第三章數(shù)控加工工藝設(shè)計

1、.,1,第三章 數(shù)控加工工藝設(shè)計基礎(chǔ),.,2,一、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,而往往只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，選擇那些最適合、最需要進(jìn)行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。,.,3,在選擇時，一般可按下列順序考慮： （1）通用機(jī)床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇內(nèi)容； （2）通用機(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）通用機(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)床尚存在富裕加工能力時選擇。 （4）多品種、小批量生產(chǎn)的零件或新產(chǎn)品試制中的零件，短期急需的零件。 （5）輪廓

2、形狀復(fù)雜，對加工精度要求較高的零件。,1、適于數(shù)控加工的內(nèi)容,.,4,2、不適于數(shù)控加工的內(nèi)容,加工內(nèi)容采用數(shù)控加工后，在產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)效率與綜合效益等方面都會得到明顯提高。相比之下，下列一些內(nèi)容不宜選擇采用數(shù)控加工： （1）占機(jī)調(diào)整時間長。如以毛坯的粗基準(zhǔn)定位加工第一個精基準(zhǔn)，需用專用工裝協(xié)調(diào)的內(nèi)容； （2）加工部位分散，需要多次安裝、設(shè)置原點(diǎn)。這時，采用數(shù)控加工很麻煩，效果不明顯，可安排通用機(jī)床補(bǔ)加工；,（3）按某些特定的制造依據(jù)（如樣板等）加工的型面輪廓。 主要原因是獲取數(shù)據(jù)困難，易于與檢驗依據(jù)發(fā)生矛盾，增加了程序編制的難度。,.,5,二、數(shù)控加工工藝性分析 結(jié)合編程的可能性和方便性提出

3、一些必須分析和審查的主要內(nèi)容: 1、尺寸標(biāo)注應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn) 在數(shù)控編程中，所有點(diǎn)、線、面的尺寸和位置都是以編程原點(diǎn)為基準(zhǔn)的。因此零件圖樣上最好直接給出坐標(biāo)尺寸，或盡量以同一基準(zhǔn)引注尺寸。 2、幾何要素的條件應(yīng)完整、準(zhǔn)確 在程序編制中，編程人員必須充分掌握構(gòu)成零件輪廓的幾何要素參數(shù)及各幾何要素間的關(guān)系。因為在自動編程時要對零件輪廓的所有幾何元素進(jìn)行定義，手工編程時要計算出每個節(jié)點(diǎn)的坐標(biāo)，無論哪一點(diǎn)不明確或不確定，編程都無法進(jìn)行。,.,6,3、定位基準(zhǔn)可靠 在數(shù)控加工中，加工工序往往較集中，以同一基準(zhǔn)定位十分重要。因此往往需要設(shè)置一些輔助基準(zhǔn)，或在毛坯上增加一些工藝凸臺。如左下圖所示的零件，

4、為增加定位的穩(wěn)定性，可在底面增加一工藝凸臺，如右下圖所示。 4、統(tǒng)一幾何類型及尺寸 零件的外形、內(nèi)腔最好采用統(tǒng)一的幾何類型及尺寸，這樣可以減少換刀次數(shù)，還可能應(yīng)用控制程序或?qū)Ｓ贸绦蛞钥s短程序長度。,.,7,三、數(shù)控加工加工方法的選擇 加工方法的選擇原則是保證加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于獲得同樣精度所用的加工方法很多，因而實(shí)際選擇時，要結(jié)合零件的形狀、尺寸大小和熱處理要求等全面考慮。 如：對IT7級精度的孔采用鏜削、鉸削、磨削等加工方法均可達(dá)到要求 但箱體上的孔一般采用鏜削或鉸削，而不宜采用磨削。 一般小尺寸的箱體孔選擇鉸孔；當(dāng)孔徑較大時，則應(yīng)選擇鏜孔。 此外，還應(yīng)考慮生產(chǎn)率和經(jīng)濟(jì)

5、性的要求，以及工廠的生產(chǎn)設(shè)備等實(shí)際情況。,.,8,數(shù)控車床適合于加工形狀比較復(fù)雜的軸類零件和由復(fù)雜曲線回轉(zhuǎn)形成的模具內(nèi)型腔； 立式數(shù)控銑床適合于加工平面凸輪、樣板、形狀復(fù)雜的平面或立體零件，以及模具的內(nèi)、外型腔等； 臥式數(shù)控銑床則適合于加工箱體、泵體和殼體類零件； 多坐標(biāo)聯(lián)動的加工中心還可以用于加工各種復(fù)雜的曲線、曲面、葉輪和模具等。,零件上比較精確表面的加工，常常是通過粗加工、半精加工和精加工逐步達(dá)到的。 確定加工方案時，首先應(yīng)根據(jù)主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步確定為達(dá)到這些要求所需的加工方法。,.,9,.,10,四、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)是進(jìn)一步把本工序的

6、加工內(nèi)容、加工順序、切削用量、工藝裝備、定位夾緊方式及刀具運(yùn)動軌跡確定下來，為編制加工程序作好準(zhǔn)備。,.,11,（一） 確定走刀路線和安排加工順序 走刀路線就是刀具在整個加工工序中的運(yùn)動軌跡，它不但包括了工步的內(nèi)容，也反映出工步順序。走刀路線是編寫程序的依據(jù)之一。確定走刀路線時應(yīng)注意以下幾點(diǎn)： 1、尋求最短加工路線 如加工下圖所示零件上的孔系。中圖的走刀路線為先加工完外圈孔后，再加工內(nèi)圈孔。若改用右圖的走刀路線，減少空刀時間，則可節(jié)省定位時間近一倍，提高了加工效率。,.,12,對點(diǎn)位控制機(jī)床，只要求定位精度較高，定位過程盡可能快，而刀具相對于工件的運(yùn)動路線無關(guān)緊要。因此，這類機(jī)床應(yīng)按空程最短來

7、安排加工路線。,但對孔位精度要求較高的孔系加工，還應(yīng)注意在安排孔加工順序時，防止將機(jī)床坐標(biāo)軸的反向間隙帶入而影響孔位精度。,.,13,.,14,若按(a)圖所示路線加工時，由于5、6孔與1、2、3、4孔定位方向相反，Y方向反向間隙會使定位誤差增加，影響5、6孔與其他孔的位置精度。,按(b)圖路線，加工完4孔后往上多移動一段距離到P點(diǎn)，然后再折回來加工5、6孔，使方向一致，可避免引入反向間隙。,.,15,2、最終輪廓一次走刀完成 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。 如下圖為用行切方式加工內(nèi)腔的走刀路線，這種走刀能切除內(nèi)腔中的全部余量，不留死角，不傷

8、輪廓。但行切法將在兩次走刀的起點(diǎn)和終點(diǎn)間留下殘留高度，而達(dá)不到要求的表面粗糙度。所以如采用中圖的走刀路線，先用行切法，最后沿周向環(huán)切一刀，光整輪廓表面，能獲得較好的效果。右圖也是一種較好的走刀路線方式。,.,16,3、選擇切入切出方向 考慮刀具的進(jìn)、退刀（切入、切出）路線時，刀具的切出或切入點(diǎn)應(yīng)在沿零件輪廓的切線上，以保證工件輪廓光滑；應(yīng)避免在工件輪廓面上垂直上、下刀而劃傷工件表面；盡量減少在輪廓加工切削過程中的暫停（切削力突然變化造成彈性變形），以免留下刀痕，如右圖所示。 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?qū)ΨQ去除余量法安排走

9、刀路線。安排工步時，應(yīng)先安排對工件剛性破壞較小的工步。,.,17,銑削平面零件時，一般采用立銑刀側(cè)刃進(jìn)行切削。為減少接刀痕跡，保證零件表面質(zhì)量，應(yīng)對刀具的切入和切出程序精心設(shè)計。,如圖所示，銑削外表面輪廓時，銑刀的切入、切出點(diǎn)應(yīng)沿零件輪廓曲線的延長線上切向切入和切出零件表面，而不應(yīng)沿法線方向直接切入零件，引入點(diǎn)選在尖點(diǎn)處較妥。,.,18,銑削內(nèi)輪廓表面時，切入和切出無法外延，這時銑刀可沿法線方向切入和切出或加引入引出弧改向，并將其切入、切出點(diǎn)選在零件輪廓兩幾何元素的交點(diǎn)處。但是，在沿法線方向切入/切出時，還應(yīng)避免產(chǎn)生過切的可能性。,.,19,對于槽形銑削，若為通槽，可采用行切法來回銑切，走刀換

10、向在工件外部進(jìn)行，,.,20,若為封閉凹槽，可有圖示(b)、(c)、(d)三種走刀方案。圖(b)為行切法，圖(c)為環(huán)切法，圖(d)為先用行切法，最后用環(huán)切法一刀光整輪廓表面。這三種方案中，(b)圖方案最差，(d)圖方案最好。,.,21,對于帶島嶼的槽形銑削，若封閉凹槽內(nèi)還有形狀凸起的島嶼，則以保證每次走刀路線與輪廓的交點(diǎn)數(shù)不超過兩個為原則，按圖(a)方式將島嶼兩側(cè)視為兩個內(nèi)槽分別進(jìn)行切削，最后用環(huán)切方式對整個槽形內(nèi)外輪廓精切一刀。,.,22,若按圖(b)方式，來回地從一側(cè)順次銑切到另一側(cè)，必然會因頻繁地抬刀和下刀而增加工時。,.,23,如圖(c)所示，當(dāng)島嶼間形成的槽縫小于刀具直徑，則必然將

11、槽分隔成幾個區(qū)域，若以最短工時考慮，可將各區(qū)視為一個獨(dú)立的槽，先后完成粗、精加工后再去加工另一個槽區(qū)。若以預(yù)防加工變形考慮，則應(yīng)在所有的區(qū)域完成粗銑后，再統(tǒng)一對所有的區(qū)域先后進(jìn)行精銑。,.,24,對于曲面銑削，常用球頭銑刀采用“行切法”進(jìn)行加工。如圖1-29所示大葉片類零件，當(dāng)采用圖示沿縱向來回切削的加工路線時，每次沿母線方向加工，刀位點(diǎn)計算簡單，程序少，加工過程符合直紋面的形成，可以準(zhǔn)確保證母線的直線度。,.,25,當(dāng)采用圖1-29(b)所示沿橫向來回切削的加工路線時，符合這類零件數(shù)據(jù)給出情況，便于加工后的檢驗，葉形準(zhǔn)確度高，但程序較多。,.,26,1、在確定定位和夾緊方案時應(yīng)注意以下幾個問

12、題： （1）盡可能做到設(shè)計基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程計算基準(zhǔn)的統(tǒng)一； （2）盡量將工序集中，減少裝夾次數(shù)，盡可能在一次裝夾后能加工出全部待加工表面； （3）避免采用占機(jī)人工調(diào)整時間長的裝夾方案； （4）夾緊力的作用點(diǎn)應(yīng)落在工件剛性較好的部位。,（二） 確定定位和夾緊方案,.,27,2選擇夾具的基本原則 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；二是要協(xié)調(diào)零件和機(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)式夾具和其他通用夾具，以縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時間，節(jié)省生產(chǎn)費(fèi)用。當(dāng)達(dá)到一定批量生產(chǎn)時才考慮用專用夾

13、具，并力求結(jié)構(gòu)簡單。 (2) 零件的裝卸要快速、方便、可靠，以縮短機(jī)床的停頓時間。 (3) 夾具上各零部件應(yīng)不妨礙機(jī)床對零件各表面的加工。 此外，為提高數(shù)控加工的效率，在成批生產(chǎn)中，還可采用多位、多件夾具。,.,28,如圖左圖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。在夾緊中圖所示的薄壁箱體時，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，或改為在頂面上三點(diǎn)夾緊，改變著力點(diǎn)位置，以減小夾緊變形,如右圖所示。,.,29,切削用量包括主軸轉(zhuǎn)速（切削速度）、背吃刀量和進(jìn)給量。對于不同的加工方法，需要選擇不同的切削用量，并應(yīng)編入程序單內(nèi)。,粗

14、加工時，考慮經(jīng)濟(jì)性和加工成本，通常選擇較大的背吃刀量和進(jìn)給量，采用較低的切削速度；半精加工和精加工時，通常選擇較小的背吃刀量和進(jìn)給量，并選用切削性能高的刀具材料和合理的幾何參數(shù)，以盡可能提高切削速度。,具體數(shù)值應(yīng)根據(jù)機(jī)床說明書、切削用量手冊并結(jié)合經(jīng)驗而定。,（三） 確定切削用量,.,30,（1）背吃刀量 (mm)，亦稱切削深度。主要根據(jù)機(jī)床、夾具、刀具和工件的剛度來決定。,精加工時，則應(yīng)著重考慮如何保證加工質(zhì)量，并在此基礎(chǔ)上盡量提高生產(chǎn)率。,在數(shù)控機(jī)床上，精加工余量可小于普通機(jī)床，一般?。?.20.5）mm。,.,31,（2）主軸轉(zhuǎn)速n（r/min）主要根據(jù)允許的切削速度c(m/min)選取。

15、,式中： vc切削速度，由刀具的耐用度決定； D工件或刀具直徑(mm)。 主軸轉(zhuǎn)速n要根據(jù)計算值在機(jī)床說明書中選取標(biāo)準(zhǔn)值，并填入程序單中。,.,32,（3）進(jìn)給量（進(jìn)給速度）（mm/min或mm/r）是數(shù)控機(jī)床切削用量中的重要參數(shù)，主要根據(jù)零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件材料性質(zhì)選取。最大進(jìn)給量則受機(jī)床剛度和進(jìn)給系統(tǒng)的性能限制并與脈沖當(dāng)量有關(guān)。,當(dāng)加工精度、表面粗糙度要求高時，進(jìn)給速度（進(jìn)給量）應(yīng)選小些。粗加工時，一般進(jìn)給量就取得大些。工件材料較軟時，可選用較大；反之，應(yīng)選較小的。,車、銑、鉆等加工方式下的切削用量可參考表1-2、1-3、1-4和1-5選取。,.,33,表1-2 數(shù)

16、控車削用量推薦表,.,34,表1-3 銑刀的切削速度 (m/min),.,35,表1-4 銑刀進(jìn)給量 (mm/每齒),.,36,表1-5 高速鋼鉆頭的切削用量 (v：m/mm，f：mm/r),.,37,（四） 確定刀具與工件的相對位置 對于數(shù)控機(jī)床來說，在加工開始時，確定刀具與工件的相對位置是很重要的，這一相對位置是通過確認(rèn)對刀點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)的。對刀點(diǎn)是指通過對刀確定刀具與工件相對位置的基準(zhǔn)點(diǎn)。對刀點(diǎn)可以設(shè)置在被加工零件上，也可以設(shè)置在夾具上與零件定位基準(zhǔn)有一定尺寸聯(lián)系的某一位置，對刀點(diǎn)往往就選擇在零件的編程原點(diǎn)。對刀點(diǎn)的選擇原則如下：,（1）所選的對刀點(diǎn)應(yīng)使程序編制簡單； （2）對刀點(diǎn)應(yīng)選擇在容易

17、找正、便于確定零件加工原點(diǎn)的位置； （3）對刀點(diǎn)應(yīng)選在加工時檢驗方便、可靠的位置；（4）對刀點(diǎn)的選擇應(yīng)有利于提高加工精度。,.,38,在使用對刀點(diǎn)確定加工原點(diǎn)時，就需要進(jìn)行“對刀”。 所謂對刀是指使“刀位點(diǎn)”與“對刀點(diǎn)”重合的操作。 每把刀具的半徑與長度尺寸都是不同的，刀具裝在機(jī)床上后，應(yīng)在控制系統(tǒng)中設(shè)置刀具的基本位置?！暗段稽c(diǎn)”是指刀具的定位基準(zhǔn)點(diǎn)。,.,39,如下圖所示，圓柱銑刀（平頭立銑刀、端銑刀）的刀位點(diǎn)是刀具中心線與刀具底面的交點(diǎn)；球頭銑刀的刀位點(diǎn)是球頭的球心點(diǎn)或球頭頂點(diǎn)；車刀（鏜刀類）的刀位點(diǎn)是刀尖或刀尖圓弧中心；鉆頭的刀位點(diǎn)是鉆頭頂點(diǎn)（轉(zhuǎn)尖）。,.,40,數(shù)控機(jī)床對刀時常采用千分

18、表、對刀測頭或?qū)Φ睹闇?zhǔn)儀進(jìn)行找正對刀，具有很高的對刀精度。對有原點(diǎn)預(yù)置功能的CNC系統(tǒng)，設(shè)定好后，數(shù)控系統(tǒng)即將原點(diǎn)坐標(biāo)存儲起來。在編程時，應(yīng)正確地選擇“對刀點(diǎn)”的位置。,.,41,對刀點(diǎn)與換刀點(diǎn),.,42,換刀點(diǎn)是為加工中心、數(shù)控車床等采用多刀進(jìn)行加工的機(jī)床而設(shè)置的，因為這些機(jī)床在加工過程中要自動換刀。對于手動換刀的數(shù)控銑床，也應(yīng)確定相應(yīng)的換刀位置。為防止換刀時碰傷零件、刀具或夾具，換刀點(diǎn)常常設(shè)置在被加工零件的輪廓之外，并留有一定的安全量。 如在銑床上，常以機(jī)床參考點(diǎn)為換刀點(diǎn)；在加工中心上，以換刀機(jī)械手的固定位置點(diǎn)為換刀點(diǎn)；在車床上，則以刀架遠(yuǎn)離工件的行程極限點(diǎn)為換刀點(diǎn)。選取的這些點(diǎn)，都是便于

19、計算的相對固定點(diǎn)。,.,43,（五） 刀具的選擇,刀具剛性要好,刀具耐用度要高,刀具精度要高,采用先進(jìn)的刀具材料 優(yōu)選刀具參數(shù) 盡可能采用機(jī)夾可轉(zhuǎn)位刀片,數(shù)控加工對刀具的要求（教材：P27）,刀具可靠性要高,刀具要有可靠的斷削功能,.,44,刀具參數(shù)選擇：,銑刀：,銑內(nèi)凹輪廓： r=(0.80.9)Rmin 銑外凸輪廓時，r盡量大,零件加工高度：H(1/41/6)r,鉆孔：,L/D5,鏜孔：,盡量采用對稱的兩刃或兩刃以上的鏜刀頭,精鏜宜采用微調(diào)鏜刀。,選擇鏜刀主偏角接近90，大于75。,.,45,由于數(shù)控加工一般不用鉆模，鉆孔剛度較差。所以要求孔的高徑比應(yīng)不大于5，鉆頭兩主刀刃應(yīng)刃磨得對稱以減

20、少側(cè)向力。,鉆孔前應(yīng)用大直徑鉆頭先锪一個內(nèi)錐坑或頂窩，作為鉆頭切入時的定心錐面，同時也作為孔口的倒角。鉆大孔時，可采用剛度較大的硬質(zhì)合金扁鉆；鉆淺孔時，宜用硬質(zhì)合金的淺孔鉆，以提高效率和質(zhì)量。,.,46,用加工中心鉸孔可達(dá)IT7IT9級精度，表面粗糙度Ra1.60.8 微米。鉸前要求小于Ra6.3 微米。精鉸可采用浮動鉸刀，但鉸前孔口要倒角。,鉸刀兩刀刃對稱度要控制在0.020.05 mm之內(nèi)。鏜孔則是懸臂加工，應(yīng)采用對稱的兩刃或兩刃以上的鏜刀頭進(jìn)行切削，以平衡徑向力，減輕鏜削振動。振動大時可采用減振鏜桿。,對階梯孔的鏜削加工采用組合鏜刀，以提高鏜削效率。精鏜宜采用微調(diào)鏜刀。,.,47,數(shù)控車

21、床兼作粗精車削。粗車時，要選強(qiáng)度高、耐用度好的刀具，以便滿足粗車時大吃刀量、大進(jìn)給量的要求。,精車時，要選精度高、耐用度好的刀具，以保證加工精度的要求。此外，為減少換刀時間和方便對刀，應(yīng)盡可能采用機(jī)夾刀和機(jī)夾刀片。夾緊刀片的方式要選擇得比較合理，刀片最好選擇涂層硬質(zhì)合金刀片。,.,48,銑削加工選取刀具時，要使刀具的尺寸與被加工工件的表面尺寸和形狀相適應(yīng)。,在生產(chǎn)中加工平面零件周邊輪廓時，常采用立銑刀。銑削平面時，應(yīng)選硬質(zhì)合金刀片銑刀；加工凸臺、凹槽時，選高速鋼立銑刀；加工毛坯表面或粗加工孔時，可選鑲硬質(zhì)合金的立銑刀或玉米銑刀；,對一些立體形面和變斜角輪廓外形的加工，常采用球頭銑刀、環(huán)形銑刀、鼓形刀、