數控機床的加工工藝及編程步驟

2.2數控機床的加工工藝及編程步驟2.2.1工序的劃分2.2.2編制加工程序的內容及步驟2.2.3零件的安裝和對刀點的確定2.2.4確定加工路線2.2.5切削用量的選擇和刀具的選擇2.2.6數值計算數控加工程序編制的一般過程工藝處理2.2數控機床的加工工藝及編程步驟在編制數控程序時，首先必須根據零件圖紙選擇數控機床；進行工藝分析、處理，然后才能編制加工程序。必須注意數控機床的程序編制比普通機床的工藝規(guī)程復雜得多。普通機床的工藝規(guī)程對零件的加工過程不必規(guī)定得很詳細，一部分內容可由操作人員自行決定，如工步的安排、走刀路線、刀具形狀和切削用量等；而數控加工程序中必須包括零件加工的整個過程，如機床的運動、刀具的形狀、切削用量及走刀路線等。這既要求程序員要有較高的素質，對數控機床、切削規(guī)范、標準工夾具等都很熟悉，只有對零件的加工過程進行全盤考慮，仔細研究，才能正確合理地編制加工程序。

2.2.1工序的劃分一般在數控機床上加工零件，應盡量在一次裝夾中完成全部工序，工序劃分的根據如下：(1)按先面后孔的原則劃分工序·在加工有面和孔的零件時，為了提高孔的加工精度，應先加工面，后加工孔，這一點與普通機床相同。(2)按粗、精加工劃分工序對加工精度要求較高的零件，應將粗、精加工分開進行，這樣可以使粗加工引起的各種變形得到恢復，也能及時發(fā)現(xiàn)毛坯上的各種缺陷，并能充分發(fā)揮粗加工的效率。考慮到粗加工時零件變形的恢復需要一段時間，粗加工后不要立即安排精加工。(3)按所用刀具劃分工序在數控機床上，為了減少換刀次數，縮短輔助時間，經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編制加工程序的內容及步驟一般數控加工程序的編制分三個階段完成，即工藝處理、數學處理和編程調試。1．工藝處理階段－－主要工作內容如下：(1)分析被加工零件圖紙，明確加工內容及技術要求，在此基礎上確定零件的加工方式和走刀路線，確定切削用量等工藝參數。(2)制定零件的數控加工工藝過程。在已經確定工藝參數的前提下，考慮零件如何安裝，對刀點位置如何確定，零件如何分步加工，如何使圖樣上的精度等技術要求得以實現(xiàn)等。(3)選擇或設計刀、夾具。

編程調試階段2.2.2編制加工程序的內容及步驟一般數控加工程序的編制分三個階段完成，即工藝處理、數學處理和編程調試。2．數學處理階段工藝處理階導完成后，編程人員便可結合所使用的數控系統(tǒng)的輸入要求，通過數學處理計算出應輸入給控制系統(tǒng)的輸人數據。這種計算工作量的大小，隨被加工零件的形狀、加工內容及控制系統(tǒng)的功能等有所不同。

編程調試階段2.2.2編制加工程序的內容及步驟一般數控加工程序的編制分三個階段完成，即工藝處理、數學處理和編程調試。

3．編程調試階段----主要有下述三項工作內容：(1)編制程序單在工藝處理和數學處理的基礎上，還要考慮某些輔助工藝處理，如確定準備功能，主軸的正轉、反轉，停車及變換速度等。然后便可按數控裝置的輸人格式要求編寫出程序單。(2)程序單經過嚴格檢查確認無誤后，確認無誤后方可交付生產部門使用。(3)首件試切削生產部門拿到紙帶后，通常不立即加工零件．還要作進一步檢查。方法是用劃針或圓珠筆在機床上畫線檢查，即用劃針在涂有顏料的玻璃扳(或紙)上畫出零件的輪廓形狀來檢查。然后試切一個零件，經檢驗合格，該程序編制工作方可認為結束。編程調試階段2.2.3零件的安裝和對刀點的確定1．零件的安裝與普通機床一樣，在數控機床上安裝零件也耍合理地選擇定位基準和夾緊方式。安裝工件時要考慮以下兩個原則：(1)應盡量減少裝夾次數，盡可能做到一次裝夾后加工出全部待加工表面，以充分發(fā)揮機床的效率。(2)當有些零件需要二次裝夾時，也要盡可能利用同一基準，以減少安裝誤差。2.2.3零件的安裝和對刀點的確定數控機床上應盡量使用組合夾具，必要時才設計專用夾具。選用和設計夾具時應考慮數控機床的特點，一般應注意以下幾點；(1)夾具結構力求簡單(如選用標準夾具、組合夾具等)；(2)裝卸迅速方便，以縮短輔助時間；(3)加工部位要敞開，夾緊機構等不能影響走刀，耍注盒夾緊力的作用點和方向；(4)夾具的安裝要準確可靠，以保證正確加工零件；(5)夾具應具備足夠的強度和剛度，尤其在切削用量較大時，應能保證零件的加工精度。2.2.3零件的安裝和對刀點的確定3．確定對刀點和換刀點刀位點：即刀具的基準點，對于立銑刀來講應是刀具軸線與刀具底面的交點，對于車刀則是刀尖，對于鉆頭則是鉆尖，對于球頭銑刀是球頭部分的球心。2.2.3零件的安裝和對刀點的確定3．確定對刀點和換刀點起刀點：是數控加工時刀具相對工件運動的起點（是指刀具起始運動的刀位點），亦即程序開始執(zhí)行時的刀位點；對刀點：當用夾具時，常用與工件零點有固定聯(lián)系尺寸的圓柱銷等進行對刀，則用對刀點作為起刀點。見圖2.2.1。2.2.3零零件的的安裝和和對刀點點的確定定在編程時時應首先先考成對對刀點位位置的選選擇，選選定的原原則如下下：應使程序序編制簡簡單。對刀點在在機床上上容易找找正。加正過程程中檢查查方便；；””引起的加加工誤差差小。對刀點應應盡量選選在零件件的設計計基準或或工藝基基準上。。對刀點可可以設在在被加工工零件上上，也可可以設在在夾具上上．但必必須與零零件的定定位基準準有一定定的尺寸寸關系，，這樣才才能保證證機床坐坐標系與與零件坐坐標系的的相互關關系。2.2.3零零件的的安裝和和對刀點點的確定定換刀點：：是為數控控車床、、數控鉆鉆鏜床以以及其他他自動換換刀數控控機床設設定的換換刀位置置，因為為這種機機床在加加工中途途要更換換刀具。。換刀點點的位置置要保證證換刀時時刀具不不得碰撞撞工件、、夾具或或機床，，因此換換刀點常常常設在在遠離加加工零件件的位置置(見圖圖2.2.1)2.2.4確確定加加工路線線加工路線線是切削削過程中中銑刀中中心運動動的軌跡跡和方向向，也是是編程的的軌跡和和方向。。確定走刀刀路線，，主要是是確定粗粗加工及及空行程程的走刀刀路線，因為精精加工切切削過程程的走刀刀路錢基基本上都都是沿著著零件的的輪廓進進行的。。在數控加加工中，，加工路路線除了了要保證證工件的的加工精精度、表表面粗糙糙度外，，還要盡盡量縮短短空行程程時間，，并能簡簡化程序序。例如在銑銑削外輪輪廓時，，為防止止刀具在在切入，，切出時時產生刀刀痕，一一般采用用切線切切入、切切出方式式以保證證工件輪輪廓的光光滑過渡渡，如圖圖2.2.2所所示。2.2.4確確定加加工路線線為減少編編程的程程序段，，提高生生產率，，在確定定工藝路路線時，，應使進進給路線線最短。。如圖2.2.3a所所示，按按習慣應應先加工工均勻分分布于同同一圓周周上的孔孔后，再再加工另另一圓孔孔。但對對于數控控機床來來說，這這種加工工路線長長，效率率低，按按圖2.2.3b所示示的進給給路線加加工，使使走刀路路線總和和最短．．可以節(jié)節(jié)省定位位時間達達一倍左左右。2.2.4確確定加加工路線線在銑削內內輪廓時時，可以以采用三三種方案案。其中中圖2.2.4a方案案采用行切法．由于這這種方法法最后輪輪廓表面面不是連連續(xù)加工工完成的的，所以以表面質質量較差差；圖2.2.4b方方案采用用環(huán)切法，這種方方法加工工路線太太長，效效率較低低；圖2.2.4c方方案克服服了前兩兩種方案案的不足足，先采用行行切法，，最后環(huán)環(huán)切一刀刀，光整輪輪廓表面面，獲得得了較好好的效果果。從數數值計算算的角度度看，環(huán)環(huán)切法的的刀位計計算較為為復雜。。若從走走刀路線線的長短短比較，，行切法法略優(yōu)于于環(huán)切法法。2.2.5切切削用量量及刀具具的選擇擇切削用量量包括主軸轉速速、進給給速度和和切削深深度等。各種種機床切切削用量量的選擇擇根據數數控機床床使用說說明書、、手冊，，并結合合實踐經經驗加以以確定。。1．主軸軸轉速n主軸轉速速主要根根據允許許的切削削速度確確定，公公式如下下：n＝1000v／πD其中：D為工件件或刀具具的直徑徑(mm)；v為切削削速度(m/min)由刀具耐用度度決定，，一般為為100一200m／／min；n為為主軸轉轉速(rpm)。根據計算算值選用用機床對對應的標標推主軸軸轉速，，然后用用S代碼碼編入程程序。2.2.5切切削用量量及刀具具的選擇擇切削用量量包括主軸轉速速、進給給速度和和切削深深度等。各種種機床切切削用量量的選擇擇根據數數控機床床使用說說明書、、手冊，，并結合合實踐經經驗加以以確定。。2．進給給速度進給速度度根據零零件的加加工精度度、表面面粗糙度度和刀具具、工件件的材料料選擇，，最大進進給速度度受機床床剛度和和進給系系統(tǒng)的性性能限制制，并與與脈沖當當量有關關。在精精度要求求較高時時，進給給量應選選小一些些，一般般在20mm/min一50mm／／min范圍內內選取。。3．切削削深度主要根據據機床、、刀具、、夾具和和工件的的剛性確確定。在在機床剛剛度允許許的情況況下，盡盡量選擇擇較大的的切削深深度，以以提高加加工效率率。有時時為了改改善表面面粗糙度度和加工工精度，，要留一一點余量量，以便便最后精精加工一一次。2.2.5切切削用量量及刀具具的選擇擇4．刀具具的選擇擇與普通機機床相比比，數控控加工對對刀具提提出了更更高的要要求。數數控機床床要求刀刀具強度度、剛度度好，耐耐用度高高，尺寸寸穩(wěn)定，，排屑性性能好，，安裝調調整方便便等。同同時還應應考慮工工件材料料的性質質、機床床的加工工能力、、加工工工序、切切削用量量及有關關因素等等。在內輪廓廓加工中中，要注注意刀具具半徑要要小于輪輪廓曲線線的最小小曲率半半徑。在在自動換換刀機床床中，要要預先測測出刀具具的結構構尺寸和和調整尺尺寸，以以便在加加工時進進行刀具具補償。。2.2.5切切削用量量及刀具具的選擇擇數控刀具具分類：：1）按照照刀具結結構分：：整體式：：鉆頭、立立銑刀等等鑲嵌式：：包括刀片片采用焊焊接和機機夾式特殊形式式：復合式、、減振式式等機夾可轉轉位刀具具得到廣廣泛應用用，數量量上已達達到整個個數控刀刀具的30%~40%，金屬屬切除率率占總數數80%~90%。2.2.5切切削用量量及刀具具的選擇擇車削刀具具：外圓車刀刀內孔車刀刀螺紋車刀刀2.2.5切切削用量量及刀具具的選擇擇銑削刀具具：方肩銑刀仿形銑刀三面刃和和螺紋銑刀刀整體硬質質合金銑刀刀2.2.6數數值計計算1．基點點、節(jié)點點的含義義編程時的的數值計計算主要要是計算算零件加加工軌跡跡的尺寸寸，即計計算零件件輪廓基點和節(jié)點的坐標，，或刀具具中心軌軌跡基點點和節(jié)點點的坐標標。l數控機床床一般只只有直線線和圓弧弧插補功功能，因此，對對于由直直線和圓圓弧組成成的平面面輪廓，，編程時時主要是是求各基點點的坐標標?；c：就是構成成零件輪輪廓不同同幾何素素線元素素的交點點或切點點。如直直線與直直線的交交點，直直線段和和圓弧段段的交點點、切點點及圓弧弧與圓弧弧的交點點、切點點等。根根據基點點坐標就就可以編編寫出直直線和圓圓弧的加加工程序序。基點點的計算算比較簡簡單，選選定坐標標原點以以后，應應用三角角、幾何何關系就就可以算算出各基基點的坐坐標，因因此采用用手工編編程即可可。2.2.6數數值計計算由于數控控機床無無法直接接加工除除直線和和圓弧以以外的曲曲線，加加工此類類曲線時時數值計計算較為為復雜，，包括曲線擬合合和曲線逼近近兩部分。。曲線逼近近：對于平面面輪廓是是非圓方方程Y=f（X）組成成的曲線線，如漸漸開線、、阿基米米德螟線線等，必必須用直直線和圓圓弧逼近近該曲線線，即將將輪廓曲曲線按編編程允許許的誤差差分割成成許多小小段，用用直線和和圓弧逼逼近這些些小段(可采用用等間距距直線、、等弦長長直線、、等誤差差直線逼逼近法和和圓弧逼逼近法等等)。逼逼近直線線和圓弧弧小段與與輪廓曲曲線的交交點或切切點稱為為節(jié)點。2.2.6數數值計計算曲線擬合合：對于用實實驗或經經驗數據據點表示示，沒有有輪廓曲曲線方程程的平面面輪廓，，如果給給出的數數據點比比較密集集，則可可以用這這些點作作為節(jié)點點，用直直線或圓圓弧連接接起來逼逼近輪廓廓形狀。。如果數數據點較較稀疏，，則必須須先用插插值法將將節(jié)點加加密，或或進行曲曲線擬合合(如牛牛頓插值值法、樣樣條曲線線擬合法法、雙圓圓弧擬合合法等)，然后后再進行行曲線逼逼近。對于空間間曲面，，則用許許多平行行的平面面曲線逼逼近空間間曲面，，這時需需求出所所有的平平面曲線線，并計計算出各各平面曲曲線的基基點或節(jié)節(jié)點，然然后按基基點、節(jié)節(jié)點劃分分各個程程序段，，編寫各各節(jié)點、、基點之之間的直直線或圓圓弧加工工程序。。2.2.6數數值計計算有關曲線線逼近和和曲線擬擬合的計計算方法法很多。。其計算算非常繁繁瑣，花花費的時時間也長長，如采采用手工工編程，，編程工工作將十十分艱巨巨，因此此必須借借助計算算機進行行計算。。目前許許多先進進國家都都已開發(fā)發(fā)了自動動編程技技術。自自動編程程的過程程分為兩兩個階段段：第一階段段是對零零件圖紙紙進行工工藝分析析，用編編程語言言編寫零零件的源源程序，，制作穿穿孔帶；；第二階段段是借助助計算機機對源程程序進行行處理，，然后自自動打印印零件加加工的程程序單和和穿孔帶帶。目前生產產企業(yè)已已把CAD/CAM技技術用于于數控編編程數控控加工中中。2.2.6數數值計計算節(jié)點坐標標計算手工編程程中，常常用的逼逼近計算算方法有有等間距距直線逼逼近法、、等弦長長直線逼逼近法及及三點定定圓法等等。等間距距法是是在一一個坐坐標軸軸方向向，將將需逼逼近的的輪廓廓進行行等分分，再再對其其設定定節(jié)點點，然然后進進行坐坐標值值計算算。等弦長長法是是設定定相鄰鄰兩點點間的的弧長長相等等，再再對該該輪廓廓曲線線進行行節(jié)點點坐標標值計計算。。三點定定圓法法是一一種用用圓弧弧逼近近非圓圓曲線線時常常用的的計算算方法法，其其實質質是先先用直直線逼逼近方方法計計算出出輪廓廓曲線線的節(jié)節(jié)點坐坐標，，然后后再通通過連連續(xù)的的三個個節(jié)點點作圓圓，用用一段段段圓圓弧逼逼近曲曲線。。2.2.6數數值值計算算等間距距法直直線逼逼近節(jié)節(jié)點計計算方方法其特點點是使使每個個程序序段的的某一一坐標標增量量相等等，然然后根根據曲曲線的的表達達式求求出另另一坐坐標值值，即即可得得到節(jié)節(jié)點坐坐標。。在直直角坐坐標系系中，，可使使相鄰鄰節(jié)點點間的的x或或y坐坐標增增量相相等；；計算算方法法如圖圖2.2.5所所示。。這種方方法的的關鍵鍵是確確定間間距值值，該該值應應保證證曲線線Y＝＝f(x)相鄰鄰相鄰鄰兩節(jié)節(jié)點間間的法法向距距離小小于允允許的的程序序編制制誤差