第二章数控加工编程基础2-____.ppt

2.5数控编程的工艺处理,加工路线的确定对刀点，换刀点的选择工件的装夹方式切削用量的选择数控加工常用刀具（铣刀）,2.5数控编程的工艺处理,数控加工工艺的特点：,（1）工序内容具体（2）工序内容复杂（3）工序内容严密（4）工序集中（5）加工精度不仅取决于加工过程，还取决于程编阶段（存在逼近误差、圆整化误差、插补误差）,编程员：,工艺员,数控编程的工艺处理应考虑：零件的结构工艺性加工方法的选择和工序的安排对刀点，换刀点的选择工件的装夹方式切削用量的选择,1.加工精度高及加工形状复杂零件2.用数学模型描述的复杂曲线及曲面零件3.一次装夹完成铣、镗、钻、铰、攻丝等多工序的零件4.不开敞内腔的壳体或盒腔零件,数控加工最适应类：,1.在通用机床上需制造复杂专用工装的零件2.需多次更改设计及精密复制的零件3.在通用机床上需作长时间调整才能加工的零件4.在通用机床上加工效率低、劳动强度大的零件,数控加工较适应类：,1.生产批量大的零件2.装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件3.材质不均、加工余量不稳定的零件4.必须用特定的工艺装备协调加工的零件,数控加工不适应类：,数控加工零件或加工内容的选择,数控编程的工艺处理中要注意的问题：,一、加工路线的确定,数控机床加工过程中刀具相对于工件运动的轨迹和方向。,一般原则：,（1）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求。*,（2）应尽量缩短加工线路，减少刀具空行程时间和其它辅助时间。,（3）方便数值计算，减少编程工作量，减少程序段数量。,2.5数控编程的工艺处理,零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点,注意加工方法的选择和工序的安排,2.5数控编程的工艺处理,举例：,铣削加工,（1）顺铣/逆铣：,精铣削加工零件轮廓时，尽量采用顺铣加工,减小机床的颤振,2.5数控编程的工艺处理,（2）切入/切出位置：,尽量遵循沿零件轮廓的切向切入/切出,尽量避免沿零件轮廓的法向切入/切出,铣削加工,沿零件轮廓的法向切入/切出,沿零件轮廓的切向切入/切出,2.5数控编程的工艺处理,（2）切入/切出位置：,铣削加工,切向切入切出,2.5数控编程的工艺处理,（3）轮廓铣削过程中应避免进给中途停顿,切削进给过程中，工艺系统处于弹性变形状态下的平衡,（4）若零件的加工余量较大，可用多次进给，逐渐切削的方法；最后留少量精加工余量（0.20.5mm)。,（5）空间曲面加工三种加工路线的比较：,铣削加工,空间曲面加工三种加工路线,凹槽加工,问题：槽中有凸台怎么办？,2.5数控编程的工艺处理,内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，如果太小，刚度不足，影响表面加工质量，工艺性较差。因而内槽圆角半径应大一些。,(R0.2H),原因？,2.5数控编程的工艺处理,工件内槽圆角半径应大一些。,铣削零件底面时，槽底圆角半径r不应过大,原因？,圆角r越大，d越小（d=D-2r，D为铣刀直径），即铣刀端刃铣削平面的面积越小，加工表面的能力越差，工艺性也越差。当r大到一定程度时，甚至必须用球头刀加工，此时切削性能较差，应尽量避免。,2.5数控编程的工艺处理,加工方法的选择,固定斜角斜面加工,2.5数控编程的工艺处理,工序的安排,先外形，后内形内腔加工工序；相同的定位和夹紧最好一起进行，以减少重复定位；用相同刀具加工的工序最好一起进行，节省换刀时间；同一次装夹中进行的多道工序，应先安排对工件刚性破坏较小的工序。,2.5数控编程的工艺处理,数控加工工序与常规加工工序的衔接,除了必要的基准面加工、校正和热处理等工序外，要尽量减少数控加工工序与常规加工工序交接的次数。,数控工序,常规工序,数控工序,常规工序,2.5数控编程的工艺处理,钻削加工,在满足零件精度的前提下，注意缩短加工线路。,（B）一般习惯,（C）进行尺寸换算，走刀路线最短，减少了空行程距离,2.5数控编程的工艺处理,镗削加工,精镗孔系，保证各孔定位方向一致,单向趋近定位点，避免传动系统误差对加工精度的影响。,2.5数控编程的工艺处理,二、对刀点，换刀点的选择,对刀点：,在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点（起刀点）（程序起点）,Z,2.5数控编程的工艺处理,刀位点：,用于确定刀具在机床上的位置的刀具上的特定点,车刀,镗刀,钻头,立铣刀、端铣刀,面铣刀,指状铣刀,球头铣刀,对刀：就是使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。,2.5数控编程的工艺处理,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,对刀点既可选在工件上，也可选在工件外。,换刀点:,对于多刀加工的机床，在加工过程中需要换刀时，应设换刀点。它是机床刀架转位换刀的位置。,换刀点可能是某一固定点（如加工中心）也可能是任意设置的一点（如车床）-不能碰工件或夹具,2.5数控编程的工艺处理,三、工件的装夹方式,数控加工往往工序集中,1、尽量采用组合夹具、可调夹具等标准化、通用化夹具。,2、零件定位、夹紧的部件：应不防碍各部位的加工（加工部位要敞开）、更换刀具、重要部位的测量；尤其不能刀具与工件、夹具碰撞。,3、夹紧力位置：应力求通过或靠近主要支撑点/支撑点所组成的三角形内；靠近切削部位，并在刚性较好的部位；尽量不要在被加工孔径的上方。,4、装卸工件快速、方便、可靠。,2.5数控编程的工艺处理,A、B？,加工部位要敞开,加工部位要敞开,四、切削用量的选择,影响数控加工切削用量的因素：,1、机床,2、刀具,3、工件,4、冷却液,金属切削用量手册经验,主轴转速（切削速度）、切削深度、进给量、切削宽度,机床主传动功率、进给传动功率、主轴转速范围、进给速度范围；机床-刀具工件系统的刚性,刀具材料常用高速钢、硬质合金、陶瓷、金刚石等；并且数控机床上多采用不刃磨可换位刀片（机夹刀片）,工件材料不同，可切削性能也不同。,切削速度背吃刀量进给量-较好的表面粗糙度合理的恒切削速度背吃刀量进给量-较高的加工精度,能带走切削热，减少刀具与工件的摩擦和磨损。,2.5数控编程的工艺处理,切削用量：主轴转速（切削速度）、切削深度、进给量。,切削深度,切削深度（也称背吃刀量）主要根据工件的加工余量和由工件、刀具、夹具、机床组成的工艺系统刚度所决定。在刚度允许的情况下，最好在留出精加工余量的基础上，一次切净余量，这样可减少走刀次数，提高加工效率，同时又能提高加工精度和改善表面质量。,2.5数控编程的工艺处理,2.5数控编程的工艺处理,在刚性不足或余量很大或不均匀时，粗加工可分几次进给，切削深度依此减少。即：若零件的加工余量较大，可用多次进给，逐渐切削的方法；最后留少量精加工余量（0.20.5mm)。,用卡盘和顶尖装夹,粗加工按14依次分段加工,再换精车刀一次加工成形,在中等功率机床上，粗加工（Ra10-80m）时切削深度可达8-10mm。半精加工（Ra1.25-10m）时，切削深度取为0.5-2mm。精加工（Ra0.32-1.25m）时，切削深度取为0.2-0.4mm。不同材料切削深度不一样；,问：钛合金和铝合金？,2.5数控编程的工艺处理,确定进给速度,（1）当工件质量能得到保证时，为提高生产效率，可选较高的进给速度。一般在100-200mm/min范围内选取。（2）在切断、加工深孔或用高速钢刀具加工时，宜选择较低的进给速度，一般在20-50mm/min范围内选取。（3）当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些，一般在20-50mm/min范围内选取。（4）刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以选择该机床数控系统给定的最高进给速度。,2.5数控编程的工艺处理,主轴转速,根据已经选定的切削深度、进给量及刀具耐用度选择切削速度。,S1000Vc/D,2.5数控编程的工艺处理,应尽量避开积屑瘤产生的切削速度区域；断续切削时，要适当降低切削速度；在易发生振动的情况下，应避开自激振动的临界速度；加工大件、细长件和薄壁件时，应选用较低切削速度；加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度。,2.5数控编程的工艺处理,在选择切削速度时，还应考虑以下几点：,加工中心刀具系统,五、数控加工铣刀常用种类及选用：,2.5数控编程的工艺处理,1）整体式2）机夹式3）内冷式4）抗振式5）特殊型式,刀具结构,2.5数控编程的工艺处理,刀具中心冷却,五、数控加工铣刀常用种类及选用：,面铣刀,面铣刀：圆周表面和端面上都有切削刃，端部切削刃为副切削刃。面铣刀多制成套式镶齿结构，刀齿材料为高速钢或硬质合金，刀体为40Cr。,2.5数控编程的工艺处理,主要内容,立铣刀,立铣刀的圆柱表面（主切削刃）和端面上（副切削刃）都有切削刃，主切削刃一般为螺旋齿，以增加平稳性，主、副切削刃可同时切削，也可单独切削。普通立铣刀端面中心处无切削刃，所以不能作轴向进给。,2.5数控编程的工艺处理,模具铣刀由立铣刀发展而成，其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏锥柄。它的结构特点是球头或端面上布满切削刃，圆周刃与球头刃圆弧连接，可以作径向和轴向进给。,圆锥形立铣刀,圆柱形球头立铣刀,圆锥形球头立铣刀,2.5数控编程的工艺处理,主要内容,键槽铣刀有两个刀齿，圆柱面和端面都有切削刃，端面刃延至中心，既像立铣刀，又像钻头。加工时先轴向进给达到槽深，然后沿键槽方向铣出键槽全长。,2.5数控编程的工艺处理,鼓形铣刀：切削刃分布在半径为R的圆弧面上，端面无切削刃，可以在工件上切出从负到正的不同斜角。R越小，加工斜角范围越广，表面质量越差。缺点：刃磨困难，切削条件差，且不适合加工有底的轮廓表面。,2.5数控编程的工艺处理,波纹立铣刀：切削刃呈正弦波。特点：主切削刃各点的半径、前角、刃倾角都不等，能减少切削振动；切削阻力小、切屑成鱼鳞状，因而排屑流畅，散热性能好，刀具耐用度高。,2.5数控编程的工艺处理,成型铣刀：一般都是为特定的工件或加工内容专门设计制造的，如角度面、凹槽、特形孔或台阶等。,2.5数控编程的工艺处理,大平面：加工凹槽、小台阶面及平面轮廓：加工空间曲面、模具型腔等：加工封闭键槽：加工变斜角零件：特殊形状：根据不同的加工材料和加工精度要求，应选择不同参数的铣刀进行加工。,铣刀选择,2.5数控编程的工艺处理,面铣刀；立铣刀模具铣刀键槽铣刀鼓形铣刀成形铣刀,2.6数控编程中的数值计算,刀具中心（刀位点）轨迹的计算,辅助计算,基点和节点的计算,2.6数控编程中的数值计算,基点计算,辅助计算,2.6数控编程中的数值计算,任务：根据零件图样、加工路线和允许的加工误差，计算出数控装置所需的输入数据。,刀具中心（刀位点）轨迹的计算：,辅助计算：,工件轮廓刀具半径,刀具中心轨迹（刀位点）,如果数控机床具有刀具半径补偿功能，只要用G40、G41、G42指令，即可由数控装置自动完成该计算,一些经济型数控机床不具有刀具半径补偿功能，必须要手工完成该计算,主要是辅助程序段的计算,开始加工时，刀具从对刀点到切入点；以及加工完成时，刀具从切出点返回到对刀点而特意安排的程序段。,进行数值计算时，要按走刀路线的安排，计算出相关点的坐标。,基点和节点的计算：,基点：零件轮廓上各几何元素之间的连接点。,直线与直线的交点,直线与圆弧的交点、切点,圆弧与圆弧的交点、切点,直线/圆弧与二次曲线的交点、切点,如果零件轮廓是由直线与圆弧组成，,数控机床具有直线和圆弧插补功能,刀具半径补偿功能,只要计算零件轮廓基点坐标,2.6数控编程中的数值计算,基点的计算方法可以是通过联立方程组求解，也可利用几何元素间的三角函数关系求解。,2.6数控编程中的数值计算,阿基米德螺线,椭圆,抛物线,如果零件轮廓是由非圆曲线组成，则数值计算任务稍繁。,除直线与圆弧外，可用函数方程式y=f（x）表达的平面轮廓曲线。,一般的数控机床只具有直线和圆弧插补功能，无法直接插补加工出非圆曲线。,采用“逼近”思想插补加工出非圆曲线。,2.6数控编程中的数值计算,基点和节点的计算,基点和节点的计算,在允许的误差范围内,非圆曲线,小曲线段,分割成若干个,用直线段/或圆弧段,逼近,逼近直线段/逼近或圆弧段,二者的交点或切点：节点,如何求取节点,2.6数控编程中的数值计算,基点和节点的计算,2.6数控编程中的数值计算,用直线段逼近非圆曲线时节点的计算,割线逼近,弦线逼近,切线逼近,基点和节点的计算,2.6数控编程中的数值计算,弦线逼近中计算节点的方法主要有等间距法、等步长法和等误差法。,一般先取X=0.1进行试算，再验算允？，,基点和节点的计算,2.6数控编程中的数值计算,等步长法,用直线段逼近非圆曲线时，如果每个逼近线段长度相等，则称等步长法。,基点和节点的计算,2.6数控编程中的数值计算,等步长计算步骤：,求最小曲率半径Rmin设曲线为y=f（x），则其曲率半径公式为,基点和节点的计算,2.6数控编程中的数值计算,计算允许步长L,基点和节点的计算,2.6数控编程中的数值计算,以起点a（xa，ya）为圆心，以l为半径作圆，得到圆方程，与曲线方程y=f（x）联立求解，可得第一个节点的坐标（xb，yb），,计算节点坐标,l,a,y=f（x）,b,c,d,基点和节点的计算,2.6数控编程中的数值计算,等误差法,用直线段逼近非圆曲线时，如果每个逼近误差相等，则称等误差法。,基点和节点的计算,2.6数控编程中的数值计算,等误差法计算步骤：,以起点a为圆心，允为半径作圆，得到圆方程,a,y=f（x）,基点和节点的计算,2.6数控编程中的数值计算,a,y=f（x）,求圆与曲线公切线PT的斜率首先联立求解以下方程组得切点坐标（xT，yT）、（xP，xP）,P,T,基点和节点的计算,2.6数控编程中的数值计算,由切点坐标求出斜率:,基点和节点的计算,2.6数