制造工程師培訓(xùn)：數(shù)控加工基礎(chǔ)

數(shù)控加工基礎(chǔ) 數(shù)控加工就是將加工數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)輸入到機(jī)床 機(jī)床的控制系統(tǒng)對(duì)輸入信息進(jìn)行運(yùn)算與控制 并不斷地向直接指揮機(jī)床運(yùn)動(dòng)的機(jī)電功能轉(zhuǎn)換部件 機(jī)床的伺服機(jī)構(gòu)發(fā)送脈沖信號(hào) 伺服機(jī)構(gòu)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換與放大處理 然后由傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)床 從而加工零件 所以 數(shù)控加工的關(guān)鍵是加工數(shù)據(jù)和工藝參數(shù)的獲取 即數(shù)控編程 數(shù)控加工基礎(chǔ) 一 數(shù)控加工概述 1 數(shù)控加工一般包括以下幾個(gè)內(nèi)容 1 對(duì)圖紙進(jìn)行分析 確定需要數(shù)控加工的部分 2 利用圖形軟件對(duì)需要數(shù)控加工的部分造型 3 根據(jù)加工條件 選擇合適的加工參數(shù) 生成加工軌跡 包括粗加工 半精加工 精加工軌跡 4 軌跡的仿真檢驗(yàn) 5 生成G代碼 6 傳給機(jī)床加工 數(shù)控加工基礎(chǔ) 一 數(shù)控加工概述 2 數(shù)控加工有以下主要優(yōu)點(diǎn) 1 零件一致性好 質(zhì)量穩(wěn)定 因?yàn)閿?shù)控機(jī)床的定位精度和重復(fù)定位精度都很高 很容易保證零件尺寸的一致性 而且 大大減少了人為因素的影響 2 可加工任何復(fù)雜的產(chǎn)品 且精度不受復(fù)雜程度的影響 3 降低工人的體力勞動(dòng)強(qiáng)度 從而節(jié)省出時(shí)間 從事創(chuàng)造性的工作 數(shù)控加工基礎(chǔ) 一 數(shù)控加工概述 1 用CAXA ME實(shí)現(xiàn)加工的過(guò)程 首先 在后置設(shè)置中須配置好機(jī)床 這是正確輸出代碼的關(guān)鍵 其次 看懂圖紙 用曲線 曲面和實(shí)體表達(dá)工件 然后 根據(jù)工件形狀 選擇合適的加工方式 生成刀位軌跡 最后 生成G代碼 傳給機(jī)床 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 2 兩軸加工機(jī)床坐標(biāo)系的X和Y軸兩軸聯(lián)動(dòng) 而Z軸固定 即機(jī)床在同一高度下對(duì)工件進(jìn)行切削 兩軸加工適合于銑削平面圖形 在CAXA ME中 機(jī)床坐標(biāo)系的Z軸即是絕對(duì)坐標(biāo)系的Z軸 平面圖形均指投影到絕對(duì)坐標(biāo)系的XOY面的圖形 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 3 兩軸半加工兩軸半加工在二軸的基礎(chǔ)上增加了Z軸的移動(dòng) 當(dāng)機(jī)床坐標(biāo)系的X和Y軸固定時(shí) Z軸可以有上下的移動(dòng) 利用兩軸半加工可以實(shí)現(xiàn)分層加工 每層在同一高度 指Z向高度 下同 上進(jìn)行兩軸加工 層間有Z向的移動(dòng) CAXA ME的平面輪廓和平面區(qū)域加工功能 均針對(duì)兩軸半加工來(lái)設(shè)置 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 4 三軸加工機(jī)床坐標(biāo)系的X Y和Z三軸聯(lián)動(dòng) 三軸加工適合于進(jìn)行各種非平面圖形即一般的曲面的加工 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 5 4軸加工臥式加工中心為四軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng) 即X Y Z B4個(gè)方向 立式加工中心也為四軸聯(lián)動(dòng)系統(tǒng) 即X Y Z A4個(gè)方向 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 6 5軸加工五軸聯(lián)動(dòng)加土中心通常用來(lái)加土葉輪 機(jī)翼 模具等帶有復(fù)雜曲面的零件 因其裝夾一次便可完成出零件絕大部分甚至全部工序 避免了三軸 四軸加工中心在多次裝夾中產(chǎn)生的定位誤差 因此加工出來(lái)的零件精度更高 所用輔助時(shí)間更少 如配置上五軸聯(lián)動(dòng)的高檔數(shù)控系統(tǒng) 還可以對(duì)復(fù)雜的空間曲面進(jìn)行高精度加工 更能夠適宜象汽車零部件 飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等現(xiàn)代模具的加工 立式五軸加工中心的回轉(zhuǎn)軸有兩種方式 1 工作臺(tái)回轉(zhuǎn)軸 2 立式主軸頭的回轉(zhuǎn) 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 7 輪廓輪廓是一系列首尾相接曲線的集合 如下圖所示 輪廓示例 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 在進(jìn)行數(shù)控編程 交互指定待加工圖形時(shí) 常常需要用戶指定圖形的輪廓 用來(lái)界定被加工的區(qū)域或被加工的圖形本身 如果輪廓是用來(lái)界定被加工區(qū)域的 則要求指定的輪廓是閉合的 如果加工的是輪廓本身 則輪廓也可以不閉合 由于CAXA ME對(duì)輪廓作到當(dāng)前坐標(biāo)系的當(dāng)前平面投影 所以組成輪廓的曲線可以是空間曲線 但要求指定的輪廓不應(yīng)有自交點(diǎn) 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 8 區(qū)域和島區(qū)域指由一個(gè)閉合輪廓圍成的內(nèi)部空間 其內(nèi)部可以有 島 島也是由閉合輪廓界定的 區(qū)域指外輪廓和島之間的部分 由外輪廓和島共同指定待加工的區(qū)域 外輪廓用來(lái)界定加工區(qū)域的外部邊界 島用來(lái)屏蔽其內(nèi)部不需加工或需保護(hù)的部分 如下圖所示 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 區(qū)域和島的關(guān)系 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 9 機(jī)床參數(shù)數(shù)控銑床的一些速度參數(shù) 包括主軸轉(zhuǎn)速 接近速度 進(jìn)給速度和退刀速度 如下圖所示 數(shù)控銑中各種速度示例 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 主軸轉(zhuǎn)速是切削時(shí)機(jī)床主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度 進(jìn)給速度是正常切削時(shí)刀具行進(jìn)的線速度 接近速度為從安全高度切入工件前刀具行進(jìn)的線速度 又稱進(jìn)刀速度 退刀速度為刀具離開(kāi)工件回到安全高度時(shí)刀具行進(jìn)的線速度 在安全高度以上刀具行進(jìn)的線速度取機(jī)床的G00 這些速度參數(shù)的給定一般依賴于機(jī)床的特點(diǎn)和用戶的經(jīng)驗(yàn) 原則上講 它們與機(jī)床本身 工件的材料 刀具材料 工件的加工精度和表面光潔度要求等相關(guān) 速度參數(shù)與加工的效率密切相關(guān) 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 10 刀具參數(shù)CAXA ME主要針對(duì)數(shù)控銑加工 目前提供三種銑刀 球刀 r R 端刀 r 0 和R刀 r R 其中R為刀具的半徑 r為刀角半徑 刀具參數(shù)中還有刀桿長(zhǎng)度L和刀刃長(zhǎng)度l 如下圖所示 刀具參數(shù)示意圖 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 在三軸加工中 端刀和球刀的加工效果有明顯區(qū)別 當(dāng)曲面形狀復(fù)雜有起伏時(shí) 建議使用球刀 適當(dāng)調(diào)整加工參數(shù)可以達(dá)到好的加工效果 在二軸中 為提高效率建議使用端刀 因?yàn)橄嗤膮?shù) 球刀會(huì)留下較大的殘留高度 選擇刀刃長(zhǎng)度和刀桿長(zhǎng)度時(shí)請(qǐng)考慮機(jī)床的情況及零件的尺寸是否會(huì)干涉 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 對(duì)于刀具 還應(yīng)區(qū)分刀尖和刀心 兩者均是刀具的對(duì)稱軸上的點(diǎn) 其間差一個(gè)刀角半徑 如下圖所示 刀的分類 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 11 刀具軌跡和刀位點(diǎn)刀具軌跡是系統(tǒng)按給定工藝要求生成的對(duì)給定加工圖形進(jìn)行切削時(shí)刀具行進(jìn)的路線 如下圖所示 系統(tǒng)以圖形方式顯示 刀具軌跡由一系列有序的刀位點(diǎn)和連接這些刀位點(diǎn)的直線 直線插補(bǔ) 或圓弧 圓弧插補(bǔ) 組成 本系統(tǒng)的刀具軌跡是按刀尖位置來(lái)計(jì)算和顯示的 刀具軌跡和刀位點(diǎn) 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 12 安全高度和起止高度安全高度是指保證在此高度以上可以快速走刀不發(fā)生干涉的高度 應(yīng)高于零件的最大高度 起止高度是進(jìn)退刀時(shí)刀具的初始高度 起止高度應(yīng)大于安全高度 安全高度和起止高度 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 13 慢速下刀高度每一次下刀 刀具都是快速運(yùn)動(dòng) G00 當(dāng)距下刀點(diǎn)某一距離值時(shí) 刀具以接近速度下降 這個(gè)距離值稱為慢速下刀高度 14 加工余量銑加工是一個(gè)去余量的過(guò)程 即從毛坯開(kāi)始逐步除去多余的材料 以得到需要的零件 這種過(guò)程往往由粗加工和精加工構(gòu)成 必要時(shí)還需要進(jìn)行半精加工 即需經(jīng)過(guò)多道工序的加工 在前一道工序中 往往需給下一道工序留下一定的余量 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 實(shí)際的加工模型是指定的加工模型按給定的加工余量進(jìn)行等距的結(jié)果 如下圖所示 加工余量示意 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 15 加工誤差與步長(zhǎng)刀具軌跡和實(shí)際加工模型的偏差即是加工誤差 用戶可通過(guò)控制加工誤差來(lái)控制加工的精度 用戶給出的加工誤差是刀具軌跡同加工模型之間的最大允許偏差 系統(tǒng)保證刀具軌跡與實(shí)際加工模型之間的偏離不大于加工誤差 用戶應(yīng)根據(jù)實(shí)際工藝要求給定加工誤差 如在進(jìn)行粗加工時(shí) 加工誤差可以較大 否則加工效率會(huì)受到不必要的影響 而進(jìn)行精加工時(shí) 需根據(jù)表面要求等給定加工誤差 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 在兩軸加工中 對(duì)于直線和圓弧的加工不存在加工誤差 加工誤差指對(duì)樣條線進(jìn)行加工時(shí)用折線段逼近樣條時(shí)的誤差 在三軸加工中 還可以用給定步長(zhǎng)的方式控制加工的誤差 步長(zhǎng)用來(lái)控制刀具步進(jìn)方向上每?jī)蓚€(gè)刀位點(diǎn)之間的距離 系統(tǒng)按用戶給定的步長(zhǎng)計(jì)算刀具軌跡 同時(shí)系統(tǒng)對(duì)生成的刀具軌跡進(jìn)行優(yōu)化處理 刪除處于同一直線上的刀位點(diǎn) 在保證加工精度的前提下提高加工的效率 因此用戶給定的是加工的最小步距 實(shí)際生成的刀具軌跡中的步長(zhǎng)可能大于用戶給定的步長(zhǎng) 如下圖所示 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 加工誤差與步長(zhǎng) 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 16 行距和殘留高度及刀次行距指加工軌跡相鄰兩行刀具軌跡之間的距離 如圖所示 在三軸加工中 由于行距造成的兩刀之間一些材料未切削 這些材料距切削面的高度即是殘留高度 在加工時(shí) 可通過(guò)控制殘留高度來(lái)控制加工的精度 有時(shí)可通過(guò)指定刀具軌跡的行數(shù)及刀次來(lái)控制殘留高度 行距和殘留高度及刀次 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 17 順銑和逆銑在銑加工中需注意順銑和逆銑的不同 順銑和逆銑的切削效果是不同的 在數(shù)控銑削加工中 一般總是采用順銑的方式 可以得到較好的加工效果 順銑和逆銑 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 18 干涉在切削被加工表面時(shí) 如果刀具切到了不應(yīng)該切的部分 則稱為出現(xiàn)干涉現(xiàn)象 或者叫做過(guò)切 在CAXA ME系統(tǒng)中 干涉分為兩種 自身干涉 指被加工表面中存在刀具切削不到的部分時(shí)存在的過(guò)切現(xiàn)象 面間干涉 指在加工一個(gè)或一系列表面時(shí) 可能會(huì)對(duì)其他表面產(chǎn)生過(guò)切的現(xiàn)象 自身干涉 面間干涉 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 19 限制線刀具軌跡不允許越過(guò)的線 在限制線加工中 刀具軌跡被限定在兩系列限制線之中 如下圖所示 限制線示意 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 20 限制面專門用來(lái)限制刀位軌跡 在參數(shù)線加工中用到 如下圖所示 限制面示意圖 數(shù)控加工基礎(chǔ) 二 數(shù)控加工的基本概念 數(shù)控加工基礎(chǔ) 1 切入切出切入切出選項(xiàng)卡菜單在大部分加工方法中都存在 其作用是設(shè)定加工過(guò)程中刀具切入切出方式 三 通用參數(shù)設(shè)置 2 接近點(diǎn)和返回點(diǎn)根據(jù)模型或者加工條件 從接近點(diǎn)開(kāi)始移動(dòng)或者移動(dòng)到返回點(diǎn)的部分可能與領(lǐng)域發(fā)生干涉的情況 避免的方法有變更接近位置點(diǎn)或者返回位置點(diǎn) 數(shù)控加工基礎(chǔ) 三 通用參數(shù)設(shè)置 數(shù)控加工基礎(chǔ) 3 下刀方式下刀方式選項(xiàng)卡菜單在所有加工方法中都存在 其作用是設(shè)定加工過(guò)程中刀具下刀方式 三 通用參數(shù)設(shè)置 數(shù)控加工基礎(chǔ) 三 通用參數(shù)設(shè)置 數(shù)控加工基礎(chǔ) 4 切削用量切削用量選項(xiàng)卡菜單在所有加工方法中都存在 其作用是設(shè)定加工過(guò)程中切削過(guò)程中所有速度值 三 通用參數(shù)設(shè)置 數(shù)控加工基礎(chǔ) 5 加工邊界加工邊界選項(xiàng)卡菜單在大部分加工方法中都存在 且都相同 其作用是加工邊界進(jìn)行設(shè)定 三 通用參數(shù)設(shè)置 數(shù)控加工基礎(chǔ) 三 通用參數(shù)設(shè)置 數(shù)控加工基礎(chǔ) 6 加工參數(shù) 加工方向 加工方向 在所有加工方法中都存在 在某些加工方法中只有順銑和逆銑兩項(xiàng) 其作用是對(duì)加工方向進(jìn)行選擇 三 通用參數(shù)設(shè)置 數(shù)控加工基礎(chǔ) 參數(shù) 參數(shù) 在所有加工方法中都存在 三 通用參數(shù)設(shè)置 數(shù)控加工基礎(chǔ) 加工坐標(biāo)系和起始點(diǎn) 加工坐標(biāo)系 和 起始點(diǎn) 在所有加工方法中都存在 其作用是對(duì)加工坐標(biāo)系和起始點(diǎn)進(jìn)行設(shè)定 三 通用參數(shù)設(shè)置 數(shù)控加工基礎(chǔ) 其他常用參數(shù)說(shuō)明 1 XY切入 行距 XY方向的相鄰掃描行的距離 殘留高度 由球刀銑削時(shí) 輸入銑削通過(guò)時(shí)的殘余量 殘留高度 當(dāng)指定殘留高度時(shí) 會(huì)提示XY切削量 三 通用參數(shù)設(shè)置 2 Z切入z向切削設(shè)定有以下兩種定義方式 層高 z向每加工層的切削深度 殘留高度 系統(tǒng)會(huì)根據(jù)輸入的殘留高度的大小計(jì)算z向?qū)痈?最大層間距 輸入最大z向切削深度 根據(jù)殘留高度值在求得Z向的層高時(shí) 為防止在加工較陡斜面時(shí)可能層高過(guò)大 限制層高在最大層間距的設(shè)定值之下 最小層間距 輸入最小z向切削深度 根據(jù)殘留高度值在求得Z向的層高時(shí) 為防止在加工較平坦面時(shí)可能層高過(guò)小 限制層高在最小層間距的設(shè)定值之上 數(shù)控加工基礎(chǔ) 三 通用參數(shù)設(shè)置 數(shù)控加工基礎(chǔ) 三 通用參數(shù)設(shè)置 數(shù)控加工基礎(chǔ) 3 進(jìn)行角度輸入0度 生成與X軸平行的掃描線軌跡 輸入90度 生成與Y軸平行的掃描線軌跡 輸入值范圍是0度 360度 三 通用參數(shù)設(shè)置