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1、第 2章 数控加工工艺 第 2章 数控加工工艺 教学目标： 制定零件加工的工艺方案是机械加工的一项重要工作，数控切削加工也不例外。一般地，数控切削加工属于零件制造过程的一个部分，常作为获得零件各表面尺寸、形状精度和位置精度的最重要的加工过程。数控加工工艺包括数控机床及夹具刀具选择、制定加工顺序与走刀路线、计算切削用量、编制数控工序及刀具卡片等内容。然而，零件是否适应数控切削加工，即是否采用数控切削加工，是首先要解决的问题。 通过本章的学习，要求读者能够分析数控加工的对象。掌握典型零件的数控加工工艺分析方法和步骤。 第 2章 数控加工工艺 教学重点和难点： 根据加工对象，合理选择数控加工设备、刀
2、具及夹具。 零件的数控加工顺序及走刀路线分析。 第 2章 数控加工工艺 2.1 数控加工对象 2.2 数控加工的工艺分析 2.3 实训 2.4 习 题 2.1 数控加工对象 2.1.1 数控铣削及加工中心的主要加工对象 2.1.2 数控车削及车削中心的主要加工对象 2.1 数控加工对象 根据数控加工的特点及国内外大量应用实践，一般可按适应程度将零件分为最适应数控机床加工、较适应数控机床加工和不适应数控机床加工三类。 1. 最适应类 (1) 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。 (2) 用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件。 (3) 具有难测量、难
3、控制进给、难控制尺寸的不开敞内腔的壳体或盒型零件。 (4) 必须在一次装夹中合并完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工序的零件。 对于上述零件，首先应考虑能不能把它们加工出来，可先不要过多地去考虑生产率与经济上是否合理，即要重点考虑加工可能性的问题，只要有可能，都应把对其进行数控加工作为优选方案。 2.1 数控加工对象 2. 较适应类 (1) 在通用机床上加工时极易受人为因素干扰，如情绪波动、技术水平高低等，零件价值又高，一旦质量失控便造成重大经济损失的零件。 (2) 在通用机床上加工时必须制造复杂专用工装的零件。 (3) 需要多次更改设计后才能定型的零件。 (4) 在通用机床上加工，需要作长时间调整
4、的零件。 (5) 在通用机床上加工，生产率很低或体力劳动强度很大的零件。 这类零件在分析其可加工性以后，还要考虑生产率及经济效益等问题，一般可把它们作为数控加工的主要选择对象。 2.1 数控加工对象 3. 不适应类 (1) 装夹困难或完全靠找正定位来保证加工精度的零件。 (2) 加工余量很不稳定，且数控机床上无在线检测系统可自动调整零件坐标位置的。 (3) 必须用特定的工艺装备协调加工的零件。 这类零件采用数控加工后，在生产效率与经济性方面一般无明显改善，还可能得不偿失，故此类零件一般不应作为数控加工的选择对象。 根据上述数控加工的适应性，我们就可以根据零件类型以及所拥有的数控机床来安排数控加
5、工，或从技术改造角度来看，根据加工对象考虑是否要投资添置数控机床。 2.1.1 数控铣削及加工中心的主要加工对象 从结构上说，数控铣削及加工中心适于加工多种几何形状、多种位置关系的表面与孔系。例如：箱体、盘、套、板类零件；具有复杂型面的凸轮、叶轮、模具以及外形不规则的异形件。 2.1.1 数控铣削及加工中心的主要加工对象 1. 平面类零件 2. 变斜角类零件 3. 立体曲面类零件 4. 结构形状复杂的箱体、模具、叶轮等类零件 5. 异形件 2.1.2 数控车削及车削中心的主要加工对象 数控车削及车削中心加工适于形状复杂或要求较高的回转体零件。 1. 精度要求高的的回转体零件 由于数控车床的刚性
6、好，制造和对刀精度高，以及能方便和精确地进行人工补偿甚至自动补偿，所以它能够加工尺寸精度要求高的零件。 一般来说，车削七级尺寸精度的零件应该没什么困难。数控车削对提高位置精度特别有效。车削零件位置精度的高低主要取决于零件的装夹次数和机床的制造精度。不少位置精度要求高的零件用传统的车床车削达不到要求，只能用磨削或其他方法弥补。在数控车床上可以用修改程序内数据的方法来校正，这样可以提高其位置精度。 2.1.2 数控车削及车削中心的主要加工对象 2. 表面粗糙度好的回转体零件 数控车床能加工出表面粗糙度小的零件，不但是因为机床的刚性和制造精度高，还由于它具有恒线速度切削功能。在材质、刀具和精车留量已
7、定的情况下，表面粗糙度取决于进刀量和切削速度。使用数控车床的恒线速度切削功能，这样切出的粗糙度既小又一致。数控车床还适合于车削各部位表面粗糙度要求不同的零件。 2.1.2 数控车削及车削中心的主要加工对象 3. 表面形状复杂的回转体零件 由于数控车床具有直线和圆弧插补功能，部分车床数控装置还有某些非圆曲线插补功能，所以可以车削由任意直线和平面曲线组成的形状复杂的回转体零件和难以控制尺寸的零件，如具有封闭内腔成型面的壳体零件。如图 2.6所示是壳体零件封闭内腔的成型面，“口小肚大”，在普通车床上是无法加工的，而在数控车床上则很容易加工出来。 2.1.2 数控车削及车削中心的主要加工对象 4. 带
8、径向加工的回转体零件 带有键槽或径向孔，或端面有分布的孔系以及有曲面的盘套或轴类 (如图 2.7所示 )零件，宜选车削加工中心加工。端面有分布的孔系、曲面的盘类零件可选择立式加工中心加工，有径向孔的盘套或轴类零件常选择卧式加工中心加工。这类零件采用加工中心加工，使得一次装夹可完成多个工序的加工，减少了装夹次数，保证了加工质量的稳定性，提高了生产率。 2.1.2 数控车削及车削中心的主要加工对象 图 2.6 成型内腔壳体零件 2.1.2 数控车削及车削中心的主要加工对象 图 2.7 端面、径向带孔槽的轴 2.2 数控加工的工艺分析 2.2.1 数控铣削加工工艺分析 2.2.2 带孔样板的数控铣削
9、工艺分析 2.2.3 数控车削加工工艺分析 2.2.4 球头螺纹轴的加工工艺分析 2.2 数控加工的工艺分析 2.2.1 数控铣削加工工艺分析 1. 零件图工艺分析 (1) 分析构成工件轮廓图形的各种几何元素的条件是否充要，图纸尺寸的标注方法是否方便编程等。 (2) 分析零件尺寸所要求的加工精度、尺寸公差是否都可以得到保证，尤其是薄板尺寸，由于机床振动、切削力等因素而影响加工精度，根据实践经验，当面积较大的薄板厚度小于 3mm时就应充分重视这一问题。 (3) 内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小。 (4) 零件图中各加工面的凹圆弧 (R与 r)是否过于零乱，是否可以统一
10、？因为在数控铣床上多换一次刀要增加不少新问题，不但编程麻烦，降低生产效率，而且也会因频繁换刀增加了工件加工面上的接刀阶差而降低了表面质量。所以，在一个零件上要力求将数值相近的圆弧半径分组靠拢，达到局部统一，以尽量减少铣刀规格与换刀次数。 (5) 根据标注的尺寸公差和形位公差等相关信息，将加工表面区分为重要表面和次要表面，并找出其设计基准，进而遵循基准选择的原则，确定加工零件的定位基准，分析零件的毛坯是否便于定位和装夹，夹紧方式和夹紧点的选取是否会有碍刀具的运动，夹紧变形是否对加工质量有影响等。 (6) 分析零件的形状及原材料的热处理状态，会不会在加工过程中变形？哪些部位最容易变形？因为数控铣削
11、最忌讳工件在加工时变形，这时就应当考虑采取一些必要的工艺措施进行预防，如对钢件进行调质处理，对铸铝件进行退火处理，对不能用热处理方法解决的，也可考虑粗、精加工及对称去余量等常规方法。 2.2.1 数控铣削加工工艺分析 2. 加工顺序的安排 在数控铣床上加工零件，工序比较集中，一般只需一次装卡即可完成全部工序的加工。安排加工顺序应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位安装与夹紧的需要综合考虑。通常需遵循的方法及注意的问题有： (1) 刀具集中分序法。这种方法就是按所用刀具来划分工序，用同一把刀具加工完成所有可以加工的部位，然后再换刀。这种方法可以减少换刀次数，缩短辅助时间。零件材料变形小，加工余量均
12、匀，可以采用此方法。 (2) 粗、精加工分序法。根据零件的形状、尺寸精度等因素，按粗、精加工分开的原则，先粗加工，再半精加工，最后精加工。粗精加工之间最好隔一段时间，以使粗加工后零件的变形得到充分恢复，再进行精加工，这种方法可以有效保证零件的加工精度。 若零件材料变形较大，加工余量不均匀，且精度要求较高，则应采用此方法。 (3) 从简单到复杂的原则，先加工平面、沟槽、孔，再加工内腔、外形，最后加工曲面，先加工精度要求低的表面，再加工精度要求高的部位等。 (4) 上道工序的加工不能影响下道工序的定位与夹紧，中间穿插有通用机床加工工序的也要综合考虑。 (5) 在同一次安装中进行的多道工序，应先安排
13、对工件刚性破坏较小的工序。 2.2.1 数控铣削加工工艺分析 3. 进给路线的确定 进给路线的确定应重点考虑：在保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求下，使走刀路线最短，数值计算简单。这样既可简化程序段，以减少编程工作量，又可减少刀具空行程时间，提高加工效率。 2.2.1 数控铣削加工工艺分析 4. 铣刀类型选择 被加工零件的几何形状是选择刀具类型的主要依据，分如下几种情况。 (1)加工曲面类零件时，为了保证刀具切削刃与加工轮廓在切削点相切，而避免刀刃与工件轮廓发生干涉，一般采用球头刀，粗加工用两刃铣刀，半精加工和精加工用四刃 铣刀。 (2) 铣较大平面时，为了提高生产效率和提高加工表面粗糙度，
14、一般采用刀片镶嵌式盘形面铣刀。 (3) 铣小平面或台阶面时一般采用通用铣刀。 (4) 铣键槽时，为了保证槽的尺寸精度、一般用两刃键槽铣刀。 (5) 孔加工时，可采用钻头、镗刀等孔加工刀具。 (6) 刀具直径的选用主要考虑两个方面：一是刀具所需功率应在机床功率范围之内，二是工件的加工尺寸。 2.2.1 数控铣削加工工艺分析 5. 切削用量的选择 铣削加工的切削用量包括：切削速度、进给速度、背吃刀量或侧吃刀量。较高的切削速度、较小的背吃刀量和进给量，可以获得较好的表面粗糙度。合理的恒切削速度、较小的背吃刀量和进给量可以得到较高的加工精度。 影响切削用量的因素主要有：机床功率以及主轴转速范围、进给速
15、度范围；机床的刚性、热稳定性，刚性好，热变形小，可适当加大切削用量；刀具材料是影响切削用量的重要因素；冷却条件等。因此应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择切削用量。 从刀具耐用度出发，切削用量的选择方法是：先选择背吃刀量或侧吃刀量，其次选择切削速度，最后确定进给速度。 2.2.2 带孔样板的数控铣削工艺分析 如图 2.16所示，毛坯为 120mm 60mm 10mm板材， 5mm深的外轮廓已粗加工过，周边留 2mm余量，要求加工出外轮廓及 20mm的孔。工件材料为 45#。试分析该零件的数控铣削加工工艺 (如：零件图分析、装夹方案、加工顺序、刀具卡片、工艺卡片等 )。 2.2.2 带孔样板的数控铣削工艺分析 图 2.16 零件图样
