UG NX 12.0數(shù)控加工教程 課件 第01章 數(shù)控加工基礎(chǔ)

UGNX12.0數(shù)控加工教程UGNX12.0工程應(yīng)用精解叢書北京兆迪科技有限公司編著第1章數(shù)控加工基礎(chǔ)

本章主要介紹數(shù)控加工的基礎(chǔ)知識(shí)，內(nèi)容包括數(shù)控編程和數(shù)控機(jī)床簡述、數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)、高度與安全高度、數(shù)控加工的補(bǔ)償、輪廓控制、順銑與逆銑以及加工精度等。1.1數(shù)控加工概論數(shù)控技術(shù)即數(shù)字控制技術(shù)（NumericalControlTechnology），是指用計(jì)算機(jī)以數(shù)字指令的方式控制機(jī)床動(dòng)作的技術(shù)。數(shù)控加工具有產(chǎn)品精度高、自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高以及生產(chǎn)成本低等特點(diǎn)，在制造業(yè)中，數(shù)控加工是所有生產(chǎn)技術(shù)中相當(dāng)重要的一環(huán)。尤其是汽車或航空航天產(chǎn)業(yè)零部件，其幾何外形復(fù)雜且精度要求較高，更突出了數(shù)控加工技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。數(shù)控加工技術(shù)集傳統(tǒng)的機(jī)械制造、計(jì)算機(jī)、信息處理、現(xiàn)代控制、傳感檢測等光、機(jī)、電技術(shù)于一體，是現(xiàn)代機(jī)械制造技術(shù)的基礎(chǔ)1.2數(shù)控編程簡述數(shù)控編程一般可以分為手工編程和自動(dòng)編程兩種。手工編程是指從零件圖樣分析、工藝處理、數(shù)值計(jì)算、編寫程序單到程序校核等各步驟的數(shù)控編程工作均由人工完成。該方法適用于零件形狀不太復(fù)雜、加工程序較短的情況，而形狀復(fù)雜的零件，如具有非圓曲線、列表曲面和組合曲面的零件，或形狀雖不復(fù)雜但程序很長的零件，則比較適合于自動(dòng)編程。自動(dòng)數(shù)控編程是從零件的設(shè)計(jì)模型（即參考模型）直接獲得數(shù)控加工程序，其主要任務(wù)是計(jì)算加工進(jìn)給過程中的刀位點(diǎn)（CutterLocationPoint，CL點(diǎn)），從而生成CL數(shù)據(jù)文件。采用自動(dòng)編程技術(shù)可以幫助人們解決復(fù)雜零件的數(shù)控加工編程問題，其大部分工作由計(jì)算機(jī)來完成，使編程效率大大提高，還能解決手工編程無法解決的許多復(fù)雜零件的加工編程問題。1.3數(shù)控機(jī)床/1.3.1數(shù)控機(jī)床的組成數(shù)控機(jī)床的種類很多，但任何一種數(shù)控機(jī)床都主要由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機(jī)床主體三大部分以及輔助控制系統(tǒng)等組成。1．?dāng)?shù)控系統(tǒng)2．伺服系統(tǒng)3．機(jī)床主體圖1.3.2數(shù)控加工中心圖1.3.1數(shù)控銑床1.3數(shù)控機(jī)床/1.3.2數(shù)控機(jī)床的特點(diǎn)高精度高效率高柔性大大減輕了操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度易于建立計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)初期投資大，加工成本高1.3數(shù)控機(jī)床/1.3.3數(shù)控機(jī)床的分類1．按工藝用途劃分2．按機(jī)床數(shù)控運(yùn)動(dòng)軌跡劃分3．按伺服系統(tǒng)控制方式劃分4．按聯(lián)動(dòng)坐標(biāo)軸數(shù)劃分1.3數(shù)控機(jī)床/1.3.4數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)包括坐標(biāo)系、坐標(biāo)原點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)方向，它對(duì)于數(shù)控加工及編程是一個(gè)十分重要的概念。每一個(gè)數(shù)控編程員和操作者，都必須對(duì)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系有一個(gè)很清晰的認(rèn)識(shí)。為了使數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范化及簡化數(shù)控編程，ISO對(duì)數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)系統(tǒng)做了若干規(guī)定。關(guān)于數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)和運(yùn)動(dòng)方向命名的詳細(xì)內(nèi)容，可參閱GB/T19660—2005的規(guī)定。圖1.3.5銑床坐標(biāo)系示意圖1.4數(shù)控加工程序/1.4.1數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)數(shù)控加工程序由為使機(jī)床運(yùn)轉(zhuǎn)而給予數(shù)控裝置的一系列指令的有序集合構(gòu)成。一個(gè)完整的程序由程序起始符、程序號(hào)、程序內(nèi)容、程序結(jié)束和程序結(jié)束符五部分組成。1.4數(shù)控加工程序/1.4.2數(shù)控指令數(shù)控加工程序的指令由一系列的程序字組成，而程序字通常由地址（Address）和數(shù)值（Number）兩部分組成，地址通常是某個(gè)大寫字母。1．語句號(hào)指令2．準(zhǔn)備功能指令3．輔助功能指令4．其他常用功能指令1.5數(shù)控加工工藝概述/1.5.1數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)數(shù)控加工工藝與普通加工工藝基本相同，在設(shè)計(jì)零件的數(shù)控加工工藝時(shí)，首先要遵循普通加工工藝的基本原則與方法，同時(shí)還需要考慮數(shù)控加工本身的特點(diǎn)和零件編程的要求。數(shù)控機(jī)床本身自動(dòng)化程度較高，控制方式不同，設(shè)備費(fèi)用也高，所以數(shù)控加工工藝具有以下六個(gè)特點(diǎn)。1．工藝內(nèi)容具體、詳細(xì)2．工藝要求準(zhǔn)確、嚴(yán)密3．應(yīng)注意加工的適應(yīng)性4．可自動(dòng)控制加工復(fù)雜表面5．工序集中6．采用先進(jìn)的工藝裝備1.5數(shù)控加工工藝概述/1.5.2數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容選擇適合在數(shù)控機(jī)床上加工的零件，并確定零件的數(shù)控加工內(nèi)容。分析零件圖樣，明確加工內(nèi)容及技術(shù)要求。確定零件的加工方案，制訂數(shù)控加工工藝路線，如工序的劃分及加工順序的安排等。設(shè)計(jì)數(shù)控加工工序，如零件定位基準(zhǔn)的選取、夾具方案的確定、工步的劃分、刀具的選取及切削用量的確定等。調(diào)整數(shù)控加工程序，選取對(duì)刀點(diǎn)和換刀點(diǎn)，確定刀具補(bǔ)償，確定刀路軌跡。分配數(shù)控加工中的容差。處理數(shù)控機(jī)床上的部分工藝指令。編寫數(shù)控加工專用技術(shù)文件。1.6數(shù)控工序的安排1．工序劃分的原則保證精度的原則提高生產(chǎn)效率的原則2．工序劃分的方法（1）按零件裝卡定位方式劃分（2）按同一把刀具加工的內(nèi)容劃分（3）按粗、精加工劃分1.7加工刀具的選擇和切削用量的確定/1.7.1數(shù)控加工常用刀具的種類及特點(diǎn)數(shù)控刀具與普通機(jī)床所用刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點(diǎn)。剛性好，精度高，抗振及熱變形小。互換性好，便于快速換刀。壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠。刀具的尺寸便于調(diào)整，以減少換刀調(diào)整時(shí)間。刀具應(yīng)能可靠地?cái)嘈蓟蚓硇?，以利于切屑的排除。系列化、?biāo)準(zhǔn)化，以利于編程和刀具管理。1.7加工刀具的選擇和切削用量的確定/1.7.2數(shù)控加工刀具的選擇刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機(jī)交互狀態(tài)下進(jìn)行的。應(yīng)根據(jù)機(jī)床的加工能力、加工工序、工件材料的性能、切削用量以及其他相關(guān)因素正確選用刀具和刀柄。刀具選擇的總原則是適用、安全和經(jīng)濟(jì)。適用是要求所選擇的刀具能達(dá)到加工的目的，完成材料的去除，并達(dá)到預(yù)定的加工精度。安全是指在有效去除材料的同時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生刀具的碰撞和折斷等，要保證刀具及刀柄不會(huì)與工件相碰撞或擠擦，造成刀具或工件的損壞。經(jīng)濟(jì)是指能以最小的成本完成加工。在同樣可以完成加工的情形下，選擇相對(duì)綜合成本較低的方案，而不是選擇最便宜的刀具；在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。1.7加工刀具的選擇和切削用量的確定/1.7.3切削用量的確定1．背吃刀量ap2．切削寬度L3．切削線速度4．主軸轉(zhuǎn)速n5．進(jìn)給速度1.8高度與安全高度安全高度是為了避免刀具碰撞工件或夾具而設(shè)定的高度，即在主軸方向上的偏移值。在銑削過程中，如果刀具需要轉(zhuǎn)移位置，將會(huì)退到這一高度，然后再進(jìn)行G00插補(bǔ)到下一個(gè)進(jìn)刀位置。一般情況下，這個(gè)高度應(yīng)大于零件的最大高度（即高于零件的最高表面）。起止高度是指在程序開始時(shí)，刀具將先到達(dá)這一高度，同時(shí)在程序結(jié)束后，刀具也將退回到這一高度。起止高度大于或等于安全高度，如圖1.8.1所示。1.9走刀路線的選擇序的劃分與安排一般可隨走刀路線來進(jìn)行，在確定走刀路線時(shí)，主要考慮以下兩點(diǎn)。（1）對(duì)點(diǎn)位加工的數(shù)控機(jī)床，如鉆床、鏜床，要考慮盡可能使走刀路線最短，減少刀具空行程時(shí)間，提高加工效率。（2）應(yīng)能保證零件的加工精度和表面粗糙度要求。1.9走刀路線的選擇序的劃分與安排一般可隨走刀路線來進(jìn)行，在確定走刀路線時(shí)，主要考慮以下兩點(diǎn)。（1）對(duì)點(diǎn)位加工的數(shù)控機(jī)床，如鉆床、鏜床，要考慮盡可能使走刀路線最短，減少刀具空行程時(shí)間，提高加工效率。（2）應(yīng)能保證零件的加工精度和表面粗糙度要求。1.10對(duì)刀點(diǎn)與換刀點(diǎn)的選擇對(duì)刀點(diǎn)的選擇原則，主要是考慮對(duì)刀方便，對(duì)刀誤差小，編程方便，加工時(shí)檢查方便、可靠。對(duì)刀點(diǎn)的設(shè)置沒有嚴(yán)格規(guī)定，可以設(shè)置在工件上，也可以設(shè)置在夾具上，但在編程坐標(biāo)系中必須有確定的位置，如圖1.10.1所示的X1和Y1。對(duì)刀點(diǎn)既可以與編程原點(diǎn)重合，也可以不重合，主要取決于加工精度和對(duì)刀的方便性。當(dāng)對(duì)刀點(diǎn)與編程原點(diǎn)重合時(shí)，X1=0，Y1=0。1.11數(shù)控加工的補(bǔ)償/1.11.1刀具半徑補(bǔ)償?shù)毒甙霃窖a(bǔ)償一般只用于銑刀類刀具，當(dāng)銑刀在內(nèi)輪廓加工時(shí)，刀具中心向零件內(nèi)偏離一個(gè)刀具半徑值；在外輪廓加工時(shí)，刀具中心向零件外偏離一個(gè)刀具半徑值。當(dāng)數(shù)控機(jī)床具備刀具半徑補(bǔ)償功能時(shí)，數(shù)控編程只需按工件輪廓進(jìn)行，然后再加上刀具半徑補(bǔ)償值，此值可以在機(jī)床上設(shè)定。程序中通常使用G41/G42指令來執(zhí)行，其中G41為刀具半徑左補(bǔ)償，G42為刀具半徑右補(bǔ)償。根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)，沿刀具前進(jìn)方向看去，當(dāng)?shù)毒咧行能壽E位于零件輪廓右邊時(shí)，稱為刀具半徑右補(bǔ)償；反之，稱為刀具半徑左補(bǔ)償。1.11數(shù)控加工的補(bǔ)償/1.11.2刀具長度補(bǔ)償根據(jù)加工情況，有時(shí)不僅需要對(duì)刀具半徑進(jìn)行補(bǔ)償，還要對(duì)刀具長度進(jìn)行補(bǔ)償。程序員在編程時(shí)，首先要指定零件的編程中心，然后才能建立工件編程的坐標(biāo)系，而此坐標(biāo)系只是一個(gè)工件坐標(biāo)系，零點(diǎn)一般在工件上。長度補(bǔ)償只是和Z坐標(biāo)有關(guān)，因?yàn)榈毒呤怯芍鬏S錐孔定位而不可改變的，對(duì)于Z坐標(biāo)的零點(diǎn)就不一樣了。每一把刀的長度都是不同的，例如，要鉆一個(gè)深為60mm的孔，然后攻螺紋長度為55mm，分別用一把長為250mm的鉆頭和一把長為350mm的絲錐。先用鉆頭鉆深60mm的孔，此時(shí)機(jī)床已經(jīng)設(shè)定了工件零點(diǎn)。當(dāng)換上絲錐攻螺紋時(shí)，如果兩把刀都設(shè)定從零點(diǎn)開始加工，絲錐因?yàn)楸茹@頭長而攻螺紋過長，會(huì)損壞刀具和工件。這時(shí)就需要進(jìn)行刀具長度補(bǔ)償。銑刀的長度補(bǔ)償與控制點(diǎn)有關(guān)。一般用一把標(biāo)準(zhǔn)刀具的刀頭作為控制點(diǎn)，則該刀具稱為零長度刀具。長度補(bǔ)償?shù)闹档扔谒鶕Q刀具與零長度刀具的長度差。另外，當(dāng)把刀具長度的測量基準(zhǔn)面作為控制點(diǎn)，則刀具長度補(bǔ)償始終存在。無論用哪一把刀具都要進(jìn)行刀具的絕對(duì)長度補(bǔ)償。1.11數(shù)控加工的補(bǔ)償/1.11.3夾具偏置補(bǔ)償夾具偏置補(bǔ)償可以讓編程人員不考慮工件夾具的位置。當(dāng)用加工中心加工小的工件時(shí)，工裝上一次可以裝夾幾個(gè)工件，編程人員可以不用考慮每一個(gè)工件在編程時(shí)的坐標(biāo)零點(diǎn)，而只需按照各自的編程零點(diǎn)進(jìn)行編程，然后使用夾具偏置來移動(dòng)機(jī)床在每一個(gè)工件上的編程零點(diǎn)。夾具偏置是使用夾具偏置指令G54～G59來執(zhí)行或使用G92指令設(shè)定坐標(biāo)系。當(dāng)一個(gè)工件加工完成之后，加工下一個(gè)工件時(shí)使用G92來重新設(shè)定新的工件坐標(biāo)系。1.12輪廓控制在數(shù)控編程中，有時(shí)需要通過輪廓來限制加工范圍，而某些刀軌的生成中，輪廓是必不可少的因素，缺少輪廓將無法生成刀路軌跡。輪廓線需要設(shè)定其偏置補(bǔ)償?shù)姆较颍瑢?duì)于輪廓線會(huì)有三種參數(shù)選擇，即刀具在輪廓上、輪廓內(nèi)或輪廓外。（1）刀具在輪廓上（On）：刀具中心線始終完全處于輪廓上，如圖1.12.1a所示。（2）刀具在輪廓內(nèi)（To）：刀具軸將觸到輪廓，相差一個(gè)刀具半徑，如圖1.12.1b所示。（3）刀具在輪廓外（Past）：刀具完全越過輪廓線，超過輪廓線一個(gè)刀具半徑，如圖1.12.1c所示。1.13順銑與逆銑在加工過程中，銑刀的進(jìn)給方向有兩種：順銑和逆銑。對(duì)著刀具的進(jìn)給方向看，如果工件位于銑刀進(jìn)給方向的左側(cè)，則進(jìn)給方向稱為順時(shí)針，當(dāng)銑刀旋轉(zhuǎn)方向與工件進(jìn)給方向相同，即為順銑，如圖1.13.1a所示。如果工件位于銑刀進(jìn)給方向的右側(cè)時(shí)，則進(jìn)給方向定義為逆時(shí)針，當(dāng)銑刀旋轉(zhuǎn)方向與工件進(jìn)給方向相反，即為逆銑，如圖1.13.1b所示。1.14加工精度機(jī)械加工精度是指零件加工后的實(shí)際幾何參數(shù)（尺寸、形狀及相互位置）與理想幾何參數(shù)符合的程度，符合程度越高，精度越高。兩者之間