第四章数控编程与操作.ppt

1、第四章数控铣床和加工中心编程，数控铣床主要是用铣床方式加工工件的数控机床。 其加工功能强，能加工各种平面、槽、螺旋槽、成形表面、平面曲线、空间曲线等复杂模面。 结合合适的工具，数控铣床也可将零件用于钻头、扩张、铰刀、镗孔和镗削加工、攻丝等。 加工中心主要用于箱形零件和复杂的曲面零件的加工，加工中心具有多种更换功能和自动工作台更换装置(APC )，工件一次卡盘后，就可以实现零件的铣削、钻孔、镗削、铰刀、攻丝等多工序加工，自动化程度和作业效率大幅度提高数控铣床与加工中心有如此密切的关系，本章将两者融合在一起进行介绍。 关于一般的命令和功能，两者是相同的。4.1数控加工概要、4.1.1铣床的分类立式

2、数控铣床卧式数控铣床立、卧两用数控铣床龙门数控铣床(数控龙门铣床)万能数控铣床、图4-1NC铣床主轴配置形式的概略图、图4-2卧两用数控铣床、 图4-3NC龙门铣床及其铣床附件4.1.2铣床的加工对象数控铣床加工是机械加工中最常用的加工方法之一，可以加工：平面类零件为倒角类零件的曲面类零件孔类零件，图4-4平面类零件，图4-5曲面类零件，4.2数控加工中心概要加工中心(Machining Center，MC )是一种具备刀具库，能自动更换刀具，对工件进行多工序加工的数控机床。 一般的加工中心是三轴连动，三轴连动以上是高级加工中心。 4.2.1加工中心的特征、分类和使用范围1 .加工中心的特征有

3、自动交换装置。 用一次卡盘就能完成铣削、钻孔、扩张、铰刀、镗削、攻丝等加工，工序集中。 一些加工中心带有自动摆动角的主轴。 工件在一次安装卡盘后，自动完成多个平面和多个角度位置的加工，避免了卡盘重复引起的定位误差。 很多加工中心都有自动交换台。 一个工件加工的同时，另一个工作台实现了工件的卡盘，大幅度缩短辅助时间，提高加工效率。 2 .加工中心的分类按主轴加工时的空间位置进行分类。 (1)立式加工中心立式加工中心的主轴位于垂直位置。 适合完成铣削、镗削、钻头、攻丝、攻丝等工序，加工盘组类零件。 (2)卧式加工中心的卧式加工中心主轴处于水平位置，通常带自动分度的转台一般有35个运动坐标，可以用一

4、次卡盘加工除了安装面和上表面之外的其馀4个表面。 图4-6立式加工中心、图4-7卧式加工中心、卧式加工中心适用于箱形部件的加工，特别适用于箱形部件的孔和型腔有位置公差要求，孔、型腔和基准面(底面)有严格尺寸精度要求的部件的加工。 (3)门形加工中心门形加工中心的形状与门形数控铣床相似，主轴多垂直设置，除了自动换刀装置外，还有可换的主轴头附件，数控装置的功能比较完备，通用性高，适用于大型和形状复杂的零件加工。 3、加工中心的使用范围(1)需要加工平面和加工孔系的零件(2)需要多站加工的零件(3)结构形状复杂的零件(4)加工精度高的中小批量零件、4.2.2镗削铣床和加工中心的工具数控镗削铣床和机床

5、分为固定式和组合式。 刀柄和主轴孔的配合锥面一般采用724的锥形刀柄。 该锥柄未自锁，刀刃更换容易，与直柄相比具有更高的定心精度和刚性。 刀柄用别针固定在主轴上。刀具锥形柄和拉链螺栓的结构和尺寸已标准化和系列化，我国使用最广泛的是BT40和BT50系列的刀柄和拉链螺栓。 图4-12刀柄和刀刃的夹持方式，4.2.3加工中心附属机外对刀机是加工中心的重要附属设备，加工时使用的所有刀具，在进入机床的刀库之前都使用对刀机进行对刀，使刀具的半径和长度4.3数控铣床加工技术、数控铣床具有丰富的加工功能和广泛的加工技术范围，面临的技术问题也很多。 在开始编制铣床加工程序之前，要仔细分析数控铣床加工的技术性，

6、把握铣床加工的技术装备的特点，以保证充分发挥数控机床的加工功能。 4.3.1铣削加工技术性分析数控铣削加工技术性分析是编程前的重要工艺准备之一，根据加工实践，数控铣削加工技术分析主要解决以下几个方面的问题。 1、在选择确定数控铣床加工部位和工序内容时，在选择数控铣床加工内容时，必须充分发挥数控铣床的优势和重要作用。 主要选择的加工内容如下。 工件上曲线的轮廓。 给出了数学模型的空间曲面。 形状复杂、尺寸多、刻划和检查困难的地方。 用通用铣床加工时，很难观察、测量和控制进给的内外槽。 尺寸协调的高精度孔和面。 一次安装就能同时铣削的简单表面和形状。 用数控铣削方式加工时，生产率倍增，大幅度减轻了

7、劳动强度的一般加工内容。 2 .零件图案的工艺性分析根据NC铣削加工的特征进行零件图案的工艺性分析时，主要要分析考虑以下问题。 (1)零件图案尺寸的正确标记(2)统一内壁圆弧的尺寸，统一图4-17内壁圆弧的半径，统一图4-18内壁和底面圆弧的半径，3 .如果不统一定位基准，用数控加工进行统一，会因工件的二次卡盘而产生加工轮廓的位置和尺寸误差。 另外，为零件选择适当的结构(孔、凸台等)作为定位基准，根据需要设定工艺结构作为定位基准，或对表面进行精加工，作为统一基准，减少由二次卡盘引起的误差。 4 .分析零件的变形情况，对工件加工时的变形进行铣削加工会影响加工质量。 这种情况下，可以采用通常的方法

8、，例如粗、精分离、对称的切削残留法等，也可以采用热处理的方法，例如对钢材进行调质处理，对铝铸造材料进行退火处理等。 在加工薄板时，切削力或薄板的弹性退避容易发生切削面的振动，难以保证薄板的厚度尺寸公差或表面粗糙度的情况下，请考虑适当的工件卡盘方式。 4.3.2确定铣削加工工艺确定数控铣削加工工艺是制定铣削加工工艺的重要内容之一，主要包括各加工表面加工方法的选择、加工阶段加工工艺的划分及加工工艺的确定。 其中加工方法的选择和工序划分参照第一单元的工艺设计部分，这里重点介绍数控铣削加工路线的确定。 1、保证零件的加工精度和表面粗糙度(1)最终轮廓一次走刀完成(2)选择切入方向(3)避免机械进给系统

9、的背间隙对加工精度的影响(4)选择使工件在加工后变形的路径，(4-22背间隙对加工精度的影响求最短加工路径(3)铣削曲面加工路径分析在实际生产中，加工路径的确定必须根据零件的具体结构特征，综合考虑和利用。 确定加工路径的基本原则是在保证零件的加工精度和表面质量的条件下，尽量缩短加工路径，提高生产效率。图4-24的曲面加工的加工路径、4.3.3夹具和卡盘方式的NC铣削加工卡盘方式的选定时期主要考虑以下几点。 尽可能一次性夹紧后，为了提高加工法的效率，保证加工精度，能加工应加工的表面的全部或大部分。 必须保持最小限度的夹紧变形。 即使采取了相应的措施，也无法控制零件的变形，只能分为粗细、精加工，或

10、者对粗细、精加工采用不同的夹紧力。 尽量采用组合夹具通用夹具，不采用专用夹具。 夹具的结构必须尽可能简单。 夹具的标准化、通用化、自动化对提高加工效率和降低加工成本有很大的影响。 零件的装卸，必须简单可靠地迅速完成零件的定位夹具和拆卸，缩短辅助加工时间。 部件夹具的定位有利于对刀仪。 夹紧机构和其他零件不影响进给，开放加工部位，防止加工路径中的工具和夹具零件干涉。 4.3.4铣削刀具的选定NC铣削加工中使用的工具主要有立铣刀，铣刀、立铣刀、球头铣刀、三面刃盘铣刀、环形铣刀等，另外还有钻头(锪孔、铰刀、镗削等)、攻丝等孔加工工具。 下面主要介绍数控铣削中常用的铣刀。 图4-26面立铣刀，图4-2

11、7立铣刀，图4-28机夹头式球头立铣刀，图4-30加工形状和立铣刀的选择，4.3.5铣削加工切削量的选择，1 .后刀量和侧刀量的确定，2 .进给速度的确定，进给速度f为刀具关于多齿工具，进给速度f、工具转速n、工具齿数z和无齿进给量fz的关系为F=nzfz，3 .底切和底切，(a )底切(b )底切图4-32 .过切和底切，4 .切削速度的确定、切削可以用经验公式计算，也可以根据所选的倒刀量、进给速度、刀具的耐久性，在机床允许的切削速度范围内进行调查，还可以参考切削使用手册的选择。 重要的是，切削使用量的选择可以参照切削使用量手册和相关资料来确定，但对于某些特定的零件，用该方法确定的切削使用量

12、不一定是理想的，有时需要结合实际进行试验来确定理想的切削使用量。 因此，有必要在实践中继续进行总结和完善。 一般工件材料的铣削速度参考值如表4-3所示。 5、主轴转速的确定，主轴转速n可根据切削速度和刀具直径用下式计算：式中，n是主轴转速，r/min； vc为切削速度，m/min； d是工具直径，毫米。4.3.6典型零件的NC铣削技术分析如图4-33所示，是槽形凸轮零件，铣削加工前，该零件是加工过的圆盘，圆盘直径为 280mm，有两个基准孔 35mm和 12mm。 有 35mm和 12mm的定位孔，x面已经加工完毕，本工序在铣床上加工槽。 这个零件的材料是HT200，分析了数控铣削加工技术。图

13、4-33槽型凸轮零件、1-开口垫圈2-带螺纹圆柱销3-按压螺母4-带螺纹销5-垫圈6-工件7-垫块图4-34凸轮加工安装图、4.4NC铣削加工的编程点和指令、NC铣削加工为平面包括二维轮廓的铣削加工、平面型腔的铣削加工、孔加工、螺纹加工、箱形零件的加工以及三维复杂面的铣削加工，这些加工一般在数控镗削铣床和镗削加工中心进行，其中具有复杂曲线轮廓的外形铣削， 复杂的模腔铣削和三维复杂面的铣削加工必须用CAD/CAM软件编程，由几何线素构成的简单零件加工既可以用手动编程，也可以采用图形编程和计算机辅助NC编程本节通过实例介绍了数控铣削加工的手动编程要点和一般指令。4.4.1铣床的编程基础，1 .数控

14、镗刀加工中的基本工艺问题(1)工件坐标系的确定和程序原点的设定工件坐标系采用与机床运动坐标系一致的坐标方向，工件坐标系的原点(即程序原点)为测量和对刀仪选择方便的基准位置(2)在确定安全高度铣削加工中，起点和终点必须远离加工零件上表面的安全高度，保证刀具在停止的状态下不与加工零件和夹具碰撞。 在安全高度位置上刀具中心(或前端)所在的平面，如图所示也称为安全面。 (3)进刀/进刀方式的决定铣削加工、刀具切入工件的方式，不仅关系到加工质量，也直接关系到加工的安全。 在二维轮廓加工中，为了避免垂直进刀，通常需要侧进刀或切向进刀，如图4图36所示。 退刀方法也必须从侧方或切线方向退刀。 工具从安全面的

15、高度下降到切削高度时，离工件的边缘保持距离，直接贴上加工零件的理论轮廓，不能避免危险。 下刃运动的过程不是快速(G00 )运动，而是直线插值(G01 )运动。 (4)刀具半径修正的制作二维轮廓加工一般采用刀具半径修正。 在创建刀具半径补偿之前，刀具必须离开零件轮廓，与选定的进刀点和进刀方法进行调整，以确保刀具半径补偿有效。 其中a是合理的方式，b是不合理的方式。 必须在线性插值段内创建和取消刀具半径补偿。 (5)在确定刀具半径铣削加工中，精加工刀具半径的选择主要基于零件的加工轮廓和加工轮廓的凹陷的最小曲率半径或圆弧半径，刀具半径必须小于该最小曲率半径的值。 另外，为了不用大工具加工小零件，也要

16、考虑工具的尺寸和零件的尺寸的协调。 4.4.2常用基本指令，1 .坐标系相关指令(1)作业坐标系设定指令G92形式： G92X_Y_Z_； 例如G92X200.0Y200.0 Z200.0； 含义：刀具起点位于工作坐标系中坐标值为(X200，Y200，Z200 )的点。 加工时，刀具必须首先位于刀具的起点。 (2)作业坐标系的原点设定选择指令G54G59如图4-41所示，铣床的情况下用G54设定原点，铣削槽的情况下用G55设定原点，编程的情况下很方便。 工件可以设定G54G59共计6个工作坐标系原点。 工作原点数据值可以通过CRT/MDI方式输入到机床的偏移寄存器中，编程时不反映操作。 该指令

17、要求机床具有机械原点。图4-41工件坐标系原点的设定、(3)极坐标系选择G15 :极坐标系指令取消。 G16 :通过极坐标系指令极坐标系极坐标平面选择用指令G17/G18/G19指定。 在指定的平面内，第一轴命令指定矢量直径，第二轴命令指定极角。 如XY平面，x表示矢量直径指令，y表示极角指令。 第一轴从开始位置逆时针向极角正方向旋转。 矢量直径和极角都可以用绝对值方式G90和增量值方式G91编程。 用G90方式编程时，当前坐标系的零点为极坐标系的中心。 如果以G91方式编程，极坐标系的中心是前一段中刀具的运动终点。 2 .绝对值坐标指令G90和增量值坐标指令G91 编程时要注意G90、G91模式间的转换。 使用G90、G91时，没有混合编程。 3 .平面选择指令G17、G18、G19平面选择指令G17、G18、G19分别用于指定程序中刀具的圆弧插值平面和刀具半径补偿平面。 其中，G17指定XY平面，G18指定ZX平面G19指定YZ平面。 数控镗削加工中心的初始状态为G17。 4 .快速点定位指令G00、直线插值