數(shù)控加工工藝分析和規(guī)劃

1、數(shù)控加工工藝分析和規(guī)劃數(shù)控編程加工概述本章導(dǎo)讀數(shù)控加工工藝分析和規(guī)劃數(shù)控編程刀具材料和選擇原則如何合理區(qū)分加工區(qū)域的粗精加工前后模數(shù)控編程注意事項(xiàng)銅公拆分要點(diǎn)和經(jīng)驗(yàn)總結(jié)1.1 數(shù)控加工工藝合理確定數(shù)控加工工藝對實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、 高效和經(jīng)濟(jì)的數(shù)控加工具有極為重要的作用。 數(shù)控加 工工藝問題的處理與普通加工工藝基本相同， 在設(shè)計(jì)零件的數(shù)控加工工藝時(shí)， 首先要遵循普通 加工工藝的基本原則和方法，同時(shí)還必須考慮數(shù)控加工本身的特點(diǎn)和零件編程要求。1.1.1 加工工藝過程和特殊要求1 .加工工藝過程數(shù)控加工工藝過程是利用切削刀具在數(shù)控機(jī)床上直接改變加工對象的形狀、尺寸、表面位置、表面狀態(tài)等，使其成為成品或半成品

2、的過程。2 .加工工藝的特殊要求(1)由于數(shù)控機(jī)床較普通機(jī)床的剛度高，所配的刀具也較好，因而在同等情況下，所采用的切削用量通常比普通機(jī)床大，加工效率也較高。因此，選擇切削用量時(shí)要充分考慮這些特點(diǎn)。(2)由于數(shù)控機(jī)床復(fù)合化程度越來越高，因此，工序相對集中是現(xiàn)代數(shù)控加工工藝的特點(diǎn)，明顯表現(xiàn)為工序數(shù)目少，工序內(nèi)容多，并且由于在數(shù)控機(jī)床上盡可能安排較復(fù)雜的工序， 所以數(shù)控加工的工序內(nèi)容要比普通機(jī)床加工的工序內(nèi)容復(fù)雜。(3)由于數(shù)控機(jī)床加工的零件比較復(fù)雜，因此在確定裝夾方式和夾具時(shí)，要特別注意刀 具與夾具、工件的干涉問題。1.1.2 加工工藝分析和規(guī)劃加工工藝分析和規(guī)劃主要從加工對象及加工區(qū)域規(guī)劃、加工

3、路線規(guī)劃和加工方式規(guī)劃3方面考慮。1 .加工區(qū)域規(guī)劃加工區(qū)域規(guī)劃是將加工對象分成不同的加工區(qū)域，分別采用不同的加工工藝和加工方式進(jìn)行加工，目的是提高加工效率和質(zhì)量。常見的需要進(jìn)行分區(qū)域加工的情況有以下幾種。加工表面形狀差異較大， 需要分區(qū)加工。如加工表面由水平面和自由曲面組成。顯然，對于這兩種類型可采用不同的加工方式以提高加工效率和質(zhì)量，即對水平面部分采用平底刀加工，刀軌的行間距可超過刀具半徑，一般為刀具直徑的 60%75%,以提高加工效率。而對曲面部分應(yīng)使用球刀加工，行間距一般為0.080.2mm,以保證表面光潔度。 加工表面不同區(qū)域尺寸差異較大，需要分區(qū)加工。如對較為寬闊的型腔可采用較大的

4、刀具進(jìn)行加工，以提高加工效率，而對于較小的型腔或轉(zhuǎn)角區(qū)域使用大尺寸刀具不能 進(jìn)行徹底加工，應(yīng)采用較小刀具以確保加工到位。 加工表面要求精度和表面粗糙度差異較大時(shí)，需要分區(qū)加工。如對于同一表面的配合部位要求精度較高，需要以較小的步距進(jìn)行加工，而對于其他精度和光潔度要求較低 的表面可以以較大的步距加工以提高效率。為有效控制加工殘余高度，針對曲面的變化采用不同的刀軌形式和行間距進(jìn)行分區(qū) 加工。2 .加工路線規(guī)劃在數(shù)控工藝路線設(shè)計(jì)時(shí)， 首先要考慮加工順序的安排， 加工順序的安排應(yīng)根據(jù)零件的結(jié)構(gòu) 和毛坯狀況，以及定位安裝與夾緊的需要來考慮， 重點(diǎn)是保證定位夾緊時(shí)工件的剛性和利于保 證加工精度。加工順序安

5、排一般應(yīng)按下列原則進(jìn)行。上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊，要綜合考慮。加工工序應(yīng)由粗加工到精加工逐步進(jìn)行，加工余量由大到小。先進(jìn)行內(nèi)腔加工工序，后進(jìn)行外形加工工序。盡可能采用相同定位、夾緊方式或同一把刀具加工的工序連接進(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)。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。另外，數(shù)控加工的工藝路線設(shè)計(jì)還要考慮數(shù)控加工工序與普通工序的銜接，數(shù)控加工的工藝路線設(shè)計(jì)常常僅是幾道數(shù)控加工工藝過程，而不是指毛坯到成品的整個(gè)工藝過程。由于數(shù)控加工工序常常穿插于零件加工工藝過程中，因此在工藝路線設(shè)計(jì)中一定要全面，瞻前顧后，使之與整個(gè)工藝過程

6、協(xié)調(diào)吻合。如果銜接得不好就容易產(chǎn)生矛盾，最好的解決辦法是建立下一個(gè)工序向上一工序提出工藝要求的機(jī)制，如要不要留加工余量，留多少，定位面與定位孔的精度要求及形位公差，對校形工序的技術(shù)要求，對毛坯的熱處理狀態(tài)要求等。目的是達(dá)到相互能滿足加工需要，且質(zhì)量及技術(shù)要求明確，交接驗(yàn)收有依據(jù)。3 .加工方式規(guī)劃加工方式規(guī)劃是實(shí)施加工工藝路線的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。主要內(nèi)容如下。刀具選擇：為不同的加工區(qū)域、 加工工序選擇合適的刀具，刀具的正確選擇對加工質(zhì)量和效率有較大的影響。刀軌形式選擇：針對不同的加工區(qū)域、加工類型、加工工序選擇合理的刀軌形式，以確保加工的質(zhì)量和效率。誤差控制：確定與編程有關(guān)的誤差環(huán)節(jié)和誤差控制參數(shù)，保

7、證數(shù)控編程精度和實(shí)際加工精度。殘余高度的控制：根據(jù)刀具參數(shù)、加工表面質(zhì)量確定合理的刀軌行間距，在保證加工表面質(zhì)量的前提下，可以提高加工效率。切削工藝控制：切削工藝包括了切削用量控制（包括切削深度、刀具進(jìn)給速度、主軸 旋轉(zhuǎn)方向和轉(zhuǎn)速控制等）、加工余量控制、進(jìn)退刀控制、冷卻控制等諸多內(nèi)容，是影 響加工精度、表面質(zhì)量和加工損耗的重要因素。安全控制：包括安全高度、避讓區(qū)域等涉及加工安全的控制因素。工藝分析規(guī)劃是數(shù)控編程中較為靈活的部分，受到機(jī)床、刀具、加工對象（幾何特征、材料等)等多種因素的影響。從某種程度上可以認(rèn)為工藝分析規(guī)劃基本上是加工經(jīng)驗(yàn)的體現(xiàn)，因此要求編程人員在工作中不斷總結(jié)和積累經(jīng)驗(yàn)，使工藝

8、分析和規(guī)劃更符合其實(shí)際工件的需要。4 .工件裝夾注意事項(xiàng)在確定定位基準(zhǔn)與夾緊方案時(shí)應(yīng)注意下列3點(diǎn)。力求設(shè)計(jì)、工藝與編程計(jì)算的基準(zhǔn)統(tǒng)一。盡量減少裝夾次數(shù)，盡可能做到一次定位后就能加工出全部待加工表面，避免采用占機(jī)人工調(diào)整方案。夾具要開暢，其定位、夾緊機(jī)構(gòu)不能影響加工中的走刀(如產(chǎn)生碰撞)，碰到此類情況時(shí)，可采用用虎鉗或加底板抽螺絲的方式裝夾。5 .對刀點(diǎn)的確定對刀點(diǎn)可以設(shè)在被加工零件上，但注意對刀點(diǎn)必須是基準(zhǔn)位或已精加工過的部位，有時(shí)在第一道工序后對刀點(diǎn)被加工毀壞，會導(dǎo)致第二道工序和之后的對刀點(diǎn)無從查找，因此在第一道工序?qū)Φ稌r(shí)注意要在與定位基準(zhǔn)有相對固定尺寸關(guān)系的地方設(shè)立一個(gè)相對對刀位置，這樣可

9、以根據(jù)它們之間的相對位置關(guān)系找回原對刀點(diǎn)。這個(gè)相對對刀位置通常設(shè)在機(jī)床工作臺或夾具 上。選擇原則如下。找正容易。編程方便。對刀誤差小。加工時(shí)檢查方便、可靠。1.2 數(shù)控編程刀具數(shù)控刀具選擇和切削用量確定是數(shù)控加工工藝中的重要一環(huán)，它不僅影響數(shù)控機(jī)床的加工效率，而且直接影響加工質(zhì)量。數(shù)控加工的刀具選擇和切削用量確定是在人機(jī)交互狀態(tài)下完成， 這與普通機(jī)床加工形成鮮明的對比，同時(shí)也要求編程人員必須掌握刀具選擇和切削用量確定的基本原則，在編程時(shí)充分考慮數(shù)控加工特點(diǎn)，能夠正確選擇刀具及切削用量。1.2.1 數(shù)控刀具形狀(1)平底刀：也叫平刀或端銃刀，如圖 1-1 (a)所示，主要用于開粗、平面光刀、外形

10、 光刀和清角。(2)圓鼻刀：也叫牛鼻刀，如圖 1-1 (b)所示，主要用于開粗、平面光刀和外形光刀， 常加工硬度較高的材料，如718、738和S136等。常用圓鼻刀的刀角半徑為R0.2R1。(3)球頭刀：也叫球刀或 R刀，如圖1-1 (c)所示，主要用于曲面光刀或流道加工，不 對平面開粗或光刀。(4)飛刀：如圖1-1 (d)所示，主要用于大面積的開粗、平面光刀和陡峭面光刀等。常 用飛刀有 30R5、20R4、16R0.8/R0.4 和 12R0.4。圖1-1刀具形狀1.2.2 數(shù)控刀具直徑和長度選擇(1)大工件盡量使用大直徑的刀具，以提高刀具的加工效率和剛性。曲面光刀和清角時(shí)，根據(jù)參考曲面凹陷

11、和拐角處的最小半徑值選擇刀具。開粗先采用大直徑刀具，以提高效率，再采用小直徑刀具進(jìn)行二次開粗，二次開粗的目的是清除上一步開粗的殘余料。(2)在保證刀具剛性的前提下，刀具裝夾長度依曲面形狀和深度來確定，一般比加工范圍高出2mm,防止出現(xiàn)刀具與工件相互干涉。(3)選擇小直徑刀具要注意切削刃(刃長)長度。直徑小于6時(shí)，刀具切削刃的直徑與刀柄直徑不一致，一般刀柄直徑為6,切削刃與刀柄之間形成錐形過渡，加工區(qū)域狹窄、深度較大時(shí)，可能出現(xiàn)刀柄與工件干涉。1.2.3 數(shù)控刀具要求數(shù)控銃床能兼作粗精銃削，因此粗銃時(shí)，要選強(qiáng)度高、耐用度好的刀具，以滿足粗銃時(shí)大吃刀量、大進(jìn)給量的要求。精銃時(shí)，要選精度高、耐用度好

12、的刀具，以保證加工精度的要求。此外，為減少換刀時(shí)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。以下幾點(diǎn)羅列了對選擇數(shù)控刀具的要求。(1)要有較高的切削效率。(2)要有較高的精度和重復(fù)定位精度。(3)要有較高的可靠性和耐用度。(4)實(shí)現(xiàn)刀具尺寸的預(yù)調(diào)和快速換刀。(5)具有完善的模塊式工具系統(tǒng)。(6)建立完備的刀具管理系統(tǒng)。(7)要有在線監(jiān)控及尺寸補(bǔ)償系統(tǒng)。1.2.4 數(shù)控刀具特點(diǎn)(1)剛性好(尤其是粗加工刀具)、精度高、抗振及熱變形小。(2)互換性好，便于快速換刀。(3)壽命高，切削性能穩(wěn)定、可靠。(4)刀具尺寸便于調(diào)整以減少換刀時(shí)間。

13、(5)能斷屑和卷屑，利于切屑排除。(6)系列化、標(biāo)準(zhǔn)化，有利于編程和刀具管理。1.2.5 數(shù)控刀具材料刀具的選擇是根據(jù)零件材料種類、硬度，以及加工表面粗糙度要求和加工余量等已知條件來決定刀片的幾何結(jié)構(gòu)(如刀尖圓角)、進(jìn)給量、切削速度和刀片牌號等。數(shù)控刀具材料有高速鋼 (分為W系列高速鋼和Mo系列高速鋼)、硬質(zhì)合金(分為鴇鉆類、 鴇鈦鉆類和鴇鈦鋁(銀)鉆類)、陶瓷(純氧化鋁類(白色陶瓷)和 TiC添加類(黑色陶瓷)、立方碳化硼和聚晶金剛石。一般工廠使用最多的就是高速鋼(白鋼刀)和硬質(zhì)合金刀具，與其他幾類刀具相比，價(jià)格相對比較便宜。高速鋼刀具：刀刃鋒利，易磨損，價(jià)格便宜，主要用于加工材料硬度較底的

14、工件，如45#、銅公或外形光刀等。硬質(zhì)合金刀具：硬而脆，耐高溫，主要用于加工硬度較高的工件，如前模、后模、鑲件、行位或斜頂?shù)?。硬質(zhì)合金刀具需較高轉(zhuǎn)速加工，否則容易崩刀。而且加工效率和質(zhì)量比高速鋼刀具好。1.2.6 數(shù)控刀具選擇原則(1)根據(jù)被加工零件的表面形狀選擇刀具：若零件表面較平坦，可使用平底刀或飛刀進(jìn) 行加工；若零件表面凹凸不平，應(yīng)使用球刀進(jìn)行加工，以免切傷工件。(2)根據(jù)從大到小的原則選擇刀具：刀具直徑越大，所能切削到的毛坯材料范圍越廣， 加工效率越高。(3)根據(jù)曲面曲率大小選擇刀具：通常針對圓角或拐角位置的加工，圓角位越小選用的 刀具直徑越小，且通常圓角位的加工選用球刀。(4)根據(jù)粗

15、、精加工選擇刀具：粗加工時(shí)強(qiáng)調(diào)獲得最快的開粗過程，則刀具的選用偏向于大直徑的平底刀或飛刀。 精加工強(qiáng)調(diào)獲得好的表面質(zhì)量， 此時(shí)應(yīng)選用相應(yīng)小直徑的平底刀(飛刀)或球刀。1.2.7 數(shù)控刀具選擇刀具的選擇是數(shù)控加工工藝中重要內(nèi)容之一。選擇刀具通常要考慮機(jī)床的加工性能、工序內(nèi)容和工件材料等因素。選取刀具時(shí)，要使刀具的尺寸和形狀相適應(yīng)。刀具選擇應(yīng)考慮的主要因素如下。(1)被加工工件的材料和性能，如金屬、非金屬，其硬度、剛度、塑性、韌性及耐磨 性等。(2)加工工藝類別，如車削、鉆削、銃削、鏈削或粗加工、半精加工、精加工和超精加 工等。(3)加工工件信息，如工件幾何形狀、加工余量、零件的技術(shù)指標(biāo)。(4)刀

16、具能承受的切削用量，主要包括切削用量三要素，主軸轉(zhuǎn)速、切削速度與切削 深度。(5)輔助因數(shù)，如操作間斷時(shí)間、振動、電力波動或突然中斷等。1.3 粗精加工原則模具部件形狀復(fù)雜，加工要求也多種多樣， 復(fù)雜工件的加工可能涉及平面銃削、型腔銃削、曲面輪廓銃和鉆孔加工等多種操作，要把握好這些操作，往往需要在實(shí)際加工中多體會和總結(jié)，從中找到一定的經(jīng)驗(yàn)和方法。無論工件多復(fù)雜，使用了多少刀具和操作，都要經(jīng)過粗加工、半精加工到精加工的過程，而且各有各自的特點(diǎn)。1.3.1 粗加工原則粗加工應(yīng)選用直徑盡量大的刀具，設(shè)定盡可能高的加工速度，粗加工的目標(biāo)是盡可能去除工件材料，并加工出與模具部件相似。 但必須綜合考慮刀具

17、性能、工件材料、機(jī)床負(fù)載和損耗等，從而決定合理的切削深度、進(jìn)給速度、切削速度和刀具轉(zhuǎn)速等參數(shù)。一般來說，粗加工的刀具直徑、切削深度和步進(jìn)的值較大，而受機(jī)床的負(fù)載能力的限制， 切削速度和刀具轉(zhuǎn)速較小。UG粗加工大多情況下使用型腔銃削，選擇“跟隨工件”或“跟隨周邊”的切削方式，也 可以使用面銃削和平面銃削進(jìn)行局部的粗加工。1.3.2 半精加工原則半精加工是在精加工前進(jìn)行的準(zhǔn)備工作，目的是保證在精加工之前， 工件上所有需要精加工區(qū)域的余量基本均勻。 如果在粗加工之后，工件表面的余量比較均勻， 則不必進(jìn)行半精加工。對于平面或曲面工件， 經(jīng)過大直徑刀具型腔銃削粗加工或平面銃削加工之后，可能留下不均勻的余

18、量，一般有下面 4種情況。在大直徑刀具無法進(jìn)入的凹槽或窄槽處會留下很大的殘留余量。陡峭面?zhèn)缺诖蟮毒邿o法清到的角落。在非陡峭面上切削層與層之間留下的臺階余量。大直徑球刀加工不到的小圓角。半精加工的刀軌形式較為靈活，根據(jù)以上情況，相應(yīng)的處理方式如下。使用型腔銃削設(shè)置殘留毛坯加工。使用型腔銃削設(shè)置參考刀具進(jìn)行清角。使用曲面輪廓銃的區(qū)域銃削方式，設(shè)置非陡峭面角度。使用曲面輪廓銃的清根操作或徑向操作，使用小刀具清理未切削材料。在實(shí)際工作中，復(fù)雜工件往往是多種情況并存， 此時(shí)可先采用型腔銃削的殘留毛坯進(jìn)行半 精加工，然后用型腔銃削參考刀具加工， 最后根據(jù)具體情況， 使用等高輪廓銃或曲面輪廓銃進(jìn) 行加工。1

19、.3.3 精加工原則半精加工后，工件表面還保留較均勻的切削余量，而這部分余量通過精加工方式加工。通常，曲面都使用曲面輪廓銃實(shí)現(xiàn)精加工，設(shè)置較大的切削速度、主軸轉(zhuǎn)速和較小的切削步距。而平面型工件則不同，粗加工之后使用平面銃削和面銃削進(jìn)行精加工，設(shè)置較小的切削速度、 切削步距和較高的主軸轉(zhuǎn)速。對于曲面工件，通常采用曲面輪廓銃的區(qū)域銃削切削方式，設(shè)置一定的步距和加工角度進(jìn)行加工，但越陡峭的表面加工質(zhì)量越粗糙，可以通過陡峭面和非陡峭面刀軌、螺旋刀軌、3D等距刀軌和優(yōu)化等高刀軌等方式加工。1.4 數(shù)控機(jī)床操作要?jiǎng)t1 .運(yùn)行前(1)程序與工件是否一致。(2)刀具庫內(nèi)刀具是否與程序內(nèi)刀具信息一致。(3)檢查

20、刀具的完好程度。(4)程序的語法檢查，定義必要的GM代碼。(5)進(jìn)行模擬加工，檢查程序的正確性。(6)確定工件坐標(biāo)系與程序坐標(biāo)系相符。(7)最后確定機(jī)床狀態(tài)及各開關(guān)位置。2 .加工中(1)觀察機(jī)床動作及進(jìn)給方向與程序相符。(2)當(dāng)工件坐標(biāo)、刀具位置和預(yù)留量三者相符后才能逐漸加大進(jìn)給倍率開關(guān)。(3)觀察判斷銃削、加工聲音和機(jī)床振動情況是否正常。(4)中斷程序后恢復(fù)加工前，應(yīng)修改 NC程序，并緩慢進(jìn)給至原加工位置，觀察修改后 的NC程序是否有誤，確定無誤后再逐漸恢復(fù)到正常切削速率。3 .異常處理(1)當(dāng)機(jī)床因報(bào)警而停機(jī)時(shí)，應(yīng)先清除報(bào)警信息，將主軸安全移出加工位置，確定排除 警報(bào)故障后，再恢復(fù)加工。(2)當(dāng)正常加工時(shí)需要暫停程序前，應(yīng)先將倍率開關(guān)緩慢關(guān)至0位。(3)當(dāng)發(fā)生緊急情況時(shí)，應(yīng)迅速停止程序，必要時(shí)可使用緊急停止按鈕，一般是紅色大 按鈕。1.5 工件坐標(biāo)系和機(jī)床坐標(biāo)系1 .工件坐標(biāo)系工件坐標(biāo)系用于工件加工， 是機(jī)床坐標(biāo)系的子坐標(biāo)系