數(shù)控機(jī)床的加工工藝及編程步驟.ppt

2.2數(shù)控機(jī)床的加工工藝及編程步驟,2.2.1工序的劃分2.2.2編制加工程序的內(nèi)容及步驟2.2.3零件的安裝和對(duì)刀點(diǎn)的確定2.2.4確定加工路線2.2.5切削用量的選擇和刀具的選擇2.2.6數(shù)值計(jì)算,數(shù)控加工程序編制的一般過(guò)程,工藝處理,2.2數(shù)控機(jī)床的加工工藝及編程步驟,在編制數(shù)控程序時(shí)，首先必須根據(jù)零件圖紙選擇數(shù)控機(jī)床；進(jìn)行工藝分析、處理，然后才能編制加工程序。必須注意數(shù)控機(jī)床的程序編制比普通機(jī)床的工藝規(guī)程復(fù)雜得多。普通機(jī)床的工藝規(guī)程對(duì)零件的加工過(guò)程不必規(guī)定得很詳細(xì)，一部分內(nèi)容可由操作人員自行決定，如工步的安排、走刀路線、刀具形狀和切削用量等；而數(shù)控加工程序中必須包括零件加工的整個(gè)過(guò)程，如機(jī)床的運(yùn)動(dòng)、刀具的形狀、切削用量及走刀路線等。這既要求程序員要有較高的素質(zhì)，對(duì)數(shù)控機(jī)床、切削規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)工夾具等都很熟悉，只有對(duì)零件的加工過(guò)程進(jìn)行全盤考慮，仔細(xì)研究，才能正確合理地編制加工程序。,2.2.1工序的劃分,一般在數(shù)控機(jī)床上加工零件，應(yīng)盡量在一次裝夾中完成全部工序，工序劃分的根據(jù)如下：(1)按先面后孔的原則劃分工序在加工有面和孔的零件時(shí)，為了提高孔的加工精度，應(yīng)先加工面，后加工孔，這一點(diǎn)與普通機(jī)床相同。(2)按粗、精加工劃分工序?qū)庸ぞ纫筝^高的零件，應(yīng)將粗、精加工分開(kāi)進(jìn)行，這樣可以使粗加工引起的各種變形得到恢復(fù)，也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)毛坯上的各種缺陷，并能充分發(fā)揮粗加工的效率?？紤]到粗加工時(shí)零件變形的恢復(fù)需要一段時(shí)間，粗加工后不要立即安排精加工。(3)按所用刀具劃分工序在數(shù)控機(jī)床上，為了減少換刀次數(shù)，縮短輔助時(shí)間，經(jīng)常按集中工序的方法加工零件，即用同一把刀加工完零件上要求相同的部位后，再用另一把刀加工其他部位。,2.2.2編制加工程序的內(nèi)容及步驟,一般數(shù)控加工程序的編制分三個(gè)階段完成，即工藝處理、數(shù)學(xué)處理和編程調(diào)試。1工藝處理階段主要工作內(nèi)容如下：(1)分析被加工零件圖紙，明確加工內(nèi)容及技術(shù)要求，在此基礎(chǔ)上確定零件的加工方式和走刀路線，確定切削用量等工藝參數(shù)。(2)制定零件的數(shù)控加工工藝過(guò)程。在已經(jīng)確定工藝參數(shù)的前提下，考慮零件如何安裝，對(duì)刀點(diǎn)位置如何確定，零件如何分步加工，如何使圖樣上的精度等技術(shù)要求得以實(shí)現(xiàn)等。(3)選擇或設(shè)計(jì)刀、夾具。,編程調(diào)試階段,2.2.2編制加工程序的內(nèi)容及步驟,一般數(shù)控加工程序的編制分三個(gè)階段完成，即工藝處理、數(shù)學(xué)處理和編程調(diào)試。2數(shù)學(xué)處理階段工藝處理階導(dǎo)完成后，編程人員便可結(jié)合所使用的數(shù)控系統(tǒng)的輸入要求，通過(guò)數(shù)學(xué)處理計(jì)算出應(yīng)輸入給控制系統(tǒng)的輸人數(shù)據(jù)。這種計(jì)算工作量的大小，隨被加工零件的形狀、加工內(nèi)容及控制系統(tǒng)的功能等有所不同。,編程調(diào)試階段,2.2.2編制加工程序的內(nèi)容及步驟,一般數(shù)控加工程序的編制分三個(gè)階段完成，即工藝處理、數(shù)學(xué)處理和編程調(diào)試。3編程調(diào)試階段-主要有下述三項(xiàng)工作內(nèi)容：(1)編制程序單在工藝處理和數(shù)學(xué)處理的基礎(chǔ)上，還要考慮某些輔助工藝處理，如確定準(zhǔn)備功能，主軸的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，停車及變換速度等。然后便可按數(shù)控裝置的輸人格式要求編寫出程序單。(2)程序單經(jīng)過(guò)嚴(yán)格檢查確認(rèn)無(wú)誤后，確認(rèn)無(wú)誤后方可交付生產(chǎn)部門使用。(3)首件試切削生產(chǎn)部門拿到紙帶后，通常不立即加工零件還要作進(jìn)一步檢查。方法是用劃針或圓珠筆在機(jī)床上畫(huà)線檢查，即用劃針在涂有顏料的玻璃扳(或紙)上畫(huà)出零件的輪廓形狀來(lái)檢查。然后試切一個(gè)零件，經(jīng)檢驗(yàn)合格，該程序編制工作方可認(rèn)為結(jié)束。,編程調(diào)試階段,2.2.3零件的安裝和對(duì)刀點(diǎn)的確定,1零件的安裝與普通機(jī)床一樣，在數(shù)控機(jī)床上安裝零件也耍合理地選擇定位基準(zhǔn)和夾緊方式。安裝工件時(shí)要考慮以下兩個(gè)原則：(1)應(yīng)盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能做到一次裝夾后加工出全部待加工表面，以充分發(fā)揮機(jī)床的效率。(2)當(dāng)有些零件需要二次裝夾時(shí)，也要盡可能利用同一基準(zhǔn)，以減少安裝誤差。,2.2.3零件的安裝和對(duì)刀點(diǎn)的確定,數(shù)控機(jī)床上應(yīng)盡量使用組合夾具，必要時(shí)才設(shè)計(jì)專用夾具。選用和設(shè)計(jì)夾具時(shí)應(yīng)考慮數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)，一般應(yīng)注意以下幾點(diǎn)；(1)夾具結(jié)構(gòu)力求簡(jiǎn)單(如選用標(biāo)準(zhǔn)夾具、組合夾具等)；(2)裝卸迅速方便，以縮短輔助時(shí)間；(3)加工部位要敞開(kāi)，夾緊機(jī)構(gòu)等不能影響走刀，耍注盒夾緊力的作用點(diǎn)和方向；(4)夾具的安裝要準(zhǔn)確可靠，以保證正確加工零件；(5)夾具應(yīng)具備足夠的強(qiáng)度和剛度，尤其在切削用量較大時(shí)，應(yīng)能保證零件的加工精度。,2.2.3零件的安裝和對(duì)刀點(diǎn)的確定,3確定對(duì)刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)刀位點(diǎn)：即刀具的基準(zhǔn)點(diǎn)，對(duì)于立銑刀來(lái)講應(yīng)是刀具軸線與刀具底面的交點(diǎn)，對(duì)于車刀則是刀尖，對(duì)于鉆頭則是鉆尖，對(duì)于球頭銑刀是球頭部分的球心。,2.2.3零件的安裝和對(duì)刀點(diǎn)的確定,3確定對(duì)刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)起刀點(diǎn)：是數(shù)控加工時(shí)刀具相對(duì)工件運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)（是指刀具起始運(yùn)動(dòng)的刀位點(diǎn)），亦即程序開(kāi)始執(zhí)行時(shí)的刀位點(diǎn)；對(duì)刀點(diǎn)：當(dāng)用夾具時(shí)，常用與工件零點(diǎn)有固定聯(lián)系尺寸的圓柱銷等進(jìn)行對(duì)刀，則用對(duì)刀點(diǎn)作為起刀點(diǎn)。見(jiàn)圖2.2.1。,2.2.3零件的安裝和對(duì)刀點(diǎn)的確定,在編程時(shí)應(yīng)首先考成對(duì)刀點(diǎn)位置的選擇，選定的原則如下：應(yīng)使程序編制簡(jiǎn)單。對(duì)刀點(diǎn)在機(jī)床上容易找正。加正過(guò)程中檢查方便；”引起的加工誤差小。對(duì)刀點(diǎn)應(yīng)盡量選在零件的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上。對(duì)刀點(diǎn)可以設(shè)在被加工零件上，也可以設(shè)在夾具上但必須與零件的定位基準(zhǔn)有一定的尺寸關(guān)系，這樣才能保證機(jī)床坐標(biāo)系與零件坐標(biāo)系的相互關(guān)系。,2.2.3零件的安裝和對(duì)刀點(diǎn)的確定,換刀點(diǎn)：是為數(shù)控車床、數(shù)控鉆鏜床以及其他自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床設(shè)定的換刀位置，因?yàn)檫@種機(jī)床在加工中途要更換刀具。換刀點(diǎn)的位置要保證換刀時(shí)刀具不得碰撞工件、夾具或機(jī)床，因此換刀點(diǎn)常常設(shè)在遠(yuǎn)離加工零件的位置(見(jiàn)圖2.2.1),2.2.4確定加工路線,加工路線是切削過(guò)程中銑刀中心運(yùn)動(dòng)的軌跡和方向，也是編程的軌跡和方向。確定走刀路線，主要是確定粗加工及空行程的走刀路線，因?yàn)榫庸で邢鬟^(guò)程的走刀路錢基本上都是沿著零件的輪廓進(jìn)行的。在數(shù)控加工中，加工路線除了要保證工件的加工精度、表面粗糙度外，還要盡量縮短空行程時(shí)間，并能簡(jiǎn)化程序。例如在銑削外輪廓時(shí)，為防止刀具在切入，切出時(shí)產(chǎn)生刀痕，一般采用切線切入、切出方式以保證工件輪廓的光滑過(guò)渡，如圖2.2.2所示。,2.2.4確定加工路線,為減少編程的程序段，提高生產(chǎn)率，在確定工藝路線時(shí)，應(yīng)使進(jìn)給路線最短。如圖2.2.3a所示，按習(xí)慣應(yīng)先加工均勻分布于同一圓周上的孔后，再加工另一圓孔。但對(duì)于數(shù)控機(jī)床來(lái)說(shuō)，這種加工路線長(zhǎng)，效率低，按圖2.2.3b所示的進(jìn)給路線加工，使走刀路線總和最短可以節(jié)省定位時(shí)間達(dá)一倍左右。,2.2.4確定加工路線,在銑削內(nèi)輪廓時(shí)，可以采用三種方案。其中圖2.2.4a方案采用行切法由于這種方法最后輪廓表面不是連續(xù)加工完成的，所以表面質(zhì)量較差；圖2.2.4b方案采用環(huán)切法，這種方法加工路線太長(zhǎng)，效率較低；圖2.2.4c方案克服了前兩種方案的不足，先采用行切法，最后環(huán)切一刀，光整輪廓表面，獲得了較好的效果。從數(shù)值計(jì)算的角度看，環(huán)切法的刀位計(jì)算較為復(fù)雜。若從走刀路線的長(zhǎng)短比較，行切法略優(yōu)于環(huán)切法。,2.2.5切削用量及刀具的選擇,切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和切削深度等。各種機(jī)床切削用量的選擇根據(jù)數(shù)控機(jī)床使用說(shuō)明書(shū)、手冊(cè)，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以確定。1主軸轉(zhuǎn)速n主軸轉(zhuǎn)速主要根據(jù)允許的切削速度確定，公式如下：n1000vD其中：D為工件或刀具的直徑(mm)；v為切削速度(m/min)由刀具耐用度決定，一般為100一200mmin；n為主軸轉(zhuǎn)速(rpm)。根據(jù)計(jì)算值選用機(jī)床對(duì)應(yīng)的標(biāo)推主軸轉(zhuǎn)速，然后用S代碼編入程序。,2.2.5切削用量及刀具的選擇,切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速、進(jìn)給速度和切削深度等。各種機(jī)床切削用量的選擇根據(jù)數(shù)控機(jī)床使用說(shuō)明書(shū)、手冊(cè)，并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)加以確定。2進(jìn)給速度進(jìn)給速度根據(jù)零件的加工精度、表面粗糙度和刀具、工件的材料選擇，最大進(jìn)給速度受機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)的性能限制，并與脈沖當(dāng)量有關(guān)。在精度要求較高時(shí)，進(jìn)給量應(yīng)選小一些，一般在20mm/min一50mmmin范圍內(nèi)選取。3切削深度主要根據(jù)機(jī)床、刀具、夾具和工件的剛性確定。在機(jī)床剛度允許的情況下，盡量選擇較大的切削深度，以提高加工效率。有時(shí)為了改善表面粗糙度和加工精度，要留一點(diǎn)余量，以便最后精加工一次。,2.2.5切削用量及刀具的選擇,4刀具的選擇與普通機(jī)床相比，數(shù)控加工對(duì)刀具提出了更高的要求。數(shù)控機(jī)床要求刀具強(qiáng)度、剛度好，耐用度高，尺寸穩(wěn)定，排屑性能好，安裝調(diào)整方便等。同時(shí)還應(yīng)考慮工件材料的性質(zhì)、機(jī)床的加工能力、加工工序、切削用量及有關(guān)因素等。在內(nèi)輪廓加工中，要注意刀具半徑要小于輪廓曲線的最小曲率半徑。在自動(dòng)換刀機(jī)床中，要預(yù)先測(cè)出刀具的結(jié)構(gòu)尺寸和調(diào)整尺寸，以便在加工時(shí)進(jìn)行刀具補(bǔ)償。,2.2.5切削用量及刀具的選擇,數(shù)控刀具分類：,1）按照刀具結(jié)構(gòu)分：,整體式：鉆頭、立銑刀等,鑲嵌式：包括刀片采用焊接和機(jī)夾式,特殊形式：復(fù)合式、減振式等,機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛應(yīng)用，數(shù)量上已達(dá)到整個(gè)數(shù)控刀具的30%40%，金屬切除率占總數(shù)80%90%。,2.2.5切削用量及刀具的選擇,車削刀具：,外圓車刀,內(nèi)孔車刀,螺紋車刀,2.2.5切削用量及刀具的選擇,銑削刀具：,方肩銑刀,仿形銑刀,三面刃和螺紋銑刀,整體硬質(zhì)合金銑刀,2.2.6數(shù)值計(jì)算,1基點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)的含義編程時(shí)的數(shù)值計(jì)算主要是計(jì)算零件加工軌跡的尺寸，即計(jì)算零件輪廓基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，或刀具中心軌跡基點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)。l數(shù)控機(jī)床一般只有直線和圓弧插補(bǔ)功能，因此，對(duì)于由直線和圓弧組成的平面輪廓，編程時(shí)主要是求各基點(diǎn)的坐標(biāo)?；c(diǎn)：就是構(gòu)成零件輪廓不同幾何素線元素的交點(diǎn)或切點(diǎn)。如直線與直線的交點(diǎn)，直線段和圓弧段的交點(diǎn)、切點(diǎn)及圓弧與圓弧的交點(diǎn)、切點(diǎn)等。根據(jù)基點(diǎn)坐標(biāo)就可以編寫出直線和圓弧的加工程序。基點(diǎn)的計(jì)算比較簡(jiǎn)單，選定坐標(biāo)原點(diǎn)以后，應(yīng)用三角、幾何關(guān)系就可以算出各基點(diǎn)的坐標(biāo)，因此采用手工編程即可。,2.2.6數(shù)值計(jì)算,由于數(shù)控機(jī)床無(wú)法直接加工除直線和圓弧以外的曲線，加工此類曲線時(shí)數(shù)值計(jì)算較為復(fù)雜，包括曲線擬合和曲線逼近兩部分。曲線逼近：對(duì)于平面輪廓是非圓方程Y=f（X）組成的曲線，如漸開(kāi)線、阿基米德螟線等，必須用直線和圓弧逼近該曲線，即將輪廓曲線按編程允許的誤差分割成許多小段，用直線和圓弧逼近這些小段(可采用等間距直線、等弦長(zhǎng)直線、等誤差直線逼近法和圓弧逼近法等)。逼近直線和圓弧小段與輪廓曲線的交點(diǎn)或切點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。,2.2.6數(shù)值計(jì)算,曲線擬合：對(duì)于用實(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)點(diǎn)表示，沒(méi)有輪廓曲線方程的平面輪廓，如果給出的數(shù)據(jù)點(diǎn)比較密集，則可以用這些點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)，用直線或圓弧連接起來(lái)逼近輪廓形狀。如果數(shù)據(jù)點(diǎn)較稀疏，則必須先用插值法將節(jié)點(diǎn)加密，或進(jìn)行曲線擬合(如牛頓插值法、樣條曲線擬合法、雙圓弧擬合法等)，然后再進(jìn)行曲線逼近。對(duì)于空間曲面，則用許多平行的平面曲線逼近空間曲面，這時(shí)需求出所有的平面曲線，并計(jì)算出各平面曲線的基點(diǎn)或節(jié)點(diǎn)，然后按基點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)劃分各個(gè)程序段，編寫各節(jié)點(diǎn)、基點(diǎn)之間的直線或圓弧加工程序。,2.2.6數(shù)值計(jì)算,有關(guān)曲線逼近和曲線擬合的計(jì)算方法很多。其計(jì)算非常繁瑣，花費(fèi)的時(shí)間也長(zhǎng)，如采用手工編程，編程工作將十分艱巨，因此必須借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行計(jì)算。目前許多先進(jìn)國(guó)家都已開(kāi)發(fā)了自動(dòng)編程技術(shù)。自動(dòng)編程的過(guò)程分為兩個(gè)階段：第一階段是對(duì)零件圖紙進(jìn)行工藝分析，用編程語(yǔ)言編寫零件的源程序，制作穿孔帶；第二階段是借助計(jì)算機(jī)對(duì)源程序進(jìn)行處理，然后自動(dòng)打印零件加工的程序單和穿孔帶。目前生產(chǎn)企業(yè)已把CAD/CAM技術(shù)用于數(shù)控編程數(shù)控加工中。,2.2.6數(shù)值計(jì)算,節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)計(jì)算手工編程中，常用的逼近計(jì)算方法有等間距直線逼近法、等弦長(zhǎng)直線逼近法及三點(diǎn)定圓法等。等間距法是在一個(gè)坐標(biāo)軸方向，將需逼近的輪廓進(jìn)行等分，再對(duì)其設(shè)定節(jié)點(diǎn)，然后進(jìn)行坐標(biāo)值計(jì)算。等弦長(zhǎng)法是設(shè)定相鄰兩點(diǎn)間的弧長(zhǎng)相等，再對(duì)該輪廓曲線進(jìn)行節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值計(jì)算。三點(diǎn)定圓法是一種用圓弧逼近非圓曲線時(shí)常用的計(jì)算方法，其實(shí)質(zhì)是先用直線逼近方法計(jì)算出輪廓曲線的節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)，然后再通過(guò)連續(xù)的三個(gè)節(jié)點(diǎn)作圓，用一段段圓弧逼近曲線。,2.2.6數(shù)值計(jì)算,等間距法直線逼近節(jié)點(diǎn)計(jì)算方法其特點(diǎn)是使每個(gè)程序段的某一坐標(biāo)增量相等，然后根據(jù)曲線的表達(dá)式求出另一坐標(biāo)值，即可得到節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。在直角坐標(biāo)系中，可使相鄰節(jié)點(diǎn)間的x或y坐標(biāo)增量相等；計(jì)算方法如圖2.2.5所示。這種方法的關(guān)鍵是確定間距值，該值應(yīng)保證曲線Yf(x)相鄰相鄰兩節(jié)點(diǎn)間的法向距離小于允許的程序編制誤差，即允允一般為零件公差的l5110。,2.2.6數(shù)值計(jì)算,等弦長(zhǎng)法直線逼近的節(jié)點(diǎn)計(jì)算這種方