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第二章数控加工基础知识数控编程与操作1第二章数控加工基础知识第二章数控加工基础知识数控编程与操作2第二章数控加工编程基础目录第一节数控编程概述第二节数控加工工艺路线的拟定第三节数控机床坐标系第四节数控程序的格式与组成第五节数控加工工艺文件的编制习题第二章数控加工基础知识数控编程与操作3第一节数控编程概述一、数控编程的作用与目的数控机床是按照事先编制好的加工程序，自动地对毛坯进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数（主轴转数、进给量、吃刀量等）以及辅助功能（换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等），按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这一程序单中的内容记录在控制介质上（如穿孔纸带、磁带、磁盘、磁泡存储器），然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件。这种从零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。第二章数控加工基础知识数控编程与操作4二、数控编程的内容和步骤：（一）数控编程的内容数控编程的主要内容包括：分析零件图样，确定加工工艺过程；确定走刀轨迹，计算刀位数据；编写零件加工程序；制作控制介质；校对程序及首件试加工。（二）数控编程的步骤图2-1程序编制的步骤第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作5图2-1数控编程过程第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作61分析零件图样和工艺处理加工工艺就是零件加工的方法和步骤。1.分析零件图样，进行工艺分析，确定加工方法2.排列加工工序（包括毛坯制造、热处理、和检验工序）3.确定定位装夹方法4.进退刀位置5.确定走刀路线6.选择刀具确定切削用量第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作71）、分析零件图样，进行工艺分析，确定加工方法一个零件往往有多个可行的加工方案，编程人员应根据零件的尺寸精度、表面粗糙度、工件材料和热处理条件、工件的结构形状和尺寸大小、刀具的形状、机床的行程、零件的安装方法及编程的难易程度，本着合理、经济、可行的原则，选定一个比较好的加工方案，确定加工顺序、走刀路线、选择合适的数控机床、设计夹具、选择刀具、确定合理的切削用量等。使在加工过程中，在保证质量的前提下，得到较高的效率，并能充分发挥数控机床的功能。第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作8定位基准的选择是决定加工顺序的重要因素。在安排加工工序之前，应先找出零件的主要加工表面，并了解它们之间主要的相互位置精度要求。定位基准的选择对零件各主要表面的相互位置精度又有着直接的影响，一些彼此有较高精度要求的表面应尽量在一次安装下加工出来，这样可减少零件的安装误差对它们之间的相互位置精度的影响。2）加工工序第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作9作为精基准的表面应提前加工。一般零件大致的加工顺序是：①精基准的加工；②主要表面的粗加工；③次要表面的加工；④主要表面的精加工；⑤最终检查。第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作103）定位加紧方式尽量选择通用、组合夹具，零件的定位基准与设计基准重合，以减少定位误差；应特别注意要迅速完成工件的定位和夹紧过程，以减少辅助时间，必要时可以考虑采用专用夹具。在数控加工中，即要保证加工质量，又要减少辅助时间，提高加工效率。要注意选用能准确和迅速定位并夹紧工件的装夹方法和夹具，尽量减少装夹次数，以减少定位误差，力争做到：在一次装夹后，能加工出全部待加工表面。第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作114）进退刀位置外轮廓加工时，刀具最好沿零件周边的切线方向切入、切出，以保证零件轮廓的光滑，如果刀具沿轮廓的法线方向直接上刀或退刀，就会在零件的切削面上留下明显的刀痕，影响表面加工质量。合理选取起刀点、切入点和切入方式，保证切入过程平稳，没有冲击；在连续铣削平面内外轮廓时，应安排好刀具的切入、切出路线。尽量沿轮廓曲线的延长线切入、切出，以免交接处出现刀痕。第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作12（a）铣曲线轮廓板（b）铣直线轮廓图2-2刀具的切入切出路线第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作13内轮廓加工时，应在距轮廓切削点一定距离的适当位置预先打一个垂直下刀孔，先进行适当地粗加工，精加工时，刀具最好沿弧线切入、切出。切记不要在轮廓的切削点处直接退刀，以免在取消刀补时，刀具与工件碰撞，造成工件报废或断刀事故。图2-3刀具的切入切出路线第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作145）走刀路线应考虑数控机床使用的合理性及经济性，尽量缩短加工路线，减少空行程时间和换刀次数，以提高生产率；尽量使数值计算方便，程序段少，以减少编程工作量；走刀路线与工件的加工精度和粗糙度直接相关。其确定原则是：①使数值计算容易，以减少编程工作量；②尽量使走刀路线最短，减少刀具空程距离和时间。③粗加工逆铣，精加工顺铣；④内加工分层处理，行切、环切相结合。第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作15逆铣：指在铣刀与工件相切的点上，刀齿旋转的切线方向与工件进给方向相反（与刀具的进给方向相同）。图2-4逆铣第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作16顺铣：指在铣刀与工件的相切点，刀齿旋转的切线方向与工件的进给方向相同（与刀具的进给方向相反）。图2-5顺铣第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作17用行切法则在两次走刀的起点与终点处会留下残余高度。用环切法虽可克服上述缺点，但计算量大。先用行切法，最后再环切一刀，可得到较好的效果，综合法。图2-6行切与环切第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作186）合理地选用刀径及切削用量应根据工件材料的性能，机床的加工能力，加工工序的类型，切削用量以及其他与加工有关的因素来选择刀具。对刀具总的要求是：安装调整方便，刚性好，精度高，使用寿命长等。图2-7切深第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作19切削用量包括：主轴转速、进给速度、切削深度等。切削深度由机床、刀具、工件的刚度确定，在刚度允许的条件下，粗加工取较大切削深度，以减少走刀次数，提高生产率，一般为2～10mm，余量为0.2～0.5mm，由精加工清理；精加工取较小切削深度，以获得表面质量。主轴转速由机床允许的切削速度及工件直径选取。进给速度则按零件加工精度、表面粗糙度要求选取，粗加工取较大值，精加工取较小值。最大进给速度受机床刚度及进给系统性能限制。第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作207）编程原点和编程坐标系：编程坐标系是指在数控编程时，在工件上确定的基准坐标系，其原点也是数控加工的对刀点。要求所选择的编程原点及编程坐标系应使程序编制简单；编程原点应尽量选择在零件的工艺基准或设计基准上，并在加工过程中便于检查的位置；引起的加工误差要小。第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作212数学处理（运动轨迹坐标计算）完成工艺处理后，下一步需根据零件的几何形状、尺寸、走刀路线先选择工件坐标系（编程坐标系），计算粗、精加工各运动轨迹，得到刀位数据。一般的数控系统均具有直线插补与圆弧插补功能。对于点定位的数控机床（如数控冲床）一般不需要计算；对于加工由圆弧与直线组成的较简单的零件轮廓加工，需要计算出零件轮廓线上各几何元素的起点、终点、圆弧的圆心坐标、两几何元素的交点或切点的坐标值；当零件图样所标尺寸的坐标系与所编程序的坐标系不一致时，需要进行相应的换算；若数控机床无刀补功能，则应计算刀心轨迹；对于形状比较复杂的非圆曲线（如渐开线、双曲线等）的加工，需要用小直线段或圆弧段逼近，按精度要求计算出其节点坐标值；自由曲线、曲面及组合曲面的数学处理更为复杂，需利用计算机进行辅助设计。第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作223编写加工程序单在加工顺序、工艺参数以及刀位数据确定后，就可按数控系统的指令代码和程序段格式，逐段编写零件加工程序单。编程人员应对数控机床的性能、指令功能、代码书写格式等非常熟悉，才能编写出正确的零件加工程序。对于形状复杂（如空间自由曲线、曲面）、工序很长、计算烦琐的零件采用计算机辅助数控编程。对于加工过程比较复杂的工件还应附上必要的加工示意图、刀具卡片和刀具布置图、机床调整卡、工序卡及必要的说明。4、输入数控程序程序编写好之后，可通过键盘直接将程序输入数控系统，或者通过数据线或者网线，利用传输软件传送到机床。第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作235程序校验和试切经过试运行和试加工两步检验后，才能进行正式加工。通过试运行，检验程序语法是否有错，加工轨迹是否正确；通过试加工可以检验其加工工艺及有关切削参数指定得是否合理，加工精度能否满足零件图样要求，加工工效如何，以便进一步改进。程序的校验的方法有：仿真软件模拟启动机床，按照输入的程序进行空运转，检查机床运动轨迹的正确性。在具有走刀轨迹显示屏的数控机床上，进行工件的模拟加工，检查走刀轨迹的正确性。用易加工材料，如塑料、木材、石蜡等，代替零件材料进行试切削。第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作24三、数控编程的方法1．手工编程从工件的图样分析、工艺过程的确定、数值计算到编写加工程序单、制作控制介质等都是人手工完成的。整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力）第一节数控编程概述图2-3手工编程*本书主要讲解手工编程。第二章数控加工基础知识数控编程与操作25据国外统计：用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实际加工时间之比，平均约为30：1。数控机床不能开动的原因中，有20~30%是由于加工程序不能及时编制出造成的。编程自动化是当今的趋势！第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作262．自动编程自动编程也称为计算机辅助编程。编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定，将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。它包括数控语言编程和图形交互式编程。自动编程适用于：形状复杂的零件；虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）；虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）。自动编程第一节数控编程概述第二章数控加工基础知识数控编程与操作27一、数控加工工艺设计主要内容数控加工工艺内容的选择数控加工工艺性分析数控加工工艺路线设计第二节数控加工工艺路线的拟定第二章数控加工基础知识数控编程与操作28对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成，而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。在数控加工中无论是手工编程还是自动编程，编程以前都要对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具，确定切削用量。在编程中，对一些工艺问题（如对刀点、加工路线等）也需做一些处理。因此程序编制中的工艺分析是一向十分重要的工作。第二节数控加工工艺路线的拟定（一）数控加工工艺内容的选择第二章数控加工基础知识数控编程与操作29机床的合理选用⑴要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品⑵有利于提高生产率。⑶尽可能降低生产成本(加工费用)。第二节数控加工工艺路线的拟定第二章数控加工基础知识数控编程与操作30数控机床加工的适用范围可用图定性分析。图2-4零件复杂程度与零件批量的关系图2-5零件批量与总加工费用的关系第二节数控加工工艺路线的拟定第二章数控加工基础知识数控编程与操作312、不适于数控加工的内容需要用较长时间占机调整的加工内容。加工余量极不稳定，数控机床上无法自动调整零件坐标位置的加工内容。不能在一次安装中加工完成的零星分散部位，采用数控加工很不方便，效果不明显，可以安排普通机床补充加工。普通机床无法加工的内容应作为优先选择内容。普通机床难加工，质量也难以保证的内容应