现代数控编程技术(第02讲--数控加工工艺)

刀具类型及其工艺特点
平底立铣刀 端铣刀 球头刀 环形刀 鼓形刀 锥形刀
R 2
R R
平底立 铣刀
α
R 1 R 1 R 2
R
R
端铣刀
球头刀
环形刀
鼓形刀
锥形刀
R1
环形刀的 特殊应用
三坐标鼓 形刀加工
多坐标鼓 形刀侧铣
三坐标锥 形刀加工
多坐标锥 形刀加工
刀具半径选择
计算依据 球形刀刀具半径应小于加工表面凹处的最小曲率半 径
编程误差及其控制
几何建模误差
• 用近似方法表达零件轮廓形状时所产生的误差。
逼近误差
• 刀具、曲线和曲面的离散误差 • 三维曲面加工时对实际型面进行近似刀具包络成型。
舍入误差
• 计算过程中由于计算精度而引起的误差。
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切削用量确定
机床说明书的规定和要求 刀具的耐用度 可以结合实践经验，采用类比法
其它工艺问题
加工工序的划分
刀具集中分序法 粗、精加工分序法 按加工部位分序法
工件装夹方式的确定
应尽量采用组合夹具 零件定位、夹紧的部位应考虑到不妨碍各部位的加 工、更换刀具以及重要部位的测量 夹紧力应力求通过靠近主要支承点上或在支承点所 组成的三角形内，应力求靠近切削部位，并作用在 刚性较好的地方，以减小零件变形 零件的装夹、定位要考虑到重复安装的一致性，以 减少对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。
可先按图中的方法进行1~4次 粗加工，再精加工成形。
平面轮廓零件的加工方法 采用数控铣床加工。 • 为保证加工平滑，应增加切入和切出程序段， • 若平面轮廓为数控系统不具备插补功能的线型时 ，应先采用直线、圆弧去逼近该零件的轮廓。
空间轮廓表面的加工方法 空间轮廓表面的加工可根据曲面形状、机床功能、 刀具形状以及零件的精度要求，有不同加工方法： • 三轴联动加工 • 四轴联动加工方法 • 五轴联动加工 • 六轴联动加工
• 三轴联动加工 三个轴同时做插补运动，通常为X、Y、Z三轴。这 时一般采用球头或指状铣刀。对于XYZ三轴联动加工而 言，刀轴方向平行于Z轴。在可能的条件下，球半径应 尽可能选择大一些，以提高零件表面光洁度。方法加 工的表面光洁度较差。
• 四轴联动加工方法 四个轴同时参与插补运动。通常为X、Y、Z和一个 旋转轴。
机床与刀具
机床类型及其工艺特点
三坐标数控铣床
• X、Y和Z等三个可控的平动坐标，若三个坐标轴中只有 两个或任意两个可以同时控制（联动），则称其为三轴 两联动 。
四坐标数控铣床
• 四坐标是指在X、Y和Z三个平动坐标轴基础上增加一个 转动坐标轴(A或B)，且四个轴一般可以联动。
五坐标数控铣床
• 五坐标是指在三个平动坐标轴基础上增加两个转动坐标 轴(A、B或A、C或B、C)，且五个轴可以联动。
对刀点与换刀点的确定
选择对刀点的原则－－便于确定工件坐标系与机床 坐标系的相互位置、容易找正、加工过程中便于检 查、引起的加工误差小 “换刀点”应根据工序内容安排。为了防止换刀时 刀具碰伤工件，换刀点往往设在零件的外面。
选择合适的对刀点
• 对刀点（起刀点） ：确定刀具与工件相对位置的点。 对刀点可以是工件或夹具上的点，或者与它们相关的易 于测量的点。对刀点确定之后，机床坐标系与工件坐标 系的相对关系就确定了。
原点偏移
现代CNC系统一般都要求机床在回零操作，即使机 床回到机床原点或机床参考点之后，通过手动或程 序命令（比如G54~G56，G92）初始化控制系统后 ，才能启动。 数控机床的原点偏移，实质上是机床参考点向编程 员定义在工件上的程序原点的偏移。
采用G54到G59实现原点偏移的有关指令为： 首先设置G54到G59原点偏置寄存器： 对于零件１：G54 X-10.0 Y-7.0 Z0 对于零件２：G55 X-14.0 Y-11.5 Z0 对于零件３：G56 X-18.5 Y-10.3 Z0 然后调用： N1 G90 G54 /*加工第一个零件 N7 G55 /*加工第二个零件 N10 G56 /*加工第三个零件
R 7.0 Y 1 Y 3 W3 X 1.2 W2 4.0 Y 4.5 2 W1 X
X 10.0
4.5
采用G92实现原点偏移的有关指令为： N1 G90 /*绝对坐标编程，刀具位于机床参考点 N2 G92 X10.0 Y7.0 Z 0 /*将程序原点定义在第一个零件上的工件原点Ｗ１加工第一个零件 N8 G00 X0 Y0 /*快速回程序原点 N9 G92 X4.0 Y4.5 /*将程序原点定义在第二个零件上的工件原点Ｗ2加工第二个零件 N13 G00 X0 Y0 /*快速回程序原点 N14 G92 X4.5 Y-1.2 /*将程序原点定义在第三个零件上的工件原点Ｗ3加工第三个零件
Fra Baidu bibliotek
影响因素 • 加工表面凹处的最小曲率半径 • 加工效率 • 法向矢量转动误差 • 刀具的大小应与加工表面的大小匹配
取值范围
• 刀具半径应尽量符合规范或标准系列
顺铣和逆铣
刀具运动方向 刀具运动方向
逆铣
顺铣
逆铣： 切削厚度由小到大，刀齿在切削表面上的滑动距离大，刀具 易磨损； 铣刀的水平切削力方向与工件进给运动方向相反，工作台丝 杆与螺母能始终保持螺纹的一个侧面紧密贴合。 刀齿与工件间的摩擦较大，已加工表面的冷硬现象较严重。 顺铣： 切削厚度由大到小，刀齿在切削表面上的滑动距离小，刀具 不易磨损； 铣刀的水平铣削力方向与工件进给运动方向一致，当刀齿对 工件的作用力较大时，由于工作台丝杆与螺母间间隙的存在，工 作台会产生窜动，破坏了切削过程的平稳性，影响工件的加工质 量，而且严重时会损坏刀具。 刀齿由工件表面开始切削，不宜加工有硬皮的工件。
• 3+2轴加工方法(六面体加工)
• 五轴联动加工 一般采用端铣刀加工，为了保证端铣刀的端面加工 处的曲面的切平面重合，铣刀除了需要三个移动轴（X 、Y、Z）外，还应作与螺旋角、后倾角摆动运动。因 此，叶面的加工需要五轴（X、Y、Z、A、B）联动，这 种编程只能采用自动编程系统。
• 六轴联动加工 为保证零件的加工要求，有时需要六轴联动 加工。除了需要三个移动轴（X、Y、Z）外，还 需要A、B、C轴，这种编程不能利用现有的商业 CAM系统，只能采用定制开发。
切削条件的确定及其优化
切削条件
主轴转速
• 根据允许的切削速度V和刀具直径D选择 。
进给速度
• 根据零件加工精度和表面粗糙度要求以及刀具与工件材 料选取。
切削深度
• 主要受机床、工件和刀具的刚度限制，在刚度允许的情 况下，尽可能加大切削深度，以减少走刀次数，提高加 工效率。
切削宽度
• 通常根据被加工表面残留高度设置。
第2讲 数控加工工艺
数控机床的坐标系统 机床与刀具 切削条件的确定及其优化 其它工艺问题
数控机床的坐标系统
坐标系 数控机床的坐标系采用右手直角坐标系，其基本坐标 轴为X、Y、Z直角坐标，相对于每个坐标轴的旋转运 动坐标为A、B、C。
坐标轴及其运动方向
刀具相对静止的工件坐标系的运动 Z轴：平行于机床主轴的坐标轴，正方向为刀具远离 工作台的运动方向 X轴：作为水平的，平行于工件装夹平面的坐标轴， 它平行于主要的切削方向，且以此方向为主方向； Y轴：运动方向则根据X轴和Z轴按右手法则确定。 旋转坐标轴A、B、C相应地在X、Y、Z坐标轴正方 向上，按右手螺纹前进方向来确定。
Y X Z
Z X
Z X
Y
工作台 a) b) c)
工作台
Z
Y C2轴摆动中心 C C2 A W 测量头
激光焊头
X
坐标原点
机床原点（machine origin 或home position）或机床 绝对原点（machine absolute origin） 机床参考点（reference point） 程序原点（program origin） 装夹原点（fixture origin
数控加工方法
平面孔系零件的加工方法 • 对这类孔的形位精度或尺寸精度要求较高的零件 • 采用数控钻床与镗床加工。
旋转体类零件的加工方法 采用数控车床或数控磨床加工， • 车削零件的毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大 且不均匀，在编程中，粗车加工线路要重点考虑
4 3 2 1
先用直线程序进行粗加工， 再按零件轮廓进行精加工
绝对坐标编程及增量坐标编程
绝对坐标编程（absolute programming）——在程序 中用G90指定，刀具运动过程中所有的刀具位置坐 标是以一个固定的编程原点为基准给出的， 增量坐标编程（incremental programming）——在程 序中用G91指定，刀具运动的指令数值是按刀具当 前所在位置到下一个位置之间的增量给出的。