第八章數(shù)控加工編程數(shù)控加工錄象外圓車刀刀片的安裝數(shù)控車削工件安裝數(shù)控車削〔1〕數(shù)控車削〔2〕數(shù)控銑削〔1〕數(shù)控銑削〔2〕加工中心加工8.1數(shù)控編程方法及其開展1、手工編程2、數(shù)控語言自動(dòng)編程3、CAD/CAM系統(tǒng)自動(dòng)編程數(shù)控加工工作過程在數(shù)控機(jī)床上加工零件時(shí)，要預(yù)先根據(jù)零件加工圖樣的要求確定零件加工的工藝過程、工藝參數(shù)和走刀運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，然后編制加工程序，傳輸給數(shù)控系統(tǒng)，在事先存入數(shù)控裝置內(nèi)部的控制軟件支持下，經(jīng)處理與計(jì)算，發(fā)出相應(yīng)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)指令信號，通過伺服系統(tǒng)使機(jī)床按預(yù)定的軌跡運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行零件的加工。

1、手工編程手工編程是指編制零件數(shù)控加工程序的各個(gè)步驟，即從零件圖紙分析、工藝決策、確定加工路線和工藝參數(shù)、計(jì)算刀位軌跡坐標(biāo)數(shù)據(jù)、編寫零件的數(shù)控加工程序單直至程序的檢驗(yàn)，均由人工來完成。工藝分析數(shù)值計(jì)算NC程序編制輸入NC程序首件試切修改零件圖手工編程特點(diǎn)：不需輔助工具，效率低、出錯(cuò)率高，難以對復(fù)雜零件編程。

1、手工編程數(shù)控語言的產(chǎn)生與開展1953年MIT開始研究數(shù)控自動(dòng)編程；1955年公布APT自動(dòng)編程系統(tǒng)；之后的近40年不斷推出新版本，如APTII、APTIII、APTIV、APTAC、APTSS等；德國EXAPT、法國IFAPT；日本FAPT；我國在上世紀(jì)70年代推出SKC、ZCX車銑編程系統(tǒng)。2、數(shù)控語言自動(dòng)編程2、數(shù)控語言自動(dòng)編程APT是一種自動(dòng)編程工具〔AutomaticallyProgrammedTool〕的簡稱，是對工件、刀具的幾何形狀及刀具相對于工件的運(yùn)動(dòng)等進(jìn)行定義時(shí)所用的一種接近于英語的符號語言。在編程時(shí)編程人員依據(jù)零件圖樣，以APT語言的形式表達(dá)出加工的全部內(nèi)容。把用APT語言書寫的零件加工程序輸入計(jì)算機(jī)，經(jīng)APT語言編程系統(tǒng)編譯產(chǎn)生刀位文件〔CLDATAfile〕。通過后置處理。生成數(shù)控系統(tǒng)能接受的零件數(shù)控加工程序的過程。稱為APT語言自動(dòng)編程。2、數(shù)控語言自動(dòng)編程輸入編譯數(shù)值處理刀位文件CLDATA后置處理機(jī)床加工穿孔紙帶磁盤RS232C零件圖樣數(shù)控語言零件源程序程序員計(jì)算機(jī)特點(diǎn)：比手工編程效率高，解決復(fù)雜曲面編程問題。但專用詞匯及語句格式繁多，仍存在編程效率與機(jī)床加工速度間的矛盾。數(shù)控語言APT簡介APT數(shù)控語言格式：

命令/參數(shù)例：GODLTA/20,20,-5增量走刀數(shù)控語言常用語句：

初始語句：例：PARNO——給零件源程序作標(biāo)題用的語句

幾何定義語句：例POINT、LINE、CIRCLE、PLANE等——對零件加工的幾何要素進(jìn)行定義并賦名刀具定義語句：例CUTTER——指實(shí)際使用的刀具形狀，是計(jì)算刀具端點(diǎn)坐標(biāo)所必須使用的信息

數(shù)控語言APT簡介刀具運(yùn)動(dòng)語句：例GOLFT〔左轉(zhuǎn)〕、GORGT、GOFWD等——指定刀具所需的軌跡運(yùn)動(dòng)切削用量語句：例FEDRAT、SPEED等——切削參數(shù)容許誤差語句：例OUTTOL、INTOL——說明用小直線段逼近刀具曲線運(yùn)動(dòng)所容許誤差大小。其值越小，越接近理論曲線后置處理語句：例MACHINE、SPINDL、COOLNT、END等——后置處理程序調(diào)用、機(jī)床停止等結(jié)束語句：FINI容差語句：容差是指刀具實(shí)際運(yùn)動(dòng)軌跡與理論輪廓允許的差值。對用直線或圓弧逼近非圓曲線時(shí)即出現(xiàn)逼近誤差，該誤差應(yīng)在容差范圍內(nèi)。如圖，容差三種形式：OUTTOL〔外容差〕，INTOL〔內(nèi)容差〕，及其聯(lián)合。加工圖示零件APT源程序：PARTNO/TEMPLATE；初始語句，TEMPLATE為程序名稱MACHINE/FANUC,6M；后置處理程序的調(diào)用CLPRNT；打印刀具軌跡數(shù)據(jù)OUTTOL/0.002；外輪廓逼近容差I(lǐng)NTOL/0.002；內(nèi)輪廓逼近容差CUTTER/10；平頭立銑刀，直徑=10mmL1=LINE/20,20,20,70；定義直線L1幾何定義L2=LINE/(POINT/20,70)ATANGL,75,L1；定義直線L2L4=LINE/20,20,46,20；定義直線L4L3=LINE/(POINT/46,20),ATANGL,45,L4；定義直線L3C1=CIRCLE/YSMALL,L2,YLARGE,L3,RADIUS,10；定義圓弧C1XYPL=PLANE/0,0,1,0；定義平面XYPLSETPT=POINT/-10,-10,10

FROM/SETPT；指定起刀點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡定義FEDRAT/2400；快速進(jìn)給GODLTA/20,20,-5；增量走刀SPINDL/ON；主軸啟動(dòng)COOLNT/ON；冷卻液開FEDRAT/100；指定切削速度GO/TO,L1,TO,XYPL,TO,L4；初始運(yùn)動(dòng)指定TLLFT,GOLFT/L1,PASTL2；沿直線L1左邊切削直至超過直線L2GORGT/L2,TANTO,C1；右轉(zhuǎn)切削L2直至切于圓C1GOFWD/C1,PAST,L3；沿圓C1切削直至超過L3GOFWD/L3,PAST,L4；沿直線L3切削直至超過L4GORGT/L4,PAST,L1；右轉(zhuǎn)切削L4直至超過L1GODLTA/0,0,10；增量走刀SPINDL/OFF；主軸停止FEDRAT/2400；快速進(jìn)給GOTO/SETPT；返回起刀點(diǎn)END；機(jī)床停止FINI；零件源程序結(jié)束APT語言的根本組成

與通用計(jì)算機(jī)語言相似，用APT語言編制的加工程序是由一系列語句所構(gòu)成，每個(gè)語句由一些關(guān)鍵詞匯和根本符號組成，也就是說APT語言由根本符號、詞匯和語句組成。APT語言的根本組成(2)斜杠“/〞用來將語句分隔為主部和輔部，或者在計(jì)算語句中作除法運(yùn)算符號。例如：

GOFWD/C1；A=B/D；

(3)星號“*〞這是乘法運(yùn)算符號。例如：A=B*C

APT語言的根本組成(7)單美元符號“$〞為續(xù)行符，表示語句未結(jié)束，延續(xù)到下一行。如：

L1=LINE/RIGHT，$

TANTO，C2，RIGHT，TANTO，C1；

(8)冒號“：〞用于分隔語句及其標(biāo)號。(9)方括號“[]〞用于給出子曲線的起點(diǎn)和終點(diǎn)，或用于復(fù)合語句及下標(biāo)變量中。如：

Q1=TABCY/P1，P2，P3…Pn；

[GOFWD/C2，PAST，Q1[10，12]]；APT語言的根本組成(10)等號“=〞用于給定一個(gè)名字或者給標(biāo)識(shí)符號賦值用。例如：P1=POINT/X，Y，Z；

(11)分號“；〞作為語句結(jié)束符號。APT語言的根本組成詞匯

詞匯是APT語言所規(guī)定的具有特定意義的單詞的集合。每一個(gè)單詞由6個(gè)以下字母組成，編程人員不得把它們當(dāng)作其他符號使用。APT語言中，大約有300多個(gè)詞匯，按其作用大致可分為以下幾種：

(1)幾何元素詞匯

如POINT〔點(diǎn)〕，LINE〔線〕，PLANE〔平面〕等。

(2)幾何位置關(guān)系狀況詞匯

如PARLEL〔平行〕，PERPTO〔垂直〕，TANTO〔相切〕等。APT語言的根本組成(3)函數(shù)類詞匯

如SINF〔正弦〕，COSF〔余弦〕，EXPF〔指數(shù)〕，SQRTF〔平方根〕等。

(4)加工工藝詞匯

如OVSJSE〔加工余量〕，F(xiàn)EED〔進(jìn)給量〕，TOLER〔容差〕等。(5)刀具名稱詞匯

如TURNTL〔車刀〕，MILTL〔銑刀〕，DRITL〔鉆頭〕等。

(6)與刀具運(yùn)動(dòng)有關(guān)的詞匯

如GOFWD〔向前〕，GODLTA〔走增量〕，TLLFT〔刀具在左〕等。APT語言的根本組成一個(gè)幾何元素往往可以用多種方式來定義，所以在編寫零件源程序時(shí)應(yīng)根據(jù)圖紙情況，選擇最方便的定義方式來描述。APT語言可以定義17種幾何元素，其中主要有點(diǎn)、直線、平面、圓、橢圓、雙曲線、圓柱、圓錐、球、二次曲面、自由曲面等。幾何定義語句

幾何定義語句用于描述零件的幾何圖形。零件在圖紙上是以各種幾何元素來表示的，在零件加工時(shí)，刀具是沿著這些幾何元素來運(yùn)動(dòng)，因此要描述刀具運(yùn)動(dòng)軌跡，首先必須描述構(gòu)成零件形狀的各幾何元素。APT語言的根本組成幾何定義語句的一般形式為標(biāo)識(shí)符=APT幾何元素/定義方式。標(biāo)識(shí)符就是所定義的幾何元素的名稱，由編程人員自己確定，由1-6個(gè)字母和數(shù)字組成，規(guī)定用字母開頭，不允許使用APT詞匯作標(biāo)識(shí)符，例如圓的定義語句：C1=CIRCLE/10，60，12.5；其中C1為標(biāo)識(shí)符，CIRCLE為幾何元素類型，10，60，12.5分別為圓的圓心坐標(biāo)和半徑。APT語言的根本組成點(diǎn)的定義

1〕由給定坐標(biāo)值定義點(diǎn)

其格式為:標(biāo)識(shí)符=POINT/x，y，z;

如坐標(biāo)值，可以寫成如下的形式：P=POINT/10，20，15;2〕由兩直線的交點(diǎn)定義點(diǎn)

其格式為：標(biāo)識(shí)符=POINT/INTOF，line1，line2;

其中INTOF表示相交，line1，line2為事先已定義過的兩條直線。如以下圖的交點(diǎn)，可以寫成如下形式：P=POINT/INTOF，L1，L2;3〕由直線和圓的交點(diǎn)定義點(diǎn)(如圖)

P1=POINT/XSMALL，INTOF，L1，C1；

P2=POINT/YSMALL，INTOF，L1，C1；

或P1=POINT/YLARGE，INTOF，L1，C1；

P2=POINT/XLARGE，INTOF，L1，C1；

其中取交點(diǎn)中X與Y坐標(biāo)值中的大值還是小值，由編程人員根據(jù)圖形任選其中一項(xiàng)。APT語言的根本組成直線的定義

1〕通過兩點(diǎn)的直線

L=LINE/P1，P2；

或L=LINE/x1，y1，x2，y2；

2〕過一點(diǎn)P與圓相切的直線〔如圖〕

L1=LINE/P1，LEFT，TANTO，C；

L2=LINE/P2，RIGHT，TANTO，C；

其中LEFT，RIGHT表示左、右，以點(diǎn)P與圓心聯(lián)線方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，TANTO表示相切。APT語言的根本組成3、CAD/CAM系統(tǒng)自動(dòng)編程1〕CAD/CAM系統(tǒng)自動(dòng)編程原理數(shù)控語言自動(dòng)編程存在的主要問題是缺少圖形支持。此外被加工零件輪廓是通過幾何定義語句逐條描述，編程工作量大。利用CAD模塊生成的幾何圖形，采用人機(jī)交互的實(shí)時(shí)對話方式，在計(jì)算機(jī)屏幕上指定被加工部位，輸入相應(yīng)的加工參數(shù)，計(jì)算機(jī)便可自動(dòng)進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)處理并編制出數(shù)控加工程序，同時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕上動(dòng)態(tài)地顯示出刀具的加工軌跡。

CAD/CAM系統(tǒng)數(shù)控編程原理CAD造型加工工藝分析加工面選擇工藝參數(shù)確定刀軌文件生成刀位驗(yàn)證編輯修改后置處理加工仿真機(jī)床加工加工參數(shù)庫刀具庫材料庫2〕CAD/CAM軟件系統(tǒng)UGIIPRO/ENGINEERINGI—DEASCATIACIMATRONMASTERCAMCAXA://、三維數(shù)字化創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽3〕CAD/CAM編程的根本步驟幾何造型建立三維數(shù)據(jù)模型。由CAD系統(tǒng)、三維坐標(biāo)測量儀等方法構(gòu)成?！庸すに嚪治觥毒哕壽E生成分析加工部位，裝夾位置、選擇刀具、確定工藝參數(shù)等?；谄聊挥扇藱C(jī)交互完成。如確定邊界、對刀點(diǎn)、自動(dòng)生成刀具路線、轉(zhuǎn)換成刀位文件等。對生成的刀位文件進(jìn)行仿真模擬，驗(yàn)證刀具路線的合理性。進(jìn)行修改、優(yōu)化等?！段或?yàn)證及刀具軌跡的編輯→后置處理形成具體機(jī)床的數(shù)控加工代碼等?！鷶?shù)控程序的輸出。生成的數(shù)控加工代碼〔程序〕可打印、輸出到機(jī)床〔通過標(biāo)準(zhǔn)DNC接口〕等。4〕CAD/CAM系統(tǒng)自動(dòng)特點(diǎn)〔1〕將零件加工的幾何造型、刀位計(jì)算、圖形顯示和后置處理等作業(yè)過程式結(jié)合在一起，有效地解決了編程的數(shù)據(jù)來源，圖形顯示，走刀模擬和交互修改問題，彌補(bǔ)了數(shù)控語言編程的缺乏；〔2〕編程過程是在計(jì)算機(jī)上直接面向零件的幾何圖形交互進(jìn)行，不需要用戶編制零件加工源程序，用戶界面友好，使用簡便、直觀、準(zhǔn)確、便于檢查；〔3〕有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)(CAD)與數(shù)控加工編程(NCP)的集成，還便于與工藝過程設(shè)計(jì)(CAPP)，刀具量具設(shè)計(jì)等其它生產(chǎn)過程的集成。手工編程數(shù)控語言自動(dòng)編程CAD/CAM系統(tǒng)自動(dòng)編程無須軟件工具效率低，出錯(cuò)率高需記憶數(shù)控代碼難以完成復(fù)雜型面編程能從事復(fù)雜型面編程不需記憶具體數(shù)控代碼編程量大沒有圖形支持用戶不需編源程序有圖形支持便于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成幾種數(shù)控編程方法的比較用手工編程時(shí)，一個(gè)零件的編程時(shí)間與機(jī)床實(shí)際加工時(shí)間之比，平均約為30：1。數(shù)控機(jī)床不能開動(dòng)的原因中，有20~30%是由于加工程序不能及時(shí)編制出造成的。編程自動(dòng)化是當(dāng)今的趨勢！但手工編程是學(xué)習(xí)自動(dòng)編程根底！幾種數(shù)控編程方法的比較1、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)2、常用切削刀具3、刀具運(yùn)動(dòng)控制面4、切削加工中的階段劃分

1、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)

在數(shù)控機(jī)床上，機(jī)床的動(dòng)作是由數(shù)控裝置來控制的。為了確定數(shù)控機(jī)床上的成形運(yùn)動(dòng)和輔助運(yùn)動(dòng)，必須先確定機(jī)床上運(yùn)動(dòng)的位移和運(yùn)動(dòng)的方向，這就需要通過坐標(biāo)系來實(shí)現(xiàn)，這個(gè)坐標(biāo)系被稱之為機(jī)床坐標(biāo)系。1、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)

★規(guī)定通常在編程時(shí)，在加工中不管是刀具移動(dòng)，還是被加工工件移動(dòng)，都一律假定被加工工件相對靜止不動(dòng)，而刀具在移動(dòng)，并規(guī)定刀具遠(yuǎn)離工件的方向作為坐標(biāo)的正方向。1、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)

數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)定義〔假設(shè)工件不動(dòng)，刀具相對工件運(yùn)動(dòng)〕Z軸：與主軸平行，正向-使工件尺寸增大方向X軸：與工件裝夾面平行，水平，與Z軸垂直車床：沿工件徑向，離開工件軸線方向?yàn)檎?/p>

數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)定義〔假設(shè)工件不動(dòng)，刀具相對工件運(yùn)動(dòng)〕銑床臥式：工作臺(tái)向左移動(dòng)方向?yàn)閄軸正方立式：由主軸向立柱看，右手方向?yàn)檎験軸：與Z,X軸垂直，符合右手定律A,B,C軸：分別繞X,Y,Z軸右旋前進(jìn)方向圍繞X，Y，Z軸旋轉(zhuǎn)的圓周進(jìn)給坐標(biāo)軸分別用A，B，C表示，根據(jù)右手螺旋定那么，如以下圖，以大姆指指向+X，+Y，+Z方向，那么食指、中指等的指向是圓周進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的+A，+B，+C方向。1、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)

Z坐標(biāo)如果機(jī)床上有幾個(gè)主軸，那么選一個(gè)垂直于工件裝夾平面的主軸方向?yàn)閆坐標(biāo)方向；如果主軸能夠擺動(dòng)，那么選垂直于工件裝夾平面的方向?yàn)閆坐標(biāo)方向；如果機(jī)床無主軸(牛頭刨床)，那么選垂直于工件裝夾平面的方向?yàn)閆坐標(biāo)方向。Z坐標(biāo)正方向的規(guī)定：刀具遠(yuǎn)離工件的方向。1、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)

X坐標(biāo)X坐標(biāo)平行于工件的裝夾平面，一般在水平面內(nèi)。確定X軸的方向時(shí)，要考慮兩種情況：如果工件做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，那么刀具離開工件的方向?yàn)閄坐標(biāo)的正方向。如果刀具做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，那么分為兩種情況：Z坐標(biāo)水平時(shí)，觀察者沿刀具主軸向工件看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方；Z坐標(biāo)垂直時(shí)，觀察者面對刀具主軸向立柱看時(shí)，+X運(yùn)動(dòng)方向指向右方。Y坐標(biāo)

在確定X、Z坐標(biāo)的正方向后，可以用根據(jù)X和Z坐標(biāo)的方向，按照右手直角坐標(biāo)系來確定Y坐標(biāo)的方向。1、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)

WILLEMIN公司主軸可擺動(dòng)的五軸加工中心標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一規(guī)定，以增大工件與刀具之間距離的方向(即增大工件尺寸的方向)為坐標(biāo)抽的正方向。1、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)

1、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)

1、數(shù)控機(jī)床坐標(biāo)系統(tǒng)

機(jī)床坐標(biāo)系MCS〔MachineCoordinateSystem)：是固定的坐標(biāo)原點(diǎn)，該點(diǎn)在數(shù)控機(jī)床說明書上有說明。機(jī)床原點(diǎn)一般設(shè)在三個(gè)直線坐標(biāo)軸正極限位置。機(jī)床原點(diǎn)〔machineorigin或homeposition〕是制造商設(shè)置在機(jī)床上的一個(gè)物理位置，也稱為機(jī)床絕對原點(diǎn)〔machineabsoluteorigin〕。其作用是使機(jī)床與控制系統(tǒng)同步，建立測量機(jī)床運(yùn)動(dòng)坐標(biāo)的起始點(diǎn)。工件坐標(biāo)系用來確定工件幾何形體上各要素的位置而設(shè)置的坐標(biāo)系，工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)即為工件零點(diǎn)。工件零點(diǎn)的位置是任意的，它是由編程人員在編制程序時(shí)根據(jù)零件的特點(diǎn)選定的。考慮到編程的方便性，工件坐標(biāo)系中各軸的方向應(yīng)該與所使用的數(shù)控機(jī)床的坐標(biāo)軸方向一致。工件坐標(biāo)系原點(diǎn)機(jī)床坐標(biāo)系原點(diǎn)數(shù)控銑床的坐標(biāo)系統(tǒng)數(shù)控銑削加工選擇定位基準(zhǔn)應(yīng)遵循的原那么：盡量選擇零件上的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)作為定位基準(zhǔn)定位基準(zhǔn)選擇要能完成盡可能多的加工內(nèi)容定位基準(zhǔn)應(yīng)盡量與工件坐標(biāo)系的對刀基準(zhǔn)重合必須屢次安裝時(shí)，應(yīng)遵從基準(zhǔn)統(tǒng)一原那么工件坐標(biāo)系2、常用切削刀具刀具選擇及其參數(shù)的定義是數(shù)控編程的重要內(nèi)容之一，影響到加工效率和加工質(zhì)量。常用的刀具有：

球頭銑刀圓角銑刀平底銑刀刀具類型應(yīng)用范圍特點(diǎn)球頭銑刀（BallNoseCutter）復(fù)雜的曲面加工曲面干涉少、表面質(zhì)量好；切削能力差平底銑刀（EndMill）平面加工價(jià)格低、刀刃強(qiáng)度高圓角銑刀（HogNoseCutter）粗、精加工具有球頭、平底刀具特點(diǎn)2、常用切削刀具2、常用切削刀具數(shù)控刀具的類型與特點(diǎn)按照刀具結(jié)構(gòu)分：整體式：鉆頭、立銑刀等鑲嵌式：包括刀片采用焊接和機(jī)夾式數(shù)控刀具的類型與特點(diǎn)特殊形式：復(fù)合式、減振式等機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀具得到廣泛應(yīng)用，數(shù)量上已到達(dá)整個(gè)數(shù)控刀具的30%~40%，金屬切除率占總數(shù)的80%~90%2、常用切削刀具按照切削工藝分：車削刀具：外圓、內(nèi)孔、螺紋、成形車刀等銑削刀具：面銑刀、立銑刀、螺紋銑刀等數(shù)控刀具的類型與特點(diǎn)鉆削刀具：鉆頭、鉸刀、絲錐等鏜削刀具：粗鏜刀、精鏜刀等車削刀具圖片銑削刀具圖片鉆削刀具圖片鏜削刀具圖片外圓車刀內(nèi)孔車刀螺紋車刀數(shù)控刀具的類型與特點(diǎn)常用車刀面銑刀方肩銑刀仿形銑刀三面刃和螺紋銑刀整體硬質(zhì)合金銑刀數(shù)控刀具的類型與特點(diǎn)常用銑刀鉸刀鉆頭絲錐數(shù)控刀具的類型與特點(diǎn)鉆削刀具粗鏜刀精鏜刀數(shù)控刀具的類型與特點(diǎn)鏜削刀具刀觸點(diǎn)：在加工過程中刀具與工件的實(shí)際接觸點(diǎn)(A)。刀位點(diǎn)：數(shù)控編程中用以表示刀具位置的坐標(biāo)點(diǎn)(O)。球頭刀設(shè)于球心，圓角銑刀和平底銑刀位于端面中心刀位點(diǎn)計(jì)算：計(jì)算接觸點(diǎn)處零件外表的法向量沿法向量從A點(diǎn)偏移圓角半徑r沿刀具徑向偏移〔R-r)(R-刀具半徑)沿刀具軸線向刀具端部移動(dòng)r選擇適宜的對刀點(diǎn)對刀點(diǎn)〔起刀點(diǎn)〕：確定刀具與工件相對位置的點(diǎn)對刀點(diǎn)可以是工件或夾具上的點(diǎn)，或者與它們相關(guān)的易于測量的點(diǎn)。對刀點(diǎn)確定之后，機(jī)床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的相對關(guān)系就確定了?！?〕對于數(shù)控機(jī)床來說，在加工開始時(shí)，確定刀具與工件的相對位置是很重要的，這一相對位置是通過確認(rèn)對刀點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。對刀點(diǎn)〔2〕對刀點(diǎn)是指通過對刀確定刀具與工件相對位置的基準(zhǔn)點(diǎn)。〔3〕對刀點(diǎn)可以設(shè)置在被加工零件上，也可以設(shè)在夾具上與零件定位基準(zhǔn)有一定尺寸聯(lián)系的某一位置。〔4〕對刀點(diǎn)往往就是零件的加工原點(diǎn)。對刀點(diǎn)的選擇原那么如下：〔1〕所選的對刀點(diǎn)應(yīng)使程序編制簡單。對刀點(diǎn)〔4〕對刀點(diǎn)的選擇應(yīng)有利于提高加工精度?！?〕對刀點(diǎn)應(yīng)選擇在容易找正、便于確定零件加工原點(diǎn)的位置?！?〕對刀點(diǎn)的位置應(yīng)在加工時(shí)檢驗(yàn)方便、可靠。加工如以下圖零件。當(dāng)按照圖示路線來編制數(shù)控加工程序時(shí)，選擇夾具定位元件圓柱銷的中心線與定位平面A的交點(diǎn)作為加工的對刀點(diǎn)。顯然，這里的對刀點(diǎn)也恰好是加工原點(diǎn)。對刀點(diǎn)先近后遠(yuǎn):按加工部位相對于對刀點(diǎn)的距離大小而言的。在一般情況下，特別是在粗加工時(shí)，通常安排離對刀點(diǎn)近的部位先加工，離對刀點(diǎn)遠(yuǎn)的部位后加工，以便縮短刀具移動(dòng)距離，減少空行程時(shí)間對刀點(diǎn)例如，當(dāng)加工圖示零件時(shí)，對這類直徑相差不大的臺(tái)階軸，當(dāng)?shù)谝坏侗吵缘读俊矆D中最大背吃刀量可為3mm左右〕未超限度時(shí)，宜按Φ34mm-Φ36mm-Φ38mm的順序先近后遠(yuǎn)地安排車削加工。在使用對刀點(diǎn)確定加工原點(diǎn)時(shí)，就需要進(jìn)行“對刀〞。刀位點(diǎn)所謂對刀是指使“刀位點(diǎn)〞與“對刀點(diǎn)〞重合的操作。a)5參數(shù)b)7參數(shù)c)10參數(shù)刀具參數(shù)定義CAM系統(tǒng)中，刀具的參數(shù)往往統(tǒng)一定義。數(shù)控銑刀有5參數(shù)定義法、7參數(shù)定義法和10參數(shù)定義法。3、刀具運(yùn)動(dòng)控制面零件面：零件上待加工外表，用以控制切削深度；為了確定刀具的運(yùn)動(dòng)軌跡導(dǎo)動(dòng)面：引導(dǎo)刀具運(yùn)動(dòng)的面，用以控制刀具運(yùn)動(dòng)方向；檢查面：確定每次走刀的終止位置，檢查切削過程的干預(yù)。

零件面Ps(PartSurface):是待加工的外表。加工過程中始終與刀具保持接觸。零件面可能是也可能不是工件的實(shí)際外表。是固定面。當(dāng)Ps(h)>0時(shí)，留有加工余量；當(dāng)Ps(h)=0時(shí)，恰好是工件實(shí)際外表；當(dāng)Ps(h)<0時(shí)，負(fù)余量。功能：控制刀具的軸向位置導(dǎo)動(dòng)面Ds(DriveSurface)是在加工運(yùn)動(dòng)中引導(dǎo)刀具運(yùn)動(dòng)的面。當(dāng)Ds(h)>0時(shí)，導(dǎo)動(dòng)面留有加工余量；當(dāng)Ds(h)=0時(shí)，剛好加工到導(dǎo)動(dòng)面當(dāng)Ds(h)<0時(shí)，導(dǎo)動(dòng)面留有負(fù)加工余量功能：控制刀具徑向位置。控制刀具在指定的公差范圍內(nèi)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)動(dòng)面在加工過程中不斷變化。刀具與導(dǎo)動(dòng)面的關(guān)系檢查面Cs(CheckSurface)是刀具運(yùn)動(dòng)終止位置的限定面，刀具在到達(dá)檢查面之前，一直保持與零當(dāng)Cs(h)>0時(shí)，對檢查面留有加工余量；當(dāng)Cs(h)=0時(shí)，恰好加工檢查面當(dāng)Cs(h)<0時(shí)，對檢查面負(fù)余量。

件面和導(dǎo)向面所給定的關(guān)系，在到達(dá)檢查面后，可以重新給出新的運(yùn)動(dòng)語句。

刀具與檢查面的關(guān)系實(shí)際上，導(dǎo)動(dòng)面和檢查面也不一定是真正意義的面。它們也可以是點(diǎn)、線、圓等幾何元素。因此，準(zhǔn)確地應(yīng)稱為導(dǎo)動(dòng)元和檢查元。通過上述三個(gè)控制面就可聯(lián)合確定刀具的運(yùn)動(dòng)。一般零件面在整個(gè)過程中不發(fā)生變化，而前一段的檢查面是下一段的導(dǎo)動(dòng)面。4、切削加工中的階段劃分①起始運(yùn)動(dòng)階段②接近運(yùn)動(dòng)階段③切入運(yùn)動(dòng)階段④切削加工階段⑤退出切削階段⑥返回階段刀具由機(jī)床原點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到加工的起點(diǎn)，是快速運(yùn)動(dòng)階段；〔快移〕防止刀具與夾具或工件碰撞。由起點(diǎn)位置進(jìn)入開始點(diǎn)。慢速。CAM系統(tǒng)通常定義一個(gè)平安平面〔ClearencePlan〕。平面以下慢速進(jìn)給。切入階段，刀具進(jìn)給速度略低于正常的切削速度，防止刀具碰傷。為使外表光滑過渡，CAM系統(tǒng)提供導(dǎo)引方式，如圓弧切入等。按照給定的刀具軌跡進(jìn)行加工。退出階段，由當(dāng)前位置退回到退刀點(diǎn)。與切入階段一樣，刀具退出也有多種方式，如：圓弧引導(dǎo)、垂直引導(dǎo)等。速度不可太快。刀具快速回到返回點(diǎn)，等待下一次切削運(yùn)動(dòng)。原點(diǎn)8.3數(shù)控編程中的刀位計(jì)算1、非圓曲線刀位點(diǎn)計(jì)算2、球頭銑刀行距確實(shí)定3、平面型腔加工刀位點(diǎn)的計(jì)算4、轉(zhuǎn)角過渡處理5、曲面加工中的刀位計(jì)算6、刀具干預(yù)檢驗(yàn)刀位點(diǎn)：刀具運(yùn)動(dòng)過程中相關(guān)的坐標(biāo)點(diǎn)，包括基點(diǎn)、節(jié)點(diǎn)。基點(diǎn)：構(gòu)成零件輪廓幾何元素的連接點(diǎn)，如相鄰直線輪廓的交點(diǎn)、直線與圓弧輪廓的交點(diǎn)或切點(diǎn)等。節(jié)點(diǎn)：在滿足允許編程誤差條件下，按數(shù)控系統(tǒng)插補(bǔ)功能對輪廓曲線進(jìn)行離散的分割點(diǎn)，如用小直線段逼近零件曲線輪廓時(shí)，兩相鄰小直線的交點(diǎn)即為所求點(diǎn)。1、非圓曲線刀位點(diǎn)計(jì)算一般數(shù)控系統(tǒng)均有直線和圓弧插補(bǔ)功能?？捎弥本€或圓弧對非圓曲線進(jìn)行二次逼近來編制數(shù)控程序。所謂“插補(bǔ)〞就是指在一條起點(diǎn)和終點(diǎn)的曲線上進(jìn)行數(shù)據(jù)點(diǎn)的密化。插補(bǔ)的任務(wù)就是根據(jù)進(jìn)給速度的要求，在一段零件輪廓的起點(diǎn)和終點(diǎn)之間，計(jì)算出假設(shè)干個(gè)中間點(diǎn)的坐標(biāo)值，刀具沿著這些坐標(biāo)點(diǎn)移動(dòng)。CNC系統(tǒng)中常用的插補(bǔ)功能有直線、圓弧、拋物線以及螺旋線插補(bǔ)功能等。1〕直線段逼近輪廓曲線的節(jié)點(diǎn)計(jì)算等間距法等弦長法等誤差法直線段逼近〔1〕等間距法曲線y=f(x)。將曲線沿某一坐標(biāo)軸〔如x軸〕進(jìn)行等分，分別求出A、B、C、D、E等節(jié)點(diǎn)的x,y坐標(biāo)值。等間距Δx選取應(yīng)保證曲線f(x)與節(jié)點(diǎn)間連線的法向距離δ小于編程誤差δ允。δ允一般取零件輪廓公差的1/5-1/10。δ〔2〕等弦長法〔等步長法〕所有逼近線段的弦長l相等。由于f(x)各處曲率不同，直線段逼近的誤差δ不同。一般曲率半徑越小，逼近誤差越大。最小曲率半徑處的逼近誤差δmax應(yīng)小于允許的編程誤差δ允。關(guān)鍵是求出輪廓的最小曲率半徑R。以最小曲率R處的加工精度確定弦長l，計(jì)算節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值。δ〔3〕等誤差法用直線段逼近曲線y=f(x)時(shí)使每段的逼近誤差相等，且小于允許誤差δ允。以曲線的起點(diǎn)a為圓心，以δ允為半徑作圓O，求圓與曲線的公切線MN，然后過a點(diǎn)做MN的平行線交曲線于b點(diǎn)，即為所求的節(jié)點(diǎn)。δabδ允各直線逼近方法比較等間距法等弦長法等誤差法計(jì)算簡單，合理間距選取是關(guān)鍵以最小曲率半徑處加工精度確定弦長分割線段多，求解最小曲率半徑是關(guān)鍵計(jì)算過程復(fù)雜，分割的程序段少2〕雙圓弧段逼近輪廓曲線y=f(x)可以用圓弧段逼近，并使逼近誤差≤δ允。用圓弧段逼近時(shí)，各個(gè)逼近的圓弧段是光滑連接的，其程序段大大少于直線逼近的程序段。可直接用于有圓弧插補(bǔ)的數(shù)控機(jī)床。用圓弧逼近輪廓曲線的方法有很多，常用是雙圓弧逼近法。雙圓弧逼近法是通過在輪廓曲線上按照一定的方法連續(xù)取4個(gè)節(jié)點(diǎn)，根據(jù)這4個(gè)節(jié)點(diǎn)的分布情況可確定中間兩個(gè)節(jié)點(diǎn)雙圓弧逼近的形式與節(jié)點(diǎn)。2〕雙圓弧段逼近直線元素內(nèi)切雙圓弧外切雙圓弧p1,p2,p3,p4p1,p4在p2p3p1,p4在p2p3接近一直線連線同側(cè)連線兩側(cè)(α-β<0.05°)切于N點(diǎn)切于P點(diǎn)

2、球頭銑刀行距和步長確實(shí)定

一般曲面零件的數(shù)控加工通常采用球頭銑刀。用球頭銑刀加工曲面時(shí)通常按行切法，即銑刀沿坐標(biāo)軸方向或曲面參數(shù)軸方向?qū)η孢M(jìn)行一行一行加工。用球頭銑刀加工曲面時(shí)，必然會(huì)留下一段殘留高度。殘留高度的大小決定于刀具的半徑和切削行距。刀具半徑越大，殘留高度越小；切削行距越小，殘留高度越小。2、球頭銑刀行距確實(shí)定平面曲面殘留高度H<粗糙度要求Ra

3、平面型腔加工刀位點(diǎn)的計(jì)算型腔是指由封閉的約束邊界及底面構(gòu)成的凹坑。凹坑的坑壁與底面垂直，也可能有斜度。有的型腔內(nèi)部存在凸臺(tái)，稱之為島嶼。型腔的加工是成型模具和機(jī)械加工中常見的一種加工方式。主要有行切法〔Zigzag〕、環(huán)切法〔Spiral〕及復(fù)合切法。行切走刀路線a)往返走刀b)單向走刀包含島嶼平面型腔簡圖行切法：刀具按平行于某坐標(biāo)軸方向或一組平行線方向走刀。刀位計(jì)算簡單，遇到島嶼抬刀越過島嶼，或沿島嶼邊界繞過去。往返走刀可減少抬刀次數(shù)，空行程少、加工效率高，但在加工過程中交替進(jìn)行順銑、逆銑加工，影響切削力的大小和加工外表質(zhì)量。順銑：當(dāng)銑刀和工件接觸局部的旋轉(zhuǎn)方向和工件的進(jìn)給方向相同時(shí)。逆銑：當(dāng)銑刀和工件接觸局部的旋轉(zhuǎn)方向和工件的進(jìn)給方向相反時(shí)。假設(shè)不宜采用往返走刀，可采用單向走刀方式，但效率低下，有空行程存在。環(huán)切法:是環(huán)繞型腔邊界進(jìn)行切削加工方法。加工狀態(tài)穩(wěn)定，輪廓外表加工質(zhì)量好，是常用的數(shù)控加工方法之一。環(huán)切法刀位點(diǎn)計(jì)算比較復(fù)雜，尤其是帶有多個(gè)島、坑的復(fù)雜型腔的刀位點(diǎn)計(jì)算是國內(nèi)外學(xué)者研究的熱點(diǎn)問題。4、轉(zhuǎn)角過渡處理轉(zhuǎn)角過渡是數(shù)控編程中常常遇到的問題。數(shù)控加工中轉(zhuǎn)角在刀具系統(tǒng)補(bǔ)償計(jì)算中得到解決。不同的數(shù)控系統(tǒng)處理方法不同。CAD/CAM系統(tǒng)對轉(zhuǎn)角進(jìn)行專門處理，常用的有：圓弧過渡、尖角過渡、方角過渡、三角過渡等方法。4、轉(zhuǎn)角過渡處理a)圓弧過渡：加工輪廓為AB、BC段，對應(yīng)的刀具中心軌跡為A1B1、B2C1。為使兩條刀具中心軌跡光滑連續(xù)，填加一段圓弧B1B2予以過渡。圓弧B1B2的圓心為轉(zhuǎn)角B點(diǎn)，圓弧半徑為刀具半徑。由于在實(shí)際加工過程中，輪廓轉(zhuǎn)角處始終處于切削狀態(tài)，會(huì)使轉(zhuǎn)角處被加工成圓角。B4、轉(zhuǎn)角過渡處理b)尖角過渡：〔夾角>90)延長兩軌跡B1D、DB2構(gòu)成形成尖角c)方角過度：〔夾角<90)在兩附加軌跡段之間插入過渡直線D1D2，使B1D1=B2D2=BB1d)三角過度：應(yīng)用較少。5、曲面加工中的刀位計(jì)算參數(shù)曲面參數(shù)域用任意平面去截參數(shù)曲面會(huì)得到一條平面曲線。如果保持其中一個(gè)參數(shù)保持不變，如：v=v0，那么P(u,v0)就代表一條以u為變參數(shù)、以v0為等參數(shù)的的曲線。刀具沿參數(shù)曲面向或向等參數(shù)線進(jìn)行切削加工，計(jì)算速度快。假設(shè)u=u0，刀具運(yùn)動(dòng)軌跡按照將由曲線P(u0,v)及其法矢量n決定。等參數(shù)曲線法ui假設(shè)u=ui，刀具運(yùn)動(dòng)軌跡按照將由曲線P(ui,v)及其法矢量n決定。x,y,z軸，假設(shè)z軸與刀具主軸方向一致，用垂直于xoy面的任意一族平面去切割曲面，會(huì)得到一族平面曲線刀具沿參數(shù)曲面與一組平行平面截交線進(jìn)行切削加工，這種方法刀位計(jì)算消耗時(shí)間較長。任意切片法刀具由高到低沿參數(shù)曲面與一組水平平面截交線進(jìn)行切削加工，這種方法刀位計(jì)算時(shí)間最長。等高線法6、刀具干預(yù)檢驗(yàn)數(shù)控加工過程中，加工外表曲率半徑小于刀具半徑時(shí)的過切現(xiàn)象。加工水平面應(yīng)將垂直面作為檢查面；加工垂直面，應(yīng)將水平面作為檢查面。立銑刀工件彎斜量曲面工件立銑刀干涉區(qū)·立銑刀工件加工盲區(qū)··防止刀具干預(yù)abc刀具干預(yù)實(shí)例刀具運(yùn)動(dòng)方向的干預(yù)檢查運(yùn)動(dòng)方向上存在的干預(yù)可排除非運(yùn)動(dòng)方向上的干預(yù)不能排除僅校核檢查刀具運(yùn)動(dòng)方向上的加工干預(yù)。全方位干預(yù)檢查計(jì)算刀具中心到離散小曲面片距離是否小于刀具半徑，假設(shè)小那么干預(yù)，需要抬刀或繞行。曲面曲率變化大測點(diǎn)多曲面平坦，檢測點(diǎn)少考慮刀觸點(diǎn)的同時(shí)，考慮刀具在零件面全方位的干預(yù)。測試點(diǎn)8.4數(shù)控編程中的工藝策略1、粗精加工的工藝選擇2、刀具的切入和切出引導(dǎo)3、加工路線確實(shí)定及優(yōu)化刀具的選用粗加工：是切除絕大局部多余材料，切削用量較大，刀具負(fù)荷重，一般選用平底銑刀，刀具的直徑盡可能大。精加工：是保證加工面精度要求，切削用量較小，刀具負(fù)荷輕，根據(jù)加工外表形狀可選擇平底刀、球頭刀或圓角銑刀。應(yīng)優(yōu)先選用平底刀，應(yīng)盡量選擇圓角銑刀，而少用球頭刀。在刀具直徑選擇上：先用大直徑刀具完成大局部的曲面加工，再用小直徑刀具進(jìn)行清角或局部加工。1、粗精加工的工藝選擇加工路徑的選擇粗加工：加工路徑一般選擇單向切削，可保證切削過程穩(wěn)定，可防止順逆銑工作狀態(tài)的變化。精加工：切削力較小，對順逆銑反映不敏感，加工路徑可采用雙向切削，以減少空行程，提高切削效率。進(jìn)刀方式的選擇粗加工：主要考慮刀具切削刃強(qiáng)度；精加工：主要考慮被加工外表質(zhì)量。銑刀端面刃切削能力差，對于型腔加工可采用斜角切入。粗加工一般采用分層切削

2、刀具的切入和切出引導(dǎo)二維圓弧切入/切出引導(dǎo)二維圓弧切入/切出引導(dǎo)應(yīng)用實(shí)例二維垂直切入/切出引導(dǎo)應(yīng)用實(shí)例二維平行切入/切出引導(dǎo)應(yīng)用實(shí)例3、加工路線確實(shí)定及優(yōu)化加工路線確定原那么：獲得良好的加工精度和外表質(zhì)量走刀路線短空程少數(shù)據(jù)計(jì)算工作量小a)沿直紋母線走刀好b)沿橫截面線走刀不好加工路線確定實(shí)例a)行切法b)環(huán)切法c)綜合法計(jì)算簡單外表質(zhì)量好兩者綜合型腔加工路線確定a)水平走刀b)沿最長路徑角度走刀不好好走刀角度的選擇孔加工相鄰距離最近優(yōu)化法孔加工例圖通常加工序列優(yōu)化加工序列可節(jié)省近一半定位時(shí)間孔加工配對優(yōu)化法使用不同刀具時(shí)的優(yōu)化不好

好8.5后置處理及DNC后置處理：刀位計(jì)算后，CAM系統(tǒng)將生成一個(gè)刀位文件,該文件不能直接送給數(shù)控機(jī)床使用，尚需其轉(zhuǎn)換為機(jī)床控制代碼。10