数控铣床是机床设备中应用非常广泛加工机床.ppt
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1、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、三维及三维以上复杂型面铣削,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。,第4章 数控铣床的程序编制,4.1数控铣床程序编制的基础 4.2数控铣床程序编制的基本方法,第4章 数控铣床的程序编制,4.1数控铣床程序编制的基础 数控铣床具有丰富的加工功能和较宽的加工工艺范围,面对的工艺性问题也较多。在开始编制铣削加工程序前,一定要仔细分析数控铣削加工工艺性,掌握铣削加工工艺装备的特点,以保证充分发挥数控铣床的加工功能。,各种类型数控铣床所配置的数控系
2、统虽然各有不同,但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。,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、 比例及镜像加工功能 6、 旋转功能 7、 子程序调用功能 8、 宏程序功能,4.1.1数控铣床的主要功能,第4章 数控铣床的程序编制,4.1.2数控铣床的加工工艺范围,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
3、定值的零件,这类加工面可展开为平面。,a)轮廓面A b)轮廓面B c)轮廓面C,第4章 数控铣床的程序编制,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。,直纹曲面,第4章 数控铣床的程序编制,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,易于产生干涉而铣伤邻近表面。加工立体曲面类零件一般使用三坐标数控铣床,采用以下两种加工方法。,(1) 行切加工法 采用三坐标数控铣床进行二轴半坐标控制加工,即行切加工法。如图所示:,(2) 三坐标联动加工 采用
4、三坐标数控铣床三轴联动加工,即进行空间直线插补,第4章 数控铣床的程序编制,4.1.3数控铣床的工艺装备 数控铣床的工艺装备较多,这里主要分析夹具和刀具。,1、 夹具数控机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。,第4章 数控铣床的程序编制,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
5、工余量等,选择刚性好、耐用度高的刀具。常见刀具见右图,第4章 数控铣床的程序编制,(1)铣刀类型选择 被加工零件的几何形状是选择刀具类型的主要依据.,1) 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,一般采用球头刀,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。,2) 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,如图所示。,3) 铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀,如图所示。,4) 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。,5)孔加工时,可采用钻头、镗刀等孔加工类刀具,如图所示。,
6、第4章 数控铣床的程序编制,(2)铣刀结构选择 铣刀一般由刀片、定位元件、夹紧元件和刀体组成。由于刀片在刀体上有多种定位与夹紧方式,刀片定位元件的结构又有不同类型,因此铣刀的结构形式有多种,分类方法也较多。选用时,主要可根据刀片排列方式。刀片排列方式可分为平装结构和立装结构两大类。,平装结构铣刀(如图所示)的刀体结构工艺性好,容易加工,并可采用无孔刀片(刀片价格较低,可重磨)。由于需要夹紧元件,刀片的一部分被覆盖,容屑空间较小,且在切削力方向上的硬质合金截面较小,故平装结构的铣刀一般用于轻型和中量型的铣削加工,2)立装结构(刀片切向排列)立装结构铣刀(如图所示)的刀片只用一个螺钉固定在刀槽上,
7、结构简单,转位方便。虽然刀具零件较少,但刀体的加工难度较大,一般需用五坐标加工中心进行加工。由于刀片采用切削力夹紧,夹紧力随切削力的增大而增大,因此可省去夹紧元件,增大了容屑空间。由于刀片切向安装,在切削力方向的硬质合金截面较大,因而可进行大切深、大走刀量切削,这种铣刀适用于重型和中量型的铣削加工。,第4章 数控铣床的程序编制,(3)铣刀角度的选择 铣刀的角度有前角、后角、主偏角、副偏角、刃倾角等。为满足不同的加工需要,有多种角度组合型式。各种角度中最主要的是主偏角和前角(制造厂的产品样本中对刀具的主偏角和前角一般都有明确说明)。,第4章 数控铣床的程序编制,2)前角 铣刀的前角可分解为径向前
8、角f (图a)和轴向前角p(图 b),径向前角f主要影响切削功率;轴向前角p则影响切屑的形成和轴向力的方向,当p为正值时切屑即飞离加工面。径向前角f和轴向前角p正负的判别见图。,第4章 数控铣床的程序编制,(4)铣刀的齿数(齿距) 选择 铣刀齿数多,可提高生产效率,但受容屑空间、刀齿强度、机床功率及刚性等的限制,不同直径的铣刀的齿数均有相应规定。为满足不同用户的需要,同一直径的铣刀一般有粗齿、中齿、密齿三种类型。 粗齿铣刀 适用于普通机床的大余量粗加工和软材料或切削宽度较大的铣削加工;当机床功率较小时,为使切削稳定,也常选用粗齿铣刀。 中齿铣刀 系通用系列,使用范围广泛,具有较高的金属切除率和
9、切削稳定性。 密齿铣刀 主要用于铸铁、铝合金和有色金属的大进给速度切削加工。在专业化生产中,为充分利用设备功率和满足生产节奏要求,也常选用密齿铣刀。 为防止工艺系统出现共振,使切削平稳,还有一种不等分齿距铣刀。在铸钢、铸铁件的大余量粗加工中建议优先选用不等分齿距的铣刀。,第4章 数控铣床的程序编制,(5)铣刀直径的选择 铣刀直径的选用视产品及生产批量的不同差异较大,刀具直径的选用主要取决于设备的规格和工件的加工尺寸。 1)平面铣刀 选择平面铣刀直径时主要需考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内,也可将机床主轴直径作为选取的依据。平面铣刀直径可按D1.5d(d为主轴直径)选取。在批量生产时,也可按
10、工件切削宽度的1.6倍选择刀具直径。 2)立铣刀 立铣刀直径的选择主要应考虑工件加工尺寸的要求,并保证刀具所需功率在机床额定功率范围以内。如系小直径立铣刀,则应主要考虑机床的最高转数能否达到刀具的最低切削速度(60m/min)。 3)槽铣刀 槽铣刀的直径和宽度应根据加工工件尺寸选择,并保证其切削功率在机床允许的功率范围之内。,第4章 数控铣床的程序编制,(6)铣刀的最大切削深度 不同系列的可转位面铣刀有不同的最大切削深度。最大切削深度越大的刀具所用刀片的尺寸越大,价格也越高,因此从节约费用、降低成本的角度考虑,选择刀具时一般应按加工的最大余量和刀具的最大切削深度选择合适的规格。当然,还需要考虑
11、机床的额定功率和刚性应能满足刀具使用最大切削深度时的需要。,第4章 数控铣床的程序编制,来源于ISO工程制图 表面光洁度符号,F - 精加工 M - 中等加工 R - 粗加工 U - 通用加工,N - 负前角 P - 正前角 S - 锋利刃 W -修光刃 H 重加工,英制:2代表2/64in.1/32in.0.79mm,公制:08代表0.8mm,(7)刀片牌号的选择,各厂生产的硬质合金虽然有各自编制的牌号,但都有对应国际标准的分类号,选用十分方便。,第4章 数控铣床的程序编制,4.1.4数控铣削的工艺性分析数控铣削加工工艺性分析是编程前的重要工艺准备工作之一,根据加工实践,数控铣削加工工艺分析
12、所要解决的主要问题大致可归纳为以下几个方面。,1、选择并确定数控铣削加工部位及工序内容在选择数控铣削加工内容时,应充分发挥数控铣床的优势和关键作用。主要选择的加工内容有:,第4章 数控铣床的程序编制,(1)工件上的曲线轮廓,特别是由数学表达式给出的非圆曲线与列表曲线等曲线轮廓,如图所示的正弦曲线。 (2)已给出数学模型的空间曲面,如图4.18所示的球面。 (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和面; (6)能在一次安装中顺带铣出来的简单表面或形状; (7)用数控铣削方式加工后,能成倍提高生产率,大
13、大减轻劳动强度的一般加工内容。,第4章 数控铣床的程序编制,(2)统一内壁圆弧的尺寸 加工轮廓上内壁圆弧的尺寸往往限制刀具的尺寸。,2、零件图样的工艺性分析根据数控铣削加工的特点,对零件图样进行工艺性分析时,应主要分析与考虑以下一些问题,(1)零件图样尺寸的正确标注由于加工程序是以准确的坐标点来编制的,因此,各图形几何元素间的相互关系(如相切、相交、垂直和平行等)应明确,各种几何元素的条件要充分,应无引起矛盾的多余尺寸或者影响工序安排的封闭尺寸等。,一个零件上内壁转接圆弧半径尺寸的大小和一致性,影响着加工能力、加工质量和换刀次数等。因此,转接圆弧半径尺寸大小要力求合理,半径尺寸尽可能一致,至少
14、要力求半径尺寸分组靠拢,以改善铣削工艺性。,第4章 数控铣床的程序编制,3、保证基准统一的原则 有些工件需要在铣削完一面后,再重新安装铣削另一面,由于数控铣削时,不能使用通用铣床加工时常用的试切方法来接刀,因此,最好采用统一基准定位。 4、分析零件的变形情况 铣削工件在加工时的变形,将影响加工质量。这时,可采用常规方法如粗、精加工分开及对称去余量法等,也可采用热处理的方法,如对钢件进行调质处理,对铸铝件进行退火处理等。加工薄板时,切削力及薄板的弹性退让极易产生切削面的振动,使薄板厚度尺寸公差和表面粗糙度难以保证,这时,应考虑合适的工件装夹方式。 总之,加工工艺取决于产品零件的结构形状,尺寸和技
15、术要求等。,第4章 数控铣床的程序编制,5、零件的加工路线 (1)铣削轮廓表面 在铣削轮廓表面时一般采用立铣刀侧面刃口进行切削。对于二维轮廓加工,通常采用的加工路线为: 1)从起刀点下刀到下刀点 2)沿切向切入工件; 3)轮廓切削; 4)刀具向上抬刀,退离工件; 5)返回起刀点。,第4章 数控铣床的程序编制,(2)顺铣和逆铣对加工影响 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FX的方向与进给运动Vf方向相反,顺铣时切削力F的水平分力FX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
16、条件综合考虑。通常,由于数控机床传动采用滚珠丝杠结构,其进给传动间隙很小,顺铣的工艺性就优于逆铣。,为了降低表面粗糙度值,提高刀具耐用度,对于铝镁合金、钛合金和耐热合金等材料,尽量采用顺铣加工。但如果零件毛坯为黑色金属锻件或铸件,表皮硬而且余量一般较大,这时采用逆铣较为合理。,第4章 数控铣床的程序编制,4.2数控铣床程序编制的基本方法,在这一部分中,将以XK5032立式数控铣床为基础,介绍数控铣床程序编制的基本方法。XK5032立式数控铣床所配置的是FANUC-0MC数控系统。该系统的主要特点是:轴控制功能强,其基本可控制轴数为X、Y、Z三轴,扩展后可联动控制轴数为四轴;编程代码通用性强,编
17、程方便,可靠性高。常用文字码及其含义见表。,第4章 数控铣床的程序编制,4.2.1加工坐标系的建立,1、G92 -设置加工坐标系 编程格式:G92 X Y Z G92指令是将加工原点设定在相对于刀具起始点的某一空间点上。若程序格式为 G92 X a Y b Z c 则将加工原点设定到距刀具起始点距离为X= -a ,Y= -b ,Z= -c的位置上。,例:G92 X20 Y10 Z10 其确立的加工原点在距离刀具起始点X=-20,Y=-10,Z=-10的位置上,如图所示。,第4章 数控铣床的程序编制,2、G53 -选择机床坐标系 编程格式:G53 G90 X Y Z ; G53指令使刀具快速定位
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