数控加工程序的编制(1)

第一节 概述
三、数控加工的工艺分析和数控加工方法
1. 数控加工的工艺分析
数控机床加工零件和工艺除按一般方式对零件进行分析外，还 必须注意 以下几点：
选择合适的对刀点
对刀点：确定刀具与工件相对位置的点（起刀点）。
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。
加工线路的选择应遵从的原则： 尽量缩短走刀路线，减少空走刀行程以提高生产率。 保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。 保证零件的工艺要求。 利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作
量。
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程序编制中的误差
在数控机床上加工零件时，从零件图上的信息开始，直到成零件 的全过程，每个环节的误差都会影响到工件的加工精度。这些误差通 常分为两类：
O1 Z
于计算较复杂，故一般
采用自动编程。
O2
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第一节 概述
➢ 五轴联动加工
船用螺旋桨是五座标联动加工的典型零件之一。由于其曲
率半径较大，一般采用端铣刀进行加工，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，还应作螺旋角（与
头或指状铣刀，在可能的条件 Z
下，球半径应尽可能选择大一
X
些，以提高零件表面光洁度。
Y
方法加工的表面光洁度较差。
X
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第一节 概述
➢ 三轴联动加工 下图为内循环滚珠螺母的回珠器示意图。其滚道母线SS为
空间曲线，可用空间直线去逼近，因此，可在具有空间直
线插补功能的三轴联动的数控机床上进行加工，但由于编
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第一节 概述
S p = f (a, b, c) 式中： S p ：编程误差
△a 算法误差（拟合误差）：为用近似算法逼近零件轮廓时产生
的误差（以称一次逼近误差）例如：用直线或圆弧去逼 近某曲线时 和 用近似方程式去拟合列表曲线时的误差。
△b计算误差：插补算出的线段与理论线段之间的误差，它与在计
算时所取的字节长度有关。
值作为编程尺寸。
零件图纸
图纸工艺分析
计算运动轨迹
修
程序编制
改
制备控制介质
校验和试切
错误
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第一节 概述
编制程序及初步校验
根据制定的加工路线、切削用量、
零件图纸 图纸工艺分析
刀具号码、刀具补偿、辅助动作及
计算运动轨迹
刀具运动轨迹，按照数控系统规定 指令代码及程序格式，编写零件加 工程序，并进行校核、检查上述两
c
C′
C″
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第一节 概述
平面轮廓零件的加工方法 这类零件常用NC铣床加工。在编程时则应注意，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
机床所不具备插补功能的
曲线时，则应先采用NC机
床所具备的插补线型（直线、
圆弧）去逼近该零件的轮廓。
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程计算复杂，宜采用 S
Z XS
自动编程。
Y
S
Z
SX
X
Y
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第一节 概述
➢ 四轴联动加工方法 如下图所示的飞机大梁，其加工面为直纹扭曲面，若采
用三座标联动加工，则只能用球头刀。不仅效率低，而
且加工表面粗糙度差，为此可采用如图所示的圆柱铣刀
周边切削方式在四轴联 动机床上进行加工。由
数控加工程序的编制
内容提要
本章将讲述数控加工的工艺分析和典型的加 工方法；加工程序的编制、结构及常用算法； 简要介绍自动编程。
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第一节 概述
一.程序编制的基本概念
数控加工程序编制：从零件图纸到制成控制介质的全过程。
将零件的加工信息：加工顺序、零件轮廓轨迹尺寸、工艺参数(F、S、 T)及辅助动作（变速、换刀、冷却液启停、工件夹紧松开等）等，用 规定的文字、数字、符号组成的代码按一定的格式编写加工程序单， 并将程序单的信息变成控制介质的整个过程。
这一步与普通机床加工零件时
的工艺分析相同，即在对图纸
进行工艺分析的基础上，选定
修
改
机床、刀具与夹具；确定零件
加工的工艺线路、工步顺序及
切削用量等工艺参数等。
零件图纸 图纸工艺分析
计算运动轨迹 程序编制
制备控制介质 校验和试切
错误
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第一节 概述
计算运动轨迹
根据零件图纸上尺寸及工艺线 路的要求，在选定的坐标系内 计算零件轮廓和刀具运动轨迹 的坐标值，并且按NC机床的规 定编程单位（脉冲当量）换算 为相应的数字量，以这些坐标
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第一节 概述
Y
刀具运动轨迹 工件轮廓
R50 f20
C
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X R30 R20
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Z 14
第一节 概述
刀位点： 用于确定刀具在机床坐标系中位置的刀具上的特定点。 镗刀 钻头 立铣刀、端铣刀 面铣刀 指状铣刀 球头铣刀
车刀
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第一节 概述
据国外统计：
➢ 用手工编程时，一个零件的编程时间与机床 实际加工时间之比，平均约为 30：1。
➢ 数控机床不能开动的原因中，有20~30%是 由于加工程序不能及时编制出造成的
编程自动化是当今的趋势！
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第一节 概述
二、手工编程的内容和步骤
图纸工艺分析
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第一节 概述
程序编制分为：手工编程和自动编程两种。
手动编程：整个编程过程由人工完成。对编程人员的要求高（不 仅要熟悉数控代码和编程规则，而且还必须具备机械加工工艺 知识和数值计算能力）
自动编程：编程人员只要根据零件图纸的要求，按照某个自动编 程系统的规定， 将零件的加工信息用较简便的方式送入计算机， 由计算机自动进行程序的编制，编程系统能自动打印出程序单 和制备控制介质。
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第一节 概述
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 。
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第一节 概述 ➢ 三轴两联动加工-----“行切法”。
以X、Y、Z轴中任意两轴作插补运动，另一轴（轴）作周期
性进给。这时一般采用球
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第一节 概述
对刀： 就是使“对刀点”与“刀位点”重合的操作
。
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第一节 概述
选择对刀点的原则：
选在零件的设计基准或工艺基准上，或与之相 关的位置上。
选在对刀方便，便于测量的地方。 选在便于坐标计算的地方
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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。
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第一节 概述
旋转体类零件的加工方法
这类零件常用数控车床或数控磨床来加工，特别是在车削零件的 毛坯多为棒料或锻坯，加工余量较大且不均匀，因此在编程中，粗车 的加工线路是主要要考虑的问题。
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第一节 概述
程序的校验和试切
所制备的控制介质，必须经过
零件图纸 图纸工艺分析
进一步的校验和试切削，证
计算运动轨迹
明是正确无误，才能用于正 式加工。如有错误，应分析 错误产生的原因，进行相应 的修改。
修
程序编制
改
制备控制介质
校验和试切
错误
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第一节 概述
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第二节 程序编制的代码及格式
经过多年的发展，程序用代码已标准化，现在有ISO（ International Standardization Organization）和EIA(Electronic Industries Association)两种。 ●.代码 代码：是文字、数字、符号以及它们组合的总称，又称指 令。它是程序的最小单元。 . 编程指令——系统操作代码的总称 ➢. G指令——准备功能 作用：规定机床运动线型、坐标系、坐标平面、刀补、刀 偏、暂停等多种操作。 组成：G后带二位数字组成。100种模态（续效）指令与非 模态指令见P26 表2-4
➢ 第一类是在直接加工零件的过程中产生的误差，它是产生加工误差的主体，主要 包括数控系统（包括伺服）的误差和整个工艺系统（机床—刀具—夹具—毛坯） 内部的各种因素对加工精度的影响。
➢ 第二类是编程时产生的误差，即用NC系统具备的插补功能去逼近任意曲线时所产 生的误差。
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第一节 概述
手工编程适用于：几何形状不太复杂的零件。 自动编程适用于：
➢ 形状复杂的零件， ➢ 虽不复杂但编程工作量很大的零件（如有数千个孔的零件） ➢ 虽不复杂但计算工作量大的零件（如轮廓加工时，非圆曲线的计算）
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先用直线程序进行粗加工， 再按零件轮廓进行精加工
4 3 2 1
可先按图中的方法进行1~4 次粗加工，再精加工成形。
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第一节 概述
图(c)所示的零件为陀罗转子的示意图，其加工顺序为先加工左 边部分，然后加工右边。若采用图(c′)的方法，当处在轴向进刀 时，切削力会陡增而且排屑不畅，极易引起崩刃。图(c″)的方法 ，切削截面由大逐渐减小，排屑流畅，切削条件大为改善；由 于没有单独的轴向进刀，程序段数可减少一半，实践证明，此 法行之有效。
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第一节 概述
加工线路的确定
加工线路——加工过程中刀具相对于工件的运动轨迹次序。 ➢ 孔类加工（钻孔、镗孔）
原则：在满足精度要求的前提下，尽可能减 少空行程：
b
a n个
红线长 = b + 2(n -1)a +切入/出段 黄线长 =（n -1)(a + b) +切入/出段
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第二节 程序编制的代码及格式
➢ M指令——辅助功能
作用：控制机床及其辅助装置的通断的指令。
组成：M后跟两位数字组成。100种。见P27表2-5
➢ F.S.T指令
1) F指令——指定进给速度指令（续效指令）
R有关），与后倾角（与有关）的 摆动运动。并且还要作相应的附加 j(后倾角）
Z
m4
补偿运动（摆动中民与铣刀的刀位
m3 m2
点不重合）。综上所述，叶面的加
m1
工需要五轴（X、Y、Z、A、B） 联动，这种编程只能利用自动编程 系统。
i (螺旋角）
O Rj
j
BY
A
X
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△c圆整误差：它是插补完成后，由于分辨率的限制，将其圆整而
产生的误差。它与机床的分辨率有关。
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第一节 概述
三种误差的关系如图所示：
a b c
Y X
原则： S p 应小于零件精度的10%
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第一节 概述
2. 数控加工方法
上述方法只能检查运动轨迹的正确性，不能判别工件的加工误差。 首件试切(在允许的条件下)方法不仅可查出程序单和控制介质是否 有错，还可知道加工精度是否符合要求。
当发现错误时，应分析错误的性质，或修改程序单，或调整
刀具补偿尺寸，直到符合图纸规定的精度要求为止。
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常用的校验和试切方法：
对于平面轮廓零件可在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工件 进行空运转空运行绘图。
对于空间曲面零件，可用蜡块、塑料或木料或价格低的材料作 工件，进行试切，以此检查程序的正确性。
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第一节 概述
在具有图形显示功能的机床上，用静态显示（机床不动）或动态显 示（模拟工件的加工过程）的方法，则更为方便。
修
程序编制
改
制备控制介质
个步骤的错误。
校验和试切
错误
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第一节 概述
零件图纸
制备控制介质
图纸工艺分析
将程序单上的内容，经转换
计算运动轨迹
记录在控制介质上，作为数 修
改
程序编制
控系统的输入信息，若程序
制备控制介质
较简单，也可直接通过键盘
输入。
校验和试切
错误
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第一节 概述
➢ 车削或铣削： 原则： 尽量采用切向切入/出，不用径向切入/出，以避免由于 切入/出路线的不当降低零件的表面加工质量。
径向切入
切向切入
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第一节 概述
空间曲面的加工
(a)
(b)
(c)
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第一节 概述