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1、2.2 數(shù)控加工中的工藝分析,2.2.1 數(shù)控加工工藝基本特點 數(shù)控加工的程序是數(shù)控機床的指令性文件。數(shù)控機床受控于程序指令，加工的全過程都是按程序指令自動進行的。因此，數(shù)控加工程序與普通機床工藝規(guī)程有較大差別，涉及的內(nèi)容也較廣。,數(shù)控機床加工程序不僅要包括零件的工藝過程，而且還要包括切削用量，走刀路線，刀具尺寸以及機床的運動過程。因此，要求編程人員對數(shù)控機床的性能、特點、運動方式、刀具系統(tǒng)、切削規(guī)范以及工件的裝夾方法都要非常熟悉。,2.2.2 數(shù)控加工工藝分析主要內(nèi)容 數(shù)控加工工藝概括起來主要包括如下內(nèi)容。 （1）選擇適合在數(shù)控機床上加工的零件，確定工序內(nèi)容。 （2）分析被加工零件的圖紙，明

2、確加工內(nèi)容及技術(shù)要求。,（3）確定零件的加工方案，制定數(shù)控加工工藝路線。如劃分工序、安排加工順序以及處理與非數(shù)控加工工序的銜接等。 （4）加工工序的設(shè)計。如選取零件的定位基準、夾具方案的確定、劃分工步、選取刀輔具和確定切削用量等。,（5）數(shù)控加工程序的調(diào)整。選取對刀點和換刀點，確定刀具補償，確定加工路線。 （6）分配數(shù)控加工中的容差。 （7）處理數(shù)控機床上的部分工藝指令。 雖然數(shù)控加工工藝內(nèi)容較多，但有些內(nèi)容與普通機床加工工藝非常相似。,2.2.3 數(shù)控加工工藝分析的一般步驟與方法 2.2.3.1 數(shù)控加工內(nèi)容及加工方法的選擇 1選擇數(shù)控加工內(nèi)容 選擇數(shù)控加工內(nèi)容時，應(yīng)考慮以下問題,（1）優(yōu)先

3、選擇普通機床上無法加工的內(nèi)容，作為數(shù)控加工的內(nèi)容； （2）重點選擇普通機床難加工、質(zhì)量也難以保證的內(nèi)容，作為數(shù)控加工的內(nèi)容； （3）普通機床加工效率低、工人操作勞動強度大的內(nèi)容，可考慮在數(shù)控機床上加工。,與上述內(nèi)容比較，下列一些內(nèi)容則不宜選擇采用數(shù)控機床加工： （1）需要通過較長時間占機調(diào)整的內(nèi)容，如以毛坯的粗基準定位來加工第一個精基準的工序等；,（2）必須按專用工裝協(xié)調(diào)的孔及其他加工內(nèi)容。主要原因是采集編程用的資料有困難，協(xié)調(diào)效果也不一定理想； （3）不能在一次裝夾中加工完成的其他零星部位，采用數(shù)控加工很麻煩，效果不明顯，可安排在普通機床進行補加工。,2選擇數(shù)控加工方法 （1）旋轉(zhuǎn)體零件的加

4、工 這類零件一般在數(shù)控車床上加工 。 （2）孔系零件的加工 宜用點位元直線控制的數(shù)控鉆鏜床或數(shù)控加工中心加工。,（3）平面和曲面輪廓零件的加工 加工曲面輪廓的零件，多采用三個或三個以上坐標(biāo)聯(lián)動的數(shù)控銑床或加工中心加工。 （4）模具型腔的加工 此時可考慮選用數(shù)控電火花機床成形加工。 （5）平板形零件的加工 該類零件可考慮選擇數(shù)控線切割機床加工。,2.2.3.2 加工工序的劃分 工序劃分的原則有兩種：工序集中原則和工序分散原則。 工序集中的特點是： （1）有利于采用高生產(chǎn)率的專用設(shè)備和數(shù)控機床，可大大提高勞動生產(chǎn)率； （2）設(shè)備數(shù)量少，減少了操作工人和操作面積：,（3）工序數(shù)目少，工藝路線短，簡化

5、了生產(chǎn)計劃和生產(chǎn)組織工作； （4）工件安裝次數(shù)少，縮短了輔助時間，容易保證加工表面的相互位置精度； （5）數(shù)控機床、專用設(shè)備和工藝裝備投資大，尤其是專用設(shè)備和工藝裝備調(diào)整和維修比較麻煩，生產(chǎn)準備工作量大，新產(chǎn)品轉(zhuǎn)換周期長。,工序分散的特點是： （1）設(shè)備與工藝裝備比較簡單，調(diào)整方便，工人容易掌握，生產(chǎn)準備工作量少，容易適應(yīng)產(chǎn)品的更換； （2）便于采用最合理的切削用量，減少基本時間； （3）設(shè)備數(shù)量少，操作人員多，生產(chǎn)面積大。,加工工序劃分時，除應(yīng)考慮工序集中和工序分散外，還需考慮如下一些原則。 （1）按粗、精加工劃分工序 （2）按先面后孔劃分工序 （3）按所用刀具劃分工序,2.2.3.5 進給

6、路線的選擇 1數(shù)控車床進給路線的選擇 （1）最短的切削進給路線 （2）最短的空行程路線 （3）大余量毛坯的階梯切削進給路線,2數(shù)控銑床進給路線的選擇 （1）銑削外輪廓表面的進給路線 （2）銑削內(nèi)輪廓表面的進給路線,3順銑和逆銑的選擇 當(dāng)工件表面無硬皮，機床進給機構(gòu)無間隙時，應(yīng)選用順銑，按照順銑安排進給路線。 當(dāng)工件表面有硬皮，機床的進給機構(gòu)有間隙時，應(yīng)選用逆銑，按照逆銑安排進給路線。因為逆銑時，刀齒是從已加工表面切入，不會崩刀；機床進給機構(gòu)的間隙不會引起振動和爬行,2.2.3.6 數(shù)控加工余量的選擇 1查表法 查表法是根據(jù)各工廠的生產(chǎn)實踐和實驗研究積累的資料，先制成各種表格，再匯集成手冊。 2

7、經(jīng)驗估算法 經(jīng)驗估算法是根據(jù)工藝編制人員的實際經(jīng)驗確定加工余量。,3分析計算法 分析計算法是根據(jù)一定的試驗資料和上述的加工余量計算公式，分析影響加工余量的各項因素，并計算確定加工余量。,2.2.3.3 工件的裝夾方式 （1）盡可能選用標(biāo)準夾具（組合夾具），在成批生產(chǎn)時才考慮專用夾具，并力求夾具結(jié)構(gòu)簡單。 （2）裝卸工件要方便可靠，以縮短輔助時間和保證安全。 （3）工件定位夾緊的部位應(yīng)不妨礙各部位的加工、刀具更換及重要部位的測量。尤其要避免刀具與工件、刀具與夾具產(chǎn)生碰撞的現(xiàn)象。,（4）夾具的安裝要準確可靠，同時應(yīng)具備足夠的強度和剛度，以減小其變形對加工精度的影響。 （5）應(yīng)盡可能采用氣、液壓夾具

8、。,2.2.3.7 數(shù)控加工刀具的選擇 1數(shù)控刀具的選擇 目前涂鍍刀具，立方氮化硼等刀具已廣泛用于加工中心，陶瓷刀具與金剛石刀具也開始在加工中心上運用。,2數(shù)控刀具的使用特點 數(shù)控刀具應(yīng)具有較高的耐用度和剛度，刀頭材料熱脆性好，有良好斷屑性能，和可調(diào)、易更換等特點。 （1）銑削加工的刀具 平面銑削應(yīng)該用不重磨硬質(zhì)合金端銑刀或立銑刀。,立銑刀和鑲硬質(zhì)合金刀片的立銑刀主要用于加工凸輪，凹槽和箱口面。 為了提高槽寬的加工精度減少銑刀的種類，加工時可采用直徑比槽寬小的銑刀，先銑槽的中間部分，然后用刀具半徑補償功能來銑槽的兩邊，以達到提高槽的加工精度的目的。,（2）鉆孔刀具的使用特點 在加工中心上鉆孔都

9、是無鉆模直接鉆孔，因此一般鉆孔深度約為直徑的5倍左右，細長孔子的加工易于折斷，要注意冷卻和倒屑 。,（3）鏜孔刀具的使用特點 在加工中心上進行鏜削加工通常是采用懸臂式的加工，因此要求鏜刀有足夠的剛性和較好的精度。 在鏜孔過程中一般采用移動工作臺或立柱完成Z向進給（臥式），保證懸伸不變，從而獲得進給的剛性。,（4）螺孔攻絲刀具的使用特點 （5）數(shù)控車刀特點及選用 圖2-20所示為一現(xiàn)代數(shù)控車刀，它主要由刀體、刀片和刀片緊固系統(tǒng)3部分組成。 機夾式車刀按刀片緊固方法的差異可分為杠桿式、契塊式、螺釘式、上壓式。圖2-21是上壓式緊固系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，它由楔塊式夾具、銷、刀墊和螺絲釘組成。,車刀刀片的材料主

10、要有高速鋼、硬質(zhì)合金、涂層硬質(zhì)合金、陶瓷和金剛石等，其中應(yīng)用最多的是硬質(zhì)合金和涂層硬質(zhì)合金刀片。,2.2.3.8 切削用量的選擇 影響切削條件的因素有： （1）機床、工具、刀具及工件的剛性； （2）切削速度、切削深度、切削進給率； （3）工件精度及表面粗糙度； （4）刀具預(yù)期壽命及最大生產(chǎn)率；,（5）切削液的種類、冷卻方式； （6）工件材料的硬度及熱處理狀況； （7）工件數(shù)量； （8）機床的壽命。 上述諸因素中以切削速度、切削深度、切削進給率為主要因素。,決定切削速度的因素很多，概括有如下幾種 （1）刀具材質(zhì)。 （2）工件材料。 （3）刀具壽命。 （4）切削深度與進刀量。 （5）刀具的形狀。

11、（6）冷卻液使用。 （7）機床性能。,數(shù)控加工工藝分析,選擇合適的對刀點 對刀點（起刀點）：確定刀具與工件相對位置的點。對刀點可以是工件或夾具上的點，或者與它們相關(guān)的易于測量的點。如圖所示的對刀點，當(dāng)該工件安裝到機床上以后，可通過該點采用“對刀”的辦法來確定它和刀具的相對位置，或者說確定機床坐標(biāo)系與工件坐標(biāo)系的相對關(guān)系 。,數(shù)控加工工藝分析,刀位點：用于確定刀具在機床坐標(biāo)系中位置的刀具上的特定點。,數(shù)控加工工藝分析,對刀：就是使“對刀點”與“刀位點”重合的操作。該操作是工件加工前必需的步驟，即在加工前采用手動的辦法，移動刀具或工件，使刀具的刀位點與共建的對刀點重合。 選擇對刀點的原則： 選在零

12、件的設(shè)計基準或工藝基準上，或與之相關(guān)的位置上，以保證工件的加工精度。 選在對刀方便，便于測量的地方，以保證對刀的準確性。 選在便于坐標(biāo)計算的地方，以簡化和方便加工程序的編制。,2.2.3.4 對刀點和換刀點的確定 “對刀點”是指數(shù)控加工時，刀具相對工件運動的起點，這個起點也是編程時程序的起點。因此，“對刀點”也稱“程序起點”或“起刀點”。在編程時應(yīng)正確選擇對刀點的位置。選擇的原則如下：,（1）選定的對刀點位置應(yīng)便于數(shù)學(xué)處理和使程序編制簡單； （2）在機床上容易找正； （3）加工過程中便于檢查； （4）引起的加工誤差小。,對刀時，應(yīng)使刀位點與對刀點重合?！暗段稽c”一般是指車刀、鏜刀的刀尖；鉆頭的

13、鉆尖；立銑刀、面銑刀刀頭底面的中心；球頭銑刀的球頭中心。,2.2.4 數(shù)控加工工藝文件 數(shù)控加工工藝文件是編程員編制的與程序單配套的有關(guān)技術(shù)文件，它是操作者必須遵守、執(zhí)行的規(guī)程。,1工藝規(guī)程卡 數(shù)控加工工藝規(guī)程卡是數(shù)控加工工藝文件重要組成部分之一，它規(guī)定了工序內(nèi)容、加工順序、加工面回轉(zhuǎn)中心的距離（立式加工中心無此項）、刀具編號（碼）、刀具類型和規(guī)格、刀輔具（工具）型號和規(guī)格、主軸轉(zhuǎn)速、進給量和切削深度等。,2刀具調(diào)整卡 刀具調(diào)整卡是指導(dǎo)機外對刀、預(yù)置、調(diào)整或修改刀具尺寸的工藝性文件。 3數(shù)控加工程序單 數(shù)控加工程序單是數(shù)控機床運動的指令，也是技術(shù)準備和生產(chǎn)作業(yè)指令性文件。該文件記錄了數(shù)控加工的

14、工藝過程、切削用量、走刀路線、刀具尺寸以及機床運動的全過程。,,,,數(shù)控加工的工藝特點,升降速曲線 注意：在升降速的過渡過程，伺服系統(tǒng)的剛度較差，當(dāng)對運動距離要求嚴格時，此時刀具就不能接觸工件進行切削,數(shù)控加工的工藝特點,工序、工步劃分的原則 1。保證精度的原則 工序集中，粗精加工一次裝夾下完成，先粗后精 對箱體零件，先面后孔 加工孔時，先定中心，再鉆孔 冷卻液噴淋，減少熱變形 2。提高生產(chǎn)效率的原則 減少換刀次數(shù) 減少空行程 數(shù)控機床對刀具的要求： 強度、剛度好、耐用度高、尺寸穩(wěn)定、排屑性能好、安裝調(diào)整方便,數(shù)控加工方法,平面孔系零件的加工方

15、法 這類零件的孔通常都有形狀精度和位置精度（由數(shù)控機床保證）、尺寸精度（由刀具尺寸和數(shù)數(shù)控機床精度保證）的要求較高的零件，采用數(shù)控鉆床或數(shù)控銑床、加工中心中的鏜削功能加工。,旋轉(zhuǎn)體類零件的加工方法 對旋轉(zhuǎn)體類零件采用數(shù)控車床或數(shù)控磨床加工。在車削零件時，毛坯多為棒料或鍛坯，加工余量較大且不均勻，因此在規(guī)劃其加工方案時，應(yīng)重點考慮合理選擇粗車的加工線路。,,,,,,,先用直線程序進行粗加工，再按零件輪廓進行精加工,可先按圖中的方法進行14次粗加工，再精加工成形。,數(shù)控加工方法,對較難加工部位，要特別注意選擇合理的加工方案，例如圖 (a)為陀螺轉(zhuǎn)子示意圖，其全部表面均采用數(shù)控車床加工，通常是

16、先加工左邊部分，再掉頭加工右邊部分，其中右邊（圖 (a)中用紅色圓圈框起來的部分）為較難加工部位，其局部放大圖如圖 (b、c)所示，該部分為一喇叭口形，既深又窄，常用“小腳刀”加工，刀頭半徑一般在0.3mm左右，強度極差。若采用圖 (b) 方法按矩形走刀線路加工，當(dāng)處在軸向進刀時，成為不自由切削，切削力會陡增而且排屑不暢，極易引起崩刃。此時可采用圖 (c) 方法按斜線走刀線路加工，由于沒有單獨的軸向進刀，切削條件大為改善，而且程序段數(shù)還可減少一半。實踐證明，這種方案是行之有效的加工方法。,數(shù)控加工方法,平面輪廓零件的加工方法：這類零件常用NC銑床加工。在編程時則應(yīng)注意，為保證加工平滑，在加工線

17、路中應(yīng)增加切入和切出程序段，若加工的輪廓曲線是數(shù)控機床所不具備插補功能的曲線時，則應(yīng)先采用數(shù)控機床所具備的插補線型（直線、圓?。┤ケ平摿慵妮喞?數(shù)控加工方法,空間輪廓表面的加工方法 空間輪廓表面的加工可根據(jù)曲面形狀、機床功能、刀具形狀以及零件的精度要求，有不同加工方法： 三軸兩聯(lián)動加工“行切法”。 以X、Y、Z軸中任意兩軸作插補運動，另一軸（軸）作周期性進給。這時一般采用球頭或指狀銑刀，在可能的條件下，球半徑應(yīng)盡可能選擇大一 些，以提高零件表面光潔度。 該方法加工的表面光潔度較差。,數(shù)控加工方法,三軸聯(lián)動加工圖為內(nèi)循環(huán)滾珠螺母的回珠器示意圖。其滾道母線SS為空間曲線，可用空間直線去逼近，

18、因此，可在具有空間直線插補功能的三軸聯(lián)動的數(shù)控機床上進行加工，但由于編程計算復(fù)雜，宜采用自動編程。,數(shù)控加工方法,四軸聯(lián)動加工方法如右圖所示的飛機大梁，其加工面為直紋扭曲面，若采用三坐標(biāo)聯(lián)動加工，則只能用球頭刀，不僅效率低，而且加工表面粗糙，為此可采用如圖所示的圓柱銑刀周邊切削方式在四軸聯(lián)動機床上進行加工，再加工過程中，除了X、Y 軸聯(lián)動形成大梁的基線，為了保證刀具與工件型面在全長上始終貼合，同時刀具還應(yīng)作B 軸擺動（繞Y 軸旋轉(zhuǎn)的運動），由于擺動運動，則需直線移動座標(biāo)進行補償，即可能進行X、Y、Z 三個方向的補償，所以需四軸聯(lián)動。由于計算較復(fù)雜，故一般采用自動編程。,數(shù)控加工方法,五軸聯(lián)動加

19、工： 螺旋槳是典型零件，一般采用端銑刀加工，為了保證端銑刀的端面加工處的曲面的切平面重合，銑刀除了需要三個移動軸（X、Y、Z）外，還應(yīng)作與螺旋角、后傾角相對應(yīng)的擺動運動。并且還要作相應(yīng)的附加補償運動（擺動中與銑刀的刀位點不重合）。綜上所述，葉面的加工需要五軸（X、Y、Z、A、B）聯(lián)動，這種編程只能采用自動編程系統(tǒng)。,加工線路的確定 加工線路加工過程中刀具相對于工件的運動軌跡次序。 對于不同的加工方法，有不同的考慮原則，簡述如下：,孔類加工（鉆孔、鏜孔）：原則：由于孔的加工屬于點位控制，在設(shè)計加工線路時，要考慮孔的位置精度，即對位精度要求較高的孔，應(yīng)該考慮采用單邊定位的方法；另外，在滿足精度要

20、求的前提下，盡可能減少空行程，即要盡量使運動路線總和為最短。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,n 個,),)(,1,),1,(,2,b,a,n,a,n,b,+,-,=,-,+,=,（,黃線長,紅線長,,,,,,,b,,,,,a,+切入/出段,+切入/出段,數(shù)控加工工藝分析,車削或銑削：在采用這類加工工藝時，首先其加工線路的切入（出）段，應(yīng)盡量從切向切入（出），以避免由于徑向切入（出）時，刀具改變方向時速度的減慢，造成該處零件表面加工質(zhì)量的降低。另外，設(shè)計的加工線路應(yīng)考慮盡量減少程序段，應(yīng)有利于工藝處理。,車削或銑削： 原則： 盡量采用切向切入/出，不用徑向切入/出，

21、以避免由于 切入/出路線的不當(dāng)降低零件的表面加工質(zhì)量。,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,切向切入,徑向切入,,數(shù)控加工工藝分析,在銑削帶島槽型零件時，為了避免刀具多次嵌入式切入，應(yīng)正確選擇加工路線。下圖為加工槽型零件，內(nèi)部有兩個島不加工，圖中列出了兩種不同的加工路線：圖中（a）為行切法，刀具沿著與坐標(biāo)軸線平行（或成一定角度）的方向作往復(fù)運動，除在開始下刀點有嵌入式切入以外，在兩個島周圍有多處嵌入式切入，虛線兩端表示刀具抬刀和下刀。圖中（b）為環(huán)切加工法，采用這種方式加工可以減少嵌入式切入點，可以避免圖a的現(xiàn)象，因此選用圖（b）的加工路線為佳。,數(shù)控加工工藝分析,空間

22、曲面的加工對空間曲面的加工除考慮盡量減少加工線路外，還應(yīng)考慮加工方法對零件表面粗糙度的影響以及加工過程中零件的受力變形對加工精度的影響。 例如下面的曲面有三種加工方法：,空間曲面的加工 從減少加工線路和提高零件表面粗糙度考慮，方法C最好，但受到零件長度的限制；對于方法A和B，從加工線路的長度來看，兩種方法差不多，但從加工過程中零件的受力情況來看，方法A要優(yōu)于方法B，因為對于方法B當(dāng)?shù)毒叩搅慵虚g進行縱向加工時，零件可能會由于受力讓刀而影響加工精度。,加工線路的選擇應(yīng)遵從的原則： 盡量縮短走刀路線，減少空走刀行程以提高生產(chǎn)率。 保證零件的加工精度和表面粗糙度要求。 保證零件的工藝要求。 利于簡

23、化數(shù)值計算，減少程序段的數(shù)目和程序編制的工作量。,數(shù)控加工工藝分析,程序編制中的誤差 數(shù)控加工誤差是由多種因素造成的，包括控制系統(tǒng)誤差、機床進給系統(tǒng)誤差、零件定位誤差、對刀誤差以及編程誤差， 其中影響較大的是進給誤差和定位誤差，因此允許的編程誤差較小。通常為零件公差的10%20%。 一般數(shù)控機床，只具有直線插補和圓弧插補的功能。對于非圓曲線，只能用直線段或圓弧段來逼近零件輪廓，造成編程誤差。如圖所示。如果已知允許的編程逼近誤差，則可以用弦高差法求出各點弦長L1，L2，L3等。允許弦長l 可由下式求出，式中： l=AB 弦長， mn 允許逼近誤差，曲線A點處的曲率半徑。,數(shù)控加工工藝分析,

24、對于曲面加工，當(dāng)用行切法加工時，還應(yīng)正確選取行距，以保證加工表面的粗糙度要求。如圖采用球頭刀加工曲面F，刀具01從點A 移動行距AB到02的點B 時，稱為行距 S， 產(chǎn)生殘留區(qū)域，其高度為H。假定曲面在A點處的曲率半徑 (OA)，球頭刀的半徑為r,則可根據(jù)允許的殘留高度H，求出編程中的加工行距的允許值S，計算公式如下：,工藝上應(yīng)注意的幾個問題,刀具引入、退出距離：210mm 加工螺紋時引入距離：3P（P-螺距） 退出距離：2P 銑削輪廓時應(yīng)切向切入，切向切出， 避免法向切入法向切出 設(shè)計合理的切入、切出輔助輪廓 選擇合理的加工路徑以減少空行程，如：行切、環(huán)切、先行切再環(huán)切等,