西工大考研计算机辅助制造第3章

2一、机床、造型、编程坐标机机床坐标系、编程坐标系和造型(建模)坐标系三者之间既联系又有区别,均符合右手规则11、机床坐标系(XncYncZnc)：数控机床本身的坐由生产商设定,原点在机床安装调试中一般不做3坐标系右手原4机床坐标何为何为机床坐标原点漂移MAHO机床坐标系设 6MIKRON机床坐标系设 SAJO机床坐标系设一、机床、造型、编程坐标机机床坐标系、编程坐标系和造型(建模)坐标系三者之间既联系又有区别,均符合右手规则11、机床坐标系(XncYncZnc)：数控机床本身的坐由生产商设定,原点在机床安装调试中一般不做22、造型坐标系Y)：设计人员在利用计算机建模时设定的坐标系，其方向原点无任何限制。为了便于编程计算和工程序,尽量使造型坐标系和编程坐标系重合。9一、机床、造型、编程坐标33、编程坐标系(XMYMZM)：工艺人员在编程时设定的坐标系，其方向必须与机床坐标系一致零件零件的找正：调整零件的装夹方向使编程坐标系与机床坐标平行,并找出零件编程坐标系原点OM在机床坐标系中的坐标位置的过程,为零件的找正。编程原点坐标值可记指令（G51~G59）,自动实现两坐标间零件的找确定确定编程坐标原点Om在加工坐标系中坐标的过程称为找数控铣床找杠杆百分找正示意方形工件的找如何在四坐标 找正一个方形零件MIKRON机床找正，原点设 加工坐标系原点 与设FanucFanuc PhilipsPhilipsG51,G52,G53,G54,G55二、加工精度的影响因 普通机床：操作者根据工艺规范，制定操作和经验完成。零件精度由机床和操作工人 自动仿形：控制依靠凸轮、挡块或靠模实现。零件精度由床和辅助工装NC机床：工序、走刀路线的规划、进给由程序控制。零件精度由机床、编程和操作人平决定三、数控加工的工具——刀柄与刀1.1.刀柄：主轴与刀具的联系环节,用以夹持作用：夹持刀具、传递分类：１）普 刀刀33）热胀普通刀刀刀钻头刀三、刀柄与刀1.1.高速铣削刀柄：2．刀柄高速旋转的跳动0.2扩大到HSK双重定位三、刀柄与刀2.2.刀柄高速旋转的跳动三、刀柄与刀3.3.石(PCD)44.三、刀柄与刀德德国的HSK刀柄得到了国际上的广5.市场上高速刀柄主要是HSK和KMKM刀柄的应用主要 市场三、刀柄与刀1.刀柄：主轴与刀具的联系环节,用以夹持刀 2.刀具的类 铣铣刀类型：锥形球头 环形鼓形刀具的旋向：刀具是右平底7球头钻锥形三、刀柄与刀刀柄：主轴与刀具的联系环节,用以夹持作用：夹持刀具、传递扭分类：１）普通 刀3）热涨刀具的 ３．刀位点：刀具的基准点－刀尖或三、刀柄与刀1.思考：定义锥度刀具需要几个几何参数 2.思考：定义图中第一个刀具需要几个四、刀具补偿功刀具补偿一般包括刀具长度补偿和刀具半径补偿可以使刀具在二维加工平面内相对编程数据轨迹偏移一个刀具半径修正值。ZHZHL△1刀具半径补刀刀具半径补偿：可根据零件的实际轮廓系统使刀具中心自动偏置一个刀具半径，从而加工出理论轮零件，把数控系统的 能称之为刀具半径补偿功能 加加工内轮廓时，刀具中心向零件内轮廓方向偏置一刀具半径值加工外轮廓时，刀具中心向零件轮廓外1刀具半径补刀刀具补偿功能带来的优点a）减少编程人员工NN10N11G1X0Y0N12G1X0Y50N13G1X82.887N14G2X95.877Y27.5R10N15G1X80Y0N16G1X0N17AA(B(050C(82.887,50D(95.877,27.5E( 0R粗加工:半精加1粗加工:半精加精加精加工刀具半径补刀刀具补偿功能带来的优点：）减少编程人员工作量。b）可提高程序使用自由度。c）可部分解决刀具磨损问题。刀具半径补刀刀具补偿功能带来的优点：）减少编程人员工作量。b）可提高程序使用自由度。c）可部分解决刀具磨损问题。d）可提高零件的加工精度。）可降低对刀具精度的11工工

刀具运动方a)刀具半径左偏补 b)刀具半径右偏补刀具长度补刀具长度补偿（刀长刀具长度补偿（刀长补偿）：数控系统允许度值，从而使刀具实际加工的位置比理论位置度，把数控系能称之为刀具长度补偿 △△a）程序给定刀长大于实际刀 b）程序给定刀长小于实际刀优点：可方优点：可方便实现零件的分层加工，简刀具长度的计思考：抬高或降低某一高度值是否可获2刀具长度补2刀具长度补刀刀具长度22加工曲面时通过刀具长度补偿能否获得均匀余量2刀具长度补偿：举2刀具长度补偿：举2刀具长度补偿：举五、数控加工的六、数控编程的工艺处1.1.认真分析零件图纸，明确加工内容和分析图在加工之前，要分析如1).加工部位 分析图在加工之前，要分析如1).加工部位 2).2).精度要求（决定加工方案）：公差、对称表面粗糙度等精度要分析图在加工之前，要分析如1).加工部位 2).精2).精度要求（决定加工方案）：公差、对称表面粗糙度等3).加工基准----要求加工基准能够找正否则必须采取特加工基加工基分析图在加工之前，要分析如1).加工部位 2).精2).精度要求（决定加工方案）：公差、对称表面粗糙度等3).加工基准----要求加工基准能够找正否则必须采取特殊的工艺措施.4).毛坯状 铸件、锻件、焊接件、材料类 六、数控编程的工艺处1.认真分析零件图纸，明确加工内1.认真分析零件图纸，明确加工内容和2.制定加工方案，选择制定加工方一个零件往往有一个零件往往有多种加工方法，根据零件的要求和实际情况要选择（效率价格）大的方式进行。市场价格 三坐标50~120元/小四坐标100~200元/五坐标200~500元/小制定加工方案:变斜角曲面加制定加工方案:变斜角曲面加五轴联动制定加工方案:变斜角曲面加四轴联动制定加工方案制定加工方案:慢走丝线切割加制定加工方案:变斜角曲面加三坐标行切加六、数控编程的工艺处1.认真分析零件图纸，明确加工内容1.认真分析零件图纸，明确加工内容和2.制定加工方案，选择在满足精度和工期的要求下尽可能选用低坐标数的低六、数控编程的工艺处1.认真分析零件图纸，明确加工内容1.认真分析零件图纸，明确加工内容和2.制定加工方案，选择3.确定零件的装夹方式及夹具1)1)夹具的作用：将零件固定在工作台上以进2)选择夹具时注意事项：保2)选择夹具时注意事项：保证加工零件时的开敞性和稳定性3)夹具的类a.组合夹具：可根据被加工零件的特点由通用元件拼不同类型的夹优点:重复使用、效率高、生产准备b.真空(磁力)平台装夹：零件与工优点:装夹快，工件夹持均匀，开敞性好夹具：为加工某种零件而六、数控编程的工艺处1.认真分析零件图纸，明确加工内容和1.认真分析零件图纸，明确加工内容和2.制定加工方案，选择3.4.确定加工坐标系1）加工坐标系原点是数控加工中刀具运动的基准点刀位点的坐标计算以该点为基准，所以也称为程序原点(1).便于数学处它可以设在零件面上、夹具表面上或机床工作台面上，但必须与零件的定位基准有已知的准确关系。程序原点应(1).便于数学处确定原则

(2). 易找(3).加工过程易六、数控编程的工艺处1.认真分析零件图纸，明确加工内容和1.认真分析零件图纸，明确加工内容和2.制定加工方案，选择3.4.5.走刀路线的走刀路线的选走刀路线的规走刀路线是指数控加工过程中刀位点相运动轨走刀路线：之字形70走刀路线：之字形走刀路线：回字形follow走刀路线：单行走刀路线的选走刀路线的规走刀路线是指数控加工过程中刀位点相1)确定走刀路线的原则运1)确定走刀路线的原则aa.保证零件的加工精保证零件的加工精度和光洁保证零件的加工精度和光洁保证零件的加工精度和光洁走刀路线的选走刀路线的规走刀路线是指数控加工过程中刀位点相1)确定走刀路线的原则运1)确定走刀路线的原则bb.方便数值计算，减少程序段a.保证零件的加工精方便数值计走刀路线的选走刀路线的规走刀路线是指数控加工过程中刀位点相1)确定走刀路线的原则运1)确定走刀路线的原则a.保证零件的加工精b.方便数值计算，减少程序段c.缩短走刀路e.易于增加零件增加刚性的走刀走刀路线的选走刀路线的规走刀路线是指数控加工过程中刀位点相1)确定走刀路线的原则运1)确定走刀路线的原则a.保证零件的加工精b.方便数值计算，减少程序段c.缩短走刀路d.易于增加零件ef.刀具轨迹变化尽量做到平g.走刀路线的选逆铣:如果刀具的切削方向和刀具的前进方向相同顺铣:如果刀具的切削方向和刀具的前进方向相反顺逆铣的加工特逆铣：一般加顺铣：一般加工让刀，加 六、数控编程的工艺处1.认真分析零件图纸，明确加工内容和2.1.认真分析零件图纸，明确加工内容和2.制定加工方案，选择3.4.5.走刀路线的6.刀具的刀具的选数控加数控加工对刀具的要求很高。不仅要刚度好、精度好还要使长1)材料优1)材料优质高速钢,硬质合金,耐磨涂层,陶瓷材料2)类别种类繁整体刀整体刀具：高速整体刀具刀具的选数控加数控加工对刀具的要求很高。不仅要刚度好、精度好还要使长1)材料优1)材料优质高速钢,硬质合金,耐磨涂层,陶瓷材料2)类别种类繁（（2）可转位刀具：刀体与刀片分开，刀片一般铸而成，并带有涂层（CVD，PVD，金属陶瓷，PCBN）优点刀刀具成本可转位刀可转位刀刀具的选刀具件刀具半径R应小于件为

切削深度取(1/～1/)D，以保证刀具有足够的加工刚度。讨论：对于情况a是否在加工中只能使用规定的刀具？六、数控编程的工艺处1.认真分析零件图纸，明确加工内容和2.制1.认真分析零件图纸，明确加工内容和2.制定加工方案，选择3.4.5.走刀路线的6.刀具的7.确定加工确定加工用量：切削深加工用量包括切削深度和宽度、主轴转速、进给速度等1切削深度的主要根据机床、工件和刀具机床、工件和刀具的刚度越好，切深可若机床、工件、刀具的刚性允许，如果能一次切完，可留0.2~0.5mm余量再精加工一次，以提高零件的光洁度和精度。若刚性不允许，切削宽余应力、振动越大，加工表面光洁度、精度越低讨论：加工中刀具的刚性与哪些因素有关？确定加工用量：切削宽2）切削宽度：加工时每相确定加工用量：切削宽确定加工用量：切削宽2）切削宽度：加工时每相邻两刀之间的距离L，又称为行距粗加工切削宽度由刀具、机床、零件的讨论：刀具讨论：刀具半径是否越确定加工用量：转（（3）转速(S)的确定如果有切削参数库，可直接查切削参数否则，根据实际经验,并配合刀具厂家提供的刀线速度vc(m/min)查表计算来确等建立了刀具切削线速度等建立了刀具切削线速度c(n)查询表主轴转速n(r/min)根据允许的切削速度vc(m/min)nD----工件或刀具的直径确定加工用量：进给速（4）进给速度（量）F定义：刀具基准点每分钟移动的路径之进给量确定：根据零件的加工精度、表洁度、切削深度、宽度以及刀具和工件F=n（转速）*Zn（齿数）*fz（每齿切削量确定加工用量：进给速（4）进给速度（量）F定义：刀具基准点每分钟移动的路径之进给量确定：根据零件的加工精度、表洁度、切削深度、宽度以及刀具和工件控制方式编程人员在程序中给定操作人员可根据实际情况用旋扭进行调节 倍率调节旋确定加工用量：进给速四、五坐标F值规定若程序中只含有角度坐标：A、B、则Ｆ表示角度每一分钟例如 G1A10表示Ａ角每分钟转100若既含有移动坐标又含有角度坐标，则进给速度“F”只线性移动坐标计算，而转动坐标按“线性变化规律”做例如：N10G1X0Y0Z0N11G1X10B100执行“N11”所需１０／１０＝所以B的转速为：100/1=100度

确定加工用量：进给速e、有关Ｆ的计算只含移动坐标走直线时，已知Ｆ，如何计算各坐标上的分速22xyzT22xyz L x,y x,y 有如下两句NC加工程序“N5G1X0Y0A10B90N6G1X60Y80A-80B200F50”当数控机床执行完第句后，执行第6句时，请计算数控机床分别在X，Y及A，B轴的进给速确定加工用量：进给速N5G1X0Y0A10B90602N6G1X60Y80602x2x2y2ZtL/F100/502

FxF6050 FyF8050 AF905045 BF1105055

直线插补：FRN=FL(1min)R为插补圆弧的进给率相当于给定了程 即时间的确定加工用量：进给速f、选用F时确定加工用量：进给速f、选用F时的一些特设R=1r=20（加工外轮廓若程序中指定:有如下关系

R 则刀心处速度VF(Rr10(120210 易啃切或报废

设Ｆ=ＶcVt为Vt Vt

R20010

102000mmpm

确定加工用量：进给速含有转动坐标有关Ｆ的E(2100刀具沿Ｘ轴由Ｃ轴旋转360程序指令如下N10G1X200Y0Z0C0N11G1X210C360F100加工时间为：t=(21020010001C转动速度为：360/0.1=3600度F≈3.14*200*2/01=12560mmpm看不解决方法：系统对A、B、C做限制，如:F(A)= 六、数控编程的工艺处1.认真分析零件图纸，明确加工内容和2.制定1.认真分析零件图纸，明确加工内容和2.制定加工方案，选择3.4.5.走刀路线的6.刀具的7.确定加工8.程序编制过程中的误差控程序编制过程中的误差控程序编制中的误差主要近误差：用近似方程所表述的形状与原始零件之间的误差。（一次近误差程序编制过程中的误差控程序编制中的误差主要近误差：用近似方程所表述的形状与原始零件之间的误。（一次近误差 插补误差：用直线或圆弧段近零件轮廓曲线所产生的编3)圆3)圆整化误差：这是将工件尺寸换算成机整化所产生的误圆整化误GOTO/-30.8858,-数控加工N30N30Y-42.040N31N32N33程序编制过程中的误差控程序编制中的误差主要近误差：用近似方程所表述的形状与原始零件之间的误。（一次近误差 插补误差：用直线或圆弧段近零件轮廓曲线所产生的编3)圆3)圆整化误差：这是将工件尺寸换算成机点位加工时只存在圆整点位加工时只存在圆整化误差吗轮廓加工时近误差、插补误差、圆整化误差有可能都存在。插补误差是最问题问题1：数控系统的插补与此处的插补概念一样吗？七、数控加工误差的来1)、编程误1)、编程误2)、数控机床带来的3)、环境带来的误4)、装夹找正带来的5)、刀具带来的误6)、加工6)、加工工艺方法带来的误一、数控加工程序的结所谓数控加工程序，就是用数控机床输入信息制语言和格式来表示的一套可使数控机床实现对零件自动加工的指令。它是机床数控系统的应用软件，加工程序中包含的工艺及技术信息包括：方向，其它辅助动作）及各动作顺序等。数控程序控制指令格数控程序控制指令格式国际上虽作过统到统一，各个国家和厂系统开发商有自己的新功能的不断开发和出现但基本格式和指令相同NΔΔ

Y±ΔΔ其它指辅助功能FΔSΔT

数控程序控制指令格 程序段编号，为了方便检索。编号可以连续,有时可以 表示直线插补表示直线插补表示顺时针圆弧插补G17、G17、G18、坐标平G17指定XOY平面；G18指定XOZ平面；G19指定YOZ平面；数控程序控制指令格刀补指令：G40、刀补指令：G40、G41、G41左偏刀补；G42右偏刀补；G40取消刀补G00（G0）：快速走刀指表示绝对坐标编程表示相对坐标编数控程序控制指令格

表示圆心 N01G17G01G41X6000Y-3000数控程序控制指令格 速度功能指令，规定主轴旋转速度N10

N10N10G1X10Y20 转速也是可以调节的：50%-- 刀具功能指令，指定具编N5T10M6(M66)N10G1XYZM13数控程序控制指令格 辅助功能字，控制机床的辅助动作 程序暂停(刀具、钻头上有铁屑，可以去掉M03、M04、M05——主轴正转、反转、停转指 打开冷却 打开冷却液并启动主 主轴停止，关冷却液，程序结二、常用功能轴的开、停、换向，冷却液的开、关，刀具的更换，运动部件的夹紧与松开等常用的指令称为工艺指令。工艺指令包括准备性工艺指令（G指令）和辅助性工艺指令（M指令）它们是程序编制中最常用的指令准备准备功能G指由字母G及其后的二位（目前已出现三位）数字组成。G指令（（1）FANUC-220A--0.005mm/1G1（G01）-NC终点坐标减起点坐标并进行整化N…G1X(Xe终点坐标减起点坐标并进行整化N10G1X1134511.35011.350×1000=31.3469-11.345×1000=（（2）Philips-FANUC-OI--脉冲当量为N…G1 N10G1X31.347Y20.703N11G1X40.006(1)(1)FANUC-(0.005mm/脉冲,标编程2)G2/G3-N…G2/G3X(Xe-Xs)Y(Ye-Ys)I(Xc-Xs)J(Yc-(终点相对于起点的增量和圆心相对于起点的增量圆整化后×0)亏弧N10G3X-5415Y9910I-995021.6659-27.0800=-5.4141≈--5.415×1000=-(2)(2)FANUC-OI-(0.001mm/脉冲,绝对N…G2/G3XXeYYe (圆心N…G2/G3XXeYYe (圆心角亏弧：N10G3X21.666Y25.083盈弧：N11G3X21.666Y25.083R-N…N…G2/G3XXeYYe(圆心角≤(3)Philips-(0.001mm/脉冲,绝对N…G2/G3XXeYYeIXc (圆心角＞亏弧：N10G3X21.666Y25.083盈弧：N11G3X21.666Y25.083I31.616 - (0.001mm/(0.001mm/脉冲,绝对思考:坐标系分别变成XOZ和YOZ后,程序如何编制N…G2/G3XXeYYeI(Xc-Xs)J(Yc-Ys)亏弧：N10思考:坐标系分别变成XOZ和YOZ后,程序如何编制CRXXeYYeR+(圆心角<180°)DR+(逆(5)ITNC(0.001mm/脉冲,绝对…CRXXeYYeR-(圆心180DR-(顺亏弧：10CRX21.666Y25.083R+10盈弧：11CRX21.666Y25.083R- 3.3二维轮廓手工编制NC加工程Q( 24.2914 P(72.4855,14.9029(100,80)●●●

Q ●C( F(97, G(52.413,0)E(95,

24.2914●D(182.2834,1.FANUC-220A控制脉冲当量S为起刀点相对坐标编程左偏刀补N1G17G91G01G41X60000Y- I100000 F2S500 N2G01X100000Y40000N3G02X82285Y-55710I22285J-55710CRN4G01Y-24290CRN5G39I-100000CRN6G01X-182285CRN7G39J40000CRN8G01Y40000CRN9G40G01X-60000Y30000M30

//走AB//ＢＣ段圆//走CD//尖角过//走DO//尖角过//走//取消刀补,退回S,主轴停转,关冷却作业1:对图示轮廓,用FANUC-220A控制系统按右偏刀补方式完成其NC编程,S为起刀点FANUC-220A控制系统:新图编N6G01X-87285N7G39I2000J10000N8G01X2000Y10000N9G03X-44585Y-10000I-24515J4905N10G39I-10000N11G01X-52415N12G39J40000N13G01Y40000N14G40X-60000Y30000M30＊FANUC-220A数控系统编程(1)相对(1)相对坐标编(2)脉冲当量0.005mm/脉冲,末位圆整化成0或5，使(3)圆整后的数值(4(4)1后段程序为直线时，刀具半径偏置方向ＩＪＫ来确定。以本段程序终点为起点2另外ＩＪＫ还用来表示圆弧的圆心相对于圆弧起点的位置(5)尖角过度G39IJK关Q( 24.2914 P(72.4855,14.9029(100,80)●●●

Q ●C( F(97, G(52.413,0)E(95,

24.2914●D(182.2834,2.MH600E\Philips-5322.MH600E\Philips-532脉冲当量0.001mm,s为起刀点, //主程序格式N10000(TEMPLET,WLK,FR6,07.11.2N1T16M66N2G18N3G51N4G56

//手动换刀,刀16，主轴转速//指定加工平面//机床原//调用加工坐标系原N5G0X-30Y100Z-30B0M13//刀具快速移动到起点，B轴转到0度,打开冷却液,主轴转N6G01Y20N7G01Y-3N8G43

//刀具以较快的进给速度至表面下N9 //右偏刀方N10G1X182.283Z0F100//加工N11G1N12G3X100Z80R60N13G1X0Z40N14G1

//加工直线//加工圆弧//加工//加工

N17G0X-30Y100Z-N18

//N15N16G1Y10

//抬

Philips-532控制系统:新图编N10G1N11G02X97N12G01X95N13G01N14G01N15G03X100N16G01X0N17G01Z0Z-N18N19G01Y10

I72.486N20G0X-30Y100Z-N21Q( 24.2914 P(72.4855,14.9029(100,80)●●●

Q ●C( F(97, G(52.413,0)E(95,

24.2914●D(182.2834,3.VMC-850\3.VMC-850\FANUC-0I-MB制系统,脉冲当量0.001mm,s为起刀

//主程序格式//程序序N1G90G17M03//选择加面主轴转速，刀具N2N3T10N4G43

//设置加工坐标系//选择//刀具长度

N10X100 //加工到N12G2X182.283Y24.291R60//加工圆弧N5G0X-60Y70Z100//刀具快速移动到起点，打却

N13G1N14G1X0N15G1Y40N16G40

//加工直线//加工到o//加工到//取消半径N6G1Z10F3000//刀具快速N7G1Z-3 //刀具以较快的进移至底面下

N17G1 F2000//刀具退回Z=10平N18G0X-60Y70Z100//快速退刀至起始N19 //程序结束,与例2相 //程序结束N8G41G1X0Y40D20 //左偏刀补,并走刀到

右偏刀补方式完成其NC编程,S为起刀FANUC-0I-MB控制系统:新图编N13G01N14G01X97N15G03X52.413N16G01N17G01Y40N18N19G01Z10

N20G0X-60Y70N21%编程中应注意的问题刀具是直径为20毫米●●●●N14G1N15G1X0Y40N16G40N17G1X-5Y43 N18G0X-60Y70Z100N19M30编程中应注意的问题刀具是直径为20毫米N14G1N15G1X0Y40N16G1X-20N16G40N18G0X-60Y70N19Q( 24.2914 P(72.4855,14.9029(100,80)