数控编程技术 第2版 教学课件 ppt 作者 王爱玲 42564第2章 数控编程中的加工工艺分析及设计.ppt

第2章 数控编程中的加工工艺分析及设计,2.1数控加工工艺分析的特点及内容 2.2数控加工工艺性分析 2.3加工方法选择及加工方案确定 2.4数控加工工艺路线的设计 2.5加工路线的设计 2.6确定零件的夹紧方法和夹具的选择 2.7刀具的选择 2.8切削用量的确定 2.9顺铣与逆铣 2.10数控加工工艺文件 练习与思考题,无论是普通加工还是数控加工，手工编程还是自动编程，在编程前都要对所加工的零件进行工艺过程分析，拟定加工方案，确定加工路线和加工内容，选择合适的刀具和切削用量，设计合适的夹具及装夹方法，以及对一些特殊的工艺问题（如对刀点、刀具轨迹路线设计等）也应做一些处理2.1 数控加工工艺分析的特点及内容,1．工艺的内容十分明确而具体 2．工艺的设计要求非常严密 3．注重加工的适应性 4．采用多坐标联动自动控制加工复杂表面 5．采用先进的工艺装备 6．采用工序集中,2.1.1 数控加工的工艺设计特点,1．选择适合在数控机床上加工的零件，确定数控机床加工内容； 2．对零件图纸进行数控加工工艺分析，明确加工内容及技术要求； 3．具体设计数控加工工序，如工步的划分、工件的定位、夹具的选择、刀具的选择、切削用量的确定等； 4．处理特殊的工艺问题，如对刀点、换刀点确定，加工路线确定，刀具补偿，分配加工误差等； 5．处理数控机床上部分工艺指令，编制工艺文件； 6．编程误差及其控制。

2.1.2 数控加工工艺的主要内容,2.1 数控加工工艺分析的特点及内容,数控加工工艺设计的主要内容,2.2数控加工工艺性分析,2.2数控加工工艺性分析,1．最适应类 （1）形状复杂，加工精度要求高，使用通用机床无法加工或虽能加工但很难保证产品质量的零件，如图2-1所示2.2.1从零件加工工艺分析决定零件进行数控加工的适用范围,图2-1 塑料模具,（2）用数学模型描述的复杂曲线或曲面轮廓零件，如图2-2、图2-3所示 （3）具有难测量、难控制进给、难控制尺寸的不开敞内型腔的壳体或盒型零件，如图2-4所示的壳体零件 （4）必须在一次装夹中完成铣、镗、锪、铰或攻丝等多工序的零件图 2-2管状零件 图2-3 叶片零件 图2-4内型腔壳体零件,2．较适应类 （1）在通用机床上加工时极易受人为因素（如情绪波动、体力强弱、技术水平高低等）干扰，零件价值又高，一旦质量失控便造成重大经济损失的零件 （2）在通用机床上加工时，必须制造复杂的专用工装的零件 （3）需要多次更改设计后才能定型的零件 （4）在通用机床上加工需要作长时间调整的零件 （5）普通机床难加工，质量也难以保证的内容应作为重点选择内容。

（6）用通用机床加工时，生产率很低或体力劳动强度很大的零件3．一般来说，上述这些加工内容采用数控加工后，在产品质量、生产率与综合经济效益等方面都会得到明显提高相比之下，下列一些内容则不宜选择采用数控加工： （1）需要通过较长时间占机调整的加工内容； （2）必须按专用工装协调的孔及其它加工内容 （3）按某些特定的制造依据（如：样板、样件、模胎等）加工的型面轮廓 （4）不能在一次安装中加工完成的零星分散部位首先应熟悉零件在产品中的作用、位置、装配关系和工作条件，搞清楚各项技术要求对零件装配质量和使用性能的影响，找出主要的和关键的技术要求，然后对零件图样进行分析 1．检查零件图的完整性和正确性 2．零件的技术要求分析 3．合理的标注尺寸原则 （1）零件图上尺寸标注应适合数控加工的特点; （2）构成零件轮廓的几何元素的条件应充分; （3）审查与分析定位基准的可靠性.,2.2.2分析零件图,1．零件的内腔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，效益提高2.2.3零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点,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。

如图2-11所示，零件工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转换圆弧半径的大小等有关图b与图a相比，转接圆弧半径大，可以采用较大直径的铣刀来加工加工平面时，进给次数也相应减少，表面加工质量也会好一些，所以工艺性较好通常R0.2H（H为被加工零件轮廓面的最大高度）时，可以判定零件的该部位工艺性不好图2-11 数控加工工艺性对比,3．铣削零件底面时，槽底圆角半径r不应过大如图所示，圆角r越大，铣刀端刃铣平面的能力越差，效率也越低，当r大到一定程度时，甚至必须用球头刀加工，应尽量避免因为铣刀与铣削平面接触的最大直径d=D-2r（D为铣刀直径）当D一定时，r越大，铣刀端刃铣削平面的面积越小，加工表面的能力越差，工艺性也越差 此外，还应分析零件要求的加工精度，尺寸公差等是否可以得到保证，是否有引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等图2-12 零件底面圆弧的影响,毛坯的形状和特性，在很大程度上决定了以后机械加工的难易程度、工序数量、劳动量和材料消耗确定毛坯种类时，主要考虑下列因素： 1．零件的材料及机械性能要求 2．零件的结构形状和外形尺寸 3．生产类型 4．具体生产条件 5．充分考虑利用新工艺、新技术和新材料的可能性。

2.3.1 数控机床的合理选用,2.3 加工方法选择及加工方案确定,1．数控车床适用于加工形状比较复杂的轴类零件和由复杂曲线回转形成的模具内型腔 2．数控立式镗铣床和立式加工中心适于加工箱体、箱盖、平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件，以及模具的内、外型腔等 3．卧式镗铣床和卧式加工中心适于加工复杂的箱体类零件、泵体、阀体、壳体等 4．多坐标联动的卧式加工中心还可以用于加工各种复杂的曲线、曲面、叶轮、模具等2.3.1 数控机床的合理选用,2.3 加工方法选择及加工方案确定,机械零件的结构形状是多种多样的，但它们都是由平面、外圆柱面、内圆柱面或曲间、廓形面等基本表面组成的加工方法的选择原则是保证加工表面的精度和表面粗糙度的要求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，应结合零件的结构形状、尺寸大小、材料及生产类型等因素全面考虑2.3 2加工方法的选择,1．外圆表面加工方法的选择 外圆表面的主要加工方法是车削和磨削当表面粗糙度要求较高时，还要经光整加工 2．内孔表面加工方法的选择 内孔表面加工方法有钻孔、扩孔、铰孔、镗孔、拉孔、磨孔和光整加工常用空的加工方案，应根据被加工孔的加工要求、尺寸、具体生产条件、批量的大小及毛坯上有无预制孔等情况合理选用。

3．平面加工方法的选择 平面的主要加工方法有铣削、刨削、车削、磨削和拉削等，精度要求高的平面还需要经研磨或刮削加工2.3 2加工方法的选择,常见平面加工方式，其中尺寸公差等级是指平行平面之间距离尺寸的公差等级常见平面加工方法,,,,,4．平面轮廓和空间曲面轮廓加工方法的选择 （1）平面轮廓常用的加工方法有数控铣、线切割及磨削等 （2）空间曲面加工方法主要是数控铣削，根据曲面形状、刀具形状以及精度要求等通常采用二轴半联动或三轴联动，如图2-14所示图2-14 二轴半联动加工,零件上的加工表面，常常是通过粗加工，半精加工和精加工逐步达到，对这些表面仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，应正确地确定从毛坯到最终成形的加工方案2.3 3加工方案设计的原则,2．工序划分方法 （1）按零件装夹定位方式划分工序 由于每个零件结构形状不同，各表面的技术要求也有所不同，所以按加工时的定位方式划分工序也就是以完成相同型面的那一部分工艺过程为一道工序，对于加工表面多而复杂的零件，可按其结构特点(如内形、外形、曲面和平面等)划分成多道工序图2-16 片状凸轮,2.4 数控加工工艺路线的设计,1．工序划分的原则 工序的划分可以采用两种不同原则，即工序集中原则和工序分散原则。

（1）工序集中原则 工序集中原则就是使每个工序所包括的加工内容尽量多些，将许多工序组成一个集中工序，最大限度的工序集中，就是在一个工序内完成工件所有表面的加工，从而使工序的总数减少 （2）工序分散原则 工序分散就是将工件的加工分散在较多的工序内进行，使每个工序所包括的加工内容尽量少些，最大限度的工序分散就是每个工序只包括一个简单工步2.4 1工序的划分,（2）按粗、精加工划分工序 根据零件的加工精度、刚度和变形等因素来划分工序时，可按粗、精加工分开的原则来划分工序，即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，此时可用不同的机床或不同的刀具进行加工如图2-17所示的零件3）按所用刀具划分工序 为了减少换刀次数，压缩空程时间，减少不必要的定位误差，可按刀具集中工序的方法加工零件图2-17 车削加工的零件,2.4.2加工顺序的安排,加工方法选定和工序划分以后，紧接着便是合理安排加工工序的顺序 1．切削加工顺序的安排 （1）基准先行原则 作为精基准的表面一般应优先加工，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小，以便用它定位加工其他表面 （2）先粗后精原则 各个表面的加工顺序按照粗加工一半精加工—精加工一光整加工的顺序依次进行，逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度。

2.4.2加工顺序的安排,（3）先主后次原则 主要表面一般是零件上的工作表面、装配基面等，它们的技术要求较高，加工工作量较大，故应先安排加工，以便及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷 （4）先面后孔原则 对箱体、支架类零件，平面轮廓尺寸较大，一般先加工平面，再加工孔和其他尺寸，这样安排加工顺序 （5）先近后远原则 在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间2．热处理工序的安排 热处理可以提高材料的力学性能，改善金属的切削性能以及消除残余应力在制订工艺路线时，应根据零件的技术要求和材料的性质，合理地安排热处理工序 （1）退火与正火 （2）时效处理 （3）调质 （4）淬火、渗碳淬火和渗氮 3．辅助工序的安排 检验、表面强化、去毛刺、倒棱、清洗、防锈等辅助工序2.5加工路线的设计,编程时，加工路线的确定原则主要有以下几点： 1．加工路线应保证被加工零件的加工精度和表面粗糙度要求，且效率要较高； 2．应使加工路线最短，这样既可简化程序段，又可减少空走刀时间以提高生产率 3．保证零件的工艺要求； 4．利于简化数值计算，减少程序段的数目和程序编制的工作量；,2.5.1点位控制加工路线,点位控制数控机床的走刀路线包括在XY平面上的走刀路线和Z向的走刀路线。

欲使刀具在XY平面上的走刀路线最短，必须保证各定位点间的路线的总长最短如图2-18所示，按图（b）所示走刀路线加工，可以缩短定位时间和加工路线近1倍图2-18 最短加工路线的选择,（a）,（b）,（c）,除此之外还要确定刀具轴向的运动尺寸，其大小主要由被加工零件的孔深来决定，但也应考虑一些辅助尺寸，如刀具轴向引入距离∆Z和超越量∆Z’钻孔的尺寸关系如图所示图中Zd——被加工孔的深度图2-19 数控钻孔的尺寸关系,2.5.2 孔系加工的路线,对于位置精度要求较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，安排不当时，有可能将坐标轴的反向间隙带入，直接影响位置精度如图2-20所示图2-20 镗孔加工路线示意图,2.5.3车螺纹的加工线路,在数控机床上车螺纹时，沿螺距方向的Z向进给应和机床的旋转保持严格的速度比关系，因此应避免在进给机构加速或减速过程中切削为此要有引入距离δ1和δ2超越距离 如图2-21所示，δ1与δ2的数值与机床拖动系统的动态特性有关，与螺纹的螺距和螺纹的精度有关一般δ1为2～5mm，对大螺距和高精度的螺纹取大值，δ2一般取为δ1的1/4左右，若螺纹收尾处没有退刀槽时，一般按45°退刀收尾。

图2-21 切削螺纹时的引入距离,2.5.4铣削平面的加工路线,刀具切入工件和切离工件时（如图2-22所示），应避免沿零件外廓的法向切入，而应。