第三章数控加工工艺过程设计-数控机床

NCPCAPP与制造工程软件研究所第三章数控加工工艺过程设计内容：3.1数控工艺的特点和内容3.2数控加工零件及内容的选择3.3零件的数控工艺性分析3.4数控工艺过程的制定3.5数控加工工艺文件3.6编程误差及其控制NCPCAPP与制造工程软件研究所3.1数控工艺的特点和内容一、数控工艺的特点工序集中加工表面多粗加工和精加工可在同一次装夹中完成工序内容复杂零件形状复杂、加工表面复杂加工表面多，使用刀具多工序内容详细严密不仅需要安排表面加工顺序，而且需要规划刀具轨迹计算刀具轨迹、选择切削参数工艺装备先进广泛采用先进的数控刀具、组合夹具、可调式夹具NCPCAPP与制造工程软件研究所3.1数控工艺的特点和内容二、数控工艺的主要内容数控加工零件的选择零件的数控工艺性分析数控工艺路线制订零件各表面加工方法选择、工序生成、工艺基准确定、工序排序、热处理及辅助工序安排、数控工序与非数控工序的衔接等。工序详细设计工步确定、工步顺序安排、机床选择、刀具选择、夹具定位与安装、走刀路线确定、加工余量确定、工序尺寸及偏差计算、切削用量确定数控程序的调整，如对刀、刀具补偿工艺指令处理NCPCAPP与制造工程软件研究所3.2数控加工零件及内容的选择一、选择数控加工零件的考虑因素毛坯类型和材料；零件大小；尺寸精度和表面粗糙度要求；零件的复杂程度；零件批量；热处理状态。NCPCAPP与制造工程软件研究所3.2数控加工零件及内容的选择二、适合于数控加工的零件类型零件形状复杂、精度要求高、普通机床无法加工或很难保证加工质量的零件。具有复杂曲线或曲面轮廓的零件。具有测量难、进给控制难、尺寸型腔控制难的壳体或箱体类零件；需要在一次装夹中完成铣、钻、镗、铰、锪或攻丝等多个表面加工的零件。在普通机床上加工时容易受人为因素干扰而影响加工质量，从而造成较大经济损失的价值高的零件。用普通机床加工时，要求制造复杂的专用工装或需很长调整时间的零件。用普通机床加工时，加工效率很低或劳动强度很大的零件。NCPCAPP与制造工程软件研究所3.3零件的数控工艺性分析一、零件图分析尺寸标注方法分析零件图应表达正确，尺寸标注应齐全。不能存在引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点。对于数控加工的零件，应以同一基准标注尺寸或直接给出坐标尺寸，从而简化编程。NCPCAPP与制造工程软件研究所3.3零件的数控工艺性分析JFGHIEDCBAjiecafhgbd便于编程，又利于设计基准、工艺基准、测量基准与工件零点的统一。局部分散的标注方法会给工序安排、计算和数控加工带来许多不便。NCPCAPP与制造工程软件研究所3.3零件的数控工艺性分析一、零件图分析零件图的完整性与正确性分析分析几何元素的给定条件是否充分，不能有会引起矛盾的多余尺寸或封闭尺寸等。零件技术要求分析除了要分析零件的技术要求能否得到保证外，还要分析零件的技术要求是否经济合理。NCPCAPP与制造工程软件研究所3.3零件的数控工艺性分析二、零件结构工艺性分析(1)零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。飞机结构件上的减轻槽的转角圆弧半径应尽可能设计成相同的尺寸，这样不仅可以减少刀具规格和数量，又可以减少换刀次数，提高加工效率，还有可能应用子程序技术简化编程，缩短程序长度。NCPCAPP与制造工程软件研究所3.3零件的数控工艺性分析二、零件结构工艺性分析(2)内槽圆角的大小决定了刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。A-AHAAR0.2HAAA-AHR0.2H差好转角圆弧半径大，可以采用较大直径的立铣刀加工；加工平面时，进给次数也相应减少，表面加工质量也会好一些，因而工艺性较好。NCPCAPP与制造工程软件研究所3.3零件的数控工艺性分析二、零件结构工艺性分析(3)铣削槽底平面时，槽底圆角半径r不应过大。当D一定时，r越大，铣刀端面刃铣削平面的面积越小，加工平面的能力就越差，效率越低，工艺性越差。RrDdRr当r大到一定程度时，甚至必须用球头铣刀加工，这是应该尽量避免的。NCPCAPP与制造工程软件研究所3.3零件的数控工艺性分析二、零件结构工艺性分析(4)外形轮廓的凹部曲面或过渡曲面的曲率半径应尽可能大些，以便铣削时能够使用大尺寸铣刀。NCPCAPP与制造工程软件研究所3.4数控工艺过程的制定常规工艺过程制定过程：工艺分析、表面加工方法选择、工序形成、机床选择、工艺路线设计（工序排序）、工序详细设计（定位装夹方案确定、刀具选择、切削用量选择）。数控工艺过程制定的内容与其基本一样，但更加详细，并有自己的特点。主要介绍以下内容：对刀点和换刀点的确定走刀路线的确定切削用量的选用及程编方法程编误差及其控制NCPCAPP与制造工程软件研究所一、对刀点和换刀点的确定1.对刀点的确定对刀是在工件安装后数控程序执行前机床操作人员准确找到工件零点在机床坐标系中的位置坐标的过程。刀位点：是指在数控编程和加工时用以表示刀具位置的特征点，也是对刀和加工的基准点。不同类型的刀具其刀位点是不同的。对刀点：是在数控加工时，用于在机床坐标系中设定工件坐标系原点的点。对刀，即对刀点的找正，使刀位点与对刀点一致。在工件安装后，通过对刀测出工件零点与机床零点间的距离，并于工件加工前在数控系统中预先设定。NCPCAPP与制造工程软件研究所一、对刀点和换刀点的确定刀位点：确定刀具位置的特征点。不同的刀具，刀位点是不同的。NCPCAPP与制造工程软件研究所一、对刀点和换刀点的确定对刀的作用：设定工件坐标系在机床坐标系中的位置；包括平面内对刀和轴向对刀。对刀的准确度直接影响零件的加工精度。对刀方法及其选择：目前工厂常用的方法是将千分表装在机床主轴上，然后转动机床主轴，以使“刀位点”与对刀点一致（一致性好即对刀精度高）。利用数控系统的坐标轴移动功能，测量出对刀点的位置。如首先通过手动方式测出长方形零件的长、宽，然后计算出中心点位置。对刀方法的选择应与零件加工精度要求相适应。因此，编程时首先要考虑对刀点位置的选择。NCPCAPP与制造工程软件研究所一、对刀点和换刀点的确定对刀点的选择原则：在机床上找正容易，对刀方便；引起的加工误差小；要便于数学处理和简化程序编制。NCPCAPP与制造工程软件研究所一、对刀点和换刀点的确定对刀点的选择方法：对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，以减少基准不重合误差，提高零件加工精度。对刀点应选在容易对刀的位置，以提高对刀精度，减少对刀误差。对刀点可以设在被加工零件上。例如，以孔定位的零件，则以孔的中心作为对刀点较合适；或者，以两相互垂直的平面的交点作为对刀点。对刀点也可以设在夹具上，但必须与零件的定位基准有一定的坐标联系，这样才能确定机床坐标系与零件坐标系的相互关系。NCPCAPP与制造工程软件研究所一、对刀点和换刀点的确定NCPCAPP与制造工程软件研究所一、对刀点和换刀点的确定换刀点的选择：换刀点指定了换刀时刀架的位置。换刀点的设定取决于机床的换刀方式。对于固定点换刀的数控机床不需要设定换刀点，但在程序中需要给出回换刀点的指令；对于任意点换刀的数控机床，则需要编程人员设定换刀点。换刀点应以换刀时刀具不得与工件、夹具和机床碰撞的原则而设定，所以换刀点通常设在工件或夹具的外部。NCPCAPP与制造工程软件研究所一、对刀点和换刀点的确定2.换刀点及其选择使用多把刀具时，需要设定换刀点。换刀点指定了换刀时刀架的位置。换刀点的设定取决于机床的换刀方式。对于固定点换刀的数控机床不需要设定换刀点，但在程序中需要给出回换刀点的指令；对于任意点换刀的数控机床，则需要编程人员设定换刀点。换刀点应以换刀时刀具不得与工件、夹具和机床碰撞的原则而设定，所以换刀点通常设在工件或夹具的外部。NCPCAPP与制造工程软件研究所二、走刀路线的确定1.走刀路线/刀具轨迹/刀具路径走刀路线是指数控加工中刀具（刀位点）相对于被加工零件的运动轨迹。NCPCAPP与制造工程软件研究所二、走刀路线的确定数控加工中，正确确定加工路线具有重要作用，它不仅影响加工精度、表面质量和加工时间，而且也影响编程工作量。这与常规加工是不同的，因为常规加工中，如何走刀一般由工人自己决定。2.确定走刀路线的原则能够获得满足要求的加工精度和表面质量；使数值计算简单，以减少编程工作量。NCPCAPP与制造工程软件研究所二、走刀路线的确定切入点起刀点切入方向铣刀轮廓零件的切入和切出NCPCAPP与制造工程软件研究所二、走刀路线的确定进给停顿留下的凹痕NCPCAPP与制造工程软件研究所曲面加工的走到路线二、走刀路线的确定NCPCAPP与制造工程软件研究所铣内槽的三种走到路线二、走刀路线的确定NCPCAPP与制造工程软件研究所最短走刀路线的设计二、走刀路线的确定NCPCAPP与制造工程软件研究所切削螺纹时的引入距离二、走刀路线的确定螺纹进给距离δ2δ1ZXNCPCAPP与制造工程软件研究所2.主轴转速SS代码所表示的主轴转速值在加工程序中的表达方式随数控机床不同而异。常见的有两种方式：转速值直接编入程序中对于CNC机床，主轴实现无级变速，一般将转速值直接编入程序中。例如，主轴转速选用955rpm，则以S955编入程序。转速值以“主轴转速代码”编入程序中主轴转速是以“Sxx”表示，数字“xx”表示某种转速。例如，当取S＝955rpm，则主轴转速代码应选为S41，即选定的实际转速为880rpm。三、切削用量的选用及程编方法1.切深与走刀次数NCPCAPP与制造工程软件研究所三、切削用量的选用及程编方法范围主轴转速（r/min）12345613340485769822991181421702052463295354425508611733488010561267152618242190主轴转速代码表示例NCPCAPP与制造工程软件研究所三、切削用量的选用及程编方法3.进给速度F进给速度F在程序中表示方法随数控系统不同而异。有三种表示方法：(1)在程序中直接给出进给量F（mm/min）。如进给量选为200mm/min，则在程序中以“F200”表示。(2)以进给速度代码“Fxx”表示，其中数字“xx”表示某种进给速度的编码号。类似于“Sxx”。(3)以“进给率数”（FeedRateNumber,FRN）表示进给量。对于直线插补FRN＝F/L(1/min)L—线段长度对于圆弧插补FRN＝F/R(1/min)R—圆弧半径NCPCAPP与制造工程软件研究所进给率数常用三位（或四位）十进制数表示。例如，当F＝60mm/min，L＝6mm时，FRN＝60/6＝010，于是以“F010”代码形式编入程序段。程序段中编入FRN，实际上相当于规定了该程序段的执行时间T，即T＝1/FRN（min）或T＝60/FRN（s）三、切削用量的选用及程编方法NCPCAPP与制造工程软件研究所程编中在选择进给速度或进给率数时需要注意零件进给中的某些特殊情况。1）当加工内圆弧时，如果R≈r刀时，则切削点的实际进给速度将变得非常大，有可能造成损伤刀具或工件的严重后果。三、切削用量的选用及程编方法NCPCAPP与制造工程软件研究所凸圆弧：CTVrRRV刀CTVrRRV刀－凹圆弧：当加工凹圆弧时，如果R≈r刀时，则切削点的实际进给速度将变得非常大，有可能造成损伤刀具或工件的严重后果。三、切削用量的选用及程编方法NCPCAPP与制造工程软件研究所程编中在选择进给速度或进给率数时需要注意零件进给中的某些特殊情况。1）当加工内圆弧时，如果R≈r刀时，则切削点的实际进给速度将变得非常大，有可能造成损伤刀具或工件的严重后果。2）当采用FRN编程时，如果被加工圆弧半径太小，那么机床将会受到冲击。三、切削用量的选用及程编方法NCPCAPP与制造工程软件研究所采用FRN编程时，切削点的进给速度与编程预定FRN所对应的一致，但刀具中心的运动速度将根据刀具