UGNX12.0數(shù)控加工教程UGNX12.0工程應用精解叢書北京兆迪科技有限公司編著第1章數(shù)控加工基礎(chǔ)

本章主要介紹數(shù)控加工的基礎(chǔ)知識，內(nèi)容包括數(shù)控編程和數(shù)控機床簡述、數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)、高度與安全高度、數(shù)控加工的補償、輪廓控制、順銑與逆銑以及加工精度等。1.1數(shù)控加工概論數(shù)控技術(shù)即數(shù)字控制技術(shù)（NumericalControlTechnology），是指用計算機以數(shù)字指令的方式控制機床動作的技術(shù)。數(shù)控加工具有產(chǎn)品精度高、自動化程度高、生產(chǎn)效率高以及生產(chǎn)成本低等特點，在制造業(yè)中，數(shù)控加工是所有生產(chǎn)技術(shù)中相當重要的一環(huán)。尤其是汽車或航空航天產(chǎn)業(yè)零部件，其幾何外形復雜且精度要求較高，更突出了數(shù)控加工技術(shù)的優(yōu)點。數(shù)控加工技術(shù)集傳統(tǒng)的機械制造、計算機、信息處理、現(xiàn)代控制、傳感檢測等光、機、電技術(shù)于一體，是現(xiàn)代機械制造技術(shù)的基礎(chǔ)1.2數(shù)控編程簡述數(shù)控編程一般可以分為手工編程和自動編程兩種。手工編程是指從零件圖樣分析、工藝處理、數(shù)值計算、編寫程序單到程序校核等各步驟的數(shù)控編程工作均由人工完成。該方法適用于零件形狀不太復雜、加工程序較短的情況，而形狀復雜的零件，如具有非圓曲線、列表曲面和組合曲面的零件，或形狀雖不復雜但程序很長的零件，則比較適合于自動編程。自動數(shù)控編程是從零件的設(shè)計模型（即參考模型）直接獲得數(shù)控加工程序，其主要任務是計算加工進給過程中的刀位點（CutterLocationPoint，CL點），從而生成CL數(shù)據(jù)文件。采用自動編程技術(shù)可以幫助人們解決復雜零件的數(shù)控加工編程問題，其大部分工作由計算機來完成，使編程效率大大提高，還能解決手工編程無法解決的許多復雜零件的加工編程問題。1.3數(shù)控機床/1.3.1數(shù)控機床的組成數(shù)控機床的種類很多，但任何一種數(shù)控機床都主要由數(shù)控系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)和機床主體三大部分以及輔助控制系統(tǒng)等組成。1．數(shù)控系統(tǒng)2．伺服系統(tǒng)3．機床主體圖1.3.2數(shù)控加工中心圖1.3.1數(shù)控銑床1.3數(shù)控機床/1.3.2數(shù)控機床的特點高精度高效率高柔性大大減輕了操作者的勞動強度易于建立計算機通信網(wǎng)絡初期投資大，加工成本高1.3數(shù)控機床/1.3.3數(shù)控機床的分類1．按工藝用途劃分2．按機床數(shù)控運動軌跡劃分3．按伺服系統(tǒng)控制方式劃分4．按聯(lián)動坐標軸數(shù)劃分1.3數(shù)控機床/1.3.4數(shù)控機床的坐標系數(shù)控機床的坐標系統(tǒng)包括坐標系、坐標原點和運動方向，它對于數(shù)控加工及編程是一個十分重要的概念。每一個數(shù)控編程員和操作者，都必須對數(shù)控機床的坐標系有一個很清晰的認識。為了使數(shù)控系統(tǒng)規(guī)范化及簡化數(shù)控編程，ISO對數(shù)控機床的坐標系統(tǒng)做了若干規(guī)定。關(guān)于數(shù)控機床坐標和運動方向命名的詳細內(nèi)容，可參閱GB/T19660—2005的規(guī)定。圖1.3.5銑床坐標系示意圖1.4數(shù)控加工程序/1.4.1數(shù)控加工程序的結(jié)構(gòu)數(shù)控加工程序由為使機床運轉(zhuǎn)而給予數(shù)控裝置的一系列指令的有序集合構(gòu)成。一個完整的程序由程序起始符、程序號、程序內(nèi)容、程序結(jié)束和程序結(jié)束符五部分組成。1.4數(shù)控加工程序/1.4.2數(shù)控指令數(shù)控加工程序的指令由一系列的程序字組成，而程序字通常由地址（Address）和數(shù)值（Number）兩部分組成，地址通常是某個大寫字母。1．語句號指令2．準備功能指令3．輔助功能指令4．其他常用功能指令1.5數(shù)控加工工藝概述/1.5.1數(shù)控加工工藝的特點數(shù)控加工工藝與普通加工工藝基本相同，在設(shè)計零件的數(shù)控加工工藝時，首先要遵循普通加工工藝的基本原則與方法，同時還需要考慮數(shù)控加工本身的特點和零件編程的要求。數(shù)控機床本身自動化程度較高，控制方式不同，設(shè)備費用也高，所以數(shù)控加工工藝具有以下六個特點。1．工藝內(nèi)容具體、詳細2．工藝要求準確、嚴密3．應注意加工的適應性4．可自動控制加工復雜表面5．工序集中6．采用先進的工藝裝備1.5數(shù)控加工工藝概述/1.5.2數(shù)控加工工藝的主要內(nèi)容選擇適合在數(shù)控機床上加工的零件，并確定零件的數(shù)控加工內(nèi)容。分析零件圖樣，明確加工內(nèi)容及技術(shù)要求。確定零件的加工方案，制訂數(shù)控加工工藝路線，如工序的劃分及加工順序的安排等。設(shè)計數(shù)控加工工序，如零件定位基準的選取、夾具方案的確定、工步的劃分、刀具的選取及切削用量的確定等。調(diào)整數(shù)控加工程序，選取對刀點和換刀點，確定刀具補償，確定刀路軌跡。分配數(shù)控加工中的容差。處理數(shù)控機床上的部分工藝指令。編寫數(shù)控加工專用技術(shù)文件。1.6數(shù)控工序的安排1．工序劃分的原則保證精度的原則提高生產(chǎn)效率的原則2．工序劃分的方法（1）按零件裝卡定位方式劃分（2）按同一把刀具加工的內(nèi)容劃分（3）按粗、精加工劃分1.7加工刀具的選擇和切削用量的確定/1.7.1數(shù)控加工常用刀具的種類及特點數(shù)控刀具與普通機床所用刀具相比，有許多不同的要求，主要有以下特點。剛性好，精度高，抗振及熱變形小?；Q性好，便于快速換刀。壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠。刀具的尺寸便于調(diào)整，以減少換刀調(diào)整時間。刀具應能可靠地斷屑或卷屑，以利于切屑的排除。系列化、標準化，以利于編程和刀具管理。1.7加工刀具的選擇和切削用量的確定/1.7.2數(shù)控加工刀具的選擇刀具的選擇是在數(shù)控編程的人機交互狀態(tài)下進行的。應根據(jù)機床的加工能力、加工工序、工件材料的性能、切削用量以及其他相關(guān)因素正確選用刀具和刀柄。刀具選擇的總原則是適用、安全和經(jīng)濟。適用是要求所選擇的刀具能達到加工的目的，完成材料的去除，并達到預定的加工精度。安全是指在有效去除材料的同時，不會產(chǎn)生刀具的碰撞和折斷等，要保證刀具及刀柄不會與工件相碰撞或擠擦，造成刀具或工件的損壞。經(jīng)濟是指能以最小的成本完成加工。在同樣可以完成加工的情形下，選擇相對綜合成本較低的方案，而不是選擇最便宜的刀具；在滿足加工要求的前提下，盡量選擇較短的刀柄，以提高刀具加工的剛性。1.7加工刀具的選擇和切削用量的確定/1.7.3切削用量的確定1．背吃刀量ap2．切削寬度L3．切削線速度4．主軸轉(zhuǎn)速n5．進給速度1.8高度與安全高度安全高度是為了避免刀具碰撞工件或夾具而設(shè)定的高度，即在主軸方向上的偏移值。在銑削過程中，如果刀具需要轉(zhuǎn)移位置，將會退到這一高度，然后再進行G00插補到下一個進刀位置。一般情況下，這個高度應大于零件的最大高度（即高于零件的最高表面）。起止高度是指在程序開始時，刀具將先到達這一高度，同時在程序結(jié)束后，刀具也將退回到這一高度。起止高度大于或等于安全高度，如圖1.8.1所示。1.9走刀路線的選擇序的劃分與安排一般可隨走刀路線來進行，在確定走刀路線時，主要考慮以下兩點。（1）對點位加工的數(shù)控機床，如鉆床、鏜床，要考慮盡可能使走刀路線最短，減少刀具空行程時間，提高加工效率。（2）應能保證零件的加工精度和表面粗糙度要求。1.9走刀路線的選擇序的劃分與安排一般可隨走刀路線來進行，在確定走刀路線時，主要考慮以下兩點。（1）對點位加工的數(shù)控機床，如鉆床、鏜床，要考慮盡可能使走刀路線最短，減少刀具空行程時間，提高加工效率。（2）應能保證零件的加工精度和表面粗糙度要求。1.10對刀點與換刀點的選擇對刀點的選擇原則，主要是考慮對刀方便，對刀誤差小，編程方便，加工時檢查方便、可靠。對刀點的設(shè)置沒有嚴格規(guī)定，可以設(shè)置在工件上，也可以設(shè)置在夾具上，但在編程坐標系中必須有確定的位置，如圖1.10.1所示的X1和Y1。對刀點既可以與編程原點重合，也可以不重合，主要取決于加工精度和對刀的方便性。當對刀點與編程原點重合時，X1=0，Y1=0。1.11數(shù)控加工的補償/1.11.1刀具半徑補償?shù)毒甙霃窖a償一般只用于銑刀類刀具，當銑刀在內(nèi)輪廓加工時，刀具中心向零件內(nèi)偏離一個刀具半徑值；在外輪廓加工時，刀具中心向零件外偏離一個刀具半徑值。當數(shù)控機床具備刀具半徑補償功能時，數(shù)控編程只需按工件輪廓進行，然后再加上刀具半徑補償值，此值可以在機床上設(shè)定。程序中通常使用G41/G42指令來執(zhí)行，其中G41為刀具半徑左補償，G42為刀具半徑右補償。根據(jù)ISO標準，沿刀具前進方向看去，當?shù)毒咧行能壽E位于零件輪廓右邊時，稱為刀具半徑右補償；反之，稱為刀具半徑左補償。1.11數(shù)控加工的補償/1.11.2刀具長度補償根據(jù)加工情況，有時不僅需要對刀具半徑進行補償，還要對刀具長度進行補償。程序員在編程時，首先要指定零件的編程中心，然后才能建立工件編程的坐標系，而此坐標系只是一個工件坐標系，零點一般在工件上。長度補償只是和Z坐標有關(guān)，因為刀具是由主軸錐孔定位而不可改變的，對于Z坐標的零點就不一樣了。每一把刀的長度都是不同的，例如，要鉆一個深為60mm的孔，然后攻螺紋長度為55mm，分別用一把長為250mm的鉆頭和一把長為350mm的絲錐。先用鉆頭鉆深60mm的孔，此時機床已經(jīng)設(shè)定了工件零點。當換上絲錐攻螺紋時，如果兩把刀都設(shè)定從零點開始加工，絲錐因為比鉆頭長而攻螺紋過長，會損壞刀具和工件。這時就需要進行刀具長度補償。銑刀的長度補償與控制點有關(guān)。一般用一把標準刀具的刀頭作為控制點，則該刀具稱為零長度刀具。長度補償?shù)闹档扔谒鶕Q刀具與零長度刀具的長度差。另外，當把刀具長度的測量基準面作為控制點，則刀具長度補償始終存在。無論用哪一把刀具都要進行刀具的絕對長度補償。1.11數(shù)控加工的補償/1.11.3夾具偏置補償夾具偏置補償可以讓編程人員不考慮工件夾具的位置。當用加工中心加工小的工件時，工裝上一次可以裝夾幾個工件，編程人員可以不用考慮每一個工件在編程時的坐標零點，而只需按照各自的編程零點進行編程，然后使用夾具偏置來移動機床在每一個工件上的編程零點。夾具偏置是使用夾具偏置指令G54～G59來執(zhí)行或使用G92指令設(shè)定坐標系。當一個工件加工完成之后，加工下一個工件時使用G92來重新設(shè)定新的工件坐標系。1.12輪廓控制在數(shù)控編程中，有時需要通過輪廓來限制加工范圍，而某些刀軌的生成中，輪廓是必不可少的因素，缺少輪廓將無法生成刀路軌跡。輪廓線需要設(shè)定其偏置補償?shù)姆较?，對于輪廓線會有三種參數(shù)選擇，即刀具在輪廓上、輪廓內(nèi)或輪廓外。（1）刀具在輪廓上（On）：刀具中心線始終完全處于輪廓上，如圖1.12.1a所示。（2）刀具在輪廓內(nèi)（To）：刀具軸將觸到輪廓，相差一個刀具半徑，如圖1.12.1b所示。（3）刀具在輪廓外（Past）：刀具完全越過輪廓線，超過輪廓線一個刀具半徑，如圖1.12.1c所示。1.13順銑與逆銑在加工過程中，銑刀的進給方向有兩種：順銑和逆銑。對著刀具的進給方向看，如果工件位于銑刀進給方向的左側(cè)，則進給方向稱為順時針，當銑刀旋轉(zhuǎn)方向與工件進給方向相同，即為順銑，如圖1.13.1a所示。如果工件位于銑刀進給方向的右側(cè)時，則進給方向定義為逆時針，當銑刀旋轉(zhuǎn)方向與工件進給方向相反，即為逆銑，如圖1.13.1b所示。1.14加工精度機械加工精度是指零件加工后的實際幾何參數(shù)（尺寸、形狀及相互位置）與理想幾何參數(shù)符合的程度，符合程度越高，精度越高。兩者之間