第三章 數控加工工藝設計

第三章數控加工工藝設計教學要求：全面掌握數控編程工藝基礎，掌握工序劃分、加工順序安排、與普通加工的銜接、加工路線的確定、刀具與工件相對位置確定。工件定位、裝夾方式與夾具的選擇、刀具的選擇、加工余量的確定等教學目的：明確數控加工工藝的概念和內容，以及在數控加工中的重要作用，同時應對目前最先進的數控加工技術和加工工藝有一個整體性和概括性的了解。3.1.1數控加工工藝的概念

數控加工工藝：是采用數控機床加工零件時所運用各種方法和技術手段的總和，應用于整個數控加工工藝過程。數控加工工藝是伴隨著數控機床的產生、發(fā)展而逐步完善起來的一種應用技術，它是人們大量數控加工實踐的經驗總結。

數控加工工藝過程：數控加工工藝過程是利用切削刀具在數控機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的過程。

3.1.2數控加工工藝的特點

由于數控加工采用了計算機控制系統(tǒng)和數控機床，使得數控加工具有加工自動化程度高、精度高、質量穩(wěn)定、生成效率高、周期短、設備使用費用高等特點。在數控加工工藝上也與普通加工工藝具有一定的差異。

1、數控加工工藝內容要求更加具體、詳細普通加工工藝許多具體工藝問題，如工步的劃分與安排、刀具的幾何形狀與尺寸、走刀路線、加工余量、切削用量等，在很大程度上由操作人員根據實際經驗和習慣自行考慮和決定，一般無須工藝人員在設計工藝規(guī)程時進行過多的規(guī)定，零件的尺寸精度也可由試切保證。數控加工工藝所有工藝問題必須事先設計和安排好，并編入加工程序中。數控工藝不僅包括詳細的切削加工步驟，還包括工夾具型號、規(guī)格、切削用量和其它特殊要求的內容，以及標有數控加工坐標位置的工序圖等。在自動編程中更需要確定詳細的各種工藝參數。2、數控加工工藝要求更嚴密、精確普通加工工藝數控加工工藝加工時可以根據加工過程中出現的問題比較自由地進行人為調整。

自適應性較差，加工過程中可能遇到的所有問題必須事先精心考慮，否則導致嚴重的后果。

編程尺寸并不是零件圖上設計的尺寸的簡單再現，在對零件圖進行數學處理和計算時，編程尺寸設定值要根據零件尺寸公差要求和零件的形狀幾何關系重新調整計算，才能確定合理的編程尺寸。

3、制定數控加工工藝要進行零件圖形的數學處理和編程尺寸設定值的計算

在數控加工中，刀具的移動軌跡是由插補運算完成的。根據差補原理分析，在數控系統(tǒng)已定的條件下，進給速度越快，則插補精度越低，導致工件的輪廓形狀精度越差。尤其在高精度加工時這種影響非常明顯。

5.要注重加工的適應性

加工方法及加工對象要能發(fā)揮數控加工的特點，通常情況下，數控加工所承擔的工作量最好占被加工零件總工作量80%以上，加工中心上加工的產品應占90%以上4、考慮進給速度對零件形狀精度的影響制定數控加工工藝時，選擇切削用量要考慮進給速度對加工零件形狀精度的影響。1．數控加工的對象選擇①、選擇原則及內容：(1)普通機床無法加工的內容應作為優(yōu)先選擇內容。(2)普通機床難加工，質量也難以保證的內容應作為重點選擇內容。(3)普通機床加工效率低，工人手工操作勞動強度大的內容，可在數控機床尚有加工能力的基礎上進行選擇。3.1.3數控加工工藝方案設計的主要內容②、不宜選擇數控加工的內容：(1)需要用較長時間占機調整的加工內容。(2)加工余量極不穩(wěn)定，且數控機床上又無法自動調整零件坐標位置的加工內容。(3)不能在一次安裝中加工完成的零星分散部位，采用數控加工很不方便，效果不明顯，可以安排普通機床補充加工。此外：要考慮生產批量、生產周期、工序間周轉情況等因素，要盡量合理使用數控機床，達到產品質量、生產率及綜合經濟效益等指標都明顯提高的目的，要防止將數控機床降格為普通機床使用。

2.數控加工工藝方案設計的主要內容(1)選擇并確定進行數控加工的零件及內容；(2)對零件圖紙進行數控加工的工藝分析；(3)數控加工的工藝設計；(4)對零件圖紙的數學處理；(5)編寫加工程序單；(6)按程序單制作控制介質；(7)程序的校驗與修改；(8)首件試加工與現場問題處理；(9)數控加工工藝文件的定型與歸檔。3.2.1．數控加工零件的工藝性分析

包括內容：產品的零件圖樣分析和結構工藝性分析兩部分。(1)零件圖樣分析

1.尺寸標注方法分析：尺寸標注方法應適應數控加工特點。圖2.52.零件圖樣的完整性與正確性分析：構成零件輪廓的幾何元素是數控編程的重要依據，編程者務必分析幾何元素的給定條件是否充分。3.零件技術要求分析：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。在保證零件使用前提下，應經濟合理，過高提高精度，會使工藝過程復雜、加工困難、成本高。4.零件材料分析：在滿足零件功能的前提下，應選用廉價、切削性能好的材料。3.2數控加工工藝設計(2)零件的結構工藝性分析①零件的內腔與外形應盡量采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸②內槽圓角的大小決定著刀具直徑的大小，所以內槽圓角半徑不應太小③零件銑槽底平面時，槽底圓角半徑r不要過大。④應盡可能在一次裝夾中完成所有能加工表面的加工，為此要選擇便于各個表面都能加工的定位方式；若需要二次裝夾，應采用統(tǒng)一的基準定位。(2)零件的結構工藝性分析：1）零件的內腔和外形最好采用統(tǒng)一的幾何類型和尺寸2）內槽圓角半徑不應過小圖內槽結構工藝性

3）零件銑槽底平面時，槽底圓角半徑r不要過大；圖零件銑槽底平面圓弧對加工工藝的影響4）零件的可裝夾性

零件的結構應便于定位和夾緊，且裝夾次數要少。例如，有些零件需要在加工完一面后再重新安裝加工另一面。這時，最好采用統(tǒng)一基準定位，因此零件上應有合適的孔作為定位基準孔。如果零件上沒有基準孔，則可以專門設置工藝孔作為定位基準，如可在毛坯上增加工藝凸臺或在后繼工序要銑去的余量上設基準孔。工藝孔和工藝凸臺在完成工件定位和零件加工后再加去除。如下圖：（5）改進零件結構提高數控加工工藝性實例3.2.2數控加工的工藝路線設計數控加工的工藝路線設計與普通機床加工的常規(guī)工藝路線擬定的區(qū)別主要在于它僅是幾道數控加工工藝過程的概括，而不是指從毛坯到成品的整個工藝過程，而且要兼顧常規(guī)工序的安排，使之與整個工藝過程協(xié)調吻合。(1)工序的劃分劃分方法：①按安裝次數劃分工序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(2)加工順序的安排基面先行原則

加工一開始，總是先把精基面加工出來，因為定位基準的表面越精確，裝夾誤差就越小，所以任何零件的加工過程，總是首先對定位基準面進行粗加工和半精加工，必要時還要進行精加工。如果精基面不止一個，按照基面轉換的順序和逐步提高加工精度的原則來安排基面和主要表面的加工。先粗后精原則

各個表面的加工順序按照粗加工—半精加工—精加工—光整加工的順序依次進行，這樣才能逐步提高加工表面的精度和減小表面粗糙度。先主后次原則

零件上的工作表面及裝配面屬于主要表面，應先加工，從而能及早發(fā)現毛坯中主要表面可能出現的缺陷。自由表面、鍵槽、緊固用的螺孔和光孔等表面，屬于次要表面，可穿插進行，一般安排在主要表面加工達到一定精度后、最終精加工之前進行。先面后孔原則

對于箱體、支架和機體類零件，平面輪廓尺寸較大，一般先加工平面，后加工孔和其他尺寸。先內后外原則

即先進行內型內腔加工工序，后進行外形加工工序此外：上道工序的加工不能影響下道工序的定位與夾緊。以相同安裝方式或用同一刀具加工的工序，最好連續(xù)進行，以減少重復定位次數。在同一次安裝中進行的多道工序，應先安排對工件剛性破壞較小的工序。（3）熱處理工序的安排預備熱處理安排在機械加工之前，以改善材料的切削性能及消除內應力為主要目的。常用的方法有退火、正火和調質。去除內應力熱處理主要是消除毛坯制造或工件加工過程中產生的殘余應力。一般安排在粗加工之后，精加工之前，常用的方法有人工時效、退火等。

最終熱處理以達到圖樣規(guī)定的零件的強度、硬度和耐磨性為主要目的，常用的方法有表面淬火、滲碳、滲氮和調質、淬火等應安排在半精加工之后，磨削加工之前。滲氮處理可以放在半精磨之后，精磨之前。另外，對于床身、立柱等鑄件，常在粗加工前及粗加工后進行自然時效，以消除內應力。熱處理工序的安排（4）.加工路線確定加工路線（走刀路線）指刀具在整個加工工序中相對于零件的運動軌跡。走刀路線不但包含了工步內容，而且也反映了工作的順序。一經確定，編程中各程序段的先后次序也基本確定。所以，走刀路線是編寫程序的依據。走刀路線確定的原則：保證零件的加工精度和表面粗糙度要求；1)合理地安排內外輪廓刀具的切入和切出路線；銑削外輪廓時，刀具的切入和切出，應避免沿零件輪廓的法向，而應沿外廓曲線延長線的切向，保證輪廓曲線平滑過渡。銑削封閉的內輪廓時，若內輪廓曲線允許外延，則應沿切線方向切入、切出。若不允許外延，刀具只能沿內輪廓曲線的法向切入切出，此時刀具的切入切出點應盡量選在內輪廓曲線兩幾何元素的交點處。外輪廓加工刀具的切入和切出過渡內輪廓加工刀具的切入和切出過渡從尖點切入銑削內輪廓,而且進給過程中要避免停頓。a.切入和切出路線的安排無交點內輪廓加工刀具的切入和切出為防止刀具在輪廓拐角處留下凹口，切入切出點應遠離拐角圖3-11銑削外圓圖3-12銑削內圓2)避免引入反向誤差合理安排走刀路線，保證相互位置精度要求；數控機床在反向運動時會出現反向間隙，如果在走刀路線中將反向間隙帶入，就會影響刀具的定位精度，增加工件的定位誤差。圖3-13孔系加工方案比較避免反向誤差的加工路線存在反向誤差的加工路線3)車削螺紋時，避免在進給機構加速或減速過程中切削；圖3-14切削螺紋時引入/超越距離4)銑削曲面時，常用球頭刀采用“行切法”進行加工。圖3-15曲面加工的走刀路線5)采用“行切法”和“環(huán)切法”相結合的方法加工凹槽。

a)路線1b)路線2c)路線3

圖3-16銑削內腔的三種走刀路線應使走刀路線最短，減少刀具空行程時間（進退刀和其他輔助時間）,提高加工效率。a)零件圖樣b)路線1c)路線2圖3-17最短走刀路線的設計減少空刀時間，省定位時間簡化數值計算，減少編程量,減少程序段數。3.3數控加工工藝文件的編制

數控加工技術文件簡介一、數控編程任務書二、數控加工工件安裝和原點設定卡片三、數控加工工序卡片四、數控加工走刀路線圖五、數控刀具卡片

一、數控編程任務書

二、工件安裝和原點設定卡片（簡稱裝夾圖和零件設定卡）

原點三、工序卡片工序簡圖:注明編程原點與對刀點，簡要編程說明:如機床型號、程序編號、

刀具半徑補償、