数控加工基础知识电子教案

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1、Mastercam,1,数控加工基础知识,教研室主任（签名） 备课日期 年 月 日周,Mastercam,2,第四章 数控加工基础,零件加工,Mastercam,3,41零件图纸分析：,零件作用及受力情况分析：此零件为一棘轮，表面承受摩擦力、弯曲和扭矩 零件材料：20Cr 主要技术要求：尺寸精度IT7 位置精度：各槽的位置度0.05mm；平行度：0.03mm 表面粗糙度：槽Ra1.6m,Mastercam,4,2确定数控机床上加工的内容,对于某些零件来说，并非全部加工工艺过程都适应在数控机床上完成，而往往只是其中的一部分适应于数控加工。因此，有必要对零件图样进行仔细分析，选择那些最适合、最需要

2、进行数控加工的内容和工序。同时，还应结合本单位的实际情况，立足于提高生产效率和充分发挥数控加工的优势，一般可按下列原则，选择数控加工内容： (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，可在数控机床尚存富余能力的基础上进行选择。 通常情况下，上述加工内容采用数控加工后，产品的质量、生产率与综合经济效益等指标都会得到明显的提高。,Mastercam,6,44数控加工工序的设计,数控加工工序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内容、切削用量、工艺装备、定位夹紧方式及

3、刀具运动轨迹都确定下来，为编制加工程序做好充分准备。 1、确定走刀路线和工步顺序 2、定位与夹紧方案的确定 3、刀具的选择 4、数控加工专用技术文件的编写,Mastercam,7,4.4.1 确定走刀路线和工步顺序,走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹，不但包括了工步的内容，而且也反映出工步的顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。 因此，在确定走刀路线时最好画一张工序简图，画出已经拟定的走刀路线 (包括进、退刀路线)，以方便编程。,Mastercam,8,在确定走刀路线时，主要遵循以下原则：,（1）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。 （2）应使刀具路径最短，减少刀具空行程时间

4、，提高加工效率。 （3）应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。,Mastercam,9,当铣削二维图形零件时，多采用立铣刀侧刃切削。刀具切入、切出工件时，避免沿零件轮廓的法线方向切入或切出；应沿轮廓切线的方向切入或切出，以保证零件轮廓平滑过渡。,刀具的切入切出过渡,内轮廓切入切出过渡,Mastercam,10,无交点内轮廓加工刀具的切入切出,Mastercam,11,用圆弧插补方式铣削整圆外侧面时，不要在切点处直接退刀，而应让刀具沿切线方向多运动一段距离，以免取消刀补时，刀具与工件表面相碰，造成工件报废。铣削内圆弧时也要遵循从切向切入的原则，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线，这样

5、可以提高内孔表面的加工质量。,Mastercam,12,铣削曲面时，常用球头铣刀采用行切法进行加工。,曲面加工路线,Mastercam,13,用行切法加工和环切法加工凹槽的走刀路线；图(c)所示为先用行切法，最后环切一刀光整轮廓表面。三种方案中，(a)图方案最差，(c)图方案最好,为提高工件表面的精度和减小粗糙度，可以采用多次走刀的方法，而且精铣时宜采用顺铣，最终轮廓安排的最后一次走刀路线应连续地将表面加工出来，以减小零件被加工表面粗糙度的数值。,Mastercam,14,4.4.2定位与夹紧方案的确定,工件的定位基准与夹紧方案的确定，应遵循定位基准的选择原则与工件夹紧的基本要求。此外，还应该

6、注意下列三点： （1）力求设计基准、工艺基准与编程原点统一，以减少基准不重合误差和数控编程中的计算工作量。 （2）设法减少装夹次数，尽可能做到一次定位装夹后能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以减少装夹误差，提高加工表面之间的相互位置精度，充分发挥数控机床的效率。 （3）避免采用占机人工调整式方案，以免占机时间太多，影响加工效率。,Mastercam,15,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，重点考虑以下几点： （1）单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其他通用夹具，以缩短生产准备时间

7、和节省生产费用； （2）在成批生产时，应考虑采用专用夹具，并力求结构简单； （3）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间； （4）夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等)； （5）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。,Mastercam,16,4.4.3刀具的选择,刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量。另外，数控机床主轴转速比普通机床高12倍，且主轴输出功率大，因此与传统加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高

8、、强度大、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并合理选择刀具结构、几何参数。,Mastercam,17,选用数控铣刀时应注意以下几点。,（1）在数控机床上铣削平面时，应尽量采用可转位式硬质合金刀片铣刀。当两次走刀（粗铣、精铣各一次）并连续切削时，粗铣刀直径要小些以减小切削扭矩，精铣刀直径要大一些，最好能包容待加工表面的整个宽度。加工余量大且加工表面又不均匀时，刀具直径要选得小一些，否则，会因接刀刀痕过深而影响加工质量。 （2）高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽，最好不要用于加工毛坯面，因为毛坯面有硬化层和夹砂现象，会加速刀具的磨损。,Mas

9、tercam,18,（3）加工余量小，并且要求表面粗糙度较低时，应采用立方氮化硼(CBN)刀片端铣刀或陶瓷刀片端铣刀。 （4）加工精度要求较高的凹槽时，可采用直径比槽宽小一些的立铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具的半径补偿功能铣削槽的两边，直至达到精度要求为止。 （5）在数控铣床上钻孔，一般不采用钻模。钻深孔时，可采用固定循环指令，多次自动进退，以利于冷却和排屑。钻孔前最好先用中心钻钻一个中心孔或采用一个刚性好的短钻头锪孔引正，锪窝除了可以解决毛坯表面钻孔引正问题外，还可以替代孔口倒角。,Mastercam,19,粗、精加工时切削用量的选择原则如下：,（1）粗加工时切削用量的选择原则 首先尽

10、可能大的选取背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性等限制条件，尽可能大的选取进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。 （2）精加工时切削用量的选择原则 首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的表面粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。,Mastercam,20,对刀点与换刀点的确定:,在编程时，应正确地选择“对刀点”和“换刀点”的位置。所谓“对刀点”就是数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起始点。“对刀点”的选择原则如下： （1）便于用数字处理和简化程序编制； （2）在机床上找正容易，加工中便于检查； （3）有利于提高加工

11、精度。,Mastercam,21,4.4.4 数控加工专用技术文件的编写,为了加强技术文件管理，数控加工专用技术文件也应标准化、规范化，但目前国内尚无统一标准，下面介绍几种数控加工专用技术文件，仅供参考使用。,Mastercam,22,数控加工刀具卡片,Mastercam,23,数控加工工序卡片,Mastercam,24,MasterCam 加工,由MasterCam生成NC加工程序，首先要生成NCI刀具路径文件，即含有刀具轨迹数据以及辅助加工数据的文件，它是由已建立的工件几何模型生成的，然后由后处理器将零件的NCI文件翻译成具体的NC加工程序。 在数控机床加工系统中，生成刀具路径之前首先需要

12、对加工工件的大小、材料及刀具等参数进行设置。,Mastercam,25,4.5 工件设置,在主菜单中顺序选择ToolpathsJob setup选项后，打开Job setup（工作设置）对话框。 对于铣床加工，可以采用以下几种方法来设置工件外形尺寸： 在“Job setup”对话框的X、Y和Z输入框中输入工件长、宽、高的尺寸。 单击“Select corners”按钮，在绘图区选取工件的两个对角点。 单击“Bounding box”按钮后，在绘图区选取几何对象，系统用选取对象的包络外形来定义工件的大小。 在Mastercam铣床加工系统中，工件坐标原点可以直接在“Stock Origin”输入

13、框中输入工件原点的坐标，也可单击“Select origin”按扭，在绘图区选取一点作为工件的原点。 在 “Job setup”对话框中选Display stock复选框后，将在屏幕中显示出毛坯边界。进行全屏显示时毛坯边界不作为图形显示。选中Fit screen to stock复选框后，在进行全屏显示操作时，显示对象包括毛坯边界。,Mastercam,26,“Job setup”对话框,Mastercam,27,4.6 刀具设置,在生成刀具路径前，首先要选取该加工中使用的刀具。加工作业所用刀具由刀具管理器管理。单击“Job Setup”对话框中的“Tools”按钮，或在主菜单中顺序选择NC

14、utilsDef.tools Current选项，打开刀具管理器，通过该管理器可以对当前刀具进行设置。 在“刀具管理器”对话框中的任意位置单击鼠标右键，打开快捷菜单，可通过该快捷菜单各选项对刀具进行设置。,Mastercam,28,Edit tools（编辑刀具参数） Edit tools选项用来编辑当前已选刀具的参数。选择该选项后，打开 “Define tools”对话框。对于不同外形的刀具，该选项卡的内容不尽相同，一般包括以下几个参数： Diameter：刀具直径。 Flute：刀具排屑槽长度。 Shoulder：刀具从刀尖到切口肩的长度。,Mastercam,29,Overall：刀具外

15、露长度。 Arbor：刀柄直径。 Holder：设置夹头的长度与直径。 Tools#：刀具编号，刀具在数控机床刀具库中的编号。 Station：刀具位置号，数控机床中的刀具如果是以刀座位置编号，则可在此添入编号。 Capable of：设置刀具适用的加工类型，分别为Rough（粗加工）、Finish（精加工）、Both（都可以用）。,Mastercam,30,“Define Tool”对话框,Mastercam,31,由于系统默认的刀具类型为Flat End Mill（端铣刀），若要选取其他类型的刀具，则可以单击“Define Tools”对话框中的Tools Type标签，在 “Tools

16、Type”对话框中选择需要的刀具类型。当选定了刀具类型后，返回到该类型刀具的参数设置选项卡。 单击Parameters标签，打开 “Parameters”对话框。该选项卡主要用于设置刀具在加工时的有关参数。主要参数的含义如下： Rough XY step（%）：粗加工时在垂直于刀具进给方向的步距增量，按刀具直径的百分比计算该步距量。,Mastercam,32,Finish XY step：精加工时在垂直于刀具进给方向的步距增量，按刀具直径的百分比计算该步距量。 Rough Z step：粗加工时在沿刀具轴向的步距增量，按刀具直径的百分比计算步距量。 Finish Z step：精加工时在沿刀具轴向的步距增量，按刀具直径的百分比计算该步距量。 Required Pilot dia：镗孔、攻丝时的底孔直径。 Dia offset number：刀具半径补偿号，此号为有刀具半径补偿功能的数控机床中的刀具半径补偿器号码。,Mastercam,33,“Parameters”对话框,Mastercam,34,Length offset number：刀