数控加工工艺分析资料.ppt

三）第3章 数控加工工艺分析 3.1 3.1 数控加工工艺性分析数控加工工艺性分析 n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、零件的工艺特点、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 3.1.1 数控加工工艺内容的选择通常优先考虑数控加工的内容为：n1. 通用机床无法加工的内容；n2. 通用机床难于加工，即使通用机床能加工质量也难保证的内容；n3. 通用机床效率低、工人手工操作劳动强度大的内容相比之下，下列情况不宜选择数控加工：n1. 占机调整时间长如以毛坯的粗基准定位加工第一精基准，要用专用的工装n2. 加工部位分散，需要多次安装多次设置原点，数控加工较麻烦n3. 按某些特定的样板加工的型面轮廓获取数据困难，增加编程难度 n此外，还要考虑生产批量、生产周期、工序间周转情况等等 3.1.2 零件数控加工工艺性分析1. 零件图样尺寸标注应符合编程方便的原则 在数控编程中，所有点、线、面的尺寸和位置都是以编程原点为基准的。

因此零件图样上最好直接给出坐标尺寸，或尽量以同一基准引注尺寸 若将图（a）改为图（b）所示标注尺寸，各孔位置尺寸都以A面为基准，基准统一，且工艺基准与设计基准重合，各尺寸都容易保证 2构成零件轮廓的几何元素条件应完整 在手工编程时要计算基点或节点坐标在自动编程时，要对构成零件轮廓的所有几何元素进行定义因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否完整、准确如圆弧与直线，圆弧与圆弧在图样上相切，但根据图上给出的尺寸，在计算相切条件时，变成了相交或相离状态由于构成零件几何元素条件的不完整，使编程时无法下手遇到这种情况时，应与零件设计人员协商解决3. 零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点 1）零件的内腔（Cavity）和外形最好采用统一的几何类型和尺寸这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便，生产效益提高 2）内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小零件工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转接圆弧半径的大小等有关 3）零件铣削底平面时，槽底圆角半径不应过大 4）应采用统一的基准定位（Positioning） 3.2 数控加工走刀路线确定 在数控加工中，刀具相对于工件的运动轨迹称为加工路线（Processing Route），即刀具从对刀点开始运动起，直至结束加工程序所经过的路径，包括切削加工的路径及刀具引入、返回等非切削空行程。

加工路线的确定首先必须保证被加工零件的尺寸精度（Dimensional Precision）和表面质量（Surface Quality），其次考虑数值计算简单，走刀路线尽量短，效率较高等1车圆锥的加工路线2车圆弧的加工路线3车螺纹时的引入、引出距离n切削螺纹时，增加1（25mm)的刀具引入距离和2（12mm)的刀具切出距离，保证在升速完成后使刀具接触工件，刀具离开工件后再降速 4铣削轮廓的加工路线n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（Smooth） n铣削封闭的内轮廓表面时，因内轮廓曲线不允许外延，刀具只能沿轮廓曲线的法向（Normal）切入和切出，此时刀具的切入和切出点应尽量选在两几何元素的交点处 5铣削曲面的加工路线n铣削曲面（Curved Surface）时，常用球头刀采用“行切法”进行加工n当采用图3.8（a）的加工方案时，每次沿直线加工，刀位点计算简单，程序少， n当采用图3.8（b）的加工方案时，便于加工后检验，表面准确度高，但程序较多 6位置精度要求高的孔加工路线n对于位置精度要求精度较高的孔系加工（Holes Processing），特别要注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，就有可能将沿坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度。

7多孔最短走刀路线 如加工下图a所示零件上的孔系b图的走刀路线为先加工完外圈孔后，再加工内圈孔若改用c图的走刀路线，减少空刀时间，则可节省定位时间近一倍，提高了加工效率 8铣削内腔的走刀路线 如图3.11（a）为用行切方式加工内腔（Die Cavity）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，而达不到要求的表面粗糙度（Roughness） 如采用图3.11（b）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3.10（c）也是一种能保证较好表面质量的走刀路线方式，但其加工时间略长 3.3 确定定位和夹紧方案3.3.1 零件的夹紧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）夹紧方式可靠，夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位图3.12（a）所示，薄壁套用卡爪径向夹紧时工件变形大； 图3.12（b）沿轴向施加夹紧力，变形会小得多 n图3.13（a）所示，夹紧薄壁箱体的夹紧力不应作用在箱体的顶面，应如图3.13（b）所示作用在刚性较好的凸边上，或改为在顶面上三点夹紧，改变着力点位置，以减小夹紧变形，如图3.13（c）所示。

3.3.2 夹具的选择 1.选择夹具的基本原则 要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定，协调零件和机床坐标系的尺寸关系 当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间、节省生产费用 在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单 零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间 夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀（如产生碰撞等） 2. 机床夹具的类型和特点（1）按夹具的使用特点分类 根据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具和拼装夹具五大类2）按使用机床分类 夹具按使用机床不同，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具以及其他机床夹具等3）按夹紧的动力源分类 夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、气动夹具、液压夹具、气液增力夹具、电磁夹具以及真空夹具等3数控加工夹具的特点n数控加工的夹具应具有柔性，经过适当调整即可夹持多种形状和尺寸的工件 n数控加工中的夹具一般不需要导向和对刀功能，只要求具有定位和夹紧功能，就能满足使用要求，这样可简化夹具的结构。

n为适应数控加工的高效率，数控加工夹具应尽可能使用气动、液压、电动等自动夹紧装置快速夹紧n夹具的刚度和夹紧力都要满足大切削力的要求n 夹具结构不要妨碍刀具对工件各部位的多面加工n夹具的定位要可靠，定位元件应具有较高的定位精度，定位部位应便于清屑，无切屑积留 n对刚度小的工件，应保证最小的夹紧变形，如使夹紧点靠近支承点，避免把夹紧力作用在工件的中空区域等 3.3.3 夹具定位实例n两个定位销3、7与定位块4组成一面两销的六点定位，压板6与夹紧螺母7实现夹紧图中：1夹具体，2凸轮零件，3圆柱定位销，4定位块，5夹紧螺母，6压板，7菱形定位销3.4 确定刀具与工件的相对位置n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，也可以设在夹具上与零件定位基准有一定尺寸联系的某一位置n对刀点的选择原则如下：n1. 应使程序编制简单；2. 应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；3. 在加工时检验方便、可靠；4. 应有利于提高加工精度换刀点（Tool Changing Point）是为数控车床、加工中心等采用多刀进行加工的机床而设置的，因为这些机床在加工过程中常需自动换刀。

对于手动换刀的数控铣床，也应确定相应的换刀位置为防止换刀时碰伤零件、刀具或夹具，换刀点常常设置在被加工零件的轮廓之外，并留有一定的安全量（Safety Discharge）n对刀是指使“刀位点”与“对刀点”重合的操作刀位点”是指刀具的定位基准点如图3.17所示，（a）车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；（b）钻头的刀位点是钻头顶点；（c）圆柱铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点；（d）球头铣刀的刀位点是球头的球心点各类数控机床的对刀方法是不完全一样的3.5 选择刀具和确定切削用量n3.5.1 数控加工刀具n1. 数控加工刀具的种类n（1）根据结构形式分类n整体式 镶嵌式减振式内冷式特殊型式n（2）根据刀具材料(Material of Tool)分类n高速钢刀具硬质合金刀具陶瓷刀具、立方氮化硼刀具、金刚石刀具等n（3）根据切削工艺不同分类n车削刀具分外圆、内孔、外螺纹、内螺纹，切槽、切端面、切端面环槽、切断刀等 n钻削刀具分小孔、短孔、深孔、攻螺纹、铰孔刀等n镗削刀具分粗镗、精镗等刀具n铣削刀具分面铣、立铣、三面刃铣等刀具n（4）特殊型刀具 n特殊型刀具有带柄自紧夹头、强力弹簧夹头刀柄、可逆式（自动反向）攻螺纹夹头刀柄、增速夹头刀柄、复合刀具和接杆类等。

n2数控加工刀具的特点n为了达到高效、多能、快换、经济的目的，数控加工刀具与普通金属切削刀具相比，前者应满足安装调整方便、刚性好、精度高、耐用度好等要求n3. 数控刀具的选择n刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率，而且直接影响加工质量与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高不仅要求精度高、刚度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便这就要求采用新型优质材料制造数控加工刀具，并优选刀具参数n对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、鼓形刀、锥形刀和盘形刀，如图3.21所示图3.20 钻、铣削刀具3.5.2 切削用量的确定n切削用量包括主轴转速、背吃刀量、进给量对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并编入程序单内 n合理选择切削用量的原则是，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3.6金属切削液的使用 n1. 金属切削液的作用 n（1）冷却作用 n（2）润滑作用n（3）清洗作用n（4）防锈作用n 2. 切削液的性能 n（1）储存稳定性好 n（2）对细菌和霉菌有一定的抵抗能力，不易发臭变质，使用周期长n（3）对人体无害，无刺激性气味，便于回收，不会污染环境 n3. 切削液的分类及选用 n 金属切削液通常可分为以冷却为主的水溶性金属切削液和以润滑为主的纯油性金属切削液；水溶性金属切削液又可细分为可溶性油（乳化液）、半合成切削液（微乳化液）和合成切削液三种。

3.7 工艺文件编制n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其它问题n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 3.8 工艺分析实例n欲加工如图3.23所示工件，材料为板材45钢，小批量生产，其加工工艺分析如下： n1. 外形加工图3.23 加工零件三维造型图n为了满足侧面与底面垂直度要求，表面光洁无刀痕，节省材料等要求，故外形采用线切割加工完成n2选择切削加工设备 n根据被加工零件的外形和材料等条件，选用MIKRON Vce600pro加工中心 n3确定工件的定位基准和装夹方式 n（1）定位基准 X方向寻边器分中，Y方向平口钳定位，Z方向。