數(shù)控編程與CAM應(yīng)用.ppt

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1、 本講安排 主要教學(xué)內(nèi)容 ： 1 數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇 2 數(shù)控加工工藝性分析 3 數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計(jì)（ 重點(diǎn) ） 4 定位和夾緊方案 （ 重點(diǎn) ） 5 刀具的選擇（ 難點(diǎn) ） 數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì) 數(shù)控機(jī)床的加工工藝與通用機(jī)床的加工工藝 有許多相同之處，但在數(shù)控機(jī)床上加工零件比通 用機(jī)床加工零件的工藝規(guī)程要復(fù)雜得多。在數(shù)控 加工前，應(yīng)該將機(jī)床的運(yùn)動(dòng)過程、零件的工藝過 程、刀具的形狀、切削用量和走刀路線等都編入 程序，這就要求程序設(shè)計(jì)人員具有多方面的知識 基礎(chǔ)。一個(gè)合格的程序員首先是一個(gè)合格的工藝 人員，否則就無法做到全面周到地考慮零件加工

2、的全過程，以及正確、合理地編制零件的加工程 序。 數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的工作 在進(jìn)行數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)進(jìn)行以 下幾方面的工作： 數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇； 數(shù)控加工工藝性分析； 數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計(jì)。 數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)方法 在選擇了數(shù)控加工工藝內(nèi)容和確定了零件加工路線 后，即可進(jìn)行數(shù)控加工工序的設(shè)計(jì)。數(shù)控加工工序設(shè)計(jì) 的主要任務(wù)是進(jìn)一步把本工序的加工內(nèi)容、切削用量、 工藝裝備、定位夾緊方式及刀具運(yùn)動(dòng)軌跡確定下來，為 編制加工程序作好準(zhǔn)備。 1。確定走刀路線和安排加工順序 走刀路線就是刀具在整個(gè)加工工序中的運(yùn)動(dòng)軌跡， 它不但包括了工

3、步的內(nèi)容，也反映出工步順序。走刀路 線是編寫程序的依據(jù)之一。確定走刀路線時(shí)應(yīng)注意以下 幾點(diǎn)： （ 1）尋求最短加工路線 如加工圖 a所示零件上的孔系。 b圖的走刀路線 為先加工完外圈孔后，再加工內(nèi)圈孔。若改用 c 圖的走刀路線，減少空刀時(shí)間，則可節(jié)省定位時(shí) 間近一倍，提高了加工效率。 a)零件圖樣 b)路線 1 c)路線 2 （ 2）最終輪廓一次走刀完成 如圖 a為用行切方式加工內(nèi)腔的走刀路線，這種走刀能 切除 內(nèi)腔 中的全部余量，不留死角，不傷輪廓。但行切 法將在兩次走刀的起點(diǎn)和終點(diǎn)間留下殘留高度，而達(dá)不 到要求的表面粗糙度。所以如采用 b圖的走刀路線，先 用行切法，最后沿周

4、向環(huán)切一刀，光整輪廓表面，能獲 得較好的效果。圖 c也是一種較好的走刀路線方式。 a) 路線 1 b) 路線 2 c) 路線 3 圖 a為 單向走刀 方式，在加工中切削方式保持不變，這樣可 以保證順銑或逆銑的一致性，但由于增加了提刀和空走刀，切削 效率較低。粗加工中，由于切削量較大，一般選用單向走刀，以 保證刀具受力均勻和切削過程的穩(wěn)定性。圖 b是 往復(fù)走刀 方式， 在加工過程中不提刀進(jìn)行連續(xù)切削，加工效率較高，但逆銑和順 銑交替進(jìn)行，加工質(zhì)量較差。一般在粗加工時(shí)由于切削量大不宜 采用往復(fù)走刀，而在半精加工和表面質(zhì)量要求不高的精加工時(shí)可 選用往復(fù)走刀。圖 c是 環(huán)切走刀 方式，其

5、刀具路徑由一組封閉的 環(huán)形曲線組成，加工過程中不提刀，采用順銑或逆銑切削方式， 是型腔加工常用的一種走刀方式。 走刀方式 （ 3）提高位置精度 對于孔系加工，為了提高位置精度，可以采用單 向趨近定位點(diǎn)的方法，以避免傳動(dòng)系統(tǒng)的誤差對定位精 度的影響。如圖 a）為零件圖，在該零件上鏜六個(gè)尺寸 相同的孔，有兩種加工路線。當(dāng)按圖 b）所示路線加工 時(shí)，由于 5、 6孔與 1、 2、 3、 4孔定位方向相反， Y方向 反向間隙會(huì)使定位誤差增加，而影響 5、 6孔與其它孔之 間的位置精度。按圖 c）所示路線，加工完 4孔后往上移 動(dòng)一段距離到 P點(diǎn)，然后再折回來加工 5、 6孔，這樣方 向

6、一致，可避免反向間隙的引入，提高 5、 6孔與其它孔 的位置精度。但這樣會(huì)使空行程增大，降低了加工效率。 （ 3）選擇切入切出方向 考慮刀具的進(jìn)、退刀 （切入、切出）路線時(shí)，刀 具的切出或切入點(diǎn)應(yīng)在沿零 件輪廓的切線上，以保證工 件輪廓光滑；應(yīng)避免在工件 輪廓面上垂直上、下刀而劃 傷工件表面；盡量減少在輪 廓加工切削過程中的暫停 （切削力突然變化造成彈性 變形），以免留下刀痕，如 圖所示。 確定定位和夾緊方案 在確定定位和夾緊方案時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問題： （ 1）盡可能做到設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程計(jì)算 基準(zhǔn)的統(tǒng)一； （ 2）盡量將工序集中，減少裝夾次數(shù)，盡可能在 一次

7、裝夾后能加工出全部待加工表面； （ 3）避免采用占機(jī)人工調(diào)整時(shí)間長的裝夾方案； （ 4）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的部位。 例 1 如圖 a薄壁套的 軸向剛性比徑向剛 性好，用卡爪徑向 夾緊時(shí)工件變形大， 若沿軸向施加夾緊 力，變形會(huì)小得多。 圖 a 例 2 在夾緊圖 b所示的薄壁箱體時(shí)，夾緊力不應(yīng)作用 在箱體的頂面，而應(yīng)作用在剛性較好的凸邊上， 或改為在頂面上 三點(diǎn)夾緊 ，改變著力點(diǎn)位置，以 減小夾緊變形 ,如圖 c所示。 圖 b 圖 c 改進(jìn)方法 2 或者 確定切削用量 1 對于高效率的金屬切削機(jī)床加工來說， 被加工材 料 、 切削刀具 、 切

8、削用量 是三大要素。這些條件決定著 加工時(shí)間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟(jì)的、有效的加工 方式，要求必須合理地選擇切削條件。 編程人員在確定每道工序的切削用量時(shí)，應(yīng)根據(jù)刀 具的耐用度和機(jī)床說明書中的規(guī)定去選擇。也可以結(jié)合 實(shí)際經(jīng)驗(yàn)用類比法確定切削用量。在選擇切削用量時(shí)要 充分保證刀具能加工完一個(gè)零件，或保證刀具耐用度不 低于一個(gè)工作班，最少不低于半個(gè)工作班的工作時(shí)間。 工件每轉(zhuǎn)一周，車刀所移動(dòng)的距離，稱為進(jìn)給量，以 (mm/r) 表示；車刀每一次切去的金屬層的厚度，稱為切削深度，以 (mm) 表示。 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 （ 45） 材料的化學(xué)成分 C Si Mn P S

9、 Ni Cr Cu P C Si Mn S 0.42- 0.50 0.17- 0.37 0.50- 0.80 0.03 5 0.03 5 0.2 5 0.2 5 0.2 5 0.0 35 0.42- 0.49 0.2 0 0.6 0 0.0 40 材料的物理性能 密度 g/cm3 7.85 材料的電阻率、電阻溫度系數(shù) 電阻率 M 電阻率試驗(yàn)溫 0.122 20 材料的用途 具有較高強(qiáng)度，一定的塑性和韌性，切削性能良好，調(diào)質(zhì)后可得到很好綜合力學(xué)性能，淬透性較差， 焊接性不好，冷變形塑性低，是一種較高強(qiáng)度的中碳鋼，一般淬火及回火后使用。用于制造較高強(qiáng) 度的運(yùn)動(dòng)零件，如空壓機(jī)、泵

10、活塞、汽輪機(jī)的葉輪、重型機(jī)械中的軸、邊桿、蝸桿、齒條、齒輪、 銷子等；可代替滲碳鋼用以制造表面耐磨零件，此時(shí)，需經(jīng)高頻或火焰表面淬火， 如曲軸，齒輪、 機(jī)床主軸、活塞銷、傳動(dòng)軸等，還用于農(nóng)機(jī)中等負(fù)荷的軸、脫粒滾筒、鏈輪、齒輪及鉗工工具等 （工程材料數(shù)據(jù)庫） 認(rèn)識被加工材料（利用檢索的方法） 確定切削用量 2 背吃刀量（切深）主要受機(jī)床剛度的限制，在機(jī)床 剛度允許的情況下，盡可能使背吃刀量等于工序的加工 余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高加工效率。對于表 面粗糙度和精度要求較高的零件，要留有足夠的精加工 余量，數(shù)控加工的精加工余量可比通用機(jī)床加工的余量 小一些。

11、 編程人員在確定切削用量時(shí)，要根據(jù)被加工工件材 料、硬度、切削狀態(tài)、背吃刀量、進(jìn)給量，刀具耐用度， 最后選擇合適的切削速度。表 1為車削加工時(shí)的選擇切 削條件的參考數(shù)據(jù)。 車削加工的切削速度 (m/min) 被切削材料名稱 輕切削 切深 0.5 10.mm 進(jìn)給量 0.05 0.3mm/r 一般切削 切深 1 4mm 進(jìn)給量 0.2 0.5mm/r 重切削 切深 5 12mm 進(jìn)給量 0.4 0.8mm/r 優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼 10# 100 250 150 250 80 220 45# 60 230 70 220 80 180 合金鋼 b75 0MPa 1

12、00 220 100 230 70 220 b750 MPa 70 220 80 220 80 200 表 1 確定主軸轉(zhuǎn)速 主軸 轉(zhuǎn) 速 應(yīng)根據(jù)允許的切削速度和工件 (或刀具 )直徑來選擇。其計(jì)算公式為： n= 1000v/ D 式中： v 切削速度 ,切削刃上選定點(diǎn)相對于 工件的主運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度 ，由刀具的耐用度決 定； n 主軸轉(zhuǎn)速，單位為 r/min， D 工件直徑 或刀具直徑，單位為 mm。計(jì)算的主軸轉(zhuǎn)速 n， 最后要選取機(jī)床有的或較接近的轉(zhuǎn)速。 確定進(jìn)給速度 進(jìn)給速度是數(shù)控機(jī)床切削用量中的重要參數(shù)，主要 根據(jù)零件

13、的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件 的材料性質(zhì)選取。最大進(jìn)給速度受機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng) 的性能限制。確定進(jìn)給速度的原則：當(dāng)工件的質(zhì)量要求 能夠得到保證時(shí)，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進(jìn)給 速度。一般在 100mm/min 200mm/min范圍內(nèi)選?。?在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時(shí)，宜選擇較低 的進(jìn)給速度，一般在 20mm/min 50mm/min范圍內(nèi)選 取；當(dāng)加工精度，表面粗糙度要求高時(shí)，進(jìn)給速度應(yīng)選 小些，一般在 20mm/min 50mm/min范圍內(nèi)選??；刀 具空行程時(shí)，特別是遠(yuǎn)距離“回零”時(shí)，可以設(shè)定該機(jī) 床數(shù)控系統(tǒng)設(shè)定的最高進(jìn)給速度。 填寫數(shù)控加工技術(shù)文件

14、 填寫數(shù)控加工專用技術(shù)文件是數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的 內(nèi)容之一。這些技術(shù)文件既是數(shù)控加工的依據(jù)、產(chǎn)品驗(yàn) 收的依據(jù)，也是操作者遵守、執(zhí)行的規(guī)程。技術(shù)文件是 對數(shù)控加工的具體說明，目的是讓操作者更明確加工程 序的內(nèi)容、裝夾方式、各個(gè)加工部位所選用的刀具及其 它技術(shù)問題。數(shù)控加工技術(shù)文件主要有：數(shù)控編程任務(wù) 書、工件安裝和原點(diǎn)設(shè)定卡片、數(shù)控加工工序卡片、數(shù) 控加工走刀路線圖、數(shù)控刀具卡片等。以下提供了常用 文件格式，文件格式可根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況自行設(shè)計(jì) 數(shù)控編程任務(wù)書 它闡明了工藝人員對數(shù)控加工工序的技術(shù)要求和工序說明，以及數(shù)控加 工前應(yīng)保證的加工余量。它是編程人員和工藝人員協(xié)調(diào)工作和編制數(shù)控程

15、序 的重要依據(jù)之一，詳見下表 。 工藝處 數(shù)控編程任務(wù)書 產(chǎn)品零件圖號 任務(wù)書編號 零件名稱 使用數(shù)控設(shè)備 共 頁第 頁 主要工序說明及技術(shù)要求： 編程收到日期 月 日 經(jīng)手 人 編 制 審 核 編 程 審核 批 準(zhǔn) 數(shù)控加工工件安裝和原點(diǎn)設(shè)定卡片 簡稱裝 夾圖和零件 設(shè)定卡 ，它 應(yīng)表示出數(shù) 控加工原點(diǎn) 定位方法和 夾緊方法， 并應(yīng)注明加 工原點(diǎn)設(shè)置 位置和坐標(biāo) 方向，使用 的夾具名稱 和編號等， 詳見右表。 零件圖號 J30102-4 數(shù)控加工工件安裝和原點(diǎn)設(shè)定卡片 工序號 零件名稱 行

16、星架 裝夾次數(shù) 3 梯形槽螺栓 2 壓板 1 鏜銑夾具板 GS53-61 編制（日期） 審核（日 期） 批準(zhǔn)（日期） 第 頁 共 頁 序號 夾具名稱 夾具圖號 單位 數(shù)控加工工序卡片 產(chǎn)品名稱或代 號 零件名稱 零件 圖號 工序簡圖 車 間 使用設(shè)備 工藝序號 程序編號 夾具名稱 夾具編號 工步號 工 步 作 業(yè) 內(nèi) 容 加 工 面 刀 具 號 刀 補(bǔ) 量 主 軸 轉(zhuǎn) 速 進(jìn) 給 速 度 背 吃 刀 量 備注

17、 編制 審 核 批準(zhǔn) 年月 日 共 頁 第 頁 數(shù)控加工工 序卡與普通加工 工序卡有許多相 似之處，所不同 的是：工序簡圖 中應(yīng)注明編程原 點(diǎn)與對刀點(diǎn)，要 進(jìn)行簡要編程說 明（如：所用機(jī) 床型號、程序編 號、刀具半徑補(bǔ) 償、鏡向?qū)ΨQ加 工方式等）及切 削參數(shù)（即程序 編入的主軸轉(zhuǎn)速、 進(jìn)給速度、最大 背吃刀量或?qū)挾?等）的選擇，詳 見表。 數(shù)控加工工序卡片 數(shù)控加工走刀路線圖 在數(shù)控加工中，常常要注意并防止刀具在運(yùn) 動(dòng)過程中與夾具或工件發(fā)生意外

18、碰撞，為此必須 設(shè)法告訴操作者關(guān)于編程中的刀具運(yùn)動(dòng)路線（如： 從哪里下刀、在哪里抬刀、哪里是斜下刀等）。 為簡化走刀路線圖，一般可采用統(tǒng)一約定的 符號來表示。不同的機(jī)床可以采用不同的圖例與 格式，下面以一種常用的格式作說明。 數(shù) 控 加 工 走 刀 路 線 圖 數(shù)控刀具卡片 數(shù)控加工時(shí)，對刀具的要求十分嚴(yán)格，一般 要在機(jī)外對刀儀上預(yù)先調(diào)整刀具直徑和長度。刀 具卡反映刀具編號、刀具結(jié)構(gòu)、尾柄規(guī)格、組合 件名稱代號、刀片型號和材料等。它是組裝刀具 和調(diào)整刀具的依據(jù)。 不同的機(jī)床或不同的加工目的可能會(huì)需要不 同形式的數(shù)控加工專用技術(shù)文件。在工作中，可 根據(jù)具體情況設(shè)

19、計(jì)文件格式。下面以一種常用的 格式作說明。 刀具 a）端銑刀：主要用 來銑削較大的平面 b）立銑刀 ：主要用 于加工平面和溝槽的 側(cè)面 c）鉆頭類 d）鏜刀類 e）成型刀具類 f）球頭銑刀、鼓形銑刀 g）車刀類 用來加工各種形狀的內(nèi)腔、溝槽 適用于加工空間曲面和平面間的轉(zhuǎn)角圓弧，鼓形 銑刀則主要用于加工變斜角的空間曲面。 精加工曲面常用 球頭刀 加工曲面和變斜角輪廓外形時(shí)常用 球頭刀 、環(huán)形 刀、鼓形刀和錐形刀等。加工曲面時(shí)球頭刀的應(yīng)用最普 遍，但是越接近球頭刀的底部，切削條件就越差，因此 近來有用環(huán)形刀 (包括平底刀 )代替球頭刀的趨勢。鼓形 刀和錐形

20、刀都是用來加工變斜角零件，這是單件或小批 量生產(chǎn)中取代四坐標(biāo)或五坐標(biāo)機(jī)床的一種變通措施，鼓 形刀的缺點(diǎn)是刃磨困難，切削條件差，而且不適應(yīng)于加 工內(nèi)緣表面。錐形刀的情況相反，刃磨容易，切削條件 好，加工效率高，工件表面質(zhì)量也較好，但是加工變斜 角零件的靈活性小。當(dāng)工件的斜角變化范圍大時(shí)需要中 途分階段換刀，留下的金屬殘痕多，增大了手工銼修量。 刀具定義 在模具銑削加 工中，常用的刀具有 平端立銑刀、圓角立 銑刀、球頭刀和錐度 銑刀等，如圖所示。 對于凹形表面，在半精加工和精加工時(shí)，應(yīng)選擇球頭刀，以得 到好的表面質(zhì)量，但在粗加工時(shí)宜選擇平端立銑刀或圓角立銑刀， 這是因?yàn)榍?/p>

21、頭刀切削條件較差；對凸形表面，粗加工時(shí)一般選擇平 端立銑刀或圓角立銑刀，但在精加工時(shí)宜選擇圓角立銑刀，這是因 為圓角銑刀的幾何條件比平端立銑刀好；對帶脫模斜度的側(cè)面，宜 選用錐度銑刀，雖然采用平端立銑刀通過插值也可以加工斜面，但 會(huì)使加工路徑變長而影響加工效率，同時(shí)會(huì)加大刀具的磨損而影響 加工的精度。 選擇刀片形狀 刀尖角 刀尖角的大小決定了刀片的強(qiáng)度。在工件結(jié)構(gòu)形狀 和系統(tǒng)剛性允許的前提下，應(yīng)選擇盡可能大的刀尖角。 這個(gè)角度常在 35度到 90度之間。如果半徑太小，刀具 的鋒利尖點(diǎn)就不能使加工表面精度達(dá)到要求，而且刀具 壽命也會(huì)縮短。 如 R型圓刀片，在重切削時(shí)具有較好的穩(wěn)定

22、性，切 削刃最多，允許采用較高的進(jìn)給速度，但易產(chǎn)生較大的 徑向力，且對所能完成的任務(wù)有限制。 刀片形狀的選擇 刀片形狀主要依據(jù)被加工工件的表面形狀、切削方法、刀具 壽命和刀片的轉(zhuǎn)位次數(shù)等因素選擇。 正三角形刀片可用于主偏角為 60度或 90度的外圓車刀、端 面車刀和內(nèi)孔車刀。由于此刀片刀尖角小、強(qiáng)度差、耐用度低、 故只宜用較小的切削用量。 正方形刀片的刀尖角為 90度，比正三角形刀片的 60度要大， 因此其強(qiáng)度和散熱性能均有所提高。這種刀片通用性較好，主要 用于主偏角為 45度、 60度、 75度等的外圓車刀、端面車刀和鏜 孔刀。 正五邊形刀片的刀

23、尖角為 108度，其強(qiáng)度、耐用度高、散熱 面積大。但切削時(shí)徑向力大，只宜在加工系統(tǒng)剛性較好的情況下 使用。 菱形刀片和圓形刀片主要用于成形表面和圓弧表面的加工， 其形狀及尺寸可結(jié)合加工對象參照國家標(biāo)準(zhǔn)來確定。 主偏角的選用原則：首先考慮 車床、夾具和刀具組成的車工 工藝系統(tǒng)的剛性，如車工工藝 系統(tǒng)剛性好，主偏角應(yīng)取小值， 這樣有利于提高車刀使用壽命 和改善散熱條件及表面粗造度。 其次要考慮加工工件的幾何形 狀，當(dāng)加工臺階時(shí)，主偏角應(yīng) 取 90 ，加工中間切入的工件， 主偏角一般取 60 。 前角選擇的原則：前 角的大小主要解決刀 頭的堅(jiān)固性與鋒利性 的矛盾。因此首先要 根據(jù)加工材料的硬度 來選擇前角。加工材 料的硬度高，前角取 小值 (負(fù) )，反之取大值 (正 ) 。其次要根據(jù)加 工性質(zhì)來考慮前角的 大小，粗加工時(shí)前角 要取小值，精加工時(shí) 前角應(yīng)取大值。