制造工程师培训：数控加工基础

数控加工基础 数控加工就是将加工数据和工艺参数输入到机床 机床的控制系统对输入信息进行运算与控制 并不断地向直接指挥机床运动的机电功能转换部件 机床的伺服机构发送脉冲信号 伺服机构对脉冲信号进行转换与放大处理 然后由传动机构驱动机床 从而加工零件 所以 数控加工的关键是加工数据和工艺参数的获取 即数控编程 数控加工基础 一 数控加工概述 1 数控加工一般包括以下几个内容 1 对图纸进行分析 确定需要数控加工的部分 2 利用图形软件对需要数控加工的部分造型 3 根据加工条件 选择合适的加工参数 生成加工轨迹 包括粗加工 半精加工 精加工轨迹 4 轨迹的仿真检验 5 生成G代码 6 传给机床加工 数控加工基础 一 数控加工概述 2 数控加工有以下主要优点 1 零件一致性好 质量稳定 因为数控机床的定位精度和重复定位精度都很高 很容易保证零件尺寸的一致性 而且 大大减少了人为因素的影响 2 可加工任何复杂的产品 且精度不受复杂程度的影响 3 降低工人的体力劳动强度 从而节省出时间 从事创造性的工作 数控加工基础 一 数控加工概述 1 用CAXA ME实现加工的过程 首先 在后置设置中须配置好机床 这是正确输出代码的关键 其次 看懂图纸 用曲线 曲面和实体表达工件 然后 根据工件形状 选择合适的加工方式 生成刀位轨迹 最后 生成G代码 传给机床 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 2 两轴加工机床坐标系的X和Y轴两轴联动 而Z轴固定 即机床在同一高度下对工件进行切削 两轴加工适合于铣削平面图形 在CAXA ME中 机床坐标系的Z轴即是绝对坐标系的Z轴 平面图形均指投影到绝对坐标系的XOY面的图形 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 3 两轴半加工两轴半加工在二轴的基础上增加了Z轴的移动 当机床坐标系的X和Y轴固定时 Z轴可以有上下的移动 利用两轴半加工可以实现分层加工 每层在同一高度 指Z向高度 下同 上进行两轴加工 层间有Z向的移动 CAXA ME的平面轮廓和平面区域加工功能 均针对两轴半加工来设置 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 4 三轴加工机床坐标系的X Y和Z三轴联动 三轴加工适合于进行各种非平面图形即一般的曲面的加工 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 5 4轴加工卧式加工中心为四轴联动系统 即X Y Z B4个方向 立式加工中心也为四轴联动系统 即X Y Z A4个方向 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 6 5轴加工五轴联动加土中心通常用来加土叶轮 机翼 模具等带有复杂曲面的零件 因其装夹一次便可完成出零件绝大部分甚至全部工序 避免了三轴 四轴加工中心在多次装夹中产生的定位误差 因此加工出来的零件精度更高 所用辅助时间更少 如配置上五轴联动的高档数控系统 还可以对复杂的空间曲面进行高精度加工 更能够适宜象汽车零部件 飞机结构件等现代模具的加工 立式五轴加工中心的回转轴有两种方式 1 工作台回转轴 2 立式主轴头的回转 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 7 轮廓轮廓是一系列首尾相接曲线的集合 如下图所示 轮廓示例 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 在进行数控编程 交互指定待加工图形时 常常需要用户指定图形的轮廓 用来界定被加工的区域或被加工的图形本身 如果轮廓是用来界定被加工区域的 则要求指定的轮廓是闭合的 如果加工的是轮廓本身 则轮廓也可以不闭合 由于CAXA ME对轮廓作到当前坐标系的当前平面投影 所以组成轮廓的曲线可以是空间曲线 但要求指定的轮廓不应有自交点 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 8 区域和岛区域指由一个闭合轮廓围成的内部空间 其内部可以有 岛 岛也是由闭合轮廓界定的 区域指外轮廓和岛之间的部分 由外轮廓和岛共同指定待加工的区域 外轮廓用来界定加工区域的外部边界 岛用来屏蔽其内部不需加工或需保护的部分 如下图所示 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 区域和岛的关系 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 9 机床参数数控铣床的一些速度参数 包括主轴转速 接近速度 进给速度和退刀速度 如下图所示 数控铣中各种速度示例 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 主轴转速是切削时机床主轴转动的角速度 进给速度是正常切削时刀具行进的线速度 接近速度为从安全高度切入工件前刀具行进的线速度 又称进刀速度 退刀速度为刀具离开工件回到安全高度时刀具行进的线速度 在安全高度以上刀具行进的线速度取机床的G00 这些速度参数的给定一般依赖于机床的特点和用户的经验 原则上讲 它们与机床本身 工件的材料 刀具材料 工件的加工精度和表面光洁度要求等相关 速度参数与加工的效率密切相关 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 10 刀具参数CAXA ME主要针对数控铣加工 目前提供三种铣刀 球刀 r R 端刀 r 0 和R刀 r R 其中R为刀具的半径 r为刀角半径 刀具参数中还有刀杆长度L和刀刃长度l 如下图所示 刀具参数示意图 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 在三轴加工中 端刀和球刀的加工效果有明显区别 当曲面形状复杂有起伏时 建议使用球刀 适当调整加工参数可以达到好的加工效果 在二轴中 为提高效率建议使用端刀 因为相同的参数 球刀会留下较大的残留高度 选择刀刃长度和刀杆长度时请考虑机床的情况及零件的尺寸是否会干涉 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 对于刀具 还应区分刀尖和刀心 两者均是刀具的对称轴上的点 其间差一个刀角半径 如下图所示 刀的分类 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 11 刀具轨迹和刀位点刀具轨迹是系统按给定工艺要求生成的对给定加工图形进行切削时刀具行进的路线 如下图所示 系统以图形方式显示 刀具轨迹由一系列有序的刀位点和连接这些刀位点的直线 直线插补 或圆弧 圆弧插补 组成 本系统的刀具轨迹是按刀尖位置来计算和显示的 刀具轨迹和刀位点 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 12 安全高度和起止高度安全高度是指保证在此高度以上可以快速走刀不发生干涉的高度 应高于零件的最大高度 起止高度是进退刀时刀具的初始高度 起止高度应大于安全高度 安全高度和起止高度 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 13 慢速下刀高度每一次下刀 刀具都是快速运动 G00 当距下刀点某一距离值时 刀具以接近速度下降 这个距离值称为慢速下刀高度 14 加工余量铣加工是一个去余量的过程 即从毛坯开始逐步除去多余的材料 以得到需要的零件 这种过程往往由粗加工和精加工构成 必要时还需要进行半精加工 即需经过多道工序的加工 在前一道工序中 往往需给下一道工序留下一定的余量 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 实际的加工模型是指定的加工模型按给定的加工余量进行等距的结果 如下图所示 加工余量示意 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 15 加工误差与步长刀具轨迹和实际加工模型的偏差即是加工误差 用户可通过控制加工误差来控制加工的精度 用户给出的加工误差是刀具轨迹同加工模型之间的最大允许偏差 系统保证刀具轨迹与实际加工模型之间的偏离不大于加工误差 用户应根据实际工艺要求给定加工误差 如在进行粗加工时 加工误差可以较大 否则加工效率会受到不必要的影响 而进行精加工时 需根据表面要求等给定加工误差 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 在两轴加工中 对于直线和圆弧的加工不存在加工误差 加工误差指对样条线进行加工时用折线段逼近样条时的误差 在三轴加工中 还可以用给定步长的方式控制加工的误差 步长用来控制刀具步进方向上每两个刀位点之间的距离 系统按用户给定的步长计算刀具轨迹 同时系统对生成的刀具轨迹进行优化处理 删除处于同一直线上的刀位点 在保证加工精度的前提下提高加工的效率 因此用户给定的是加工的最小步距 实际生成的刀具轨迹中的步长可能大于用户给定的步长 如下图所示 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 加工误差与步长 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 16 行距和残留高度及刀次行距指加工轨迹相邻两行刀具轨迹之间的距离 如图所示 在三轴加工中 由于行距造成的两刀之间一些材料未切削 这些材料距切削面的高度即是残留高度 在加工时 可通过控制残留高度来控制加工的精度 有时可通过指定刀具轨迹的行数及刀次来控制残留高度 行距和残留高度及刀次 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 17 顺铣和逆铣在铣加工中需注意顺铣和逆铣的不同 顺铣和逆铣的切削效果是不同的 在数控铣削加工中 一般总是采用顺铣的方式 可以得到较好的加工效果 顺铣和逆铣 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 18 干涉在切削被加工表面时 如果刀具切到了不应该切的部分 则称为出现干涉现象 或者叫做过切 在CAXA ME系统中 干涉分为两种 自身干涉 指被加工表面中存在刀具切削不到的部分时存在的过切现象 面间干涉 指在加工一个或一系列表面时 可能会对其他表面产生过切的现象 自身干涉 面间干涉 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 19 限制线刀具轨迹不允许越过的线 在限制线加工中 刀具轨迹被限定在两系列限制线之中 如下图所示 限制线示意 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 20 限制面专门用来限制刀位轨迹 在参数线加工中用到 如下图所示 限制面示意图 数控加工基础 二 数控加工的基本概念 数控加工基础 1 切入切出切入切出选项卡菜单在大部分加工方法中都存在 其作用是设定加工过程中刀具切入切出方式 三 通用参数设置 2 接近点和返回点根据模型或者加工条件 从接近点开始移动或者移动到返回点的部分可能与领域发生干涉的情况 避免的方法有变更接近位置点或者返回位置点 数控加工基础 三 通用参数设置 数控加工基础 3 下刀方式下刀方式选项卡菜单在所有加工方法中都存在 其作用是设定加工过程中刀具下刀方式 三 通用参数设置 数控加工基础 三 通用参数设置 数控加工基础 4 切削用量切削用量选项卡菜单在所有加工方法中都存在 其作用是设定加工过程中切削过程中所有速度值 三 通用参数设置 数控加工基础 5 加工边界加工边界选项卡菜单在大部分加工方法中都存在 且都相同 其作用是加工边界进行设定 三 通用参数设置 数控加工基础 三 通用参数设置 数控加工基础 6 加工参数 加工方向 加工方向 在所有加工方法中都存在 在某些加工方法中只有顺铣和逆铣两项 其作用是对加工方向进行选择 三 通用参数设置 数控加工基础 参数 参数 在所有加工方法中都存在 三 通用参数设置 数控加工基础 加工坐标系和起始点 加工坐标系 和 起始点 在所有加工方法中都存在 其作用是对加工坐标系和起始点进行设定 三 通用参数设置 数控加工基础 其他常用参数说明 1 XY切入 行距 XY方向的相邻扫描行的距离 残留高度 由球刀铣削时 输入铣削通过时的残余量 残留高度 当指定残留高度时 会提示XY切削量 三 通用参数设置 2 Z切入z向切削设定有以下两种定义方式 层高 z向每加工层的切削深度 残留高度 系统会根据输入的残留高度的大小计算z向层高 最大层间距 输入最大z向切削深度 根据残留高度值在求得Z向的层高时 为防止在加工较陡斜面时可能层高过大 限制层高在最大层间距的设定值之下 最小层间距 输入最小z向切削深度 根据残留高度值在求得Z向的层高时 为防止在加工较平坦面时可能层高过小 限制层高在最小层间距的设定值之上 数控加工基础 三 通用参数设置 数控加工基础 三 通用参数设置 数控加工基础 3 进行角度输入0度 生成与X轴平行的扫描线轨迹 输入90度 生成与Y轴平行的扫描线轨迹 输入值范围是0度 360度 三 通用参数设置