CATIA教程NC.ppt
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1、数控加工数控加工CATIA培训培训目录目录第一节第一节 数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础第二节第二节 CATIA数控加工基本操作数控加工基本操作第三节第三节 2.5轴铣削加工轴铣削加工第四节第四节 曲面加工曲面加工第一节第一节 数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 数控（数控（Numerical control，NC）：用数字化信号对机床运动及其加工过程进）：用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法。行控制的一种方法。 数控加工是数控加工是CAD与与CAM中最能明显发挥效益的生产环节之一。它不仅大大中最能明显发挥效益的生产环节之一。它不仅大大提高了具有复杂型面的
2、产品的制造能力与制造效率，而且能够保证产品达到很高提高了具有复杂型面的产品的制造能力与制造效率，而且能够保证产品达到很高的加工精度与加工质量。的加工精度与加工质量。 数控加工技术集传统机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测数控加工技术集传统机械制造技术、计算机技术、现代控制技术、传感检测技术、信息处理技术、光机电技术与一体，是现代机械制造技术的基础。技术、信息处理技术、光机电技术与一体，是现代机械制造技术的基础。一、数控编程的基本过程 数控编程的主要任务是计算加工走刀中的刀位点（数控编程的主要任务是计算加工走刀中的刀位点（Cutter Location，CL点）。点）。 CATIA提
3、供了多种加工类型用于各种复杂零件的粗精加工，用户可根据零件提供了多种加工类型用于各种复杂零件的粗精加工，用户可根据零件结构、加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型。结构、加工表面形状和加工精度要求选择合适的加工类型。 对于不同的加工类型，对于不同的加工类型，CATIA的数控编程过程都需要经过的数控编程过程都需要经过获取零件模型、加获取零件模型、加工工艺分析及规划、完善零件模型、设置加工参数、生成数控加工刀路、检验数工工艺分析及规划、完善零件模型、设置加工参数、生成数控加工刀路、检验数控刀路和生成数控加工程序控刀路和生成数控加工程序七个步骤。其流程如下图所示。七个步骤。其流程如下图所示。数
4、控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础加工工艺分析及规划完善零件模型设置加工参数生成数控刀路检验数控刀路生成数控加工程序加工对象切削方式刀具参数加工程序参数CAM系统CAD系统建立零件模型数控加工CATIA数控编程基本过程数控编程基本过程 建立或获取零件模型 用户可使用CATIA建立零件模型，或通过公共数据交换格式，如IGES、STEP等，将其它CAD系统的模型导入CATIA。 加工工艺分析及规划 加工工艺分析及规划在很大程度上决定了数控程序的质量，主要包括以下内容： 加工对象的确定 通过对模型的分析，确定工件上哪些部位需要在数控铣床上或加工中心
5、上加工。 加工区域规划 即按照形状特征、功能特征及精度、粗糙度等要求，将加工对象划分为若干个加工区域，以此来提高加工效益与质量。 加工工艺路线规划 即从粗加工到精加工，再到清根加工的加工流程规划，以及加工余量的分配。 加工工艺和加工方式确定 如刀具选择、加工工艺参数和切削方式的选择等。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 完善零件模型 由于设计人员更多地考虑零件设计的方便性和完整，较少顾及零件模型对加工的影响，所以需要根据加工对象对模型做进一步的完善，主要内容包括： 确定坐标系 将坐标系确定在适合加工人员定位（对刀）的位置。 清理隐藏对加工不产生影响的元素 修补部分曲面 如由于模型转换
6、引起的裂隙、不加工部位造成的曲面空缺部位、不便于加工的窄槽等。 增加安全曲面 对轮廓曲线进行修整 在数据格式转换的模型中，尤其重要。 构建刀路限制边界 需要使用边界来限制加工范围的加工区域，要先构建出边界曲线。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 设置加工参数 参数设置可视为对工艺分析的规划的具体实施，其主要内容包括： 设置加工对象 用户通过交互方式选择被加工的区域、毛坯和避让区域等。 设置切削方式 指定刀路的类型及相关参数。 设置或创建刀具 选择适合的刀具，如果刀库中没有合适的刀具，需要创建刀具。 设置加工程序参数 包括进退刀位置及方式、切削用量、行间距、加工余量、安全高度等参数设置
7、。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 生成数控刀路 在完成参数设置后，CAM软件可自动进行刀路的计算。 检验数控刀路 为保证加工质量及安全性，必须对刀路进行检验，主要检验是否存在过切、加工不到位或刀路与夹具的干涉等。 生成数控程序 为在完成上述工作后，需进行后处理，然后可生成数控加工程序。对程序进行必要的检查后，可通过传输软件将其传输到数控机床上进行加工。二、数控加工 1. CAM系统简述系统简述 一个典型的一个典型的CAM系统由两个部分组成：一是计算机辅助编程系统（系统由两个部分组成：一是计算机辅助编程系统（CAM），），二是数控加工设备
8、。二是数控加工设备。 计算机辅助编程系统的任务是根据零件的几何信息计算出数控加工轨迹，并计算机辅助编程系统的任务是根据零件的几何信息计算出数控加工轨迹，并编制出数控加工程序。它的主要功能包括：编制出数控加工程序。它的主要功能包括：数据的输入输出。加工轨迹的计算与编辑。工艺参数设置。加工仿真。数控程序后处理、数据管理、数据传输等。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 2. 加工原理加工原理 机床上的刀具和工件间的相对运动，称为表面成形运动。数控加工是指数机床上的刀具和工件间的相对运动，称为表面成形运动。数控加工是指数控机床按照数控程序所确定的轨迹（刀轨或刀路）进行表面成形运动，从而加工控
9、机床按照数控程序所确定的轨迹（刀轨或刀路）进行表面成形运动，从而加工出产品的表面形状。出产品的表面形状。平面轮廓加工曲面加工数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 数控刀轨、刀位点 数控刀轨是由一系列简单的线段连接而成的折线，折线上的节点称为刀位点。刀具的中心点沿着刀轨依次经过每一个刀位点，从而切削出工件的形状。 插补运动 刀具从一个刀位点移动到下一个刀位点的运动称为插补运动。一般数控机床只能以直线或圆弧这两种简单运动形式完成插补运动。 数控编程的核心任务 计算出数控刀轨，并以数控程序的形式输出到数控机床，其核心内容就是计算出数控刀轨上的刀位点。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基
10、础 由于数控机床的插补运动只有直线和圆弧两种形式，只能近似地按拟合理由于数控机床的插补运动只有直线和圆弧两种形式，只能近似地按拟合理想加工轨迹，而且在某些加工中，相邻刀轨之间会留下末切削区域，所以数控加想加工轨迹，而且在某些加工中，相邻刀轨之间会留下末切削区域，所以数控加工误差中，与编程有关的误差主要有两个方面：刀轨的插补误差和残余高度，如工误差中，与编程有关的误差主要有两个方面：刀轨的插补误差和残余高度，如下图所示。下图所示。刀具理想刀轨实际刀轨残余高度插补误差数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 3. 刀位计算刀位计算 数控加工刀位点的计算过程可分为数控加工刀位点的计算过程可分为3
11、个阶段：个阶段：表面偏置 加工表面偏置 刀位点计算的前提是根据刀具的类型和尺寸计算出加工表面的偏置面。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础行切刀轨 刀轨形式的确定 刀轨形式就是刀位点在偏置面上的分布形式。最常见的刀轨形式一是行切刀轨，即所有刀位点都分布在一组与刀轴（Z轴）平行的平面内；二是等高线刀轨（环切刀轨），即所有刀位点都分布在一组与Z轴垂直的平面内。 显然，偏置面与上述平面的前交线为理想刀轨，平面间距称为行距。环切刀轨数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 刀位点计算 以一定的步长（刀位点之间的距离）和行距在理想刀轨上计算出刀位点，刀位点间做直线或圆弧插补。步长和行距是数控
12、编程精度的主要影响因素。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础三、数控机床 1. 特点特点 高柔性 即灵活、通用，可以适应不同形状工件的加工。 高精度 目前数控装置的脉冲当量为0.001mm，高精度数控装置脉冲当量可达0.0001mm。因此可保证较高的加工精度和精度稳定性。 高效率 采用数控机床加工，可减少专用夹具的使用，使生产准备周期大大降低；由于其主轴转速和进给速度都是无级可调的，有利用采用最合适的切削用量，在保证加工质量的前提下，提高了生产效率。 优化作业条件 数控机床的大部分加工都是自动完成的，大大降低了工人的劳动强度。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 2. 分类分类
13、 点位控制机床 只控制刀具与工件的相对位置，不控制其运动轨迹，如数控钻床。 直线控制机床 在点位控制的基础上，还要保证运动一条直线，且刀具在运动过程中要进行切削加工。机床可以有两到三个坐标轴，但同时控制的轴只有一个。 轮廓控制机床 能对两个或更多坐标运动进行控制（多轴联动），其运动轨迹可以是空间曲线。如三坐标以上的数控铣及加工中心。 按机床运动轨迹分：数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 2. 分类分类 点位控制机床 只控制刀具与工件的相对位置，不控制其运动轨迹，如数控钻床。 直线控制机床 在点位控制的基础上，还要保证运动一条直线，且刀具在运动过程中要进行切削加工。机床可以有两到三个坐
14、标轴，但同时控制的轴只有一个。 轮廓控制机床 能对两个或更多坐标运动进行控制（多轴联动），其运动轨迹可以是空间曲线。如三坐标以上的数控铣及加工中心。 按机床运动轨迹分：数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 开环控制机床 没有位置检测反馈装置。这类机床价格低、精度差，目前应用较少。 半闭环控制机床 它的位置检测装置一般位于电机轴或丝杠端部。目前应用十分广泛。 按伺服系统控制方式分： 闭环控制机床 它的位置检测装置一般位于运动链未端，其反馈包含了整个运动系统的误差，所以也称全闭环控制。精度高、成本较高，广泛应用于高精度数控机床。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 两轴联动机床 可
15、两轴作插补联动，或X、Y、Z任意两轴联动，第三轴作单独的周期进刀，后者刀称为2.5轴联动。 三轴联动机床 X、Y、Z三轴可同时作插补联动，三轴联动机床常用于加工一些带有复杂曲面的工件。 按联动坐标轴数分： 多轴联动机床 包括四轴联动和五轴联动，除了有X、Y、Z三个直线移动坐标轴外，还有一到两个回转坐标轴，如数控回转工作台，或主轴回转。 加工中心 在数控铣的基础上增加刀库，其中存放有不同的刀具或检具，可以加工中自动换刀。装夹一次可完成多个表面的加工，是一个高效率的数控加工机床。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础四、数控程序 1. 数控程序结构数控程序结构 数控程序是由为使机床运转而给与
16、数控装置的一系列指令的有序集合所构成。数控程序是由为使机床运转而给与数控装置的一系列指令的有序集合所构成。依靠这些指令控制各坐标轴的运动、主轴的回转与停止、切削液的开关、自动换依靠这些指令控制各坐标轴的运动、主轴的回转与停止、切削液的开关、自动换刀等。刀等。 数控程序由起始符、结束符和程序体构成。程序体由程序段（数控程序由起始符、结束符和程序体构成。程序体由程序段（Block）组成，）组成，每个程序段是由字（每个程序段是由字（Word）和段结束符）和段结束符“；”组成。字是由地址符、符号和数字组成。字是由地址符、符号和数字符构成。一个典型的数控加工程序结构如下图所示。符构成。一个典型的数控加工
17、程序结构如下图所示。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础起始符%程序号O0600;程序主体N1 G92 X0 Y0 Z1;坐标系设定N2 S300 M03;主轴转速，正转N3 G90 G00 X-5.5 Y-6.0;绝对坐标，快速定位N4 G01 Z-1.2 F60 M08;直线插补，进给速度，冷却液开N170 M30;程序结束结束符%数控程序结构数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础五、数控工艺流程 1. 数控加工工艺设计内容数控加工工艺设计内容 数控加工工艺设计主要包括下列内容：数控加工工艺设计主要包括下列内容：数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础选择并确定零件的数控
18、加工内容。零件图的数控加工分析。数控加工工艺路线设计。数控加工工序设计。数控加工专用技术文件的编制。 不同数控机床，需要编制的工艺文件不尽相同。一般来说，数控铣床的工艺不同数控机床，需要编制的工艺文件不尽相同。一般来说，数控铣床的工艺文件就包括：文件就包括： 编程任务书 。 数控加工工序卡片。 数控机床调整单。 数控加工刀具卡片。 数控加工进给路线图。 数控加工程序清单。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 2. 数控加工工序划分数控加工工序划分 数控加工工序划分一般可按下列方法进行：数控加工工序划分一般可按下列方法进行： 以同一把刀具加工内容划分工序 。 以加工部分划分工序，如内形、
19、外形、曲面或平面等。 以粗、精加工划分工序。 注意：一道工序的加工内容不能太多，否则会导致程序太长，可能超出机床内存容量，或查错与检索困难，或者不能在一个班次内完成。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 3. 数控加工工艺过程数控加工工艺过程 工序顺序的按排一般应按下列原则进行：工序顺序的按排一般应按下列原则进行： 上道工序的加工不能影响下道工序的定位和夹紧 。 在同一次安装中应先安排对工件刚度破坏小的工序。 以相同方式定位、夹紧或以同一把刀具进行加工的工序，最好连接进行，以减少重复定位、换刀与挪动压板的次数。 数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 4. 走刀路线的选择走刀路线
20、的选择 走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹，它不但包括了工走刀路线是刀具在整个加工工序中相对于工件的运动轨迹，它不但包括了工序内容，而且也反映出工序的顺序，是编制程序的依据之一。在确定走刀路线时，序内容，而且也反映出工序的顺序，是编制程序的依据之一。在确定走刀路线时，一般应遵循下列原则：一般应遵循下列原则： 1. 应能保证零件的加工精度与表面粗糙度要求 。 尽量避免在工作轮廓的法向切入和切出。沿切线方向切入、切出数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 轮廓加工完之后，应让刀具多走一段距离，以避免取消刀补时，刀具与工件发生碰撞，造成工件报废。切出时走出一个安全距离切入取消刀
21、补点切入取消刀补点数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础不同走刀的对比 对孔位置精度要求高的零件，精加工时要采用单向趋近定位点的方式加工，以避免反向间隙对定位精度的影响。 要考虑零件的具体结构。例如： 程序少，加工过程符合直纹面形成特点，可保证叶片母线的直线度。 程序较多，加工后的叶片，叶形准确度高，使用性能较好。 轮廓加工中要避免进给停顿，否则刀具会在停顿处的零件轮廓上留下明显的刀痕。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础不同走刀的对比程序少，加工质量差，侧壁有残余。 程序较多，加工质量高。 程序较少，加工质量高。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础
22、数控编程及加工工艺基础 2. 应使走刀路线最短，以减少刀具空行程，提高加工效率 。加工孔的走刀路线对比走刀路线较长走刀路线较短 选择对刀点时要考虑到找正容易，编程方便，对刀误差小，加工时检查方便、可靠。 6. 对刀点的选择对刀点的选择 对刀点是工件在机床上定位安装后，设置在工件坐标系中，用于确定工件坐对刀点是工件在机床上定位安装后，设置在工件坐标系中，用于确定工件坐标系与机械坐标系空间位置关系的参考点。标系与机械坐标系空间位置关系的参考点。 对刀点可以设置在工件上，也可以设置在夹具上，但它在工件坐标系中必须有确定的位置。 对刀点要尽可能选择在零件的设计基准或工艺基准上，以便于保证加工精度要求。
23、对刀点一般多设在工件两垂直轮廓边的交点上，或孔的中心点，如果工件上没有合适的对刀点，需加工出工艺孔来对刀。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 7. 安全高度与其它高度安全高度与其它高度 安全高度 也称为提刀高度，是为了避免刀具碰撞工件而设定的高度（Z值）。在铣削过程中，刀具需要转移位置时，要先将刀具退到这一高度，再进行G00快速定位，到达下一个进刀位置，安全高度一般应大于工件最大高度。 慢速下刀相对高度 刀具以G00快速定位到此高度，然后以接近速度到加工位置，否则将以G00的速度到加工位置，而发生碰撞。 加工过程中的提刀高度 加工过程中，当刀具需要转换位置时，可以提升到安全高度，再移
24、动刀具。也可以提升一个高度，再行移动，提升的高度必须大于移动的路径上凸起的高度。一般提升到安全高度，便于清屑、暂停检查刀位。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 8. 轮廓控制轮廓控制 在数控加工中，常常需要通过轮廓来限定加工范围。轮廓线需要设定其偏置在数控加工中，常常需要通过轮廓来限定加工范围。轮廓线需要设定其偏置补偿方向，对于封闭轮廓有补偿方向，对于封闭轮廓有3种方式：种方式： 刀具在轮廓上（On） 刀具中心线与轮廓线重合，即不考虑补偿。 刀具在轮廓内（Inside） 刀具的侧边在轮廓线上，刀具中心与轮廓线相差一个刀具半径。 刀具在轮廓外（Outside） 刀具的侧边在轮廓线上，刀
25、具中心超过轮廓线一个刀具半径。 需要注意的是内轮廓的情况正好相反。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 对于开放轮廓也有对于开放轮廓也有3种补偿方式：种补偿方式： 刀具在轮廓上（On） 刀具中心线与轮廓线重合，即不考虑补偿。 刀具在轮廓左（Left） 刀具的侧边在轮廓线上，刀具中心偏向轮廓线左边。 刀具在轮廓右（Right） 刀具的侧边在轮廓线上，刀具中心偏向轮廓线右边。 轮廓左边或右边是相对于刀具前进方向而言的。数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础数控编程及加工工艺基础 层优先 刀轨是将同一高度内所有内容加工完之后，再加工下一层。 区域优先 在加工不连续
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