数控编程及加工工艺基础知识模板.doc
《数控编程及加工工艺基础知识模板.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数控编程及加工工艺基础知识模板.doc(50页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、第1章 数控编程及加工工艺基础数控(Numerical Control,NC)定义是:用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制一个方法。数控加工是计算机辅助设计和制造技术中最能显著发挥效益生产步骤之一。它不仅大大提升了含有复杂型面产品制造能力和制造效率,而且确保产品能达成极高加工精度和加工质量。数控加工技术集传统机械制造、计算机、现代控制、传感检测、信息处理、光机电技术于一体,是现代机械制造技术基础。它广泛应用,给机械制造业生产方法及产品结构带来了深刻改变。数控技术水平和普及程度,已经成为衡量一个国家综合国力和工业现代化水平关键标志。本章将关键介绍CAM数控编程实现过程、数控加工基础原理、数
2、控机床和数控程序等数控编程及加工工艺基础知识,以帮助读者快速掌握CATIA V5数控加工所必需首先掌握基础知识。1.1 数控编程基础过程数控编程关键任务是计算加工走刀中刀位点(Cutter Location,CL点)。CATIA提供了多个加工类型用于多种复杂零件粗精加工,用户能够依据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择适宜加工类型。对于不一样加工类型,CATIA V5数控编程过程全部需经过获取零件模型、加工工艺分析及计划、完善零件模型、设置加工参数、生成数控刀路、检验数控刀路和生成数控程序七个步骤。其步骤图1-1所表示。(1)建立或获取零件模型。零件CAD模型是数控编程前提和基础,CATI
3、A数控程序编制必需有CAD模型作为加工对象。CATIA是含有强大CAD系统,用户能够经过模块之间切换,在零件设计、曲面造型等模块中建立所需零件CAD模型,完成后再切换到对应数控加工模块中。CATIA也含有健壮数据转换接口,用户能够首先将其它CAD系统所建立零件模型转换为公共数据转换格式,如iges、step等,再导入CATIA中并得到零件模型。获取零件模型具体方法将在第2章中具体介绍。(2)加工工艺分析及计划。加工工艺分析和计划在很大程度上决定了数控程序质量,关键是确定加工区域、加工性质、走刀方法、使用刀具、主轴转速和切削进给等项目。加工工艺分析和计划关键包含以下内容。q 加工对象确实定:经过
4、对模型分析,确定工件哪些部位需要在数控铣床上或数控加工中心加工。数控铣加工工艺适应性也是有一定限制,对于尖角、细小筋条等部位是不适合加工,应使用线切割或电加工来加工;而一些加工内容可能使用一般机床有愈加好经济性,如孔加工能够使用钻床、回转体加工能够用车床来加工。图 1-1q 加工区域计划:即对加工对象进行分析,按其形状特征、功效特征及精度、粗糙度要求将加工对象分成若干个加工区域。对加工区域进行合理计划,能够达成提升加工效率和加工质量目标。q 加工工艺路线计划:从粗加工到精加工,再到清根加工加工步骤计划,和加工余量分配。q 加工工艺和加工方法确定:如刀具选择、加工工艺参数和切削方法选择等。(3)
5、完善零件模型。因为CAD造型人员更多地考虑零件设计方便性和完整性,较少顾及零件模型对CAM加工影响,所以要依据加工对象确实定及加工区域划分对模型做部分完善。零件模型完善通常有以下部分内容。q 确定坐标系。坐标系是加工基准,将坐标系定位在适合机床操作人员确定位置,同时保持坐标系统一。q 清理隐藏对加工不产生影响元素。q 修补部分曲面。对于因有不加工部位存在而造成曲面空缺部位,应该补充完整。如钻孔曲面,在狭小凹槽部位等,应该将这些曲面重新做完整,这么取得刀具路径规范而且安全。q 增加安全曲面。q 对轮廓曲线进行修整。对于经过公共数据转换格式得到零件CAD模型,看似光滑曲线可能存在断点,看似一体曲面
6、在连接处可能不相交,这么能够经过修整或创建轮廓线结构出最好加工边界曲线。q 构建刀路限制边界。需要使用边界来限制加工范围加工区域,先构建出边界 曲线。(4)设置加工参数。参数设置可视为对工艺分析和计划具体实施,它组成了利用CATIA进行数控编程关键操作内容,直接影响生成数控程序质量。参数设置内容关键有以下多个方面。q 设置加工对象:用户经过交互手段选择被加工几何体或其中加工分区、毛坯和避让区域等。q 设置切削方法:指定刀轨类型及相关参数。q 设置刀具及机械参数:针对每一个加工工序选择适合加工刀具并在CATIA中设置对应机械参数,包含主轴转速、切削进给、切削液控制等。q 设置加工程序参数:包含对
7、进退刀位置及方法、切削用量、行间距、加工余量、安全高度等设置。这是参数设置中最关键内容之一。(5)生成数控刀路。在完成参数设置后,CATIA将自动进行刀轨计算。(6)检验数控刀路。为确保数控程序安全性,必需对生成刀轨进行检验校验,检验刀路是否有显著过切或加工不到位,同时检验是否发生和工件及夹具干涉。对检验中发觉问题,应该调整参数设置,再重新进行计算、校验,直到正确无误。(7)生成数控程序。前面生成只是数控刀轨,还需要将刀轨以要求标准格式转换为数控代码并输出保留。数控程序文件能够用记事本进行打开。在生成数控程序后,还需要检验这个程序文件,尤其对程序及程序尾部分语句进行检验,如有必需能够修改。数控
8、程序文件能够经过传输软件传输到数控机床控制器上,由控制器按程序语句驱动机床加工。1.2 数 控 加 工1.2.1 CAM系统简述一个经典CAM系统由两个部分组成:一是计算机辅助编程系统,二是数控加工设备。计算机辅助编程系统任务是依据工件几何信息计算出数控加工轨迹,并编制出数控程序。它由计算机硬件设备和计算机辅助数控编程软件组成。 计算机硬件设备关键有工作站和微机两种。通常而言,工作站图形性能要优于微机,但伴随微机性能飞速提升,它和工作站性能差异也越来越小。而且因为微机价格要远低于工作站,所以其在CAD/CAM系统中应用越来越广泛,其普及率也远高于工作站。计算机辅助数控编程软件即是通常所说CAM
9、软件,它是计算机辅助编程系统关键。它关键功效包含数据输入输出、加工轨迹计算和编辑、工艺参数设置、加工仿真、数控程序后处理和数据管理等。现在常见CAM软件种类较多,其基础功效大同小异,并在此基础上发展出各自特色。数控加工设备任务是接收数控程序,并根据程序完成多种加工动作。数控加工技术能够应用在几乎全部加工类型中,如车、铣、刨、镗、磨、钻、拉、切断、插齿、电加工、板材成型和管料成型等。数控铣床、数控车床、数控线切割机是模具行业中最常见数控加工设备,其中以数控铣床应用最为广泛。1.2.2 加工原理机床上刀具和工件间相对运动,称为表面成形运动,简称成形运动或切削运动。数控加工是指数控机床根据数控程序所
10、确定轨迹(称为数控刀轨)进行表面成形运动,从而加工出产品表面形状。图1-2和图1-3分别是一个平面轮廓加工和一个曲面加工切削示意图。 图 1-2 图 1-3 数控刀轨是由一系列简单线段连接而成折线,折线上结点称为刀位点。刀具中心点沿着刀轨依次经过每一个刀位点,从而切削出工件形状。刀具从一个刀位点移动到下一个刀位点运动称为数控机床插补运动。因为数控机床通常只能以直线或圆弧这两种简单运动形式完成插补运动,所以数控刀轨只能是由很多直线段和圆弧段将刀位点连接而成折线。数控编程任务是计算出数控刀轨,并以程序形式输出到数控机床,其关键内容就是计算出数控刀轨上刀位点。在数控加工误差中,和数控编程直接相关有两
11、个关键部分:(1)刀轨插补误差。因为数控刀轨只能由直线和圆弧组成,所以只能近似地拟合理想加工轨迹,图1-4所表示。(2)残余高度。在曲面加工中,相邻两条数控刀轨之间会留下未切削区域,图1-5所表示,由此造成加工误差称为残余高度,它关键影响加工表面粗糙度。 图 1-4 图 1-5刀具表面成形运动通常分为主运动和进给运动。主运动指机床主轴转动,其运动质量关键影响产品表面光洁度。进给运动是主轴相对工件平动,其传动质量直接关系到机床加工性能。进给运动速度和主轴转速是刀具切削运动两个关键参数,对加工质量、加工效率相关键影响。1.2.3 刀位计算如前所述,数控编程关键内容是计算数控刀轨上刀位点。下面简单介
12、绍数控加工刀位点计算原理。数控加工刀位点计算过程可分为3个阶段。(1)加工表面偏置。图1-6所表示,刀位点是刀具中心点移动位置,它和加工表面存在一定偏置关系。这种偏置关系取决于刀具形状和大小。比如,当刀具为半径R球头刀时,刀轨(刀具中心移动轨迹)应该在距离加工表面为R偏置面上,图1-7所表示。由此可见,刀位点计算前提是首先依据刀具类型和尺寸计算出加工表面偏置面。 图 1-6 图 1-7(2)刀轨形式确实定。把刀位点在偏置面上分布形式称为刀轨形式。图1-8和图1-9所表示是两种最常见刀轨形式。其中图1-8所表示为行切刀轨,即全部刀位点全部分布在一组和刀轴(z轴)平行平面内。图1-9所表示为等高线
13、刀轨(又称环切刀轨),即全部刀位点全部分布在和刀轴(z轴)垂直一组平行平面内。 图 1-8 图 1-9显然,对于这两种刀轨来说,其刀位点分布在加工表面偏置面和一组平行平面交线上,这组交线称为理想刀轨,平行平面间距称为刀轨行距。也就是说,刀轨形式一旦确定下来,就能够在加工表面偏置面上以一定行距计算出理想刀轨。(3)刀位点计算。假如刀具中心能够完全根据理想刀轨运动话,其加工精度无疑将是最理想。然而,因为数控机床通常只能完成直线和圆弧线插补运动,所以只能在理想刀轨上以一定间距计算出刀位点,在刀位点之间做直线或圆弧运动,图1-4所表示。刀位点间距称为刀轨步长,其大小取决于编程许可误差。编程许可误差越大
14、,则刀位点间距越大;反之越小。以上所描述仅仅是刀位点计算基础思绪,而CAM软件中实际采取计算方法要复杂得多,而且伴随软件不一样会有很多具体改变。然而不管在哪种CAM软件中,刀位点计算有多么复杂多样,其技术关键全部只有一点,即以一定形式和密度在被加工面偏置面上计算出刀位点。刀位点密度不仅指刀轨行距,还指刀轨步长,它们是影响数控编程精度关键原因。1.3 数 控 机 床1.3.1 数控机床特点伴随科学技术和市场经济不停发展,对机械产品质量、生产率和新产品开发周期提出了越来越高要求。即使很多生产企业(如汽车、家用电器等制造厂)已经采取了自动机床和专用自动生产线,能够提升生产效率、提升产品质量、降低生产
15、成本,不过因为市场竞争日趋猛烈,这就要求企业必需不停开发新产品。在频繁开发新产品生产过程中,使用“刚性”(不可变)自动化设备,因为其工艺过程改变极其复杂,所以刚性自动化设备缺点暴露无遗。另外,在机械制造业中,并不是全部产品零件全部含有很大批量。据统计,单件小批量生产约占加工总量75%80%。对于单件、小批,复杂零件加工,若用“刚性”自动化设备加工,则生产成本高、生产周期长,而且加工精度也极难符合要求。为了处理上述问题,并满足新产品开发和多品种、小批量生产自动化,中国外已研制生产了一个灵活、通用、万能、能适应产品频繁改变数控机床。美国麻省理工学院在20世纪50年代成功地研制出第一台数控铣床。19
16、70年首次展出了第一台用计算机控制数控机床(CNC)。图1-10左图所表示就是CNC数控铣床,右图所表示是数控加工中心。 图 1-10下面介绍数控机床关键特点。1高柔性数控铣床最大特点是高柔性,即可变性。所谓“柔性”即是灵活、通用、万能,能够适应加工不一样形状工件自动化机床。数控铣床通常全部能完成钻孔、镗孔、铰孔、铣平面、铣斜面、铣槽、铣曲面(凸轮)和攻螺纹等加工,而且通常情况下,能够在一次装夹中完成所需加工工序。图1-11所表示齿轮箱,齿轮箱上通常有两个含有较高位置精度要求孔,孔周有安装端盖螺孔,根据老传统加工方法步骤以下:图 1-11 (1)划线 划底面线A,划47JS7、52JS7及90
17、0.03中心线。(2)刨(或铣)底面A。(3)平磨(或括削)底面A。(4)镗加工(用镗模) 铣端面,镗52JS7、47JS7,保持中心距900.03。(5)划线(或用钻模) 划8-M6孔线。(6)钻孔攻丝 钻攻8-M6孔。以上工件最少需要6道工序才能完成。假如用数控铣床加工,只需把工件基准面A加工好,可在一次装夹中完成铣端面、镗52JS7、47JS7及钻攻8-M6孔,也就是将工序(4)、(5)和工序(6)合并为1道工序加工。更关键是,假如开发新产品或更改设计需要将齿轮箱上2个孔改为3个孔,8-M6螺孔改为12-M6孔,采取传统加工方法必需重新设计制造镗模和钻模,则生产周期长。假如采取数控铣床加
18、工,只需将工件程序指令改变一下(通常只需0.5h1h),即可依据新图样进行加工。这就是数控机床高柔性带来特殊优点。2高精度现在数控装置脉冲当量(即每轮出一个脉冲后滑板移动量)通常为0.001mm,高精度数控系统可达0.0001mm。所以通常情况下,绝对能确保工件加工精度。另外,数控加工还可避免工人操作所引发误差,一批加工零件尺寸统一性尤其好,产品质量能得到确保。3高效率数控机床高效率关键是由数控机床高柔性带来。如数控铣床,通常不需要使用专用夹具和工艺装备。在更换工件时,只需调用储存于计算机中加工程序、装夹工件和调整刀具数据即可,可大大缩短生产周期。更关键是数控铣床万能形带来高效率,如通常数控铣
19、床全部含有铣床、镗床和钻床功效,工序高度集中,提升了劳动生产率并降低了工件装夹误差。另外,数控铣床主轴转速和进给量全部是无级变速,所以有利于选择最好切削用量。数控铣床全部有快进、快退、快速定位功效,可大大降低机动时间。据统计,采取数控铣床比一般铣床可提升生产率35倍。对于复杂成形面加工,生产率可提升十几倍甚至几十倍。4大大减轻了操作者劳动强度数控铣床对零件加工是按事先编好程序自动完成。操作者除了操作键盘、装卸工件和中间测量及观察机床运行外,不需要进行繁重反复性手工操作,可大大减轻劳动 强度。1.3.2 数控机床分类数控机床分类有多个方法。(1)按机床数控运动轨迹划分q 点位控制数控机床:指在刀
20、具运动时,只控制刀具相对于工件位移正确性,不考虑两点间路径,如数控钻床。q 点位直线控制数控机床:在点位控制基础上,还要确保运动一条直线,且刀具在运动过程中还要进行切削加工。q 轮廓控制数控机床:能对两个或更多坐标运动进行控制(多坐标联动),刀具运动轨迹可为空间曲线。在模具行业中这类机床应用最多,如三坐标以上数控铣或加工中心。(2)按伺服系统控制方法划分q 开环控制机床:价格低廉,精度及稳定性差。q 半闭环控制数控机床:精度及稳定性较高,价格适中,应用最普及。q 闭环控制数控机床:精度高,稳定性难以控制,价格高。(3)按联动坐标轴数划分q 两轴联动数控机床。X、Y、Z三轴中任意两轴作插补联动,
21、第三轴作单独周期进刀,常称2.5轴联动。图1-12所表示,将X向分成若干段,圆头铣刀沿YZ面所截曲线进行铣削,每一段加工完后进给X,再加工另一相邻曲线,如此依次切削即可加工出整个曲面,故称为行切法。依据表面光洁度及刀头不干涉相邻表面标准选择X。行切法加工所用刀具通常是球刀铣头(即指状铣刀)。用这种刀具加工曲面,不易干涉相邻表面,计算比较简单。球状铣刀刀头半径应选得大部分,有利于提升加工光洁度、增加刀具刚度、散热等。但刀头半径应小于曲面最小曲率半径。用球头铣刀加工曲面时,总是用刀心轨迹数据进行编程。图1-13所表示为二轴联动三坐标行切法加工刀心轨迹和切削点轨迹示意图。ABCD为被加工曲面,P平面
22、为平行于YZ做表面一个平行面,其刀心轨迹O1O2为曲面ABCD等距面IJKL和行切面Pyz交线,显然,O1O2是一条平面曲线。在这种情况下,曲面曲率改变时会造成球头刀和曲面切削点位置亦随之改变,而切削点连线ab是一条空间曲线,从而在曲面上形成扭曲残留沟纹。因为2.5轴坐标加工刀心轨迹为平面曲线,故编程计算较为简单,数控逻辑装置也不复杂,常见于曲率改变不大和精度要求不高粗加工。q 三轴联动数控机床。X、Y、Z三轴可同时插补联动。用三坐标联动加工曲面时,通常亦用行切方法。如 图1-14所表示,三轴联动数控刀轨能够是平面曲线或空间曲线。三坐标联动加工常见于复杂曲面正确加工(如精密锻模)。但编程计算较
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数控 编程 加工 工艺 基础知识 模板
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【天****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【天****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。