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使用数控机床加工零件，最主要的工作就是编制零件的数控加工程序。数控编程过程可以归结为工艺方案的理解、工件装夹、建立坐标系、输入刀具参数、输入数控程序、程序验证、调整和机床操作等几个基本步骤。 数控工艺方案是加工的灵魂，对于一般工件，工艺方案的重点在于提高效率，降低成本。而对于关键件、重要件、复杂工件，工艺方案直接关系到零件的加工质量，编程员应在工艺方案上多下功夫，总结经验，踏实、认真地从每一个细节做起。 在明确目标后，再进行工艺分析，确定相应的工序和工步，以及关键部位的工艺保证措施，同时也应考虑操作者的技能水平，现有工艺装备的配置状况、刀具、量具和设备等因素。 数控程序编制主要工作内容如下： 1．零件数控加工工艺性分析 根据加工零件的设计图纸及相关技术文件，对零件的材料、毛坯种类、形状、尺寸、精度、表面质量以及热处理要求等进行综合分析。 零件设计图定义了零件的几何形状和结构特点、尺寸及其公差、形位公差、技术要求、材料、热处理要求等方面的内容。在进行零件数控编程时，还应了解零件的毛料状态，包括毛料的类型、规格、形状、热处理状态以及硬度等，这两部分构成了加工零件数控加工工艺分析的主要内容，也决定了哪些是零件的技术关键，加工中的难点，数控编程的难易程度。 在利用以上所有原始信息的基础上，综合考虑其他的相关因素，以确定合理的数控加工方案和数控加工方法。初步拟定定位和夹紧基准，合理选择机床，确定加工刀具和切削用量等。 2．数控机床及其控制系统性能分析 数控机床性能分析包括工作台的加工范围、机床主轴转速范围、机床的功率、机床采用的刀柄类型和规格、刀具系统的构成、夹具与机床的连接方式、数控程序输入方式等方面的内容。 首先考虑的是数控机床的工作区域或工作空间能否满足零件的数控加工要求，零件必须安装在夹具里，所以数控机床应该足够大。零件及其工装夹具总的重量也不应超过机床的规定值。 其次，还应该掌握和了解数控机床的额定功率大小、主轴速度和进给速度限定范围、刀位数量、刀具系统以及机床其他附件等方面的内容。通常小型数控机床具有较高的主轴速度和较低的额定功率；而大型机床具有较低的主轴速度和较高的额定功率。 3．数控系统性能分析 数控系统性能分析包括控制系统的类型、坐标系的定义方式、主轴转速范围、进给速度的定义、刀具的识别和编号方法、对圆弧插补的要求、轴的连动方式、拐角控制方法、刀具运动（快速运动、直线运动和圆弧运动）的模式等方面的内容；还包括数控程序的格式，数控程序的语法结构，常见的数控编程指令及其使用规则。 控制系统作为数控机床的核心部分，在进行数控程序规划时，编程员必须对控制系统的标准指令有一个清晰地了解，只有这样，才能使用数控系统的特有功能和科学的编程方法，比如加工循环、子程序、宏指令和其他功能。 建议编程员能够很好地了解数控机床和数控系统，这对于编写高水平、高质量的数控程序非常有用，也更具有创新意义。数控系统功能的有效利用和数控程序的质量，反映了编程员对数控机床及其数控系统功能的了解程度。 一个重要的原因，是编程员在进行零件数控程序规划过程中，当然也包括后续的数控编程，增加了编程员的个人经验和专业知识。 4．零件数控编程数据处理 由于零件设计图主要反映了设计人员的设计思想，在零件的形状特点、尺寸，以及零件表面之间的相互位置关系等方面考虑得多一些。在零件结构上、加工工艺性等方面，很少或没有考虑对加工的影响。这包括以下内容： （1）设计基准转换数据处理表现为零件图上的设计基准由反映设计思想的特征元素——点、线、面组成，也是建立零件坐标系的依据，加工坐标系的建立过程即是将设计基准和零件坐标系联系起来的过程。 加工坐标系作为加工的基准，一是考虑设计基准是否适合建立零件的加工坐标系，即能否根据设计基准来建立；如果不适合，如何进行转换；二是考虑由设计基准确定的加工坐标系，其位置是否方便找正；三是考虑坐标系原点对于数控编程计算是否简单。 （2）零件加工图形处理主要考虑零件的数控加工工艺性，对零件图形进行必要的数学处理和数值计算。具体可以概括为以下内容：简化零件图形提取零件设计图中的曲线和曲面（特征）作为数控加工图形；或者压缩某些与制造无关的特征，例如不需加工及不能加工的特征（如孔、槽、圆角、螺纹等）。 这些特征被压缩后，可明显感觉到编程直观，同时提高运算速度和使刀位轨迹合理。补全零件图形根据零件数控加工的要求，重新构造或补充满足要求的图形。增加一些加工辅助线或辅助面，构建刀具轨迹限制边界。 （3）基点、节点和刀位点的计算表现为零件的轮廓曲线由直线、圆弧、二次曲线等不同的几何元素组成，在编制程序前，必须对加工轨迹的一些坐标值进行计算，作为程序刀位点的输入数据。数据计算包括基点计算、节点计算等。对于复杂的加工曲线和曲面，必须使用计算机辅助计算。 5．数控工艺路线设计 数控工艺路线设计是编程员结合机床具体情况，考虑工件的定位，设计夹具或选用夹具和辅助工装及数控加工方案设计的整个构思过程。 首先确定最终零件的数控加工图形或模型；然后确定零件的加工坐标系，为减少定位误差，加工坐标系应尽量与设计基准重合；最后进行数控加工方案设计，包括加工区域划分、加工路线确定和加工工序设计等方面的内容。 6．编写数控加工程序 根据确定的加工路线、刀具号、切削用量、辅助动作以及数值计算的结果，按照数控机床规定的使用功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序。此外还应附上必要的加工示意图、刀具布置图、机床调整卡、工序卡及必要的说明等。 数控编程的过程是逐步完善数控工艺方案的过程，由于工艺方案是预先设想的，不一定全面，因此在数控编程中要不断调整和改进。 7．数控程序校验 数控程序的验证工作是不可缺少的环节。不能因为时间来不及或思想上的侥幸心理，放弃验证工作。程序校验的主要内容包括： （1）数控程序是否存在语法错误，输入数据是否有效，即数控系统能否识别。 （2）数控程序是否完整、合理。 （3）刀具运动轨迹是否正确。 编好的数控程序通常可以通过在机床显示屏上显示刀具路径即刀具的运动轨迹，来检验程序的正确性。 首件试切削程序校验部分的内容只能证明刀具轨迹运动的正确性，因此要对工件进行首件试切，以检验以下方面的内容： （1）刀具、刀柄与夹具、机床之间是否存在干涉，能否发生碰撞。 （2）选择刀具是否合理，能否满足加工要求，是否存在过切现象。 （3）切削用量是否合理，程序中的主轴转速、进给速度和切削深度等给定数值能否满足加工要求。 根据实际验证的内容如干涉、过切区域，刀具、工件和夹具的刚度和弹性变形情况，以及刀具的磨损情况等因素进行必要的处理和调整。对于加工误差应分析加工误差产生的原因，予以修正，以便最终达到满足零件的精度要求和加工质量的目标。 8．数控文件固化 完成以上工作后，就必须对所有的数控工艺文件进行完善、固化并存档。以下列举了常见的数控工艺文件，这些文件可以根据具体情况加以完善和增减。 （1）数控程序清单。 （2）数控程序文本，也可以为存储介质。 （3）加工路径图。 （4）数控工步卡。 （5）数控工艺规程或工序图表。 （6）操作说明书。 （7）工装清单。 （8）刀具清单。 （9）毛坯图。 （10）零件定位及装夹示意图、操作说明书。 |
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