第二章數(shù)控加工編程基礎(chǔ)2-和數(shù)控機床編程及加工

·加工路線的確定·對刀點，換刀點的選擇·工件的裝夾方式·切削用量的選擇·數(shù)控加工常用刀具（銑刀）?數(shù)控加工工藝的特點：（1）工序內(nèi)容具體（2）工序內(nèi)容復(fù)雜（3）工序內(nèi)容嚴密（4）工序集中（5）加工精度不僅取決于加工過程，還取決于程編階段

（存在逼近誤差、圓整化誤差、插補誤差）編程員：工藝員數(shù)控編程的工藝處理應(yīng)考慮：●零件的結(jié)構(gòu)工藝性●加工方法的選擇和工序的安排●對刀點，換刀點的選擇●工件的裝夾方式●切削用量的選擇?3.一次裝夾完成銑、鏜、鉆、鉸、攻絲等多工序的零件數(shù)控加工最適應(yīng)類：4.在通用機床上加工效率低、勞動強度大的零件數(shù)控加工較適應(yīng)類：3.材質(zhì)不均、加工余量不穩(wěn)定的零件數(shù)控加工不適應(yīng)類：●數(shù)控加工零件或加工內(nèi)容的選擇?數(shù)控編程的工藝處理中要注意的問題：一、加工路線的確定數(shù)控機床加工過程中刀具相對于工件運動的軌跡和方向。一般原則：（1）應(yīng)能保證零件的加工精度和表面粗糙度的要求。**（2）應(yīng)盡量縮短加工線路，減少刀具空行程時間和其它輔助時間。（3）方便數(shù)值計算，減少編程工作量，減少程序段數(shù)量?！?.5數(shù)控編程的工藝處理＊零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點＊注意加工方法的選擇和工序的安排?§2.5數(shù)控編程的工藝處理舉例：●銑削加工（1）順銑/逆銑：精銑削加工零件輪廓時，盡量采用順銑加工減小機床的顫振?§2.5數(shù)控編程的工藝處理（2）切入/切出位置：盡量遵循沿零件輪廓的切向切入/切出盡量避免沿零件輪廓的法向切入/切出●銑削加工沿零件輪廓的法向切入/切出沿零件輪廓的切向切入/切出?§2.5數(shù)控編程的工藝處理（2）切入/切出位置：●銑削加工切向切入切出?§2.5數(shù)控編程的工藝處理（3）輪廓銑削過程中應(yīng)避免進給中途停頓切削進給過程中，工藝系統(tǒng)處于彈性變形狀態(tài)下的平衡（4）若零件的加工余量較大，可用多次進給，逐漸切削的方法；最后留少量精加工余量（0.2~0.5mm)。（5）空間曲面加工三種加工路線的比較：●銑削加工?空間曲面加工三種加工路線?凹槽加工問題：槽中有凸臺怎么辦？§2.5數(shù)控編程的工藝處理?內(nèi)槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，如果太小，剛度不足，影響表面加工質(zhì)量，工藝性較差。因而內(nèi)槽圓角半徑應(yīng)大一些。

(R>0.2H)原因？§2.5數(shù)控編程的工藝處理工件內(nèi)槽圓角半徑應(yīng)大一些。

?銑削零件底面時，槽底圓角半徑r不應(yīng)過大原因？圓角r越大，d越小（d=D-2r，D為銑刀直徑），即銑刀端刃銑削平面的面積越小，加工表面的能力越差，工藝性也越差。當(dāng)r大到一定程度時，甚至必須用球頭刀加工，此時切削性能較差，應(yīng)盡量避免。rrrrdDDd§2.5數(shù)控編程的工藝處理?加工方法的選擇固定斜角斜面加工§2.5數(shù)控編程的工藝處理?工序的安排先外形，后內(nèi)形內(nèi)腔加工工序；相同的定位和夾緊最好一起進行，以減少重復(fù)定位；用相同刀具加工的工序最好一起進行，節(jié)省換刀時間；同一次裝夾中進行的多道工序，應(yīng)先安排對工件剛性破壞較小的工序?！?.5數(shù)控編程的工藝處理?數(shù)控加工工序與常規(guī)加工工序的銜接

除了必要的基準面加工、校正和熱處理等工序外，要盡量減少數(shù)控加工工序與常規(guī)加工工序交接的次數(shù)。

數(shù)控工序常規(guī)工序數(shù)控工序……常規(guī)工序§2.5數(shù)控編程的工藝處理?●鉆削加工在滿足零件精度的前提下，注意縮短加工線路。（B）一般習(xí)慣（C）進行尺寸換算，走刀路線最短，減少了空行程距離§2.5數(shù)控編程的工藝處理?鏜削加工精鏜孔系，保證各孔定位方向一致單向趨近定位點，避免傳動系統(tǒng)誤差對加工精度的影響?！?.5數(shù)控編程的工藝處理?二、對刀點，換刀點的選擇對刀點：在數(shù)控機床上加工零件時，刀具相對于工件運動的起點（起刀點）（程序起點）CR30R20R5020f刀具運動軌跡工件輪廓XZ§2.5數(shù)控編程的工藝處理?刀位點：

用于確定刀具在機床上的位置的刀具上的特定點車刀鏜刀鉆頭立銑刀、端銑刀面銑刀指狀銑刀球頭銑刀

對刀：就是使“對刀點”與“刀位點”重合的操作?！?.5數(shù)控編程的工藝處理?選擇對刀點的原則：

選在零件的設(shè)計基準或工藝基準上，或與之相關(guān)的位置上。選在對刀方便，便于測量的地方。選在便于坐標(biāo)計算的地方對刀點既可選在工件上，也可選在工件外。換刀點:對于多刀加工的機床，在加工過程中需要換刀時，應(yīng)設(shè)換刀點。它是機床刀架轉(zhuǎn)位換刀的位置。換刀點可能是某一固定點（如加工中心）也可能是任意設(shè)置的一點（如車床）----不能碰工件或夾具§2.5數(shù)控編程的工藝處理?三、工件的裝夾方式數(shù)控加工往往工序集中1、盡量采用組合夾具、可調(diào)夾具等標(biāo)準化、通用化夾具。2、零件定位、夾緊的部件：應(yīng)不防礙各部位的加工（加工部位要敞開）、更換刀具、重要部位的測量；尤其不能刀具與工件、夾具碰撞。3、夾緊力位置：應(yīng)力求通過或靠近主要支撐點/支撐點所組成的三角形內(nèi)；靠近切削部位，并在剛性較好的部位；盡量不要在被加工孔徑的上方。4、裝卸工件快速、方便、可靠?！?.5數(shù)控編程的工藝處理?A、B？加工部位要敞開?加工部位要敞開?四、切削用量的選擇影響數(shù)控加工切削用量的因素：1、機床2、刀具3、工件4、冷卻液《金屬切削用量手冊》經(jīng)驗主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）、切削深度、進給量、切削寬度機床主傳動功率、進給傳動功率、主軸轉(zhuǎn)速范圍、進給速度范圍；機床--刀具—工件系統(tǒng)的剛性刀具材料常用高速鋼、硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石等；并且數(shù)控機床上多采用不刃磨可換位刀片（機夾刀片）工件材料不同，可切削性能也不同。切削速度背吃刀量進給量----較好的表面粗糙度合理的恒切削速度背吃刀量進給量----較高的加工精度能帶走切削熱，減少刀具與工件的摩擦和磨損。§2.5數(shù)控編程的工藝處理?切削用量：主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）、切削深度、進給量。切削深度

切削深度（也稱背吃刀量）主要根據(jù)工件的加工余量和由工件、刀具、夾具、機床組成的工藝系統(tǒng)剛度所決定。在剛度允許的情況下，最好在留出精加工余量的基礎(chǔ)上，一次切凈余量，這樣可減少走刀次數(shù)，提高加工效率，同時又能提高加工精度和改善表面質(zhì)量?！?.5數(shù)控編程的工藝處理?§2.5數(shù)控編程的工藝處理

在剛性不足或余量很大或不均勻時，粗加工可分幾次進給，切削深度依此減少。即：若零件的加工余量較大，可用多次進給，逐漸切削的方法；最后留少量精加工余量（0.2~0.5mm)。用卡盤和頂尖裝夾粗加工按1~4依次分段加工再換精車刀一次加工成形?在中等功率機床上，粗加工（Ra10-80m）時切削深度可達8-10mm。半精加工（Ra1.25-10m）時，切削深度取為0.5-2mm。精加工（Ra0.32-1.25m）時，切削深度取為0.2-0.4mm。不同材料切削深度不一樣；問：鈦合金和鋁合金？§2.5數(shù)控編程的工藝處理?確定進給速度（1）當(dāng)工件質(zhì)量能得到保證時，為提高生產(chǎn)效率，可選較高的進給速度。一般在100-200mm/min范圍內(nèi)選取。（2）在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進給速度，一般在20-50mm/min范圍內(nèi)選取。（3）當(dāng)加工精度，表面粗糙度要求高時，進給速度應(yīng)選小些，一般在20-50mm/min范圍內(nèi)選取。（4）刀具空行程時，特別是遠距離“回零”時，可以選擇該機床數(shù)控系統(tǒng)給定的最高進給速度?！?.5數(shù)控編程的工藝處理?主軸轉(zhuǎn)速根據(jù)已經(jīng)選定的切削深度、進給量及刀具耐用度選擇切削速度。S＝1000Vc/D§2.5數(shù)控編程的工藝處理?●應(yīng)盡量避開積屑瘤產(chǎn)生的切削速度區(qū)域；●斷續(xù)切削時，要適當(dāng)降低切削速度；●在易發(fā)生振動的情況下，應(yīng)避開自激振動的臨界速度；●加工大件、細長件和薄壁件時，應(yīng)選用較低切削速度；●加工帶外皮的工件時，應(yīng)適當(dāng)降低切削速度?！?.5數(shù)控編程的工藝處理在選擇切削速度時，還應(yīng)考慮以下幾點：?加工中心刀具系統(tǒng)五、數(shù)控加工銑刀常用種類及選用：§2.5數(shù)控編程的工藝處理?1）整體式2）機夾式3）內(nèi)冷式4）抗振式5）特殊型式刀具結(jié)構(gòu)§2.5數(shù)控編程的工藝處理刀具中心冷卻?五、數(shù)控加工銑刀常用種類及選用：面銑刀面銑刀：圓周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃為副切削刃。面銑刀多制成套式鑲齒結(jié)構(gòu)，刀齒材料為高速鋼或硬質(zhì)合金，刀體為40Cr?！?.5數(shù)控編程的工藝處理?主要內(nèi)容立銑刀立銑刀的圓柱表面（主切削刃）和端面上（副切削刃）都有切削刃，主切削刃一般為螺旋齒，以增加平穩(wěn)性，主、副切削刃可同時切削，也可單獨切削。普通立銑刀端面中心處無切削刃，所以不能作軸向進給?！?.5數(shù)控編程的工藝處理?模具銑刀由立銑刀發(fā)展而成，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏錐柄。它的結(jié)構(gòu)特點是球頭或端面上布滿切削刃，圓周刃與球頭刃圓弧連接，可以作徑向和軸向進給。圓錐形立銑刀圓柱形球頭立銑刀圓錐形球頭立銑刀§2.5數(shù)控編程的工藝處理?主要內(nèi)容鍵槽銑刀有兩個刀齒，圓柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，既像立銑刀，又像鉆頭。加工時先軸向進給達到槽深，然后沿鍵槽方向銑出鍵槽全長。§2.5數(shù)控編程的工藝處理?鼓形銑刀：切削刃分布在半徑為R的圓弧面上，端面無切削刃，可以在工件上切出從負到正的不同斜角。R越小，加工斜角范圍越廣，表面質(zhì)量越差。缺點：刃磨困難，切削條件差，且不適合加工有底的輪廓表面?！?.5數(shù)控編程的工藝處理?波紋立銑刀：切削刃呈正弦波。特點：主切削刃各點的半徑、前角、刃傾角都不等，能減少切削振動；切削阻力小、切屑成魚鱗狀，因而排屑流暢，散熱性能好，刀具耐用度高。§2.5數(shù)控編程的工藝處理?成型銑刀：一般都是為特定的工件或加工內(nèi)容專門設(shè)計制造的，如角度面、凹槽、特形孔或臺階等。§2.5數(shù)控編程的工藝處理?大平面：加工凹槽、小臺階面及平面輪廓：加工空間曲面、模具型腔等：加工封閉鍵槽：加工變斜角零件：特殊形狀：根據(jù)不同的加工材料和加工精度要求，應(yīng)選擇不同參數(shù)的銑刀進行加工。銑刀選擇§2.5數(shù)控編程的工藝處理面銑刀；立銑刀模具銑刀鍵槽銑刀鼓形銑刀成形銑刀?§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算·刀具中心（刀位點）軌跡的計算·輔助計算·基點和節(jié)點的計算?§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算基點計算輔助計算?§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算任務(wù)：根據(jù)零件圖樣、加工路線和允許的加工誤差，計算出數(shù)控裝置所需的輸入數(shù)據(jù)。刀具中心（刀位點）軌跡的計算：輔助計算：工件輪廓刀具半徑刀具中心軌跡（刀位點）如果數(shù)控機床具有刀具半徑補償功能，只要用G40、G41、G42指令，即可由數(shù)控裝置自動完成該計算一些經(jīng)濟型數(shù)控機床不具有刀具半徑補償功能，必須要手工完成該計算主要是輔助程序段的計算開始加工時，刀具從對刀點到切入點；以及加工完成時，刀具從切出點返回到對刀點而特意安排的程序段。進行數(shù)值計算時，要按走刀路線的安排，計算出相關(guān)點的坐標(biāo)。?基點和節(jié)點的計算：基點：零件輪廓上各幾何元素之間的連接點。直線與直線的交點直線與圓弧的交點、切點圓弧與圓弧的交點、切點直線/圓弧與二次曲線的交點、切點如果零件輪廓是由直線與圓弧組成，數(shù)控機床具有直線和圓弧插補功能刀具半徑補償功能只要計算零件輪廓基點坐標(biāo)§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算基點的計算方法可以是通過聯(lián)立方程組求解，也可利用幾何元素間的三角函數(shù)關(guān)系求解。?§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算阿基米德螺線橢圓拋物線?如果零件輪廓是由非圓曲線組成，則數(shù)值計算任務(wù)稍繁。除直線與圓弧外，可用函數(shù)方程式y(tǒng)=f（x）表達的平面輪廓曲線。一般的數(shù)控機床只具有直線和圓弧插補功能，無法直接插補加工出非圓曲線。采用“逼近”思想插補加工出非圓曲線。§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算基點和節(jié)點的計算?基點和節(jié)點的計算在允許的誤差范圍內(nèi)非圓曲線小曲線段分割成若干個用直線段/或圓弧段逼近逼近直線段/逼近或圓弧段二者的交點或切點：節(jié)點如何求取節(jié)點§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?基點和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?用直線段逼近非圓曲線時節(jié)點的計算割線逼近弦線逼近切線逼近基點和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?弦線逼近中計算節(jié)點的方法主要有等間距法、等步長法和等誤差法。一般先取X=0.1進行試算，再驗算允？，基點和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?等步長法用直線段逼近非圓曲線時，如果每個逼近線段長度相等，則稱等步長法?；c和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?等步長計算步驟：求最小曲率半徑Rmin設(shè)曲線為y=f（x），則其曲率半徑公式為基點和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?計算允許步長L基點和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?以起點a（xa，ya）為圓心，以l為半徑作圓，得到圓方程，與曲線方程y=f（x）聯(lián)立求解，可得第一個節(jié)點的坐標(biāo)（xb，yb），計算節(jié)點坐標(biāo)lay=f（x）bcd基點和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?等誤差法用直線段逼近非圓曲線時，如果每個逼近誤差相等，則稱等誤差法?；c和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?等誤差法計算步驟：以起點a為圓心，允為半徑作圓，得到圓方程ay=f（x）基點和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?ay=f（x）求圓與曲線公切線PT的斜率首先聯(lián)立求解以下方程組得切點坐標(biāo)（xT，yT）、（xP，xP）PT基點和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?由切點坐標(biāo)求出斜率:基點和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?ay=f（x）PT過a點與直線PT平行的直線方程為與曲線方程聯(lián)立求解得b點坐標(biāo)基點和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?用圓弧段逼近非圓曲線時節(jié)點的計算用圓弧段逼近非圓曲線的方法有曲率圓法、三點圓法、相切圓法、雙圓弧法等。從曲線的起點開始作與曲線內(nèi)切的曲率圓，求出曲率圓的中心xn，yny=f(x)曲率圓法:用彼此相交的圓弧逼近非圓曲線。基點和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?以曲率圓中心為圓心，以曲率圓半徑加（減）允為半徑，所作的圓（偏差圓）與曲線y=f（x）的交點為下一個節(jié)點xn，ynxn+1，yn+1y=f(x)基點和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?重新計算曲率圓中心，使曲率圓通過相鄰兩節(jié)點xn，ynxn+1，yn+1y=f(x)重復(fù)以上計算即可求出所有節(jié)點坐標(biāo)及圓弧的圓心坐標(biāo)基點和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?三點圓法:三點圓法是在已求出的各節(jié)點基礎(chǔ)上，通過連續(xù)三點作圓弧，求出圓心坐標(biāo)和圓的半徑。相切圓法:過曲線上A、B、C、D點作曲線的法線，分別交于M、N點，并分別以點M、N為圓心，AM、ND為半徑作圓M和N圓，使圓M和圓N相切于K點。為了使兩段圓弧相切，必須滿足基點和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?實際輪廓列表點壞點處理一次逼近二次逼近列表曲線處理過程列表曲線數(shù)學(xué)處理基點和節(jié)點的計算§2.6數(shù)控編程中的數(shù)值計算?機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學(xué)中心實驗?zāi)康耐ㄟ^數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進行加工；結(jié)合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動機床完成相應(yīng)的運動。數(shù)控編程的目的機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對程序及首件試加工。數(shù)控編程的內(nèi)容機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗及試切數(shù)控機床機械工程實驗教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標(biāo)準硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運動控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點G28

G92定義絕對坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時G04E_

3M00暫停M00

M02程序結(jié)束M02

4M03主軸正轉(zhuǎn)M03√M04主軸反轉(zhuǎn)M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關(guān)冷卻液M09√

6M97程序跳轉(zhuǎn)M97P_

M98子程序調(diào)用M98P_L_

M99子程序返回M99

7M20自定義開關(guān)1有效M20√M21自定義開關(guān)1無效M2