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1、数控技术,教师 吴志超,第六章 数控加工工艺基础,1,内容,第一节 数控加工工艺的概念 第二节 零件的加工工艺性分析 第三节 数控加工工艺参数的选择,第一节 数控加工工艺的概念,1.1 数控加工：指在数控机床上进行零件加工的一种工艺方法。是由数控装置或系统代替人操纵机床进行机械零件加工的一种自动化方法。 1.2 数控加工工艺：用数控机床加工零件时应该采用的工艺方法。如：工步的划分与顺序的排列，走刀路线，位移量和切削参数等,1.3 数控加工的适用范围 1）用普通机床加工需要很长的调整时间或要求复杂工装的零件 2）加工精度高，形状复杂，用数字模型描述的各种复杂曲面、曲线轮廓等。 3）小批量生产或准
2、备多次修改设计的零件 4）钻、镗、铰、攻丝、铣削工序联合进行的零件等。,第一节 数控加工工艺的概念,传统方法： 采用主模型，仅由有限的横截面样板来对零件表明做局部检查，依赖模型工的经验。 为了加工凸凹模，要根据主模型翻制工艺模型，误差大。左右件需要两套模型，难以保证完全一样。 数控加工： 可获得极高的形状精度、省了模型制造环节,数控加工特别适合加工模具,数控加工工艺目标,要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品。 有利于提高生产率。 尽可能降低生产成本(加工费用) 。,1）选择并确定进行数控加工的零件及加工内容 2）对零件图纸进行数控加工的工艺分析 3）数控加工的工艺设计 4）对零件图形的数
3、字处理 5）编写加工程序单并生成NC加工指导书 6）制作控制介质 7）程序校验与修改 8）试切、切削加工及现场问题处理 9）NC加工工艺文件的管理,数控加工工艺内容,第二节 零件的加工工艺性分析,零件图样尺寸标注应符合编程的方便。 (绝对值编程和相对值编程),尺寸标注要合理,1)可尽量使设计基准与工艺基准重合，并符合尺寸链最短原则，使零件在被加工过程中，能直接保证各尺寸精度要求，并保证装配时累计误差最小； 2)零件的尺寸标注不应封闭；,零件所要求的加工精度、尺寸公差应能否得到保证， 公差的调整等等,(2)尺寸规格尽量标准化,零件上的螺钉孔、定位孔、退刀槽等的尺寸应尽量选用标准尺寸，便于采用标准
4、钻头、铰刀、丝锥和量具等。 如: M10.5,轴线、锐边、假想平面或中心线等难于测量的基准标注尺寸,构成零件轮廓的几何元素是数控编程的主要依据。二维图纸上是否缺尺寸，或者尺寸相互矛盾；三维数据是否有破碎的面、面不连续、重叠等问题,2 分析构成零件轮廓的几何元素条件,3 分析工件结构的工艺性,1） 工件内腔与外形应尽量采用统一的几何类型和尺寸 如轴类零件的退刀槽 以减少刀具规格和换刀次数，方便编程、提高效率,内壁圆弧决定刀具大小及加工方法。,2）统一内壁圆弧尺寸,零件的工艺结构设计能否采用较大直径的刀具进行加工,3）零件铣削面的槽底圆角半径或底板与缘板相交处的圆角半径r不宜太大,4）分析零件定位
5、基准的可靠性,数控加工尽可能采用统一的基准，若需要二次装夹，必须选择已加工的内孔及表面作为基准。 必要是增加辅助基准（工艺凸台或工艺孔），待加工后在去掉。,(1)零件结构应便于加工：1）退刀槽和让刀孔，2）刀具顺利地接近待加工表面,钻孔表面应与孔的轴线垂直， 尽量将加工表面放在零件外部,配合面的数目要尽量少，减少零件的加工表面面积,常见压铸模加工工艺,5）加工工艺与热处理（零件的变形）,锻打,球化退火,粗加工,去应力退火,淬火,去应力退火,机、电加工,去应力退火,回火,钳修,氮化,机、电加工,易变形压铸模加工工艺,试模,余量5-10mm,余量2-5mm,一、加工方法选择及加工方案的确定,1）机
6、床的选择 平面轮廓零件的轮廓多有直线、圆弧和曲线组成，一般在两座标联动的数控铣床上加工； 具有三维曲面轮廓的零件，多采用三坐标或三坐标以上联动的数控铣床。 2)粗、精加工的选择 经粗铣的平面，尺寸精度可达IT11IT13级（指两平面之间的尺寸），表面粗糙度（或值）可达6.3m25m。 经粗、精铣的平面，尺寸精度可达IT8IT10级，表面粗糙度值可达1.6m6.3m,第三节 数控加工工艺参数的选择,1）加工精度为IT9级： 2) 加工精度为IT8级： 3）加工精度为IT7级： 4）孔精度要求较低且孔径较大时，可采用立铣刀粗铣精铣加工方案。 5）有同轴度要求的小孔，须采用铣平端面打中心孔钻半精镗孔
7、口倒角精镗（或 铰）加工方案。 ,3）孔的加工方法选择,直径在之间的螺纹，通常采用攻螺纹的方法加工。 直径在mm以下的螺纹，在数控机床上完成底孔加工后， 通过其他手段来完成攻螺纹。 直径在mm以上的螺纹，可采用镗刀片镗削加工或采用圆弧插补（G02或G03）指令来完成。,4）螺纹的加工,加工方法的选择原则为：在保证加工表面精度和表面粗糙度要求的前提下，尽可能提高加工效率。 由于获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸和热处理要求全面考虑。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际情况。,加工方案确定,确定加工方案时，首先应根据主要
8、表面的尺寸精度和表面粗糙度的要求，初步确定为达到这些要求所需要的加工方法，即精加工的方法，再确定从毛坯到最终成形的加工方案。,加工方案确定,行距的计算,二、 加工工艺设计,1)工序的划分 2)加工余量的选择 3)进给路线的确定,1)工序的划分的方法,（1）按先面后孔的原则划分工序,（3）按粗、精加工划分工序,（2）按所用刀具划分工序,1)工序的划分,1) 刀具集中分序法：用一把刀完成所有可加工表面的加工后，再换刀加工。,2) 粗、精加工分序法 ：对单个零件先粗加工，再半精加工，最后精加工 。,3) 加工部分分序法 ：先加工平面，再加工面上的孔；先完成简单形状的加工，再加工复杂形状；先加工精度要
9、求低的部分，再加工精度高的部分 。,（1） 工序间加工余量的选择原则 采用最小加工余量原则，以求缩短加工时间，降低零件的加工费用。 但是各个工序应有充分的加工余量，特别是最后的工序。,2)加工余量的选择,（2）在选择加工余量时，还应考虑的情况 由于零件的大小不同，切削力、内应力引起的变形也会有差异，工件大，变形增加，加工余量相应地应大一些。 零件热处理时引起变形，应适当增大加工余量。 加工方法、装夹方式和工艺装备的刚性可能引起的零件变形，过大的加工余量会由于切削力增大引起零件的变化。,在保证零件的加工精度和表面质量，且效率要高。 尽可能加工路线最短，减少空行程时间和换刀次数，提高生产率。 减少
10、零件的变形； 尽量使数值点计算方便，缩短编程工作时间。 合理选择铣削方式，以提高零件的加工质量。,3)进给路线的确定,合理选取刀具的起刀点、切入和切出点及刀具的切入和切出方式，保证刀具切入和切出的平稳性。 位置精度要求高的孔系零件的加工应避免机床反向间隙的带入而影响孔的位置精度； 复杂曲面零件的加工应根据零件的实际形状、精度要求、加工效率等多种因素来确定是行切还是环切，是等距切削还是等高切削的加工路线等。 保证加工过程的安全性，避免刀具与非加工面的干涉。,工件的装夹方式对加工质量、加工效率、加工过程的安全性等都有很大的影响。尤其在无人值守加工过程中，安全性显得尤为重要。一般来说，确定工件的装夹
11、方式有以下几个方面应当注意： 1）注意减少装夹次数，亦即要求在一次装夹中尽可能多地完成各个工序工步 。,三、零件安装与夹具选择,2）尽可能使用夹具加快零件的定位和夹紧过程，减少辅助时间 。 3）尽量采用标准化通用夹具，批量大时采用专用夹具，提高加工效率和经济效益 。 4）注意避免刀具和夹具之间可能发生的干涉 。,四、对刀点的确定,对刀点，即坐标系的确认点。 加工中心上为程序的起点,在数控编程时对刀点选择应考虑以下几点：,1、对刀点在数控机床上容易找正。 2、引起的加工误差最小。 3、加工过程中便于检查。 4、尽量与零件的设计基准或定位基准重合。应便于对刀点的坐标值的计算。 5、尽量使加工过程中
12、进刀或退刀的路线最短，并便于换刀。,为了加工方便，一般选取工件编程原点为对刀点。 对刀点不仅是程序的起点，往往也是程序的终点。 通常，采用绝对坐标系来检验对刀点距机床原点坐标值来检验对刀的精度。 对刀点找正的正确度直接影响加工精度，找正方法的选择根据零件几何形状和零件加工精度要求来确定。一般有些企业为了提高找正精度或减少找正时间，常采用光学或电子式寻边器来进行找正。,加工过程中需换刀时应规定换刀点。换刀点的位置应根据换刀时刀具不得碰伤工件、夹具以及机床的原则而设定 。,五、刀具的选择,数控加工刀具从结构上可分为： 整体式； 镶嵌式，它可以分为焊接式和机夹式。机夹式根据刀体结构不同，又分为可转位
13、和不转位两种； 减振式，当刀具的工作臂长与直径之比较大时，为了减少刀具的振动，提高加工精度，多采用此类刀具； 内冷式，切削液通过刀体内部由喷孔喷射到刀具的切削刃部； 特殊型式，如复合刀具、可逆攻螺纹刀具等。,数控加工刀具从制造所采用的材料上可分为： 高速钢刀具； 硬质合金刀具： 陶瓷刀具； 立方氮化硼刀具； 金刚石刀具：,粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本； 半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工成本。 具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，刀具切削参数，并结合实际经验而定。,六、 切削参数的选择,1)切削深度ap,切削深度的选取 主
14、要由加工余量和表面质量的要求决定的。原则上尽可能切削深度选大些，可以减少走刀次数，但也不能太大，否则会造成由于切削力过大而造成“闷车”或蹦刃现象。,工件表面粗糙度值要求为Ra12.5m25m时，如果圆周铣削的加工余量小于5mm，端铣的加工余量小于6mm，粗铣一次进给就可以达到要求。但在余量较大，工艺系统刚性较差或机床动力不足时，可分多次进给完成。 工件表面粗糙度值要求为Ra3.2m12.5m时，可分粗铣和半精铣两步进行。粗铣时切削深度或切削宽度选取同前。粗铣后留0.5mm1.0mm余量，在半精铣时切除。 工件表面粗糙度值要求为Ra0.8m3.2m时，可分粗铣、半精铣、精铣3步进行。半精铣时切削
15、深度或切削宽度取1.5mm2mm：精铣时圆周铣侧吃刀量取0.3mm0.5mm，面铣刀背吃刀量取0.5mmlmm。,2）进给量,进给量有进给速度Vf、每转进给量f和每齿进给量fZ3种表示方法。 进给速度Vf是单位时间内工件与铣刀沿进给方向的相对位移，单位为mmmin，在数控程序中的代码为F。 每转进给量f是铣刀每转一转，工件与铣刀的相对位移，单位为mmr。 每齿进给量fZ是铣刀每转过一齿时，工件与铣刀的相对位移，单位为mmz。 其3种进给量的关系为： Vffn=fZzn ( 铣刀转速为n，铣刀齿数为z。),3）主轴转速,主轴转速主要根据允许的切削速度确定，公式如下： 其中：D刀具直径（mm）；v
16、切削速度（m/min）；n为主轴转速（r/min）。,走刀路线的选择对零件的加工精度、表面质量和加工效率有很大的影响，因此在规划刀具轨迹时要注意以下原则： 1）保证被加工零件获得良好的加工精度和表面质量 。 2）使数值计算工作简单 。 3）使进给路径最短 。,4）走刀路线的选择,铣削平面零件时，一般采用立铣刀的侧刃切削。为了保证工件的外形光滑，铣刀的切入和切出点应沿零件周边外延 。如果铣刀沿法向直接入零件，将在零件外形上留下明显的刀痕。（如图示）,切入点与切出点,轮廓加工中应避免进给停顿。因为加工过程中工件、刀具、夹具以及机床等都有少量的弹性变形，进给停顿后切削力减小，刀具将在工件表面留下凹痕。,为了提高加工表面的精度，降低表面粗糙度值，可以采用多次进给的方法，使最后一次进给的加工余量较小(一般以020050mm为宜)。,下页图中所示为加工内槽的三种进给路径。所谓内槽是指以封闭曲线为边界的平底凹坑。加工内槽应使用平底铣刀，刀具边缘部分的圆角
