第三章 数控加工关键技术的研究
3.1 数控编程的定义
生成数控机床进行零件加工的数控程序的过程，称为数控编程（NC programming），有时也称为零件编程（part programming）。
数控编程可以手工完成，即手工编程（manual programming），也可以由计算机辅助完成，即计算机辅助数控编程（computer aided NC programming）。
采用计算机辅助数控编程需要一套专用的数控编程软件，现在数控编程软件主要分为批处理命令方式为主的各种类型的APT语言和以CAD/CAM软件为基础的图形交互式自动编程如UG软件、CATIA软件等。
3.2 数控编程的基本知识
1.机床、造型、编程坐标系
1）机床坐标系、编程坐标系和造型(建模)坐标系三者之间既有联系又有区别,均符合右手规则。
坐标系右手原则（图3-1）：
图 3-1 右手原则 床坐标系(XncYncZnc)：数控机床本身的坐标系，其方向由生产商设定, 原点在机床安装调试中设置 ，一般不做更改。机床坐标系（图3-2）：
图3-2 机床坐标系
2）造型坐标系(XYZ) ：设计人员在利用计算机建模时设定的坐标系，其方向原点无任何限制。为了便于编程计算和检查加工程序, 尽量使造型坐标系和编程坐标系重合。
3）编程坐标系(XmYmZm)：工艺人员在编程时设定的坐标系，其方向必须与机床坐标系一致。
零件的找正： 调整零件的装夹方向使编程坐标系与机床坐标系平行,并找出零件编程坐标系原点OM在机床坐标系XNCYNCZNC 中的坐标位置的过程,为零件的找正。编程原点坐标值可记入机床的专用指令（G54~G59）,自动实现两坐标间的转换。如图3-3所示 。
图3-3 加工坐标系
确定编程坐标原点Om在加工坐标系中坐标的过程称为找正。
2.加工精度的影响因素
1）普通机床：操作者根据工艺规范，制定出加工路线，靠手工 操作和经验完成。零件精度由机床和操作工人水平决定。
2） 自动仿形：控制依靠凸轮、挡块或靠模实现。零件精度由机床和辅助工装决定。
3）NC机床：工序、走刀路线的规划、进给、转速、开停等均由程序控制。零件精度由机床、编程和操作人员水平决定。
3.数控加工的工具–刀柄与刀具
1）刀柄：主轴与刀具的联系环节, 用以夹持刀具
作用：夹持刀具、传递扭矩
分类：（1）普通刀柄
（2）液压刀柄
（3）热胀刀柄
2）刀具的类型
铣刀类型：平底刀 球头刀 环形刀
锥形刀 鼓形刀等
刀具的旋向：刀具是右旋的
3）刀位点：刀具的基准点－刀尖或刀心 如图3-4
图3-4刀位点
2)刀具长度补偿
刀具长度补偿（刀长补偿）：数控系统允许修改刀具的实际长度值，从而使刀具实际加工的位置比理论位置抬高或下降一高度，把数控系统的这一功能称之为刀具长度补偿功能。
优点：可方便实现零件的分层加工，简化编程。
5.数控加工的过程：如图3-7
图3-7 加工流程图
3.3数控编程的工艺处理
1.认真分析零件图纸，明确加工内容和技术要求
（1）加工部位。
（2）精度要求（决定加工方案）：公差、对称度、同心度、表面粗糙度等。
（3）加工基准----要求加工基准能够找正, 否则必须采取特殊的工艺措施。
（4）毛坯状态----铸件、锻件、焊接件、材料类别。
2.制定加工方案，选择加工机床类型
在满足精度和工期的要求下, 尽可能选用低坐标数的低成本NC机床完
成加工任务。
3.确定零件的装夹方式
（1）夹具的作用：将零件固定在工作台上以进行加工。
（2）选择夹具时注意事项：保证加工零件时的开敞性和稳定性。
（3）夹具的类型：
a.组合夹具：可根据被加工零件的特点由通用元件拼装组合出不同类型的夹
具。
优点: 重复使用、效率高、生产准备周期短。
b.真空(磁力)平台装夹：零件与工作台间抽真空，形成压紧力。
优点:装夹快，工件夹持均匀，开敞性好。
c.专用夹具：为加工某种零件而特制的夹具。
4.确定加工坐标系原点
(1)坐标系原点定义：
加工坐标系原点是数控加工中刀具运动的基准点。程序中刀位点的坐
标计算以该点为基准，所以也称为程序原点。
它可以设在零件面上、夹具表面上或机床工作台面上，但必须与零件
的定位基准有已知的准确关系。程序原点应尽量选择在零件的设计基准或
工艺基准上。
(2)确定原则：
●便于数学处理，简化程序
●机床上易找正
●加工过程易于检查
5.走刀路线的选择
1)走刀路线的规划
走刀路线是指数控加工过程中刀位点相对于被加工工件的运动轨迹。
走刀路线的分类：
（1）之字形 Zig-zag
（2）回字形 Follow periphery
（3）单行 Zig
2)走到路线的选择
走刀路线是指数控加工过程中刀位点相对于被加工工件的
运动轨迹。
（1）确定走刀路线的原则：
a. 保证零件的加工精度和光洁度
b. 方便数值计算，减少程序段数
c. 缩短走刀路线，减少空程
d. 易于增加零件刚性
e．尽量避免刀具在加工中向下
f. 刀具轨迹变化尽量做到平缓
g. 精加工最好采用顺铣
（2) 逆铣和顺铣
定义：
逆铣:如果刀具的切削方向和刀具的前进方向相同;
顺铣:如果刀具的切削方向和刀具的前进方向相反。
顺逆铣的加工特点：
逆铣：一般加工啃刀，加工易产生过切；
顺铣：一般加工让刀，加工不到位。
6.刀具的选择
数控加工对刀具的要求很高。不仅要刚度好、精度好，还要使用寿命长。
材料: 优质高速钢,硬质合金,耐磨涂层,陶瓷材料等
类别: 种类繁多
（1）整体刀具：如立铣刀用于铣削平面零件的周边轮廓，球头刀、环形刀、
鼓形刀和锥形刀用于数控加工型面。
（2）可转位刀具：刀体与刀片分开，刀片一般采用粉末压铸而成，并带有涂
层（CVD，PVD，金属陶瓷，PCBN）。
（3）刀具的选择原则：
a.刀具半径R应小于零件
内轮廓的最小曲率半径，约为 (0.8~0.9）Rmin。
b.切削深度取(1/4～1/2)D，以保证刀具有足够的加工刚度。
7.确定加工用量
第四章航空多腔类典型零件加工的研究
本章研究的主要内容：加工方法的选择、刀具路径的优化、几何参数和刀具参数的选择，以提高加工精度和切削效率。从而制定出一套切实可行的三轴型面加工方法。 本论文使用一个航空多腔类典型零件模型进行研究，下图为航空多腔类典型零件的零件图（图4-1）以及毛坯图（图4-2）。
4.6 零件凹槽内扫描加工（Sweeping）
单击插入，Machining Operations→Sweeping Operations→Sweeping，弹出对话框Sweeping.2
1.几何参数定义
菜单下选择限制线，出现如图4-22所示对话框，选零件凹槽的外轮廓，单击按钮，确认线圈是封闭的，选择结果如图4-23所示，确定。
4.9 零件凹槽内凸台精加工（Facing）
插入→Machining Operations→Facing，
弹出对话框Facing.3。
1.刀具路径定义
菜单下，Tool path style改为One way
菜单中，Mode选Tool diameter ratio，Percentage of tool diameter为50。
菜单中，Mode选Number of levels，1层
2.几何参数定义
菜单下，定义模型加工面，选择零件最高外表面，如图4-43所示。
图 4-43 加工区域
3.刀具参数定义
刀具菜单下，换第一把定义的刀，T1 End Mill D 30。
4.进刀退刀路径定义
菜单下Approach，Mode为Build by user，选回到安全平面如图4-44所示。
