数控第二章.

第２章数控加工工艺分析与程序编制教学提示：数控机床是严格按照从外部输入的程序来自动地对被加工零件进行加工的。为了与数控系统的内部程序（系统软件)相区别，把从外部输入的直接用于加工的程序称为数控加工程序，简称为数控程序。理想的数控程序不仅应该保证能加工出符合图样要求的合格零件，还应该使数控机床的功能得到合理的应用与充分的发挥，以使数控机床能安全、可靠、高效的工作．数控加工工艺分析和零件图形的数学处理（又称数值计算）是数控编程前的主要准备工作，无论对于手工编程还是自动编程都是必不可少的。教学要求：了解数控加工工艺分析与图形数学处理的基本概念和基本内容，数控编程方法、内容和步骤．重点了解数控加工工艺分析与图形数学处理的方法，数控加工工艺文件的制定，数控车床、数控铣床和加工中心的手工编程知识。当在生产实际中遇到具体问题时，应根据数控机床的编程知识，合理而又灵活地去解决实际问题。2.1数控加工工艺分析•无论是手工编程还是自动编程，在编程以前都要对所加工的零件进行工艺分析。程序编制人员进行工艺分析时，要有机床说明书、编程手册、切削用量表、标准工具、夹具手册等资料，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选用合适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具、夹具和切削用量等，以求高效率地加工出合格的零件。2.1.1机床的合理选用数控机床的应用范围正在不断扩大，但不是所有的零件都适宜在数控机床上加工。零件的加工具体是采用数控机床加工，还是采用普通或专用机床加工，与被加工零件本身的复杂程度、生产批量和加工成本有关。图2.1零件复杂程度与零件批量的关系根据国内外数控机床技术应用实践，数控机床加工的适用范围可用图2.1和图2.2定性分析。图2.1零件批量与综合费用的关系不同类型的机床，随着被加工零件的生产批量的变化，其生产成本的变化幅度也分别呈现不同的趋势•综上分析说明，数控机床通常最适合加工具有以下特点的零件：•（1）多品种、小批量生产的零件或新产品试制中的零件。•（2）轮廓形状复杂，对加工精度要求较高的零件。•（3）用普通机床加工时，需要有昂贵的工艺装备（工具、夹具和模具）的零件。•（4）需要多次改型的零件。•（5）价格昂贵，加工中不允许报废的关键零件。•（6）需要最短生产周期的急需零件。2.1.2数控加工工艺性分析•数控加工工艺性分析涉及面很广，在此仅从数控加工的可能性和方便性两方面加以分析。•1．零件图的尺寸标注应符合编程方便的原则•(1）零件图上的尺寸标注方法应适应数控加工的特点可将局部的分散标注法改为同一基准标注或直接给出坐标尺寸的标注法。(2）构成零件轮廓的几何元素的条件应充分在分析零件图样时，务必要分析几何元素的给定条件是否充分，发现问题应及时与设计人员协商解。图纸更改必须要有正规的手续。图纸最好采用PDF格式。•2．零件的结构工艺性应符合数控加工的特点•(1)零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸•(2)内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小通常R＜0.2H(H为被加工零件轮廓面的最大高度）时，可以判定零件的该部位工艺性不好。•(3)零件铣削底平面时，槽底圆角半径r不应过大。•(4)应采用统一的基准定位。在数控加工中若没有统一的定位基准，则会因工件的二次装夹而造成加工后两个面上的轮廓位置及尺寸不协调。另外，零件上最好有合适的孔作为定位基准孔2.1.3加工方法与加工方案的确定•工艺路线的拟定是制订工艺规程的重要内容之一，其主要内容包括选择各加工表面的加工方法、划分加工阶段、划分工序以及安排工序的先后顺序等1．加工方法的选择•加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。•获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法有许多•实际选择时，要结合零件的材料、形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。1．外圆表面加工方法的选择•外圆表面的主要加工方法是车削和磨削。当表面粗糙度要求较高时，还要经光整加工。外圆表面的加工方案2．内孔表面加工方法的选择•内孔表面加工方法选择原则：内孔表面加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、磨孔和光整加工。3．平面加工方法的选择•平面加工的主要方法有铣削、刨削、车削、磨削和拉削等，精度要求高的平面还需要经研磨或刮削加工。4．平面轮廓和曲面轮廓加工方法的选择•(1）平面轮廓常用的加工方法有数控铣、线切割及磨削等(2）立体曲面加工方法主要是数控铣削，多用球头铣刀，以“行切法”加工2.1.4工序与工步的划分•1．工序的划分•在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部分或全部工序•(1)按零件装卡定位方式划分工序第一道工序加工外圆、平面及22内孔和4工艺孔第二道工序以两孔和一平面定位在数控铣床上加工外轮廓(2)按粗、精加工划分工序（3）按所用刀具划分工序•为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件，即在一次装夹中，尽可能用同一把刀具加工出可能加工的所有部位，然后再换另一把刀加工其他部位2．工步的划分•工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑，工步划分的原则：•(1)同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。•(2)对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔。按此方法划分工步，可以提高孔的加工精度。•(3)按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步的方法，以减少换刀次数，提高加工效率。2.1.5零件的定位与安装•1．定位安装的基本原•在数控机床上加工零件时，定位安装的基本原则与普通机床相同，确定定位基准与夹紧方案时应注意以下点：•(1)力求设计、工艺与编程计算的基准统一。•(2)尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工面。•(3)避免采用占机人工调试加工方案，以充分发挥数控机床的效能。2．选择夹具的基本原则•数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：•一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定。•二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。•除此之外，还要考虑以下四点：•(1)当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间、节省生产费用。•(2)在成批生产时才考虑专用夹具，并力求结构简单。•(3)零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。•(4)夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀•【牢·正·快·简】2.1.6数控加工刀具与工具系统•刀具与工具的选择是数控加工工艺中重要的内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。与传统的加工方法相比，数控加工对刀具和工具的要求更高．不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。1．数控加工刀具材料•(1)高速钢热硬性500oC-600oC(50m/min)•(2)硬质合金能耐800°C～1000℃（150m/min)常用的硬质合金有钨钴（YG）合金（YG8、YG6、YG3)、钨钛（YT）合金(YT5、YT15、YT30）和钨钛钽（铌)(YW)(YW1，YW2）合金三大类(3)涂层硬质合金(4)陶瓷材料（硬度91--95）1200°C时硬度80HRA切削速度可比硬质合金刀具提高2-5倍(5)立方氮化硼(CBN)硬度可达7300--9000HV仅次于金刚石它广泛适用于淬硬钢(50HRC以上）(6)聚晶金刚石（PCD)硬度可达10000HV2．数控加工刀具•1)车削加工刀具•有焊接式和机夹式之分2)铣削加工刀具•铣刀种类很多，选择铣刀时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。•(1)刀具半径r应小于零件内轮廓面的最小曲率半径ρ，一般取，r=(0.8～0.9)ρ。•(2)零件的加工高度H＜(1/4～1/6)r，以保证刀具有足够的刚度。•(3)对不通孔（深槽），选取l=[H+(5～10)]mm(l为刀具切削部分长度，H为零件高度）。•(4)加工外型及通槽时，选取l=[H+re+(5～10)]mm(re为刀尖角半径）。•(5)粗加工内轮廓面时铣刀最大直径D可按下式计算/2sin-1D1)-/2sin2(D粗=式中D———轮廓的最小凹图角半径；Δ———圆角邻边夹角等分线上的精加工余量；δ1———精加工余量：φ———圆角两邻边的最小夹角。(6)加工肋时刀具直径为D=(5～10)b(b为肋的厚度）。•对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀等(a)球头铣刀(b)环形铣刀(c)鼓形铣刀(d)锥形铣刀(e)盘形铣刀3)孔加工刀具•数控孔加工刀具常用的有钻头、镗刀、铰刀和丝锥等。•(1）钻头在数控机床上钻孔大多采用普通麻花钻•(2)镗刀。镗刀按切削刃数量可分为单刃撞刀和双刃镗刀，镗削通孔、阶梯孔和不通孔(a)通孔镗刀(b)阶梯孔镗刀(c)不通孔镗刀图2.17精镗微调镗刀1—刀体2—刀片3—调整螺母4—刀杆5—螺母6—拉紧螺钉7—导向镗(3)铰刀•数控机床上使用的铰刀多是通用标准铰刀。•此外，还有机夹硬质合金刀片单刃铰刀和浮动铰刀等。图2.18硬质合金单刃校刀1,7—螺钉2—导向块3—刀片4—楔套5—刀体6—销子加工中心上使用的浮动铰刀1－刀杆体2－可调式浮动铰刀体3－圆锥端螺钉4－螺母5－定位滑块6-螺钉3．数控机床的工具系统TSG82数控工其系统4.对刀仪•对刀仪是用来调整或测量刀具尺寸的数控车床用光学对刀仪外形图HPA刀具测量系统2.1.7切削用量的确定•切削用量包括主轴转速（或切削速度）、背吃刀量、进给量。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并应编入程序单内•(1)背吃刀量αp(mm)•(2)主轴转速n(r/min)•(3)进给量即进给速度f(mm/min或mm/r)2.1.8数控加工路线的确定•在数控加工中，刀具的刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。•编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点：•(1)加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高；•(2)使数值计算简单，以减少编程工作量；•(3)应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。1．车削加工路线的确定•1)最短的车削加工路线车削进给路线为最短，可有效地提高生产效率，降低刀具的损耗等•2)大余量毛坯的阶梯车削加工路线4)特殊的加工路线5)车削螺纹加工路线•在数控机床上车螺纹时，沿螺距方向的z向进给应和机床主轴的旋转保持严格的速比关系应避免进给机构加速或减速过程中的车削为此要有引入距离和超越距11一般1为2mm～5㎜2.铣削加工路线的确定•1)顺铣和逆铣•2)铣削外轮廓的加工路线•3)铣削内轮廓的加工路线•4)铣削内槽的加工路线•所谓内槽是指以封闭曲线为边界的平底凹槽•5)铣削曲面的加工路线•使数值计算简单，减少编程工作量符合这类工件表面数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度高。每次直线进给，刀位点计算简单，程序段短、而且加工过程符合直纹面的形成规律，利于准确保证母线的直线度。3．孔加工路线的确定•1)确定XY平面内的加工路线•①定位要迅速②定位要准确•2)确定z向（轴向）的加工路线刀具切入、切出距离的经验数据2.1.9工艺文件的制定•数控加工工序卡•数控加工走刀路线图数控加工刀具卡2.2图形的数学处理2.2图形的数学处理一、选择原点、换算尺寸•车削件的编程原点：X——取在工件的回转中心Z——取在工件的左、右端面或对称平面•铣削件的编程原点：X、Y——工件的基准面、孔轴线或对称面Z——工件的上、下表面•尺寸换算：按尺寸公差中值换算二、基点与节点•基点：与系统插补功能一致的各几何要素的连接点。•方法：联立方程组；几何元素间的三角函数关系。222301480YXkXY615301.tantantantan)tan(k222301480YXXY61530.（64.2786，39.5507）（64.2786，51.550