2_数控铣床加工工艺(4).ppt

1、二、 数控铣床加工程序编制,与加工中心相比，数控铣床除了缺少自动换刀功能及刀库外，其他方面均与加工中心类同，但它主要还是被用来对工件进行铣削加工，这里所说的主要加工对象及分类也是从铣削加工的角度来考虑的。 数控铣床是一种用途广泛的机床，它可以加工平面、内外轮廓、钻孔、铰孔、攻螺纹、镗孔等。 根据机床控制系统的情况，可分两轴、两轴半、三轴或多轴联动控制。,1)平面类零件 加工面平行、垂直于水平面或其加工面与水平面的夹角为定角的零件称为平面类零件。 2)变斜角类零件 加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角类零件。这类零件多数为飞机零件，此外还有检验夹具与装配型架等 3)曲面类（立体类）零件

2、 加工面为空间曲面称为曲面类零件。零件的特点其一是加工面不能展开为平面；其二是加工面与铣刀始终为点接触。此类零件一般采用三坐标数控铣床。,（1）准备功能及辅助功能（2）机床坐标系及工件坐标系,1.机床坐标系 机床上固有的坐标系。机床坐标系的原点由设计厂家在设计机床时确定。 一般情况下，铣床原点的位置可在启动机床后，使机床三个坐标轴的坐标依次运动到其正方向的极限位置确定，机床三个坐标轴所达到的这个位置就是机床坐标系原点 2.工件坐标系 工件坐标系原点在工件上或在夹具的某一点上，由编程人员设定，其位置随工件和夹具在机床工作台上的安装位置而定，所以又叫浮动原点或编程原点，一般在程序开头设置。,（1）

3、G92：坐标系的设定 工件编程坐标系的预置寄存指令，用G92指令指定参考点在工件坐标系中的位置 指令格式：G92 X _ Y_ Z_ * 程序编制时，使用的是工件坐标系，其编程起点即为刀具开始运动的起刀点。但是在开始运动之前，应将工件坐标系告诉系统。通过把编程中起刀点的位置在机床坐标系中设定，将两个坐标系联系起来。 所谓的参考点是指机械上某一特定位置。一般情况下起刀点在参考点位置。,（2）工件坐标系的偏移G54-G59,在FANUC-6M系统中除了用G92设定工件坐标系外，还可以通过G54-G59来设定另外6个工件坐标系。 两者区别在于用G92制定工件坐标系时，用程序指定，而用G54G59指定

4、工件坐标系时要预先通过参数设定后，再用程序调用。, G54-G59指令（原点偏移指令） 工件坐标系设定的另一种常用方法就是采用原点偏移指令。事先用手动（MDI）输入或者程序设定各轴参考点到机床各轴坐标系零点的距离，然后使用G54-G59调用 若在工作台上同时加工多个零件时，可以设定不同的程序原点，可建立G54-G59 6个加工坐标系。其坐标原点可以设在编程的某一固定点上，这样只需按选择的坐标系编程，给程序编制带来方便。G54-G59指令可以使其后的座标值视为加工坐标系16表示的绝对坐标值。 例如：G55 G00 X100.0 Z20.0* 表示该程序中的值是相对于第二坐标系（G55）给出的值。

5、,当选择了工件坐标系的功能后，一般不需G92设定坐标系。如果用G92设定则会移动工件坐标系1-6。勿将G92与G54-G59混用，除非要移动工件坐标系G54-G59。,（3）固定循环指令,（1）固定循环动作 （2）固定循环动作的位置,（4）指令格式,G73:高速深孔加工循环,指令格式: G73 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_ K_； 用于Z轴的间歇进给，使深孔加工容易排屑，减少退刀量。 参数含义： (X、Y)：孔位置数据； Z_：指孔底的坐标值； R_：指定指参考点的位置； Q_：每次切削进给的深度； K ：加工相同距离的多个孔时， 指定循环次数K。,例：加工4个直径为30mm通孔 G90

6、 G00 X0. Y0. Z100. G98 G73 X120. Y-75. Z-46. R2. Q8. F60. Y75. X-120. Y-75. G80 G00 Z200.,G74：反攻丝循环,攻丝反螺纹时主轴反转，到孔底时主轴正转，然后返回； 攻丝时速度倍率不起作用； 使用进给保持时，在全部动作结束前也不停止； 指令格式: G74 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_ K_； 其中P为暂停时间,G76:精镗循环,精镗时，主轴在孔底定向停止，向刀尖反方向移动，然后快速退刀。,指令格式： G76 X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_ F_ K_； Q_：让刀位移量； P_：孔底停留时间；,G8

7、1：钻孔和镗孔循环,G81指令的动作循环包括，X坐标和Y坐标定位、快进、工进和快速返回等动作。G81是常用的钻孔、镗孔固定循环。 指令格式：G81 X_ Y_ Z_ R_ F_ K_ LF,G82(钻孔、镗阶梯孔循环),和G81相同，只是在孔底暂停后上升，由于孔底暂停，在盲孔加工中，可提高孔深的精度。 指令格式： G82 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_ K_ LF,G83：深孔加工循环,深孔加工循环中，每次进刀量用地址Q给出，其值为q增量值。每次进给时，应在距离已加工面d（mm）处将快速进给转换为切削进给。指令格式：G83 X_ Y_ Z_ R_ Q_ F_ K_ LF,G84:攻螺纹循环

8、,从R点到Z点攻丝时，刀具正向进给，主轴正转。到孔底部时，主轴反转，刀具以反进给速度退出。G84指令进给倍率不起作用，进给保持只能在返回动作后执行。 指令格式：G84 X_ Y_ Z_ R_ P_ F_ K_ LF,G85：镗孔循环,指令格式：G85 X_ Y_ Z_ R_ F_ K_ LF G85与G84相同，只是在孔底主轴不反转,G86：镗削循环,指令格式：G86 X_ Y_ Z_ R_ F_ K_ LF 和G81相同，只是在孔底主轴停，然后用快速返回,G87：反镗循环,在X和Y轴定位后，主轴定向停止，然后向刀尖反方向移动q值，再快速进给到孔底（R点）定位。在此位置，刀具向刀尖方向移动q值

9、。主轴正转，在Z轴方向加工到Z点。这时主轴又定向停止，向刀尖反方向位移，然后从孔中退出刀具。返回初始点（只能用G98）后，退回一个位移量，主轴正转，进行下一个程序段的动作。,背镗循环（G87） 指令格式：G87 X_ Y_ Z_ R_ Q_ P_ F_ K_ LF,N001 G92X0Y0Z0；工件坐标系设置在参考点； N002 G90G00Z250.0T11M06； 到换刀点换T11刀具； N003 G43Z0H11；到初始平面，长度补偿； N004 S30M03； 主轴正转； N005 G99G81X400.0Y-350.0Z-153.0R-97.0F120； 定位，钻1孔； N006 Y

10、-550.0； 钻2孔； N007 G98 Y-750.0；钻3孔； N008 G99 X1200.0；钻4孔； N009 Y-550.0； 钻5孔； N010 G98Y-350； 钻6孔； N011 G00X0Y0M05；X、Y坐标返回到参考点，主轴停； N012 G49Z250.0T15M06；到换刀点，取消刀具长度补偿，换T15刀具； N013 G43Z0H15； 到初始平面，并进行刀具长度补偿； N014 S20M03； 主轴正转； .,如图对A、B、C、D四孔进行深孔钻攻螺纹（左旋），编制加工程序,Z,N10 G92 X0 Y0 Z250.0; N15 T01 M06; 在250处换

11、刀 N20 G90 G00 Z150.0;快进到初始平面 N25 G99G73X15.0Y10.0Z-53.0Q5.0R3.0F50; 钻通孔A循环,R平面为工件上表面3mm,刀具伸出下平面4mm,返回到R平面 N30 G98 Y35.0; 钻B孔,返回到初始平面 N35 G99 X50.0; 钻C孔,返回到R平面 N40 G98 X10.0; 钻D孔,返回到初始平面 N45 G00 X0 Y0 Z250.0 T02 M06; N50 Z150.0 S150 M03; N55 G99G74X15.0Y10.0Z-53.0R3.0F150; ；攻A孔螺纹循环,返回到初始平面 N60 G98 Y3

12、5.0; 攻B孔螺纹 N65 G99 X50.0; 攻C孔螺纹 N70 G98 Y10.0; 攻D孔螺纹 N75 G80 G00 X0 Y0 Z250.0 M30;,第五节 程序编制中的工艺分析,数控程序编制首先要解决的问题是数控加工工艺。 内容包括：安排加工工序、确定各工序所用的机床、工夹量具、装夹方法、测量方法、加工余量、切削余量和工时定额等，并把这些内容编制成工艺文件。 工艺文件是生产准备工作的依据，也是组织生产的指导性文件，因此程序编制人员在进行工艺分析时，要充分了解和掌握各种技术资料，如所用机床的说明书、编程手册、切削用量表、标准刀具、夹具手册等，结合生产车间的实际情况，根据被加工工

13、件的材料、轮廓形状等选择合适的机床，制定加工方案。 实践表明：工艺安排合理与否直接影响到被加工件的质量、生产效率及加工成本等，因此程序编制中的工艺分析是一项十分重要的工作。,一、数控机床的合理选用,在选用机床时，应遵循既要满足使用要求，又要经济合理的原则。 机床的规格要与加工零件相适应，机床的生产率应与加工零件的生产类型相适应，机床的加工精度应与零件的质量要求相适应。 概括地讲，应根据零件的表面加工方法、零件的表面形状与尺寸、加工成本、加工精度与粗糙度、零件的复杂程度等要求选择适合加工该零件的数控机床。,二、数控加工零件的工艺性分析,1. 零件图的几何尺寸标注及轮廓的几何要素 （1）要彻底读董

14、图样 （2）要分析透零件的加工工艺性 （3）研究分析零件的精度 （4）研究分析零件的刚性 （5）研究分析零件的定位基准 （6）研究零件的毛坯和材料,三、工序和工步的划分,1划分工序 在划分工序时，一定要视零件的结构与工艺性、机床的功能、零件数控加工内容、安装 次数及本单位的生产组织情况等。有些工件的加工工序可以比较集中，有些工件则应采用工序分散的原则。 一般工序划分有以下几种方式： 1)以一次安装、加工作为一道工序。 2)以加工部位划分工序。 3)以粗、精加工划分工序。,2划分工步 工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。

15、为了便于分析和描述较复杂的工序；在工序内又细分为工步。下面以加工中心为例来说明工步划分的原则： 1) 同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成全部加工表面，按先粗后精加工分开进行。 2) 对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔。 3) 某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。 总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。,四、零件的安装及其夹具的选择,1定位安装的基本原则 在数控机床上加工零件时，定位安装的基本原则与普通机床相同，也要合理选择定位基准和夹紧方案。为了提高数控机床的效率，在确定定位基准与夹紧方案时应

16、注意以下三点： 1) 力求设计、工艺与编程计算的基准统一。 2) 尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。 3) 避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。,2选择夹具的基本原则 两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。 除此之外，还要考虑以下四点： 1) 当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具。 2) 在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3) 零件的装卸要快速、方便、可靠。 4) 夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，其定位、夹紧机构元件不能

17、影响加工中的走刀。,五、刀具的选择与切削用量的确定,刀具的选择 数控加工对刀具的刚度、耐用度要求都较高。 编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。 选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。,切削用量的确定,切削用量是指主轴转速、进给速度和切削深度。 进给速度主要受工件的加工精度、表面粗糙度和刀具、工件材料的影响，最大进给速度还受到机床刚度和进给系统性能的制约。 加工精度、表面粗糙度要求高时，进给速度值应取小一些。 切削深度的确定：在系统刚度允许的情况下，尽量选择切削深度等于加工余量，以减少加工次数、提高加工效率。 对加工精度和表面粗糙度质量要求

18、较高的工件，应留出精加工余量。,六、对刀点和换刀点确定 对刀点是刀具相对零件运动的起点，也是程序的起点。对刀点选定后，便确定了机床坐标系和零件坐标系之间的相互位置关系。 对刀点选择的原则： 为提高零件的加工精度，应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上； 对刀点应选在对刀方便的位置，便于观察和检测； 对于建立了绝对坐标系统的数控机床，最好选在坐标系的原点上，或选在已知坐标值的点上； 在加工中心机床上，换刀点位置应在工件的外部的合适位置，避免换刀时刀具与工件、夹具和机床相碰。,刀具在机床上的位置是由“刀位点”的位置来表示的。 平头立铣刀、端铣刀类刀具的刀位点在底面中心； 钻头的刀位点为钻尖； 球头铣

19、刀的刀位点为球心； 车刀和镗刀类刀具的刀位点为刀尖。 对刀时，应使“刀位点”与“对刀点”重合。,七、加工路线的确定,应在保证零件加工精度和表面粗糙度前提下，充分发挥数控机床的效能。 确定加工路线时应考虑以下几点： 应尽量减少进、退刀时间和其他辅助时间； 在铣削零件轮廓时，要尽量采用顺铣加工方式，以减小机床的颤振，降低零件的表面粗糙度，提高加工精度； 选择合理的进、退刀位置，尽量避免沿零件轮廓法向切人和进给中途停顿。进、退刀位置应选在不重要的位置； 加工路线一般是先加工外轮廓，再加工内轮廓。,第六节 程序编制中的数学处理,程序编制中的数学处理的任务： 根据零件图纸要求，按照已定加工路线和程序允许

20、误差，计算出数控系统所需输入数据，称为数学处理或数值计算。 具体地说，数学处理就是计算出零件轮廓上或刀具刀位轨迹上一些点的坐标数据、增量数据。 数学处理的内容繁简悬殊甚大,2.3.1 数值计算的主要内容,基点坐标的计算 通常把零件轮廓的各几何元素间的连接点称为基点 节点坐标的计算 CNC系统均具有直线和圆弧插补功能，有的还有抛物线插补等功能。当加工非圆曲线轮廓时，常用直线或圆弧逼近。这种人为的逼近线段的交点称为节点。编程时就要计算出各线段长度和节点坐标值 刀具中心轨迹的计算 全功能CNC系统具有完善的刀具补偿功能。而有的经济型数控系统没有刀具补偿功能。,（1）基点坐标的计算 通常把零件轮廓的各

21、几何元素间的连接点称为基点。 （2）节点坐标的计算 CNC系统均具有直线和圆弧插补功能，有的还有抛物线插补等功能。当加工非圆曲线轮廓时，常用直线或圆弧逼近。这种人为的逼近线段的交点称为节点。编程时就要计算出各线段长度和节点坐标值 （3）刀具中心轨迹的计算 全功能CNC系统具有完善的刀具补偿功能。而有的经济型数控系统没有刀具补偿功能。,（4）辅助计算 辅助计算是为编制特定数控机床加工程序准备输入数据。根据不同的系统其内容也不相同。 增量计算 脉冲数计算 大多数CNC系统均可用小数点编程，而抵挡数控系统不具有小数点编程功能就需要 辅助程序段的数值计算 由对刀点到切入点的切入程序，切出点返回到对刀点

22、的返回程序尖角过度程序,2.3.3 非圆曲线的节点计算,（1）等间距法(相当于弦线插补) 已知工件轮廓曲线的方程式为y=f(x)，它是一条连续的曲线。等间距法是将曲线的某一坐标轴分成等间距然后求出曲线上相应的节点A、B、C、D、E等的x、y坐标。 在极坐标中，间距用相邻节点间的转角坐标增量或向径坐标增量相等的值确定,2.3.3.1 用直线来逼近非圆曲线,（2）等误差法,等误差拟合轮廓曲线时，使每段的逼近误差相等且小于等于允许误差。这种方法确定各程序段长度不等，程序段数目最少。但其计算过程较复杂。,（3）等弦长直线逼近法,每个程序段的直线段长度相等。由于零件轮廓曲线各处的曲率不同，因此，各段逼近

23、误差不相等，必须使最大误差仍小于编程允许误差。 一般说来，零件轮廓曲线的曲率半径最小的地方，逼近误差最大。据此，先确定曲率半径最小的位置。然后在该处按照逼近误差小于等于的条件求出逼近直线段的长度，用此弦长分割零件的轮廓曲线，即可求出各节点的坐标。,2.3.3.2 用圆弧来逼近轮廓的节点计算,（1）用彼此相交的圆弧 圆弧分割法 在曲线y=f(x)是单调的情况。如果曲线不是单调曲线，则应在拐点或凸点处将曲线分段，使曲线为单调曲线。 单调曲线用圆弧分割法计算步骤如下：,第一步：,第二步：,第三步：,（2）用彼此相切的圆弧,特点是逼近轮廓的相邻各圆弧彼此是相切的，最大误差等于编程允许误差。 若曲线上有

24、四个点A、B、C、D，AD段曲线用两个相切圆弧M、N逼近。两圆弧的切点为G。 最大误差发生在B、C两点,2.3.4 列表曲线的插值与拟合,用列表点(离散点)描述的轮廓曲线需要两次逼近(存在二次逼近误差)； 第一次要用数学方程式逼近列表曲线，第二次用插补功能直线或圆弧逼近 列表函数是由离散点定义的曲线，各列表点称为型值点。 (1)牛顿插值法 牛顿插值法，用通过各型值点的插值多项式来拟合各型面曲线，一般选用插值多项式的前三项(抛物线) 逼近精度已能满足要求 适用于型值点比较光顺的情况,（2）圆弧样条（双圆弧法）,是用连续的圆弧逼近列表曲线，此方法具有“保凸”性，可应用在曲率较大的情况，具有计算方法

25、简单以及可以直接用于圆弧插补的数控机床。 双圆弧法是通过连续四个型值点确定中间两个型值点间的几何元素和参数。,第七节 数控加工自动编程,对形状复杂的零件或空间曲面零件，计算非常复杂繁琐，在许多情况下用手工编程几乎是不可能。 在数控机床出现不久，人们就开始了对自动编程方法的研究。 现在国际上流行的数控自动编程语言有上百种，其中最有代表性的当届美国麻省理工学院在1955年研制的自动编程系统，奠定了APT语言自动编程的基础。 目前应用较多的自动编程系统，一种是语言式自动编程系统，另一种式图形交互式自动,MIT于1958年又开发出用于平面曲线加工的自动编程APT， 1962年研究成功用于2-5轴坐标立

26、体曲面的自动编程APT， 1970年研究成功用于自由曲面加工的APT。 世界其他一些国家也相继开发和研究了自己的自动编程系统，如德国的EXAPT、法国的IFAPT、日本的FAFT和HAPT、意大利的MODAPT、中国的SKC和ZCX等。 1985年国际标准化组织发布了NC机床自动编程语言标准(1SO 4342-1985) 。,2.5.1 语言式自动编程的特点,语言式自动编程方法是编程人员根据工件的图样要求，分析其工艺特点，以源程序形式表达出加工的全部内容。 然后再把这些内容全部输入到计算机中进行处理，制作出可以直接用于数控机床的数控加工程序。 源程序是用数控系统规定的语言和语法编写的，如APT

27、语言等。,源程序不能直接被数控机床所接受，必须经过计算机的编译并经后置处理后，才能输出数控加工程序给数控机床。 计算机对源程序的处理方式是编程人员必须一次性将编程信息全部向计算机交待清楚，计算机则对这些信息一次处理完毕，并马上得到结果。,语言式自动编程系统可分为两类： 一类是大而全的系统，如APT系统，其功能齐全，语言词汇较多。其主信息处理已通用化，后置处理相当庞大和完善，它对计算机的配置要求较高。 另一类是小而专的系统，如FAPT系统，其针对性强，使用成本低，可在小型计算机或微型计算机实现，便于在广大的中小企业推广使用。,N01 工件号/1127 ；工件号1127； N02 机床/1，0.0

28、1 ；插补器代码1，脉冲当量0.01; N03 刀具直径/10 ；铣刀直径 10mm N04 允差/0.01 ；程序计算允差0.01 N05 P0=点/0,0,0 ；定义坐标原点； N06 P1=点/65,30,0 ；定义点； N07 P2=点/240,30,0 ； N08 P3=点/240,110,0 ； N09 P4=点/210,140,0 ； N10 P5=点/95,140,0 ； N11 P6=点/65,110,0 ； N12 P7=点/240,240,0 ；,N13 P8点95,110,0 ； N14 L1线P1,P2 ；定义直线； N15 L2线P2,P3 ； N16 L3线P4，

29、P5 ； N17 L4线P6，P1 ； N18 C1圆圆心,P7,半径,30；定义圆； N19 C2圆圆心,P8,半径,30； N20 起刀点0,0,10 ；铣刀端面中心位置； N21 进速l ；第一级速度； N22 法向走到,L1 ；起始点走到L1； N23 进速2 ；换加工速度； N24 走增量0,0,-15 ；刀具切入深度15mm;,N25 向右/L1,L2 ；刀具向右拐沿L1走上L2； N26 向左/L2,C1 ；刀具向左拐沿L2走上C1； N27 向左/C1,L3 ；刀具向左拐沿C1走上上3； N28 向左/L3,C2 ；刀具向左拐沿L3走上C2； N29 向前/C2,L4 ；刀具切

30、入并沿C2走上L4； N30 向前/L4,L1 ；刀具切出并沿L4走上L1； N31 进速/1 ；换第一级速度； N32 走增量/0,0,15 ；沿Z轴正方向移动15mm; N33 退刀点/0,0,10 ；回到起刀点； N34 停车 ； N35 程序完 ；全部程序结束。,2.5.2 图形交互自动编程,是通过专用的计算机软件来实现一种计算机辅助编程技术。 通常以机械设计计算机辅助设计软件为基础，利用CAD软件的图形编辑功能，将零件的几何图形绘制到计算机上，形成零件的图形文件； 然后再调用数控编程模块，在计算机屏幕上指定被加工的部位，再输入相应的加工工艺参数，计算机便可自动进行必要的数学处理，并编制出数控加工程序，同时在计算机屏幕上动态显示出刀具的加工轨迹。,（一）图形交互自动编程的特点,（1）该方法简便、直观、准确、便于检查的优点。 （2）和相应的CAD软件有机地连接在一起，有利于CAD/CAM一体化 （3）整个过程都是交互进行的，这种方法简单易学，在编程过程中可以随时发现问题，并进行必要修改 （4）编程过程中，图形数据的提取、节点数据的计算、程序的编制和输出都是由计算机自动进行的。因此，编程速度快、效率高、准确性高。 （5）此类软件通常在通用计算机上运行，不需要专用的编程机，所以非常便于普及和推广。,（1）零件图样及