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1、数 控 技 术 概 论及 加 工 编 程(5),制作：周利平,西华大学机械工程与自动化学院,第五章 数控编程技术,第一节 数控加工的工艺设计,一、数控加工内容的选择,通用机床无法加工的内容应作为优选内容； 通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容； 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。,工艺设计是对工件进行数控加工的前期工艺准备工作，合理的工艺设计方案是数控编程的依据。编程人员必须首先搞好工艺设计，然后再考虑编程。,数控加工工艺与普通加工工艺在原则上基本相同，但又有其特点：,数控加工的工序内容复杂 数控加工程序的编制复杂,
2、工艺内容明确而具体,对刀点、换刀点,二、数控加工工艺性分析,尺寸标注应符合数控加工的特点,宜用同一基准引注或坐标式尺寸,零件轮廓几何要素的条件应完整、准确,定位基准要可靠,不充分、不清楚 过于“苛刻”、自相矛盾,应采用同一基准定位 同一基准可以是工件上已有表面，也可设置辅助基准,零件结构工艺性,结合数控加工特点灵活运用普通加工工艺的一般原则，将数控加工工序穿插与零件加工的整个工艺过程中，使之与普通工序良好衔接。,三、数控加工工艺路线设计,首先找出所有加工的零件表面并逐一确定各表面的加工方法,划分加工阶段,划分工序，安排顺序,常规工序、热处理工序,零件加工工艺路线,工序的划分,以一次安装、加工作
3、为一道工序,以同一把刀具加工内容作为一道工序,以加工部位划分工序,以粗、精加工划分工序,工步的划分,先粗后精； 先面后孔； 按刀具集中。,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； 先内后外； 以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序，最好连续进行，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数； 在同一次安装中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。,顺序的安排,数控加工工序与普通工序的衔接,建立工序间的相互状态要求。,四、数控加工工序设计,数控加工工艺十分严密，工序设计中必须注意加工过程中的每一个细节； 对图形进行数学处理、计算和编程时，
4、力求准确无误。,数控工序设计的主要任务： 本工序加工内容（走刀路线、工步顺序）的确定； 定位夹紧方式及夹具选择； 数控刀具的选择； 切削用量的选择； 对刀点、换刀点的确定。,确定走刀路线,走刀路线：在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹。 走刀路线不仅包括了加工内容，也反映出加工顺序，是编程的依据之一。,确定走刀路线的原则 1)应保证被加工工件的精度和表面粗糙度； 2)应使加工路线最短，以减少空行程时间，提高加工效率； 3)在满足工件精度、表面粗糙度、生产率等要求的情况下，尽量简化数学处理时的数值计算工作量，以简化编程工作。,为保证零件表面质量，应减少接刀、停刀刀痕,应尽量减少在轮廓切削
5、中停刀；,避免沿法向切入工件；,最终轮廓应在一次走刀中连续加工出来；,尽量采用顺铣，提高零件表面质量和刀具耐用度。,使数值计算简单，减少编程工作量,每次直线进给，刀位点计算简单，程序段短、而且加工过程符合直纹面的形成规律，利于准确保证母线的直线度。,符合这类工件表面数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度高。,寻求最逗走刀路线，减少空刀时间以提高加工效率；但不能忽略必要的辅助尺寸（刀具引入量和超出量）以及对位置精度的影响。,定位基准与夹紧方案的确定,1)力求设计基准、工艺基准与编程计算的基准统一； 2)尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后就能加工出全部待加工表面； 3)避免采
6、用占机人工调整装调方案，以充分发挥数控机床的效能。,夹具的选择,1)当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调夹具和其它通用夹具，以缩短准备时间、节省生产费用； 2)在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单； 3)夹具要开敞，加工部位开阔，夹具的定位、夹紧机构元件不能影响加工中的进给(如产生碰撞等)； 4)装卸零件要快速、方便、可靠，以缩短辅助时间，批量较大时应考虑采用气动或液压夹具、多工位夹具。,对刀点与换刀点的确定,对刀点：是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。 通过G54G59设定加工坐标系，对刀点往往是零件的加工原点。 通过G92或G50设定加工坐标系，对刀点被认为是程
7、序开始运行的起点，又称“起刀点”。,选择对刀点的原则是： 1)便于数学处理和简化程序编制； 2)在机床上容易找正； 3)在加工中便于检查； 4)有利于提高加工精度。,“刀位点”：刀具的定位基点。,“换刀点”是指多刀机床在加工过程中换刀时的位置,刀具的选择,刀具刚性要好,刀具耐用度要高,刀具精度要高,采用先进的刀具材料 优选刀具参数 尽可能采用机夹可转位刀片,刀具参数选择：,铣刀：,铣内凹轮廓： r=(0.80.9)Rmin 铣外凸轮廓时，r尽量大,零件加工高度：H(1/41/6)r,为保证平底两次走刀路线搭接，编程半径取： 0.95(r-r),钻孔：,L/D5,镗孔：,尽量采用对称的两刃或两刃
8、以上的镗刀头,精镗宜采用微调镗刀。,选择镗刀主偏角接近90，大于75。,切削用量的确定,轮廓加工中注意进给速度的“超程”、“欠程”现象。,选择变化的进给速度； 自动编程系统自身的“超程”保护功能； 利用机床“进给倍率”旋纽手工控制。,加工圆弧段时，切削点的实际进给速度刀具中心进给速度。,五、数控加工工艺文件的编写,数控加工工序卡,数控加工走刀路线图,第二节 数控编程中的数学处理,一、选择原点、换算尺寸,车削件的编程原点：X取在工件的回转中心 Z取在工件的左、右端面或对称平面,铣削件的编程原点：X、Y工件的基准面、孔轴线或对称面 Z工件的上、下表面,尺寸换算： 按尺寸公差中值换算,二、基点与节点
9、,基点：与系统插补功能一致的各几何要素的连接点。,方法：联立方程组； 几何元素间的三角函数关系。,（64.2786，39.5507）,（64.2786，51.5507）,方法：根据被加工曲线方程特性、逼近线段形状（直线或圆弧）和允许的插补误差，利用数学关系求解。,节点：,零件轮廓系统插补功能，如：椭圆、双曲线、抛物线等。,被加工曲线,逼近线段,交点节点,零件轮廓系统插补功能,节点基点,三、程序编制中的误差,程编误差在零件轮廓上的分布:,逼采用近似计算方法逼近零件轮廓曲线时产生的误差；,插逼近曲线与零件轮廓曲线之最大差值；,圆四舍五入圆整脉冲值产生的误差。,点位系统中圆坐标尺寸精度,轮廓外,轮廓
10、内,轮廓两侧,节点在轮廓上,第三节 非圆曲线的逼近处理,数控加工中把除直线与圆弧以外的平面轮廓曲线称为非圆曲线。,可用方程表达的曲线,列表曲线,数值计算过程：,选择逼近方法,确定允许的插补误差， 允=(1/51/10)零件公差,确定计算方法,根据算法计算节点坐标,直线逼近法数学处理较简单，但计算的坐标数据较多，且各直线段间连接处存在尖角，不利于加工表面质量的提高。 圆弧逼近法可大大减少程序段数目，相邻圆弧彼此相切，工件表面光滑，有利于加工表面质量的提高，但其数学处理过程比直线逼近法复杂。,一、直线逼近法弦线法,等插补段法：每个插补段长度相等。,求Rmin,求弦长AB,求插补节点坐标,A,B,(
11、X0,Y0),(X1,Y1),C,D,例：非圆曲线为抛物线X2=16Y,求Rmin,求弦长AB,求插补节点坐标,X0,Rmin=8mm,若允0.04mm,允很小AB很小,X=1.592mm y=0.158mm,特点：计算方法简单； 曲率半径较大的地方仍采用很小的 AB来插补 节点数 编程量。,以起点(X0,Y0)为圆心，允为半径建立圆方程：,等插补误差法：每个插补段误差相等，插补段长度不等。,求该圆与曲线Y=f(X)的公切线斜率：,求插补节点坐标：,特点：插补段最大误差相等插补段长度不等 插补段数节点数编程量； 手工计算较麻烦，用计算机辅助。,方法1：采用“等插补段法”或“等插补误差法”求出节
12、点坐标，再用三点作圆法求各段圆弧的圆心和半径。,二、圆弧逼近法,三点作圆法，不一定用邻近的三点，也可用相隔的三点。,各点与圆心O1的距离,R,该距离R允,逼近成功,该距离R允,逼近不成功,方法2：直接利用二次曲线方程，采用误差检验法进行圆弧逼近。,分割曲线（等参数增量法）,两点+两点参数中值,误差计算与检验,搜寻合理的节点,三点圆弧逼近,例：椭圆轮廓曲线的圆弧逼近,1）椭圆参数方程,2）分割曲线（等参数增量法）,X=acos Y=bsin,1,U1(X1,Y1),2= 1+,U2(X2,Y2),PM2的斜率：(Y2-Y1)/(X2-X1),K4=-(X2-X1)/(Y2-Y1),K5=-(X3
13、-X2)/(Y3-Y2),3) 两点+两点参数中值,三点圆弧逼近,C1=1 P C3=2 Q 3 C2=(1+ 2)/2 M2,OM4的斜率:,OM5的斜率:,O(X0,Y0)的坐标,P（X1，Y1）， Q3（X3，Y3）两点 参数中值点 M2（X2，Y2）,4) 误差计算与检验,M8(X8,Y8),误差D=M6M8的长度,X6,Y6,X8,Y8,D允,M2 Q3段按相同方法检验误差D，若,D允,P Q3段拟合成功,5）搜寻合理的节点,U1， U3P，Q3,U1， U4P，Q3,U1， U5P，Q3,U1， U6P，Q3,第一次逼近圆,第二次逼近圆,第三次逼近圆,第四次逼近圆,列表曲线用列表点
14、（离散点）描述零件轮廓。,三、列表曲线的数学处理方法,曲线方程拟合（逼近）型值点,满足：曲线通过型值点； 与型值点凸凹一致； 光滑性（一阶或二阶）。,处理方法：,一般采用三次样条函数分段拟合,三次样条函数形式：,数控系统具有的插补功能（直线或圆弧）逼近拟合曲线（与前述的逼近方法相同）,特点：一阶和二阶导数连续，整体光滑，拟合效 果好； 拟合图形不具有几何不变性（拟合曲线随 坐标的改变而变化） 。,近年来还采用参数样条函数分段拟合,例如：非均匀有理B样条NURBS(non-uniform rational B-spline),特点：曲线形状与坐标变换无关； 处理大挠度时误差小； STEP(Standard for Exchange of Product Model Data)标准推荐采用。,还有采用圆弧样条和双圆弧样条函数分段拟合,
