数控编程加工入门要点-清华大学出版社

第1章数控编程加工入门要点知识要点数控编程加工一般操作流程型腔模具的加工工艺编制铣削刀具的类型与注意事项加工过程中切削用量的确定UGNX4数控编程加工实例精解·2·1.1数控编程加工一般操作流程数控编程加工的操作过程是指从加载毛坯，定义工序加工的对象，设计刀具，定义加工的方式并生成该相应的加工程式，然后依据加工程式的内容，如加工对象的具体参数、刀具的导动方式、切削步距、主轴转速、进给量、切削角度、进退刀点、干涉面及安全平面等详细内容来确立刀具轨迹的生成方式；仿真加工后对刀具轨迹进行相应的编辑修改、复制等；待所有的刀具轨迹设计合格后，进行后处理生成相应数控系统的加工代码进行DNC传输与数控加工，其具体流程如图1-1所示。导入CAD模型模型分析设置加工坐标系装夹、校正工件设置切削参数生成、检查刀轨生成NC程序图1-1数控加工一般操作流程图1.1.1导入CAD模型导入CAD模型作为数控加工的第一步决定着之后操作的成败与否，其导入模型的收缩率、单位或形状结构等参数必须符合实际要求。用户可以直接打开UG文件，也可以应用【导入】选项，导入合适的CAD文件进行数控加工。1.1.2分析模型加工工艺加工工艺分析就是指对零件的加工顺序进行规划，其具体安排应该根据零件的结构、材料特性、夹紧定位、机床功能、加工部位的数量以及安装次数等进行灵活划分，一般可根据下列方法进行划分：1．刀具集中分序法以应用的刀具进行划分，用同一把刀具加工完成所有可以加工的零件部位。再用第2把或第3把刀具完成它们可以完成的其他部位。这样可减少换刀次数，压缩空白程序的时第1章数控编程加工入门要点·3·间，减少不必要的定位误差。2．加工部位分序法在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，一次装夹应尽可能完成全部工序对于加工部位很多的零件，可按其结构特点将加工部分分成几个部分，如内形、外形、曲面或平面等，但一般应遵从下列原则：一般先加工平面、定位面，后加工孔。先加工简单的几何形状，再加工复杂的几何形状。先加工精度较低的部位，再加工精度要求较高的部位。3．粗、精加工分序法对于易发生加工变形的零件，由于粗加工后可能发生的变形而需要进行校形，故一般来说凡要进行粗、精加工的都要将工序分开。4．保证精度的原则数控加工要求工序尽可能集中，常常粗、精加工在一次装夹下完成，为减少热变形和切削力变形对工件的形状、位置精度、尺寸精度和表面粗糙度的影响，应将粗、精加工分开进行。对轴类或盘类零件，将各处先粗加工，留少量余量精加工，来保证表面质量要求。对一些箱体工件，为保证孔的加工精度，应先加工表面而后加工孔。综上所述，在划分工序时，一般将以上几点都考虑进去，然后再根据实际加工的零件结构进行确定，但一定力求合理。1.1.3设置数控加工原点坐标系建立数控加工坐标系是为了确定刀具或工件在机床中的位置，确定机床运动部件的位置及其运动范围。统一规定数控加工坐标系各轴的含义及其正负方向，可以简化程序编制，并使所编的程序具有互换性。数控机床上的坐标系是采用右手直角笛卡尔坐标系，大拇指的方向为Ｘ轴的正方向，食指为Ｙ轴的正方向，中指为Ｚ轴的正方向，如图1-2所示。图1-2右手直角笛卡尔坐标系工件原点位置是由操作者自己设定的，它在工件装夹完毕后，通过分中与对刀确定。它反映的是工件与机床原点之间的距离位置关系。工件坐标系一旦固定，一般不作改变。UGNX4数控编程加工实例精解·4·如图1-3所示。图1-3工件原点、编辑原点与机械原点1.1.4工件的装夹、校正工件在进行切削加工之前，必须准确可靠地装夹在机床上，用来确定工件在机床上的位置点、线或面，此过程称为定位基准。因为点或线一般由具体的表面体现，所以工件上的定位基准又称定位基准面。装夹是指将工件在机床上或夹具中定位、夹紧的过程，可采用虎钳或加底板抽螺丝等方式装夹。装夹时首先将标准垫块放在虎钳口，并放入工件，接着轻轻锁紧工件，然后通过百分表或千分表进行校正工件的水平和垂直位置。校正工件水平和垂直位置后，再锁紧工件，最后再复核一次工件有没有移位。在确定定位基准与夹紧方案时应注意如下3点：力求设计、工艺、与编程计算的基准统一。尽量减少装夹次数，尽可能做到在一次装夹定位后就能加工出全部待加工的部位。夹具要开畅，其定位、夹紧机构不能影响加工中的走刀，避免刀具与夹紧机构碰撞。碰到此类情况时，可采用虎钳或加底板抽螺丝的方式装夹。1.1.5设置加工切削参数切削参数作为数控加工中的主导关键之一，其设置的可靠与否直接影响到加工效率、刀具寿命或零件精度等问题。在数控加工过程中，并在人机交互状态下即时选择刀具和确定切削用量。因此，编程人员必须熟悉刀具的选择方法和切削用量的确定原则，从而保证零件的加工质量和加工效率，充分发挥数控机床的优点，提高企业的经济效益和生产水平。合理选择切削用量的原则是：（1）粗加工时，为提高效率，在保证刀具、夹具和机床强度钢性足够的条件下，切削用量的选择顺序是：首先把切削深度选大一些，其次选取较大的进给量，然后选适当的切削速度。若加工余量小，切削深度不可能大时，可适当增加进给量。当铣削材料表面有硬皮层（如铸铁）时，一次切削深度应超越硬皮层厚度，使刀具在首次切削时刀刃不易磨损，避免刀具与材料硬皮层直接接触时产生崩刀现象。铣削有色金属时，材料塑性韧性较好，编辑原点工件原点机械原点第1章数控编程加工入门要点·5·硬度较低，切削用量可适当选大，如主轴转速可选较大值。但进给速度不可太大，否则紫铜材料易产生粘刀现象。（2）精加工时，加工余量小，为了保证工件的表面光洁度，尽可能增加切削速度，这时进给量可适当减少。切削用量可根据加工余量和零件的技术要求而定。（3）高速铣削是采用硬质合金刀，在很高的转速下，利用铣削中产生的高温（600℃～1000℃），使工件加工表面软化，而又能充分发挥刀具切削性能的一种高效加工方法。高速铣削时，应根据具体牌号来确定切削用量。（4）主轴转速即主轴转动速度，单位为r/min。其根据刀具直径大小、刀具材料、零件材料等情况设定。计算公式为：1000．D．nmm，D：m，v：r，n：单位刀具直径单位切削速度单位主轴转速min/min/设置主轴转速一般应遵从下列几点：刀具直径越大，为使每刀齿的切削完全，设置主轴转速应越小。刀具直径越小，为保证刀具的钢性，设置主轴转速应越高。刀具材料越硬，为避免刀具刀齿受过慢速影响，冲击刀具，设置主轴转速应越高。切削材料塑性越大，如紫铜电极加工，主轴转速应越高。切削材料硬度大，塑性韧性越小，主轴转速应越小。根据经验值高速钢Φ3～Φ16直径刀具，一般设置主轴转速为500～1800r/min；硬质合金刀具为1500～3000r/min。注：高速加工除外数控机床的控制面板上一般备有主轴转速修调（倍率）开关，可在加工过程中对主轴转速进行整倍数调整。如果选择的是著名厂家生产的刀具，如东芝、日立、三菱、SECO、山特维克等刀具或一些特殊功能的刀具，主轴转速可以参考厂商提供的切削用量计算公式，进行其刀具主轴转速参数值的计算。（5）切削速度切削速度指刀具切削材料时的速度，单位为m/min。切削速度应根据零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及刀具和工件材料来选择。切n：主轴转速，单位r/minv：切削速度，单位m/minD：刀具直径，单位mmUGNX4数控编程加工实例精解·6·削速度的增加也可以提高生产效率。加工表面粗糙度要求低时，切削速度可选择大些；加工材料硬度较高时，可选择较慢的速度，反之相反。在模具加工过程中，切削速度的编程设定值一般比实际加工的速度要大，使实际加工速度调整范围值较大。因为实际加工速度可通过机床控制面板上的修调（倍率）开关进行人工调整，当在实际加工时如果遇到空刀加工，速度可以调整较快一些，提高空刀行进速度，但是最大进给速度要受到设备刚度和进给系统性能等的限制。切削速度参数直接影响加工表面质量，通常看加工情况来判断是否设置合理，一是看材料，看切落的铁屑是否片状，颜色与毛坯是否相仿，如若相仿则设置合理。二是听声音，声音正常，没有工件振动声响则为合理，如出现颗粒、粉末、成紫色、紫红色则表示切削用量不合理或过大，但硬质合金材料除外。1.1.6生成刀轨并检验刀轨生成刀轨是指通过路径轨迹反映模型零件的切削位置（刀具的移动轨迹），UG系统为刀轨的生成提供了颜色的区分，使用户可以清晰地了解到模型零件上各个位置的切削情况，并能有效地防止过切或撞刀的发生，用户可以通过图1-4所示的刀轨查看其切削位置。（a）（b）图1-4查看刀轨从图1-5所示中可以看出创建的刀轨已经与原因模型发生过切现象，这时用户可以通过调整切削边界进而调整刀轨的位置。第1章数控编程加工入门要点·7·（a）（b）图1-5刀轨过切1.1.7NC文件后处理和创建车间工艺文件NC文件是由G、M代码所组成并用于实际机床上加工的程序文件。该文件是数控加工最终所得到的结果，也是直接用于实际生产的程序文件。在应用UG软件直接生成的NC程序一般都需要经过人为的修改，其具体修改内容将在后面的章节中详细介绍。车间工艺文件也就是数控加工程序单，是编程人员与机床操作员之间的交流平台，当编程人员每编完一个模型零件的程序后，在数控加工程序单上填入文件编号、日期、程序名、刀具类型、装夹长度、加工方式、余量和分中方式等参数，一些特殊的工艺要求还需要编程人员与机床操作员相互交流，以求达到共识。数控加工程序单的具体要求如下表所示。数控加工程序单文件编号：日期：年月日编程员：装夹方式：虎钳码板专用夹具其他序号程序名刀具加工方式加工余量备注直径圆角半径装夹长度类型壁余量底部余量12345678UGNX4数控编程加工实例精解·8·9101112安装示意图：取数基准：四边分中基准边续表材料尺寸：材料类型操作员机床编号加工开始时间加工完成时间图形存档程序存档1.2型腔模具的加工工艺编制在模具制造中，每个零件都具有复杂性与特殊性，相互之间具有整体配合性，这给编制模具加工工艺带来了不同的要求，一份好的工艺编制文件，能影响生产成本与产品质量。编制加工工艺的基本原则是，根据公司的人力、物力基础和客户提供的数据或图纸要求，尽快地编制切实可行的工艺文件，制造出高品质的产品，具有可使用性。在这个基本原则构筑的框架中，快、好、省是核心内容，并贯穿于编制的始终。1．快要求在最短的时间内编制出耗时最短的工艺文件，工作中要注意以下4点：工艺员要能够做到熟知本单位的机床设备，技术水平，最好是操作过每一台机床，对加工十分了解，以适应模具零件复杂性与特殊性的要求，做到拿到一份图纸，能够很快地确定最佳加工流程，提高速度。确定合理的最小加工余量。在上下工序，粗精工序之间，留出必要的加工余量，减少各工序的加工时间。由于模具零件多为单件、小批、工艺卡片不能像批量产品一般仔细详尽，但要力求一目了然，没有遗漏，关键工序要交待清楚加工注意事项，写出操作指导，以减少操作者的适应时间，减少加工失误。对于加工过程中需要的夹具、量具、辅助工具应当先行设计，提前做好准备。2．好要求工艺员能够编写出最合理、最佳的工艺文件，预防处理加工过程中出现的问题，第1章数控编程加工入门要点·9·它也是衡量一个工艺员是否优秀的标准之一。主要应注意以下5点：合理的编排热处理工艺。模具产品的一个特点就是材料的机械性能，热处理要求十分严格，凸凹模、固定板等关键零件，在开始阶段要安排退火、改善加工性能，在进行淬火后，要进行时效，消除应力变形。严格区分粗精加工工艺。一般粗、精加工工艺的划分由热处理工艺来决定，在最终热处理后的加工多为精加工。余量要尽量安排在粗加工阶段完成，以减少刀具的损耗和采用电加工的电极损耗。要运用预处理工艺措施。对于一些中间去除材料较多的凹模和凸模等零件，在精加工之前应采用单边留量0.5mm左右，采用先加工出大致形状，然后淬火时效，再精加工的方法，以消除加工内应力变形。适当地留出加工基准。在生产中常会遇见加工基准无法与设计基准重合的问题，这时候，就要预加工一个工艺基准，以便于各工序加工。要采用专业术语。在工艺文件中