數(shù)控加工編程與工藝

第5章數(shù)控加工編程的工藝基礎第5章數(shù)控程序編制的工藝基礎5.1概述數(shù)控加工是用數(shù)控機床進行零件加工，具體過程包括：

1）數(shù)控加工合理性分析，確定數(shù)控加工內容

2）數(shù)控加工工藝分析，

3）數(shù)控加工工藝設計

4）零件圖的數(shù)學處理

5）編寫零件數(shù)控加工程序

6）數(shù)控程序的校驗與修改

7）首件試加工

8）數(shù)控加工工藝文件的完善歸檔其中數(shù)控編程起關鍵作用，數(shù)控加工工藝則是數(shù)控編程的基礎。數(shù)控加工合理性分析（1）形狀復雜，精度高通用機床難以加工的零件（2）用數(shù)學模型描述的曲線曲面輪廓（3）難檢測，難控制進給和尺寸的內腔殼體（4）必須一次裝夾完成多種工序加工的零件（5）用通用機床加工效率低，勞動強度大的零件（6）需要多次改形的零件5.2數(shù)控編程基本知識5.2.1數(shù)控編程基本概念

1.數(shù)控編程

數(shù)控編程就是把零件圖信息，工藝參數(shù)，機床參數(shù)等相關信息用數(shù)控代碼編寫成為數(shù)控程序的過程。美國電子工業(yè)協(xié)會（EIA)和國際標準化組織(ISO)對數(shù)控代碼作了具體的規(guī)定。我國按照ISO的標準也對數(shù)控代碼制訂了國家標準。

2.數(shù)控編程方法

分為手工編程和自動編程。手工編程是指整個零件圖分析，工藝設計，數(shù)值計算，編寫程序和程序校驗全過程由人工完成。自動編程是利用計算機和相應軟件來編制處數(shù)控程序。編程迅速，準確，效率高。5.2.2手工數(shù)控編程的步驟

1.分析零件圖，確定工藝過程。

2.計算刀位軌跡坐標。

3.編寫程序

4.輸入程序到數(shù)控機床

5.程序校驗及試切

返回課件首頁分析圖樣，確定加工工藝過程數(shù)值計算編寫程序單輸入程序到機床程序檢驗，首件試切

5.2.3加工程序的結構與格式

1.加工程序的結構加工程序由程序名（號），程序體(若干程序段)和程序結束語3部分組成。每個程序段又由若干個代碼字組成，每個代碼字則由文字（地址符）數(shù)字和符號組成。舉例如下：%O0012（程序名，程序號）N0010G91G00X50Y60LFN0020G01X1000Y5000F150S300T12M03LF······N0100G00X-50Y-60LFN0110M02LF（程序結束語）

上例為一個完整的加工程序，它由11個程序段組成，每個程序段以序號“N”開頭，用LF結束。M02代表整個程序的結束。有些數(shù)控系統(tǒng)還規(guī)定，整個程序要求以符號“%”開頭，以符號“EM”結尾。（1）程序段由程序段序號＋若干個程序字＋結束符LF組成。一個程序段表示一個完整的加工工步或動作。

（2）字符由英文字母，數(shù)字和小數(shù)點，正負號和功能符號組成。（3）指令指令結構：程序字(地址符）＋數(shù)字和符號程序字分類：分為功能字和坐標字（4）程序名（號）

FANUC：O+數(shù)字和文字，O0123，O0FILESIEMENS：%+數(shù)字和文字，%0012，%NAME12

（5）子程序子程序應用范圍：

1）若干相同輪廓；2）有相同的加工路線；

3）一個輪廓需要分多層加工；4）獨立的加工工步

子程序編程示例

2程序段格式（1）固定順序程序段格式這種格式是預先規(guī)定了所有可能出現(xiàn)的程序字的固定排列順序，根據(jù)程序字出現(xiàn)的順序，就可判定其功能。（2）帶分隔符的固定順序程序段格式在上面格式的基礎上用分隔符“HT”代替地址符分隔程序字。我國數(shù)控線切割機床采用的“3B”或“4B”格式指令就是典型的分隔符固定順序格式。其3B格式的一般表示為：BXBYBJGZ

（3）程序字地址符可變程序段格式特點：程序簡單，可讀性強，易于檢查?，F(xiàn)代數(shù)控機床廣泛采用。（ISO1056—1975E，JB/T3208—1999）

N4G2X±4.3Y±4.3Z±4.3I±4.3J±4.3K±4.3(R±4.3)F3S4T4M2LF

5.2.4數(shù)控程序指令代碼

1.程序段號N0001～N9999正整數(shù)，可不連續(xù)

2.準備功能字G

模態(tài)指令（續(xù)效指令），非模態(tài)指令

3.主軸轉速功能字SG97S1200主軸轉速功能，主軸轉速1200r/min

G96S200主軸恒線速功能，主軸線速度200m/min4.進給功能字FG96、G94F100每分鐘進給100mm/minG97、G95F100每轉進給100mm/r5.刀具功能字TT0404選4號刀4號刀偏，T0200選2號刀刀偏取消

T5D2選5號刀2號刀偏，T5D7選5號刀7號刀偏

6.輔助功能字MN10G00X50.0Z2.0S800T0101M03；（P0→P1點）N20G01Z-40.0F80；（刀尖從P1點按F速度進給到P2點）N30X80.0Z-60.0；（P2→P3）以F速度進給N40G00X200.0Z100.0；（P3→P0）快速返回本例也可采用增量值編程。

7坐標功能字坐標功能字的排列順序：

X,Y,Z,U,V,W,Q,R,A,B,C,D,EFANUCG20英制，G21公制，

SIEMENSG70英制，G71公制，公制單位：0.001mm,1mm,

英制單位：0.0001inch,0.001inch8程序結束符

EIA：“CR”，ISO：“LF”，書寫：“；”，“*”

5.3數(shù)控加工的工藝設計數(shù)控加工工藝特點：1.數(shù)控加工工藝設計內容十分具體2.數(shù)控加工工藝設計非常嚴密3.數(shù)控加工操作程序化相當嚴格4.數(shù)控加工機床應該合理使用5.3.1數(shù)控加工工藝分析

1數(shù)控加工工藝合理性分析（1）形狀復雜，精度高通用機床難以加工的零件（2）用數(shù)學模型描述的曲線曲面輪廓（3）難檢測，難控制進給和尺寸的內腔殼體（4）必須一次裝夾完成多種工序加工的零件（5）用通用機床加工效率低，勞動強度大的零件（6）需要多次改形的零件不宜選擇數(shù)控加工的內容：(1)需要用較長時間占機調整的加工內容。(2)加工余量極不穩(wěn)定，且數(shù)控機床上又無法自動調整零件坐標位置的加工內容。(3)不能在一次安裝中加工完成的零星分散部位，采用數(shù)控加工很不方便，效果不明顯，可以安排普通機床補充加工。此外：要考慮生產批量、生產周期、工序間周轉情況等因素，要盡量合理使用數(shù)控機床，達到產品質量、生產率及綜合經濟效益等指標都明顯提高的目的，要防止將數(shù)控機床降格為普通機床使用。

2數(shù)控機床的選擇

3零件圖工藝性分析（1）加工精度及技術要求分析（2）零件輪廓幾何要素分析（3）零件圖中尺寸標注分析（4）零件結構的工藝性分析車床進刀軸架(a)錯誤

(a)錯誤

(a)錯誤

(b)正確

(b)正確

(b)正確退刀槽尺寸一致凸臺高度相等便于采用標準鉆頭4零件加工條件分析與確定毛坯毛坯選擇時應考慮的因素(1)零件的材料及機械性能要求零件材料的工藝特性和力學性能大致決定了毛坯的種類。(2)零件的結構形狀與外形尺寸(3)生產綱領的大小(4)現(xiàn)有生產條件(5)充分利用新工藝、新材料為節(jié)約材料和能源，提高機械加工生產率，應充分考慮精密鑄造、精鍛、冷軋、冷擠壓、粉末冶金、異型鋼材及工程塑料等在機械中的應用毛坯的種類

(1)鑄件鑄件適用于形狀較復雜的零件毛坯。其鑄造方法有砂型鑄造、精密鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造等。(2)鍛件鍛件適用于強度要求高、形狀比較簡單的零件毛坯。其鍛造方法有自由鍛和模鍛兩種。

(3)型材型材有熱軋和冷拉兩種。熱軋適用于尺寸較大、精度較低的毛坯；冷拉適用于尺寸較小、精度較高的毛坯。(4)焊接件焊接件是根據(jù)需要將型材或鋼板等焊接而成的毛坯件(5)冷沖壓件冷沖壓件毛坯可以非常接近成品要求，在小型機械、儀表、輕工電子產品方面應用廣泛。5選擇定位基準，擬定零件加工工藝路線5.3.2數(shù)控加工工藝設計

1數(shù)控加工工藝路線的設計（1）表面加工方法的選擇①、概念：表面加工方法的選擇就是為零件上每一個有質量要求的表面選擇一套合理的加工方法②、考慮下列因素：(1)工件材料的性質(2)工件的結構和尺寸(3)生產類型(4)具體生產條件

P132表5—6，表5—7，P133表5—8

（2）加工階段的劃分

(1)粗加工階段——主要任務是切除各表面上的大部分余量，其關鍵問題是提高生產率。

(2)半精加工階段——完成次要表面的加工，并為主要表面的精加工做準備。

(3)精加工階段——保證各主要表面達到圖樣要求，其主要問題是如何保證加工質量。

(4)光整加工階段——對于表面粗糙度要求很細和尺寸精度要求很高的表面，還需要進行光整加工階段。目的加工方法提高表面質量，一般不能用于提高形狀精度和位置精度金剛車(鏜)、研磨、珩磨、超精加工、鏡面磨、拋光及無屑加工等

劃分加工階段的原因：1)保證加工質量2)合理使用設備3)便于安排熱處理工序，使冷熱加工工序配合的更好4)有利于及早發(fā)現(xiàn)毛坯的缺陷(如鑄件的砂眼氣孔等)應當指出：加工階段的劃分不是絕對的，必須根據(jù)工件的加工精度要求和工件的剛性來決定。

（3）加工工序的劃分

1）按零件裝夾定位方式劃分

2）按加工使用刀具劃分

3）按加工部位劃分

4）按粗精加工劃分導軌粗基準的加工以加工后的床腳為基準加工導軌面以導軌面為粗基準加工床腳

2）按加工使用刀具劃分即按所用刀具劃分工序，用同一把刀加工完零件上所有可以完成的部位，在用第二把刀、第三把刀完成它們可以完成的其它部位。這種分序法可以減少換刀次數(shù)，壓縮空程時間，減少不必要的定位誤差。

1）按零件裝夾定位方式劃分

3）按加工部位劃分即先加工平面、定位面，再加工孔；先加工簡單的幾何形狀，再加工復雜的幾何形狀；

4）按粗精加工劃分這種分序法是根據(jù)零件的形狀、尺寸精度等因素，按照粗、精加工分開的原則進行分序。對單個零件或一批零件先進行粗加工、半精加工，而后精加工。粗精加工之間，最好隔一段時間，以使粗加工后零件的變形得到充分恢復，再進行精加工，以提高零件的加工精度。（4）加工工步的劃分

1）基面先行原則軸類：中心孔（基準），外表面，端面箱體：基準面和基準孔，其他平面，孔系

2）先粗后精原則粗加工；半精加工；精加工；光整加工

3）先主后次原則主要表面，次要表面

4）先表面后孔系原則

5）先近后遠原則加工部位相對于對刀點距離的遠近

6）內外交叉原則內外表面的粗加工，內外表面的精加工（5）數(shù)控加工與普通加工的銜接

2數(shù)控加工夾具的選擇（1）小批量加工用組合夾具，可調夾具和通用夾具

（2）力求設計基準，工藝基準和編程基準統(tǒng)一（3）保證夾具坐標方向與機床坐標方向固定一致（4）應盡量減少裝夾次數(shù)（5）夾具要開敞，不能與刀具發(fā)生干涉（6）保證工件夾緊變形最?。?）重復安裝時裝夾和定位要一致，減少對刀時間（8）夾具裝卸方便

3定位基準的選擇（1）粗定位基準的選擇

主要考慮兩點：一是合理分配加工余量；二是保證加工表面與不加工表面的相互位置關系。

1）相互位置要求原則

2）重要表面原則

3）加工余量合理分配原則

4）便于工件裝夾原則

5）不重復使用原則加工余量小的為粗基準重要的面，保證壁厚均勻（2）精定位基準的選擇原則精定位基準的選擇應保證工件的加工精度，便于定位、裝夾。

1）基準重合原則

2）基準統(tǒng)一原則

3）互為基準原則

4）自為基準原則當對工件上兩個相互位置精度要求很高的表面進行加工時，需要用兩個表面互相作為基準，反復進行加工，以保證位置精度要求左圖：用調整法銑削一批零件的C面，從圖(c)中可看出，欲加工尺寸c的誤差包括△i和Ta，為了保證尺寸c的精度，應使：△i＋Ta≤Tc右圖：以B面定位加工C面，只需滿足：△i≤Tc

(a)工序簡圖(b)加工示意圖(c)加工誤差基準不重合誤差示例基準重合安裝示意圖概念：某些要求加工余量小而均勻的精加工工序，選擇加工表面本身作為定位基準，稱為自為基準原則自為基準實例對刀點與換刀點的確定 刀位點：刀具中心或尖點 對刀點：加工零件時刀具運動的起點。 對刀：使刀位點和對刀點重合的過程。用對刀來確定刀具和工件的相對位置，建立機床坐標系和工件坐標系的聯(lián)系。 換刀點：更換刀具的位置。

對刀點與換刀點的確定 對刀點確定準則：

1）對刀點應為零件的設計基準或工藝基準

2）對刀點應便于觀察檢測，對刀方便

3）對刀點應在坐標系原點上或已知坐標值的點上

4）對刀點可用試切法確定

5）不重復使用原則刀具與工件原點Y軸方向之距離刀具與工件原點X軸方向之距離刀具與工件原點Z軸方向之距離70對刀點與工件坐標系原點重合車削加工零件銑削加工零件××對刀點在加工過程中便于檢查對刀點在工件的幾何對稱中心走刀路線的確定（1）走刀路線--加工過程中刀位點相對于被加工零件的運動軌跡和方向。（2）確定走刀路線時，應考慮的幾點內容：

1）使表面能獲得設計的加工精度和粗糙度

2）應減少進刀退刀時間和輔助時間

3）選合理的進退刀位置，避免法向切入和中間停頓

4）進給路線應最短以提高效率

5）為達到精度和粗糙度要求，最后走刀應連續(xù)完成

6）應使刀位點坐標計算容易，編程簡單

7）先加工外輪廓，再加工內輪廓

8）要選擇工件加工變形盡可能小的路線。對點位加工的數(shù)控機床，如鉆、鏜床，要考慮盡可能縮短走刀路線，以減少空程時間，提高加工效率。銑削外圓的切入切出路徑銑削外輪廓的切入切出路徑銑削外輪廓的切入切出路徑銑削內圓的切入切出路徑銑削內輪廓的切入切出路徑從尖點切入銑削內輪廓6加工余量的確定（1）加工余量的計算

1）加工余量定義加工過程中去除的金屬層厚度。

2）加工余量分類6加工余量的確定（2）影響加工余量的因素

1）上工序表面缺陷和誤差

2）上工序尺寸公差

3）待加工表面與定位基準之間的位置和尺寸誤差

4）前面熱處理工序產生的變形

5）本工序的裝夾誤差（3）確定加工余量的方法

1）經驗估算法

2）查表修正法

3）分析計算法5.4手工編程的數(shù)值計算5.4.1基點與節(jié)點坐標的計算工件輪廓是由直線，園弧，二次曲線和列表曲線等幾何元素組成。

基點：工件輪廓各幾何元素之間的交點和切點。節(jié)點：非園曲線不能插補時，只能用連續(xù)直線段 或園弧段逼近，這些逼近直線段的交點和 逼近園弧的切點稱為節(jié)點。刀具在機床上的位置是由“刀位點”的位置來表示的。

5.4.2刀具中心軌跡的計算數(shù)控加工時，刀具是按照刀具中心軌跡運動的，刀具中心也叫刀位點。車刀刀位點：車刀的假想刀尖平底立銑刀刀位點：刀底中心球頭立銑刀刀位點：球心5.4.3手工編程的輔助計算

1增量值計算：增量值＝終點坐標－起點坐標

2輔助程序段計算：進刀段和退刀段的計算5.4.4平面輪廓基點坐標的計算

1直線與園弧的交點

2直線與園相切求切點坐標

3計算實例5.5數(shù)控加工工藝文件的編寫5.5.1數(shù)控加工工藝文件的格式

1數(shù)控加工編程任務書

2數(shù)控加工工序卡

3數(shù)控加工刀具卡與配套卡

4數(shù)控加工走刀路線圖

5數(shù)控加工程序單

6數(shù)控加工程序說明卡5.5.2數(shù)控加工工藝文件編寫要求1）選擇合適的工藝文件；2）字跡工整，表達言簡意賅；3)工藝簡圖要清晰，尺寸標注無誤；4)需要說明的腰交代完整；5）文圖相符，文實相符，不相互矛盾；6）當加工程序更改時，相應的工藝文件要同時更改；7）加工程序和工藝文件要統(tǒng)一編號。5.5.3典型零件數(shù)控銑床加工工藝分析實例一面兩孔削邊銷的形成5.6自動編程簡介5.6.1自動編程的概念

1APT數(shù)控編程語言(AutomaticallyProgrammedTools)1953年，APT—Ⅰ平面直線園弧自動編程

1958年，APT—Ⅱ平面曲線自動編程

1961年，APT—Ⅲ3—5軸空間曲線自動編程

1970年，APT—Ⅳ自由曲面編程和后置處理德國EXAPT法國IFAPT日本FAPT中國SKC2CAD/CAM集成系統(tǒng)自動編程（1）圖形交互編程（2）CAD/CAM集成系統(tǒng)自動編程

5.6.2CAD/CAM集成系統(tǒng)自動編程簡介

1CAD/CAM集成系統(tǒng)自動編程CAM模塊組成（1）幾何造型

1）表面造型(Surfacemodel)2）實體造型(Solidmodel)3）加工特征造型(Machiningfeaturecellmodel）邊界表示法(Boundaryrepresentation)

結構化實體幾何法(Constructivesolidgeometry)

（2）刀位軌跡生成，

（3）刀位軌跡編輯，（4）刀位軌跡驗證，（5）后置處理，（6）圖形顯示，（7）運行控制，（8）用戶界面（9）幾何模型內核(ParasolidACIS)2自動編程信息處理過程（1）對零件進行幾何造型（2）確定工藝步驟，選擇合適刀具（3）刀位軌跡生成與編輯（4）刀位軌跡驗證（5）后置處理3

CAD/CAM集成系統(tǒng)自動編程的特點（1）數(shù)學處理能力強

（2）快速，自動生成數(shù)控程序

（3）后置處理程序靈活多變（4）程序自檢，糾錯能力強（5）便于實現(xiàn)與數(shù)控系統(tǒng)的通信5.6.3CAD/CAM集成系統(tǒng)軟件介紹

1UG系統(tǒng)，美國UnigraphicsSolutions公司軟件

2Pro/Engineer系統(tǒng)，美國PTC公司軟件

3CATIA系統(tǒng)，法國達索系統(tǒng)公司（Dassault