毕业设计论文数控车床加工及编程技术的研究

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊上海建峰职业技术学院毕业设计（论文）报告纸-上海建峰职业技术学院SHANGHAIJIANFENGVOCATIONALCOLLEGE电子工程系毕业设计课题名称:数控车床加工及编程技术的研究专业：数控姓名：学号：指导教师：摘要数控技术及数控机床在当今机械制造业中的重要地位和巨大效益，显示了其在国家基础工业现代化中的战略性作用，并已成为传统机械制造工业提升改造和实现自动化、柔性化、集成化生产的重要手段和标志。数控技术及数控机床的广泛应用，给机械制造业的产业结构、产品种类和档次以及生产方式带来了革命性的变化。数控机床是现代加工车间最重要的装备。它的发展是信息技术与制造技术结合发展的结果。现代的CAD/CAM、FMS、CIMS、敏捷制造和智能制造技术，都是建立在数控技术之上的。掌握现代数控技术知识是现代机电类专业学生必不可少的。本次设计内容介绍了数控加工的特点、加工工艺分析以及数控编程的一般步骤。目录第一章数控加工概述…………4…………………4……………………4………5………7……………………7第二章数控编程基础及数据处理………………8……………………8………………9……………………102.5数据编程的格式………………11……………11第三章数控加工工艺分析……11………………12………12………………13………………13………………133.6工件定位和加紧………………143.7夹具的选择……………………15………153.9刀具和切削用量………………16………………17第四章加工中心…………………17………………17………………17………18…………………18…………18………………20……………224.8华中数控系统编程指令…………234.9用户宏程序……………………234.10加工实例………24第一章概述数控加工特点数控加工，也称之为NC（NumericalControl）加工，是以数值与符号构成的信息，控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性，可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。数控加工具有如下优点：提高生产效率；不需熟练的机床操作人员；提高加工精度并且保持加工质量；可以减少工装卡具；可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，数控加工一次装夹完成加工，缩短加工周期，提高生产效率；容易进行加工过程管理；可以减少检查工作量；可以降低废、次品率；便于设计变更，加工设定柔性；容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床；操作容易，极大减轻体力劳动强度；随着制造设备的数控化率不断提高，数控加工技术在我国得到日益广泛的使用，在模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业是否具有竞争力的象征。数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造（CAD/CAM）系统的质量。数控机床20世纪40年代末，美国开始研究数控机床，1952年，美国麻省理工学院（MIT）伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床，并于1957年投入使用。这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代开始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代的意义和深远的影响。世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究的发展。我国于是1958年开始研制数控机床，成功试制出配有电子数控系统的数控机床，1965年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。经过几十年的发展，目前的数控机床已经在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的应用尤为普及。数控机床种类繁多，模具制造常用数控加工机床有：数控铣床、数控电火花成型机床、数控电火花线切割机床、数控磨床和数控车床。数控机床通常由控制系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其它辅助系统组成。控制系统用于数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和运算并对机床产生作用；伺服系统根据控制系统的指令驱动机床，使刀具和零件执行数控代码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件（工作台、转台、滑板等）的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比较，根据其差别调整机床运动；机床传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行件之间的机械进给传动装置；辅助系统种类繁多，如：固定循环（能进行重复加工）、自动换刀（可交换指定的刀具）、传动间隙补偿（补偿机械传动系统产生的间隙误差）等等。数控分类目前数控机床的品种数量很多，功能各异，通常可按下列方法进行分类。按工艺用途分金属切削类数控机床此类数控机床包括数控车床、数控铣床、数控镗床、数控磨床、加工中心等。金属成型类数控机床此类数控机床有数控板料折弯机、数控弯管机、数控冲床等。物种加工类数控机床此类数控机床包括数控线切割机床、数控电火花加工机床、数控激光切割机等。其他类数控机床包括数控火焰切割机、数控三坐标测量仪等。按加工路线分类点位控制系统点位控制系统又称点到点控制系统，它是指刀具从某一位置向另一目标点位置移动，不管其中间刀具移动轨迹如何而最终能准确到达目标点位置的控制方式。点位控制的数控机床在刀具的移动过程中，并不进行加工，而是做快速空行程的定位运动。点位控制的数控机床有数控钻床、数控镗床、数控冲床等。直线控制系统直线控制系统是控制刀具或机床工作台以适当速度，沿着平行于某一坐标轴方向或坐标轴成45°的斜线方向进行直线加工的控制系统。但系统不能沿任意斜率的直线进行直线加工。直线控制系统一般具有主轴转速控制、进给速度控制和沿平行于坐标轴方向直线循环加工的功能。一般的简易数控系统均属于直线控制系统。用点位直线控制系统的数控机床的数控镗铣床，数控加工中心等。连续控制系统连续控制系统又称轮廓控制系统，该系统能对刀具相对于零件的运动轨迹进行连续控制，以加工任意斜率的直线、圆弧、抛物线或其他函数关系的曲线。这种系统一般都是两坐标或两坐标以上的多坐标联动控制系统，其功能齐全，可加工任意形状的曲线或型腔。采用连续控制系统的数控机床有数控铣床、功能完善的数控车床、数控凸轮磨和数控线切割机床等。按伺服系统的类型分类开环伺服系统只含有信号放大和变换，不带有位移检测反馈的伺服系统称为开环伺服系统或简称开环系统。开环伺服系统既没有工作台位移检测装置，又没有位置反馈和校正控制系统，所以工作台的位移精度完全取决于步进电动机的步距角精度、齿轮箱中齿轮副和丝杠螺母副的精度与传动间隙等，这种系统很难保证较高的位置控制精度。闭环伺服系统闭环伺服系统有位置反馈系统，可以补偿机械传动装置中的各种误差、间隙和干扰的影响，因而可以达到很高的定位精度，同时还能达到较高的速度，因此，在数控机床上得到广泛应用，特别是在精度要求高的大型和精密机床上应用十分广泛。半闭环伺服系统用测量丝杠或电动机轴旋转角位移来代替测量工作台直线位移的伺服系统称为半闭环伺服系统按控制坐标数（轴数）分类两坐标数控机床两坐标数控机床是指同时控制两个坐标联动的数控机床，如数控车床中的数控装置可同时控制X和Z方向的运动，实现两坐标联动，可用于加工各种曲线轮廓的回转体类零件。三坐标数控机床三坐标数控机床是指能同时控制3个坐标，实现3个坐标联动的数控机床，如数控铣床能实现三坐标联动，则称为三坐标数控铣床，可用于加工曲面零件。两轴半坐标数控机床这种数控机床本身有3个坐标，能做3个方向的运动，但控制装置只能同时控制2个坐标，而第3个坐标仅能作等距的周期移动。多坐标数控机床四坐标以上的数控机床称为多坐标数控机床。多坐标数控机床结构复杂、机床精度高、加工程序设计复杂、价格昂贵，主要用于加工形状复杂的零件。数控加工数控加工是将待加工零件进行数字化表达，数控机床按数字量控制刀具和零件的运动，从而实现零件加工的过程。被加工零件采用线架、曲面、实体等几何体来表示，CAM系统在零件几何体基础上生成刀具轨迹，经过后处理生成加工代码，将加工代码通过传输介质传给数控机床，数控机床按数字量控制刀具运动，完成零件加工。其过程如下图所示：【零件信息】→【CAD系统造型】→【CAM系统生成加工代码】→【数控机床】→【零件】（1）零件数据准备：系统自设计和造型功能或通过数据接口传入CAD数据，如STEP，IGES，SAT，DXF，X-T等；在实际的数控加工中，零件数据不仅仅来自图纸，特别在广泛采用Internet网的今天，零件数据往往通过测量或通过标准数据接口传输等方式得到。（2）确定粗加工、半精加工和精加工方案。（3）生成各加工步骤的刀具轨迹。（4）刀具轨迹仿真。（5）后期处理输出加工代码。（6）输出数控加工工艺技术文件。（7）传给机床实现加工。数控编程系统数控加工机床与编程技术两者的发展是紧密相关的。数控加工机床的性能提升推动了编程技术的发展，而编程手段的提高也促进了数控加工机床的发展，二者相互依赖。现代数控技术下在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展，而编程方式也越来越丰富。数控编程可分为机内编程和机外编程。机内编程指利用数控机床本身提供的交互功能进行编程，机外编程则是脱离数控机床本身在其他设备上进行编程。机内编程的方式随机床的不同而异，可以以“手工”的形式分行输入控制代码（手工编程）、交互方式输入控制代码（会话编程）、图形方式输入控制代码（图形编程），甚至可以语音方式输入控制代码（语音编程）或通过高级语言方式输入控制代码（高级语言编程）。但机内编程一般来说只适用于简单形体，而且效率较低。机外编程也可以分成手工编程、计算机辅助APT编程和CAD/CAM编程等方式。机外编程由于其可以脱离数控机床进行数控编程，相对机内编程来说效率较高，是普遍采用的方式。随着编程技术的发展，机外编程处理能力不断增强，已可以进行十分复杂形体的灵敏控加工编程。随着微电子技术和CAD技术的发展，自动编程系统也逐渐过渡到以图形交互为基础的与CAD集成的CAD/CAM系统为主的编程方法。与以前的语言型自动编程系统相比，CAD/CAM集成系统可以提供单一准确的产品几何模型，几何模型的产生和处理手段灵活、多样、方便，可以实现设计、制造一体化。虽然数控编程的方式多种多样，毋庸置疑，目前占主导地位的是采用CAD/CAM数控编程系统进行编程。第二章数控编程基础及数据处理坐标系及运动方向在数控机床上加工工件，刀具与工件的相对运动是以数字的形式来体现的，因此，必须建立相应的坐标系，才能明确刀具和工件的位置。为了便于编程时描述机床的运动，简化编程方法保证记录数据的互换性，数控机床的坐标系和运动方向均已标准化。坐标系的命名在标准中规定了以右手直角笛卡儿坐标系作为标准坐标系。在笛卡儿坐标系中，用X、Y、Z表示3个直线坐标轴，三者之间的相互关系及正方向用右手定则判定，其正方向用+X、+Y、+Z表示；围绕X、Y、Z各轴的回转坐标轴分别为A、B、C坐标轴，其正方向分别为+A、+B、+C用右手螺旋定则判断。机床坐标轴的确定方法确定机床坐标轴时，一般顺序是先确定Z轴，再确定X轴和Y轴。（1）先确定Z轴一般是选取产生切削力的轴线作为Z轴，同时规定刀具远离工作的方向作为Z轴的正方向。（2）对于有主轴的机床X轴一般平行于工件装夹面且与Z轴垂直。（3）最后确定Y轴转坐标分别为A、B或C坐标。各回转坐标的正方向根据右手螺旋定则确定。Y轴垂直于X轴和Z轴。当X轴和Z轴及正方向确定后，按右手直角笛卡儿坐标系即可判定Y轴及正方向。（4）机床的的附加坐标系为了编程和加方便，有时要设置附加坐标系。如果在X、Y、Z坐标的运动之外还有第二组和第三组坐标平行于它们，则分别用U、V、W和P、Q、R指定。（5）机床的加转坐标数控机床上有回转进给运动时，且回转轴线平行于X、Y、或Z坐标，则对应的加机床坐标系与工件坐标系在确定机床各坐标轴及方向后，还需要进一步明确机床坐标系和工件坐标系的区别，并确定坐标系的原点位置。机床原点与机床参考点机床原点又称为机械原点，是机床坐标系的原点。该点是机床上一个固定的点，其位置是由机床设计和制造单位确定的，通常不允许用户改变。它是其他所有坐标，如工件坐标系，机床参考点的其准点，也是制造和调整机床的基础。机床原点是通过机床参考点间接确定的，机床参考点也是机床上一个固定的点，它与机床原点之间有一确定的相对位置，一般设置在刀具运动的X、Y、Z轴正向最大极限位置，其位置由机械挡块确定。机床参考点由机床制造厂测定后输入数控系统，用户不能更改。数控机床通电时并不知道机床原点的位置，在机床每次通电之后，工作之前，必须进行回参考点操作，使刀具或工作台移动到机床参考点，以建立机床坐标系。当完成回参考点操作后，显示器即显示出机床参考点在机床坐标系中的坐标值，表明机床坐标系已自动建立。可以说，回参考点操作是对基准的重新核定，可消除多种原因产生的基准偏差。工件坐标系与工件原点工件坐标系是由编程人员根据零件图样及加工工艺，以零件上某一固定点为原点建立的坐标系，又称为编程坐标系或工作坐标系。工件坐标系是用来确定工件几何形体上各要素的位置而设置的坐标系。工件原点的位置是根据工件的特点人为设定的，所以也称编程原点。工件坐标系原点的选择要尽量满足编程简单、尺寸换算少、引起的加工误差小等条件。一般情况下，以坐标式尺寸标注的零件，选择设计基准点即尺寸标注起点作为编程原点；对称零件或同心圆为主的零件，编程原点应选在对称中心线或圆心上。2.2数控编程的步骤分析零件图样和进行工艺处理在数控机床上加工零件，零件图是操作者的原始资料。对零件图样规定的技术特点、几何形状、尺寸及工艺要求进行分析，确定加工方案，选择合适的数控机床，选择、设计刀具和夹具，确定合理的走刀路线，选择合理的切削用量。在确定工艺过程中，应充分考虑数控机床的所有功能，做到加工路线短、走刀次数少、换刀次数少等。进行数据处理根据零件的形状、尺寸和走刀路线，计算出零件轮廓线上各几何元素的起点、终点和圆弧的圆心坐标。若数控系统没有刀补功能，则应计算刀心轨迹。当用直线、圆弧来逼近非圆曲线时，应计算曲线上各节点的坐标值。若某尺寸带有上下偏差时，通常编程时应取尺寸的平均值。编写零件加工程序根据工艺过程的先后顺序，用机床规定的代码和程序格式编写零件加工程序单。编程员应对数控机床的性能、程序代码非常熟悉，才能编写出正确的零件加工程序。程序输入目前常用的方法是能过操作面板上的键盘直接将程序输入数控机床，或插入存储卡输入，或采用微机存储加工程序，经过串行接口RS-232将加工程序传入数控装置或计算机直接数控（DNC）通信接口，可以边传送边加工。程序校验通过数控机床的图形模拟功能，可进行图形模拟加工，检查刀具轨迹是否正确。由于只能大致检查出刀具运行轻迹的正确性，而且验出出对刀误差和因某些计算机误差引起的加工误差及加工精度，所以还要进行首件试切，试切后若发现工件不符合要求，可修改程序或进行刀具尺寸补偿。数控编程的方法手工编程手工编程主要由人工来完成数控机床程序编制各个阶段的工作，一般补加工零件形状不复杂和程序较短时，可以采用手工编程的方法，它要求编程人员不仅要熟悉数控指令及编程规则，还要具备数控加工工艺知识和数值计算能力。自动编程自动编程即计算机辅助编程，是利用计算机及专用自动编程软件，以人一机对话方式确定加工对象和加工条件，自动进行运算并生成指令的编程过程。自动编程主要用于曲线轮廓、三维曲面等复杂型面的编程。利用自动编程，可缩短生产周期，提高机床的利用率，有效地解决各种模具及复杂零件的加工。语言数控自动编程（APT）他是指加工零件的几何尺寸、工艺要求、切削参数及辅助信息等用语言编写的零件源程序后，输入到计算机中，再由计算机进一步处理得到零件加工程序。绘图数控自动编程他指用CAD/CAM软件将零件图形信息直接输入计算机，以人一机方式确定加工条件，并进行虚拟加工，最总得到加工程序。数据编程的结构一个完整的程序由程序号、程序的内容和程序结束3部分组成程序号：在数控系统中，系统的存储器里可以存储多个程序。为了把这些程序想互区别开，在程序的开头，冠心用地址O（FANUC系统）及后续4位数值构成的程序名。程序内容：程序内容是整个程序的核心，它由许多程序段组成，每个程序段由一个或多个指令构成，它表示数控机床要完成的全部动作。程序结束：程序从程序名开始，用M30、M02或M99结束。在执行程序中，如果检测出程序结束：M30、M02或M99，则系统结束执行程序。数据编程的格式1、程序段格式程序段格式是指在同一个程序段中关于字母、数字、符号等各个信息代码的排列顺序和含义在规定表示方法。2、编程规则（1）绝对值编程和增量值编程数控加工程序中表示几何点的坐标位置有绝对值和增量值两种方式，绝对坐标是指点的坐标值是相对于“工作原点”计量的。增量坐标又叫相对坐标，是指运动终点的坐标值是以“前一点”的坐标为起点来计量的。（2）小数点编程数控编程时，可以使用小数点编程，每个数字都有小数点。也可使用脉冲数编程，数字中不写小数点。（3）续效性功能大多数G指令和M指令都具有有续效性功能，除非它们被同组中的指令取代或取消，否则一直保持有效。另外，当X、Y、Z、F、S、T字的内容不变时，下一个程序段会自动接受此内容，因为也可省略不写。数控编程的数据处理数控机床是将工艺规划好的加工路径等信息编写成程序，控制刀具与工件间的相对运动而进行加工的，刀具路径规划的原始依据是零件图纸。无论是手工编程还是自动编程，都要按已经确定的加工路线和允许的误差进行刀位点的计算。所谓刀位点即为刀具运动过程中的相关坐标点，包括基点和节点。一般数控机床只有直线和圆弧插补功能，当刀具路径规划好后，需要知道刀具路径上各直线和圆弧要素的节点坐标数据，才能进行编程。这些编程所需要的数据在零件图上往往未必都能直接获得。当被加工工件轮廓是非圆曲线，而数控机床又不具备相应的插补功能时，就只能用若干直线或圆弧段对非圆曲线进行拟合，以近似代替实际轮廓曲线，这就需要计算出各拟合段的交点坐标，从而编制出各拟合段程序。第三章数控加工工艺分析数控工艺加工工艺是随着数控机床的生产、发展而逐步建立起来的一种应用技术，是通过大量数控加工实践的经验总结，是数控机床加工零件过程中所使用的各种技术、方法的综合。数控加工零件图的工艺性分析数控加工零件的加工内容确定后，应对零件的数控加工工艺进行全面、仔细、认真的分析。主要是零件图分析、结构工艺性分析、零件安装方式的选择等内容。尺寸标注方式分析为使编程方便，在数控加工零件图上，尺寸的标注方式应体现数控加工的特点，即以同一基准标注尺寸或直接按坐标方式标注尺寸。由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大的累积误差而破坏零件的使用特性，因此，可将局部的分散标注法改为同一基准标注或直接给出坐标尺寸的标注法。轮廓几何要素分析由于手工编程时，要计算每个基点的坐标，在自动编程时，要对构成轮廓的所有几何要素进行定义，在分析零件图时，要分析几何要素的给定条件是否充分。在零件图设计时，如果出现构成加工轮廓的条件不充分，尺寸模糊不清，将使编程存在困难。精度及技术要求分析在确定加工方法，装夹方式、刀具及切削用量之前，必须对零件的加工精度及技术要术进行分析，分析的主要内容有4个方面：一是分析精度及各项技术要求是否齐全合理；二是分析机床的加工精度能否达到加工要求；三是找出有位置精度要求的表面，这些表面应安排在一次安装中完成；四是对表面粗糙度要求较高的表面应采取恒线速度切削功能进行加工。零件的结构工艺性分析零件的结构工艺性是指所设计地零件在满足使用要求的前提下制造的可行性和经济性。良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。而较差的零件结构工艺性，会使加工困难，浪费工时和材料，有时甚至无法加工，因此，零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。零件的内腔和外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸，尤其是加工面转接处的凹圆弧半径，一根轴上直径差不大的各轴肩处的退刀槽宽度最好统一尺寸。这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便，提高生产效率。内槽及缘板之间转接圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小。铣削零件槽底平面时，槽底圆角半径R不要过大。应采用统一的基准定位在数控加工中若没有统一的定位基准，则会因工作的二次装夹而造成加工后两个面上的轮廓位置及尺寸不协调现象。另外，零件上最好有合适的孔作为定位基准孔。若没有则应设置工艺作为定位基准孔。若无法制出工艺孔，也要用精加工表面作为统一基准，以减少二次装夹主生的误差。注意分析零件的变形情况零件在数控加工时的变形，不仅影响加工质量，而且当变形较大时，将使加工不能继续进行下去，这时就应当考虑采取一些必要的工艺措施时行预防，如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理，对不能用热处理方法解决的，也可考虑粗、精分步加工及对称去余量等常规方法。考虑分析毛坯的结构工艺件在数控加工零件时，加工过程是自动的，毛坯余量的大小、如何装夹等问题在选择毛坯时就要仔细考虑好。否则，一旦毛坯不适合数控加工，加工过程将很难进行下去。根据经验，确定毛坯的余量和装夹应注意毛皮加工余量要充足和均匀、分析毛坯装卡的适应性两点。数控加工刀具路径刀具路径是指数控机床在整个加工工序中刀具中心相对于工件的运动轨迹和方向。在确定刀具路径时主要遵循以下几点原则：应能保证零件具有良好的加工精度和表面质量。应尽量缩短加工路线，减少空刀时间以提高加工效率。应使数值计算简单，程序段数量少。确定轴向移动尺寸时，应考虑刀具的引入距离和超越距离。数控车削刀具路径进给路线的选择最短的切削进给路线大余量毛坯的切削进给路线车螺纹时的加工路线和轴向进给距离循环切削余量退刀路径的确定数控机床加工过程中，为了提高加工效率，刀具从起始点或换刀点运动到接近工件部位，以及加工完成后退回起始点或换刀点，是以快速运动方式完成的。数控铣削道路路径顺铣和逆铣的选择在铣削加工中，采用顺铣还是逆铣方式是影响加工表面粗糙度的重要因素之一。逆铣时切削力F的水平分力FH的方向与进给运动vf的方向相反；顺铣时切削力F的水平分力FH的方向与进给运动vf的方向相同。铣削方式的选择应视零件图样的加工要求，工件材料的性质、特点以及机床、刀具等条件综合考虑。通常，由于数控机床传动采用滚珠线杠结构，其进给传动间隙很小，顺铣的工艺性优于逆铣。一般来说，对于铝镁合金、铁合金或耐热合金的铣削加工，为了降低表面粗糙度和提高刀具耐用度，应尽量采用顺铣；而对于黑色金属锻件或铸件，表皮硬而且加工余量较大时，可采用逆铣加工，使刀齿从已加工表面切入，不易崩刃。平面零件轮廓的刀具路径对于平面轮廓的铣削，无论是外轮廓或内轮廓，铣刀在切入工件时应沿轮廓曲线的切向进入轮廓进行加工，而不应沿法线直接切入工件，以保证零件轮廓切入处的表面光滑。当轮廓加工完毕之后，要安排一段沿切线方向继续运动的退刀距离，这样可以避免刀具在工件上的切入点和退出点处留下接刀痕。铣削内轮廓表面时，刀具同样不能沿法向切入和切出，此时刀具可沿一过渡圆弧切入和切出工件轮廓。型腔加工的刀具路径型腔加工事铣削中常见的加工，通常采用立铣刀铣削，由于进给路线的不一致名加工结果也将各异。铣削曲面的刀具路径铣削曲面时，常用球头刀进行加工。当采用平行直纹刀路加工时，每次直线进给，刀位点计算简单，程序较短，而且加工过程符合直纹面的形成规律，可以准确保证母线的直线度。当采用垂直直纹刀路加工时，符合这类工件表面资料给出情况，便于加工检验，叶形的准确度高，因此在实际生产中最好将以上两种方案结合起来，另外，由于曲面工件的边界的敞开的，没有其他表面限制，所以曲面边界可以外延，为保证加工的表面质量，球头刀应从曲面边界外部进刀和退刀。当边界不敞开时，确定走刀路线要另行处理。孔加工刀具路径孔加工时，一般是首先将刀具在xy平面内快速定位运动到孔中心线的位置上，然后沿Z向运动进行加工，所以，孔加工进给路线的确定包括XY平面内和Z向进给路线。工件定位和加紧工件定位、安装基本原则力求设计基准、工艺基准与编程计算的基准统一。尽量减少工件的装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。避免采用点机人工调整式加工方案，以充分发按数控机床的效能。工件的定位基准应与设计基准保持一致在工件定位方案制定时，工件定位基准应尽量与设计基准保持一致，注意防止定位干涉现象，且便于工件的安装，决不允许出现欠定位的情况。工件装夹直接找正装夹划线找正装夹用夹具装夹零件加紧在夹紧过程中应能保持工件定位时所获得的正确位置。夹紧应可靠和适当。夹紧机构要能自锁，保持工件在加工中不产生松动和振动。夹紧工件时不允许产生过大变形和表面损伤。夹紧装置应操作方便、安全、省力。夹紧方案或夹紧装置的自动化程度和复杂程度应与工件的生产批量和生产方式相适应，结构设计力求简单紧凑，尽量使用标准化组件。夹具的选择选择夹具的基本要求单件小批量生产时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及通用夹具，以缩短生产准备时间，节省生产费用。成批生产时，可考虑采用专用夹具，但结构要力求简单。数控机床夹具的精度要求更高。零件在夹具上的装卸要快速、方便、可靠，实现夹具的高效自动化。常用数控夹具数控车床夹具数控铣床上的夹具专用夹具刀具与工件的相对位置对刀点所选的对刀点应使程序编制简单。对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置。对刀点的位置应检验方便、可靠。对刀点的选择应有利于提高加工精度。刀位点在使用对刀点确定工件原点时，就需要进行“对刀”，对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。所谓“刀位点”是指刀具的定位基准点，常用刀具的刀位点规定：立铣刀、端铣刀的刀位点是刀具轴线与刀具底面的交点，球头铣刀刀位点为球心，镗刀、车刀刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心，钻头为钻尖。换刀点换刀点是为数控车床、加工中心等采用多刀时行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中要自动换刀。对于手动换刀的数控铣床、刀应确定相应的换刀位置。这防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量。刀具和切削用量数控刀具种类按刀具结构按刀具结构，分整体式、镶嵌式和特殊型式。整体式由整块材料麿制而成，使用时根据不同用途将切削部分修磨成所需要的形状；镶嵌式分焊接或机夹式两种，机夹式又可分为不重磨和可重磨两种；特殊型式有复合式刀具，减震式刀具等。按刀具材料按刀具材料，分高束钢刀具、硬质合金刀具、金刚石刀具和其他材料刀具（如立方氮化硼刀具，陶瓷刀具）等。目前数控机床用的最多最普遍的是高速钢刀具和硬质合金刀具。按切削工艺按切削工艺，分车削刀具、铣削刀具、钻削刀具、镗削刀具等。车削刀具有外圆、内孔、螺纹、切割刀具等多种；铣削刀具有端铣刀、立铣刀、球头铣刀等；钻削刀具有麻花钻、铰刀、丝锥等。数控刀具的特点高的切削效率。刀具精度高，精度稳定。刚性好，抗振及热变形小。耐用度好，切削性能稳定、可靠。刀具的尺寸调整方便，换刀调整时间短。系列化，标准化。刀具选择的原则思路选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部形状容易造成较大残留面积，因此为保证加工精度，切削行距一般必须取得很密。在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按照程序规定随时进行选刀和换刀动作，因此采用标准刀柄，以便使钻、镗、扩、铣削等工序用的标准刀具，能迅速、准确的装到机床主轴或刀库上去。切削用量确定数控编程时，变成人员必须确定每道工序的切削用量，包括主轴转速、背吃刀量、进给速度等。通常切削用量的选择顺序是：先确定背吃刀量，其次确定进给給量，最后确定切削速度。典型数控零件的加工工艺分析零件图工艺分析确定零件的定位基准确定装夹方案确定加工顺序和进给路线刀具的选择切削用量的选择填写数控加工工艺卡第四章加工中心加工中心概念加工中心是目前世界上产量最高、应用最广泛的数控机床之一，他主要用于箱体类零件和复杂曲面零件的加工，能把铣削、镋削、钻削、攻螺纹等功能集中在一台设备上。因为它具有多种换刀或选刀功能及自动工作台交换装置，故工作程度大大提高，因此加工中心又称为自动换刀数控机床或多工序数控机床。加工中心分类按功能特征分类镗铣加工中心，以镗铣为主，适用于箱体、壳体加工以及各种复杂零件的加工。钻削加工中心，以钻削为主，刀库形式以转塔头形式为主，适用于中、小批量零件钻孔、扩孔等多序加工。复合加工中心，复合加工中心主要指复合面加工，可自动回转主轴头，进行立卧加工。按结构特征分类加工中心工作台有各种结构，按工作台结构特征分类，可分单、双鹤多工作台。设置工作台的目的是为了缩短零件的辅助准备时间，提高生产效率和机床自动化程度，最常见的是单工作台和双工作台两种形式。按主轴分类根据主轴结构特征分类，可分为单轴、双轴、三轴及可换主轴箱的加工中心。按自动换刀装置分类转塔头加工中心刀库+主轴换刀加工中心刀库+机械手+主轴换刀加工中心。刀库+机械手+双主轴转塔头加工中心按主轴在加工时的空间位置分类加工中心常按主轴在空间所处的状态分为立式加工中心和卧式加工中心，加工中心的主轴在空间处于垂直状态的成为立式加工中心，主轴空间处于水平状态的成为卧式加工中心。另外，按照加工中心立柱的数量分类，有单柱式和双柱式。按加工中心运动坐标数和同时控制坐标数分类，有三轴二联动、三轴三联动、四轴三联动、五轴四联动等。按加工精度分，有普通加工中心和高精度加工中心。4．3加工中心的加工对象箱体类零件复杂曲面异型零件盘、套、板类零件特殊加工4．4加工中心的自动换刀装置自动换刀装置的形式自动换刀装置的结构取决于机床的类型，工艺范围及刀具的种类、数量等。自动换刀装置主要有回转刀架和带刀库的制动换刀两种形式。刀库的形式刀库的形式很多，结构各异，加工中心常用的刀库有鼓轮式和链式两种。换刀过程自动换刀装置的换刀过程由选刀和换刀两部分组成。刀具的选择方法数控机床常用的选刀方式有顺序换刀方式和任选方式两种。4．5加工中心程序编程加工中心是带有刀库和自动换刀装置的数控机床，又称为自动换刀数控机床或多工序数控机床。准备功能（G指令）准备功能也称为G指令，是建立坐标平面，坐标系偏置、刀具与工具相对运动轨迹以及刀具补偿等多种加工操作方式的指令。常有G指令及其功能G指令组别功能G指令组别功能*GOO01快速定位G4408负向长度补偿GO1直线插补*G49长度补偿取消G02顺（时针）圆弧插补G5200局部坐标系设定GO3逆（时针）圆弧插补*G54选择工件坐标系1GO400暂停G5514选择工件坐标系2*G1517极坐标指令取消G56选择工件坐标系3G16极坐标指令G57选择工件坐标系4G1702XY平面设定G58选择工件坐标系5G18XZ平面设定G59选择工件坐标系6G19YZ平面设定G7309排屑钻孔循环G2006英制单位输入G74左旋攻螺纹循环*G21公制单位输入*G80固定循环取消G2800返回参考点G81-G89钻、攻螺纹、镗孔固定循环G29由参考单位返回*G9003绝对值编程*G4007刀具半径补偿取消G91增量值编程G41左侧刀具半径取消G9200工作坐标系设定G42右侧刀具半径取消G9810固定循环返回到初点G4308正向长度补偿G99固定循环返回到R点辅助功能（M指令）辅助功能也称为M指令，由地址字M后跟1-2位数字组成。M指令主要用来设定数控机床电控装置单纯的开或关动作，以及控制加工程序的执行走向。M指令及其功能M指令功能M指令功能M00程序终止M06刀具交换M01程序选择性停止M08切削液开启M02程序结束M09切削液关闭M03主轴正转M30程序结束，返回开头M04主轴反转M98调用子程序M05主轴停止M99子程序结束F、S、T功能F是控制刀具位移速度进给速率指令，为状态指令，用字母F及其后面的若干位数字来表示。S功能用以指定主轴转速，为模态指令，用字母S及其后面的若干位数字来表示单位是r/min。T是刀具功能代码，后跟两位数字指示更换刀具的代号，即T00-T99,因数控铣床无ATC，必须用人工换刀，所以T功能只用无加工中心。加工中心的基本编程指令编程术语起始平面：是程序开始时刀具的起始位置所在的平面。进刀平面：刀具以高速下刀至要切削材料时编程以进刀速度下刀，以免撞刀，此速度转折点的位置为进刀平面，也称R面，其高度为进刀高度，也称接近高度，一般加工平面5mm左右。退刀平面：零件或加工零件的某区域加工结束后，刀具以切削进给速度离开工件表面，其高度为退刀高度。安全平面：是指刀具在完成工件的一个区域加工后，刀具以其轴向反向运行一段距离，此事刀尖所处的平面，其对应的高度称为安全高度，他一般定义为高出被加工零件的零件10mm左右，刀具处于安全平面时，可以以G00速度进行移动。返回平面：指程序结束后，刀尖点所在的Z平面，他在被加工零件表面最高点100mm左右位置上，一般与起始高度重合或高于起始高度，以便在工件加工完毕后观察和测量，同时机床移动式能避免工件和刀具发生碰撞现象，刀具在返回平面以上以高速移动。与坐标、坐标系有关的指令工件坐标系零点偏移及取消指令G54-G59、G53,指令格式：G54/G55/G56/G57/G58/G59;设定工件坐标零点偏移指令。G53:取消工件坐标系设定，即选择机床坐标系。零点偏置设定工件坐标系的实质就是在编程与加工之前让数控系统知道工件坐标系在机床坐标系中的具体位置工件坐标系设定指令 G92并不驱使机床刀具或工作台运动，数控系统通过G92命令确定刀具当前机床坐标位置相对于工件原点的距离关系，以求建立起工件坐标系。绝对坐标G90与相对坐标G91指令。加工平面设定指令G17、G18、G19。局部坐标系设定指令G52。极坐标系设定指令G15/G16，G16指令可以是坐标值用极坐标半径和角度输入，角度的正向是所选平面的第1轴向的逆时针转向，而负向是顺时针转向。半径和角度两者可以用绝对值指令或相对值指令（G90、G91）。G16出现后，刀具移动指令的定位参数第1轴表示极坐标系下的极径，第2轴表示极坐标系下的极角。G15指令则可以取消极坐标方式，使坐标值返回到用直角坐标输入。基本移动指令，包括快速定位、直线插补和圆弧插补3种指令。快速定位指令G00直线插补指令G01圆弧插补指令G02/G03刀具补偿指令,在数控机床上进行工件轮廓的铣削时，由于刀具半径的存在，刀具中心轨迹和工件轮廓不重合。一般情况下都要应用刀具补偿来摆成，编程时编程人员考虑刀具长度或半径的具体值，而可以直接根据图纸对工件尺寸进行编程。刀具补偿通常有3中：刀具半径补偿、刀具长度补偿和刀具磨损补偿。孔加工固定循环固定循环功能，孔加工是数控加工中常见的加工工序，加工中心通常都能完成钻孔、扩孔、绞孔、镗孔和攻丝等固定循环功能。在孔加工编程时，只需给出第一个孔加工的所有参数，接着交给那个的孔，，凡与第一个孔相同的参数均可省略，这样可以大大简化程序，而使程序简单易懂。固定循环的动作组成一般由X、Y轴快速定位、快速移动到R点、孔加工、孔底动作、返回R点和返回到起始点组成。固定循环的代码组成，规定一个固定循环动作由数据形式代码、返回点平面代码、孔加工方式代码3中方式代码决定，他们分别由G代码指定。固定循环指令组的书写格式，如GXYZRQPFK，其中。孔位置数据和孔加工数据的基本含义如下表：孔位置数据和孔加工数据的基本含义指定内容参数字说明孔加工方式G参照运行方式孔位置数据X、Y指定孔位置孔加工数据Z在绝对值方式时，是指孔底的Z坐标值，在增量值方式时，是指R点到孔底的距离。R在绝对值方式时，是指R点的Z坐标值在增量值方式时，是指初始点平面到R点的距离。Q指定G73、G83中每次切入量或者G76、G87平移量（增量值）P指定在孔底的暂停时间。固定循环指令都可以带一个参数P，P的参数值4位整数，单位毫秒F指定切削进给速度K指定重复次数，K仅在被指定的程序段内有效，可省略不写，默认为一次，最大钻孔次数受系统参数限定，当指定负值时，按其绝对值进行执行，为零时，不执行钻孔动作，只改变模态(5)常用固定循环方式，钻孔循环G81、钻孔循环G82、固定循环取消G80、告诉深钻孔钻循环G73、深孔排屑G83、攻右螺纹循环G84、攻左螺纹循环G74、精镗循环G76。（6）镗孔循环G85，指令格式：G85XYZRFK；（7）镗孔循环G86,指令格式：G86XYZRFK；（8）同类孔重复多次加工，采用G91、G99方式。4．7加工中心的编程简化子程序在一个加工程序的若干位置上，如果包含一连串在写法上完全相同或相似的内容，为了简化程序可以把这些重复的程序段单独抽出，并按一定的格式编成子程序，然后像主程序一样将他们存储到程序存储区中。调用子程序M98指令，指令格式：M98P□□□XXX,其中，XXX为要调用的子程序号，□□□为重复调用次数，省略重复一次。子程序的格式，0XXX；……；M99；其中，XXXX为子程序占用的程序号；M99表示子程序结束，并返回主程序M98P的下一程序段继续运行主程序。平面内的图形缩放坐标系旋转对于某些围绕中心旋转得到的特殊轮廓交给加工，如果根据旋转后的实际加工轨迹进行编程，就可能使坐标系计算的工作量大大增加。而通过图形旋转功能，可以大大简化工作量，同时节省存储空间。极坐标编程极坐标是以坐标原点到目标点连线的长度和连线与坐标轴夹角来确定目标点的位置。通常情况下，圆周分布的孔类零件以及图样尺寸以半径与角度形式标示的零件，采用极坐标编程较为合适。可编程镜像当工件具有相对于某一轴对称形状时，可以利用镜像功能和程序的方法，只对工件的一部分进行编程，在通过镜像加工出其他对称部分，这就是镜像功能。4．8华中数控系统编程指令华中数控系统是武汉华中数控股份开发的具有自主知识产权、性能价格比较高的数控系统。华中HNC-21M数控系统的绝大指令与FANUC0i数控系统指令在用法和格式上相同，在此重点介绍与FANUC0i数控系统不同指令。进给速度单位设定，指令格式：G94F或G95F,G94:每分钟进给；G95：每转进给；G94、G95为模态功能，可相互注销。G95为数控系统设定默认值。固定循环，包括G73、G74、G76、G80、G89，功能与FANUC0i系统相同。G73高速深孔加工循环，格式G98/G99G73XYYZRQPKFL；G73用于Z向德间歇进给，使深孔加工时容易排屑，减少退刀量，可以高效率的加工。G83高速深孔加工循环指令格式：G98/G99G83XYYZRQPKFL；G76精镗循环，指令格式：G98/G99G76XYYZRQPKFL；子程序，程序格式：M98PXXXXL□□□,其中，PXXXX为要调用的子程序号，L□□□为重复调用次数（1-999次），省略为一次。镜像功能G24、G25,指令格式：G24XYZ；M98P；G25XYZ；G24：建立镜。G25：取消镜像，为默认值。X,Y,：镜像位置。镜像加工工序步骤表机床：数控铣床加工数据表工序加工内容刀具刀具类型主轴转速进给量刀具半径补偿长度补偿1铣外形轮廓T1直径16立铣刀600100D01H012镜像铣削T1直径16立铣刀600100D01H014．9用户宏程序在一般的程序中，程序字为常数，只能描述固定的几何形状，有时缺乏灵活性好通用性。若用该变参数的方法使用同一程序能加工形状相同尺寸不同的零件，加工就会非常的方便，也提高了可靠性。用户程序应用特点，相类似的工作，秩序修改相应参数量，即可满足加工需求，不易出错；程序通用性强，能达到举一反三，事半功倍的效果；程序简单，易于修改，分析和调整。1、变量变量的形式，在宏程序中可以使用多个变量，以变量号进行识别，变量符号“#”和后面的变量符号组成的。变量的使用，在程序使用变量时，应指定后跟变量号的地址，当用表达式指定变量时，必须把表达式放在括号中；改变引用变量的值的符号，要把负号放在#的前面；当引用未定义的变量时其值为空，变量及地址都被忽略；不能引用变量的地址有：程序号O,顺序号N，人选程序段号/。变量的赋值，有直线赋值和引述赋值。变量种类，系统变量：用于系统内部运算时各种数据的存储。用户变量：包括局部变量和公共变量，用户可以单独使用，系统作为处理资料的一部分。算术与逻辑运算，运算类型，宏程序具有赋值、算术运算、函数运算等功能。混合运算顺序，即涉及运算的优先级，其运算顺序与一般数学上的定义基本一致。2、转移与循环无条转移转移到标有顺序号n的程序段。当指定1-99999以外的顺序号时，系统出现报警。条件转移IF（条件表达式）GOTOn，表示如果指定的条件表达式满足时，则转移到标有顺序号n的程序段。IF（条件表达式）THEN,如果指定条件表达式满足时，则执行预先指定的宏程序语句，而且只执行一个红程序语句。循环在WHLE后指定一个条件表达式，当指定条件满足时，则反复执行从DO到END之间的程序，否则，转到END后的程序段。3、宏程序调用放在主程序中作程序来调用4．10、宏程序加工实例；数控铣削工艺分析与数控程序编制（孔系类）用加工中心完成图示零件的加工（加工图中外形和孔）加工工艺步骤：ф20立铣刀加工90X86外形；①ф20立铣刀加工左视图中ф40外圆，②ф20立铣刀加工左视图中ф26双D外形，③ф6铣刀加工左视图中ф26双D外形R3拐角圆弧３、①ф9.5钻头预钻４－ф10H7,②ф10铰刀精加工４－ф10H7,③ф6钻头钻２－ф6通孔④ф１6钻头钻中心ф16通孔４、工件翻身①ф20立铣刀加工右视图中ф45外圆，②ф20立铣刀加工右视图中28台阶。程序如下：N100G21N102G0GN164G0Z50.(T00L–1DIA.OFF.–1DIA.-20.)N104T!M6N168Z10.N106GN170G1Z-13.N108G43H1Z50.N172Y25.F300.N110Z10.N174GN112GN176G300.N178GN116G3X-48.607R20.N118G2X-38.Y55.R15.N182G1Y-25.N120GN184GN122G2X53.Y40.R15.N186GN124G1Y-40.N188GN126GN128G1X-38.N192GN130G2X-53.Y-40.R15.N194GN132G1Y40.N196GN134G2X-48.607Y50.607R15.N136G3Y78.891R15.N200G0Z50.N138GN202M5N204G91GN142G0Z50.N206G28X0.Y0.A0.N144X-70.Y-20.N208Mo1N146Z10.(TooL-2DIA.OFF.-2DIA-6)N148G1Z-8.N210T2M6N150X-50.F300.N212GN152G3X-30.Y0.R20.N214G43H2Z50.N154G2X30.R30.218G1Z-13.F1000.N156X-30.R30..N218G1Z-13.F1000.150.N290G80N222G3X-21.178Y8.972R6.N292M5N226G1Y25N294G91GN228G2X16.R16.N296G28X0.Y0.A0.N230GN298M01N232G2X23.Y0.R23.(T00L-5DIAOFF-5LEN.-5DIA.-9)N234X16.Y-16.523R23.N300T5M6N236G1Y-25.N3002GN238G2X-16.R16.N304G43H5Z10..N240GN306G99GN242G2X-23.Y0.R23.N308X25.N244X-21.178Y8.972R23.N310Y-34.N246G3X-24.362Y16.837R6.N312X-25.N248GN314G80N250Z-3.F1000.N316M5N252G0Z50.N318G91GN254M5N320G28X0.Y0.A0.N256G91GN322M01N258G28X0.Y0.A0.(T00L-6DIA.OFF.-6LEN.-6DIA.-10)N26oM01N324T6M6(T00LN326GN262T3M6N328G43H6Z10.N264GN330G99GN268G99GN332X25.N270G80N334Y-34.N272M5N336X-25.N274G91GN338G80N276G28X0.Y0.A0.N340M5N278M01N342G91G(T00I–4DIA.OFF-4LEN.-4DIA.--6N344G28X0.Y0.A0.N280T4N6N346M30N282G％N284G43H4Z10.N286G99GN100G21N148X43.F300.N102G0G(T00L-7DIA.OFF.-7LEN.-7DIA.-20)N152G0Z50.N104T7M6N154M5N106GN156G91GN108G43H1Z50.N158G28X0.Y0.A0.N110Z10.(MCUPTOOLT1D20.L20.F20.)N112G(MCUPTOOLT1D20.L20.F20.)N114X300.(MCUPTOOLT1D20.L20.F20.)N116G3X-32.5Y0.R20.(MCUPTOOLT2D6.L20.F20.)N118G(MCUPTOOLT3D16.L20.F20.A118)(MCUPTO