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青华模具周文

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编程加工工艺知识

在进行数控编程前，读者必须具备一定的加工工艺知识，例如，数控机床的分类、各种数控机床的加工能力和切削原理、切削刀具的规格和材料、切削参数（主轴转速、进给速度、吃刀量）选择原则、工件材料的切削性能、切削过程中的冷却和公差配合等。只有具备了这些知识，才能编制出合理、高效的数控加工程序。

数控加工的优点

先进的数控加工技术是一个国家制造业发达的标志，利用数控加工技术可以加工很多普通机床不能加工的复杂曲面零件和模具，并且加工的稳定性和精度都会得到很大的保证。总体上说，数控加工与传统加工相比具有以下优点。

（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，并且加工过程是由计算机控制的，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，提高了分辨率，减少了人为和机械误差，因此加工的效率得到很大的提高。

（3）劳动强度低。由于采用了自动控制方式，也就是说切削过程是由数控系统在数控程序的控制下完成，不像传统加工那样利用手工操作机床完成加工。因此，在数控机床工作时，操作者只需要监视设备的运行状态，劳动强度低。

（4）适应能力强。数控机床在程序的控制下运行，通过改变程序即可改变所加工产品，产品的改型快且成本低，因此加工的柔性非常高，适应能力也强。

（5）加工环境好。数控加工机床是机械控制、强电控制、弱电控制为一体的高科技产物，通常都有很好的保护措施，工人的操作环境相对较好。

2 数控机床介绍

数控机床进行加工前，首先必须将工件的几何数据和工艺数据等加工信息按规定的代码和格式编制成数控加工程序，并用适当的方法将加工程序输入数控系统。数控系统对输入的加工程序进行处理，输出各种信号和指令，控制机床各部分按规定有序地动作。最基本的信号和指令包括各坐标轴的进给速度、进给方向和进给位移量，各状态控制的I/O信号等，其工作原理如图1-1所示。

1．数控铣床组成

数控铣床由数控程序、输入输出装置、数控装置、驱动装置和位置检测装置、辅助控制装置和机床本体组成。（1）数控程序

数控程序是数控机床自动加工零件的工作指令，目前常用的称作“G代码”。数控程序是在对加工零件进行工艺分析的基础上，根据一定的规则编制的刀具运动轨迹信息。编制程序的工作可由人工进行。对于形状复杂的零件的程序，则需要用CAD/CAM进行编制。

（2）输入输出装置

输入输出装置的主要作用是进行人机交互和通信。通过输入输出装置，操作者可以输入指令和信息，也可显示机床的信息。通过输入输出装置，也可以在计算机和数控机床之间传输数控代码、机床参数等。

零件加工程序输入过程有两种不同的方式，一种是边读入边加工（DNC）；另一种是一次将零件加工程序全部读入数控装置内部的存储器，加工时再从内部存储器中逐段调出进行加工。

（3）数控装置

数控装置是数控机床的核心部分。数控装置从内部存储器中读取或接收输入装置送来的一段或几段数控程序，经过数控装置进行编译、运算和逻辑处理后，输出各种控制信息和指令，控制机床各部分的工作。

（4）驱动装置和位置检测装置

驱动装置接收来自数控装置的指令信息，经功率放大后，发送给伺服电机，伺服电机按照指令信息驱动机床移动部件，按一定的速度移动一定的距离。

位置检测装置检测数控机床运动部件的实际位移量，经反馈系统反馈至机床的数控装置，数控装置比较反馈回来的实际位移量值与设定值，如果出现误差，则控制驱动装置进行补偿。

（5）辅助控制装置

辅助控制装置的主要作用是接收数控装置或传感器输出的开关量信号，经过逻辑运算，实现机床的机械、液压、气动等辅助装置完成指令规定的开关动作。这些控制主要包括主轴起停、换刀、冷却液和润滑装置的启动停止、工件和机床部件的松开与夹紧等。

（6）机床本体

数控机床的机床本体与传统机床相似，由主轴传动装置、进给传动装置、床身、工作台以及辅助运动装置、液压气动系统、润滑系统、冷却装置等组成。

2．数控铣床的主要功能和加工范围

（1）点定位

点定位提供了机床钻孔、扩孔、镗孔和铰孔等加工能力。在孔加工中，一般会将典型的加工方式编制为固定的程序——称为固定循环，方便常用孔加工方法的使用。

（2）连续轮廓控制

常见的数控系统均提供直线和圆弧插补，高档的数控系统还提供螺旋插补和样条插补，这样就可以使刀具沿着连续轨迹运动，加工出需要的形状。连续轮廓控制为机床提供了轮廓、箱体和曲面腔体等零件的加工。

如图1-3所示的模具型腔是利用3轴联动数控铣加工的典型零件。但并非所有的模具都能由数控铣直接完全加工出来。如图1-4所示的模具型腔的指示部位，由于刀具的限制用数控铣无法加工，还需要使用电火花机或者线切割机加工。

（3）刀具补偿

利用刀具补偿功能，可以简化数控程序编制和提供误差补偿等。

3．数控铣床编程要点

（1）设置编程坐标系

编程坐标系的位置以方便对刀为原则，毛坯上的任何位置均可。

（2）设置安全高度

安全高度一定要高过装夹待加工工件的夹具高度，但也不应太高，以免浪费时间。

（3）刀具的选择

在型腔尺寸允许的情况下尽可能选择直径较大及长度较短的刀具；优先选择镶嵌式刀具，对于精度要求高的部位可以考虑使用整体式合金刀具；尽量少用白钢刀具（因为白钢刀具磨损快，换刀的时间浪费严重，得不偿失）；对于很小的刀具才能加工到的区域应该考虑使用电火花机或者线切割机加工。

（4）加工模型的准备

设置合适的编程坐标系，创建毛坯，修补切削不到的区域（例如，很小的孔和腔、没有圆角的异型孔等）。

总结：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了电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。

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