第2章数控程序编制(数控技术)

贵州大学机械工程学院数控技术贵州大学机械工程学院2第二章数控加工程序编制贵州大学机械工程学院3第一节概述第二节数控机床的坐标系第三节程序编制的代码及格式第四节镗铣数控加工及其手工编程第五节车削数控加工及其手工编程第六节自动编程概述贵州大学机械工程学院4第一节概述贵州大学机械工程学院5一.程序编制的基本概念1.数控加工程序编制概念从零件图纸到数控加工指令的有序排列（制成控制介质）的全过程。根据零件的图形尺寸、工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具位移等内容，按照数控机床的编程格式和能识别的语言记录在程序单上，再按规定把程序单制备成控制介质，变成数控系统能读取的信息，并通过输入设备送入数控装置。即将加工的工艺分析、加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(f、s、t)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将程序单的信息变成控制介质的整个过程。第一节概述贵州大学机械工程学院61.编程方法：手工编程和自动编程手动编程定义：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（熟悉数控代码功能、编程规则，具备机械加工工艺知识和数值计算能力）适用：①几何形状不太复杂的零件；②三坐标联动以下加工程序第一节概述贵州大学机械工程学院7自动编程：定义：编程人员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，编程系统将能根据数控系统的类型输出数控加工程序。适用：①形状复杂的零件②虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件）③虽不复杂但计算工作量大的零件（如非圆曲线轮廓的计算）第一节概述贵州大学机械工程学院8比较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！但手工编程是学习自动编程基础！第一节概述贵州大学机械工程学院9二、数控机床程序编制的内容和步骤第一节概述贵州大学机械工程学院101.图纸工艺分析在对图纸工艺分析（与普通加工的图纸分析相似）的基础上：确定加工机床、刀具与夹具；确定零件加工的工艺线路、工步顺序；切削用量（f、s、t）等工艺参数。计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改第一节概述贵州大学机械工程学院112.计算运动轨迹根据图纸尺寸及工艺线路的要求：选定工件坐标系计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值；将坐标值按NC机床规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的编程尺寸。错误计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸修改第一节概述贵州大学机械工程学院123.编制程序及初步校验根据制定的加工路线、切削用量、选用的刀具、辅助动作，按照数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个步骤的错误。计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改第一节概述贵州大学机械工程学院134.制备控制介质将程序单上的内容，经转换记录在控制介质上（如存储在磁盘上），作为数控系统的输入信息，若程序较简单，也可直接通过键盘输入。计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改第一节概述贵州大学机械工程学院145.程序的校验和试切所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是正确无误，才能用于正式加工。如有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。常用的校验和试切方法：阅读法、模拟法、试切法等。计算运动轨迹图纸工艺分析程序编制制备控制介质校验和试切零件图纸错误修改第一节概述贵州大学机械工程学院15三、数控加工工艺简介和数控加工方法1.数控加工的工艺分析数控机床加工零件除按一般方式对零件进行工艺分析外，还必须注意以下几点：选择合适的对刀点和换刀点加工线路的确定程序编制中的误差第一节概述贵州大学机械工程学院16（1）选择合适的对刀点和换刀点对刀点（起刀点）：确定刀具与工件相对位置的点,刀具相对于工件运动的起点，又称起刀点，也就是程序运行的起点。对刀点的选择原则：①对刀点应便于数学处理和程序编制；②对刀点在机床上容易校准；③在加工过程中便于检查；④引起的加工误差小。第一节概述贵州大学机械工程学院17CR30R20R5020f刀具运动轨迹工件轮廓XYZ35（1）选择合适的对刀点和换刀点对刀点可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易于测量的点。对刀点确定之后，机床坐标系与工件坐标系的相对关系就确定了。第一节概述贵州大学机械工程学院18（1）选择合适的对刀点和换刀点换刀点：一把刀具用完后，为防止刀具与工件相碰，刀具要先到工件之外，再进行换刀这个位置就叫换刀点。换刀点应根据工序内容的安排。为了防止换刀时刀具碰伤工件，换刀点往往设在零件的外面。第一节概述贵州大学机械工程学院19刀位点：用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。镗刀钻头立铣刀、端铣刀面铣刀指状铣刀球头铣刀车刀第一节概述贵州大学机械工程学院20对刀：使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。YZ30工件对刀示意图刀具夹具垫板螺栓工件螺帽选择对刀点的原则：选在零件的设计基准或工艺基准上，或与之相关的位置上。选在对刀方便，便于测量的地方。选在便于坐标计算的地方第一节概述贵州大学机械工程学院21（2）加工线路的确定加工线路——加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹次序。孔类加工（钻孔、镗孔）原则：在满足精度要求的前提下，尽可能减少空行程：n个))(1)1(2bananb+-=-+=（黄线长红线长ba+切入/出段+切入/出段第一节概述贵州大学机械工程学院22车削或铣削：原则：尽量采用切向切入/出，不用径向切入/出，以避免由于切入/出路线的不当降低零件的表面加工质量。切向切入径向切入第一节概述贵州大学机械工程学院23空间曲面的加工(c)(b)(a)第一节概述贵州大学机械工程学院24加工线路的选择应遵从的原则：尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程以提高生产率。保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。保证零件的工艺要求。利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作量。第一节概述贵州大学机械工程学院25（3）工件的装夹方式•尽可能选用标准夹具（组合夹具），在成批生产时才考虑专用夹具，并力求夹具结构简单。•装卸工件要方便可靠，以缩短辅助时间和保证安全。•工件定位夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换及重要部位的测量。尤其要避免刀具与工件、刀具与夹具产生碰撞的现象。•夹具的安装要准确可靠，同时应具备足够的强度和刚度，以减小其变形对加工精度的影响。•应尽可能采用气、液压夹具。第一节概述贵州大学机械工程学院26（4）切削用量的选择影响切削条件的因素有：机床、工具、刀具及工件的刚性；切削速度、切削深度、切削进给率；工件精度及表面粗糙度；刀具预期寿命及最大生产率；切削液的种类、冷却方式；工件材料的硬度及热处理状况；工件数量；机床的寿命。上述诸因素中以切削速度、切削深度、切削进给率为主要因素。第一节概述贵州大学机械工程学院27（4）切削用量的选择决定切削速度的因素：刀具材质工件材料刀具寿命切削深度与进刀量刀具的形状冷却液使用机床性能第一节概述贵州大学机械工程学院28（5）程序编制中的误差数控机床上加工零件的误差分类：加工过程的误差：它是加工误差的主体，主要包括数控系统（包括伺服）的误差和整个工艺系统（机床—刀具—夹具—毛坯）内部的各种因素对加工精度的影响。编程误差：逼f程逼插圆＝（，，）：采用近似计算方法逼近列表曲线、曲面轮廓时所产生的误差：采用直线段或圆弧段插补逼近零件轮廓曲线时产生的误差：数据处理中为满足分辨率（最小设定单位）的要求，进行数据圆整（四舍五入）产生的误差插圆程零=(0.1~0.2)第一节概述贵州大学机械工程学院292.数控加工方法（1）平面孔系零件的加工方法对这类孔的形位精度或尺寸精度要求较高的零件，采用数控钻床与镗床加工。第一节概述贵州大学机械工程学院30（2）旋转体类零件的加工方法采用数控车床或数控磨床加工，车削零件的毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，在编程中，粗车加工线路要重点考虑。4321先用直线程序进行粗加工，再按零件轮廓进行精加工可先按图中的方法进行1~4次粗加工，再精加工成形。第一节概述贵州大学机械工程学院31（3）平面轮廓零件的加工方法采用数控铣床加工。为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段，若平面轮廓为数控系统不具备插补功能的线型时，应先采用直线、圆弧去逼近该零件的轮廓。第一节概述贵州大学机械工程学院32（4）空间轮廓表面的加工方法空间轮廓表面的加工可根据曲面形状、机床功能、刀具形状以及零件的精度要求，有不同加工方法：三轴两联动加工三轴联动加工四轴联动加工方法五轴联动加工第一节概述贵州大学机械工程学院33三轴两联动加工-----“行切法”。以X、Y、Z轴中任意两轴作插补运动，另一轴（轴）作周期性进给。这时一般采用球头或指状铣刀，在可能的条件下，球半径应尽可能选择大一些，以提高零件表面光洁度。YXZX第一节概述贵州大学机械工程学院34三轴联动加工下图为内循环滚珠螺母的回珠器示意图。其滚道母线SS为空间曲线，可用空间直线去逼近，因此，可在具有空间直线插补功能的三轴联动的数控机床上进行加工，但由于编程计算复杂，宜采用自动编程。SSXYSSZXYXZ第一节概述贵州大学机械工程学院35四轴联动加工方法如下图所示的飞机大梁，其加工面为直纹扭曲面，若采用三坐标联动加工，则只能用球头刀。不仅效率低，而且加工表面粗糙度差，为此可采用如图所示的圆柱铣刀周边切削方式在四轴联动机床上进行加工。由于计算较复杂，故一般采用自动编程。1O2OZ第一节概述贵州大学机械工程学院36五轴联动加工：螺旋桨是典型零件一般采用端铣刀加工，为了保证端铣刀的端面加工处的曲面的切平面重合，铣刀除了需要三个移动轴（X、Y、Z）外，还应作与螺旋角、后倾角摆动运动。因此，叶面的加工需要五轴（X、Y、Z、A、B）联动，这种编程只能采用自动编程系统。后倾角）(j1m4m2m3mZ螺旋角）(iOjjRAXBY第一节概述贵州大学机械工程学院37五轴联动加工：螺旋桨是典型零件第一节概述贵州大学机械工程学院383.数控程序编制中的数学处理根据零件图样，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算编程时所需要的资料，称为数控加工的数值计算。数值计算的内容包括计算零件轮廓的基点和节点的坐标以及刀具中心运动轨迹的坐标。基点：各几何元素间的连接点，如直线与直线的交点，直线与圆弧的交点或切点，圆弧与圆弧的交点或切点等。节点：逼近直线小段和圆弧小段与轮廓曲线的交点或切点第一节概述贵州大学机械工程学院39常见数学处理方法直线和圆弧轮廓基点计算方法联立方程组法求解基点坐标三角函数法求解基点坐标第一节概述贵州大学机械工程学院40常见数学处理方法非圆曲线的节点计算方法直线逼近零件轮廓曲线时的节点•等间距直线逼近的节点计算•等步长法直线逼近的节点计算•等误差法（变步长法）第一节概述贵州大学机械工程学院41非圆曲线的节点计算方法圆弧逼近零件轮廓曲线时的节点•圆弧分割法•三点作图法第一节概述贵州大学机械工程学院42第二节数控机床的坐标系贵州大学机械工程学院43一.坐标轴的运动方向及其命名统一规定数控机床坐标轴及其运动的方向，可使编程方便，并使编出的程序对同类型机床有通用性。同时也给维修和使用带来极大的方便。ISO和我国都拟定了命名的标准。第二节数控机床的坐标系贵州大学机械工程学院44第二节数控机床的坐标系进给运动坐标系ISO和中国标准规定：坐标轴：数控装备的每个进给轴(直线进给、圆进给)定义为坐标系中的一个坐标轴。数控装备坐标系统标准：右手笛卡儿坐标系统贵州大学机械工程学院45第二节数控机床的坐标系基本坐标系：直线进给运动的坐标系（X.Y.Z）。坐标轴相互关系：