第5章数控编程基础

2020/6/151第3章数控编程基础3.1数控编程概述3.2数控程序编制中的工艺分析3.3数控程序编制中的数学处理2020/6/1523.1数控编程概述3.1.1程序编制的内容和步骤数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。数控机床程序编制过程的主要内容包括：零件图的分析、数控机床的选择、工件装夹方法的确定、加工工艺的确定、刀具的选择、程序的编制、程序的调试。从零件图的分析开始到零件加工完毕。2020/6/1531．零件图的分析2．数控机床的选择3．工件装夹方法的确定4．加工工艺的确定5．刀具的选择6．程序的编制7．程序的调试2020/6/1543.1.2程序编制的方法1．手工编程利用一般的计算工具，通过各种数学方法，人工进行刀具轨迹的运算，并进行指令编制。这种方式比较简单，很容易掌握，适应性较大。适用于中等复杂程度程序、计算量不大的零件编程，对机床操作人员来讲必须掌握。2020/6/155编程步骤人工完成零件加工的数控工艺分析零件图纸制定工艺决策确定加工路线选择工艺参数计算刀位轨迹坐标数据编写数控加工程序单验证程序2020/6/156优点主要用于点位加工（如钻、铰孔）或几何形状简单（如平面、方形槽）零件的加工，计算量小，程序段数有限，编程直观易于实现的情况等。缺点对于具有空间自由曲面、复杂型腔的零件，刀具轨迹数据计算相当繁琐，工作量大，极易出错，且很难校对，有些甚至根本无法完成。2020/6/1572．自动编程自动编程软件编程利用通用的微型计算机及专用的自动编程软件，以人机对话方式确定加工对象和加工条件自动进行运算和生成指令。专用软件多为在开放式操作系统环境下，在微型计算机上开发的，成本低、通用性强。2020/6/158CAD/CAM集成数控编程系统自动编程常用自动编程软件UGCATIAPRO/ECIMATRONMasterCAMCAXA制造工程师EdgeCAM2020/6/159UGUnigraphics是美国UnigraphicsSolution公司开发的一套集CAD、CAM、CAE功能于一体的三维参数化软件，是当今最先进的计算机辅助设计、分析和制造的高端软件，用于航空、航天、汽车、轮船、通用机械和电子等工业领域。UG软件在CAM领域处于领先的地位，产生于美国麦道飞机公司，是飞机零件数控加工首选编程工具。2020/6/1510优点提供可靠、精确的刀具路径能直接在曲面及实体上加工良好的使用者界面，客户也可自行化设计界面多样的加工方式，便于设计组合高效率的刀具路径完整的刀具库加工参数库管理功能包含二轴到五轴铣削、车床铣削、线切割大型刀具库管理实体模拟切削泛用型后处理器等功能高速铣功能CAM客户化模板2020/6/1511应用举例建模（零件图纸）加工程序生成（工艺、数控系统）UG2020/6/1512CATIACatia是法国达索（Dassault）公司推出的产品，法制幻影系列战斗机、波音737、777的开发设计均采用Catia。CATIA据有强大的曲面造型功能，在所有的CAD三维软件位居前列，广泛应用于国内的航空航天企业、研究所，以逐步取代UG成为复杂型面设计的首选。CATIA具有较强的编程能力，可满足复杂零件的数控加工要求。目前一些领域采取CATIA设计建模，UG编程加工，二者结合，搭配使用。2020/6/1513ProEPro/E是美国PTC（参数技术有限公司）开发的软件，是全世界最普及的三维CAD/CAM（计算机辅助设计与制造）系统。广泛用于电子、机械、模具、工业设计和玩具等民用行业。具有零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、造型设计等多种功能。Pro/E在我国南方地区企业中被大量使用，设计建模采用PRO-E，编程加工采用MASTERCAM和CIMATRON是目前通行的做法。2020/6/1514CAXACAXA制造工程师是北京北航海尔软件有限公司推出一款全国产化的CAM产品，为国产CAM软件在国内CAM市场中占据了一席之地。作为我国制造业信息化领域自主知识产权软件优秀代表和知名品牌，CAXA已经成为我国CAD/CAM/PLM业界的领导者和主要供应商。CAXA制造工程师是一款面向二至五轴数控铣床与加工中心、具有良好工艺性能的铣削/钻削数控加工编程软件。该软件性能优越，价格适中，在国内市场颇受欢迎。2020/6/1515可以预见：随着制造业技术的飞速发展，数控编程软件的开发和使用也进入了一个高速发展的新阶段，新产品层出不穷，功能模块越来越细化，工艺人员可是在微机上轻松地设计出科学合理并富有个性化的数控加工工艺，把数控加工编程变得更加容易、便捷。2020/6/15163.2数控程序编制中的工艺分析※3.2.1数控加工工艺基本特点数控加工的程序是数控机床的指令性文件。数控机床受控于程序指令，加工的全过程都是按程序指令自动进行的。因此，数控加工程序与普通机床工艺规程有较大差别，涉及的内容也较广。2020/6/1517数控机床加工程序不仅要包括零件的工艺过程，而且还要包括切削用量，走刀路线，刀具尺寸以及机床的运动过程。因此，要求编程人员对数控机床的性能、特点、运动方式、刀具系统、切削规范以及工件的装夹方法都要非常熟悉。2020/6/15183.2.2数控加工工艺分析主要内容数控加工工艺概括起来主要包括如下内容。（1）选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。（2）分析被加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求。2020/6/1519（3）确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。如划分工序、安排加工顺序以及处理与非数控加工工序的衔接等。（4）加工工序的设计。如选取零件的定位基准、夹具方案的确定、划分工步、选取刀辅具和确定切削用量等。2020/6/1520（5）数控加工程序的调整。选取对刀点和换刀点，确定刀具补偿，确定加工路线。（6）分配数控加工中的容差。（7）处理数控机床上的部分工艺指令。虽然数控加工工艺内容较多，但有些内容与普通机床加工工艺非常相似。2020/6/15213.2.3数控加工工艺分析的一般步骤与方法3.2.3.1数控加工内容及加工方法的选择1．选择数控加工内容选择数控加工内容时，应考虑以下问题2020/6/1522（1）优先选择普通机床上无法加工的内容，作为数控加工的内容；（2）重点选择普通机床难加工、质量也难以保证的内容，作为数控加工的内容；（3）普通机床加工效率低、工人操作劳动强度大的内容，可考虑在数控机床上加工。2020/6/1523与上述内容比较，下列一些内容则不宜选择采用数控机床加工：（1）需要通过较长时间占机调整的内容，如以毛坯的粗基准定位来加工第一个精基准的工序等；2020/6/1524（2）必须按专用工装协调的孔及其他加工内容。主要原因是采集编程用的资料有困难，协调效果也不一定理想；（3）不能在一次装夹中加工完成的其他零星部位，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排在普通机床进行补加工。2020/6/15252．选择数控加工方法（1）旋转体类零件这类零件一般在数控车床上加工（2）孔系零件的加工宜用点位元直线控制的数控钻镗床或数控加工中心加工。2020/6/1526（3）平面和曲面轮廓零件的加工加工曲面轮廓的零件，多采用三个或三个以上坐标联动的数控铣床或加工中心加工。（4）模具型腔的加工此时可考虑选用数控电火花机床成形加工。（5）平板形零件的加工该类零件可考虑选择数控线切割机床加工。2020/6/15273.2.3.2加工工序的划分工序划分原则：工序集中原则和工序分散原则工序集中的特点：（1）有利于采用高生产率的专用设备和数控机床，可大大提高劳动生产率；（2）设备数量少，减少了操作工人和操作面积：2020/6/1528（3）工序数目少，工艺路线短，简化了生产计划和生产组织工作；（4）工件安装次数少，缩短了辅助时间，容易保证加工表面的相互位置精度；（5）数控机床、专用设备和工艺装备投资大，尤其是专用设备和工艺装备调整和维修比较麻烦，生产准备工作量大，新产品转换周期长。2020/6/1529工序分散的特点是（1）设备与工艺装备比较简单，调整方便，工人容易掌握，生产准备工作量少，容易适应产品的更换；（2）便于采用最合理的切削用量，减少基本时间；（3）设备数量少，操作人员多，生产面积大。2020/6/1530除应考虑工序集中和工序分散外，还需考虑（1）按粗、精加工划分工序（2）按先面后孔划分工序（3）按所用刀具划分工序2020/6/15313.2.3.3工件的装夹方式（1）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。（2）装卸工件要方便可靠，以缩短辅助时间和保证安全。（3）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。2020/6/1532（4）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。（5）应尽可能采用气、液压夹具。2020/6/15333.2.3.4对刀点和换刀点的确定“对刀点”是指数控加工时，刀具相对工件运动的起点，这个起点也是编程时程序的起点。因此，“对刀点”也称“程序起点”或“起刀点”。在编程时应正确选择对刀点的位置。选择的原则如下：2020/6/1534（1）选定的对刀点位置应便于数学处理和使程序编制简单；（2）在机床上容易找正；（3）加工过程中便于检查；（4）引起的加工误差小。2020/6/1535对刀时，应使刀位点与对刀点重合。“刀位点”一般是指车刀、镗刀的刀尖；钻头的钻尖；立铣刀、面铣刀刀头底面的中心；球头铣刀的球头中心。2020/6/15363.2.3.5进给路线的选择1．数控车床进给路线的选择（1）最短的切削进给路线（2）最短的空行程路线（3）大余量毛坯的阶梯切削进给路线2020/6/15372．数控铣床进给路线的选择（1）铣削外轮廓表面的进给路线（2）铣削内轮廓表面的进给路线2020/6/15383．顺铣和逆铣的选择1.当工件表面无硬皮，机床进给机构无间隙时，应选用顺铣，按照顺铣安排进给路线。2.当工件表面有硬皮，机床的进给机构有间隙时，应选用逆铣，按照逆铣安排进给路线。因为逆铣时，刀齿是从已加工表面切入，不会崩刀；机床进给机构的间隙不会引起振动和爬行。2020/6/15393.2.3.6数控加工余量的选择1．查表法查表法是根据各工厂的生产实践和实验研究积累的资料，先制成各种表格，再汇集成手册。2．经验估算法经验估算法是根据工艺编制人员的实际经验确定加工余量。2020/6/15403．分析计算法分析计算法是根据一定的试验资料和上述的加工余量计算公式，分析影响加工余量的各项因素，并计算确定加工余量。2020/6/15413.2.3.7数控加工刀具的选择对刀具的总体要求1.足够的刚度与强度2.高的耐用度3.高的可靠性4.高的精度5.可靠地断屑2020/6/15421．数控刀具的选择目前涂镀刀具，立方氮化硼等刀具已广泛用于加工中心，陶瓷刀具与金刚石刀具也开始在加工中心上运用。2．数控刀具的使用特点数控刀具应具有较高的耐用度和刚度，刀头材料热脆性好，有良好断屑性能，和可调、易更换等特点。2020/6/1543平面铣削应该用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀。立铣刀和镶硬质合金刀片的立铣刀主要用于加工凸轮，凹槽和箱口面。为了提高槽宽的加工精度减少铣刀的种类，加工时可采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后用刀具半径补偿功能来铣槽的两边，以达到提高槽的加工精度的目的。铣削加工刀具2020/6/1544钻孔刀具在加工中心上钻孔都是无钻模直接钻孔，因此一般钻孔深度约为直径的5倍左右，细长孔子的加工易于折断，要注意冷却和倒屑镗孔刀具在加工中心上进行镗削加工通常是采用悬臂式的加工，因此要求镗刀有足够的刚性和较好的精度。在镗孔过程中一般采用移动工作台或立柱完成Z向进给（卧式），保证悬伸不变，从而获得进给的刚性。2020/6/1545右图所示为一现代数控车刀，它主要由刀体、刀片和刀片紧固系统3部