第1章數(shù)控加工工藝基礎(chǔ)

1、數(shù)控加工技術(shù)周文玉杜國(guó)臣趙先仲李偉主編高等教育出版社第章數(shù)控加工工藝基礎(chǔ) 數(shù)字控制（數(shù)字控制（NCNC）是是指用數(shù)字信號(hào)形成的控制指令控制機(jī)床對(duì)工件進(jìn)行指用數(shù)字信號(hào)形成的控制指令控制機(jī)床對(duì)工件進(jìn)行切削加工的一門(mén)技術(shù)。切削加工的一門(mén)技術(shù)。 數(shù)控機(jī)床（數(shù)控機(jī)床（Numerical Control Machine ToolsNumerical Control Machine Tools）：）：將加工過(guò)程所需將加工過(guò)程所需要的各種操作要的各種操作( (如主軸變速、松夾工件、進(jìn)刀與退刀、開(kāi)車(chē)與停車(chē)、如主軸變速、松夾工件、進(jìn)刀與退刀、開(kāi)車(chē)與停車(chē)、選擇刀具、供給冷卻液等）和步驟以及刀具與工件之間的相對(duì)位移量

2、選擇刀具、供給冷卻液等）和步驟以及刀具與工件之間的相對(duì)位移量都用數(shù)字化的代碼表示。都用數(shù)字化的代碼表示。1 1、數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)、數(shù)控機(jī)床的加工特點(diǎn)（1 1）加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定）加工精度高、質(zhì)量穩(wěn)定 (2) (2) 能完成普通機(jī)床不能完成的能完成普通機(jī)床不能完成的 的加工的加工（3 3）生產(chǎn)效率高）生產(chǎn)效率高（4 4）一機(jī)多用一機(jī)多用（5 5）自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低）自動(dòng)化程度高、勞動(dòng)強(qiáng)度低 第章數(shù)控加工工藝基礎(chǔ) 工藝處理程序編制毛壞或半成品數(shù)學(xué)處理輸數(shù)加工圖樣數(shù)控編程加工程序入控?cái)?shù)控機(jī)床程序仿真裝系 置統(tǒng)成品譯碼、數(shù)據(jù)處理、插補(bǔ)、伺服控制1.4 數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展數(shù)控機(jī)床技術(shù)的發(fā)展 1

3、. 1.發(fā)展歷程發(fā)展歷程19491949年美國(guó)年美國(guó)ParsonParson公司與麻省理工學(xué)院開(kāi)始合作研制數(shù)控機(jī)公司與麻省理工學(xué)院開(kāi)始合作研制數(shù)控機(jī)床。床。19521952年研制出能進(jìn)行三軸控制的數(shù)控銑床樣機(jī)。年研制出能進(jìn)行三軸控制的數(shù)控銑床樣機(jī)。19531953年麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)出只需確定零件輪廓、指定切削路年麻省理工學(xué)院開(kāi)發(fā)出只需確定零件輪廓、指定切削路線，即可生成線，即可生成NCNC程序的自動(dòng)編程語(yǔ)言。程序的自動(dòng)編程語(yǔ)言。19481948年，美國(guó)年，美國(guó)ParsonParson公司接受美國(guó)空軍委托，研制飛機(jī)螺旋槳公司接受美國(guó)空軍委托，研制飛機(jī)螺旋槳葉片輪廓樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜

4、多樣，精度要求葉片輪廓樣板的加工設(shè)備。由于樣板形狀復(fù)雜多樣，精度要求高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出數(shù)控機(jī)床的設(shè)想。高，一般加工設(shè)備難以適應(yīng)，于是提出數(shù)控機(jī)床的設(shè)想。 2 2、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展 1955 195519591959，晶體管，晶體管1952195219551955，電子管，電子管 1959195919651965，小，小規(guī)模集成電路規(guī)模集成電路 硬線數(shù)控硬線數(shù)控 1974- 1974-微處理器微處理器 (MCNC)(MCNC) 1979 1979超大規(guī)模集成電路超大規(guī)模集成電路 (VLIC)(VLIC)19701970（1970197019741974），），小型計(jì)

5、算機(jī)小型計(jì)算機(jī) 19941994PC-NCPC-NC計(jì)算機(jī)數(shù)控計(jì)算機(jī)數(shù)控2 2、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展、數(shù)控機(jī)床的發(fā)展第第1代數(shù)控機(jī)床代數(shù)控機(jī)床：1952年年1959年采用電子管年采用電子管元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置（元件構(gòu)成的專用數(shù)控裝置（NC）。）。第第2代數(shù)控機(jī)床代數(shù)控機(jī)床：從：從1959年開(kāi)始采用晶體管電路年開(kāi)始采用晶體管電路的的NC系統(tǒng)。系統(tǒng)。第第3代數(shù)控機(jī)床代數(shù)控機(jī)床：從：從1965年開(kāi)始采用小、中規(guī)模年開(kāi)始采用小、中規(guī)模集成電路的集成電路的NC系統(tǒng)。系統(tǒng)。 以上三代都是采用專用計(jì)算機(jī)的硬邏輯數(shù)控系統(tǒng)。裝有這類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)的以上三代都是采用專用計(jì)算機(jī)的硬邏輯數(shù)控系統(tǒng)。裝有這類(lèi)數(shù)控系統(tǒng)的機(jī)床為硬件數(shù)

6、控機(jī)床，簡(jiǎn)稱機(jī)床為硬件數(shù)控機(jī)床，簡(jiǎn)稱NC機(jī)床。機(jī)床。第第4代數(shù)控機(jī)床：從代數(shù)控機(jī)床：從1970年開(kāi)始采用大規(guī)模集成電年開(kāi)始采用大規(guī)模集成電路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)（路的小型通用電子計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)（CNC）。）。第第5代數(shù)控機(jī)床：從代數(shù)控機(jī)床：從1974年開(kāi)始采用微型計(jì)算機(jī)控年開(kāi)始采用微型計(jì)算機(jī)控制的系統(tǒng)（制的系統(tǒng)（MNC）。）。 工藝工藝分析分析數(shù)控?cái)?shù)控加工加工程序程序工序工序卡卡BACKSPACECTRLINSCRTABALT0SHIFT畗 ZEND 瑌WHOME瘆 TPgDn瓆 OPgUp JRST E65“432？198:7 YXVU SRPQ NMKL IHFG DCABES

7、C14彩 色顯 示 器空 運(yùn) 行Z軸 鎖 定 M S T鎖 定任 選 程 序 段機(jī) 床 鎖 定快 進(jìn)+ JO G-JO G主 軸 正 轉(zhuǎn)主 軸 停主 軸 反 轉(zhuǎn)急 停超 程 解 除循 環(huán) 驅(qū) 動(dòng) 進(jìn) 給 保 持 冷 卻 液 開(kāi) 關(guān)刀 松 /刀 緊主 軸 修 調(diào)16010進(jìn) 給 修 調(diào)16050403020100電 源關(guān)開(kāi)1自 動(dòng)方 式 選 擇回 零手 搖點(diǎn) 動(dòng)步 進(jìn)單 段驅(qū) 動(dòng) 器N C機(jī) 床電 源XY Z A主 軸超 程報(bào) 警手 搖 脈 沖 發(fā) 生 器2010 090增 量 倍 率1000101001坐 標(biāo) 軸 選 擇Z YX傳統(tǒng)加工傳統(tǒng)加工數(shù)控加工數(shù)控加工 傳統(tǒng)加工與數(shù)控加工的比較傳統(tǒng)加工

8、與數(shù)控加工的比較 1 1、數(shù)控機(jī)床的工作原理、數(shù)控機(jī)床的工作原理數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的工弱的工弱比較：比較： 數(shù)控機(jī)床在普通機(jī)床基礎(chǔ)上增加了對(duì)機(jī)床運(yùn)動(dòng)和動(dòng)作自動(dòng)控制 的功能部件，使數(shù)控機(jī)床的工序內(nèi)容具體、工序內(nèi)容復(fù)雜。 1.2.2數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì)數(shù)控加工工藝設(shè)計(jì) .數(shù)控加工工藝分析數(shù)控加工工藝分析 1 1）零件圖樣上尺寸數(shù)據(jù)的標(biāo)注應(yīng)符合編程方便的原則；）零件圖樣上尺寸數(shù)據(jù)的標(biāo)注應(yīng)符合編程方便的原則； 2 2）零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)。）零件各加工部位的結(jié)構(gòu)工藝性應(yīng)符合數(shù)控加工的特點(diǎn)。 內(nèi)槽圓角半徑不應(yīng)過(guò)小。內(nèi)槽圓角半徑不應(yīng)過(guò)小。 （2 2）零件的結(jié)構(gòu)工藝性

9、應(yīng)符合數(shù)控加工的要求 1 1）零件的內(nèi)腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類(lèi)型和尺寸，這樣可以減少刀具規(guī)格和換刀次數(shù)，使編程方便，提高生產(chǎn)效率。 2 2）內(nèi)槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，所以內(nèi)槽圓角半徑不應(yīng)太小。 3 3）零件銑槽底平面時(shí)，槽底圓角半徑r r不要過(guò)大。 肋板的高度與內(nèi)轉(zhuǎn)接肋板的高度與內(nèi)轉(zhuǎn)接 底板與肋板的轉(zhuǎn)接底板與肋板的轉(zhuǎn)接 槽底圓角應(yīng)小些，以提高工藝性和效率。槽底圓角應(yīng)小些，以提高工藝性和效率。r越大，加工平越大，加工平能力越差。能力越差。 2.加工方法與加工方案的確定1)在保證加工精度的條件下，考慮經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)效率2)根據(jù)表面精度和表面粗糙度的要求確定加工方法3.工序與工步的劃分（

10、1 1）工序劃分）工序劃分1 1）按零件裝卡定位方式劃分工序：提高效率；）按零件裝卡定位方式劃分工序：提高效率；2 2）按粗、精加工劃分工序：減少誤差復(fù)映，提高加工精度；）按粗、精加工劃分工序：減少誤差復(fù)映，提高加工精度；3 3）按所用刀具劃分工序：減少換刀次數(shù)。）按所用刀具劃分工序：減少換刀次數(shù)。（2 2）工步的劃分）工步的劃分 工步的劃分主要從工步的劃分主要從加工精度加工精度和和效率效率兩方面考慮。兩方面考慮。工步劃分的原則：工步劃分的原則： 1 1）同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，）同一表面按粗加工、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(kāi)進(jìn)行?；蛉考庸け?/p>

11、面按先粗后精加工分開(kāi)進(jìn)行。2 2）對(duì)于既有銑面又有鏜孔的零件，可先銑面后鏜孔。）對(duì)于既有銑面又有鏜孔的零件，可先銑面后鏜孔。3 3）按刀具劃分工步。）按刀具劃分工步。 3）按刀具劃分工序 數(shù)控加工過(guò)程中，為了減少換刀次數(shù)，可采用刀具集中工序，即用同一把刀具把零件上相應(yīng)的部位都加工完，再換第二把刀具繼續(xù)加工。（四）定位與夾緊方式的確定 (1)力求設(shè)計(jì)基準(zhǔn)、工藝基準(zhǔn)與編程原點(diǎn)統(tǒng)一，以減少基準(zhǔn)不重合誤差和數(shù)控編程中的計(jì)算工作量。 (2)設(shè)法減少裝夾次數(shù)，盡可能做到一次定位裝夾后能加工出工件上全部或大部分待加工表面，以減少裝夾誤差，提高加工表面之間的相反位置精度，充分發(fā)揮數(shù)控機(jī)床的效率。 (3)避免采

12、用占機(jī)人工調(diào)整式方案，以免占機(jī)時(shí)間太多，影響加工效率。切削用量的選擇切削用量的選擇 切削速度切削速度(V)吃刀量吃刀量ap進(jìn)給量進(jìn)給量 可根據(jù)實(shí)際經(jīng)可根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)或查閱有關(guān)手冊(cè)。驗(yàn)或查閱有關(guān)手冊(cè)。數(shù)控機(jī)床的使用說(shuō)數(shù)控機(jī)床的使用說(shuō)明書(shū)上一般都會(huì)給明書(shū)上一般都會(huì)給出切削參數(shù)的推薦出切削參數(shù)的推薦值。值。粗加工時(shí)，應(yīng)盡可能提高在單位時(shí)間內(nèi)切除較多的粗加工時(shí)，應(yīng)盡可能提高在單位時(shí)間內(nèi)切除較多的金屬量和保證刀具一定的耐用度。金屬量和保證刀具一定的耐用度。精加工時(shí)首先要保證零件的加工精度和表面質(zhì)量，精加工時(shí)首先要保證零件的加工精度和表面質(zhì)量，同時(shí)兼顧刀具耐用度和生產(chǎn)率。同時(shí)兼顧刀具耐用度和生產(chǎn)率。paiD

13、vn/1000 3切削用量選擇實(shí)例 以其切削用量的選擇計(jì)算如下o (1)38底孔鉆削。查切削用量手冊(cè)，高速鋼鉆頭鉆削灰鐵時(shí)的切削速度為21-36mmm，進(jìn)給量為0.3-0.3mmr，取Vc24m/min，f=0.2mmr，計(jì)算主軸轉(zhuǎn)速為n=200r/min,Vf=40mm/min.(3)切削速度 Vc(mm/min)的選擇 根據(jù)已經(jīng)選定的背吃刀量、進(jìn)給量及刀具耐用度選擇切削速度Vc，可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，也可根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)在機(jī)床說(shuō)明書(shū)允許的切削速度范周內(nèi)否表選取或者參考有關(guān)切削用量手冊(cè)選用。 切削速度Vc確定后，計(jì)算出機(jī)床豐軸轉(zhuǎn)速按機(jī)床說(shuō)明書(shū)選擇與所算轉(zhuǎn)速n接近的轉(zhuǎn)速，并填入程序單：（6 6）數(shù)

14、控工序的設(shè)計(jì)，如工步、刀具選擇、夾具定位）數(shù)控工序的設(shè)計(jì)，如工步、刀具選擇、夾具定位與安裝、走刀路線確定、測(cè)量、切削用量的確定等；與安裝、走刀路線確定、測(cè)量、切削用量的確定等；仿形進(jìn)給路線仿形進(jìn)給路線，用用于鑄、鍛件毛坯時(shí)于鑄、鍛件毛坯時(shí)進(jìn)給路線較短。進(jìn)給路線較短。三角形進(jìn)給路線三角形進(jìn)給路線，適用于棒料毛坯，適用于棒料毛坯，進(jìn)給路線較長(zhǎng)。進(jìn)給路線較長(zhǎng)。矩形進(jìn)給路線矩形進(jìn)給路線，適用于棒適用于棒料毛坯，進(jìn)給路線較短。料毛坯，進(jìn)給路線較短。 一般一般1為為mm5mm，螺距大和精度高時(shí)取大值，反之取小值；，螺距大和精度高時(shí)取大值，反之取小值； 2一般為一般為1的的1/3到到1/5。這樣保證切削螺紋

15、時(shí)，在升速完成后使刀具接觸。這樣保證切削螺紋時(shí)，在升速完成后使刀具接觸工件，刀具離開(kāi)工件后再降速。若螺紋收尾處沒(méi)有退刀槽，收尾處的形狀工件，刀具離開(kāi)工件后再降速。若螺紋收尾處沒(méi)有退刀槽，收尾處的形狀與數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)，一般按與數(shù)控系統(tǒng)有關(guān)，一般按45退刀收尾。退刀收尾。1.1.順銑和逆銑對(duì)加工影響順銑和逆銑對(duì)加工影響 在銑削加工中，采用順銑還是逆銑方式是影響加工表面粗糙度在銑削加工中，采用順銑還是逆銑方式是影響加工表面粗糙度的重要因素之一。由于數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)采用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，其進(jìn)給傳的重要因素之一。由于數(shù)控機(jī)床傳動(dòng)采用滾珠絲杠結(jié)構(gòu)，其進(jìn)給傳動(dòng)間隙很小，順銑的工藝性優(yōu)于逆銑。動(dòng)間隙很小，順銑的工藝性優(yōu)

16、于逆銑。2.1.5 2.1.5 加工路線的確定加工路線的確定 1 1、應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；、應(yīng)保證被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率高；外輪廓加工刀具的外輪廓加工刀具的切入和切出過(guò)渡切入和切出過(guò)渡 內(nèi)輪廓加工刀具的內(nèi)輪廓加工刀具的切入和切出過(guò)渡切入和切出過(guò)渡原點(diǎn)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡取消刀具補(bǔ)償點(diǎn)圓弧切入點(diǎn)原點(diǎn)切入點(diǎn)切出點(diǎn)刀具運(yùn)動(dòng)軌跡(a)銑削外圓加工路徑(b)銑削內(nèi)圓加工路徑注意：銑削平面輪廓時(shí)，刀具的切入、切出。注意：銑削平面輪廓時(shí)，刀具的切入、切出。 (a)(a)行切法行切法 (b)(b)環(huán)切法環(huán)切法 (c)(c)行切行切+ +環(huán)切法環(huán)切法 封閉凹槽加工走刀路線封閉凹槽

17、加工走刀路線3.3. 銑削曲面走到路線的分析銑削曲面走到路線的分析 銑削曲面時(shí)，常用銑削曲面時(shí)，常用球頭刀球頭刀采用采用“行切法行切法”進(jìn)行加工。所謂進(jìn)行加工。所謂行切法行切法是指刀具與是指刀具與零件輪廓的切點(diǎn)軌跡是一行一行的，而行間的距離是按零件加工精度的要求確定零件輪廓的切點(diǎn)軌跡是一行一行的，而行間的距離是按零件加工精度的要求確定。（a）（b）（a）（b）（c）巧妙安排空行程進(jìn)給路線巧妙安排空行程進(jìn)給路線 對(duì)點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床而言，要求定位精度高，定位過(guò)程盡可能對(duì)點(diǎn)位控制的數(shù)控機(jī)床而言，要求定位精度高，定位過(guò)程盡可能快，因此這類(lèi)機(jī)床應(yīng)按空程最短來(lái)安排走刀路線，如圖（快，因此這類(lèi)機(jī)床應(yīng)按空程

18、最短來(lái)安排走刀路線，如圖（c c）所示，以）所示，以節(jié)省加工時(shí)間。節(jié)省加工時(shí)間。 孔系加工方案比較孔系加工方案比較（2）確定）確定Z向（軸向）的進(jìn)給路線向（軸向）的進(jìn)給路線刀具在Z向的進(jìn)給路線分為快速移動(dòng)進(jìn)給路線和工作進(jìn)給路線。初始平面R平面初始平面R平面刀具先從初始平面快速運(yùn)動(dòng)刀距工件加工表面一定距離的R平面，然后按工作進(jìn)給速度進(jìn)行加工在工作進(jìn)給路線中，工作進(jìn)給距離Zf，包括被加工孔的深度H，刀具的切入距離Za和切出距離Z0（加工通孔）加工不通孔時(shí)，工作進(jìn)給距離為 ZfZaHTt加工通孔時(shí)，工作進(jìn)給距離為 ZfZaHZ0Tt510510攻螺紋5835鏜孔51035銑削5835擴(kuò)孔5835鉸孔5823鉆孔毛 坯表面已 加 工表面 表 面 狀 態(tài)加工方式毛 坯表面已 加 工表面 表面狀態(tài)加工式切入、切出距離的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)平面平面八、工藝文件的制訂 1.1.數(shù)控加工工序卡 、數(shù)控刀具卡片、數(shù)控刀具卡片1.1.直線段逼近非圓曲線的計(jì)算直線段逼近非圓曲線的計(jì)算 等間距直線逼近法：等間距直線