【毕业设计论文】数控车铣论文-数控铣论文说明书【有对应的CAD图】

订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 毕业设计（论文） 课题： 数控铣论文说明书 2 摘 要 在数字化制造技术中，计算机数控技术和数控编程技术是最重要的技术之 一，本文主要对模具加工所使用的动模板进行 CNC 加工，采用 FANUC 系统对 动模板进行数控编程加工。首先是对工件进行加工工序的确定，并且进行工艺分 析，装夹方式的选择，切削用量的确定。再对刀具进行了选择。然后就工艺路线 进行编程加工。 当前数控加工的重点发展方向是无图化生产、单件高精度并行加工、少人化 无人化加工，这就要求数控机床能满足高速、高动态精度、高刚性、热稳定性、 高可靠性、网络化以及与之配套的控制系统，最重要的是模具三维型面加工特别 注重机床的动态性能国内已有一些公司引进了高速车床，并开始应用。国内机床 厂陆续开发出一些准高速的车床，并正开发高速加工机床。 数控技术是指用数字、 文字和符号组成的数字指令来实现一台或多台机械设 备动作控制的技术。它所控制的通常是位置、角度、速度等机械量和与机械能量 流向有关的开关量。数控的产生依赖于数据载体和二进制形式数据运算的出现。 1908 年，穿孔的金属薄片互换式数据载体问世；19 世纪末，以纸为数据载体并 具有辅助功能的控制系统被发明；1938 年在美国麻省理工学院进行了数据快速 运算和传输，奠定了现代计算机，包括计算机数字控制系统的基础。数控技术是 与机床控制密切结合发展起来的。1952 年，第一台数控机床问世，成为世界机 械工业史上一件划时代的事件，推动了自动化的发展。 数控机床是一种技术密集度及自动化程度很高的机电一体化加工设备,是综 合应用计算机、自动控制、自动检测及精密加工精度高,质量容易保证,发展前景 十分广阔,因此掌握数控车床的加工编程技术尤为重要 关键词：数控技术、手工编程、精度 3 A b s t r a c t In the digitized manufacture technology, the computer numericalcontrol technology and the numerical control programming technology isone of most important technical, this article mainly moves thetemplate which uses for the mold processing to carry on the CNCprocessing, uses the Simens system to move the template to carry onthe numerical control programming processing. First is carries on theprocessing working procedure to the work piece the determination, andcarries on the craft analysis, the attire clamps the way the choice,the cutting specifications determination. Again has carried on thechoice to the cutting tool. Then carries on the programming processingon the craft route. The current numerical control processing prioritize direction is doesnot have chart production, single unit high accuracy parallelprocessing, few people nobody melts the processing, this requestnumerical control engine bed can satisfy high speed, the high dynamicprecision, the high rigidity, the thermostability, the redundantreliability, the network as well as with it necessary control system,most importantly the mold three dimensional processingspecially paid great attention to the engine bed the dynamicperformance domestic to have some companies to introduce the highspeed milling machine, and started to apply. The domestic machine toolfactory develops some high speed milling machines one after another,and is developing high speed processes the engine bed The numerical control technology is refers with digital, the writingand the mark composition digital command realizes or a many mechanicaldevices movement control technology. It controls usually is theposition, the angle, the speed and so on the mechanical quantity andflows to the related switch quantity with the mechanical energy. Thenumerical control production relies on data carrier and the binarymode data operation appearance. In 1908, the perforation sheet metalexchange type data carrier was published; 19 centurys ends, and havethe assistance function take the paper as the data carrier the controlsystem to invent; Has established the modern computer, including computer numericalcontrol system foundation. The numerical control technology isdevelops with the engine bed control close union. In 1952, the firstnumerical control engine bed was published, becomes in the worldmechanical industry history an epoch- making event, impelled theautomated development Has established the modern computer, including computer numericalcontrol system foundation. The numerical control technology isdevelops with the engine bed 4 control close union. In 1952, the firstnumerical control engine bed was published, becomes in the worldmechanical industry history an epoch- making event, impelled theautomated development Keyword:The number controls the technique , handicraft plait distance , accuracy 5 目 录 摘 要.2 A b s t r a c t .3 第一章 概 述.7 1 . 1 数控加工的特点7 1 . 2 数控机床8 1 . 3 数控加工8 1 . 4 数控编程系统9 1 . 5 C A D / C A M 系统.10 第二章数控加工工工艺设计.11 2 . 1 、数控加工工艺分析的11 2.1.1、机床的合理选用.11 2.1.2、数控加工零件工艺性分析.11 2.1.3、加工方法的选择与加工方案的确定.13 2.1.4、工序与工步的划分.13 2.1.5、零件的安装与夹具的选择.14 2.1.6、刀具的选择与切削用量的确定.15 2.1.7、对刀点与换刀点的确定.16 2.1.8、加工路线的确定.17 2 . 2 、数控加工工艺路线的确定18 2 . 3 数控加工工艺卡设计22 2 . 4 夹具的概念及作用 数控机床夹具的类型和特点.23 2 . 5 数控加工夹具的特点25 2 . 6 夹具、刀具的选择及切削用量的确定.26 2.6.1、夹具的选择、工件装夹方法的确定.26 2.6.2、刀具的选择及对刀点、换刀点的设置.27 2.6.3、切削用量的确定.31 第三章数控加工及仿真操作简介.33 6 3 . 1 M D I / C R T 窗口及操作面板介绍.33 3.1.1 YHCNC 执行和退出33 3.1.2 MDI/CRT 窗口的基本操作.33 3 . 2 数控加工程序.37 3 . 3 实体三维造型.42 第四章 总结.42 参考文献.44 7 第一章 概 述 1 . 1 数控加工的特点 数控加工，也称之为 NC（Numerical Control）加工，是以数值与符号构成 的信息，控制机床实现自动运转。数控加工经历了半个世纪的发展已成为应用于 当代各个制造领域的先进制造技术。数控加工的最大特征有两点：一是可以极大 地提高精度，包括加工质量精度及加工时间误差精度；二是加工质量的重复性， 可以稳定加工质量，保持加工零件质量的一致。也就是说加工零件的质量及加工 时间是由数控程序决定而不是由机床操作人员决定的。数控加工具有如下优点： 提高生产效率； 不需熟练的机床操作人员； 提高加工精度并且保持加工质量； 可以减少工装卡具； 可以减少各工序间的周转，原来需要用多道工序完成的工件，数控加工一次 装夹完成加工，缩短加工周期，提高生产效率； 容易进行加工过程管理； 可以减少检查工作量； 可以降低废、次品率； 便于设计变更，加工设定柔性； 容易实现操作过程的自动化，一个人可以操作多台机床； 操作容易，极大减轻体力劳动强度 随着制造设备的数控化率不断提高， 数控加工技术在我国得到日益广泛的使 用，在模具行业，掌握数控技术与否及加工过程中的数控化率的高低已成为企业 是否具有竞争力的象征。数控加工技术应用的关键在于计算机辅助设计和制造 （CAD/CAM）系统的质量。 8 1 . 2 数控机床 20 世纪 40 年代末，美国开始研究数控机床，1952 年，美国麻省理工学院 （MIT）伺服机构实验室成功研制出第一台数控铣床，并于 1957 年投入使用。 这是制造技术发展过程中的一个重大突破，标志着制造领域中数控加工时代开 始。数控加工是现代制造技术的基础，这一发明对于制造行业而言，具有划时代 的意义和深远的影响。 世界上主要工业发达国家都十分重视数控加工技术的研究 的发展。我国于是 1958 年开始研制数控机床，成功试制出配有电子数控系统的 数控机床，1965 年开始批量生产配有晶体管数控系统的三坐标数控铣床。经过 几十年的发展，目前的数控机床已经在工业界得到广泛应用，在模具制造行业的 应用尤为普及。 数控机床种类繁多，模具制造常用数控加工机床有：数控铣床、数控电火花 成型机床、数控电火花线切割机床、数控磨床和数控车床。数控机床通常由控制 系统、伺服系统、检测系统、机械传动系统及其它辅助系统组成。控制系统用于 数控机床的运算、管理和控制，通过输入介质得到数据，对这些数据进行解释和 运算并对机床产生作用；伺服系统根据控制系统的指令驱动机床，使刀具和零件 执行数控代码规定的运动；检测系统则是用来检测机床执行件（工作台、转台、 滑板等）的位移和速度变化量，并将检测结果反馈到输入端，与输入指令进行比 较，根据其差别调整机床运动；机床传动系统是由进给伺服驱动元件至机床执行 件之间的机械进给传动装置；辅助系统种类繁多，如：固定循环（能进行重复加 工） 、自动换刀（可交换指定的刀具） 、传动间隙补偿（补偿机械传动系统产生的 间隙误差）等等。 1 . 3 数控加工 数控加工是将待加工零件进行数字化表达， 数控机床按数字量控制刀具和零 件的运动，从而实现零件加工的过程。 被加工零件采用线架、曲面、实体等几何体来表示，CAM 系统在零件几何 体基础上生成刀具轨迹，经过后处理生成加工代码，将加工代码通过传输介质传 给数控机床，数控机床按数字量控制刀具运动，完成零件加工。其过程如下图所 9 示： 【零件信息】【CAD 系统造型】【CAM 系统生成加工代码】【数控 机床】【零件】 （1）零件数据准备：系统自设计和造型功能或通过数据接口传入 CAD 数 据，如 STEP，IGES，SAT，DXF，X- T 等；在实际的数控加工中，零件数据不 仅仅来自图纸，特别在广泛采用 Internet网的今天，零件数据往往通过测量或通 过标准数据接口传输等方式得到。 （2）确定粗加工、半精加工和精加工方案。 （3）生成各加工步骤的刀具轨迹。 （4）刀具轨迹仿真。 （5）后期处理输出加工代码。 （6）输出数控加工工艺技术文件。 （7）传给机床实现加工。 1 . 4 数控编程系统 数控加工机床与编程技术两者的发展是紧密相关的。 数控加工机床的性能提 升推动了编程技术的发展，而编程手段的提高也促进了数控加工机床的发展，二 者相互依赖。现代数控技术下在向高精度、高效率、高柔性和智能化方向发展， 而编程方式也越来越丰富。 数控编程可分为机内编程和机外编程。 机内编程指利用数控机床本身提供的 交互功能进行编程，机外编程则是脱离数控机床本身在其他设备上进行编程。机 内编程的方式随机床的不同而异，可以以“手工”的形式分行输入控制代码（手 工编程） 、交互方式输入控制代码（会话编程） 、图形方式输入控制代码（图形编 程） ，甚至可以语音方式输入控制代码（语音编程）或通过高级语言方式输入控 制代码（高级语言编程） 。但机内编程一般来说只适用于简单形体，而且效率较 低。机外编程也可以分成手工编程、计算机辅助 APT编程和 CAD/CAM 编程等 10 方式。机外编程由于其可以脱离数控机床进行数控编程，相对机内编程来说效率 较高，是普遍采用的方式。随着编程技术的发展，机外编程处理能力不断增强， 已可以进行十分复杂形体的灵敏控加工编程。 随着微电子技术和 CAD 技术的发展，自动编程系统也逐渐过渡到以图形交 互为基础的与 CAD 集成的 CAD/CAM系统为主的编程方法。与以前的语言型自 动编程系统相比，CAD/CAM 集成系统可以提供单一准确的产品几何模型，几何 模型的产生和处理手段灵活、多样、方便，可以实现设计、制造一体化。虽然数 控编程的方式多种多样，毋庸置疑，目前占主导地位的是采用 CAD/CAM 数控 编程系统进行编程。 1 . 5 C A D / C A M 系统 20 世纪 90 年代以前， 市场上销售的 CAD/CAM 软件基本上为国外的软件系 统。90 年代以后国内在 CAD/CAM 技术研究和软件开发方面进行了卓有成效的 工作， 尤其是在以 PC 机动性平台的软件系统。 其功能已能与国外同类软件相当， 并在操作性、本地化服务方面具有优势。 一个好的数控编程系统，已经不是一种仅仅是绘图，做轨迹，出加工代码， 他还是一种先进的加工工艺的综合，先进加工经验的记录，继承，和发展。 北航海尔软件公司经过多年来的不懈努力，推出了 CAXA 制造工程师数控 编程系统。这套系统集 CAD、CAM 于一体，功能强大、易学易用、工艺性好、 代码质量高，现在已经在全国上千家企业的使用，并受到好评，不但降低了投入 成本，而且提高了经济效益。CAXA 制造工程师数编程系统，现正在一个更高的 起点上腾飞。 11 第二章数控加工工工艺设计 2 . 1 、数控加工工艺分析的 程序编制人员在进行工艺分析时， 要有机床说明书、 编程手册、 切削用量表、 标准工具、夹具手册等资料，根据被加工工件的材料、轮廓形状、加工精度等选 用合适的机床，制定加工方案，确定零件的加工顺序，各工序所用刀具，夹具和 切削用量等。此外，编程人员应不断总结、积累工艺分析方面的实际经验，编写 出高质量的数控加工程序。 2.1.1、机床的合理选用 在数控机床上加工零件时，一般有两种情况。第一种情况：有零件图样和毛 坯，要选择适合加工该零件的数控机床。第二种情况：已经有了数控机床，要选 择适合在该机床上加工的零件。无论哪种情况，考虑的因素主要有，毛坯的材料 和类、零件轮廓形状复杂程度、尺寸大小、加工精度、零件数量、热处理要求等。 概括起来有三点：要保证加工零件的技术要求，加工出合格的产品。有利于 提高生产率。尽可能降低生产成本(加工费用)。 2.1.2、数控加工零件工艺性分析 数控加工工艺性分析涉及面很广， 在此仅从数控加工的可能性和方便性两方 面加以分析。 (一)零件图样上尺寸数据的给出应符合编程方便的原则 1零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点在数控加工零件图上，应 以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。这种标注方法既便于编程，也便于尺 寸之间的相互协调，在保持设计基准、工艺基准、检测基准与编程原点设置的一 致性方面带来很大方便。 由于零件设计人员一般在尺寸标注中较多地考虑装配等 使用特性方面，而不得不采用局部分散的标注方法，这样就会给工序安排与数控 加工带来许多不便。由于数控加工精度和重复定位精度都很高，不会因产生较大 12 的积累误差而破坏使用特性， 因此可将局部的分散标注法改为同一基准引注尺寸 或直接给出坐标尺寸的标注法。 2构成零件轮廓的几何元素的条件应充分 在手工编程时要计算基点或节点坐标。在自动编程时，要对构成零件轮廓的 所有几何元素进行定义。因此在分析零件图时，要分析几何元素的给定条件是否 充分。如圆弧与直线，圆弧与圆弧在图样上相切，但根据图上给出的尺寸，在计 算相切条件时，变成了相交或相离状态。由于构成零件几何元素条件的不充分， 使编程时无法下手。遇到这种情况时，应与零件设计者协商解决。 (二)零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点 1)零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸。 这样可以减少刀具规 格和换刀次数，使编程方便，生产效益提高。 2)内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，因而内槽圆角半径不应过小。零 件工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转接圆弧半径的大小等有关。 3)零件铣削底平面时，槽底圆角半径 r 不应过大。 4)应采用统一的基准定位。在数控加工中，若没有统一基准定位，会因工件 的重新安装而导致加工后的两个面上轮廓位置及尺寸不协调现象。 因此要避免上 述问题的产生，保证两次装夹加工后其相对位置的准确性，应采用统一的基准定 位。 零件上最好有合适的孔作为定位基准孔，若没有，要设置工艺孔作为定位基 准孔(如在毛坯上增加工艺凸耳或在后续工序要铣去的余量上设置工艺孔)。若无 法制出工艺孔时，最起码也要用经过精加工的表面作为统一基准，以减少两次装 夹产生的误差。 此外，还应分析零件所要求的加工精度、尺寸公差等是否可以得到保证、有 无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸等。 13 2.1.3、加工方法的选择与加工方案的确定 (一)加工方法的选择 加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。 由于 获得同一级精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，因而在实际选择时，要结 合零件的形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。例如，对于 IT7 级精度的孔 采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上的孔一般采用镗 削或铰削，而不宜采用磨削。一般小尺寸的箱体孔选择铰孔，当孔径较大时则应 选择镗孔。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及工厂的生产设备等实际 情况。常用加工方法的经济加工精度及表面粗糙度可查阅有关工艺手册。 (二)加工方案确定的原则 零件上比较精密表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达 到的。对这些表面仅仅根据质量要求选择相应的最终加工方法是不够的，还应正 确地确定从毛坯到最终成形的加工方案。 确定加工方案时，首先应根据主要表面的精度和表面粗糙度的要求，初步确 定为达到这些要求所需要的加工方法。例如，对于孔径不大的 IT7 级精度的孔， 最终加工方法取精铰时，则精铰孔前通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。 2.1.4、工序与工步的划分 (一) 工序的划分 在数控机床上加工零件，工序可以比较集中，在一次装夹中尽可能完成大部 分或全部工序。首先应根据零件图样，考虑被加工零件是否可以在一台数控机床 上完成整个零件的加工工作，若不能则应决定其中哪一部分在数控机床上加工， 哪一部分在其他机床上加工，即对零件的加工工序进行划分。 （二)工步的划分工步的划分主要从加工精度和效率两方面考虑。在一个工 序内往往需要采用不同的刀具和切削用量，对不同的表面进行加工。为了便于分 析和描述较复杂的工序，在工序内又细分为工步。下面以加工中心为例来说明工 步划分的原则： 14 1)同一表面按粗加工、半精加工、精加工依次完成，或全部加工表面按先粗 后精加工分开进行。 2)对于既有铣面又有镗孔的零件，可先铣面后镗孔。按此方法划分工步，可 以提高孔的精度。因为铣削时切削力较大，工件易发生变形。先铣面后镗孔，使 其有一段时间恢复，减少由变形引起的对孔的精度的影响。 3)按刀具划分工步。某些机床工作台回转时间比换刀时间短，可采用按刀具 划分工步，以减少换刀次数，提高加工效率。 总之，工序与工步的划分要根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合 考虑。 2.1.5、零件的安装与夹具的选择 (一)定位安装的基本原则 1)力求设计、工艺与编程计算的基准统一。 2)尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。 3)避免采用占机人工调整式加工方案，以充分发挥数控机床的效能。 (二)选择夹具的基本原则 数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求： 一是要保证夹具的坐标方向与 机床的坐标方向相对固定； 二是要协调零件和机床坐标系的尺寸关系。 除此之外， 还要考虑以下四点： 1)当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹 具，以缩短生产准备时间、节省生产费用。 2)在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3)零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。 4)夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞其定 位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀(如产生碰撞等)。 15 2.1.6、刀具的选择与切削用量的确定 (一)刀具的选择 刀具的选择是数控加工工艺中重要内容之一，它不仅影响机床的加工效率， 而且直接影响加工质量。编程时，选择刀具通常要考虑机床的加工能力、工序内 容、工件材料等因素。 与传统的加工方法相比，数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、刚 度好、耐用度高，而且要求尺寸稳定、安装调整方便。这就要求采用新型优质材 料制造数控加工刀具，并优选刀具参数。 选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸和形状相适应。生产 中，平面零件周边轮廓的加工，常采用立铣刀。铣削平面时，应选硬质合金刀片 铣刀；加工凸台、凹槽时，选高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选 镶硬质合金的玉米铣刀。选择立铣刀加工时，刀具的有关参数，推荐按经验数据 选取。曲面加工常采用球头铣刀，但加工曲面较平坦部位时，刀具以球头顶端刃 切削，切削条件较差，因而应采用环形刀。在单件或小批量生产中，为取代多坐 标联动机床，常采用鼓形刀或锥形刀来加工飞机上一些变斜角零件加镶齿盘铣 刀，适用于在五坐标联动的数控机床上加工一些球面，其效率比用球头铣刀高近 十倍，并可获得好的加工精度。 在加工中心上，各种刀具分别装在刀库上，按程序规定随时进行选刀和换刀 工作。因此必须有一套连接普通刀具的接杆，以便使钻、镗、扩、铰、铣削等工 序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库上去。作为编程人员应了解 机床上所用刀杆的结构尺寸以及调整方法，调整范围，以便在编程时确定刀具的 径向和轴向尺寸。目前我国的加工中心采用 TSG工具系统，其柄部有直柄(三种 规格)和锥柄(四种规格)两种，共包括 16 种不同用途的刀。 (二)切削用量的确定 切削用量包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量、进给量。对于不同的加工方 法，需要选择不同的切削用量，并应编入程序单内。 16 合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考 虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾 切削效率、经济性和加工成本。具体数值应根据机床说明书、切削用量手册，并 结合经验而定。 2.1.7、对刀点与换刀点的确定 在编程时，应正确地选择“对刀点”和“换刀点”的位置。 “对刀点”就是 在数控机床上加工零件时，刀具相对于工件运动的起点。由于程序段从该点开始 执行，所以对刀点又称为“程序起点”或“起刀点” 。 对刀点的选择原则是：1.便于用数字处理和简化程序编制；2.在机床上找正 容易，加工中便于检查；3.引起的加工误差小。 对刀点可选在工件上，也可选在工件外面(如选在夹具上或机床上)但必须与 零件的定位基准有一定的尺寸关系。 为了提高加工精度，对刀点应尽量选在零件的设计基准或工艺基准上，如以 孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。刀具的位置则以此孔来找正，使“刀 位点”与“对刀点”重合。工厂常用的找正方法是将千分表装在机床主轴上，然 后转动机床主轴，以使“刀位点”与对刀点一致。一致性越好，对刀精度越高。 所谓“刀位点”是指车刀、镗刀的刀尖；钻头的钻尖；立铣刀、端铣刀刀头底面 的中心，球头铣刀的球头中心。 零件安装后工件坐标系与机床坐标系就有了确定的尺寸关系。 在工件坐标系 设定后，从对刀点开始的第一个程序段的坐标值；为对刀点在机床坐标系中的坐 标值为(X0，Y0)。当按绝对值编程时，不管对刀点和工件原点是否重合，都是 X2、Y2；当按增量值编程时，对刀点 与工件原点重合时，第一个程序段的坐标值是 X2、Y2，不重合时，则为(X1 十 X2)、Y1+ Y2)。 对刀点既是程序的起点，也是程序的终点。因此在成批生产中要考虑对刀点 的重复精度，该精度可用对刀点相距机床原点的坐标值(X0，Y0)来校核。 17 所谓“机床原点”是指机床上一个固定不变的极限点。例如，对车床而言， 是指车床主轴回转中心与车头卡盘端面的交点。 加工过程中需要换刀时，应规定换刀点。所谓“换刀点”是佰刀架转位换刀 时的位置。该点可以是某一固定点(如加工中心机床，其换刀机械手的位置是固 定的)，也可以是任意的一点(如车床)。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架 转位时不碰工件及其它部件为准。其设定值可用实际测量方法或计算确定。 2.1.8、加工路线的确定 在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。编程时， 加工路线的确定原则主要有以下几点： 1)加工路线应保证被加工零件的精度和表面粗糙度，且效率较高。 2)使数值计算简单，以减少编程工作量。 3)应使加工路线最短，这样既可减少程序段，又可减少空刀时间。 度等情况，确定是一次走刀，还是多次走刀来完成加工以及在铣削加工中是 采用顺铣还是采用逆铣等。 对点位控制的数控机床，只要求定位精度较高，定位过程尽可能快，而刀具 相对工件的运动路线是无关紧要的，因此这类机床应按空程最短来安排走刀路 线。除此之外还要确定刀具轴向的运动尺寸，其大小主要由被加工零件的孔深来 决定，但也应考虑一些辅助尺寸，如刀具的引入距离和超越量。 在数控机床上车螺纹时， 沿螺距方向的 z向进给应和机床主轴的旋转保持严 格的速比关系，因此应避免在进给机构加速或减速过程中切削。为此要有引入距 离1 超越距离2。和的数值与机床拖动系统的动态特性有关，与螺纹的螺距 和螺纹的精度有关。一般为 25mm，对大螺距和高精度的螺纹取大值；一般取 的 14 左右。若螺纹收尾处没有退刀槽时，收尾处的形状与数控系统有关，一 般按 45o 收尾。 铣削平面零件时，一般采用立铣刀侧刃进行切削。为减少接刀痕迹，保证零 件表面质量，对刀具的切入和切出程序需要精心设计。铣削外表面轮廓时，铣刀 18 的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切向切入和切出零件表面， 而不应 沿法向直接切入零件，以避免加工表面产生划痕，保证零件轮廓光滑。 铣削内轮廓表面时，切入和切出无法外延，这时铣刀可沿零件轮廓的法线方 向切入和切出，并将其切入、切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处 加工过程中，工件、刀具、夹具、机床系统平衡弹性变形的状态下，进给停 顿时，切削力减小，会改变系统的平衡状态，刀具会在进给停顿处的零件表面留 下划痕，因此在轮廓加工中应避免进给停顿。 曲面时，常用球头刀采用“行切法”进行加工。所谓行切法是指刀具与零件 轮廓的切点轨迹是一行一行的，而行间的距离是按零件加工精度的要求确定的。 2 . 2 、数控加工工艺路线的确定 在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。编程时， 加工路线的确定原则主要有以下几点： （1）应能保证零件的加工精度和表面粗糙度的要求。 （2）应尽量缩短加工路线，减少刀具空程移动时间。 （3）应使数值计算简单，程序段数量少，以减少编程工作量。 对点位控制的数控机床，只要求定位精度较高，定位过程尽可能的快，而刀 具相对于工件的运动路线是无关紧要的， 因此这类机床应按空程最短来安排走道 路线。除此之外还要确定刀具轴向的运动尺寸，其大小主要由被加工零件的孔深 来决定，但也应考虑一些辅助尺寸，如刀具的引入距离和超程量。 对于位置精度要求较高的孔系加工，特别要注意孔的加工顺序的安排，安排 不当时， 就有可能将坐标轴的反向间隙带入， 直接影响位置精度。 如图 2- 1 所示， 图 a 为零件图，在该零件上镗六个尺寸相同的孔，有两种加工路线。当按 b 图所 示的路线加工时，由于 1 孔与 2 孔定位，Y 方向反向间隙会使定位误差增加，而 影响 2 孔与其 1 孔的位置精度。 19 a） b） 20 c） 图 2- 1 镗孔加工路线示意图 按 c 图所示路线，加工完 2 孔后往上多移动一段距离到 P 点，然后再折回来 加工 2 孔，这样方向一致，可避免反向间隙的引入，提高 1、2 孔的位置精度。 铣削平面零件时，一般采用立铣刀侧刃进行切削。为减少接刀痕迹，保证零 件表面质量，对刀具的切入和切出程序需要精心设计。如图 2- 2 所示，铣削外表 面轮廓时， 铣刀的切入和切出点应沿零件轮廓曲线的延长线上切向切入和切出零 件表面，而不应沿法向直接切入零件，以避免加工表面产生划痕，保证零件轮廓 光滑。 铣削内轮廓表面时，切入和切出无法外延，这时铣刀可沿零件轮廓的法线方 向切入和切出，并将其切入、切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处。图 2- 3 所示为加工凹槽的三种加工路线。 21 图 2- 2 切入切出方式 a） b） c） 图 2- 3 凹槽加工路线 图 a 和 b 分别为用行切法和环切法加工凹槽的走刀路线； 图 c 为先用行切法 最后环切一刀光整轮廓表面。三种方案中，a 图方案最差，C 图方案最好。 在轮廓铣削过程中要避免进给停顿，否则会因铣削力的突然变化，将在停顿 处轮廓表面上留下刀痕。 22 2.3 数控加工工艺卡设计 表 2- 1 件一工艺卡 零件名称 单位名称 产品名称或代号 典型铣削 零件图号 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 001 平口钳 工步号 工步内容 刀具号 刀具规 格（/ mm） 主轴转速 （/r.m 1） 进给速度 （/mm.m 1） 背吃刀量 （/ mm） 备注 1 铣中间凸台 T01 800 自动 2 铣右边凸台 T01 1500 自动 3 铣左边凸台 T01 600 25 自动 4 右边凸台面铣削 T01 1000 自动 5 左边凸台面铣削 T01 800 自动 6 钻 2 个12的通 孔 T02 150080 自动 7 挖槽加工 T03 1200 8 钻中心孔 T04 600 23 表 2- 2 件二工艺卡 零件名称 单位名称 产品名称或 代号 典型轴 零件图号 工序号 程序编号 夹具名称 使用设备 车间 002 平口钳 TND360 数控车床 工步号 工步内容 刀具号 刀具规 格 （/ mm） 主轴转速 （/r.m 1 ） 进给速度 （/mm.m 1） 背吃刀量 （/ mm） 备注 1 挖槽加工 T03 1200 自动 2 钻 2 个12的 通孔 T02 600 自动 2 . 4 夹具的概念及作用 数控机床夹具的类型和特点 应用机床夹具，有利于保证工件的加工精度、稳定产品质量；有利于提高劳 动生产率和降低成本；有利于改善工人劳动条件，保证安全生产；有利于扩大机 床工艺范围，实现“一机多用” 。 机床夹具的类型 夹具是一种装夹工件的工艺装备，它广泛地应用于机械制造过程的切削加 工、热处理、装配、焊接和检测等工艺过程中。 在金属切削机床上使用的夹具统称为机床夹具。在现代生产中，机床夹具是 一种不可缺少的工艺装备，它直接影响着工件加工的精度、劳动生产率和产品的 24 制造成本等。 机床夹具的种类繁多，可以从不同的角度对机床夹具进行分类。常用的分类 方法有以下几种。 （）按夹具的使用特点分类 根据夹具在不同生产类型中的通用特性，机床夹具可分为通用夹具、专用夹 具、可调夹具、组合夹具和拼装夹具五大类。 通用夹具 已经标准化的可加工一定范围内不同工件的夹具，称为通用夹具，其结构、 尺寸已规格化，而且具有一定通用性，如三爪自定心卡盘、机床用平口虎钳、四 爪单动卡盘、台虎钳、万能分度头、顶尖、中心架和磁力工作台等。这类夹具适 应性强，可用于装夹一定形状和尺寸范围内的各种工件。这些夹具已作为机床附 件由专门工厂制造供应，只需选购即可。其缺点是夹具的精度不高，生产率也较 低，且较难装夹形状复杂的工件，故一般适用于单件小批量生产中。 专用夹具 专为某一工件的某道工序设计制造的夹具， 称为专用夹具。 在产品相对稳定、 批量较大的生产中，采用各种专用夹具，可获得较高的生产率和加工精度。专用 夹具的设计周期较长、投资较大。 专用夹具一般在批量生产中使用。除大批大量生产之外，中小批量生产中也 需要采用一些专用夹具，但在结构设计时要进行具体的技术经济分析。 可调夹具 某些元件可调整或更换，以适应多种工件加工的夹具，称为可调夹具。可调 夹具是针对通用夹具和专用夹具的缺陷而发展起来的一类新型夹具。 对不同类型 和尺寸的工件，只需调整或更换原来夹具上的个别定位元件和夹紧元件便可使 用。它一般又可分为通用可调夹具和成组夹具两种。前者的通用范围比通用夹具 更大； 后者则是一种专用可调夹具， 它按成组原理设计并能加工一族相似的工件， 故在多品种，中、小批量生产中使用有较好的经济效果。 25 组合夹具 采用标准的组合元件、部件，专为某一工件的某道工序组装的夹具，称为组 合夹具。 组合夹具是一种模块化的夹具。 标准的模块元件具有较高精度和耐磨性， 可组装成各种夹具。夹具用毕可拆卸，清洗后留待组装新的夹具。由于使用组合 夹具可缩短生产准备周期，元件能重复多次使用，并具有减少专用夹具数量等优 点，因此组合夹具在单件，中、小批量多品种生产和数控加工中，是一种较经济 的夹具。 拼装夹具 用专门的标准化、系列化的拼装零部件拼装而成的夹具，称为拼装夹具。它 具有组合夹具的优点，但比组合夹具精度高、效能高、结构紧凑。它的基础板和 夹紧部件中常带有小型液压缸。此类夹具更适合在数控机床上使用。 （）按使用机床分类 夹具按使用机床不同，可分为车床夹具、铣床夹具、钻床夹具、镗床夹具、 齿轮机床夹具、数控机床夹具、自动机床夹具、自动线随行夹具以及其他机床夹 具等。 （）按夹紧的动力源分类 夹具按夹紧的动力源可分为手动夹具、 气动夹具、 液压夹具、 气液增力夹具、 电磁夹具以及真空夹具等。 2 . 5 数控加工夹具的特点 作为机床夹具，首先要满足机械加工时对工件的装夹要求。同时，数控加工 的夹具还有它本身的特点。这些特点是： (1)数控加工适用于多品种、中小批量生产，为能装夹不同尺寸、不同形状 的多品种工件，数控加工的夹具应具有柔性，经过适当调整即可夹持多种形状和 尺寸的工件。 (2)传统的专用夹具具有定位、夹紧、导向和对刀四种功能，而数控机床上 26 一般都配备有接触试测头、刀具预调仪及对刀部件等设备，可以由机床解决对刀 问题。 数控机床上由程序控制的准确的定位精度， 可实现夹具中的刀具导向功能。 因此数控加工中的夹具一般不需要导向和对刀功能，只要求具有定位和夹紧功 能，就能满足使用要求，这样可简化夹具的结构。 (3)为适应数控加工的高效率，数控加工夹具应尽可能使用气动、液压、电 动等自动夹紧装置快速夹紧，以缩短辅助时间。 (4)夹具本身应有足够的刚度，以适应大切削用量切削。数控加工具有工序 集中的特点，在工件的一次装夹中既要进行切削力很大的粗加工，又要进行达到 工件最终精度要求的精加工，因此夹具的刚度和夹紧力都要满足大切削力的要 求。 (5)为适应数控多方面加工，要避免夹具结构包括夹具上的组件对刀具运动 轨迹的干涉，夹具结构不要妨碍刀具对工件各部位的多面加工。 (6)夹具的定位要可靠，定位元件应具有较高的定位精度，定位部位应便于 清屑，无切屑积留。如工件的定位面偏小，可考虑增设工艺凸台或辅助基准。 (7)对刚度小的工件，应保证最小的夹紧变形，如使夹紧点靠近支承点，避 免把夹紧力作用在工件的中空区域等。当粗加工和精加工同在一个工序内完成 时，如果上述措施不能把工件变形控制在加工精度要求的范围内，应在精加工前 使程序暂停，让操作者在粗加工后精加工前变换夹紧力（适当减小） ，以减小夹 紧变形对加工精度的影响。 2 . 6 夹具、刀具的选择及切削用量的确定 2.6.1、夹具的选择、工件装夹方法的确定 1夹具的选择 数控加工对夹具主要有两大要求：一是夹具应具有足够的精度和刚度；二是 夹具应有可靠的定位基准。选用夹具时，通常考虑以下几点： 1）尽量选用可调整夹具、组合夹具及其它通用夹具，避免采用专用夹具， 27 以缩短生产准备时间。 2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。 3）装卸工件要迅速方便，以减少机床的停机时间。 4）夹具在机床上安装要准确可靠，以保证工件在正确的位置上加工。 2夹具的类型 数控铣床上的夹具，一般安装在工作台上，其形式根据被加工工件的特点可 多种多样。如：通用台虎钳、数控分度转台等。本课题的零件加工所选用的为平 口钳。 3零件的安装 数控机床上零件的安装方法与普通机床一样， 要合理选择定位基准和夹紧方 案，注意以下两点： 1）力求设计、工艺与编程计算的基准统一，这样有利于编程时数值计算的 简便性和精确性。 2）尽量减少装夹次数，尽可能在一次定位装夹后，加工出全部待加工表面。 2.6.2、刀具的选择及对刀点、换刀点的设置 1刀具的选择 与普通机床加工方法相比，数控加工对刀具提出了更高的要求，不仅需要刚 性好、精度高，而且要求尺寸稳定，耐用度高，断屑和排屑性能好；同时要求安 装调整方便，这样来满足数控机床高效率的要求。数控机床上所选用的刀具常采 用适应高速切削的刀具材料 （如高速钢、 超细粒度硬质合金） 并使用可转位刀片。 。 （1）铣削用刀具及其选择 数控加工中，铣削平面零件内外轮廓及铣削平 面常用平底立铣刀，该刀具有关参数的经验数据如下： 1）铣刀半径 RD 应小于零件内轮廓面的最小曲率半径 Rmin，一般取 RD=(0.80.9)Rmin 28 2）零件的加工高度 H（1/4- 1/6）RD，以保证刀具有足够的刚度。 3）粗加工内轮廓时，铣刀最大直径 D 可按下式计算（参见图 2- 10） ： 式中 D1轮廓的最小凹圆角半径； 圆角邻边夹角等分线上的精加工余量； 1精加工余量； j圆角两邻边的最小夹角。 4）用平底立铣刀铣削内槽底部时，由于槽底两次走刀需要搭接，而刀具底 刃起作用的半径 Re=R- r,如图 2- 11 所示，即直径为 d=2 Re=2（R- r）,编程时取刀具半径为 Re=0.95（R- r） 。 对于一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常用球形铣刀、环形铣刀、鼓 形铣刀、锥形铣刀和盘铣刀。如图 2- 12 所示。 （2）标准化刀具 目前，数控机床上大多使用系列化、标准化刀具，对可转位机夹外圆车刀、 端面车刀等的刀柄和刀头都有国家标准及系列化型号； 对于加工中心及有自动换 刀装置的机床，刀具的刀柄都已有系列化和标准化的规定，如锥柄刀具系统的标 准代号为 TSGJT，直柄刀具系统的标准代号为 DSGJZ。 此外，对所选择的刀具，在使用前都需对刀具尺寸进行严格的测量以获得精 确数据，并由操作者将这些数据输入数据系统，经程序调用而完成加工过程，从 而加工出合格的工件。 29 表 2- 3 刀具卡 产品名称或代号 零件名称 典型轴 零件图号 序号 刀具号 刀具规格名 称 数量 加工表面 备注 1 T01 8平底铣刀 1 铣凸台及表面 2 T02 12的钻头 1 钻孔 以刀尖 定位 3 T03 5平底铣刀1 挖槽 4 T04 （成型刀 具） 1 钻中心孔 审核 批准 编制 共 1 页 第 1页 2对刀点、换刀点的设置 工件装夹方式在机床确定后，通过确定工件原点来确定了工件坐标系，加工 程序中的各运动轴代码控制刀具作相对位移。例如：某程序开始第一个程序段为 N0010 G90 G00 X100 Z20 ，是指刀具快速移动到工件坐标下 X=100mm Z=20mm 处。 究竟刀具从什么位置开始移动到上述位置呢？所以在程序执行 的一开始，必须确定刀具在工件坐标系下