中文版UG NX数控编程完全学习手册(不提供光盘内容)(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者:贾广浩

出版社:清华大学出版社

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中文版UG NX数控编程完全学习手册(不提供光盘内容)

中文版UG NX数控编程完全学习手册(不提供光盘内容)试读:

前言

Siemens PLM Software旗下子公司UGS是全球产品全生命周期管理(PLM)领域软件与服务的市场领导者。UGS公司的产品主要有为机械制造企业提供包括从设计、分析到制造应用的Unigraphics软件(简称UG)、基于Windows的设计与制图产品Solid Edge、集团级产品数据管理系统IMAN、产品可视化技术ProductVision,以及被业界广泛使用的高精度边界表示的实体建模核心Parasolid在内的全线产品。

UG CAM加工模块提供联接UG所有的铣削加工类型的基础框架,它为所有的加工类型提供一个相同的、界面友好的图形化窗口。用户可以在图形方式下观测刀具沿轨迹运动的情况并可对其进行图形化修改,如对刀具进行延伸、缩短或修改等。CAM同时提供通用的点位加工编程功能,该功能用于钻孔、攻丝和镗孔等加工编程。CAM模块交互式界面可按用户需求进行灵活的用户化修改和裁剪,并可定义标准化刀具库、加工工艺参数样板库,使粗加工、半精加工和精加工等操作常用参数标准化。

本书内容

本书是以UG NX9.0为基础,向读者详细地讲解了UG CAM加工模块的基本功能及编程应用。全书共14章,主要包括UG NX基础、UG NX数控加工入门、CAM切削加工类型的功能与命令介绍、综合演练等。

每一章内容均按章前页引导→概述或简介→功能与命令详解→动手练习→综合实战→课后习题的流程结构来展开编写。● 章前页引导:章前页中主要解读各章中“动手操练”部分的

实例模型。● 概述或简介:各章中的概述或简介部分,主要介绍各章中重

要知识点的一个总结、概述等基础知识,作为学习前的预习。● 功能与命令详解:这部分主要详细讲解各切削加工类型的操

作界面、菜单命令、对话框及选项含义等内容。● 动手练习:动手练习是为了让读者熟悉各切削加工类型的操

作而添加的实例操作。实例中包含了该章中所介绍的功能、命令。● 综合实战:对当前章节的知识进行实战总结,详解操作步骤。● 课后习题:列出了课后练习内容,读者可参照完成的练习结

果文件来操作。

本书特色

本书从软件的基本应用及行业知识入手,以UG NX9.0软件的CAM模块的应用为主线,以实例为引导,按照由浅入深、循序渐进的方式,讲解软件的新特性和软件操作方法,使读者能快速掌握CAM的编程技巧。

对于CAM加工模块的基础应用,本书内容讲解得非常详细。通过实例和方法的有机统一,使本书内容既有操作上的针对性,也有方法上的普遍性。本书图文并茂,讲解深入浅出、避繁就简、贴近工程,把众多专业和软件知识点有机地融合到每章的具体内容中。本书的体例结构生动而不涩滞,内容编排张驰有度,实例叙述实用而不浮烦,能够开拓读者思路,提高读者阅读兴趣,使其掌握方法,提高对知识综合运用的能力。通过对本书内容的学习、理解和练习,能使读者真正具备数控工程师的水平和素质。

本书既可以作为院校机械CAD、数控编程等专业的教材,也可作为对制造行业有浓厚兴趣的读者自学的教程。

作者信息

本书在编写过程中得到了“设计之门”数字网络艺术学校大力帮助,在此诚表谢意。“设计之门”是专门从事CAD/CAM/CAE技术的研究、开发、咨询及产品设计与制造服务的机构,并提供专业的SolidWorks,Pro/ENGINEER,UG,CATIA以及AutoCAD等软件的培训及技术咨询。

本书由贾广浩主编,参与编写的还有黄成、孙占臣、罗凯、刘金刚、王俊新、董文洋、张学颖、鞠成伟、杨春兰、刘永玉、金大玮、陈旭、黄晓瑜、田婧、王全景、马萌、高长银、戚彬、张庆余、赵光、刘纪宝、王岩、郝庆波、任军、秦琳晶等,他们为本书提供了大量的实例和素材。

感谢您选择了本书,希望我们的努力对您的工作和学习有所帮助,也希望您把对本书的意见和建议告诉我们。贾广浩作者邮箱:shejizhimen@163.com。第1章数控编程与加工工艺基础

本书是针对零基础或大学毕业生的数控编程教材。在学习编程之前,完全有必要将关于数控编程及加工工艺方面的知识介绍给大家,零基础的读者可以轻易掌握基础知识;有基础的可以温故而知新。

本章重点内容● 关于数控加工● 数控机床● 数控加工刀具● 数控加工工艺基础● 学习数控系统1.1 关于数控加工“数控加工”是指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法,也是用数字信息控制零件和刀具位移的机械加工方法。它是解决零件品种多样、批量小、形状复杂、精度高等问题和实现高效化和自动化加工的有效途径。

数控机床加工与传统机床加工的工艺规程从总体上说是一致的。1.1.1 合格数控编程工程师须具备的能力

一名合格的数控编程工程师,必须具备以下知识和能力。1. 熟练、正确地掌握软件使用

在使用UG编程时,除了对CAM部分熟练掌握外,还要对CAD(造型)部分的基本应用有所了解,因为在做辅助线、辅助面、保护面以及构造毛坯、补面挖孔、拆电极等方面都需要使用造型功能。如果同时学习CAD/CAM最好,那么你就会体会到二者结合的极大方便与快捷。当然如果你只单纯地学习CAM数控编程,作者还是建议你了解一下CAD(造型)部分的内容,在本教程中也有很多关于CAD方面的应用。关于这个问题有很多人嫌麻烦,不愿意学习CAD,其实很简单,你只须了解其基本功能即可。2. 必须熟悉数控加工工艺

可以说,工艺方案的分析与规划制定,是一位编程工程师实际加工经验的真正体现,相反,对于软件的使用倒是其次。读者始终要明白,软件只不过是达到、实现工艺方案的一个工具而已。然而工艺方面的知识,仅能在实践中不断总结,点滴积累而成,绝非是仅从书本知识中学习而来的。虽说如此,但实际上由于每家企业所要面对的产品都不一样,所对应的编程“习惯”,即工艺要求也不一样,因而工艺方案一般也比较固定和成熟,相信读者只要掌握好软件,在实际工作中,很快就会掌握所在公司的工艺。

同时,一般在一个比较正规的加工企业中,工艺制定、造型设计、数控编程这三个环节都有明确的分工。但是一定要清楚,一个合格的编程工程师必须懂工艺,且具有一定的造型能力。3. 熟悉机床与刀具的使用

学习编程前最好有操作机床的实际经验,如此就会对机床的性能、加工能力、X,Y,Z三轴行程等方面有了真切的认识。而刀具方面,读者必须了解。否则便不能进行编程,即使编制出来了程序也不能用于实际加工。关于这些知识,仅靠语言文字很难表达清楚,只要到了加工车间,相信大家会很快明白,在此不再赘述。1.1.2 历史与发展背景

数控技术起源于航空工业,20世纪40年代后期,美国一家直升机公司提出了数控机床的初始设想。1952年美国麻省理工学院研制出了三维坐标数控铣床。20世纪50年代中叶这种数控铣床已用于加工飞机零件。20世纪60年代,数控系统和程序编制工作日益成熟和完善,数控机床已被用于各个工业部门,但航空航天工业始终是数控机床的最大用户。一些大的航空工厂配有数百台数控机床,其中以切削机床为主。

数控加工的零件有飞机和火箭的整体壁板、大梁、蒙皮、隔框、螺旋桨,以及航空发动机的机匣、轴、盘、叶片的模具型腔和液体火箭发动机燃烧室的特型腔面等。

数控机床发展的初期是以连续轨迹的数控机床为主。连续轨迹控制又称“轮廓控制”,要求刀具相对于零件按规定轨迹运动。随后又大力发展点位控制数控机床,点位控制是指刀具从某一点向另一点移动,只要最后能准确地到达目标而不管移动路线如何。1.1.3 数控加工编程技术及编程软件

数控加工编程技术是随着数控机床的发展而发展的,大致经历了三个阶段:手工编程阶段;APT语言编程阶段是;交互式图形编程阶段(使用编程软件)。

数控加工编程离不开编程软件,编程软件就是通过交互式图形而编制加工程序的一种工具,而这些加工程序就是控制数控机床运动的一种代码。当今世界上数控编程软件众多,且各有特点,但其核心功能基本相同。下面介绍实际工作中常用的几种编程软件。● UG(Unigraphics):其具有强大的造型能力和编程能力,是一

款高度集成的、面向制造行业的CAID/CAD/CAE/CAM高端软

件。其先进的技术闻名于CAD/CAM/CAE领域,在航天、航空、

汽车、机械、模具等领域有着极其广泛的应用。而其中UG CAM

更是以功能丰富、高效率、高可靠性而著称于世,从2.5轴/3

轴、高速加工、多轴加工,UG CAM都提供了CNC铣削所需要的

完整方案,并长期在CAM领域处于领先地位。目前,在国内普

及速度很快,为众多大中公司的首选软件。● Cimatron:是以色列CIMATRON公司开发的,早期版本是

Cimatron it系列,现在比较流行的是基于Windows平台的

Cimatron E系列,其特点是操作简便、学习简单、经济实用,受

到小型企业的欢迎,在我国沿海地区有着广泛的应用。● MastCAM:是美国CNCsoftware公司研制开发的CAD/CAM系统,

是一种小型软件。● Powermill:号称是世界上加工策略最丰富的数控编程软件,这

是一款CAM与CAD完全分离的单纯的编程软件,与传统软件相

比有着很大的不同。● CATIA:是法国达索系统公司的CAD/CAE/CAM一体化软件,也

是一款高端软件,但在我国使用者不是很多。

另外,还有PTC公司的Pro/E(造型使用者较多,编程使用者较少)、HZS公司的SPACE-E等,在此就不一一介绍了。1.1.4 数控加工工作原理

当操作工人使用机床加工零件时,通常都需要对机床的各种动作进行控制,一是控制动作的先后次序,二是控制机床各运动部件的位移量。采用普通机床加工时,这种开车、停车、走刀、换向、主轴变速和开关切削液等操作都是由人工直接控制的。1. 数控加工的一般工作原理

采用自动机床和仿形机床加工时,上述操作和运动参数则是通过设计好的凸轮、靠模和挡块等装置,以模拟量的形式来控制的,它们虽能加工比较复杂的零件,且有一定的灵活性和通用性,但是零件的加工精度受凸轮、靠模制造精度的影响,且工序准备时间也很长。数控加工的一般工作原理,如图1-1所示。图1-1 数控加工的工作原理

机床上的刀具和工件间的相对运动,称为“表面成形运动”,简称“成形运动”或“切削运动”。数控加工是指数控机床按照数控程序所确定的轨迹(称为“数控刀轨”)进行表面成形运动,从而加工出产品的表面形状。如图1-2所示为平面轮廓加工示意图;如图1-3所示为曲面加工的切削示意图。图1-2 平面轮廓加工图1-3 曲面加工2. 数控刀轨

数控刀轨是由一系列简单的线段连接而成的折线,折线上的结点称为“刀位点”。刀具的中心点沿着刀轨依次经过每一个刀位点,从而切削出工件的形状。

刀具从一个刀位点移动到下一个刀位点的运动称为“数控机床的插补运动”。由于数控机床一般只能以直线或圆弧这两种简单的运动形式完成插补运动,因此数控刀轨只能是由许多直线段和圆弧段将刀位点连接而成的折线。

数控编程的任务是计算出数控刀轨,并以程序的形式输出到数控机床,其核心内容就是计算出数控刀轨上的刀位点。

在数控加工误差中,与数控编程直接相关的有两个主要部分。● 刀轨的插补误差:由于数控刀轨只能由直线和圆弧组成,因此只

能近似地拟合理想的加工轨迹,如图1-4所示。● 残余高度:在曲面加工中,相邻两条数控刀轨之间会留下未切削

区域,如图1-5所示,由此造成的加工误差称为“残余高度”,它

主要影响加工表面的粗糙度。图1-4 刀轨的插补误差图1-5 残余高度1.2 数控机床

采用数控技术进行控制的机床,称为“数控机床(NC机床)”。

数控机床是一种高效的自动化数字加工设备,它严格按照加工程序,自动地对被加工工件进行加工。数控系统外部输入的直接用于加工的程序(手工输入、网络传输、DNC传输)称为“数控程序”。执行数控程序对应的是数控系统内部的数控系统软件,数控系统是用于数控机床工作的核心部分。1.2.1 数控机床组成

数控机床主要由机床本体、数控系统、驱动装置、辅助装置等几个部分组成。如图1-6所示。图1-6 立式数控铣床● 机床本体:是数控机床的机械部分,主要包括支承部件(床身、

立柱等)、主运动部分(主轴箱)、进给运动部件(工作台滑板、

刀架)等。● 数控系统:(CNC装置)是数控机床的控制核心,一般是一台专

用的计算机。● 驱动装置:是数控机床执行机构的驱动部分,包括主轴电动机、

进给伺服电动机等。● 辅助装置:指数控机床的一些配套部件,包括刀库、液压装置、

启动装置、冷却系统、排屑装置、夹具、换刀机械手等。1.2.2 数控机床技术参数的选择

数控机床的主要技术参数包括:工作台面积、各坐标轴行程、主轴转速范围、切削进给速度范围、刀库容量、换刀时间、定位精度、重复定位精度等。可分成尺寸参数、接口参数、运动参数、动力参数、精度参数、其他参数几个方面来认识。1. 尺寸参数

包括工作台面积(长、宽)、承重;主轴端面到工作台的距离;交换工作台尺寸数量及交换时间。其作用是影响加工工件的尺寸、范围、大小、重量、编程范围,以及刀具、工件、机床之间的干涉。2. 接口参数

包括工作台T型槽数;槽宽槽间距;主轴孔锥度、直径;最大刀具尺寸及重量;刀具容量交换时间等。其作用是:影响工件、刀具安装及加工适应性和效率。3. 运动参数

包括各坐标行程及摆角范围;主轴转速范围;各坐标快速进给速度、切削进给速度范围。其作用是影响加工性能及编程参数。4. 动力参数

包括主轴电机功率;伺服电机额定转矩。其作用是影响切削负荷。5. 精度参数

包括定位精度和重复定位精度;回转工作台的分度精度。其作用是影响加工精度及其一致性。6. 其他参数

包括外形尺寸、重量。其作用是影响使用环境。1.3 数控加工刀具

下面介绍一些数控刀具的基本知识,借此来了解数控刀具的种类、特点,以及如何正确选择和使用数控加工刀具。1.3.1 数控刀具系统

随着数控机床功能和结构的发展,数控机床上所使用的数控刀具已经不是普通机床“一机一刀”的模式,而是多种不同类型的刀具同时在数控机床上轮换使用,从而达到自动换刀和快速换刀的目的。因此,对“数控刀具”的含义应该理解为“数控刀具系统”。

数控刀具系统除了包括机床的自动换刀机构外,为了保证刀具的可互换性,还必须有刀柄和工具系统(刀杆、刀片或通用刀具)。

如图1-7所示为常见的转盘式自动换刀系统。图1-7 转盘式自动换刀系统1.3.2 数控刀具种类

数控刀具,主要是指数控车床、数控铣床及加工中心上使用的刀具。数控刀具在国外发展很快,品种很多,已形成系列。在我国,由于对数控刀具的研究开发起步较晚,数控刀具成了工具行业中最薄弱的一个环节。数控刀具的落后已经成为影响我国国产和进口数控机床充分发挥作用的主要障碍。数控机床(包括加工中心)除了数控磨床和数控电加工机床之外,其他的数控机床都必须采用数控刀具。数控刀具的分类方法很多,下面介绍几种常用分类方法。1. 按结构来分

按刀具的结构形式可分为整体式、镶嵌式、内冷式、减振式和机夹可转位式(数控机床广泛使用),如图1-8所示。图1-8 按结构来分的刀具2. 按刀具的材料来分

数控刀具按材料可分为高速钢刀具、硬质合金刀具、聚晶金刚石刀具、陶瓷刀具和涂层刀具,如图1-9所示。图1-9 按材料来分的刀具3. 按工艺来分

按所使用机床的类型和被加工表面特征可分为车刀、铣刀、镗刀和孔加工刀具等。如图1-10所示为数控刀具按加工工艺来分的刀具种类图。图1-10 按加工工艺来分的刀具种类图

如图1-11所示为按加工工艺来分的4种刀具。图1-11 按工艺来分的加工刀具1.3.3 刀具材料

刀具的材料是指切削部分的材料。刀具材料的性能必须满足:硬度、强度和韧性、耐磨性、耐热性等条件,同时还要考虑经济性。

数控刀具的选择:根据零件的材料种类、硬度,以及加工表面粗糙度要求和加工余量的已知条件来决定刀片的几何结构(如刀尖圆角)、进给量、切削速度和刀片牌号。

如图1-12所示为数控刀具的常用材料结构表。图1-12 数控刀具的常用材料结构表1.3.4 刀具选用原则

选择刀具应根据机床的加工能力、工件材料的性能、加工工序、切削用量,以及其他相关因素正确选用刀具及刀柄。刀具选择总的原则是:适用、安全、经济。1. 适用

所选择的刀具能达到加工的目的,完成材料的去除,并达到预定的加工精度。如粗加工时选择有足够大并有足够切削能力的刀具能快速去除材料;而在精加工时,为了能把结构形状全部加工出来,要使用较小的刀具,加工到每一个角落。2. 安全

在有效去除材料的同时,不会产生刀具的碰撞、折断等情况。要保证刀具及刀柄不会与工件相碰撞或者挤擦,造成刀具或工件的损坏。如加工直径很小的、刀具切削硬质的材料时,很容易折断,选用时一定要慎重。3. 经济

以最小的成本完成加工。在同样可以完成加工工作的情形下,选择综合成本相对较低的方案,而不是选择最便宜的刀具。刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大,大多数情况下,选择好的刀具虽然增加了刀具成本,但由此带来的加工质量和加工效率的提高则可能使总体成本比使用普通刀具更低,产生更好的效益。如进行钢材切削时,选用高速钢刀具,其进给只能达到100mm/min,而采用同样大小的硬质合金刀具,进给可以达到500mm/min以上,可以大幅缩短加工时间,虽然刀具价格较高,但总体成本反而更低。1.3.5 刀具选择注意事项

数控加工时,选择刀具应注意以下几点。● 刀具尺寸。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。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,还需要考虑刀具所需功率应在机床功率范围之内。● 刀具形状的选择应符合铣削面。生产中,平面零件周边轮廓的加

工,常采用立铣刀;铣削平面时,应选端铣刀或面铣刀;加工凸

台、凹槽时,选高速钢立铣刀;加工毛坯表面或粗加工孔时,可

选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀;对一些立体型面和变斜角轮廓

外形的加工,常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。

如图1-13所示为常见符合铣削面的铣刀刀具。图1-13 符合铣削面的各类加工刀具

选择刀具应符合精度要求。平面铣削应选用不重磨硬质合金端铣刀或立铣刀,可转为面铣刀。一般采用二次走刀,第一次走刀最好用端铣刀粗铣,沿工件表面连续走刀。选好每次走刀的宽度和铣刀的直径,使接痕不影响精铣精度。因此,加工余量大又不均匀时,铣刀直径要选小些。精加工时,铣刀直径要选大些,最好能够包容加工面的整个宽度。表面要求高时,还可以选择使用具有修光效果的刀片。★技术点拨★

在实际工作中,平面的精加工,一般用可转位密齿面铣刀,可以达到理想的表面加工质量,甚至可以实现以铣代磨的效果,如图1-14所示。图1-14 可转位密齿面铣刀● 刀具的选择应符合强度加工。镶硬质合金刀片的端铣刀和立铣刀

主要用于加工凸台、凹槽和箱口面,如图1-15所示。图1-15 端铣刀和立铣刀的铣削范围● 为了提高槽宽的加工精度,减少铣刀的种类,加工时应采用直径

比槽宽小的铣刀,先铣槽的中间部分,然后再利用刀具半径补偿

功能对槽的两边进行铣加工。● 选择刀具时应考虑减少残留高度。加工空间曲面和变斜角轮廓外

形时,由于球头刀具的球面端部切削速度为零,而且在走刀时,

每两行刀位之间,加工表面不可能重叠,总存在没有被加工去除

的部分。加工精度要求越高,走刀步长和切削行距越小,编程效

率越低。★技术点拨★

对于要求较高的细小部位的加工,可使用整体式硬质合金刀,它可以取得较高的加工精度,但是注意刀具悬升不能太大,否则刀具不但让刀量大、易磨损,而且会有折断的危险。1.4 数控加工工艺基础

数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处,但在数控机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前,要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序,这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础。合格的程序员首先是一个合格的工艺人员,否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程,以及正确、合理地编制零件的加工程序。

在进行数控加工工艺设计时,一般应进行以下几方面的工作:数控加工工艺内容的选择;数控加工工艺性分析;数控加工工艺路线的设计。1.4.1 数控加工工艺的内容

对于一个零件来说,并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成,往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析,选择哪些是最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在考虑选择内容时,应结合本企业设备的实际情况,立足于解决难题、攻克关键问题和提高生产效率,充分发挥数控加工的优势。1. 适于数控加工的内容

在选择数控加工工艺内容时,一般可按下列顺序考虑。● 通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容。● 通用机床难加工,质量也难以保证的内容应作为重点选择内容。● 通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容,可在数

控机床尚存在富裕加工能力时选择。2. 不适于数控加工的内容

一般来说,上述这些加工内容采用数控加工后,在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提升。相比之下,下列内容不宜选择数控加工。● 占机调整时间长,如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准,须

用专用工装协调的内容。● 加工部位分散,需要多次安装、设置原点。此时,采用数控加工

很麻烦,效果不明显,可安排通用机床补加工。● 按某些特定的制造依据(如样板等)加工的型面轮廓。主要原因

是获取数据困难,易于与检验依据发生矛盾,增加了程序编制的

难度。

此外,在选择和决定加工内容时,也要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等。总之,要尽量做到合理,达到多、快、好、省的目的。要防止把数控机床降格为通用机床使用。1.4.2 数控加工工艺性分析

被加工零件的数控加工工艺性问题涉及面很广,下面结合编程的可能性和方便性提出一些必须分析和审查的主要内容。1. 尺寸标注应符合数控加工的特点

在数控编程中,所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的,因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸,或尽量以同一基准引注尺寸。2. 几何要素的条件应完整、准确

在程序编制中,编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义,手工编程时要计算出每个节点的坐标,无论哪一点不明确或不确定,编程都无法进行。但由于零件设计人员在设计过程中考虑不周或被忽略,常常出现参数不全或不清楚,如圆弧与直线、圆弧与圆弧是相切还是相交或相离。所以在审查与分析图纸时,一定要仔细核算,发现问题及时与设计人员联系。3. 定位基准可靠

在数控加工中,加工工序往往较集中,以同一基准定位十分重要。因此往往需要设置一些辅助基准,或在毛坯上增加一些工艺凸台。如图1-16a所示的零件,为增加定位的稳定性,可在底面增加一个工艺凸台,如图1-16b所示。在完成定位加工后再除去。图1-16 工艺凸台的应用4. 统一几何类型及尺寸

零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺寸,这样可以减少换刀次数,还可以应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称,便于利用数控机床的镜向加工功能来编程,以节省编程时间。1.4.3 数控加工工艺路线的设计

数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别在于,它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程,而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到,由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中,因而要与其他加工工艺衔接好。常见的数控加工工艺一般流程,如图1-17所示。图1-17 数控加工工艺的一般流程1.4.4 工序的划分

根据数控加工的特点,加工工序的划分一般可按下列方法进行。1. 以同一把刀具加工的内容划分工序

有些零件虽然能一次安装加工出很多待加工面,但考虑到程序太长,会受到某些限制,如控制系统的限制(主要是内存容量)、机床连续工作时间的限制(如一道工序在一个班内不能结束)等。此外,程序太长会增加出错率、查错与检索困难,因此程序不能太长,一道工序的内容不能太多。2. 以加工部分划分工序

对于加工内容很多的零件,可按其结构特点将加工部位分成几个部分,如内形、外形、曲面或平面等。3. 以粗、精加工划分工序

对于易发生加工变形的零件,由于粗加工后可能发生较大的变形而需要进行校形,因此一般来说凡要进行粗、精加工的工件都要将工序分开。

综上所述,在划分工序时,一定要视零件的结构与工艺性、机床的功能、零件数控加工内容的多少、安装次数,以及本单位生产组织状况灵活掌握。

零件采用工序集中的原则,还是采用工序分散的原则,也要根据实际需要和生产条件确定,要力求合理。

加工顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况,以及定位安装与夹进的需要来考虑,重点是工件的刚性不被破坏。顺序安排一般应按下列原则进行。● 上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧,中间穿插有通

用机床加工工序的也要综合考虑。● 先进行内型腔加工工序,后进行外型腔加工工序。● 在同一次安装中进行的多道工序,应先安排对工件刚性破坏小的

工序。● 以相同定位、夹紧方式或同一把刀具加工的工序,最好连续进行,

以减少重复定位次数、换刀次数与挪动压板次数。1.4.5 确定走刀路线和安排加工顺序

走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹,它不但包括了工序的内容,而且也反映出工序的顺序。走刀路线是编写程序的依据之一,因此,在确定走刀路线时最好画一张工序简图,将已经拟定出的走刀路线画上去(包括进刀、退刀路线),这样可为编程带来不少方便。

加工顺序是指同一道工序中,各个表面加工的先后次序。它对零件的加工质量、加工效率和数控加工中的走刀路线有直接影响,应根据零件的结构特点和工序的加工要求等合理安排。

工序的划分与安排一般可随走刀路线来进行,在确定走刀路线时,主要遵循以下原则。● 保证零件的加工精度和表面粗糙度要求。● 使走刀路线最短。

铣削不同的轮廓时,采用的切削方式也不同,说明如下。1. 寻求最短加工路线

如图1-18所示为零件上的孔系。图(a)的走刀路线为先加工完外圈孔后,再加工内圈孔。若改用图(b)的走刀路线,可减少空刀时间,使定位时间节省近一倍,提高加工效率。图1-18 寻求最短加工路线2. 最终轮廓一次走刀完成

为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求,最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。

如图1-19(a)所示为用行切方式加工内腔的走刀路线,这种走刀能切除内腔中的全部余量,不留死角,不伤轮廓。但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度,而达不到要求的表面粗糙度。所以如采用如图1-19(b)所示的走刀路线,先用行切法,最后沿周向环切一刀,光整轮廓表面,能获得较好的效果。如图1-19(c)所示也是一种较好的走刀路线方式。图1-19 一次走刀完成的3种路线3. 选择切入切出方向

如图1-20所示,当铣削平面零件外轮廓时,一般采用立铣刀侧刃切削。刀具切入工件时,应避免沿零件外廓的法向切入,而应沿外廓曲线延长线的切向切入,以避免在切入处产生刀具的刻痕而影响表面质量,保证零件外廓曲线平滑过渡。同理,在切离工件时,也应避免在工件的轮廓处直接退刀,而应该沿零件轮廓延长线的切向逐渐切离工件。图1-20 外轮廓铣削

铣削封闭的内轮廓表面时,若内轮廓曲线允许外延,则应沿切线方向切入切出。若内轮廓曲线不允许外延,刀具只能沿内轮廓曲线的法向切入切出,此时刀具的切入切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处,如图1-21所示。当内部几何元素相切无交点时,为防止刀补取消时在轮廓拐角处留下凹口,刀具切入切出点应远离拐角。图1-21 内轮廓铣削

如图1-22所示为圆弧插补方式铣削外整圆时的走刀路线图。当整圆加工完毕时,不要在切点处直接退刀,而应让刀具沿切线方向多运动一段距离,以免取消刀补时,刀具与工件表面相碰,造成工件报废。图1-22 铣削外整圆

铣削内整圆时也要遵循从切向切入的原则,最好安排从圆弧过渡到圆弧的加工路线,如图1-23所示,这样可以提高内孔表面的加工精度和加工质量。图1-23 铣削内整圆1.4.6 确定切削用量

对于高效率的金属切削机床加工来说,被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方式,要求必须合理地选择切削条件。

编程人员在确定每道工序的切削用量时,应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件,或保证刀具耐用度不低于一个工作班,最少不低于半个工作班的工作时间。

背吃刀量主要受机床刚度的限制,在机床刚度允许的情况下,尽可能使背吃刀量等于工序的加工余量,这样可以减少走刀次数,提高加工效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件,要留有足够的精加工余量,数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。

编程人员在确定切削用量时,要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量、刀具耐用度,最后选择合适的切削速度。表1-1列出了车削加工时的选择切削条件的参考数据。表1-1 车削加工的切削速度1.4.7 对刀点的选择

在加工时,工件可以在机床加工尺寸范围内任意安装,要正确执行加工程序,必须确定工件在机床坐标系的确切位置。对刀点是工件在机床上定位装夹后,设置在工件坐标系中,用于确定工件坐标系与机床坐标系空间位置关系的参考点。选择对刀点时要考虑到找正容易、编程方便、对刀误差小、加工时检查方便可靠。

对刀点的设置没有严格规定,可以设置在工件上,也可以设置在夹具上,但在编程坐标系中必须有确定的位置,如图1-24所示的X1和Y1。对刀点既可以与编程原点重合,也可以不重合,主要取决于加工精度和对刀的方便性。当对刀点与编程原点重合时,X1=0,Y1=0。图1-24 对刀点的选择

对刀点尽可能选择在零件的设计基准或者工艺基准上,这样能保证零件的精度要求。在使用对刀点确定加工原点时,就需要进行“对刀”。所谓“对刀”是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作。每把刀具的半径与长度都是不同的,刀具装在机床上后,应在控制系统中设置刀具的基本位置。“刀位点”是指刀具的定位基准点。如图1-25所示,圆柱铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点;球头铣刀的刀位点是球头的球心点或球头顶点;车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心;钻头的刀位点是钻头顶点。图1-25 刀位点1.4.8 高度与安全高度

起止高度指进退刀的初始高度。在程序开始时,刀具将先到这一高度,同时在程序结束后,刀具也将退回到这一高度。起止高度要大于或等于安全高度,安全高度也称为“提刀高度”,是为了避免刀具碰撞工件而设定的高度(Z值)。安全高度是在铣削过程中,刀具需要转移位置时将退到这一高度再进行G00插补到下一进刀位置,此值一般情况下应大于零件的最大高度(即高于零件的最高表面)。

慢速下刀相对距离通常为相对值,刀具以G00快速下刀到指定位置,然后以接近速度下刀到加工位置。如果不设定该值,刀具以G00的速度直接下刀到加工位置。若该位置又在工件内或工件上,且采用垂直下刀方式,则极不安全。即使是空的位置下刀,使用该值也可以使机床有缓冲过程,确保下刀所到位置的准确性,但是该值也不宜取得太大,因为下刀插入速度往往比较慢,太长的慢速下刀距离将影响加工效率。

在加工过程中,当刀具需要在两点间移动而不切削时,是否要提刀到安全平面呢?

当设定为抬刀时,刀具将先提高到安全平面,再在安全平面上移动;否则将直接在两点间移动而不提刀。直接移动可以节省抬刀时间,但是必须要注意安全,在移动路径中不能有凸出的部位,特别注意在编程中,当分区域选择加工曲面并分区加工时,中间没有选择的部分是否有高于刀具移动路线的部分。在粗加工时,对较大面积的加工通常建议使用抬刀,以便在加工时可以暂停,对刀具进行检查。而在精加工时,常使用不抬刀以加快加工速度,特别是像角落部分的加工,抬刀将造成加工时间大幅延长。在孔加工循环中,使用G98将抬刀到安全高度进行转移,而使用G99就将直接移动,不抬刀到安全高度,如图1-26所示。图1-26 高度与安全高度1.4.9 刀具半径补偿和长度补偿

刀具的补偿包括长度补偿、半径补偿。1. 半径补偿

刀具半径尺寸对铣削加工影响最大,在零件轮廓铣削加工时,刀具的中心轨迹与零件轮廓往往不一致。为了避免计算刀具中心轨迹,直接按零件图样上的轮廓尺寸编程,数控系统提供了刀具半径补偿功能,如图1-27所示。图1-27 刀具半径补偿2. 长度补偿

在实际加工当中刀具的长度不统一、刀具磨损、更换刀具等原因引起刀具长度尺寸变化时,编程人员不必考虑刀具的实际长度及对程序的影响。可以通过使用刀具长度补偿指令来解决问题,在程序中使用补偿,并在数控机床上用MDI方式输入刀具的补偿量,就可以正确的加工。当刀具磨损也只要修正刀具的长度补偿量,而不必调整程序或刀具的加持长度,如图1-28所示。图1-28 刀具长度补偿1.4.10 顺铣与逆铣

沿着刀具的进给方向看,如果工件位于铣刀进给方向的右侧,那么进给方向称为“顺时针”。反之,当工件位于铣刀进给方向的左侧时,进给方向定义为“逆时针”。如果铣刀旋转方向与工件进给方向相同,称为“顺铣”,如图1-29(a)所示。铣刀旋转方向与工件进给方向相反,称为“逆铣”,如图1-29(b)所示。

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