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1、内容提要 本章将讲述数控加工的工艺分析和典型的加工方法；加工程序的编制、结构及常用算法；简要介绍自动编程。,第二章 数控加工程序的编制,一.程序编制的基本概念 数控加工程序编制：从零件图纸到制成控制介质的全过程。 将零件的加工信息：加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(F、S、T)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单，并将程序单的信息变成控制介质(磁带、磁盘、穿孔带）的整个过程。,第一节 概述,第二章 数控机床的程序编制,常用的程序编制方法有：手工编程和自动编程两种。 手动编程：整个编程过程由人工完成。对编程人员的
2、要求高（不仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺知识和数值计算能力） 自动编程：编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编程系统的规定， 将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机，由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单和制备控制介质。,第一节 概 述,计算机自动编程系统,第二章 数控机床的程序编制,手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。 自动编程适用于： 形状复杂的零件， 虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件） 虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）,第一节 概 述,据国外统计： 用手工编程时，一个零件的编程时间与机床实
3、际加工时间之比，平均约为 30：1。 数控机床不能开动的原因中，有20-30%是由于加工程序不能及时编制出造成的 编程自动化是当今的趋势！,第一节 概 述,二、手工编程的内容和步骤,第一节 概述,图纸工艺分析 这一步与普通机床加工零 件时的工艺分析相同，即在 对图纸进行工艺分析的基础 上，选定机床、刀具与夹具 ；确定零件加工的工艺线路 、工步顺序及切削用量等工 艺参数等。,计算运动轨迹 根据零件图纸上尺寸及工艺线路的要求，在选定的坐标系内计算零件轮廓和刀具运动轨迹的坐标值，并且按NC机床的规定编程单位（脉冲当量）换算为相应的数字量，以这些坐标值作为编程尺寸。,错误,第一节 概述,编制程序及初步
4、校验 根据制定的加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿、辅助动作及刀具运动轨迹，按照数控系统规定指令代码及程序格式，编写零件加工程序，并进行校核、检查上述两个步骤的错误。,计算运动轨迹,图纸工艺分析,程序编制,制备控制介质,校验和试切,零件图纸,错误,修改,第一节 概述,制备控制介质 将程序单上的内容，经 转换记录在控制介质（穿孔带、磁带或磁盘、存储器）上，作为数控系统的输入信息，若 程序较简单，也可直接通过键盘输入。,第一节 概述,计算运动轨迹,图纸工艺分析,程序编制,制备控制介质,校验和试切,零件图纸,错误,修改,程序的校验和试切 所制备的控制介质，必须经过进一步的校验和试切削，证明是正确
5、无误，才能用于正式加工。如有错误，应分析错误产生的原因，进行相应的修改。,第一节 概述,计算运动轨迹,图纸工艺分析,程序编制,制备控制介质,校验和试切,零件图纸,错误,修改,常用的校验和试切方法： 对于平面轮廓零件可在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转空运行绘图。 对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料或木料或价格低的材料作工件，进行试切，以此检查程序的正确性。,第一节 概述,在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（机床不动）或动态显示（模拟工件的加工过程）的方法，则更为方便。 上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别工件的加工误差。首件试切(在允许的条件下)方法不仅可查出程序单和控制介
6、质是否有错，还可知道加工精度是否符合要求。 当发现错误时，应分析错误的性质，或修改程序单，或调整刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止。,第一节 概述,三、数控加工的工艺分析和数控加工方法 数控加工的工艺分析 数控机床加工零件和工艺除按一般方式对零件进行分析外，还必须注意以下几点： 选择合适的对刀点,第一节 概述,对刀点：确定刀具与工件相对位置的点。由于程序也是从这一点开始执行，所以对刀点也叫做“程序起点”或起刀点。 对刀点 可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易于测量的点。 对刀点 确定之后，机床坐标系与工件坐标系的相对关系就确定了。 选择对刀点的原则： 选在零件的设计基准或工艺基
7、准上，或与之相关的位置上。 选在对刀方便，便于测量的地方。 选在便于坐标计算的地方,第一节 概述,Y,Z,第一节 概述,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,第一节 概述,第一节 概述,a)钻头刀位点,c)车刀的刀位点,b)圆柱铣刀的刀位点,d)球头铣刀的刀位点,对刀：就是使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。,常用的对刀方法为试切法。,根据试切后工件的尺寸确定刀尖的位置。,相对位置检测对刀,机外对刀仪对刀,自动对刀,加工线路的确定 加工线路加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹次序。 孔类加工（钻孔、镗孔） 原则：在
8、满足精度要求的前提下，尽可能减少空行程,n 个,),)(,1,),1,(,2,b,a,n,a,n,b,+,-,=,-,+,=,（,黄线长,红线长,b,a,+切入/出段,+切入/出段,第一节 概述,第一节 概述,加工线路的确定 寻求最短加工路线 如图a所示零件上的孔系，图b的走刀路线为先加工完外圈孔后再加工内圈孔。若改用c图的走刀路线，减少空刀时间，则可节省定位时间近一倍，提高了加工效率。,车削或铣削： 原则：尽量采用切向切入/出，不用径向切入/切出，以避免由于切入/出路线的不当降低零件的表面加工质量，以保证工件轮廓光滑。,切向切入,径向切入,第一节 概述,刀具切入和切出时的外延,刀具应避免在工
9、件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停（切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕，,空间曲面的加工,第一节 概述,加工线路的选择应遵从的原则： 尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程以提高生产率。 保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。 保证零件的工艺要求。 利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作量。,第一节 概述,在数控机床上加工零件时，从零件图上的信息开始，直到生成零件的全过程，每个环节的误差都会影响到工件的加工精度。这些误差通常分为两类： 第一类是在直接加工零件的过程中产生的误差，它是产生加工误差的主体，主要包括数控系统（伺服）的误差和整个工艺系统
10、（机床刀具夹具毛坯）内部的各种因素对加工精度的影响。 第二类是编程时产生的误差，即用NC系统具备的插补功能去逼近任意曲线时所产生的误差。,程序编制中的误差,式中： ：编程误差a 算法误差（拟合误差）：为用近似算法逼近零件轮廓时产生的误差（称一次逼近误差）例如：用直线或圆弧去逼近某曲线时和用近似方程式去拟合列表曲线时的误差。 b计算误差：插补算出的线段与理论线段之间的误差，它与在计算时所取的字节长度有关。 c圆整误差：它是插补完成后，由于分辨率的限制，将其圆整而产生的误差。它与机床的分辨率有关。,第一节 概 述,第一节 概 述,逼近误差,数控编程的数值计算 主要计算零件轮廓基点和节点的坐标。所谓
11、基点：就是直线段和原弧段的交点和切点。逼近直线或圆弧小段与轮廓曲线的交点或切点成为节点。 非园曲线节点的计算有等间距法、等步长法和等误差法,三种误差的关系如图所示： 原则： 应小于零件精度的10%,第一节 概 述,平面孔系零件的加工方法 对这类孔的形位精度或尺寸精度要求较高的零件，采用数控钻床与镗床加工。,第一节 概 述,2、数控加工方法,旋转体类零件的加工方法 这类零件常用数控车床或数控磨床来加工，特别是在车削零件的毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，因此在编程中，粗车的加工线路是主要要考虑的问题。,先用直线程序进行粗加工，再按零件轮廓进行精加工,可先按图中的方法进行14次粗加工，再精
12、加工成形。,第一节 概述,第一节 概 述,图(c)所示的零件为陀罗转子的示意图，其加工顺序为先加工左边部分，然后加工右边。若采用图(c)的方法，当处在轴向进刀时，切削力会陡增而且排屑不畅，极易引起崩刃。图(c)的方法，切削截面由大逐渐减小，排屑流畅，切削条件大为改善；由于没有单独的轴向进刀，程序段数可减少一半，实践证明，此法行之有效。,c,第一节 概 述,平面轮廓零件的加工方法 这类零件常用NC铣床加工。在编程时则应注意，为保证加工平滑，应增加切入和 切出程序段，若平面轮廓 为数控机床所不具备插补 功能的曲线时，则应先采 用NC机床所具备的插补线 型（直线、圆弧）去逼近 该零件的轮廓。,空间轮
13、廓表面的加工方法 空间轮廓表面的加工可根据曲面形状、机床功能、刀具形状以及零件的精度要求，有不同加工方法。,第一节 概 述,三轴两联动加工-“行切法”。 以X、Y、Z轴中任意两轴作插补运动，另一轴（X轴）作周期性进给。这时一般采用球 头或指状铣刀，在可能的条件 下，球半径应尽可能选择大一 些，以提高零件表面光洁度。 此方法加工的表面光洁度较差。,第一节 概 述,三轴联动加工 下图为内循环滚珠螺母的回珠器示意图。其滚道母线SS为空间曲线，可用空间直线去逼近，因此，可在具有空间直线插补功能的三轴 联动的数控机床上 进行加工，但由于 编程计算复杂，宜 采用自动编程。,第一节 概 述,四轴联动加工方法
14、 如下图所示的飞机大梁，其加工面为直纹扭曲面，若采用三座标联动加工，则只能用球头刀。不仅效率低，而且加工表面粗糙度差，为此可采用如图所示的圆柱铣刀周边切削方式在四轴联 动机床上进行加工。由 于计算较复杂，故一般 采用自动编程。,第一节 概 述,五轴联动加工 船用螺旋桨是五坐标联动加工的典型零件之一。由于其曲率半径较大，一般采用端铣刀进行加工，为了保证端铣刀的端面与的曲面的切平面重合，铣刀除了需要三个移动轴（X、Y、Z）外，还应作螺旋角（与坐标A），后倾角（与坐标B ）有关的摆动运动。且还要作相应 的附加直线运动，以保证铣刀断面 位于切削的位置。综上所述，叶 面的加工需要五轴（X、Y、Z、A 、B）联动，这种编程只能利用自 动编程系统。,第一节 概 述,四、数控编程系统,数控编程可分为机内编程和机外编程。机内编程指利用数控机床本身提供的交互功能进行编程，机外编程则是脱离数控机床本身在其他设备上进行编程。,五、利用CAM系统进行自动编程的基本步骤,1 加工工艺确定,（1）校准加工零件的尺寸、公差和精度要求；,（2）确定装卡位置；,（3）选择刀具；,（4）确定加工路线；,第一节 概 述,（5）选定工艺参数。,2加工模型建立,利用CAM系统提供的图形生成和编辑功能将零件的被加工部位绘制在计算机屏幕上，作为计算机自动生成刀具轨迹的依据。,3刀具轨迹生成,建立了加工模型后，即可
