《金属切削加工》-项目八

课题一数控加工基础知识一、数控加工的概念数控加工，是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。二、数控加工程序编制的内容一般来说，数控机床程序编制的主要内容包括:分析零件图纸、确定加工计算、编写零件的加工程序单、制作控制介质、校对检查数控程序和首件试切工艺过程、数值。

1.零件的分析返回下一页课题一数控加工基础知识

所谓零件的分析是指分析零件的材料、形状、尺寸、精度及毛坯形状和热处理要求等以便确定该零件是否在数控机床上加工，或适合在哪种类型的数控机床上加工。

2.工艺分析与处理工艺分析与处理是指在对零件图样做出全面分析的前提下，确定零件的加工方法、加工路线。

3.数值计算数值计算是指根据零件图样和确定的加工路线，计算出刀具中心的运动轨迹。上一页返回下一页课题一数控加工基础知识

4.编写程序的加工程序单根据加工计算出刀具运动轨迹坐标值和已确定的切削用量，依据数控装置规定使用的指令代码及程序段格式，逐段编写出零件的加工程序单

5.制作控制介质零件加工的程序单编写好之后，需要制作成控制介质，以便将加工信息输入给数控装置，控制介质多采用穿孔纸带。上一页返回下一页课题一数控加工基础知识三、课题实施:程序校核及首件试切

程序单各所制作的穿孔纸带必须经过校核和试切削才能使用。一般的方法是将控制介质上的内容直接输入到数控系统中进行机床的空运转检查，即在机床上用笔代替刀具、坐标纸代替工件进行空运转画图，检查机床运动轨迹的正确性。在具有图形显示屏幕的数控机床上，用显示走刀轨迹或模拟刀具和工件的切削过程的方法进行检查更为方便。上一页返回课题二数控加工工艺参数选择一、确定走刀路线和安排加工顺序走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点:1.寻求最短加工路线如加工图8一1(a)所示零件上的孔系。图8-1(b)后，再加工内圈孔。若改用图8一1(c)的走刀路线，的走刀路线为先加工完外圈孔减少空刀时间，则可节省定位时间近一倍，提高了加工效率返回下一页课题二数控加工工艺参数选择2.最终轮廓一次走刀完成为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来如图8-2

为用行切方式加工内腔的走刀路线

3.选择切入切出方向考虑刀具的进、退刀(切入、切出)路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑;应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面;尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停(切削力突然变化造成弹性变形)，以免留下刀痕，如图8一3所示。上一页返回下一页课题二数控加工工艺参数选择

二、确定定位和夹紧方案在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题:(1)尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一。

(2)尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面。

(3)避免采用占机人工调整时间长的装夹方案。

(4)夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。如图8-4薄壁套的轴向刚性比径向刚性好，用卡爪径向夹紧时工件变形大，若沿轴向施加夹紧力，变形会更小上一页返回下一页课题二数控加工工艺参数选择三、确定刀具与工件的相对位置

(1)所选的对刀点应使程序编制简单;(2)对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置;(3)对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置;(4)对刀点的选择应有利于提高加工精度。例如，加工图8一5所示零件时，当按照图示路线来编制数控加工程序时，选择夹具。上一页返回下一页课题二数控加工工艺参数选择如图8-6所示，圆柱铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点。

四、课题实施:确定切削用量

对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。表8一1为车削加工时的选择切削条件的参考数据。上一页返回课题三数控机床刀具简介下一页返回一、刀具系统1.刀具组成数控机床采用的标准化、系列化刀具，主要是针对刀柄和刀头两部分规定的。

(1)刀柄部分。对于车削加工，国家标准已对可转位机夹外圆车刀(如图8一7所示)和端面车刀作了具体规定，可转位机夹内孔车刀(如图8-8所示)在有关标准中也有具体规定。对于加工中心及有关自动换刀装置的机床，其刀具系统的刀柄有直柄和锥柄两类(包含主轴孔)且都已标准化，锥柄(锥孔)使用7:24的锥度，大小分为30,35,40,45,50号(如图8一9所示)。课题三数控机床刀具简介上一页下一页返回(2)刀头部分。数控加工使用的刀具的刀头包括多种结构，如可调锁刀头，不重磨刀片等。其中常用的不重磨刀片(车刀和铣刀用)已有多种形状和系列化的型号(规格)供选用。图8-10所示为部分右转位机夹不重磨刀片。加工中心使用的刀具刃具部分和通用刃具(如钻刀、铣刀、铰刀、丝锥等一样。2.刀具系统目前，国内锁铣类数控机床所用的刀具系统，是成都工具研究所制定的TSG工具系统锁铣类整体数控工具系统)和TMG工具系统(锁铣类模块式数控工具系统)两种课题三数控机床刀具简介上一页下一页返回二、刀具的选择方式根据数控装置发出的换刀指令，刀具交换装置从刀库中挑选各工序所需刀具的操作称为自动选刀，自动选择刀具通常又有顺序选择和任意选择两种方式。

1.顺序选择刀具的顺序选择方式是刀具加工工序的顺序，依次放入刀库的每一个刀座内。

2.任意选择这种方式是根据程序的要求来选择所需要的刀具，采用任意选择方式的自动换刀系统中必须有刀具识别装置刀具在刀库中不必按照工作的加工顺序排列，可任意存放。课题三数控机床刀具简介上一页下一页返回(1)刀具编码方式。这种方式是采用特殊的刀柄结构进行编码刀具编码的具体结构如图8一11所示(2)刀座编码方式。这种编码方式对刀库中的每个刀座都进行编码，刀具也编号将刀具放到与其号码相符的刀座中。

图8一12所示为圆盘刀库的刀座编码装置

(3)编码附件方式。编码附件方式可分为编码钥匙、编码卡片、编码杆和编码盘等，其中用最多的是编码钥匙。课题三数控机床刀具简介上一页下一页返回图8一14为编码钥匙孔的剖面图，图中钥匙沿着水平方向的钥匙缝插入钥匙孔座三、刀具识别装置刀具(刀座)识别装置是可任意选择刀具的自动换刀系统中的重要组成部分，常用的有以下两种

1.接触式刀具识别装置接触式刀具识别装置的原理如图8-15所示。在刀柄1上装有两种直径不同的编码环.课题三数控机床刀具简介上一页下一页返回

2.非接触式刀具识别装置非接触式刀具识别装置没有机械直接接触，因而无磨损、无噪声、寿命长、反应速度快，适应于高速、换刀频繁的工作场合。所用的识别装置的方法有磁性识别法和光电识别法

(1)非接触式磁性识别法。磁性识别法是利用磁性材料和非磁性材料的磁感应强弱的不同，通过感应线圈读取代码，图8一16所示为一种用于刀具编码的磁性识别装置

(2)非接触式光电识别法。非接触式光电识别法是利用光导纤维良好的光传导特性课题三数控机床刀具简介上一页下一页返回主轴上换来的新刀号及换回刀库上的刀具号，均在PC内部相应的存储单元进行记忆。随机换刀控制方式需要在PC内部设置一个模拟刀库的数据表，其长度和表内设置的数据与刀库的位置数和刀具号相对应。这种方法主要用于由软件完成的选刀场合，从而消除了由于识刀装置的稳定性、可靠性所带来的选刀失误。课题四数控加工工艺与编程简介下一页返回一、数控加工工艺内容的选择

1.适于数控加工的内容在选择时，一般可按下列顺序考虑:(1)通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容;(2)通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容;(3)通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择课题四数控加工工艺与编程简介上一页下一页返回

一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些内容不宜选择采用数控加工:(1)占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容;(2)加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床来加工;(3)按某些特定的制造依据(如样板等)加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易于与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。课题四数控加工工艺与编程简介上一页下一页返回二、数控加工工艺性分析

被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广，下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。

1.尺寸标注应符合数控加工的特点在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸。

2.几何要素的条件应完整、准确在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。课题四数控加工工艺与编程简介上一页下一页返回

3.定位基准可靠在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台。为增加定位的稳定性，可在底面增加一工艺凸台。在完成定位加工后再除去。

4.统一几何类型及尺寸零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称，便于利用数控机床的镜向加工功能来编程.以节省编程时间课题四数控加工工艺与编程简介上一页下一页返回三、数控加工工艺路线的设计数控加工工艺路线设计与通用机床加艺路线设计的主要区别，在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工工的整个工艺过程中，因而要与其他加工艺衔接好常见工艺流程.课题四数控加工工艺与编程简介上一页下一页返回

1.工序的划分根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行:(1)以一次安装、加工作为一道工序。这种方法适合于加工内容较少的零件后就能达到待检状态。

(2)以同一把刀具加工的内容划分工序。

(3)以加工部位划分工序。

(4)以粗、精加工划分工序课题四数控加工工艺与编程简介上一页下一页返回

2.顺序的安排顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。顺序安排一般应按以下原则进行:(1)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也应综合考虑;(2)先进行内腔加工，后进行外形加工;(3)以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数;课题四数控加工工艺与编程简介上一页下一页返回3.数控加工工艺与普通工序的衔接数控加工工序前后一般都穿插有其他普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。四、数控机床坐标系1.数控机床坐标系的规定原则(1)右手直角坐标系。标准的坐标系为右手直角坐标系(2)刀具运动坐标与工件运动坐标。数控机床的坐标系是机床运动部件进给运动的坐标系。(3)运动的正方向。运动的正方向是使刀具与工件之间距离增大的方向。课题四数控加工工艺与编程简介上一页下一页返回

2.坐标轴确定的方法及步骤（1）Z轴。一般主轴轴线为Z轴，取刀具远离工件方向为正向(+Z)，。

(2)X轴。X轴一般位于平行工件装卜面的水平面内。对于工件作回转切削运动的机床(如车、磨床)，在水平面内取垂直于工件回转轴线(Z轴)的方向为X轴，刀具远离工件方向为正向。对刀具作回转切削运动的机床(如铣床、锁床)，当z轴竖直(立式)时，人面对主轴，向右为正X方向当Z轴水平(卧式)时，则向左为正X方向.课题四数控加工工艺与编程简介上一页下一页返回3.数控机床的两种坐标系数控机床坐标系包括机床坐标系和工件坐标系两种。(1)机床坐标系。机床坐标系又称为机械坐标系，是机床运动部件的进给运动坐标系.(2)工件坐标系。工件坐标系又称编程坐标系，供编程用4.绝对坐标与相对坐标运动轨迹坐标相对于起点计量的坐标系，称为相对坐标系(或增量坐标系)。所有坐标点的坐标值均从某一固定坐标原点计量的坐标系在中的A,B两点)若以绝对坐标计，称为绝对坐标系。则有XA-30,YA-35.}B=10,YB=15课题四数控加工工艺与编程简介上一页下一页返回五、数控编程代码1.穿孔带及其代码记录数控加工_程序的控制介质，早期都用穿孔纸八单位穿孔纸带常用于数控机床，其尺寸规格2.数控编程中的指令代码

(1)准备功能G,指令

(2)辅助功能指令。辅助功能指令也有M00一M99，共计100种，。M指令又分为模态指令与非模态指令。课题四数控加工工艺与编程简介上一页下一页返回主轴上换来的新刀号及换回刀库上的刀具号，均在PC内部相应的存储单元进行记忆。随机换刀控制方式需要在PC内部设置一个模拟刀库的数据表，其长度和表内设置的数据与刀库的位置数和刀具号相对应。这种方法主要用于由软件完成的选刀场合，从而消除了由于识刀装置的稳定性、可靠性所带来的选刀失误。课题四数控加工工艺与编程简介上一页下一页返回主轴上换来的新刀号及换回刀库上的刀具号，均在PC内部相应的存储单元进行记忆。随机换刀控制方式需要在PC内部设置一个模拟刀库的数据表，其长度和表内设置的数据与刀库的位置数和刀具号相对应。这种方法主要用于由软件完成的选刀场合，从而消除了由于识刀装置的稳定性、可靠性所带来的选刀失误。六、课题实施数控车床编程案例1

编制图8-24所示工件的数控加工程序，不要求切断，1#外圆刀，2#螺纹刀,3#切槽刀，切槽刀宽度4mm，毛坯直径32mm。课题四数控加工工艺与编程简介上一页下一页返回1.首先根据图纸要求按先主后次的加工原则，确定工艺路线

(1)加工外圆与端面。

(2)切槽。

(3)车螺纹。

2.选择刀具，对刀，确定工件原点根据加工要求需选用3把刀具，TO1号刀车外圆与端面，T02号刀车螺纹，T03号刀切槽。用碰刀法刘一刀以确定工件原点，此例中工件原点位于最左面。

3.确定切削用量

(1)加工外圆与端面，主轴转速630rpm，进给速度150mm/min

课题四数控加工工艺与编程简介上一页下一页返回(2)切断，主轴转速315rpm，进给速度150mm/min(3)车螺纹，主轴转速200rpm，进给速度200mm/min4.编制加工程序N10G50X502150确定起刀点N20M03S30主轴正转N30T11选用1号一刀，1号一刀补N40C00X33Z60准备加工右端面N80X26N90X24N100X22课题四数控加工工艺与编程简介上一页下一页返回N110X2120圆先车削至211X120G00Z60准备车倒角N130GO1X18F150定位至倒角起点N140COlX20Z59倒角N150Z20车削20圆N160G03X30Z15110K0车削圆弧R5N170GO1X30ZO车削30圆N1R0G00X50Z150回起刀点N190T10N200T33N205M03S315