数控车床第二次理论课 PPT课件

数控机床的分类 点位控制钻孔加工示意图 1 点位控制数控系统1 仅能实现刀具相对于工件从一点到另一点的精确定位运动 2 轨迹不作控制要求 3 运动过程中不进行任何加工 4 适用范围 数控钻床 数控镗床 数控冲床 数控测量机 1 图数控钻床工作原理 点位控制数控系统 2 举例 数控钻床 点位控制数控系统 3 2 直线控制数控机床1 控制刀具或工作台从一个点准确地移动到下一个点 2 保证在两点之间的运动轨迹是一条直线的控制系统 3 刀具移动过程可进行切削 4 适用范围 数控车床 数控钻床 数控铣床 点位直线控制切削加工 数控机床的分类 4 举例 数控车床 直线控制数控机床 5 举例 数控铣床 直线控制数控机床 6 数控机床的分类 3 轮廓控制数控机床1 控制几个进给轴坐标联动 2 程序规定的轨迹和速度 3 运动过程中进行连续切削加工 4 适用范围 数控车床 数控铣床 加工中心等用于加工曲线和曲面的机床 轮廓控制数控机床 7 8 数控机床的程序编程基础 数控编程的基本概念数控机床是按事先编好的程序进行工作的 应把待加工零件的工艺参数 刀具轨迹 切削参数等等 按照规定的代码及格式编写程序单 并输入到的数控装置里用于控制数控机床 编程的内容及步骤 Made ChenTianxiang 9 1 确定加工方案 零件的 材料选择 合适的数控机床形状合适的刀具尺寸合适的夹具精度要求合适的装夹方法热处理硬度 10 2 工艺处理 确定以下参数 1 对刀点2 换刀点3 走刀路线4 切削参数 主轴转速下刀深度 11 3 数学处理数学处理有两个含义 1 编程中需知道工件每段轮廓的起点 终点及线形 其中一些参数是不能从零件的设计图纸直接得出的 需要计算 如某些角度的直线到圆弧的切点 2 数控机床一般只能加工直线或圆弧 若工件表面的轮廓是其它线形 例如渐开线等 则应该用直线和圆弧去拟合之 更加复杂的轮廓面需要用计算机才能进行拟合并进而进行数学处理 求起点 终点 线形等 12 4 编写程序 根据所用机床和刀具以及指令格式 按照轮廓段逐段编写程序 一段轮廓一句程序 故有时称一句程序为一程序段 5 制备程序控制介质程序可以用Windows的写字板平台编制 并保存在内存中 用31 5软盘或U盘作为附件带出来 6 通过数控机床备有的RS232串行口将程序输入到数控机床里就完成了编程工作 13 数控编程方法有3种编程方法 1 手工编程2 APT语言3 交互式图形编程 1 手工编程当零件比较简单时可以用手工编程 零件轮廓仅由直线和圆弧组成 2 APT语言编程此种方法现在已走下坡路 这里不作介绍3 交互式图形编程有的软件能在三维造型的基础上通过交互式对话自动生成数控程序 常用的软件有Mastercam 制造工程师 CAXA 开目CAD等 其中民族产品CAXA还是比较好用的 数控车床加工工艺分析 一 数控车床加工刀具及其选择二 数控车削加工的切削用量选择三 数控车削加工的装夹与定位四 数控车削加工中的装刀与对刀 14 一 数控车床加工刀具及其选择 1 常用车刀的种类和用途a 尖形车刀 直线形切削刃为特征的车刀 这类车刀的刀尖 同时也为其刀位点 b 圆弧形车刀 刀位点不在圆弧上 而在该圆弧的圆心上c 成型车刀 样板车刀 其加工零件的轮廓形状完全由车刀刀刃的形状和尺寸决定 图圆弧形车刀 15 常用车刀的主要类型及刀具材料 外圆车刀 车槽 车断刀 内圆车刀 镗刀 螺纹车刀 16 1 切断刀 2 90 左偏刀 3 90 右偏刀 4 弯头车刀 5 直头车刀 6 成型车刀 7 宽刃精车刀8 外螺纹车刀 9 端面车刀 10 内螺纹车刀 11 内槽车刀 12 通孔车刀 13 盲孔车刀 常用车刀的种类 形状和用途 17 数控车削加工时 为了减少换刀时间和方便对刀 尽量采用机夹车刀和机夹刀片 便于实现机械加工的标准化 数控车床常用的机夹可转位式车刀结构型式如图4 6所示 图机夹可转位式车刀结构型式 机夹可转位车刀的选用 18 数控车床能兼作粗 精加工 为使粗加工能以较大切削深度 较大进给速度地加工 要求粗车刀具强度高 耐用度好 精车首先是保证加工精度 所以要求刀具的精度高 耐用度好 为减少换刀时间和方便对刀 应可能多地采用机夹刀 数控车床还要求刀片耐用度的一致性好 以便于使用刀具寿命管理功能 在使用刀具寿命管理时 刀片耐用度的设定原则是以该批刀片中耐用度最低的刀片作为依据的 在这种情况下 刀片耐用度的一致性甚至比其平均寿命更重要 对刀具的要求 19 刀片材质的选择 常见刀片材料有高速钢 硬质合金 涂层硬质合金 陶瓷 立方氮化硼和金刚石等 其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片 选择刀片材质主要依据被加工工件的材料 被加工表面的精度 表面质量要求 切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动等 20 刀具材料 普通刀具材料超硬刀具材料 21 刀片尺寸的大小取决于必要的有效切削刃长度L 有效切削刃长度与背吃刀量aP和车刀的主偏角kr有关 使用时可查阅有关刀具手册选取 图切削刃长度 背吃刀量与主偏角关系 刀片尺寸的选择 22 刀片形状的选择 刀片形状主要依据被加工工件的表面形状 切削方法 刀具寿命和刀片的转位次数等因素选择 a T型 b F型 c W型 d S型 e P型 f D型 g R型 h C型 23 被加工表面与适用的刀片形状 24 二 数控车削加工的切削用量选择 1 切削用量的选用原则 1 背吃刀量 p的确定背吃刀量根据机床 工件和刀具的刚度来决定 在刚度允许的条件下 应尽可能使背吃刀量等于工件的加工余量 这样可以减少走刀次数 提高生产效率 为了保证加工表面质量 可留少许精加工余量 一般为0 2 0 5mm 25 2 切削速度v的确定切削速度是指切削时 车刀切削刃上某一点相对待加工表面在主运动方向上的瞬时速度 m min 又称为线速度 与普通车削加工时一样 根据零件上被加工部位的直径 并按零件和刀具的材料及加工性质等条件所允许的切削速度来确定 主要根据实践经验来确定 26 3 进给量f的确定进给量是指工件旋转一周 车刀沿进给方向移动的距离 单位为mm r 它与背吃刀量 p有着较密切的关系 表为一些资料上切削用量推荐数据 供使用时参考 27 表切削用量推荐数据 28 2 选择切削用量时应注意的几个问题 1 切削用量选择的一般原则是 粗车时 宜选择大的背吃刀量 p 较大的进给量f 较低的切削速度v 以提高生产率 半精车或精车时 应选用较小 但不能太小 的背吃刀量 p和进给量f 较高的切削速度v 以保证零件加工精度和表面粗糙度 29 2 主轴转速由于交流变频调速数控车床低速输出力矩小 因而切削速度不能太低 主轴转速n可用下式计算 n 1000v d 30 3 车螺纹时的主轴转速a 螺纹加工程序段中指令的螺距值b 刀具在其位移过程的始 终 都将受到伺服驱动系统升 降频率和数控装置插补运算速度的约束 c 车削螺纹必须通过主轴的同步运行功能而实现 即车削螺纹需要有主轴脉冲发生器 编码器 当其主轴转速选择过高 编码器的质量不稳定时 会导致工件螺纹产生乱纹 俗称 烂牙 31 车床数控系统推荐车螺纹时主轴转速如下 式中P 被加工螺纹螺距 mm k 保险系数 一般为80 32 三 数控车削加工的装夹与定位 1 数控车床的定位及装夹要求在数控车床上加工零件 应按工序集中的原则划分工序 在一次装夹下尽可能完成大部分甚至全部表面的加工 根据零件的结构形状不同 通常选择外圆 端面或端面 内孔装夹 并力求设计基准 工艺基准和编程基准统一 以减少定位误差 提高加工精度 要充分发挥数控车床的加工效能 工件的装夹必须快速 定位必须准确 33 数控车床对工件的装夹要求 首先应具有可靠的夹紧力 以防止工件在加工过程中松动 其次应具有较高的定位精度 并多采用气动或液压夹具 以便于迅速和方便地装 拆工件 34 数控机床的坐标系 进给运动坐标系ISO和中国标准规定 坐标轴 数控装备的每个进给轴 直线进给 圆进给 定义为坐标系中的一个坐标轴 数控装备坐标系统标准 右手笛卡儿坐标系统 35 基本坐标系 直线进给运动的坐标系 X Y Z 坐标轴相互关系 由右手定则决定 回转坐标 绕X Y Z轴转动的圆进给坐标轴分别用A B C表示 坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定 36 建立机床坐标系的目的 建立数控机床坐标系是为了确定刀具或工件在机床中的位置 确定机床运动部件的位置及其运动范围 统一规定数控机床坐标系各轴的名称及其正负方向 简化数控程序编制使编制的程序对同类型机床有互换性 37 ISO标准的有关规定1 不论数控机床的具体结构是工件静止 刀具运动 还是刀具静止 工件运动 都假定工件不动 刀具相对于静止的工件运动 2 机床坐标系X Y Z轴的判定顺序为 先Z轴 再X轴 最后按右手定则判定Y轴 3 增大刀具与工件之间距离的方向为坐标轴运动的正方向 38 机床坐标系是机床固有的坐标系 它是制造和调整机床的基础 也是设置工件坐标系的基础 在机床经过设计 制造和调整后 机床坐标系就已经由机床生产厂家确定好了 一般情况下用户不能随意改动 数控车床的坐标系是以机床原点为坐标原点建立起来的 机床原点是机床上一个固定的点 数控车床的机床原点处于主轴旋转中心与卡盘后端面的交点 机床坐标系 39 坐标轴及方向的规定 1 Z轴与机床主轴线平行的坐标轴为Z轴 远离工件的方向为Z轴的正向 立式铣床 卧式铣镗床 数控车床 40 机床坐标系 41 可编辑 第二节数控机床的坐标系 42 43 2 X轴X轴一般是最长的运动轴 对铣镗类机床而言操作者面前的轴就是X轴 车床的X轴是大拖把的运动方向 3 Y轴用右手定则确定之 车床没有Y轴4 回转轴绕X轴旋转的刀具 工件 称为A轴 其 方向由右手定则确定 绕Y轴旋转的刀具 工件 称为B轴 其 方向由右手定则确定 绕Z轴旋转的刀具 工件 称为C轴 坐标轴及方向的规定 机床坐标系 44 可编辑 在工件旋转的机床上 车床 磨床等 X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板 且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向 Z 第二节数控机床的坐标系 45 2020 4 5 卧式车床的坐标系 46 47 3 坐标系 机床坐标系工件坐标系 编程坐标系 由于机床坐标系的原点在机床的固定位置 顶点上 对于编程时的位置计算极不方便 人们习惯于以图纸设计基准为参考点 故采用工件坐标系进行位置计算 而将工件坐标系的原点在机床坐标系的位置关系 相对差值 记录下来 这就是确定工件坐标系 工件坐标系可以有几个 这可以方便几个工件的编程 用G54 G55等代码记录 2020 4 5 机床原点的设置 车床 48 2020 4 5 可编辑 49 机床原点与机床坐标系机床原点 零点 机床坐标系原点是在机床调试完成后便确定了 是机床上固有的点 机床原点的建立 用回零方式建立 机床原点建立过程实质上是机床坐标系建立过程 第二节数控机床的坐标系 机床原点就是机床坐标系的原点 它是机床上的一个固定的点 由制造厂家确定 它在机床装配 调试时就已确定下来 是数控机床进行加工运动的基准参考点 机床坐标系是通过回参考点操作来确立的 参考点是确立机床坐标系的参照点 在数控车床上 机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处 同时 通过设置参数的方法 也可将机床原点设定在X Z坐标的正方向极限位置上 机床原点的设置 50 为什么要设立机床参考点 数控系统的处理器能计算所有坐标轴相对于机床原点的位移量 但系统通电时并不知道各轴测量的起点 每个坐标轴的机械行程是由最大限位开关和最小限位开关来限定的 为了正确地在机床工作时建立机床坐标系 通常在每个坐标轴的移动范围内设置一个测量起点 即机床参考点 所以 数控机床开机启动时 通常都要进行返回参考点操作 进行一次位置校准 以正确地在机床工作时建立机床坐标系 51 机床参考点位置 参考点一般地都是设定在各轴正向行程极限点的位置上 该位置是在每个轴上用档块和限位开关精确地预先调整好的 它相对于机床原点的坐标是一个已知数 一个固定值 参考点与机床原点的位置可以重合 也可以不重合 通过机床参数指定参考点到机床原点的距离 52 数控车床坐标系 机床坐标系 53 机床坐标系与工件坐标系编程总是基于某一坐标系统的 因此 弄清楚数控机床坐标系和工件坐标系的概念及相互关系是至关重要的 54 在加工过程中 数控机床是按照工件装夹好后所确定的加工原点位置和程序要求进行加工的 编程人员在编制程序时 只要根据零件图样就可以选定编程原点 建立编程坐标系 计算坐标数值 而不必考虑工件毛坯装夹的实际位置 对于加工人员来说 则应在装夹工件 调试程序时 将编程原点转换为加工原点 并确定加工原点的位置 在数控系统中给予设定 即给出原点设定值 设定加工坐标系后就可根据刀具当前位置 确定刀具起始点的坐标值 在加工时 工件各尺寸的坐标值都是相对于加工原点而言的 这样数控机床才能按照准确的加工坐标系位置开始加工 工件坐标系 55 工件坐标系是编程人员在程序编制中使用的坐标系 程序中的坐标值均以此坐标系为依据 因此又称为编程坐标系 在进行数控程序编制时 必须首先确定工件坐标系和坐标原点 零件图样给出以后 首先应该找出图样上的设计基准点 图样上其他各尺寸都是以该基准来进行标注的 同时 在零件加工过程中有工艺基准 设计基准应尽量与工艺基准统一 一般情况下 将该基准称为工件原点 工件坐标系 56 在对零件图形进行编程计算时 必须要建立用于编程的坐标系 其坐标原点即为程序原点 而要把程序应用到机床上 程序原点应该放在工件毛坯的什么位置 其在机床坐标系中的坐标是多少 这些都必须让机床的数控系统知道 这一操作就是对刀 编程坐标系在机床上就表现为工件坐标系 坐标原点就称之为工件原点 工件原点 57 通常在车床上将工件原点选择在工件右端面与主轴回转中心的交点上 也可将工件原点选择在工件左端面与主轴回转中心的交点上 这样工件坐标系也就建立起来了 因为一般情况下 车刀是从右端向左端车削 所以将工件原点设在工件的右端面要比设定在工件的左端面换算尺寸方便 本章工件坐标系主要设定在工件的右端面 工件原点 58 图工件坐标系与工件原点 工件原点 59 以工件原点为坐标原点建立起来的坐标系称为工件坐标系 工件坐标系是人为设定的 从理论上讲 工件坐标系的坐标原点选在任何位置都是可以的 但在实际编程过程中 其设定的依据是既要符合图样尺寸的标注习惯 又要便于编程 所以 应合理设定工件坐标系 工件坐标系一旦建立便一直有效 直到被新的工件坐标系所取代 工件坐标系设定后 CRT屏幕上所显示的便是车刀刀尖相对工件原点的坐标值 编程时 工件的各个尺寸坐标都是相对于工件原点而言的 因此 数控车床的工件原点也称为程序原点 程序原点 60 编程坐标系 车削加工 61 四 工件坐标系和机床坐标系的关系编程时 尺寸都按工件坐标系中的尺寸确定 对刀 就是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系 62 对刀点可以设在工件 夹具或机床上 但必须与工件的定位基准 相当于工件坐标系 有已知的准确关系 这样才能确定工件坐标系与机床坐标系的关系 选择对刀点的原则是 便于确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置 容易找正 加工过程中便于检查 引起的加工误差小 当对刀精度要求较高时 对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上 63 刀位点 是指编制数控加工程序时用以确定刀具位置的基准点 对于平头立铣刀 面铣刀类刀具 刀位点一般取为刀具轴线与刀具底端面的交点 对球头铣刀 刀位点为球心 对于车刀 镗刀类刀具 刀位点为刀尖 钻头取为钻尖等 起刀点 刀具起始运动的刀位点 64 平头立铣刀 球头铣刀 钻头 车刀 镗刀 65 刀位点 66 数控车床对刀 试切对刀 1 试切对刀一般对刀是指在机床上使用相对位置检测手动对刀 下面以Z向对刀为例说明对刀方法 见右图 刀具安装后 先移动刀具手动切削工件右端面 再沿X向退刀 将右端面与加工原点距离N输入数控系统 即完成这把刀具Z向对刀过程 手动对刀是基本对刀方法 但它还是没跳出传统车床的 试切 测量 调整 的对刀模式 占用较多的在机床上时间 此方法较为落后 相对位置检测对刀 数控车削加工中 应首先确定零件的加工原点 以建立准确的加工坐标系 同时考虑刀具的不同尺寸对加工的影响 这些都需要通过对刀来解决 Made ChenTianxiang 67 数控车床编程特点 1 加工坐标系加工坐标系应与机床坐标系的坐标方向一致 X轴对应径向 Z轴对应轴向 C轴 主轴 的运动方向则以从机床尾架向主轴看 逆时针为 C向 顺时针为 C向 如下图所示 加工坐标系的原点选在便于测量或对刀的基准位置 一般在工件的右端面或左端面上 数控车床坐标系 Made ChenTianxiang 68 数控车床编程特点 2 直径编程方式在车削加工的数控程序中 X轴的坐标值取为零件图样上的直径值 采用直径尺寸编程与零件图样中的尺寸标注一致 这样可避免尺寸换算过程中可能造成的错误 给编程带来很大方便 69 直径编程 A 20 0 B 20 15 C 40 25 D 40 45 70 数控车床编程特点 3 进刀和退刀方式对于车削加工 进刀时采用快速走刀接近工件切削起点附近的某个点 再改用切削进给 以减少空走刀的时间 提高加工效率 切削起点的确定与工件毛坯余量大小有关 应以刀具快速走到该点时刀尖不与工件发生碰撞为原则 71 数控车削加工中的装刀与对刀 装刀与对刀是数控机床加工中极其重要并十分棘手的一项工艺准备工作 对刀的好与差 将直接影响到加工程序的编制及零件的尺寸精度 通过对刀或刀具预调 还可同时测定其各号刀的刀位偏差 有利于设定刀具补偿量 72 2020 4 5 1 车刀的安装图4 9是车刀安装角度示意图正确地安装车刀 是保证加工质量 减小刀具磨损 提高刀具使用寿命的重要步骤 a 的倾斜角度 增大刀具切削力 b 的倾斜角度 减小刀具切削力 图4 9车刀的倾斜角度 73 2 刀位点刀位点是指在加工程序编制中 用以表示刀具特征的点 也是对刀和加工的基准点 74 3 对刀对刀是确定工件在机床上的位置 也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系 对刀过程一般是从各坐标方向分别进行 它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点 即对刀点 来实现 在加工程序执行前 调整每把刀的刀位点 使其尽量重合于某一理想基准点 这一过程称为对刀 75 数控车削的对刀 1 一般对刀一般对刀是指在机床上使用相对位置检测手动对刀 下面以Z向对刀为例说明对刀方法 见右图 刀具安装后 先移动刀具手动切削工件右端面 再沿X向退刀 将右端面与加工原点距离N输入数控系统 即完成这把刀具Z向对刀过程 手动对刀是基本对刀方法 但它还是没跳出传统车床的 试切 测量 调整 的对刀模式 占用较多的在机床上时间 76 2 机外对刀仪对刀机外对刀的本质是测量出刀具假想刀尖点到刀具台基准之间X及Z方向的距离 利用机外对刀仪可将刀具预先在机床外校对好 以便装上机床后将对刀长度输入相应刀具补偿号即可以使用 如右上图所示 机外对刀仪对刀 3 自动对刀自动对刀是通过刀尖检测系统实现的 刀尖以设定的速度向接触式传感器接近 当刀尖与传感器接触并发出信号 数控系统立即记下该瞬间的坐标值 自动对刀过程如右下图所示 自动对刀 77 2020 4 5 C 试切对刀法在前几种手动对刀方法中 均因可能受到手动和目测等多种误差的影响 对刀精度十分有限 实际加工中往往通过试切对刀 以得到更加准确和可靠的结果 数控车床常用的试切对刀方法如图4 11所示 78 图车刀对刀点示意图a 93 车刀X方向 b 93 车刀Z方向 c 两把刀X方向对刀 d 两把刀Z方向对刀 79 2020 4 5 4 对刀点 换刀点位置的确定对刀点是数控车床加工时刀具相对于工件运动的起点 对刀点既是程序的起点 也是程序的终点 选择对刀点的一般原则是 1 尽量使加工程序的编制工作简单 方便 2 便于用常规量具在车床上进行测量 3 便于工件的装夹 4 对刀误差较小或可能引起加工的误差最小 80 换刀点是指在编制数控车床多刀加工的加工程序时 相对于机床固定原点而设置的一个自动换刀或换工作台的位置 换刀的位置可设定在程序原点 机床固定原点或浮动原点上 其具体的位置应根据工序内容而定 为了防止在换 转 刀时碰撞到被加工零件 夹具或尾座而发生事故 除特殊情况外 其换刀点都设置在被加工零件的外面 并留有一定的安全区 81 2020