1、第四章第四章 材料加工材料加工CAM u CAM概述概述u 數控機床的有關功能規定數控機床的有關功能規定u 數控加工工藝知識數控加工工藝知識u 數控編程數控編程u 數控電火花線切割加工的程序編制數控電火花線切割加工的程序編制4.1 材料加工材料加工CAM 概述概述4.1.1 4.1.1 數控加工的基本概念數控加工的基本概念（一）（一）數控數控（NC）的含義）的含義 數控：是數字控制（數控：是數字控制（Numerical control ）的簡稱，通常稱為）的簡稱，通常稱為NC，是用數，是用數字信號對機床的運動及其加工過程進行控制的一種控制方法。字信號對機床的運動及其加工過程進行控制的一種控制方

2、法。 數控加工數控加工的含義的含義 是指在數控機床上加工零件的一種工藝方法。是指在數控機床上加工零件的一種工藝方法。 實質：實質：用數控裝置（系統）代替人操作機床進行機械零件加工的一用數控裝置（系統）代替人操作機床進行機械零件加工的一種自動化加工方法。種自動化加工方法。 所用的機床設備成為數字控制機床，簡稱數控機床或所用的機床設備成為數字控制機床，簡稱數控機床或NC機床。機床。( (二二) ) 工件輪廓的生成方法工件輪廓的生成方法 當被加工工件上的輪廓為曲線或為與執行部件移動方向不一致的直線輪廓時，此當被加工工件上的輪廓為曲線或為與執行部件移動方向不一致的直線輪廓時，此工件輪廓只能用沿工作臺或

3、刀架運動方向的細分線段來逼近代替。工件輪廓只能用沿工作臺或刀架運動方向的細分線段來逼近代替。工件的真實輪廓由機工件的真實輪廓由機床執行部件的運動軌跡插補生成。床執行部件的運動軌跡插補生成。如圖如圖4-1。圖圖4-1 工件輪廓用細分線段逼近工件輪廓用細分線段逼近yx0yx0 插補類型（按脈沖當量的分配形式）：插補類型（按脈沖當量的分配形式）：直線插補直線插補沿直線分配脈沖沿直線分配脈沖圓弧插補圓弧插補沿圓弧分配脈沖沿圓弧分配脈沖其它插補類型（如，拋物線插補、高次曲線插補，等等）其它插補類型（如，拋物線插補、高次曲線插補，等等） 插補運算求解逼近軌跡上各點插補運算求解逼近軌跡上各點 ( x, y

4、) 坐標的數學運算。坐標的數學運算。 脈沖當量機床執行部件單位位移量，用于控制插補精度。脈沖當量機床執行部件單位位移量，用于控制插補精度。通常，脈沖當量值由數控機床的加工精度決定。通常，脈沖當量值由數控機床的加工精度決定。 自動插補運算自動插補運算 直線插補：只輸入執行的起點和終點坐標。直線插補：只輸入執行的起點和終點坐標。圓弧插補：輸入圓弧起點、終點和圓心坐標（或半徑值）圓弧插補：輸入圓弧起點、終點和圓心坐標（或半徑值）由事先規定的圓弧角正負值來確定半徑位于弧的哪一邊( (三三) ) 數控加工作業過程數控加工作業過程零件圖樣零件圖樣加工工藝加工工藝程序編制程序編制加工加工信息信息程序程序數控

5、裝置作數控裝置作信息處理信息處理指令指令脈沖脈沖伺服系統伺服系統作信號轉作信號轉換放大換放大驅動驅動機床進行機床進行加工加工位置檢測位置檢測工作臺實際位移量反饋工作臺實際位移量反饋（一）數控機床組成（一）數控機床組成4.1.2 4.1.2 數控機床的組成、分類與發展數控機床的組成、分類與發展輸入裝置數控系統伺服系統機床執行部件指令驅動位置、速度反饋溫度反饋輸入介質 輸入介質 數控加工時，所需的各種控制信息要靠某種中間載體攜帶和傳輸，這種載體稱為控制介質。在控制介質上保存著加工零件所必需的全部操作信息和刀具及工件移動的信息，它記載著零件的加工程序。 輸入介質有：穿孔紙帶、磁帶或磁盤 數控裝置伺服

6、系統機床主機 主機是數控機床的主體，包括車身、箱體、導軌、主軸、進給機構等機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機床排屑系統機床排屑系統數控機床應有更好的宜人性（人機關系及環保）數控機床應有更好的宜人性（人機關系及環保）便于操作的機床結構（二）分類（二）分類點位控制數控機床點位控制數控機床 按加工功能按加工功能直線控制數控機床直線控制數控機床輪廓控制數控機床輪廓控制數控機床數控機床數控機床加工中心加工中心線切割機床線切割機床電火花機床電火花機床 按工藝用途分類按工藝用途分類立式數控車床立式數控車床臥式數控車床臥式數控車床立式數控銑床立式數控銑床臥式數控銑床臥式數控銑

7、床快走絲電火花線切割機床快走絲電火花線切割機床工作臺移動式電火花機床工作臺移動式電火花機床工作臺固定式電火花機床工作臺固定式電火花機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形整體床身立式加工中心形整體床身立式加工中心4.1.3 4.1.3 計算機在數控中的應用計算機在數控中的應用計算機數控（計算機數控（Computer Numerical Control，CNC）讀帶機小型或微型計算機接口伺服系統機床鍵盤直接數控（直接數控（Direct Numerical Control，DNC）電子計算機（CPU）鏈接裝置控制器1控制器2機床1機床2控制器n機床n常見

8、數控系統 SIEMENSFANUC立式數控銑床立式數控銑床 4.1.4 4.1.4 數控編程的內容與步驟數控編程的內容與步驟編制程序的目的：用程序去實現數控加工的全部工藝規范。分析零件幾何形狀、尺寸和精度要求分析零件圖選擇工裝夾具、確定裝夾方式、加工路線和切削用量等 確定工藝過程根據零件圖和加工路線計算基點和節點等數控關鍵數據 數值計算按數控系統要求的格式編寫程序編寫程序單制備控制介質程序校驗首件試切（試加工）修改修改數控機床4.1.5 4.1.5 數控編程的種類數控編程的種類 手工編程 熟悉數控代碼及編程規則 對編程人員的要求 具備機械加工工藝知識（一切CAM人員必備！） 具備數值計算能力

9、自動編程（2種模式） （1）以自動編程語言為基礎 編程人員依據所用數控語言的編程手冊和零件圖樣，以語言的形式表達出加工的全部內容（加工原始數據和加工指令），輸入計算機中進行處理，得到可以直接用于數控機床的NC代碼。（2）以計算機繪圖為基礎 在對話方式下，完成零件圖定義、走刀路線的確定、加工參數的選擇。 4.2 數控機床的有關功能規定數控機床的有關功能規定4.2.1 4.2.1 數控機床程序編制的有關規定數控機床程序編制的有關規定（一）穿孔帶和代碼（一）穿孔帶和代碼（二）程序格式（編程規則）（二）程序格式（編程規則） 以人工編程G代碼為例 程序組成 程序若干程序段（行）的集合； 程序段（行）完成

10、某個或某些特定動作的指令（代碼字）集合； 指令（代碼字）由操作（地址）符和操作內容（數據）構成。 即某一功能的一組代碼符號，如X500，表示X 向尺寸為500 程序行內指令（代碼字）的順序及其含義程序行內指令（代碼字）的順序及其含義 例如：N001 G91 G00 X2700 Y3000 Z15000 M03 LF N002 N017 X-5000 Y-4000 Z14800 M02 LF代碼功 能代碼功 能G00G01G02G03G04G06G08G09G17G18G19G33G34點位控制點位控制直線插補直線插補順時針圓弧插補順時針圓弧插補逆時針圓弧插補逆時針圓弧插補暫停拋物線插補加速減速

11、XY平面選擇平面選擇ZX平面選擇平面選擇YZ平面選擇平面選擇螺紋切削(等螺距)螺紋切削(增螺距)G35G3639G40G41G42G43G44G60G6579G80G8189G90G91螺紋切削(減螺距)內部保留取消刀具補償刀具徑向左補償刀具徑向右補償刀具軸向正補償刀具軸向負補償準確定位保留用于點位控制取消固定循環固定循環#1 #9絕對坐標編程絕對坐標編程相對坐標編程相對坐標編程常用G功能代碼摘要代碼功 能代碼功 能M00M01M02M03M04M05M06M07M08M09M10M11M13程序停機程序停機任選停機程序結束程序結束主軸順時針方向旋轉主軸順時針方向旋轉主軸逆時針方向旋轉主軸逆時

12、針方向旋轉主軸停轉主軸停轉換刀開2號切削液開開1號切削液號切削液關閉切削液夾緊松開主軸順轉并開切削液M14M15M16M19M30M31M3235M4045M50M51M60M68M69主軸逆轉并開切削液正向()運動反向()運動主軸定向停止紙帶結束旁路互鎖固定切削速度保留開3號切削液開4號切削液換工件工件夾緊工件松開常用M功能代碼摘要加工程序的一般格式舉例：加工程序的一般格式舉例：% / 開始符O1000 / 程序名N10 G00 G54 X50 Y30 M03 S3000 N20 G01 X88.1 Y30.2 F500 T02 M08 N30 X90 N300 M30 / 結束符%/ 程序

13、主體4.2.2 4.2.2 數控機床的坐標軸及運動方向數控機床的坐標軸及運動方向 規定： “工件不動”，刀具相對工件運動； 直角坐標系滿足右手定則和右旋定則； 機床坐標軸和運動方向； 數控機床坐標系的確定方法 1 1、假定刀具相對于固定的、假定刀具相對于固定的 工件運動工件運動 2 2、增大工件和刀具之間距離的方向為運動的正方向、增大工件和刀具之間距離的方向為運動的正方向3 3、采用右手笛卡兒坐標系、采用右手笛卡兒坐標系直線坐標 X Y Z旋轉坐標 A B C附加坐標 U V W 4 4、確定順序：、確定順序：Z-X-YZ-X-Y （P127P127P128P128） 數控機床坐標系原點數控機

14、床坐標系原點 在數控車床上，機床原點一般取在卡盤端面與主軸中心線的交點處，見左圖。同時，通過設置參數的方法，也可將機床原點設定在X、Z坐標的正方向極限位置上。 數控銑床的原點在數控銑床上，機床原點一般取在X、Y、Z坐標的正方向極限位置上，見右圖 車床的機床原點 銑床的機床原點 4.3.1 什么是數控加工工藝什么是數控加工工藝 就是指用數控機床加工零件時應用的工藝方法。就是指用數控機床加工零件時應用的工藝方法。 與通用機床相比，不同點表現在控制方式上。與通用機床相比，不同點表現在控制方式上。4.3 4.3 數控加工工藝知識數控加工工藝知識 數控加工的數控加工的內容內容： 選擇并確定數控加工零件及

15、加工內容；選擇并確定數控加工零件及加工內容； 對零件圖進行數控加工工藝分析；對零件圖進行數控加工工藝分析； 數控加工工藝設計；數控加工工藝設計； 零件圖形數字處理；零件圖形數字處理； 編程和生成編程和生成NC指導書；指導書； 傳輸程序；傳輸程序； 程序校驗與修改；程序校驗與修改； 試切、切削加工及現場問題處理；試切、切削加工及現場問題處理； NC加工工藝文件管理。加工工藝文件管理。l 適應性強；適應性強；l 加工精度高，質量穩定可靠；加工精度高，質量穩定可靠；l 加工生產率高，經濟效益好；加工生產率高，經濟效益好；l 減輕操作者的勞動強度，改善勞動條件，自動化生產；減輕操作者的勞動強度，改善勞

16、動條件，自動化生產；l有利于生產管理現代化，便于計算機輔助制造；有利于生產管理現代化，便于計算機輔助制造；l可直接從可直接從CAD系統中提取數據，保證數據處理的一致性；系統中提取數據，保證數據處理的一致性；l 數控機床價格昂貴，加工成本高，維修困難。數控機床價格昂貴，加工成本高，維修困難。適用范圍：適用范圍： 1. 普通機床加工調整時間長或要求復雜工裝的零件；普通機床加工調整時間長或要求復雜工裝的零件；2. 加工精度高，幾何形狀復雜的零件；加工精度高，幾何形狀復雜的零件；3. 批量小而又多次重復生產的零件；批量小而又多次重復生產的零件； 4. 要求精密復制的零件；要求精密復制的零件； 5. 貴

17、重零件加工；貴重零件加工；6. 需要全部檢驗的零件，試制件；需要全部檢驗的零件，試制件；7. 鉆、鏜、鉸、銑削等多工序聯合進行的零件。鉆、鏜、鉸、銑削等多工序聯合進行的零件。 4.3.2 數控機床加工的特點及適用范圍數控機床加工的特點及適用范圍 特點：特點：1. 插補插補 實質上實質上是數控裝置根據有關的信息指令進行是數控裝置根據有關的信息指令進行“數據密化數據密化”的工作的工作 規定：插補類型計算對象直線插補終點相對起點的增量圓弧插補 以起點為參考點，計算圓心相對起點的增量； 以圓心為參考點，計算起點相對圓心的增量；注意：無論是增量編程或是絕對編程，圓弧插補均應采用增量方式。 4.3.3 數

18、控加工中的幾個重要術語數控加工中的幾個重要術語3. 機床坐標系與工件坐標系機床坐標系與工件坐標系機床坐標系機床固有坐標系。 機床坐標系原點的確定方法。工件坐標系建立在工件上的坐標系。 工件坐標系原點的確定由編程人員按加工工藝要求自定。 工件原點偏置：工件原點偏離機床原點的距離。2. 機床坐標數機床坐標數 指數控機床有幾個運動方向采用了數控指數控機床有幾個運動方向采用了數控兩坐標加工：同時控制任意兩坐標聯動；三坐標加工：數控裝置控制三個坐標聯動；五坐標加工：同上4. 工件上各點坐標的表示工件上各點坐標的表示絕對坐標表示： 絕對尺寸指機床運動部件的坐標尺寸值相對于坐標原點給出 ；相對（增量）坐標表

19、示： 增量尺寸指機床運動部件的坐標尺寸值相對于前一位置給出 。如圖所示：絕對尺寸 增量尺寸 程序段舉例： 絕對坐標編程 N001 G00G17G90 X30 Y0; N002 G02 X30 Y0 I-30 F100; N003 G00 X0 Y0 M02; 增量坐標編程 N001 G00G17G91 X30 Y0; N002 G02 X0 Y0 I-30 F100; N003 G00 X-30 Y0 M02;YXA0R305. 刀具補償刀具補償 徑向補償（刀具偏置） 含義刀位點徑向偏離工件輪廓。 補償值 D = R + 式中：R刀具半徑 加工余量工件輪廓加工余量刀位點移動軌跡 徑向補償指令：

20、 右補償（刀具右偏）G42順著刀具前進方向看，刀具在輪廓右側左補償（刀具左偏） G41順著刀具前進方向看，刀具在輪廓左側。 取消徑向補償 G40右補償左補償右補償左補償 采用刀具徑向補償編程的優越性： 不考慮刀具半徑，直接按工件輪廓尺寸編程； 適當 改變半徑補償量，以實現同一刀具，同一程序完成輪廓從粗到精的全部加工。 長度補償 含義在 Z 軸方向上實現對刀具移動距離的補償。a 工件坐標系的 Z 軸設定值，b 刀尖到刀柄校準面的距離，c 指令動作，d 實際移動量，e 補償量注：事先將測定的 a，b 值存入刀補表中。Z 軸機械原點工件坐標系 的Z 軸零點abcde+Z- Z 長度補償指令： G43

21、正補償（如前圖，e = c - d） G44負補償（如右圖，e = d - c） G49取消長度補償dce 采用刀具長度補償的優越性： 可實現在一次加工中使用多把長度不同的刀具，特別適合于加工中心的自動換刀系統。6. 定位精度和重復精度定位精度和重復精度 定位精度定位精度 含義指實際位置與指令位置的一致程度； 不一致量稱為定位精度誤差。 重復精度重復精度 含義指同一條件下用相同方法重復進行同一動作時，控制對象位置的一致程度，也稱為精度密度；7. 干涉干涉 不僅會破壞零件的形狀和精度，嚴重時會對機床精度造成影響不僅會破壞零件的形狀和精度，嚴重時會對機床精度造成影響4.3.4 4.3.4 數控編程

22、數控編程的工藝處理 1 、工序、工步的劃分與順序安排（P135） 基本原則：先粗后精，先面后孔；盡量減少換刀次數和空刀路程。 特殊情況：對同軸度要求很高的孔系，應一次定位，順序換刀，依次完成該孔系的全部孔加工。2 、 零件裝夾方法的確定和夾具選擇 裝夾原則： 盡量減少裝夾次數和時間 工件坐標系與機床坐標系之間應有確定的關系 夾具的選擇：盡量采用組合夾具。 3 、 對刀點、刀位點和換刀點 對刀點刀具相對于工件的運動起點。 平頭立銑刀球頭銑刀車刀鉆頭線切割電極絲例如（圖中紅色表示基準點）： 換刀點換刀位置。 原則：換刀時不得碰傷工件、夾具和機床。 4 、走刀路線 刀具相對于工件的運動軌跡（走刀路線

23、）。 路徑選擇原則： （1） 保證良好的加工精度和表面質量； （2） 數值計算簡單； （3）進給路徑盡可能短。 其它應考慮的問題： 輔助路徑（引入距離） 切入點和切出點 主要指銑削輪廓時的進刀和出刀（切向或圓弧進出刀, ） = d銑刀工件 輪廓加工時盡量避免進給停頓； 為提高表面質量、降低粗糙度，采用多次小余量進給； 加工孔系時，安排鏜孔的路線應注意各孔的定位方向一致，避免反向間隙的產生。5 、刀具選擇 選擇原則： 刀具精度高，剛性好； 尺寸穩定，耐磨性好； 調整方便。 目的： 提高生產率，降低臺時費用。 逆銑逆銑：銑刀的旋轉方向和工件的走刀方向相反相反順銑順銑：銑刀的旋轉方向和工件的走刀方向相同相同6 、 切削用量的確定 切削深度 ap 切削用量進給量 f切削速度 vcafs 圖中：S 為主軸轉速（r / min），由切削深度 ap、進給量 f 和刀具耐用度計算公式或查手冊得到的切削速度 vc 或主軸轉速n。 f =zfznZ-齒數；f-進給量m/s；fz-每齒進給量m/z；n-主軸轉速r/sDvnc1000vc-切削速度r/s；D-銑刀直徑 此外，選擇進給量 f 時，還應