模块一-数控加工工艺文件的识读课件.ppt
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1、模块一模块一 数控加工工艺文件的识读数控加工工艺文件的识读 0 绪论绪论工作任务1.数控加工车间现场观察数控加工方法和步骤;2.了解数控加工工艺过程及数控加工内容;3.解释数控、数控加工原理、数控加工工艺及数控加工工艺过程的概念.能力目标能力目标 1.了解数控的概念,掌握数控加工原理;2.掌握数控加工工艺的概念,了解数控加工工艺过程;3.了解数控加工工艺的特点及数控加工的内容。一、数控加工工艺概述一、数控加工工艺概述 随着科学技术的飞速发展,机械制造技术发生了深刻的变革,对机械产品的质量和生产率提出了越来越高的要求。尤其是航空、军事、造船等领域所需的零件,精密要求高,形状复杂,批量小。传统的普
2、通机械加工设备已难以适应市场对产品多样化的要求。为了满足上述要求,以数字控制技术为核心的新型数字程序控制机床应运而生。1952年美国帕森斯公司年美国帕森斯公司(Parsons Corperation)受美国空军委托与麻省理工学院伺服机构研究所合作研制生产出第一台工业用数控机床生产出第一台工业用数控机床。从此,数控技术随着计算机技术和微电子技术的发展而迅速发展起来。我国数控机床的研制是从我国数控机床的研制是从1958年开始的年开始的,由清华大学研制出了最早的样机。到目前为止,已自行开发了三轴、四轴和五轴联动的数控系统,新开发的数控机床产品已达到国际上20世纪90年代初期的水平,为国家重点建设提供
3、了一批高水平的数控机床。当今世界各国制造业广泛采用数控技术,以提高制造能力和水平,提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。数控技术及装备是发展数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业的使用技术和最基本的装备,装备工业新兴高新技术产业和尖端工业的使用技术和最基本的装备,装备工业的技术水平和现代化程度,决定着每个国家整个国民经济的水平和现的技术水平和现代化程度,决定着每个国家整个国民经济的水平和现代化程度。代化程度。(一一)数控概念及数控加工原理数控概念及数控加工原理1.数控概念数控概念 (1)数字控制数字控制(Numerical Control,简称,简称NC)。数字控制是一种用数字化信号
4、对控制对象(如机床的运动及其加工过程)进行自动控制的技术。(2)数控技术。数控技术。数控技术是指用数字、字母和符号对某一工作过程进行可编程自动控制的技术。(3)数控系统。数控系统。数控系统是指实现数控技术相关功能的软硬件模块的有机集成系统,是数控技术的载体。(4)计算机数控系统计算机数控系统(Computer Numerical Control,简称,简称CNC)。计算机数控系统是指以计算机为核心的数控系统。(5)数控机床数控机床(NC Machine)。数控机床是指应用数控技术对加工过程进行控制的机床或者装备了数控系统的机床。2.数控加工过程数控加工过程 数控加工就是数控加工就是根据零件图样
5、及根据零件图样及工艺要求等原始工艺要求等原始条件,编制零件条件,编制零件数控加工程序,数控加工程序,并输人数控机床并输人数控机床的数控系统,以的数控系统,以控制数控机床中控制数控机床中刀具与工件的相刀具与工件的相对运动,从而完对运动,从而完成零件的加工。成零件的加工。图0-1 数控加工流程(1)根据零件加工图样进行工艺分析,确定零件的加工方案、工艺参数和位移数据。(2)用规定的程序代码和格式编写零件加工程序单;或用自动编程软件进行CAD/CAM 工作,直接生成零件的加工程序文件。(3)程序的输入或传输。手工编程时,可以通过数控机床的操作面板输入程序;自动编程时,由编程软件生成的程序,通过计算机
6、的串行通信接口直接传输到数控机床的数控单元(Multipoint Control Unit,简称MCU)。(4)按照输入/传输到数控单元的加工程序,进行试运行、刀具路径模拟等。(5)通过对机床的正确操作,运行程序,完成零件的加工。3.数控加工原理数控加工原理CNC系统的数据转换过程如图0-2所示。图0-2 CNC系统的工作过程(1)译码译码 译码是将以文本格式表达的零件加工程序,以程序段为单位转换成刀补处理程序所要求的数据格式,把其中的各种零件轮廓信息(如起点、终点、直线或圆弧等)、加工速度信息(F代码)和其他辅助信息(M、S、T代码等),按照一定的语法规则解释成计算机能够识别的数据形式,并以
7、一定的数据格式存放在指定的内存专用单元中。(2)刀补处理刀补处理 刀具补偿包括刀具长度补偿和刀具半径补偿。通常CNC装置的零件程序以零件轮廓轨迹编程,刀具补偿的作用是把零件轮廓轨迹转换成刀具中心轨迹。目前在比较好的CNC装置中,刀具补偿还包括程序段之间的自动转接和过切削判别,也就是所谓的C刀具补偿。(3)插补计算插补计算 插补的任务是在一条给定起点和终点的曲线上进行数据点的密化。插补程序在每个插补周期运行一次,并根据指令的进给速度计算出一个微小的直线数据段。通常,经过若干次插补周期后,插补加工完一个程序段轨迹,即完成从程序段起点到终点的数据点的密化工作。如图0-3所示为插补示例。图0-3 插补
8、示例(4)PLC控制控制 PLC(Programmable Logic cel1,可编程逻辑单元)控制可以在数控机床运行过程中,以CNC内部和机床各行程开关、传感器、按钮、继电器等开关信号状态为条件,并按预先规定的逻辑关系对主轴的起停、换向,刀具的更换,工件的夹紧、松开,液压、冷却、润滑系统的运行等进行控制。数控加工原理就是将预先编好的加工程序以数据的形式输入数控系统,数控系统通过译码、刀补处理、插补计算等数据处理和PLC协调控制,最终实现零件的加工。1.数控加工工艺概念数控加工工艺概念 数控加工工艺是指数控机床加工零件时所运用各种方法和技术手段的数控加工工艺是指数控机床加工零件时所运用各种方
9、法和技术手段的总和总和。在数控机床上加工零件,首先要根据零件的尺寸和结构特点进行工艺分析,拟定加工方案,选择合适的夹具和刀具,确定每把刀具加工时的切削用量。然后将全部的工艺过程,工艺参数等编制成程序,输入数控系统。整个加工过程是自动进行的,因此程序编程前的工艺分析与设计是一项十分重要的工作。2.工艺过程工艺过程 数控加工工艺过程是利用切削刀具在数控机床上直接加工对象的形状、尺寸、表面位置、表面状态等,使其成为成品或半成品的过程。(1)数控加工工艺内容要求更具体、详细)数控加工工艺内容要求更具体、详细 普通加工工艺上的许多具体的工艺问题,如工步的划分与安排、刀具的几何形状与尺寸、走刀路线、加工余
10、量、切削用量等,在很大程度上由操作人员根据实际经验和习惯自行考虑和决定,工艺人员在设计工艺规程时不必进行过多的规定,零件的尺寸精度可由试切保证。(2)数控加工工艺要求更严密、精确 采用普通加工工艺加工时,可以根据加工过程中出现的问题,比较自由地进行人为调整。采用数控加工工艺加工时,自适应性较差,加工过程中可能遇到的所有问题必须事先精心考虑,否则将导致严重的后果。(3)数控加工零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算)数控加工零件图形的数学处理和编程尺寸设定值的计算 编程尺寸并不是零件图上设计的尺寸的简单再现。在对零件图进行数学处理和计算时,编程尺寸设定值要根据零件尺寸公差要求和零件的形状几何关
11、系重新调整计算,才能确定合理的编程尺寸。(一一)数控加工工艺特点数控加工工艺特点(4)考虑进给速度对零件形状精度的影响)考虑进给速度对零件形状精度的影响 制定数控加工工艺时,选择切削用量要考虑进给速度对加工零件形状精度的影响。在数控加工中,刀具的移动轨迹是由插补运算完成的。根据插补原理分析,在数控系统已定的条件下,进给速度越快,则插补精度越低,导致工件的轮廓形状精度越差。尤其在高精度加工时,这种影响非常明显。(5)强调刀具选择的重要性)强调刀具选择的重要性 复杂形面的加工编程通常采用自动编程方式。自动编程中,必须先选定刀具再生成刀具中心运动轨迹,因此对于不具有刀具补偿功能的数控机床来说,若刀具
12、选择不当,所编程序只能推倒重来。(6)数控加工工艺的特殊要求)数控加工工艺的特殊要求(7)数控加工程序的编写、校验与修改是数控加工工艺的一项特殊内容。)数控加工程序的编写、校验与修改是数控加工工艺的一项特殊内容。(二)数控加工的主要内容(二)数控加工的主要内容一般来说,数控加工主要包括以下几个方面的内容:一般来说,数控加工主要包括以下几个方面的内容:(1)通过数控加工的适应性分析选择并确定进行数控加工零件的内容。通过数控加工的适应性分析选择并确定进行数控加工零件的内容。(2)结合加工表面的特点和数控设备的功能对零件进行数控加工工艺分结合加工表面的特点和数控设备的功能对零件进行数控加工工艺分析。
13、析。(3)进行数控加工工艺设计。进行数控加工工艺设计。(4)根据编程的需要,对零件图形进行数学处理和计算。根据编程的需要,对零件图形进行数学处理和计算。(5)编写加工程序单。编写加工程序单。(6)按照程序单制作控制介质,如穿孔纸带、磁带、磁盘等。按照程序单制作控制介质,如穿孔纸带、磁带、磁盘等。(7)检验与修改加工程序。检验与修改加工程序。(8)首件试加工以进一步修改加工程序,并对现场问题进行处理。首件试加工以进一步修改加工程序,并对现场问题进行处理。(9)编制数控加工工艺技术文件,如数控加工工序卡、程序说明卡、走编制数控加工工艺技术文件,如数控加工工序卡、程序说明卡、走刀路线图等。刀路线图等
14、。1.到数控加工现场观察数控加工过程。2.解释概念部分请参看教材中相关知识准备部分,答案略。1.什么叫数控机床?简述数控加工过程是什么?2.什么叫数控加工工艺?3.简述数控加工工艺的特点和内容是什么?模块一模块一 数控加工工艺文件的识读数控加工工艺文件的识读项目一项目一 切削用量和切削液的选择切削用量和切削液的选择某工厂车工师傅在粗加工一件零件时,他采用了在刀具上产生积屑瘤的加工方法,而在精加工时,他又努力避免积屑瘤的产生,请问这是为什么?在防止积屑瘤方面,你认为能用哪些方法?他在粗、精加工时切削用量如何选择?切削液如何选用?1.学会切削用量参数的计算;2.了解切切削层和削层参数的概念;3.学
15、会分析切屑的折断过程,掌握解决断屑的措施;4.掌握积屑瘤的概念,并分析它对金属加工的影响;5.学会改善工件材料的切削加工性能的方法;6.学会切削用量和切削液选择。(一)切削运动(一)切削运动 金属切削加工就是用金属切削刀具把工件毛坯上预留的金属材料(统称余量)切除,获得图样所要求的零件。在切削过程中,刀具和工件之间必须有相对运动,这种相对运动就称为切削运动。按切削运动在切削加工中的功用不同分为主运动和进给运动。1.主运动主运动 主运动是由机床提供的主要运动,它使刀具和工件之间产生相对运动,从而使刀具前刀面接近工件并切除切削层。它可以是旋转运动,也可以是直线运动。2.进给运动进给运动 进给运动是
16、由机床提供的使刀具与工件之间产生附加的相对运动,加上主运动即可不断地或连续地切除切削层,并得出具有所需几何特性的已加工表面。它可以是连续的运动,也可以是间断运动。图1-1 车削时的运动和工件上的三个表面当主运动和进给运动同时进行时,由主运动和进给运动合成的运动称为合成切削运动如图1-1所示。刀具切削刃上选定点相对工件的瞬时合成运动方向称为合成切削运动方向,其速度称为合成切削速度。合成切削速度e为同一选定点的主运动速度c与进给运动速度f的矢量和,即:e=c+f(二)加工中的工件表面(二)加工中的工件表面1.已加工表面已加工表面 工件上经刀具切削后产生的表面称为已加工表面。2.待加工表面待加工表面
17、 工件上有待切除切削层的表面称为待加工表面。3.过渡表面过渡表面 工件上由切削刃形成的那部分表面称为过渡表面。(三)切削要素(三)切削要素(1)切削速度切削速度vc 在进行切削加工时,切削刃选定点相对于工件主运动的瞬时速度称为切削速度,也可理解为是主运动的线速度,单位为m/min。当主运动为旋转运动时,vc可按下式计算:1000cDnv 式中:D为工件待加工表面或刀具的最大直径(mm);n为主运动的转速(rpm或r/min)。1.切削用量切削用量 (2)进给量进给量(f)刀具在进给方向上相对于工件的位移量称为进给量,可用刀具或工件每转或每行程的位移量来表达或度量(图1-2)。其单位用mm/r或
18、mm/行程(如刨削等)表示。车削时的进给速度vf(单位为mm/min)是指切削刃上选定点相对于工件的进给运动的瞬时速度,它与进给量之间的关系为:ff=n 对于铰刀、铣刀、拉刀等多齿刀具,每转或每行程相对于工件在进给运动方向上的位移量称为每齿进给量,记作fz,单位为mm齿。显然zffz图1-2切削用量三要素(3)背吃刀量ap 又称切削深度,一般指工件已加工表面和待加工表面间的垂直距离,单位为mm。车削外圆柱面的背吃刀量为该次切除余量的一半:2mwpdda式中:dw为工件待加工表面直径(mm);dm 为工件已加工表面直径(mm)。镗孔时:2wmpdda钻削时:2mpda 切削速度vc、进给量f和背
19、吃刀量ap称为切削用量三要素,总称切削用量。2.切削层参数切削层参数切削层是指工件上正在被切削刃切削的一层材料,即两个相邻加工表面之间的那层材料。如图1-3所示。1.车削时切削层参数 工件每转一转,车刀主切削刃移动一个距离f,车刀所切下来的金属层即为切削层。切削层参数包括切削宽度bD、切削厚度hD和切削面积AD。(1)切削宽度bD:刀具主切削刃与工件的接触长度(mm)。若车刀主切削刃与工件轴线之间的夹角为r,则 rpDsinab(2)切削厚度hD:工件或刀具每移动一个进给量f,刀具主切削刃相邻两个位置之间的垂直距离(mm)。车削时:hD=fsin r (3)切削面积AD:工件被切下的金属层沿垂
20、直于主运动方向所截取的面积。其计算公式为 AD=apf=bDhD 可见,当ap和f一定时,AD即确定;而r的大小发生变化时,bD、hD将变化。因此,调整r的大小,可在保证生产率不变的情况下,通过改变切削刃的负荷来改善切削条件。(2)铣削切削层参数铣削切削层参数1)切削层公称厚度hD 在基面内度量的相邻刀齿主切削刃运动轨迹间的距离。hDab=acsinzfsin 2)切削层公称宽度bD 铣削的切削层公称宽度是指主切削刃与工件切削面的接触长度(近似值)。直齿圆柱铣刀铣削的切削层宽度为 bDpa 3)切削层公称横截面积AD 直齿圆周铣削的公称截面面积同样为切削厚度与背吃刀量的积,ADhD bD。图1
21、-3 车削切削层参数 图1-4 铣削切削层参数 二、金属切削过程的基本规律二、金属切削过程的基本规律(a)(b)(c)(d)图1-5 切屑类型(a)带状切屑 (b)挤裂切屑(c)单元切屑(d)崩碎切屑此类切屑的特点是形状为带状,内表面比较光滑,外表面可以看到剪切面的条纹,呈毛茸状。挤裂切屑形状与带状切屑差不多,不过它的外表面呈锯齿形,内表面一些地方有裂纹。(1(1)(2(2)挤裂切屑)挤裂切屑 (3(3)单元切屑单元切屑 在切削速度很低,切削厚度很大情况下,切削钢以及铅等材料时,由于剪切变形完全达到材料的破坏极限,切下的切削断裂成均匀的颗粒状,则成为梯形的单元切屑。(4(4)此类切屑为不连续的
22、碎屑状,形状不规则,而且加工表面也凹凸不平。主要在加工白口铁、高硅铸铁等脆硬材料时产生。1.切屑的类型切屑的类型(a)(b)图1-6 切屑折断过程(a)弯曲 (b)折断3.断屑措施断屑措施(1)磨制断屑槽)磨制断屑槽 磨制断屑槽是焊接硬质合金车刀常用的一种断屑方式。如图1-7所示是几种常用的断屑槽型式:直线圆弧型,直线型,全圆弧型。(a)(b)(c)图1-7 断屑槽型式(a)直线圆弧型 (b)直线型 (c)全圆弧型表表1-1 断屑槽宽度断屑槽宽度LBn(a)(b)(c)图1-8 断屑槽前刀面所处位置(a)平行式(b)外斜式(c)内斜式断屑槽在前刀面的位置有三种型式:(a)平行式;(b)外斜式;
23、(c)内斜式。其中外斜式最常用,平行式次之。内斜式主要用于背吃刀量ap较小的半精加工和精加工。切削用量的变化对断屑产生影响,选择合适的切削用量,能增强断屑效果。在切削用量参数中,进给量对断屑影响最大。进给量增大,切屑厚度也增大,碰撞时容易折断。切削速度和背吃刀量对断屑影响较小,不过,背吃刀量增加,断屑困难增大;切削速度提高,断屑效果下降。(3)选择合适刀具几何参数)选择合适刀具几何参数 在刀具几何参数中,对断屑影响较大的是主偏角r。因为在进给量不变的情况下,主偏角增大,切屑厚度相应增大,切屑也容易折断。因此,在生产中希望有较好的断屑效果时,一般选取较大的主偏角,一般r6090。刃倾角s的变化对
24、切屑流向产生影响,因而也影响断屑效果。刃倾角为s时,切屑流向已加工表面折断;刃倾角为s时,切屑流向待加工表面折断,如图1-8所示。金属在加工过程中会发生剪切和滑移,图1-9表示了金属的滑移线和流动轨迹,其中横向线是金属流动轨迹线,纵向线是金属的剪切滑移线。图1-10表示了金属的滑移过程。由图可知,金属切削过程的塑性变形通常可以划分三个变形区,各区特点如下:(1)第一变形区)第一变形区 切削层金属从开始塑性变形到剪切滑移基本完成,这一过程区域称为第一变形区。由图1-10所示,在金属切削过程中,切削层中金属一点P不断向刀具切削刃移动,当此点进入OA线时,发生剪切滑移,P点向2、3等点流动的过程中继
25、续滑移,当进入OM线上4点时这种滑移停止,-2,-3,-4为各点相对前一点的滑移量。此区域的变形过程可以通过图1-10形象表示,切削层在此区域如同一片片相叠的层片,在切削过程中层片之间发生了相对滑移。OA与OM之间的区域就是第一变形区。图1-9 金属切削过程中滑移线与流线 图1-10 第一变形区金属滑移 (2)第二变形区)第二变形区 产生塑性变形的金属切削层材料经过第一变形区后沿刀具前刀面流出,在靠近前刀面处形成第二变形区。如图1-9所示变形区。图1-11显示了发生粘结现象时的摩擦状况。由图可知,根据摩擦状况,切屑接触面分为两个部分:粘结部分为内摩擦,这部分的单位切向应力等于材料的屈服强度s;
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