数控生产能力师资培训

1 浙江省数控生产能力师资培训讲义 宁波技师学院 周立波 黄裕庄 鲁国军 2 目录 数控加工工艺基础.6 一、分析零件工艺性.6 1.尺寸分析6 2.公差分析6 3.表面粗糙度要求7 4.其它要求分析7 5.确定加工内容和方法 .7 二、确定加工路线.7 1. 划分工序7 2. 安排加工路线9 三、选用数控刀具.9 四、选择切削用量.14 1.切削速度15 2. 进给量15 3. 背吃刀量15 4.切削用量选择方法.16 （3）切削速度的选择16 五、选择定位装夹方式 16 3 1.直接找正装夹 .16 2.划线找正装夹 .17 3.夹具装夹18 4.夹具选择要求 .19 5.数控车常用装夹定位方式.20 六、设计加工走刀路线 24 1.走刀路线设计原则.24 2.选择对刀点和换刀点.25 3.确定加工余量 .26 （1）经验估计法26 （2）查表修正法26 （3）分析计算法26 七、工艺文件填写.26 1.数控加工工艺过程卡.27 2.数控加工工序卡.28 3. 数控刀具调整单.28 4.加工程序单29 八. 简单零件数控加工工艺分析与设计 31 九产学一体教学实施流程：36 4 十产学一体实施案例：38 典型零件的工艺分析38 零件一：球阀.38 图样分析.39 主要加工表面技术要求39 初步拟定工艺路线 39 工艺路线的校核和可行性分析39 选择加工刀具.41 夹具设计.43 编制加工工艺.45 编制加工程序.49 十一产学一体实施作业58 数控加工工艺基础 5 一、分析零件工艺性 零件的数控加工工艺性问题涉及面很广，包括了零件图样的尺寸分析、公差分析、表面粗糙度分析、轮廓要 素分析等等。 1.尺寸分析 尺寸标注确定零件形状、结构大小和位置要求，是正确理解零件加工要求的主要依据。在数控编程中，所有 点、线、面的尺寸和位置都以编程原点为基准。因此，零件图样上最好直接标注出坐标尺寸，或尽量以相同基准 标注尺寸，便于编程时保证设计、工艺、检测基准与编程基准一致。分析图纸时，应注意圆弧与直线、圆弧与圆 弧之间是相切、相交还是相离，并仔细核算，发现问题及时与设计人员联系。 2.公差分析 从零件的设计角度，尺寸公差表示零件尺寸所允许的误差范围，它的大小影响零件的使用性能。分析零件图 样上的公差要求，以确定控制其尺寸精度的加工工艺。尺寸公差影响数控加工工艺中机床、刀具以及切削用量的 选择、对刀方案、走刀路线和零件定位装夹方式等工艺内容。 尺寸公差规定了加工中所有加工因素引起误差大小总和的范围。对数控加工而言，由机床、夹具、刀具和零 件所组成的统一体称为“工艺系统”。工艺系统误差包括控制系统误差，机床伺服系统误差，零件定位误差，对 刀误差、程序误差和机床、零件、刀具的刚性等引起的其他误差等。因此，分析公差时要确保所选择的加工内容、 方法和机床能够满足零件尺寸公差加工要求。 3.表面粗糙度要求 6 表面粗糙度是保证零件表面微观形状和精度的重要要求，也是合理选择机床、刀具及确定切削用量的重要依 据。机械加工时，表面粗糙度形成的原因，主要有几何因素和物理因素两方面。 4.其它要求分析 图样中零件材料和技术要求，也是选择刀具(材料、几何参数及使用寿命)、机床型号和切削用量的重要依据。 零件的加零件数，对装夹与定位、刀具选择、工序安排及走刀路线的确定等都是不可忽视的因素。 5、确定加工内容和方法 制定数控加工工艺过程，首先要根据零件图确定数控加工的内容、要求以及加工方法。当选择并决定对某个 零件进行数控加工时，并非其全部加工内容都采用数控加工，应选择适合并需要的内容和工序进行数控加工。此 外，在确定加工内容和加工方法时，还要综合考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等因素。 二、确定加工路线 1. 划分工序 零件的机械加工，从毛坯到成品，并非只使用一台机床一次加工完成，都是分为多个工序进行加工。因此， 划分工序有着重要意义，不仅有效保证加工质量，而且有利于合理使用设备。例如：粗加工余量大、切削用量大， 采用功率大、刚性好、生产率高，精度要求不高的设备；精加工切削力小，对机床破坏小，可采用精度高的设备。 同时，划分工序便于安排热处理工序，使冷、热加工工序配合得更好，并且便于及时发现毛坯缺陷及半成品报废。 对毛坯的各种缺陷，如铸件的气孔、夹砂和余量不足等，在粗加工各表面后即可发现，便于及时报废或修补。 （1）工序集中原则 7 工序集中原则是将零件的加工集中在少数几道工序内完成，每道工序包括尽可能多的加工内容。具有设备数 量少、场地占用小、生产周期短、生产效率高等特点，并且在一次装夹中加工了多个表面，易于保证这些表面的 位置精度。但一般与专用设备和专用工艺装备配合应用，机床和工艺装备的调整复杂、维修费用高。工序集中原 则划分工序的方法如下： 1）按刀具划分。以同一把刀具完成的那一部分工艺过程为一道工序。普通机床常用这种方法划分工序。例如： 普车 CA6140 上粗车轴类零件左右两端的各个外圆面；在普铣 X5032 上，一把盘铣刀铣削支架类零件上下平面。 2）按安装划分。以每一次装夹完成的那一部分工艺过程作为一道工序。这种方法适合于加工内容不多，或位 置精度要求很高，以及形状复杂的零件，加工完成后就能达到待检状态。 3）按粗、精加工划分。以粗加工中完成的那一部分工艺过程为一道工序，精加工中完成的那一部分工艺过程 为一道工序。这种划分方法适用于加工后变形较大，热处理要求较高，需粗、精加工分开的零件，如毛坯为铸件、 焊接件或锻件以及轴类零件等。 （2）工序分散原则 工序分散原则指零件的加工分散在较多的工序内进行，每道工序的加工内容很少，最少时每道工序仅完成一 个简单的工步。具有机床和工艺装备简单；对工人的技术要求低；生产准备工作量小，容易变换产品；设备数量 多等特点。 （3）加工阶段的划分 1）粗加工阶段。在该阶段，要切除大量的加工余量，使毛坯在形状和尺寸上接近零件成品，因此主要目标是 提高生产率。 2）半精加工阶段。在该阶段，为主要表面的精加工作好准备，使其达到一定加工精度，保证一定的加工余量， 并完成一些次要表面的加工(如钻孔、攻螺纹、铣键槽等)，一般在热处理之前进行。 8 3）精加工阶段。保证各主要表面达到零件图样规定的尺寸精度和表面粗糙度要求，主要目标是全面保证加工 质量。 4）光整加工阶段。对于零件上精度要求很高，表面粗糙度值要求很小(IT6 级及以上，Ra0.2m)的表面， 还需进行光整加工，提高尺寸精度和减小表面粗糙度值，一般不用纠正形状精度和位置精度。 5）超精密加工阶段。该阶段按照超稳定、超微量切除原则，实现加工尺寸误差和形状误差在 0.1m 以下的 加工技术。 2. 安排加工路线 加工路线安排包括了切削加工工序、热处理和辅助工序等。加工工序安排的合理性和科学性直接影响到零件 的加工质量、生产效率和加工成本等。 3、选用刀具 数控加工刀具的选择 刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一。选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内容、工件材料等 因素。选取刀具时，要使刀具的尺寸和形状相适应。尤其是刀片的选择是保证加工质量提高加工效率的重要环节 （1）刀具的分类 9 （2）刀具形状和工件形状的关系 10 （3）常用刀具类型 端面外圆刀 35 度外圆尖刀 35 度中置刀 外螺纹刀 11 外切槽刀 外切断刀 内切槽刀 大切深外切断片刀 内螺纹刀 内孔镗刀 小内孔镗刀 内孔尖刀 12 （3）常用刀片类型参数 13 车刀选择总结 应当指出，加工一般材料大量使用的仍是普通高速钢及硬质合金，只有在加工难加工材料时，才考虑选用 新牌号合金或高性能高速钢，在加工高硬度材料或精密加工时，才考虑选用超硬材料。但在目前数控技术普遍的 情况下，已逐步普及涂层刀具（机夹刀具）的使用，即模块化选择使用。 在配刀时我们必须预先掌握以下信息： 1、机床允许的最大功率和最大转速； 2、机床的刀方尺寸； 3、机床允许的镗杆直径； 4、刀具的左右手； 5、客户机床的冷却系统； 6、工件材料及其硬度； 7、工件材料的热处理状况； 8、客户对工件的加工要求：尺寸、粗糙度、形位公差等； 9、工况如何？是否长悬臂？（需另考虑刀杆材质：工具钢、高速钢、整体硬质合金）是否断续加工等。 10、找刀具商提供图纸及相关技术要求，由其提供参考适切刀具 14 四、选择切削用量 合理选用切削速度、背吃刀量及进给量，是满足加工质量要求、充分发挥加工潜能、降低加工成本的 c p a f 关键。切削用量的选择原则是：保证零件加工精度和表面粗糙度，充分发挥刀具切削性能，保证合理的刀具耐用 度；考虑机床工艺系统的刚度前提下，最大限度提高生产率，降低成本。 1.切削速度 主轴转速应根据允许的切削速度和零件（或刀具）直径 D 来选择。其计算公式为： c 1000/ c nD 式中：切削速度，单位为 m/min，由刀具的耐用度决定； c n 主轴转速，单位为 r/min； D 零件直径或刀具直径，单位为 mm。 计算出主轴转速 n，最后要根据机床说明书选取机床有的或较接近的转速，另外程序中编写的主轴转速可以 通过机床面板上面的转速倍率开关，操作者随时可以根据实际切削情况进行调整。 2. 进给量 进给量主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、零件的材料性质选取，同时最大进给量受机f 床刚度和进给系统的性能限制。在轮廓加工中，在接近拐角处应适当降低进给量，以克服由于惯性或工艺系统变 形在轮廓拐角处造成“超程”或“欠程”现象。进给量的确定原则如下： 1零件的质量要求能够得到保证时，为提高生产效率，可选择较高的进给速度。切断、加工深孔或用高速钢 刀具加工时，宜选择较低的进给速度。 15 当加工精度、表面粗糙度要求高时，进给速度应选小些。刀具空行程时，特别是远距离“回零”时，可以 使用机床数控系统设定的最高进给速度。 3. 背吃刀量 背吃刀量 : 已加工表面和待加工表面之间的垂直距离，用AP 表示，单位为 MM，如下图： 图 1-3-20 背吃刀量 背吃刀量根据机床、零件和刀具的刚性来决定。在刚性允许的条件下，应尽可能使背吃刀量等于零件的加工 余量，这样可以减少走刀次数，提高生产效率。如半精加工时，背吃刀量可取 0.52mm；精加工时时，背吃刀 量一般为 0.20.5mm。 背吃刀量应大于冷硬层厚度；切削速度和进给量应通过实验选取生产效率和刀具寿命的 综合最佳值，精加工时切削速度应高一些。 16 4.切削用量选择方法 切削用量选择是综合考虑切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本等因素。粗加工时，主要考虑 保证效率和刀具耐用度。精加工时，主要考虑保证加工精度和表面粗糙度，其次是刀具耐用度和效率。 （1）背吃刀量的选择（常规加工45#条件下） 数控车床 CK6140 车削加工时，粗车背吃刀量2mm，半精车背吃刀量 0.13mm，精车背吃刀量 0.050.5mm。 （2）进给量的选择 车削加工时，粗加工进给量 0.30.5mm/r，半精加工进给量 0.150.25mm/r，精加工进给量 0.050.15mm/r。 （3）切削速度的选择 根据已经选定的背吃刀量、进给量、刀具材料和刀具耐用度等选择。 五、选择定位装夹方式 应用数控机床加工零件时，为保证零件的加工精度和加工质量，必须使零件位于机床上的正确位置（即：定 位），并将它固定使之在加工过程中始终保持在原先定位的位置上（即：夹紧）。零件在机床上定位与夹紧的过 程称为装夹。 装夹方式分为直接找正装夹、划线找正装夹和夹具装夹三种方式。 17 1.直接找正装夹 直接找正装夹方式用划针盘上的划针或百分表，以目测法直接在机床上找正零件准确位置。一般将零件直接 放在数控机床工作台上或放在四爪卡盘、机用平口钳等附件中，根据工件的一个或几个表面用划针或百分表一边 校验，一边找正，零件在机床上的准确位置是通过一系列的尝试而