工业机器人应用(FANUC) 课件 项目二 机器人数控加工规划

项目二

机器人数控加工规划数控加工刀具基本知识及选用学习目标1.了解机器人数控加工的刀具基本知识通过学习了解和掌握机器人数控加工刀具的知识通过学习数控加工刀具选用标准，掌握刀具的选用方法2.掌握数控加工刀具的选用机器人数控加工工装选用工装：即工艺装备:指制造过程中所用的各种工具的总称。机器人数控加工工装选用刀具：数控加工刀具可分为常规刀具和模块化刀具两大类。刀具按照结构的分类刀具材料应具备的基本性能02强度和韧性防止刀具断裂、崩刃硬度和耐磨性60HRC01耐热性能承受高的切削温度03工艺性能和经济性好的性能，高的性价比041.刀具的种类1.1常见的刀具1.1.1铣刀

1.1.10T型刀1.1.2丝攻1.1.11燕尾槽刀1.1.3钻头

1.1.12特殊成型刀1.1.4绞刀1.1.13其他…..1.1.5镗孔刀1.1.6沉头刀1.1.7钢圆锯1.1.8倒角刀1.1.9內角R刀1.刀具的种类1.2按刃部制作方式分类1.2.1

舍弃式刀具1.2.2整体式刀具1.2.3焊刃式刀具1.刀具的种类1.3.2球刀1.3.3圆鼻刀(牛鼻刀)ＲＲ1.3铣刀刀头的形状1.3.1平刀９０°2.铣刀各部位名称2.1铣刀类型一刀径（Φ､ｍｍ）柄径（Φ、ｍｍ）刃长（ｍｍ）全长（ｍｍ）OSG刀具表示方式

:刀径

全长

×刃长

×柄径

ＥＤＳΦ１０７０×１８×１０2.铣刀各部位名称2.2铣刀类型二OSG刀具表示方式

:刀径×有效长

全长

×刃长

×柄径刀径（Φ､ｍｍ）柄径（Φ、ｍｍ）有效长（ｍｍ）全长（ｍｍ）刃长（ｍｍ）LN-ＥＤＳΦ１×

1245×1.5×43.刀具的材质4.刀具涂层的使用4.1涂层的作用

让切屑把热量带走,隔绝热源导热到刀具增加刀具表面硬度4.1.2导热性(隔绝):4.1.3磨擦系数:磨擦系数大的刀具,容易产生积屑瘤4.1.1硬度

:6.刀具夹持方式6.1侧面锁定型式夹头优点:1.成本低2.容易购买缺点:1.很难保证刀具的平衡2.不适合高速加工6.刀具夹持方式6.2卡盘型夹头优点:1.夹紧力强2.同心度较好3.适合多种尺寸的刀具4.刚性优于弹簧夹型夹头5.成本不高,清洗方便缺点:1.每个夹头适用的刀柄有限2.为防止刀具损伤必须使用专用扳手来紧固夹头.6.刀具夹持方式6.3弹簧夹型夹头优点:1.夹紧力强2.同心度好3.适合多种尺寸的刀具4.成本低,方便清洗缺点:1.每把刀具的同心度都必须经过检验2.难保持制造商指明的平衡标准3.使用者需要一定的技术6.刀具夹持方式6.4液压型夹头优点:1.夹紧力可满足加工需求2.同心度较好3.很好的动平衡性能缺点:1.刀柄尺寸必须与夹头内径匹配2.通常为保持适当的长径比,刀柄不能太长3.成本较高6.刀具夹持方式6.5热缩性夹头优点:1.极强的刀具挟持力2.优异的同心性3.优异的动平衡性能缺点:容易因使用者操作不当而损坏6.刀具夹持方式δ＝6.6.1当装夹长度增加为原本2

倍时,让刀量变成8倍6.6.2当刀径增加为原本2

倍时,让刀量变成1/16

倍6.6刀具装夹的长度与让刀量之间的关系6.74ｘPｘL3EｘD4ＰδＬＤ6.刀具夹持方式6.10长径比(LDR)与切削速度的关系ＤL当长径比(LDR)在1:5以内,进给率可以达到90%~100%.当刀径比在1:7~8,进给率仅可以达到50%.当刀径比在1:10以下,进给率仅可以达到30%.9.顺铣和逆铣切削厚度由最零逐渐加到最大切削厚度由最大逐渐减小到零10.步距与切深10.1步距(Rd)与切深(Ad)的解释10.1.1类型一AdRdAdRd11.切削参数计算公式11.1线速度(外周刃端的速度)11.1.1:定义:什么是线速度→工具的外周刃在回转时,单位时间内（1分钟内）能前进多少距离（单位ｍ／ｍｉｎ)11.切削参数计算公式11.1.2:线速度计算公式π・D・N1000V==一分钟内前进的距离（单位ｍ／ｍｉｎ)=圆周率

×(转速/分)

换算成ｍ

Ｎ：转速（min-1）

Ｄ：刃径（mm）11.切削参数计算公式11.1.3:线速度计算公式举例一刃径

=Φ10转速

=500(min-1)切削速度

V=?

m/minV==3.1415×10×5001000=15.7（m/min）π・D・N100011.切削参数计算公式11.2进给速度与每刃进给量(单刃切削量)工作台在单位时间(1分钟)内移动多少距离（毫米）→单位(mm/min)什么是进给速度？什么是每刃进给量？与切削速度无关，是体现刀具负荷的指标→单位(mm/刃)11.切削参数计算公式11.2.2:进给速度计算公式F=f

×

n

×

NF=工作台进给的速度(mm/min)f=每刃的进给量(mm/刃)n=刃数N=转速(min-1)11.切削参数计算公式11.2.3:进给速度计算公式举例一进给速度

每刃进给量例：进给速度＝１６０mm/min

转速＝８００min-1

刃数＝４f=FN

×

n160800

×

4

=

=

0.05(mm/刃)14.数控刀具选用1）刀具材料的选用原则：数控刀具材料主要有金刚石刀具、立方氮化硼刀具、陶瓷刀具、涂层刀具、硬质合金刀具和高速钢刀具等。刀具高硬钢耐热合金钛合金镍基高温合金铸铁纯钢高硅铝合金FRP复材料PCD××◎×××◎◎PCBN◎◎○◎◎◎●●陶瓷刀具◎◎×◎◎●××涂层硬质合金○◎◎●◎◎●●TiCN基硬合金●×××◎●××钨钢●◎×○◎●◎◎注1：符号含义是：◎-优，○-良，●-尚可，×-不合适。注2：PCD为聚晶金刚石刀具，FCBN为聚晶立方氮化硼刀具。14.数控刀具选用2）根据数控刀具的参数计算切削用量来判定选用。（1）线速度的计算。线速度是刀具的外周刃在回转时，在单位时间（如1分钟）内能够前进的距离，单位为m/min。线速度V的计算：D为刀具的直径（可简称“刀径”），D单位为mm，N为主轴转速，N单位为r/min，V为线速度，V单位是m/min。14.数控刀具选用2）根据数控刀具的参数计算切削用量来判定选用。（2）进给速度计算。进给速度，工作台在单位时间(如1分钟)内移动的距离，单位为mm/min。进给速度分为切削进给速度F和进给速度Vp，切削进给速度F计算如公式2-3所示，进给速度Vp计算其中f为每刃的进给量，f和切削速度无关，是反映刀具负荷的指标，单位为mm/刃，n为刃数，N为主轴转速，N单位为r/min，Kp为进给率下切系数。总结通过本节的学习，要理解两个方面的内容：1、机器人数控加工工装的定义。2、数控加工刀具的基本知识和选用。项目二

机器人数控加工规划数控加工电主轴基本知识及选用学习目标1.了解机器人数控加工的电主轴基本知识通过学习了解和掌握机器人数控加工电主轴的知识通过学习数控加工电主轴选用标准，掌握电主轴的选用方法2.掌握数控加工电主轴的选用机器人数控加工工装选用工装：即工艺装备:指制造过程中所用的各种工具的总称。1.数控加工主轴基本知识数控加工主轴指的是机床上带动工件或刀具旋转的轴。通常由主轴、轴承和传动件（轮或带轮）等组成主轴部件衡量主轴部件性能的指标主要是旋转精度、刚度和速度适应性。动、静刚度2.主轴基本知识机床主轴根据驱动方式分为机械主轴和电主轴。机械主轴是外置的电动机通过皮带或联轴器驱动主轴旋转；电主轴是由内装式电动机直接驱动，从而把机床主传动链的长度缩短为零，实现了机床的“零传动”，由于没有中间传动环节，有时又称它为“直接传动主轴”。2.主轴基本知识电主轴（high-frequencyspindle）在JB/T10801.1-2014

电主轴第1部分:术语和分类中的定义：集成电动机功能的主轴单元，即将电动机内置于主轴单元中，形成电动机、主轴一体化的精密轴系组件。代号：D。2.主轴基本知识结构形式3.电主轴基本知识结构简单紧凑便于专业化生产运行平稳延长寿命电机内置及直接驱动好处带轮或者齿轮传动高速下加剧振动提高主轴刚度，提高系统固有频率高速下快速准停，直接驱动少转动惯量坏处不利于散热，需要专业的冷却装置。5.电主轴原理与结构1、轴壳：主要部件，尺寸精度和位置精度，两端开放型。2、转轴：主要回转主体，制造精度，动平衡测试。3、轴承：核心支承部件，大小、布置和润滑方法。4、定子与转子：矽钢片，转子铁芯、鼠笼、转轴。5.电主轴原理与结构工作原理：高速电主轴电机的绕组相位互差120°,通后,三相绕组各自形成一个正弦交变磁场,合成一个强度不变、磁极朝一定方向恒速旋转的磁场,磁场转速就是电主轴的同步转速。5.电主轴原理与结构工作原理：公式：n=60f/pn：异步电动机的同步转速f:输入电机定子绕组电流的频率P：电机定子的极对数5.电主轴原理与结构转速：通过利用变换输入电动机定子绕组的电流的频率和激磁电压来获得各种转速。转向：改变电主轴输入电流的相序,便可改变电主轴的旋转方向。6.电主轴融合的技术陶瓷材料（主要指si3n4工程陶瓷）因具有密度小、弹性模量高、热膨胀系数小、耐磨、耐高温、耐腐蚀等优良性能，从而成为制造高速精密轴承的理想材料。7.电主轴分类按照用途来分类：用途加工中心用电主轴数控车床用电主轴磨削用电主轴钻削用电主轴雕铣用电主轴特殊用电主轴8.电主轴基本参数电主轴型号：按照JB∕T10801.1-2014电主轴第1部分：术语和分类的标准有安装外径尺寸、用途分类、最高转速、轴承支撑和润滑方式、额定功率、改型等代号组成。8.电主轴基本参数电主轴型号：用途分类代号用大写拼音字母表示：安装外径尺寸代号用阿拉伯数字表示，单位是毫米（mm）。比如：安装外径尺寸24cm，代号表示为“240”8.电主轴基本参数电主轴型号：轴承支撑和润滑方式代号用大写拼音字母表示：最高转速代号用最高转速的千分之一表示，单位是转每分（r/min）。比如：最高转速为12000r/min，表示为“12”8.电主轴基本参数电主轴型号：改型代号可按拼音字母顺序给出，尽量避免使用定义过的字母。额定功率代号用阿拉伯数字表示，单位是千瓦（kW）。比如：额定功率为12000W，表示为“12”9.电主轴基本参数转速

n=60f/p，电主轴一般为异步电动机。输出功率用P表示。一般随电源频率和电压而变化。输出转矩用M表示，最大转矩表示电主轴的过载能力。额定转矩表示负载能力，最大转矩一般是额定转矩的2倍左右。瞬间最大负载转矩不能超过电主轴的最大转矩，工作转矩稍小于电主轴的额定转矩。9.电主轴基本参数转矩和转速、功率的关系：恒转矩调速一般用于磨削用电主轴或者小型铣削用电主轴，注重考核高速时候的性能。恒功率调速一般在起步或者低速阶段采用恒转矩调速。在高速时候采用恒功率调速。公式：9.电主轴基本参数Dmn值电主轴刚度和转速的综合特征参数，Dm为轴承中径,n为电主轴工作转速。Dmn值越大,其电主轴性能越高。Dmn值恒定,n越大，则Dm

值越小，刚性差。在保证高转速，尽可能加大主轴的直径，提高刚性。Dmn值<1.2×106时,

可采用油脂润滑；Dmn值>1.2×106时,

要求采用油雾润滑；Dmn值>2×106时,必须采用油气润滑。9.电主轴基本参数刚度和精度和电主轴的前后轴承的配置方式、主要零件的制造精度、选用滚动轴承的尺寸的大小和精度等级、装配的技艺水平和预加载荷有关。10.电主轴选用选用步骤：1.根据应用场合。确认主轴的大类。然后到电主轴手册中找到对应的大类。10.电主轴选用2.根据负载工况和扭矩要求。计算出需要的功率，以及此功率对应的转速。电主轴手册中找到满足功率、转速要求的型号。功率、转速确定，电主轴的外径确定。常用电主轴外径一般是φ80，φ100，φ120，φ140等。10.电主轴选用3.确认需要的刀柄类型。同一种型号电主轴有几种刀柄类型可供选择。10.电主轴选用4.确认是否需要刚性攻丝。若需要，需要配相应编码器。10.电主轴选用5.确认换刀方式。电主轴有自动和手动换刀两种方式。自动换刀方式须配拉刀机构，长度会增加。10.电主轴选用6.确认电主轴冷却方式。一般有自冷，风冷，水冷和油冷几种方式。水冷用的最多根据电主轴的发热量配相应的功率的冷却水系统。10.电主轴选用7.确认润滑方式。一般有油脂润滑，油雾润滑，油气润滑。油脂润滑转速相应要低。油雾，油气润滑转速高，但要配相应润滑系统。10.电主轴选用8.确认主电源电压。一般为AC380V/220V。10.电主轴选用9.根据最高转速，算出对应的频率。选用最大频率满足要求的变频器。11.数控加工主轴选用选用实践：1）结合机器人数控加工需求，需要满足平面和曲面铣削加工，因此选用雕铣用电主轴，考虑国产品牌，选用振宇品牌的雕铣用电主轴，在此品牌的相应的选型手册。2）使用变频器输入给电机定子绕组电流的频率f是300Hz，电机定子的极对数p是1，假设额定转差率SN很小，可忽略，已知所需的电主轴额定转矩M为2.38Nm。已知额定转差率SN=0，额定转速nN=n1・(1-SN)，又由公式可得，n1=60f/p，则额定转速nN=n1・(1-SN)=(60f/p)・(1-SN)=(60x300/1)x(1-0)=18000(r/min)；11.数控加工主轴选用选用实践：由公式可得，M=975Px9.8/nN得到，P=M・nN/(975x9.8)=2.38x18000/(975x9.8)=4.48（kW）。由上所得，所需的电主轴转速18000r/min，功率是4.5kW。在选型手册上选择对应的型号，在电主轴规格表选择电主轴型号所在范围为4.5kw-ER32带和4.5kw-ER32不带。11.数控加工主轴选用选用实践：3）其他方面的选型（1）选择电主轴带夹头螺母的形式夹持刀柄，对应型号为EM32UM，夹持刀具范围为（3-20）mm。（2）根据需求，不需要刚性攻丝。选择手动换刀的方式。采用风扇冷却的方式，适合4.5kW小功率的电主轴。（3）18000转每分钟的电主轴为高速电主轴，可选择油气润滑的方式。（4）主电源电压为AC

220V或380V。（5）已知电主轴最高转速18000r/min，对应的频率为300Hz。总结通过本节的学习，要理解两个方面的内容：1、数控加工主轴基本知识。2、数控加工主轴的选用方法。项目二

机器人数控加工规划经

世

教

育从行业到专业

从企业到大学数控加工工艺目录一、数控加工工艺定义三、典型轴类零件数控加工工艺分析二、数控加工工艺内容学习目标1.掌握机器人数控加工工艺通过学习了解和掌握机器人数控加工工艺定义和工艺内容通过学习理解典型轴类零件数控加工工艺分析2.理解典型轴类零件数控加工工艺分析一、数控加工工艺定义数控加工工艺就是加工零件时所运用的各种方法和技术手段，包含数控加工的内容，进行工艺分析和零件图形的数据处理，制定工艺方案，确定工步和给进路线，选择/设计刀具、夹具和量具，确定切削参数，编写、校验和修改加工程序等。1、数控技术工艺定义一、数控加工工艺定义总的来说，数控加工工艺就是根据零件图样及工艺要求等原始条件，编制零件数控加工程序，并输入到数控机床的数控系统，以控制数控机床中刀具与工件的相对运动，从而完成零件的加工。1、数控技术工艺定义一、数控加工工艺定义2、数控加工程序编程方法01手动编程人工按数控系统所规定的指令格式编写。02自动编程计算机编程，以语言和绘画为基础的自动编程方法。自动编程：1、配套硬件和软件；2、编程前必须要做准备工作及编程后的善后处理工作。二、数控加工工艺内容数控加工工艺过程是一般由一个或若干个顺次排列的工序组成。01020304工序一个或几个安装工位一个或几个工步安装一个或几个工位工步一个或几个走刀二、数控加工工艺内容数控加工工艺过程是一般由一个或若干个顺次排列的工序组成。二、数控加工工艺内容（1）选择并确定进行数控加工的零件及内容（2）对零件图纸进行数控加工的工艺分析（3）数控加工的工艺设计（4）对零件图纸的数学处理（5）编写加工程序单（6）按程序单制作控制介质（7）程序的校验与修改（8）首件试加工与现场问题处理（9）数控加工工艺文件的定型与归档三、典型轴类零件数控加工工艺分析(1)工作任务某制造企业设计生产一种新型的轴类零件，在正式投入生产前一周内采用数控车床完成样件试制。三、典型轴类零件数控加工工艺分析(1)设计轴类零件的加工流程三、典型轴类零件数控加工工艺分析(3)分析零件图和制订加工工艺

分析零件图：零件只需要两次装夹掉头加工就能完成，有外圆、内孔、外螺纹加工，同时薄壁处有2.5mm，但此处的精度要求只有0.04mm。三、典型轴类零件数控加工工艺分析(3)分析零件图和制订加工工艺

制订加工工艺：根据数车加工顺序安排基本原则，结合本零件A安排工序为：下料至毛坯长度为75mm→夹持毛坯至50mm处光端面和钻中心孔→夹持毛坯至10mm处并用尾座顶尖顶住加工锥度和圆弧面→掉头夹持在Ф48圆柱面处车Ф28台阶面。三、典型轴类零件数控加工工艺分析(3)分析零件图和制订加工工艺工序工步号工步内容刀具转速进给背吃刀量11车端面端面刀13001001mm2钻内孔中心孔Ф3中心钻9001502mm3车锥度和圆弧面93°外圆车刀8001202mm21车Ф28台阶面93°外圆车刀500502mm轴类加工工步表三、典型轴类零件数控加工工艺分析(3)分析零件图和制订加工工艺

编制加工程序程序号程序备注N10T0101调用1号35°外圆刀N20M03S1200主轴正转转速1200转N30G42G00X36Z2M08建立刀具半径补偿N40G73U10R8仿形粗车符合循环N50G73P60Q120U0.1W0.3

N60G01X34Z0F100

N70G02X48Z-15.2R20

N80G01Z-26.2

N90X33.86Z35.63

N100G02X38.26Z44.48R6

N110G03X40Z-53R5

N120G01Z-55

N130X42

N140G70P60Q120F120精车N150G00X100Z50M09

N160M05主轴停止N170M30程序结束光标返回程序原点三、典型轴类零件数控加工工艺分析(3)分析零件图和制订加工工艺

零件精度检测零件名称xxx图号xxx检测人xxx备注尺寸精度序号公称尺寸表面粗糙度Ra量具检验结果

实测尺寸表面粗糙度1Ф481.6

2Ф283.2

3Ф343.2

总结通过本节的学习，要理解三个方面的内容：1、数控加工工艺定义。2、数控加工工艺内容。3、典型轴类