新手学数控加工的编程基础

第1章数控加工编程基础数控机床编程与操作2020/9/211.1数控加工编程概念1.1.1数控加工的基本过程①数控加工数控加工就是指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。②数控机床数控机床是一种用计算机来控制的机床。③数控加工的过程根据零件图纸进行工艺分析,确定加工方案；用规定的程序代码和格式编写零件加工程序单；程序的输入与传输；程序的试运行；运行程序，加工零件。数控机床编程与操作2020/9/21数控加工的过程数控机床编程与操作2020/9/211.1.2数控编程概念①数控加工程序根据被加工零件的图纸及其技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制的数控加工指令序列，就是数控加工程序，或称零件程序。②数控编程制备数控加工程序的过程称为数控加工程序编制，简称数控编程(NCprogramming)。数控机床编程与操作2020/9/211.1.3数控编程方法①手工编程含义：根据数控系统规定的功能指令代码和程序格式编写出数控加工程序单。整个编程的过程（分析零件图→确定加工工艺→数值计算→编写零件加工程序单→制备控制介质→程序校验）都是由人工完成。特点：这种方式比较简单，容易掌握，适应性较大。应用范围：适用于加工形状不太复杂的（如点位加工、由直线和圆弧组成的轮廓加工）、计算量不大的零件。数控机床编程与操作2020/9/21②自动编程含义：是经过计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAD/CAM）处理，由计算机自动生成加工程序。特点：这种方式适应面广、效率高、程序质量好，但投资大，掌握起来需要一定时间。适用范围：适用于加工形状复杂的（如具有非圆曲线、列表曲线和曲面组成的）零件编程，以及各类柔性制造系统（FMS）和集成制造系统（CIMS），应用广泛。数控机床编程与操作2020/9/211.1.4数控编程的内容和步骤确定加工方案工艺处理数学处理编写程序清单制备控制介质程序检验数控编程过程数控机床编程与操作2020/9/211.2数控机床的坐标系1.2.1机床坐标系的命名规定①规定不论是刀具移动，还是工件移动，一律假定刀具相对于静止的工件移动。刀具与工件之间距离增大的方向为坐标轴的正方向。②机床坐标系为了确定机床的运动方向和移动的距离，要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就是标准坐标系，也叫机床坐标系，机床坐标系采用右手笛卡尔坐标系。数控机床编程与操作2020/9/21数控机床编程与操作右手笛卡尔坐标系2020/9/21数控机床编程与操作机床坐标系的建立2020/9/211.2.2机床坐标轴方向和方位的确定①Z轴的规定平行于机床主轴轴线的坐标轴为Z轴，如数控铣床主轴带动刀具旋转，与主轴平行的坐标即为Z坐标；取刀具远离工件的方向为其正方向，如钻孔时钻入工件的方向为负方向，而退出方向为正方向；对于没有主轴的机床，如牛头刨床取垂直于装夹工件的工作台的方向为Z轴方向；如果机床有几个主轴，则选择其中一个与装夹工件的工作台垂直的主轴为主要主轴，并以它的方向作为Z轴方向。数控机床编程与操作2020/9/211.2.2机床坐标轴方向和方位的确定②X轴的规定X轴位于与工件定位平面相平行的水平面内，且垂直于Z轴。对于工件旋转的机床，X轴在水平面内且垂直于工件旋转轴线，刀具离开工件的方向为正方向；对于刀具旋转的机床，若主轴是垂直的，从主轴向立柱看时，X轴的正方向指向右方。若主轴是水平的，当从主轴向工件看时，X轴的正方向指向右方。对于无主轴的机床(如刨床)，则选定主要切削方向为X轴正方向。数控机床编程与操作2020/9/211.2.2机床坐标轴方向和方位的确定③Y轴的确定Y轴方向可根据已确定的Z轴、X轴方向，用右手直角笛卡儿坐标系来确定。④回转轴绕X轴回转的坐标轴为A，绕Y轴回转的坐标轴为B，绕Z轴回转的坐标轴为C，方向采用右手螺旋定则。⑤附加坐标轴如果机床除有X、Y、Z主要的直线运动坐标外，还有平行于它们的坐标运动，则应分别命名为U、V、W。数控机床编程与操作2020/9/21数控机床编程与操作2020/9/21XYZ卧式数控车床坐标系+X+Z数控机床编程与操作2020/9/21立式数控铣床坐标系+Z+X+Y数控机床编程与操作2020/9/211.3数控加工的工艺分析与工艺设计1.3.1数控机床的合理选用数控机床编程与操作零件复杂程度与零件批量的关系零件批量与加工费用的关系2020/9/21①数控机床的应用范围：中小生产批量的零件；需要进行多次改型设计的零件；加工精度要求高、结构形状复杂的零件，如箱体类，曲线、曲面类零件；需要精确复制和尺寸一致性要求高的零件；价值昂贵的零件，这种零件虽然生产量不大，但是如果加工中因出现差错而报废，将产生巨大的经济损失。数控机床编程与操作2020/9/21②数控车床的加工对象精度要求高的零件；表面粗糙度好的回转体零件；轮廓形状复杂的零件；带一些特殊类型螺纹的零件；超精密、超低表面粗糙度的零件；数控机床编程与操作2020/9/21③数控铣床的加工对象平面类零件变斜角类零件曲面类（立体类）零件数控机床编程与操作（a）曲线轮廓表面（b）正圆台面（c）倾斜平面数控铣床平面类零件加工2020/9/21④加工中心的主要加工对象箱体类零件复杂曲面凸轮、凸轮机构整体叶轮类模具类球面异形件盘、套、板类零件特殊加工数控机床编程与操作2020/9/211.3.2工艺分析与工艺设计的内容数控加工工艺概括起来主要包括如下内容。选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容;分析零件图纸，明确加工内容及技术要求;确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线;加工工序的设计;数控加工程序的调整;分配数控加工中的容差;处理数控机床上的部分工艺指令。数控机床编程与操作2020/9/211.3.3加工方法的选择与加工方案的确定①加工方法的选择：表面加工方法的选择，就是为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理的加工方法。在选择时，一般先根据表面的精度和粗糙度要求选定最终加工方法，然后再确定精加工前准备工序的加工方法，还应考虑下列因素：工件材料的性质工件的结构和尺寸生产类型具体生产条件数控机床编程与操作2020/9/21②加工方案的确定数控机床编程与操作2020/9/21数控机床编程与操作2020/9/21数控机床编程与操作2020/9/211.3.4工序与工步的划分①工序划分的原则先粗后精；先主后次；先面后孔；基面先行；②工序划分的方法按所用刀具划分工序；按零件的装夹定位方式划分工序；按粗、精加工划分工序；数控机床编程与操作2020/9/21数控机床编程与操作按安装次数划分工序2020/9/21数控机床编程与操作按粗、精加工划分工序2020/9/21③工步的划分同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗加工后精加工分开进行；对于既有铣削面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔；按刀具划分工步；数控机床编程与操作2020/9/21零件图数控机床编程与操作2020/9/21工序一工步1工步2数控机床编程与操作2020/9/21工序二工步1工步2工步3工步4数控机床编程与操作2020/9/211.3.5零件的定位与夹具的选择①安装定位的基本原则力求设计基准、工艺基准、编程计算基准统一；尽量减少装夹次数；避免采用占机人工调整式加工方案；②夹具的选择原则数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求，一是保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，还要考虑以下几点：数控机床编程与操作2020/9/21数控机床编程与操作当零件加工批量不大时，优先选用组合夹具、可调夹具和各式通用夹具；在成批生产时，要考虑采用专用夹具；零件的装卸要快速、方便、可靠；为满足数控加工精度，要求夹具定位、夹紧精度高。夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工；为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工可以采用多工位、气动或液压夹具。2020/9/211.3.6加工路线的确定⑴加工路线确定的原则在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹成为加工路线。加工路线确定的原则：加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度；使数值计算简单；使加工路线最短；数控机床编程与操作2020/9/21⑵辅助程序段的设计①切入点和切出点的选择在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削,由于主轴系统和刀具的刚度变化，当沿法向切入工件时会在切入处产生刀痕，所以应尽量避免沿法向切入工件。铣削外圆的切入切出路径铣削外轮廓的切入切出路径数控机床编程与操作2020/9/21切入点和切出点的选择：。切入点数控机床编程与操作2020/9/21当铣切内表面轮廓形状时，也应该尽量遵循从切向切入的方法，但此时切入无法外延，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线。当实在无法沿零件曲线的切向切入、切出时，铣刀只有沿法线方向切入和切出，在这种情况下，切入切出点应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给过程中要避免停顿。数控机床编程与操作2020/9/21数控机床编程与操作2020/9/21数控机床编程与操作2020/9/21数控机床编程与操作2020/9/21切入点的选择。。。ABC应尽量避免在连续几何图素的中间切入×虽然是两几何图素的交点，但在这里刀具沿切线方向切出后将影响已加工表面精度可沿图形轮廓切向切入切出，且保证轮廓封闭×√数控机床编程与操作2020/9/21铣削内圆的切入切出路径从尖点切入铣削内轮廓数控机床编程与操作2020/9/21切入点选择原则：粗加工选择曲面内的最高角点作为切入点；精加工选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为切入点；总之避免铣刀当钻头使用，否则因受力大而损坏。切出点选择原则：能连续完整的加工曲面；非加工时间短；数控机床编程与操作2020/9/21②孔加工时引伸距离的确定引入距离△Z的确定已加工面钻、镗、铰孔：△Z=1～3mm毛面上钻、镗、铰孔：△Z=5～8mm铣削前攻螺纹△Z=5～10mm超越距离Zp的确定Zp=1～3mm数控机床编程与操作2020/9/21③螺纹加工的引伸距离的确定一般情况下，导入距离δ1=2～5mm，对于大螺距和高精度的螺纹取大值；导出距离δ2一般取δ1的1/4左右。数控机床编程与操作2020/9/21⑶孔加工路线的确定点位控制的数控机床：路径最短孔系：各孔的定位方向一致（单向趋近定位点）数控机床编程与操作2020/9/21⑷内行腔加工路线在保证加工精度前提下，使走刀路径最短a）b）C）数控机床编程与操作2020/9/21⑸曲面加工路线的确定数控机床编程与操作2020/9/211.3.7数控加工刀具的选择⑴对数控加工刀具的要求精度高；强度大；刚度好；耐用度高;要求尺寸稳定,安装调整方便;数控机床编程与操作2020/9/21⑵数控车刀的类型与刀片选择数控机床编程与操作2020/9/21C形：有两种刀尖角。100°刀尖角的两个刀尖强度高，一般做成75°车刀用来粗车外圆、端面，80°刀尖角的两个刃口强度较高，用它不用换刀即可加工端面或圆柱面，在内孔车刀中一般用于加工台阶孔。D形：两个刃口且较长，刀尖角55°刀尖强度较低，主要用于仿形加工，在加工内孔时可用于台阶孔及较浅的清根。数控机床编程与操作2020/9/21R形：圆形刃口，用于特殊圆弧面的加工，刀片利用率高，但径向力大。S形：四个刃口，刃口较短（指同等内切圆直径），刀尖强度较高，主要用于75°、45°车刀，在内孔刀中用于加工通孔。T形：三个刃口，刃口较长，刀尖强度低，在普通车床上使用时常采用带副偏角的刀片以提高刀尖强度。主要用于90°车刀。在内孔车刀中主要用于加工盲孔、台阶孔。数控机床编程与操作2020/9/21V形：两个刃口并且长，刀尖角35°刀尖强度低，用于仿形加工。W形：三个刃口且较短，刀尖角80°刀尖强度较高，主要用在普通车床上加工圆柱面和台阶面。数控机床编程与操作2020/9/21外圆车刀片的应用数控机床