【正文】 交互式 CAD/CAM 集成系統(tǒng)自動編程是現(xiàn)代 CAD/CAM 集成系統(tǒng)中常用的方法，在編程時(shí)編程人員首先利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)或自動編程軟件本身的零件造型功能，構(gòu)建出零件幾何形狀，然后對零件圖樣進(jìn)行工藝分析，確定加工方案，其后還需利用軟件的計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)功能，完成工藝方案的制訂、切削用量的選擇、刀具及其參數(shù)的設(shè)定，自動計(jì)算并生成刀位軌跡文件，利用后置處理功能生成指定數(shù)控系統(tǒng)用的加工程序。因此我們把這種自動編程方式稱為圖形交互式自動編程。這種自動編程系統(tǒng)是一種 CAD 與 CAM 高度結(jié)合的自動編程系統(tǒng)。 集成化數(shù)控編程的主要特點(diǎn)：零件的幾何形狀可在零件設(shè)計(jì)階段采用 CAD/CAM 集成系統(tǒng)的幾何設(shè)計(jì)模塊在圖形交互方式下進(jìn)行定義、顯示和修改， 最終得到零件的幾何模型。編程操作都是在屏幕菜單及命令驅(qū)動等圖形交互方式下完成的，具有形象、直觀和高效等優(yōu)點(diǎn)。 數(shù)控編程的基礎(chǔ)數(shù)控機(jī)床是一種用計(jì)算機(jī)來控制的機(jī)床。用來控制機(jī)床的計(jì)算機(jī)，不管是專用計(jì)算機(jī)還是通用計(jì)算機(jī)，都統(tǒng)稱為數(shù)控系統(tǒng)。數(shù)控機(jī)床的運(yùn)動和輔助凍動作均受控于數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出的指令。而數(shù)控系統(tǒng)的指令是由程序員根據(jù)材料的材質(zhì)、加工要求、機(jī)床的特性和系統(tǒng)所規(guī)定的指令格式編制的。任何一種數(shù)控機(jī)床，在其數(shù)控系統(tǒng)中若沒有輸入程序指令，數(shù)控機(jī)床就不能工作。數(shù)控系統(tǒng)的種類繁多，它們使用的數(shù)控程序語言規(guī)則和格式也不盡相同。 編程的幾何基礎(chǔ) 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不論機(jī)床的具體運(yùn)動結(jié)果如何，機(jī)床的運(yùn)動統(tǒng)一按工件靜止而刀具相對于工件運(yùn)動來描述，并以右手笛卡爾坐標(biāo)系表達(dá)，其坐標(biāo)軸用 X，Y，Z 表示，用來31描述機(jī)床的主要平動軸，稱為基本坐標(biāo)軸，若機(jī)床有轉(zhuǎn)動軸，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定繞 X，Y 和 Z 軸轉(zhuǎn)動的軸分別用 A、B、C 表示，其正向按右手螺旋定則確定。 機(jī)床坐標(biāo)系為了確定機(jī)床的運(yùn)動方向和移動距離，就要在機(jī)床上建立一個(gè)坐標(biāo)系，該坐標(biāo)系就叫機(jī)床坐標(biāo)系，也叫標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)系。 機(jī)床上固有的坐標(biāo)系數(shù)控機(jī)床的主軸與機(jī)床坐標(biāo)系的 Z 軸重合或平行圖 51 機(jī)床坐標(biāo)系的判定原則 機(jī)床零點(diǎn)與參考點(diǎn) 機(jī)床零點(diǎn)：機(jī)床坐標(biāo)系的零點(diǎn)。 （基準(zhǔn)點(diǎn)）參考點(diǎn)：機(jī)床上的一個(gè)固定點(diǎn)，用于對機(jī)床工作臺、滑板與刀具相對運(yùn)動的測量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定和控制。其位置由機(jī)械擋塊或行程開關(guān)來確定。機(jī)床參考點(diǎn)對機(jī)床原點(diǎn)的坐標(biāo)是一個(gè)已知定植，也就是說，可以根據(jù)機(jī)床參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值來確定機(jī)床原點(diǎn)的位置。在機(jī)床接通電源后，通常都要做回零操作，使刀具或工作臺退離參考點(diǎn)。當(dāng)回零操作完成后，顯示器即顯示出機(jī)床參考點(diǎn)在機(jī)床坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值，表明機(jī)床坐標(biāo)系以自動建立?？梢哉f回零操作是對基準(zhǔn)的重新核定，可消除由于種種原因產(chǎn)生的基準(zhǔn)偏差。機(jī)床參考點(diǎn)已由機(jī)床制造廠測定后輸入數(shù)控系統(tǒng)，并且記錄在機(jī)床說明書中，用戶不得更改。 工件坐標(biāo)系與工件零點(diǎn) 工件坐標(biāo)系是由編程人員根據(jù)零件圖樣及加工工藝，以零件上某一固定點(diǎn)為原點(diǎn)建立的坐標(biāo)系，又稱為編程坐標(biāo)系。32工件坐標(biāo)系一般供編程使用。確定工件坐標(biāo)系時(shí)，不必考慮工件在機(jī)床上的實(shí)際裝夾位置。工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)稱為工件原點(diǎn)或編程原點(diǎn)。工件原點(diǎn)在工件上的位置可任意選擇，但一般應(yīng)遵循以下原則：工件原點(diǎn)選在工件圖樣的設(shè)計(jì)基準(zhǔn)或工藝基準(zhǔn)上，以利于編程。工件原點(diǎn)盡量選在尺寸精度高、粗糙度值低的工件表面上。工件原點(diǎn)最好選在工件的對稱中心上。要便于測量和檢驗(yàn)。用于確定工件幾何圖形上各幾何要素的位置而建立的坐標(biāo)系選擇工件零點(diǎn)的原則：便于將工件圖的尺寸方便地轉(zhuǎn)化編程的坐標(biāo)值和提高加工精度 編程零點(diǎn)是程序中人為采用的零點(diǎn)，一般取工件坐標(biāo)系原點(diǎn)為編程零點(diǎn)。對形狀復(fù)雜的零件，需要編制幾個(gè)程序或子程序。為了編程方便，減少坐標(biāo)值的計(jì)算量，編程零點(diǎn)就不一定設(shè)在工件原點(diǎn)上，而是設(shè)在便于程序編制的位置。 絕對尺寸與增量尺寸若所有坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)值均從某一固定的坐標(biāo)原點(diǎn)計(jì)算，則稱之為絕對尺寸。若運(yùn)動軌跡的終點(diǎn)坐標(biāo)是相對于線段的起點(diǎn)來計(jì)量，則稱之為增量尺寸。從工件坐標(biāo)系的原點(diǎn)進(jìn)行標(biāo)注的尺寸相對它前一點(diǎn)的位置增量進(jìn)行標(biāo)注的尺寸 編程的工藝基礎(chǔ)工藝設(shè)計(jì)是對工件進(jìn)行數(shù)控加工的前期準(zhǔn)備工作，它必須在程序編制工作之前完成。因此只有在工藝設(shè)計(jì)方案確定以后，編程才有依據(jù)。否則，由于工藝方面的考慮不周，將可能造成數(shù)控加工的錯(cuò)誤。工藝設(shè)計(jì)不好，往往要成倍增加工作量，有時(shí)甚至要推倒重來?？梢哉f，數(shù)控加工工藝分析決定了數(shù)控程序的質(zhì)量。因此，編程人員一定要先把工藝設(shè)計(jì)做好，不要先急于考慮編程。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中的經(jīng)驗(yàn)，數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)主要包括下列內(nèi)容：(1)選擇并決定零件的數(shù)控加工內(nèi)容。(2)零件圖樣的數(shù)控加工分析。(3)數(shù)控加工的工藝路線設(shè)計(jì)。(4)數(shù)控加工工序設(shè)計(jì)。(5)數(shù)控加工專用技術(shù)文件的編寫。數(shù)控加工專用技術(shù)文件不僅是進(jìn)行數(shù)控加工和產(chǎn)品驗(yàn)收的依據(jù)，也是需要操作者遵守和執(zhí)行的規(guī)程，同時(shí)還為產(chǎn)品零件重復(fù)生產(chǎn)積累了必要的工藝資料，并進(jìn)行了技術(shù)儲備。這些由工藝人員做出的工藝文件是編程員在編制加工程序單時(shí)所依據(jù)的相關(guān)33技術(shù)文件。編寫數(shù)控加工工藝文件也是數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)的內(nèi)容之一。不同的數(shù)控機(jī)床，工藝文件的內(nèi)容也有所不同。一般來講，數(shù)控銑床的工藝文件應(yīng) 包括：(1)編程任務(wù)書。(2)數(shù)控加工工序卡片。(3)數(shù)控機(jī)床調(diào)整單。(4)數(shù)控加工刀具卡片。(5)數(shù)控加工進(jìn)給路線圖。(6)數(shù)控加工程序單。其中以數(shù)控加工工序卡片和數(shù)控刀具卡片最為重要。前者是說明數(shù)控加工順序和加工要素的文件；后者是刀具使用的依據(jù)。為了加強(qiáng)技術(shù)文件管理，數(shù)控加工工藝文件也應(yīng)向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化方向發(fā)展。但目前尚無統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，各企業(yè)可根據(jù)本部門的特點(diǎn)制訂上述有關(guān)工藝文件。34第六章 刀具及切削用量的選擇 刀具種類 一、車刀的結(jié)構(gòu)機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀是將可轉(zhuǎn)位硬質(zhì)合金刀片用機(jī)械的方法夾持在刀桿上形成的車刀，一般由刀片、刀墊、夾緊元件和刀體組成。根據(jù)夾緊結(jié)構(gòu)的不同可分為以下幾種形式。偏心式夾緊結(jié)構(gòu)利用螺釘上端的一個(gè)偏心心軸將刀片夾緊在刀桿上，該結(jié)構(gòu)依靠偏心夾緊，螺釘自鎖，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但不能雙邊定位。當(dāng)偏心量過小時(shí)，要求刀片制造的精度高，若偏心量過大時(shí)，在切削力沖擊作用下刀片易松動，因此偏心式夾緊結(jié)構(gòu)適于連續(xù)平穩(wěn)切削的場合。 杠桿式夾緊結(jié)構(gòu)應(yīng)用杠桿原理對刀片進(jìn)行夾緊。當(dāng)旋動螺釘時(shí)，通過杠桿產(chǎn)生夾緊力，從而將刀片定位在刀槽側(cè)面上，旋出螺釘時(shí)，刀片松開，半圓筒形彈簧片可保持刀墊位置不動。該結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是定位精度高、夾固牢靠、受力合理、適用方便，但工藝性較差。刀片內(nèi)孔定位在刀片槽的銷軸上，帶有斜面的壓塊由壓緊螺釘下壓時(shí)，楔塊一面靠緊刀桿上的凸臺，另一面將刀片推往刀片中間孔的圓柱銷上壓緊刀片。該結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是操作簡單方便，但定位精度較低，且夾緊力與切削力相反。不論采用何種夾緊方式，刀片在夾緊時(shí)必須滿足以下條件：①刀片裝夾定位要符35合切削力的定位夾緊原理，即切削力的合力必須作用在刀片支承面周界內(nèi)。②刀片周邊尺寸定位需滿足三點(diǎn)定位原理。③切削力與裝夾力的合力在定位基面(刀片與刀體)上所產(chǎn)生的摩擦力必須大于切削振動等引起的使刀片脫離定位基面的交變力。二、幾何參數(shù)和切削性能可轉(zhuǎn)位車刀片的形狀有三角形、正方形、棱形、五邊形、六邊形和圓形等，是由硬質(zhì)合金廠壓模成形，使刀片具有供切削時(shí)選用的幾何參數(shù)(不需刃磨)。同時(shí)，刀片具有 3 個(gè)以上供轉(zhuǎn)位用的切削刃，當(dāng)一個(gè)切削刃磨損后，松開夾緊機(jī)構(gòu)，將刀片轉(zhuǎn)位到另一切削刃，即可進(jìn)行切削，當(dāng)所有切削刃都磨損后再取下，換上新的同類型的刀片?？赊D(zhuǎn)位車刀片按照用途可分為外圓、端面半精車刀片，外圓精車刀片，內(nèi)孔精車刀片，切斷刀片和內(nèi)外螺紋車刀片。此外，刀片又分為帶孔無后角和不帶孔有后角兩種，刀片中的孔是為夾持刀片用，若刀片有后角，刀片在裝人刀槽時(shí)，就不需要安裝出后角，若刀片無后角，則在刀片裝人刀槽時(shí)，就需要將刀片安裝出一定后角。下面是兩種典型機(jī)夾車刀片和車刀的幾何參數(shù)。精車機(jī)夾車刀刀片：前角 g=20176。，主后角 a=8176。~9176。，副后角 a39。=6176?！?176。，主偏角 Kr=90176。，副偏角 Kr39。=5176。，刃傾角 l=0176?！?176。，倒刃為5176。(～)，過渡圓弧半徑 R=～。精車刀片刃磨(工作)幾何參數(shù)半精車機(jī)夾車刀刀片:前角 g=20176。，后角 a＝6176?！?176。，主偏角 Kr=90176。、45176。和80176。三種，副偏角 Kr39。=10176。和 45176。兩種，倒刃為5176。(～)，過渡圓弧半徑R=～。半精車刀片刃磨(工作)幾何參數(shù)精車機(jī)夾車刀一般采用工作前角 20176。，主后角 8176。～9176。，楔角 b≤62176。通過切削實(shí)踐可知，增大楔角會使切削抗力增大，反之減小楔角，切削抗力也會減小，在精加工時(shí)應(yīng)采用較小楔角，從而使刀具鋒利，切削輕快。刃傾角通常選為 0176?！?176。，選擇小的刃傾角能使切屑在斷屑槽內(nèi)向刀體后部排出，以免劃傷已加工表面。副后角、副偏角較小，使副后刀面與工件已加工面有較長的接觸面積，達(dá)到修整切削谷峰軌跡、降低表面粗糙度的目的。主偏角為 90176。，既能降低徑向切削抗力，又能適應(yīng)多臺階零件的加工。半精車機(jī)夾車刀多用于粗加工和半精加工，切削時(shí)多帶有沖擊負(fù)荷，對切削時(shí)有沖擊負(fù)荷的刀具主偏角通常設(shè)為 45176。和 80176。兩種，切削時(shí)不帶沖擊負(fù)荷的刀具主偏角通常為 90176。主偏角 45176。和 80176。的半精車機(jī)夾車刀刀尖角為 90176。，以增強(qiáng)刀尖強(qiáng)度。主偏角為 90176。的半精車機(jī)夾車刀刀尖角為 80176。刃傾角為 0176?！?176。，后角為 6176。 ～7176。，倒刃為10176。(～)，有時(shí)可根據(jù)切削實(shí)際情況刃磨至 寬。36由上述分析可知，精加工機(jī)夾車刀設(shè)計(jì)的原則是增強(qiáng)刀具鋒利度和獲得較理想的表面質(zhì)量，半精加工機(jī)夾車刀設(shè)計(jì)的原則是增強(qiáng)刀具強(qiáng)度。由于可轉(zhuǎn)位車刀的角度是由刀片的角度和刀桿上刀片槽底面的角度綜合而成，因此其值為相關(guān)部分幾何角度的代數(shù)和。名稱 定義 公式前角 可轉(zhuǎn)位刀具的前角等于刀片與刀桿在正交平面中的前角的代數(shù)和 g0 刀具=g0刀片+g0 刀桿 后角 可轉(zhuǎn)位刀具的后角等于刀片在正交平面中的后角與刀桿在正交平面中的前角之差 a0 刀具=a0 刀片g0 刀桿 刃傾角 可轉(zhuǎn)位刀具的刃傾角等于刀片刃傾角與刀桿刃傾角的代數(shù)和 ls 刀具=ls刀片+ls 刀桿 主偏角 可轉(zhuǎn)位刀具的主偏角是由刀桿自身的主偏角決定的 Kr 刀具=Kr 刀桿 三、刀具分類 由于機(jī)械零件的材質(zhì)、形狀、技術(shù)要求和加工工藝的多樣性，客觀上要求進(jìn)行加工的刀具具有不同的結(jié)構(gòu)和切削性能。因此，生產(chǎn)中所使用的刀具的種類很多。刀具常按加工方式和具體用途，分為車刀、孔加工刀具、銑刀、拉刀、螺紋刀具、齒輪刀具、自動線及數(shù)控機(jī)床刀具和磨具等幾大類型。刀具還可以按其它方式進(jìn)行分類，如按所用材料分為高速鋼刀具、硬質(zhì)合金刀具、陶瓷刀具、立方氮化硼（CBN）刀具和金剛石刀具等；按結(jié)構(gòu)分為整體刀具、鑲片刀具、機(jī)夾刀具和復(fù)合刀具等；按是否標(biāo)準(zhǔn)化分為標(biāo)準(zhǔn)刀具和非標(biāo)準(zhǔn)刀具等。四、常用刀具簡介車刀是金屬切削加工中應(yīng)用最廣的一種刀具。它可以在車床上加工外圓、端平面、螺紋、內(nèi)孔，也可用于切槽和切斷等。車刀在結(jié)構(gòu)上可分為整體車刀、焊接裝配式車刀和機(jī)械夾固刀片的車刀。機(jī)械夾固刀片的車刀又可分為機(jī)床車刀和可轉(zhuǎn)位車刀。機(jī)械夾固車刀的切削性能穩(wěn)定，工人不必磨刀，所以在現(xiàn)代生產(chǎn)中應(yīng)用越來越多。37圖 61 幾種常見的車刀圖 62 機(jī)夾可轉(zhuǎn)位車刀組成圖 63 偏心式夾緊結(jié)構(gòu)組成孔加工刀具一般可分為兩大類：一類是從實(shí)體材料上加工出孔的刀具，常用的有麻花鉆、中心鉆和深孔鉆等；另一類是對工件上已有孔進(jìn)行再加工的刀具，常用的有擴(kuò)孔鉆、鉸刀及鏜刀等。例如，下圖示標(biāo)準(zhǔn)高速鋼麻花鉆的結(jié)構(gòu)。工作部分（刀體）的前端為切削部分，承擔(dān)主要的切削工作，后端為導(dǎo)向部分，起引導(dǎo)鉆頭的作用，也是切削部分的后備部分。38圖 64 孔加工刀具（麻花鉆）銑刀是一種應(yīng)用廣泛的多刃回轉(zhuǎn)刀具，其種類很多。按用途分有：1）加工平面用的，如圓柱平面銑刀、端銑刀等；2）加工溝槽用的，如立銑刀、T 形刀和角度銑刀等；3）加工成形表面用的，如凸半圓和凹半圓銑刀和加工其它復(fù)雜成形表面用的銑刀。銑削的生產(chǎn)率一般較高，加工表面粗糙度值較大。圖 65 銑刀用平底立銑刀銑削內(nèi)槽底部時(shí)，由于槽底兩次走刀需要搭接，而刀具底刃起作用的半徑 Re=Rr,設(shè)直徑為 d=2 Re=2（Rr）,編程時(shí)取刀具半徑為 Re=（Rr） 。對于一些立體型面和變斜角輪廓外形的加工，常用球形銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形銑刀、錐形銑刀和盤銑刀。如圖 65，69 所示。銑刀一般由刀片、定位元件、夾緊元件和刀體組成。由于刀片在刀體上有多種定39位與夾緊方式，刀片定位元件的結(jié)構(gòu)又有不同類型，因此銑刀的結(jié)構(gòu)形式有多種，分類方法也較多。選用時(shí)，主要可根據(jù)刀片排列方式。刀片排列方式可分為平裝結(jié)構(gòu)和立裝結(jié)構(gòu)兩大類。(1)平裝結(jié)構(gòu)(刀片徑向排列)(2)平裝結(jié)構(gòu)銑刀（如圖 66 所示）的刀體結(jié)構(gòu)工藝性好，容易加工，并可采用無孔刀片(刀片價(jià)格較低，可重磨)。由于需要夾緊元件，刀片的一部分被覆蓋，容屑空間較小，且在切削力方向上的硬質(zhì)合金截面較小，故平裝結(jié)構(gòu)的銑刀一般用于輕型和中量型的銑削加工。圖 66 平裝結(jié)構(gòu)銑刀(3)立裝結(jié)構(gòu)(刀片切向排列)(4)立裝結(jié)構(gòu)銑刀（如圖 67 所示）的刀片只用一個(gè)螺釘固定在刀槽上，結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)位方便。雖然刀具零件較少，但刀體的加工難度較大，一般需用五坐標(biāo)加工中