CAD/CAM/CAE基础(四) CAM

数控

数控：是数字控制（Numerical Control）的简称，通常称为NC，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。
数控加工含义：是指在数控机床上加工零件的一种工艺方法。
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种自动化加工方法。
工件的真实轮廓由机床执行部件的运动轨迹插补生成。

插补方法

• 插补概念：
  在数控加工时，数控装置需要在规定加工轮廓的起点和终点之间进行中间点的坐标计算，然后按计算结果向各坐标轴分配适量的脉冲数.从而得到相应轴方向上的数控运动·这种坐标点的“密化计算”称作插补·完成插补运算的装置称为插补器·
• 插补运算
  求解逼近轨迹上各点（x，y）坐标的数学运算
• 脉冲当量一一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。
• 插补类型（按脉冲当量的分配形式）：
  直线插补一一沿直线分配脉冲圆弧插补一一沿圆弧分配脉冲
• 其它插补类型（如，抛物线插补、高次曲线插补，等等）
  自动插补运算
  直线插补：加工直线时，只输入执行的起点和终点坐标。
  圆弧插补：加工圆弧时，输入圆弧起点、终点和圆心坐标（或半径由事先规定的圈狐角正负值来确定率轻位于弧的哪一边）

数控机床的组成、分类与发展

组成

• 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
• 输入装置：作用是将输入介质上的数控代码变成相应的电脉冲信号，传送并存入数控装置内，输入装置有光电读带机、录音机、软盘驱动器；
• 数控装置：数控机床的中枢，接收输入装置送来的脉冲信号，输出信号和指令
• 伺服系统：接收由数控系统发出的进给速度和位移指令信号，由伺服电路作一定的转换和放大后，经伺服驱动装置和机械传动机构。由伺服电路、伺服驱动装置、机械传动机构及执行部件组成
• 反馈系统：有位置、速度和适应控制反馈回路两部分，位置、速度反馈主要纠正位置和速度不一致现象·适应控制反馈回路可以随时监测某些状态参数，并随时根据要求和设备状态进行修正、优化数控过程。

分类

数控机床种类众多，分类方法不一，根据数控机床加工功能不同可以分为：

• 点位控制数控机床：这种机床只控制刀具或工作台从一点移动至另一点时的准确定位，然后进行定点加工，而点与点的路径不需要控制。
  该类机床有数控钻床、数控冲床和数控镗床。
• 直线控制数控机床：控制直线轨迹的起点和终点外，还保证两点间的位移轨迹是平行于某一坐标轴的直线，并在直线位移过程中按需要的进给速度进行切割。
• 轮廓控制数控机床：又称为轨迹控制或多坐标联动数控机床。
  

数控机床的优点

传统机械式自动机床、仿形机床的缺点：
1）需要辅助工装
自动机床一需要制作凸轮、挡块等辅助装置
仿形机床一需要制作标准零件
2）加工过程是模拟量传递
3）加工精度低
4）加工零件变更需重新准备辅助装置

数控机床与仿形机床相比显著优点：
当加工对象变化时，只需重新编制程序
1）有利于提高加工精度，保证同批零件的一致性；
2）可以提高生产效率，一般可提高加工效率3~5倍；
3）适合于复杂形状零件加工；（只提高了编程难度，而无须各种工装）
4）有利于实现管理和机械加工的自动化。

数控机床的缺点

1）设备造价昂贵，机时费用高
2）工作环境要求苛刻（温度、湿度、灰尘等）
3）操作、编程、维修保养人员素质要求高

数控编程的步骤

数控编程的种类

数控机床编程规范

程序组成

程序一一若干程序段（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向尺为500

语法

举例：

坐标系

1、数控机床坐标系
由于数控机床各坐标轴既可以是刀具相对于工件运动，也可以是工件相对于刀具运动，ISO标准规定：
1）不论机床的具体结构，在确定坐标系时，一律看做是刀具相对静止的工件运动。
2）机床的直线坐标轴X、Y、Z的判定顺序是：先z轴，再X轴，最后按右手笛卡儿直角坐标系判定Y轴。
3）坐标轴名（X、Y、Z、A、B、C）。
4）增大工件与刀具之间距离的方向为坐标轴正方向。

2、坐标系判定的方法与步骤
1）z轴：规定平行于机床主轴轴线的坐标轴为z轴，规定刀具远离工件的方向为正方向。
2）X轴：对于工件旋转的机床，X轴的方向是在工件的径向上，且平行于横滑座，刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向。
3）Y轴 Y轴垂直于X、z坐标轴，Y轴的正方向根据X坐标轴和z坐标轴的正方向，按照右手笛卡儿直角坐标系来判断。


例：1为+x

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。与通用机床相比，不同点表现在控制方式上。

数控加工的内容

·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；
·数控加工工艺设计；·零件图形数字处理；
·编程和生成NC指导书；
·传输程序；
·程序校验与修改；
·试切、切削加工及现场问题处理；
·NC加工工艺文件管理

数控加工的特点和适用范围

适应性强；加工精度高，质量稳定可靠；加工生产率高，经济效益好；减轻操作者的劳动强度，改善劳动条件，自动化生产；有利于生产管理现代化，便于计算机辅助制造；可直接从CAD系统中提取数据，保证数据处理的一致性；数控机床价格昂贵，加工成本高，维修困难。

普通机床加工调整时间长或要求复杂工装的零件；加工精度高，几何形状复杂的零件；批量小而又多次重复生产的零件；要求精密复制的零件；贵重零件加工；需要全部检验的零件，试制件；钻、键、铰、铣削等多工序联合进行的零件。

数控加工中的几个重要术语

1.插补
实质上是数控装置根据有关的信息指令进行“数据密化”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	①以起点为参考点，计算圆心相对起点的增量；②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。
2.机床坐标数
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
3.机床坐标系与工件坐标系
机床坐标系一一机床固有坐标系。
工件坐标系一一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接加工工艺要求自定。
4.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。
5.刀具补偿


采用刀具径向补偿的优越性
-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。


6.定位精度和重复精度
①定位精度
·含义一一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。
②重复精度
，含义一一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
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

数控编程举例

R编程只能走圆弧，不能走全圆，R是指定圆弧半径，在编程时一般0~180°圆弧用R，大于180而小于360°圆弧用-R编程，1JK是分别代表圆或圆弧在XYZ方向上起点向圆心的距离，lJK是矢量，有方向极性，lJK编程是比较全能的，机床都可以识别且圆弧&全圆都可以编程一般都使用ljk

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
1）对刀点一一对刀点是指在数控机床上加工零件时，刀具相对零件运动的起始点。所以对刀点也称做程序起点或起刀点。通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点，应使程序编制简单，便于确定零件加工原点。刀具在机床上的位置是由“刀位点”的位置来表示的。
对刀点的选择原则：
=1）零件上或零件外都可作为对刀点，但应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上。
2）对刀点应选在对刀方便的地方。
3）对刀点的选择应便于坐标值的计算。

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）数值计算箭单；
（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）
一切入点和切出点主要指洗润轮廉时的进刀和出刀（切向就圆狐进出刀）
-轮廓加工时尽量避免进给停顿；
-为提高表面质量、降低粗糙度，采用多次小余盈进给：
-加工孔系时，安排德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

逆铣：铣刀的旋转方问和工件的走刀方问相反
顺铣：铣刀的旋转方向和工件的走刀方向相同

数控机床刀具以及切削用量的选择

数控机床刀具概述

选择刀具应根据数控加工要求与材料特性、加工表面的类型、机床的加工能力、机床允许的切削量、刀具的耐用度及其他与加工有关的因素来确定。

数控机床对刀具的要求

①高的可靠性。
②较高的刀具耐用度。
③高精度。
④可靠的断屑及排屑措施。
⑤精确迅速的调整。
⑥自动快速的换刀。
⑦刀具标准化、模块化、通用化、复合化

数控刀具的种类

①按刀具的结构可分为整体式、镶嵌式、减振式、内冷式、特殊式。
②按刀具的材料可分为高速钢、硬质合金、陶瓷、立方氮化硼、聚晶金刚石。
③按刀具切削工艺可分为车削刀具、钻削刀具、镗削刀具、铣削刀具。

数控车削刀具分类及用途

根据刀具结构的不同，数控车削刀具可分为整体式和镶嵌式。镶嵌式刀具可分为焊接式和机械夹紧式车刀。

数控车削刀具的选用

①确定工件材料和加工类型（外圆、孔或螺纹）
②根据粗、精加工要求和加工条件确定刀片的牌号和几何槽形
③从相应的刀片资料中查找切削用量的推荐值
④根据刀架尺寸、刀片类型和尺寸选择刀杆

数控铣削刀具

1）刀具的选择
①面铣刀
主要用于加工较大的平面，圆周表面为主切削刃，端面为副切削刃，应用较广的是可转位硬质合金面铣刀，选择时主要考虑刀具功率在机床功率范围之内，直径按D=1.6d
②立铣刀
主要用于加工凹槽较小的台阶面以及平面轮廓，一般不宜作轴向进给，选择主要考虑工件加工尺寸的要求。（主轴直径）选取。
③模具铣刀
可分为圆锥形立铣刀、圆柱形球头立铣刀和圆锥形球头立铣刀等。加工曲面类零件一般用球头刀，粗加工用两刃铣刀，精加工用四面刃铣刀。
④键槽铣刀
主要用于加工封闭的槽，直径和宽度根据工件尺寸选择。
⑤鼓形铣刀用于变斜角类零件的变斜角面的近似加工。

切削用量的确定

编程误差和控制

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：缠程误差应控制在零件公差的10~20%之内

程序结构

1）程序名
FANUC系统：有英文字母O和1~4位正整数组成；SINUMERIK802C：开始的两个符号必须是字母；其后的符号可以是字母，数字或下划线；最多为8个字符；不得使用分隔符。
主程序扩展名是“MPF”，子程序扩展名“.SPF”。
例：SK01.MPF，TESK02.SPF。

数控加工零件的工艺性分析

零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点|
①零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数。
②内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。
③铣削零件底平面时，槽底圆角半径r不应过大。
④应采用统一的基准定位。

补充

1.数控钻床一般属于点位控制数控机床
2.将数控机床分为开环、半闭环和闭环数控机床的分类依据是伺服系统
3.CNC是计算机数控 简称，DNC是直接数控的简称。
4.根据公式 f =zfzn、n=1000vc/πＤ ，写出各个字母代表的含义及单位。
Z——齿数； f——进给量m/s； fz——每齿进给量m/z； n——主轴转速r/s； vc——切削速度r/s； D——铣刀直径m