数控机床的加工工艺及编程步骤

2.2数控机床的加工工艺及编程步骤2.2.1工序的划分2.2.2编制加工程序的内容及步骤2.2.3零件的安装和对刀点的确定2.2.4确定加工路线2.2.5切削用量的选择和刀具的选择2.2.6数值计算数控加工程序编制的一般过程工艺处理2.2数控机床的加工工艺及编程步骤在编制数控程序时，首先必须根据零件图纸选择数控机床；进行工艺分析、处理，然后才能编制加工程序。必须注意数控机床的程序编制比普通机床的工艺规程复杂得多。普通机床的工艺规程对零件的加工过程不必规定得很详细，一部分内容可由操作人员自行决定，如工步的安排、走刀路线、刀具形状和切削用量等；而数控加工程序中必须包括零件加工的整个过程，如机床的运动、刀具的形状、切削用量及走刀路线等。这既要求程序员要有较高的素质，对数控机床、切削规范、标准工夹具等都很熟悉，只有对零件的加工过程进行全盘考虑，仔细研究，才能正确合理地编制加工程序。2.2.1工序的划分一般在数控机床上加工零件，应尽量在一次装夹中完成全部工序，工序划分的根据如下：(1)按先面后孔的原则划分工序·在加工有面和孔的零件时，为了提高孔的加工精度，应先加工面，后加工孔，这一点与普通机床相同。(2)按粗、精加工划分工序对加工精度要求较高的零件，应将粗、精加工分开进行，这样可以使粗加工引起的各种变形得到恢复，也能及时发现毛坯上的各种缺陷，并能充分发挥粗加工的效率。考虑到粗加工时零件变形的恢复需要一段时间，粗加工后不要立即安排精加工。(3)按所用刀具划分工序在数控机床上，为了减少换刀次数，缩短辅助时间，经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编制加工程序的内容及步骤一般数控加工程序的编制分三个阶段完成，即工艺处理、数学处理和编程调试。1．工艺处理阶段－－主要工作内容如下：(1)分析被加工零件图纸，明确加工内容及技术要求，在此基础上确定零件的加工方式和走刀路线，确定切削用量等工艺参数。(2)制定零件的数控加工工艺过程。在已经确定工艺参数的前提下，考虑零件如何安装，对刀点位置如何确定，零件如何分步加工，如何使图样上的精度等技术要求得以实现等。(3)选择或设计刀、夹具。编程调试阶段2.2.2编制加工程序的内容及步骤一般数控加工程序的编制分三个阶段完成，即工艺处理、数学处理和编程调试。2．数学处理阶段工艺处理阶导完成后，编程人员便可结合所使用的数控系统的输入要求，通过数学处理计算出应输入给控制系统的输人数据。这种计算工作量的大小，随被加工零件的形状、加工内容及控制系统的功能等有所不同。编程调试阶段2.2.2编制加工程序的内容及步骤一般数控加工程序的编制分三个阶段完成，即工艺处理、数学处理和编程调试。3．编程调试阶段----主要有下述三项工作内容：(1)编制程序单在工艺处理和数学处理的基础上，还要考虑某些辅助工艺处理，如确定准备功能，主轴的正转、反转，停车及变换速度等。然后便可按数控装置的输人格式要求编写出程序单。(2)程序单经过严格检查确认无误后，确认无误后方可交付生产部门使用。(3)首件试切削生产部门拿到纸带后，通常不立即加工零件．还要作进一步检查。方法是用划针或圆珠笔在机床上画线检查，即用划针在涂有颜料的玻璃扳(或纸)上画出零件的轮廓形状来检查。然后试切一个零件，经检验合格，该程序编制工作方可认为结束。编程调试阶段2.2.3零件的安装和对刀点的确定1．零件的安装与普通机床一样，在数控机床上安装零件也耍合理地选择定位基准和夹紧方式。安装工件时要考虑以下两个原则：(1)应尽量减少装夹次数，尽可能做到一次装夹后加工出全部待加工表面，以充分发挥机床的效率。(2)当有些零件需要二次装夹时，也要尽可能利用同一基准，以减少安装误差。2.2.3零件的安装和对刀点的确定数控机床上应尽量使用组合夹具，必要时才设计专用夹具。选用和设计夹具时应考虑数控机床的特点，一般应注意以下几点；(1)夹具结构力求简单(如选用标准夹具、组合夹具等)；(2)装卸迅速方便，以缩短辅助时间；(3)加工部位要敞开，夹紧机构等不能影响走刀，耍注盒夹紧力的作用点和方向；(4)夹具的安装要准确可靠，以保证正确加工零件；(5)夹具应具备足够的强度和刚度，尤其在切削用量较大时，应能保证零件的加工精度。2.2.3零件的安装和对刀点的确定3．确定对刀点和换刀点刀位点：即刀具的基准点，对于立铣刀来讲应是刀具轴线与刀具底面的交点，对于车刀则是刀尖，对于钻头则是钻尖，对于球头铣刀是球头部分的球心。2.2.3零件的安装和对刀点的确定3．确定对刀点和换刀点起刀点：是数控加工时刀具相对工件运动的起点（是指刀具起始运动的刀位点），亦即程序开始执行时的刀位点；对刀点：当用夹具时，常用与工件零点有固定联系尺寸的圆柱销等进行对刀，则用对刀点作为起刀点。见图2.2.1。2.2.3零件的安装和对刀点的确定在编程时应首先考成对刀点位置的选择，选定的原则如下：应使程序编制简单。对刀点在机床上容易找正。加正过程中检查方便；”引起的加工误差小。对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。对刀点可以设在被加工零件上，也可以设在夹具上．但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系，这样才能保证机床坐标系与零件坐标系的相互关系。2.2.3零件的安装和对刀点的确定换刀点：是为数控车床、数控钻鏜床以及其他自动换刀数控机床设定的换刀位置，因为这种机床在加工中途要更换刀具。换刀点的位置要保证换刀时刀具不得碰撞工件、夹具或机床，因此换刀点常常设在远离加工零件的位置(见图2.2.1)2.2.4确定加工路线加工路线是切削过程中铣刀中心运动的轨迹和方向，也是编程的轨迹和方向。确定走刀路线，主要是确定粗加工及空行程的走刀路线，因为精加工切削过程的走刀路钱基本上都是沿着零件的轮廓进行的。在数控加工中，加工路线除了要保证工件的加工精度、表面粗糙度外，还要尽量缩短空行程时间，并能简化程序。例如在铣削外轮廓时，为防止刀具在切入，切出时产生刀痕，一般采用切线切入、切出方式以保证工件轮廓的光滑过渡，如图2.2.2所示。2.2.4确定加工路线为减少编程的程序段，提高生产率，在确定工艺路线时，应使进给路线最短。如图2.2.3a所示，按习惯应先加工均匀分布于同一圆周上的孔后，再加工另一圆孔。但对于数控机床来说，这种加工路线长，效率低，按图2.2.3b所示的进给路线加工，使走刀路线总和最短．可以节省定位时间达一倍左右。2.2.4确定加工路线在铣削内轮廓时，可以采用三种方案。其中图2.2.4a方案采用行切法．由于这种方法最后轮廓表面不是连续加工完成的，所以表面质量较差；图2.2.4b方案采用环切法，这种方法加工路线太长，效率较低；图2.2.4c方案克服了前两种方案的不足，先采用行切法，最后环切一刀，光整轮廓表面，获得了较好的效果。从数值计算的角度看，环切法的刀位计算较为复杂。若从走刀路线的长短比较，行切法略优于环切法。2.2.5切削用量及刀具的选择切削用量包括主轴转速、进给速度和切削深度等。各种机床切削用量的选择根据数控机床使用说明书、手册，并结合实践经验加以确定。1．主轴转速n主轴转速主要根据允许的切削速度确定，公式如下：n＝1000v／πD其中：D为工件或刀具的直径(mm)；v为切削速度(m/min)由刀具耐用度决定，一般为100一200m／min；n为主轴转速(rpm)。根据计算值选用机床对应的标推主轴转速，然后用S代码编入程序。2.2.5切削用量及刀具的选择切削用量包括主轴转速、进给速度和切削深度等。各种机床切削用量的选择根据数控机床使用说明书、手册，并结合实践经验加以确定。2．进给速度进给速度根据零件的加工精度、表面粗糙度和刀具、工件的材料选择，最大进给速度受机床刚度和进给系统的性能限制，并与脉冲当量有关。在精度要求较高时，进给量应选小一些，一般在20mm/min一50mm／min范围内选取。3．切削深度主要根据机床、刀具、夹具和工件的刚性确定。在机床刚度允许的情况下，尽量选择较大的切削深度，以提高加工效率。有时为了改善表面粗糙度和加工精度，要留一点余量，以便最后精加工一次。2.2.5切削用量及刀具的选择4．刀具的选择与普通机床相比，数控加工对刀具提出了更高的要求。数控机床要求刀具强度、刚度好，耐用度高，尺寸稳定，排屑性能好，安装调整方便等。同时还应考虑工件材料的性质、机床的加工能力、加工工序、切削用量及有关因素等。在内轮廓加工中，要注意刀具半径要小于轮廓曲线的最小曲率半径。在自动换刀机床中，要预先测出刀具的结构尺寸和调整尺寸，以便在加工时进行刀具补偿。2.2.5切削用量及刀具的选择数控刀具分类：1）按照刀具结构分：整体式：钻头、立铣刀等镶嵌式：包括刀片采用焊接和机夹式特殊形式：复合式、减振式等机夹可转位刀具得到广泛应用，数量上已达到整个数控刀具的30%~40%，金属切除率占总数80%~90%。2.2.5切削用量及刀具的选择车削刀具：外圆车刀内孔车刀螺纹车刀2.2.5切削用量及刀具的选择铣削刀具：方肩铣刀仿形铣刀三面刃和螺纹铣刀整体硬质合金铣刀2.2.6数值计算1．基点、节点的含义编程时的数值计算主要是计算零件加工轨迹的尺寸，即计算零件轮廓基点和节点的坐标，或刀具中心轨迹基点和节点的坐标。l数控机床一般只有直线和圆弧插补功能，因此，对于由直线和圆弧组成的平面轮廓，编程时主要是求各基点的坐标。基点：就是构成零件轮廓不同几何素线元素的交点或切点。如直线与直线的交点，直线段和圆弧段的交点、切点及圆弧与圆弧的交点、切点等。根据基点坐标就可以编写出直线和圆弧的加工程序。基点的计算比较简单，选定坐标原点以后，应用三角、几何关系就可以算出各基点的坐标，因此采用手工编程即可。2.2.6数值计算由于数控机床无法直接加工除直线和圆弧以外的曲线，加工此类曲线时数值计算较为复杂，包括曲线拟合和曲线逼近两部分。曲线逼近：对于平面轮廓是非圆方程Y=f（X）组成的曲线，如渐开线、阿基米德螟线等，必须用直线和圆弧逼近该曲线，即将轮廓曲线按编程允许的误差分割成许多小段，用直线和圆弧逼近这些小段(可采用等间距直线、等弦长直线、等误差直线逼近法和圆弧逼近法等)。逼近直线和圆弧小段与轮廓曲线的交点或切点称为节点。2.2.6数值计算曲线拟合：对于用实验或经验数据点表示，没有轮廓曲线方程的平面轮廓，如果给出的数据点比较密集，则可以用这些点作为节点，用直线或圆弧连接起来逼近轮廓形状。如果数据点较稀疏，则必须先用插值法将节点加密，或进行曲线拟合(如牛顿插值法、样条曲线拟合法、双圆弧拟合法等)，然后再进行曲线逼近。对于空间曲面，则用许多平行的平面曲线逼近空间曲面，这时需求出所有的平面曲线，并计算出各平面曲线的基点或节点，然后按基点、节点划分各个程序段，编写各节点、基点之间的直线或圆弧加工程序。2.2.6数值计算有关曲线逼近和曲线拟合的计算方法很多。其计算非常繁琐，花费的时间也长，如采用手工编程，编程工作将十分艰巨，因此必须借助计算机进行计算。目前许多先进国家都已开发了自动编程技术。自动编程的过程分为两个阶段：第一阶段是对零件图纸进行工艺分析，用编程语言编写零件的源程序，制作穿孔带；第二阶段是借助计算机对源程序进行处理，然后自动打印零件加工的程序单和穿孔带。目前生产企业已把CAD/CAM技术用于数控编程数控加工中。2.2.6数值计算节点坐标计算手工编程中，常用的逼近计算方法有等间距直线逼近法、等弦长直线逼近法及三点定圆法等。等间距法是在一个坐标轴方向，将需逼近的轮廓进行等分，再对其设定节点，然后进行坐标值计算。等弦长法是设定相邻两点间的弧长相等，再对该轮廓曲线进行节点坐标值计算。三点定圆法是一种用圆弧逼近非圆曲线时常用的计算方法，其实质是先用直线逼近方法计算出轮廓曲线的节点坐标，然后再通过连续的三个节点作圆，用一段段圆弧逼近曲线。2.2.6数值计算等间距法直线逼近节点计算方法其