数控加工工艺与编程

1、数控加工工艺与编程,德州科技职业学院机电学院,德州科技职业学院,课 程 目 录,第一章概论 第二章数控加工工艺基础 第三章数控编程基础 第四章数控车床加工及其程序编制 第五章数控铣床和加工中心加及其程序编制 第六章数控电火花线切割加工 第七章宏程序在数控编程中的应用,德州科技职业学院,第一章概论,第一节数控加工技术的概况 第二节数控加工的特点 第三节数控机床的加工原理 第四节数控加工技术的主要应用对象 第五节 数控编程技术 第六节 数控技术的发展趋势,德州科技职业学院,第一节 数控加工技术的概况,一、数控概念 数字控制( NC）：用数字化信息进行控制的自动控制技术.其含义使用以数值和符号构成的

2、数字信息自动控制机床的运转. 一般说，数控加工技术涉及数控机床加工工艺和数控编程技术两个方面 二、数控机床的出现和发展史 第一代: 1952年 ,美国麻省理工学院研制，电子管控制的第一台三坐标联动的铣床；,第一章概论,德州科技职业学院,第二代:1959年,出现了晶体管控制的“加工中心”； 第三代:1965年,出现了小规模集成电路.使数控系统的可靠性得到了进一步的提高；以上三代数控系统都是采用专用控制硬件逻辑数控系统,称为普通数控系统,即NC系统. 第四代:1967年以计算机作为控制单元的数控制系统. 第五代:1970年,美国英特尔开发使用了微处理器， 进入计算机数控即是CNC。,第一节 数控加

3、工技术的概况,第一章概论,德州科技职业学院,第二节数控加工的特点,与普通机床相比，数控机床的特点： 1.自动化程度高； 2.高效率: 是普通机床效率的25倍； 3.高柔性：适应70%以上多品种小批量零件自动加工； 4.高可靠性：无故障时间迅速增加； 5.生产准备周期短； 6.具有加工复杂形状零件的能力； 7.易于建立计算机通信网络。,第一章概论,德州科技职业学院,一、数控机床的组成： 1.程序编制及控制介质 2.输入/输出装置 3.数控装置及辅助控制装置 4.伺服驱动系统及位置检测装置 5.机械部件 二、数控机床加工原理,第三节 数控机床的加工原理,第一章概论,德州科技职业学院,数控机床加工原

4、理如图所示：,控制 介质,第一章概论,第三节 数控机床的加工原理,德州科技职业学院,第四节 数控加工技术的主要应用对象,目前加工主要应用于零件形状比较复杂、精度要求较高，以及产品更换频繁、生产周期要求短的场合。 下面类型零件适宜数控加工： （1）形状复杂、加工精度高或复杂曲线、曲面轮廓； （2）公差小，互换性高、要求精确复制的零件； （3）价值高的零件； （4）小批量生产的零件； （5）钻、镗、铰、攻螺纹及铣削加工联合加工； （6）工艺装备复杂及调整时间的零件。,第一章概论,德州科技职业学院,第五节 数控编程技术,一、 数控编程的内容： （1）分析零件图样，确定工艺过程 （2）数学处理 （3）

5、编写程序单 （4）制作程序介质并输入程序信息 （5）程序校验和试切削 二、 数控编程的方法 1.手工编程：指零件图样的分析、工艺处理、数值计算、书写程序单和校验等均由人工完成。,第一章概论,德州科技职业学院,手工编程的内容与步骤： （1）分析工件图纸 （2）确定加工工艺过程 （3）数值计算 （4）编写零件的加工程序单 （5）程序输入数控系统 （6）校对加工程序 （7）首件试加工 2.自动编程：是借助数控自动编程系统由计算机辅助生成程序。自动编程的内容与步骤如下：,第一章概论,第五节 数控编程技术,德州科技职业学院,（1）零件的几何建模 （2）加工方案与加工参数的合理选择 （3）刀具轨迹生成 （

6、4）数控加工仿真 （5）后置处理 （6）首件试加工 三、数控编程技术的发展趋势 数控编程技术向集成化、智能化、自动化、易使用化和面向车间编程方向发展。,第一章概论,第五节 数控编程技术,德州科技职业学院,第一章概论,第六节数控技术的发展趋势,一、数控系统的发展趋势 目前，国内外数控系统发展的总体趋势是：,德州科技职业学院,1.数控系统采用开放式体系结构； 2.数控系统控制性能大大提高。,1.高速、高效化 2.高精度化 3.高可靠性 4.模块化、专门化与个性化 5.高柔性化 6.复合化 7.出现新一代数控加工工艺与装备,第一章概论,第六节数控技术的发展趋势,德州科技职业学院,二、数控机床的发展趋

7、势,数控加工工艺与编程,-铣削实例分析与宏程序编制,课序：八 课时：6 主讲：翟肖墨,一、教学目标,1通过分析零件，使学生学会合理安排数控加工工艺路线，形成较为完善的数控加工方案； 2帮助学生总结工艺内容，使其条理化； 3掌握编制宏程序的方法； 4注重理论联系实际的原则； 5拓展知识面。,二、教学方法,1讲授法； 2分析法； 3探求法； 4比较法。,三、教学内容,1零件分析； 2工艺方案的制定； 3宏程序的编写。,四、教学过程,第一节 工艺方案 1展示零件图 A面 B面,四、教学过程,2读图 尺寸及加工精度 外圆104 90 80 16 内圆60 R20 浅槽宽14 70 花瓣外形 96.88

8、 高度3 过渡凸台高度10 加工部位与技术要求 三棱台、螺旋面、内外圆、腔槽、轮廓、深度、孔、其余尺寸。 确认走刀空间 槽宽：1214 15 最小内圆半径R7。,四、教学过程,3选择刀具 圆柱键槽铣刀 10 Z=3 圆柱键槽铣刀 12 Z=3，4 圆柱球头铣刀 12 Z=2 中心钻 3 钻头 9 钻头 9.8 绞刀 10,四、教学过程,4确定加工方法 孔2-10 钻（9）扩（9.8）铰（10） 内外圆、腔槽、螺旋面 粗铣（硬质合金键槽铣刀12） 精铣（硬质合金键槽铣刀12 ） 三棱台 粗铣（硬质合金键槽铣刀12） 精铣（硬质合金球头铣刀12 ）,四、教学过程,5精度保证措施 正确设置刀具补偿参

9、数 精加工外轮廓时，刀具半径补偿5.98； 合理安排加工顺序 先铣B面，后铣A面。保证装夹牢靠； 铣三棱台斜面时，Z向步距增量应小于0.19；铣螺旋面时，径向步距增量应小于0.2。,四、教学过程,6切削用量 主轴转速 进给速度 本例中取 若 则,四、教学过程,7加工路线,四、教学过程,7加工路线,四、教学过程,8工艺方案,四、教学过程,第二节 宏程序编制 1宏变量的引用 2编写方法先编内核，后造循环；先写主体，后书首尾。 3编写技巧用倒角指令巧避过切现象的发生。,五、理解误区的辨析,1“一刀切”与“修一丝”的认识误区； 2粗糙度与亮度的理解误区； 粗糙度：表面微观几何形状不平度。 Ra轮廓算术

10、平均偏差； Rz微观不平度十点平均高度； Ry轮廓最大高度。 3选刀与成本之间的关系； 4刀具参数中，齿数的选择； 5螺旋面高度的理解。,六、互动体验,程序与工艺的关系： 数控加工程序包容着数控加工工艺，而数控加工工艺需要由数控加工程序的执行来体现。要成为一个好的程序员，必须是一个好的工艺员。 形象地讲：,数控加工程序是加工工艺的载体；,透过程序的背后，看到的是工艺；,工艺是附着在程序上的灵魂；,发送工艺信息的密电码就是程序；,工艺是思想，程序是躯干；,无工艺内涵的程序是陈设， 非程序而实现的工艺是古董；,程序是流动的工艺；,工艺是先行者，程序是先行者走过的足迹；,七、教学原则,1由易到难、深

11、入浅出、循序渐进 2理论联系实际,教材分析,依据教学大纲的要求，在完成了铣平面及外轮廓、铣槽及内轮廓、铣曲面的单项教学任务后，结合教材内容（第三章、第三节 数控铣床综合编程实训）进行本次课的教学； 因教材中所选实例较为简单，内涵也不够全面，故另选此例； 在机械加工中，因被加工零件形式多种多样，加工方法及程序实现过程迥然各异，所以此类课型宜重点解决数控加工的方法、步骤与实践性的问题。,学情分析,本课程是在学生尚未完全建立起数控加工工艺整体架构的基础之上进行的，为了培养学生的实践能力，需要以条理化的工艺知识为出发点，以实践性操作技巧为突破，帮助学生构建知识体系；,教学手段,多媒体声、形、色的变化吸

12、引注意力； 师生互动交流、问答加强思维；,八、重点与难点,1重点 工艺方案的整合与确定； 宏程序的编制。 2难点 加工精度的控制,九、学法指导,通过教学，使学生意识到如下几点： 思维全面； 步骤条理； 程序严谨； 品德高尚。,宏变量,SIEMENS系统中的宏变量 R1、R2、R255 FANUC系统中的宏变量 #1、#2、#N,参考程序：,1铣三棱台 G60 G54 M3 S2000 F200 M8 G111 X0 Y0 G0 AP=270 RP=23 Z2 R1=0.5 R2=1/COS（30） R3=R1*R2 R4=6*COS（30） R5=-10 R6=15+R4/SIN（30） G0

13、 AP=276.587 RP=22.65 AA： G1 Z=R5 AP=30 RP=R6 CHR=5.2 AP=150 RP=R6 CHR=5.2 AP=270 RP=R6 CHR=5.2 R5=R5+R1 R6=R6-R3 IF R50 GOTOB AA G0 Z100 M9 M5 G74 Y0 M30,参考程序：,2铣螺旋面 G54 G0 X-7 Y-60 M3 S2000 M8 Z2 TT：R1=6 R2=40 R3=0.5 R4=0 AA：R5=R2-R4 G0 X=-R1 Y-48 Z2 G1 Y=-R5 G3 X=R1 Y=R5 Z=7 I=R1 J=R5 R4=R4+R3 IF

14、R530 GOTOB AA AROT RPL=180 REPEAT TT G0 Z100 M9 M5 G74 Y0 M30,循环内核,零件图,备用图,过切现象示意图,备用图,备用图,项目三：数控加工中心应用,模块三：数控加工工艺应用模块,任务1：认识加工中心 任务2：熟悉加工中心自动换刀 任务3：学会孔加工循环应用 任务4：钻孔、扩孔、锪孔加工工艺编程 任务5：学会攻丝加工工艺编程 任务6：学会铰孔加工工艺编程 任务7：学会镗孔加工工艺编程 任务8：熟悉加工中心对刀方案设计 任务9：加工中心综合加工实践,摘要幻灯片,任务1：认识加工中心,加工中心特点,1.全封闭防护 2.工序集中，加工连续进行

15、 3.使用多把刀具，自动进行刀具交换 4.使用多个工作台，自动进行工作台交换 5.功能强大，趋向复合加工 6.高自动化、高精度、高效率 7.高投入 8.在适当的条件下才能发挥最佳效益,加工中心分类,按结构分,立式加工中心 卧式加工中心 龙门式加工中心,立式加工中心,卧式加工中心,龙门加工中心,加工中心主要加工对象,适用于：精密、复杂零件加工；周期性重复投产零件加工；多工位、多工序集中的零件加工；具有适当批量的零件加工等,1.箱体类零件 2.复杂曲面 3.异形件 4.盘、套、板类零件,主要加工对象：,加工中心加工的零件,加工中心主要技术参数,1.工作台尺寸、工作台承重、交换时间 2.坐标行程、摆

16、角范围 3.主轴转速范围、功率，主轴孔锥度 4.刀库容量、换刀时间、最大刀具尺寸及最大刀具重量 5.交换工作台尺寸、数量、交换时间 6.定位精度、重复定位精度 7.快速进给速度、切削进给速度 8.外形尺寸 9.净重,任务2：熟悉加工中心自动换刀,MOV36 ATC,1.刀库容量适当 2.换刀时间短 3.换刀空间小 4.动作可靠、使用稳定 5.刀具重复定位精度高 6.刀具识别准确,对自动换刀装置的要求,刀库,在加工中心上使用的刀库主要有两种，一种是盘式刀库，一种是链式刀库。,1.盘式刀库 刀库容量相对较小，一般在124把刀具，主要适用于小型加工中心； 2.链式刀库 刀库容量大，一般在1100把刀

17、具，主要适用于大中型加工中心。,换刀方式,1.机械手换刀 2.主轴换刀,机械手换刀,MOV37 主轴换刀,刀具识别方法,1.刀座编码 2.刀柄编码,刀座编码,刀座编码,识别码块,识别传感器,刀柄编码,刀具装入刀库,将刀具装入刀库的过程，也是确定刀具号码的过程。 可以先确定刀具号码再将刀具装入刀库，也可以先将刀具装入刀库再确定刀具号码。无论采用哪种方法，都应确定每把刀具在机床中唯一的刀具号码。,1.直接往刀库中手动装入刀具,（1）适用于刀柄编码的机床：将已确定刀具号的刀柄装入刀库中任意位置，由系统自动识别。 （2）若在刀座编码的机床上使用，需按照刀具号将刀具装入对应的刀座中；或是先随机将刀具装入

18、刀库后，进行刀具重整（M80、M81），确定刀具号。 （3）刀库位置要方便操作。,MOV41 手动装入刀具,2.通过机械手或主轴装入刀具,（1）将全部刀具装夹到刀柄上，并调整到准确尺寸； （2）根据加工程序确定每把刀具的刀具号； （3）主轴回换刀点； （4）手动输入并执行“T1 M6”； （5）手动将1号刀具装入主轴，主轴上刀具即为1号刀具； （6）手动输入并执行“T2 M6”； （7）手动将2号刀具装入主轴，主轴上刀具即为2号刀具； （8）其它刀具按照以上步骤依次放入刀库。,适用于刀座编码的机床，操作步骤如下：,MOV42 机械手装入刀具,任务3：学会孔加工循环应用,孔加工的主要技术要求有

19、尺寸精度：配合孔的尺寸精度要求控制在IT6IT8 形状精度：主要是指圆度、圆柱度及孔轴心线的直线度 位置精度：一般有各孔距间误差 表面粗糙度：一般在Ra12.50.4 m之间。,孔加工的六个运动及 G90或G91时的坐标计算方法,孔加工动作及固定循环格式中的指令字,孔加工固定循环及动作一览表,G81与G82动作图,G73与G83动作图,（a）示例工件图 （b）中心孔定距重复加工图,任务4：钻孔、扩孔、锪孔加工工艺编程,实体上钻孔加工 扩孔加工 锪孔加工,实体上钻孔加工刀具,麻花钻,钻引正孔刀具,硬质合金刀尖钻头、扁钻、可转位硬质合金钻头,扩孔钻,锪钻的加工,孔切削加工的工件图样,任务5：学会攻

20、丝加工工艺编程,需要攻丝加工的工件图样,刚性丝锥,浮动丝锥,加工右旋螺纹G84循环和加工左旋螺纹G 74循环,攻左旋螺纹：G74 XYZRPF； 攻右旋螺纹：G84 XYZRPF；,O6500； N050 G95 G90 G00 X0 Y0； （加工右旋螺纹M12） M03 S100 G99 G84 X-25.0 Y0 Z-24 R10.0 F1.75； (换左旋螺纹丝锥，加工左旋螺纹M12LH) M04 S100； G98 G74 X25.0 Y0 Z-24.0 R10.0 F1.75； G80 G94 G91 G28 Z0；,工艺计算例： 分别计算在钢件和铸铁件上攻M10螺纹时的底孔直径各

21、为多少? 若攻不通孔螺纹，其螺纹有效深度为30mm，求底孔深度为多少? 解： M10 ，P1.5mm。 钢件攻螺纹底孔直径： D钻DP101.58.5(mm) 铸铁件攻螺纹底孔直径： D钻D(1.051.1)P 10(1.051.1)1.5 10(1.5751.65) 8.4258.35(mm)。 取D钻84(mm)(按钻头直径标准系列取一位小数) 底孔深度：H钻 h有效+0.7D20+0.7 1027(mm),任务6：学会铰孔加工工艺编程,钻孔是在实体材料中钻出一个孔，而铰孔是扩大一个已经存在的孔 铰孔和钻孔、扩孔一样都是由刀具本身的尺寸保证被加工孔的尺寸 铰孔的质量要高得多 铰刀从工件孔壁

22、上切除微量金属层，以提高其尺寸精度和表面质量 铰孔是孔的精加工方法之一常用作直径不很大、硬度不太高的工件孔的精加工 也可用于磨孔或研孔前的预加工 机铰生产率高，劳动强度小，适宜于大批大量生产,铰刀结构,铰刀选用 铰刀结构 铰刀直径尺寸的确定 铰刀齿数确定 铰刀材料确定,铰削用量的选用 铰削余量 通常要进行铰孔余量比扩孔或镗孔的余量要小。 铰孔的进给率比钻孔要大，通常为它的23倍。 通常铰孔的主轴转速可选为同材料上钻孔主轴转速的23,适合于铰孔切削循环,Fanuc控制系统合适的循环为G85 实现进给运动“进”和进给运动“出” 两种运动的进给率相同 如： G85 X30 Y30 R5.0 Z-40.0 P100 F80.,工艺编程实例： 零件，毛坯尺寸：909042材料为 45钢，正火处理 侧面轮廓和基本定位面底平面已加工，现需要加工： 铣削上表面，保证尺寸30，上表面达到Ra3.2的表面质量要求； 620H7圆周均布通孔加工，孔面达到Ra1.6的表面质量要求,工序卡,任务7：学会镗孔加工工艺编程,镗孔加工要求 镗孔是加工中心的主要加工内容之一，它能精确地保证孔系的尺寸精度和形位精度，并纠正上道工序的误差。 镗孔加工方法 粗镗粗镗后一般留单边23 mm的余量。 半精镗半