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1、第十章 数控加工,数控机床介绍,数控机床是采用数字技术形式控制的机床，它主要由控制介质、数控装置、伺服系统、机床本体和检测装置5部分组成 数控机床根据运动轨迹主要分为 点位控制数控机床，点位控制又称为点到点的控制，是指数控系统只控制刀具或工作台从一点移到另一点的准确定位，然后进行定点加工，而点与点之间的路径不需控制。采用这类控制的主要有数控钻床，数控镗床，数控坐标镗床等，多用于钻孔、镗孔、点焊等点位加工件。,连续轨迹控制数控机床,连续轨迹控制能够同时对两个或两个以上的轴进行插补，具有各种轮廓切削功能。它控制机床移动起点和终点坐标，而且能够控制整个加工轮廓中每一点的速度和位移，将工件加工成一定的
2、轮廓形状。 在这类控制系统中，要进行插补运算。插补就是在线段的起点和终点之间进行数据点的密化，求出一系列中间点的坐标值，向坐标轴输出脉冲信号 以联动坐标数分类，通常分为3坐标，4坐标，5坐标机床，所谓数控机床的联动坐标数目，就是指用几个伺服电机同时驱动机床移动部件的运动坐标数目,3坐标联动的轮廓控制机床：同时控制X，Y，Z三个坐标，即三轴同时移动，能够使刀具在空间的任意方向移动，进行三维立体加工。4坐标可以比三坐标有更好的工艺范围和加工效果 5坐标联动的数控机床：5坐标联动轮廓控制机床除了有三个直线坐标以外再加上两个旋转坐标同时驱动。相对与工件来说，其运动合成可使刀具轴线方向在一定空间内任意控
3、制，从而保持最佳切削状态和避免刀具干涉，可以根据加工零件需要，使刀具与工件表面成一定的角度。,机床坐标系与加工坐标系,机床坐标系是机床固有的坐标系，是机床加工运动的基本坐标系，是考察刀具在机床上的实际加工位置的基准坐标系。机床原点就是机床坐标系的坐标原点或零点，其位置在机床上是固定不变的。 加工坐标系（MCS）是零件加工的所有刀轨输出点的定位基准。有了加工坐标系，在编程时无需考虑工件在机床上的安装位置，只要根据工件的特点及尺寸来编程即可。,加工坐标系的原点在机床坐标系中称为“调整点”。加工时，工件用夹具安装在机床上以后，测量加工原点与机床原点之间的距离，这个距离称为加工原点偏置距离。这个值设置
4、非常重要，否则找不到正确的加工位置，从而导致错切、过切、欠切工件。加工时，加工原点偏置值能自动附加到加工坐标系上，使数控系统可以按机床坐标系确定加工时的坐标值。 因此编程人员不用考虑工件在机床上的安装位置和安装精度。,工件加工零点,加工坐标系的原点即为工件加工零点。工件加工零点的位置是任意的，由编程人员在编制程序时根据零件的特点选定。注意事项为 对称工件加工零点尽量设置在对称中心上 加工零点尽量设置在上表面 工件加工零点尽量选在零件的设计基准或工艺基准上 加工零点尽量选在精度高的表面,对刀点,程序执行开始之前，必须确定刀具在加工坐标系中的位置，这一位置即为程序执行时刀具相对于工件运动的起点，此
5、起始点一般通过对刀来确定，习惯上该点又称为“对刀点”。 实际操作机床时，把刀具的刀位点放到对刀点上，即刀位点与对刀点重合。一般都采用光学对刀镜、对刀仪、自动对刀装置等，以减少对刀时间，提高对刀精度。,数控编程特点及过程,普通机床加工中是操作者根据零件图或者工序卡的要求，自行安排工步顺序，走刀路线、机床运动动作的先后，调整运动参数，最终获得零件 数控机床加工，需要把以上普通机床中加工的操作内容及运作，按规定的形式编制程序（G代码），输入机床中。机床自动按程序动作，加工零件。,手工编程，人手工输入代码，定制程序 自动编程，用UG等软件根据刀轨自动生成代码。,数控编程工艺流程,分析图纸，确定加工所用
6、机床及刀具，确定装夹装置、加工方法、加工顺序及切削用量大小。 根据以上内容进行数控编程，可以手工编程，也可以利用UG等软件自动编程。 将程序输入到数控机床中，进行空运行试验，进行程序检验。进行试切，根据结果调整程序代码。 确定加工程序，进行零件加工,UG编程简介,UG CAM是UG系统的一部分，它以三维模型为基础，具有强大可靠的刀具轨迹生成方法，可以完成铣削、车削、线切割等的编程。UG CAM的特点是生成的刀具轨迹合理、切削负载均匀、适合高速加工，编程效率高。,UG CAM主要组成,UG CAM主要由5个模块组成： 交互工艺参数输入模块。通过人机交互的方式，用对话框和过程向导的形式输入刀具、夹
7、具、编程原点、毛坯和零件等工艺参数。 刀具轨迹生成模块。具有非常丰富的刀具轨迹生成方法，主要包括铣削、车削、线切割等加工方法。 刀具轨迹编辑模块。刀具轨迹编辑器可用于观察刀具的运动轨迹，并提供延伸、缩短和修改刀具轨迹功能。,三维加工动态仿真模块。可以检验刀具于零件和夹具是否发生碰撞、是否过切以及加工余量分布等情况，以便在编程过程中及时解决。 后处理模块。包括一个通用的后置处理器,用户可以方便的建立用户定制的后置处理。通过使用加工数据文件生成器，一系列交互选项提示用户选择定义特定机床和控制器特性的参数，包括控制器和机床规格与类型、插补方式、标准循环。,UG编程主要步骤,使用UG进行数控编程主要包
8、括以下几个步骤 获得CAD数据模型。有两种方式：一是UG直接造型的实体模型；二是数据转换的CAD模型文件 。 进入加工模块，进行加工环境初始化。包括选择创建刀具，设定坐标系等。 创建操作并设置加工参数。这是UG编程中最主要的工作内容，包括加工对象的定义：选择加工几何体，检查几何体等。加工参数的设置：走刀方式的设定、切削行距、切深的设置、加工余量、进退刀设置等。工艺参数设置:角控制、避让控制、机床控制、进给率和主轴转速设定等。,生成刀具路径。在完成所有必需的操作参数设置后，就可以生成刀具路径了。 刀具路径检验。通过刀具路径回放，从不同角度对刀轨进行观察，并使用UG的切削仿真来检查刀轨。 后置处理
9、。检查后的刀具路径经过后置处理后生成数控机床可以识别的数控加工程序。,UG加工环境,加载文件模型后，单击起始，选择加工，进入加工模块,在弹出加工环境对话框中，进行加工环境初始化,加工类型,mill-planer 平面铣 mill-contour 轮廓铣mill-multi-axis 多轴铣 drill 钻孔hole-making 群钻turning 车削wire-edm 线切割,加工环境的工具条,操作导航器中可以对生成程序进行操作，并显示程序关系,在操作导航器内单击右键，可以选择导航器里显示的视图类型。列里可设置显示的工具。单击MCS-MILL，编辑，可以对加工坐标系进行编辑,单击动态CYCS
10、按钮，进行加工坐标系设置 注意加工坐标系各坐标轴标注为XM,YM,ZM。 间隙用于设置安全平面 下限用于限制加工下限,创建刀具,单击创建刀具命令，进入创建刀具对话框，选择刀具类型及刀具名字,弹出刀具参数设置对话框，可以对刀具进行参数设置,平底刀：主要用于粗加工、平面精加工、外形精加工和清角加工。缺点是刀尖容易磨损，影响加工精度。 圆鼻刀：主要用于毛坯的粗加工、平面精加工和侧面精加工，特别适用于材料硬度高的工件开粗加工 球刀：主要用于非平面的半精加工和精加工,创建几何体,几何体包括机床坐标、部件和毛坯。单击加工创建工具条中的“创建几何体”按钮，即可弹出创建几何体对话框，但这种方法容易混淆，所以采
11、用以下方法。首先导入文件10-1.prt，在操作导航器空白处单击右键，选择几何视图。,双击MCS_MILL图标，进入机床坐标设置对话框,通过不同方式可以移动机床坐标到需要地点，一般来说，机床坐标设置在工件顶面的中心位置。一般在建模时将设置好坐标。,双击WORKPIECE图标，进入工件和毛坯设置选项,分别指定部件几何体和毛坯几何体,实例,单击创建刀具命令，进入创建刀具对话框，选择刀具类型为铣刀，刀具名字为MILL，参数设置为直径6，下半径0.5，其余默认,打开文件10-1.prt，单击开始进入加工环境。,单击MCS按钮，设置加工坐标系到工件上表面。,在WORKPIECE中设置工件和毛坯。,单击创
12、建操作按钮，设置加工类型为平面铣，刀具为MILL，几何体为WORKPIECE。,选中部件部件边界图标，单击选择，选择“面边界”，“材料侧”选择“内部”，在图形区域选择三个平面,在部件导航器中将长方体选为显示，单击“指定边界”按钮，进入毛坯边界选择，选择毛坯上表面为毛坯边界,单击“底平面”图标，单击选择，选择图示平面为底面，用于定义刀具加工的最低位置,双击操作导航器中的WORKPIECE，出现如图对话框，单击隐藏，选择毛坯,打开刀轨设置下拉菜单，单击切削层按钮，设置切削层为固定深度，最大值为5。,单击确认按钮生成刀路仿真，选择2D动态播放仿真切削过程。模拟前必须设置加工工件和毛坯。,平面铣,平面
13、铣用来对侧面与底面垂直的平面零件进行加工，此类零件可以有岛屿活腔槽，但岛屿顶面与腔槽底面必须是平面。,平面铣常用概念,岛屿平面铣的加工对象由平面和与平面垂直的面构成，因此可以认为模型由若干基本的柱体（圆柱、矩形截面柱）等组合而成，这些柱体统称为岛屿。图示工件可以视为5个岛屿。 切削层平面铣的切削刀轨是在垂直于刀具轴的平面内的二轴刀轨，通过多层二轴刀轨逐层切削材料。每一层导轨称为“一个切削层”，图示工件具有5个切削层。,加工区域加工区域指每一个切削层中，刀具能够切除零件材料且不发生过切的区域，它指定了走刀范围。平面铣中加工区域是通过边界指定的，即通过曲线和点来指定切削范围。 材料侧材料侧即需要保
14、留材料的那一侧。当指定边界类型为“封闭的”时，则材料侧有“内部”“外部”两个选项，若为内部，则切削时保留内部材料，否则保留外部材料，边界类型为“打开”时，则有左、右两个选项。 底平面底平面即加工的最底面，是垂直于刀具轴的平面，用来定义刀具的最大切削深度。,“创建操作” 中类型下拉菜单中选择mill_planar即为平面铣。其中平面铣的子类型主要有八种,“平面区域铣”，通过选择平面或平面上的边界作为加工对象,“平面铣”，用于切削实体表面上余量,“手动平面铣”，系统默认的切削方法为手动设置,“表面铣”，通过指定加工平面和最低加工底面确定加工范围,“表面轮廓铣”，系统默认的加工方式为表面轮廓铣,“跟
15、随零件粗铣”，系统默认的加工方式为跟随零件粗铣,“往复式轮廓粗铣”，系统默认的加工方式为往复式轮廓粗铣,“单向粗铣”，系统默认的加工方式为单向粗铣,“平面清角”，清除上一步平面加工未清除的余量,“侧壁精铣”，主要用与精加工工件的侧壁,“底部精铣”，主要用于精加工工件转角处的底部,“螺纹铣削”，建立加工螺纹的操作,“文本雕刻”，用于对工件平面中的文字进行雕刻,“机床控制”，通过机床面板进行控制,“用户定义”，用户自定义参数建立操作,平面铣实例讲解,在操作导航器空白处单击鼠标右键，进入几何视图。,打开文件10-2.prt，单击开始进入加工环境。初始化设置为CAM_GENERAL MILL_plan
16、ar,双击MCS_MILL图标，进入机床坐标设置对话框,选用原点方式设置机床坐标系，单击原点图标，在弹出点对话框中选择自动判断，选取圆柱顶面中心为新机床坐标系原点。,选取间隙复选框，单击指定进入平面构造器。设置安全平面。,在弹出平面构造器中选取XC-YC平面，设置平面的偏置值为25，安全平面显示如图,双击WORKPIECE，在弹出对话框中分别选取部件和毛坯。指定检查体按钮是通过选择体或面的方式把这些体或者面保护起来，从而避免撞刀或者过切,单击创建几何体按钮，弹出对话框中如图设置。单击确定，首先选取零件边界。,勾选忽略孔复选项，可以保证刀具不会在孔的位置切入。边界选取方式主要有两种，平面和曲线,单击底平面按钮，选取底平面，单击确定,单击创建操作按钮，在弹出对话框中设置参数，单击确定，弹出对话框中保持默认参数，单击生成刀轨。,单击“确认刀轨”按钮，仿真切削过程，检查刀轨。,粗铣及精铣,
