數控編程及加工工藝基礎-資料下載頁

　　

【正文】 子。按照一般習慣，總是先加工均布于同一圓周上的8個孔，再加工另一圓周上的孔，如圖136左圖所示。但是對點位控制的數控機床而言，要求定位精度高，定位過程盡可能快，因此這類機應按空程最短來安排走刀路線，如圖136右圖所示，以節省時間。 圖 136 切削用量的確定合理選擇切削用量對于發揮數控機床的最佳效益有著至關重要的關系。選擇切削用量的原則是：粗加工時，一般以提高生產率為主，但也應考慮經濟性和加工成本；半精加工和精加工時，應在保證加工質量的前提下，兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床說明書、刀具說明書、切削用量手冊，并結合經驗而定。1．切削深度t其也稱背吃刀量，在機床、工件和刀具剛度允許的情況下，t等于加工余量，這是提高生產率的一個有效措施。為了保證零件的加工精度和表面粗糙度，一般應留一定的余量進行精加工。2．切削寬度L在編程中切削寬度稱為步距，一般切削寬度L與刀具直徑D成正比，與切削深度成反比。在粗加工中，步距取得大有利于提高加工效率。在使用平底刀進行切削時，一般L的取值范圍為：L=（～）D。而使用圓鼻刀進行加工，刀具直徑應扣除刀尖的圓角部分，即d=D2r，（D為刀具直徑，r為刀尖圓角半徑），而L可以取得（～）d。而在使用球頭刀進行精加工時，步距的確定應首先考慮所能達到的精度和表面粗糙度。3．切削線速度Vc也稱單齒切削量，單位為m/min。提高Vc值也是提高生產率的一個有效措施，但Vc與刀具耐用度的關系比較密切。隨著Vc的增大，刀具耐用度急劇下降，故Vc的選擇主要取決于刀具耐用度。一般好的刀具供應商都會在其手冊或者刀具說明書中提供刀具的切削速度推薦參數Vc。另外，切削速度Vc值還要根據工件的材料硬度來作適當的調整。例如用立銑刀銑削合金剛30CrNi2MoVA時，Vc可采用8m/min左右；而用同樣的立銑刀銑削鋁合金時，Vc可選200m/min以上。4．主軸轉速n主軸轉速的單位是r/min，一般根據切削速度Vc來選定。計算公式為：其中，Dc為刀具直徑（mm）。在使用球頭刀時要作一些調整，球頭銑刀的計算直徑Deff要小于銑刀直徑Dc，故其實際轉速不應按銑刀直徑Dc計算，而應按計算直徑Deff計算。 數控機床的控制面板上一般備有主軸轉速修調（倍率）開關，可在加工過程中根據實際加工情況對主軸轉速進行調整。5．進給速度Vf 進給速度是指機床工作臺在作插位時的進給速度，Vf的單位為mm/min。Vf應根據零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具和工件材料來選擇。Vf的增加也可以提高生產效率，但是刀具的耐用度也會降低。加工表面粗糙度要求低時，Vf可選擇得大些。進給速度可以按下面公式進行計算：其中：Vf表示工作臺進給量，單位為mm/min；n表示主軸轉速，單位為轉/分；z表示刀具齒數，單位為齒；fz表示進給量，單位為mm/齒；fz值由刀具供應商提供。在數控編程中，還應考慮在不同情形下選擇不同的進給速度。如在初始切削進刀時，特別是Z軸下刀時，因為進行端銑，受力較大，同時考慮程序的安全性問題，所以應以相對較慢的速度進給。另外在Z軸方向的進給由高往低走時，產生端切削，可以設置不同的進給速度。在切削過程中，有的平面側向進刀，可能產生全刀切削即刀具的周邊都要切削，切削條件相對較惡劣，可以設置較低的進給速度。在加工過程中，Vf也可通過機床控制面板上的修調開關進行人工調整，但是最大進給速度要受到設備剛度和進給系統性能等的限制。在實際的加工過程中，可能對各個切削用量參數進行調整，如使用較高的進給速度進行加工，雖然刀具的壽命有所降低，但節省了加工時間，反而能有更好的效益。對于加工中不斷產生的變化，數控加工中的切削用量選擇在很大程度上依賴于編程人員的經驗，因此，編程人員必須熟悉刀具的使用和切削用量的確定原則，不斷積累經驗，從而保證零件的加工質量和效率，充分發揮數控機床的優點，提高企業的經濟效益和生產水平。 對刀點的選擇在加工時，工件可以在機床加工尺寸范圍內任意安裝，要正確執行加工程序，必須確定工件在機床坐標系的確切位置。對刀點是工件在機床上定位裝夾后，設置在工件坐標系中，用于確定工件坐標系與機床坐標系空間位置關系的參考點。選擇對刀點時要考慮到找正容易，編程方便，對刀誤差小，加工時檢查方便、可靠。對刀點的設置沒有嚴格規定，可以設置在工件上，也可以設置在夾具上，但在編程坐標系中必須有確定的位置，如圖137所示的X1和Y1。對刀點既可以與編程原點重合，也可以不重合，主要取決于加工精度和對刀的方便性。當對刀點與編程原點重合時，X1=0，Y1=0。對刀點要盡可能選擇在零件的設計基準或者工藝基準上，這樣就能保證零件的精度要求。例如，零件上孔的中心點或兩條相互垂直的輪廓邊的交點可以作為對刀點，有時零件上沒有合適的部位，可以加工出工藝孔來對刀。圖 137確定對刀點在機床坐標系中的位置的操作稱為對刀。對刀是數控機床操作中非常關鍵的一項工作，對刀的準確程度將直接影響零件加工的位置精度。生產中常用的對刀工具有百分表、中心規和尋邊器等，對刀操作一定要仔細，對刀方法一定要與零件的加工精度相適應。無論采用哪種工具，都是使數控銑床主軸中心與對刀點重合，確定工件坐標系在機床坐標系中的位置。 高度與安全高度起止高度指進退刀的初始高度。在程序開始時，刀具將先到這一高度，同時在程序結束后，刀具也將退回到這一高度。起止高度就大于或等于安全高度，安全高度也稱為提刀高度，是為了避免刀具碰撞工件而設定的高度（Z值）。安全高度是在銑削過程中，刀具需要轉移位置時將退到這一高度再進行G00插補到下一進刀位置，此值一般情況下應大于零件的最大高度（即高于零件的最高表面）。慢速下刀相對距離通常為相對值，刀具以G00快速下刀到指定位置，然后以接近速度下刀到加工位置。如果不設定該值，刀具以G00的速度直接下刀到加工位置。若該位置又在工件內或工件上，且采用垂直下刀方式，則極不安全。即使是空的位置下刀，使用該值也可以使機床有緩沖過程，確保下刀所到位置的準確性，但是該值也不宜取得太大，因為下刀插入速度往往比較慢，太長的慢速下刀距離將影響加工效率。在加工過程中，當刀具需要在兩點間移動而不切削時，是否要提刀到安全平面呢？當設定為抬刀時，刀具將先提高到安全平面，再在安全平面上移動；否則將直接在兩點間移動而不提刀。直接移動可以節省抬刀時間，但是必須要注意安全，在移動路徑中不能有凸出的部位，特別注意在編程中，當分區域選擇加工曲面并分區加工時，中間沒有選擇的部分是否有高于刀具移動路線的部分。在粗加工時，對較大面積的加工通常建議使用抬刀，以便在加工時可以暫停，對刀具進行檢查。而在精加工時，常使用不抬刀以加快加工速度，特別是像角落部分的加工，抬刀將造成加工時間大幅延長。在孔加工循環中，使用G98將抬刀到安全高度進行轉移，而使用G99就將直接移動，不抬刀到安全高度，如圖138所示。圖 138 刀具半徑補償和長度補償數控機床在進行輪廓加工時，由于刀具有一定的半徑（如銑刀半徑），因此在加工時，刀具中心的運動軌跡必須偏離零件實際輪廓一個刀具半徑值，否則加工出的零件盡寸與實際需要的尺寸將相差一個刀具半徑值或者一個刀具直徑值。此外，在零件加工時，有時還需要考慮加工余量和刀具磨損等因素的影響。因此，刀具軌跡并不是零件的實際輪廓，在內輪廓加工時，刀具中心向零件內偏離一個刀具半徑值；在外輪廓加工時，刀具中心向零件外偏離一個刀具半徑值。若還要留加工余量，則偏離的值還要加上此預留量。考慮刀具磨損因素的，則偏離的值還要減去磨損量。在手工編程使用平底刀或圓側向切削時，必須加上刀具半徑補償值，此值可以在機床上設定。程序中調用刀具半徑補償的指令為G41/G42 D_。使用自動編程軟件進行編程時，其刀位計算時已經自動加進了補償值，所以無須在程序中添加。根據加工情況，有時不僅需要對刀具半徑進行補償，還要對刀具長度進行補償。如銑刀用過一段時間以后，由于磨損，長度也會變短，這時就需要進行長度補償。銑刀的長度補償與控制點有關。一般用一把標準刀具的刀頭作為控制點，則該刀具稱為零長度刀具。如果加工時更換刀具，則需要進行長度補償。長度補償的值等于所換刀具與零長度刀具的長度差。另外，當把刀具長度的測量基準面作為控制點，則刀具長度補償始終存在。無論用哪一把刀具都要進行刀具的絕對長度補償。程序中調用長度補償的指令為G43 H_。G43是刀具長度正補償，H_是選用刀具在數控機床中的編號，可使用G49取消刀具半徑長度補償。刀具的長度補償值也可以在設置機床工作坐標系時進行補償。在加工中心機床上刀具長度補償的使用，一般是將刀具長度數據輸入到機床的刀具數據表中，當機床調用刀具時，自動進行長度的補償。 順銑與逆銑沿著刀具的進給方向看，如果工件位于銑刀進給方向的右側，那么進給方向稱為順時針。反之，當工件位于銑刀進給方向的左側時，進給方向定義為逆時針。如果銑刀旋轉方向與工件進給方向相同，稱為順銑，如圖139左圖所示；銑刀旋轉方向與工件進給方向相反，稱為逆銑，如圖139右圖所示。逆銑時，切削由薄變厚，刀齒從已加工表面切入，對銑刀的使用有利。逆銑時，當銑刀刀齒接觸工件后不能馬上切入金屬層，而是在工件表面滑動一小段距離，在滑動過程中，由于強烈的磨擦，就會產生大量的熱量，同時在待加工表面易形成硬化層，降低了刀具的耐用度，影響工件表面光潔度，給切削帶來不利。另外，逆銑時，由于刀齒由下往上（或由內往外）切削。順銑時，刀齒開始和工件接觸時切削厚度最大，且從表面硬質層開始切入，刀齒受很大的沖擊負荷，銑刀變鈍較快，但刀齒切入過程中沒有滑移現象。順銑的功率消耗要比逆銑時小，在同等切削條件下，順銑功率消耗要低5%～15%，同時順銑也更加有利于排屑。一般應盡量采用順銑法加工，以提高被加工零件表面的光潔度（降低粗糙度），保證尺寸精度。但是在切削面上有硬質層、積渣、工件表面凹凸不平較顯著時，如加工鍛造毛坯，應采用逆銑法。圖 139 冷卻液開關在切削加工中加注冷卻液，為降低切削溫度，斷屑與排屑起到了很好的作用，但也存在著許多弊端。例如，維持一個大型的冷卻液系統需花費很多資金。它需要定期添加防腐劑，更換冷卻液等，并花去許多輔助時間。加之由于冷卻液中的有害物質，對工人的健康造成危害，也使冷卻液使用受到限制。干切削加工就是要在沒有切削液的條件下創造具有與濕切相同或相近的切削條件。用于干切削的刀具須合理選擇刀具材料及涂層，設計合理的刀具幾何參數，大部分可轉換刀具均可使用干切削。冷卻液開關在數控編程中可以自動設定，對自動換刀的數控加工中心，可以按需要開啟冷卻液。對于一般的數控銑或者使用人工換刀進行加工的，應該關閉冷卻液開關。因為通常在程序初始階段，程序錯誤或者校調錯誤等會暴露出來，加工有一定的危險性，需要機床操作人員觀察以確保安全，同時保持機床及周邊環境整潔。冷卻液開關由機床操作人員確認程序沒錯誤，可以正常加工時，打開機床控制面板上的冷卻液開關。 拐角控制拐角是在切削過程中遇到拐角時的處理方式，有圓角和尖角兩種處理方法，這主要對于機床及刀具有意義，對零件的加工結果不影響。尖角處理時，刀具從輪廓的一邊到另一邊的過程中，以直線的方式過濾，適合于大于90176。的角。圓弧方式處理時，刀具從輪廓的一邊到另一邊的過程中，以圓弧的方式過濾，適合于小于或等于90176。的角。采用圓弧過濾可以避免機床進給方向的急劇變化。在處理有加工留量的角落時，某些系統軟件會將補正后的加輪廓線做成角落圓角，即有以下三種方式處理。（1）角落圓角：如圖140左圖所示，處理成工件外部輪廓及刀具路徑都是圓角。（2）角落尖角：如圖140中圖所示，處理成工件外部輪廓為尖角，而刀具路徑為圓角。（3）路徑尖角：如圖140右圖所示，處理成工件外部輪廓及刀具路徑都是尖角。圖 140 輪廓控制在數控編程中，不少時候需要通過輪廓來限制加工范圍，而某些刀軌形中，輪廓是必不可少的因素，缺少輪廓將無法生成刀路軌跡。輪廓線需要設定其偏置補償的方向，對于封閉的輪廓線會有3種參數選擇，即刀具是在輪廓上、輪廓內或輪廓外。（1）刀具在輪廓上（ON），刀具中心線與輪廓線相重合，即不考慮補償。（2）刀具在輪廓內（Inside），是刀具中心不到輪廓上，而刀具的側邊到輪廓上，即相差一個刀具半徑。（3）刀具在輪廓外（Outside），刀具中心越過輪廓線，超過輪廓線一個刀具半徑。特別注意，當輪廓是一個島嶼時，其輪廓內外指的是外輪廓與島嶼之間的區域，而非一般概念上的“內”。如圖141左圖所示，輪廓線不作偏移，刀具輪廓及島嶼均為IN。圖141右圖所示為外輪廓為ON，而島嶼為OUT。圖 141對于開放的輪廓線也有3種參數選擇，即刀具是在輪廓上、輪廓左或輪廓右。輪廓的左邊或右邊是相對于刀具的前進方向而言。 區域加工順序對于有多個凸臺或者凹槽的零件做等高切削時形成不連續的加工區域，其加工順序可有兩種選擇。（1）層優先：層優先時生成的刀路軌跡是將這一層即同一高度內的所有內外型加工完以后，再加工下一層，也就是所有被加工面在某一層（相同的Z值）加工完以后，再下降到下一層。刀具會在不同的加工區域之間跳來跳去。（2）區域優先：則在加工凸臺或者凹槽時，先將這部分的形狀加工完成，再跳到其他部分。也就是一個區域一個區域進行加工，將某一連續的區域加工完成后，再加工另一個邊續的區域。層優先的特點是各個凸臺或者凹槽最后獲得的加工尺寸一致，但是其表面光潔度不如區域優先加工，同時其不斷抬刀也將消耗一定的時間。在粗加工，一般使用區域優先；精加工對各個凸臺或者凹槽的尺寸一致性要求較高時，應采用層優先。 數控編程的誤差控制加工精度是指零件加工后的實際幾何參數（尺寸、形狀及相互位置）與理想幾何參數符合的程度（分別為尺寸精度、形狀精度及相互位置精度）。其符合程度越高，精度愈高。反之，兩者之間的差異即為加工誤差。如圖142所示，加工后的實際型面與理論型面之間存在著一定的誤差。所謂“理想幾何參數”是一個相對的概念，對尺寸而言其配合性能是以兩個配合件的平均尺寸造成的間隙或過盈考慮的，故一般即以給定幾何參數的中間值代替。如軸的直徑尺寸標注為φ100 0 mm， mm。而對