《數控編程技術》課件教案,數控編程技術,數控,編程,技術,課件,教案 第2章 數控編程基礎,2.1 數控編程概述 2.2 數控程序編制中的工藝分析 2.3 數控程序編制中的數學處理,2.1 數控編程概述,2.1.1 程序編制的內容和步驟 數控加工，是指在數控機床上進行零件加工的一種工藝方法。 數控機床程序編制過程的主要內容包括：零件圖的分析、數控機床的選擇、工件裝夾方法的確定、加工工藝的確定、刀具的選擇、程序的編制、程序的調試。從零件圖的分析開始到零件加工完畢 。,1．零件圖的分析 2．數控機床的選擇 3．工件裝夾方法的確定 4．加工工藝的確定 5．刀具的選擇 6．程序的編制 7．程序的調試,2.1.2 程序編制的方法 1．手工編程 利用一般的計算工具，通過各種數學方法，人工進行刀具軌跡的運算，并進行指令編制。這種方式比較簡單，很容易掌握，適應性較大。適用于中等復雜程度程序、計算量不大的零件編程，對機床操作人員來講必須掌握。,2．自動編程 （1）自動編程軟件編程 利用通用的微型計算機及專用的自動編程軟件，以人機對話方式確定加工對象和加工條件自動進行運算和生成指令。 專用軟件多為在開放式操作系統(tǒng)環(huán)境下，在微型計算機上開發(fā)的，成本低、通用性強。,（2）CAD/CAM集成數控編程系統(tǒng)自動編程 利用CAD/CAM系統(tǒng)進行零件的設計、分析及加工編程。該種方法適用于制造業(yè)中的CAD/CAM集成編程數控系統(tǒng)，目前正被廣泛應用。該方式適應面廣、效率高、程序質量好適用于各類柔性制造系統(tǒng)（FMS）和集成制造系統(tǒng)（CIMS），但投資大，掌握起來需要一定時間。,2.2 數控程序編制中的工藝分析,2.2.1 數控加工工藝基本特點 數控加工的程序是數控機床的指令性文件。數控機床受控于程序指令，加工的全過程都是按程序指令自動進行的。因此，數控加工程序與普通機床工藝規(guī)程有較大差別，涉及的內容也較廣。,數控機床加工程序不僅要包括零件的工藝過程，而且還要包括切削用量，走刀路線，刀具尺寸以及機床的運動過程。因此，要求編程人員對數控機床的性能、特點、運動方式、刀具系統(tǒng)、切削規(guī)范以及工件的裝夾方法都要非常熟悉。,2.2.2 數控加工工藝分析主要內容 數控加工工藝概括起來主要包括如下內容。 （1）選擇適合在數控機床上加工的零件，確定工序內容。 （2）分析被加工零件的圖紙，明確加工內容及技術要求。,（3）確定零件的加工方案，制定數控加工工藝路線。如劃分工序、安排加工順序以及處理與非數控加工工序的銜接等。 （4）加工工序的設計。如選取零件的定位基準、夾具方案的確定、劃分工步、選取刀輔具和確定切削用量等。,（5）數控加工程序的調整。選取對刀點和換刀點，確定刀具補償，確定加工路線。 （6）分配數控加工中的容差。 （7）處理數控機床上的部分工藝指令。 雖然數控加工工藝內容較多，但有些內容與普通機床加工工藝非常相似。,2.2.3 數控加工工藝分析的一般步驟與方法 2.2.3.1 數控加工內容及加工方法的選擇 1．選擇數控加工內容 選擇數控加工內容時，應考慮以下問題,（1）優(yōu)先選擇普通機床上無法加工的內容，作為數控加工的內容； （2）重點選擇普通機床難加工、質量也難以保證的內容，作為數控加工的內容； （3）普通機床加工效率低、工人操作勞動強度大的內容，可考慮在數控機床上加工。,與上述內容比較，下列一些內容則不宜選擇采用數控機床加工： （1）需要通過較長時間占機調整的內容，如以毛坯的粗基準定位來加工第一個精基準的工序等；,（2）必須按專用工裝協(xié)調的孔及其他加工內容。主要原因是采集編程用的資料有困難，協(xié)調效果也不一定理想； （3）不能在一次裝夾中加工完成的其他零星部位，采用數控加工很麻煩，效果不明顯，可安排在普通機床進行補加工。,2．選擇數控加工方法 （1）旋轉體零件的加工 這類零件一般在數控車床上加工 。 （2）孔系零件的加工 宜用點位元直線控制的數控鉆鏜床或數控加工中心加工。,（3）平面和曲面輪廓零件的加工 加工曲面輪廓的零件，多采用三個或三個以上坐標聯(lián)動的數控銑床或加工中心加工。 （4）模具型腔的加工 此時可考慮選用數控電火花機床成形加工。 （5）平板形零件的加工 該類零件可考慮選擇數控線切割機床加工。,2.2.3.2 加工工序的劃分 工序劃分的原則有兩種：工序集中原則和工序分散原則。 工序集中的特點是： （1）有利于采用高生產率的專用設備和數控機床，可大大提高勞動生產率； （2）設備數量少，減少了操作工人和操作面積：,（3）工序數目少，工藝路線短，簡化了生產計劃和生產組織工作； （4）工件安裝次數少，縮短了輔助時間，容易保證加工表面的相互位置精度； （5）數控機床、專用設備和工藝裝備投資大，尤其是專用設備和工藝裝備調整和維修比較麻煩，生產準備工作量大，新產品轉換周期長。,工序分散的特點是： （1）設備與工藝裝備比較簡單，調整方便，工人容易掌握，生產準備工作量少，容易適應產品的更換； （2）便于采用最合理的切削用量，減少基本時間； （3）設備數量少，操作人員多，生產面積大。,加工工序劃分時，除應考慮工序集中和工序分散外，還需考慮如下一些原則。 （1）按粗、精加工劃分工序 （2）按先面后孔劃分工序 （3）按所用刀具劃分工序,2.2.3.3 工件的裝夾方式 （1）盡可能選用標準夾具（組合夾具），在成批生產時才考慮專用夾具，并力求夾具結構簡單。 （2）裝卸工件要方便可靠，以縮短輔助時間和保證安全。 （3）工件定位夾緊的部位應不妨礙各部位的加工、刀具更換及重要部位的測量。尤其要避免刀具與工件、刀具與夾具產生碰撞的現(xiàn)象。,（4）夾具的安裝要準確可靠，同時應具備足夠的強度和剛度，以減小其變形對加工精度的影響。 （5）應盡可能采用氣、液壓夾具。,2.2.3.4 對刀點和換刀點的確定 “對刀點”是指數控加工時，刀具相對工件運動的起點，這個起點也是編程時程序的起點。因此，“對刀點”也稱“程序起點”或“起刀點”。在編程時應正確選擇對刀點的位置。選擇的原則如下：,（1）選定的對刀點位置應便于數學處理和使程序編制簡單； （2）在機床上容易找正； （3）加工過程中便于檢查； （4）引起的加工誤差小。,對刀時，應使刀位點與對刀點重合?！暗段稽c”一般是指車刀、鏜刀的刀尖；鉆頭的鉆尖；立銑刀、面銑刀刀頭底面的中心；球頭銑刀的球頭中心。,2.2.3.5 進給路線的選擇 1．數控車床進給路線的選擇 （1）最短的切削進給路線 （2）最短的空行程路線 （3）大余量毛坯的階梯切削進給路線,2．數控銑床進給路線的選擇 （1）銑削外輪廓表面的進給路線 （2）銑削內輪廓表面的進給路線,3．順銑和逆銑的選擇 當工件表面無硬皮，機床進給機構無間隙時，應選用順銑，按照順銑安排進給路線。 當工件表面有硬皮，機床的進給機構有間隙時，應選用逆銑，按照逆銑安排進給路線。因為逆銑時，刀齒是從已加工表面切入，不會崩刀；機床進給機構的間隙不會引起振動和爬行。,2.2.3.6 數控加工余量的選擇 1．查表法 查表法是根據各工廠的生產實踐和實驗研究積累的資料，先制成各種表格，再匯集成手冊。 2．經驗估算法 經驗估算法是根據工藝編制人員的實際經驗確定加工余量。,3．分析計算法 分析計算法是根據一定的試驗資料和上述的加工余量計算公式，分析影響加工余量的各項因素，并計算確定加工余量。,2.2.3.7 數控加工刀具的選擇 1．數控刀具的選擇 目前涂鍍刀具，立方氮化硼等刀具已廣泛用于加工中心，陶瓷刀具與金剛石刀具也開始在加工中心上運用。,2．數控刀具的使用特點 數控刀具應具有較高的耐用度和剛度，刀頭材料熱脆性好，有良好斷屑性能，和可調、易更換等特點。 （1）銑削加工的刀具 平面銑削應該用不重磨硬質合金端銑刀或立銑刀。,立銑刀和鑲硬質合金刀片的立銑刀主要用于加工凸輪，凹槽和箱口面。 為了提高槽寬的加工精度減少銑刀的種類，加工時可采用直徑比槽寬小的銑刀，先銑槽的中間部分，然后用刀具半徑補償功能來銑槽的兩邊，以達到提高槽的加工精度的目的。,（2）鉆孔刀具的使用特點 在加工中心上鉆孔都是無鉆模直接鉆孔，因此一般鉆孔深度約為直徑的5倍左右，細長孔子的加工易于折斷，要注意冷卻和倒屑 。,（3）鏜孔刀具的使用特點 在加工中心上進行鏜削加工通常是采用懸臂式的加工，因此要求鏜刀有足夠的剛性和較好的精度。 在鏜孔過程中一般采用移動工作臺或立柱完成Z向進給（臥式），保證懸伸不變，從而獲得進給的剛性。,（4）螺孔攻絲刀具的使用特點 （5）數控車刀特點及選用 圖2-20所示為一現(xiàn)代數控車刀，它主要由刀體、刀片和刀片緊固系統(tǒng)3部分組成。 機夾式車刀按刀片緊固方法的差異可分為杠桿式、契塊式、螺釘式、上壓式。圖2-21是上壓式緊固系統(tǒng)結構圖，它由楔塊式夾具、銷、刀墊和螺絲釘組成。,車刀刀片的材料主要有高速鋼、硬質合金、涂層硬質合金、陶瓷和金剛石等，其中應用最多的是硬質合金和涂層硬質合金刀片。,2.2.3.8 切削用量的選擇 影響切削條件的因素有： （1）機床、工具、刀具及工件的剛性； （2）切削速度、切削深度、切削進給率； （3）工件精度及表面粗糙度； （4）刀具預期壽命及最大生產率；,（5）切削液的種類、冷卻方式； （6）工件材料的硬度及熱處理狀況； （7）工件數量； （8）機床的壽命。 上述諸因素中以切削速度、切削深度、切削進給率為主要因素。,決定切削速度的因素很多，概括起來有如下幾種。 （1）刀具材質。 （2）工件材料。 （3）刀具壽命。 （4）切削深度與進刀量。 （5）刀具的形狀。 （6）冷卻液使用。 （7）機床性能。,2.2.4 數控加工工藝文件 數控加工工藝文件是編程員編制的與程序單配套的有關技術文件，它是操作者必須遵守、執(zhí)行的規(guī)程。,1．工藝規(guī)程卡 數控加工工藝規(guī)程卡是數控加工工藝文件重要組成部分之一，它規(guī)定了工序內容、加工順序、加工面回轉中心的距離（立式加工中心無此項）、刀具編號（碼）、刀具類型和規(guī)格、刀輔具（工具）型號和規(guī)格、主軸轉速、進給量和切削深度等。,2．刀具調整卡 刀具調整卡是指導機外對刀、預置、調整或修改刀具尺寸的工藝性文件。 3．數控加工程序單 數控加工程序單是數控機床運動的指令，也是技術準備和生產作業(yè)指令性文件。該文件記錄了數控加工的工藝過程、切削用量、走刀路線、刀具尺寸以及機床運動的全過程。,2.3 數控程序編制中的數學處理,2.3.1 數學處理的概念 根據零件圖樣，按照已確定的加工路線和允許的編程誤差，計算編程時所需要的資料，稱為數控加工的數值計算。數值計算的內容包括計算零件輪廓的基點和節(jié)點的坐標以及刀具中心運動軌跡的坐標。,所謂基點，是指各幾何元素間的連接點，如直線與直線的交點，直線與圓弧的交點或切點，圓弧與圓弧的交點或切點等。 逼近直線小段和圓弧小段與輪廓曲線的交點或切點稱為節(jié)點。,2.3.2 常見的數學處理方法 2.3.2.1 直線和圓弧輪廓基點計算方法 1．聯(lián)立方程組法求解基點坐標 2．三角函數法求解基點坐標,2.3.2.2 非圓曲線的節(jié)點計算 1．直線逼近零件輪廓曲線時的節(jié)點計算 （1）等間距直線逼近的節(jié)點計算 （2）等步長法直線逼近的節(jié)點計算 （3）等誤差法（變步長法）,2．圓弧逼近零件輪廓時節(jié)點計算 （1）圓弧分割法 （2）三點作圖法,2.3.2.3 列表曲線的數學處理方法 1．牛頓插值法 2．雙圓弧法 3．樣條函數法 （1）三次樣條函數擬合 （2）圓弧樣條擬合,2.3.2.4 空間曲面的加工 1．三坐標數控加工 2．五坐標數控加工,