mjgy04,第四章 模具数控加工,第一节 数控加工技术 第二节 数控加工程序编制基础 第三节 数控加工的程序编制 第四节 计算机辅助制造(CAM),mjgy04,第一节 数控加工技术,一、数控加工基本概念 二、数控机床的工作原理与分类 三、数控加工的特点与应用,mjgy04,一、数控加工基本概念,1.数控与数控机床 数字控制(Numerical Control)是用数字化信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种方法，简称为数控(NC)，它是一种自动控制技术。数控机床就是采用了数控技术的机床，或者说是装备了数控系统的机床。 2.数控加工 数控加工是指在数控机床上进行零件切削加工的一种工艺方法。 数控加工与普通加工方法的区别在于控制方式。在普通机床上进行加工时，机床动作的先后顺序和各运动部件的位移都是由人工直接控制。 3.数控加工研究的主要内容 (1)数控加工工艺设计 工艺设计是对工件进行数控加工的前期工艺准备工作，它必须在程序编制工作以前完成，因为只有工艺设计方案确定以后，程序编制工作才有依据。 1)选择并决定零件的数控加工内容。 2)零件图纸的数控加工工艺性分析。 3)数控加工的工艺路线设计。,mjgy04,一、数控加工基本概念,4)数控加工的工序设计。 5)数控加工专用技术文件的编写。 (2)对零件图形的数学处理。 (3)编写数控加工程序单。 (4)按程序单制作控制介质。 (5)程序的校验与修改。 (6)首件试切加工与现场问题处理。 (7)数控加工工艺技术文件的定型与归档。,mjgy04,二、数控机床的工作原理与分类,1.数控机床的工作原理,图4-1 数控机床的组成,mjgy04,二、数控机床的工作原理与分类,2.数控机床的组成 (1)控制介质 控制介质是用于记载各种加工信息(如零件加工的工艺过程、工艺参数和位移数据等)的媒体，经输入装置将加工信息送给数控装置。 (2)数控装置 数控装置是数控机床的核心，它的功能是接受输入装置输入的加工信息，经过数控装置的系统软件或逻辑电路进行译码、运算和逻辑处理之后，发出相应的脉冲送给伺服系统，通过伺服系统控制机床的各个运动部件按规定要求动作。,mjgy04,二、数控机床的工作原理与分类,(3)伺服系统 伺服系统由伺服驱动电动机和伺服驱动装置组成，它是数控系统的执行部分。 (4)机床本体 数控机床的本体包括：主运动部件，进给运动部件如工作台，刀架及传动部件和床身立柱等支撑部件，此外还有冷却、润滑、转位、夹紧等辅助装置。 3.数控机床的分类 (1)金属切削类 属于此类的有数控车床、数控铣床、数控钻床、数控镗床、数控磨床、数控齿轮加工机床和加工中心等。,mjgy04,二、数控机床的工作原理与分类,(2)金属成形类 属于此类的有数控折弯机、数控弯管机、数控冲床、数控旋压机等。 (3)特种加工类 属于此类的有数控电火花线切割机床、数控电火花成形机床及数控激光切割焊接机等。 (4)其他类 属于此类的有数控火焰切割机床、数控激光热处理机床、三坐标测量机等。,mjgy04,三、数控加工的特点与应用,1.数控加工的特点 (1)加工精度高 数控机床是精密机械和自动化技术的综合，所以机床的传动精度与机床的结构设计都考虑到要有很高的刚度和热稳定性，它的传动机构采用了减小误差的措施，并由数控装置补偿，所以数控机床有较高的加工精度。,mjgy04,三、数控加工的特点与应用,(2)自动化程度高和生产率高 数控加工是按事先编好的程序自动完成零件加工任务的，操作者除了安放控制介质及操作键盘、装卸零件、关键工序的中间测量以及观察机床的运动情况外，不需要进行繁重的重复性手工操作，因此自动化程度很高，管理方便。 (3)适应性强 当改变加工零件时，只需更换加工程序，就可改变加工工件的品种，这就为复杂结构的单件，小批量生产以及试制新产品提供了极大的便利，特别是普通机床很难加工或无法加工的精密复杂型面。,mjgy04,三、数控加工的特点与应用,(4)有利于生产管理现代化 用数控机床加工零件，能准确地计算零件的加工工时，并有效地简化了检验和工夹具、半成品的管理工作。 (5)减轻劳动强度，改善劳动条件 操作者不需繁重而又重复的手工操作，劳动强度和紧张程度大大改善，另外工作环境整洁，劳动条件也相应改善。 (6)成本高 数控加工不仅初始投入大(数控设备及计算机系统)，而且复杂零件的编程工作量也很大，从而增加了它的生产成本。 2.数控加工的应用 从数控加工的一系列特点可以看出，数控加工有一般机械加工所不具备的许多优点，所以其应用范围也在不断地扩大。但目前它并不能完全代替普通机床，也还不能以最经济的方式解决机械加工中的所有问题。,mjgy04,三、数控加工的特点与应用,3.数控加工技术的发展 (1)高速度高精度化 速度和精度是数控加工的两个重要技术指标，它直接关系到加工效率和产品质量。 (2)智能化 智能化是体现数控加工运用高技术的重要标志，它表现在运用自适应控制技术；运用人机会话自动编程功能，建立切削用量专家系统和示教系统；运用自诊断功能；运用模式识别技术。 (3)小型化 CNC系统体积的小型化便于将机、电装置揉合为一体。,mjgy04,三、数控加工的特点与应用,(4)提高可靠性 数控系统比较贵重，用户期望发挥投资效益，要求设备可靠，特别是对要用在长时间无人操作环境下运行的数控系统，可靠性成为人们最为关注的问题。 (5)具有更高的通信功能 为适应FMC、FMS以及进一步联网组成CIMS的要求，一般的数控系统都具有RS232C和RS422高速串行接口，高档的数控系统应具有DNC接口。 (6)具有开放性 传统的数控系统是一种专用封闭式系统，各个厂家的产品之间以及与通用计算机之间不兼容，维修、升级困难，越来越难以满足市场对数控技术的要求。,mjgy04,第二节 数控加工程序编制基础,一、程序编制的基本步骤与方法 二、数控机床的坐标系 三、数控程序的指令代码 四、数控加工程序的结构与格式 五、手工编程与自动编程,mjgy04,一、程序编制的基本步骤与方法,图4-2 程序编制的一般过程,mjgy04,一、程序编制的基本步骤与方法,图4-3 右手直角笛卡儿坐标系,mjgy04,二、数控机床的坐标系,1.坐标轴的命名 标准的坐标系(又称基本坐标系)采用右手直角笛卡尔坐标系，如图4-3所示。 2.机床坐标轴的确定 (1)z轴 对于有主轴的机床，如卧式车床、立式升降台铣床等，则以主轴轴线方向作为z轴方向。 (2)x轴 x轴一般位于与工件安装面相平行的水平面内。 (3)y轴 y轴方向可根据已选定的z、x轴按右手直角笛卡尔坐标系来确定。 (4)附加坐标轴 如果机床除有x、y、z主要坐标轴以外，还有平行于它们的坐标轴，可分别指定为U、V、W。,mjgy04,二、数控机床的坐标系,(5)旋转运动 A、B、C相应表示围绕x、y、z三轴轴线的旋转运动，其正方向分别按x、y、z轴右螺旋法则判定。 (6)主轴回转运动方向 主轴顺时针回转运动的方向是按右螺旋进入工件的方向。 3.机床原点与机床坐标系 4.机床参考点,图4-4 数控车床坐标系,mjgy04,二、数控机床的坐标系,图4-5 卧式加工中心坐标系,mjgy04,二、数控机床的坐标系,5.工件原点与工件坐标系,图4-6 立式加工中心坐标系,mjgy04,二、数控机床的坐标系,图4-7 夹具上的对刀点,6.起刀点与对刀点,mjgy04,三、数控程序的指令代码,1.准备功能“G”指令 2.辅助功能“M”指令,mjgy04,三、数控程序的指令代码,表4-1 准备功能G代码,mjgy04,三、数控程序的指令代码,表4-1 准备功能G代码,mjgy04,三、数控程序的指令代码,2.如在直线切削控制中没有刀具补偿，则G43到G52可指定作其他用途。 3.在表中左栏括号中的字母(d)表示可以被同栏中没有括号的字母d所注销或代替，亦可被有括号的字母(d)所注销或代替。 4. G45到G52的功能可用于机床上任意两个预定的坐标。 5.控制机上没有G53到G59和G63功能时，可以指定作其他用途。,mjgy04,三、数控程序的指令代码,表4-2 辅助功能M代码,mjgy04,三、数控程序的指令代码,表4-2 辅助功能M代码,mjgy04,三、数控程序的指令代码,表4-2 辅助功能M代码,mjgy04,三、数控程序的指令代码,表4-2 辅助功能M代码,mjgy04,三、数控程序的指令代码,2. M90M99可指定为特殊用途。 3.其他功能指令 (1)进给功能指令F 该指令用以指定切削进给速度，其单位为(mm/min)或(mm/r)。 (2)主轴转速功能指令S 该指令用以指定主轴转速，其单位为r/min。 (3)刀具功能指令T 该指令用以指定刀号及其补偿号。 (4)坐标功能指令 坐标功能指令(又称为尺寸功能指令)用来设定机床各坐标之位移量。,mjgy04,三、数控程序的指令代码,(5)程序段号功能指令N 该指令用以指定程序段名，由N地址及其后的数字组成。,mjgy04,四、数控加工程序的结构与格式,1.程序结构,4-8.TIF,mjgy04,四、数控加工程序的结构与格式,4-9.TIF,2.程序段格式,mjgy04,五、手工编程与自动编程,1.手工编程 手工编程就是程序编制的全部或主要由人工完成，有时也借助于通用计算机进行一些复杂的数值计算。 2.自动编程 (1)批处理方式编程 批处理方式即数控语言输入方式。,图4-10 语言编程过程,mjgy04,五、手工编程与自动编程,(2)交互式编程 交互式编程即交互式图形编程。 1)几何造型。 2)刀具路径的产生。 3)后置处理。,mjgy04,第三节 数控加工的程序编制,一、数控铣削加工 二、加工中心切削加工,mjgy04,一、数控铣削加工,1.数控铣削的工艺性分析 1)图样尺寸的标注方法是否方便编程，构成工件轮廓图形的各种几何元素的条件是否充分，各几何元素的相互关系(如相切、相交、垂直和平行等)是否明确等。 2)零件所要求的加工精度、尺寸公差是否可以得到保证，绝对不可以认为数控机床加工精度高就放弃这种分析。 3)内槽及缘板之间的内接圆弧是否太小？因为这种内圆弧半径R常常限制刀具的直径。,mjgy04,一、数控铣削加工,4)零件铣削面的槽底圆角或腹板与缘板相交处的圆角半径r是否太大？当r越大，铣刀端刃铣削平面的能力越差，效率也越低。 5)零件图中各加工面的凹圆弧(R与r)是否过于零乱，是否可以统一？因为在数控铣床上多次换刀要增加不少的新问题，如增加铣刀规格、计划停机次数及其对刀次数等，不但给编程带来许多麻烦，增加生产准备时间，而且也会因频繁换刀增加加工面上的接刀印而影响表面质量。,mjgy04,一、数控铣削加工,6)零件上有无统一基准，如何保证两次装夹加工后其相对位置的正确性？为了减少两次装夹误差，最好采用统一基准定位，因此零件上最好有合适的孔作定位基准孔，或是专门设置工艺孔作为定位基准。 7)分析零件的形状及材料的热处理状态，会不会在加工过程中变形？通常，要采取一些必要的工艺措施进行预防，如对钢件进行调质处理，对铸铝进行退火处理，或是用粗、精加工方法等。,mjgy04,一、数控铣削加工,图4-11 平面轮廓铣削,mjgy04,一、数控铣削加工,8)采用什么样的切削路线(轮廓仿形还是周期性进给)才能保证加工质量？需根据零件形状决定。 2.平面与曲面加工的工艺处理 (1)平面轮廓加工 这类零件的表面多由直线和圆弧或各种曲线构成，常用两坐标联动的三坐标数控铣床加工，是模具制造中常见的一种，编程也较简单。 (2)曲面两坐标联动的加工,图4-12 曲面行切法,mjgy04,一、数控铣削加工,图4-13 三坐标联动加工,mjgy04,一、数控铣削加工,(3)曲面三坐标联动加工 亦即x，y，z三坐标可同时插补联动。 (4)曲面四坐标联动加工 如图4-14所示的工件，侧面为直纹扭曲面。,图4-14 四坐标联动加工,mjgy04,一、数控铣削加工,3.数控铣削程序编制