项目三-模具的数控加工

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1、第四章 模具的数控加工教学要点1、了解数控加工的基本概念、工作原理、特点与应用2、熟悉数控加工程序编制的基本步骤和方法3、熟悉数控加工程序的指令代码、结构与格式第一节 数控加工技术1.数控与数控机床 一、 数控加工的基本概念数字控制（Numerical Control，NC）是用数字化信号对机床的 运动及其加工过程进行控制的一种方法。是一种自动控制技术。数控机床就是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系 统的机床。只需编写好数控程序，机床就能够把零件加工出来。 2. 数控加工数控加工是指在数控机床上进行零件切削加工的一种工艺方法 。数控加工与普通加工方法的区别:在普通机床上进行加工时，机床

2、动作的先后顺序和各运动部件的位移都是由人工直接控制。在数控机床上加工时，所有这些都由预先按规定形式编排并输入到数控机床控制系统的数控程序来控制。实现数控加工的关键是数控编程。3. 数控加工研究的主要内容（1）数控加工工艺设计 1）选择并决定零件的数控加工内容；2）零件图纸的数控加工艺性分析；3）数控加工的工艺路线设计；4）数控加工的工序设计；5）数控加工专用技术文件的编写。 （2）对零件图形的数学处理并编写数控加工程序单 （3）程序的校验与修改并首件试切加工与现场问题处理 （4）数控加工工艺技术文件的定型与归档二、 数控机床的工作原理和分类 1. 数控机床的组成1） 控制介质2） 数控装置3）

3、 伺服系统4）机床本体2. 数控机床的工作原理数控机床加工零件时，首先要根据 加工零件的图样与工艺方案，按规定 的代码和程序格式编写零件的加工程 序单，这是数控机床的工作指令。通 过控制介质将加工程序输入到数控装 置，由数控装置将其译码、寄存和运 算之后，向机床各个被控量发出信号 ，控制机床主运动的变速、起停、进 给运动及方向、速度和位移量，以及 刀具选择交换，工件夹紧松开和冷却 润滑液的开、关等动作，使刀具与工 件及其他辅助装置严格地按照加工程 序规定的顺序、轨迹和参数进行工作 ，从而加工出符合要求的零件。 3. 数控机床的分类u 按机械运动的轨迹可分为点位控制系统、直线控制系统和轮 廓控制

4、系统。a)点位控制 b）直线控制 c）轮廓控制u 按伺服系统的类型可分为开环控制系统、闭环控制系统和半 闭环控制系统。u 按控制坐标轴数可分为两坐标数控机床、三坐标数控机床和 多坐标数控机床。2轴联动2轴半联动 4轴联动3轴联动5轴联动u 按数控功能水平可分为高档数控机床、中档数控机床和低档数控机床。u 按照数控机床的加工方式：金属切削类数控机床（如数控车床、数控铣床等）。金属成形类数控机床（如数控折弯机、数控冲床等）。特种加工类数控机床（有数控电火花线切割机床、数控电火花成形机床等）。其他类（数控火焰切割机床、数控激光热处理机床、三坐标测量机）三、 数控加工的特点与应用1. 数控加工的特点（

5、1）加工精度高 (定位精度可达0.005mm，重复定位 精度为0.002mm。)（2）自动化程度高和生产率高 （3）适应性强 （4）有利于生产管理现代化 （5）减轻劳动强度,改善劳动条件 （6）成本高 3.数控加工技术的发展数控加工技术是综合运用了微电子、计算机、自动控制、自动检测和精密机械等多学科的最新技术；高精度、高速度、高可靠性、多功能、智能化及开放性等方向发展。2数控机床的应用范围（1）多品种小批量零件；（2）形状复杂（如用数学方法定义的复杂曲线、曲面轮廓）、 加工精度要求高的零件； （3）需频繁变化的零件； （4）价值高的零件；（5）需最小生产周期的急需零件。第二节 数控加工程序编制

6、基础一、程序编制的基本步骤与方法图4-2 程序编制的一般过程1确定工艺过程2运动轨迹的坐标值计算3编写加工程序单4制备控制介质5程序校验和首件试切二、数控机床的坐标系1.坐标轴的命名图4-3 右手直角笛卡儿坐标系u 采用右手直角笛卡儿坐标系 u 一律假定被加工工件相对静止不动，而刀具在移动，并同 时规定刀具远离工件的方向为坐标的正方向。2.坐标轴的确定（1）z轴 u 有主轴的机床 ：主轴轴线为Z轴方向 u 没有主轴的机床 ：与装夹工件的工作台垂直的直线为Z轴 方向（2）X轴x轴一般位于与工件安装面相平行的水平面内: 1）工件做旋转运动，刀具离开工件的方向为X坐标的正方向2）刀具做旋转运动，分为

7、两种情况：Z坐标水平时，观察者沿刀具主轴向工件看 时，+X运动方向指向右方Z坐标垂直时，观察者面对刀具主轴向立柱 看时，+X运动方向指向右方3) 无主轴的机床：主要切削方向为为X轴正方向数控车床的坐标系 数控铣床的坐标系 龙门铣床的坐标系 （3）y轴 u 根据已选定的z、x轴，按右手直角笛卡儿坐标系来确定。（4）附加坐标轴 U ,V, W P 、Q 、 R（5）旋转运动 A、B、C （6）主轴回转运动方向右旋进入工件的方向为顺时针 旋转方向。 3.机床原点与机床坐标系机床原点（M）又称机床零点，是机床上的一个固定点，由 机床生产厂在设计机床时确定，原则上是不可改变的。以机床原点为坐标原点的坐标

8、系就称为机床坐标系。机床原 点是工件坐标系、编程坐标系、机床参考点的基准点。图4-4 数控车床坐标系 图4-5 卧式加工中心坐标系一般取在卡盘端面与 主轴中心线的交点处一般取在X、Y、Z坐标 的正方向极限位置上 4机床参考点 u 由机床制造厂人为定义的点，它与机床原点（M）之间的坐标位 置是固定的，是用于对机床工作台、滑板与刀具相对运动的测量系 统进行标定和控制的点 。 u “回零”操作后，显示的参考点（R）与机床原点（M）间的相关坐 标值如为零（X0、Y0、Z0），则表示M与R为同一点，如不为零则 表示M与R不为同一点。不论为零或不为零，该数值与机床生产厂 预先存放在数控系统的相应机床数据存

9、储器中的值是相同的。图4-4 数控车床坐标系 图4-5 卧式加工中心坐标系对机床运动进行检测和控制的固定位置点 u 机床参考点是用于对机床工作台、滑板以及刀具相对运动 的测量系统进行定标和控制的点，有时也称为机床零点。它 是在加工之前和加工之后，用控制面板上的回零按钮使移动 部件退离到机床坐标系中的一个固定不变的极限点。参考点 相对机床原点来讲是一个固定值。 u 数控机床工作时，移动部件必须首先返回参考点，测量系 统置零之后测量系统即可以参考点作为基准，随时测量运动 部件的位置。5工件原点与工件坐标系u 工件原点(P)又称工作零点或编程零点，是由编程人员根据加工零件图样及加工工艺要求来定义以编

10、制加工程序而定义的点。图4-4 数控车床坐标系工件坐标系：编程人员以工件原点(P)为坐标系原点建立的坐 标系为工件坐标系。是用于确定工件上几何要素及走刀路线的 编程坐标系，原点位置是任意的，可根据工艺需要设置 。 XOZ、XOZ机床坐标系 XPOPZP工件坐标系 加工时，工件安装在机 床上，这时测量工件原点 （P）与机床原点（M）间 的距离，该距离称作工件 原点偏置，加工前将偏置 值预存到数控系统中，加 工时，工件原点偏置就自 动加到工件坐标系上，使 数控系统按机床坐标系确 定加工时的坐标值。 工件坐标系的设定: 方法一：在机床坐标系中直接设定加工原点 方法二：通过刀具起始点来设定加工坐标系

11、工件原点选择的原则：v 1）应使工件原点与工件的尺寸基准重合；v 2）当工件图中的尺寸容易换算成坐标值时，尽量直接使用 图纸尺寸作为坐标值；v 3）工件原点应选择在容易找正、在加工过程中容易测量的 位置；v 4）工件原点的选择要尽量满足编程简单、尺寸换算少、引 起的加工误差小等条件。6.编程原点与编程坐标系编程原点(程序原点)是程序中人为采用的原点。一般取工件坐 标系原点为编程原点。编程坐标系是在工件图纸上建立的坐标系，目的是编写程序单 。编程坐标系仅用于程序的编制，与机床坐标系无关。如图所示，M为机床原点，R为机床参考点，W为工件原点，P 为编程原点。 7.刀位点、对刀点、起刀点和换刀点刀位

12、点即刀具的基准点。对于立铣刀来说，刀位点是刀具的轴线与刀具底平面的交点；对球头铣刀来说是球头部分的球心；对车刀来说是刀尖；对钻头来说是钻尖。起刀点是指起始运动的刀位点，即程序开始执行时的刀位点。对刀点是数控加工时刀具运动的起点，是工件坐标系与机床坐标 系的联系点。对刀点确定后，刀具相对编程原点的位置就确定了。使用夹具时，常用对刀点。 图4-7 夹具上的对刀点v 程序是从起刀点开始进行零件加工， 起刀点也可以叫做“程序起点”。 v 对刀点可以设在被加工零件上，也可 以设置在夹具上，但是必须与零件的 定位基准有一定的坐标尺寸关系，这 样才能确定机床坐标系与零件坐标系 的相互关系。 v 为了提高零件

13、的加工精度，对刀点应 尽量选在零件的设计基准或工艺基准 上。换刀点是在为数控车床、数控钻镗床、加工中心等多刀加工的机床编制程序时设定的，用以实现在加工中途换刀。换刀点常常设在被加工工件的外面，并要远离工件。v 在数控机床中，相对于每一个脉冲信号，机床移动部件 产生的位移量叫做脉冲当量。坐标计算单位是一个脉冲当 量。当然目前也有一些数控系统直接用毫米作为坐标计算 单位。v 例如，当脉冲当量是0.001mm/脉冲时，要求向X轴正方 向移动10.56mm，向Y轴负方向移动13.5mm，用X10560 Y-13500 或X10.56 Y-13.5均可表示。8坐标计算单位以数控铣床（FANUC 0M）加

14、工坐标系的设定为例 零件图样：1）准备工作： 机床回参考点，确认机床坐标系 通过夹具使零件定位，并使工件定位基准面与机床运动方向一致 2）装夹工件毛坯 ：用直径为10的标准测量棒、塞尺对刀， 得到测量值： X = -437.726, Y = -298.160,如图1所示 Z = -31.833，如图2所示3）对刀测量用简易对刀法测量,方法如下:图1：X、Y向对刀方法图2：Z向对刀方法 4）计算设定值 X坐标设定值：X= -437.726+5+0.1+40= -392.626mm Y坐标设定值：Y= -298.160+5+0.1+46.5= -246.46mm Z坐标设定值：Z= -31.833

15、-0.2=-32.033mm 5）设定加工坐标系 6）校对设定值 将开关放在 MDI 方式下，进入加工坐标系设定页面。输入数据为:X= -392.626 Y= -246.460 Z= -32.033 三、数控程序的指令代码在数控编程中，是用G指令代码、M指令代码 及F、S、T等指令来描述加工工艺过程、数控系统 的运动特征、数控机床的启动与停止、冷却液的 开关等辅助功能以及给出进给速度、主轴转速等 。1准备功能“G”指令又称G功能、G代码或G指令，由地址G及其后面的二位数 字组成，从G00到G99共100种,用来规定刀具和工件的相对 运动轨迹、坐标系、刀具补偿等多种操作。一般位于程序段 中坐标数字指令的前面。u 常用的G指令如下： G00快速点定位指令。 G01直线插补指令。 G02，G03圆弧插补指令。G02顺时针。G03逆时针。 G17，G18，G19坐标平面选择指令。Gl7、 Gl8和Gl9分别 指定零件进行xy、 zx和yz平面上的加工。这些指令在进行圆 弧插补、刀具补偿时必须使用； G40，G41，G42刀具半径补偿指令。G40注销，G41左补，G42右补。 G90，G91绝对坐标尺寸与增量坐标尺寸。其中G90、 G91 分别表示程序输人的坐标值按绝对坐标值和增量坐标值取。2.辅助功能“M”指令u 辅助功能M指令是由字母“M”和其后的二位数字组成，从M00至M99共100