数控加工基础

数控加工基础教学目的：了解数控加工的基本原理和编程插补运算的基本方法。了解数控铣削中要解决的主要工艺问题以及各种问题的解决方法。掌握数控铣削工艺拟定的过程、工序的划分方法、工序顺序的安排和进给路线的确定等工艺知识。一、数控编程基本原理通过把数字化了的刀具移动轨迹信息（通常指CNC加工程序），传入数控机床的数控装置，经过译码、运算，指挥执行机构（伺服电机带动的主轴和工作台）控制刀具与工件相对运动，从而加工出符合编程设计要求的零件。伺服驱动机床零点数控加工工艺过程数控加工工艺过程是利用切削刀具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。数控加工工艺设计的主要内容选择并确定进行数控加工的内容数控加工的工艺分析零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定制定数控加工工艺方案确定工步和进给路线选择数控机床的类型选择和设计刀具、夹具与量具确定切削参数编写、校验和修改加工程序首件试加工与现场问题处理数控加工工艺技术文件的定型与归档二、数控编程插补运算的基本方法。直线和圆弧是构成工件轮廓的基本线条，因此大多数CNC系统一般都具有直线和圆弧的插补功能。只有在某种较高档次的CNC系统才具有抛物线、螺旋线插补功能。插补的概念是指在被加工的轨迹起点和终点之间，插进许多中间点，并进行数据点的密化工作，然后用已知线型（直线或圆弧）逼近。插补的方法分类：常用的插补方法有:逐点比较法数字积分法时间分割法其中最常见的是逐点比较法，其原理可概括为：逐点比较，步步逼进1.逐点比较法逐点比较法又称区域判别法，它是一种边判别边前进的方法。这种方法的原理是：计算机在控制加工过程中能逐点地计算和判别加工偏差，以控制坐标进给，并按规定的图形加工出所需的工件。YXA(XE，YE）P（Xi，Yi）F0F=0F0(1)第一象限内逐点比较法的直线插补①当点P（Xi，Yi）在直线上，则下式成立：②当点P（Xi，Yi）在直线下方，则下式成立：③当点P（Xi，Yi）在直线上方，则下式成立：(2)第一象限内逐点比较法的圆弧插补第一象限中，逐点比较法的圆弧插补计算方法对点P（Xi，Yi）的加工偏差有以下三种情况。①若加工点P(Xi，Yi)正好落在圆弧上，则下式成立:Xi2+Yi2=X02+Y02=R2YXA(X0，Y0）F0F0RPR②若加工点P(Xi，Yi)正好落在圆弧外侧，则下式成立:Xi2+Yi2X02+Y02③若加工点P(Xi，Yi)正好落在圆弧内侧，则下式成立:Xi2+Yi2X02+Y022.数字积分法数字积分器(又称DDA)简称积分器。数字积分器的插补方法可以实现一次、二次，甚至高次曲线的插补，也可以实现多坐标联动控制。它只要输入不多的几个数据，就能加工出圆弧形状较为复杂的轮廓曲线。作直线插补时，脉冲分布也较均匀。三、数控加工工艺基础一个合格的编程员首先应该是一个很好的工艺员，对CNC机床的性能、特点和应用、切削规范和标准刀具系统等要非常熟悉，否则就无法做到全面、周到地考虑零件加工的全过程并正确、合理地确定零件加工程序。1.数控铣削加工工件的安装数控铣削加工选择定位基准应遵循的原则：尽量选择零件上的设计基准作为定位基准定位基准选择要能完成尽可能多的加工内容必须多次安装时，应遵从基准统一原则定位基准应尽量与工件坐标系的对刀基准重合简单的安装形式:箱体零件加工的安装(多用于汽车零件加工)加工内轮廓时的安装夹具工件2.零件的定位、夹紧方式要注意以下几个方面:1)应尽量采用组合夹具。当工件批量较大、精度要求较高时，可以设计专用夹具。2)零件定位、夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换以及重要部位的测量。尤其要避免刀具与工件、刀具与夹具相撞的现象。3)夹紧力应力求通过靠近主要支承点或在支承点所组成的三角形内。应力求靠近切削部位，并在刚性较好的地方。尽量不要在被加工孔径的上方，以减少零件变形。不影响进给的装夹示例4)零件的装卡、定位要考虑到重复安装的一致性，以减少基准校正、对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。一般同一批零件采用同一定位基准，同一装卡方式。加工中心夹具的确定对夹具的基本要求：夹紧机构不得影响进给，加工部位要敞开夹具在机床上能实现定向安装夹具的刚性与稳定性要好四、工序的划分在CNC机床上特别是在加工中心上加工零件，工序十分集中，许多零件只需在一次装卡中就能完成全部工序。但为了保持CNC机床的精度，延长CNC机床的使用寿命，降低CNC机床的使用成本。经过粗加工或半精加工的零件装卡到CNC机床上之后，机床按规定的工序一步一步地进行半精加工和精加工。工序的划分数控铣削加工工序的划分刀具集中分序法粗、精加工分序法按加工部位分序法工序的划分刀具集中分序法即按所用刀具划分工序，用同一把刀加工完零件上所有可以完成的部位，在用第二把刀、第三把刀完成它们可以完成的其它部位。特点：这种分序法可以减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差。工序的划分粗精加工分序法这种分序法是根据零件的形状、尺寸精度等因素，按照粗、精加工分开的原则进行分序。对单个零件或一批零件先进行粗加工、半精加工，而后精加工。注意：粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。工序的划分按加工部位分序法即先加工平面、定位面，再加工孔；先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；先加工精度比较低的部位，再加工精度要求较高的部位。工序的划分导轨粗基准的加工以加工后的床脚为基准加工导轨面以导轨面为粗基准加工床脚五、顺铣和逆铣加工顺铣在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切削分力方向相同逆铣在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切削分力方向相反顺铣和逆铣加工顺铣和逆铣加工铣削内沟槽侧面选择走刀路线确定走刀路线的一般原则保证零件的加工精度和表面粗糙度方便数值计算，减少编程工作量缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间尽量减少程序段数切入切出点切入点。切入切出点切入点选择原则：粗加工选择曲面内的最高角点作为切入点。精加工选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为切入点。总之避免铣刀当钻头使用，否则因受力大而损坏。切入切出点切出点选择原则：能连续完整的加工曲面。非加工时间短。切入切出路径在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削，由于主轴系统和刀具的刚度变化，当沿法向切入工件时，会在切入处产生刀痕，所以应尽量避免沿法向切入工件。切入切出点切入点的选择。。。ABC应尽量避免在连续几何图素的中间切入×虽然是两几何图素的交点，但在这里刀具沿切线方向切出后将影响已加工表面精度可沿图形轮廓切向切入切出，且保证轮廓封闭×√切入切出路径铣削外圆的切入切出路径切入切出路径铣削外轮廓的切入切出路径当铣切内表面轮廓形状时，也应该尽量遵循从切向切入的方法，但此时切入无法外延，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线。当实在无法沿零件曲线的切向切入、切出时，铣刀只有沿法线方向切入和切出，在这种情况下，切入切出点应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给过程中要避免停顿。切入切出路径铣削内圆的切入切出路径切入切出路径铣削内轮廓的切入切出路径切入切出路径从尖点切入铣削内轮廓铣削内轮廓的切入切出路径以角点作为切入切出点铣削内轮廓的切入切出路径切入切出路径容易产生过切现象切入切出路径铣削内轮廓的切入切出路径走圆弧线切入从直线中间切入切入切出路径铣削内轮廓的切入切出路径避免刀具干涉在连续切削的数控机床上，多数是使用立铣刀且几乎都是用侧刃进行切削，往往会产生刀具的干涉现象。为了避免刀具的干涉，一般采用小直径的铣刀来加工，但在加工时则受力变形而产生的刀具弯斜量直接影响加工精度六、避免刀具干涉虽然可把刀具的倒锥磨好以减轻刀具的弯斜量，但也不能最好地解决问题，特别在加工三维曲面更明显出现加工干涉区或加工盲区。避免刀具干涉就加工的可能性而言，在不出现加工干涉区或加工盲区时，复杂曲面一般可以采用球头铣刀进行三坐标联动加工；如果工件还存在加工干涉区或加工盲区，就必须考虑采用四坐标或五坐标联动的机床来加工了。立铣刀工件弯斜量曲面工件立铣刀干涉区·立铣刀工件加工盲区··避免刀具干涉abc刀具干涉实例定位夹紧使工件相对于机床及刀具处于正确的位置工件定位后，将工件紧固，使工件在加工过程中不发生位置变化找正安装专用夹具安装工件安装的内容安装的方法工件的安装七、夹具的分类通用夹具通用可调夹具专用夹具组合夹具成组夹具拼拆式夹具按用途分类夹具的分类手动夹具气动夹具液压夹具气液增压夹具电动夹具磁力夹具真空夹具离心力夹具其它按动力源分类夹具的分类车床夹具铣床夹具钻床夹具镗床夹具磨床夹具齿轮机床夹具其它机床夹具按使用机床分类夹具的组成与作用组成作用作用：保证加工精度，提高生产率，扩大机床工艺范围，减轻工人劳动强度。定位元件、夹紧装置、联接元件、对刀或导向元件、其它装置、夹具体。新型数控夹具与组合夹具新型数控夹具体新型数控夹具与组合夹具孔系组合夹具新型数控夹具与组合夹具槽系组合夹具六点定位原理的应用完全定位ab六点定位原理的应用cd完全定位六点定位原理的应用ef完全定位六点定位原理的应用abc过定位六点定位原理的应用圆柱体工件欠定位六点定位原理的应用abcdefg欠定位定位基准的选择原则基准零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。设计基准零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准。工艺基准零件加工、测量和装配过程中使用的基准。分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。八、精基准的选择原则应保证加工精度和工件安装方便可靠。基准重合原则选用设计基准作为定位基准。基准统一原则自为基准原则互为基准原则采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面。选择加工表面本身作为定位基准。工件上两个相互位置要求很高的表面加工时，互相作为基准。精基准的选择原则精基准的选择精基准的选择原则精基准的选择粗基准的选择原则应保证各加工面有足够的余量，并尽快获得精基面。若要求保证某重要表面加工余量均匀，选该表面为粗基准。若要求保证加工面与不加工面间的位置，选不加工表面为粗基准。粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。粗基准表面，应平整光洁。粗基准的选择原则粗基准的选择粗基准的选择原则粗基准的选择为装夹方便或实现基准统一，人为制造的一种定位基准。辅助基准的选择原则辅助基准制定加工中心加工工艺零件的工艺分析分析零件的技术要求：尺寸精度要求、几何形状精度要求、位置精度要求、表面粗糙度表面质量要求、热处理及其他技术要求；检查零件图的完整性和正确性；分析零件结构工艺性：主要分析零件的加工内容采用加工中心CAM自动加工时的可行性、经济性、方便性；确定加工中心的加工内容：确定零件适合加工中心加工的部位、结构和表面；九、工艺方案的设计工艺设计包括完成加工任务所需要的设备、工装量夹具的选择，工艺路线加工方法的确定。加工方法的选择加工顺序的合理按排制定加工中心加工工艺工步设计先粗加工，半精加工，再精加工。既有孔又有面的加工时先铣面后镗孔。采用相同设计基准集中加工的原则。按所用刀具划分工步。有较高同轴度要求的孔系，应该单独完成，再加工其他形位。在一次装夹定位中，能加工的形位全部加工完。制定加工中心加工工艺工序尺寸及公差的确定注意定位基准与设计基准不重合时工序尺寸及公差的确定问题。制定加工中心加工工艺切削用量的选择选择加工中心切削用量时，应根据加工类型方式和加工工序（表面加工、孔加工、粗、精加工等）；坯料种类、硬度；刀具类型、转速、直径大小、刀刃材质等因素综合确定。参照理论切削用量，根据实际切削的具体情况，确定合适的切削用量。(课本P227)制定加工中心加工工艺