数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础.doc

项目一 零件的数控铣削加工工艺 数控技术和数控装备是制造工业现代化的重要基础，是一个国家工业现代化水平和综合国力强弱的标志。这个基础是否牢固将直接影响到一个国家的经济发展和综合国力，关系到一个国家的战略地位。自动化数控技术是先进制造技术的核心，是制造业实现网络化、柔性化、集成化的基础。随着计算机及其软硬件技术的飞速发展，数控系统的硬件平台日渐趋于一致化，数控技术也逐渐在现代生产中占有越来越重要的位置。数控系统具有一定的智能，可以把特殊的加工工艺、管理经验和操作技能应用到当前的加工任务中，同时它还具有图形交互和故障诊断功能，因此在现代生产中的应用越来越广泛。数控加工大大提高了加工精度、速度和效率，同时它又是一项复杂的技术，需要强大的理论知识支持。随着Mastercam等大型CAD/CAM软件的开发和推广，数控加工的实现变得更加方便。正因为如此，运用软件对零件进行数控加工时分析数控加工工艺显得尤为重要。任务1.1 平面凸轮的数控铣削工艺分析任务要点数控加工工艺的内容也和普通机床加工工艺相似，主要内容包括：& 选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。& 分析数控加工零件的图样，明确加工内容及技术要求，确定加工方案，制定数控加工路线。例如，加工顺序的安排、非数控加工工序的衔接等。& 设计数控加工工序，例如，工序的划分、刀具的选择、夹具的定位与安装、切削用量的确定以及进给路线的确定等。& 调整数控加工工序的程序，例如，对刀点、换刀点的选择，以及刀具的补偿等。& 分配数控加工中的容差。& 处理数控机床上部分工艺指令。& 数控加工工艺技术文件的定型与归档。可见，数控加工工艺的内容根据其工艺特点需要考虑得更多，更为全面，为此确定本节的要点为：& 数控加工的工艺制定& 数控加工的主要步骤& 数控加工用具的选择& 数控加工参数的选择任务案例图1-1所示为槽形凸轮零件，它包括槽形凸轮零件和槽形凸轮实体。在铣削加工前，该零件是一个经过加工的圆盘，圆盘直径为280mm，带有两个基准孔35mm及12mm。35mm及12mm两个定位孔，X面已经在前面加工完毕，本工序是在铣床上加工槽。该零件的材料为HT200。 （a）槽形凸轮零件图 （b）槽形凸轮实体图图1-1 槽形凸轮零件1.1.1平面凸轮零件图工艺分析及设备选择任务分析平面凸轮零件数控加工的工艺分析主要包括产品的零件分析和结构性分析两部分。零件图分析主要明确加工内容及技术要求，确定加工方案，制定数控加工路线。相关知识l 零件图样的分析l 零件的结构工艺性分析任务实施 STEP 1 零件图形分析该零件凸轮轮廓由HA、BC、DE、FG和直线AB、HG以及过渡圆弧CD、EF组成。组成轮廓的各几何元素关系清楚，条件充分，所需要的基点坐标容易求得。凸轮内外轮廓面对X面有垂直度要求。材料为铸铁，切削工艺性较好。 STEP 2 采取工艺措施凸轮内外轮廓对X面有垂直度要求，所以只需提高装夹精度，使X面与铣刀轴线垂直，即可保证。 STEP 3 选择设备加工平面凸轮的数控铣削，一般采用两轴以上联动的数控铣床，因此首先要考虑的是零件的外形尺寸和重量，使其在机床的允许范围内。其次应考虑数控机床的精度是否能满足凸轮的设计要求。最后应使凸轮的最大圆弧半径在数控系统允许的范围内。所以此时确定所要使用的数控机床为两轴以上联动的数控铣床。任务总结1数控加工工艺的基本特点数控加工与通用机床加工在方法与内容上有许多相似之处，不同点主要表现在控制方式上。在通用机床上加工零件时，就某道工序而言，其工步的安排、机床部件运动的次序、位移量、进给路线以及切削参数的选择等都是由操作工人自行考虑和确定的，是用手工操作方式来进行控制的。而在数控机床上加工零件时情况就完全不同了，在数控机床加工前，必须由编程人员把全部加工工艺过程、工艺参数和位移数据等编制成数控程序，并将其记录在控制介质上，然后使用它控制机床的加工。由于数控加工的整个过程是自动进行的，因而形成了其独有的工艺特点。（1）数控加工工艺的内容十分具体如前所述，在通用机床上加工时，许多具体的工艺问题如工步的划分、对刀点、换刀点以及进给路线的确定等在很大程度上都是由操作工人根据自己的经验和习惯自行考虑、决定的，而无须工艺人员在设计工艺规程时进行过多的规定。在数控加工时，上述这些具体的工艺问题不仅成为数控工艺处理时编程人员必须认真考虑的内容，而且还必须正确地选择并编入加工程序中。换言之，本来是由操作工人在加工中灵活掌握并可以通过适时调整来处理的许多工艺问题，在数控加工时就转变成为编程人员必须事先具体设计和具体安排的工作内容。（2）数控加工的工艺处理相当严密数控机床虽然自动化程度较高，但自适性较差，它不可能对加工中出现的问题自由地进行人为调整。尽管现代数控机床在自适应调整方面作了不少改进，但自由度还是不够理想。因此，在进行数控加工的工艺处理时，必须注意到加工过程中的每一个细节，考虑要十分严密。2零件图工艺分析要点结合数控铣削加工的特点说明数控加工的零件图和结构工艺性分析方法。（1）图样尺寸的标注方法是否方便编程?构成工件轮廓图形的各种几何元素的条件是否充要？各几何元素的相互关系（如相切、相交、垂直和平行等）是否明确?有无引起矛盾的多余尺寸或影响工序安排的封闭尺寸?（2）零件尺寸所要求的加工精度和尺寸公差是否都可以得到保证?不要因数控机床加工精度高而放弃这种分析。特别要注意过薄的腹板与缘板的厚度公差，数控铣削也是一样，因为加工时产生的切削拉力及薄板的弹性退让极易产生切削面的振动，使薄板厚度尺寸公差难以保证，其表面粗糙度也将恶化或变坏。根据实践经验，当面积较大的薄板厚度小于3mm时就应充分重视这一问题。（3）内槽及缘板之间的内转接圆弧是否过小?（4）零件铣削面的槽底圆角或腹板与缘板相交处的圆角半径r是否太大?（5）零件图中各加工面的凹圆弧（R与r）是否过于零乱，是否可以统一?因为在数控铣床上换一次刀要增加不少新问题，如增加铣刀规格、计划停车次数和对刀次数等，这不但给编程带来许多麻烦，增加生产准备时间，降低生产效率，而且也会因频繁换刀增加工件加工面上的接刀阶差而降低表面质量。所以，在一个零件上的这种凹圆弧半径在数值上的一致性问题对数控铣削的工艺性显得相当重要。一般来说，即使不能寻求完全统一，也要力求将数值相近的圆弧半径分组靠拢，达到局部统一，从而尽量减少铣刀规格与换刀 次数。（6）零件上有无统一基准？这用于保证两次装夹加工后其相对位置的正确性，有些工件需要在铣完一面后再重新安装铣削另一面。由于数控铣削时不能使用通用铣床加工时常用的试削方法来换刀，往往会因为工件的重新安装而接不好刀（即与上道工序加工的面接不齐或造成本来要求一致的两对应面上的轮廓错位）。为了避免上述问题的产生，减小两次装夹误差，最好采用统一基准定位。因此，零件上最好有合适的孔作为定位基准孔。如果零件上没有基准孔，也可以专门设置工艺孔作为定位基准（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基准孔）。如果实在无法制出基准孔，则可用经过精加工的面作为统一基准。如果还是办不到，最好只加工其中一个最复杂的面，另一面放弃数控铣削而改由通用铣床加工。（7）分析零件的形状及原材料的热处理状态，是否会在加工过程中变形，以及哪些部位最容易变形？因为数控铣削最忌讳工件在加工时变形，这种变形不但无法保证加工的质量，而且经常造成加工不能继续进行。这时就应考虑采取一些必要的工艺措施预防，例如，对钢件进行调质处理，以及对铸铝件进行退火处理等。另外，对不能用热处理方法解决的问题，也可考虑到粗加工、精加工及对称去余量等常规方法。1.1.2确定零件的定位基准和装夹方式任务分析在机械加工中必须使机床、夹具、刀具和工件之间保持正确的位置关系，这样才能加工出合格的产品。这种正确的相互位置关系是通过工件在夹具中定位，夹具在机床上安装，以及刀具相对夹具的调整来实现的。相关知识l 定位基准的选择原则l 夹具选择的基本要求任务实施 STEP 1 定位基准的选择采用“一面两孔”定位，即用圆盘X面和两个基准孔作为定位基准。 STEP 2 装夹方式的确定根据工件特点，使用一块320mm320mm40mm的垫块，在垫块上分别精镗5mm及12mm两个定位孔（要配定位销），孔距离800.015mm，垫块平面度为0.05mm。该零件在加工前应先固定夹具的平面，使两定位销孔的中心连线与机床X轴平行，夹具平面要保证与工作台面平行，并用百分表检查。任务总结1定位基准的选择原则选择定位基准时是从保证加工精度出发的。定位基准的选择首先是精基准，然后是粗基准。考虑保证加工精度和工件安装方便可靠，定位基准的选择精基准原则包括：l 基准重合原则l 基准统一原则l 自为基准原则l 互为基准原则l 便于装夹原则2装夹方式及工具的确定数控加工时一般不采用专用复杂的夹具。在设计和选择夹具时应选择使工件的定位和夹紧过程迅速完成的方案，以减少辅助时间。建议使用组合夹具，以缩短生产准备周期，且夹具零件可以反复使用，经济效益好。此外，所用的夹具应便于安装，同时便于调整工件和机床坐标系的尺寸关系。正因为如此，数控加工的特点对夹具提出了以下两个基本要求：（1）保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定。（2）调整零件与机床坐标系的尺寸。除此之外，还需考虑下列几点：当零件加工的批量小时，应尽量采用组合夹具、可调式夹具及其他通用夹具。当小批或成批生产时才考虑采用专用夹具，但应力求结构简单。夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的进给。装卸零件要方便停靠，且缩短准备时间；有条件时，批量较大的零件应采用气动夹具或液压夹具、多工位夹具。实践证明，数控加工中出现差错或失误的主要原因，多为工艺方面考虑不周或计算编程时粗心大意以及装夹方式不正确所致。所以，编程人员不仅要有扎实的工艺基础知识和丰富的工艺设计经验，而且还必须具有严谨踏实的工作作风。1.1.3确定加工顺序及走刀路线任务分析整个零件加工顺序的拟订应按照基面先粗后精的原则确定。在数控铣床上加工时，通过分析铣削平面槽形凸轮确定加工槽的走刀路线，包括平面内进给走刀和深度进给走刀两部分路线。平面内进给走刀，对外轮廓是从切线方向切入。对内轮廓是从过渡圆弧切入。深度进给走刀有两种方法：一种是在XZ（或YZ）平面内同铣削逐渐进刀到既定探度；另一种是先打一个工艺孔，然后从工艺孔进刀至既定深度。进刀点选在P（150，0）点，刀具往返铣削，逐渐加深铣削深度，当达到要求深度后，刀具在XY平面内运动，铣削凸轮轮廓。为了保证凸轮的轮廓表面有较高的表面质量，可采用顺铣方式，即从P点开始，对外轮廓按顺时针方向铣削，对内轮廓按逆时针方向铣削。相关知识l 加工工序的划分l 加工路线的确定任务实施 STEP 1 加工孔和面加工作定位基准的35mm、12mm两个定位孔、X面。 STEP 2 加工轮廓表面加工凸轮槽内外轮廓表面。任务总结1加工工序的划分数控铣床的加工对象根据机床的不同而不同。立式数控铣床一般适用于加工平面凸轮、样板、形状复杂的平面或立体零件以及模具的内外型腔等。卧式数控铣床适用于加工箱体、泵体和壳体等零件。在数控铣床上加工零件，其工序比较集中，一般只需一次装夹即可完成全部工序的加工。根据数控机床的特点，为了提高数控机床的使用寿命，保持数控铣床的精度，同时降低零件的加工成本，通常是把零件的粗加工，特别是零件的基准面、定位面在普通机床上加工。加工工序的划分使用以下几种方法：（1）刀具集中分序法这种方法就是按所用刀具来划分工序，用同一把刀具加工完成所有可以加工的部位，然后再换刀。这种方法可以减少换刀次数，缩短辅助时间，从而减少不必要的定位误差。（2）粗加工、精加工分序法根据零件的形状、尺寸精度等因素，按粗加工、精加工分开的原则，先粗加工，再半精加工，最后精加工。（3）加工部位分序法即先加工平面、定位面，再加工孔；先加工形状简单的几何形体，再加工复杂的几何形体；先加工精度比较低的部位，再加工精度比较高的部位。2确定加工方案的原则加工方案又称工艺方案，数控机床的加工方案包括制定工序、工步及走刀路线等内容，在数控机床加工过程中，由于加工对象复杂多样，特别是轮廓曲线的形状及位置千变万化，加上材料不同、批量不同等多方面因素的影响，在对具体零件制定加工方案时应进行具体分析和区别对待，只有这样才能使所制定的加工方案合理，从而达到质量优、效率高和成本低的目的。制定加工方案的一般原则为：先粗后精、先近后远、先内后外、走刀路线最短。另外，加工方案的原则并不是一成不变的，对于一些特殊情况，则需要采取灵活可变的 方案。1.1.4刀具的选择任务分析根据零件结构特点，当铣削凸轮槽内、外轮廓（即凸轮槽两侧面）时，铣刀直径受槽宽限制，同时，在选择刀具时也要考虑使用刀具的材料和加工性能等因素。相关知识l 刀具的选择原则l 刀具材料的选择 l 刀具形状的选择l 刀具结构形式的选择任务实施铣削凸轮槽内、外轮廓（即凸轮槽两侧面）时，铣刀直径受槽宽限制，同时，考虑铸铁属于一般材料，加工性能较好，因此选用18mm硬质合金立铣刀。任务总结1刀具的选择原则一般优先选用标准刀具，必要时可采用各种高生产率的复合刀具及专用刀具。此外，结合实际情况，尽可能选用各种先进刀具，如可转位刀具、整体硬质合金刀具及陶瓷刀具等。刀具类型、规格和精度等级应符合加工要求，同时刀具材料应与工件材料相适应。在刀具性能上，数控加工所用刀具应高于普通机床加工用刀具。因此，选用刀具应主要考虑切削性能好、精度高、耐用度高、断屑及排屑性能好的刀具。具体而言，选用刀具时应注意以下几点：（1）在数控机床上铣削平面时，应采用镶装不重磨可转位硬质合金刀片的铣刀。一般采用两次进给，一次粗铣，一次精铣。当连续切削时，粗铣刀直径应大一些，而精铣刀直径应小一些，最好能包容待加工面的整个宽度。加工余量大且加工面又不均匀时，刀具直径应选得小一些，否则，当粗加工时会因接刀刀痕过深而影响加工质量。（2）高速钢立铣刀多用于凸台和凹槽的加工，但应避免将其用于加工毛坯面，因为毛坯有硬化层和夹砂现象，刀具会很快被磨损。（3）加工余量较小，并且要求表面粗糙度值较低时，应采用镶立方氮化硼刀片的端铣刀或镶陶瓷刀片的端铣刀。（4）镶硬质合金的立铣刀可用于凹槽、窗口面、凸台面和毛坯表面的加工。（5）镶硬质合金的玉米铣刀可进行强力切削，铣削毛坯表面，以及用于孔的粗加工。（6）精度要求较高的凹槽加工时，可采用直径比槽宽小一些的立铣刀，先铣槽的中间部分，然后利用刀具半径补偿功能铣削槽的两边，直到达到精度要求。（7）钻孔，一般不采用钻模。钻孔深度为直径的5倍左右时容易折断钻头，可采用固定循环程序，多次自动进退，以利于冷却和排屑。需要注意的是，钻孔前最好先用中心钻钻个中心孔或用一个刚性好的短钻头锪窝引正。2刀具材料的选择常用刀具材料为高速钢、硬质合金，而非金属材料刀具使用较少。 （1）高速钢刀具（白钢刀）高速钢刀具易磨损，但价格便宜，常用于加工硬度较低的工件。（2）硬质合金刀具（钨钢刀、合金刀）硬质合金刀具耐高温，硬度高，主要用于加工硬度较高的工件，如前模、后模等。硬质合金刀具需较高转速加工，否则容易出现崩刀现象。硬质合金刀具加工效率和质量比高速钢刀具好。镶硬质合金刀片的端铣刀和立铣刀主要用于加工凸台、凹槽和箱口面等。为了提高槽宽的加工精度，减少铣刀的种类，加工时应采用直径比槽宽小的铣刀，先铣槽的中间部分，然后再利用刀具半径补偿（或称直径补偿）功能对槽的两边进行铣加工。3刀具形状的选择数控加工的立铣刀有3种：平刀、圆鼻刀和球刀。（1）平刀（平底刀、端铣刀）平刀主要用于粗加工、平面精加工、外形精加工和清角加工，在粗加工和精加工时均可使用。使用平刀加工要注意由于刀尖很容易磨损，可能影响加工精度。（2）圆鼻刀（牛鼻刀、圆角刀）圆鼻刀主要用于模坯粗加工、平面精加工和侧面精加工，适合于加工硬度较高的材料。常用圆鼻刀圆角半径为0.26mm。在加工时应优先选用圆鼻刀。（3）球刀（球头刀、R刀）球刀主要用于曲面精加工，对平面开粗及光刀时粗糙度大、效率低，当曲面形状复杂时，为了避免干涉，建议使用球头刀，调整好加工参数也可以达到较好的加工效果。以上为模具数控加工中常用的刀具，其他类型刀具使用较少。4刀具结构形式的选择常用硬质合金刀具有整体式和可转位式两种结构形式。（1）整体式铣刀的刀具整体由硬质台金材料制成，价格高，加工效果好，多用在光刀阶段。此类型刀具通常为小直径的平刀及球刀。对于要求较高的细小部位的加工，可使用整体式硬质台金刀，它可以取得较高的加工精度。但是刀具悬升不能太大，否则刀具不但让刀量大，易磨损，而且会有折断的危险。 （2）可转位式铣刀前端采用可更换的可转位刀片（舍弃式刀粒），刀片用螺丝固定。刀片材料为硬质合金，表面有涂层，刀杆采用其他材料。刀片改变安装角度后可多次使用，且损坏不重磨。可转位式铣刀使用寿命长，综合费用低。刀片形状有圆形、二角形、方形和菱形等，圆鼻刀多采用此类型，球刀也有此类型。加工中心机床刀具是一个较复杂的系统，如何根据实际情况进行正确选用并在CAM软件中设定正确的参数，是数控编程人员必须要掌握的。1.1.5切削用量的选择及工艺卡片的填写任务分析切削用量是指刀具切入工件时切入量的大小，切削用量越大，加工效率就越高，但是同时刀具的磨损也越快。切削用量的具体数值应根据数控机床使用说明书的规定以及被加工工件材料、加工工序和其他工艺的要求，并结合实际经验来确定。数控加工工艺卡与普通加工工序卡很相似，不同的是，数控工序简图中应注明编程原点与对刀点，要有编程说明及切削参数的选择等，它是操作人员进行数控加工的主要指导性工艺文件。相关知识l 切削用量的确定l 加工参数的确定任务实施 STEP 1 确定切削用量凸轮槽内、外轮廓精加工时留0.2mm铣削量，确定主轴转速与进给速度时，先查阅切削用量手册，确定切削速度与每齿进给量，然后利用公式计算主轴转速与进给速度。 STEP 2 填写数控加工工艺卡，槽形凸轮数控加工工艺卡如表1-1所示。表1-1 槽形凸轮数控加工工艺卡单位名称产品名称或代号零件名称零件图号槽形凸轮工序号程序编号夹具名称使用设备车间螺旋压板XK5025数控中心工序号工步内容刀具号刀具规格/mm主轴速度/rmin-1进给速度/mm min-1背吃刀量/mm备注1来回铣削，逐渐加深铣削深度T011880060分两层铣削2粗铣凸轮槽内轮廓T0118700603粗铣凸轮槽外轮廓T0118700604粗铣凸轮槽内轮廓T021810001005粗铣凸轮槽外轮廓T02181000100编制审核批准年 月 日共 页第 页任务总结1切削用量的确定在编程时，编程人员必须确定每道工序的切削用量。选择切削用量时，一定要充分考虑影响切削的各种因素，正确地选择切削条件，合理地确定切削用量，可有效地提高机械加工质量和产量。具体操作时要注意以下几个方面。（1）切削用量3要素切削速度：刀具切削点处主运动的线速度。进给量：刀具在进给运动方向上相对工件的位移量。切削深度：加工时刀具每次切入工件的深度。（2）切削用量的选取原则粗加工首先选用尽可能大的背吃刀量；其次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；最后根据刀具寿命确定最佳的切削速度。精加工首先根据粗加工后的加工余量确定背吃刀量；其次根据已加工表面粗糙度的要求选用较小的进给量；最后在保证刀具寿命的前提下尽可能选用较高的切削速度。（3）切削用量的确定由于任意增大切削3要素中的一个都可以提高加工效率，这似乎说明切削用量选用得越大越好，但是事实并非如此。根据实验测定，当增加切削用量到一定程度后，刀具会加速磨损，这样就会得不偿失。深入分析还发现，分别增加切削用量的3个要素对刀具磨损的影响各不相同：切削速度最严重，进给量其次，切削深度最小。在生产中，选择切削用量的原则如下：首先选用尽可能大的切削深度，然后选用尽可能大的进给量，最后选择尽可能快的切削速度。在确定具体参数数值时，可以依据已有加工经验或查阅相关加工手册。2加工参数设置参数设置可视为对工艺分析和规划的具体实施，它构成了利用CAD/CAM软件进行NC编程的主要操作内容，直接影响NC程序的生成质量。参数设置的内容较多，其中：（1）切削方式的设置用于指定刀轨的类型和相关参数。（2）加工对象设置是指用户通过交互手段选择被加工的几何体或其中的加工分区、毛坯、避让区域等。（3）刀具及机械参数设置是针对每一个加工工序选择适合的加工刀具，并在CAD/CAM软件中设置相应的机械参数，包括主轴转速、切削进给及切削液控制等。（4）加工程序参数设置包括进退刀位置、切削用量、行间距、加工余量及安全高度等。这是CAM设置中最主要的一部分内容。课 堂 训 练图1-2所示为模具凹模，它包括模具的凹模零件和模具的凹模实体。该盒形模具为单件生产，工件材料为T8A，下面分析其数控加工工艺。 （a）模具的凹模零件图 （b）模具的凹模实体图1-2 模具凹模知 识 拓 展根据数控机床的加工特点，数控加工的内容主要包括CAD模型的获得、加工工艺分析和规则、CAD模型的完善、参数设置、生成刀具路径、刀具路径检验及后处理等。1CAD模型的获得（1）由系统本身的CAD模块来建立模型。 （2）通过系统提供的DXF、IGES、CADL、VDA、STL、PARASLD、DWG等标准图形转换接口，将其他CAD软件生成的图形转变成本系统的图形文件，从而实现图形文件共享。（3）通过系统提供的ASCH图形转换接口，将经过三坐标测量仪或扫描仪测得的实物、数据（XYZ离散点）转变成本系统的图形文件。2加工工艺的分析和规则（1）确定加工方案应按照能充分发挥数控机床功能的原则，使用合适的数控机床，从而确定合理的加工方法。（2）刀具、工夹具的设计和数控加工所用刀具的选择由加工方法、切削用量及其他与加工有关的因素来确定。（3）选择对刀点程序编制时正确地选择对刀点是很重要的。对刀点是程序执行的起点，也称程序原点。对刀点的选择原则是：所选对刀点应使程序编制简单；对刀点应选在容易找正，并在加工过程中便于检查的位置上；减少加工误差。对刀点可以设在被加工工件上，也可以设在夹具或机床上。一般情况下，为了提高零件的加工精度，对刀点应尽量设在零件的设计基准或工艺基准上。（4）加工路线的选择是以刀具沿工件表面运动产生切削后形成零件的轮廓来确定的。数控机床上使用的刀具很多，为了更准确地描述刀具侧运动轨迹，必须定义一个能代表所用刀具特征的点，称为刀位点。对于平头立铣刀及其相似形状的刀具，刀位点是指刀具的轴线与刀具底平面的交点；球头铣刀的刀位点是球头部分的球心；车刀是刀尖，钻头是钻尖；对于多尖刀的刀具可选择其中一个刀尖为刀位点。加工路线的选择应主要考虑：尽量缩短进给路线，减少空进给行程，提高生产效率；保证加工零件的精度和表面粗糙度的要求；有利于简化数值计算，减少程序段的数目和编程的工作量。（5）切削用量包括背吃刀量（背吃刀量和宽度）的确定与主轴转速及进给速度等有关。切削用量的具体数值应根据数控机床使用说明书的规定、被加工工件材料、加工工序以及其他工艺的要求，同时结合实际经验来确定。3CAD模型的完善对CAD模型作适合于CAM程序编制的处理。由于CAD造型人员更多地是考虑零件设计的方便性和完整性，并不顾及对CAM加工的影响，所以要根据加工对象的确定及加工区域规划对模型作一些完善。通常包括以下内容：（1）坐标系的确定。坐标系是加工的基准，将坐标系定位于适合机床操作人员确定的位置，同时保持坐标系的统一。（2）隐藏部分对加工不产生影响的曲面，按曲面的性质进行分色或分层，这样一方面看上去更为直观清楚；另一方面在选择加工对象时，可以通过过滤方式快速地选中所需对象。（3）修补部分曲面。对于有不加工部位存在造成的曲面空缺部位应补充完整。例如，钻孔的曲面存在狭小的凹槽的部位，应将这些曲面重新补充完整，这样获得的刀具路径规范而且安全。（4）增加安全曲面，例如，边缘曲面进行适当的延长。（5）对轮廓曲线进行修整。对于数据转换获取的数据模型可能存在看似光滑的曲线其实也存在着断点，或看似一体的曲面但在连接处却不能相交。故此处需通过修整或创建轮廓线构造出标准的加工边界 曲线。（6）构建刀具路径限制边界。对于规划的加工区域，若需要使用边界来限制加工范围的，则构建出边界曲线。4参数设置主要考虑如何确定切削用量。5生成刀具路径在完成参数设置后，即可将设置结果提交给CAD/CAM计算。该过程由CAD/CAM软件自动完成。6刀具路径检验为确保程序的安全性，必须对生成的刀轨进行检查校验，检查有无明显刀具路径、有无过切或加工不到位的现象，同时检查是否会发生工件及夹具的干涉。校验的方式有：（1）直接查看。通过对视角的转换、旋转、放大、平移直接查看生成的刀具路径，适于观察其切削范围有无越界及有无明显异常的刀具轨迹。（2）手工检查。对刀具轨迹进行逐步观察。（3）实体模拟切削，进行仿真加工。直接在计算机屏幕上观察加工效果，该加工过程与实际机床加工十分类似。对检查中发现问题的程序，应调整参数设置重新进行计算，然后再作检验。7后处理后处理实际上是一个文本编辑处理过程，其作用是将计算出的刀轨（刀位运动轨迹）以规定的标准格式转化为NC代码并输出保存。在后处理生成数控程序之后，还需要检查这个程序文件，特别对程序头及程序尾部分的语句进行检查，如有必要可以修改。任务1.2 异形件的数控铣削工艺分析任务要点本任务主要介绍了编制数控铣削与数控铣削中心加工工艺的方法。首先，分析数控铣削的主要加工对象，然后，再对这些加工对象的数控铣削加工工艺的制定方法进行详细的阐述。& 加工零件图工艺分析& 加工参数的选择方法& 刀具半径的补偿方法 & 工艺路线的安排方法任务案例如图1-3所示为某机床变速箱体中操纵机构上的拨动杆，其主要作用是把转动变为拨动，以实现操纵机构的变速功能。材料为HT200，零件的生产类型为中批量生产。下面具体分析其数控加工艺。 （a）变速箱体零件图图1-3 变速箱体 （b）变速箱体实件图1-3 变速箱体（续）1.2.1平面凸轮零件图工艺分析及设备选择任务分析异形件波动杆平面凸轮零件数控加工的工艺分析主要包括产品的零件分析和结构性分析两部分。零件图分析主要包括明确加工内容及技术要求，确定加工方案，以及制定数控加工路线。相关知识l 选择适合在数控机床上加工的零件，确定工序内容。l 分析被加工零件图样，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，如工序的划分、加工顺序的安排以及与传统加工工序的衔接等。l 设计数控加工工序，如工步的划分、零件的定位与夹具的选择、刀具的选择以及切削用量的确定等。l 调整数控加工工序的程序，如对刀点、换刀点的选择，加工路线的确定以及刀具的补偿。l 分配数控加工中的容差。l 处理数控机床上部分工艺指令。任务实施 STEP 1 零件图形尺寸分析由图1-3可以看出，该零件上有3组加工表面，并且它们之间有相应的位置要求。第（1）组以尺寸16H7为主的加工表面，包括25h8外圆、端面以及与之相距74mm0.3mm的孔10H7。其中，16H7孔中心与10H7孔中心的连线是确定其他各表面方位的设计基准，也可作为两孔中心连线；第（2）组表面粗糙度Ra6.3m平面M；第（3）组以及平面M上的角度为130槽；P、Q两平面及相应的2M8mm螺纹孔。 STEP 2 零件图位置关系分析对这3组加工表面之间主要的相互位置要求是：第（1）组和第（2）组为零件上的主要表面。第（1）组加工表面垂直于第（2）组加工表面，平面M是设计基准。第（2）组面上槽的位置公差0.5mm，即槽的位置（槽的中心线）与B面轴线垂直且相交，偏离误差不大于0.5mm。槽的方向与两孔中心连线的夹角为221715。第（3）组及其他螺孔为次要表面，其中第（3）组上的P、Q两平面与第（1）组的M平面垂直，P平面上螺孔M8mm的轴线与两孔中心线连线的夹角成45，Q平面上的螺孔M8mm的轴线与两孔中心线连线平行，而平面P、Q位置分别与M8mm的轴线垂直，P、Q位置也就确定了。 STEP 3 选择设备首先应考虑到该零件的外形尺寸和重量，要使其处于机床的允许范围内。其次应考虑数控机床的精度是否能满足异形件的设计要求。该零件加工表面较多，用普通机床加工，工序分散，且工序数目较多。若采用加工中心则可以将普通机床加工的多个工序在一个工序中完成，从而可以提高生产率，降低生产成本。因此选用加工中心。任务总结先对拨叉杆零件进行精度分析，对于形状和尺寸较复杂（包括形状公差、位置公差）的零件，一般采用化整体为部分的分析方法，即把一个零件看作由若干组表面及相应的若干组尺寸组成，然后分别分析每组表面的结构、尺寸及精度要求，最后再分析这几组表面之间的位置关系。1.2.2确定零件的定位基准任务分析选择精基准思路的顺序是首先考虑以哪一平面为精基准定位加工工件的主要表面，然后考虑以哪一平面为粗基准定位加工出精基准表面，即先确定精基准，然后选择粗基准。需要注意的是，粗基准的选择应根据合理分配加工余量的原则。为符合基准统一原则，本任务采用“一面两孔”定位。相关知识l 精基准的选择l 粗基准的选择任务实施 STEP 1 确定精基准由零件的工艺分析可知，此零件的设计基准是M平面、16mm和10mm两孔中心的连线，根据基准重合原则，应选择设计基准为精基准，即以M平面和两孔为精基准。 STEP 2 确定粗基准选25mm外圆的毛坯面为粗基准（限制4个自由度），以保证其加工余量均匀；选平面N为粗基准（限制一个自由度），以保证其有足够的余量；根据要保证零件上加工表面与不加工表面相互位置的原则，应选R14mm圆弧面为粗基准（限制一个自由度），以保证10mm孔轴线在R14mm圆心上，使R14mm处壁厚均匀。任务总结在制定工艺规程时，定位基准选择的正确与否，对能否保证零件的尺寸精度和相互位置精度要求，以及对零件各表面间的加工顺序安排都有很大影响。另外，当用夹具安装工件时，定位基准的选择还会影响到夹具结构的复杂程度。因此，在选择定位基准时，应保证工件加工精度要求，先选择精基准，再选择粗基准。1.2.3拟定工艺路线任务分析该零件属于比较精密表面的加工，所以需通过粗加工、半精加工和精加工方式逐步达到加工要求。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。在确定加工方案时，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，精铰孔前通常要经过钻孔、扩孔和粗铰孔等加工。相关知识l 加工工序的划分l 加工路线的确定任务实施 STEP 1 确定工序一以25mm外圆（4个自由度）、N面（一个自由度）、R14（一个自由度）为粗基准定位，采用立式加工中心加工，工步内容为：铣M面；“粗铣精铣”尺寸为130的槽；铣P，Q面到尺寸；“钻扩铰”加工16H7、10H7两孔。为消除粗加工（钻孔）所产生的力变形及热变形对精加工的影响，在钻孔后，插入铣P、Q面的工步，以使钻孔后的表面有短暂的散热时间，最后安排孔的半精加工（扩孔）、精加工（铰孔）工步，以保证加工精度。 STEP 2 确定工序二以M平面、l6H7和10H7（一面两孔）定位，车25mm外圆到尺寸，车N平面到尺寸。 STEP 3 确定工序三以M平面、16H7和10H7（一面两孔）定位，“钻攻螺纹”加工2M8mm螺孔。任务总结由以上分析可以看到，只需要3道工序就可以完成零件的加工，工序集中，极大地提高了生产率，充分地反映了采用数控加工的优越性和先进性。1加工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。2工序划分的几种方式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：（1）同一表面按粗加工、半精加工及精加工依次完成，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，工序与工步的划分需根据具体零件的结构特点、技术要求等情况综合考虑。1.2.4刀具的选择任务分析根据零件结构特点，数控加工异形件表面及圆孔表面时受到力变形及热变形的影响，所以选择刀具时需考虑使用刀具的材料及加工性能等因素。相关知识l 刀具的选择原则l 刀具材料的选择l 刀具形状的选择l 刀具结构形式的选择任务实施分析图形可以得出被加工零件的几何形状，首先选择刀具类型，然后再选择铣刀结构、铣刀角度、铣刀的齿数（齿距）、铣刀直径、铣刀的最大切削深度及刀片牌号。刀具的选择如表1-2所示。表1-2 刀具选择产品名称或代号零件名称波动杆零件图号序号刀具号刀具规格名称/mm数量加工表面/mm刀长/mm备注1T01面铣刀1201铣M平面实测2T02成型铣刀1粗、精铣130槽实测3T03中心钻I34-41钻10、16中心孔实测4T04麻花钻151钻16孔至尺寸15实测5T05麻花钻91钻10孔至尺寸9实测6T06立铣刀151铣P、Q面到尺寸实测7T07扩孔钻15.851扩16孔至尺寸15.85实测8T08扩孔钻9.81扩10孔至尺寸9.8实测9T09绞刀16H71铰16H7孔成实测10T10绞刀10H71铰16H7孔成实测编制审核批准共 页第 页任务总结数控铣削刀具的选择：首先应根据被加工零件的几何形状选择刀具类型，然后再选择铣刀结构、铣刀角度、铣刀的齿数（齿距）、铣刀直径、铣刀的最大切削深度及刀片牌号。1.2.5切削用量的选择任务分析切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量和进给量。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。合理选择切削用量的原则是：在粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；在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。相关知识l 选择切削用量的原则l 加工工艺参数确定任务实施铣削加工的切削用量包括切削速度、进给速度、背吃刀量和侧吃刀量。切削用量的选择方法是从刀具耐用度出发，先选择背吃刀量或侧吃刀量，然后选择进给速度或进给量，最后确定切削速度。本任务先查阅切削用量手册，确定切削速度与每齿进给量，然后利用公式计算主轴转速与进给速度。任务总结1选择切削用量的原则首先选用尽可能大的切削深度，然后选用尽可能大的进给量，最后选择尽可能快的切削速度。在确定具体参数数值时，可以依据已有加工经验或查阅相关加工手册。 （1）背吃刀量ap（mm）的确定：背吃刀量主要根据机床、加工余量、工件和刀具的刚性决定。在刚性允许的情况下，尽可能使ap等于零件的加工余量，这样可以减少进给次数，提高加工效率。有时为了保证必要的加工精度，降低表面粗糙度，可以留些精加工余量，最后进行精加工。数控机床的精加工余量可小于卧式机床，一般取0.20.5mm。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，并且第一次和第二次进给的背吃刀量尽量取得大一些。粗加工（Ra10-80m）一次进给应尽可能切除全部余量。在中等功率机床上，背吃刀量可达810mm；半精加工（Ra l.2510m）时背吃刀量取0.52mm；精加工（Ra 0.321.25m）时，背吃刀取0.l0.4mm。（2）进给量f（mm/min或mm/r）的确定：进给量是数控机床切削用量中的主要参数，根据零件的加工精度和表面粗糙度要求，以及刀具和工件材料的选取。一般粗加工时，由于对工件表面质量没有太高的要求，主要考虑机床进给机构的强度和刚性及刀杆的强度和刚性等限制因素，根据加工材料、刀杆尺寸、工件直径及已确定的背吃刀量来选择进给量。在半精加工和精加工时，则按表面粗糙度值要求，根据工件材料、刀尖圆弧半径、切削速度来选取进给量。在选择进给量时，还应注意零件加工中的某些特殊因素。例如，在轮廓加工中选择进给量时，应考虑轮廓拐角处的“超程”问题，特别是在拐角较大、进给速度较高时，应在接近拐角处适当降低速度，在拐角后逐渐升速，以保证加工精度。在加工过程中，由于切削力的作用，机床、工件、刀具系统产生变形，可能使刀具运动滞后，从而在拐角处可能产生“欠程”。因此，对于拐角处的欠程问题，在编程时应给予重视。此外，还应充分考虑切削的自然断屑问题，通过选择刀具几何形状和对切削用量的调整，使排屑处于最顺畅状态，严格避免长屑缠绕刀具而引起故障。（3）切削速度Vc的确定：根据已选定的背吃刀量、进给量及刀具寿命来选择。可以用经验公式计算，也可以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。切削速度的计算式如下，即Vc=Dn/1000式中：Vc切削速度（m/min），由刀具的寿命决定；D工件或刀具直径（mm）；n刀具或工件的转速（r/min或r/s）。主轴转速n要根据计算值在机床说明书中选取标准值。在选择切削速度时，应考虑以下几点：应尽量避开积屑瘤产生的区域。断续切削时，为了减少冲击和热应力，要适当降低切削速度。在易发生振动的情况下，切削速度应避开自激振动的临界速度。当加工大件、细长件和薄壁件时，应选用较低的切削速度。当加工带外皮的工件时，应适当降低切削速度。切削速度的快慢直接影响到切削效率。若切削速度过小，则切削时间会加长，刀具无法发挥其功能；若切削速度太快，虽然可以缩短切削时间，但是刀具容易产生高热，影响刀具的寿命。决定切削速度的因素很多，概括起来有刀具材料、工件材料、刀具的形状和寿命、切削深度、进给量及冷却液使用等主要因素。2加工工艺参数确定（1）主轴转速主轴转速n（r/min）要根据允许的切削速度Vc（m/min） 和刀具直径D来确定，切削速度受刀具寿命的限制。具体数值的计算参见相关的机械加工手册。主轴转速的计算n=1000Vc/D式中：Vc切削速度，由刀具寿命决定；D工件或刀具直径主轴转速n应根据计算值在机床说明书中选取标准值，并填入程序单中。（2）进给速度的确定进给速度是切削用量的主要参数，其主要根据零件的加工精度和表面粗糙度的要求以及刀具和工件材料的选取确定。进给速度在加工程序中的表示方法随数控系统种类的不同而不同。常用的表示方法有直接指定法、进给速率数指定法和EIA二位数代码法等。1.2.6拟定数控加工工艺卡任务分析当确定了某个工序的加工内容后，需进行详细的工步设计，即安排这些工序内容的加工顺序，同时考虑程序编制时刀具运动轨迹的设计。相关知识l 工艺卡的内容l 确定工步方法任务实施波动杆数控加工工艺卡如表1-3所示。表1-3 波动杆数控加工工艺卡单位名称产品名称或代号零件名称零件图号工序号程序编号夹具名称使用设备车间组合夹具立式加工中心数控中心工序号工步内容/mm刀具号刀具规格/mm主轴速度/ rmin-1进给速度/ mmmin-1背吃刀量/ mm备注1铣M平面T01面铣刀120600