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1、,数控编程模块的教学设计,南京航空航天大学 陈蔚芳 Email：meewfchen Tel:025-84892509,一、教学目标、内容、重点分析,二、教学内容的组织,三、教学方法,提 纲,教学目标,教学内容分析,教学重点,一、教学目标、内容、重点分析,1）掌握中等复杂零件数控工艺分析方法； 2）掌握中等复杂零件的手工与自动编程方法。,编程基础知识、数控工艺分析、数学处理、 各类数控机床手工编程案例分析、自动编程。,数控工艺分析，编程案例分析。,教学目标：,教学内容分析：,教学重点：,二、教学内容的组织,编程基础,如何简化编程？ 宏程序、自动编程,如何编程？ 工艺、数学处理、编程,编程发展,1
2、. 编程基础,2）刀具相对工件运动轨迹信息？,（1）为什么用NC代码？,用NC代码描述刀具相对工件的运动路线。,1）机床、刀具、工件、夹具信息？,以孔加工或二维轮廓加工为例说明。,刀具信息：刀具半径、长度、切削用量？ 机床信息：机床坐标轴的运动及联动、辅助动作等？ 工件信息：轮廓轨迹？ 夹具信息：夹紧位置、定位位置等？,1）如何设计数控代码？,字地址程序段格式：,N- G- X- Y- Z- F- S- T- M-；,2）有哪些功能需求？,（2）NC代码的规范定义,格式特点，含哪些信息？工艺系统信息如何体现？,介绍坐标系及常用功能代码等。,3）了解数控代码定义的标准及发展历程（互动）,要求学生
3、查阅相关数控代码标准，了解其发展历程，掌握代码的定义及功能。要求学生查阅并了解不同数控系统（发那克、西门子、海德汉等）的代码。 启发式思考：如果数控系统功能增多了，超过100种，该如何定义？字地址、功能字的含义能否改变？不同的数控系统是否能完全统一？现有代码有无不足？能否用新的代码来取代？等。,Fanuc 30i,重点掌握内容：,坐标轴的命名及方向； 机床坐标系、工件坐标系、参考点； 数控程序结构； 常用工艺指令； ,2. 如何编程？,工艺分析是核心，数学处理是关键。,合理的工艺分析,正确的数学处理,可行的数控程序,（1）如何进行工艺分析？（类比法）,1）数控工艺与普通工艺的比较。,提问1：普
4、通工艺主要内容有哪些？,引导学生回忆所修相关课程，通过讨论方式 列出普通工艺主要内容；,（机械制造技术基础或机械制造工艺等课程）,提问2：数控机床与普通机床的最大不同？,给出相关结构图片，互动讨论。,从刀夹具、走刀路线、切削用量等方面重点讨论分析。,夹具结构有何不一样（组成）？,提问3：普通工艺与数控工艺有哪些异同点？,例如：,给出相关夹具图片，互动讨论。着重使学生对一些问题要知其所以然，例如：为什么可以没有导向装置？为什么加工部位要敞开？,以加工中心为例，讨论工序集中与分散。,通过零件加工视频的放映，进行提问。,工序的安排,普通工艺： 先粗后精、先面后孔、先主后次、基准先行； 数控工艺： 是
5、否遵循？还应考虑的原则？,先进行内形内腔加工，后进行外形加工工序； 同定位、同夹紧最好一起进行，以减少重复定位； 用同刀具加工的工序最好一起进行，节省换刀时间； 同一次装夹的多道工序，先安排对工件刚性破坏小的工序。,1)在数控加工中，加工工序往往较集中(尤其是加工中心）; 2)装夹时以统一基准定位十分重要。 为什么？可以减少重复定位误差。如何实现？因此往往需要在毛坯上增加一些工艺凸台或工艺孔。,通过例子分析，进行总结，加深对相关工艺理解。,例如：从上述分析中，可以得到：,2）普通数控工艺与高速加工数控工艺的比较。,提问1：什么是高速加工？,视频放映，互动讨论。,高速切削是一个相对的概念，一般指
6、主轴的高转速和高进给速度以及高进给加速度。 通常认为：切削速度超过普通切削的5-10倍； 机床主轴转速10000-20000r/min以上； 进给速度达15-50m/min，最高可达90m/min。,尽量选择刀具未处于切削状态的时候改变进给方向。例如下面两个例子：,提问2：高速加工机床与普通数控加工机床有何不同？,必须同时具有高速主轴系统和高速进给系统，才能实现材料切削过程的高速化。,油雾润滑的陶瓷滚珠轴承,电主轴、直线电机等,提问3：高速加工工艺与普通数控工艺的不同点？,给出一些图片，组织学生从加工路线、刀具与刀柄等方面进行讨论。,尽量选择刀具未处于切削状态的时候改变进给方向。例如下面两个例
7、子：,尽量选择刀具未处于切削状态的时候改变进给方向。例如下面两个例子：,利用圆弧导出（导入）使切削方向改变,加工路线：,尽量选择刀具未处于切削状态的时候改变进给方向,尽量选择刀具未处于切削状态的时候改变进给方向。例如下面两个例子：,刀具完全导出的时候改变切削方向,加工路线：,在加工型腔等特殊的形状时，由于刀具没有办法导出，编程时，转角部分尽量采用圆弧等过渡，以便使转向尽量平稳，如果能够在转角的时候适当降低进给速度，那么效果会更好。,加工路线：,D型拐角过渡,加工路线：,光滑进退刀的方法：采用螺旋线、圆弧和斜线方式进退刀，保证光滑进退刀。,高速加工：摆线刀轨，全方位加工，力均匀。,刀具与刀柄：,
8、有德国HSK刀柄、美国KM刀柄等。 HSK刀柄及KM刀柄均为1:10的锥度，采用主轴锥孔和刀柄端面过定位的方式，实现刀具的定位夹紧。,常用的刀具材料有硬质合金、涂层硬质合金、金属陶瓷、立方氮化硼（PCBN）和聚晶金刚石（PCD）等。,切削深度：,根据浅切削、小层深的分层原则，采用合理分层加工的方法来实现加工的合理性与载荷的恒定。,由浅入深，分层次讨论各类零件的数学处理内容。,（2）如何进行数学处理？,1）孔类加工,2）平面加工,3）直线、圆弧类二维轮廓及型腔加工,a）行切加工刀具轨迹,d) 带岛型腔环切加工刀具轨迹,b）环切加工刀具轨迹,c) 带岛型腔行切加工刀具轨迹,第三讲 数控加工编程方法
9、,4）多个型腔加工,5）非圆曲线二维轮廓加工,等步长法 等误差法 等间距法 双圆弧法,5）非圆曲线二维轮廓加工,等间距法,一般先取X=0.1进行试算，再验算允？,5）非圆曲线二维轮廓加工,等步长法,5）非圆曲线二维轮廓加工,等误差法,5）非圆曲线二维轮廓加工,双圆弧法,6）列表曲线轮廓加工,6）列表曲线轮廓加工,式 中：,7）曲面零件加工,7）曲面零件加工,行距的影响因素: 刀具形状与尺寸 零件表面几何形状与安装方位 走刀进给方向 允许的表面残余高度要求,列表曲面数学处理流程：,由型值点坐标、边界条件,曲面方程 S(u,w）,步长、行距,u、w,由：S（u,w） 求：插补点坐标、切矢,7）曲面
10、零件加工,(3) 如何编写数控代码？,采用案例教学：车、铣、加工中心各举12例，在介绍完各类机床工艺、编程特点和基本指令后，详细讨论按照走刀路线用数控代码编制程序的过程。 所举例子要精心选择。,例1：车削编程1,图示是模具芯轴的零件简图。零件的径向尺寸公差为0.01mm，角度公差为0.1，材料为45钢。毛坯尺寸为66mm100 mm，批量 30件。,首先进行工艺分析，制定加工方案： 工序1： 用三爪卡盘夹紧工件一端，加工6438柱面并调头打中心孔。,工序2：用三爪卡盘夹紧工件64一端，另一端用顶尖顶住。加工2462柱面。,工序3： 钻螺纹底孔；精车20表面，加工14锥面；攻螺纹。,工序4 加工
11、圆弧面、26圆柱面、角15锥面和角15倒锥面。 l）先用复合循环若干次一层层加工，逐渐靠近由EFGHI等基点组成的回转面。后两次循环的走刀路线都与BC一DEFGHIB相似。完成粗加工后，精加工的走刀路线是BCDEFGHIB，如图所示。 2）再加工出最后一个15的倒锥面。,例2：车削编程2,先进行外圆面和内孔面的粗加工； 进行端面、外圆面精加工； 内孔面的精加工； 内槽加工； 调头加工左端面。,工 艺 路 线,外圆粗加工用G90外圆循环指令一刀完成； 用G01完成端面和外圆表面的精车； 内表面加工用G71内径复合循环进行粗车； 内孔车刀运用G70精车循环进行内表面的精车。,O0002； N20
12、M03 S800 T0101； 主轴正转，转速600r/min，选择外圆车刀 N30 G00 X40. Z2.； 刀具快速定位到工件附近 N40 G90 X34.5 Z-19.8 F0.2；粗车外圆至34.5长19.8 N50 G00 X100 Z150; 刀具快速返回到换刀点 N60 T0303 S400; N70 G00 X16 Z2;,N80 G71 U1 R0.5; 内孔粗车循环 N90 G71 P100 Q170 U-0.5 W0.2； N100 G00 X38.； 刀具X向进刀 N110 G41 G01 X28.4 Z2 C1 F0.08；车C1倒角，左补偿 N120 X26 Z-
13、10；车1：5锥度 N130 X22.5 C1；台阶面并倒角 N140 Z-20.； 车22.5至深20 N150 X18 C1； 台阶面并倒角 N160 Z-40； 车18至深40 N170 G40X16； X向退刀并取消刀具半径补偿 N180 G00 X100 Z150；刀具快速返回到换刀点,N190 M03 S1500 T0101；主轴转速1200r/min，选外圆车刀 N200 G00 X26 Z2； 刀具快速定位到工件附近 N210 G01 ZO F0.08； Z向进刀 N220 X34 C1； 车右端面并倒角 N230 Z-20； 车34至长20 N240 X36； 车台阶面至36
14、 N250 U6 W-3； 倒角 N260 G00 X100. Z150.；刀具快速返回到换刀点,N270 M03 S600 T0303；主轴转速600r/min，选择内孔车刀 N280 G00 X16 Z2； 刀具快速定位到工件附近 N290 G70 P100 Q170； 精车内表面 N300 G00 X100 Z150； 刀具快速返回到换刀点 N310 T0404； 换内沟槽刀 N320 G00 X20 Z2； 刀具快速定位 N330 G01 Z-20 F0.3； 进刀 N340 X25.5； 车槽 N350 X20 F0.2； 退刀 N360 G00 Z100； Z向退刀 N370 X1
15、00； X向退刀 N380 M30； 程序结束,例3：铣削编程1,A、B已加工，28mm孔已加工。问：槽腔走刀路线？刀具？ 先加工大槽腔，后加工7个小腰形孔。大槽腔加工采用环切，小腰形孔呢？几次环切？大槽腔加工数学处理简单，小腰形孔数学处理呢？,例4：加工中心编程1,毛坯为100mm80mm27mm的方形坯料，材料45钢，且底面和四个轮廓面均已加工好，要求在立式加工中心上加工顶面、孔及沟槽。,加工顶面； 加工32孔； 加工60沉孔及沟槽； 加工4M87H螺孔； 加工212孔； 加工36孔。,工 步 内 容,O1011; N3 G91 G28 Z0.; N5 M06 T01; N8 G90 G5
16、4 G00 X120. Y0.; N9 M03 S240;,N10 G43 Z100. H01; N11 Z0.5; N12 G01 X-120. F300; N13 G00 Z100. M05; N14 G91 G28 Z0. M05; / M00；,工步1：粗铣顶面,工步9：精铣顶面,N11 Z0.5;,N110 Z0.;,Z0,工步2：钻32、 12孔中心孔,N16 M06 T02; N19 G90 G54 G00 X0. Y0.; N20 M03 S1000; N21 G43 Z100. H02; N22 G99 G81 Z-5. R5. F100;,N23 X-36. Y26.; N24 G98 X36. Y-26.; N25 G80 G91 G28 Z0. M0
