第三章 数控编程基础知识—数控编程工艺及指令代码

第一节数控机床的坐标系一、坐标系及运动方向1)刀具相对于静止工件而运动的原则2)标准坐标系(右手坐标系)的规定原则3)坐标轴正负的规定——刀具与工件之间距离增大的方向规定为轴的正方向1.坐标系的确定原则22019年8月15日第一节数控机床的坐标系2.机床坐标轴的确定方法Z轴——主轴，X轴——平行于工件的装夹平面（工作台），一般取水平位置。据右手直角坐标系的规定，确定了X和Z坐标轴的方向，自然能确定Y轴的方向。1）车床坐标系2）立式铣床坐标系4）加工中心坐标系32019年8月15日第一节数控机床的坐标系车床坐标系42019年8月15日第一节数控机床的坐标系立铣床坐标系52019年8月15日第一节数控机床的坐标系立式数控铣床62019年8月15日第一节数控机床的坐标系卧式数控铣床72019年8月15日第一节数控机床的坐标系固定立柱立式加工中心82019年8月15日第一节数控机床的坐标系二、数控机床的两种坐标系1.机床坐标系也称机械原点、参考点或零点。例子：车床加工中心数控车床坐标系的原点2.工件坐标系（编程坐标系）数控车削工件坐标系的原点数控铣削工件坐标系的原点92019年8月15日第一节数控机床的坐标系2.相对坐标表示法大多数用G91表示，有的用X、Y、Z表示绝对坐标，用U、V、W表示相对坐标。三、绝对坐标和相对坐标1.绝对坐标表示法大多数用G90表示。绝对坐标表示法相对坐标表示法102019年8月15日第二节数控编程与工艺参数一、编程的一般步骤（手工编程）1．确定工艺过程1)通过对工件进行工艺分析，拟定加工工艺路线，划分加工工序；选择机床、夹具和刀具；2)确定定位基准和切削用量。2．计算刀具轨迹坐标值先确定工件坐标系；随后计算待加工轮廓上各几何元节点坐标值。3．编写加工程序112019年8月15日第二节数控编程与工艺参数4．程序输入数控系统5．程序调试与检验二种方法：1）图形模拟显示刀具轨迹2）机床空运行来检验刀轨3）单步执行、试切削工件一种是通过操作面板上的按钮直接把程序输入数控系统；另一种是通过计算机RS232接口与数控机床连接传送程序（一次性传输或在线加工）。122019年8月15日第二节数控编程与工艺参数二、切削用量的选择原则数控车削切削用量：切削速度Vc(或主轴转速n)、切削深度ap和进给量f合理选择原则是：粗加工时，以提高劳动生产率为主，选用较大的切削量；半精加工和精加工时，选用较小的切削量，保证工件的加工质量。1．数控车床切削用量1）切削深度ap在工艺系统刚性和机床功率允许的条件下，尽可能选取较大的切削深度，以减少进给次数。留有精加工余量，一般为0.1～0.5mm。计算公式：ap=2mwdd132019年8月15日第二节数控编程与工艺参数2）切削速度Vc①车削光轴时切削速度由工件材料、刀具的材料及加工性质等因素所确定，可查表。计算公式：Vc=1000dn式中：d—工件或刀尖的回转直径，单位mm;n—工件或刀具的转速，单位r/min②切削螺纹时主轴转速n与加工工件的螺距（或导程）大小有关。142019年8月15日第二节数控编程与工艺参数3）进给速度Vf⑴确定进给速度的原则①工件的加工质量能得到保证时，为提高生产率可选择较高的进给速度。②切断、车削深孔或精车时，选择较低的进给速度。③刀具空行程尽量选用高的进给速度。④进给速度应与主轴转速和切削深度相适应。⑵进给速度Vf的计算Vf=nf式中：n—车床主轴的转速，单位r/min;f—刀具的进给量，单位mm/r。152019年8月15日第二节数控编程与工艺参数2．数控铣床切削用量选择数控铣削切削用量：切削速度vc、进给速度vf、背吃刀量ap和侧吃刀量ac。选择方法：考虑刀具的耐用度，先选取背吃刀量或侧吃刀量，其次确定进给速度，最后确定切削速度。1)背吃刀量ap（端铣）或侧吃刀量ac（圆周铣）背吃刀量ap为平行于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm，端铣时ap为切削层深度，圆周铣削时ap为被加工表面的宽度。侧吃刀量ac为垂直于铣刀轴线测量的切削层尺寸，单位为mm，端铣时ac为被加工表面宽度，圆周铣削时ac为切削层深度。162019年8月15日铣刀铣削用量172019年8月15日第二节数控编程与工艺参数2)进给速度vf铣刀转速n、铣刀齿数Z及每齿进给量fz(单位为mm/z)有关：进給速度的计算公式：vf=fzZn3)切削速度铣削的切削速度与刀具耐用度T、每齿进给量fz、背吃刀量ap、侧吃刀量ac以及铣刀齿数Z成反比，与铣刀直径d成正比。182019年8月15日第三节数控加工工艺过程一、数控机床加工工艺分析工艺涉及面广，影响因素多，更应考虑数控机床的加工特点。统一基准标注方法分散基准标注方法1.分析零件图中的尺寸标注方法1）统一基准标注方法——方便编程，同时能保持设计基准、工艺基准、测量基准与工件原点设置的一致性。2）局部分散的标注方法（设计人员用，较多考虑装配与使用特性方面的因素）——给工序安排与数控编程带来许多不便。统一基准标注方法分散基准标注方法192019年8月15日第三节数控加工工艺过程2．分析构成零件轮廓的几何元素条件数控编程重要依据—零件轮廓的几何元素。手工编程时，计算节点坐标；自动编程时，要定义几何元素。3．分析工件结构的工艺性例如：同一轴上直径差不多的轴肩退刀槽的宽度应尽量统一尺寸。1）工件的内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸2）工件内槽及缘板间的过渡圆角半径不应过小过渡圆角半径反映了刀具直径的大小，当R＜0.2H时(H加工深度/次)，则该部位的加工工艺性较差。202019年8月15日第三节数控加工工艺过程3）工件槽底圆角半径不宜过大槽底圆角半径r越大，铣刀端刃铣削平面的能力就越差，铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D-2r(D为铣刀直径)。4）分析零件定位基准的可靠性统一的定位基准——减少由安装定位误差而导致工件加工的位置误差和形状误差。212019年8月15日第三节数控加工工艺过程二、数控加工工艺路线设计全面考虑，正确划分工序、合理安排数控加工工序与普通工序的衔接。1．工序的划分加工工序更加集中，据数控机床的加工特点，加工工序的划分有以下几种方式：1）根据装夹定位划分工序适应于加工内容不多的工件，将加工部位分为几个部分，每道工序加工其中一部分。如加工外形时，以内腔夹紧；加工内腔时，以外形夹紧。2）按所用刀具划分工序刀具集中原则划分工序。适用于专用数控机床或加工中心。222019年8月15日第三节数控加工工艺过程4）按加工部位划分工序先加工平面、定位面，再加工孔；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，再加工精度较高的部位。总之，要综合考虑工件的结构要求、工件的安装方式、工件的加工工艺性、数控机床的性能以及工厂生产组织与管理等因素。3）以粗、精加工划分工序考虑工件的加工精度，变形等因素，先粗后精。232019年8月15日第三节数控加工工艺过程2.加工顺序的安排保证工件刚度不被破坏，尽量减少变形，因此应遵循以下原则：1）上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，并考虑与普通工序的衔接；2）先加工工件的内腔后加工工件的外轮廓；3）尽量减少重复定位与换刀次数；4）在一次安装加工多道工序中，先安排对工件刚性破坏较小的工序。242019年8月15日第三节数控加工工艺过程3．工件装夹方式的确定1）工件的安装①力求符合设计基准、工艺基准、安装基准和工件坐标系的基准统一原则。②减少装夹次数，尽可能做到在一次装夹后能加工全部待加工表面。③尽可能采用专用夹具，减少占机装夹与调整的时间。2）夹具的选择两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要能协调零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，主要考虑下列几点：252019年8月15日第三节数控加工工艺过程①小批量加工零件，尽量采用组合夹具，可调式夹具以及其它通用夹具；②成批生产考虑采用专用夹具，力求装卸方便；③夹具的定位及夹紧机构元件不能影响刀具的走刀运动；④夹紧力应力求通过靠近主要支承点或在支承点所组成的三角形内；⑤装卸零件要方便可靠，成批生产可采用气动夹具、液压夹具和多工位夹具。262019年8月15日第三节数控加工工艺过程4．对刀点与换刀点的确定1）对刀点：又称起刀点。工件找正，裝夹后，用于确定工件坐标系在机床坐标系中位置的基准点，同时也是数控加工中刀具相对工件运动的起点。确定对刀点的原则：1)工件易找正；2)方便编程计算；3)对刀误差小；4)加工时检查方便、可靠。对刀点可设在被加工的零件上，也可以设在夹具上，但均须与零件编程原点有坐标尺寸联系；对刀点既可与编程原点重合，也可以不重合；对刀时应使对刀点与刀位点重合。272019年8月15日第三节数控加工工艺过程加工中心:1)对刀点最好与工件坐标系重合，最少在X、Y方向上重合，有利于保证对刀精度，减少对刀误差，适合单件试切法加工；2)对刀点也可以和定位基准重合，直接利用定位元件进行对刀，可以避免批量加工时工件尺寸误差影响对刀精度，适合调整法加工成批工件。刀位点：是指刀具的定位基准点。铣刀，球头刀，车刀，钻头。2）换刀点：为加工中心、数控车床等多刀机床编程而设置的。常设置在被加工零件的外面。282019年8月15日第三节数控加工工艺过程3）常用对刀方法（1）用百分表（或千分表）对刀①用磁性表座将百分表（千分表）吸在机床主轴端面上，并低速转动主轴；②用手动操作，使旋转的表头分别靠近X、Y方向的孔壁上，并使表针产生一个预压量；③在X、Y方向上微量移动工作台，使表头旋转一周时，指针摆动量控制在允许的误差范围内，可认为主轴回转轴线与工件孔中心线重合。记下此时机床的X、Y值，用坐标设定指令就可以设定工件坐标系。特点：操作麻烦，效率较低，对刀精度低。292019年8月15日第三节数控加工工艺过程（2）采用碰刀（或试切）方式对刀其操作方法步骤如下：①将刀具安装在主轴上，并使之中速旋转；②分别沿X、Y方向，使刀具靠近工件被测边，直到与工件表面轻微接触；③保持X、Y坐标不变，沿Z向使刀具离开工件表面；④分别沿X、Y方向，使刀具偏置移动一个刀具半径值；⑤此时的X、Y坐标值就是被测边的坐标偏置值，对其进行坐标偏置设置即可。特点：法操作简单，但精度较低，会在工件表面留下刀痕。解决办法：可让刀具离开工件一个距离，用塞尺进行检测，偏置值应包含塞尺厚度。也可以用标准量棒和块规对刀。302019年8月15日第三节数控加工工艺过程（3）采用寻边器（仪）对刀光电式：机械式：上下两部分、中间由弹簧连成整体，上部分夹持在机床主轴上，当主轴回转时，由于离心力的作用，上下部分将会出现偏心，当下部分逐渐靠近工件时，其偏心将会逐渐减小。数控铣床对刀312019年8月15日第三节数控加工工艺过程机内自动对刀机内自动对刀是通过刀尖检测系统实现的，刀尖以设定的速度向接触式传感器接近，当刀尖与传感器接触并发出信号，数控系统立即记下该瞬间的坐标值，并自动修正刀具补偿值。自动对刀激光对刀刀具长度测量与补偿322019年8月15日第三节数控加工工艺过程5．数控机床加工工序和加工路线的设计1）确定加工路线的原则①加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。②设计加工路线要减少空行程时间，提高加工效率。③简化数值计算和减少程序段，降低编程工作量。④据工件的形状、刚度、加工余量、机床系统的刚度等情况，确定循环加工次数。⑤合理设计刀具的切入与切出的方向。单向趋近定位方法，避免传动系统反向间隙引起定位误差。⑥合理选用铣削加工中的顺铣或逆铣方式。顺铣优点多于逆铣。332019年8月15日2）数控机床加工路线第三节数控加工工艺过程①数控车床加工路线数控车床车削端面加工路线如右图所示A-B-C-0p-D，C-0p为刀具切削轨迹，其中A为换刀点，B为切入点，0p为切出点，D为退刀点。数控车削外圆:加工路线为A-B-C-D-E-F，其中A为换刀点，B为切入点，C-D-E为刀具切削轨迹，E为切出点，F为退刀点。数控车床车削端面加工路线数控车床车削外圆加工路线342019年8月15日第三节数控加