第四講 數(shù)控加工工藝設(shè)計

2.2程序編制中的基點和節(jié)點定義以及求解方法。（程序編制中的數(shù)學(xué)處理）根據(jù)被加工零件圖樣，按照已經(jīng)確定的加工工藝路線和允許的編程誤差，計算數(shù)控系統(tǒng)所需要輸入的數(shù)據(jù)，稱為數(shù)學(xué)處理。數(shù)學(xué)處理一般包括兩個內(nèi)容：根據(jù)零件圖樣給出的形狀，尺寸和公差等直接通過數(shù)學(xué)方法（如三角、幾何與解析幾何法等），計算出編程時所需要的有關(guān)各點的坐標值。

2.2.1選擇編程原點從理論上講編程原點選在零件上的任何一點都可以，但實際上，為了換算尺寸盡可能簡便，減少計算誤差，應(yīng)選擇一個合理的編程原點。車削零件編程原點的X向零點應(yīng)選在零件的回轉(zhuǎn)中心。Z向零點一般應(yīng)選在零件的右端面、設(shè)計基準或?qū)ΨQ平面內(nèi)。車削零件的編程原點選擇見下圖。

銑削零件的編程原點，X、Y向零點一般可選在設(shè)計基準或工藝基準的端面或孔的中心線上，對于有對稱部分的工件，可以選在對稱面上，以便用鏡像等指令來簡化編程。Z向的編程原點，習(xí)慣選在工件上表面，這樣當(dāng)?shù)毒咔腥牍ぜ骦向尺寸字均為負值，以便于檢查程序。銑削零件的編程原點見下圖。編程原點選定后，就應(yīng)把各點的尺寸換算成以編程原點為基準的坐標值。為了在加工過程中有效的控制尺寸公差，按尺寸公差的中值來計算坐標值。

2.2.2基點零件的輪廓是由許多不同的幾何要素所組成，如直線、圓弧、二次曲線等，各幾何要素之間的連接點稱為基點?；c坐標是編程中必需的重要數(shù)據(jù)。A、B、C、D、E為基點。

2.2.3非圓曲線數(shù)學(xué)處理的基本過程數(shù)控系統(tǒng)一般只能作直線插補和圓弧插補的切削運動。如果工件輪廓是非圓曲線，數(shù)控系統(tǒng)就無法直接實現(xiàn)插補，而需要通過一定的數(shù)學(xué)處理。數(shù)學(xué)處理的方法是，用直線段或圓弧段去逼近非圓曲線，逼近線段與被加工曲線交點稱為節(jié)點。例如，對下圖所示的曲線用直線逼近時，其交點A、B、C、D、E、F等即為節(jié)點。

2.2.4數(shù)控加工誤差的組成數(shù)控加工誤差△數(shù)加是由編程誤差△編、機床誤差△機、定位誤差△定、對刀誤差△刀等誤差綜合形成。即：△數(shù)加=f(△編+△機+△定+△刀)其中：（1）編程誤差△編由逼近誤差δ、圓整誤差組成。（2）機床誤差△機由數(shù)控系統(tǒng)誤差、進給系統(tǒng)誤差等原因產(chǎn)生。（3）定位誤差△定是當(dāng)工件在夾具上定位、夾具在機床上定位時產(chǎn)生的。（4）對刀誤差△刀是在確定刀具與工件的相對位置時產(chǎn)生。

數(shù)控加工工藝設(shè)計數(shù)控機床的加工工藝與通用機床的加工工藝有許多相同之處，但在數(shù)控機床上加工零件比通用機床加工零件的工藝規(guī)程要復(fù)雜得多。在數(shù)控加工前，要將機床的運動過程、零件的工藝特點、刀具的形狀、切削用量和走刀路線等都編入程序，這就要求程序設(shè)計人員具有多方面的知識基礎(chǔ)。合格的程序員首先是一個合格的工藝人員，否則就無法做到全面周到地考慮零件加工的全過程，以及正確、合理地編制零件的加工程序。

數(shù)控加工工藝設(shè)計的主要內(nèi)容1、選擇并確定零件的數(shù)控加工內(nèi)容；2、對零件圖紙進行數(shù)控加工工藝性分析；3、數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計；4、數(shù)控加工的工序設(shè)計；5、數(shù)控加工專用技術(shù)文件的編寫；

一、選擇并確定零件的數(shù)控加工內(nèi)容

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。這就需要對零件結(jié)構(gòu)進行仔細的工藝分析，選擇那些最適合、最需要進行數(shù)控加工的內(nèi)容和工序。在考慮選擇內(nèi)容時，應(yīng)結(jié)合本企業(yè)設(shè)備的實際，立足于解決難題、攻克關(guān)鍵問題和提高生產(chǎn)效率，充分發(fā)揮數(shù)控加工的優(yōu)勢。

選擇適于數(shù)控加工的內(nèi)容時，一般可按下列順序考慮：

①通用機床無法加工的內(nèi)容應(yīng)作為優(yōu)先選擇內(nèi)容；

②通用機床難加工，質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容應(yīng)作為重點選擇內(nèi)容；

③通用機床加工效率低、工人手工操作勞動強度大的內(nèi)容，可在數(shù)控機床尚存在富裕加工能力時選擇。

此外，在選擇和決定加工內(nèi)容時，也要考慮生產(chǎn)批量、生產(chǎn)周期、工序間周轉(zhuǎn)情況等等。總之，要盡量做到合理，達到多、快、好、省的目的，要防止把數(shù)控機床降格為通用機床使用。

二、對零件圖紙進行數(shù)控加工工藝性分析（1）尺寸標注應(yīng)符合數(shù)控加工的特點

在數(shù)控編程中，所有點、線、面的尺寸和位置都是以編程原點為基準的。因此零件圖樣上最好直接給出坐標尺寸，或盡量以同一基準引注尺寸。（2）零件圖的完整性與正確性分析在程序編制中，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行定義，手工編程時要計算出每個節(jié)點的坐標，無論哪一點不明確或不確定，編程都無法進行。

（3）零件技術(shù)要求分析零件的技術(shù)要求主要指尺寸精度、形狀精度、位置精度、表面粗糙度及熱處理等，這些要求在保證零件使用性能的前提下，應(yīng)經(jīng)濟合理。（4）零件材料分析在滿足零件功能的前提下，應(yīng)選用廉價、切削性能好的材料；而且，材料選擇應(yīng)立足國內(nèi)，不要輕易選擇貴重或緊缺的材料。（5）定位基準選擇在數(shù)控加工中，加工工序往往較集中，以同一基準定位十分重要,有時需要設(shè)置輔助基準,特別是正、反兩面都采用數(shù)控加工的零件，其工藝基準的統(tǒng)一是十分必要的。三、數(shù)控加工工藝路線的設(shè)計

數(shù)控加工工藝路線設(shè)計與通用機床加工工藝路線設(shè)計的主要區(qū)別，在于它往往不是指從毛坯到成品的整個工藝過程，而僅是幾道數(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)控加工工序一般都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，常見工藝流程右圖所示。

工藝流程

（1）工序的劃分

根據(jù)數(shù)控加工的特點，數(shù)控加工工序的劃分一般可按下列方法進行：

①以一次安裝、加工作為一道工序。這種方法適合于加工內(nèi)容較少的零件，加工完后就能達到待檢狀態(tài)。

②以同一把刀具加工的內(nèi)容劃分工序。有些零件雖然能在一次安裝中加工出很多待加工表面，但考慮到程序太長，會受到某些限制，如控制系統(tǒng)的限制（主要是內(nèi)存容量），機床連續(xù)工作時間的限制（如一道工序在一個工作班內(nèi)不能結(jié)束）等。此外，程序太長會增加出錯與檢索的困難。因此程序不能太長，一道工序的內(nèi)容不能太多。

③以加工部位劃分工序。對于加工內(nèi)容很多的工件，可按其結(jié)構(gòu)特點將加工部位分成幾個部分，如內(nèi)腔、外形、曲面或平面，并將每一部分的加工作為一道工序。④以粗、精加工劃分工序。一般來說，凡要進行粗、精加工的過程，都要將工序分開。注意：上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊，中間穿插有通用機床加工工序的也應(yīng)綜合考慮。（2）數(shù)控加工工藝與普通工序的銜接

數(shù)控加工工序前后一般都穿插有其它普通加工工序，如銜接得不好就容易產(chǎn)生矛盾。因此在熟悉整個加工工藝內(nèi)容的同時，要清楚數(shù)控加工工序與普通加工工序各自的技術(shù)要求、加工目的、加工特點，如要不要留加工余量，留多少；定位面與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)等，這樣才能使各工序達到相互滿足加工需要，且質(zhì)量目標及技術(shù)要求明確，交接驗收有依據(jù)。

四、數(shù)控加工的工序設(shè)計

在選擇了數(shù)控加工工藝內(nèi)容和確定了零件加工路線后，即可進行數(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)是進一步把本工序的加工內(nèi)容、切削用量、工藝裝備、定位夾緊方式及刀具運動軌跡確定下來，為編制加工程序作好準備。

1、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：（1）尋求最短加工路線

如加工下圖a所示零件上的孔系。b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c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。a)零件圖樣

b)路線1c)路線2

（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a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，不傷輪廓。但行切法將在兩次走刀的起點和終點間留下殘留高度，而達不到要求的表面粗糙度。所以如采用b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。圖c也是一種可考慮的走刀路線方式。

a)路線1b)路線2c)路線3

(3)選擇切入切出方向

考慮刀具的進、退刀（切入、切出）路線時，刀具的切出或切入點應(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，如下圖所示。

（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。

2、確定定位和夾緊方案在確定定位和夾緊方案時應(yīng)注意以下幾個問題：

（1）盡可能做到設(shè)計基準、工藝基準與編程計算基準的統(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）夾緊方式可靠，夾緊力的作用點應(yīng)落在工件剛性較好的部位。

3、確定刀具與工件的相對位置

對于數(shù)控機床來說，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對刀點來實現(xiàn)的。對刀點是數(shù)控加工時刀具相對零件運動的起點，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有一定尺寸聯(lián)系的某一位置。對刀點的選擇原則如下：

對刀點應(yīng)選擇在容易找正、便于確定零件加工原點的位置；對刀點應(yīng)選在加工時檢驗方便、可靠的位置；

例：上圖如何選擇對刀點通常對刀點選在編程原點

在使用對刀點確定加工原點時，就需要進行“對刀”（碰數(shù)）。所謂對刀是指使“刀位點”與“對刀點”準確定位的操作。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”是指刀具的定位基準點。如下圖所示，圓柱銑刀的刀位點是刀具中心線與刀具底面的交點；球頭銑刀的刀位點是球頭的球心點或球頭頂點；車刀的刀位點是刀尖或刀尖圓弧中心；鉆頭的刀位點是鉆頭頂點。各類數(shù)控機床的對刀方法是不完全一樣的，這一內(nèi)容將結(jié)合各類機床分別討論。

4、確定切削用量

對于高效率的金屬切削機床加工來說，被加工材料、切削刀具、切削用量是三大主要要素。這些條件決定著加工時間、刀具壽命和加工質(zhì)量。經(jīng)濟的、有效的加工方式，要求必須合理地選擇切削條件。

編程人員在確定每道工序的切削用量時，應(yīng)根據(jù)被加工工件材料、硬度、刀具的耐用度和機床說明書中的規(guī)定去選擇