数控加工程序手工编制

第三章 数控加工程序手工编制 控编程的基本知识 一、机床、造型、编程坐标系 机床坐标系、编程坐标系和造型 (建模 )坐标系 三者之间既有联系，又有区别，均符合 右手规则 。 1、机床坐标系 (数控机床本身的坐标系，其方向由生产商设定 , 原点在机床安装调试中设置，一般不做更改。 2、造型坐标系 (：设计人员在利用计算机建模时设定的坐标系，其方向原点无任何限制。为了 便于编程计算 和 检查加工程序 , 尽量使造型坐标系和编程坐标系重合。 3、编程坐标系 ( 工艺人员在编程时设定的坐标系，其 方向必须 与机床坐标系 一致 。 零件的找正： 调整零件的装夹方向使编程坐标系与机床坐标系平行，并找出编程坐标系原点 定加工坐标系），称为 零件的找正 。加工坐标系原点与编程坐标系原点重合，其坐标值可记入机床的专用指令（ 59），从而实现两坐标系间的联系与转换。 何为机床坐标原点漂移？ n 原点漂移现象是受数控设备周围环境影响因素引起的，在同样的切削条件下，对同一台设备来说，使用相同的一个夹具、数控程序、刀具，加工相同的零件，发生的一种加工尺寸不一致或精度降低的现象。 n 原点漂移现象主要表现在数控加工过程的一种精度降低现象或者可以理解为数控加工时的精度不一致现象。原点漂移现象在数控加工过程中是不可避免的，对于数控设备是普遍存在的，一般受数控设备周围环境因素的影响较大，严重时会影响数控设备正常工作。影响原点漂移的原因很多，主要有温度、冷却液、刀具磨损、主轴转速和进给速度变化大等。 二、加工精度的影响因素 1. 普通机床：操作者根据工艺规范，制定出加工路线，靠手工操作和经验完成。零件精度由 机床 和 操作工人 水平决定。 2. 自动仿形：控制依靠凸轮、挡块或靠模实现。零件精度由 机床 和 辅助工装 决定。 3. 序、走刀路线的规划、进给、转速、开停等均由程序控制。零件精度由 机床、 编程 和 操作人员水平 决定。 三、数控加工的工具 刀柄与刀具 1. 刀柄：主轴与刀具的联系环节 , 用以夹持刀具 作用：夹持刀具、传递扭矩 分类：）普通刀柄 ）液压刀柄 3 ）热胀刀柄 2. 刀具的类型 刀具类型 ：平底刀、球头刀、环形刀、锥形刀、鼓形刀等 刀具的旋向：刀具是右旋的 3刀位点：刀具的基准点 刀尖 或 刀心 四、刀具补偿功能 刀具补偿一般包括 刀具长度补偿 和 刀具半径补偿 。前者使刀具垂直于走刀平面偏移一个刀具长度修正值；后者可以使刀具在二维加工平面内相对编程数据轨迹偏移一个刀具半径修正值。 1 ) 刀具半径补偿 刀具半径补偿： 可根据零件的实际轮廓编制程序，加工时数控 系统使刀具中心自动偏置一个刀具半径，从而加工出理论轮廓 零件，把数控系统的这一功能称之为刀具半径补偿功能。 加工内轮廓时 ，刀具中心向零件内轮廓方向偏置一刀具半径值 ; 加工外轮廓时 ，刀具中心向零件轮廓外方向偏置一刀具半径值 刀具补偿功能带来的优点 ： a）减少编程人员工作量。 b）可提高程序使用自由度。 c）可部分解决刀具磨损问题。 d）可提高零件的加工精度。 e）可采用不同半径的刀具执行同一程序。 刀具半径补偿有左偏刀补和右偏刀补两种方式： 左偏刀补： 沿着刀具运动方向看，刀具始终在被 加工轮廓 的左侧 右偏刀补： 沿着刀具运动方向看，刀具始终在被 加工轮廓 的右侧 2 ) 刀具长度补偿 刀具长度补偿（刀长补偿 ） ： 数控系统允许修改刀具的实际长度值，从而使刀具实际加工的位置比理论位置抬高或下降一高度，把数控系统的这一功能称之为 刀具长度补偿 功能。 优点： 可方便实现零件的分层加工，简化编程。 加工曲面时通过刀具长度补偿能否获得均匀余量 ?不能 五、数控加工的过程 数控加工中心 操作步骤 1、开机，各坐标轴手动回 机床原点 2、刀具准备 n 根据加工要求选择 20 立铣刀 、 5中心钻 、 8麻花钻 各一把，然后用弹簧夹头刀柄装夹 20立铣刀，刀具号设为 钻夹头 刀柄装夹 5中心钻、 8麻花钻，刀具号设为 对刀工具寻边器装在弹簧夹头刀柄上，刀具号设为 现代设计与集 成制造技术教育部重点实 3 、将已装夹好刀具的刀柄采用手动方式放入刀库， 即 n 1 ）输入 “06” ，执行 n 2 ）手动将 具装上主轴 n 3 ）按照以上步骤依次将 4、清洁工作台，安装夹具和工件 n 将 平口虎钳 清理干净装在干净的工作台上，通过 百分表 找正、找平 虎钳 ，再将工件装正在虎钳上。 5、对刀，确定并输入 工件坐标系 参数 n 1 ）用寻边器对刀，确定 X 、 Y 向的零偏值，将 X 、 Y 向的零偏值 n 输入到工件坐标系 ， 的 Z 向零偏值输为 0； n 2 ）将 Z 轴设定器安放在工件的上表面上，从刀库中调出 1号刀具装上主轴，用这把刀具确定工件坐标系 Z 向零偏值，将 Z 向零偏值输入到机床对应的长度补偿代码中， “+” 、 “-” 号由程序中的 确定，如程序中长度补偿指令为 则输入 “-” 的 Z 向零偏值到机床对应的长度补偿代码中； n 3 ）以同样的步骤将 2 号、 3 号刀具的 Z 向零偏值输入到机床对应的长度补偿代码中。 6、输入加工程序 n 将计算机生成好的加工程序通过数据线传输到机床 数控系统 的内存中。 7、调试加工程序 n 采用将工件坐标系沿 +Z 向平移即抬刀运行的方法进行调试。 n 1 ）调试主程序，检查 3 把刀具是否按照工艺设计完成换刀动作； n 2 ）分别调试与 3 把刀具对应的 3 个子程序，检查刀具动作和加工路径是否正确。 8 、自动加工 n 确认程序无误后，把工件坐标系的 Z 值恢复原值，将快速移动倍率开关、切削进给倍率开关打到低档，按下数控启动键运行程序，开始加工。加工过程中注意观察刀具轨迹和剩余移动距离。 9、取下工件，进行检测 n 选择 游标卡尺 进行尺寸检测，检测完后进行质量分析。 10、清理加工现场 11、关机 控编程的工艺处理技术 控编程的工艺处理 确加工内容和技术要求 择加工机床类型 在加工之前，要分析如下内容 1) 2)定加工方案）：公差、对称度、同心度、表面粗糙度等 . 3) 否则必须采取特殊的工艺措施；与夹具设计方案相联系。 4)件、焊接件、材料类别 在满足 精度 和 工期 的要求下 , 尽可能选用低坐标数的低 成本 1)夹具的作用：将零件 精确固定 在工作台上 ,以进行加工。 2) 选择夹具时注意事项：保证加工零件时的 开敞性 和 稳定性 。 3) 夹具的类型： 可根据被加工零件的特点由通用元件拼装组合出不同类型的夹具。 优点 : 重复使用、效率高、生产准备周期短。 b. 真空 (磁力 )平台装夹 ：零件与工作台间抽真空，形成压紧力。 优点 :装夹快，工件夹持均匀，开敞性好。 c. 专用夹具 ：为加工某种零件而特制的夹具。 好的夹具，可以方便零件的装夹找正。在零件更换时，坐标原点不需要重新找正。 1） 坐标系原点设置： 加工坐标系原点是数控加工中刀具运动的 基准点 。程序中刀位点的坐标计算也以该点为基准，所以也称为 程序原点 。 它可以设在 零件面 上、 夹具表面 上或机床 工作台面 上，但必须与零件的定位基准有已知的 准确 关系。程序或加工原点应尽量选择在零件的 设计基准 或 工艺基准 上。 2)确定原则： (1)化程序 (2)3)简化数学处理，比如一个面，能当作平面处理，就不要当作斜面处理， 因为平面可以采用平底刀加工，效率高。 机床上易找正，方便操作人员的操作。 加工过程中可能需要校验坐标系，要易于检查。实际上，易于找正，基本上就易于检查。 走刀路线的规划 走刀路线是指数控加工过程中刀位点相对于被加工工件的运动轨迹。 1) 确定走刀路线的原则： a. 保证零件的加工精度和光洁度 b. 方便数值计算，减少程序段数 c. 缩短走刀路线，减少空程 d. 易于增加零件刚性 f. 刀具轨迹变化尽量做到平缓； e. 尽量避免刀具在加工中向下切削； g. 精加工最好采用顺铣。 2) 逆铣和顺铣（非常重要的概念） 严格定义： 逆铣 :如果刀具的切削方向和刀具的前进方向相同 ; 顺铣 :如果刀具的切削方向和刀具的前进方向相反。 另一种定义：对于右旋刀具来讲 沿着刀具的前进方向看，如果刀具在被加工轮廓的右侧，称为 逆铣 ；刀具在被加工轮廓的左侧称之为 顺铣 。 顺逆铣的加工特点： 逆铣 ：一般加工啃刀，加工易产生过切； 顺铣 ：一般加工让刀，加工不到位。 数控加工对刀具的要求很高。不仅要 刚度好、精度好 ，还要使用 寿命长 。 1)材料 : 优质高速钢 ,硬质合金 ,耐磨涂层 ,陶瓷材料等 2)类别 : 种类繁多 （ 1）整体刀具 ：如立铣刀用于铣削平面零件的周边轮廓， 球头刀、环形刀、鼓形刀和锥形刀用于数控加工型面 （ 2）可转位刀具 ：刀体与刀片分开，刀片一般采用粉末压 铸而成，并带有涂层（ 属陶瓷， 优点： 3)刀具参数 4)刀具的选择原则： 应小于 被加工 零件内轮廓的最小曲率半径，约为 (1/4 1/2)D，以保证刀具有足够的加工刚度。 加工用量包括 切削深度和宽度、主轴转速、进给速度 等。 （ 1）切削深度的确定 主要根据 机床 、 工件 和 刀具 的刚度决定。 件和刀具的刚度越好，切深可越大 件、刀具的刚性允许，如果能一次切完，可留 提高零件的光洁度和精度。 度越大，则切削力、残余应力、振动越大，加工表面光洁度、精度越低。 （ 2）切削宽度：加工时每相邻两刀之间的距离 L，又称为 行距 . l 粗加工切削宽度由刀具、机床、零件的刚性决定； l 精加工可根据零件的粗糙度计算确定。 要降低表面粗糙度，可缩小行距，但加工效率降低；因此在保证行距不变的前提下，应选择较大半径的刀具 ,可明显降低残留高度。 （ 3）转速 (S)的确定 主轴转速 n (r/据允许的切削速度 m/取 效切削直径 (（ 4）进给速度（量） F (mm/a. 定义 ： 刀具 基准点 每分钟移动的路径之和。 b. 进给量确定： 根据零件的加工精度、表面光洁度、切削深度、宽度以及刀具和工件材料而选择。 F = n（转速 r/* 数 z） *齿进给量 mm/ c. 控制方式 ： I. 编程人员在程序中给定一个值； 操作人员可根据实际情况用 倍率调节旋扭 进行调节。 d. 四、五坐标 F 值规定 ： 若程序中只含有角度坐标： A、 B、 /如： 1 100 表示角： 100度 / 若既含有移动坐标又含有角度坐标，则进给速度“ F”只按线性移动坐标计算，而 转动坐标按“线性变化规律”做 从动。 例如： 1 0 0 1 100 (mm/执行“ 需时间为： ( (mm/分钟 所以 100/1=100度 / 只含移动坐标走直线时，已知，如何计算各坐标上的分速度： 角度分坐标的计算： 有如下两句 1 0 90 1 80 200 数控机床执行完第 5句后，执行第 6句时， 请计算数控机床分别在 X， f、选用 按刀补编程时，有的数控系统对 刀心编程有关的特殊情况：加工内轮廓 含有转动坐标有关的一些特殊情况： 程序编制中的误差主要有三部分组成： 1)逼近误差： 用近似方程所表述的形状与原始零件之间的误差。 （一次逼近误差） 2)插补误差： 用直线或圆弧段逼近零件轮廓曲线所产生的计算误差。 （编程轮廓计算误差、粗插补） 3)圆整化误差： 这是将工件尺寸换算成机床的脉冲当量时由于圆整化所产生的误差 点位数控加工编程时只存在圆整化误差吗 ? 轮廓加工时逼近误差、轮廓计算误差、圆整化误差有可能都存在。 问题 1：数控系统的插补与此处的概念一样吗？不一样。该插补误差由编程人员控制，数控系统的插补由数控系统本身控制 2：圆整化误差最大为脉冲当量的多少？ 1/2 数控加工误差的来源 1) 编程误差（三种：逼近，插补、圆整化误差。） 2) 数控机床带来的误差（定位精度，重复定位精度） 3) 环境带来的误差（温度，湿度，震动等因素） 4) 夹具及装夹带来的误差（装夹找正：坐标原点找正结果，零件装在夹具上的位置定位准确度。） 5) 刀具制造精度及磨损误差（刀具不标准，刀具磨损，刀长不准确） 6) 加工工艺方法不同带来的误差（先加工那个部位；先车还是先铣；粗加工到精加工余量分配；加工路线选择） 7) 切削力引起的变形误差 控程序的格式及功能字 一、数控加工程序的结构 数控加工程序 ：就是用符合数控机床输入信息 规定的自动控制语言和格式 来表示的 一套 可使数控机床实现对零件自动加工的 指令 。它是机床数控系统的应用软件，加工程序中包含的工艺及技术信息包括： 工艺过程、切削参数、刀具位移与方向，其它辅助动作（换刀、换向、冷却、启停等）及各动作顺序等。 数控程序控制指令格式国际上虽作过统一规定，但并未作到统一，各个国家和厂家并不相同： 系统开发商 有自己的 传统和习惯 新功能 的不断 开发和出现 。 N 了方便检索。编号可以不连续 ,有时可以不要。 G 来描述机床的动作类型 示直线插补 ; 示顺时针圆弧插补 ; 示逆时针圆弧插补； 标平面选择指令 用以选择圆弧插补、刀具补偿的平面。 定 定 定 刀补指令： 41 左偏刀补； 偏刀补； 消刀补； 快速走刀指令； 示绝对坐标编程 ; 示相对坐标编程等 意不同： S 定主轴旋转速度 . 定选用刀具编号 10 1