1、第四章第四章 材料加工材料加工CAM u CAM概述概述u 数控机床的有关功能规定数控机床的有关功能规定u 数控加工工艺知识数控加工工艺知识u 数控编程数控编程u 数控电火花线切割加工的程序编制数控电火花线切割加工的程序编制4.1 材料加工材料加工CAM 概述概述4.1.1 4.1.1 数控加工的基本概念数控加工的基本概念（一）（一）数控数控（NC）的含义）的含义 数控：是数字控制（数控：是数字控制（Numerical control）的简称，通常称为）的简称，通常称为NC，是用数，是用数字信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种控制方法。字信号对机床的运动及其加工过程进行控制的一种控制方法
2、。数控加工数控加工的含义的含义 是指在数控机床上加工零件的一种工艺方法。是指在数控机床上加工零件的一种工艺方法。实质：实质：用数控装置（系统）代替人操作机床进行机械零件加工的一用数控装置（系统）代替人操作机床进行机械零件加工的一种自动化加工方法。种自动化加工方法。所用的机床设备成为数字控制机床，简称数控机床或所用的机床设备成为数字控制机床，简称数控机床或NC机床。机床。(二二)工件轮廓的生成方法工件轮廓的生成方法 当被加工工件上的轮廓为曲线或为与执行部件移动方向不一致的直线轮廓时，此当被加工工件上的轮廓为曲线或为与执行部件移动方向不一致的直线轮廓时，此工件轮廓只能用沿工作台或刀架运动方向的细分
3、线段来逼近代替。工件轮廓只能用沿工作台或刀架运动方向的细分线段来逼近代替。工件的真实轮廓由机工件的真实轮廓由机床执行部件的运动轨迹插补生成。床执行部件的运动轨迹插补生成。如图如图4-1。图图4-1 工件轮廓用细分线段逼近工件轮廓用细分线段逼近yx0yx0 插补类型（按脉冲当量的分配形式）：插补类型（按脉冲当量的分配形式）：直线插补直线插补沿直线分配脉冲沿直线分配脉冲圆弧插补圆弧插补沿圆弧分配脉冲沿圆弧分配脉冲其它插补类型（如，抛物线插补、高次曲线插补，等等）其它插补类型（如，抛物线插补、高次曲线插补，等等）插补运算求解逼近轨迹上各点插补运算求解逼近轨迹上各点(x,y)坐标的数学运算。坐标的数学
4、运算。脉冲当量机床执行部件单位位移量，用于控制插补精度。脉冲当量机床执行部件单位位移量，用于控制插补精度。通常，脉冲当量值由数控机床的加工精度决定。通常，脉冲当量值由数控机床的加工精度决定。自动插补运算自动插补运算 直线插补：只输入执行的起点和终点坐标。直线插补：只输入执行的起点和终点坐标。圆弧插补：输入圆弧起点、终点和圆心坐标（或半径值）圆弧插补：输入圆弧起点、终点和圆心坐标（或半径值）由事先规定的圆弧角正负值来确定半径位于弧的哪一边(三三)数控加工作业过程数控加工作业过程零件图样零件图样加工工艺加工工艺程序编制程序编制加工加工信息信息程序程序数控装置作数控装置作信息处理信息处理指令指令脉冲
5、脉冲伺服系统伺服系统作信号转作信号转换放大换放大驱动驱动机床进行机床进行加工加工位置检测位置检测工作台实际位移量反馈工作台实际位移量反馈（一）数控机床组成（一）数控机床组成4.1.2 4.1.2 数控机床的组成、分类与发展数控机床的组成、分类与发展输入装置数控系统伺服系统机床执行部件指令驱动位置、速度反馈温度反馈输入介质 输入介质 数控加工时，所需的各种控制信息要靠某种中间载体携带和传输，这种载体称为控制介质。在控制介质上保存着加工零件所必需的全部操作信息和刀具及工件移动的信息，它记载着零件的加工程序。输入介质有：穿孔纸带、磁带或磁盘 数控装置伺服系统机床主机 主机是数控机床的主体，包括车身、
6、箱体、导轨、主轴、进给机构等机械部件人造大理石床身（混凝土聚合物）天然大理石床身天然大理石床身机床排屑系统机床排屑系统数控机床应有更好的宜人性（人机关系及环保）数控机床应有更好的宜人性（人机关系及环保）便于操作的机床结构（二）分类（二）分类点位控制数控机床点位控制数控机床 按加工功能按加工功能直线控制数控机床直线控制数控机床轮廓控制数控机床轮廓控制数控机床数控机床数控机床加工中心加工中心线切割机床线切割机床电火花机床电火花机床 按工艺用途分类按工艺用途分类立式数控车床立式数控车床卧式数控车床卧式数控车床立式数控铣床立式数控铣床卧式数控铣床卧式数控铣床快走丝电火花线切割机床快走丝电火花线切割机床
7、工作台移动式电火花机床工作台移动式电火花机床工作台固定式电火花机床工作台固定式电火花机床固定立柱立式加工中心固定立柱立式加工中心滑枕立式加工中心滑枕立式加工中心O O形整体床身立式加工中心形整体床身立式加工中心4.1.3 4.1.3 计算机在数控中的应用计算机在数控中的应用计算机数控（计算机数控（Computer Numerical Control，CNC）读带机小型或微型计算机接口伺服系统机床键盘直接数控（直接数控（Direct Numerical Control，DNC）电子计算机（CPU）链接装置控制器1控制器2机床1机床2控制器n机床n常见数控系统 SIEMENSFANUC立式数控铣床
8、立式数控铣床 4.1.4 4.1.4 数控编程的内容与步骤数控编程的内容与步骤编制程序的目的：用程序去实现数控加工的全部工艺规范。分析零件几何形状、尺寸和精度要求分析零件图选择工装夹具、确定装夹方式、加工路线和切削用量等 确定工艺过程根据零件图和加工路线计算基点和节点等数控关键数据 数值计算按数控系统要求的格式编写程序编写程序单制备控制介质程序校验首件试切（试加工）修改修改数控机床4.1.5 4.1.5 数控编程的种类数控编程的种类 手工编程 熟悉数控代码及编程规则 对编程人员的要求 具备机械加工工艺知识（一切CAM人员必备！）具备数值计算能力 自动编程（2种模式）（1）以自动编程语言为基础
9、编程人员依据所用数控语言的编程手册和零件图样，以语言的形式表达出加工的全部内容（加工原始数据和加工指令），输入计算机中进行处理，得到可以直接用于数控机床的NC代码。（2）以计算机绘图为基础 在对话方式下，完成零件图定义、走刀路线的确定、加工参数的选择。4.2 数控机床的有关功能规定数控机床的有关功能规定4.2.1 4.2.1 数控机床程序编制的有关规定数控机床程序编制的有关规定（一）穿孔带和代码（一）穿孔带和代码（二）程序格式（编程规则）（二）程序格式（编程规则）以人工编程G代码为例 程序组成 程序若干程序段（行）的集合；程序段（行）完成某个或某些特定动作的指令（代码字）集合；指令（代码字）由
10、操作（地址）符和操作内容（数据）构成。即某一功能的一组代码符号，如X500，表示X 向尺寸为500 程序行内指令（代码字）的顺序及其含义程序行内指令（代码字）的顺序及其含义 例如：N001 G91 G00 X2700 Y3000 Z15000 M03 LF N002 N017 X-5000 Y-4000 Z14800 M02 LF代码功 能代码功 能G00G01G02G03G04G06G08G09G17G18G19G33G34点位控制点位控制直线插补直线插补顺时针圆弧插补顺时针圆弧插补逆时针圆弧插补逆时针圆弧插补暂停抛物线插补加速减速XY平面选择平面选择ZX平面选择平面选择YZ平面选择平面选择
11、螺纹切削(等螺距)螺纹切削(增螺距)G35G3639G40G41G42G43G44G60G6579G80G8189G90G91螺纹切削(减螺距)内部保留取消刀具补偿刀具径向左补偿刀具径向右补偿刀具轴向正补偿刀具轴向负补偿准确定位保留用于点位控制取消固定循环固定循环#1#9绝对坐标编程绝对坐标编程相对坐标编程相对坐标编程常用G功能代码摘要代码功 能代码功 能M00M01M02M03M04M05M06M07M08M09M10M11M13程序停机程序停机任选停机程序结束程序结束主轴顺时针方向旋转主轴顺时针方向旋转主轴逆时针方向旋转主轴逆时针方向旋转主轴停转主轴停转换刀开2号切削液开开1号切削液号切削
12、液关闭切削液夹紧松开主轴顺转并开切削液M14M15M16M19M30M31M3235M4045M50M51M60M68M69主轴逆转并开切削液正向()运动反向()运动主轴定向停止纸带结束旁路互锁固定切削速度保留开3号切削液开4号切削液换工件工件夹紧工件松开常用M功能代码摘要加工程序的一般格式举例：加工程序的一般格式举例：%/开始符O1000 /程序名N10 G00 G54 X50 Y30 M03 S3000 N20 G01 X88.1 Y30.2 F500 T02 M08 N30 X90 N300 M30 /结束符%/程序主体4.2.2 4.2.2 数控机床的坐标轴及运动方向数控机床的坐标轴及
13、运动方向 规定：“工件不动”，刀具相对工件运动；直角坐标系满足右手定则和右旋定则；机床坐标轴和运动方向；数控机床坐标系的确定方法 1 1、假定刀具相对于固定的、假定刀具相对于固定的 工件运动工件运动 2 2、增大工件和刀具之间距离的方向为运动的正方向、增大工件和刀具之间距离的方向为运动的正方向3 3、采用右手笛卡儿坐标系、采用右手笛卡儿坐标系直线坐标 X Y Z旋转坐标 A B C附加坐标 U V W 4 4、确定顺序：、确定顺序：Z-X-YZ-X-Y （P127P127P128P128）数控机床坐标系原点数控机床坐标系原点 在数控车床上，机床原点一般取在卡盘端面与主轴中心线的交点处，见左图。
14、同时，通过设置参数的方法，也可将机床原点设定在X、Z坐标的正方向极限位置上。数控铣床的原点在数控铣床上，机床原点一般取在X、Y、Z坐标的正方向极限位置上，见右图 车床的机床原点 铣床的机床原点 4.3.1 什么是数控加工工艺什么是数控加工工艺 就是指用数控机床加工零件时应用的工艺方法。就是指用数控机床加工零件时应用的工艺方法。与通用机床相比，不同点表现在控制方式上。与通用机床相比，不同点表现在控制方式上。4.3 4.3 数控加工工艺知识数控加工工艺知识 数控加工的数控加工的内容内容：选择并确定数控加工零件及加工内容；选择并确定数控加工零件及加工内容；对零件图进行数控加工工艺分析；对零件图进行数
15、控加工工艺分析；数控加工工艺设计；数控加工工艺设计；零件图形数字处理；零件图形数字处理；编程和生成编程和生成NC指导书；指导书；传输程序；传输程序；程序校验与修改；程序校验与修改；试切、切削加工及现场问题处理；试切、切削加工及现场问题处理；NC加工工艺文件管理。加工工艺文件管理。l 适应性强；适应性强；l 加工精度高，质量稳定可靠；加工精度高，质量稳定可靠；l 加工生产率高，经济效益好；加工生产率高，经济效益好；l 减轻操作者的劳动强度，改善劳动条件，自动化生产；减轻操作者的劳动强度，改善劳动条件，自动化生产；l有利于生产管理现代化，便于计算机辅助制造；有利于生产管理现代化，便于计算机辅助制造
16、；l可直接从可直接从CAD系统中提取数据，保证数据处理的一致性；系统中提取数据，保证数据处理的一致性；l 数控机床价格昂贵，加工成本高，维修困难。数控机床价格昂贵，加工成本高，维修困难。适用范围：适用范围：1.普通机床加工调整时间长或要求复杂工装的零件；普通机床加工调整时间长或要求复杂工装的零件；2.加工精度高，几何形状复杂的零件；加工精度高，几何形状复杂的零件；3.批量小而又多次重复生产的零件；批量小而又多次重复生产的零件；4.要求精密复制的零件；要求精密复制的零件；5.贵重零件加工；贵重零件加工；6.需要全部检验的零件，试制件；需要全部检验的零件，试制件；7.钻、镗、铰、铣削等多工序联合进
17、行的零件。钻、镗、铰、铣削等多工序联合进行的零件。4.3.2 数控机床加工的特点及适用范围数控机床加工的特点及适用范围 特点：特点：1.插补插补 实质上实质上是数控装置根据有关的信息指令进行是数控装置根据有关的信息指令进行“数据密化数据密化”的工作的工作 规定：插补类型计算对象直线插补终点相对起点的增量圆弧插补 以起点为参考点，计算圆心相对起点的增量；以圆心为参考点，计算起点相对圆心的增量；注意：无论是增量编程或是绝对编程，圆弧插补均应采用增量方式。4.3.3 数控加工中的几个重要术语数控加工中的几个重要术语3.机床坐标系与工件坐标系机床坐标系与工件坐标系机床坐标系机床固有坐标系。机床坐标系原
18、点的确定方法。工件坐标系建立在工件上的坐标系。工件坐标系原点的确定由编程人员按加工工艺要求自定。工件原点偏置：工件原点偏离机床原点的距离。2.机床坐标数机床坐标数 指数控机床有几个运动方向采用了数控指数控机床有几个运动方向采用了数控两坐标加工：同时控制任意两坐标联动；三坐标加工：数控装置控制三个坐标联动；五坐标加工：同上4.工件上各点坐标的表示工件上各点坐标的表示绝对坐标表示：绝对尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于坐标原点给出；相对（增量）坐标表示：增量尺寸指机床运动部件的坐标尺寸值相对于前一位置给出。如图所示：绝对尺寸 增量尺寸 程序段举例：绝对坐标编程 N001 G00G17G90 X3
19、0 Y0;N002 G02 X30 Y0 I-30 F100;N003 G00 X0 Y0 M02;增量坐标编程 N001 G00G17G91 X30 Y0;N002 G02 X0 Y0 I-30 F100;N003 G00 X-30 Y0 M02;YXA0R305.刀具补偿刀具补偿 径向补偿（刀具偏置）含义刀位点径向偏离工件轮廓。补偿值 D=R+式中：R刀具半径 加工余量工件轮廓加工余量刀位点移动轨迹 径向补偿指令：右补偿（刀具右偏）G42顺着刀具前进方向看，刀具在轮廓右侧左补偿（刀具左偏）G41顺着刀具前进方向看，刀具在轮廓左侧。取消径向补偿 G40右补偿左补偿右补偿左补偿 采用刀具径向补
20、偿编程的优越性：不考虑刀具半径，直接按工件轮廓尺寸编程；适当 改变半径补偿量，以实现同一刀具，同一程序完成轮廓从粗到精的全部加工。长度补偿 含义在 Z 轴方向上实现对刀具移动距离的补偿。a 工件坐标系的 Z 轴设定值，b 刀尖到刀柄校准面的距离，c 指令动作，d 实际移动量，e 补偿量注：事先将测定的 a，b 值存入刀补表中。Z 轴机械原点工件坐标系 的Z 轴零点abcde+Z-Z 长度补偿指令：G43正补偿（如前图，e=c-d）G44负补偿（如右图，e=d-c）G49取消长度补偿dce 采用刀具长度补偿的优越性：可实现在一次加工中使用多把长度不同的刀具，特别适合于加工中心的自动换刀系统。6.
21、定位精度和重复精度定位精度和重复精度 定位精度定位精度 含义指实际位置与指令位置的一致程度；不一致量称为定位精度误差。重复精度重复精度 含义指同一条件下用相同方法重复进行同一动作时，控制对象位置的一致程度，也称为精度密度；7.干涉干涉 不仅会破坏零件的形状和精度，严重时会对机床精度造成影响不仅会破坏零件的形状和精度，严重时会对机床精度造成影响4.3.4 4.3.4 数控编程数控编程的工艺处理 1、工序、工步的划分与顺序安排（P135）基本原则：先粗后精，先面后孔；尽量减少换刀次数和空刀路程。特殊情况：对同轴度要求很高的孔系，应一次定位，顺序换刀，依次完成该孔系的全部孔加工。2、零件装夹方法的确
22、定和夹具选择 装夹原则：尽量减少装夹次数和时间 工件坐标系与机床坐标系之间应有确定的关系 夹具的选择：尽量采用组合夹具。3、对刀点、刀位点和换刀点 对刀点刀具相对于工件的运动起点。平头立铣刀球头铣刀车刀钻头线切割电极丝例如（图中红色表示基准点）：换刀点换刀位置。原则：换刀时不得碰伤工件、夹具和机床。4、走刀路线 刀具相对于工件的运动轨迹（走刀路线）。路径选择原则：（1）保证良好的加工精度和表面质量；（2）数值计算简单；（3）进给路径尽可能短。其它应考虑的问题：辅助路径（引入距离）切入点和切出点 主要指铣削轮廓时的进刀和出刀（切向或圆弧进出刀,）=d铣刀工件 轮廓加工时尽量避免进给停顿；为提高表
23、面质量、降低粗糙度，采用多次小余量进给；加工孔系时，安排镗孔的路线应注意各孔的定位方向一致，避免反向间隙的产生。5、刀具选择 选择原则：刀具精度高，刚性好；尺寸稳定，耐磨性好；调整方便。目的：提高生产率，降低台时费用。逆铣逆铣：铣刀的旋转方向和工件的走刀方向相反相反顺铣顺铣：铣刀的旋转方向和工件的走刀方向相同相同6、切削用量的确定 切削深度 ap 切削用量进给量 f切削速度 vcafs 图中：S 为主轴转速（r/min），由切削深度 ap、进给量 f 和刀具耐用度计算公式或查手册得到的切削速度 vc 或主轴转速n。f=zfznZ-齿数；f-进给量m/s；fz-每齿进给量m/z；n-主轴转速r/
24、sDvnc1000vc-切削速度r/s；D-铣刀直径 此外，选择进给量 f 时，还应注意工件轮廓拐角处的“超程”和“欠程”问题。7、编程误差及其控制 数控加工的误差来源：逼近误差 插补误差 尺寸园整误差 其它：机床控制和伺服系统误差、零件定位误差、对刀误差、刀具磨损误差、刀具或工件受力（受热）变形误差，等等。编程误差控制：逼近误差（选择合适的数学近似方程）插补误差（增加插补点，合理分配插补点）尺寸园整误差（采用合理的数据处理方法）原则：编程误差应控制在零件公差的1020%之内。8、数控加工工艺文件（P142-143）N005 G90G17G00G42 X10Y10;/绝对坐标编程，快速移动到1
25、点，右补偿N010 G01 X30 F100;/直线插补到2点，主轴转速为100mm/minN015 G03 X40Y20 I0J10;/逆时针圆弧插补N020 G02 X30Y30 I0J10;/顺时针圆弧插补N025 G01 X10Y20;/直线插补N030 Y10;N035 G00G40 X0Y0 M02;/点位控制到o点，取消刀具偏移，程序结束轮廓加工举例 先计算各点的坐标。4.4 4.4 数控编程数控编程小结：小结：n1、数控加工概念及实质。n2、数控加工作业过程。n3、点位控制、直线控制和轮廓控制数控机床各有何特点。分别给出其对应的典型机床例子。（作业）n4、CNC与DNC的区别？（作业）n5、数控编程的内容与步骤有哪些？n6、数控G代码程序由哪些成分构成？其中的代码字(指令字)各表示什么含义？（作业）n7、数控加工的误差来源有哪些？怎样控制？n8、什么是数控加工的对刀点、换刀点？n9、数控加工的刀具补偿有哪两种？采用刀具补偿有何意义？（作业）n10、请仿照教材P145的例子为下图零件编制轮廓铣削程序。（作业）n4 4月月1414日下午上课以班级为单位上交作业。日下午上课以班级为单位上交作业。
