數(shù)控技術3數(shù)控加工程序編制

數(shù)控技術3數(shù)控加工程序編制第1頁/共87頁3數(shù)控加工程序編制3.1程序編制基礎3.2數(shù)控工藝處理3.3數(shù)值計算3.4數(shù)控車削程序編制3.5數(shù)控銑削程序編制3.6自動編程第2頁/共87頁3.2數(shù)控工藝處理第3頁/共87頁毛坯：f80×70mm

去氧化皮加工↓外圓粗加工↓外圓精加工↓鉆孔↓內(nèi)孔粗加工↓內(nèi)孔精加工↓切槽加工↓掉頭端面槽加工第4頁/共87頁數(shù)控加工藝卡片第5頁/共87頁數(shù)控加工刀具卡片第6頁/共87頁第7頁/共87頁1、備料毛坯正面加工第8頁/共87頁毛坯反面加工第9頁/共87頁2、銑直角槽第10頁/共87頁3、銑異型槽第11頁/共87頁4、銑異型槽臺階第12頁/共87頁5、銑燕尾槽第13頁/共87頁6、銑腰形槽第14頁/共87頁7、銑倒角斜面第15頁/共87頁8、鉆孔9、銑沉頭孔

第16頁/共87頁一、數(shù)控工藝特點1、工藝詳細普通工藝規(guī)程最多詳細到工步。數(shù)控加工工藝必須詳細到每一步走刀和每一個操作的細節(jié)；凡是用數(shù)控加工的零件，不論簡單、重要與否，都要有完整的加工程序，都要制定詳細的工藝。第17頁/共87頁2、工序集中現(xiàn)代數(shù)控機床具有剛性大、精度高、刀庫容量大、切削參數(shù)廣泛及多坐標、多工位等特點，零件可以在一次裝夾中完成多種加工方法和由粗到精的過程，甚至在工作臺上安裝幾個相同或相似的零件進行加工。第18頁/共87頁3、加工方法一般簡單表面的加工方法，數(shù)控加工與普通加工無大差異。對于一些復雜表面、特殊表面或有特殊要求的表面，數(shù)控加工與傳統(tǒng)加工有根本不同的加工方法。傳統(tǒng)加工用劃線、樣板、靠模、預鉆、砂輪、鉗工等方法；數(shù)控加工用多坐標聯(lián)動自動控制加工。其加工質(zhì)量與生產(chǎn)效率是傳統(tǒng)加工方法無法與之比擬的。3、加工方法的特點第19頁/共87頁普通工藝有關基準選擇以及“基面先行、先主后次、先粗后精、先面后孔”等原則同樣適用于數(shù)控加工工序劃分。1、工序集中原則

盡可能集中多種加工內(nèi)容在一次裝夾中完成。2、零件數(shù)控加工與普通加工工序的劃分凡是用普通機床等傳統(tǒng)方法加工的零件，都可用數(shù)控機床加工。但就經(jīng)濟性、合理性及生產(chǎn)條件而言，并非所有的加工都用數(shù)控加工為好。二、工序劃分第20頁/共87頁可以插入普通機床加工工序的情況為：①鑄、鍛件毛坯的預加工。②粗定位基準的預加工。③數(shù)控加工難以完成的個別或次要部位，如：排屑不暢且易斷刀的小直徑螺孔或深孔加工；個別如斜孔、研磨孔等部位；刀庫容量不足而無法完成的個別部位。④大型、復雜零件中的簡單表面，如：模具型腔體的外表面。在制定零件的工藝路線時，應以工藝文件的形式明確數(shù)控工序與非數(shù)控工序在定位、加工余量、質(zhì)量要求等方面的銜接問題。第21頁/共87頁3、數(shù)控加工部位的工序劃分零件的數(shù)控加工部位可在合適的機床上一次裝夾中完成?？梢詣澐殖蓭讉€數(shù)控加工工序的情況為：①車間現(xiàn)有數(shù)控機床的功能不能滿足一個零件的全部加工部位；批量大時，可分散在幾臺機床加工。②粗加工的熱或力變形較大時，將粗精加工分開。③程序過長，不僅容易出錯，而且可能超過系統(tǒng)內(nèi)存容量，或超過一個班，或在一個加工面的中途刀具磨損失效，此時可按刀具或加工表面劃分工序。第22頁/共87頁根據(jù)零件的表面加工方法、精度與粗糙度、工件形狀與尺寸、需要機床的坐標軸數(shù)等要求，并考慮現(xiàn)有機床條件與負荷、加工成本等因素正確選用機床。①對不太復雜，尺寸不大的孔系加工，選用數(shù)控鉆床而不用加工中心。②四面體并有平面的復雜孔系零件用臥式加工中心；單面的孔系或曲面的板件與端面凸輪等用立式；曲面加工如無數(shù)控銑床，也可用加工中心替代。4、機床的選用第23頁/共87頁③數(shù)控機床有高檔型、普通型、經(jīng)濟型之分。應盡可能用經(jīng)濟型，控制使用高檔型。④對于曲面加工機床，根據(jù)曲面形狀、精度與生產(chǎn)率選用二軸半、三軸、四軸、五軸等不同坐標軸數(shù)的機床。第24頁/共87頁對于母線為任意曲線的平面輪廓和立體曲面的加工，由于數(shù)控系統(tǒng)只具有直線與圓弧插補功能，故可用多個微小的直線段與圓弧段去逼近的加工方法。如圖，逼近線段的交點為節(jié)點，逼近誤差δ一般取零件公差的1/5－1/105、曲面加工與坐標軸數(shù)的選用第25頁/共87頁x、y、z三軸中任意兩軸作插補聯(lián)動，第三軸作單獨的周期進給，常稱二軸半聯(lián)動。如圖，加工的是一個個狹截面，稱“行切法”加工。根據(jù)表面粗糙度及刀頭不干涉相鄰表面的原則選取△x。行切法所用刀具通常用球頭銑刀，即指狀銑刀，計算比較簡單。球頭銑刀的刀頭半徑應選大些，但小于曲面的最小曲率半徑。（1）兩坐標聯(lián)動的三坐標行切法加工第26頁/共87頁用球頭銑刀加工曲面時，用刀心軌跡的數(shù)據(jù)進行編程。由于二軸半坐標加工的刀心軌跡為平面曲線，而切削點連線則是一條空間折線，從而在曲面上形成扭曲的殘留溝紋。但編程計算較為簡單，常用于曲率變化不大及精度要求不高的粗加工。第27頁/共87頁如圖，平行于yz坐標面的P平面為行切面，與曲面的交線為一平面曲線，則刀心軌跡為一空間折線。x、y、z三軸可同時插補聯(lián)動，用行切法加工曲面。常用于復雜空間曲面的精確加工，但編程計算復雜，所用機床的數(shù)控裝置需具備三軸聯(lián)動功能。（2）三坐標聯(lián)動加工第28頁/共87頁如圖直紋扭曲面，除了三個直角坐標運動外，為保證刀具與工件型面在全長始終貼合，刀具還繞O1

（或O2

）作擺角聯(lián)動。同時擺角運動導致直角坐標作附加運動，編程較為復雜。（3）四坐標加工第29頁/共87頁如圖螺旋槳是一坐標加工的典型零件之一，除了三個直角坐標運動外，為保證刀具與曲面始終貼合，刀具還作坐標A和坐標B的擺角運動，形成θi、αi的擺角運動，同時擺角運動導致直角坐標作附加運動，所以需要Z、C、X、A、B五坐標加工。編程相當復雜。（4）五坐標加工第30頁/共87頁三、工序設計

數(shù)控加工的工序設計是指一個零件在一次裝夾中連續(xù)自動加工直至加工結(jié)束那部分的工藝內(nèi)容；包括零件的裝夾方法與夾具選用、刀具選擇與工步劃分及其走刀路線、切削用量選擇等內(nèi)容。1、零件的裝夾與夾具要求：每一個零件在夾具上的裝夾必須精確定位，加工中不允許變形，力求減少零件的裝卸時間。

工序設計是保證加工質(zhì)量與生產(chǎn)效率的關鍵，是編寫加工程序的工藝依據(jù)。第31頁/共87頁①零件在夾具上的定位基準應與零件的設計基準或工藝基準一致；夾具在機床工作臺上的基準面與零件的定位基準面平行，并與機床坐標系一致。②夾具結(jié)構(gòu)應有足夠剛性，方便清除切屑。③確保刀具運動空間，避免刀具組件與夾具碰撞。④用組合夾具與可調(diào)夾具，小件用氣動或液壓夾緊。⑤批量較大的中小零件，可在夾具上裝夾幾個相同的零件或相似的零件加工；可用一把刀加工完所有零件的相同表面后換刀。第32頁/共87頁2、工步與走刀路線根據(jù)工序確定其工步、工步順序及每把刀具的走刀路線。首先根據(jù)該工序加工表面與毛坯的形狀、尺寸以及粗、精加工要求，確定哪些表面用何種刀具加工，從而確定所需的工步；再根據(jù)一般工藝原則確定工步順序；然后確定每把刀相對于工件的運動軌跡與方向（包括大余量切除的走刀次數(shù)與工作行程、空行程）及其切削參數(shù)。第33頁/共87頁如圖為車刀選用及其走刀路線。該零件毛坯為棒料，需7把刀；刀號1-7表示工步順序和每把刀的運動軌跡和方向。刀號1、3為粗車，2、4為精車，5、6、7分別為切槽、車端面及車螺紋。第34頁/共87頁確定走刀路線應考慮確保加工質(zhì)量、盡可能縮短走刀路線、編程計算簡單、程序段數(shù)量要少及“少換刀”等原則。①尋求最短走刀路線與最佳進給方式：主要是大余量切除的走刀次數(shù)要少，每一次走刀應切除盡可能多的加工內(nèi)容，盡量減少或縮短空行程。如圖為車削大余量走刀，用4次大的背吃刀量，再用一次精車全部外表面。第35頁/共87頁分層走刀時的切削終點位置

車刀每一次的切削終點依次提前一個距離e，這樣每次在切削終點處的切削深度都比較均勻。如果e=0，則每一刀都終止在同一位置，其切削深度將越來越大，造成切削時瞬時的重負責沖擊。第36頁/共87頁圓錐粗加工的加工路線

按等背吃刀量車正圓錐時，每一刀的終刀距為S，若圓錐大徑為D，小徑為d，錐長為L，背吃刀量為ap，則S=2Lap

/(D-d)，按此加工路線進行加工，刀具走刀距離較短。第37頁/共87頁

按不等背吃刀量車正圓錐時，當確定了背吃刀量ap后，即可車出圓錐輪廓，編程方便，但每次切削走刀時背吃刀量是變的，且走刀路線較長。

第38頁/共87頁圓弧粗加工：車圓法加工路線

車圓法切削，即用不同半徑圓來車削，最后將所需圓弧加工出來，此方法在確定了每次背吃刀量ap后，對90度圓弧的起點、終點坐標較易確定，左圖的走刀路線較短，右圖的空行程時間較長，此方法數(shù)值計算簡單，編程方便，常采用，可適合于較復雜的圓弧。第39頁/共87頁圓弧粗加工：車錐法加工路線

先車一個圓錐，再車圓弧，但要注意車錐時的起點和終點的確定，若確定不好，則可能損壞圓弧表面，也可能將余量留得過大，確定方法是連接OB交圓弧于D。過D點作圓弧的切線AC，由幾何關系得：BD為車錐時的最大切削余量，由AB和BC可確定車錐時的起點和終點。此方法數(shù)值計算較繁，但其走刀路線較短。

第40頁/共87頁圓弧粗加工：階梯法加工路線

采用階梯法切削時要注意每次切削后所留余量應相等，左圖所示的階梯法切削為不合理的切削路線，原因是切削后所留余量不均勻，且較大。第41頁/共87頁如圖為銑內(nèi)槽走刀路線。圖a用行切法，路線短，但工件輪廓周邊有較大的殘留余量。圖b為環(huán)切法，計算較復雜且路線較長。圖c用行切法粗銑，最后精銑輪廓一周，既保證了加工質(zhì)量，又使計算簡單，路線也較短。第42頁/共87頁如圖為陀螺轉(zhuǎn)子，用數(shù)控車床加工。圖a為矩形走刀路線，當軸向進刀時切削力陡增，排屑不暢，易崩刀。圖b為斜線走刀路線，切削截面由小逐漸增大，切削力漸增，排屑也暢，切削條件得以改善。由于取消了軸向進刀，程序段數(shù)可減少一半。第43頁/共87頁②內(nèi)、外圓與曲面的銑削應考慮切入和切出的延伸程序，確保平滑過渡，避免法向或Z向切入由于彈性變形而引起刀痕。如圖a為銑外圓輪廓，路線為A→1→B→2→B→3→C。如圖b為銑內(nèi)圓輪廓，路線為1→A→2→3（偏心圓）→B→4（工件輪廓）→B→5（偏心圓）→C→6→1。非圓曲線平面輪廓的銑削同樣要切入和切出延伸。第44頁/共87頁③避免在進給中途停頓：因此時刀具仍繼續(xù)運轉(zhuǎn)，由于切削力逐漸減小導致刀具彈性恢復而形成刀痕。④避免反向間隙對尺寸精度的影響：如孔距精度要求高時，刀具應同向進行點定位。⑤在確定走刀路線時應符合“少換刀”原則：在一次換刀后盡可能完成一個零件上的所有相同加工表面的加工，減少空行程與輔助時間。加工中心機床應避免在同一個零件的加工過程中重復換用同一把刀具；加工中心機床的加工往往按所用刀具劃分程序塊。第45頁/共87頁3、數(shù)控加工的工藝文件工序卡一般包括詳細的工步、刀具的刀號及類型與規(guī)格、刀具夾持件標準編號、切削參數(shù)等，還應附上工件加工面簡圖。如表。第46頁/共87頁在工序設計完成后即可制訂加工工序卡與刀具卡，作為編制加工程序單、工裝裝備的依據(jù)。首件試切后還應制訂機床調(diào)整卡。刀具卡進一步說明每一把刀具各組成（刀片、刀柄、刀桿與接桿）的名稱、規(guī)格、數(shù)量及刀具組件簡圖（外形圖）與預調(diào)尺寸。機床調(diào)整卡主要是控制面板上與速度、跳步、M01、冷卻、補償、鏡像對稱軸等有關的開關與調(diào)節(jié)旋鈕的位置以及零件裝夾等內(nèi)容的說明。第47頁/共87頁典型零件的加工工藝分析及實例一、蓋板零件的加工工藝零件分析機械加工中的常見零件

主要加工表面：平面和孔

零件材料：HT300第48頁/共87頁零件圖第49頁/共87頁零件圖樣分析鑄件毛坯尺寸：150×120×25mm第50頁/共87頁

零件圖樣分析不加工表面：四個側(cè)面加工表面：A面、B面、C面、孔、螺紋定位面：A面，在前道工序用手工銑削加工裝夾面：側(cè)面夾具：平口鉗加工機床：立式鏜銑加工中心第51頁/共87頁

加工方法

B面、C面：平面銑削加工尺寸精度無要求，表面粗糙度Ra6.3mm

加工方法采用粗銑+精銑方案￠50H7孔：毛坯孔鏜孔加工加工精度為IT7級，表面粗糙度Ra0.8mm

加工方法采用粗鏜+半精鏜+精鏜方案￠12H8孔：鉆孔加工加工精度為IT8級，表面粗糙度Ra0.8mm

加工方法采用鉆中心孔+鉆孔+擴孔+鉸孔方案第52頁/共87頁

加工方法￠18孔：锪沉孔無加工精度要求加工方法采用在￠12孔基礎上锪孔至尺寸方案

M16螺紋孔：螺紋孔加工加工精度為IT7級加工方法采用鉆中心孔+鉆底孔+倒角+攻螺紋方案第53頁/共87頁

加工順序

1、粗銑C平面留余量0.5mm

精加工余量：0.5mm

主軸轉(zhuǎn)速：500r/min

進給速度：70mm/min

背吃刀量：3mm刀具：￠100mm面銑刀刀具號：T01

刀補號：H01

走刀路線：如圖第54頁/共87頁

加工順序

2、精銑C平面至尺寸精加工余量：0mm

主軸轉(zhuǎn)速：750r/min

進給速度：50mm/min

背吃刀量：0.5mm刀具：￠100mm面銑刀刀具號：T01

刀補號：D01、H01

走刀路線：如圖第55頁/共87頁

加工順序

3、粗銑B平面留余量0.5mm

精加工余量：0.5mm

主軸轉(zhuǎn)速：500r/min

進給速度：70mm/min

背吃刀量：4.5mm

刀具：￠32mm立銑刀刀具號：T02

刀補號：D02、H02

走刀路線：如圖第56頁/共87頁

加工順序

4、精銑B平面至尺寸精加工余量：0mm

主軸轉(zhuǎn)速：750r/min

進給速度：50mm/min

背吃刀量：0.5mm

刀具：￠32mm立銑刀刀具號：T02

刀補號：D02、H02

走刀路線：如圖第57頁/共87頁

加工順序

5、粗鏜￠50H7孔至￠48mm

精加工余量：1mm

主軸轉(zhuǎn)速：400r/min

進給速度：60mm/min

刀具：￠48mm鏜刀刀具號：T03

刀補號：H03

走刀路線：如圖第58頁/共87頁

加工順序

6、半精鏜￠50H7孔至￠49.95mm

精加工余量：0.025mm

主軸轉(zhuǎn)速：500r/min

進給速度：50mm/min

刀具：￠49.95mm鏜刀刀具號：T04

刀補號：H04

走刀路線：如圖第59頁/共87頁

加工順序

7、精鏜￠50H7孔至尺寸精加工余量：0mm

主軸轉(zhuǎn)速：600r/min

進給速度：40mm/min

刀具：￠50mm鏜刀刀具號：T05

刀補號：H05

走刀路線：如圖第60頁/共87頁

加工順序

8、鉆4×￠12H8孔和3×M16中心孔主軸轉(zhuǎn)速：1000r/min

進給速度：50mm/min

刀具：￠3mm中心鉆刀具號：T06

刀補號：H06

走刀路線：如圖第61頁/共87頁

加工順序

9、鉆4×￠12H8孔至￠10mm主軸轉(zhuǎn)速：600r/min

進給速度：60mm/min

刀具：￠10mm麻花鉆刀具號：T07

刀補號：H07

走刀路線：如圖第62頁/共87頁

加工順序

10、擴4×￠12H8孔至￠11.85mm主軸轉(zhuǎn)速：300r/min

進給速度：40mm/min

刀具：￠11.85mm擴孔鉆刀具號：T13

刀補號：H13

走刀路線：如圖第63頁/共87頁

加工順序

11、锪4×￠18孔至尺寸主軸轉(zhuǎn)速：150r/min

進給速度：30mm/min

刀具：￠18mm鍵槽刀刀具號：T08

刀補號：H08

走刀路線：如圖第64頁/共87頁

加工順序

12、鉸4×￠12H8孔至尺寸主軸轉(zhuǎn)速：100r/min

進給速度：40mm/min

刀具：￠12mm鉸刀刀具號：T09

刀補號：H09

走刀路線：如圖第65頁/共87頁

加工順序

13、鉆3×M16底孔至￠14mm主軸轉(zhuǎn)速：450r/min

進給速度：60mm/min

刀具：￠14mm麻花鉆刀具號：T10

刀補號：H10

走刀路線：如圖第66頁/共87頁

加工順序

14、倒3×M16底孔端角主軸轉(zhuǎn)速：300r/min

進給速度：40mm/min

刀具：￠18mm麻花鉆刀具號：T11

刀補號：H11

走刀路線：如圖第67頁/共87頁

加工順序

15、攻3×M16螺紋孔主軸轉(zhuǎn)速：100r/min

進給速度：200mm/min

刀具：M16mm機用絲錐刀具號：T12

刀補號：H12

走刀路線：如圖第68頁/共87頁第69頁/共87頁零件名稱程序號共頁零件圖號材料第頁序號工序內(nèi)容刀具切削用量檢驗量具刀具補償備注T碼規(guī)格、名稱長度SF1銑外形T01高速鋼f8立銑刀1000500D01H01半徑補償長度補償2鉆孔T02高速鋼f10鉆頭800300H02長度補償3銑方槽T03高速鋼f8立銑刀1000200(垂直)D03H03半徑補償長度補償500(水平)4鉆孔T04高速鋼f8鉆頭800300H04長度補償5孔口倒角T05高速鋼f18鉆頭（90°）1000300H05長度補償加工工藝卡第70頁/共87頁機床型號零件號程序號刀具號工序內(nèi)容刀柄型號刀具名稱刀具偏置號備注直徑(mm)長度(mm)T01銑外形高速鋼立銑刀f8D01H01半徑補償長度補償T02鉆孔高速鋼鉆頭f10H02長度補償T03銑方槽高速鋼立銑刀f8D03H03半徑補償長度補償T04鉆孔高速鋼鉆頭f8H04長度補償T05孔口倒角高速鋼鉆頭（90°）f18H05長度補償?shù)毒呖ǖ?1頁/共87頁第72頁/共87頁一、直線與圓弧平面輪廓的基點計算

所謂基點，就是相鄰兩幾何元素（直線、圓弧、二次方程曲線）的交點或切點。應用初等數(shù)學中的幾何三角函數(shù)或聯(lián)立方程即可求解。3.3數(shù)值計算第73頁/共87頁

如圖，機床有刀具半徑自動補償時，只需計算輪廓基點、圓心坐標和刀具半徑；否則按零件輪廓以刀具半徑的等距方程計算刀心軌跡。第74頁/共87頁

生產(chǎn)中常見除圓以外的阿基米德螺線、拋物線、橢圓、雙曲線等二次曲線平面零件。

對只具有直線與圓弧插補功能的數(shù)控系統(tǒng)，常用多個微小的直線段或圓弧段去逼近。逼近線段的交點稱為“節(jié)點”，并按節(jié)點劃分程序段。逼近線段的近似區(qū)間愈大則節(jié)點數(shù)愈少，相應程序段也愈少，但逼近線段的誤差δ不得大于允許誤差。編程時，除計算逼近曲線的節(jié)點坐標值，還應計算與逼近線段相對應的銑刀中心軌跡的節(jié)點坐標值進行編程。二、非圓曲線的節(jié)點計算第75頁/共87頁1、等間距直線逼近的節(jié)點計算這是一種最簡方法，缺點是程序段數(shù)多。如圖所示。第76頁/共87頁已知方程y=f(x)，根據(jù)給定的等間距Δx求出xi，將xi代入y=f(x)即可求得一系列yi。xi、yi即為每個線段的終點坐標，并以該坐標值或?qū)牡缎淖鴺酥稻幹浦本€程序段。第77頁/共87頁2、等步長直線逼近的節(jié)點計算使所有逼近線段的長度相等，如圖所示，第78頁/共87頁步驟為：①確定允許的步長l≈2（2Rminδ）0.5②求Rmin③以曲線起點a為圓心，作半徑為l的圓方程交曲線y=f(x)于b點，得到xb、yb④以b,c…為圓心，重復步驟③即得其余節(jié)點坐標值。第79頁/共87頁3、等誤差直線逼近的節(jié)點計算使所有逼近線段的誤差