第4章 数控编程概述.ppt

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1、第4章数控编程概述 4 1数控编程基础知识4 2数控编程中的工艺分析与设计4 3零件数控加工工艺设计实例4 4数控编程中的数值计算习题 先来看一个实际加工的例子 在100X50X20板料上 用球头铣刀粗铣图所示凹槽至图纸尺寸 采用刀具半径补偿 注意选择插补平面 用 8球刀加工 以球头刀的刀心轨迹编程 详解 0586 主程序 N05G92G90X0Y0Z14 N10G00X 26Y 10 6Z16 N15M98P0486L1 N20G01Y 11 1Z15 N25M98P0486L44 N30G01Y11 1 N35M98P0486L1 N40G00X0Y0Z14 N45M30 0486 子程序

2、 N105G91G18G02X21 Z 21 R21 F200M13 N110G01X10 N115G02X21 Z21 R21 N120G01X 52 Y0 5F2000 N125G90M99 4 1数控编程基础知识 4 1 1数控编程的概念在普通机床上加工零件时 一般应由工艺人员按照设计图样事先制定好零件的加工工艺规程 工艺规程中包括零件的加工工序 切削用量 机床的规格及刀具 夹具等内容 数控机床则按照事先编制好的加工程序 自动对被加工零件进行加工 把零件的加工工艺路线 工艺参数 刀具的运动轨迹 位移量 切削参数 主轴转速 进给量 切削深度等 以及辅助功能 换刀 主轴正反转 切削液开 关等

3、 按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单 输入到数控机床的控装置中 从而控制机床加工零件 这一过程称为数控程序的编制 4 1 2数控编程的内容与步骤1 数控编程的内容数控编程的主要内容有 分析零件图样 确定加工工艺过程 数值计算 编写零件加工程序单 输入程序 传送程序 程序校验 首件试切 2 数控编程的步骤数控编程的步骤一般如图4 1所示 图4 1数控编程步骤 1 分析图样 确定加工工艺过程 2 数值计算 根据零件的几何尺寸 确定的工艺路线及设定的坐标系 计算零件粗 精加工各运动轨迹 得到刀位数据 3 编写零件加工程序单 4 输入 传送程序 5 程序校验与首件试切 4 1 3零件

4、程序的格式零件程序是用来描述零件加工过程的指令代码集合 由程序号 程序段组成 如下所示是在一块平板上铣削圆环槽的零件程序 O40 程序号N10G00X10Y25Z1S1250M03 主轴启动 快速定位到 10 25 1 N20G01Z 5F100 进给到 10 25 5 N30G02X10Y25I20J0F125 X Y平面顺时针铣圆弧N40G00Z100M05 快速退回 主轴停止N50X 20 快速退回N60M30 程序结束M30 1 程序号程序号是零件程序的存储代号 与文件名的作用相似 它一般以特殊符号开头 后续数字码 2 程序段一个程序段由若干个功能指令字组成 用来指定一个加工步骤 其一

5、般格式为 4 1 4数控编程的种类数控编程一般分为手工编程和自动编程两种 1 手工编程对于手工编程 图4 1所述各编程步骤都是由人工来完成的 2 自动编程自动编程即用计算机编制数控加工程序 编程人员只需根据图样的要求 使用数控语言编写出零件加工源程序 送入计算机 由计算机自动进行数值计算 后置处理 编写出零件加工程序单 将加工程序通过直接通信的方式送入数控机床 指挥机床工作 4 2数控编程中的工艺分析与设计 4 2 1数控加工工艺设计准备1 选择并决定进行数控加工的内容选择并决定对某个零件进行数控加工后 并不等于要加工该零件的所有加工内容 而可能只是对其中的一部分进行数控加工 在选择数控加工内

6、容时 一般可按下列顺序考虑 1 通用机床无法加工的内容应作为优先选择的内容 2 通用机床难加工 质量也难以保证的内容应作为重点选择的内容 3 通用机床加工效率低 工人手工操作劳动强度大的内容 可在数控机床尚存在富余能力的基础上进行选择 一般来说 上述这些加工内容采用数控加工后 产品质量 生产效率与综合经济效益等方面都会得到明显提高 相比之下 下列一些加工内容则不宜选择数控加工 1 需要通过较长时间占机调整的加工内容 如零件的粗加工 特别是铸 锻毛坯零件的基准平面 定位面等部位的加工等 2 必须按专用工装协调的孔及其它加工内容 因为对这类加工内容来说 采集编程用的数据有困难 协调效果也不一定理想

7、 3 按某些特定的制造依据 如样板 样件 模胎等 加工的型面轮廓 因为难取数据 易与检验依据发生矛盾 增加了编程难度 有数学表达式的例外 4 不能在一次安装中加工完成的其它零星部位 采用数控加工很繁杂 效果不明显 可安排通用机床补加工 2 对零件图进行数控加工工艺性分析 1 审查与分析零件图纸中的尺寸标注方法是否适应数控加工的特点 2 审查与分析零件图中构成轮廓的几何元素是否充分 3 审查与分析定位基准的可靠性 4 审查和分析零件所要求的加工精度 尺寸公差是否都可以得到保证 3 零件毛坯的工艺性分析零件毛坯的工艺性分析一般从下面几个方面考虑 1 毛坯的加工余量是否充分 批量生产时的毛坯余量是否

8、稳定 2 分析毛坯在安装 定位 夹紧 方面的适应性 3 分析毛坯本身的余量大小及均匀性 4 2 2数控加工工艺的设计过程1 机床的选择不同类型的零件应在不同的数控机床上加工 要根据零件的设计要求选择机床 2 加工工序的划分数控加工工序的划分一般有如下三种方法 1 刀具集中分序法 按所用刀具划分工序 用同一把刀具加工完零件上所有可以加工的部位 再用第二把 第三把刀完成它们可以加工的其它部位 2 加工部位分序法 对于加工内容很多的零件 可按其结构特点将加工部位分成几个部分 如内形 外形 曲面或平面等 3 先粗后精分序法 对于易发生加工变形的零件 由于粗加工后可能发生变形而需要进行校形 故一般来说凡

9、要进行粗 精加工的部件都要将工序分开 3 加工顺序的安排安排加工顺序一般应按下列原则进行 1 上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧 中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑 2 先进行内型腔加工工序 后进行外形加工工序 先内后外 3 以相同定位 夹紧方式或同一把刀具加工的工序 最好接连进行 以减少重复定位 换刀以及挪动压板的次数 4 在同一次安装所进行的多道工序中 应先安排对工件刚性破坏较小的工序 4 工件装夹方式的确定1 定位基准与夹紧方案的确定在确定定位基准与夹紧方案时应注意下列三点 1 力求设计 工艺与编程计算的基准统一 2 尽量减少装夹次数 尽可能做到在一次定位装夹后就能加工出全

10、部待加工表面 3 避免采用占机人工调整式方案 2 夹具的选择数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求 一是要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 还应考虑下列几点 1 当零件加工批量小时 尽量采用组合夹具 可调式夹具及其它通用夹具 2 当小批或成批生产时 才考虑采用专用夹具 但应力求结构简单 3 夹具要开敞 其定位 夹紧机构的元件不能影响加工中的走刀 如产生碰撞 4 应力求夹紧力通过靠近主要支承点或在支承点所组成的三角形内 或靠近切削部位并在刚性较好的地方 尽量不要在被加工孔的上方以减少零件变形 5 装卸零件要方便 可靠 以缩短准备时间 有条件

11、时 批量较大的零件应采用气动或液压夹具 多工位夹具 5 对刀点与换刀点的确定 1 找正容易 2 编程方便 3 对刀误差小 4 加工时检查方便 可靠 刀位点 用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点 镗刀 钻头 立铣刀 端铣刀 面铣刀 指状铣刀 球头铣刀 车刀 6 走刀路线的选择工步的划分与安排一般可随走刀路线来进行 在确定走刀路线时 主要考虑下列因素 1 保证零件的加工精度要求 2 方便数值计算 减少编程工作量 3 寻求最短加工路线 减少空刀时间以提高加工效率 4 尽量减少程序段数 5 为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求 最终轮廓应安排最后一次走刀连续加工出来 6 刀具的进 退刀 切入

12、与切出 路线要认真考虑 以尽量减少在轮廓处停刀 切削力突然变化造成弹性变形 而留下刀痕 也要避免在工件轮廓面上垂直下刀而划伤工件 在选择走刀路线时 下述情况应充分注意 1 孔加工 图4 2是精镗孔4 30H7孔的加工示意图 由于孔的位置精度要求较高 因此安排镗孔路线问题就显得比较重要 安排不当就有可能带入机床进给机构的反向间隙 直接影响孔的位置精度 图4 3是图4 2的加工路线示意图 从图4 3不难看出 方案a由于 孔与 孔的定位方向相反 因而机床X向进给机构的反向间隙会使定位误差增加 而影响 孔与 孔的位置精度 图4 2镗孔加工示意图 图4 3镗孔加工路线示意图 a 方案a b 方案b 2

13、铣削内 外轮廓 铣切外轮廓时 要安排刀具从切向进入轮廓进行铣削加工 在外轮廓加工完毕之后 不要在切点处取消刀补和退刀 要安排一段沿切线方向继续运动的辅助路线 这样可以避免在取消刀补时刀具与工件相撞而造成刀具和工件的报废 例如 铣削外圆的加工路线如图4 4所示 图4 4铣削外圆的加工路线 外圆切向进刀实例 车削或铣削 原则 尽量采用切向切入 出 如果不采用径向切入 出 在零件的表面则容易产生进 出刀痕迹 切向切入 径向切入 图4 5铣削内圆的加工路线 内圆切向进刀 3 曲面轮廓加工 曲面轮廓的加工工艺较平面轮廓要复杂得多 加工时要根据曲面形状 刀具形状以及零件的精度要求选择合理的走刀路线 图4

14、6曲面轮廓加工走刀路线 4 型腔加工 型腔是指以封闭曲线为边界的平底或曲底凹坑 加工平底型腔时一律用平底铣刀 且刀具边缘部分的圆角半径应符合型腔的图样要求 型腔的切削分两步 第一步切内腔 第二步切轮廓 切轮廓通常又分为粗加工和精加工两步 粗加工的走刀路线如图4 7所示 从型腔轮廓线向里偏置铣刀半径R并且留出粗加工余量y 图4 7型腔轮廓粗加工图 图4 8型腔区域加工走刀路线 7 加工刀具的选择在数控机床上进行铣削加工时选择刀具要注意如下要点 1 平面铣削时应选用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀 2 一般铣削时 尽量采用二次走刀加工 第一次走刀最好用端铣刀粗铣 沿工件表面连续走刀 3 选好每次走刀的

15、宽度和铣刀的直径 使接刀痕不影响精切走刀精度 可转位刀片 4 精加工时 铣刀直径要选大些 最好能包容加工面的整个宽度 5 立铣刀和镶硬质合金刀片的端铣刀主要用于加工凸台 凹槽和箱口面 图4 9数控机床用的立铣刀 a 轴向进给加工的立铣刀 b 非等距立铣刀 c 加强刚度的立铣刀 6 为了提高槽的加工精度 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铣槽的两边 7 铣削平面零件的周边轮廓一般采用立铣刀 刀具的结构参数估算如下 刀具半径R应小于零件内轮廓的最小曲率半径 一般取R 0 8 0 9 零件的加工高度H 1 4 1 6 R 以保证刀具有足够的刚度

16、切削时的加工宽度aw D 3 D 刀具直径 粗加工内型面时 刀具直径可按下式估算 参考图4 10 式中 1 槽的精加工余量 加工内型面时的最大允许精加工余量 零件内壁的最小夹角 D 工件内型面最小圆弧直径 图4 10刀具直径估算 图4 11曲面轮廓加工常用刀具 车刀 铣刀 钻镗刀 8 切削用量的确定在确定切削用量时需注意以下一些内容 1 在选择切削用量时要保证刀具能加工完一个零件 或者能保证刀具的耐用度不低于一个班 最小也不能低于半个班的作业时间 2 切削深度主要受机床 工件和刀具的刚度限制 在刚度允许的情况下 尽可能使切削深度等于零件的加工余量 这样可以减少走刀次数 提高效率 3 对于精度和表面粗糙度有较高要求的零件 应留有足够的加工余量 一般加工中心的精加工余量较普通机床的精加工余量小 主轴转速n要根据允许的切削速度v来选择 即 式中 n 主轴转速 r min D 刀具直径 mm v 切削速度 m min 受刀具耐用度的限制 图4 12进给速度的确定 程序编制中 在选择进给量 或进给率 时需要注意零件加工中的某些特殊情况 例如 当加工圆弧时 切削点的实际进给速度并不等于编程数值 从