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1、第1章 数控加工编程基础,数控机床编程与操作,1.1 数控加工编程概念,1.1.1数控加工的基本过程数控加工数控加工就是指在数控机床上进行零件加工的工艺过程。数控机床数控机床是一种用计算机来控制的机床。数控加工的过程根据零件图纸进行工艺分析,确定加工方案；用规定的程序代码和格式编写零件加工程序单；程序的输入与传输；程序的试运行；运行程序，加工零件。,数控机床编程与操作,数控加工的过程,数控机床编程与操作,1.1.2数控编程概念数控加工程序根据被加工零件的图纸及其技术要求、工艺要求等切削加工的必要信息，按数控系统所规定的指令和格式编制的数控加工指令序列，就是数控加工程序，或称零件程序。数控编程制
2、备数控加工程序的过程称为数控加工程序编制，简称数控编程(NC programming)。,数控机床编程与操作,1.1.3 数控编程方法手工编程含义：根据数控系统规定的功能指令代码和程序格式编写出数控加工程序单。整个编程的过程（分析零件图确定加工工艺数值计算编写零件加工程序单制备控制介质程序校验）都是由人工完成。特点：这种方式比较简单，容易掌握，适应性较大。应用范围：适用于加工形状不太复杂的（如点位加工、由直线和圆弧组成的轮廓加工）、计算量不大的零件。,数控机床编程与操作,自动编程含义：是经过计算机辅助设计和计算机辅助制造（CAD/CAM）处理，由计算机自动生成加工程序。特点：这种方式适应面广、
3、效率高、程序质量好，但投 资大，掌握起来需要一定时间。适用范围：适用于加工形状复杂的（如具有非圆曲线、列表曲线和曲面组成的）零件编程，以及各 类柔性制造系统（FMS）和集成制造系统（CIMS），应用广泛。,数控机床编程与操作,1.1.4 数控编程的内容和步骤,数控编程过程,数控机床编程与操作,1.2 数控机床的坐标系1.2.1机床坐标系的命名规定规定不论是刀具移动，还是工件移动，一律假定刀具相对于静止的工件移动。刀具与工件之间距离增大的方向为坐标轴的正方向。机床坐标系 为了确定机床的运动方向和移动的距离，要在机床上建立一个坐标系，这个坐标系就是标准坐标系，也叫机床坐标系，机床坐标系采用右手笛卡
4、尔坐标系。,数控机床编程与操作,数控机床编程与操作,右手笛卡尔坐标系,数控机床编程与操作,机床坐标系的建立,1.2.2机床坐标轴方向和方位的确定Z轴的规定平行于机床主轴轴线的坐标轴为Z轴，如数控铣床主轴带动刀具旋转，与主轴平行的坐标即为Z坐标；取刀具远离工件的方向为其正方向，如钻孔时钻入工件的方向为负方向，而退出方向为正方向；对于没有主轴的机床，如牛头刨床取垂直于装夹工件的工作台的方向为Z轴方向；如果机床有几个主轴，则选择其中一个与装夹工件的工作台垂直的主轴为主要主轴，并以它的方向作为Z轴方向。,数控机床编程与操作,1.2.2机床坐标轴方向和方位的确定X轴的规定X轴位于与工件定位平面相平行的水
5、平面内，且垂直于Z轴。对于工件旋转的机床，X轴在水平面内且垂直于工件旋转轴线，刀具离开工件的方向为正方向；对于刀具旋转的机床，若主轴是垂直的，从主轴向立柱看时，X轴的正方向指向右方。若主轴是水平的，当从主轴向工件看时，X轴的正方向指向右方。对于无主轴的机床(如刨床)，则选定主要切削方向为X轴正方向。,数控机床编程与操作,1.2.2机床坐标轴方向和方位的确定Y轴的确定Y轴方向可根据已确定的Z轴、X轴方向，用右手直角笛卡儿坐标系来确定。回转轴 绕X轴回转的坐标轴为A，绕Y轴回转的坐标轴为B，绕Z轴回转的坐标轴为C，方向采用右手螺旋定则。附加坐标轴如果机床除有X、Y、Z主要的直线运动坐标外，还有平行
6、于它们的坐标运动，则应分别命名为U、V、W。,数控机床编程与操作,数控机床编程与操作,X,Y,Z,卧式数控车床坐标系,+X,+Z,数控机床编程与操作,立式数控铣床坐标系,+Z,+X,+Y,数控机床编程与操作,1.3数控加工的工艺分析与工艺设计1.3.1数控机床的合理选用,数控机床编程与操作,零件复杂程度与零件批量的关系,零件批量与加工费用的关系,数控机床的应用范围：中小生产批量的零件；需要进行多次改型设计的零件；加工精度要求高、结构形状复杂的零件，如箱体类，曲线、曲面类零件；需要精确复制和尺寸一致性要求高的零件；价值昂贵的零件，这种零件虽然生产量不大，但是如果加工中因出现差错而报废，将产生巨大
7、的经济损失。,数控机床编程与操作,数控车床的加工对象精度要求高的零件；表面粗糙度好的回转体零件；轮廓形状复杂的零件；带一些特殊类型螺纹的零件；超精密、超低表面粗糙度的零件；,数控机床编程与操作,数控铣床的加工对象平面类零件变斜角类零件曲面类（立体类）零件,数控机床编程与操作,（a）曲线轮廓表面（b）正圆台面（c）倾斜平面数控铣床平面类零件加工,加工中心的主要加工对象箱体类零件复杂曲面凸轮、凸轮机构整体叶轮类模具类球面异形件盘、套、板类零件特殊加工,数控机床编程与操作,1.3.2工艺分析与工艺设计的内容数控加工工艺概括起来主要包括如下内容。选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容;分析零件图
8、纸，明确加工内容及技术要求;确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线;加工工序的设计;数控加工程序的调整;分配数控加工中的容差;处理数控机床上的部分工艺指令。,数控机床编程与操作,1.3.3加工方法的选择与加工方案的确定加工方法的选择：表面加工方法的选择，就是为零件上每一个有质量要求的表面选择一套合理的加工方法。在选择时，一般先根据表面的精度和粗糙度要求选定最终加工方法，然后再确定精加工前准备工序的加工方法，还应考虑下列因素：工件材料的性质工件的结构和尺寸生产类型具体生产条件,数控机床编程与操作,加工方案的确定,数控机床编程与操作,数控机床编程与操作,数控机床编程与操作,1.3.4工序与工步的
9、划分工序划分的原则先粗后精；先主后次；先面后孔；基面先行；工序划分的方法按所用刀具划分工序；按零件的装夹定位方式划分工序；按粗、精加工划分工序；,数控机床编程与操作,数控机床编程与操作,按安装次数划分工序,数控机床编程与操作,按粗、精加工划分工序,工步的划分同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗加工后精加工分开进行；对于既有铣削面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔；按刀具划分工步；,数控机床编程与操作,零件图,数控机床编程与操作,工序一,工步1,工步2,数控机床编程与操作,工序二,工步1,工步 2,工步 3,工步4,数控机床编程与操作,1.3.5 零件的定位与夹具的选择安
10、装定位的基本原则力求设计基准、工艺基准、编程计算基准统一；尽量减少装夹次数；避免采用占机人工调整式加工方案；夹具的选择原则数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求，一是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，还要考虑以下几点：,数控机床编程与操作,数控机床编程与操作,当零件加工批量不大时，优先选用组合夹具、可调夹具和各式通用夹具；在成批生产时，要考虑采用专用夹具；零件的装卸要快速、方便、可靠；为满足数控加工精度，要求夹具定位、夹紧精度高。夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工；为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工可以采用多工位、气动或液
11、压夹具。,1.3.6 加工路线的确定加工路线确定的原则在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹成为加工路线。加工路线确定的原则：加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度；使数值计算简单；使加工路线最短；,数控机床编程与操作,辅助程序段的设计切入点和切出点的选择在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削,由于主轴系统和刀具的刚度变化，当沿法向切入工件时会在切入处产生刀痕，所以应尽量避免沿法向切入工件。,铣削外圆的切入切出路径,铣削外轮廓的切入切出路径,数控机床编程与操作,切入点和切出点的选择：,。,切入点,数控机床编程与操作,当铣切内表面轮廓形状时，也应该尽量遵循从切向切入的方法，但此
12、时切入无法外延，最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线。当实在无法沿零件曲线的切向切入、切出时，铣刀只有沿法线方向切入和切出，在这种情况下，切入切出点应选在零件轮廓两几何要素的交点上，而且进给过程中要避免停顿。,数控机床编程与操作,数控机床编程与操作,数控机床编程与操作,数控机床编程与操作,切入点的选择,。,。,。,A,B,C,应尽量避免在连续几何图素的中间切入,虽然是两几何图素的交点，但在这里刀具沿切线方向切出后将影响已加工表面精度,可沿图形轮廓切向切入切出，且保证轮廓封闭,数控机床编程与操作,铣削内圆的切入切出路径,从尖点切入铣削内轮廓,数控机床编程与操作,切入点选择原则：,粗加工选择曲面内的
13、最高角点作为切入点；精加工选择曲面内某个曲率比较平缓的角点作为切入点；总之避免铣刀当钻头使用，否则因受力大而损坏。,切出点选择原则：,能连续完整的加工曲面；非加工时间短；,数控机床编程与操作,孔加工时引伸距离的确定,引入距离Z的确定已加工面钻、镗、铰孔：Z=13mm毛面上钻、镗、铰孔：Z=58mm铣削前攻螺纹Z=510mm超越距离Zp的确定Zp=13mm,数控机床编程与操作,螺纹加工的引伸距离的确定,一般情况下，导入距离1=25mm，对于大螺距和高精度的螺纹取大值；导出距离2一般取1的1/4左右。,数控机床编程与操作,孔加工路线的确定点位控制的数控机床：路径最短孔系：各孔的定位方向一致（单向趋
14、近定位点）,数控机床编程与操作,内行腔加工路线,在保证加工精度前提下，使走刀路径最短,数控机床编程与操作,曲面加工路线的确定,数控机床编程与操作,1.3.7 数控加工刀具的选择对数控加工刀具的要求精度高；强度大；刚度好；耐用度高;要求尺寸稳定,安装调整方便;,数控机床编程与操作,数控车刀的类型与刀片选择,数控机床编程与操作,C形：有两种刀尖角。100刀尖角的两个刀尖强度高，一般做成75车刀用来粗车外圆、端面，80刀尖角的两个刃口强度较高，用它不用换刀即可加工端面或圆柱面，在内孔车刀中一般用于加工台阶孔。D形：两个刃口且较长，刀尖角55刀尖强度较低，主要用于仿形加工，在加工内孔时可用于台阶孔及较
15、浅的清根。,数控机床编程与操作,R形：圆形刃口，用于特殊圆弧面的加工，刀片利用率高，但径向力大。S形：四个刃口，刃口较短（指同等内切圆直径），刀尖强度较高，主要用于75、45车刀，在内孔刀中用于加工通孔。T形：三个刃口，刃口较长，刀尖强度低，在普通车床上使用时常采用带副偏角的刀片以提高刀尖强度。主要用于90车刀。在内孔车刀中主要用于加工盲孔、台阶孔。,数控机床编程与操作,V形：两个刃口并且长，刀尖角35刀尖强度低，用于仿形加工。W形：三个刃口且较短，刀尖角80刀尖强度较高，主要用在普通车床上加工圆柱面和台阶面。,数控机床编程与操作,外圆车刀片的应用,数控机床编程与操作,该95主偏角车刀主要用于
16、外圆及端面的半精加工及精加工，其刀片为菱形，通用性好。,外圆车刀主偏角Kr=95,数控机床编程与操作,45主偏角车刀主要用于外圆及端面车削，主要用于粗车,其刀片为四方形，所以可以转位八次，经济性好。,外圆车刀主偏角Kr=45,数控机床编程与操作,该75主偏角车刀只能用于外圆粗车削，其刀片为四方形，所以可以转位八次，经济性好。,外圆车刀主偏角Kr=75,数控机床编程与操作,该93主偏角车刀，其刀片为D形刀片，刀尖角为55，刀尖强度相对较弱，所以该车刀主要用于仿形精加工.,外圆车刀主偏角Kr=93,数控机床编程与操作,该90主偏角车刀只能用于外圆粗精车削，其刀片为三角形,切削刃较长，刀片可以转位六
17、次，经济性好。,外圆车刀主偏角Kr=90,数控机床编程与操作,数控铣刀的选择对刀具的基本要求：刚性要好；耐用度要高；铣削刀具的选择平面零件周边轮廓的加工，采用立铣刀；加工平面时，采用硬质合金面铣刀；加工凸台、凹槽时，采用高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，采用镶硬质合金的铣刀；,数控机床编程与操作,数控机床编程与操作,立铣刀尺寸的选择：刀具半径R应小于零件内轮廓面的最小曲率半径，一般取R=0.80.9；零件的加工高度H1/41/6R，以保证刀具有足够的刚度；对于不通孔或深槽，L=H+510mm（L为刀具切削部分长度，H为零件高度）；加工外形及通槽时，L=H+r+510mm（r为尖半径）削部
18、分长度，H为零件高度）；加工肋板时，刀具直径D=510b（b为肋板的厚度）,数控机床编程与操作,数控机床编程与操作,1.3.8 切削用量的确定切削用量的选择原则粗加工时,首先选择尽可能大的背吃刀量,其次根据机床动力和刚性的限制条件等选取尽可能大的进给量,最好根据刀具耐用度确定最佳的切削速度；精加工时,首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量,其次根据已加工表面的粗糙度要求选取较小的进给量,最后在保证刀具耐用度的前提下尽可能选取较高的切削速度；,数控机床编程与操作,切削用量的选择方法背吃刀量的选择粗加工（Ra=1080m）：ap=810mm半精加工（Ra=1.2510m）：ap=0.52mm精加工（R
19、a=0.321.25m）：ap=0.20.4mm,数控机床编程与操作,进给量的选择粗加工根据加工材料、刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量选择进给量半精加工和精加工时，按表面粗糙度要求根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度选择进给量。切削速度的选择根据已经确定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。,数控机床编程与操作,数控车削用量推荐表,数控机床编程与操作,1.3.9 数控加工工艺文件数控加工编程任务书,数控加工编程任务书,数控机床编程与操作,数控加工工序卡,数控机床编程与操作,机械加工工艺卡,数控机床编程与操作,数控加工刀具卡,数控机床编程与操作,数控加工走刀路线图,数控机床编程与操作,
20、数控加工程序单,数控机床编程与操作,1.3.10 零件图工艺分析,数控机床编程与操作,零件图工艺分析该零件表面由内外圆柱面、内圆锥面、顺圆弧、逆圆弧及外螺纹等表面组成，其中多个直径尺寸与轴向尺寸有较高的尺寸精度和表面粗糙度要求。零件图尺寸标注完整，符合数控加工尺寸标注要求；轮廓描述清楚完整；零件材料为45钢，加工切削性能较好，无热处理和硬度要求。通过上述分析，采用以下几点工艺措施。编程时取基本尺寸即可。先将左右端面车出来。镗1:20锥孔与镗32孔及150锥面时需掉头装夹。,数控机床编程与操作,选择设备,数控机床编程与操作,确定零件的定位基准和装夹方式,外轮廓车削装夹方案,数控机床编程与操作,确
21、定加工顺序及进给路线,外轮廓加工走刀路线,数控机床编程与操作,刀具选择,数控机床编程与操作,切削用量的选择数控加工工序卡拟定,数控机床编程与操作,1.4数控加工程序的组成与结构1.4.1数控程序编制的标准数控加工编程中常用的标准数控纸带的规格数控机床坐标轴和运动方向数控编程的编码字符数控编程的程序段格式数控编程的功能代码程序代码的种类：EIA和ISO两种代码,数控机床编程与操作,1.4.2加工程序的组成结构程序结构,数控机床编程与操作,%开始符O1234 程序号N1G90G54G00X0Y0S1000M03；N2Z100.0;N3G41X20.0Y10.0D01;N4Z2.0;N5G01Z-I
22、0.0F100;N6Y50.0F200;N7X50.0;N8Y20.0;N9X10.0;N10G00Z100.0;N11G40X0Y0M05;N12M30;程序结束,程序号 程序号供在数控装置存储器中的程序目录中查找、调用。程序代号由地址码和四位编号数字组成。如上例中的地址码 0 和1234,有的系统用P或%等。程序内容程序内容是整个程序的主要部分，它由多个程序段组成，每个程序段由若干个字组成。每个字又由地址码和若干个数字组成，指令字代表某一信息单元，它代表机床的一个位置或一个动作。程序结束 程序结束一般用辅助功能代码M02（程序结束）和M30（程序结束，返回起点）等来表示。,程序内容,程序段
23、格式,数控机床编程与操作,例:解释下列程序段中地址的含义N100 G01 G42 X5.0 Y10.0 F10.0 S500 M03 D01,程序段序号,准备功能,坐标字,进给功能,主轴功能,辅助功能,补偿号指定,数控机床编程与操作,1.4.3 常用地址码含义,数控机床编程与操作,数控机床编程与操作,1.5 数控机床编程规则1.5.1绝对值编程和增量值编程数控车床编程,数控机床编程与操作,绝对坐标编程,增量坐标编程,数控铣床和加工中心编程,数控机床编程与操作,1.5.2 直径编程和半径编程数控车床采用直径编程更简单、直观。数控车床出厂时均设定为直径编程，如需用半径编程则需要更改系统中的相关参数
24、，使系统处于半径编程状态。当采用绝对值编程时，径向尺寸X以直径表示；当采用增量坐标编程时，以径向实际位移量的2倍来表示，并附上方向符号（正号可以省略）。如：“G00 U5.0”表示刀具执行完这句程序后刀具X向的移动量为2.5mm，移动方向为X的正向。,数控机床编程与操作,1.5.3 极坐标编程,数控机床编程与操作,1.5.4 小数点编程对于距离，小数点的位置单位是mm或in；对于时间，小数点的位置单位是s（秒）。程序中有无小数点的含义根本不同。无小数点时，与参数设定的最小输入增量有关。在程序中，小数点的有无可混合使用。在暂停指令中，小数点输入只允许用于地址X和U，不允许用于地址P。,数控机床编程与操作,
