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数控CNC编程基本要求和理论.doc

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络客教育络客编程的要求及基本理论要想成为一名合格甚至优秀的编程工程师,除了熟练掌握软件的操作外,还需要掌握数控加工工艺知识和模具结构知识,熟悉刀具、数控设备的使用和一些特殊模具结构的工艺要求等。本章重点介绍编程工程师应该具备的素质和数控编程常遇到的问题及解决方法。1.1 编程工程师应具备的素质作为一名数控编程工程师,首先需要对数控铣刀和数控机床的使用非常熟悉,否则一切将是纸上谈兵。编程前,首先要对模型进行分析,如模具的加工需要使用哪些设备,哪些部位数控加工不到而需要拆铜公,应使用多大的刀进行开粗,多大的刀进行精加工(精光),刀具是否足够长或刚度是否达到要求等。1.1.1 刀具的认识与选择1.刀具的认识数控加工刀具必须适应数控机床高速、高效和自动化程度高的特点,一般应包括通用刀具、通用连接刀柄及少量专用刀柄。刀柄要连接刀具并装在机床动力头上,因此已逐渐标准化和系列化。数控刀具的分类有多种方法。根据刀具结构可分为① 整体式;② 镶嵌式,采用焊接或机夹式连接,机夹式又可分为不转位和可转位两种;③ 特殊型式,如复合式刀具、减振式刀具等。根据制造刀具所用的材料可分为① 高速钢刀具;② 硬质合金刀具;③ 金刚石刀具;④ 其他材料刀具,为了适应数控机床对刀具耐用、稳定、易调、可换等要求,近几年络客教育2机夹式可转位刀具得到广泛的应用,在数量上达到整个数控刀具的30~40,金属切除量占总数的 80~90。数控刀具与普通机床上所用的刀具相比,有许多不同的要求,主要有以下特点① 刚性好(尤其是粗加工刀具)、精度高、抗振及热变形小;② 互换性好,便于快速换刀; ③ 寿命高,切削性能稳定、可靠;④ 刀具的尺寸便于调整,以减少换刀调整时间;⑤ 刀具应能可靠地断屑或卷屑,以利于切屑的排除;⑥ 系列化、标准化,以利于编程和刀具 管理。数控铣刀从形状上主要分为平底刀(端铣刀)、圆鼻刀和球刀,如图 1-1 所示。从刀具材料和使用性能上主要分为白钢刀、飞刀和合金刀。在工厂实际加工中,最常用的刀具有D35R5、、 D30R5、 D25R5、D20R0.8 、D17R0.8 、D12、D10、D8、D6 、R5 、R4、R3、R2.5、R2 、 R1.5、R1 和 R0.5 等。 图 1-1 数控铣刀(1)平底刀主要用于粗加工、平面精加工、外形精加工和清角加工。其缺点是刀尖容易磨损,影响加工精度。(2)圆鼻刀主要用于模胚的粗加工、平面精加工和侧面精加工,特别适用于材料硬度高的模具加工,开粗时优先选择圆鼻刀。(3)球刀主要用于非平面的半精加工和精加工。编程小结白钢刀刀条是银白色的,主要用于直壁的加工,其加工特点是转速慢,进给小,但价格便宜;飞刀主要是镶刀粒的镶拼式刀具,刀具刚性好,在数控加工中使用非常广泛,主要用于模胚的开粗、2D 轮廓的半精加工和精加工;合金刀价格昂贵,但加工的效果要比白钢刀和飞刀好,目前其最大的型号是 D12。球刀 圆鼻刀 平底刀络客教育 32.刀具的选择在数控加工中,刀具的选择直接关系到加工精度的高低、加工表面质量的优劣和加工效率的高低。选择合适的刀具并设置合理的切削参数,将可以使数控加工以最低的成本和最短的时间达到最佳的加工质量。总之,刀具选择的总原则是安装调整方便、刚性好、耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下,尽量选择较短的刀柄,以提高刀具加工的刚性。选择刀具时,要使刀具的尺寸与模胚的加工尺寸相适应。如模仁的尺寸是8080,则应该选择 D26R5 或 D26R3.5 等刀具进行开粗;如模仁的尺寸大于100100,则应该选择 D35R5 的飞刀进行开粗;刀具的选择还要考虑机床的功率,如功率小的数控铣床或加工中心,则不能装大于规定使用的刀具。编程员小结(1)刀具直径越大,转速越慢;同一类型的刀具,刀杆越长,吃刀量就要减小,否则容易弹刀而产生过切。( 2) 白 钢 刀 转 速 不 可 过 快 , 进 给 速 度 不 可 过 大 , 光 平 面 时 进 给 率 为 700mm/min 最适 宜 。(3)飞刀的刚性好,吃刀量大,最适合模胚的开粗。另外,飞刀光陡峭面的质量也非常好。(4)飞刀主要是镶刀粒的,没有侧刃,如图 1-2 所示。(5)合金刀刚性好,不易产生弹刀,用于精加工模具的效果最好。(6)合金刀和白钢刀一样有侧刃,精铣铜公直壁时往往使用其侧刃络客教育4图 1-2 飞刀1.1.2 数控设备的认识与使用模具加工中,常用的数控设备有数控铣床、加工中心(数控铣床和加工中心统称为电脑锣)、火花机和线切割机等,如图 1-3 所示。小数控(钻孔攻牙机) 加工中心火花机 线切割机图 1-3 数控设备数控加工中心主要由机身、工作台、主轴、面板和夹具等组成。但并非所有的模具都能由电脑锣直接完全加工出来,有时还需要火花机或线切割机。如图 1-4 所示的模具,由于某些部位用电脑锣无法加工出来,故需要使用火花机进行加工。如图 1-5 所示的模具,为了提高生产效率,也需要使用线切割机进行加工。编程员小结很多数控编程初学者认为无须了解火花机或线切割机,这种想法是非常错误的。因为只有非常清楚地了解火花机和线切割机的加工工艺知识,才能编写出合理刀路,提高生产效率和减少错误。络客教育 5图 1-4 需要电火花的模具 图 1-5 需要线切割的模具1.1.3 模具结构的认识编程者必须对模具结构有一定的认识,如模具中的母模、公模、滑块、斜顶、枕位、碰穿面、擦穿面和流道等。一般情况下母模的加工要求比公模的加工要求高,所以母模面必须加工得非常准确和光亮,该清的角一定要清;但公模的加工就有所不同,有时有些角不一定需要清得很干净,表面也不需要很光亮。另外,模具中一些特殊部位的加工工艺要求不相同,如模具中的角位需要留 0.02mm 的余量抛光;模仁中的碰穿面、擦穿面需要留 0.02mm 的余量用于试模。如图 1-6 所示列出了模具中的一些常见结构。母模图 1-6 模具中常见的结构及名称编程常遇到的问题及解决方法在数控编程中,常遇到的问题有撞刀、弹刀、过切、漏加工、多余的加工、需电火花加工 需线切割加工公模枕位滑块 运水孔定位柱(边锁)络客教育6空刀过多、提刀过多和刀路凌乱等问题,这也是编程初学者急需解决的重要问题。1.2.1 撞刀撞刀是指刀具的切削量过大,除了切削刃外,刀杆也撞到了工件。造成撞刀的原因主要是安全高度设置不合理或根本没设置安全高度、选择的加工方式不当、刀具使用不当和二次开粗时余量的设置比第一次开粗设置的余量小等。下面以图表的方式讲述撞刀的原因及其解决方法,如表 1-4 所示。表 1-4 撞刀原因及解决方法序 号 撞 刀 原 因 图 解 撞刀解决方法1 吃刀量过大减少吃刀量。刀具直径越小,其吃刀量应该越小。一般情况下模具开粗每刀吃刀量不大于 0.5mm,半精加工和精加工吃刀量 更小2 选择不当的加工方式将等高轮廓铣的方式改为型腔铣的方式。当加工余量大于刀具直径时,不能选择等高轮廓的加工方式3 安全高度设置不当(1) 安全高度应大于装夹高度(2) 多数情况下不能选择“直接的”进退刀方式,除了特殊的工件之外提刀中撞到夹具络客教育 74 二次开粗余量设置不当二次开粗时余量应比第一次开粗的余量要稍大一点,一般大 0.05mm。如第一次开粗余量为 0.3mm,则二次开粗余量应为0.35mm。否则,刀杆容易撞到上面的侧壁络客教育8编程员小结除了上述原因会产生撞刀外,修剪刀路有时也会产生撞刀,故尽量不要修剪刀路。撞刀产生最直接的后果就是损坏刀具和工件,更严重的可能会损害机床主轴。1.2.2 弹刀弹刀是指刀具因受力过大而产生幅度相对较大的振动。弹刀造成的危害就是造成工件过切和损坏刀具,当刀径小且刀杆过长或受力过大都会产生弹刀的现象。下面以图表的方式讲述弹刀的原因及其解决方法,如表 1-5 所示。表 1-5 撞刀原因及解决方法序 号 弹刀的原因 图 解 弹刀的解决方法1 刀径小且刀杆过长 改用大一点的球刀清角或电火花加工深的角位2 受力过大(即吃刀量过大)减少吃刀量(即全局每刀深度),当加工深度大于120mm 时,要分开两次装刀,即先装上短的刀杆加工到 100mm 的深度,然后再装上加长刀杆加工100mm 以下的部分,并设置小的吃刀量编程员小结弹刀现象最容易被编程初学者所忽略,因此要引起足够的重视。编程时,应根据切削材料的性能和刀具的直径、长度来确定吃刀量和最大加工深度,以及太深的地方是否需要电火花加工等。刀太长且刀径太小络客教育 91.2.3 过切过切是指刀具把不能切削的部位也切削了,使工件受到了损坏。造成工件过切的原因有多种,主要有机床精度不高、撞刀、弹刀、编程时选择小的刀具但实际加工时误用大的刀具等。另外,如果操机师傅对刀不准确,也可能会造成过切。如图 1-7 所示的情况是由于安全高度设置不当而造成的过切。图 1-7 过切编程员小结编程时,一定要认真细致,完成程序的编制后还需要详细检查刀路以避免过切等现象的发生,否则模具报废甚至机床损坏。1.2.4 漏加工漏加工是指模具中存在一些刀具能加工到的地方却没有加工,其中平面中的转角处是最容易漏加工的,如图 1-8 所示。类似于图 1-8 所示的模型,为了提高加工效率,一般会使用较大的平底刀或圆鼻刀进行光平面,当转角半径小于刀具半径时,则转角处就会留下余量,如图 1-9 所示。为了清除转角处的余量,应使用球刀在转角处补加刀路,如图 1-10 所示。络客教育10图 1-8 平面中的转角处漏加工图 1-9 平面铣加工 图 1-10 补加刀路编程员小结漏加工是比较普遍也是最容易忽略的问题之一,编程者必须小心谨慎,不要等到模具已经从机床上拆下来了才发现漏加工,那将会浪费大量的时间。1.2.5 多余的加工多余的加工是指对于刀具加工不到的地方或电火花加工的部位进行加工,它多发生在精加工或半精加工。有些模具的重要部位或者普通数控加工不能加工的部位都需要进行电火花加工,所以在开粗或半精加工完成后,这些部位就无须再使用刀具进行精加工,否则就是浪费时间或者造成过切。如图 1-11 和图 1-12 所示的模具部位就无须进行精加工。易漏加工的部位
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