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1、第三章 数控加工程序手工编制3.1、数控编程的基本知识一、机床、造型、编程坐标系机床坐标系、编程坐标系和造型(建模)坐标系三者之间既有联系，又有区别，均符合右手规则。1、机床坐标系(XNCYNCZNC)：数控机床本身的坐标系，其方向由生产商设定, 原点在机床安装调试中设置，一般不做更改。2、造型坐标系(XYZ) ：设计人员在利用计算机建模时设定的坐标系，其方向原点无任何限制。为了便于编程计算和检查加工程序, 尽量使造型坐标系和编程坐标系重合。3、编程坐标系(XMYMZM)：工艺人员在编程时设定的坐标系，其方向必须与机床坐标系一致。零件的找正： 调整零件的装夹方向使编程坐标系与机床坐标系平行，并
2、找出编程坐标系原点OM在机床坐标系XNCYNCZNC中的坐标位置的过程（确定加工坐标系），称为零件的找正。加工坐标系原点与编程坐标系原点重合，其坐标值可记入机床的专用指令（G51G59），从而实现两坐标系间的联系与转换。何为机床坐标原点漂移？n 原点漂移现象是受数控设备周围环境影响因素引起的，在同样的切削条件下，对同一台设备来说，使用相同的一个夹具、数控程序、刀具，加工相同的零件，发生的一种加工尺寸不一致或精度降低的现象。n 原点漂移现象主要表现在数控加工过程的一种精度降低现象或者可以理解为数控加工时的精度不一致现象。原点漂移现象在数控加工过程中是不可避免的，对于数控设备是普遍存在的，一般受数
3、控设备周围环境因素的影响较大，严重时会影响数控设备正常工作。影响原点漂移的原因很多，主要有温度、冷却液、刀具磨损、主轴转速和进给速度变化大等。二、加工精度的影响因素1. 普通机床：操作者根据工艺规范，制定出加工路线，靠手工操作和经验完成。零件精度由机床和操作工人水平决定。2. 自动仿形：控制依靠凸轮、挡块或靠模实现。零件精度由机床和辅助工装决定。3. NC机床：工序、走刀路线的规划、进给、转速、开停等均由程序控制。零件精度由机床、编程和操作人员水平决定。三、数控加工的工具刀柄与刀具1. 刀柄：主轴与刀具的联系环节, 用以夹持刀具作用：夹持刀具、传递扭矩分类：）普通刀柄）液压刀柄3 ）热胀刀柄2
4、. 刀具的类型刀具类型：平底刀、球头刀、环形刀、锥形刀、鼓形刀等刀具的旋向：刀具是右旋的3刀位点：刀具的基准点刀尖或刀心四、刀具补偿功能刀具补偿一般包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。前者使刀具垂直于走刀平面偏移一个刀具长度修正值；后者可以使刀具在二维加工平面内相对编程数据轨迹偏移一个刀具半径修正值。1 ) 刀具半径补偿刀具半径补偿：可根据零件的实际轮廓编制程序，加工时数控系统使刀具中心自动偏置一个刀具半径，从而加工出理论轮廓零件，把数控系统的这一功能称之为刀具半径补偿功能。加工内轮廓时，刀具中心向零件内轮廓方向偏置一刀具半径值;加工外轮廓时，刀具中心向零件轮廓外方向偏置一刀具半径值刀具补偿功能带
5、来的优点：a）减少编程人员工作量。b）可提高程序使用自由度。c）可部分解决刀具磨损问题。d）可提高零件的加工精度。e）可采用不同半径的刀具执行同一程序。刀具半径补偿有左偏刀补和右偏刀补两种方式：左偏刀补：沿着刀具运动方向看，刀具始终在被加工轮廓的左侧右偏刀补：沿着刀具运动方向看，刀具始终在被加工轮廓的右侧2 ) 刀具长度补偿刀具长度补偿（刀长补偿）：数控系统允许修改刀具的实际长度值，从而使刀具实际加工的位置比理论位置抬高或下降一高度，把数控系统的这一功能称之为刀具长度补偿功能。优点：可方便实现零件的分层加工，简化编程。加工曲面时通过刀具长度补偿能否获得均匀余量?不能五、数控加工的过程数控加工中
6、心操作步骤1、开机，各坐标轴手动回机床原点2、刀具准备n 根据加工要求选择20 立铣刀、5中心钻、8麻花钻各一把，然后用弹簧夹头刀柄装夹20立铣刀，刀具号设为T01，用钻夹头刀柄装夹5中心钻、8麻花钻，刀具号设为T02、T03，将对刀工具寻边器装在弹簧夹头刀柄上，刀具号设为T04 。现代设计与集成制造技术教育部重点实3 、将已装夹好刀具的刀柄采用手动方式放入刀库， 即n 1 ）输入“T01 M06” ，执行n 2 ）手动将T01 刀具装上主轴n 3 ）按照以上步骤依次将T02 、T03 、T04放入刀库4、清洁工作台，安装夹具和工件n 将平口虎钳清理干净装在干净的工作台上，通过百分表找正、找平
7、虎钳，再将工件装正在虎钳上。5、对刀，确定并输入工件坐标系参数n 1 ）用寻边器对刀，确定X 、Y 向的零偏值，将X 、Y 向的零偏值n 输入到工件坐标系G54 中， G54 中的Z 向零偏值输为0；n 2 ）将Z 轴设定器安放在工件的上表面上，从刀库中调出1号刀具装上主轴，用这把刀具确定工件坐标系Z 向零偏值，将Z 向零偏值输入到机床对应的长度补偿代码中， “+” 、“-” 号由程序中的G43 、G44 来确定，如程序中长度补偿指令为G43 ，则输入“-” 的Z 向零偏值到机床对应的长度补偿代码中；n 3 ）以同样的步骤将2 号、3 号刀具的Z 向零偏值输入到机床对应的长度补偿代码中。6、输
8、入加工程序n 将计算机生成好的加工程序通过数据线传输到机床数控系统的内存中。7、调试加工程序n 采用将工件坐标系沿+Z 向平移即抬刀运行的方法进行调试。n 1 ）调试主程序，检查3 把刀具是否按照工艺设计完成换刀动作；n 2 ）分别调试与3 把刀具对应的3 个子程序，检查刀具动作和加工路径是否正确。8 、自动加工n 确认程序无误后，把工件坐标系的Z 值恢复原值，将快速移动倍率开关、切削进给倍率开关打到低档，按下数控启动键运行程序，开始加工。加工过程中注意观察刀具轨迹和剩余移动距离。9、取下工件，进行检测n 选择游标卡尺进行尺寸检测，检测完后进行质量分析。10、清理加工现场11、关机3.2、数控
9、编程的工艺处理技术3.2、数控编程的工艺处理1.认真分析零件图纸，明确加工内容和技术要求2.制定加工方案，选择加工机床类型3.确定零件的装夹方式4.确定加工坐标系原点5.走刀路线的选择6.刀具的选择7.确定加工用量8.程序编制过程的误差控制1.分析图纸在加工之前，要分析如下内容1).加工部位.2).精度要求（决定加工方案）：公差、对称度、同心度、表面粗糙度等.3).加工基准-要求加工基准能够找正, 否则必须采取特殊的工艺措施；与夹具设计方案相联系。4).毛坯状态-铸件、锻件、焊接件、材料类别2.制定加工方案在满足精度和工期的要求下, 尽可能选用低坐标数的低成本NC机床完成加工任务.3.确定零件
10、的装夹方式及夹具选择1)夹具的作用：将零件精确固定在工作台上,以进行加工。2) 选择夹具时注意事项：保证加工零件时的开敞性和稳定性。3) 夹具的类型：a.组合夹具：可根据被加工零件的特点由通用元件拼装组合出不同类型的夹具。优点: 重复使用、效率高、生产准备周期短。b. 真空(磁力)平台装夹：零件与工作台间抽真空，形成压紧力。优点:装夹快，工件夹持均匀，开敞性好。c. 专用夹具：为加工某种零件而特制的夹具。好的夹具，可以方便零件的装夹找正。在零件更换时，坐标原点不需要重新找正。4.确定加工坐标系原点1）坐标系原点设置：加工坐标系原点是数控加工中刀具运动的基准点。程序中刀位点的坐标计算也以该点为基
11、准，所以也称为程序原点。它可以设在零件面上、夹具表面上或机床工作台面上，但必须与零件的定位基准有已知的准确关系。程序或加工原点应尽量选择在零件的设计基准或工艺基准上。2)确定原则： (1).便于数学处理，简化程序(2).机床上易找正(3).加工过程易于检查简化数学处理，比如一个面，能当作平面处理，就不要当作斜面处理，因为平面可以采用平底刀加工，效率高。机床上易找正，方便操作人员的操作。加工过程中可能需要校验坐标系，要易于检查。实际上，易于找正，基本上就易于检查。5.走刀路线的选择走刀路线的规划走刀路线是指数控加工过程中刀位点相对于被加工工件的运动轨迹。1) 确定走刀路线的原则：a. 保证零件的
12、加工精度和光洁度b. 方便数值计算，减少程序段数c. 缩短走刀路线，减少空程d. 易于增加零件刚性f. 刀具轨迹变化尽量做到平缓；e. 尽量避免刀具在加工中向下切削；g. 精加工最好采用顺铣。2) 逆铣和顺铣（非常重要的概念）严格定义：逆铣:如果刀具的切削方向和刀具的前进方向相同;顺铣:如果刀具的切削方向和刀具的前进方向相反。另一种定义：对于右旋刀具来讲沿着刀具的前进方向看，如果刀具在被加工轮廓的右侧，称为逆铣；刀具在被加工轮廓的左侧称之为顺铣。顺逆铣的加工特点：逆铣：一般加工啃刀，加工易产生过切；顺铣：一般加工让刀，加工不到位。6.刀具的选择数控加工对刀具的要求很高。不仅要刚度好、精度好，还
13、要使用寿命长。1)材料: 优质高速钢,硬质合金,耐磨涂层,陶瓷材料等2)类别: 种类繁多（1）整体刀具：如立铣刀用于铣削平面零件的周边轮廓，球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀用于数控加工型面（2）可转位刀具：刀体与刀片分开，刀片一般采用粉末压铸而成，并带有涂层（CVD，PVD，金属陶瓷，PCBN）。优点：n刀片磨损后更换方便；n刀具成本低。3)刀具参数4)刀具的选择原则：a.刀具半径R应小于被加工零件内轮廓的最小曲率半径，约为(0.80.9）Rmin.b.切削深度取(1/41/2)D，以保证刀具有足够的加工刚度。7.确定加工用量加工用量包括切削深度和宽度、主轴转速、进给速度等。（1）切削深度的确定
14、主要根据机床、工件和刀具的刚度决定。u机床、工件和刀具的刚度越好，切深可越大u若机床、工件、刀具的刚性允许，如果能一次切完，可留0.20.5mm余量再精加工一次，以提高零件的光洁度和精度。u切削宽度、深度越大，则切削力、残余应力、振动越大，加工表面光洁度、精度越低。（2）切削宽度：加工时每相邻两刀之间的距离L，又称为行距.l 粗加工切削宽度由刀具、机床、零件的刚性决定；l 精加工可根据零件的粗糙度计算确定。要降低表面粗糙度，可缩小行距，但加工效率降低；因此在保证行距不变的前提下，应选择较大半径的刀具,可明显降低残留高度。（3）转速(S)的确定主轴转速n (r/min)根据允许的切削速度vc (
15、m/min)选取D-工件或刀具的有效切削直径(mm)（4）进给速度（量）F (mm/min)a. 定义：刀具基准点每分钟移动的路径之和。b. 进给量确定：根据零件的加工精度、表面光洁度、切削深度、宽度以及刀具和工件材料而选择。F = n（转速r/min）* Zn（齿数z）*fz（每齿进给量mm/zr）c. 控制方式：I. 编程人员在程序中给定一个值；II. 操作人员可根据实际情况用倍率调节旋扭进行调节。d. 四、五坐标F 值规定：若程序中只含有角度坐标：A、B、C则表示每一分钟转的角度数：度/min例如：N1 G1 A10 F100表示角：100度/min；若既含有移动坐标又含有角度坐标，则进给速度“F”只按线性移动坐标计算，而转动坐标按“线性变化规律”做从动。例如： N10 G1 X0 Y0 Z0 B0N11 G1 X10 B100 F10 (mm/min)执行“N11”所需时间为：(
