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1、1 / 15 第 2 章 数控加工工艺设计数控机床的加工工艺与通用机床的加工工艺有许多相同之处，但在数控机床上加工零件比通用机床加工零件的工艺规程要复杂得多。在数控加工前，要将机床的运动过程、零件的工艺过程、刀具的形状、切削用量和走刀路线等都编入程序，这就要求程序设计人员具有多方面的知识基础。合格的程序员首先是一个合格的工艺人员，否则就无法做到全面周到地考虑零件加工的全过程，以及正确、合理地编制零件的加工程序。2.1 数控加工工艺设计主要内容在进行数控加工工艺设计时，一般应进行以下几方面的工作：数控加工工艺内容的选择；数控加工工艺性分析；数控加工工艺路线的设计。2.1.1数控加工工艺内容的选择
2、对于一个零件来说，并非全部加工工艺过程都适合在数控机床上完成 , 而往往只是其中的一部分工艺内容适合数控加工。这就需要对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要进行数控加工的内容和工序。在考虑选择内容时，应结合本企业设备的实际，立足于解决难题、攻克关键问题和提高生产效率，充分发挥数控加工的优势。1、适于数控加工的内容在选择时，一般可按下列顺序考虑：1）通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容；2）通用机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容；3）通用机床加工效率低、工人手工操作劳动强度大的内容，可在数控机床尚存在富裕加工能力时选择。2、不适于数控加工的内容一般来说，上述这些
3、加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产效率与综合效益等方面都会得到明显提高。相比之下，下列一些内容不宜选择采用数控加工：1）占机调整时间长。如以毛坯的粗基准定位加工第一个精基准，需用专用工装协调的内容；2）加工部位分散，需要多次安装、设置原点。这时，采用数控加工很麻烦，效果不明显，可安排通用机床补加工；3）按某些特定的制造依据改进前的结构b改进后的结构图 2.1 工艺凸台的应用4、统一几何类型及尺寸零件的外形、内腔最好采用统一的几何类型及尺寸，这样可以减少换刀次数，还可能应用控制程序或专用程序以缩短程序长度。零件的形状尽可能对称，便于利用数控机床的镜向加工功能来编程，以节省编程时间。2.1.
4、3数控加工工艺路线的设计精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 15 页3 / 15 数控加工工艺路线设计与通用机床加工工艺路线设计的主要区别 , 在于它往往不是指从毛坯到成品的整个工艺过程，而仅是几道数控加工工序工艺过程的具体描述。因此在工艺路线设计中一定要注意到，由于数控加工工序一般都穿插于零件加工的整个工艺过程中，因而要与其它加工工艺衔接好。常见工艺流程如图2.2 所示。数控加工工艺路线设计中应注意以下几个问题：1、工序的划分根据数控加工的特点，数控加工工序的划分一般可按下列方法进行：1）以一次安装、加工作为一道工序。这种
5、方法适合于加工内容较少的零件，加工完后就能达到待检状态。2）以同一把刀具加工的内容划分工序。有些零件虽然能在一次安装中加工出很多待加工表面，但考虑到程序太长，会受到某些限制，如控制系统的限制主要是内存容量），机床连续工作时间的限制如一道工序在一个工作班内不能结束）等。此外，程序太长会增加出错与检索的困难。因此程序不能太长，一道工序的内容不能太多。3）以加工部位划分工序。对于加工内容很多的工件，可按其结构特点将加工部位分成几个部分，如内腔、外形、曲面或平面，并将每一部分的加工作为一道工序。4）以粗、精加工划分工序。对于经加工后易发生变形的工件，由于对粗加工后可能发生的变形需要进行校形，故一般来说
6、，凡要进行粗、精加工的过程，都要将工序分开。2、顺序的安排顺序的安排应根据零件的结构和毛坯状况，以及定位、安装与夹紧的需要来考虑。顺序安排一般应按以下原则进行：1）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应综合考虑；2）先进行内腔加工，后进行外形加工；零件图样b路线 1c路线 2图 2.3 最短走刀路线的设计2、最终轮廓一次走刀完成为保证工件轮廓表面加工后的粗糙度要求，最终轮廓应安排在最后一次走刀中连续加工出来。如图 2.4a 为用行切方式加工内腔的走刀路线，这种走刀能切除内腔中的全部余量，不留死角，不伤轮廓。但行切法将在两次走刀的起点和终点间留下残留高度，而
7、达精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 15 页5 / 15 不到要求的表面粗糙度。所以如采用2.4b 图的走刀路线，先用行切法，最后沿周向环切一刀，光整轮廓表面，能获得较好的效果。图2.4c 也是一种较好的走刀路线方式。a路线 1b路线 3c路线 3图2.4铣削内腔的三种走刀路线3、选择切入切出方向考虑刀具的进、退刀切入、切出）路线时，刀具的切出或切入点应在沿零件轮廓的切线上，以保证工件轮廓光滑；应避免在工件轮廓面上垂直上、下刀而划伤工件表面；尽量减少在轮廓加工切削过程中的暂停切削力突然变化造成弹性变形），以免留下刀痕，如图
8、2.5 所示。图 2.5 刀具切入和切出时的外延4、选择使工件在加工后变形小的路线精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 15 页6 / 15 对横截面积小的细长零件或薄板零件应采用分几次走刀加工到最后尺寸或对称去除余量法安排走刀路线。安排工步时，应先安排对工件刚性破坏较小的工步。2.2.2确定定位和夹紧方案在确定定位和夹紧方案时应注意以下几个问题：1）尽可能做到设计基准、工艺基准与编程计算基准的统一；2）尽量将工序集中，减少装夹次数，尽可能在一次装夹后能加工出全部待加工表面；3）避免采用占机人工调整时间长的装夹方案； 薄壁套b
9、 改进方法 2c改进方法 2图2.6 夹紧力作用点与夹紧变形的关系精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 15 页7 / 15 2.2.3确定刀具与工件的相对位置对于数控机床来说，在加工开始时，确定刀具与工件的相对位置是很重要的，这一相对位置是通过确认对刀点来实现的。对刀点是指通过对刀确定刀具与工件相对位置的基准点。对刀点可以设置在被加工零件上，也可以设置在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置，对刀点往往就选择在零件的加工原点。对刀点的选择原则如下：1）所选的对刀点应使程序编制简单；2）对刀点应选择在容易找正、便于确定零
10、件加工原点的位置； 3）对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；钻头的刀位点b车刀的刀位点c圆柱铣刀的刀位点d球头铣刀的刀位点图 2.8 刀位点2.2.4 确定切削用量对于高效率的金属切削机床加工来说，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大要素。这些条件决定着加工时间、刀具寿命和加工质量。经济的、有效的加工方式，要求必须合理地选择切削条件。编程人员在确定每道工序的切削用量时，应根据刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择。也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。在选择切削用量时要充分保证刀具能加工完一个零件，或保证刀具耐用度不低于一个工作班，最少不低于半个工作班的工作时间。背吃刀量主要受机床刚度的
11、限制，在机床刚度允许的情况下，尽可能使背吃刀量等于精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 15 页9 / 15 工序的加工余量，这样可以减少走刀次数，提高加工效率。对于表面粗糙度和精度要求较高的零件，要留有足够的精加工余量，数控加工的精加工余量可比通用机床加工的余量小一些。编程人员在确定切削用量时，要根据被加工工件材料、硬度、切削状态、背吃刀量、进给量，刀具耐用度，最后选择合适的切削速度。表2.1 为车削加工时的选择切削条件的参考数据。表 2.1 车削加工的切削速度(m/min 被切削材料名称轻切削切深0.510.mm 进给量0
12、.050.3mm/r 一般切削切深14mm 进给量0.20.5mm/r 重切削切深512mm 进给量0.40.8mm/r 优质碳素结构钢10#100250 150250 80220 45#60230 70220 80180 合金钢b750MPa 100220 100230 70220 b750MPa 70220 80220 80200 2.3 填写数控加工技术文件填写数控加工专用技术文件是数控加工工艺设计的内容之一。这些技术文件既是数控加工的依据、产品验收的依据，也是操作者遵守、执行的规程。技术文件是对数控加工的具体说明，目的是让操作者更明确加工程序的内容、装夹方式、各个加工部位所选用的刀具及
13、其它技术问题。数控加工技术文件主要有：数控编程任务书、工件安装和原点设定卡片、数控加工工序卡片、数控加工走刀路线图、数控刀具卡片等。以下提供了常用文件格式，精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 15 页10 / 15 文件格式可根据企业实际情况自行设计。2.3.1数控编程任务书它阐明了工艺人员对数控加工工序的技术要求和工序说明，以及数控加工前应保证的加工余量。它是编程人员和工艺人员协调工作和编制数控程序的重要依据之一，详见表2.2 。表 2.2 数控编程任务书工艺处数控编程任务书产品零件图号任务书编号零件名称使用数控设备共 页
14、第 页主要工序说明及技术要求：编程收到日期月 日经手人编制审核编程审核批准2.3.2数控加工工件安装和原点设定卡片简称装夹图和零件设定卡）它应表示出数控加工原点定位方法和夹紧方法，并应注明加工原点设置位置和坐标方向，使用的夹具名称和编号等，详见表2.3 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 15 页11 / 15 表 2.3 工件安装和原点设定卡片零件图号J30102-4数控加工工件安装和原点设定卡片工序号零件名称 行星架装夹次数3梯形槽螺栓2压板1镗铣夹具板 GS53-61编制日期）审核日期）批准日期）第页共页序号夹具名
15、称夹具图号2.3.3数控加工工序卡片数控加工工序卡与普通加工工序卡有许多相似之处，所不同的是：工序简图中应注明编程原点与对刀点，要进行简要编程说明如：所用机床型号、程序编号、刀具半径补偿、镜向对称加工方式等）及切削参数即程序编入的主轴转速、进给速度、最大背吃刀量或宽度等）的选择，详见表2.4 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 15 页12 / 15 表 2. 4 数控加工工序卡片单位数控加工工序卡片产品名称或代号零件名称零件图号工序简图车间使用设备工艺序号程序编号夹具名称夹具编号工步号工 步 作 业 内容加工面刀具号刀
16、补量主轴转速进给速度背吃刀量备注编制审核批准年月日共 页第 页2.3.4数控加工走刀路线图在数控加工中，常常要注意并防止刀具在运动过程中与夹具或工件发生意外碰撞，为此必须设法告诉操作者关于编程中的刀具运动路线如：从哪里下刀、在哪里抬刀、哪里是斜下刀等）。为简化走刀路线图，一般可采用统一约定的符号来表示。不同的机床可以采用不同的图例与格式，表2.5 为一种常用格式。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 15 页13 / 15 表 2. 5 数控加工走刀路线图数控加工走刀路线图零件图号NC01工序号工步号程序号 O100机床型号
17、 XK5032 程序段号 N10N170加工内容铣轮廓周边共1页第 页编程校对审批符号含义抬刀下刀编程原点起刀点走刀方向 走刀线相交 爬斜坡铰孔行切2.3.5数控刀具卡片数控加工时，对刀具的要求十分严格，一般要在机外对刀仪上预先调整刀具直径和长度。刀具卡反映刀具编号、刀具结构、尾柄规格、组合件名称代号、刀片型号和材料等。它是组装刀具和调整刀具的依据，详见表2.6 。表 2.6 数控刀具卡片零件图号J30102-4数控刀具卡片使用设备刀具名称镗刀TC-30刀具编号T13006换刀方式自动程序编号刀序号编号刀具名称规格数量备注1T013960拉钉1精选学习资料 - - - - - - - - -
18、名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 15 页14 / 15 具组成2390、140-50 50 027刀柄13391、01-50 50 100接杆50100 14391、68-03650 085镗刀杆15R416.3-122053 25镗刀组件41 -5316TCMM110208-52刀片172GC435备注编制审校批准共页第页不同的机床或不同的加工目的可能会需要不同形式的数控加工专用技术文件。在工作中，可根据具体情况设计文件格式。本章提示：机械加工工艺基础知识，是编制实用、理想数控加工程序的重要基础。本章主要讨论了数控加工的主要内容，数控加工工艺与常规机械加工工艺的衔接
19、。更多的机械加工艺问题，请查阅： www.china- 和 ）。 A：静止的 B：运动的2车刀的刀位点是指 ）。 A：主切削刃上的选定点 B ：刀尖 3精加工时，切削速度选择的主要依据是 ） 。A：刀具耐用度 B：加工表面质量4在安排工步时，应安排 ） 工步。 A ：简精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 15 页15 / 15 单的 B：对工件刚性破坏较小的5在确定定位方案时，应尽量将 ） 。A：工序分散B：工序集中二、判断题1 ）立铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点。2 ）球头铣刀的刀位点是刀具中心线与球头球面交点。3 ）由于数控机床的先进性，因此任何零件均适合在数控机床上加工。4 ）换刀点应设置在被加工零件的轮廓之外，并要求有一定的余量。5不合理之处，并提出改进方案。图2.9 习题图 1图2.10 习题图 2图 2.11 习题图 3图2.12 习题图 410.确定走刀路线时应考虑哪些问题？11.简要说明切削用量三要素选择的原则。12.在数控机床上加工时定位基准和夹紧方案的选择应考虑哪些问题？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 15 页
