模具数控加工概述.ppt

10/6/2023,数 控 编 程,第一章 模具数控加工概述 2012.11.21,10/6/2023,本章主要内容,1.1 模具数控加工的特点和应用 1.2 数控机床概述 1.3 模具数控加工过程中的程序编制 1.4 数控加工中的几个重要概念,10/6/2023,模具一般在模具专业生产企业制造，其作为企业的基本产品，始终贯彻于企业的全部生产过程。模具的生产过程如图所示。,模具设计方案的确定,模具生产工艺准备,技术准备,备料,铸、锻件及型材等,模具零件、组件加工,热处理,机加工,光整加工,表面强化处理,检验,装配、调试,验收入库,模具生产过程示意图,10/6/2023,模具种类很多，大致可分为十大类。根据零件材料、物理化学性能、机械强度、尺寸精度、表面光洁度、使用寿命、经济性等不同要求，选择不同类型的模具成形。在模具加工过程中，其制造方法与制造技术的选择是保证模具质量的关键所在。对于精度要求较低的模具，一般采用常规的加工方法即可，如车、铣、刨、磨、钻等。随着工业的发展及客户要求的提高，对模具制造技术的要求愈来愈高，模具的加工方法也越来越复杂化、多样化。对于精度要求高或客户有具体要求的模具，需使用高精度的数控机床加工并使用CAD/CAE/CAM模具技术来设计、分析。目前，模制造广泛采用电火花、线切割机床，高精度磨床，高精度三座标测量仪，激光加工、数控仿型铣及数控加工等现代加工技术。本章以此为基础，重点讲述数控加工技术及数控电火花加工技术在模具制造中的作用及其应用。,1.1.1 模具的生产特点 1）加工精度要求高：一副模具一般是由凹模、凸模和模架组成，有些还可能是多件拼合模块。上、下模的组合，镶块与型腔的组合，模块之间的拼合均要求有很高的加工精度。2）形面复杂：有些产品如汽车覆盖件、飞机零件、玩具、家用电器，其形状的表面是由多种曲面组合而成，因此，模具型腔面就很复杂。有些曲面必须用数学计算方法进行处理。3）批量小：模具的生产一般不是大批量成批生产。4）工序多：模具加工中一般都需要用到车、铣、镗、钻、铰和攻螺纹等多种工序。5）仿形加工：模具生产中有时既没有图样，也没有数据，而且要根据实物进行仿形加工。这就要求仿制精度高。6）模具材料优异，硬度高 模具的主要材料多采用优质合金钢制造，特别是高寿命的模具，常采用Crl2，CrWMn等莱氏体钢制造。这类钢材从毛坯锻造、加工到热处理均有严格要求。因此加工工艺的编制就更加不容忽视，热处理变形也是加工中需认真对待的问题。7）模具加工向机械化、精密化和自动化发展。目前，产品零件对模具的要求越来越高，应用数控加工进行模具的制造可以大幅度的提高加工精度、减少人工操作产生的误差、提高工作效率、缩短模具的制造周期。,1.1 模具数控加工的特点和应用,1.1.2 模具制造的工艺特点 模具制造的工艺特点主要表现如下：1）在模具制造上，尽可能是使用通用设备、量具、刀具及仪器。2）在制造工序安排上，工序应相对集中，以保证模具加工质量和进度，简化管理和减少工序周转时间。,1.1.3 数控加工的工艺特点 在数控机床上加工零件时，要把被加工的全部工艺过程、工艺参数和位移数据编制成程序，用它控制机床加工。数控机床加工工艺与普通机床加工工艺在原则上基本相同，但数控加工的整个过程是自动进行的，因而有自己特点：1）加工效率高：利用数字化的控制手段可以加工复杂的曲面。而加工过程是由计算机控制,所以零件的互换性强,加工的速度快。2）加工精度高：同传统的加工设备相比,数控系统优化了传动装置,提高分辨率,减少了人为误差，因此加工的效率可以得到很大的提高。3）工序内容多：数控机床上通常安排较复杂的制件，一次装夹，可加工需进行多道工序加工的零件。综上所述，数控机床对模具进行机加工是模具制造的必然选择。,1.1.4 数控加工在模具加工中的应用 1）对于旋转类模具，一般采用数控车加工，如车外圆、镗孔、车平面、车锥面等。2）对于复杂的外形轮廓或带曲面模具，一般采用数控铣加工，如注射模、压铸模等。3）对于微细复杂形状、特殊材料模具、塑料镶拼型腔及形状复杂、特殊材料模具、带异型槽的模具，可采用数控线切割加工。4）对于硬度特别高，或模具局部结构复杂的型腔、型孔等，可采用数控电火花成形加工。5）对精度要求较高的解析几何曲面，可采用数控磨削加工精度要求较高的解析几何曲面。,1.2 数控机床概述,随着科学技术的飞速发展和经济竞争的日趋激烈，产品更新速度越来越快，复杂形状的零件越来越多，精度要求越来越高，多品种、变批量生产的比重明显增加。激烈的市场竞争使产品研制生产周期越来越短。传统的加工设备和制造方法已难于适应这种多样化、柔性化与复杂形状零件的高速高质量加工要求。因此近几十年来，世界各国十分重视发展能有效解决复杂、精密、小批多变零件的数控加工技术，在加工设备中大量采用以微电子技术和计算机技术为基础的数控技术。目前，数控技术正在发生根本性变革，它集成了微电子、计算机、信息处理、自动检测、自动控制等高新技术于一体，具有高精度、高效率、柔性自动化等特点，对制造业实现柔性自动化、集成化、智能化起着举足轻重的作用。数控技术是制造业实现自动化、柔性化、集成化生产的基础，现代的CAX、FMS、CIMS技术等，都是建立在数控技术之上，离开了数控技术，先进制造技术就成了无本之木。同时，数控技术的利用关系到国家的战略地位，是体现国家综合国力水平的重要基础性产业，其水平高低是衡量一个国家制造业现代化程度的核心标志，实现加工机床及生产过程数控化，已经成为当今制造业的发展方向。,用数控机床加工零件时，首先应将加工零件的几何信息和工艺信息编制成加工程序，由输入装置送入数控系统中，经过数控系统的处理、运算，按各坐标轴的分量送到各轴的驱动电路，经过转换、放大进行伺服电动机的驱动，带动各轴运动，并进行反馈控制，使刀具与工件及其他辅助装置严格地按照加工程序规定的顺序、轨迹和参数有条不紊地工作，从而加工出零件的全部轮廓。数控机床具有很好的柔性，当加工对象变换时，只需重新编制加工程序即可，原来的程序可存储备用，不必像组合机床那样需要针对新加工零件重新设计机床，致使生产准备时间过长。数控机床一般由输入装置、数控系统、伺服系统、测量环节和机床本体(组成机床本体的各机械部件)组成。,10,数控铣削加工中心,刀库刀具定位电机,机械手旋转定位电机,带制动器伺服电机,主轴电机,伺服电机,数控系统,电控柜,1-摆动主轴2-床身 3-刀库 4-滑座 5-数控回转工作台6-机床操作面板7-数控系统界面 8-防护门 9-强电控制柜,立式加工中心,1,2,3,4,5,6,7,8,9,1.2.1 数控技术的产生及特点,1）数控技术的产生,自动机床、组合机床和专用机床组成的自动半自动生产线是用于对大批量的产品进行高效加工的重要装备。宇航、造船、机床、重型机械及国防工业的零部件，精度要求高、形状复杂、加工批量小，并且改型频繁、更新换代 快的零件，迫切需要一种灵活的、通用的、能适应产品频繁变化的“柔性”自动化机床。这类加工设备即是数控机床。数控机床是怎么样的装备？它们具有什么特点？其组成和工作原理如何？发展状况如何？将是我们学习的重点。,车削加工零件,铣削加工的零件,加工中心加工的零件,2）数控加工的特点（1）加工精度高、质量稳定 数控机床是以数字形式给出指令进行加工的，当前的脉冲当量可达到0.01-0.0001mm，进给传动链的反向间隙与丝杆螺距误差等均可由数控装置进行补偿，因此，数控机床可以获得比机床本身精度更高的加工度，且加工质量稳定。（2）生产效率高 数控机床主轴转速和进给量的变化范围比普通机床大，每一道工序都可选用最佳的切削量，提高了数控机床的切削效率。数控机床快速移动和定位均可控制，从而缩短了辅助加工时间。工件装夹时间短，对刀、换刀快，节省了工件安装调整时间。,(3)适应性强 采用数字程序控制，使加工对象改变时，只要重新编制零件程序，就能够实现对新零件的自动化生产。因此在同一台机床上可实现对不同品种及尺寸规格工件的自动加工而无须制造、更换许多工具、夹具和检具，这就为复杂结构的单件、小批量生产以及新产品试制提供了极大的便利。(4)良好的经济效益 数控机床的适应性强，在单件、小批生产情况下，可节省工艺装备费用、辅助生产工时、生产管理费用以及降低废品率，从而使生产成本下降。此外，数控机床可实现一机多用。,（5）自动化程度高、劳动强度低 数控机床是按预先编制好的编程序自动完成零件加工的，操作者一般只需装卸工件、操作键盘而无须进行繁杂的重复性手工操作，因而大大减轻了操作者的劳动强度和紧张程度，改善了劳动条件，可实现一人管理多台机床加工。（6）有利于实行现代化生产管理 采用数控机床加工，能很方便地准确计算零件加工工时、生产周期和加工费用，并有效地简化了检验以及工夹具和半成品的管理工作。利用数控系统的通信功能，采用数控信息与标准代码输入，易于实行计算机联网，实现CAD/CAM一体化。,3）计算机数控的工作原理 工作原理如图所示，先根据零件图的要求确定零件的加工的工艺过程、工艺参数和刀具数据，再按编程手册规定编写零件的加工程序，然后通过MDI 或DNC 方式输入到数控系统中，在数控系统的控制下进行处理和计算，发出指令，通过伺服系统使机床按规定轨迹运动，从而加工零件。,工作过程：（1）输入：边输入边加工或一次性输入分段加工；（2）译码：将程序翻译成计算机识别的语言；（3）数据处理：刀具补偿、速度计算、和辅助功能处理（4）插补：在已知曲线方程、起点、终点以及进给速度 后，在起点和终点之间实现数据点的密化；（5）伺服控制：将插补完成的位置增量进行伺服计算，并将结果发送到伺服驱动接口中；（6）程序管理：当一个曲线段开始插补时，管理程序即 着手准备下一个程序的读入、译码、数据处理。,数控机床的逻辑组成,1.2.2 数控机床的组成和作用1）数控车床组成：如图为数控机床的组成框图。除了机床本体以外的部分统称为数控系统，数控装置是数控系统的核心。1）输入/输出设备 2）数控装置 3)伺服单元4）PLC及接口 5)机床本体 6)测量装置,要求：为了保证机床具有很大的工艺适应性能和连续稳定工作的能力，数控机床结构设计的应具有足够的刚度、精度、抗振性、热稳定性和精度保持性。实现：传动结构简化，传动链短；高动态刚性、高阻尼精度；耐磨性、热变形小；采用高效、高精度的传动部件。,2）数控机床机械结构的特点：,3）数控机床各组成部分的作用（1）控制介质：程序的载体，是编程人员与数控机床之间联系的纽带(2）数控系统：是数控机床的核心，它根据输入的程序进行运算和控制，并发出相应的信号送到伺服机构，用以驱动机床运动，进行加工操作。,(3)伺服系统：数控系统的执行机构，它接受数控系统的指令信息,按指令 信息的要求控制执行部件的进给速度、方向和位移。它包括 a、进给伺服系统：进给运动的执行机构：包括位置控制 单元、速度控制单元、执行电动机、测量回馈单元等部分;b、主轴伺服系统：主轴运动的控制机构：包括主轴控制 单元、主轴电动机、测量回馈单元等部分。,4)机械系统：a、主轴部件：主轴传动部件 主轴脉冲编码器 主轴 主轴同步齿形带 主轴电机b、进给部件：进给传动部件 伺服电机 电机座 导轨滑块 限位信号 滚珠丝杠,c、实现某些部件动作和辅助功能的系统和装置,数控回转工作台,数控分度头,d、刀架、刀库和自动换刀装置（ATC）,e、机床本体:数控机床大都采用机、电、液、气一体化布局，全封闭或半封闭防护，机械结构大大简化，易于操作及实现自动化。一般为水平床身、倾斜床身和垂直床身。,数字控制系统的组成和分类1）数字控制系统 该系统是自动读入载体上的数字信息，经过译码，控制机床运动。整个系统包括信息输入、运算和控制、进给伺服驱动和主轴驱动以及机电接口等。其中运算和控制部分，是数控系统的核心,称为数控装置NCU。以计算机系统为主构成的数控系统，运算和控制部分是一个专用的计算机，也称为计算机数控CNC。数控装置有时也简称为数控系统。,1.2.3 数字控制系统,（1）按工艺用途分类：a、金属切削类：数控车（铣、刨、磨）、加工中心 b、金属成型类：数控冲床、折弯机、弯管机 c、特种加工机床：线切割、电火花、激光切割 d、其它类型：数控火焰切割机、数控三坐标测量机（2）按运动轨迹分类:a、点位控制数控机床 b、直线控制数控机床 c、轮廓控制数控机床（3）按伺服方式分类 a、开环伺服系统数控机床 b、半闭环伺服系统数控机床 c、闭环伺服系统数控机床,2）机床数控系统的类型,开环伺服系统数控机床：没有位置检测和信息回馈装置，不能对工作台的实际位移进行测量与理论值比较。,开环和闭环控制系统,半闭环伺服系统数控机床：带有位置检测和信息回馈装置，但不直接测量工作台实际位移量，通过中间环节的间接测量，推算出实际理论位移量，再与理论值比较，将差值放大变换驱动工作台向减少误差方向移动，直至差值为零。,闭环伺服系统数控机床：带有位置检测和信息回馈装置，能将工作台的实际位移量回馈至数控系统与理论值比较，将差值放大变换，驱动工作台向减少误差方向移动，直至差值为零。,1.点位控制数控机床：控制刀具或工作台从一点准确 移动到另一点，但点与点之间 的轨迹不作严格要求。2.直线控制数控机床：除了控制点到点的准确位置外，还要保证两点之间移动轨迹是 一条直线，对移动速度也要进 行控制。,1.2.4 点位控制系统和连续控制系统,3.轮廓控制数控机床：能对两个或两个以上运动坐标的位移及速度进行连续相关的控制，这样相互 配合形成所需的斜线、曲线和曲面。,4.按数控系统功能水平分类分高、中、低三类（全功能型、普通型、经济型）区分方式：a、分辨率和进给速度 b、伺服进给类型 c、联动轴数 d、通信能力 e、显示功能 f、内装PLC g、主CPU,1）数控技术在金属切削机床中的应用 数控机床最适合加工具有以下特点的工件：（1）多品种小批量生产的工件：数控机床价格高，与大批量生产采用的专用机床比，生产效率低。（2）形状结构比较复杂的工件：随着零件复杂程度的提高，数控机床愈显得适用。（3）需要频繁改型的工件；（4）需要最短生产周期的急需工件。,1.2.5 数控技术的应用,（a）原理,（1）数控电火花成形机床 电火花加工机床主要由机床本体、脉冲电源、自动进给调节系统、工作液过滤和循环系统、数控系统等部分组成。,电火花机床,2）数控技术在电加工机床中的应用,电火化加工又称放电加工，是一种利用电、热能进行加工的方法。基本原理：加工过程中，使工具和工件（正、负电极）之间不断产生脉冲性放电，产生瞬时高温，同时，该处绝缘液体也被局部加热，急速汽化，体积发生膨胀，产生很高的压力，靠局部瞬时的高温及液体高压把工件上已经熔化、汽化的多余的金属从工件的表面迅速被蚀除，以达到对零件的尺寸、形状和表面质量要求。,（2）线切割机床机简介 电火花线切割加工是通过上下高速移动的细金属导线（铜丝或钼丝）作电极，对工件进行脉冲火花放电实现电腐蚀作用，完成对工件进行切割成型的加工的一种工艺方法，如图所示。,线切割工作原理:通过电火花放电产生的热来熔解、去除金属，所以材料加工的难易程度与材料的硬度无关，加工中不存在显著的机械切削力，可以加工硬质合金等一切导电材料。工件接脉冲电源的正极，金属导线电极丝接负极，工件相对电极丝按预定的要求运动，从而使电极丝沿着所要求的切割线路进行电腐蚀，实现切割加工。,电火花线切割原理图,加工过程显示,数控线切割机床,图示为一工业机器人系统的示意图，它由执行机构、动力部分和控制部分组成。对于较高级的机器人，还有检测传感系统、感觉系统。1、执行机构2、动力部分3、控制部分4、检测传感系统5、感觉系统,（3）数控技术在工业机器人中的应用,常用系统国外主要有：1.德国西门子SINUMENS 2.日本法那科FANUC 3.德国德马吉DMG 4.日本三菱 5.意大利菲迪亚FIDIA 6.日本马扎克MAZAK 7.西班牙FAGOR 8.韩国大宇 9.瑞士米克朗公司 10.美国哈斯自动化公司 国内主要有：1.华中数控 2.广州数控：3.北京凯恩帝 4.南京华兴 5.台湾台达 6.沈阳高精,1.2.6 常用数控系统简介,10/6/2023,1.3 模具数控加工过程中的程序编制,1）分析零件图 首先要分析零件的材料、形状、尺寸、精度、批量、毛坯形状和热处理要求等，以便确定该零件是否适合在数控机床上加工，或适合在哪种数控机床上加工，同时要明确浇灌能够的内容和要求。2）工艺处理 在分析零件图的基础上进行工艺分析，确定零件的加工方法（如采用的工夹具、装夹定位方法等）、加工线路（如对刀点、进给路线）及切削用量（如主轴转速、进给速度和背吃刀量等）等工艺参数。3）数值计算 耕根据零件图的几何尺寸、确定的工艺路线及设定的坐标系，计算零件粗、精加工运动的轨迹，得到刀位数据。对于形状比较简单的零件（如由直线和圆弧组成的零件）的轮廓加工，要计算几何元素的起点、终点、圆弧的圆心、两几何元素的交点或切点的坐标值，如果数控装置无刀具补偿功能，还要计算刀具中心的运动轨迹坐标。对于形状比较复杂的零件（如由非圆曲线、曲面组成的零件），需要用直线段或圆弧段逼近，根据加工精度的要求计算出节点坐标值，这种数值计算要用计算机来完成。,1.3.1数控编程过程,10/6/2023,4）编写加工程序单 根据加工路线、切削用量、刀具号码、刀具补偿量、机床辅助动作及刀具运动轨迹，按照数控系统使用的指令代码和程序段的格式编写零件加工的程序单，并校核上述两个步骤的内容，纠正其中的错误。5）制作控制介质 把编制好的程序单上的内容记录在控制介质上，作为数控装置的输入信息。通过程序的手工输入或通信传输送入数控系统。6）程序校验与首件试切 编写的程序和制备好的控制介质，必须经过校验和试刀才能正式使用。效验的方法是直接将控制介质上的内容输入到数控系统中让机床空转，一检验机床的运动轨迹是否正确。在有CRT图形显示的数控机床上，用模拟刀具与工件切削过程的方法进行检验更为方便，但这些方法只能检验运动是否正确，不能检验被加工零件的加工精度。因此，还需要进行零件的首件试切。当发现有加工误差时，分析误差产生的原因，找出问题所在，加以修正，直至达到零件图纸的要求。,1.3.2 数控机床的坐标系,数控机床的坐标轴 在数控机床上加工工件，工序比较集中，在一次装夹中要加工工件上的平面、曲面、孔、螺纹等各种表面，刀具和工件具有复杂的相对移动。因此要在机床上建立坐标系，以便于数控装置向各坐标轴发出控制信号，完成规定运动。最常用的是笛卡儿直角坐标系。,1）右手笛卡儿坐标系统：,右手笛卡儿坐标系统介绍:(1)刀具相对于工件运动的原则：由于机床的结构不同，有的是刀具运动，工件固定，有的是刀具固定，工件运动等等。为编程方便，一律规定为工件固定，刀具运动。(2)数控机床的标准坐标系：是右手笛卡尔直角坐标系，用右手螺旋法则判定，右手的拇指、食指、中指互相垂直，分别代表X轴、y轴和Z轴，指尖指向各坐标轴的正方向，即增大刀具和工件距离的方向。(3)若有旋转轴时：规定绕X、Y、Z轴的旋转轴为A、B、C轴，其方向为右旋螺纹方向。,2）坐标系的相关概念：基本坐标系：直线进给运动的坐标系（X、Y、Z）坐标轴相互关系：由右手定则决定。回转座标：绕X、Y、Z 轴转动的圆进给坐标轴分别用A、B、C表示，坐标轴相互关系由右手螺旋法则而定。坐标轴方向：定义：刀具相对工件运动的方向。目的：使编程人员在不管是刀具移近工件，还是相反的情况下，都能正确地进行编程。附加坐标轴：行于基本坐标系的进给轴，用U、V、W表示。,3）X、Y、Z坐标系确定：Z坐标（首先确定的坐标）标准规定：Z坐标主轴轴线的进给轴。若没有主轴(牛头刨床)或者有多个主轴，则选 择垂直于工件装夹面的方向为Z坐标。方向规定：刀具远离工件的方向为“+”。,Z坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向。,Z坐标正方向的规定：刀具远离工件的方向,X坐标（其次确定的坐标）标准规定：1.在刀具旋转的机床上（铣床、钻床、镗床等）Z轴水平（卧式）：则从刀具(主轴)向工件看时，X坐标 的正方向指向右边。Z轴垂直（立式）：单立柱机床，从刀具向立柱看时，X 的正方向指向右边；2.在工件旋转的机床上（车床、磨床等）X轴：是工件的径向并平行于横向拖板；方向：刀具离开工件旋转中心的方向。,X坐标标准规定1：在刀具旋转的机床上，Z轴水平（卧式）：从刀具(主轴)向工件看时，X坐标的正方向指向右边。,X坐标标准规定2：在刀具旋转的机床上Z轴垂直（立式）：单立柱机床，从刀具向立柱看时，X的正方向指向右边；,X坐标标准规定3：在工件旋转的机床上（车床、磨床）X轴的运动方向是工件的径向并平行于横向拖板，且刀具离开工件旋转中心的方向是X轴的正方向。,Y坐标（最后确定的坐标）利用已确定的X.Z坐标的正方向，用右手定则或右手螺旋法则，确定Y坐标的正方向。右手定则：大姆指指向+X，中指指向+Z，则+Y方向为食指指向。右手螺旋法则：在X Z平面，从Z至X，姆指所指的方向为+y。,多轴数控机床坐标系,4.坐标轴的规定原则：先确定Z轴，再确定X轴和Y轴，最后确定其它轴。机床运动的正方向：是指增大工件和刀具之间距离的方向。(1)Z轴 定义：与主轴轴线平行的坐标轴即为Z轴。如果机床没有主轴，Z轴垂 直于工件装卡面。方向：规定刀具远离工件的方向作为Z轴的正方向。(2)X轴 定义：X轴是水平的，方向是在工件的径向上，且垂直于Z轴。方向：刀具离开工件旋转中心的方向为X轴正方向。(3)Y轴 定义：Y轴垂直于X、Z坐标轴。方向：根据X和Z坐标的正方向，按照右手直角笛卡儿坐标系来判定。,1）机床坐标系机床坐标系是机床上固有的、不能改变的坐标系，往往采用那些能够作为基准的点、线、面来作为机床的换刀点、坐标轴的轴心线和坐标平面。,1.4.1 机床坐标系与工件坐标系,1.4 数控加工中的几个重要概念,2）工件坐标系 工件坐标系是在编程时使用，由编程人员在工件上建立的工件坐标系。,3）机床坐标系与工件坐标系的关系在右图中，OM-XMYMZM为机床坐标系，o-xyz为工件坐标系。工件安上机床后，两个坐标系保持一定的关系。工件坐标系的原点在机床坐标系中称为调整点。也称对刀点。选择对刀点的原则为：(1)尽可能与设计基准、工艺基准和检验基准重合；(2)便于对刀；(3)便于进行各基点的坐标值计算；(4)在加工的过程中，便于观察。,1.4.2 对刀点与换刀点的选择,1）对刀点(起刀点)对刀点是指在数控机床上加工零件，刀具相对零件运动的起始点。对刀点也称作程序起始点或起刀点。目的：确定程序原点在机床坐标系中的位置，对刀点可与程序原点重合，也可在任何便于对刀之处，但该点与程序原点之间必须有确定的坐标联系。,当X1=0，Y1=0时：对刀点与编程原点重合,对刀点与编程原点不重合,2）刀位点,常用刀具的刀位点规定：立铣刀、端铣刀的刀位点是刀具轴线与刀具底面的交点；球头铣刀刀位点为球心；镗刀、车刀刀位点为刀尖或刀尖圆弧中心；钻头是钻尖或钻头底面中心；线切割的刀位点则是线电极的轴心与零件面的交点。,3）对刀（对刀操作）,对刀：确定对刀点在机床坐标系位置的操作。对刀的目的是确定程序原点在机床坐标系中的位置，对刀点可以设在零件上、夹具上或机床上，对刀时应使对刀点与刀位点重合。常用的对刀方式：试切对刀、自动对刀、机外对刀仪对刀。,4）换刀点,换刀点：对数控车床、镗铣床、加工中心等多刀加工数控机床，在加工过程中需要进行换刀，编程时应考虑不同工序之间的换刀位置，设置换刀点。换刀点的位置应保证换刀是刀具与工件或机床不发生碰撞，同时要尽量减少换刀时的空行程距离。,1.1.4 刀具补偿,1）刀具补偿计算的意义（1）什么是刀具补偿 在数控加工过程中，数控系统的实际控制对象是刀具中心或刀架相关点，数控系统通过直接控制刀具中心或刀架相关点的运动轨迹，来间接地实现实际零件轮廓的加工。然而，实际刀具参与切削的部位是刀尖（车刀）或刀刃边缘（铣刀），它们与刀具中心或刀架相关点之间存在着尺寸偏差，因此数控系统必须根据刀尖或刀刃边缘的实际坐标位置（即零件轮廓的实际坐标位置）来计算出刀具中心或刀架参考点的相应坐标位置，这种计算过程就称为刀具补偿。刀具补偿的计算工作可以由用户来完成；而对于具有刀具补偿功能的数控系统，也可以由数控系统来自动完成。,（2）刀具补偿的作用 采用刀具补偿功能，不仅可以大大简化数控加工程序的编写工作，还可以提高数控加工程序的利用率，主要表现在两方面。当刀具尺寸发生变化（刀具磨损、刀具更换等）时，只需修改相应的刀具参数即可。在同一台机床上对同一零件轮廓进行粗加工、半精加工和精加工等多道工序时，不必编写三种加工程序，可将各道工序所预留的加工余量加入刀具参数即可。,R1,R2,R3,余量2,余量3,R3=R+余量3R2=R+余量2R1=R+0,L1,L2,F,r,L1,F,F,Y,X,r,（3）刀具补偿类型 刀具补偿分为刀具长度补偿和刀具半径补偿两种类型。对于不同机床上所使用的不同类型的刀具，其补偿形式也不一样。立铣刀：主要是刀具半径补偿，有时需要刀具长度补偿；钻头：主要是刀具长度补偿；外圆车刀：即需要刀具半径补偿，也需要纵横两个坐标方向的刀具长度补偿。,立铣刀,Z,X,钻头,X,Z,外圆车刀,刀具补偿时所使用的刀具参数主要有：刀具半径、刀具长度、刀具中心偏移量等等。这些刀具参数应该在程序运行前预先存入刀具参数表中。在刀具参数表中，不同的刀具补偿号（刀沿）对应着不同的一组刀具参数。在编制数控加工程序时，可以通过调用不同的刀具补偿号来实现不同的刀具补偿计算。,2）刀具半径补偿原理（1）什么是刀具半径补偿 在零件轮廓的加工过程中，数控系统的控制对象是加工刀具的中心点。在加工零件轮廓时，数控系统必须使刀具中心在零件轮廓的法矢量方向上偏移一个刀具半径值，这种偏移操作就称为刀具半径补偿。刀具半径补偿就是根据零件轮廓计算出刀具中心轨迹的操作。一般来说，有两种计算手段。,（2）刀具半径补偿方向 对于同一条刀具中心轨迹，刀具的运动方向有两个。沿编程轨迹（零件轮廓）的前进方向看去，如果刀具中心轨迹始终在编程轨迹的左边，则称为左刀补。沿编程轨迹（零件轮廓）的前进方向看去，如果刀具中心轨迹始终在编程轨迹的右边，则称为右刀补。,（3）零件轮廓拐角处的过渡处理 在两段零件轮廓的交点处，刀具半径补偿功能必须进行适当的过渡处理。主要有两种处理方法：直线过渡和圆弧过渡。,圆弧过渡 圆弧过渡可以使刀具中心轨迹或工件轮廓光滑过渡，但在尖角处的加工误差可能变大，尖角不尖。直线过渡 直线过渡在尖角处的加工误差比较小，并且还可以避免刀具在尖角处出现加工停顿现象或刀具干涉现象，但拐角过渡不如圆弧过渡光滑。本课程重点讨论直线过渡的刀具半径补偿算法。,针对刀具半径补偿执行过程中的四个工作阶段，数控系统应该具有四种刀具半径补偿工作状态，这四种状态之间的转换关系如下图所示。,下一个程序段不包含G40功能字,当前程序段不包含G41或G42功能字,非半径补偿状态,刀具半径补偿建立状态,刀具半径补偿进行状态,刀具半径补偿撤消状态,当前程序段包含G41或G42功能字,当前程序段不包含G40功能字且下一个程序段也不包含G40功能字,下一个程序段包含G40功能字,当前程序段包含G40功能字,当前程序段不包含G40功能字但下一个程序段包含G40功能字,刀具半径补偿类型（1）编程轮廓的线型 在刀具半径补偿的处理过程中，当前编程轮廓的线型和下一段编程轮廓的线型都会影响到当前编程轮廓的刀具中心轨迹的转接点计算方法。大多数CNC系统所处理的基本轮廓线型为直线和圆弧，因此当前编程轮廓和下一段编程轮廓的线型组合方式有如下四种：直线接直线、直线接圆弧、圆弧接直线和圆弧接圆弧。,（2）转接方式 拐角 相邻两轮廓于交点处的切线在工件实体一侧的夹角称为拐角。拐角的数值范围为：0 360 当 0 180时，称为外拐角；当180 360时，称为内拐角；,内拐角,外拐角,转接方式 相邻两编程轮廓的拐角数值范围不同，刀具半径补偿的转接过渡方式也有所不同，一般分为三种类型：当 0 90 时，转接方式为插入型；当 90 180时，转接方式为伸长型；当 180 360时，转接方式为缩短型。,在刀具半径补偿执行过程的建立、进行和撤消三个阶段中，均有转接过渡问题，下面以直线接直线为例进行简单介绍。建立阶段的转接方式,进行阶段的转接方式 在刀具半径补偿进行阶段，刀具中心轨迹是距离零件轮廓一个刀具半径的等距线，而在零件轮廓的拐角处，刀具中心轨迹采用伸长型、缩短型或插入型转接过渡方式。,所谓缩短型，是指将零件轮廓的等距线缩短来进行刀具中心轨迹的转接；所谓伸长型，是指将零件轮廓的等距线伸长来进行刀具中心轨迹的转接；所谓插入型，是指在零件轮廓等距线的基础上，再插入若干直线段来进行刀具中心轨迹的转接。缩短型和伸长型的转接点只有一个，就是两条零件轮廓等距线的交点；而插入型转接点个数多于一个，相对复杂一些。,3）刀具长度补偿 当刀具的长度尺寸发生变化而影响工件轮廓的加工时，数控系统应对这种变化实施补偿，即刀具长度补偿。,车床情况 数控车床的刀具结构如右图所示。S：刀尖圆弧圆心；RS：刀尖圆弧半径；P（ZP，XP）：理论刀尖点；F（ZF，XF）：刀架相关点；（ZPF，XPF）：P点相对于F点的坐标。,车刀的刀具长度补偿就是实现刀尖圆弧中心S与刀架相关点F之间的坐标变换。在实际操作中，刀尖圆弧圆心S点相对于 F点的位置偏移量难以直接测量，而理论刀尖点P相对于F点的位置偏移量比较容易测量。因此，一般情况下，我们先测量出理论刀尖点P与刀架参考点F之间的位置偏移量，然后根据情况来考虑是否需要再精确计算出刀尖圆弧中心S与刀架参考点F之间的位置偏移量。通过测量计算得出的这个位置偏移量数值将被存放在数控系统的刀具参数表中。,刀具长度补偿的作用：用于刀具轴向(Z向)的补偿.使刀具在轴向的实际位移量比程序给定值增加或减少一个偏置量.刀具长度尺寸变化时，可以在不改动程序的情况下，通过改变偏置量达到加工尺寸.利用该功能，还可在加工深度方向上进行分层铣削，即通过改变刀具长度补偿值的大小，通过多次运行程序而实现。,2、刀具长度补偿的方法将不同长度刀具通过对刀操作获取差值。通过MDI方式将刀具长度参数输入刀具参数表。执行程序中刀具长度补偿指令。,