卡盤方式的選定時期主要考慮以下幾點。 盡可能一次性夾緊后，為了提高加工法的效率，保證加工精度，能加工應加工的表面的全部或大部分。 必須保持最小限度的夾緊變形。 即使采取了相應的措施，也無法控制零件的變形，只能分為粗細、精加工，或

10、者對粗細、精加工采用不同的夾緊力。 盡量采用組合夾具通用夾具，不采用專用夾具。 夾具的結(jié)構(gòu)必須盡可能簡單。 夾具的標準化、通用化、自動化對提高加工效率和降低加工成本有很大的影響。 零件的裝卸，必須簡單可靠地迅速完成零件的定位夾具和拆卸，縮短輔助加工時間。 部件夾具的定位有利于對刀儀。 夾緊機構(gòu)和其他零件不影響進給，開放加工部位，防止加工路徑中的工具和夾具零件干涉。 4.3.4銑削刀具的選定NC銑削加工中使用的工具主要有立銑刀，銑刀、立銑刀、球頭銑刀、三面刃盤銑刀、環(huán)形銑刀等，另外還有鉆頭(锪孔、鉸刀、鏜削等)、攻絲等孔加工工具。 下面主要介紹數(shù)控銑削中常用的銑刀。 圖4-26面立銑刀，圖4-2

11、7立銑刀，圖4-28機夾頭式球頭立銑刀，圖4-30加工形狀和立銑刀的選擇，4.3.5銑削加工切削量的選擇，1 .后刀量和側(cè)刀量的確定，2 .進給速度的確定，進給速度f為刀具關(guān)于多齒工具，進給速度f、工具轉(zhuǎn)速n、工具齒數(shù)z和無齒進給量fz的關(guān)系為F=nzfz，3 .底切和底切，(a )底切(b )底切圖4-32 .過切和底切，4 .切削速度的確定、切削可以用經(jīng)驗公式計算，也可以根據(jù)所選的倒刀量、進給速度、刀具的耐久性，在機床允許的切削速度范圍內(nèi)進行調(diào)查，還可以參考切削使用手冊的選擇。 重要的是，切削使用量的選擇可以參照切削使用量手冊和相關(guān)資料來確定，但對于某些特定的零件，用該方法確定的切削使用量

12、不一定是理想的，有時需要結(jié)合實際進行試驗來確定理想的切削使用量。 因此，有必要在實踐中繼續(xù)進行總結(jié)和完善。 一般工件材料的銑削速度參考值如表4-3所示。 5、主軸轉(zhuǎn)速的確定，主軸轉(zhuǎn)速n可根據(jù)切削速度和刀具直徑用下式計算：式中，n是主軸轉(zhuǎn)速，r/min； vc為切削速度，m/min； d是工具直徑，毫米。4.3.6典型零件的NC銑削技術(shù)分析如圖4-33所示，是槽形凸輪零件，銑削加工前，該零件是加工過的圓盤，圓盤直徑為 280mm，有兩個基準孔 35mm和 12mm。 有 35mm和 12mm的定位孔，x面已經(jīng)加工完畢，本工序在銑床上加工槽。 這個零件的材料是HT200，分析了數(shù)控銑削加工技術(shù)。圖

13、4-33槽型凸輪零件、1-開口墊圈2-帶螺紋圓柱銷3-按壓螺母4-帶螺紋銷5-墊圈6-工件7-墊塊圖4-34凸輪加工安裝圖、4.4NC銑削加工的編程點和指令、NC銑削加工為平面包括二維輪廓的銑削加工、平面型腔的銑削加工、孔加工、螺紋加工、箱形零件的加工以及三維復雜面的銑削加工，這些加工一般在數(shù)控鏜削銑床和鏜削加工中心進行，其中具有復雜曲線輪廓的外形銑削， 復雜的模腔銑削和三維復雜面的銑削加工必須用CAD/CAM軟件編程，由幾何線素構(gòu)成的簡單零件加工既可以用手動編程，也可以采用圖形編程和計算機輔助NC編程本節(jié)通過實例介紹了數(shù)控銑削加工的手動編程要點和一般指令。4.4.1銑床的編程基礎，1 .數(shù)控

14、鏜刀加工中的基本工藝問題(1)工件坐標系的確定和程序原點的設定工件坐標系采用與機床運動坐標系一致的坐標方向，工件坐標系的原點(即程序原點)為測量和對刀儀選擇方便的基準位置(2)在確定安全高度銑削加工中，起點和終點必須遠離加工零件上表面的安全高度，保證刀具在停止的狀態(tài)下不與加工零件和夾具碰撞。 在安全高度位置上刀具中心(或前端)所在的平面，如圖所示也稱為安全面。 (3)進刀/進刀方式的決定銑削加工、刀具切入工件的方式，不僅關(guān)系到加工質(zhì)量，也直接關(guān)系到加工的安全。 在二維輪廓加工中，為了避免垂直進刀，通常需要側(cè)進刀或切向進刀，如圖4圖36所示。 退刀方法也必須從側(cè)方或切線方向退刀。 工具從安全面的

15、高度下降到切削高度時，離工件的邊緣保持距離，直接貼上加工零件的理論輪廓，不能避免危險。 下刃運動的過程不是快速(G00 )運動，而是直線插值(G01 )運動。 (4)刀具半徑修正的制作二維輪廓加工一般采用刀具半徑修正。 在創(chuàng)建刀具半徑補償之前，刀具必須離開零件輪廓，與選定的進刀點和進刀方法進行調(diào)整，以確保刀具半徑補償有效。 其中a是合理的方式，b是不合理的方式。 必須在線性插值段內(nèi)創(chuàng)建和取消刀具半徑補償。 (5)在確定刀具半徑銑削加工中，精加工刀具半徑的選擇主要基于零件的加工輪廓和加工輪廓的凹陷的最小曲率半徑或圓弧半徑，刀具半徑必須小于該最小曲率半徑的值。 另外，為了不用大工具加工小零件，也要

16、考慮工具的尺寸和零件的尺寸的協(xié)調(diào)。 4.4.2常用基本指令，1 .坐標系相關(guān)指令(1)作業(yè)坐標系設定指令G92形式： G92X_Y_Z_； 例如G92X200.0Y200.0 Z200.0； 含義：刀具起點位于工作坐標系中坐標值為(X200，Y200，Z200 )的點。 加工時，刀具必須首先位于刀具的起點。 (2)作業(yè)坐標系的原點設定選擇指令G54G59如圖4-41所示，銑床的情況下用G54設定原點，銑削槽的情況下用G55設定原點，編程的情況下很方便。 工件可以設定G54G59共計6個工作坐標系原點。 工作原點數(shù)據(jù)值可以通過CRT/MDI方式輸入到機床的偏移寄存器中，編程時不反映操作。 該指令

17、要求機床具有機械原點。圖4-41工件坐標系原點的設定、(3)極坐標系選擇G15 :極坐標系指令取消。 G16 :通過極坐標系指令極坐標系極坐標平面選擇用指令G17/G18/G19指定。 在指定的平面內(nèi)，第一軸命令指定矢量直徑，第二軸命令指定極角。 如XY平面，x表示矢量直徑指令，y表示極角指令。 第一軸從開始位置逆時針向極角正方向旋轉(zhuǎn)。 矢量直徑和極角都可以用絕對值方式G90和增量值方式G91編程。 用G90方式編程時，當前坐標系的零點為極坐標系的中心。 如果以G91方式編程，極坐標系的中心是前一段中刀具的運動終點。 2 .絕對值坐標指令G90和增量值坐標指令G91 編程時要注意G90、G91模式間的轉(zhuǎn)換。 使用G90、G91時，沒有混合編程。 3 .平面選擇指令G17、G18、G19平面選擇指令G17、G18、G19分別用于指定程序中刀具的圓弧插值平面和刀具半徑補償平面。 其中，G17指定XY平面，G18指定ZX平面G19指定YZ平面。 數(shù)控鏜削加工中心的初始狀態(tài)為G17。 4 .快速點定位指令G00、直線插值