《数控加工程序编制中的工艺处理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数控加工程序编制中的工艺处理（35页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、数 控 技 术,第三章 数控加工程序编制,第二节 程序编制中的工艺处理,主讲教师 罗 哲,一、数控工艺特点 1、工艺详细普通工艺规程最多详细到工步。数控加工工艺必须详细到每一步走刀和每一个操作的细节；凡是用数控加工的零件，不论简单、重要与否，都要有完整的加工程序，都要制定详细的工艺。,2、工序集中现代数控机床具有刚性大、精度高、刀库容量大、切削参数广泛及多坐标、多工位等特点，零件可以在一次装夹中完成多种加工方法和由粗到精的过程，甚至在工作台上安装几个相同或相似的零件进行加工。,一般简单表面的加工方法，数控加工与普通加工无大差异。对于一些复杂表面、特殊表面或有特殊要求的表面，数控加工与传统加工有
2、根本不同的加工方法。 传统加工用划线、样板、靠模、预钻、砂轮、钳工等方法； 数控加工用多坐标联动自动控制加工。其加工质量与生产效率是传统加工方法无法与之比拟的。,3、加工方法的特点,普通工艺有关基准选择以及“基面先行、先主后次、先粗后精、先面后孔”等原则同样适用于数控加工工序划分。,1、工序集中原则尽可能集中多种加工内容在一次装夹中完成。 2、零件数控加工与普通加工工序的划分凡是用普通机床等传统方法加工的零件，都可用数控机床加工。但就经济性、合理性及生产条件而言，并非所有的加工都用数控加工为好。,二、工序划分与机床选用,可以插入普通机床加工工序的情况为：, 铸、锻件毛坯的预加工。 粗定位基准的
3、预加工。 数控加工难以完成的个别或次要部位，如：排屑不畅且易断刀的小直径螺孔或深孔加工；个别如斜孔、研磨孔等部位；刀库容量不足而无法完成的个别部位。 大型、复杂零件中的简单表面，如：模具型腔体的外表面。,在制定零件的工艺路线时，应以工艺文件的形式明确数控工序与非数控工序在定位、加工余量、质量要求等方面的衔接问题。,3、数控加工部位的工序划分零件的数控加工部位可在合适的机床上一次装夹中完成。,可以划分成几个数控加工工序的情况为： 车间现有数控机床的功能不能满足一个零件的全部加工部位；批量大时，可分散在几台机床加工。 粗加工的热或力变形较大时，将粗精加工分开。 程序过长，不仅容易出错，而且可能超过
4、系统内存容量，或超过一个班，或在一个加工面的中途刀具磨损失效，此时可按刀具或加工表面划分工序。,根据零件的表面加工方法、精度与粗糙度、工件形状与尺寸、需要机床的坐标轴数等要求，并考虑现有机床条件与负荷、加工成本等因素正确选用机床。, 对不太复杂，尺寸不大的孔系加工，选用数控钻床而不用加工中心。 四面体并有平面的复杂孔系零件用卧式加工中心；单面的孔系或曲面的板件与端面凸轮等用立式； 曲面加工如无数控铣床，也可用加工中心替代。,4、机床的选用, 数控机床有高档型、普通型、经济型之分。 应尽可能用经济型，控制使用高档型。, 对于曲面加工机床，根据曲面形状、精度与生产率选用二轴半、三轴、四轴、五轴等不
5、同坐标轴数的机床。,对于母线为任意曲线的平面轮廓和立体曲面的加工，由于数控系统只具有直线与圆弧插补功能，故可用多个微小的直线段与圆弧段去逼近的加工方法。如图，逼近线段的交点为节点，逼近误差一般取零件公差的1/51/10,5、曲面加工与坐标轴数的选用,x、y、z三轴中任意两轴作插补联动，第三轴作单独的周期进给，常称二轴半联动。,如图，加工的是一个个狭截面，称“行切法”加工。根据表面粗糙度及刀头不干涉相邻表面的原则选取x。行切法所用刀具通常用球头铣刀，即指状铣刀，计算比较简单。球头铣刀的刀头半径应选大些，但小于曲面的最小曲率半径。,（1）两坐标联动的三坐标行切法加工,用球头铣刀加工曲面时，用刀心轨
6、迹的数据进行编程。 由于二轴半坐标加工的刀心轨迹为平面曲线，而切削点连线则是一条空间折线，从而在曲面上形成扭曲的残留沟纹。 但编程计算较为简单，常用于曲率变化不大及精度要求不高的粗加工。,如图，平行于yz坐标面的P平面为行切面，与曲面的交线为一平面曲线，则刀心轨迹为一空间折线。,x、y、z三轴可同时插补联动，用行切法加工曲面。常用于复杂空间曲面的精确加工，但编程计算复杂，所用机床的数控装置需具备三轴联动功能。,（2）三坐标联动加工,如图直纹扭曲面，除了三个直角坐标运动外，为保证刀具与工件型面在全长始终贴合，刀具还绕O1 （或O2 ）作摆角联动。同时摆角运动导致直角坐标作附加运动，编程较为复杂。
7、,（3）四坐标加工,如图螺旋桨是一坐标加工的典型零件之一，除了三个直角坐标运动外，为保证刀具与曲面始终贴合，刀具还作坐标A和坐标B的摆角运动，形成i、i的摆角运动，同时摆角运动导致直角坐标作附加运动，所以需要Z、C、X、A、B五坐标加工。编程相当复杂。,（4）五坐标加工,三、工序设计 工序设计是保证加工质量与生产效率的关键，是编写加工程序的工艺依据。,数控加工的工序设计是指一个零件在一次装夹中连续自动加工直至加工结束那部分的工艺内容； 包括零件的装夹方法与夹具选用、刀具选择与工步划分及其走刀路线、切削用量选择等内容。1、零件的装夹与夹具 要求：每一个零件在夹具上的装夹必须精确定位，加工中不允许
8、变形，力求减少零件的装卸时间。, 零件在夹具上的定位基准应与零件的设计基准或工艺基准一致；夹具在机床工作台上的基准面与零件的定位基准面平行，并与机床坐标系一致。, 夹具结构应有足够刚性，方便清除切屑。 确保刀具运动空间，避免刀具组件与夹具碰撞。 用组合夹具与可调夹具，小件用气动或液压夹紧。 批量较大的中小零件，可在夹具上装夹几个相同的零件或相似的零件加工； 可用一把刀加工完所有零件的相同表面后换刀。,2、工步与走刀路线根据工序确定其工步、工步顺序及每把刀具的走刀路线。,首先根据该工序加工表面与毛坯的形状、尺寸以及粗、精加工要求，确定哪些表面用何种刀具加工，从而确定所需的工步； 再根据一般工艺原
9、则确定工步顺序； 然后确定每把刀相对于工件的运动轨迹与方向（包括大余量切除的走刀次数与工作行程、空行程）及其切削参数。,如图为车刀选用及其走刀路线。该零件毛坯为棒料，需7把刀；刀号1-7表示工步顺序和每把刀的运动轨迹和方向。,刀号1、3为粗车，2、4为精车，5、6、7分别为切槽、车端面及车螺纹。,确定走刀路线应考虑确保加工质量、尽可能缩短走刀路线、编程计算简单、程序段数量要少及“少换刀”等原则。,寻求最短走刀路线与最佳进给方式： 主要是大余量切除的走刀次数要少，每一次走刀应切除尽可能多的加工内容，尽量减少或缩短空行程。 如图为车削大余量走刀，用4次大的背吃刀量，再用一次精车全部外表面。,如图为
10、铣内槽走刀路线。 图a用行切法，路线短，但工件轮廓周边有较大的残留余量。,图b为环切法，计算较复杂且路线较长。 图c用行切法粗铣，最后精铣轮廓一周，既保证了加工质量，又使计算简单，路线也较短。,如图为陀螺转子，用数控车床加工。 图a为矩形走刀路线，当轴向进刀时切削力陡增，排屑不畅，易崩刀。,图b为斜线走刀路线，切削截面由小逐渐增大，切削力渐增，排屑也畅，切削条件得以改善。 由于取消了轴向进刀，程序段数可减少一半。,内、外圆与曲面的铣削应考虑切入和切出的延伸程序，确保平滑过渡，避免法向或Z向切入由于弹性变形而引起刀痕。,如图a为铣外圆轮廓，路线为A1B2B3C。 如图b为铣内圆轮廓，路线为1A2
11、3（偏心圆）B4（工件轮廓）B5（偏心圆）C61。 非圆曲线平面轮廓的铣削同样要切入和切出延伸。,避免在进给中途停顿：因此时刀具仍继续运转，由于切削力逐渐减小导致刀具弹性恢复而形成刀痕。,避免反向间隙对尺寸精度的影响：如孔距精度要求高时，刀具应同向进行点定位。 在确定走刀路线时应符合“少换刀”原则： 在一次换刀后尽可能完成一个零件上的所有相同加工表面的加工，减少空行程与辅助时间。 加工中心机床应避免在同一个零件的加工过程中重复换用同一把刀具； 加工中心机床的加工往往按所用刀具划分程序块。,3、刀具与切削用量的选用 （1）数控加工对刀具的要求 要求有先进的刀具与数控机床相适应。, 足够的强度与刚
12、度：满足粗、精加工的要求；能够高速和强力切削；提高加工质量。 高的刀具耐用度：减少换刀与对刀次数，从而减少停机损失。 高的可靠性：刀具偶尔或经常故障，会中断加工。 较高的精度：机夹不重磨刃转位刀具、车刀刀杆、钻头两主切削刃的对称性、加工中心微调镗刀。 可靠的断屑：应合理选用切削用量与断屑槽的形状与尺寸。 刀具的快速更换与刀具系统的应用。,广泛采用机夹可转位刀具：即不重磨刀具，具有多个刀尖位置尺寸一致的切削刃，可减少换刀和对刀。,图a为可转位车刀,（2）数控加工刀具的应用,图b为可转位盘铣刀,图c为可转位扩孔刀,尽量采用高效刀具和先进刀具,如图为曲面加工铣刀 图a为镶硬质合金与可转位球头铣刀。
13、图b为鼓形铣刀，多用于铣削飞机变斜角面零件。,如图为一种先进的波刃铣刀，能将狭长的切屑变为厚而短的碎切屑，是排屑流畅，且不易产生切削振动，耐用度高。,对于孔加工，应尽可能采用“钻扩”、“钻锪”、“扩铰”等复合刀具。,刀具组件要实现系列化、标准化、通用化和模块化，从而建立工具系统。,如图为著名的瑞典山特维克（Sandvik）公司生产的BTS车削模块化工具系统，可用于车削中心刀架与刀库之间的自动更换。 其手动换切削头时间为5s，自动更换为2s，定位精度达到径向0.002mm和轴向0.005mm。,工具系统的应用,我国生产了用于镗铣数控机床和加工中心的TSGJT（锥柄）与DSGJZ（直柄）两类整体式
14、工具系统。,我国已开发了TMG系统，包括TMG10（短圆锥定位）、TMG14（长圆锥定位）及TMG12（圆柱定位）等模块式工具系统。 如图为TMG10工具系统，分为主柄、中间、工作三大模块。,数控加工的切削用量，选用原则与普通加工相同。 由于数控机床动力参数较高、速度参数范围较大，粗加工应尽可能取较大背吃刀量以减少走刀次数。,精加工可取较高切削速度和较低进给量，由于都是无级调速，有可能达到最佳加工参数。轮廓铣削时，进给速度的选取应注意内轮廓拐角处由于速度惯性而引起的“超程”现象而多切去一部分，可降低进给速度或分段进给。,4、数控加工的工艺文件,工序卡一般包括详细的工步、刀具的刀号及类型与规格、刀具夹持件标准编号、切削参数等，还应附上工件加工面简图。如表。,在工序设计完成后即可制订加工工序卡与刀具卡，作为编制加工程序单、工装装备的依据。 首件试切后还应制订机床调整卡。,刀具卡进一步说明每一把刀具各组成（刀片、刀柄、刀杆与接杆）的名称、规格、数量及刀具组件简图（外形图）与预调尺寸。机床调整卡主要是控制面板上与速度、跳步、M01、冷却、补偿、镜像对称轴等有关的开关与调节旋钮的位置以及零件装夹等内容的说明。,
