数控加工工艺知识与数控编程

材料加工CAD/CAE/CAM技术基础东北大学秦皇岛分校经济系包立第四章材料加工CAM技术基础CAM概述数控机床的有关功能规定数控加工工艺知识数控编程数控电火花线切割加工的程序编制4.1材料加工CAM概述4.1.1数控加工的基本概念（一）数控（NC）的含义数控：是数字控制（Numericalcontrol）的简称，通常称为NC，是用数字信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种控制方法。

数控加工的含义是指在数控机床上加工零件的一种工艺方法。

实质：用数控装置（系统）代替人操作机床进行机械零件加工的一种自动化加工方法。所用的机床设备成为数字控制机床，简称数控机床或NC机床。(二)工件轮廓的生成方法当被加工工件上的轮廓为曲线或为与执行部件移动方向不一致的直线轮廓时，此工件轮廓只能用沿工作台或刀架运动方向的细分线段来逼近代替。工件的真实轮廓由机床执行部件的运动轨迹插补生成。如图4-1。图4-1工件轮廓用细分线段逼近yx0yx0

插补类型（按脉冲当量的分配形式）：

直线插补－－沿直线分配脉冲

圆弧插补－－沿圆弧分配脉冲 其它插补类型（如，抛物线插补、高次曲线插补，等等）

插补运算－－求解逼近轨迹上各点(x,y)坐标的数学运算。脉冲当量－－机床执行部件单位位移量，用于控制插补精度。通常，脉冲当量值由数控机床的加工精度决定。

自动插补运算 直线插补：只输入执行的起点和终点坐标。 圆弧插补：输入圆弧起点、终点和圆心坐标（或半径值）由事先规定的圆弧角正负值来确定半径位于弧的哪一边(三)数控加工作业过程零件图样加工工艺程序编制加工信息程序数控装置作信息处理指令脉冲伺服系统作信号转换放大驱动机床进行加工位置检测工作台实际位移量反馈（一）数控机床组成4.1.2数控机床的组成、分类与发展输入装置数控系统伺服系统机床执行部件指令驱动位置、速度反馈温度反馈输入介质

输入介质

数控加工时，所需的各种控制信息要靠某种中间载体携带和传输，这种载体称为控制介质。在控制介质上保存着加工零件所必需的全部操作信息和刀具及工件移动的信息，它记载着零件的加工程序。输入介质有：穿孔纸带、磁带或磁盘

数控装置伺服系统机床主机

主机是数控机床的主体，包括车身、箱体、导轨、主轴、进给机构等机械部件人造大理石床身（混凝土聚合物）天然大理石床身机床排屑系统数控控机机床床应应有有更更好好的的宜宜人人性性（（人人机机关关系系及及环环保保））便于于操操作作的的机机床床结结构构（二）分类 点位控制数控机床按加工功能 直线控制数控机床 轮廓控制数控机床数控机床加工中心线切割机床电火花机床

按工艺用途分类立式式数数控控车车床床卧式式数数控控车车床床立式式数数控控铣铣床床卧式式数数控控铣铣床床快走走丝丝电电火火花花线线切切割割机机床床工作作台台移移动动式式电电火火花花机机床床工作作台台固固定定式式电电火火花花机机床床固定定立立柱柱立立式式加加工工中中心心滑枕枕立立式式加加工工中中心心O形整整体体床床身身立立式式加加工工中中心心4.1.3计算算机机在在数数控控中中的的应应用用计算算机机数数控控（（ComputerNumericalControl，CNC）读带机小型或微型计算机接口伺服系统机床键盘直接数控（DirectNumericalControl，DNC）电子计算机（CPU）链接装置控制器1控制器2机床1机床2控制器n机床n常见见数数控控系系统统

SIEMENSFANUC立式式数数控控铣铣床床4.1.4数控控编编程程的的内内容容与与步步骤骤编制制程程序序的的目目的的：：用程程序序去去实实现现数数控控加加工工的的全全部部工工艺艺规规范范。。分析零件几何形状、尺寸和精度要求分析零件图选择工装夹具、确定装夹方式、加工路线和切削用量等

确定工艺过程根据零件图和加工路线计算基点和节点等数控关键数据

数值计算按数控系统要求的格式编写程序编写程序单制备控制介质程序校验首件试切（试加工）修改数控机床4.1.5数控控编编程程的的种种类类

手工编程

熟悉数控代码及编程规则对编程人员的要求具备机械加工工艺知识（一切CAM人员必备！） 具备数值计算能力自动编程（2种模式）（1）以自动编程语言为基础编程人员依据所用数控语言的编程手册和零件图样，以语言的形式表达出加工的全部内容（加工原始数据和加工指令），输入计算机中进行处理，得到可以直接用于数控机床的NC代码。（2）以计算机绘图为基础在对话方式下，完成零件图定义、走刀路线的确定、加工参数的选择。4.2数控控机机床床的的有有关关功功能能规规定定4.2.1数控控机机床床程程序序编编制制的的有有关关规规定定（一一））穿穿孔孔带带和和代代码码（二二））程程序序格格式式（（编编程程规规则则））以人人工工编编程程G代码码为为例例程序序组组成成程序序－－－－若若干干程程序序段段（（行行））的的集集合合；；程序序段段（（行行））－－－－完完成成某某个个或或某某些些特特定定动动作作的的指指令令（（代代码码字字））集集合合；；指令令（（代代码码字字））－－－－由由操操作作（（地地址址））符符和和操操作作内内容容（（数数据据））构构成成。。即某某一一功功能能的的一一组组代代码码符符号号，，如如X500，表表示示X向尺尺寸寸为为500程序序行行内内指指令令（（代代码码字字））的的顺顺序序及及其其含含义义例如如：：N001G91G00X2700Y3000Z15000M03LFN002……………………………N017X-5000Y-4000Z14800M02LF代码功能代码功能G00G01G02G03G04G06G08G09G17G18G19G33G34点位控制直线插补顺时针圆弧插补逆时针圆弧插补暂停抛物线插补加速减速XY平面选择ZX平面选择YZ平面选择螺纹切削(等螺距)螺纹切削(增螺距)G35G36~39G40G41G42G43G44G60G65~79G80G81~89G90G91螺纹切削(减螺距)内部保留取消刀具补偿刀具径向左补偿刀具径向右补偿刀具轴向正补偿刀具轴向负补偿准确定位保留用于点位控制取消固定循环固定循环#1~#9绝对坐标编程相对坐标编程常用用G功能能代代码码摘摘要要代码功能代码功能M00M01M02M03M04M05M06M07M08M09M10M11M13程序停机任选停机程序结束主轴顺时针方向旋转主轴逆时针方向旋转主轴停转换刀开2号切削液开1号切削液关闭切削液夹紧松开主轴顺转并开切削液M14M15M16M19M30M31M32~35M40~45M50M51M60M68M69主轴逆转并开切削液正向(＋)运动反向(－)运动主轴定向停止纸带结束旁路互锁固定切削速度保留开3号切削液开4号切削液换工件工件夹紧工件松开常用用M功能能代代码码摘摘要要加工工程程序序的的一一般般格格式式举举例例：：%//开始始符符O1000//程序序名名N10G00G54X50Y30M03S3000N20G01X88.1Y30.2F500T02M08N30X90………N300M30//结束束符符%//程序序主主体体4.2.2数控控机机床床的的坐坐标标轴轴及及运运动动方方向向规定定：：“工工件件不不动动””，，刀刀具具相相对对工工件件运运动动；；直角角坐坐标标系系满满足足右右手手定定则则和和右右旋旋定定则则；；机床床坐坐标标轴轴和和运运动动方方向向；；数控控机机床床坐坐标标系系的的确确定定方方法法1、假假定定刀刀具具相相对对于于固固定定的的工工件件运运动动2、增增大大工工件件和和刀刀具具之之间间距距离离的的方方向向为为运运动动的的正正方方向向3、采采用用右右手手笛笛卡卡儿儿坐坐标标系系直线线坐坐标标XYZ旋转转坐坐标标ABC附加加坐坐标标UVW4、确确定定顺顺序序：：Z-X-Y（P127—P128）数控控机机床床坐坐标标系系原原点点在数数控控车车床床上上，，机机床床原原点点一一般般取取在在卡卡盘盘端端面面与与主主轴轴中中心心线线的的交交点点处处，，见见左左图图。。同同时时，，通通过过设设置置参参数数的的方方法法，，也也可可将将机机床床原原点点设设定定在在X、Z坐标标的的正正方方向向极极限限位位置置上上。。数控控铣铣床床的的原原点点在在数数控控铣铣床床上上，，机机床床原原点点一一般般取取在在X、Y、Z坐标标的的正正方方向向极极限限位位置置上上，，见见右右图图车床的机床原点铣床的机床原点4.3.1什么么是是数数控控加加工工工工艺艺就是指用用数控机机床加工工零件时时应用的的工艺方方法。与通用机机床相比比，不同同点表现现在控制制方式上上。4.3数控加工工工艺知知识数控加工工的内容：选择并确确定数控控加工零零件及加加工内容容；对零件图图进行数数控加工工工艺分分析；数控加工工工艺设设计；零件图形形数字处处理；编程和生生成NC指导书；；传输程序序；程序校验验与修改改；试切、切切削加工工及现场场问题处处理；NC加工工艺艺文件管管理。适应性强强；加工精度度高，质质量稳定定可靠；；加工生产产率高，，经济效效益好；；减轻操作作者的劳劳动强度度，改善善劳动条条件，自自动化生生产；有利于生生产管理理现代化化，便于于计算机机辅助制制造；可直接从从CAD系统中提提取数据据，保证证数据处处理的一一致性；；数控机床床价格昂昂贵，加加工成本本高，维维修困难难。适用范围围：1.普通机床床加工调调整时间间长或要要求复杂杂工装的的零件；；2.加工精度度高，几几何形状状复杂的的零件；；3.批量小而而又多次次重复生生产的零零件；4.要求精密密复制的的零件；；5.贵重零件件加工；；6.需要全部部检验的的零件，，试制件件；7.钻、镗、、铰、铣铣削等多多工序联联合进行行的零件件。4.3.2数控机床床加工的的特点及及适用范范围特点：1.插补实质上是数控装置根据有关的信息指令进行“数据密化”的工作规定： 插补类型 计算对象

直线插补 终点相对起点的增量

圆弧插补 ①以起点为参考点，计算圆心相对起点的增量； ②以圆心为参考点，计算起点相对圆心的增量；注意：无无论是增增量编程程或是绝绝对编程程，圆弧弧插补均均应采用用增量方方式。4.3.3数控加工工中的几几个重要要术语3.机床坐标标系与工工件坐标标系机床坐标标系－－－机床固固有坐标标系。机床坐标标系原点点的确定定方法。。工件坐标标系－－－建立在在工件上上的坐标标系。工件坐标标系原点点的确定定由编程程人员按按加工工工艺要求求自定。。工件原点点偏置：：工件原原点偏离离机床原原点的距距离。2.机床坐标标数指指数数控机床床有几个个运动方方向采用用了数控控两坐标加加工：同同时控制制任意两两坐标联联动；三坐标加加工：数数控装置置控制三三个坐标标联动；；五坐标加加工：同同上4.工件上各各点坐标标的表示示绝对坐标标表示：：绝对尺寸寸指机床床运动部部件的坐坐标尺寸寸值相对对于坐标标原点给给出；相对（增增量）坐坐标表示示：增量尺寸寸指机床床运动部部件的坐坐标尺寸寸值相对对于前一一位置给给出。如图所示示：绝对尺寸增量尺寸程序段举举例：绝对坐标标编程N001G00G17G90X30Y0;N002G02X30Y0I-30F100;N003G00X0Y0M02;增量坐标标编程N001G00G17G91X30Y0;N002G02X0Y0I-30F100;N003G00X-30Y0M02;YXA0R305.刀具补偿偿径向补偿偿（刀具具偏置））•含义－－－刀位点点径向偏偏离工件件轮廓。。补偿值D=R+△式中：R－－刀具半径径△－－加工余量量工件轮廓加工余量刀位点移动轨迹径向补偿偿指令：：右补偿（（刀具右右偏）G42－－顺着着刀具前前进方向向看，刀刀具在轮轮廓右侧侧左补偿（（刀具左左偏）G41－－顺着着刀具前前进方向向看，刀刀具在轮轮廓左侧侧。取消径向向补偿G40右补偿左补偿右补偿左补偿采用刀具具径向补补偿编程程的优越越性：不考虑刀刀具半径径，直接接按工件件轮廓尺尺寸编程程；适当改改变半径径补偿量量，以实实现同一一刀具，，同一程程序完成成轮廓从从粗到精精的全部部加工。。长度补偿偿含义－－－在Z轴方向上上实现对对刀具移移动距离离的补偿偿。a－工件件坐标系系的Z轴设定值值，b－刀尖到刀刀柄校准准面的距距离，c－指令动作作，d－实际移动动量，e－补偿偿量注：事先先将测定定的a，b值存入刀刀补表中中。Z轴机械原点工件坐标系的Z轴零点abcde+Z-Z长度补偿偿指令：：G43－正补偿（（如前图图，e=c-d）G44－负补偿偿（如右右图，e=d-c）G49－取消长长度补偿偿dce采用刀具具长度补补偿的优优越性：：可实现在在一次加加工中使使用多把把长度不不同的刀刀具，特特别适合合于加工工中心的的自动换换刀系统统。6.定位精度度和重复复精度定位精度度•含义－－－指实际际位置与与指令位位置的一一致程度度；不一致量量称为定定位精度度误差。。重复精度度•含义－－－指同一一条件下下用相同同方法重重复进行行同一动动作时，，控制对对象位置置的一致致程度，，也称为为精度密密度；7.干涉不仅会破破坏零件件的形状状和精度度，严重重时会对对机床精精度造成成影响4.3.4数控编程程的工艺处处理1、工序、、工步的的划分与与顺序安安排（P135）基本原则则：先粗粗后精，，先面后后孔；尽尽量减少少换刀次次数和空空刀路程程。特殊情况况：对同同轴度要要求很高高的孔系系，应一一次定位位，顺序序换刀，，依次完完成该孔孔系的全全部孔加加工。2、零件件装夹方方法的确确定和夹夹具选择择装夹原则则：尽量减少少装夹次次数和时时间工件坐标标系与机机床坐标标系之间间应有确确定的关关系夹具的选选择：尽尽量采用用组合夹夹具。3、对刀刀点、刀刀位点和和换刀点点对刀点－－－刀具具相对于于工件的的运动起起点。平头立铣刀球头铣刀车刀钻头线切割电极丝例如（图图中红色色表示基基准点））：换刀点－－－换刀刀位置。。原则：换换刀时不不得碰伤伤工件、、夹具和和机床。。4、走刀路路线刀具相对对于工件件的运动动轨迹（（走刀路路线）。。路径选择择原则：：（1）保证证良好的的加工精精度和表表面质量量；（2）数值值计算简简单；（3）进给路路径尽可可能短。。其它应考考虑的问问题：辅助路径径（引入入距离））切入点和和切出点点主要指铣铣削轮廓廓时的进进刀和出出刀（切向或圆圆弧进出出刀,）>=d铣刀工件轮廓加工工时尽量量避免进进给停顿顿；为提高表表面质量量、降低低粗糙度度，采用用多次小小余量进进给；加工孔系系时，安安排镗孔孔的路线线应注意意各孔的的定位方方向一致致，避免免反向间间隙的产产生。5、刀具选选择选择原则则：刀具精度度高，刚刚性好；；尺寸稳定定，耐磨磨性好；；调整方便便。目的：提高生产产率，降降低台时时费用。。逆铣：铣刀的的旋转方方向和工工件的走走刀方向向相反顺铣：铣刀的的旋转方方向和工工件的走走刀方向向相同6、切削削用量的的确定切削深度度ap切削用量量 进给给量f切削速度度vcafs图中：S为主轴转转速（r/min），由切削深深度ap、进给量f和刀具耐耐用度计计算公式式或查手手册得到到的切削削速度vc或主轴转转速n。f=zfznZ-齿数；f-进给量m/s；fz-每齿进给给量m/z；n-主轴转速速r/svc-切削速度度r/s；D-铣刀直径径

此外，选择进给量

f时，还应注意工件轮廓拐角处的“超程”和“欠程”问题。7、编程程误差及及其控制制数控加工工的误差差来源：：逼近误差差插补误差差尺寸园整整误差其它：机机床控制制和伺服服系统误误差、零零件定位位误差、、对刀误误差、刀刀具磨损损误差、、刀具或或工件受受力（受受热）变变形误差差，等等等