数控编程中的工艺分析.doc

第2章 数控编程中的工艺分析1、数控加工工艺分析的主要内容数控加工工艺分析主要包括以下内容。 选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。 分析被加工零件的图纸，明确加工内容及技术要求。在此基础上，确定零件的加工方案，制定数控加工工艺路线。如划分工序、安排加工顺序、与传统加工工序的衔接等。 加工工序的设计，如选取零件的定位基准，工步的的划分、装卡与定位方案确定、选取刀辅具、确定切削用量等。 数控加工程序的调整。选取对刀点和换刀点，确定刀具补偿等。 分配数控加工中的容差。 处理数控机床上的部分工艺指令。总之，数控加工工艺内容繁多，但有些内容与普通机床加工工艺非常相似，因此本章仅对编程中的工艺分析进行讨论。2、数控机床的合理选用不同类型的数控机床有着不同的用途，在选用数控机床之前应对其类型、规格、性能、特点、用途和应用范围有所了解，才能选择最适合被加工零件的数控机床。数控机床通常最适合加工精密、复杂的多品种、小批量生产的零件及模具加工。在数控机床上加工零件时，通常有两种情况。一是有被加工零件要选择合适的加工设备，二是有数控机床选择适合的加工零件。无论哪种情况，通常都要根据被加工零件的精度、材质、形状、尺寸、数量和热处理等因素来选择。合理选择机床的原则是： 要保证被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）。3、数控加工零件的工艺性分析采用数控机床加工，必须根据数控机床的性能特点、应用范围，对零件的数控加工工艺进行全面、认真、仔细的分析。主要包括： 零件图上尺寸标注方法应适应数控加工的特点，便于编程。应以同一基准引注尺寸或直接给出坐标尺寸。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。构成零件图的几何要素的条件应充分。认真分析零件的技术要求。零件的技术要求主要是指尺寸精度、形状精度、位置精度、表面粗糙度及热处理等。这些要求在保证零件使用性能的前提下，应经济合理。过高的精度和表面粗糙度要求会使工艺过程复杂、加工困难、成本提高。零件材料分析在满足零件功能的前提下，应选用廉价、切削性能好的常用材料。 零件的结构工艺性应符合数控加工的要求。3、加工方法的选择与加工方案的确定（1）加工方法的选择加工方法的选择应以满足加工精度和表面粗糙度的要求为原则。由于获得同一级加工精度及表面粗糙度的加工方法一般有许多，在实际选择时，要结合零件的形状、尺寸和热处理要求等全面考虑。（2）加工方案的确定原则零件上比较精密尺寸及表面的加工，常常是通过粗加工、半精加工和精加工逐步达到的。对这些加工部位仅仅根据质量要求选择相应的加工方法是不够的，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，最终的加工方法选择精铰孔时，则精铰孔前通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。4、工序与工步的划分（1）工序划分的原则数控加工通常按下列原则划分工序。基面先行原则；先粗后精原则；先主后次原则；先面后孔原则。（2）工序划分方法数控加工中，一般工序划分有以下几种方式。 按所用刀具划分工序。如数控铣床。 按零件的装卡定位方式划分工序。 按粗、精加工划分工序。（3）工步的划分在工序内又细分为工步。工步划分的原则是： 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加工后精加工分开进行。 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，可以提高孔的加工精度。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，可减少由变形引起的对孔加工精度的影响。 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零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。5、零件的装卡方法与夹具的选择（1）安装定位的基本原则 力求设计基准、工艺基准和编程计算的基准统一。 尽量减少装夹次数，尽可能在一次装夹定位后，加工出全部待加工表面。 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。（2）选择夹具的原则 单件小批量生产时，优先选用组合夹具、可调夹具和其它通用夹具，以缩短生产准备时间和节省生产费用； 在成批生产时，才考虑采用专用夹具，并力求结构简单； 零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间； 夹具上各零部件应不妨碍机床对零件各表面的加工，即夹具要敞开，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）； 为提高数控加工的效率，批量较大的零件加工可以采用多工位、气动或液压夹具。6、加工路线的确定（1）加工路线确定的原则在数控加工中，刀具刀位点相对于工件运动的轨迹称为加工路线。确定加工路线是编写程序前的重要步骤，加工路线的确定应遵循以下原则。 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。 使数值计算简单，以减少编程工作量。 应使加工路线最短，这样既可以减少程序短，又可以减少空刀时间。此外，确定加工路线时，还要考虑工件的加工余量和机床、刀具的刚度等情况，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逆铣等。（2）辅助程序段的设计 轮廓加工的进退刀路径设计。在对零件的轮廓进行加工时，为了保证零件的加工精度和表面粗糙度要求，应合理地设计进退刀路径，尽量选择切向进/退刀方式。 孔加工时的引伸距离的确定。孔加工在确定轴向尺寸时，应考虑一些辅助尺寸，包括刀具的引入距离和超越距离。数控钻孔的尺寸关系如图2-18所示，图中各参数的含义如下。 螺纹加工的引伸距离的确定。在数控车床上车螺纹时，沿螺距方向的Z向进给应和车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的过程中切削。为此要有引入距离1和超越距离2。一般1为25mm，2一般取1的1/4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45退刀收尾。（3）孔加工路线的确定孔加工时的加工路线确定，应根据技术条件按加工路线最短或加工精度最高的原则，同时，还应考虑孔加工时的引伸距离。（4）内型腔加工路线设计铣削内型腔轮廓表面时，切入和切出无法外延，这时铣刀可沿零件轮廓的切线方向切入和切出，并将其切入、切出点选在零件轮廓两几何元素的交点处。加工凹槽的3种加工路线。分别为行切法加工、环切法加工、行切环切法3种，应根据具体情况合理选择加工路线。为提高工件表面的精度和减小粗糙度，可以采用多次走刀的方法，精加工余量一般以0.20.5 mm为宜。而且精铣时宜采用顺铣，以减小零件被加工表面粗糙度的值。（5）曲面加工路线的确定铣削曲面时，常用球头刀采用行切法进行加工，要注意残留高度对加工精度的影响。7、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。数控加工对刀具的要求更高。不仅要求精度高、强度大、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，并合理选择刀具结构、几何参数。（1）刀具材料常见刀片材料有高速钢、硬质合金、涂层硬质合金、陶瓷、立方氮化硼和金刚石等，其中应用最多的是硬质合金和涂层硬质合金刀片。选择刀片材质主要依据被加工工件的材料、被加工表面的精度、表面质量要求、切削载荷的大小以及切削过程有无冲击和振动等。（2）数控车刀的类型与刀片选择为减少换刀时间和方便对刀，数控车削加工时，应尽量采用机夹可转位式车刀。刀片形状、几何尺寸的选择，主要依据被加工工件的表面形状、切削方法、刀具寿命和刀片的转位次数等因素选择。需要注意的是：编程时要考虑数控车刀主偏角和副偏角的合理选择，特别是零件轮廓非单一曲线组成的情况。主偏角的大小决定于工件形状，例如车阶梯轴时，则需用Kr90的刀具；而副偏角的选择要考虑是否与已加工表面轮廓产生干涉。（3）数控铣刀的选择选用数控铣刀时应注意以下几点：在数控机床上铣削平面时，应采用可转位式硬质合金刀片铣刀。一般采用两次走刀，一次粗铣、一次精铣。高速钢立铣刀多用于加工凸台和凹槽，最好不要用于加工毛坯面，因为毛坯面有硬化层和夹砂现象，会加速刀具的磨损。 加工精度要求较高的凹槽时，可采用直径比槽宽小一些的立铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具的半径补偿功能铣削槽的两边，直到达到精度要求为止。在数控铣床上钻孔，一般不采用钻模，钻孔深度为直径的5倍左右的深孔加工容易折断钻头，可采用固定循环程序，多次自动进退，以利于冷却和排屑。钻孔前最好先用中心钻钻一个中心孔或采用一个刚性好的短钻头锪窝引正。锪窝除了可以解决毛坯表面钻孔引正问题外，还可以替代孔口倒角。8、切削用量的确定（1）切削用量的选择原则切削用量包括主轴转速(切削速度)、背吃刀量、进给量。切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。数控加工中选择切削用量时，就是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。切削用量的选择原则如下：粗加工时切削用量的选择原则。首先选取尽可能大的背吃刀量；其次要根据机床动力和刚性的限制条件等，选取尽可能大的进给量；最后根据刀具耐用度确定最佳的切削速度。精加工时切削用量的选择原则。首先根据粗加工后的余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面的粗糙度要求，选取较小的进给量；最后在保证刀具耐用度的前提下，尽可能选取较高的切削速度。（2）切削用量的选择方法背吃刀量aP（mm）的选择。根据加工余量确定，在机床允许的情况下，尽可能大。在工艺系统刚性不足或毛坯余量很大，或余量不均匀时，粗加工要分几次进给，并且应当把第一、二次进给的背吃刀量尽量取得大一些。进给量（进给速度）f（mm/min或mm/r）的选择。进给量（进给速度）是数控机床切削用量中的重要参数，根据零件的表面粗糙度、加工精度要求、刀具及工件材料等因素，参考切削用量（刀具）手册选取。切削速度vC（m/min）的选择。根据已经选定的背吃刀量、进给量及刀具耐用度选择切削速度。可用经验公式计算，也可根据生产实践经验在机床说明书允许的切削速度范围内查表选取或者按刀具手册选用。切削速度vC确定后，按下式计算出机床主轴转速n：，n=1000vC/D（r/min）9、对刀点与换刀点的确定（1）对刀点的选择在编程时，应正确地选择“对刀点”和“换刀点”的位置。对刀点的选择原则是：便于用数字处理和简化程序编制；在机床上找正容易，加工中便于检查；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，但必须与零件的定位基准有一定的尺寸关系，这样才能确定机床坐标系与工件坐标系的关系。（2）刀位点的概念数控加工的刀具轨迹是刀位点的轨迹，因此，要掌握不同刀具刀位点的位置。10、数控加工工艺文件数控加工工艺文件既是数控加工、产品验收的依据，也是操作者要遵守、执行的规程，同时还为产品零件的重复生产积累和储备了必要的技术工艺资料。它是编程人员在编制加工程序单时作出的与程序单相关的技术文件。该文件主要包括数控加工工序卡、数控刀具调整单、机床调整单、零件加工程序单等。11、编制数控加工工艺一般作法（1）分析图纸、确定加工部位。其原则是：最大限度发挥数控机床高速、高效、高精优势，确保加工件技术指标实现，满足加工节拍要求，突出数控机床加工经济效益。（2）绘制数控加工工序图，图中要明确定位基准、工件零点、加工部位尺寸精度和位置精度。加工部位相关数据和公差，加工方式和进给方向，在加工部位较多的零件中，绘制局部加工工序图和对应的加工程序及必要的说明。（3）绘制夹具简图，图中注明定位方式、夹紧形式、多工位应注明每个夹具分布情况，工件在夹具上位置、夹具零点、工件零点、对刀基准、工件零点设定程序、工件零点验证程序。（4）编制数控加工工艺卡，可采用一下几种形式：工序集中原则。最能体现数控机床特点，在一次装夹中完成铣、钻、镗、攻丝等加工内容，可以缩短零件加工周期，消除了在加工过程中多次装夹造成的误差。工序分散原则。为了最大限度提高数控机床加工效率，在大批量的零件加工中采用较多，特别是在汽车、摩托车、液压、纺织等零件加工中广泛采用。混流加工原则。在中小批量零件中为了缓解加工件间能力平衡问题，有采用这种方式。其优点可充分发挥数控机床多工步加工优势，零件加工中配套性好。粗精加工分开原则。在一些零件中由于加工余量较大，为了减少粗加工中变形保证加工精度，有采用此种方式。编制加工工艺卡要求：注明加工顺序、刀具名称规格、切削参数、数控加工参数、固定循环参数、子程序号、Z轴参数。程序说明：