《數(shù)控編程與操作》課件第3章

第3章數(shù)控加工的工藝設(shè)計3.1分析零件圖

3.2毛坯的選擇

3.3數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計

3.4數(shù)控加工工序的設(shè)計

3.5編制數(shù)控加工技術(shù)文件

思考與訓(xùn)練

3.1分?析?零?件?圖

3.1.1數(shù)控加工工藝內(nèi)容的選擇

對于一個零件來說，并非全部加工工藝過程都適合在數(shù)控機(jī)床上完成，經(jīng)常是其中的一部分工藝內(nèi)容適合數(shù)控加工。這就需要對零件圖樣進(jìn)行仔細(xì)的工藝分析，以充分發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)勢為出發(fā)點(diǎn)，選擇最適合、最需要進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序進(jìn)行數(shù)控加工。

1．適于數(shù)控加工的內(nèi)容

一般可按下列順序考慮適于數(shù)控加工的內(nèi)容：

(1)普通機(jī)床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇內(nèi)容。

(2)普通機(jī)床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點(diǎn)選擇內(nèi)容。

(3)普通機(jī)床加工效率低，工人手工操作勞動強(qiáng)度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機(jī)床尚有加工能力的基礎(chǔ)上進(jìn)行選擇。

2．不適于數(shù)控加工的內(nèi)容

比較而言，下列加工內(nèi)容不宜選擇數(shù)控加工：

(1)需要用較長時間占機(jī)調(diào)整的加工內(nèi)容，例如，以很粗糙的毛坯作粗基準(zhǔn)加工第一個精基準(zhǔn)的工序等。

(2)加工余量極不穩(wěn)定，且數(shù)控機(jī)床上又無法自動調(diào)整零件坐標(biāo)位置的加工內(nèi)容。

(3)不能在一次安裝中加工完成的零星分散部位，采用數(shù)控加工很不方便，效果不明顯，可以安排普通機(jī)床補(bǔ)充加工。

此外，在選擇和決定數(shù)控加工內(nèi)容時，還要考慮生產(chǎn)批量、生產(chǎn)周期、工序間周轉(zhuǎn)情況等等?？傊?，要盡量合理使用數(shù)控機(jī)床，達(dá)到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)率及綜合經(jīng)濟(jì)效益等明顯得到提高的目的，要防止將數(shù)控機(jī)床降格為普通機(jī)床使用。3.1.2數(shù)控加工工藝性分析

零件的數(shù)控加工工藝性分析涉及面較廣，下面結(jié)合編程的可能性和方便性針對零件圖提出一些必須分析和審查的主要內(nèi)容。

零件圖樣是進(jìn)行加工工藝分析的原始資料，首先應(yīng)熟悉零件在產(chǎn)品中的作用、位置、裝配關(guān)系和工作條件，弄清楚各項(xiàng)技術(shù)要求對零件裝配質(zhì)量和使用性能的影響，找出主要和關(guān)鍵的技術(shù)要求，然后對零件圖樣進(jìn)行分析。

1．分析零件圖樣的尺寸標(biāo)注方法

零件圖樣上的尺寸標(biāo)注對編程的可能性與方便性有較大影響。對數(shù)控加工來說，最傾向于以同一基準(zhǔn)標(biāo)注尺寸或直接給出坐標(biāo)尺寸，如圖3-1(a)所示。

由于零件設(shè)計人員往往在尺寸標(biāo)注中較多地考慮裝配等使用方面特性，而不得不采用如圖3-1(b)所示的局部分散的標(biāo)注方法，這樣就給工序安排和數(shù)控加工帶來諸多不便。事實(shí)上，由于數(shù)控加工精度和重復(fù)定位精度都很高，不會因產(chǎn)生較大的累積誤差而破壞零件的使用特性，因此，可將局部的分散標(biāo)注法改為同一基準(zhǔn)標(biāo)注或直接標(biāo)出坐標(biāo)尺寸。圖3-1零件尺寸標(biāo)注分析

2．分析零件圖的完整性與正確性

構(gòu)成零件輪廓的幾何元素(點(diǎn)、線、面)的條件(如相切、相交、垂直和平行等)，是數(shù)控編程的重要依據(jù)。由于零件設(shè)計人員在設(shè)計過程中考慮不周或疏忽大意，常常遇到構(gòu)成輪廓的幾何元素的條件不充分或模糊不清。如：圓弧與直線、圓弧與圓弧到底是相切還是相交，含糊不清，使編程無法下手。有時，所給條件又過于“苛刻”或自相矛盾，增加了數(shù)學(xué)處理與節(jié)點(diǎn)計算的難度。因此，在分析零件圖樣時，務(wù)必要仔細(xì)認(rèn)真地分析幾何元素的給定條件是否充分和清晰，發(fā)現(xiàn)問題及時與設(shè)計人員協(xié)商解決。

3．分析零件的技術(shù)要求

對被加工零件的技術(shù)要求進(jìn)行分析時，主要考慮以下因素：

(1)分析精度及各項(xiàng)技術(shù)要求是否齊全、是否合理。

(2)分析本工序的數(shù)控加工精度能否達(dá)到圖樣要求，若達(dá)不到，需采取其它措施彌補(bǔ)時，應(yīng)給后續(xù)工序留有加工余量。

(3)找出圖樣上有位置精度要求的表面，這些表面應(yīng)在一次安裝下完成加工。

(4)同一零件的不同表面、不同部位的技術(shù)要求總是不同的，在分析技術(shù)要求時，主要是分析主要表面的技術(shù)要求。

凡是標(biāo)有尺寸公差、形狀或位置公差要求的表面都是主要表面，有公差要求的表面其表面質(zhì)量通常要求也較高。根據(jù)零件主要表面的精度和表面質(zhì)量要求，確定為達(dá)到這些要求所需的最終加工方法、相應(yīng)的中間工序和粗加工工序所需的加工方法。根據(jù)表面相互位置要求可初步確定各表面的加工順序。

3.2毛?坯?的?選?擇

3.2.1毛坯的種類

機(jī)械加工中常見的毛坯有鑄件、鍛件、軋制型材、擠壓件、沖壓件、焊接件、粉末冶金件和注射成型件等。

3.2.2毛坯的選擇原則

1．滿足材料的工藝性能要求

毛坯的選擇與零件材料關(guān)系密切。例如材料為鑄鐵和青銅的零件應(yīng)選擇鑄件毛坯；鋼質(zhì)零件當(dāng)形狀不復(fù)雜，力學(xué)性能要求不太高時可選型材；重要的鋼質(zhì)零件，為保證其力學(xué)性能，應(yīng)選擇鍛件毛坯。

2．滿足零件的使用要求

機(jī)械產(chǎn)品都是由若干零件組成的，保證零件的使用要求是保證產(chǎn)品使用要求的基礎(chǔ)。因此，選擇毛坯首先必須保證滿足零件的使用性能要求。

(1)結(jié)構(gòu)形狀和尺寸的要求。對于結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的中小型零件，為使毛坯形狀與零件較為接近，應(yīng)選擇鑄件毛坯。

(2)力學(xué)性能的要求。對于力學(xué)性能要求較高，特別是工作時要承受沖擊和交變載荷的零件，如機(jī)床、汽車的傳動軸和齒輪等，為了提高抗沖擊和抗疲勞破壞的能力，一般應(yīng)選擇鍛造毛坯。

(3)表面質(zhì)量的要求。為降低生產(chǎn)成本，現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品上的某些非配合表面存在盡量不加工的趨勢。為保證這類表面的外觀質(zhì)量，對于尺寸較小的非鐵金屬件，宜選擇金屬型鑄造、壓力鑄造或精密模鍛；對于尺寸較小的鋼鐵件，則宜選擇熔模鑄造(鑄鋼件)或精密模鍛(結(jié)構(gòu)鋼件)。

(4)其它方面的要求。對于具有某些特殊要求的零件，必須結(jié)合毛坯材料和生產(chǎn)方法來滿足這些要求。例如，某些有耐壓要求的套筒零件，要求零件金相組織致密，不能有氣孔、砂眼等缺陷。如果零件選材為鋼材，則宜選擇型材；如果零件選材為鑄鐵，則宜選擇離心鑄造。

3．符合生產(chǎn)條件

考慮生產(chǎn)條件要認(rèn)真分析以下三方面的情況：①了解毛坯生產(chǎn)的先進(jìn)技術(shù)與發(fā)展趨勢，在不脫離我國國情及企業(yè)實(shí)際的前提下，盡量采用比較先進(jìn)的毛坯生產(chǎn)技術(shù)；②產(chǎn)品的使用性能和成本方面對毛坯生產(chǎn)的要求；③企業(yè)現(xiàn)有毛坯生產(chǎn)能力狀況，包括生產(chǎn)設(shè)備、技術(shù)力量(含工程技術(shù)人員和技術(shù)工人)、廠房等方面的情況。

總之，毛坯選擇應(yīng)在保證毛坯質(zhì)量的前提下，力求選用高效、低成本、制造周期短的毛坯生產(chǎn)方法，以便在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，獲得最好的經(jīng)濟(jì)效益。3.2.3典型零件毛坯的選擇

1．軸類零件

軸類零件是機(jī)械產(chǎn)品中支承傳動件、承受載荷、傳遞扭矩和動力的常見典型零件，包括各種傳動軸、機(jī)床主軸、絲杠、光杠、曲軸、偏心軸、齒輪軸等。其結(jié)構(gòu)特征是軸向(縱向)尺寸遠(yuǎn)大于徑向(橫向)尺寸。軸類零件最常用的毛坯是型材和鍛件。對于結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的大型軸類零件也可用鑄件、焊接結(jié)構(gòu)件或鑄—焊結(jié)構(gòu)毛坯；對于光滑的或有階梯但直徑相差不大的一般軸，常用型材(即熱軋或冷拉圓鋼)作為毛坯；對于直徑相差較大的階梯軸或要承受沖擊載荷和交變應(yīng)力的重要軸，均采用鍛件作為毛坯。當(dāng)生產(chǎn)批量較小時，應(yīng)采用自由鍛件；當(dāng)生產(chǎn)批量較大時，應(yīng)采用模鍛件。

2．盤套類零件

盤類零件的結(jié)構(gòu)特征是直徑尺寸較大而長度尺寸相對較小(一般長度與直徑之比小于1)。由于這類零件的工作條件和使用要求差異很大，因此它們所用的材料和毛坯也各不相同。

套類零件的結(jié)構(gòu)特征是內(nèi)外旋轉(zhuǎn)表面具有較高的同軸度要求，壁薄且易變形，端面和軸線要求垂直，零件長度一般大于直徑，如滑動軸承、導(dǎo)向套和油缸等。對于這類零件，一般可用鋼、鑄鐵、青銅和黃銅等材料制作。對于小孔徑(直徑小于20mm)的零件，多采用熱軋或冷拉棒料，也可采用實(shí)心鑄件；對于孔徑較大的零件，多采用無縫鋼管或帶孔的鑄件及鍛件來制造。

3．箱體機(jī)架類零件

箱體機(jī)架類零件是機(jī)器的基礎(chǔ)件，它的加工質(zhì)量將對機(jī)器的精度、性能和使用壽命產(chǎn)生直接影響。這類零件包括各種機(jī)械的機(jī)身、底座、支架、工作臺，以及齒輪箱、軸承座等。

箱體機(jī)架類零件的結(jié)構(gòu)特征是形狀不規(guī)則，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且內(nèi)部呈腔形。為滿足這類零件減振和耐磨等方面的要求，其材料一般都采用鑄鐵。為達(dá)到結(jié)構(gòu)形狀方面的要求，最常見的毛坯是砂型鑄造的鑄件。在單件小批生產(chǎn)、新產(chǎn)品試制或零件結(jié)構(gòu)尺寸很大時，也采用鋼板焊接毛坯。

3.3數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計

數(shù)控加工工藝路線設(shè)計與通用機(jī)床加工工藝路線設(shè)計的主要區(qū)別是，數(shù)控加工工藝路線設(shè)計往往不是指從毛坯到成品的整個工藝過程，而僅是對幾道數(shù)控加工工序工藝過程的具體描述。因此，在工藝路線設(shè)計中一定要注意到，由于數(shù)控加工工序一般穿插于零件加工的整個工藝過程中，因而要與其它加工工藝銜接好。常見零件的工藝流程如圖3-2所示。圖3-2工藝流程數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計主要包括以下內(nèi)容。

1．選擇加工方法

擬定工藝路線前，首先要選擇零件各表面的加工方法。雖然機(jī)械零件的結(jié)構(gòu)形狀是多種多樣的，但它們都是由平面、外圓柱面、內(nèi)圓柱面曲面或成形面等基本表面組成的。每一種表面都有多種加工方法，具體選擇時應(yīng)根據(jù)零件的加工精度、表面粗糙度、材料、結(jié)構(gòu)形狀、尺寸及生產(chǎn)類型等因素，選用相應(yīng)的加工方法。

表面加工方法的選擇，應(yīng)同時滿足加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)性等方面的要求。

1)外圓表面加工方法的選擇

軸類、套類和盤類零件是具有外圓表面的典型零件。外圓表面常用的機(jī)械加工方法有車削、磨削和各種光整加工方法。表3-1給出了外圓表面的各種加工方法及其適用范圍，可作為選擇加工方案的依據(jù)和參考。表3-1外圓表面的加工方法及其適用范圍

2)內(nèi)孔加工方法的選擇

內(nèi)孔是組成零件的基本表面之一。與外圓表面的加工相比，內(nèi)孔的加工條件差，孔的加工精度和表面粗糙度都不容易控制。一般情況下，加工孔比加工同樣尺寸、精度的外圓表面要困難些。當(dāng)一個零件要求孔與外圓表面須保持某種確定關(guān)系時，一般總是先加工孔，然后再以孔定位加工外圓表面。

表3-2給出了孔的加工方法及其適用范圍，可以作為擬定加工方案的依據(jù)和參考。表3-2孔的加工方法及其適用范圍

3)平面加工方法的選擇

平面是箱體、工作臺、床身及支架等基礎(chǔ)類零件的主要表面，也是回旋體零件的重要表面之一(如端面、臺肩面等)。平面的加工方法有車削、銑削、刨削、磨削、拉削、研磨、刮研等。

由于平面的作用不同，其技術(shù)要求也不同，因此，應(yīng)根據(jù)工件的技術(shù)要求、毛坯種類、原材料狀況及生產(chǎn)規(guī)模等因素合理選擇加工方案，以保證平面加工質(zhì)量。常用的平面加工方法及其適用范圍見表3-3。表3-3平面加工方法及其適用范圍

4)平面輪廓和曲面輪廓加工方法的選擇

在機(jī)械加工中，常會遇到各種平面或曲面輪廓的零件，如凸輪、模具、葉片、螺旋槳等。由于這類零件的型面復(fù)雜，加工難度較高，需要多坐標(biāo)聯(lián)動加工，因此多采用數(shù)控銑床、加工中心進(jìn)行加工。

平面輪廓常用的加工方法有銑削、線切割及磨削等。立體輪廓的加工應(yīng)根據(jù)曲面形狀、刀具形狀(球狀、柱狀、端齒)以及精度要求不同，采用不同的銑削方法，如二軸半、三軸、四軸、五軸等插補(bǔ)聯(lián)動加工。

綜上所述，選擇零件表面的加工方法應(yīng)先選擇主要表面的加工方法，然后選擇次要表面的加工方法。

2．工序的劃分

在數(shù)控機(jī)床上加工零件，一般按工序集中的原則劃分工序，具體有以下幾種方式：

(1)按定位方式劃分工序。這種方法一般適合于加工內(nèi)容不多的工件，加工完后就能達(dá)到待檢狀態(tài)。通常是以一次安裝、加工作為一道工序。

(2)刀具集中分序法。此法按所用刀具來劃分工序，用同一把刀具加工完成所有可以加工的部位，然后再換刀。這種方法可以減少換刀次數(shù)，縮短輔助時間，減少不必要的定位誤差。

(3)粗、精加工分序法。這種方法是根據(jù)零件的形狀、尺寸精度等因素，按粗、精加工分開的原則，先進(jìn)行粗加工，再進(jìn)行半精加工，最后進(jìn)行精加工。

(4)按加工部位分序法。此法即先加工平面、定位面，再加工孔；先加工形狀簡單的幾何形狀，再加工復(fù)雜的幾何形狀；先加工精度比較低的部位，再加工精度比較高的部位。

(5)基面先行分序法。用作精基準(zhǔn)的表面應(yīng)優(yōu)先加工出來，原因是作為定位基準(zhǔn)的表面越精確，裝夾誤差就越小。例如加工軸類零件時，總是先加工中心孔，再以中心孔作為精基準(zhǔn)加工外圓表面和端面。

3．加工順序的安排

零件的加工工序通常包括切削加工工序、熱處理工序和輔助工序等。這些工序的順序直接影響到零件的加工質(zhì)量、生產(chǎn)率和加工成本。因此，在設(shè)計工藝路線時，應(yīng)合理地安排好切削加工、熱處理和輔助工序的順序，并解決好工序間的銜接問題。

1)切削加工工序的安排

數(shù)控加工中，切削加工工序通常按下列原則安排順序：

(1)上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊，中間穿插有通用機(jī)床加工工序的也要綜合考慮。

(2)先進(jìn)行內(nèi)型、內(nèi)腔加工工序，后進(jìn)行外形加工工序。

(3)以相同定位、夾緊方式或同一把刀具加工的工序，最好接連進(jìn)行，以減少重復(fù)定位次數(shù)、換刀次數(shù)與挪動壓板次數(shù)。

(4)在同一次安裝中進(jìn)行的多道工序，應(yīng)先安排對工件剛性破壞較小的工序。

2)熱處理工序的安排

為提高材料的力學(xué)性能、改善材料的切削加工性能和消除工件的內(nèi)應(yīng)力，在設(shè)計工藝路線過程中要適當(dāng)安排一些熱處理工序。熱處理工序在工藝路線安排中的順序主要取決于零件的材料和熱處理的目的。

(1)預(yù)備熱處理。其目的是改善材料的切削性能，消除毛坯制造時的殘余應(yīng)力，改善組織，多安排在機(jī)械加工之前進(jìn)行，常用的有退火、正火等。

(2)消除殘余應(yīng)力熱處理。由于毛坯在制造和機(jī)械加工過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力會引起工件變形，影響加工質(zhì)量，因此要安排消除殘余應(yīng)力熱處理。消除殘余應(yīng)力熱處理最好安排在粗加工之后精加工之前進(jìn)行。對精度要求不高的零件，一般將消除殘余應(yīng)力的人工時效和退火安排在毛坯進(jìn)入機(jī)加工車間之前進(jìn)行；對精度要求較高的復(fù)雜鑄件，在機(jī)加工過程中通常安排兩次時效處理，即鑄造→粗加工→時效→半精加工→時效→精加工；對高精度零件，如精密絲杠、精密主軸等，應(yīng)安排多次消除殘余應(yīng)力熱處理，甚至采用冰冷處理以穩(wěn)定尺寸。

(3)最終熱處理。其目的是提高零件的強(qiáng)度、表面硬度和耐磨性，常安排在精加工工序(磨削加工)前后進(jìn)行。常用的方法有淬火、滲碳、滲氮和碳氮共滲等。

3)輔助工序的安排

輔助工序包括零件的檢驗(yàn)、清洗、去毛刺、去磁、倒棱邊、涂防銹油和平衡等。其中檢驗(yàn)工序是主要的輔助工序，對保證產(chǎn)品質(zhì)量有極重要的作用。檢驗(yàn)工序一般安排在粗加工全部結(jié)束后精加工之前、重要工序加工前后、零件在不同車間之間轉(zhuǎn)移前后及零件全部加工結(jié)束后進(jìn)行。

4)數(shù)控加工工序與普通工序的銜接

數(shù)控加工工序前后一般都穿插有其它普通工序，如銜接不好則容易產(chǎn)生矛盾，最好的解決辦法是建立相互狀態(tài)聯(lián)系。例如考慮要不要為后道工序留加工余量，留多少；定位面與孔的精度要求及形位公差；是否對毛坯進(jìn)行熱處理等。其目的是達(dá)到能相互滿足加工需要，且質(zhì)量目標(biāo)與技術(shù)要求明確，交接驗(yàn)收有依據(jù)。 3.4數(shù)控加工工序的設(shè)計

數(shù)控加工工序設(shè)計的主要任務(wù)是為每一道工序選擇機(jī)床、夾具及量具，確定定位夾緊方案、刀具的進(jìn)給路線、加工余量、工序尺寸及其公差、切削用量及工時定額等。

1．?dāng)?shù)控設(shè)備的選擇

應(yīng)根據(jù)零件的形狀、尺寸、加工數(shù)量以及各項(xiàng)技術(shù)要求，合理選用數(shù)控機(jī)床。各種軸、盤類零件，可選用數(shù)控車床；各種箱體、箱蓋、蓋板、殼體、平面凸輪等零件，可選用立式數(shù)控鏜銑床或立式加工中心；復(fù)雜曲面、葉輪、模具等零件，可選用三坐標(biāo)聯(lián)動數(shù)控機(jī)床；復(fù)雜的箱體、泵體、閥體、殼體等零件可選用臥式數(shù)控鏜銑床或臥式加工中心。

2．定位基準(zhǔn)與夾緊方案的確定

為了提高數(shù)控機(jī)床的效率，在確定定位基準(zhǔn)與夾緊方案時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)力求設(shè)計基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程原點(diǎn)統(tǒng)一。

(2)盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次定位裝夾后就能加工出全部待加工表面。

(3)避免采用占機(jī)人工調(diào)整式方案，以充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效能。

(4)夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的部位。如圖3-3(a)所示，薄壁套的軸向剛性比徑向剛性好，用卡爪徑向夾緊時工件變形大，若沿軸向施加夾緊力，變形會小得多。

在夾緊圖3-3(b)所示的薄壁箱體時，夾緊力不應(yīng)作用在箱體的頂面，而應(yīng)作用在剛性較好的凸邊上?；蚋臑槿鐖D3-3(c)所示形式，在頂面上三點(diǎn)夾緊，改變著力點(diǎn)位置，以減小夾緊變形。圖3-3夾緊力作用點(diǎn)與夾緊變形的關(guān)系

3．夾具的選擇

數(shù)控加工的特點(diǎn)對夾具提出了兩個基本要求：一是要保證夾具的坐標(biāo)方向與機(jī)床的坐標(biāo)方向相對固定；二是要能協(xié)調(diào)零件與機(jī)床坐標(biāo)系的尺寸關(guān)系。除此之外，還要考慮以下幾點(diǎn)：

(1)當(dāng)零件加工批量不大時，應(yīng)盡量采用組合夾具、可調(diào)夾具和其它通用夾具，以縮短準(zhǔn)備時間，節(jié)省生產(chǎn)費(fèi)用。

(2)在成批生產(chǎn)時可考慮采用專用夾具，并力求結(jié)構(gòu)簡單。

(3)夾具要開敞，加工部位開闊，夾具的定位、夾緊機(jī)構(gòu)元件不能影響加工中的進(jìn)給，避免產(chǎn)生碰撞。

(4)裝卸零件要快速、方便、可靠，以縮短準(zhǔn)備時間，批量較大時應(yīng)考慮采用氣動或液壓夾具、多工位夾具。

4．刀具的選擇

與傳統(tǒng)加工方法相比，數(shù)控加工對刀具的要求更高，尤其在刀具的剛性及耐用度方面較傳統(tǒng)加工更為嚴(yán)格。

若刀具剛性不好，則會影響生產(chǎn)效率的提高，在加工中極易出現(xiàn)打刀的事故，也會降低加工精度；若刀具耐用度差，則需經(jīng)常換刀、對刀，從而增加輔助時間，并且容易在工件輪廓上留下接刀痕跡，影響工件表面質(zhì)量。

此外，選擇刀具時還要求其精度高，尺寸穩(wěn)定，安裝調(diào)整方便。刀具的具體選擇見第4章、第5章。

5．量具的選擇

單件小批量生產(chǎn)中應(yīng)采用通用量具，如游標(biāo)卡尺、百分表等；大批大量生產(chǎn)中應(yīng)采用各種量規(guī)和一些高生產(chǎn)率的專用檢具與量儀等。量具的精度必須與加工精度相適應(yīng)。

6．工步的劃分及進(jìn)給路線的設(shè)計

1)工步的劃分

為了便于分析和描述較復(fù)雜的工序，在工序內(nèi)又細(xì)分為工步。工步劃分遵循以下原則：

(1)同一加工表面的加工按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗后精加工分開進(jìn)行。當(dāng)加工尺寸精度要求較高時，考慮到零件尺寸、精度、剛性等因素，可采用前者；當(dāng)加工表面位置精度要求較高時，建議采用后者。

(2)先內(nèi)后外原則，即先加工內(nèi)型和內(nèi)腔，后加工外形。例如，對既有內(nèi)表面(內(nèi)型、腔)、又有外表面的軸套類零件，安排加工順序時，應(yīng)先粗加工內(nèi)外表面，然后精加工內(nèi)外表面。加工內(nèi)外表面時，通常先加工內(nèi)型和內(nèi)腔，然后加工外表面。原因是控制內(nèi)表面的尺寸和形狀較困難，刀具剛性相對較差，刀尖(刃)的耐用度易受切削熱的影響而降低，以及在加工中清除切屑較困難等。

(3)對于既有面又有孔的零件，可以采用“先面后孔”的原則劃分工步。先銑面可提高孔的加工精度。因?yàn)殂娤鲿r切削力較大，工件易發(fā)生變形，如果先銑面后鏜孔，那么可使工件的變形有一段時間恢復(fù)，減少由于變形引起的對孔的精度的影響。反之，如先鏜孔后銑面，則銑削時極易在孔口產(chǎn)生飛邊、毛刺，從而破壞孔的精度。

(4)按所用刀具劃分工步。某些機(jī)床工作臺回轉(zhuǎn)時間比換刀時間短，可采用刀具集中工步，以減少換刀次數(shù)，減少輔助時間，提高加工效率。

(5)在同一次安裝中進(jìn)行的多道工步，應(yīng)先安排對工件剛性破壞較小的工步。

2)設(shè)計進(jìn)給路線

進(jìn)給路線是刀具在工步中的運(yùn)動軌跡，它不但包括了工步的內(nèi)容，也反映出工步順序。進(jìn)給路線是編寫程序的依據(jù)之一，確定進(jìn)給路線時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

(1)尋求最短加工路線。即在同等條件下，使空行程和刀具切削所需時間最短。

(2)最終輪廓一次走刀完成。即為保證工件輪廓表面加工后的粗糙度要求，最終輪廓應(yīng)安排在最后一次走刀中連續(xù)加工出來。

(3)選擇刀具切入、切出路線。即刀具的切入或切出點(diǎn)應(yīng)在沿零件輪廓的切線上，以保證工件輪廓光滑，盡量減少在切削輪廓過程中的暫停(切削力突然變化造成彈性變形)，以免留下刀痕。

(4)選擇使工件在加工后變形小的路線。對橫截面積小的細(xì)長零件或薄板零件應(yīng)采用分幾次走刀加工到最后尺寸或采用對稱去除余量法安排進(jìn)給路線。

7．切削用量的選擇

切削用量是加工工藝設(shè)計中重要的組成部分。合理地選擇切削用量，不但可以提高切削效率，還可以提高零件的表面質(zhì)量和加工精度。影響切削用量的因素有機(jī)床的剛度、刀具的使用壽命、工件的材料、切削液等。

編程人員應(yīng)根據(jù)刀具的耐用度、機(jī)床說明書中的規(guī)定、實(shí)際經(jīng)驗(yàn)等確定切削用量。在選擇切削用量時要充分保證刀具能加工完一個零件，或保證刀具耐用度不低于一個工作班，最少不低于半個工作班的工作時間。切削用量的選擇原則如下：

(1)粗加工時，首先選取盡可能大的背吃刀量；其次要根據(jù)機(jī)床動力和剛性的限制條件等，選取盡可能大的進(jìn)給量；最后根據(jù)刀具耐用度確定最佳的切削速度。

(2)精加工時，首先根據(jù)粗加工后的余量確定背吃刀量；其次根據(jù)已加工表面的粗糙度要求，選取較小的進(jìn)給量；最后在保證刀具耐用度的前題下，盡可能選取較高的切削速度。

1)背吃刀量ap的選擇

背吃刀量ap的選擇原則即在機(jī)床、工件和刀具的剛度允許的情況下，盡可能使背吃刀量等于工件的加工余量，這樣可以減少走刀次數(shù)，提高生產(chǎn)效率。一般粗加工時，在中等功率機(jī)床上，背吃刀量可取8～10mm；半精加工時，背吃刀量取0.5～2mm；精加工時，背吃刀量取0.2～0.4mm。在工藝系統(tǒng)剛性不足或毛坯余量很大，或余量不均勻時，粗加工要分幾次進(jìn)給，并且應(yīng)當(dāng)把第一、二次進(jìn)給的背吃刀量盡量取得大一些。當(dāng)加工零件表層有硬皮的鑄、鍛件或不銹鋼等冷硬較嚴(yán)重的材料時，應(yīng)使切削深度超過硬皮或冷硬層，即選擇較大的背吃刀量，以避免使切削刃在硬皮或冷硬層上切削；當(dāng)加工中沖擊載荷較大(如斷續(xù)切削)或工藝系統(tǒng)剛性較差時，應(yīng)適當(dāng)減小切削深度，即選擇較小的背吃刀量。

2)進(jìn)給速度f的確定

進(jìn)給速度f主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性質(zhì)參考切削用量手冊選取。最大進(jìn)給速度受機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)的性能限制。

在加工輪廓的接近拐角處時應(yīng)適當(dāng)降低進(jìn)給量，以克服由于慣性或工藝系統(tǒng)變形在輪廓拐角處造成“超程”或“欠程”現(xiàn)象。此外，還應(yīng)充分考慮切屑的自然斷屑問題。通過選擇刀具幾何形狀和對切削用量的調(diào)整，使排屑處于最順暢狀態(tài)，嚴(yán)格避免長屑纏繞刀具而引起故障。確定進(jìn)給速度的原則是：

(1)當(dāng)工件的質(zhì)量要求能夠得到保證時，為提高生產(chǎn)效率，可選擇較高的進(jìn)給速度，一般在100～200mm/min范圍內(nèi)選取。

(2)在切斷、加工深孔或用高速鋼刀具加工時，宜選擇較低的進(jìn)給速度，一般在20～50mm/min范圍內(nèi)選取。

(3)當(dāng)加工精度、表面粗糙度要求高時，應(yīng)選較低的進(jìn)給速度，一般在20～50mm/min范圍內(nèi)選取。

(4)刀具空行程時，特別是遠(yuǎn)距離“回零”時，可以選擇機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)給定的最高進(jìn)給速度。

3)切削速度的確定

根據(jù)已經(jīng)選用的背吃刀量、進(jìn)給量及刀具耐用度確定切削速度，可用經(jīng)驗(yàn)公式計算，也可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)在機(jī)床說明書允許的切削速度范圍內(nèi)查找選取或者參考有關(guān)切削用量手冊選用。

選擇切削速度應(yīng)根據(jù)下列因素來考慮：

(1)刀具材料。刀具材料的切削性能越好，切削速度也就越高。如涂層硬質(zhì)合金、陶瓷、金剛石和立方氮化硼刀具的切削速度，就比硬質(zhì)合金刀具高得多，而使用硬質(zhì)合金刀具可比高速鋼刀具的切削速度高好幾倍。

(2)工件材料。切削強(qiáng)度和硬度較高的工件時，因?yàn)榈毒呷菀啄p，所以切削速度應(yīng)選得低些；切削脆性材料，如鑄鐵，雖然強(qiáng)度不高，但切削時形成崩碎切屑，熱量集中在切削刃附近不易傳散，因此，切削速度應(yīng)取得低些；車削有色金屬和非金屬材料時，切削速度可選得高些。

(3)表面粗糙度。表面粗糙度要求較高的工件，如用硬質(zhì)合金刀具切削，切削速度應(yīng)取得高些，如用高速鋼刀具切削，則應(yīng)取較低的切削速度。

(4)背吃刀量和進(jìn)給量。當(dāng)背吃刀量和進(jìn)給量增大時，因?yàn)榍邢鲿r產(chǎn)生的切削熱和切削力都較大，所以應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。反之，切削速度可適當(dāng)提高。在選擇切削速度時，還應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)：①應(yīng)盡量避開積屑瘤產(chǎn)生的區(qū)域；②斷續(xù)切削時，為減小沖擊和熱應(yīng)力，要適當(dāng)降低切削速度；③在易發(fā)生振動的情況下，切削速度應(yīng)避開自激振動的臨界速度；④加工大件、細(xì)長件和薄壁工件時，應(yīng)選用較低的切削速度；⑤加工帶外皮的工件時，應(yīng)適當(dāng)降低切削速度。

切削速度vc確定后，可按以下公式計算出機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速n，并寫入程序單中。

式中，n——主軸轉(zhuǎn)速(r/min)；

vc——切削速度(m/min)；

d——工件或刀具的直徑(mm)。(3-1)

3.5編制數(shù)控加工技術(shù)文件

數(shù)控加工工藝文件是數(shù)控加工工藝設(shè)計的內(nèi)容之一。這些工藝文件既可為數(shù)控編程人員提供依據(jù)和方便，又可指導(dǎo)操作人員正確進(jìn)行操作，同時也是生產(chǎn)組織、技術(shù)管理、質(zhì)量管理、計劃調(diào)度的重要依據(jù)，因此必須認(rèn)真編制。

數(shù)控加工工藝文件主要包括編程任務(wù)書、數(shù)控加工工序卡、數(shù)控加工工件安裝和原點(diǎn)設(shè)定卡片、數(shù)控加工刀具卡、數(shù)控加工走刀路線圖以及數(shù)控加工程序單等。不同的數(shù)控機(jī)床和加工要求，工藝文件的內(nèi)容和格式有所不同，由于目前尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)、格式、規(guī)范和要求，因此各企業(yè)根據(jù)本單位的實(shí)際情況和特點(diǎn)制定了相應(yīng)的數(shù)控加工工藝文件。下面介紹企業(yè)中應(yīng)用的幾種主要數(shù)控加工工藝文件。

1．編程任務(wù)書

編程任務(wù)書闡明了工藝人員對數(shù)控加工工序的技術(shù)要求和工序說明以及數(shù)控加工前應(yīng)保證的加工余量，它是編程人員與工藝人員協(xié)調(diào)工作和編制數(shù)控程序的重要依據(jù)之一，見表3-4。表3-4數(shù)控編程任務(wù)書

2．?dāng)?shù)控加工工序卡

數(shù)控加工工序卡與普通機(jī)械加工工序卡有較大區(qū)別。數(shù)控加工一般采用工序集中原則，工序卡中應(yīng)按已確定的工步順序填寫。每一道加工工序可劃分為多個工步，工序卡不僅應(yīng)包含每一個工步的加工內(nèi)容，還應(yīng)包含其程序段號、所用刀具規(guī)格、刀具號輔具及切削用量等內(nèi)容。它不僅是編程人員編制程序時必須遵循的基本工藝文件，同時也是指導(dǎo)操作人員配合數(shù)控程序進(jìn)行數(shù)控機(jī)床操作和加工的主要資料。

表3-5是數(shù)控加工工序卡的一種格式。表3-5數(shù)控加工工序卡

3．?dāng)?shù)控加工工件安裝和原點(diǎn)設(shè)定卡片

數(shù)控加工工件安裝和原點(diǎn)設(shè)定卡片應(yīng)表示出數(shù)控加工時工件的定位方法和夾緊方法，并應(yīng)注明編程原點(diǎn)的位置和坐標(biāo)方向及新使用的夾具名稱和編號等，見表3-6。表3-6數(shù)控加工工件安裝和原點(diǎn)設(shè)定卡片

4．?dāng)?shù)控加工刀具卡

數(shù)控加工刀具卡主要反映加工中使用刀具的名稱、編號、刀具長度和半徑補(bǔ)償值以及刀片型號和材料等內(nèi)容，它是調(diào)刀人員準(zhǔn)備和調(diào)整刀具數(shù)據(jù)結(jié)果的記錄單，也是數(shù)控機(jī)床操作人員輸入刀具補(bǔ)償參數(shù)的主要依據(jù)。

表3-7為數(shù)控車削加工刀具卡的一種格式，表3-8為加工中心刀具卡的一種格式。表3-7數(shù)控車削加工刀具卡表3-8加工中心刀具卡

5．?dāng)?shù)控加工走刀路線圖

數(shù)控加工走刀路線圖主要用來反映刀具的進(jìn)給路線，該圖應(yīng)準(zhǔn)確描述刀具從起刀點(diǎn)開始，直到加工結(jié)束返回終點(diǎn)的軌跡。走刀路線圖一般用統(tǒng)一約定的符號來表示，不同的機(jī)床可以采用不同的圖例與格式，表3-9為一種常用格式。表3-9數(shù)控加工走刀路線圖

6．?dāng)?shù)控加工程序單

數(shù)控加工程序單是編程人員根據(jù)工藝分析情況和走刀路線圖，經(jīng)過數(shù)值計算，按照數(shù)控機(jī)床的程序格式和指令代碼編制而成的。它是記錄數(shù)控加工工藝過程、工藝參數(shù)、位移數(shù)據(jù)的清單，是實(shí)現(xiàn)數(shù)控加工的主要依據(jù)，同時還可幫助數(shù)控機(jī)床操作人員正確理解加工程序的內(nèi)容。數(shù)控加工程序單的格式隨數(shù)控機(jī)床和數(shù)控系統(tǒng)的種類不同而不同。表3-10是FANUC系統(tǒng)常用的數(shù)控加工程序單的格式。

不同的機(jī)床或不同的加工目的需要不同形式的數(shù)控加工專用技術(shù)文件。在工作中，可根據(jù)具體情況設(shè)計文件格式。表3-10數(shù)控加工程序單

思?考?與?訓(xùn)?練

一、選擇題(請將正確答案的序號填寫在括號內(nèi))

1．在數(shù)控機(jī)床上加工零件，下列工序