模具制造与数控加工

9. 机床原点与编程零点 机床原点：指机床上一个固定不变的 极限点。即机床坐标系的原点。由生 产厂家确定。 编程零点：一般情况下，编程零点即 编程人员在计算坐标值时的起点，编 程人员在编制程序时不考虑工件在机 床上的安装位置，只是根据零件的特 点及尺寸来编程，因此，对于一般零 件，工件零点就是编程零点。
7. 对刀点、换刀点 对刀点：在数控机床加工零件时，刀 具相对于工件运动的起点运动。由于 程序段从该点开始执行，所以对刀点 又称为“程序起点”或“起刀点”。 对刀 点既是程序的起点，也是程序的终点。 换刀点：加工过程需要换刀时，应规 定换刀点。换刀点是刀架转位换刀时 的位置。
8. 两轴加工、两轴半加工与三轴加工 两轴加工：机床坐标系的X和Y轴两轴联动， 而Z轴固定，机床在同一高度下对工件进行切 削。两轴加工适宜于铣削平面图形。 两轴半加工: 两轴半加工在两轴的基础上增加 了Z轴的移动，当机床的X、Y轴固定时，Z轴 可以上下移动。利用两轴半可以实现分层加 工，每层在同一高度上进行两轴加工，层间有 Z向移动。 三轴加工：机床坐标系的X、Y、Z三轴联动。 三轴加工适合于进行各种非平面图形，即一般 曲面的加工。
二、数控编程常用方法
手工编程：编制零件数控加工程序的各个步骤均由人 工完成。 自动编程：利用计算机来完成数控加工程序的编制。 按照操作方式的不同，自动编程方法分为APT语言编 程和图像编程。 ① APT语言编程：编程人员利用该语言书写零件程序， 将其输入计算机，经计算机APT编程系统编译，产生 数控加工程序（.nc）。 ② 图像编程：以图形要素为输入方式，不需要数控语言。 零件几何形状的输入、刀具相对于工件的运动方式的 定义、加工过程的动态仿真显示、刀位验证、数控加 工程序的生成等均在图形交互方式下进行。
10. 数控加工与数控编程 数控加工：首先必须根据零件图 样及工艺要求等原始条件编制数 控加工程序，输入数控系统。控 制数控机床中刀具与工件的相对 运动，以完成零件的加工。 数控编程：从零件图样到获得数 控加工程序的全过程，称为数控 编程。
盖 板 手 工 编 程 与 自 动 编 程 实 例
六 、 数 控 编 程 举 例 —— ——
第二节 数控编程技术基础
一、数控编程一般步骤 ① 分析零件图样和工艺处理（确定加工方案、工夹具 的选择、选择编程原点和编程坐标系、选择合理的 走刀路线、合理选择刀具、确定合理的切削用量） ② 数学处理：根据零件的几何尺寸和加工路线，计算 刀具中心运动轨迹，以获得刀位数据。 ③ 编写零件加工程序单 ④ 制备控制介质。控制介质的种类如下：①穿孔纸带： 目前常用8单位和5单位穿孔纸带；②数据磁带；③ 软磁盘。 ⑤ 程序检验与首件试切。
五、数控编程基本概念
1．机床坐标系、坐标轴方向 机床坐标系（标准坐标系）：机床的动作是由 数控系统发出的指令来控制的。为了确定机床 的运动方向、移动距离，就要在机床上建立一 个坐标系，这个坐标系叫做机床坐标系（标准 坐标系）。数控机床上的坐标系采用的是右手 直角笛卡儿坐标系。
图6-1 XK5040A型数 控铣床布局图 Z方向：Z轴平行于主 轴轴线。其正方向 为增大工件与刀具 之间距离的方向。 X方向：X轴水平，当 从刀具主轴向立柱 看时，X运动的正 方向指向右。 Y方向：Y轴根据右手 直角笛卡儿坐标系 判断。
二、模具制造的主要加工方法
1. 机械加工 2. 特种加工（电加工） 3. 塑性加工（主要指冷挤压制模法） 4. 铸造加工 5. 焊接加工 6. 数控加工
三、数控加工的特点及应用 1. 数控加工的特点 ① 加工精度高、加工质量稳定 ② 加工生产效率高 ③ 对零件加工适应性强 ④ 有利于生产管理
2. 数控加工的适用范围
2．工件坐标系 工件坐标系：工件坐标系是用来确定工件几何 形体上各要素的位置而设置的坐标系，工件坐 标系的原点即为工件零点。工件零点的位置是 任意的，它由编程人员根据零件的特点而定。 在机床上可以任意设置若干个工件坐标系。 当工件坐标系设定后，如果在程序中写成： G90G54X30.0Y40.0时，机床就会向预先设定 的G54工件坐标系中的A 点（30.0，40.0）处 移动。同样，如果在程序中写成： G90G59X30.0Y40.0时，机床就会向预先设定 的G59工件坐标系中的B 点（30.0，40.0）处 移动。
6. 刀具长度补偿与半径补偿 在目前CNC系统中，一般都具有刀具长度补偿与半径补 偿功能。 刀具长度补偿：在数控系统中，刀具长度一般都无须 考虑。程序运动假设机床主轴轴端相对于工件运动。 在加工前，采用对刀仪测量刀尖（或刀心）到刀柄与 主轴轴端基础基准的长度（即刀具长度），并将刀具 长度值输入CNC系统的刀具寄存器中，当该刀具被采 用时，CNC系统自动进行刀具长度补偿，使刀尖（或 刀心）沿程序要求的轨迹移动。 刀具半径补偿：在轮廓加工过程中，由于刀具总有一 定的半径，刀具中心的运动轨迹并不等于所需加工零 件的实际轮廓。在进行内轮廓加工时，刀具中心偏移 零件的内轮廓表面一个刀具半径值。在进行外轮廓加 工时，刀具中心偏移零件的外轮廓表面一个刀具半径 值。这种偏移习惯上称为刀具半径补偿。
四、数控加工编程技术的发展概况
（一）数控加工编程技术的发展 APT语言 图形化 一体化 集成化、智能化
（二）数控加工NC（Numerical Control）刀具 轨迹生成方法研究发展的现状 1. 基于点、线、面和体的NC刀具轨迹生成方法 CAD技术从二维绘图起步，经历了三维线框、 曲面和实体造型发展阶段，一直到现在的参数 化特征造型。 在二维绘图与三维线框阶段，数控加工主要以 点、线为驱动对象，如孔加工，轮廓加工，平 面区域加工等。在曲面和实体造型发展阶段， 出现了基于实体的加工。 实体加工一般有实体轮廓加工和实体区域加工 两种。
5. 刀具轨迹与刀位点 刀具轨迹：是系统按给定工艺要求生成 的、对给定加工图形进行切削时刀具行 进的路线，系统以图形方式显示。刀具 轨迹由一系列有序的刀位点和连接这些 刀位点的直线（直线插补）或圆弧（圆 弧插补）组成。 刀位点：指车刀、镗刀的刀尖；钻头的 钻尖；立铣刀、端铣刀刀头底面的中 心；球头铣刀的球头中心。
2. 基于特征的NC刀具轨迹生成方法 特征加工使数控编程人员不再对那些低层次的 几何信息（如：点、线、面、实体）进行操 作，而转变为直接对符合工程技术人员习惯的 特征进行数控编程，大大提高了编程效率。 特征加工有利于实现从CAD、CAPP及CNC系统 的全面集成，实现信息的双向流动，为CIMS 乃至并行工程（CE）奠定良好的基础；而实 体加工对这些是无能为力的。
形状复杂，加工精度要求高，用通用机床无法 加工或虽然能加工但很难保证产品质量的零 件； 复杂曲线轮廓或复杂曲面的零件； 难测量、难控制进给、难控制尺寸的具有内腔 的壳体或盒形零件； 必须在一次装卡中合并完成铣、镗、锪、铰或 攻丝等多道工序的零件； 在通用机床上必须有复杂专用工装的零件。
3. 数控加工在模具制造中的应用
三、数控编程加工基本原理
1. 插补运算 在数控机床上加工直线或圆弧，实质上是数 控装置根据有关的信息指令进行“数据密化”的 工作。通常把这种填补空白的“数据密化”工作 称为插补，把计算插点的运算称为插补运算， 把实现插补运算的装置叫做插补器。
逐点比较法图示
2．平面轮廓的加工 一个零件的轮廓往往由许多不同的几何元素 所组成，如直线、圆弧、二次曲线、螺旋线等。 目前一般的数控机床均具有直线和圆弧插补功 能。可以用若干直线段或圆弧段来逼近给定的 曲线。 3．曲面轮廓的加工 立体曲面可以根据编程允差，将曲面分割成 不同的加工截面。各加工截面一般采用二轴半、 三轴、四轴、五轴等插补联动加工。
3．编程方式
编程有两种方式： ① 绝对编程方式：终点的位置是由所 设定的坐标系的坐标值所给定的， 指令代码为G90。 ② 相对编程方式：终点的位置是相对 前一位置的增量值及移动方向所给 定的，指令代码为G91。
4．数控程序的构成 数控程序是为使机床运转而给数控装置的一系 列指令的集合所构成的。程序由程序段构成， 每个程序段由字和“;”构成。而字由地址符（由 英文字母A~Z构成）和数值构成。 例： O0001 程序号,由O字母加4位数值表示 N01 G92 X-25.0 Y10.0 Z40.0; 以下为程序段 N02 G90 G00 Z16.0 S300 M03; ┇ N12 G00 G40 X-25.0 Y10.0 Z40.0 M09; N13 M30;
2. 手工编程加工程序与分析 现按轮廓编程，各基点和圆心坐标 如下： A(0,0) B(0,40) C(14.96,70) D(43.54,70) E(102,64) F(150,40) G(170,40) H(170,0) O1(70,40) O2(150,100)
四、数控系统简介
数控系统是数控机床和数控编程的核 心部分。用户在编写数控加工程序之 前，必须清楚地了解机床数控系统的 功能，只有这样才能编写出正确的加 工程序来。常见的数控系统类型有许 多种，比如FUNUC、SIEMENS等。
1. FUNUC-6M、6T数控系统
FUNUC-6M数控系统的主要功能： ① 控制轴：X、Y、Z三轴和A、B、C三个辅助轴中的 一个，可控制4轴，实现三轴联动。 ② 加工功能（G代码）参见表6-1。 ③ 辅助功能（M代码）参见表6-2。 ④ 最小设定单位：公制为0.001mm,英制为0.0001in, 角度为0.001°。 ⑤ 外部设备：8单位纸带阅读机，采用RS-232C接口 功能后可以实现打印输出。 ⑥ 具有刀具长度补偿和刀具半径补偿功能，可以实现 直线、圆弧插补和一些固定加工功能。
表6-1 G指令一览表（精简）
代码 G00 G01 G02 G03 G40 G41 G42 G90 G91 意义 快速进给、定位 直线插补 圆弧插补 CW（顺时针） 圆弧插补 CCW（逆时针） 刀径补偿取消 左刀径补偿 右刀径补偿 绝对方式指定 相对方式指定
表6-2M代码及功能
M00 M01 M02 M03 M04 M05 M08 程序停止 选择程序 程序结束 主轴正转 主轴反转 主轴停转 开切削液 M09 M21 M22 M23 M30 M98 M99 停切削液 X轴镜像 Y轴镜像 镜像取消 程序结束 调用子程序 子程序结束