计算机数控技术及理论研究生数控技术第9次课ppt
- 1. 计算机数控技术及理论研究生数控技术第9次课 开课时间：第1学期前八周 开课单位：机械工程学院
- 2. 5 编程概念及任务规划5.8 计划计算机数控加工任务 5.9 工装夹持与定位原则 5.10 选择工件零点 5.11 计算刀具轨迹
- 3. 5.8 计划计算机数控加工任务 接收零件图，然后告之加工。你的思维可能开始努力理解几何形状，计划加工操作。在你考虑编写一行代码前应回答这些问题。 1、你如何掌握零件呢？ 2、你应使用哪个刀具呢？ 3、第一步操作是什么？ 4、第二步操作是什么？ 5、最后一步操作是什么？ 6、任务需要更多安装吗？
- 4. 5.8 计划计算机数控加工任务 有一些工具和向导帮助你组织并以系统方式计划任务。以下步骤是形成计划并执行计算机数控加工任务的流程： 研究工件图 计划操作和安装 确定可用刀具 编写零件程序 测试并修订程序
- 5. 5.8 计划计算机数控加工任务研究工件图 复杂图可以花费几小时充分理解。在计划任何加工操作前，你必须理解每个与其它特征相关的特征形式、公差含义。例如，你必须注意工件中心孔。这是哪种孔？你应该钻孔、铰孔还是镗孔？孔应使用端铣刀铣削还是用适当平地扩孔钻刀？所有这些问题都基于特定公差。加工好的特征的要求质量，错误理解这些关系会导致浪费时间、废品零件。
- 6. 5.8 计划计算机数控加工任务2. 计划操作和安装 在熟悉工件特征后，就要开始形成计划并制定它。这再一次引起许多你必须回答的问题。 1）工件零点定位在哪？ 2）表面需要质量吗？ 3）你如何掌握工件？ 4）更需要安装吗？ 5）在其它操作前必须有其它操作吗？
- 7. 5.8 计划计算机数控加工任务举个如图5-3所示的工件实例，开发加工零件的计划。图5-3 轴承支撑
- 8. 5.8 计划计算机数控加工任务 首先，我们需要熟悉特征、公差、制图中给出的其它信息。快速浏览零件图发现四个螺栓孔、两个定位销、轴承固定孔。图中也表明设计员当铣削时留有多个表面——通常是不重要的表面。块料尺寸是4.75英寸，更可能持续到结束比6英寸还长，允许工件末端铣成方形。 四个中心孔要适合凹头螺丝，拴住匹配零件盘。不必制定特别紧公差，这样你可以钻通孔，用扩钻刀具加工扩孔。两个更小的孔是定位销。你也许知道定位销用来准确定位两个匹配零件，因此必须非常准确，相互垂直。小定位销可以先钻孔，然后铰孔。更大的孔必须先钻削。
- 9. 5.8 计划计算机数控加工任务 这个零件由两个非常不同技术要求的中心孔组成。通孔有空隙，因此不需按紧密规范加工制造。我们也许只钻孔，如果你没有1.5″钻刀的话，那么就用端铣刀铣削最终尺寸。相反，孔的扩孔比例要适合轴承，有非常紧公差。加工轴承位的合理方法是用端铣刀铣圆，建立粗尺寸，然后用镗刀加工最终直径。
- 10. 5.8 计划计算机数控加工任务 我们最终操作表按加工逻辑顺序排列。为了操作支撑，操作如下： 定心钻所有空位置 钻0.531″螺栓孔和中心导向孔 扩螺栓孔 用铰刀钻0.296″导向孔 铰定位销 钻间隙孔 铣方形端面，铣轴承孔 镗轴承孔
- 11. 5.8 计划计算机数控加工任务把操作表放在一起建立制造工艺文件。操作表将有关操作、刀具、速度、进给到一眼就能容易阅读的位置的信息组合在一起。操作表是工业中规划制造工艺常用的工具，你会发现完成操作表所需的少数时刻会使编写零件程序更容易。图5-4说明了我们轴承支撑的操作表。图5-4 轴承支撑操作表。操作表详细说明了每个制造工艺刀具、速度和进给的顺序
- 12. 5.9 工装夹持与定位原则——3-2-1理论原则定位是相对夹具参考平面定位工件的行为，以这种方式产生准确而可重复的结果。适当工件定位的关键称为3-2-1原则。3-2-1定位原则是通过同时与三个平面接触来定位工件的想法（如图5-5所示）。3-2-1定位原则考虑到有缺陷的表面；也就是说，在多数情况下，你不能认为物理表面是平面的、方形的、与具有确定度的每个平面平行。图5-5 3-2-1定位原则。后面定位3个点，底面定位2个点，左侧面只有1个点
- 13. 5.9 工装夹持与定位原则——3-2-1理论原则3-2-1定位原则从采集工件基本平面（数据），将它们定位三个点开始。从几何角度，我们知道三点形成一个平面，因此，如果我们把工件防止接触的三个点上，就会确定一个面。第一个平面会形成第一个参考表面。形成点的唯一实践方法是将球半径用作接触。当球半径与平面相切时，只会接触于一点。假设球轴承位于工作台顶部——它与工作台接触于一点。现在把三个球轴承放在工作台上，把书放在轴承顶部。书会在（几乎）完全平面上平放在球轴承上。
- 14. 5.9 工装夹持与定位原则——3-2-1理论原则下一步是定位两个接触点工件的邻接面。两个接触点形成一条直线而不是平面，这样表面回绕它自由旋转。假设顶部有保持平衡的书的两个球轴承在工作台上。书可以绕一个轴旋转，而不绕其它轴旋转。有两个接触点的工件的邻接面在不破坏第一个定位平面条件下可能不成直角。然而，如果我们用两个正方形平面定位缺陷工件的话，那么我们不确定它如何定位——也许相对后面或底面是平面。我们可以确定的唯一一件事是不成直角工件不能同时夹持两个面，如图5-6所示。图5-6 不成直角的工件不能同时夹持两个相互垂直的平面
- 15. 5.9 工装夹持与定位原则——3-2-1理论原则 最后一步是定位于基本表面和只有一个点、与第二个表面相邻的表面。单独一个接触点不能妨碍第一个或第二个定位表面。还要考虑任何缺陷表面。
- 16. 5.9 工装夹持与定位原则——3-2-1实践原则不是只有三个接触点，基本表面定位相对非常平的表面，如爪钳硬爪。第二个参考表面由不妨碍基本面的两个薄平行杠或销组成。最后，接触第三点构成工件业块，如拉杆或螺钉。图5-7表示铣钳典型安装。图5-7 3-2-1实践原则。工件基本数据定位加工钳的硬爪上。（为了清晰，去除滑爪。）第二个数据取决于一定旋转度的平行杠。最后，第三个数据由固定在钳上的条形块组成
- 17. 5.9 工装夹持与定位原则——3-2-1实践原则 带有夹钳的工件装夹具有一个或多个工件定位的参考平面，但是只有一个表面起到安装基本平面的作用。在夹钳上，硬爪和基座通常是平的、正方形的、平行的，可以起到参考平面的作用。另一方面，滑爪有点盘旋、移动，这就不能用作参考面了。
- 18. 5.9 工装夹持与定位原则——预准备与安装为了定位有效，工件定位表面必须是精加工条件。例如，锯痕表面不是合适的表面，因为我们不确定它是平的、正方形或平行的。粗糙、铸造、锯痕表面在用作定位表面前通常要质量化。这需要在更早操作前加工表面成平面。例如，图5-8表明变形原料坯。工件后面在零件安装在夹钳中加工五个孔之前，必须加工成平面。图5-8 工程制图中矩形表示加工好的工件。原块料上不平的原料必须在用于定位前进行加工（或质量化）
- 19. 5.9 工装夹持与定位原则——预准备与安装 计算机数控加工中重要的概念是减少使工件质量化的操作需要。编程员有时会找到组合使工件质量化的操作方法，同时生成特征。也就是说，不是用预限制操作做成直角的工件开始。每个目的都是由边缘既不是方形也不是平的粗块料加工工件。编程员用端铣刀在无需预加工参考平面条件下，一次安装加工生成直线、方形边缘。
- 20. 5.9 工装夹持与定位原则——预准备与安装当生成加工好的表面时，如果额外材料足够多来夹持工件的话，则是特别有效的技术。在下面的操作中，额外材料被铣掉。例如，如果原料足够大，就用额外材料夹紧，然后在第二步操作中去除。图5-9表示该情况。原料超尺寸，当加工特征在顶面铣削时，更少部分夹在夹钳中。在这种情况下，原材料有点粗糙，有一些无坏影响的不平整表面。图5-9 部分原块料有时要为工件装夹付出代价。这可能减少需要使边缘质量化的加工操作
- 21. 5.9 工装夹持与定位原则——预准备与安装在许多情况下，工件直接安装在工作台，或建立专用夹具。这经常需要编程员在尽可能的少数安装中开发创新装夹技术加工工件。当相对薄且平的工件必须围绕材料整个外边缘铣削时，就会发生这种情况。在这种情况下，夹紧金属板材料（如图5-10所示）。图5-10 工件几何形状要求几个夹紧操作
- 22. 5.9 工装夹持与定位原则——预准备与安装 对于其它奇特的大工件来说，你必须设计夹具。夹具与有两个定位销的金属板一样简单或利用液压夹紧件夹持多工件的完全自动化系统一样复杂。夹具设计超过了本书范围，但是总的来说，你只需确定你不用购买它。许多可用的现货供应的工具组成，通常购买它比你自己创建它更经济。
- 23. 5.9 工装夹持与定位原则——预准备与安装下列向导会帮助你开发更有效的计划表： ◆当应用时遵守3-2-1定位原则 ◆尽可能使用少数安装 ◆如果可能的话，减少准备操作和第二操作 ◆当可能时，使用现货供应工具并建立只用作最后补救方法的专用夹具 ◆根据工艺规划建立购买的原材料的坐标
- 24. 5.10 选择工件零点 由于两个重要原因选择工件零点：方便性、可重复性。首先，我们看一下基于方便性的工件零点。 从笛卡尔坐标系的学习中得知，第一象限任何位置都是正坐标。由于多数人发现用正坐标编程更容易，因此第一象限是通常选择。例如，图5-11表明工件安装，将左下角作为工件零点。结果是多数刀具定位是具有正值。图5-11 工件零点在许多位置之一设定，每个位置都会提供优势
- 25. 5.10 选择工件零点 一般车间经验会引导你相信滑动夹钳爪表面不能用作零点，因为零件宽度不同。变化会引起特征尺寸随宽度变化而浮动，因此引起尺寸错误。然而这是正确的，可能会产生误导。实际上我们不想使用滑动爪侧面作为参考。我们会用硬爪（或其它参考表面）的侧面发现边缘或检测工件。图5-12说明该点扩大宽度会从零件到零件变化，但是工件零点仍保持相同。图5-12 工件宽度可能变化；因此，我们只根据参考平面定位工件。定位表面不能混淆工件零点。两个概念彼此独立
- 26. 5.10 选择工件零点 我们也可以把工件零点放在与两个参考平面一致的左上角。因为我们在检测工件边缘后不移动栅格，因此实际上更容易安装。然而，由于多数Y坐标是负值，所以很难编程。
- 27. 5.10 选择工件零点 图5-11中工件第三个可能性是可使用螺栓孔循环中心作为工件零点。螺栓孔中心需要许多手工计算。如果我们要选择任何中心作为工件零点的话，那么我们必须在螺栓孔计算中给每个定位添加一个值。而且，这很耗时，容易出错。然而，如果螺栓孔循环旁有其它特征的话，那么中心并不是工件零件的良好选择。
- 28. 5.10 选择工件零点 选择特别工件零点的第二个原因是可重复性。这实际与任意工件零点相比与工件位置更相关。选择定位表面最安全的方法是用工程图中详细说明的数据。例如，图5-13中相同工件有不同定位的数据。图5-13 在一些情况下，工件数据会决定定位表面
- 29. 5.10 选择工件零点如果不详细说明数据，我们想要找到最可能稳定的表面特征，仅用那些特征来定位。这种方法至少要保持精尺寸连续一致。例如，图5-14，根据中心线给定尺寸。因为我们实际不用中心线做定位表面，我们会选择定位顶面和左侧面与左上角作为工件零点——假设表面已加工好尺寸。图5-14 根据中心线给定的尺寸表明无明确定位表面
- 30. 5.10 选择工件零点 工件需要第二步安装加工背面。因此，我们必须确定使用在第二个侧面相同表面定位，或可能使用精尺寸。因为零件是方形的，你必须考虑第二个侧面可能定位到任何角。然而，你必须记住工件尺寸会改变，误差会增加到以前误差上，产生废品工件。
- 31. 5.10 选择工件零点 最后，你把工件零点放在哪儿不重要，只要放在定位表面相关适当位置即可。然而，我们通常会尽量选择使我们必须做的计算数量最小并且使人工误差可能性最小的定位。当然更重要的是不管我们把工件零点设置在哪儿，我们也不用通过随着工件变化自由移动表面检测边缘来建立工件零点。
- 32. 5.11 计算刀具轨迹 当沿着工件周围的路径时，它包括绘出刀具中心定位图。当我们编写代码时，我们可以这样做，但是在编码过程中计算刀具位置时可能具有扰乱性而停止。如钻削的中心计算很容易绘图，因为我们已经知道刀具中心定位在哪儿。刀具轨迹有点难，因为我们必须手动补偿刀具半径。换言之，零件图指示我们加工好的表面定位在哪儿，但是我们必须移出刀具中心切削适当位置的表面。因此，在我们可以计算刀具轨迹前，我们必须已经有切削刀具、装夹方法、原材料尺寸。
- 33. 5.11 计算刀具轨迹 如图5-15所示工件。然而，工件材料比加工好的特征稍大，并未明确我们必须质量化任何表面。我们只固定夹钳中的块料开始加工。然而，零件长度大于宽度，所以在夹钳中固定它之前，我们应将工件旋转90°。关于工件零点，没有明确定义数据，但是右下角（原始图）看上去是个好坐标。图5-15 由更大的原块料加工的加工好的工件
- 34. 5.11 计算刀具轨迹 根据工件零点绘制所有坐标——绝对坐标。只需记住刀具要距离轮廓一半刀具直径的长度。如果我们使用0.500英寸端铣刀加工轮廓，刀具轨迹就要半径补偿0.250英寸，刀具轨迹如图5-16所示。图5-16 图5-15中工件安装与刀具轨迹。刀具轨迹补偿0.250英寸加工正确工件尺寸
- 35. 5.11 计算刀具轨迹 为了准备编写代码，我们可以制作所有中心点的列表，如表5-3所示。点XY1-0.750.2521.000.2531.00-1.254-0.25-1.255-0.250.75孔10.50-0.50孔21.00-0.5表5-3 图5-15、5-16中表示的加工工件的刀具坐标
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