数控加工基础.ppt

数控加工基础,教学目的：,了解数控加工的基本原理和编程插补运算的基本方法。了解数控铣削中要解决的主要工艺问题以及各种问题的解决方法。掌握数控铣削工艺拟定的过程、工序的划分方法、工序顺序的安排和进给路线的确定等工艺知识。,一、数控编程基本原理,通过把数字化了的刀具移动轨迹信息（通常指CNC加工程序），传入数控机床的数控装置，经过译码、运算，指挥执行机构（伺服电机带动的主轴和工作台）控制刀具与工件相对运动，从而加工出符合编程设计要求的零件。,机床零点,数控加工工艺过程,数控加工工艺过程是利用切削刀具在数控机床上直接改变加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等，使其成为成品或半成品的过程。,数控加工工艺设计的主要内容,选择并确定进行数控加工的内容,数控加工的工艺分析,零件图形的数学处理及编程尺寸设定值的确定,制定数控加工工艺方案,确定工步和进给路线,选择数控机床的类型,选择和设计刀具、夹具与量具,确定切削参数,编写、校验和修改加工程序,首件试加工与现场问题处理,数控加工工艺技术文件的定型与归档,二、数控编程插补运算的基本方法。,直线和圆弧是构成工件轮廓的基本线条，因此大多数CNC系统一般都具有直线和圆弧的插补功能。只有在某种较高档次的CNC系统才具有抛物线、螺旋线插补功能。,插补的概念,是指在被加工的轨迹起点和终点之间，插进许多中间点，并进行数据点的密化工作，然后用已知线型（直线或圆弧）逼近。,插补的方法分类：,常用的插补方法有:逐点比较法数字积分法时间分割法其中最常见的是逐点比较法，其原理可概括为：逐点比较，步步逼进,1.逐点比较法,逐点比较法又称区域判别法，它是一种边判别边前进的方法。这种方法的原理是：计算机在控制加工过程中能逐点地计算和判别加工偏差，以控制坐标进给，并按规定的图形加工出所需的工件。,Y,X,A(XE，YE）,P（Xi，Yi）,F0,F=0,F0,FX02+Y02,若加工点P(Xi，Yi)正好落在圆弧内侧，则下式成立:Xi2+Yi2X02+Y02,2.数字积分法,数字积分器(又称DDA)简称积分器。数字积分器的插补方法可以实现一次、二次，甚至高次曲线的插补，也可以实现多坐标联动控制。它只要输入不多的几个数据，就能加工出圆弧形状较为复杂的轮廓曲线。作直线插补时，脉冲分布也较均匀。,三、数控加工工艺基础,一个合格的编程员首先应该是一个很好的工艺员，对CNC机床的性能、特点和应用、切削规范和标准刀具系统等要非常熟悉，否则就无法做到全面、周到地考虑零件加工的全过程并正确、合理地确定零件加工程序。,1.数控铣削加工工件的安装,数控铣削加工选择定位基准应遵循的原则：,尽量选择零件上的设计基准作为定位基准,定位基准选择要能完成尽可能多的加工内容,必须多次安装时，应遵从基准统一原则,定位基准应尽量与工件坐标系的对刀基准重合,简单的安装形式:,箱体零件加工的安装(多用于汽车零件加工),加工内轮廓时的安装,夹具,工件,2.零件的定位、夹紧方式要注意以下几个方面:,1)应尽量采用组合夹具。当工件批量较大、精度要求较高时，可以设计专用夹具。2)零件定位、夹紧的部位应不妨碍各部位的加工、刀具更换以及重要部位的测量。尤其要避免刀具与工件、刀具与夹具相撞的现象。3)夹紧力应力求通过靠近主要支承点或在支承点所组成的三角形内。应力求靠近切削部位，并在刚性较好的地方。尽量不要在被加工孔径的上方，以减少零件变形。,不影响进给的装夹示例,4)零件的装卡、定位要考虑到重复安装的一致性，以减少基准校正、对刀时间，提高同一批零件加工的一致性。一般同一批零件采用同一定位基准，同一装卡方式。,加工中心夹具的确定,对夹具的基本要求：,夹紧机构不得影响进给，加工部位要敞开,夹具在机床上能实现定向安装,夹具的刚性与稳定性要好,四、工序的划分,在CNC机床上特别是在加工中心上加工零件，工序十分集中，许多零件只需在一次装卡中就能完成全部工序。但为了保持CNC机床的精度，延长CNC机床的使用寿命，降低CNC机床的使用成本。经过粗加工或半精加工的零件装卡到CNC机床上之后，机床按规定的工序一步一步地进行半精加工和精加工。,工序的划分,数控铣削加工工序的划分,刀具集中分序法,粗、精加工分序法,按加工部位分序法,工序的划分,刀具集中分序法,即按所用刀具划分工序，用同一把刀加工完零件上所有可以完成的部位，在用第二把刀、第三把刀完成它们可以完成的其它部位。,特点：,这种分序法可以减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差。,工序的划分,粗精加工分序法,这种分序法是根据零件的形状、尺寸精度等因素，按照粗、精加工分开的原则进行分序。对单个零件或一批零件先进行粗加工、半精加工，而后精加工。,注意：,粗精加工之间，最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分恢复，再进行精加工，以提高零件的加工精度。,工序的划分,按加工部位分序法,即先加工平面、定位面，再加工孔；,先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状；,先加工精度比较低的部位，再加工精度要求较高的部位。,工序的划分,导轨粗基准的加工,以加工后的床脚为基准加工导轨面,以导轨面为粗基准,加工床脚,五、顺铣和逆铣加工,顺铣,在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切削分力方向相同,逆铣,在铣削加工中，铣刀的走刀方向与在切削点的切削分力方向相反,顺铣和逆铣加工,顺铣和逆铣加工,铣削内沟槽侧面,选择走刀路线,确定走刀路线的一般原则,保证零件的加工精度和表面粗糙度,方便数值计算，减少编程工作量,缩短走刀路线，减少进退刀时间和其他辅助时间,尽量减少程序段数,切入切出点,切入点,。,切入切出点,切入点选择原则：,粗加工选择曲面内的最高角点作为切入点。,精加工选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为切入点。,总之避免铣刀当钻头使用，否则因受力大而损坏。,切入切出点,切出点选择原则：,能连续完整的加工曲面。,非加工时间短。,切入切出路径,在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削，由于主轴系统和刀具的刚度变化，当沿法向切入工件时，会在切入处产生刀痕，所以应尽量避免沿法向切入工件。,切入切出点,切入点的选择,。,。,。,A,B,C,应尽量避免在连续几何图素的中间切入,虽然是两几何图素的交点，但在这里刀具沿切线方向切出后将影响已加工表面精度,可沿图形轮廓切向切入切出，且保证轮廓封闭,切入切出路径,铣削外圆的切入切出路径,切入切出路径,铣削外轮廓的切入切出路径,当铣切内表面轮廓形状时，也应该尽量遵循从切向切入的方法，但此时切入无法外延，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线。当实在无法沿零件曲线的切向切入、切出时，铣刀只有沿法线方向切入和切出，在这种情况下，切入切出点应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给过程中要避免停顿。,切入切出路径,铣削内圆的切入切出路径,切入切出路径,铣削内轮廓的切入切出路径,切入切出路径,从尖点切入铣削内轮廓,铣削内轮廓的切入切出路径,以角点作为切入切出点,铣削内轮廓的切入切出路径,切入切出路径,容易产生过切现象,切入切出路径,铣削内轮廓的切入切出路径,走圆弧线切入,从直线中间切入,切入切出路径,铣削内轮廓的切入切出路径,避免刀具干涉,在连续切削的数控机床上，多数是使用立铣刀且几乎都是用侧刃进行切削，往往会产生刀具的干涉现象。,为了避免刀具的干涉，一般采用小直径的铣刀来加工，但在加工时则受力变形而产生的刀具弯斜量直接影响加工精度,六、避免刀具干涉,虽然可把刀具的倒锥磨好以减轻刀具的弯斜量，但也不能最好地解决问题，特别在加工三维曲面更明显出现加工干涉区或加工盲区。,避免刀具干涉,就加工的可能性而言，在不出现加工干涉区或加工盲区时，复杂曲面一般可以采用球头铣刀进行三坐标联动加工；如果工件还存在加工干涉区或加工盲区，就必须考虑采用四坐标或五坐标联动的机床来加工了。,避免刀具干涉,a,b,c,刀具干涉实例,定位,夹紧,使工件相对于机床及刀具处于正确的位置,工件定位后，将工件紧固，使工件在加工过程中不发生位置变化,找正安装,专用夹具安装,工件安装的内容,安装的方法,工件的安装,七、,夹具的分类,通用夹具,通用可调夹具,专用夹具,组合夹具,成组夹具,拼拆式夹具,按用途分类,夹具的分类,手动夹具,气动夹具,液压夹具,气液增压夹具,电动夹具,磁力夹具,真空夹具,离心力夹具,其它,按动力源分类,夹具的分类,车床夹具,铣床夹具,钻床夹具,镗床夹具,磨床夹具,齿轮机床夹具,其它机床夹具,按使用机床分类,夹具的组成与作用,组成,作用,作用：保证加工精度，提高生产率，扩大机床工艺范围，减轻工人劳动强度。,定位元件、夹紧装置、联接元件、对刀或导向元件、其它装置、夹具体。,新型数控夹具与组合夹具,新型数控夹具体,新型数控夹具与组合夹具,孔系组合夹具,新型数控夹具与组合夹具,槽系组合夹具,六点定位原理的应用,完全定位,a,b,六点定位原理的应用,c,d,完全定位,六点定位原理的应用,e,f,完全定位,六点定位原理的应用,a,b,c,过定位,六点定位原理的应用,圆柱体工件,欠定位,六点定位原理的应用,a,b,c,d,e,f,g,欠定位,定位基准的选择原则,基准,零件上用以确定其它点、线、面位置所依据的那些点、线、面。,设计基准,零件图上用以确定其它点、线、面位置的基准。,工艺基准,零件加工、测量和装配过程中使用的基准。分为定位基准、工序基准、测量基准和装配基准。,八、,精基准的选择原则,应保证加工精度和工件安装方便可靠。,基准重合原则,选用设计基准作为定位基准。,基准统一原则,自为基准原则,互为基准原则,采用同一组基准定位加工零件上尽可能多的表面。,选择加工表面本身作为定位基准。,工件上两个相互位置要求很高的表面加工时，互相作为基准。,精基准的选择原则,精基准的选择,精基准的选择原则,精基准的选择,粗基准的选择原则,应保证各加工面有足够的余量，并尽快获得精基面。,若要求保证某重要表面加工余量均匀，选该表面为粗基准。,若要求保证加工面与不加工面间的位置，选不加工表面为粗基准。,粗基准在同一尺寸方向上只能使用一次。,粗基准表面，应平整光洁。,粗基准的选择原则,粗基准的选择,粗基准的选择原则,粗基准的选择,为装夹方便或实现基准统一，人为制造的一种定位基准。,辅助基准的选择原则,辅助基准,制定加工中心加工工艺,零件的工艺分析,分析零件的技术要求：尺寸精度要求、几何形状精度要求、位置精度要求、表面粗糙度表面质量要求、热处理及其他技术要求；,检查零件图的完整性和正确性；,分析零件结构工艺性：主要分析零件的加工内容采用加工中心CAM自动加工时的可行性、经济性、方便性；,确定加工中心的加工内容：确定零件适合加工中心加工的部位、结构和表面；,九、,工艺方案的设计,工艺设计包括完成加工任务所需要的设备、工装量夹具的选择，工艺路线加工方法的确定。,加工方法的选择,加工顺序的合理按排,制定加工中心加工工艺,工步设计,先粗加工，半精加工，再精加工。,既有孔又有面的加工时先铣面后镗孔。,采用相同设计基准集中加工的原则。,按所用刀具划分工步。,有较高同轴度要