数控精品课程5数铣编程及操作.ppt
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1、2019年5月29日,一、数控铣床加工的对象 二、数控铣床的主要类型 三、数控铣床的特点,第一节 数控铣床加工概述,2019年5月29日,一、数控铣床加工的对象,数控铣床可完成钻孔、镗孔、攻螺纹、外形轮廓铣削、平面铣削、平面型腔铣削及三维复杂型面的铣削加工。,(1)平面轮廓零件 如图所示,2019年5月29日,(2)变斜角类零件 加工面与水平面的夹角呈连续变化的零件称为变斜角零件,如图所示的飞机变斜角梁缘条。,图 飞机上变斜角梁缘条,2019年5月29日,(3)空间曲面轮廓零件,图 空间曲面轮廓零件,(4)孔 (5)螺纹,2019年5月29日,二、数控铣床的主要类型,数控铣床的组成 (1)机床
2、本体 (2)数控系统(CNC装置) (3)伺服系统 (4)液压(气动)系统,2019年5月29日,数控铣床的类型 1立式数控铣床 立式数控铣床主轴轴线垂直于水平面,主要用于机械零件类的平面、内外轮廓、孔、攻螺纹等以及各类模具的加工。目前数控铣床中3坐标立式数控铣床占有很大的比例,一般可进行3坐标联动加工。,2019年5月29日,2卧式数控铣床 卧式数控铣床主轴的轴线平行于水平面。为了扩大加工范围和扩充功能,卧式数控铣床通常采用增加数控转盘(或万能数控转盘)来实现4、5坐标加工。这样既可以加工工件侧面的连续回转轮廓,又可以实现在一次安装中通过转盘改变工位,进行“4面加工”。 卧式数控铣床主要适用
3、于箱体类机械零件的加工。,2019年5月29日,3复合式数控铣床 复合式数控铣床是指一台机床上有立式和卧式两个主轴,或者主轴可作90旋转的数控铣床,同时具备立、卧式铣床的功能。图为具有立式和卧式两个主轴的复合式数控铣床。 复合式数控铣床主要用于箱体类零件以及各类模具的加工。,2019年5月29日,4龙门式数控铣床 龙门式数控铣床主轴固定于龙门架上。龙门式数控铣床主要用于大型机械零件及大型模具的加工。,2019年5月29日,三、数控铣床的特点,1结构特点,(1)控制机床运动的坐标特征。 (多坐标轴联动) (2)数控铣床的主轴特性。,2019年5月29日,2加工特点 (1)加工灵活,通用性强 在数
4、控铣床上能完成钻孔、镗孔、铰孔、铣平面、铣斜面、铣槽、铣曲面(凸轮)、攻丝等加工,而且,在一般情况下,可以一次装夹就能完成所需的加工工序。 (2)工件的加工精度高 一般为0.001mm,高精度的数控系统可达0.1m。 (3)大大提高了生产效率 (4)大大减轻了操作者的劳动强度,2019年5月29日,第二节 数控铣床编程,一、数控铣削加工工艺分析 二、数控车削加工的切削用量选择 三、数控车削加工的装夹与定位 四、数控车削加工中的装刀与对刀,2019年5月29日,一、数控铣削加工工艺分析,数控铣床加工的程序是数控铣床的指令性文件。数控铣床受控于程序指令,加工的全过程都是按程序指令自动进行的。因此,
5、数控铣床加工程序与普通铣床工艺规程有较大差别,涉及的内容也较广。数控铣床加工程序不仅要包括零件的工艺过程,而且还要包括切削用量,走刀路线,刀具尺寸以及铣床的运动过程。因此,要求编程人员对数控铣床的性能、特点、运动方式、刀具系统、切削规范以及工件的装夹方法都要非常熟悉。工艺方案的好坏不仅会影响铣床效率的发挥,而且将直接影响到零件的加工质量。,2019年5月29日,(一)数控铣削加工工艺的主要内容,1、数控铣削加工工艺 选择适合在数控铣床上加工的零件,确定工序内容; 分析被加工零件的图纸,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。如选取零件的定位基准、夹
6、具方案的确定、工步划分、刀具选择和确定切削用量等。 数控加工程序的调整。如选取对刀点和换刀点、确定刀具补偿及确定加工路线等;,2019年5月29日,2、选择并确定数控铣削的加工部位及内容 以下几方面适宜采用数控铣削加工: 由直线、圆弧、非圆曲线及列表曲线构成的内外轮廓 空间曲线或曲面; 形状虽然简单,但尺寸繁多,检测困难的部位; 用普通机床加工时难以观察、控制及检测的内腔、箱体内部等; 有严格位置尺寸要求的孔或平面; 能够在一次装夹中顺带加工出来的简单表面或形状; 采用数控铣削加工能有效提高生产率,减轻劳动强度的一般加工内容。,2019年5月29日,(二)数控铣削加工零件的工艺性分析,(1)零
7、件图及其结构工艺性分析 分析零件的形状、结构及尺寸的特点,确定零件上是否有妨碍刀具运动的部位,是否有会产生加工干涉或加工不到的区域,零件的最大形状尺寸是否超过机床的最大行程,零件的刚性随着加工的进行是否有太大的变化等。 检查零件的加工要求,如尺寸加工精度、形位公差及表面粗糙度在现有的加工条件下是否可以得到保证,是否还有更经济的加工方法或方案。 在零件上是否存在对刀具形状及尺寸有限制的部位和尺寸要求,如过渡圆角、倒角、槽宽等,这些尺寸是否过于凌乱,是否可以统一。尽量使用最少的刀具进行加工,减少刀具规格、换刀及对刀次数和时间,以缩短总的加工时间。,2019年5月29日, 对于零件加工中使用的工艺基
8、准应当着重考虑,它不仅决定了各个加工工序的前后顺序,还将对各个工序加工后各个加工表面之间的位置精度产生直接的影响。应分析零件上是否有可以利用的工艺基准,对于一般加工精度要求,可以利用零件上现有的一些基准面或基准孔,或者专门在零件上加工出工艺基准。当零件的加工精度要求很高时,必须采用先进的统一基准定位装夹系统才能保证加工要求。 分析零件材料的种类、牌号及热处理要求,了解零件材料的切削加工性能,才能合理选择刀具材料和切削参数。 构成零件轮廓的几何元素(点、线、面)的条件(如相切、相交、垂直和平行等),是数控编程的重要依据。因此,在分析零件图样时,务必要分析几何元素的给定条件是否充分,发现问题及时与
9、设计人员协商解决。,2019年5月29日,2019年5月29日,2019年5月29日,(2)零件毛坯的工艺性分析 毛坯应有充分、稳定的加工余量 分析毛坯的装夹适应性, 分析毛坯的余量大小及均匀性,2019年5月29日,(三)数控铣削加工工艺路线的拟订,加工工艺路线 -刀具刀位点相对于工件运动的轨迹,也称进给路线。 其主要内容包括:选择各加工表面的加工方法、划分加工阶段、划分工序以及安排工序的先后顺序等。,2019年5月29日,1、确定加工工艺路线的原则 加工路线应保证被加工工件的精度和表面粗糙度。 应使加工路线最短,以减少空行程时间,提高加工效率。 在满足工件精度、表面粗糙度、生产率等要求的情
10、况下,尽量简化数学处理时的数值计算工作量,以简化编程工作。 当某段进给路线重复使用时,为了简化编程,缩短程序长度,应使用子程序。 此外,确定加工路线时,还要考虑工件的形状与刚度、加工余量大小;机床与刀具的刚度等情况,确定是一次进给还是多次进给来完成加工,以及设计刀具的切入与切出方向和在铣削加工中是采用顺铣还是逆铣等。,2019年5月29日,2、孔加工工艺路线的确定 加工孔时,要求定位精度较高,即将刀具在XY平面内快速定位到对准孔中心线的位置,因此要按空程最短安排进给路线,然后刀具再轴向运动(Z向)进行加工。所以进给路线的确定要解决好下面两个问题: (1)孔位确定及其坐标值的计算 (2)孔的加工
11、顺序,2019年5月29日,2019年5月29日,3面加工工艺路线的确定,加工表面的加工方案,2019年5月29日,在数控铣床上加工平面主要采用端铣刀和立铣刀加工。粗铣的尺寸精度和表面粗糙度一般可达IT1113,Ra6.325;精铣的尺寸精度和表面粗糙度一般可达IT810,Ra1.66.3。需要注意的是:当零件表面粗糙度要求较高时,应采用顺铣方式。 铣削加工时,应注意设计好刀具切入点与切出点。 在轮廓加工中应避免进给停顿。 铣削曲面时,常用球头刀进行加工。,2019年5月29日,加工边界敞开的直纹曲面可能采取的三种进给路线:即曲面的Y向行切,沿X向的行切和环切。 对于直母线的叶面加工,采用图b
12、的方案,每次直线进给,刀位点计算简单,程序段短且加工过程符合直纹面的形成规律,可以准确保证母线的直线度。 当采用图a的加工方案时,符合这类工件表面数据给出情况,便于加工后检验,叶形的准确度高。由于曲面工件的边界是敞开的,没有其它表面限制,所以曲面边界可以外延,为保证加工的表面质量,球头刀应从边界外进刀和退刀。 图c所示的环切方案一般应用在凹槽加工中,在型面加工中由于编程繁琐,一般都不用。,2019年5月29日,(四)工件的安装与夹具的选择,1工件安装的基本原则 力求设计基准、工艺基准与编程计算的基准统一。 尽量减少装夹次数,尽可能在一次定位装夹后就能加工出全部待加工表面。 避免采用占机人工调整
13、方案,以充分发挥数控机床的效能。 2夹具的选择 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求: 一是要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关系。,2019年5月29日,(五)对刀点与换刀点的确定,对刀点-数控加工中刀具相对于工件运动的起点。 也称为“程序起点”或“起刀点”。对刀点可选在工件上,也可选在夹具上或机床上,但必须与工件的定位基准有一定的尺寸关系 。 选择对刀点的原则是: 1)便于数学处理和简化程序编制; 2)在机床上容易找正; 3)在加工中便于检查; 4)引起的加工误差小。,2019年5月29日,换刀点-指刀架转位换刀时的位置。 为了防止换刀时刀
14、具碰伤工件及其它部件,换刀点往往设在工件或夹具的外部,其设定值可用实际测量方法或计算确定。,2019年5月29日,二、数控铣床典型数控系统常用指令及编程方法,(一)基本指令,1坐标平面指令G17、G18、G19 由于数控铣床大都在XY平面内加工,故G17可以省略。,2019年5月29日,2、数控铣削编程中的坐标系 G92,(1)机床坐标系 (2)参考点 (3)工件坐标系(编程坐标系),2019年5月29日,工件零点应选在零件图的尺寸基准上,这样便于坐标值的计算,减少错误; 工件零点尽量选在精度较高的加工表面,以提高被加工零件的加工精度; 对于对称的零件,工件零点应设在对称中心上; 对于一般零点
15、,通常设在工件外廓的某一角上; Z轴方向上的零点,一般设在工件表面。,2019年5月29日,工件坐标系设定指令 编程格式: G92 X Y Z_; X、Y、Z为刀位点在工件坐标系中的初始位置,程序内绝对指令中的坐标数据,就是在工件坐标系中的坐标值。 注意事项:有的数控系统则直接采用零点偏置指令(G54G57)建立工件坐标系,如SIMENS 802S/C系统。,2019年5月29日,图 工件坐标系与机床坐标系间的关系,2019年5月29日,3、绝对和增量尺寸编程(G90/G91),2019年5月29日,4、公制尺寸/英制尺寸指令 公制与英制单位的换算关系为: 1 mm 0.0394 in. 1
16、in. = 25.4mm 注意:数控系统不同,公制/英制尺寸指令不同。FANUC系统采用G21/G20代码; SIEMENS和FAGOR系统采用G71/G70代码。,2019年5月29日,5刀具补偿指令 (1)刀具半径补偿指令(G41、G42、G40),(2)刀具长度补偿(G43、G44、和G49),2019年5月29日,当使用不同类型及规格的刀具或刀具磨损时,可在程序重新用刀具长度补偿指令补偿刀具尺寸的变化,而不必重新调整刀具或重新对刀。图示不同刀具长度方向的偏移量。,图 不同刀具的长度偏置,2019年5月29日,刀具长度补偿(G43、G44、和G49),(1)编程格式 G43 Z H_ ;
17、 G44 (2)说明 G43为刀具长度正补偿;G44为刀具长度负补偿;G49为撤消刀具长度补偿指令。Z值为刀具长度补偿值,补偿量存入由H代码指定的存储器中。偏置量与偏置号相对应,由CRT/MDI操作面板预先设在偏置存储器中。 执行G43时: Z实际值 = Z指令值+(H) 执行G44时: Z实际值 = Z指令值(H) H是指编号为寄存器中的刀具长度补偿量。,例1: 图5-24为刀具长度补偿编程实例,图中A为程序起点,加工路线为。由于某种原因,刀具实际起始位置为B点,与编程的起点偏离了3mm,现按相对坐标编程,偏置量存入地址为H01的存储器中。程序如下:,O0056 N1 G91 G00 X70
18、.0 Y45.0 S800 M03; N2 G43 Z22.0 H1; N3 G01 Z18.0 F100 M08; N4 G04 P2000; N5 G00 Z18.0; N6 X30.0 Y20.0; N7 G01 Z33.0 F100; N8 G00 G49 Z55.0 M09; N9 X100.0 Y20.0; N100 M30 ;,2019年5月29日,6、比例缩放及镜像功能指令G50、G51,(1)各轴按相同比例编程 编程格式: G51 X Y Z P ; 式中:X、Y、Z比例中心的坐标(绝对方式), P比例系数,最小输入量为0001, 比例系数的范围为:0001999999。 该
19、指令以后的移动指令,从比例中心点开始,实际移动量为原数值的P倍。P值对偏移量无影响。,2019年5月29日,G51可使原编程尺寸按指定比例缩小或放大,也可让图形按指定规律产生镜像变换。 G50为撤消比例编程指令。 G50、G51均为模态代码。,例如图中:P1P4为原加工图形,P1P4为比例编程的图形,P0为比例中心。,2019年5月29日,(2)各轴以不同比例编程 各个轴可以按不同比例来缩小或放大,当给定的比例系数为1时,可获得镜像加工功能。 编程格式: G51 X Y Z I J K ; 式中:X、Y、Z比例中心坐标; I、J、K对应X、Y、Z轴的比例系 数,在00019999范围内。 本系
20、统设定I、J、K不能带小数点,比例为1时,应输入1000,并在程序中都应输入,不能省略。,2019年5月29日,比例系数与图形的关系见图 其中: ba:X轴系数, dc:Y轴系数, O:比例中心,7、镜像功能 镜像功能的应用见图518,其中比例系数取为1000或1000。设刀具起始点在0点,程序如下:,子程序为:O8000 N10 G00 X60.0 Y60.0; N20 G01 X100.0 F100; N30 Y100.0; N40 X60.0 Y60.0 ; N50 M99; 主程序:O8100 N10 G92 X0 Y0; N20 G90; N40 G51 X50.0 Y50.0 I-
21、1000.0 J1000.0; N50 M98 P8000; N60 G51 X50.0 Y50.0 I-1000.0 J-1000.0; N70 M98 P8000; N80 G51 X50.0 Y50.0 I1000.0 J-1000.0; N90 M98 P8000; N100 G50; N110 M30;,2019年5月29日,4坐标系旋转指令G68、G69 该指令可使编程图形按指定旋转中心及旋转方向旋转一定的角度。 G68表示开始坐标旋转,G69用于撤消旋转功能。 编程格式: G68 X Y R ; 式中:X、Y旋转中心的坐标值(可以是X、Y、Z中的任意两个,由当前平面选择指令确定)
22、。当X、Y省略时,G68指令认为当前的位置即为旋转中心。 R旋转角度,逆时针旋转定义为正向,一般为绝对值。旋转角度范围为:3600+3600,单位为0001度。当R省略时,按系统参数确定旋转角度。,2019年5月29日,当程序在绝对方式下时,G68程序段后的第一个程序段必须使用绝对方式移动指令,才能确定旋转中心。如果这一程序段为增量方式移动指令,那么系统将以当前位置为旋转中心,按G68给定的角度旋转坐标。 以图为例,应用旋转指令的程序为: 程序编写中,坐标系旋转功能与其它功能的的旋转平面一定要包含在刀具半径补偿平面内。,2019年5月29日,N10 G92 X-5.0 Y-5.0; N20 G
23、68 G90 X7.0 Y3.0 R60.0; N30 G90 G01 X0 Y0 F0.2 (G91 X5.0 Y5.0); N40 G91 X10.0; N50 G02 Y10.0 R10.0; N60 G03 X-10.0 I-5.0 J-5.0; N70 G01 Y-10.0; N80 G69 G90 X-5.0 Y-5.0; N90 M30;,(二)数控铣床固定循环指令,数控铣床中的固定循环主要用于孔加工,如钻孔、镗孔、攻丝等。 1固定循环的组成 固定循环由6个动作组成: XY平面上定位; 快速运行到R平面; 孔加工操作; 孔底操作; 返回到R平面; 快速返回到起始点。,固定循环只能
24、在XY平面上使用,Z轴仅作孔加工进给。故平面选择功能无效,其中动作(3)的进给速度由F代码给定。,表 FANUC 固定循环功能一览表,2019年5月29日,2编程格式,格式如下: G90(G91) G98(G99) (G73G89) X Y_Z R Q_P F_K_; 数据格式 返回点位置 孔加工方式 孔位置 孔加工参数 循环次数 式中: X、Y:指定孔在XY平面上的位置; Z为孔底位置; R为快进的终止面(一般距零件表面25mrn); Q在G73和G83中为每次的切削深度,在G76和G87中为偏移值,它始终是增量坐标值; P为在孔底位置的暂停时间,与G04相同;即以ms为单位,不使用小数点。
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