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1、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。数控加工工艺设计的主要内容1、选择并确定零件的数控加工内容；2、对零件图纸进行数控加工工艺性分析；3、数控加工工艺路线的设计；4、数控加工的工序设计；5、数控加工专用技术文件的编写；一、选择并确定零件的
2、数控加工内容 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。这就需要对零件结构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。选择适于数控加工的内容时，一般可按下列顺序考虑：通用机床无法加工的内容应作为优先选择内容；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；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。此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生
3、产周期、工序间周转情况等等。总之，要尽量做到合理，达到多、快、好、省的目的，要防止把数控机床降格为通用机床使用。二、对零件图纸进行数控加工工艺性分析（1）尺寸标注应符合数控加工的特点 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。（2）零件图的完整性与正确性分析 在程序编制中，编程人员必须充分掌握构成零件轮廓的几何要素参数及各几何要素间的关系。因为在自动编程时要对零件轮廓的所有几何元素进行定义，手工编程时要计算出每个节点的坐标，无论哪一点不明确或不确定，编程都无法进行。（3）零件技术要求分析 零件的技术要求主要指尺
4、寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等，这些要求在保证零件使用性能的前提下，应经济合理。（4）零件材料分析 在满足零件功能的前提下，应选用廉价、切削性能好的材料；而且，材料选择应立足国内，不要轻易选择贵重或紧缺的材料。（5）定位基准选择 在数控加工中，加工工序往往较集中，以同一基准定位十分重要,有时需要设置辅助基准,特别是正、反两面都采用数控加工的零件，其工艺基准的统一是十分必要的。三、数控加工工艺路线的设计 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
5、，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，常见工艺流程右图所示。工艺流程 （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：以一次安装、加工作为一道工序。这种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。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。以加工部位划分工序。对于
6、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。以粗、精加工划分工序。一般来说，凡要进行粗、精加工的过程，都要将工序分开。注意：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）数控加工工艺与普通工序的衔接数控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序，如衔接得不好就容易产生矛盾。因此在熟悉整个加工工艺内容的同时，要清楚数控加工工序与普通加工工序各自的技术要求、加工目的、加工特点，如要不要留加工余量，留多少；定位面与孔的精度要求及形位公差；对校形工序的技术要求；对毛坯的热处理状态等，这样
7、才能使各工序达到相互满足加工需要，且质量目标及技术要求明确，交接验收有依据。四、数控加工的工序设计 在选择了数控加工工艺内容和确定了零件加工路线后，即可进行数控加工工序的设计。数控加工工序设计的主要任务是进一步把本工序的加工内容、切削用量、工艺装备、定位夹紧方式及刀具运动轨迹确定下来，为编制加工程序作好准备。1、确定走刀路线和安排加工顺序 走刀路线就是刀具在整个加工工序中的运动轨迹，它不但包括了工步的内容，也反映出工步顺序。走刀路线是编写程序的依据之一。确定走刀路线时应注意以下几点：（1）寻求最短加工路线如加工下图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
8、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。a)零件图样 b)路线1 c)路线2 （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。如下图a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，而达不到要求的表面粗糙度。所以如采用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c也是一种可考虑的走刀路线方式。a)路线1 b)路线2 c)路线3 (3)选择切入切出方向 考虑刀具的进、退刀（切入、切出）路线时
9、，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，如下图所示。（4）选择使工件在加工后变形小的路线 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、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）夹紧方式可靠，
10、夹紧力的作用点应落在工件刚性较好的部位。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。对刀点是数控加工时刀具相对零件运动的起点，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。对刀点的选择原则如下：对刀点应选择在容易找正、便于确定零件加工原点的位置；对刀点应选在加工时检验方便、可靠的位置；例：上图如何选择对刀点通常对刀点选在编程原点 在使用对刀点确定加工原点时，就需要进行“对刀”（碰数）。所谓对刀是指使“刀位点”与“对刀点”准确定位的操作。每把刀具的半径与长度尺寸都是不同
11、的，刀具装在机床上后，应在控制系统中设置刀具的基本位置。“刀位点”是指刀具的定位基准点。如下图所示，圆柱铣刀的刀位点是刀具中心线与刀具底面的交点；球头铣刀的刀位点是球头的球心点或球头顶点；车刀的刀位点是刀尖或刀尖圆弧中心；钻头的刀位点是钻头顶点。各类数控机床的对刀方法是不完全一样的，这一内容将结合各类机床分别讨论。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、切削用量是三大主要要素。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，应根据被加工工件材料、硬度、刀具的耐用度和机床说明书中的规定去选择合适的吃刀量和切削速度（进给速度和主轴转速），也可以结合实际经验用类比法确定切削用量。五、数控加工专用技术文件的编写 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技术问题。数控加工技术文件主要有：工件安装和原点设定卡、数控加工工序卡工件安装和原点设定卡片.doc数控加工工序卡片.doc