第3章 数控加工工艺与编程基础,第3章 数控加工工艺与编程基础,3.1 数控机床坐标系统 3.2 数控加工工艺设计基础 3.3 数控加工编程基础,3.1 数控机床坐标系统,1.机床坐标系 (1)直角坐标系的规定 标准的直角坐标系采用右手笛卡儿定则判定各坐标轴的相互关系和方向，如图3-1所示。,图3-1 右手直角笛卡儿坐标系,3.1 数控机床坐标系统,(2)机床坐标轴及其运动方向 1)机床的运动原则。,图3-2 卧式车床坐标系,3.1 数控机床坐标系统,2)机床坐标轴的位置与方向的确定。,图3-3 卧式铣床坐标系,3.1 数控机床坐标系统,图3-4 立式铣床坐标系,3.1 数控机床坐标系统,表3-1 数控车床和铣床的坐标轴方向定义,3.1 数控机床坐标系统,图3-5 车床右手笛卡儿坐标系,3.1 数控机床坐标系统,图3-6 铣床右手笛卡儿坐标系,3)机床坐标系坐标原点。,3.1 数控机床坐标系统,2.工件坐标系 被加工零件简称工件。 1)工件原点一般选在工件图样上，以利于编程。 2)工件原点尽量选在尺寸精度高、表面粗糙度值小的工件表面上。 3)工件原点最好选在工件的对称中心上。 4)要便于测量和检验。,图3-7 数控车床、铣床的机床坐标系和工件坐标系,3.1 数控机床坐标系统,3.绝对坐标与增量(相对)坐标编程 所谓绝对坐标是表示刀具(或机床)运动位置的坐标值，都是相对于固定的工件坐标系原点给出的,如图3-8a所示；而增量坐标所表示的刀具(或机床)运动位置的坐标值是相对于前一位置的，相对坐标与运动方向有关,如图3-8b所示。,图3-8 绝对坐标与增量坐标 a)绝对坐标 b)增量坐标,3.2 数控加工工艺设计基础,3.2.1 机械加工工艺基础 1.生产过程与工艺过程 (1)生产过程 生产过程是指将原材料转变为成品的全过程。 1)生产技术准备过程。 2)生产工艺过程。 3)辅助生产过程。,图3-9 机械加工工艺系统,3.2 数控加工工艺设计基础,4)生产服务过程。 (2)工艺过程 工艺就是制造产品的方法。 2.机械加工工艺系统 机械加工中，由机床、夹具、刀具、量具和工件等组成的系统，称为工艺系统。 (1)数控机床 采用数控机床进行机械加工，数控机床是实现数控加工的主体。 (2)夹具 在机械制造中，用以装夹工件(和引导刀具)的装置统称为夹具。 (3)刀具 金属切削刀具是普通机床和数控机床都必须依靠的用以切除工件多余材料的工具。 (4)量具 测量尺寸、形状、位置和其他参数的测量工具。 (5)工件 工件是数控加工的对象。,3.2 数控加工工艺设计基础,3.机械加工工艺过程的组成 机械加工工艺过程是由一系列的工序组合而成的，毛坯依次地通过这些工序而变成为成品。 (1)工序 工序是工艺过程的基本单元。 (2)安装与工位 安装就是指工件定位并夹紧的整个过程，又称之为装夹。 (3)工步与进给 工步是在一个安装或工位中，加工表面、切削刀具及切削用量都不变的情况下所进行的那部分加工。 4.机械加工工艺规程 规定零件的制造工艺过程和操作方法等的工艺文件，称为工艺规程。 (1)工艺规程的作用 1)工艺规程是指导生产的主要技术文件。 2)工艺规程是生产组织和管理工作的基本依据。,3.2 数控加工工艺设计基础,3)工艺规程是新建或扩建工厂或车间的基本资料。 (2)工艺规程制订时所需的原始资料 1)产品零件设计图样、技术资料，以及产品的装配图样和零件工作图。 2)产品的生产类型(单件生产、成批生产和大量生产)。 3)产品验收的质量标准。 4)现有的生产条件和资料。 5)国内外同类产品的有关工艺资料等。 (3)制订工艺规程的步骤 1)加工工艺分析。 2)选择毛坯。 3)设计加工工艺路线。,3.2 数控加工工艺设计基础,4)加工工序设计。 划分工步，进一步确定各工序中所需要的加工设备和工艺装备。要确定各工序所用的加工设备(如机床)、夹具、刀具、量具及辅助工具。夹具要根据定位方式来确定是选用还是设计制造。工装设备尽量采用已有的或通用的，如果没有且不能外购，则要制订设计任务书，提出试制计划，进行研制。 计算加工余量、工序尺寸及公差。要计算各工序的加工余量和总的加工余量，如果毛坯是棒料或型材，则应按棒料或型材标准进行圆整后修改确定。计算各个工序的尺寸及公差，是要控制各工序的加工质量以保证最终加工质量。,3.2 数控加工工艺设计基础,计算切削用量，估算工时定额。也可查阅切削用量手册等资料，并进行计算，否则可按各工厂的实际经验来确定。目前，对单件小批生产多不规定切削用量，而是由操作工人根据经验自行选定；数控加工中每步切削都必须制订出切削用量；对于自动线和流水线，为了保证生产节拍，必须规定切削用量。 确定技术要求及检验方法。必要时，要设计和试制专用检验工具。 确定进给路线。 选择对刀点、换刀点的位置。 编制加工程序。 3.2.2 数控加工工艺的特点和主要内容,3.2 数控加工工艺设计基础,1.数控加工工艺的特点 数控机床的加工工艺与普通机床的加工工艺有许多相同之处，但在数控机床上加工零件比普通机床加工零件的工艺规程要复杂。 1)数控加工的工序内容比普通机床加工的工序内容复杂。 2)数控加工工艺的内容十分具体。 3)数控加工的工艺处理相当严密。 2.数控加工工艺的主要内容 数控加工工艺设计主要包括下列内容：选择零件的数控加工程序；对零件进行数控加工工艺性分析；数控加工的工艺路线设计(如工序的划分、加工顺序的安排、与传统加工工序的衔接等)；数控加工工序设计(如工步的划分、零件的定位与夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等)；数控加工工艺文件编写。,3.2 数控加工工艺设计基础,图3-10 影响数控加工工艺方案的主要因素,3.2.3 数控加工工艺分析,3.2 数控加工工艺设计基础,在进行数控加工工艺性分析之前，有关工艺人员通常已经对零件图进行过一些工艺性分析。 1)分析影响数控加工工艺方案的主要因素，确定加工方法。 加工方法所能达到的加工经济精度和表面粗糙度。各种加工方法所能达到的经济精度与表面粗糙度可查阅有关机械加工工艺手册。 工件材料的性质。例如淬火钢采用磨削加工，而非铁合金一般都用金刚镗或精密车削。 工件的结构形状和尺寸。以内圆表面加工为例，回转体工件上的孔常采用车削、磨削加工；箱体工件上公差等级为IT7的孔不宜采用拉孔或磨孔，通常采用镗孔或铰孔。孔径大采用镗孔，孔径小采用钻铰孔。,3.2 数控加工工艺设计基础,生产类型。根据不同的生产类型选择不同的加工方法，同时也要考虑工厂的实际情况。 普通机床无法加工的内容应作为优先选择内容。 普通机床难加工，质量也难以保证的内容，应作为重点选择内容。 普通机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。 占机床调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容。 加工部位分散，需要多次安装、设置原点。,3.2 数控加工工艺设计基础,按某些特定的制造依据(如样板等)加工的型面轮廓。主要原因是获取数据困难，易与检验依据发生矛盾，增加了程序编制的难度。 2)在确定好加工方法后，具体设计加工工序时，还应注意分析以下问题：,3.2 数控加工工艺设计基础,零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点。在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准标注尺寸。这种标注方法既便于编程，也便于尺寸之间的相互协调，在保持设计基准、工艺基准、检测基准与编程原点设置的一致性方面带来很大方便。但是，由于零件设计人员一般在尺寸标注中较多地考虑装配等使用特性方面，而不得不采用局部分散的标注方法，这样将给工序安排与数控加工带来许多不便。由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的积累误差而破坏使用特性，因此可将局部分散的标注法(见图3-11)改为同一基准的标注法(见图3-12)或直接给出坐标尺寸的标注法(见图3-13)。,3.2 数控加工工艺设计基础,0.TIF,3.2 数控加工工艺设计基础,图3-11 局部分散的标注法,3.2 数控加工工艺设计基础,图3-12 同一基准的标注法,3.2 数控加工工艺设计基础,图3-13 直接给出坐标尺寸的标注法,3.2 数控加工工艺设计基础,图3-14 工艺凸台的应用,构成零件轮廓的几何元素的条件应充分。,3.2 数控加工工艺设计基础,在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编程时要计算出每个节点的坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或忽略，常常出现参数不全或不清楚，如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查与分析图样时，一定要仔细核算，发现问题应及时与设计人员联系。 定位基准可靠。在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准，或在毛坯上增加一些工艺凸台。如图3-14所示，为增加零件定位的稳定性，可在底面增加一工艺凸台，在完成定位加工后再切除。,3.2 数控加工工艺设计基础,应采用统一的基准定位。在数控加工中，若没有统一基准定位，会因工件的重新安装而导致加工后的两个面上轮廓位置及尺寸不协调现象。因此要避免上述问题的产生，保证两次装夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的基准定位。 3.2.4 数控加工工艺路线设计 数控加工工艺路线设计与普通机床加工工艺路线设计的主要区别，在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。 1.工序的划分 (1)工序集中原则 应充分考虑数控机床的特点，尽可能在一次装夹中完成全部工序。,3.2 数控加工工艺设计基础,(2)粗、精加工分开原则 考虑工件加工精度的不同，应将粗、精加工工序分开进行。,图3-16 先粗加工后精加工实例,(3)按刀具划分工序的原则 为了减少换刀次数，减少空行程时间，消除不必要的定位差，可按刀具划分工序。,3.2 数控加工工艺设计基础,2.加工顺序的安排 加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。 1)基准先行原则。 2)先粗后精原则。 3)先面后孔原则。 4)先进行内腔加工，后进行外形加工。 5)上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有普通机床加工工序的也应综合考虑。 6)以相同定位、夹紧方式加工或用同一把刀具加工的工序，最好连续加工，以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。 3.数控加工工艺与普通工序的衔接 数控加工工序前后一般都穿插有其他普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。,3.2 数控加工工艺设计基础,3.2.5 数控加工工序设计 在选择了数控加工工艺内容和确定了零件加工路线后，即可进行数控加工工序的设计。 1.工步的划分 在一个工序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。 1)同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分开进行。 2)对于既要铣面又要镗孔的零件，先铣面后镗孔。 3)按刀具划分工步。 2.零件的安装与夹具的选择 (1)定位安装的基本原则 在数控机床上加工零件时，定位安装的基本原则与普通机床相同，也要合理选择定位基准和夹紧方案。,3.2 数控加工工艺设计基础,1)力求设计、工艺与编程计算的基准统一。 2)尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。 3)避免采用占机占人工的调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。 (2)选择夹具的基本原则 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；二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。 1)当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间、节省生产费用。 2)在成批生产时才考虑采用专用夹具，