《數控加工工藝與編程》-教學單元五_第1頁
《數控加工工藝與編程》-教學單元五_第2頁
《數控加工工藝與編程》-教學單元五_第3頁
《數控加工工藝與編程》-教學單元五_第4頁
《數控加工工藝與編程》-教學單元五_第5頁
已閱讀5頁,還剩295頁未讀 繼續免費閱讀

下載本文檔

版權說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內容提供方,若內容存在侵權,請進行舉報或認領

文檔簡介

5-1任務引入加工圖5-1所示零件。毛坯尺寸:165mm×105mm×25mm,材料:45鋼,小批量生產。要完成圖示零件的加工,需要考慮以下問題。1仔細審圖分析零件圖紙,了解圖形的結構要素,明確零件的材料、加工內容和技術要求,掌握組成圖形的各幾何要素間的相互關系,分析零件的設計基準和尺寸標注方法,為編程原點的選擇和尺寸的確定做好準備。2選擇加工設備、夾具及裝夾、刀具及切削用量、量具等選擇加工設備,首先保證加工零件的技術要求,能夠加工出合格的零件。其次是要有利于提高生產效率,降低生產成本。還應根據加工零上一頁下一頁返回5-1任務引入件的材料狀態、技術要求及其工藝復雜程度,選用合適、經濟的機床。在數控機床上加工零件時,為保證工件的加工精度和加工質量,必須使工件位于機床上的正確位置(也就是通常所說的“定位”),然后將它固定(也就是通常所說的“夾緊”)。工件在機床上定位與夾緊的過程稱為工件的裝夾。刀具的選擇是在數控編程的人機交互狀態下進行的。應根據機床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量以及其他相關因素正確選用刀具及刀柄。刀具選擇總的原則是:安裝調整方便、剛性好、耐用度和精度高。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。上一頁下一頁返回5-1任務引入切削用量不僅是在機床調整前必須確定的重要參數,而且其數值合理與否對加工質量、加工效率、生產成本等有著非常重要的影響。所謂“合理的”切削用量是指充分利用刀具切削性能和機床動力性能(功率、扭矩),在保證質量的前提下,獲得高的生產率和低的加工成本的切削用量。粗加工時,一般以提高生產率為主,但也應考慮經濟性和加工成本;半精加工和精加工時,應在保證加工質量的前提下,兼顧切削效率、經濟性和加工成本。具體數值應根據機床說明書、切削用量手冊,并結合經驗而定。根據“測量器具的選擇原則”,選用適當的測量器具進行測量。測量器具的計量工作應遵循測量器具的保養、檢修、檢定計劃,確保所用量具精度、靈敏度、準確度。上一頁下一頁返回5-1任務引入3加工方案,加工順序零件上比較精密的尺寸及表面的加工,常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達到的。對這些加工部位僅僅根據質量要求選擇相應的加工方法是不夠的,還應正確地確定從毛坯到最終成型的加工方案。確定加工方案時,首先應根據主要表面的精度和表面粗糙度的要求,初步確定為達到這些要求所需要的加工方法。由于獲得同一級加工精度及表面粗糙度的加工方法一般有許多,在實際選擇時,要結合零件的形狀、尺寸和熱處理要求等全面考慮。在確定了某個工序的加工內容后,要進行詳細的工步設計,即安排這些工序內容的加工順序,同時考慮程序編制時刀具運動軌跡的設計。一般將一個工步編制為一個加工程序,因此,工步順序實際上也就是上一頁下一頁返回5-1任務引入加工程序的執行順序。一般數控銑削采用工序集中的方式,這時工步的順序就是工序分散時的工序順序,可以按一般切削加工順序安排的原則進行。通常按照從簡單到復雜的原則,先加工平面、溝槽、孔,再加工內腔、外形,最后加工曲面;先加工精度要求低的表面,再加工精度要求高的部位等。4編制數控加工程序數控加工程序闡明了工藝人員對數控加工工序的技術要求和工序說明,以及數控加工前應保證的加工余量。上一頁返回5-2相關知識5-2-1數控鏜、銑床及加工中心的基本結構1數控鏜、銑床及加工中心概述數控鏜、銑床又稱CNC(ComputerNumericalControl)鏜、銑床,是目前使用最為廣泛的數控機床之一。通常數控鏜、銑床和加工中心(MC,MachineCenter)在結構、工藝和編程方面非常相似。特別是加工中心與全功能型數控鏜、銑床相比,區別主要在于加工中心增加了刀庫及自動換刀裝置(ATC,AutomaticToolsChanger)。因此,加工中心將使用的刀具預先存放到刀庫內,需要時用換刀指令便可以完成刀具的自動交換。數控銑床和加工中心都能夠進行銑削、鉆削、鏜削及攻螺紋等加工。數控銑削是機械加工中最常用和最主要下一頁返回5-2相關知識的數控加工方法之一,數控銑床和加工中心除了能銑削普通銑床所能銑削的各種零件表面外,還能銑削普通銑床不能銑削的需2~5坐標聯動的各種平面輪廓和立體輪廓。特別是加工中心,除具有一般數控銑床的工藝特點外,由于工序的集中和自動換刀,減少了工件的裝夾、測量和機床調整等時間,使機床的切削時間達到機床開動時間的80%左右(普通機床僅為15%~20%);同時也減少了工序之間的工件周轉、搬運和存放時間,縮短了生產周期,具有明顯的經濟效果。加工中心適宜于加工形狀復雜、加工內容多、要求較高、需多種類型的普通機床和眾多的工藝裝備,且經多次裝夾和調整才能完成加工的零件。由于數控鏜、銑床和加工中心聯系密切,故本章把二者合在一起介紹。上一頁下一頁返回5-2相關知識2數控鏜、銑床和加工中心的分類1)按主軸的布置形式分類數控鏜、銑床和加工中心常按主軸在空間所處的狀態,可分為臥式、立式和五面式。如圖5-2所示,立式數控鏜、銑床和加工中心通常采用固定立柱式,主軸箱吊在立柱一側,其平衡重錘放置在立柱中,工作臺為十字滑臺,可以實現X、Y兩個坐標軸的移動,主軸箱沿立柱導軌實現Z坐標移動。如圖5-3所示,臥式數控鏜、銑床和加工中心通常采用立柱移動式,T形床身。一體式T形床身的剛度和精度保持性較好,但其鑄造和加工工藝性差。分離式T形床身的鑄造和加工工藝性較好,但是必須在連接部位用大螺栓緊固,以保證其剛度和精度。

上一頁下一頁返回5-2相關知識五面數控鏜、銑床和加工中心兼有立式和臥式數控鏜、銑床和加工中心的功能,工件一次裝夾后能完成除安裝面外的所有側面和頂面等五個面的加工。常見的五面加工中心有兩種結構形式,圖5-4(a)所示主軸可以90°旋轉,可以按照立式和臥式加工中心兩種方式進行切削加工;圖5-4(b)所示的工作臺可以帶著工件作90°旋轉來完成裝夾面外的五面切削加工。2)按照控制聯動坐標軸分類數控鏜、銑床和加工中心按主軸在空間所處的狀態,可分為三軸、四軸和五軸式。如圖5-5所示,三坐標數控銑床與加工中心的共同特點是除具有普通銑床的工藝性能外,還具有加工形狀復雜的二維以至三維復雜輪廓的能力。這些復雜輪廓零件的加工,有的只需二軸聯動上一頁下一頁返回5-2相關知識(如二維曲線、二維輪廓和二維區域加工),有的則需三軸聯動(如三維曲面加工),它們所對應的加工一般相應稱為二軸(或2.5軸)加工與三軸加工。對于三坐標數控鏜、銑床和加工中心(無論是立式還是臥式),由于具有自動換刀功能,適于多工序加工,如箱體等需要銑、鉆、鉸及攻螺紋等多工序加工的零件。特別是在臥式加工中心,加裝數控分度轉臺后,可實現四面加工,而若主軸方向可換,則可實現五面加工,因而能夠一次裝夾完成更多表面的加工,特別適合于加工復雜的箱體類、泵體、閥體、殼體等零件。上一頁下一頁返回5-2相關知識如圖5-6所示,四坐標是指在X、Y和Z三個平動坐標軸基礎上增加一個轉動坐標軸(A或B),且四個軸一般可以聯動。其中,轉動軸既可以作用于刀具(刀具擺動型),也可以作用于工件(工作臺回轉/擺動型);機床既可以是立式的也可以是臥式的;此外,轉動軸既可以是A軸(繞X軸轉動)也可以是B軸(繞Y軸轉動).由此可以看出,四坐標數控機床可具有多種結構類型,但除大型龍門式機床上采用刀具擺動外,實際中多以工作臺旋轉/擺動的結構居多。但不管是哪種類型,其共同特點是相對于靜止的工件來說,刀具的運動位置不僅是任意可控的,而且刀具軸線的方向在刀具擺動平面內也是可以控制的,從而可根據加工對象的幾何特征,按保持有效切削狀態或根據避免刀具干涉等需要來調整刀具相對零件表面的姿態.因此,四上一頁下一頁返回5-2相關知識坐標加工可以獲得比三坐標加工更廣泛的工藝范圍和更好的加工效果。對于五坐標機床,不管是哪種類型,它們具有兩個回轉坐標,圖5-7所示是其中的一種類型。相對于靜止的工件來說,其運動合成可使刀具軸線的方向在一定的空間內(受機構結構限制)任意控制,從而具有保持最佳切削狀態及有效避免刀具干涉的能力。因此,五坐標加工可以獲得比四坐標加工更廣的工藝范圍和更好的加工效果,特別適宜于三維曲面零件的高效高質量加工以及異型復雜零件的加工。采用五軸聯動對三維曲面零件加工,可用刀具最佳幾何形狀進行切削,不僅加工表面粗糙度低,而且效率也大幅度提高。一般認為,一臺五軸聯動的機床效率等于兩臺三軸聯動機床,特別是使用立方氯化硼等超硬材料銑刀高速銑削淬硬鋼零件時,五軸聯動加工可比三軸聯動加工發揮更高的效益。上一頁下一頁返回5-2相關知識五軸聯動除X、Y、Z以外的兩個回轉軸的運動有兩種實現方法:一是在工作臺上用復合A、C軸轉臺,二是采用復合A、C軸的主軸頭。這兩種方法完全由工件形狀決定,方法本身并無優劣之分。過去因五軸聯動數控系統主機結構復雜等原因,其價格要比三軸聯動數控機床高出數倍,加之編程技術難度較大,制約了五軸聯動機床的發展。當前由于電主軸的出現,使得實現五軸聯動加工的復合主軸頭結構大為簡化,其制造難度和成本大幅度降低,數控系統的價格差距縮小,因此促進了復合主軸頭類型五軸聯動機床和復合加工機床的發展。3)其他分類按照系統功能的不同,可分為經濟型、全功能型、高速型數控鏜、銑床和加工中心;上一頁下一頁返回5-2相關知識按照伺服系統的控制方式不同,可分為開環控制、閉環控制和半閉環控制數控鏜、銑床和加工中心;按照運動軌跡分類的不同,可分為點位控制、直線控制和輪廓控制數控鏜、銑床和加工中心。3數控鏜、銑床及加工中心的基本結構1)數控鏜、銑床及加工中心的組成結構圖5-8所示為典型的高速加工中心,加工中心本身的結構分為兩大部分:一是主機部分,二是控制部分。主機部分包括:床身、主軸箱、工作臺、底座、立柱、橫梁、進給機構、刀庫、換刀機構、輔助系統(氣液、潤滑、冷卻、防護)等。控制部分包括硬件部分和軟件部分。硬件部分包括:計算機數字控制裝置(CNC)、可編程序控制器(PLC)、上一頁下一頁返回5-2相關知識輸入輸出設備、主軸驅動裝置、顯示裝置。軟件部分包括系統程序和控制程序。2)加工中心配置與加工能力加工中心的結構配置不同,其加工能力也不同,表5-1給出了五坐標機床的機型配置與加工能力。3)加工中心的結構特點(1)機床的剛度高、抗振性好;(2)機床的傳動系統結構簡單,傳遞精度高、速度快;(3)主軸系統結構簡單,無齒輪變速系統(有的保留1~2級齒輪傳動);上一頁下一頁返回5-2相關知識(4)加工中心的導軌都采用耐磨材料和新結構,能長期保持導軌的精度,在高速重切削下,保證運動部件不振動,低速進給時不爬行及運動中的高靈敏度;(5)控制系統功能較全,其智能化程度越來越高。上一頁下一頁返回5-2相關知識5-2-2數控鏜、銑削及加工中心加工的主要對象和內容1數控鏜、銑削及加工中心的加工特點(1)對零件加工的適應性強、靈活性好;(2)能加工普通機床無法加工或很難加工的零件;(3)能加工一次裝夾定位后,需進行多道工序加工的零件;(4)加工精度高,加工質量穩定可靠;(5)生產自動化程度高,生產效率高;(6)從切削原理上講,端銑和周銑都屬于斷續切削方式,不像車削那樣連續切削,因此對刀具的要求較高,刀具應具有良好的抗沖擊性、韌性和耐磨性。在干式切削狀況下,還要求刀具具有良好的紅硬性。上一頁下一頁返回5-2相關知識2適合數控鏜、銑削及加工中心加工的內容數控銑床與普通銑床相比,具有加工精度高、加工零件的形狀復雜、加工范圍廣等特點。根據數控銑床的特點,適合數控銑床加工的內容主要有以下幾類:(1)曲線輪廓或曲面等復雜結構工件的平面曲線輪廓,指零件內、外輪廓為復雜曲線,被加工面平行或垂直于水平面。數控銑削加工時,一般只需用三坐標數控銑床的兩坐標聯動就可以把它們加工出來。工件的曲面,一般指面上的點在三維空間坐標變化的面,一般由數學模型設計出的,加工時銑刀與加工面始終為點接觸。加工曲面類零件一般采用三坐標聯動的數控銑床,往往要借助于計算機來編程加工。上一頁下一頁返回5-2相關知識(2)在普通銑床上加工難度大的工件結構對尺寸繁多、劃線與檢測困難、普通銑床上加工難以觀察和控制的零件適合用數控銑床加工。(3)當零件在普通銑床上加工,難以保證工件尺寸精度、形位精度和表面粗糙度等要求時,宜選擇數控銑床加工。(4)一致性要求好的零件在批量生產中,由于數控銑床本身的定位精度和重復定位精度都較高,能夠避免在普通銑床加工時人為因素造成的多種誤差,故數控銑床容易保證成批零件的一致性,使其加工精度得到提高,質量更加穩定。上一頁下一頁返回5-2相關知識5-2-3數控鏜、銑削及加工中心工藝分析1零件圖的完整性和正確性分析由于加工程序是以準確的坐標點來編制的,因此,各圖形幾何要素間的相互關系(如相切、相交、垂直、平行和同心等)應明確。各種幾何要素的條件要區分,應無引起矛盾的多余尺寸或影響工序安排的封閉尺寸等。例如,在實際工作中常常會遇到圖紙中缺少尺寸,給出的幾何元素的相互關系不夠明確,使編程計算無法完成;或者雖然給出了幾何元素的相互關系,但同時又給出了引起矛盾的相關尺寸,同樣給編程計算帶來困難。上一頁下一頁返回5-2相關知識2零件結構工藝性分析及處理1)分析零件的變形情況,保證獲得要求的加工精度雖然數控機床精度很高,但對一些特殊情況,例如過薄的底板與肋板,因為加工時產生的切削拉力及薄板的彈性退讓,極易產生切削面的振動,使薄板厚度尺寸公差難以保證,其表面粗糙度也將增大。零件在數控銑削加工時的變形,不僅影響加工質量,而且當變形較大時,將使加工不能繼續進行下去。根據實踐經驗,對于面積較大的薄板,當其厚度小于3mm時,就應在工藝上充分重視這一問題,應當考慮采取一些必要的工藝措施進行預防。如對于大面積薄壁板零件,應改進裝夾方式,采用合適的加工順序和刀具。還可采取其他措施,如對鋼件進行調質處理,對鑄鋁件進行退火處理,對不能用熱處理方法解決的,可考慮采用粗、精加工分開及對稱去余量等措施來減小或消除變形的影響。上一頁下一頁返回5-2相關知識2)盡量統一零件輪廓內圓弧的有關尺寸輪廓內圓弧半徑R常常限制刀具的直徑,如圖5-9所示。若工件的被加工輪廓高度低、轉接圓弧半徑大,可以采用較大直徑的銑刀來加工,且加工其底板面時,進給次數也相應減少,表面加工質量也會好一些,因此工藝比較好;反之,則數控銑削工藝性較差。一般來說,當R<0.2H(H為被加工輪廓面的最大高度)時,可以判定零件上該部位的工藝性不好。銑削面的槽底面圓角或底板與肋板相交處的圓角半徑,如圖5-10所示。圓角半徑r越大,銑刀端刃銑削平面的能力越差,效率也較低。當r大到一定程度時甚至必須用球頭銑刀加工,這是應當避免的。因為銑刀與銑削平面接觸的最大直徑d=D-2r(D為銑刀直徑),上一頁下一頁返回5-2相關知識當D越大而r越小時,銑刀端刃銑削平面的面積越大,加工平面的能力越強,銑削工藝性當然也越好。在一個零件上,這種凹圓弧半徑在數值上的一致性問題對數控銑削的工藝性相當重要。零件的外形、內腔最好采用統一的幾何類型或尺寸,這樣可以減少換刀次數。一般來說,即使不能尋求完全統一,也要力求將數值相近的圓弧半徑分組靠攏,達到局部統一,以盡量減少銑刀規格與換刀次數,并避免因頻繁換刀而增加了零件加工面上的接刀階差,降低表面質量。3切入點(進刀點)、切出點(退刀點)的確定(1)切入點選擇的原則在切削曲面的過程中,要使刀具不受損壞。一般來說,對粗加工而言,選擇曲面內的最高角點作為曲面的切入點上一頁下一頁返回5-2相關知識(初始切削點),因為該點的切削余量較小,進刀時不易損壞刀具。對精加工而言,選擇曲面內某個曲率比較平緩的角點作為曲面的切入點,因為在該點處,刀具所受的彎矩較小,不易折斷刀具。(2)切出點選擇的原則主要考慮曲面能連續完整地加工及曲面與曲面加工間的非切削加工盡可能短,換刀方便。對被加工曲面為開放型曲面,曲面的兩個角點可作為切出點;被加工曲面為封閉型曲面,則只有曲面的一個角點為切出點。4進刀、退刀方式的確定進刀、退刀方式有如下幾種:(1)沿坐標軸的Z軸方向直接進行進刀、退刀該方式是數控加工中最常用的進、退刀方式。其優點是定義簡單,缺點是在工件表面的上一頁下一頁返回5-2相關知識進刀、退刀處會留下細微的駐刀痕跡,影響工件表面的加工精度。在銑削平面輪廓零件時,應避免在零件垂直表面的方向進刀、退刀。(2)沿曲面的切矢方向以直線進刀或退刀該方式是從被加工曲面的切矢方向切入或切出工件表面。其優點是在工件表面的進刀、退刀處,不會留下駐刀痕跡,工件表面的加工精度高。如用立銑刀的端刃和側刃銑削平面輪廓零件時,為了避免在輪廓的切入點和切出點處留下刀痕,應沿輪廓外形的切線方向切入和切出,切入點和切出點一般選在零件輪廓兩幾何元素的交點處。引入線、引出線由相切的直線組成,這樣可以保證加工出的零件輪廓形狀平滑,如圖5-11所示。(3)沿曲面的法矢方向進刀、退刀該方式是以被加工曲面切入點或切出點的法矢量方向切入或切出工件表面。特點與方式(1)相似。上一頁下一頁返回5-2相關知識(4)沿圓弧段方向進刀、退刀該方式是刀具以圓弧段的運動方式切入或切出工件表面,引入線、引出線為圓弧,并且圓弧使刀具與曲面相切。該方式必須首先定義切入或切出圓弧段,此種方式適用于不能用直線直接引入、引出的場合,如圖5-12所示。(5)沿螺旋線或斜線進刀方式即在兩個切削層之間,刀具從上一層的高度沿螺旋線或斜線以漸進的方式切入工件,直到下一層的高度,然后開始正式切削。對于加工精度要求很高的型面加工來說,應選擇沿曲面的切矢方向或沿圓弧方向進刀、退刀方式,這樣不會在工件的進刀或退刀處留下駐刀痕跡而影響工件的表面加工質量。上一頁下一頁返回5-2相關知識5逆銑、順銑的確定1)逆銑與順銑的概念銑刀的旋轉方向和工件的進給方向相反時稱為逆銑,相同時稱為順銑。2)逆銑與順銑的特點如圖5-13(a)所示,逆銑時,刀具從已加工表面切入,切削厚度從零逐漸增大;刀齒在加工表面上擠壓、滑行,切不下切屑,使表面產生嚴重的冷硬層。下一個刀齒切入時又在冷硬層表面擠壓、滑行,容易使刀齒磨損,同時使工件表面粗糙度增大;而且刀齒切離工件時垂直方向的分力使工件脫離工作臺,需較大的夾緊力。但刀齒從已加工表面切入,不會造成直接從毛坯面切入而打刀的問題。順銑時,如圖5-13(b)所示,刀具從待加工表面切入,刀齒的切削上一頁下一頁返回5-2相關知識厚度從最大開始,避免了擠壓、滑行現象的產生。而且垂直方向的分力始終壓向工作臺,減小了工件上下的振動,因而能提高銑刀耐用度和加工表面質量。如圖5-13所示,銑床工作臺的縱向進給運動一般是依靠工作臺下面的絲杠和螺母來實現的,螺母固定不動,絲杠通過轉動帶動工作臺移動。如果在絲杠與螺旋傳動副中存在著間隙的情況下采用順銑,當縱向分力逐漸增大超過工作臺摩擦力時,工作臺帶動絲杠向左竄動,則絲杠與螺母傳動右側面會出現間隙,嚴重時會崩刃。此外,在進行順銑時,遇到加工表面有硬皮,也會加速刀齒磨損,甚至打刀。在逆銑時,縱向分力與縱向進給方向相反,使絲杠與螺母間傳動面始終緊貼,故工作臺不會發生竄動現象,銑削較平穩。上一頁下一頁返回5-2相關知識3)逆銑、順銑的確定根據上面的分析,當工件表面有硬皮,機床的進給機構有間隙時,應選用逆銑,按照逆銑方式安排進給路線。逆銑時,刀具是從已加工表面切入,不會崩刃;機床進給機構的間隙不會引起振動和爬行,這符合粗銑的要求,因此粗銑時應盡量采用逆銑。當工件表面無硬皮,機床進給機構無間隙時,應選用順銑,按照順銑方式安排進給路線。采用順銑加工后,零件已加工表面質量好,刀齒磨損小,這符合精銑的要求,因此精銑時,尤其零件材料為鋁鎂合金或耐熱合金時,應盡量采用順銑。在主軸正向旋轉,刀具為右旋銑刀時,順銑正好符合左刀補(即G41),逆銑正好符合右刀補(即G42)。所以,一般情況下,精銑用G41建立刀具半徑補償,粗銑用G42建立刀具半徑補償。上一頁下一頁返回5-2相關知識6數控鏜、銑削及加工中心夾具的選擇要點1)數控鏜、銑削及加工中心夾具的要求(1)為保持工件在本工序中所有需要完成的待加工面充分暴露在外,夾具要做得盡可能開敞。因此夾緊機構元件與加工面之間應保持一定的安全距離,同時要求夾緊機構元件要盡可能低,以防止夾具與銑床主軸套筒或刀套、刀具在加工過程中發生碰撞。(2)為保持零件安裝方位與機床坐標系及編程坐標系方向的一致,夾具應能保證在機床上實現定向安裝,還要求能協調零件定位面與機床之間保持一定的坐標聯系。(3)夾具的剛性與穩定性要好。盡量不采用在加工過程中更換夾緊點的設計,當必須要在加工過程中更換夾緊點時,要特別注意不能因更換夾緊點而破壞夾具或工件定位精度。上一頁下一頁返回5-2相關知識2)數控鏜、銑削及加工中心夾具的種類如圖5-14所示是常用數控銑削夾具。(1)萬能組合夾具適合于小批量生產或研制時的中、小型工件在數控銑床上進行銑削加工。(2)專用銑削夾具這是特別為某一項或類似的幾項工件設計制造的夾具,一般在年產量較大或研制時非要不可時采用。(3)多工位夾具可以同時裝夾多個工件,可減少換刀次數,也便于一面加工,一面裝卸工件,有利于縮短輔助時間,提高生產率,適宜用于中批量生產。(4)氣動或液壓夾具適用于生產批量較大,采用其他夾具又特別費工、費力的工件,能減輕工人勞動強度和提高生產率,但此類夾具結構較復雜,造價往往較高,而且制造周期較長。上一頁下一頁返回5-2相關知識(5)通用銑削夾具一次安裝工件,同時可從四面加工坯料。3)數控鏜、銑削及加工中心夾具的選擇原則在選用夾具時,通常需要考慮產品的生產批量、生產率、質量保證及經濟性,選用時可參照下列原則:(1)在生產量小或研制時,應廣泛采用萬能組合夾具,只有在組合夾具無法解決工件裝夾時才考慮采用其他夾具。(2)小批量或成批生產時可考慮采用專用夾具,但應盡量簡單。(3)在生產批量較大時可考慮采用多工位夾具和氣動、液壓夾具。7數控鏜、銑削及加工中心刀具及選擇在數控鏜、銑床上使用的刀具主要有立銑刀、面銑刀、球頭刀、環形刀、鼓形刀和錐形刀等。除此以外還有各種孔加工刀具,如鉆頭(锪鉆、鉸刀、絲錐等)、鏜刀等。如圖5-15所示。上一頁下一頁返回5-2相關知識面銑刀(也叫端銑刀)的圓周表面和端面上都有切削刃。面銑刀多制成套式鑲齒結構和刀片機夾可轉位結構,刀齒材料為高速鋼或硬質合金,刀體為40Cr。立銑刀是數控鏜、銑床上用得最多的一種銑刀.立銑刀的圓柱表面和端面上都有切削刃,它們可同時進行切削,也可單獨進行切削。結構有整體式和機夾式等,高速鋼和硬質合金是立銑刀工作部分的常用材料。模具銑刀由立銑刀發展而成,可分為圓錐形立銑刀、圓柱形球頭立銑刀和圓錐形球頭立銑刀三種,其柄部有直柄、削平型直柄和莫氏錐柄。它的結構特點是球頭或端面上布滿切削刃,圓周刃與球頭刃圓弧連接,可以作徑向和軸向進給。銑刀工作部分用高速鋼或硬質合金制造。在數控鏜、銑加工中選擇加工刀具時,首先應根據加工內容和工件輪廓形狀確定刀具類型,再根據加工部分大小選擇刀具。上一頁下一頁返回5-2相關知識1)銑刀類型的選擇加工較大平面選擇面銑刀;加工凸臺、凹槽、平面輪廓選擇立銑刀;加工曲面較平坦的部位常采用環形(牛鼻刀)銑刀;曲面加工選擇球頭銑刀;加工空間曲面模具型腔與凸模表面選擇模具銑刀;加工封閉鍵槽選鍵槽銑刀,等等。2)銑刀參數的選擇(1)面銑刀主要參數選擇①標準可轉位面銑刀直徑通常在φ16~630mm。粗銑時直徑選小些,精銑時銑刀直徑選大些,最好能包容待加工表面的整個寬度(多20%~30%)。上一頁下一頁返回5-2相關知識②依據工件材料和刀具材料以及加工性質確定其幾何參數。銑削加工通常選前角小的銑刀,強度硬度高的材料選負前角,工件材料硬度不大的選大后角,硬的選小后角,粗齒銑刀選小后角,細齒銑刀取大后角,銑刀的刃傾角通常在-5°~-15°,主偏角在45°~90°(2)立銑刀主要參數選擇①刀具半徑r應小于零件內輪廓最小曲率半徑ρ,即r≤(0.8~0.9)ρ②刀具半徑r應大于被加工零件厚度H,即r≥(4~6)H③刀具半徑r應大于被加工零件肋板寬度B,即r≥(3~5)B④刀具的切削刃長度l,在加工外形及通槽時選取為l=H+rε+(5~10)mm,rε為刀尖角半徑;在加工不通孔或深槽選取為l=H+(5~10)mm。⑤加工肋時刀具直徑為D=(5~10)b上一頁下一頁返回5-2相關知識(3)球頭刀主要參數選擇曲面精加工時采用球頭銑刀。球頭銑刀的球半徑應盡可能選得大一些,以增加刀具剛度,提高散熱性,降低表面粗糙度值。加工凹圓弧時的銑刀球頭半徑必須小于被加工曲面的最小曲率半徑。3)孔加工刀具類型的選擇孔加工刀具的選擇應根據工件材料、孔的類型、孔的加工要求、孔的大小以及有無底孔綜合考慮孔加工刀具的直徑和長度。4)刀柄系統選擇數控加工常用刀柄主要分為鉆孔刀具刀柄、鏜孔刀具刀柄、銑刀類刀柄、螺紋刀具刀柄和直柄刀具類刀柄(立銑刀刀柄和彈簧夾頭刀柄)。上一頁下一頁返回5-2相關知識(1)刀柄結構形式數控機床刀具刀柄的結構形式分為整體式與模塊式兩種。整體式刀柄的裝夾刀具的工作部分與它在機床上安裝定位用的柄部是一體的。這種刀柄對機床與零件的變換適應能力較差。為適應零件與機床的變換,用戶必須儲備各種規格的刀柄,因此刀柄的利用率較低。模塊式刀具系統是一種較先進的刀具系統,其每把刀柄都可通過各種系列化的模塊組裝而成。針對不同的加工零件和使用機床,采取不同的組裝方案,可獲得多種刀柄系列,從而提高刀柄的適應能力和利用率。刀柄結構形式的選擇應兼顧技術與成本:①對一些長期反復使用、不需要拼裝的簡單刀具以配備整體式刀柄為宜,使工具剛性好,價格便宜(如加工零件外輪廓用的立銑刀刀柄、彈簧夾頭刀柄及鉆夾頭刀柄等);上一頁下一頁返回5-2相關知識②在加工孔徑、孔深經常變化的多品種、小批量零件時,宜選用模塊式刀柄,以取代大量整體式鏜刀柄,降低加工成本;③對數控機床較多尤其是機床主軸端部、換刀機械手各不相同時,宜選用模塊式刀柄。由于各機床所用的間模塊(接桿)和工作模塊(裝刀模塊)都可通用,可大大減少設備投資,提高工具利用率。(2)刀柄規格數控刀具刀柄多數采用7∶24圓錐工具刀柄,并采用相應型號的拉釘拉緊結構與機床主軸相配合,如圖5-16所示。刀柄有各種規格,常用的有40號、45號和50號。選擇時應考慮刀柄規格與機床主軸、機械手相適應。(3)刀柄的規格數量整體式的TSG工具系統包括20種刀柄,其規格數量多達數百種,用戶可根據所加工的典型零件的數控加工工上一頁下一頁返回5-2相關知識藝來選取刀柄的品種規格,既可滿足加工要求又不致造成積壓。考慮到數控機床工作的同時還有一定數量的刀柄處于預調或刀具修磨狀態,因此通常刀柄的配置數量是所需刀柄的2~3倍。(4)刀具與刀柄的配套關注刀柄與刀具的匹配,尤其是在選用攻螺紋刀柄時,要注意配用的絲錐傳動方頭尺寸。此外,數控機床上選用單刃鏜孔刀具可避免退刀時劃傷工件;而且應注意刀尖相對于刀柄上鍵槽的位置方向,有的機床要求與鍵槽方位一致,而有的機床則要求與鍵槽方位垂直。(5)選用高效和復合刀柄為提高加工效率,應盡可能選用高效率的刀具和刀柄。如粗鏜孔可選用雙刃鏜刀刀柄,既可提高加工效率,又有利于減少切削振動;選用強力彈簧夾頭不僅可以夾持直柄刀具,上一頁下一頁返回5-2相關知識也可通過接桿夾持帶孔刀具等。對于批量大、加工復雜的典型工件,應盡可能選用復合刀具。盡管復合刀具與刀柄價格較為昂貴,但在加工中心上采用復合刀具加工,可把多道工序合并成一道工序、由一把刀具完成,有利于減少加工時間和換刀次數,顯著提高生產效率。對于一些特殊零件還可考慮采用專門設計的復合刀柄。(6)強化工具系統管理工作隨著數控機床數量增加,刀柄的數量會急劇增多。一套擁有5~8臺數控機床的柔性制造系統,刀柄數量可達1000把以上。如何使這些刀具得到合理有效的利用,是刀具管理工作的重點。其內容包括:刀柄采購或補充計劃的提出;刀具數據的預調;刀具的調度與保管;刀具壽命情況判斷與控制等。上一頁下一頁返回5-2相關知識5-2-4數控鏜、銑削及加工中心的編程特點數控銑削加工是通過主軸帶動刀具旋轉,工件裝夾在工作臺上,靠兩軸聯動加工零件的平面輪廓,通過兩軸半控制、三軸或多軸聯動來加工空間曲面零件。數控鏜、銑削及加工中心的加工編程具有如下特點:(1)首先應進行合理的工藝分析。由于零件加工的工序多,在一次裝卡下,要完成粗、半精和精加工,周密合理地安排各工序的加工順序,有利于提高加工精度和生產效率。(2)數控銑床盡量按刀具集中法安排加工工序,減少換刀次數。(3)合理設計進、退刀輔助程序段,選擇換刀點的位置,是保證加工正常進行,提高零件加工精度和生產效率的重要環節。上一頁下一頁返回5-2相關知識(4)加工中心具有刀庫和自動換刀裝置,能夠通過程序或手動控制自動更換刀具,在一次裝夾中完成銑、鏜、鉆、擴、鉸、攻絲等加工,工序高度集中。(5)加工中心通常具有多個進給軸(三軸以上),甚至多個主軸。聯動的軸數也較多,因此能夠自動完成多個平面和多個角度位置的加工,實現復雜零件的高精度定位和精確加工。(6)加工中心上如果帶有自動交換工作臺,一個工件在加工的同時,另一個工作臺可以實現工件的裝夾,從而大大縮短輔助時間,提高加工效率。上一頁下一頁返回5-2相關知識5-2-5數控鏜、銑削及加工中心常用編程指令1數控裝置初始化狀態的設定當機床電源打開時,數控裝置將處于初始狀態。由于開機后數控裝置的狀態可通過MDI方式更改,且會因為程序的運行而發生變化,所以為了保證程序的運行安全,一般在程序開始應有程序初始狀態設定程序段,如圖5-17所示。2工件坐標系的設置數控機床一般在開機后先執行“回零”(即回機床參考點)操作,才能建立機床坐標系。在正確建立機床坐標系后才可用G54~G59設定六個工件坐標系。在一個程序中,最多可設定六個工件坐標系,如圖5-18(a)所示。上一頁下一頁返回5-2相關知識一般在程序中用G54設定一個工件坐標系,如圖5-18(b)所示。一旦設定了工件坐標系,后續程序段中的工件絕對坐標(G90)均為相對于此原點的坐標值。當工件在機床上裝夾后,工件原點與機床參考點的偏移量可通過測量或對刀來確定,該偏移量應事先輸入到數控機床工件坐標系設定對應的偏置界面中。另外,可用G92指令建立工件坐標系。G92指令通過設定刀具起點相對于工件原點的相對位置來建立工件坐標系。指令格式為:G92X~Y~Z~;其中,X、Y、Z指刀具起點相對于工件原點的坐標。如圖5-19所示,可用如下指令建立工件坐標系:G92X30.0Y30.0Z20.0;上一頁下一頁返回5-2相關知識請注意G92與G54~G59指令之間的差別。G92需單獨一個程序段指定,其后的位置指令值與刀具的起始位置有關,在使用G92之前必須保證刀具處于加工起點,執行該程序段只建立工件坐標系,并不產生坐標軸移動;G92建立的工件坐標系在機床重開機時消失。使用G54~G59建立工件坐標時,該指令可單獨指定,也可與其他指令同段指定,如果該程序段中有位置移動指令(G00、G01)就會在設定的坐標系中運動;G54~G59建立工件坐標系在機床重新開機后并不消失,并與刀具的起始位置無關。3起止高度與安全高度起止高度指進退刀的初始高度。在程序開始時,刀具將先到這一高度,同時在程序結束后,刀具也將退回到這一高度。起止高度應大于上一頁下一頁返回5-2相關知識或等于安全高度(安全高度也稱為提刀高度),是為了避免刀具碰撞工件而設定的高度(Z值)。安全高度是在銑削過程中,刀具需要轉移位置時將退到這一高度再進行G00插補到下一進刀位置,此值一般情況下應大于零件的最大高度(即高于零件的最高表面)。慢速下刀相對距離通常為相對值,刀具以G00快速下刀到指定位置,然后以接近速度下刀到加工位置。如果不設定該值,刀具以G00的速度直接下刀到加工位置。若該位置又在工件內或工件上,且采用垂直下刀方式,則極不安全。即使是空的位置下刀,使用該值也可以使機床有緩沖過程,確保下刀所到位置的準確性,但是該值也不宜取得太大,因為下刀插入速度往往比較慢,太長的慢速下刀距離將影響加工效率。上一頁下一頁返回5-2相關知識在加工過程中,當刀具需要在兩點間移動而不切削時,是否要提刀到安全平面呢?當設定為抬刀時,刀具將先提高到安全平面,再在安全平面上移動;否則將直接在兩點間移動而不提刀。直接移動可以節省抬刀時間,但是必須注意安全,在移動路徑中不能有凸起的部位。特別是在編程中,當分區域選擇加工曲面并分區加工時,注意中間沒有選擇的部分是否有高于刀具移動路線的部分。在粗加工時,對較大面積的加工通常使用抬刀,以便在加工時可以暫停,對刀具進行檢查。而在精加工時,常使用不抬刀以加快加工速度,特別是像角落部分的加工,抬刀將造成加工時間大幅延長。如圖5-20、圖5-21、圖5-22所示。上一頁下一頁返回5-2相關知識4進刀、退刀方式的確定銑削加工時刀具切入工件的方式,不僅影響加工質量,同時直接關系到加工的安全。刀具從安全面高度下降到切削高度時,應離開工件毛坯邊緣一段距離,不能直接貼著加工零件理論輪廓直接下刀,以免發生危險。通常銑刀在Z向快速移動到進給激活表面后,再以進給方式到達切削深度。當然,在確保對刀準確、程序無誤、刀具不會與工件輪廓干涉情況下,也可以直接從起始平面快速移動至切削層。5基本編程指令應用實例【例5-1】如圖5-23(a)所示工件,材料為45#,設計基準A面及四個側面已經在普通銑床上加工完成,現要在數控銑床上加工上表面,保證最終厚度為40mm,且滿足如圖標注的形位公差和表面質量要求,上表面有余量4.5mm。上一頁下一頁返回5-2相關知識1)選擇平面銑刀工件上表面寬80mm,面寬不太大,擬用直徑比平面寬度大的面銑刀單次銑削平面,平面銑刀最理想的寬度應為材料寬度的1.2~1.5倍,選用標準ф100mm數控硬質合金可轉位面銑刀,選擇刀齒數為7。(100∶80≈1.2),當刀具中心偏離工件的中心時,刀具與工件的兩邊都有一定的重疊,如圖5-23(b)所示。2)切削的起點和終點及刀路選定直徑后,便可考慮起點和終點位置了。出于安全考慮,刀具需要在工件外有足夠的安全間隙處移至Z向加工深度,并確定刀具沿X軸(水平)從右到左方向切削。上一頁下一頁返回5-2相關知識根據基準重合原則,選擇工件零點在工件上表面幾何中心。本例工件長度為120mm,刀具半徑為50mm,選擇安全間隙為5mm,所以起點的X位置為X=50+5=55,如圖5-23(c)。當Y=-8時,刀具中心偏離工件的中心,刀具超出工件邊線28mm,是刀具直徑的28%。刀具直徑的1/4超出工件兩側,可以得到適當的刀齒切入角,并基本保證順銑方式(實際上順銑中通常也混有一部分逆銑,這是平面銑削中的正常現象)。最終確定起點(X55,Y-8)和終點(X-55,Y-8)。3)切削參數的選擇由于平面粗糙度數值為Ra3.2,故需粗、精銑分別能保證,粗銑切深4mm,留有0.5mm的精加工余量,精加工保證40±0.02mm。上一頁下一頁返回5-2相關知識粗銑時,因面銑刀有7個刀齒(Z=7),為刀齒中等密度銑刀,選fZ=0.12,則f=7×0.12≈0.8;參考V=55~105m/min,綜合其他因素選V=62.5m/min,則主軸轉速n=1000×62.5/(3.14x100)≈200(r/min),計算進給速度F=fZ×Z×S=0.8×150=200(mm/min)精銑時,為保證表面質量,Ra3.2,選f=0.6,參考V=55~105m/min,綜合切深小,進給量小,切削力小的因素,選V=100m/min,則主軸轉速S=1000×100/314≈300(r/min),計算進給速度F=f×S=0.6×300=180(mm/min)。4)平面銑削編程O0010G21G17G40G49G80G94G97G98;(平面粗銑)上一頁下一頁返回5-2相關知識S200M03;G90G54G00Z20.0;X55.0Y-8.0;G00Z0.5M08;G1X-55F200;G00Z20.0;(平面精銑)S300M03;G00X55.0Y-8.0;G0Z0.0M08;G01X-55F180;G00Z20.0;G91G28Z20.0;M30上一頁下一頁返回5-2相關知識6刀具補償功能1)刀具補償功能的概念數控編程過程中,編程人員為了方便程序編寫,往往將數控刀具抽象成為一個點,這樣在編程時一般不考慮刀具的半徑和長度,而只考慮刀位點與編程軌跡重合。但是在實際加工時,由于刀具半徑的存在以及刀具長度各不相同,勢必會造成很大的加工誤差。因此,加工時要確保實際加工輪廓和編程軌跡完全一致。為實現這一目的,要求數控機床根據實際使用的刀具尺寸自動調整坐標軸的移動量,自動改變坐標軸位置,即要求具有刀具補償功能。數控鏜、銑床和加工中心的刀具補償功能分成刀具半徑補償和刀具長度補償兩種。上一頁下一頁返回5-2相關知識2)刀位點的概念所謂刀位點,指數控程序編制時用于表示刀具的特征點,也是對刀和加工的基準點,立銑刀的刀位點為刀具底面回轉中心,如圖5-24所示。3)刀具半徑補償數控鏜、銑床和加工中心在進行輪廓加工時,由于刀具有一定的半徑(如銑刀半徑),因此在加工時,刀具中心的運動軌跡必須偏離零件實際輪廓一個刀具半徑值,否則加工出的零件尺寸與實際需要的尺寸將相差一個刀具半徑值或者一個刀具直徑值。此外,在零件加工時,有時還需要考慮加工余量和刀具磨損等因素的影響。因此,刀具軌跡并不是零件的實際輪廓,在內輪廓加工時,刀具中心向零件內偏離一上一頁下一頁返回5-2相關知識個刀具半徑值;在外輪廓加工時,刀具中心向零件外偏離一個刀具半徑值。若還要留加工余量,則偏離的值還要加上此預留量。考慮刀具磨損因素時,則偏離的值還要減去磨損量。在手工編程使用平底刀或圓側向切削時,必須加上刀具半徑補償值。如圖5-25所示,如果數控系統不具備刀具半徑自動補償功能,則只能按刀心軌跡進行編程,即在編程時給出刀具的中心軌跡,其計算相當復雜,尤其當刀具磨損、重磨或換新刀而使刀具直徑變化時,必須重新計算刀心軌跡,修改程序,這樣既繁瑣,又不易保證加工精度。如圖5-26所示,當數控系統具備刀具半徑補償功能時,數控編程只需按工件輪廓進行,數控系統會自動計算刀心軌跡,使刀具偏離工件輪廓一個半徑值,即進行刀具半徑補償。刀具半徑自動補償功能分左右兩種情況。上一頁下一頁返回5-2相關知識(1)刀具半徑補償的判斷刀具半徑補償是一種平面補償,所以要判斷刀具半徑補償,首先應該確定刀具在哪個平面內進行輪廓加工,然后依右手笛卡爾原則確定出垂直于該平面的直角坐標軸的正方向。在此前提下,處在該坐標軸的正方向向負方向觀察。如圖5-27所示,沿著刀具相對于工件前進的方向看,當刀具位于工件輪廓左側時稱為刀具半徑左補償,用準備功能字G41指定。反之,沿著刀具相對于工件前進的方向看,當刀具位于工件輪廓右側時稱為刀具半徑右補償,用準備功能字G42指定。(2)刀具半徑補償過程如圖5-28,刀具半徑補償的實現分為三步,即刀補的引入、執行、取消。上一頁下一頁返回5-2相關知識①刀補的引入:在刀具從起點接近工件時,刀心軌跡從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離一個偏置量的過程。在此過程中,必須要有刀具直線移動。②刀補的執行:刀具中心始終與編程軌跡相距一個偏置量直到刀補取消。一旦刀補建立,不論加工何種可編程的輪廓,刀具中心始終讓開編程軌跡一個偏置值。③刀補的取消:刀具離開工件,刀心軌跡從與編程軌跡偏離一個偏置量過渡到與編程軌跡重合的過程。在此過程中,亦必須要有刀具直線移動。(3)刀具半徑補償類型根據刀具半徑補償在工件拐角處過渡方式的不同,刀具半徑補償通常分為兩種方式,分別稱為B型刀補和C型刀補。(圖5-29)上一頁下一頁返回5-2相關知識B型刀補在工件輪廓的拐角處采用圓弧過渡,如圖5-30(a)中的圓弧DE。這樣在外拐角處,刀具切削刃始終與工件尖角接觸,刀具的刀尖始終處與切削狀態。采用此種刀補方式會使工件的尖角變鈍,刀具磨損加劇,甚至在工件的內拐角處還會引起過切現象。C型刀補采用了較為復雜的刀偏計算,計算出拐角處的交點(如圖5-30(b)中B點),使刀具在工件輪廓拐角處的過渡采用了直線過渡方式,如圖5-30(b)中的直線AB與BC,從而彌補了B型刀補存在的不足。現在大多數數控系統都采用C型刀補,下面討論的刀具半徑補償都指C型刀補的刀具半徑補償。上一頁下一頁返回5-2相關知識(4)刀具半徑補償數控程序化前面提到,數控鏜、銑床和加工中心加工中的刀具半徑自動補償,實際上是在按零件圖樣上輪廓尺寸編程時,“命令”刀具按指定的方向偏離給定距離的過程。由此不難得到其編程格式:G00/G01G41/G42X☆Y☆D~;(建立補償程序段)……;……;(輪廓切削程序段(按工件輪廓編程))…X※Y※;G00/G01G40X~Y~;(補償撤銷程序段)其中:X☆Y☆是建立刀補直線段的終點坐標值。D~是數控系統存放刀具半徑補償值的存放地址(如圖5-26),后有兩位數字。如:D01代表了存儲在刀補內存表第1號中的刀具的半徑值。上一頁下一頁返回5-2相關知識刀具的半徑補償值需預先用手工輸入(其數值不一定為刀半徑,可正可負)。X※Y※是輪廓切出位置坐標。G40是注銷刀具半徑補償。(5)刀具半徑補償的作用①刀具因磨損、重磨、換新刀而引起刀具直徑改變后,不必修改程序,只需在刀具參數設置中輸入變化后的刀具直徑。如圖5-31(a)所示,1為未磨損的刀具,2為磨損后的刀具,兩者直徑不同,只需將刀具參數中的刀具半徑r1改為r2,即可適用于同一程序。②同一程序,同一尺寸的刀具,利用刀具半徑補償,可進行精、粗加工。如圖5-31(b)所示,刀具半徑r,精加工余量a。粗加工時,偏置量設為(r+a),則加工出點畫線輪廓;精加工時,用同一程序,同一刀具,但偏置量設為r,則加工出實線輪廓。上一頁下一頁返回5-2相關知識③在模具加工中,可以利用刀具半徑補償功能,用同一個程序,加工同一公稱尺寸的凹、凸型面。如圖5-31(c)所示,在加工外輪廓時,將偏置量設為+D,刀具中心將沿輪廓的外側切削;當加工內輪廓時,偏置量設為-D,這時刀具中心將沿輪廓的內側切削。注意事項:①啟動階段開始后的刀補狀態中,如果存在有兩段以上的沒有移動指令或存在非指定平面軸的移動指令段,則可能產生進刀不足或進刀超差。其原因是進入刀具狀態后,只能讀出連續的兩段,這兩段都沒有進給,也就作不出矢量,確定不了前進的方向,如圖5-32(a)所示。②為保證工件質量,在切入前建立刀補,在切出后撤銷刀補。即刀補的建立和取消應該在工件輪廓延長線上進行,如圖5-32(b)所示。上一頁下一頁返回5-2相關知識③當刀具半徑大于所加工工件內輪廓轉角、大于所加工溝槽以及大于加工臺階高度時會產生過切,如圖5-33所示。(6)刀具半徑補償的應用【例5-2】按圖5-34所示走刀路線完成數控加工程序編制。O0002;N10G54G90G17G00M03;N20G41X200Y100D01;(建立刀補)N30G01Y500F200;N40X500;N50Y200;N60X100;N70G00G40X0Y0;(解除刀補)N80M30;上一頁下一頁返回5-2相關知識4)刀具長度補償如圖5-35所示,數控鏜、銑床和加工中心所使用的刀具,每把刀具的長度都不相同,同時,由于刀具磨損或其他原因也會引起刀具長度發生變化,然而一旦對刀完成,則數控系統便記錄了相關點的位置,并加以控制。這樣如果用其他刀具加工,則必將出現加工不足或者過切。銑刀的長度補償與控制點有關。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。如果加工時更換刀具,則需要進行長度補償。長度補償的值等于所換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時,則刀具長度補償始終存在。使用刀具長度補償指令,可使每一把刀具加工出來的深度尺寸都正確。上一頁下一頁返回5-2相關知識(1)長度補償功能的類型刀具長度補償的目的就是讓其他刀具刀位點與程序中指定坐標重合。為此選其中一把刀為基準刀,獲取其他刀具與該刀長度差,記為Δ,若要實現上面的目的,則應使基準點的實際位置是Z=Z程序±Δ。為了便于表達,將Z=Z程序±Δ中的連接關系用正負刀具長度標記。正補償G43:指令基準點沿指定軸的正方向偏置補償地址中指定的數值;負補償G44:指令基準點沿指定軸的負方向偏置補償地址中指定的數值。(2)刀具長度補償的實現①刀補的建立:基準點軌跡從與編程軌跡重合過渡到與編程軌跡偏離一個偏置量的過程。上一頁下一頁返回5-2相關知識②刀補進行:基準點始終與編程軌跡相距一個偏置量直到刀補取消。③刀補取消:刀具離開工件,基準點軌跡從與編程軌跡偏離一個偏置量過渡到與編程軌跡重合的過程。(3)刀具半徑補償的數控程序化G43/G44G00/G01Z☆H※;(建立補償程序段)……;……;(執行刀補程序段(按工件輪廓編程))……;G91G28Z0;/G49G00Z0;/G00Z0H00;(補償撤銷程序段)其中:Z☆為補償軸的終點值。H※為刀具長度偏移量的存儲器地址(見圖5-36)。上一頁下一頁返回5-2相關知識G43、G44、G49為模態指令,它們可以相互注銷。G49為刀具長度補償注銷。幾點說明:①進行刀具長度補償前,須完成對刀工作,即補償地址下必須有相應的補償量。②刀補的引入和取消要求應在G00或G01程序段,且必須在Z軸上進行。③G43、G44指令不要重復指定,否則會報警。④一般刀具長度補償量的符號為正,若取為負值時,會引起刀具長度補償指令G43與G44相互轉化。上一頁下一頁返回5-2相關知識(4)刀具長度補償的作用①使用刀具長度補償指令,在編程時不必考慮刀具的實際長度及各把刀具長度尺寸的不同。②當由于刀具磨損、更換刀具等原因引起刀具長度尺寸變化時,只要修正刀具長度補償量,而不必調整程序或刀具。(5)刀具長度補償量的確定如圖5-37(a)所示,第一種方法事先通過機外對刀法測量出刀具長度(圖中H01和H02),作為刀具長度補償值(該值應為正),輸入到對應的刀具補償參數中。此時,工件坐標系(G54)中Z值的偏置值應設定為工件原點相對機床原點Z向坐標值(該值為負)。上一頁下一頁返回5-2相關知識如圖5-37(b)所示,第二種方法將工件坐標系(G54)中Z值的偏置值設定為零,即Z向的工件原點與機床原點重合,通過機內對刀測量出刀具Z軸返回機床原點時刀位點相對工件基準面的距離(圖中H01、H02均為負值)作為每把刀具長度補償值。如圖5-37(c)所示,第三種方法將其中一把刀具作為基準刀,其長度補償值為零,其他刀具的長度補償值為與基準刀的長度差值(可通過機外對刀測量)。此時應先通過機內對刀法測量出基準刀在Z軸返回機床原點時刀位點相對工件基準面的距離,并輸入到工件坐標系(G54)Z值的偏置參數中。上一頁下一頁返回5-2相關知識(6)刀具長度補償應用【例5-3】按圖5-38所示走刀路線完成數控加工程序編制。(H01地址下置入偏移值為3.0)O1234;G21G17G40G49G80G94G98;/G91G28Z0;/G28X0Y0;M13S630;G54G90G00G43Z50H01;X70.0Y25.0;G00Z5.0;上一頁下一頁返回5-2相關知識G01Z-30.0F100;G00Z5.0;X400Y-45.0;G01Z-15.0F80;G04P3000;G00Z50.0;M30;由于偏置號的改變而造成偏置值的改變時,新的偏置值并不加到舊偏置值上。例如,H01的偏置值為20.0,H02的偏置值為30.0時:G90G43Z100.0H01;(Z將達到120.0)G90G43Z100.0H02;(Z將達到130.0)上一頁下一頁返回5-2相關知識7子程序編程時,為了簡化程序的編制,當一個工件上有相同的加工內容時,如圖5-39所示,常用子程序的方法進行編程。調用子程序的程序叫做主程序。子程序的編號與一般程序基本相同,只是程序結束字為M99,表示子程序結束,并返回到調用子程序的主程序中。子程序工作流程如圖5-40所示。1)子程序的格式子程序的格式與主程序相同,在子程序的開頭后面編制子程序號,在子程序的結尾用M99指令返回主程序(有些系統用RET返回),如圖5-41所示。上一頁下一頁返回5-2相關知識2)子程序的調用格式常用的子程序調用格式有以下幾種:(1)M98P××××××××;其中,P后面的前4位為重復調用次數,省略時為調用一次;后4位為子程序號。(2)M98P××××L××××;其中,P后面的4位為子程序號;L后面的4位為重復調用次數,省略時為調用一次。3)子程序的嵌套子程序調用另一個子程序,稱為子程序的嵌套,如圖5-42所示。上一頁下一頁返回5-2相關知識4)特殊用途(1)指定順序號返回目的主程序子程序中當前程序段的其他指令執行完成后,返回主程序中由P指定的程序段繼續執行。當未輸入P時,返回主程序中調用當前子程序的M98指令的后一程序段繼續執行,如圖5-43所示。(2)主程序中使用M99如果在主程序中執行M99,控制返回主程序開頭。舉例說,/M99放在程序中并執行M99;在主程序的適當位置設定選擇性單節跳躍功能,在執行主程序時關掉。當執行M99時,控制返回到主程序的開頭,然后主程序從頭開始重復執行。當選擇性單節跳躍功能設定關時,重復執行程序。當選擇性單節跳躍功能設定開時,/M99單節被跳過;控制進入下一個單節繼續執行。上一頁下一頁返回5-2相關知識如果指定了/M99Pn;控制不返回程序開頭,而是返回到順序號n。在這種情況下,返回到順序號n要求的時間較長。N0010…;N0020…;N0050…;/N0060M99P0030;N0070…;N0080M02;(3)只調用一個子程序一個子程序用MDI方式可以像一個主程序一樣呼叫子程序的開頭。上一頁下一頁返回5-2相關知識在這種情況下,如果執行包含有M99的單節,控制返回到子程序的開頭重復執行。如果執行包含有M99Pn的單節,控制返回到n指定的順序號的單節重復執行。包含有/M02或/M30的單節必須放在適當的位置,且選擇性單節跳躍必須設定為關(這個開關開始時設為開)來結束這個程序。N1010…;N1030…;/N1040M02;N1050M99P1020;上一頁下一頁返回5-2相關知識(4)子程序的應用【例5-4】用直徑為20mm的立銑刀,加工如圖5-44所示零件。要求每次最大切削深度不超過10mm。工藝分析:零件厚度為40mm,根據加工要求,每次切削深度為10mm,分4次切削加工,在這兩次切深過程中,刀具在XY平面上的運動軌跡完全一致,故把其切削過程編寫成子程序,通過主程序兩次調用該子程序完成零件的切削加工,中間兩孔已加工了工藝孔,設圖示零件上表面的左下角為工件坐標系的原點。加工程序O7007;程序名G90G80G40G49G17G21;(初始化)上一頁下一頁返回5-2相關知識G54;(定義坐標)T01M06;(換使用刀具)G00X-50.0Y-50.0S800;(移動到下刀點上方)G43H01Z50.0M03;(刀長補償)G01Z-10.0F150.0;(Z軸工進至Z=-10,進給速度150mm/min)M98P1010;(調用子程序O1010)G01Z-20.0F300;(Z軸工進至Z=-20,進給速度300mm/min)M98P1010;(調用子程序O1010)G01Z-30.0F300;(Z軸工進至Z=-30,進給速度300mm/min)上一頁下一頁返回5-2相關知識M98P1010;(調用子程序O1010)G01Z-43.0F300;(Z軸工進至Z=-43,進給速度300mm/min)M98P1010;(調用子程序O1010)G91G28Z0M05;G90G00X0Y0;(快速進給至X=0,Y=0,Z=300)M30;(主程序結束)O1010;(子程序號)G42G01X-300Y0F300D02;(直線插補,刀具半徑右補償)X100.0;(直線插補至X=100,Y=0)G02X300.0R100.0;(順圓插補至X=300,Y=0)上一頁下一頁返回5-2相關知識G01X400.0;(直線插補至X=400,Y=0)Y3000;(直線插補至X=400,Y=300)G03X0R200.0;(逆圓插補至X=0,Y=300)G01Y-30.0;(直線插補至X=0,Y=-30)G40G01X-50.0Y-50.0;(直線插補至X=-50,Y=-50,取消刀具半徑補償)M99;(子程序結束并返回主程序)8加工編程實例【例5-5】如圖5-45(a)所示工件,材料為45#,上、下面及四個側面已經在普通銑床上加工,現要在數控銑床上加工凸臺輪廓,保證如圖標注的公差和表面質量要求。上一頁下一頁返回5-2相關知識1)選擇輪廓加工銑刀工件輪廓銑削深度2mm,銑削寬最大處約20,為了保證粗、精兩次能去除所有余量,擬用直徑比銑削寬度大的立銑刀,故用20硬質合金中齒(Z=3)立銑刀。2)切削的起點和終點及刀路選定直徑后,便可考慮起點和終點位置了。出于安全考慮,刀具需要在工件外有足夠的安全間隙處移至Z向加工深度,并保證刀具能夠在平面內切入工件前建立刀補,切出工件后撤銷刀補。根據基準重合原則,選擇工件零點在工件上表面幾何中心。為保證順銑方式,故安排圖5-45(b)刀所示具中心移動軌跡。最終確定起點(X50,Y-20)、切削起點(X25,Y0)、終點(X0,Y-35)。上一頁下一頁返回5-2相關知識3)切削參數的選擇由于周邊粗糙度數值為Ra3.2,故需粗、精銑分能保證,粗銑給精銑留0.5mm的加工余量,精加工保證輪廓尺寸。粗銑時,因有3個刀齒(Z=3),為刀齒中等密度銑刀,選fz=0.1,則f=3×0.1=0.3;參考V=100~180m/min,綜合其他因素選V=80m/min,則主軸轉速n=1000×80/(3.14×20)≈1200(r/min),計算進給速度F=fz×Z×n=0.3×1200=360(mm/min)。精銑時,為保證表面質量,Ra3.2,選f=0.2,綜合切深小,進給量小,切削力小的因素,選V=100m/min,則主軸轉速n=1000×100/62.8≈1600(r/min),計算進給速度F=f×n=0.2×1600=320(mm/min)。上一頁下一頁返回5-2相關知識4)輪廓銑削編程主程序:O1982;(主程序名)G17G21G40G49G97G80;(初始化相關G功能)G54G90G00G43H01Z50.0S1200M03;(定義坐標、建立刀長補償、啟動主軸)X50.0Y-20.0;(移動到下刀點上方)G00Z-2.0F150.0;(Z軸工進至Z=-2,進給速度360mm/min)D01;(指定刀具半徑補償(刀半徑+精加工余量))M98P1983;(調用子程序O1983)G00Z5;(提到至參考面)Z-2F320S1600;(刀具到達切削層、調整主軸轉速)上一頁下一頁返回5-2相關知識D02;(指定刀具半徑補償(刀半徑))M98P1983;(調用子程序O1983)G91G28Z0;(刀具移至換刀位置)M30;(程序結束)子程序:O1983;(子程序號)G41G00X25.0Y0;(直線插補,刀具半徑左補償)G01X-60.0;(直線插補至X=-60,Y=0)G02Y60.0R30.0;(順圓插補至X=-60,Y=60)G01X0;(直線插補至X=0,Y=60)Y-35.0;(直線插補至X=0,Y=-35)上一頁下一頁返回5-2相關知識G40G00X50.0Y-20.0;(直線插補至X=50,Y=-20,取消刀具半徑補償)M99;(子程序結束并返回主程序)9孔加工的固定循環功能孔加工是最常見的零件結構加工之一,孔加工工藝內容廣泛,包括鉆削、擴孔、鉸孔、锪孔、攻絲、鏜孔等孔加工工藝方法。數控銑床和加工中心通常都具有能完成鉆孔、鏜孔、鉸孔和攻螺紋等加工的固定循環功能。這里介紹的固定循環功能指令,即是針對各種孔的加工,用一個G代碼即可完成。該類指令為模態指令,使用它編程加工孔時,只須給出第一個孔加工的所有參數,接著加工孔。凡與第一個孔有相同參數的孔加工均可省略,這樣可極大提高編程效率,而且使程序變得簡單易讀。表5-2列出了這些指令的基本含義。上一頁下一頁返回5-2相關知識1)固定循環的基本動作如圖5-46所示,對工件進行孔加工時,根據刀具的運動位置可以分為四個平面:初始平面、R平面、工件平面和孔底平面。(1)初始平面初始平面是為安全操作而設定的定位刀具的平面。(2)R點平面R點平面又叫R參考平面。這個平面表示刀具從快進轉為工進的轉折位置,R點平面距工件表面的距離主要考慮工件表面形狀的變化,一般可取2~5mm。(3)孔底平面Z表示孔底平面的位置,加工通孔時刀具伸出工件孔底平面一段距離,保證通孔全部加工到位,鉆削盲孔時應考慮鉆頭鉆尖對孔深的影響。孔加工的固定循環一般由下述六個動作組成(圖中用虛線表示的是快速進給,用實線表示的是切削進給)。上一頁下一頁返回5-2相關知識動作1—X軸和Y軸定位:使刀具快速定位到孔加工的位置。動作2—快進到R點:刀具自初始點快速進給到R點(Referacepoint)動作3—孔加工:以切削進給的方式執行孔加工的動作。動作4—孔底動作:包括暫停、主軸準停、刀具移位等動作。動作5—返回到R點:繼續加工其他孔且可以安全移動刀具時選擇返回R點。動作6—返回到起始點:孔加工完成后一般應選擇返回起始點。為了保證孔加工的加工質量,有的孔加工固定循環指令需要主軸準停、刀具移位。說明:①固定循環指令中地址R與地址Z的數據指定與G90或G91的方上一頁下一頁返回5-2相關知識式選擇有關。選擇G90方式時R與Z一律取其終點坐標值;選擇G91方式時則R是指自起始點到R點間的距離,如圖5-47所示。②起始點是為安全下刀而規定的點。該點到零件表面的距離可以任意設定在一個安全的高度上。當使用同一把刀具加工若干孔時,只有孔間存在障礙需要跳躍或全部孔加工完畢時,才使用G98功能使刀具返回到起始點,如圖5-48(a)所示。③R點又叫參考點,是刀具下刀時自快進轉為工進的轉換起點。距工件表面的距離主要考慮工件表面尺寸的變化,一般可取2~5mm。使用G99時,刀具將返回到該點,如圖5-48(b)所示。④加工盲孔時孔底平面就是孔底的Z軸高度;加工通孔時一般刀具還要伸出工件底平面一段距離,這主要是保證全部孔深都加工到規定尺上一頁下一頁返回5-2相關知識寸。鉆削加工時還應考慮鉆頭尖對孔深的影響,如圖5-49所示。⑤孔加工循環與平面選擇指令(G17,G18或G19)無關,即不管選擇了哪個平面,孔加工都是在XY平面上定位并在Z軸方向上加工孔。2)固定循環指令的書寫格式孔加工固定循環指令書寫格式為:【G94/G95】【G90/G91】【G98/G99】【G73~G89】X~Y~Z~R~Q~P~F~K~;其中:X,Y—指定加工孔的位置(與G90或G91指令的選擇有關);Z—指定孔底平面的位置(與G90或G91指令的選擇有關);上一頁下一頁返回5-2相關知識R—指定R點平面的位置(與G90或G91指令的選擇有關);Q—在G73或G83指令中定義每次進刀加工深度,在G76或G87指令中定義位移量,Q值為正值,與G90或G91指令的選擇無關;P—指定刀具在孔底的暫停時間,數字不加小數點,以ms作為時間單位;F—指定孔加工切削進給速度。該指令為模態指令,即使取消了固定循環,在其后的加工程序中仍然有效;K—指定孔加工的重復加工次數,執行一次K1可以省略。如果程序中選G90指令,刀具在原來孔的位置上重復加工,如果選擇G91指令,則用一個程序段對分布在一條直線上的若干個等距孔進行加工。K指令僅在被指定的程段中有效。上一頁下一頁返回5-2相關知識孔加工循環的通用格式表達了孔加工所有可能的運動,這些動作應由孔加工循環格式中相應的指令字描述,指令中Z、R、Q、P等指令都是模態指令。3)固定循環指令介紹(1)鉆孔G81指令與锪孔G82指令G81的指令格式為:G81X~Y~R~Z~F~;G82的指令格式為:G82X~Y~R~Z~P~F~;如圖5-50所示,G82與G81指令相比,唯一不同之處是G82指令在孔底增加了暫停,因而適用于锪孔或鏜階梯孔,提高了孔臺階表面的加工質量;而G81指令只用于一般要求的鉆孔。上一頁下一頁返回5-2相關知識(2)高速深孔往復排屑鉆

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯系上傳者。文件的所有權益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網頁內容里面會有圖紙預覽,若沒有圖紙預覽就沒有圖紙。
  • 4. 未經權益所有人同意不得將文件中的內容挪作商業或盈利用途。
  • 5. 人人文庫網僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內容的表現方式做保護處理,對用戶上傳分享的文檔內容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內容負責。
  • 6. 下載文件中如有侵權或不適當內容,請與我們聯系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準確性、安全性和完整性, 同時也不承擔用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評論

0/150

提交評論