第5章数控铣削加工编程.ppt
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1、1,汉川HC1 数控系统,5.1 数控铣削编程概述,第5章 数控铣削加工编程,5.2 数控铣床系统指令,5.3 典型零件数控铣削编程综合实例,FANUC 0i Mate 数控系统,2,数控铣床是机床设备中应用非常广泛的加工机床,它可以进行平面铣削、平面型腔铣削、外形轮廓铣削、三维复杂型面铣削,还可进行钻削、镗削、螺纹切削等孔加工。加工中心、柔性制造单元等都是在数控铣床的基础上产生和发展起来的。数控铣床分类:a.立式铣床 b.卧式铣床 c.万能式数控铣床 d.龙门式铣床,5.1 数控铣削编程概述,3,数控铣床具有丰富的加工功能和较宽的加工工艺范围。各种类型数控铣床所配置的数控系统虽然各有不同,但
2、各种数控系统的功能,除一些特殊功能不尽相同外,其主要功能基本相同。数控铣床的主要功能有:,1、点位控制功能;2、连续轮廓控制功能;3、刀具半径补偿功能;4、刀具长度补偿功能;5、比例缩放及镜像加工功能;6、旋转功能;7、子程序调用功能;8、用户宏程序功能;,5.1.1.数控铣削加工特点,4,数控铣床的加工范围,铣削加工是机械加工中最常用的加工方法之一,它主要包括平面铣削和轮廓铣削,也可以对零件进行钻、扩、铰、镗、锪加工及螺纹加工等。数控铣削主要适合于下列几类零件的加工。,1、平面类零件 平面类零件是指加工面平行或垂直于水平面,以及加工面与水平面的夹角为一定值的零件,这类加工面可展开为平面。,a
3、)轮廓面A b)轮廓面B c)轮廓面C,5,2、直纹曲面类零件 直纹曲面类零件是指由直线依某种规律移动所产生的曲面类零件。加工面不能展开为平面。,直纹曲面,数控铣床的加工范围,6,3、立体曲面类零件 加工面为空间曲面的零件称为立体曲面类零件。这类零件的加工面不能展成平面,一般使用球头铣刀切削,加工面与铣刀始终为点接触,若采用其它刀具加工,易产生干涉而破坏邻近表面。可采用行切法或三坐标联动加工(空间直线插补)。,数控铣床的加工范围,7,数控铣床的夹具和刀具,1、夹具 数控铣床主要用于加工形状复杂的零件,但所使用夹具的结构往往并不复杂,数控铣床夹具的选用可首先根据生产零件的批量来确定。对单件、小批
4、量、工作量较大的模具加工来说,一般可直接在机床工作台面上通过调整实现定位与夹紧,然后通过加工坐标系的设定来确定零件的位置。对有一定批量的零件来说,可选用结构较简单的夹具。,8,2、刀具数控铣床上所采用的刀具要根据被加工零件的材料、几何形状、表面质量要求、热处理状态、切削性能及加工余量等,选择刚性好、耐用度高的刀具。常见刀具见右图。,数控铣床的夹具和刀具,9,铣刀类型的选择,1)铣较大平面时,为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度,一般采用刀片镶嵌式盘形铣刀。,数控铣床的夹具和刀具,10,2)曲面类零件,加工曲面类零件时,为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切,而避免刀刃与工件轮廓发生干涉,一般
5、采用球头铣刀。粗加工用两刃铣刀,半精加工和精加工用四刃铣刀,如图所示。,数控铣床的夹具和刀具,11,3)铣小平面或台阶面,铣小平面或台阶面一般采用通用铣刀,如图所示。,数控铣床的夹具和刀具,12,4)键槽,铣键槽时,为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀,如图所示。,数控铣床的夹具和刀具,13,5)孔加工,孔加工时,可采用钻头、镗刀等孔加工类刀具,如图所示。,数控铣床的夹具和刀具,14,机床坐标系,是机床固有的坐标系,机床坐标系的原点也称为机床原点或机床零点。在机床经过设计制造和调整后这个原点便被确定下来,它是固定的点。,5.1.2 数控铣床的坐标系,15,迪卡尔直角坐标系,数控机床采用的是
6、笛卡尔的直角三坐标系统,X、Y、Z三轴之间的关系遵循右手定则。如右图所示,右手三指尽量互成直角,拇指指向X轴正方向,食指指向Y轴正方向,中指指向Z轴正方向。,遵循右手笛卡尔直角坐标系原则:,5.1.2 数控铣床的坐标系,16,数控装置通电后通常要进行回参考点操作,以建立机床坐标系。参考点可以与机床原(零)点重合,也可以不重合,通过参数来指定机床参考点到机床原点的距离。机床回到了参考点位置也就知道了该坐标轴的零点位置,找到所有坐标轴的参考点,CNC装置就建立起了机床坐标系。,机床坐标系的原点简称为机床原点,通常在各坐标轴的正向最大极限处。,5.1.2 数控铣床的坐标系,17,工件坐标系,用来确定
7、工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系,工件坐标系的原点即为工件原(零)点。,工件零点的位置是任意的,它是由编程人员在编制程序时根据零件的特点选定的。,考虑到编程的方便性,工件坐标系中各轴的方向应该与所使用的数控机床的坐标轴方向一致。,5.1.2 数控铣床的坐标系,18,工件坐标系原点,机床坐标系原点,5.1.2 数控铣床的坐标系,19,数控铣削加工工件的安装,数控铣削加工选择定位基准应遵循的原则:,尽量选择零件上的设计基准作为定位基准,定位基准选择要能完成尽可能多的加工内容,定位基准应尽量与工件坐标系的对刀基准重合,必须多次安装时,应遵从基准统一原则,20,零件结构的工艺性分析,零件结构工
8、艺性分析的主要内容:,审查与分析被加工零件是否适合数控加工;,审查与分析图纸中几何元素的条件是否充分、正确;,审查与分析数控加工零件的结构合理性;,21,预防零件变形措施:,对于大面积的薄板零件,改进装夹方式,采用合适的加工顺序和刀具;,采用适当的热处理方法;,粗、精加工分开及对称去除余量等措施来减小或消除变形的影响;,零件结构的工艺性分析,22,提高工艺性的措施:,减少薄壁零件或薄板零件;,尽量统一零件轮廓内圆弧的有关尺寸;,保证基准统一原则;,零件结构的工艺性分析,23,数控铣床的加工工艺,1、选择并确定数控铣削加工部位及工序内容,2、加工工序的划分,3、确定对刀点与换刀点,4、选择走刀路
9、线,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,24,1、选择并确定数控铣削加工部位及工序内容,(1)工件上的曲线轮廓,特别是有数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓;(2)已给出数学模型的空间曲面;(3)形状复杂、尺寸繁多、划线与检测困难的部位;(4)用通用铣床加工时难以观察、测量和控制进给的内外凹槽;(5)以尺寸协调的高精度孔或面;(6)能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状;(7)采用数控铣削后能成倍提高生产率,大大减轻体力劳动强度的一般加工内容。,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,25,在数控机床上特别是在数控铣床、加工中心上加工零件,工序十分集中,许多零件只需在一次装夹后就
10、能完成全部工序。,但是零件的粗加工,特别是铸、锻毛坯零件的基准平面、定位面等的加工应在普通机床上完成之后,再装夹到数控机床上进行加工。这样可以发挥数控机床的特点,保持数控机床的精度,延长数控机床的使用寿命,降低数控机床的使用成本。,2、工序的划分,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,26,导轨粗基准的加工,以加工后的床脚为基准加工导轨面,以导轨面为粗基准,加工床脚,2、工序的划分(先后顺序例),5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,27,刀具集中分序法;,粗、精加工分序法;,按加工部位分序法;,2、工序的划分,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,28,刀具集中分序法,即按所用刀具划分
11、工序,用同一把刀加工完零件上所有可以完成的部位,在用第二把刀、第三把刀完成它们可以完成的其它部位。,特点:,这种分序法可以减少换刀次数,压缩空程时间,减少不必要的定位误差。,2、工序的划分,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,29,粗、精加工分序法,这种分序法是根据零件的形状、尺寸精度等因素,按照粗、精加工分开的原则进行分序。对单个零件或一批零件先进行粗加工、半精加工,而后精加工。,注意:,粗精加工之间,最好隔一段时间,以使粗加工后零件的变形得到充分恢复,再进行精加工,以提高零件的加工精度。,2、工序的划分,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,30,按加工部位分序法,即先加工平面、定位
12、面,再加工孔;,先加工简单的几何形状,再加工复杂的几何形状;,先加工精度比较低的部位,再加工精度要求较高的部位。,2、工序的划分,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,31,零件材料变形小,加工余量均匀,可以采用刀具集中分序法,以减少换刀时间和定位误差;,例如:,若零件材料变形较大,加工余量不均匀,且精度要求较高,则应采用粗精加工分序法。,2、工序的划分,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,32,对于数控机床来说,在加工开始时,确定刀具与工件的相对位置是很重要的,它是通过对刀点来实现的。,对刀点,指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。,3、确定对刀点与换刀点,5.1.3 数控铣削加工
13、工艺与编程要点,33,对刀点的选择原则,便于用数字处理和简化程序编制,在机床上找正容易,加工中便于检查,引起的加工误差小,3、确定对刀点与换刀点,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,34,对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上,但必须与零件的定位基准有已知的准确关系。当对刀精度要求较高时,对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。,对于以孔定位的零件,可以取孔的中心作为对刀点。,3、确定对刀点与换刀点,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,35,定心锥轴找孔中心,36,百分表找孔中心,37,寻边器对刀,对刀方式,数控铣削加工的对刀,38,寻边器找对称中心,39,数控铣削加工的对刀,对刀方
14、式,标准芯轴和块规对刀,40,以毛坯相互垂直的基准边线的交点为对刀位置点,对刀操作时的坐标位置关系,41,Z向对刀设定,刀具Z向对刀-可利用基准刀具及Z向设定器进行精确对刀,其原理与寻边器相同。,42,对刀时应使对刀点与刀位点重合。,刀位点,是指确定刀具位置的基准点。,如:平头立铣刀的刀位点一般为端面中心;球头铣刀的刀位点取为球心;钻头为钻尖。,3、确定对刀点与换刀点,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,43,换刀点,应根据工序内容来作安排,为了防止换刀时刀具碰伤工件,换刀点往往设在距离零件较远的地方。对于加工中心,其换刀点的Z向坐标是固定的;对于铣床,一般需操作者手动换刀。,3、确定对刀
15、点与换刀点,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,44,走刀路线是数控加工过程中刀具相对于被加工工件的的运动轨迹。走刀路线的确定非常重要,因为它与零件的加工精度和表面质量密切相关。同时,也是编写程序的依据。,4、选择走刀路线,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,45,确定走刀路线的一般原则,保证零件的加工精度和表面粗糙度;,选择使工件在加工后变形小的路线;,寻求最短加工路线,减少空刀时间;,沿着切线方向切入与切出工件;,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,方便数值计算,减少编程工作量。,46,铣削外圆的切入切出路径,切入切出路径,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,47,铣削内圆
16、的切入切出路径,铣削内轮廓的切入切出路径,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,48,另外,在选择走刀路线时应注意以下几种情况:,(1)避免引入反向间隙误差。,(2)顺铣加工与逆铣加工方式。,(3)立体轮廓的加工。,(4)内槽加工。,4、选择走刀路线,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,49,避免反向误差的加工路线,存在反向误差的加工路线,镗铣加工路线图,避免引入反向误差,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,50,刀具补偿的设置,在切入工件前应该已经完成刀具半径补偿,而不能在切入工件时同时进行刀具补偿,这样会产生过切现象。为此,应在切入工件前的切向延长线上另找一点,作为完成刀具半径补
17、偿点。,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,51,切入工件同时补偿,切入工件前补偿,刀具补偿的设置,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,52,顺铣和逆铣加工,切削加工方式,顺铣,逆铣,在铣削加工中,铣刀切入工件时切削速度方向与工件进给方向相同。用于当工件表面无硬皮、机床进给机构无间隙、精铣加工的场合。,在铣削加工中,铣刀切入工件时切削速度方向与工件进给方向相反。用于当工件表面有硬皮、机床进给机构间隙较大、粗铣加工的场合。,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,53,采用顺铣加工方式,顺铣和逆铣,铣削内沟槽的侧面,顺铣和逆铣加工,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,54,立体轮廓的
18、加工,立体轮廓的加工,加工一个曲面时可能采取的三种走刀路线,即沿参数曲面的u向行切、沿V向行切和环切。,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,55,内槽加工,内槽是指以封闭曲线为边界的平底凹坑,如下图所示。加工内槽一律使用平底铣刀,刀具边缘部分的圆角半径应符合内槽的图纸要求。内槽的切削分两步,第一步切内腔,第二步切轮廓。切轮廓通常又分为粗加工和精加工两步。,5.1.3 数控铣削加工工艺与编程要点,56,5.2 数控铣床系统指令(FANUC 0i Mate系统),57,1、快速定位指令G00格式:G00 X_Y_Z_;其中,X、Y、Z为快速定位终点,G90时为终点在工件坐标系中的坐标;G91时
19、为终点相对于起点的位移量。G00为模态功能,可由G01、G02、G03或G33功 能注销。,FANUC 0i Mate系统常用基本编程指令,58,2、单方向定位指令G60 格式:G60 X_Y_Z_;其中,X、Y、Z为定位终点坐标,在G90时为终点在工件坐标系中的坐标;在G91时为终点相对于起点的位移量。在单向定位时,每一轴的定位方向由机床参数确定。在G60中,先以G00速度快速定位到一中间点,然后以一固定速度移动到定位终点。中间点与定位终点的距离(偏移值)是一常量,由机床参数设定,且从中间点到定位终点的方向即为定位方向。G60指令仅在其被规定的程序段中有效。作用:消除反向间隙误差,用于要求精
20、确定位的孔的加工。,FANUC 0i Mate系统常用基本编程指令,59,3、直线插补指令G01 格式:G01 X _Y_Z_F_;其中,X、Y、Z为终点坐标,G90时为终点在工件坐标系中的坐标;G91时为终点相对于起点的位移量。G01和F都是模态代码,G01可由G00、G02、G03或G33功能注销。,FANUC 0i Mate系统常用基本编程指令,60,4、圆弧插补指令G02/G03 格式:,XY平面的圆弧 G17 G02(或G03)X_ Y_ I_ J_ F_;,ZX平面的圆弧 G18 G02(或G03)X_ Z_ I_ K_ F_;,YZ平面的圆弧 G19 G02(或G03)Y_ Z_
21、 J_ K_ F_;,YZ平面的圆弧 G19 G02(或G03)Y_ Z_ R_ F_;,其中:,G02为顺圆插补,G03为逆圆插补;,X、Y、Z为圆弧终点坐标;,I、J、K为圆心相对于圆弧起点的增量坐标;,也可用圆弧半径R来编程,如:,R的规定:圆弧圆心角180时R取正值;180时 R 取负值;整圆不能用R编程。,FANUC 0i Mate系统常用基本编程指令,61,起点,FANUC 0i Mate系统常用基本编程指令,62,FANUC 0i Mate系统常用基本编程指令,63,例、用8的刀具,沿双点画线加工工件上表面3mm深凹槽,FANUC 0i Mate系统常用基本编程指令,64,N10
22、 G92 X0 Y0 Z50;N20 M03 S500;N30 G00 X19 Y24;N40 Z5;N50 G01 Z-3 F40;N60 Y56;N70 G02 X29 Y66 R10;(或N70 G02 X29 Y66 I10)N80 G01 X71;N90 G02 X81 Y56 R10;(N90 G02 X81 Y56 J-10)N100 G01 Y24;N110 G02 X71 Y14 R10;(N110 G02 X71 Y14 I-10)N120 G01 X29;N130 G02 X19 Y24 R10;(N130 G02 X19 Y24 J10)N140 G00 Z50;N15
23、0 X0 Y0;N160 M30;,FANUC 0i Mate系统常用基本编程指令,65,5.顺圆、逆圆螺旋线插补格式:,在Z方向上进行螺旋线插补:G17 G02/G03 X_ Y_ I_ J_ Z_ F_;或 G17 G02/G03 X_ Y_ R_ Z_ F_;,在Y方向上进行螺旋线插补:G18 G02/G03 Z_ X_ K_ I_ Y_ F_;或 G18 G02/G03 Z_ X_ R_ Y_ F_;,在X方向上进行螺旋线插补:G19 G02/G03 Y_ Z_ J_ K_ X_ F_;或 G19 G02/G03 Y_ Z_ R_ X_ F_;,其中:F指令指定某平面内沿圆弧的进给速度
24、;直线轴(红色字体所代表的轴)的进给速度=F*沿直线轴进给距离/圆弧的长度。,注意:在螺旋插补程序段中不能指令刀具偏置和刀具长度补偿。,圆弧终点坐标,沿直线轴的进给距离,FANUC 0i Mate系统常用基本编程指令,66,例.图27所示的螺旋线程序G91时:G91 G17 G03 X-30 Y30 R30 Z10 F100;G90时:G90 G17 G03 X0 Y30 R30 Z10 F100;,在XY平面圆弧的终点坐标为(0,30),直线轴(Z轴)的进给距离为+10。,FANUC 0i Mate系统常用基本编程指令,67,例.编制下图所示的螺旋线程序,FANUC 0i Mate系统常用基
25、本编程指令,68,例.下图所示的螺旋线程序G91时:G91 G19 G02 Y30 Z-30 R30 X10 F100;G90时:G90 G19 G02 Y30 Z0 R30 X10 F100;,FANUC 0i Mate系统常用基本编程指令,69,例.如图所示用直径10mm的键槽刀加工直径50的孔,工件高10mm。,FANUC 0i Mate系统常用基本编程指令,70,例.如图所示用直径10mm的键槽刀加工直径50的孔,工件高10mmN5 G92 X0 Y0 Z30;N10 M03 S500;N100 Z3;N20 G01 G90 Z11 X20 F200;N110 Z2;N30 G02 X
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