數控編程及加工工藝基礎-wenkub.com

　 　

【正文】 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。 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）。（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。輪廓的左邊或右邊是相對于刀具的前進方向而言。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”。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。（2）的角。 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。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。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。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。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。 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。程序中調用長度補償的指令為G43 H_。如果加工時更換刀具，則需要進行長度補償。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。考慮刀具磨損因素的，則偏離的值還要減去磨損量。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。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。如果不設定該值，刀具以G00的速度直接下刀到加工位置。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。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。當對刀點與編程原點重合時，X1=0，Y1=0。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。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。在數控編程中，還應考慮在不同情形下選擇不同的進給速度。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。計算公式為：其中，Dc為刀具直徑（mm）。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。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。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。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。2．應使走刀路線最短，減少刀具空行程時間，提高加工效率如圖136所示是正確選擇鉆孔加工路線的例子。 圖 135此外，輪廓加工中應避免進給停頓。當采用圖134右圖所示的加工方案時，符合這類零件數據給出情況，便于加工后檢驗，葉形的準確度較高，但程序較多。銑削曲面時，常用球頭刀采用行切法進行加工。 圖 130 圖 131圖132所示為圓弧插補方式銑削外整圓時的走刀路線圖。同理，在切離工件時，也應避免在工件的輪廓處直接退刀，而應該沿零件輪廓延長線的切向逐漸切離工件。工序順序是指同一道工序中，各個表面加工的先后次序。只有對加工中心刀具結構和選用有充分的了解和認識，并且不斷積累經驗，在實際工作中才能靈活運用，提高工作效率和生產效益并保證安全生產。鉆孔時，要先用中心鉆或球頭刀打中心孔，用以引正鉆頭。所用的立銑刀的刀具半徑一定要小于零件內輪廓的最小曲率半徑。鑲硬質合金刀片的端銑刀和立銑刀主要用于加工凸臺、凹槽和箱口面。因此，應在滿足加工精度要求的前提下，盡量加大走刀步長和行距，以提高編程和加工效率。精切平面時，可以設置6～8個刀齒，直徑大的刀具甚至可以有超過10個的 刀齒。精加工時，銑刀直徑要選大些，最好能夠包容加工面的整個寬度。平面銑削應選用不重磨硬質合金端銑刀或立銑刀，可轉為面銑刀。某些刀具還可能帶有一定的錐度A。圖127所示是圓柱形球頭銑刀，圖128所示是圓錐形球頭銑刀。圓錐面上切削刃是主切削刃，端面上的切削刃是副切削刃。6．角度銑刀角度銑刀主要用于臥式銑床上加工各種角度槽、斜面等。該銑刀按刀齒結構可分為直齒、錯齒和鑲齒三種形式。由于該銑刀的磨損是在端面和靠近端面的外圓部分，所以修磨時只要修磨端面切削刃，這樣，銑刀直徑可保持不變，使加工鍵槽精度較高，銑刀壽命較長。圖 1234．鍵槽銑刀鍵槽銑刀主要用于立式銑床上加工圓頭封閉鍵槽等，如圖124所示。該立銑刀有粗齒和細齒之分，粗齒齒數3～6個，適用于粗加工；細齒齒數5～10個，適用于半精加工。刀齒損壞后，很難修復，所以該銑刀應用不多。面銑刀的主切削刃分布在銑刀的圓柱面或圓錐面上，副切削刃分布在銑刀的端面上。～45176。該銑刀材料為高速鋼，主切削刃分布在圓柱上，無副切削刃。選擇刀具時還要考慮安裝調整的方便程度、剛性、耐用度和精度。在同樣可以完成加工的情形下，選擇相對綜合成本較低的方案，而不是選擇最便宜的刀具。安全指的是在有效去除材料的同時，不會產生刀具的碰撞、折斷等。刀具選擇總的原則是：適用、安全、經濟。（2）先進行內型腔加工工序，后進行外型腔加工工序。綜上所述，在劃分工序時，一定要視零件的結構與工藝性、機床的功能、零件數控加工內容的多少、安裝次數及本單位生產組織狀況靈活掌握。（2）以加工部分劃分工序。 工序的劃分根據數控加工的特點，加工工序的劃分一般可按下列方法進行：（1）以同一把刀具加工的內容劃分工序。其中以數控加工工序卡片和數控刀具卡片最為重要。（3）數控機床調整單。編寫數控加工工藝文件也是數控加工工藝設計的內容之一。（4）數控加工工序設計。因此，編程人員一定要先把工藝設計做好，不要先急于考慮編程。因此只有在工藝設計方案確定以后，編程才有依據。在進行數控加工的工藝性分析時，編程人員應根據所掌握的數控加工基本特點及所用數控機床的功能和實際工作經驗，力求把這一前期準備工作做得更仔細、更扎實一些，以便為下面要進行的工作鋪平道路，減少失誤和返工、不留遺患。3．注重加工的適應性要根據數控加工的特點，正確選擇加工方法和加工內容。比如說，數控機床在做鏜盲孔加工時，它就不知道孔中是否已擠滿了切屑，是否需要退一下刀，而是一直鏜到結束為止。也就是說，本來是由操作工人在加工中靈活掌握并可通過適時調整來處理的許多具體工藝問題和細節，在數控加工時就轉變為編程人員必須事先設計和安排的內容。下面是一個簡單的手工編程實例，程序如表15所示，圖紙如圖120所示。校驗的方法是將程序內容輸入到數控裝置中，機床空刀運轉，若是平面工件，可以用筆代刀，以坐標紙代替工件，畫出加工路線，以檢查機床的運動軌跡是否正確。3．編寫零件程序單加工路線和工藝參數確定以后，根據數控系統規定的指令代碼及程序段格式，逐段編寫零件程序。同時還應充分發揮數控系統的性能，正確選擇對刀點及進刀方式，盡量減少加工輔助時間。用于指定加工時采用的刀具號，該指令在加工中心上使用。（2）進給功能字：以字符F開頭，因此又稱為F指令，用于指定刀具插補運動（即切削運動）的速度，稱為進給速度，單位是毫米/分鐘（mm/min）。（3）M0M09：冷卻液開、關。它用來指令數控機床的輔助裝置的接通和斷開（即開關動作），表示機床各種輔助動作及其狀態。它表示刀具當前位置（一般為程序起點位置）處于加工坐標系的（20，30，40）處，這樣就等于通過刀具當前位置確定了加工坐標系的原點位置。（6）G5G92：加工坐標系設置指令。用半徑為R的刀具切削工件時，刀軌必須始終與切削輪廓有一個距離為R的偏置，在手工編程中進行這種偏置計算往往十分麻煩。（4）G90、G91：絕對指令/增量指令。其中R值的正負影響切削圓弧的角度，R值為正時，刀位起點到刀位終點的角度小于或等于180176。（1）G00：快速點定位，即刀具快速移動到指定坐標，用于刀具在非切削狀態下的快速移動，其移動速度取決于機床本身的技術參數。需要注意的是，數控程序是按程序段的排列次序執行的，與順序段號的大小次序無關，即程序段號實際上只是程序段的名稱，而不是程序段執行的先后次序。177。因此在編制數控程序時，一定要參照數控機床的使用說明書。這也是一般數控機床的最小移動量。 數控指令數控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）和數值（number）兩部分組成，地址通常是某個大寫字母。一般字的長度和順序不固定。（3）程序主體。（2）程序名。圖119所示是一個數控程序結構示意圖。靠這些指令使刀具按直線或者圓弧及其他曲線運動，控制主軸的回轉、停止、切削液的開關、自動換刀裝置和工作臺自動交換裝置的動作等。（2）掌握手工編程有助于提高程序的可靠性。其具有速度快、精度高、直觀性好、使用簡便、便于檢查和修改等優點，已成為目前國內外先進的CAD/CAM軟件所普遍采用的數控編程方法，也是本書講授的主要內容。目前已逐步為交互式圖形編程系統所取代。 數 控 程 序數控編程技術經歷了三個發展階段，即手工編程、APT語言編程和交互式圖形編程。為了方便起見，在數控編程時往往采用工件上的局部坐標系（稱為工件坐標系），即以工件上的某一點（工件原點）為坐標系原點進行編程。=z。、Z39。當面對機床進行操作時，刀具相對工件的左右運動方向為X坐標，并且刀具相對工件向右運動（即工作臺帶動工件向左運動）時為X坐標的正方向。一般情況下主軸的方向為Z坐標，而工作臺的兩個運動方向分別為X、Y坐標。對于具體機床來說，有的是刀具移動工作臺（工件）不動，有的則是刀具不動而工作臺（工件）移動。圖 116q 加工中心。當AB加工完后，刀具徑向位移ΔX（改變Ri），再加工相鄰的另一條葉型線，依次逐一加工，即可形成整個葉面。螺旋槳是五坐標加工的典型零件之一，其葉片形狀及加工原理如圖116所示。為此，采用圓柱銑刀周邊切削，并用四坐標銑床加工，即除三個直角坐標運動外，為保證刀具與工件型面在全長始終貼合，刀具還應繞O1（或O2）作擺角聯動。q 四軸聯動數控機床。用三坐標聯動加工曲面時，通常亦用行切方法。在這種情況下，曲面的曲率變化時會導致球頭刀與曲面切削點的位置亦隨之改變，而切削點的連線ab是一條空間曲線，從而在曲面上形成扭曲的殘留溝紋。但刀頭半徑應小于曲面的最小曲率半徑。根據表面光潔度及刀頭不干涉相鄰表面的原則選取ΔX。q 閉環控制數控機床：精度高，穩定性難以控制，價格高。q 輪廓控制數控機床：能對兩個或更多的坐標運動進行控制（多坐標聯動），刀具運動軌跡可為空間曲線。操作者除了操作鍵盤、裝卸工件和中間測量及觀察機床運行外，不需要進行繁重的重復性手工操作，可大大減輕勞動 強度。數控銑床都有快進、快退、快速定位功能，可大大減少機動時間。如數控銑床，一般不需要使用專用夾具和工藝裝備。2．高精度目前數控裝置的脈沖當量（即每輪出一個脈沖后滑板的移動量）。如果用數控銑床加工，只需把工件的基準面A加工好，可在一次裝夾中完成銑端面、鏜φ52JSφ47JS7及鉆攻8M6孔，也就是將工序（4）、（5）和工序（6）合并為1道工序加工。（4）鏜加工（用鏜模） 銑端面，鏜φ52JSφ47JS7，保持中心距90177。數控銑床一般都能完成鉆孔、鏜孔、鉸孔、銑平面、銑斜面、銑槽、銑曲面（凸輪）和攻螺紋等加工，而且一般情況下，可以在一次裝夾中完成所需的加工工序。圖110左圖所示就是CNC數控銑床，右圖所示是數控加工中心。對于單件、小批，復雜零件的加工，若用“剛性”自動化設備加工，則生產成本高、生產周期長，而且加工精度也很難符合要求。雖然許多生產企業（如汽車、家用電器等制造廠）已經采用了自動機床和專用自動生產線，可以提高生產效率、提高產品質量、降低生產成本，但是由于市場競爭日趨激烈，這就要求企業必須不斷開發新產品。以上所描述的僅僅是刀位點計算的基本思路，而CAM軟件中實際采用的計算方法要復雜得多，而且隨著軟件的不同會有許多具體的變化。如果刀具中心能夠完全按照理想刀軌運動的話，其加工精度無疑將是最理想的。圖19所示為等高線刀軌（又稱環切刀軌），即所有刀位點都分布在與刀軸（z軸）垂直的一組平行平面內。 圖 16 圖 17（2）刀軌形式的確定。如圖16所示，刀位點是刀具中心點的移動位置，它與加工表面存在一定的偏置關系。 刀位計算如前所述，數控編程的核心內容是計算數控刀軌上的刀位點。 圖 14 圖 15刀具的表面成形運動通常分為主運動和進給運動。在數控加工誤差中，與數控編程直接相關的有兩個主要部分：（1）刀軌的插補誤差。刀具的中心點沿著刀軌依次經過每一個刀位點，從而切削出工件的形狀。 加工原理機床上的刀具和工件間的相對運動，稱為表面成形運動，簡稱成形