第二章数控机床编程2

数控加工工艺基础–无论是普通加工还是数控加工，手工编程还是自动编程，首先遇到的是工艺处理问题。在编程前，必须对所加工的零件进行工艺分析，拟定加工方案，选择合适的刀具和夹具，确定切削用量。在编程中，还需进行工艺处理，如确定对刀点等。因此，数控机床程序编制中的工艺处理是一项十分重要的工作。–数控加工工艺分析的特点数控机床加工程序的编制比普通机床的工艺编制更为复杂。在用通用机床加工时，许多具体的工艺问题，如工步的划分、对刀点、换刀点、走刀路线等在很大程度上都是由操作工人根据自己的经验和习惯自行考虑、决定的，一般无须工艺人员在设计工艺规程时作过多的规定。而在数控加工时，上述这些具体工艺问题，不仅成为数控工艺处理时必须认真考虑的内容，而且还必须正确地选择并编人加工程序中。换言之，本来是由操作工人在加工中灵活掌握并可通过适时调整来处理的许多工艺问题，在数控加工时就转变成为编程人员必须事先具体设计和具体安排的内容。数控加工的工艺处理相当严密。数控机床虽然自动化程度较高，但自适性差。它不可能对加工中出现的问题自由地进行人为调整，尽管现代数控机床在自适应调整方面作了不少改进，但自由度还是不大。因此，在进行数控加工的工艺处理时，必须注意到加工过程中的每一个细节，考虑要十分严密。所以，编程人员不仅必须具备较扎实的工艺基础知识和较丰富的工艺设计经验，而且必须具有严细踏实的工作作风。–数控加工工艺的主要内容选择并确定适合进行数控加工的零件及加工内容；对被加工零件的图纸进行数控工艺分析，明确加工内容和技术要求；确定零件的加工方案，划分和安排加工工序；具体设计数控加工工序。如工步的划分、零件的定位、夹具与刀具的选择、切削用量的确定等；处理特殊的工艺问题，如对刀点、换刀点确定，加工路线确定，刀具补偿，分配加工误差等；处理数控机床上部分工艺指令，编制工艺文件。–数控加工的工艺分析数控加工内容的选择–形状复杂，加工精度要求高，用通用机床无法加工或虽然能加工但很难保证产品质量的零件；–零件上的曲线、曲面轮廓，特别是由数学表达式描绘的复杂曲线或曲面轮廓；–具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件；–必须在一次装夹中合并完成铣、镗、锪、铰或攻螺纹等多工序的零件；–在通用机床上加工时极易受人为因素(如情绪波动、体力强弱、技术水平高低等)干扰，零件价值又高，一旦质量失控便造成重大经济损失的零件；–在通用机床上加工时必须制造复杂的专用工装的零件，或需要作长时间调整的零件；–尺寸精度和相互位置精度要求较高的零件；–采用数控加工能成倍提高生产率，大大减轻体力劳动强度的一般加工内容。零件加工工艺性–零件图样尺寸的正确标注由于加工程序是以准确的坐标点来编制的，因此，各图形几何要素间的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）应明确，各种几何要素的条件要充分，应无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸，这种标注法最能适应数控加工的特点。它既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，在保持设计、工艺、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。–保证基准统一数控加工应采用统一的基准定位，否则会因工件的重新安装而导致加工后的两个面上轮廓位置及尺寸不协调现象。例如，正反两面都采用数控加工的零件，往往会因为零件的重新安装而接不好刀，这时，最好用零件上现有的合适的孔作定位基准孔，即使零件上没有合适的孔，也要想办法专门设置工艺孔作为定位基准。有时还可以考虑在零件轮廓的毛坯上增加工艺凸耳的方法，在凸耳上加工定位孔，在完成加工后再除去。若无法制出工艺孔时，至少也要用经过精加工的零件轮廓基准边定位，以减少两次装夹产生的误差。–尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，当工件的被加工轮廓高度低，转接圆弧半径比较大时，可以采用较大直径的铣刀来加工，减少了加工底板面的次数，表面加工质量也比较好，因此工艺性较好。通常R0.2H（H为被加工轮廓面的最大高度）时，可以判定零件的该部位工艺性不好。铣削零件底面时，槽底圆角半径r不应过大。圆角r越大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率越低，当r大到一定程度时甚至必须用球头铣刀加工，这是应当避免的。因为铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D-2r（D为铣刀直径），当D越大而r越小时，当D越大而r越小时，铣刀端刃铣削平面的面积越大，加工平面的能力越强，工艺性当然也越好。–毛坯结构工艺性毛坯的加工余量应充足和尽量均匀；要分析毛坯的装夹适应性，主要是毛坯在加工时定位和夹紧的可靠性与方便性，以便在一次装夹中加工出尽量多的表面。对于不便装夹的毛坯，可考虑在毛坯上另外增加装夹余量或工艺凸台、工艺凸耳等辅助基准。对图样的工艺性分析与审查，一般是在零件图样和毛坯设计以后进行的，特别是在把原来采用通用机床加工的零件改为数控加工的情况下，零件设计都已经定型，再根据数控加工的特点，对图样或毛坯进行较大更改，一般比较困难。因此，一定要把工作重点放在零件图样初步设计与定型设计之间的工艺性审查与分析上。编程人员不仅要积极参与认真仔细的审查工作，还要与设计人员密切合作，在不损害零件使用性能的前提下，让图样设计更多地满足数控加工工艺的各种要求。–确定工艺路线及加工路线工艺路线的确定–在数控机床加工零件其工序划分方法有：刀具集中分序法粗、精加工分序法根据装夹定位划分工序–总之，在数控机床上加工零件，其加工工序的划分要视加工零件的具体情况具体分析。许多工序的安排是按上述分序方法进行综合安排的。加工路线的确定–所谓加工路线，就是指数控机床在加工过程中，刀具运动的轨迹和方向。即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。每道工序加工路线的确定是非常重要的，因为它与零件的加工精度和表面粗糙度密切相关。–加工路线的确定应考虑以下几点：对点位加工的数控机床，如钻、镗床，只要求定位精度高，定位过程尽可能快，而刀具相对工件的运动路线无关紧要，因此要考虑尽可能缩短走刀路线，以减少空程时间。对于位置精度要求较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，就有可能将沿坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度。在车削和铣削零件时，应尽量避免径向切入和切出，而应沿零件的切向切入和切出。铣削曲面时，常用球头刀采用行切法进行加工，即刀具与零件轮廓的切点轨迹是一行一行的，行间距按零件加工精度要求而确定。对于边界敞开的曲面可采用两种加工路线，如图所示为发动机叶片，当采用左图的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少，加工过程符合直纹面的形成，可以准确保证母线的直线度。当采用右图的加工方案时，符合这类零件数据给出情况，便于加工后检验，叶形的准确度高，但程序较多。由于曲面零件的边界是敞开的，没有其它表面限制，所以曲面边界可以延伸，球头刀应由边界外开始加工。对刀点与换刀点的确定–“对刀点”是指数控加工时，刀具相对工件运动的起点，这个起点也是编程时程序的起点，因此“对刀点”也称“程序起点”或“起刀点”。对刀点选定后，便确定了机床坐标系和零件坐标系的关系。对刀：就是使“对刀点”与“刀位点”重合的操作。选择对刀点的原则：–选在零件的设计基准或工艺基准上，或与之相关的位置上。–选在对刀方便，便于测量的地方。–选在便于坐标计算的地方–对刀点可以选在工件上(如工件上的设计基准或定位基准)，也可选在夹具或机床上(夹具或机床上设相应的对刀装置)。若对刀点选择在夹具或机床上，则必须与工件的定位基准有一定的尺寸联系，以保证机床坐标系与工件坐标系的关系。–对于采用增量编程坐标系统的数控机床，对刀点可选在零件孔的中心上、夹具上的专用对刀孔上或两垂直平面(定位基面)的交线(即工件零点)上，但所选的对刀点必须与工件定位基准有一定的坐标尺寸关系，这样才能确定机床坐标系与工件坐标系的关系。–对于采用绝对编程坐标系统的数控机床，对刀点可选在机床坐标系的机床零点上或距机床零点有确定坐标尺寸关系的点上。因为数控装置可用指令控制自动返回参考点(即机床零点)，不需人工对刀。但在安装零件时，工件坐标系与机床坐标系必须要有确定的尺寸关系–对刀时，应使刀位点与对刀点重合。“刀位点”是指车刀、镗刀的刀尖；钻头的钻尖，立铣刀、端面铣刀刀头底面的中心；球头铣刀的球头中心。–对刀点不仅是程序的起点，往往也是程序的终点。因此在批量生产中，要考虑对刀点的重复定位精度。一般情况下，刀具在加工一段时间后或每次起动机床时，都要进行一次刀具回机床原点或参考点的操作，以减少对刀点累积误差的产生。–对多刀数控机床，换刀时，还要考虑换刀点的设置。为避免加工过程中换刀时刀具与工件、夹具、机床发生碰撞现象的发生，换刀点应设置在工件外合适的位置。–数控车床常用的对刀方法有三种：试切对刀、机械对刀仪对刀（接触式）、光学对刀仪对刀（非接触式）。MOV13对刀1.试切对刀2.机械对刀仪对刀3.光学对刀仪对刀–刀具及切削用量的选择刀具的选择–选择数控机床用刀具时，通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等因素。一般说，数控机床用刀具应具有较高的寿命和刚度，刀具材料抗脆性好，有良好的断屑性能和尺寸稳定、安装调整方便等特点。–选取刀具时，要使刀具的类型和尺寸与工件表面形状和尺寸相适应。加工较大的平面应选择面铣刀；加工凹槽、较小的台阶面及平面轮廓应选择立铣刀；加工空间曲面、模具型腔或凸模成形表面等多用球头铣刀；加工封闭的键槽选择键槽铣刀；加工变斜角零件的变斜角面应选用鼓形铣刀；加工各种直的或圆弧形凹槽、斜角面、特殊孔等应选用成形铣刀。根据不同的加工材料和加工精度要求，应选择不同参数的刀具进行加工。–在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀工作，因此，必须有一套连接普通刀具的接杆，以便使钻、镗、扩、铰削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。目前我国的加工中心采用TSG工具系统，其柄部有直柄（三种规格）和锥柄（四种规格）两种，共包括16种不同用途的刀具。数控车床常用刀具及选择在数控车床上使用的刀具有外圆车刀、钻头、镗刀、切断刀、螺纹加工刀具等，其中以外圆车刀、镗刀、钻头最为常用。1.数控车床常用刀具外圆车刀内孔车刀螺纹车刀切断（槽）车刀刀柄1.刀柄的作用整体式模块式HSK刀柄球头铣刀铣削参数机夹式环形铣刀加工形状与铣刀的选择切削用量的确定–切削用量是指主轴转速（切削速度）、进结速度和背吃刀量。编程时程序员要将切削用量各参数编入程序或者在加工前预先调整好机床的转速。–合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。切削用量各参数的具体数值应根据机床说明书、手册中的有关规定来进行或根据经验采用类比法来确定。–进结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。在加工精度、表面租糙度质量要求高时，进给速度值应取小一些，一般在20~50mm／min范围内选取。2.刀具选择根据数控车床回转刀架的刀具安装尺寸、工件材料、加工类型、加工要求及加工条件从刀具样本中查表确定。–在轮廓加工中，在接近拐角处应适当降低进给量，以克服由于惯性或工艺系统变形在轮廓拐角处造成“超程”或“欠程”现象。–背吃刀置的确定主要受机床、夹具、刀具、工件组成的工艺系统刚度的影响。在系统刚度允许的情况下．尽量选择背吃刀量等于加工余量，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较高的工件．应留一点儿加工余量，最后进行精加工。