項目二數(shù)控加工工藝設(shè)計和數(shù)控機床編程及加工

項目二數(shù)控加工工藝設(shè)計任務(wù)一擬定簡單零件加工的工藝流程任務(wù)二分析復(fù)雜零件加工的工藝任務(wù)三設(shè)計數(shù)控加工的工藝路線任務(wù)四設(shè)計數(shù)控加工的工序任務(wù)五制作數(shù)控加工的工藝文件拓展實訓(xùn)本章難點回顧項目要點：1.掌握數(shù)控加工的工藝特點與內(nèi)容；2.理解數(shù)控加工的工藝分析方法及工藝路線；3.掌握數(shù)控加工的工序設(shè)計及工藝文件。二、任務(wù)分析1.機械制造中的工藝基本理論為基礎(chǔ)；2.結(jié)合數(shù)控機床的特點；3.綜合多方面的知識以解決數(shù)控加工中的工藝問題。三、知識準(zhǔn)備

(一)數(shù)控加工的工藝特點

(1)數(shù)控加工工藝內(nèi)容要求更具體、詳細(xì)

(2)數(shù)控加工工藝要求更嚴(yán)密、精確

(3)數(shù)控加工零件圖形的數(shù)學(xué)處理和編程尺寸設(shè)定值的計算

(4)考慮進(jìn)給速度對零件形狀精度的影響

(5)強調(diào)刀具選擇的重要性

(6)數(shù)控加工工藝的特殊要求

(7)數(shù)控加工程序的編寫、校驗與修改（二）數(shù)控加工的工藝內(nèi)容1.數(shù)控加工工藝的概念2.數(shù)控加工工藝的流程1)通過數(shù)控加工的適應(yīng)性分析選擇并確定進(jìn)行數(shù)控加工零件的內(nèi)容。2)結(jié)合加工表面的特點和數(shù)控設(shè)備的功能對零件進(jìn)行數(shù)控加工工藝分析。3)進(jìn)行數(shù)控加工工藝設(shè)計。4)根據(jù)編程的需要，對零件圖形進(jìn)行數(shù)學(xué)處理和計算。5)編寫加工程序單。6)按照程序單制作控制介質(zhì)。7)檢驗與修改加工程序。8)首件試加工以進(jìn)一步修改加工程序，并對現(xiàn)場問題進(jìn)行處理。9)編制數(shù)控加工工藝技術(shù)文件，如數(shù)控加工工序卡、程序說明卡、走刀路線圖等。四、任務(wù)實施表2-1階梯軸數(shù)控加工工藝的主要流程小批量生產(chǎn)的工藝過程工序號工序內(nèi)容設(shè)備1車兩端面，鉆中心孔車床2車外圓、車槽和車倒角車床3銑鍵槽、去毛刺銑床、鉗工4磨外圓磨床大批量生產(chǎn)的工藝過程工序號工序內(nèi)容設(shè)備1兩端同時銑端面、鉆中心孔專用機床2車一端外圓、車槽和車倒角車床3車另一端外圓、車槽和車倒角車床4銑鍵槽銑床5去毛刺鉗工臺或?qū)ｉT毛刺去除機6磨外圓磨床【知識延伸】數(shù)控加工內(nèi)容的選擇1.選擇數(shù)控加工的內(nèi)容（1）普通機床無法加工的。（2）普通機床難加工，質(zhì)量也難以保證的。（3）普通機床加工效率低，工人手工操作勞動強度大的。下列一些加工內(nèi)容則不宜選擇數(shù)控加工：（1）需要用較長時間占機調(diào)整的加工內(nèi)容。（2）加工余量極不穩(wěn)定，無法自動調(diào)整零件坐標(biāo)位置的。（3）不能在一次安裝中加工完成的零星分散部位.（4）由某些特定的樣板、樣件、模塊等為依據(jù)加工的型面輪廓。任務(wù)二分析復(fù)雜零件加工的工藝一、任務(wù)引入圖2-3上中介軸在裝配圖中的位置上中介軸是一個薄壁軸類零件，其結(jié)構(gòu)形狀屬中等復(fù)雜零件，現(xiàn)需要分析該零件的加工工藝。2.知識目標(biāo)：（1）學(xué)會對零件圖的尺寸分析和對零件的結(jié)構(gòu)分析；（2）學(xué)會正確地選用毛坯，并掌握加工余量的計算；（3）掌握數(shù)控加工的定位基準(zhǔn)的選擇。3.技能目標(biāo)：熟練掌握數(shù)控加工的工藝分析方法。二、任務(wù)分析主要從三個方面進(jìn)行工藝分析。1.從零件圖樣2.毛坯選擇3.基準(zhǔn)選擇三、知識準(zhǔn)備（一）零件圖樣的工藝性分析1.零件圖的尺寸分析(1)檢查零件圖的完整性和正確性(2)零件的技術(shù)要求分析(3)零件的材料分析(4)合理的標(biāo)注尺寸

圖2-4直接標(biāo)注重要尺寸圖2-5鍵槽深度的標(biāo)注圖2-6孔中心距的標(biāo)注圖2-7按加工順序標(biāo)注自由尺寸圖2-8按加工順序標(biāo)注自由尺寸（二）零件結(jié)構(gòu)的工藝性分析1.有利于達(dá)到所要求的加工質(zhì)量（1）合理確定零件的加工精度與表面質(zhì)量（2）保證位置精度的可能性圖2-9有利于保證位置精度的工藝結(jié)構(gòu)2．有利于減少加工勞動量(1)盡量減少不必要的加工面積圖2-10減少軸承座底面加工面積a)錯誤b)正確(2)盡量避免或簡化內(nèi)表面的加工圖2-11避免深孔加工的方法圖2-12將內(nèi)表面轉(zhuǎn)化為外表面加工a)錯誤b)正確a)錯誤b)正確圖2-13將內(nèi)溝槽轉(zhuǎn)化為外溝槽加工a)錯誤b)正確1、2—工件3．有利于提高勞動生產(chǎn)率（1）零件的有關(guān)尺寸應(yīng)力求一致并能用標(biāo)準(zhǔn)刀具加工圖2-14退刀槽尺寸一致a)錯誤b)正確圖2-15凸臺高度相等a)錯誤b)正確圖2-16便于采用標(biāo)準(zhǔn)鉆頭a)錯誤b)正確（2）減少零件的安裝次數(shù)圖2-17鉆孔方向一致圖2-18鍵槽方位一致

a)錯誤b)正確a)錯誤b)正確（3）零件的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工圖2-19應(yīng)留有越程槽圖2-20應(yīng)留有退刀槽a)錯誤b)正確a)錯誤b)正確圖2-21鉆頭應(yīng)能接近加工表面圖2-22避免在斜面上鉆孔和鉆頭單刃切削a)錯誤b)正確a)錯誤b)正確（4）避免在斜面上鉆孔和鉆頭單刃切削

（5）便于多刀加工

圖2-23便于多刀加工a)錯誤b)正確（三）毛坯選擇分析1.常用毛坯的種類2.毛坯的選擇原則（1）零件的材料的工藝特性和力學(xué)性能（2）零件的結(jié)構(gòu)形狀與外形尺寸（3）生產(chǎn)綱領(lǐng)（4）現(xiàn)有生產(chǎn)條件（5）充分利用新工藝、新材料（四）定位基準(zhǔn)的選擇與分析1.粗基準(zhǔn)的選擇圖2-24選擇不加工的表面為粗基準(zhǔn)圖2-25選擇加工余量小的表面為粗基準(zhǔn)圖2-26車床床身的加工2.精基準(zhǔn)的選擇圖2-27小軸的加工圖2-29機床導(dǎo)軌面“自為基準(zhǔn)"加工圖2-30軸承座零件圖圖2-31以齒形定位磨削孔圖2-32鍛壓機立柱加工精基準(zhǔn)的選擇四、任務(wù)實施（一）毛坯的制造形式（二)加工方法的選擇

(三)加工階段的劃分

(四)工序的集中與分散

(五)定位基準(zhǔn)的選擇一、任務(wù)引入1.任務(wù)描述車間需生產(chǎn)一批階梯軸零件，零件圖如圖2-34所示，現(xiàn)需完成以下工作。（1）編制該零件數(shù)控車削加工的工藝路線。（2）生產(chǎn)綱領(lǐng)：50件；材料為45鋼。圖2-34階梯軸零件圖2.知識目標(biāo)：（1）掌握合理選擇加工表面的加工方法；（2）掌握工序劃分的原則選擇；（3）掌握合理劃分、安排零件的加工工序。3.技能目標(biāo)：（1）會劃分加工階段（2）會安排加工工序；（3）掌握工藝路線的設(shè)計方法。二、任務(wù)分析1.選擇各加工表面的加工方法2.劃分加工階段3.劃分工序以安排工序的先后順序三、知識準(zhǔn)備（一）表面加工方法的選擇1．選擇相應(yīng)能獲得經(jīng)濟精度和經(jīng)濟表面粗糙度的方法2．工件的結(jié)構(gòu)形狀和尺寸大小3．工件材料的力學(xué)性能及熱處理的影響4．結(jié)合生產(chǎn)類型考慮生產(chǎn)率與經(jīng)濟性5．現(xiàn)有生產(chǎn)條件表2-5外圓柱面加工方法～（或～（或～（或序號加工方法經(jīng)濟精度(公差等級表示)經(jīng)濟表面粗糙度值適用范圍1粗車IT11～I(xiàn)T1312.5～50適用于淬火鋼以外的各種金屬2粗車—半精車IT8～I(xiàn)T103.2～6.33粗車—半精車—精車IT7～I(xiàn)T80.8～1.64粗車—半精車—精車—滾壓（或拋光）IT7～I(xiàn)T80.025～0.25粗車—半精車—磨削IT7～I(xiàn)T80.4～0.8主要用于淬火鋼，也可用于未淬火鋼，但不宜加工有色金屬6粗車—半精車—精磨—粗磨IT6～I(xiàn)T70.1～0.47粗車—半精車—粗磨—精磨—超精加工（或輪式超精磨）IT5

0.1）8粗車—半精車—精車—精細(xì)車（金剛車）IT6～I(xiàn)T70.025～0.4主要用于要求較高的有色金屬加工9粗車—半精車—粗磨—精磨—超精磨（或鏡面磨）IT5以上

0.05）極高精度的外圓加工10粗車—半精車—粗磨—精磨—研磨IT5以上

0.05）（二）工序的劃分與安排1.工序的劃分（1）按安裝次數(shù)劃分工序 （2）按所用刀具劃分工序 （3）按粗、精加工劃分工序（4）按加工部位劃分工序

a）b）圖2-35分序加工示意對于數(shù)控車削加工來說以下兩種原則使用較多：（1）按所用刀具劃分工序（2）按粗、精加工劃分工序

圖2-36套類零件2.加工順序的安排（1）加工順序的安排

圖2-37粗車示意圖圖2-38先近后遠(yuǎn)加工路線2）先近后遠(yuǎn)1）先粗后精3）先主后次4）基面先行5）先內(nèi)后外、內(nèi)外交叉（2）數(shù)控加工工序與普通工序的銜接

四、任務(wù)實施1.數(shù)控加工工藝分析（1）明確加工內(nèi)容（2）選定毛坯（3）裝夾定位方案

（4）工步順序（5）選擇刀具（6）加工路線工步號工步內(nèi)容刀具號刀具名稱主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)給量背吃刀量量具備注1車端面T01外圓車刀5500.230~150游標(biāo)卡尺手動2粗車外輪廓T01外圓車刀5500.4350~75mm千分尺自動3精車外輪廓T02外圓精車刀8000.150.5自動4切斷T03切槽刀一、任務(wù)引入1.任務(wù)描述：如圖2-39所示凸塊零件圖樣，生產(chǎn)綱領(lǐng)：試制5件。圖2-39凸塊（方盤類）零件圖2.知識目標(biāo)：（1）掌握合理確定加工路線的方法；（2）熟悉加工過程分析；（3）掌握數(shù)控加工的工序設(shè)計。3.技能目標(biāo)：（1）會合理選擇工藝裝備、定位加緊方式；（2）掌握切削用量選擇方法；（3）會選擇合理的進(jìn)給路線。二、任務(wù)分析1.在工序設(shè)計中，涉及每一道工序的具體內(nèi)容、切削用量、工藝裝備、定位夾緊裝置及刀具運動軌跡等，這些是后續(xù)數(shù)控編程的工藝基礎(chǔ)。2.數(shù)控加工工序設(shè)計的主要任務(wù)是進(jìn)一步將本工序的加工內(nèi)容、工藝裝備、加工路線、定位加緊方式、切削用量等具體確定下來，為編制加工程序做好充分準(zhǔn)備。三、知識準(zhǔn)備（一）工裝設(shè)備的選擇工藝裝備主要包括夾具、刀具和量具等。1.夾具的選擇（1）推行標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化。（2）發(fā)展組合夾具和拼裝夾具，以降低生產(chǎn)成本。（3）提高精度。（4）提高夾具的高效自動化水平。（1）數(shù)控車床夾具 1）三爪自定心卡盤2）四爪單動卡盤

圖2-40三爪自定心卡盤圖2-41四爪單動卡盤圖2-42花盤及附件3）花盤（2）數(shù)控銑床夾具

圖2-43平口鉗a)非回轉(zhuǎn)式b)回轉(zhuǎn)式2.刀具的選擇（1）可轉(zhuǎn)位車刀的種類（2）數(shù)控車床刀具的選擇應(yīng)綜合考慮機床、工件等情況。1）在刀具選擇前必須確定與機床有關(guān)的因素：①機床類型：數(shù)控車床、車削中心。②刀具附件：刀柄的形狀和直徑，左切或右切刀柄。③主軸功率。④工件夾持方式。2）考慮以下與工件有關(guān)的因素：①工件形狀：穩(wěn)定性。②工件材質(zhì)：硬度、塑性、韌性、可能形成的切屑類型。③毛坯類型：鍛件、鑄件等。④工藝系統(tǒng)剛性：機床夾具、工件、刀具等。⑤表面質(zhì)量。⑥加工精度。⑦背吃刀量和進(jìn)給量。⑧刀具壽命。（3）斷屑槽

3.量具的選擇單件小批量生產(chǎn)應(yīng)選擇通用量具，如游標(biāo)卡尺、千分尺、百分表等，大批大量生產(chǎn)應(yīng)選擇各種量規(guī)和設(shè)計一些高生產(chǎn)率的專用檢具。量具的精度必須與加工精度相適應(yīng)。（二）加工路線的確定（1）加工路線應(yīng)保證被加工工件的精度和表面質(zhì)量。（2）在保證加工精度的前提下，應(yīng)盡量縮短加工路線，減少刀具的空行程，提高生產(chǎn)率。圖2-44最短加工路線選擇（3）最終輪廓由一次進(jìn)給完成。圖2-45銑削內(nèi)腔的三種進(jìn)給路線（4）在數(shù)控銑床上銑削外輪廓時，為防止刀具在切入、切出時產(chǎn)生刀痕，銑刀的切入和切出點應(yīng)沿工件輪廓曲線的延長線上切向切入和切出工件表面，以保證工件輪廓的光滑過渡。

圖2-46銑削外輪廓時切入切出方式

（5）鏜孔加工時，若位置精度要求較高時，加工路線的定位方向應(yīng)保持一致。圖2-47鏜孔加工路線

（6）加工路線應(yīng)盡量簡化數(shù)學(xué)處理時的數(shù)值計算工作量，以簡化編程工作。（三）切削用量的選擇1.切削用量的選擇（1）背吃刀量的選擇 1）粗加工時2）半精加工時3）精加工時（2）進(jìn)給量的選取（3）主軸轉(zhuǎn)速的確定1）車外圓時主軸轉(zhuǎn)速2）車削螺紋2.選擇切削用量時需注意的問題（1）螺紋車削盡可能采用高速車削，以實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高效生產(chǎn)。（2）當(dāng)加工工件直徑有變化時，盡可能采用恒線速度進(jìn)行加工。（3）盡可能使刀具能完成一個零件或一個工作班次的加工工作，大件精加工尤其注意避免中間換刀，確保刀具能完成一次加工。（4）采用高速加工機床進(jìn)行加工時，切削用量的選擇原則不同于傳統(tǒng)切削加工。（5）在選擇進(jìn)給量時,還應(yīng)注意零件加工中的某些特殊因素。四、任務(wù)實施1．分析零件工藝性能2．選定加工內(nèi)容3．選用毛坯或明確來料狀況4．確定裝夾方案5．確定加工方案6.確定加工順序、選擇加工刀具7．確定加工路線圖2-48加工路線圖8.填寫工序卡片一、任務(wù)引入1.任務(wù)描述本任務(wù)需要正確繪出數(shù)控加工編程任務(wù)書、數(shù)控加工工序卡、數(shù)控加工工藝卡、數(shù)控刀具卡、數(shù)控加工程序單。2.知識目標(biāo)（1）理解數(shù)控加工的工藝文件；（2）了解數(shù)控加工工藝標(biāo)準(zhǔn)。3.技能目標(biāo)（1）掌握常用文件格式；（2）會編制工藝文件。二、任務(wù)分析：工藝路線、工序等設(shè)計好后,以表格（卡片）形式記錄下來的技術(shù)文件就是工藝文件。這些技術(shù)文件是對數(shù)控加工的具體說明，目的是讓操作者更明確加工程序的內(nèi)容、裝夾方式、各個加工部位所選用的刀具切削用量及其它技術(shù)問題。三、知識準(zhǔn)備（一）數(shù)控加工編程任務(wù)書工藝科數(shù)控編程任務(wù)書產(chǎn)品零件圖號任務(wù)書零件名稱使用數(shù)控設(shè)備共頁第頁主要工序說明及技術(shù)要求：編程收到日期經(jīng)手人編制審核編程審核批準(zhǔn)（二）數(shù)控加工工序卡單位名稱數(shù)控加工工序卡產(chǎn)品名稱零件名稱零件圖號車間使用設(shè)備工藝序號程序編號夾具名稱夾具編號工步號工步加工內(nèi)容刀號刀具規(guī)格刀具補償主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)給速度切削深度備注編制審核批準(zhǔn)年月日共頁第頁（三）數(shù)控加工工藝卡片單位產(chǎn)品名稱或代號零件名稱零件圖號車間工藝序號程序編號使用設(shè)備夾具名稱夾具編號數(shù)控加工工藝卡片工序簡圖工步號工步內(nèi)容加工面刀具號刀補量主軸轉(zhuǎn)速進(jìn)給速度背吃刀量備注編制審核批準(zhǔn)年月日共頁第頁（四）數(shù)控加工刀具卡片產(chǎn)品名稱零件名稱零件圖號序號刀具號刀具規(guī)格名稱數(shù)量加工表面?zhèn)渥⒕幹茖徍伺鷾?zhǔn)年月日共頁第頁（五）數(shù)控加工程序單零件號零件名稱編制審核程序號日期日期NGX(U)Z(W)FSTM；(程序段的結(jié)束符)備注四、任務(wù)實施數(shù)控加工編程任務(wù)書、數(shù)控加工工序卡、數(shù)控加工工藝卡、數(shù)控刀具卡、數(shù)控加工程序單的繪制請參照表2-15～表2-19。拓展實訓(xùn)軸類零件的工藝設(shè)計1.實訓(xùn)目標(biāo)：（1）掌握典型零件的工藝設(shè)計內(nèi)容。（2）通過分析零件圖，能合理選擇毛坯、加工設(shè)備、加工方法、刀具、切削用量。（3）會編制零件的刀具卡片、工序卡片、工藝卡片。2.實訓(xùn)要求：（1）查找資料，掌握典型零件的工藝設(shè)計；（2）能夠按圖紙要求，正確合理設(shè)計加工工藝。圖2-49軸類零件圖3.實訓(xùn)準(zhǔn)備：（1）零件的圖紙（圖2-49）（2）任務(wù)書（刀具卡片、工序卡片、程序卡片）。4.實訓(xùn)步驟：（1）分析圖2-49所示零件,介紹其數(shù)控車削加工工藝。（2）確定零件軸線和右端大端面(設(shè)計基準(zhǔn))為定位基準(zhǔn)。（3）確定加工順序及進(jìn)給路線（4）選擇刀具（5）選擇切削用量（6）完成工藝文件

①軸類加工刀具卡片

②填寫工序卡片。本章難點回顧1.數(shù)控加工的工藝特點與內(nèi)容；2.數(shù)控加工的工藝分析方法及工藝路線；3.數(shù)控加工的工序設(shè)計及工藝文件。數(shù)控機床編程及加工機械工程實驗教學(xué)中心實驗?zāi)康耐ㄟ^數(shù)控機床的加工程序編制，掌握編程的方法及技巧；將在計算機上用OpenSoftCNC軟件模擬顯示加工過程校驗程序，然后在數(shù)控機床上對工件進(jìn)行加工；結(jié)合機械加工工藝，實現(xiàn)最優(yōu)化編程，提高加工質(zhì)量和生產(chǎn)效率。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理數(shù)控編程的目的；數(shù)控編程的內(nèi)容；編程步驟。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的基本原理所謂編程，就是把零件的圖形尺寸、工藝過程、工藝參數(shù)、機床的運動以及刀具位移等內(nèi)容，按照數(shù)控機床的編程格式和能識別的語言記錄在程序單上的全過程。這樣編制的程序還必須按規(guī)定把程序單制備成控制介質(zhì)如程序紙帶、磁帶等，變成數(shù)控系統(tǒng)能讀懂的信息，再送入數(shù)控機床，數(shù)控機床的CNC裝置對程序經(jīng)過處理之后，向機床各坐標(biāo)的伺服系統(tǒng)發(fā)出指令信息，驅(qū)動機床完成相應(yīng)的運動。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的目的數(shù)控編程的基本原理①分析零件圖紙，確定加工工藝過程；②計算走刀軌跡，得出刀位數(shù)據(jù)；③編寫零件加工程序；④制作控制介質(zhì)；⑤校對程序及首件試加工。機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的內(nèi)容數(shù)控編程的基本原理機械工程實驗教學(xué)中心數(shù)控編程的步驟零件圖紙分析零件圖紙制定工藝規(guī)程數(shù)學(xué)處理編寫程序文件制作控制介質(zhì)程序校驗及試切數(shù)控機床OpenSoftCNC軟件介紹OpenSoftCNC軟件包括數(shù)控車床模擬仿真和數(shù)控銑床模擬仿真系統(tǒng)，由軟件+標(biāo)準(zhǔn)硬件系統(tǒng)構(gòu)成，不要求專用硬件或運動控制卡，所有數(shù)控功能和邏輯控制功能均由軟件完成，操作界面由系統(tǒng)操作和機床控制兩大部分組成。機械工程實驗教學(xué)中心OpenSoftCNC軟件介紹機械工程實驗教學(xué)中心為例，軟件提供下列指令：以數(shù)控車床模擬仿真系統(tǒng)（OpenSoftCNC01T）組別指令功能編程格式模態(tài)

1G00快速線性移動G00X(U)_Z(W)_√G01直線插補G01X(U)_Z(W)_√G02順時針圓弧插補G02I_K_X(U)_Z(W)_√G03逆時針圓弧插補G03I_K_X(U)_Z(W)_√G32恒螺距公制螺紋插補G32X(U)_Z(W)_K_I_H√G33恒螺距英制螺紋插補G33X(U)_Z(W)_K_I_H√G27X軸返回程序零點G27

G28Z軸返回程序零點G28

G92定義絕對坐標(biāo)系G92X_Z_√2G04延時G04E_

3M00暫停M00

M02程序結(jié)束M02

4M03主軸正轉(zhuǎn)M03√M04主軸反轉(zhuǎn)M04√M05主軸停M05√5M08開冷卻液M08√M09關(guān)冷卻液M09√

6M97