数控编程的工艺处理

第四节数控编程的工艺处理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。第四节数控编程的工艺处理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。数控加工的主要内容适合数控加工的工件（1）优先选择普通机床上无法加工的内容；（2）重点选择普通机床难加工、质量也难以保证的；（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。第四节数控编程的工艺处理第四节数控编程的工艺处理不适合数控加工的工件：（1）占机调整时间长，如以毛坯的粗基准定位来加工第一个精基准的工序等，需专用工装协调的工件。（2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点的工件。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。（3）按某些特定的制造依据加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。第四节数控编程的工艺处理典型零件数控加工方法（1）旋转体零件的加工这类零件一般在数控车床上加工。（2）孔系零件的加工宜用数控钻镗床或数控加工中心加工。第四节数控编程的工艺处理（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。第四节数控编程的工艺处理工艺处理包括：数控加工的合理性分析零件的工艺性分析工艺过程和工艺路线的确定零件安装方法的确定选择刀具和确定切削用量等。一、合理确定零件的加工路线加工线路:加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹和运动方向。数控加工工艺设计中，应遵循工序最大限度集中的原则，即一次装夹力求完成本台数控机床所能加工的全部表面。（1）粗、精加工分开的原则（2）一次定位的原则（3）先面后孔的原则（4）尽量减少换刀的原则（5）连续加工的原则一、合理确定零件的加工路线确定加工路线的原则：1、保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求;2、尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程，提高生产率。3、应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量车削或铣削：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。切向切入径向切入空间曲面的加工(c)(b)(a)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ba切出段切入红线长/)1(2anb切出段切入（蓝线长/))(1ban数控车削的工艺分析寻求最短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率（b）（a）零件上的孔系（c）为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来先用行切方式，最后沿周向环切一刀两次走刀的起点和终点间留下残留高度，达不到要求的表面粗糙度行切方式二、合理选择对刀点、换刀点对刀点：在数控加工时，刀具相对于工件运动的起点。对刀点也是程序执行的起点，故又称为“程序原点”。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。刀位点：指刀具的定位基准点。镗刀钻头立铣刀端铣刀面铣刀球头铣刀车刀指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。对刀：对刀点的选择原则是：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对刀点：ZCR30R20R50刀具运动轨迹工件轮廓XY20换刀点：应设在工件或夹具的外部三、合理选择工件的装夹方法、刀具和切削用量1、装夹方法的选择（1）尽量选用标准化、通用化夹具，避免采用专用夹具。（2）工件的装卸要快速、方便、可靠。（3）零件上的加工部位要外露敞开，不要因装夹工件而影响刀具进给和切削加工。2、刀具的选用对选择刀具总的要求：安装调整方便、刚性好、精度高、使用寿命长。刀具材料应具备的切削性能（1）高等硬度和耐磨性（2）足够的强度和韧度（3）良好的耐热性和导热性（4）良好的工艺性（5）良好的经济性2、刀具的选用数控刀具应具有的特点（1）刀具应具有很高的切削效率（2）刀具有很高的精度和重复定位精度（3）刀具有很高的可靠性和耐用度（4）能实现刀具尺寸的预调和快速换刀（5）具有一个比较完善的工具系统（6）能建立刀具管理系统（7）有刀具在线监控及尺寸补偿系统。2、刀具的选用2、刀具的选用数控刀具的选择（1）铣削加工的刀具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。2、刀具的选用（2）钻孔刀具的使用特点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。2、刀具的选用（3）镗孔刀具的使用特点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。3、切削用量的确定包括：切削深度和宽度主轴转速进给速度等。切削用量的选择原则：（１）零件加工精度和粗糙度；（２）充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用度；（３）充分发挥机床性能；（４）最大限度提高生产率、降低成本。第五节程序编制中的数值计算一、概述数控编程中的数值计算是根据工件的图样要求，按照已确定的加工路线和允许的编程误差，计算出数控系统所需输入的数据。主要内容有：1、基点和节点的计算基点：直线段和圆弧段的交点和切点；节点：用来逼近直线或圆弧小段与轮廓曲线的交点或切点。2、刀位点轨迹的计算根据零件轮廓和刀具类型计算出刀位点的运动轨迹。3、辅助计算辅助计算包括增量计算、脉冲数计算、辅助程序段的数值计算等。辅助程序段是指开始加工时，刀具从对刀点到切入点，或加工完了时，刀具从切出点返回对刀点而特意安排的程序段。数值计算的复杂程度取决于零件的复杂程度和数控装置功能的强弱。二、直线和圆弧组成的零件轮廓的基点计算首先选定零件坐标系的原点，然后列出各直线和圆弧的数学方程，利用初等数学的方法求出相邻几何元素的交点和切点即可。基点零件图样零件的轮廓是由许多不同的几何要素所组成，如直线、圆弧、二次曲线等，各几何要素之间的连接点称为基点A、B、C、D、E为基点。A、B、D、E的坐标值从图中很容易找出,C点是直线与圆弧切点，要联立方程求解。以B点为计算坐标系原点，联立下列方程以A点为原点的编程坐标系中，C点坐标为（64.2786，54.5507）三、非圆曲线的节点计算除直线和圆弧之外可以用数学方程式表达并且可导的平面轮廓曲线，称为非圆曲线。圆弧逼近法等误差直线逼近法等弦长直线逼近法等间距直线逼近法节点的计算方法4.3.2.1.非圆曲线数学处理的基本过程零件轮廓的节点数控系统一般只能作直线插补和圆弧插补的切削运动如果工件轮廓是非圆曲线，数控系统就无法直接实现插补，而需要通过一定的数学处理数学处理的方法是，用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线，逼近线段与被加工曲线交点称为节点在编程时，首先要计算出节点的坐标图中有6个节点，即用六段直线逼近了曲线，因而就有六个直线插补程序段节点数目越多，由直线逼近曲线产生的误差δ越小，程序的长度则越长数控加工误差的组成逼近误差数控加工误差△数加是由编程误差、机床误差、定位误差、对刀误差等误差综合形成编程误差由逼近误差δ、圆整误差组成逼近误差δ是在用直线段或圆弧段去逼近非圆曲线的过程中产生圆整误差是在数据处理时，将坐标值四舍五入圆整成整数脉冲当量值产生的误差脉冲当量是指每个单位脉冲对应坐标轴的位移量普通精度级的数控机床，一般脉冲当量值为0.01mm；较精密数控机床的脉冲当量值为0.005mm或0.001mm等四、列表曲线的数学模型及算法用方程式拟合列表曲线必须满足如下要求:（1）拟合曲线过各型值点;（2）拟合曲线在连接点处的一阶导数,二阶导数连续,曲线光滑;（3）拟合曲线与列表给出的曲线凹凸一致.方法：三次样条、三次参数样条、Ｂ样条、圆弧样条等。三次参数样条应用最广泛。五、自由曲面的数学处理及算法在数控加工中，粗加工、半精加工常用Ferguson曲面拟合法；对精度要求较高的曲面，用Coons曲面法。曲面拟合法方法样条方法自由曲面拟合方法CoonsBezierBCoons曲面法的数字处理分五个方面：１）确定曲面的参数方程及矢量方程；２）确定曲面片的要素；３）双三次样条曲面片的生成；４）双三次参数样条的插值；５）曲面的切割。六、组合曲面的数学处理组合曲面是指由多种曲面，包括解析曲面及自由曲面相贯而组成的复杂曲面。处理组合曲面的方法－最高点法。最高点法主要任务就是求对应于投影面上（Ｘ、Ｙ、Z）的各曲面元素的正坐标。